PERILAKU STRUKTURAL SAMBUNGAN RANGKA BATANG BAMBU MENGGUNAKAN PAPAN DAN KLOS KAYU

ASTUTI MASDAR, Prof. Ir. Bambang Suhendro, M.Sc., Ph.D

2015 | Disertasi | S3 Ilmu Teknik Sipil

Sistem sambungan bambu merupakan salah satu masalah besar dalam pemamfaatan bambu untuk tujuan struktural. Kekuatan bambu yang tinggi tidak dapat dioptimalkan karena terkendala dengan sistem sambungan antar batangnya. Karena alasan geometrik, konstruksi bambu seringkali memerlukan sambungan perpanjangan untuk memperpanjang bambu dan sambungan buhul untuk menggabungkan beberapa batang bambu pada satu buhul atau joint. Pelat buhul diperlukan untuk mengakomodir sambungan yang terdiri dari dua batang atau lebih dan satu alat sambung. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem sambungan bambu yang memiliki sifat ringan namun kekuatan yang lebih tinggi dan biaya yang lebih rendah sekaligus menjadikan sambungan bambu utuh yang terhubung secara kuat. Sistem sambungan terdiri dari baut, plat buhul kayu dan klos kayu yang telah disesuaikan dengan bentuk dan dimensi dari bambu yang terhubung. Klos kayu ditempatkan antara pelat buhul dan bambu yang dikencangkan dengan baut. Upaya ini dilakukan karena pelat buhul kayu jauh lebih ringan dan harganya jauh lebih murah daripada baja. Sementara itu, klos kayu berfungsi memperluas bidang bidang kontak yang mampu meningkatkan gaya gesek dan mendistribusikan beban yang diterima melalui lubang baut sehingga tegangan tidak terkonsentrasi di lubang baut. Penelitian direncanakan secara eksperimental yang dilakukan di laboratorium dengan skala 1:1. Secara garis besar penelitian terdiri dari tiga tahap pengujian. Pada tahap awal penelitian dilakukan pengujian pendahuluan pada material yang terkait dengan sifat-sifat fisik (physical properties) dan sifat-sifat mekanik (mechanical properties). Pada tahap kedua dilakukan pengujian yang terkait dengan sistem sambungan dan pada tahap ketiga dilakukan pengujian model sambungan. Pada pengujian sambungan dilakukan pemodelan numeris yaitu pada sistem sambungan yang menggunakan klos kayu. Hasil pengujian menunjukkan jarak kritis untuk sambungan pada bambu dengan bagian ujung tanpa ruas didapatkan berdasarkan nilai kuat geser dan kuat tumpu bambu yaitu sekitar 4D sampai dengan 5D. Jarak antar baut pada sambungan yang menggunakan 2 baut adalah 4D atau 4 kali diameter baut. Pada sistem sambungan penempatan klos kayu dapat meningkatkan kekuatan sistem sambungan sebesar 29%, 71% dan 94% dibandingkan sistem sambungan tanpa klos kayu masing-masing untuk variasi klos kayu K-60, K-90 dan K-120. Berdasarkan hasil pengujian statik pada sambungan diketahui kekuatan sambungan berkurang seiring dengan bertambahnya sudut arah gaya pada sambungan. Pada sambungan dengan arah gaya 0o, 30o dan 45o terhadap arah serat menghasilkan kekuatan maksimum rata-rata masing-masing sambungan adalah 22,71 kN, 18,89 kN dan 17,93 kN dengan penurunan rata-rata kekuatan sambungan arah gaya 30o dan 45o terhadap sambungan arah gaya 0o adalah sebesar 16,80% dan 12,21%. Kekakuan elastis (Ke) rata-rata hasil pengujian statik pada sambungan pada sambungan dengan arah gaya 0o, 30o dan 45o terhadap arah serat masing-masing sambungan adalah 2051,52 N/mm, 1176,73 N/mm dan 1121,33 dengan penurunan rata-rata kekakuan elastis (Ke) sambungan arah gaya 30o dan 45o terhadap sambungan arah gaya 0o adalah 42,62% dan 82,95%. Hasil pengujian dengan pembebanan statik dan kuasi statik menunjukkan bahwa perulangan beban pada pengujian kuasi statik dapat menurunkan kekakuan sambungan. Pengurangan kekakuan sambungan untuk pembebanan 8000N dan 5000N yang dilakukan berulang-ulang (diambil pada siklus ke-20) masing-masingnya adalah 2,45% dan 23,26%.

Connection system of bamboo is one of great problem in utilizing bamboo for structural purposes. The high strength of bamboo cannot be optimized due to limited strength capacity of connection bamboo system available. Due to geometric reasons, bamboo construction often requires extension to prolong the member and connection for joining some members in a gusset or joint. Gusset plate connection is needed to accommodate the connection that has more than two culms and one bolt. The purpose of this study was to develop a bamboo connection system that possesses lightweight nature but higher strength and lower cost while keeping the form of the bamboo being connected remains natural. The proposed connection system consists of bolts, wooden gusset plates and special wooden clamps that have been adjusted with the shape and dimension of the bamboos being connected. The wooden clamps were placed between the bamboo and wooden gusset plates and tightened by the bolts. This effort was done because the wooden gusset plate is much lighter and the price is much cheaper than that of steel. Meanwhile, the wooden clamps provide contact area that capable of mobilizing its friction capacity to transfer the applied load for stronger and reliable connection. Planned research experiments conducted in the laboratory with a scale of 1: 1. The study was conducted experimentally in three phases of testing. In the early stage of the research preliminary testing on basic properties of the materials used have been conducted. In the second phase of testing associated with the connection systems and in the third stage testing model of connection. Comparation on experimental study and numerical modelling of connection system has be done in this research. The results of experiment on connection shown that critical distance from the end of bamboo culms without node to the bolt is 4-5 times the diameter of bolt. The distance between the bolt on the connection using 2 bolt is 4D or 4 times the diameter of the bolt. The increase in the strength of the connection system with a variety of wooden clamps angle (αc) to the connection system without of wooden clamps for K-60, K-90 and K-120 are respectively 29%, 71% and 94%. Based on test results on the connection known static connection strength decreases with increasing angle of direction of the force on the connection. Comparison of experimental and numerical analysis results on the connection tensile testing showed suitability. The analysis showed the same behavior between experimental and numerical results of the analysis of the differences between the experimental numerical analysis for K-60, K-90 and K-120 respectively amounted to 5%, 11,76% and 9,16%. In the connection with the direction of the force 0o, 30o and 45o to the direction of the fiber produces maximum stress of average each connection is 22,71 kN, 18,89 kN and 17,93 kN with an average decline of the strength of connection direction of the force 30o and 45o to the connection direction of the force 0o is 16,80% and 12,21%. The connection with the direction of the force 0o, 30o and 45o to the direction of fibers shows the elastic stiffness value (Ke) on average each connection is 2051,52 N/mm, 1176,73 N/mm and 1121,33 N/mm with average decrease elastic stiffness (Ke) on angle 30o and 45o to the direction of the 0o are 42.62% and 82.95%. Results of testing with static and quasi-static loading showed that repetition load on quasi-static testing can reduce the stiffness of the connection. Joint stiffness reduction for loading 8000N and 5000N are performed repeatedly (taken at the 20th cycle) each are 2.45% and 23.26%

Kata Kunci : bambu, rangka batang, perilaku structural, kayu, plat buhul