Study of mangium for mechanical laminated timber and double shear connection using shear connector

Abstract

Mangium wood from the timber estate have been developed continuously in an effort to reach the fulfilling of wood fiber and construction material needs to replace role of timber from the natural forests which has decrease. Timber connection requires a connector such as bolt that can distribute the load of wood to wood both the compression or tensile stress through all the connections. Bearing slip connector is a connector that is inserted into the hole in the wood, and burdened pressure and shear. Connection with the bolts most commonly used because making easier, however, the connection type is less efficient due to shear forces in the event it will be retained by the bolts and wood with only a cross-sectional area of the bolt. The research trying to find the 17 years old mangium properties as a building material and its engineered wood properties especially as double shear connection timber and mechanical laminated timber which using shear connector. The connector made of different materials, consists of similar mangium, mangium compressed, ironwood and steel. The bearing slip connector consist of two forms (dowel and rectangular) and arranged on one until three pairs of connector. The double shear component size and placement based on R-SNI(2002), each form of the sample was made in 4 replications and all of them have tested using a 35-ton Baldwin UTM. Mangium wood is classified in the III strength grade according to PKKI (1961), meanwhile if using modulus of elasticity results as a determination of quality grade based on RSNI (2002), the mangium includes in the quality code of E-11. The result of research also found that the rectangular steel bearing slip connector has the highest equations meanwhile the lowest equation was the ironwood materials. All of equations give high correlations ( R2 between 0.743 to 0.947). Bearing slip connector can improve the ability of the connection in load-bearing. Densified of mangium able to raise the connection system's ability however not significantly, both in strength and displacement. Ironwood connector are not well used as a retaining shear pin because of easy to sliding split and significantly much below capacity than mangium wood. Steel connector result the load-bearing above significantly than mangium and ironwood. Dowel do not differ in terms of strength as compared with rectangle in proportional limit, and each additional number of connector producing an increase in load-bearing ability significantly. Observation on the displacement value shows that for the value which applied usually in Indonesia reach the strength ratio (SR) as 92.21% to the proportion limit and 44.91% to the maximum load. This value was in below position of the US standard (24.17 and 11.77%) and of the Australian standard (51.46% and 25.06% Key words: 17 years old mangium, displacement, double shear connection, shear connector, wood properties. ) to the proportional limit and maximum load respectively. Displacement achievement at the proportional limit varies from 1.1 mm to 2.2 mm, so that the minimum requirement of 1.5 mm displacement is not fulfilled by some treatments, however all of the connection system have passing the 1 mm displacement. Mangium mechanical laminated timber using steel shear connector has increased the MoR and MoE as much as 52 and 28,5% respectively comparing to the mangium solid beam.

Upaya memperbesar dimensi kayu yang bermanfaat bagi tujuan struktural inilah yang menjadi dasar pemikiran dilakukannya penelitian ini, sehingga diperoleh pengetahuan baru tentang sifat yang dimilikinya guna memenuhi kepentingan kayu struktural. Percobaan dilakukan terhadap model sambungan kayu dengan pasak berpenahan geser (shear connector) sehingga keberhasilan penelitian ini akan memberi peluang baik pada sambungan kayu maupun pada kayu lamina mekanis. Sambungan dengan baut adalah jenis sambungan yang paling sering digunakan karena faktor kemudahan dalam pengerjaan. Namun demikian, jenis sambungan tersebut kurang efisien karena bila terjadi gaya geser maka akan ditahan oleh baut dan kayu dengan hanya seluas penampang baut. Disamping itu, kuat tekan kayunya adalah seluas lubang baut, yaitu diameter lubang baut dikalikan tebal kayu. Hal tersebut akan berbeda kalau digunakan sambungan pasak, dimana yang akan menahan gaya aksial adalah pasak dan kayu, yaitu untuk geser pasak adalah luas penampang pasak dikalikan panjang pasak, sedang untuk kuat tekan kayu adalah sebesar setengah luas penampang lubang pasak dikalikan dengan panjang lubang pasak. Untuk itu penelitian ini diharapkan mampu menjawab awal tantangan kebutuhan data teknologi rekayasa kayu tersebut khususnya bagi jenis mangium sebagai salah satu jenis kayu budidaya yang diunggulkan. Tujuan umum penelitian yang akan dilaksanakan adalah meningkatkan peran kayu hasil budidaya hutan tanaman khususnya kayu mangium sebagai kayu konstruksi, sedangkan tujuan khusus penelitian antara lain data sifat fisis dan mekanis kayu mangium umur 17 tahun melalui pengujian contoh kecil bebas cacat (small clear specimen) guna diketahui sifat dasarnya, melihat kelayakan kayu mangium pada kisaran umur 17 tahun sebagai bahan kayu konstruksi melalui pemilahan kayu ukuran full-scale (baik secara visual maupun masinal) dan penentuan tegangan ijin. Selain itu mengembangkan teknologi pasak penahan geser pada sambungan kayu tampang dua dengan menggunakan dua bentuk pasak yakni pasak bulat (dowel) dan pasak segi empat, tiga jenis bahan pasak yakni pasak sejenis tanpa perlakuan, pasak sejenis yang dipadatkan (densifikasi) dan pasak baja, serta menggunakan dua jenis alat pengencang yaitu baut dan pelekap bambu berbaji, dan mencoba suatu bentuk sambungan tampang dua dengan variasi jumlah dan ukuran jarak peletakan pasak bulat (dowel) dan pasak segi empat terhadap ujung, sisi dan spasi antar pasak dalam suatu susunan pasak dan arah pembebanannya. Penelitian dilakukan dengan mempertimbangkan status pengetahuan (state of the art) sambungan kayu dengan pasak penahan geser dan mengandung nilai kebaruan dalam beberapa aspek antara lain sambungan dengan berbagai variasi pasak, variasi sistem sambungan, variasi bahan pasak dan upaya pemadatan kayu sebagai bahan pasak geser. Bahan penelitian berupa kayu mangium diperoleh dari areal HTI PT ITCI-Hutani Manunggal di Kenangan, Balikpapan Seberang, Kalimantan Timur. Pengujian dilakukan di laboratorium di lingkungan Departemen Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor dan Laboratorium Sifat Fisik dan Mekanik Kayu Pustekolah Bogor sejak Desember 2009-Agustus 2011. Pengujian sifat dasar kayu dalam ukuran contoh kecil bebas cacat (ckbc) mengikuti ASTM D-143 (2008) untuk semua sifat fisis dan mekanisnya. Untuk pengujian sifat dasar v balok menggunakan dua metoda, yaitu menentukan tegangan ijin lentur melalui pemilahan secara visual dan penentuan tegangan ijin lentur secara masinal. Secara visual dilakukan dengan pengukuran dimensi, pengamatan cacat kayu, pengukuran kadar air dan penimbangan kayu, lalu ditentukan kelas mutunya berdasarkan NI-5 PKKI 1961. Pengujian secara masinal menggunakan mesin pemilah Panter MPK-5 dengan cara meletakkan kayu di atas mesin tersebut. Untuk lebih membuktikan nilai sifat mekanisnya, setelah diuji dengan mesin Panter MPK-5, kayu kemudian diuji sifat mekanisnya berdasarkan Standar ASTM D-198 (2008) pada mesin UTM Shimadzu dengan jarak sangga 240 cm dan dengan metoda third point loading. Penentuan kekuatan kayu mangium sebagai kayu konstruksi dalam format LRFD dihitung dengan prosedur realibility normalization dengan standar ASTM D-5457 (2008). Dari beberapa perhitungan yang dilakukan di atas akan diperoleh kekuatan karakteristik, tegangan ijin lentur, kelas mutu, tahanan referensi dan nilai ataupun kelas kekuatan lainnya sesuai dengan pedoman yang dipergunakan. Untuk pengujian non destruktif ckbc dan balok menggunakan alat NDT Sylvatest-Duo (f = 22 kHz). Alat tersebut mempunyai dua transducer gelombang ultrasonik yang masing-masing ditancapkan di kedua ujung kayu yang diuji sampai kecepatan gelombang dapat terbaca pada panel alat (dalam mikrodetik). Pengujian sambungan kayu dilakukan atas dua bagian yakni pengujian atas 13 sistem sambungan yang ukurannya sama namun berbeda dalam penggunaan pasak, pasak geser serta pengencangnya. Bagian kedua merupakan pengujian faktorial sambungan atas perlakuan 3 faktor yakni jenis pasak geser (bulat dan segi empat), jumlah pasak (sepasang, dua dan tiga pasang), serta bahan pasak (pasak mangium yang sejenis dengan komponen sambungan, pasak mangium yang dipadatkan, pasak ulin serta pasak baja). Metoda analisis data atas 13 sistem sambungan disusun dalam ANOVA melalui Desain Eksperimen Satu Faktor dalam Program Minitab versi 14, baik bagi kemampuan sistem sambungan maupun sesaran yang terjadi pada titik beban maksimum maupun kemampuan pada batas proporsi. Analisis statistik tentang kemampuan sistem sambungan dalam pola faktorial menggunakan rancangan percobaan faktorial 2 x 3 x 4 dalam RCBD yang terdiri atas faktor A (bentuk pasak penahan geser) yang terdiri atas 2 level perekat yaitu a1 (pasak penahan geser bentuk bulat), a2 (pasak penahan beser bentuk segi empat), faktor B (jumlah pasangan pasak) yang terdiri atas tiga level lapisan yaitu b1 (sepasang pasak penahan geser), b2 (dua pasang pasak penahan geser) dan b3 (tiga pasang pasak penahan geser) dan faktor C (jenis bahan pasak penahan geser) yang terdiri atas empat level yaitu c1 (pasak mangium sejenis dengan komponen sambungan), c2 (pasak mangium dipadatkan), d3 (pasak ulin) dan d4 (pasak baja). Uji lanjut dengan HSD.