IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Sifat Fisis Kayu
Nilai rata-rata hasil pengujian sifat fisis dan kecepatan rambatan gelombang ultrasonik contoh kecil bebas cacat kayu
sengon Paraserianthes falcataria L. Nielsen, kayu mangium Acacia mangium Willd,
durian Durio zibethinus Murr, tusam Pinus merkusii Junghuhn de Vriese, rasamala Altingia excelsa Norona, dan kayu kempas Koompassia malaccensis
Maing disajikan secara terperinci pada Tabel 2. Kecepatan rambatan gelombang ultrasonik
keenam jenis kayu tersebut berubah seiring
dengan perubahanperbedaan sifat fisis kayu kadar air, berat jenis, dan kerapatan.
1. Pengaruh Kadar Air terhadap Kecepatan Rambatan Gelombang
Ultrasonik
Haygreen dan Bowyer 1996 mendefinisikan kadar air kayu adalah banyaknya air yang terdapat dalam kayu yang dinyatakan dalam persen
terhadap berat kering tanurnya. Pada penelitian ini dilakukan pengujian kecepatan rambatan gelombang pada kondisi KA basah, KA titik jenuh serat,
KA kering udara, dan KA kering tanur enam jenis kayu Indonesia. Kadar air dan kecepatan gelombang ultrasonik disajikan pada Tabel 2.
Berdasarkan hasil penelitian yang ditunjukkan oleh Tabel 2 dapat diketahui bahwa terdapat variasi nilai KA diantara enam jenis kayu
yang diteliti pada berbagai kondisi kadar air. Hal ini diduga karena disebabkan masing-masing jenis kayu memiliki karakteristik struktur anatomi, daya serap
dan pengeringan yang berbeda-beda. Faktor yang diduga mempengaruhi kemampuan kayu untuk mengasorbsi maupun mengeluarkan air dari sel-sel
kayunya adalah struktur sel penyusun kayu dan kandungan ektraktif serta ada tidaknya tilosis.
Perendaman selama tujuh hari yang dilakukan pada awal penelitian ini menyebabkan kayu jenuh air dan mencapai KA basah. Pada kondisi basah
kayu mempunyai nilai KA lebih tinggi dari nilai kadar air titik jenuh serat, kering udara dan kadar air kering tanur. Hal ini terjadi karena pada kondisi
basah rongga sel dan dinding sel jenuh air. Air yang terdapat di dalam dinding
sel disebut air terikat. Sedangkan uap air atau air cair pada rongga sel disebut air bebas. Jika terjadi pengeringan, air bebas lebih mudah meninggalkan
rongga sel dibandingkan air terikat karena pengaruh kekuatan ikatan pada dinding sel. Oleh karena itu kayu yang memiliki rongga sel yang lebih lebar
relatif lebih mudah kehilangan air dibandingkan dengan kayu yang berongga sel sempit. Demikian pula sebaliknya ji ka kayu direndam dalam air lebih dari
24 jam maka kayu yang memiliki rongga lebar lebih mudah mengasorbsi air Haygreen dan Bowyer ,1996.
Pada kondisi basah rata-rata kadar air semua jenis kayu 105,93 , terendah 45,27 dan tertinggi 236,50 . Pada kondisi TJS kandungan air
menurun karena rongga sel sudah tidak terisi air meskipun dinding selnya jenuh air. Rata-rata KA dari semua jenis kayu pada kondisi TJS adalah
25,91 , terendah 21,69 dan tertinggi 29,77 . Nilai ini mendekati nilai KA 30 yang biasanya digunakan sebagai rujukan nilai untuk KA TJS.
Kayu menyesuaikan diri dengan kelembaban udara relatif dan suhu udara sekitarnya mencapai
kadar kering udara atau KA kesetimbangan. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa nilai rata-rata KA kering udara
pada semua jenis kayu adalah 14,86 , terendah 14,02 dan tertinggi 17,52 . Haygreen dan Bowyer 1996 mengemukakan bahwa meskipun ada
variabilitas dalam sifat-sifat penyerapan air diantara spesies namun dianggap bahwa semua jenis kayu mencapai KA kesetimbangan yang relatif sama
dan nila inya selalu di bawah nilai KA TJS. Kayu benar-benar kehilangan air jika dipanaskan pada suhu lebih dari
100° C. Pemanasan termal menyebabkan air yang terkandung pada rongga sel dan dinding sel mengalami pergerakan keluar kayu, sehingga yang terkandung
dalam kayu hanya zat kayunya saja. Namun demikian kandungan air dalam kayu tidak benar hilang secara keseluruhan. Setelah dipanaskan kayu
masih mengandung air ± 1 dan telah mencapai berat konsta n Haygreen dan Bowyer, 1996. Dalam penelitian ini nilai rata -rata kadar air
pada kondisi kering tanur pada semua jenis kayu adalah 1,08 , terendah 0,58 dan tertinggi 1,94 .
Tabel 2. Rata-rata Sifat Fisis Enam Jenis Kayu pada Berbagai Kadar Air
Kondisi Basah Kondisi TJS
Kondisi KU Kondisi BKT
Jenis Kayu
KA ñ
gCm
3
BJ v
ms KA
ñ gCm
3
BJ v
ms KA
ñ gCm
3
BJ v
ms KA
Ñ gCm
3
BJ v
ms 1. Sengon
236,50 0,71
0,21 3103
29,77 0,32
0,24 5775
17,52 0,30
0,25 5903
1,19 0,30
0,29 6233
2. Mangium 105,45
0,78 0,38
4427 21,69
0,45 0,37
6109 15,82
0,44 0,39
6516 1,94
0,64 0,62
6521 3. Durian
131,13 0,87
0,39 3747
27,23 0,44
0,37 5408
14,11 0,49
0,43 5691
0,90 0,57
0.56 5572
4. Pinus SW 68,91
1,10 0,64
4636 26,12
0,74 0,58
6059 13,56
0,69 0,61
6856 0,75
0,71 0,70
6810 5. Kempas
45,27 1,00
0,69 5694
23,01 0,86
0,70 5714
14,02 0,86
0,75 6104
0,58 0,82
0,81 6020
6. Rasamala 48,30
1,05 0,71
4683 27,64
0,90 0,70
5553 14,11
0,81 0,71
6142 1,14
0,88 0,87
5659
Tabel 3. Rata-rata Sifat Mekanis Enam Jenis Kayu pada Berbagai Kadar Air
Kondisi Basah Kondisi TJS
Kondisi KU Kondisi BKT
JENIS KAYU
Ed kgcm
2
Es kgcm
2
MOR kgcm
2
Ed kgcm
2
Es kgcm
2
MOR kgcm
2
Ed kgcm
2
Es kgcm
2
MOR kgcm
2
Ed kgcm
2
Es kgcm
2
MOR kgcm
2
1. Sengon 69060,08
26343,69 297,80
109674,31 22377,00
287,06 105739,62
34647,93 343,16
117276,01 48437,24
608,11 2. Mangium
155413,17 68712,09
502,57 171228,34
63355,77 535,09
191168,19 57578,01
592,89 276261,29
73596,18 933,31
3. Durian 127531,89
56643,80 498,13
132442,11 56705,26
494,75 160460,15
66218,52 661,86
179542,64 66371,44
791,42 4. Pinus SW
246058,37 75442,11
614,89 275752,44
99663,08 723,57
332701,03 110851,00 1111,83
333887,38 120308,54 1736,39
5. Kempas 331810,47 119542,20
1024,52 268095,48 126103,20
1002,86 325884,06 132598,90
1285,34 302766,49 136889,90
1365,52 6. Rasamala
237092,61 120113,90 985,84
281694,01 118016,40 942,41
312947,27 97978,12
1175,35 288314,49 110584,40
1628,33
Keterangan : ES = kekakuan lentur statis MOEs ED = kekakuan lentur dinamis MOEd
20
Gelombang ultrasonik adalah gelombang suara yang bekerja pada frekuensi di atas 20 KHz, sehingga tidak terjangkau dalam indera pendengaran manusia.
Gelombang ini dapat mengalir melalui medium padat, cair, maupun gas. Partikel-partikel bahan meneruskan gelo mbang dengan cara berosilasi searah
penjalaran gelombang Halliday dan Resnick 1984 dalam Waluyo 2001. Tiga parameter gelombang ultrasonik yang umumnya digunakan dalam
pengujian secara tidak merusak yaitu kecepatan gelombang, koefisien atenuasi dan frekuensi respon tergantung dari tujuan pengujian dan kondisi material
yang diuji Lee et al. 1992 dalam Waluyo 2001. Parameter yang digunakan dalam pengujian non destruktif metode
gelombang ultrasonik ini adalah kecepatan rambatan gelombang ultrasonik. Kece patan gelombang ultrasonik dibangkitkan oleh getaran dengan parameter
yang diukur berupa waktu perambatan gelombang ultrasonik. Kecepatan rambatan gelombang menjadi dasar dalam pendugaan kekakuan kayu,
dalam hal ini kekakuan kayu berkolerasi erat dengan kekuatan kayu. Selanjutnya kecepatan rambatan gelombang enam jenis kayu pada berbagai
kondisi kadar dicantumkan pada Gambar 3 di bawah ini.
1000 2000
3000 4000
5000 6000
7000 8000
15 30
45
Kadar Air Kecepatan ms
Sengon Mangium
Durian Pinus
Rasamala Kempas
Gambar 3. Hubungan Kadar air dengan Kecepatan Gelombang Ultrasonik Gambar 3 menunjukkan bahwa pada enam jenis kayu sengon, mangium,
durian, pinus, rasamala, dan kempas terjadi peningkatan kecepatan rata-rata gelombang ultrasonik dengan semakin menurunnya kadar air. Pada kondisi
basah kecepatan rata-rata rambatan gelombang enam jenis kayu tersebut secara berurutan adalah sebesar 3103 ms, 4683 ms, 3747 ms, 4636 ms,
4683 ms, dan 5694 ms. Sedangkan pada kondisi kering tanur kecepatan rata-rata rambatan gelombang kayu sengon, mangium, durian, pinus, rasamala,
kempas secara berurutan adalah sebesar 6233 ms, 5659 ms , 5572 ms, 6810 ms, 5659 ms, dan 6020 ms. Hal ini sesuai dengan penelitian-penelitian
sebelumnya yang dilakukan oleh Kabir et al. 1997 , Wang et al. 2002, serta Van Dyk dan Robert 2005.
Menurut Wang et al. 2003 kecepatan gelombang ultrasonik
yang merambat melalui kayu meningkat dengan penurunan kadar air dari keadaan titik jenuh serat ke keadaan kering oven, baik untuk spesimen
longitudinal maupun radial. Walaupun demikian, pengaruh kadar air terhada p kecepatan rambatan gelombang ultrasonik berbeda untuk keadaan di bawah
dan di atas titik jenuh serat. Kecepatan gelombang ultarasonik hanya bervariasi sedikit dengan penurunan kadar air di atas titik jenuh serat,
tetapi untuk kadar air di bawah titik jenuh serat penurunan kecepatan rambatan gelombang
ultrasonik lebih besar. Selanjutnya ditegaskan
oleh Sakai et al. 1991 dalam Van Dyk dan Robert 2005 pada spesimen longitudinal kecepatan rambatan gelombang ultrasonik mengalami penurunan
secara linear dan dengan kemiringan yang cukup dari kadar air basah ke
kondisi titik jenuh serat. Di bawah titik jenuh serat, kemiringan kurva
meningkat tetapi tetap linear. Baik Sakai et al. 1991 maupun Mishiro 1996 dalam Van Dyk dan Robert 2005 menemukan bahwa gradien kelembaban
mempunyai efek yang sama terhadap gelombang ultrasonik seperti rata-rata kadar air yang mengalami penurunan karena terlepasnya ikatan antar molekul
air desorption. Kecepatan gelombang pada kayu dan variasinya dengan kadar air
serta arahnya telah dikaji secara intensif pada suhu di atas titik beku. Untuk kayu solid, kecepatan gelombang bebeda-beda antara 1000 ms sampai 3000
ms melewati arah serat dan 5000 ms sampai 6000 ms pada arah longitudinal. Kecepatan radial yaitu sekitar 50 lebih besar daripada
kecepatan tangensial pada sembilan jenis kayu yang diuji Ross et al. 1997.
Bucur 1995 menyatakan bahwa ada beberapa hal yang mempengaruhi kecepatan perambatan gelombang ultrasonik antara lain mata kayu, kadar air
dan kemiringan serat. Sakai dan CoWork 1990 dalam Bucur 1995 menyatakan bahwa kecepatan menurun secara drastis dengan kenaikan kadar
air sampai titik jenuh serat dan setelah itu variasinya sangat kecil. Pada kadar a ir rendah, yaitu KA kurang dari 18 air yang ada di dinding sel sebagai air
terikat bound water merupakan media dimana gelombang ultrasonik disebarkan oleh dinding sel dan batas selnya. Pada kadar air yang lebih tinggi
tapi di bawah titik jenuh serat, yaitu kisaran KA antara 18-30 penyebaran pada batas dinding sel akan berperan dalam me nghilangnya gelombang
ultrasonik. Setelah titik jenuh serat, air bebas yang berada dalam rongga sel dan porositas kayu juga berfungsi sebagai faktor utama dalam penyebaran
gelombang ultrasonik. Dengan demikian peningkatan kecepatan gelombang ultrasonik dapat dihubungkan dengan adanya air terikat bound water
sedangkan pelemahan dihubungkan dengan adanya air bebas free water dalam rongga sel.
Hasil penelitian pada contoh uji kondisi BKT diperoleh kecepatan yang lebih rendah dari kondisi kering udara. Hal ini diduga karena adanya pengaruh
panas dan temperatur pada sampel setelah dilakukan pengovenan. Kecepatan rambatan gelombang ultrasonik yang merupakan gelombang suara mengalami
penurunan dengan peningkatan temperatur, sebab temperatur yang lebih tinggi akan menghasilkan kerapatan yang lebih rendah karena thermal ekspansi
kayu. Thermal ekspansi kayu merupakan perubahan dimensi pa da kayu karena adanya perubahan temperatur. Selanjutnya ditegaskan kembali
oleh Oliviera 2002 bahwa faktor yang mempengaruhi perambatan gelombang ultrasonik pada kayu adalah sifat fisis dari substrat, karakteristik
geometris jenis makro dan mikrostruktur dan prosedur saat dilakukan pengukuran frekuensi dan sensitivitas dari tranduser, ukurannya, posisi
dan karakteristik dinamis dari peralatan.
2. Pengaruh Kerapatan Terhadap Kecepatan Gelombang Ultrasonik pada kondisi Kering Udara
Kategori