27
3.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat fisis dan mekanis kayu mangium dan kelas kuat kayu berdasarkan peraturan yang berlaku di
Indonesia.
3.3. Bahan dan Metode
3.3.1. Bahan dan Alat
Jenis kayu yang digunakan pada penelitian ini adalah kayu mangium, diperoleh dari hasil tebang hutan tanaman industri milik Perum Perhutani Unit III
lokasi di Legok, Bogor, Jawa Barat. Umur pohon pada saat ditebang sekitar 8 tahun, dengan diameter pohon sekitar 20-28 cm. Setelah penebangan log kayu
diangkut ke pemotongan kayu sawmill dan dilakukan proses pemotongan kayu sesuai dengan ukuran lebar dan tinggi masing-masing lebih dari 60 mm, dan 120
mm serta panjang lebih dari 3000 mm. Setelah diadakan pemotongan, kayu diangkut ke laboratorium Puslitkim Pusat Penelitian Pemukiman PU, Cileunyi
Bandung. Kemudian dilanjutkan dengan proses pengeringan secara alami, kayu disusun secara rapi diruang beratap dan diantara lapis diberikan kayu reng dengan
ketebalan sekitar 30 mm. Kipas angin dipasang selama 24 jam sebanyak empat buah dengan posisi berubah-ubah dengan maksud agar kayu dapat kering dengan
waktu lebih cepat apabila dibandingkan dengan tidak dilakukan pengipasan. Untuk mengetahui perkiraan kadar air kayu, diadakan pengetesan dengan alat
pengukur kadar air digital yaitu dengan menusukkan jarum pada kayu dan secara langsung dapat diketahui nilai kadar airnya. Pengetesan secara random
menunjukkan bahwa kadar air kering udara dari bahan dasar benda uji adalah sekitar 14 sampai dengan 16. Pengujian ini dilakukan untuk mendapatkan
keyakinan bahwa kayu dalam kondisi kering udara ideal dan dapat dipersiapkan sebagai material untuk pengujian sifat fisis atau mekanis kayu.
Peralatan yang digunakan dalam pelaksanaan penelitian ini adalah alat potong, penghalus, Calliper, alat pengukur kadar air digital, oven, alat pemilahan
28 kayu Panter, beban, Universal Testing Machine UTM kapasitas 10 KN,
komputer, kalkulator, dan alat tulis.
3.3.2. Metodologi
Penelitian dilakukan di Laboratorium Struktur dan Bangunan Konstruksi Puslitkim PU, Cileunyi, Bandung. Pengujian sifat fisis dilakukan menggunakan
benda uji bebas cacat. Sifat fisis antara lain kadar air, kerapatan, berat jenis, dan susut kayu pada arah longitudinal, radial maupun tangensial. Sifat mekanis kayu
antara lain tegangan geser sejajar serat, tegangan tekan sejajar serat, tegangan tekan tegak lurus serat, dan tegangan tarik tegak lurus serat, dan modulus
elastisitas MOE. Pengujian dilakukan berdasarkan ketentuan yang diatur pada standar ASTM D143 2005 tentang Standard Methods of Testing Small Clear
Specimens of Timber. Dimensi dari benda uji untuk mendapatkan nilai kerapatan dan berat jenis
adalah 20 mm panjang x 20 mm lebar x 20 mm tinggi dengan kadar air kering udara antara 14-16. Seluruh benda uji sebanyak dua puluh delapan buah
diukur secara tepat panjang, lebar dan tingginya dengan alat pengukur digital selanjutnya ditimbang. Benda uji dikeringkan dalam oven dengan suhu antara
100-103 C selama 24 jam. Setelah dikeluarkan dari oven benda uji didinginkan
sebentar dan selanjutnya masing-masing benda uji ditimbang, hasil penimbangan disebut berat kering tanur .
Uji susut kayu mangium disiapkan dengan dimensi 20 mm x 20 mm x 50 mm. Panjang 50 mm merupakan arah serat tinjauan yaitu masing-masing
longitudinal untuk mendapatkan nilai susut longitudinal, arah serat radial untuk susut radial dan arah serat tangensial untuk susut tangensial. Lebar dan tinggi
masing-masing benda uji sebesar 20 mm dengan arah serat lainnya. Masing masing benda uji diukur panjangnya secara tepat dan kemudian dimasukkan
didalam oven dengan suhu 100-103 C selama 24 jam. Benda uji dikeluarkan dari
oven kemudian diadakan pengukuran panjangnya kembali. Kekuatan tekan sejajar serat merupakan kemampuan kayu menahan gaya
tekan sejajar arah serat dan mengakibatkan terjadi perpendekan kayu. Kayu
29 dengan ukuran lebar, tinggi, dan panjang masing-masing adalah 50 mm, 50 mm,
dan 200 mm sebanyak 10 buah diukur secara tepat dengan alat pengukur digital. Benda uji diberikan beban tekan sejajar serat pada permukaan potongan melintang
secara bertahap dengan kecepatan 0,003 mmmm panjang benda uji per menit. Oleh karena panjang benda uji adalah 200 mm maka kecepatan pembebanan
adalah 0,6 mmmenit. Pembebanan dilakukan sampai terjadi kerusakan failure dari benda uji.
Kekuatan tekan tegak lurus serat merupakan kemampuan kayu menahan gaya tekan yang bekerja tegak lurus arah serat. Benda uji sebanyak 10 buah
dengan dimensi lebar, tinggi, dan panjang masing-masing adalah 50 mm, 50 mm, dan 150 mm diadakan pengukuran secara tepat dengan alat pengukur digital
bagian tengah benda uji arah memanjang. Benda uji diletakkan secara mendatar dan pada bagian tengah atas diletakkan pelat baja dengan ukuran 50 mm x 50 mm.
Pembebanan diberikan diatas pelat baja secara bertahap dengan kecepatan 0,305 mmmin. Pembebanan dilakukan sampai terjadi kerusakan dari benda uji.
Kekuatan tarik tensile strength tegak lurus serat adalah kekuatan kayu untuk menahan beban luar yang berusaha menarik kayu tersebut. Benda uji
sebanyak 10 buah masing-masing diberikan beban tarik tegak lurus serat, dengan kecepatan pembebanan 2,5 mmmenit. Pembebanan dilakukan sampai terjadi
kerusakan dari benda uji.
Kekuatan geser sejajar serat merupakan kemampuan kayu dalam menahan geseran antar serat. Kekuatan geser dipengaruhi oleh kekuatan ikatan antar serat.
Benda dengan dimensi lebar, tinggi, dan panjang masing-masing adalah 50 mm, 50 mm, dan 63 mm dicoak sebesar 13 mm pada bagian atas. Jadi bidang geser
adalah 50 mm x 50 mm untuk panjang dan tinggi. Pengujian ini dilakukan dengan menekan pada bagian yang tercoak. Pembebanan diberikan dengan kecepatan
sebesar 0,6 mmmenit. Pembebanan dilanjutkan sampai melewati batas
proposional dan berhenti setelah terjadi kerusakan.
Soerjokusumo 2003 dalam buku panduannya, menjelaskan penggunaan pemilah kayu secara mekanis berdasarkan nilai MOE. Pengujian dilakukan
menggunakan mesin pemilah Panter Plank Sorter yang telah dikembangkan di Indonesia sejak tahun 1980. Pelaksanaan pemilahan mekanis kayu menggunakan
30 alat tersebut dapat dilihat seperti pada Gambar 3.1. Mesin pemilah Panter
merupakan mesin yang dirancang berdasarkan prinsip pendugaan kekuatan kayu melalui parameter kekakuannya. Mesin ini merupakan suatu sistem pemilahan
kayu secara masinal yang sederhana dan pengujiannya bersifat tidak merusak non destructive test. Dengan metode ini kelas kuat kayu yang diindikasikan dengan
nilai MOE setiap balok kayu yang dipilah dapat diketahui dengan cepat tanpa terjadi kerusakan.
Gambar 3.1 Uji lentur dengan mesin pemilah Panter
3.4. Analisis Data
Analisis data dilakukan sesuai dengan masing-masing jenis pengujian yang telah dilakukan pada pengujian laboratorium.
Kerapatan merupakan nilai dari berat benda uji sebelum dioven dibagi dengan volume sebelum dioven pula, yaitu pada kondisi kering udara, dapat
dihitung dengan persamaan,
ku ku
V W
tan Kerapa
= =
ρ 3.1
Berat jenis kayu adalah berat kering tanur dibagi dengan volume kering udara benda uji dibagi dengan berat air dibagi dengan volume air pada kondisi
31 kering udara. Nilai berat air dibagi dengan volume air adalah satu. Persamaan
berat jenis dapat dituliskan sebagai berikut,
a a
ku kt
V W
V W
Jenis Berat
= 3.2
Kadar air merupakan hasil pembagian kandungan berat air terhadap berat kering tanur dari benda uji. Berat air adalah selisih dari berat benda uji sebelum
dioven dikurangi dengan berat kering tanur benda uji. Kadar air dapat dihitung dengan persamaan,
x W
W W
Air Kadar
kt kt
ku
100 −
= .
3.3 Susut longitudinal, tangensial dan radial, masing-masing dapat dihitung
berdasarkan perbedaan perubahan deformasi terhadap panjang aslinya pada arah dimaksud, dan dapat dihitung dengan persamaan,
x L
L L
Susut
o ku
o
100 −
= 3.4
Kekuatan tekan sejajar serat dan kekuatan tekan tegak lurus serat, masing- masing dihitung berdasarkan persamaan 3.5, dan 3.6 sebagai berikut,
tekan bidang
serat
A P
= σ
3.5
tekan bidang
serat
A P
=
⊥
σ 3.6
Kekuatan geser sejajar serat dapat dihitung berdasarkan persamaan,
geser bidang
serat
A P
= τ
3.7
3.5. Hasil dan Pembahasan
Dari pengukuran dan penimbangan yang dilakukan diperoleh hasil bahwa nilai kerapatan dan berat jenis rata-rata kayu mangium masing-masing adalah 0,53
gcm
3
, dan berat jenis 0,46, masing-masing kedua nilai tersebut dapat dilihat pada
32 Gambar 3.2 dan Gambar 3.3. Pada pengamatan kayu mangium yang telah
dilakukan, diperoleh kadar air sebesar 16,35 , lihat Gambar 3.4.
Gambar 3.2 Kerapatan kayu mangium
Gambar 3.3 Berat jenis kayu mangium
Gambar 3.4 Kadar air kayu mangium
0,00 0,20
0,40 0,60
0,80
5 10
15 20
25 30
Nomor Benda Uji Ke
r a
pa ta
n g
c m
3
Kerapatan rata-rata= 0,53 gcm
3
STDEV = 0.08 COV = 15,47
5 10
15 20
25
5 10
15 20
25 30
Nomor Benda Uji K
a d
a r A
ir Kadar Air rata-rata = 16,35
STDEV = 3,29 COV =20,10
0,00 0,20
0,40 0,60
0,80
5 10
15 20
25 30
Nomor Benda Uji B
era t J
en is
BJ rata-rata = 0,46 STDEV = 0,08
COV = 16,48
33 Hasil pengujian menunjukkan bahwa perubahan panjang atau susut kayu
mangium adalah sebagai berikut: susut arah tangensial adalah 5,51 dengan SD 0,49 dan CV 8,86; susut arah radial adalah 2,74 dengan SD 0,30 dan CV
11,00; serta susut arah longitudinal adalah 0,10 dengan SD 0,03 dan CV 34,71, lihat Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Susut longitudinal, radial, dan tangensial kayu mangium Tegangan tekan sejajar serat diperoleh dengan cara membagi gaya
maksimum yang bekerja dengan luas permukaan benda uji. Nilai tegangan tekan
0,00 0,20
0,40 0,60
0,80 1,00
5 10
15 20
25 30
Nomor benda uji Su
su t L
o ng
it u
d in
a l
Susut Longitudinal rata-rata = 0.10 STDEV = 0,03
COV = 34,71
0,00 2,00
4,00 6,00
8,00 10,00
5 10
15 20
25 30
Nomor benda uji Sus
ut R
a di
a l
Susut Radial rata-rata = 2,74 STDEV = 0,30
COV = 11,00
0,00 2,00
4,00 6,00
8,00 10,00
5 10
15 20
25 30
Nomor Benda Uji Su
su t T
a ng
e n
si a
l Susut Tangensial rata-rata = 5,51
STDEV = 0,49 COV = 8,86
34 sejajar serat kayu mangium adalah 27,94 MPa dengan SD 1,78 dan CV 6,37,
dapat dilihat pada Gambar 3.6. Tegangan tekan tegak lurus serat adalah gaya maksimum dibagi dengan
luas penampang tekan. Nilai tegangan tekan tegak lurus arah serat rata-rata kayu mangium adalah 12,02 MPa dengan SD 2,66 dan CV 22,18 , dapat dilihat pada
Gambar 3.7. Tegangan tarik tegak lurus serat adalah gaya maksimum dibagi dengan
luas biang tarik. Nilai tegangan tarik tegak lurus arah serat rata-rata kayu mangium adalah 3,57 MPa dengan SD 0,44 dan CV 12,18, dapat dilihat pada
Gambar 3.8.
Gambar 3.6 Tegangan tekan sejajar serat kayu mangium
Gambar 3.7 Tegangan tekan tegak lurus serat kayu mangium
10 20
30 40
2 4
6 8
10 12
Nomor Be nda Uji T
e g
. T e
ka n Se
ja ja
r Se
r a
t
M Pa
σ
tekanserat
rata-rata = 27,94 Mpa STDEV = 1,78
COV = 6,37
10 20
30 40
2 4
6 8
10 12
Nomor Benda Uji Te
g . T
e k
a n
Te g
a k
Lu r
u s S
e r
a t
MP a
σ
tekan ⊥ serat
rata-rata = 12,02 MPa STDEV = 2,66
COV = 22,18
35
Gambar 3.8 Tegangan tarik tegak lurus serat kayu mangium Dari pengujian ini didapatkan tegangan geser sejajar serat adalah 8,56 MPa
dengan SD = 1,01, dan CV = 11,82, lihat Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Tegangan geser sejajar serat kayu mangium Dari hasil uji lentur menggunaksn mesin pemilah Panter diperoleh hasil
MOE rata-rata adalah 9540 MPa dengan SD = 951, dan CV = 9,97, lihat Gambar 3.10.
1 2
3 4
5
2 4
6 8
10 12
Nomor Benda Uji Teg
. Ta
r ik
T e
g a
k L
u ru
s S era
t
MP a
σ
tarik ⊥ serat
rata-rata = 3,57 MPa STDEV = 0,44
COV = 12,18
2 4
6 8
10 12
2 4
6 8
10 Nomor Benda Uji
T e
g . G
e se
r S
e ja
ja r
S e
r a
t MP
a
τ
geserserat
rata-rata = 8,56 Mpa STDEV = 1,01
COV = 11,82
36
Gambar 3.10 Modulus elastisitas kayu mangium hasil pemilahan dengan Mesin Pemilah Panter
Dari hasil pengujian yang dilakukan oleh beberapa peneliti menunjukkan bahwa sifat fisis dan mekanis dari kayu mangium sangat beragam. Perbedaan nilai
yang diperleh dari penelitian oleh penulis dan peneliti lainnya disebabkan oleh karena beberapa faktor yang mempengaruhinya yaitu: kondisi alam lokasi tanam
seperti cuaca dan jenis tanah tempat pohon tumbuh, sistem tanam dan perawatan masa pertumbuhan dan kualitas bibit.
Tabel 3.1 menunjukkan hasil pengujian sifat fisis dan mekanis kayu mangium yang dilakukan oleh penulis dan peneliti lainnya.
2000 4000
6000 8000
10000 12000
14000
20 40
60 80
100 120
Nomor Benda Uji M
o d
u lu
s El
as ti
si tas
M P
a
MOE rata-rata = 9540 MPa E-10 STDEV = 951
COV = 9,97
37 Tabel 3.1 Sifat fisis dan mekanis kayu mangium
Keterangan: sumber dari Kader et al. Properties and Utilization. Didalam: Acacia mangium, Growing and Utlization.
Dari hasil pengujian sifat fisis dan mekanis yang dilakukan penulis pada penelitian ini kayu mangium dapat digolongkan berdasarkan peraturan kayu yang
berlaku di Indonesia adalah sebagai berikut: a. Berdasarkan Daftar I Peraturan Konstruksi Kayu Indonensia PKKI NI-5
1961 kelas kuat kayu didasarkan pada nilai MOE kayu. Dari pengujian yang telah dilakukan diperoleh hasil bahwa MOE kayu mangium sekitar
9000-11000 MPa atau nilai MOE rata-rata 9540 MPa, digolongkan sebagai kayu kelas kuat II–III MOE = 10000 MPa. Pada peraturan
yang sama kelas kuat kayu dapat digolongkan berdasarkan berat jenis kayu. Dari pengujian yang telah dilaksanakan untuk kayu mangium
Jenis Penulis 2008
Peneliti lainnya Nama
Kerapatan gcm
3
0,53 kondisi kering
udara 0,42-0,60
0,42 - 0,43 kondisi basah
0, 50-0,60 kondisi kering
0,48-0,52 0,57
McDicken dan Brewbaker 1984
Razali dan Kuo 1991 Zin et al. 1991
Razali dan Hamami 1992
Berat jenis 0,46
0,65 0,43-0,47
McDicken dan Brewbaker 1984
Sining 1988 Susut arah
longitudinal 0,03
Susut arah radial 2,74 2,7
1,35 Saleh dan Wong 1991
Ong 1985 Susut arah
tangensial 5,51 6,4
2,61 Saleh dan Wong 1991
Ong 1985 MOE MPa
9540 9908 9544-10771
10891 umur 12 tahun
Wang et al. 1989 Zin et al. 1991
Razali dan Hamami 1992
MOR MPa 74,5
97-113,5 97
umur 12 tahun Wang et al. 1989
Zin et al. 1991 Razali dan Hamami 1992
Tegangan Tekanserat
MPa 43,31-48,49
43,44 umur 12 tahun
Zin et al. 1991 Razali dan Hamami 1992
Tegangan geserserat MPa
8,56 15,81-17,28 Zin
et al. 1991
38 diperoleh nilai kerapatan rata-rata adalah 0,53 gcm
3
dan nilai berat jenis rata-rata adalah 0,46, berdasarkan PKKI dapat digolongkan
sebagai kayu kelas kuat II BJ = 0,40-0,60. b. Berbeda dengan PKKI, penggolongan kuat acuan pada RSNI Rencana
Standar Nasional Indonesia 2002 tentang Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu Indonesia didasarkan pada nilai MOE dan dilengkapi
dengan nilai kuat tekan tegak lurus serat, tekan sejajar serat, tarik tegak lurus serat, tarik sejajar serat dan kuat geser sejajar serat yang dapat
diambil dalam perencanaan kayu. Pada RSNI tidak menggolongkan kelas kuat kayu berdasarkan berat jenis kayu. Dari hasil pengujian
diperoleh modulus elastistas MOE kayu mangium sekitar 9000-11000 MPa atau nilai MOE rata-rata 9540 MPa, tegangan tekan sejajar serat
rata-rata 27,94 MPa, tegangan tekan tegak lurus serat rata-rata 12,02 MPa dan tegangan geser sejajar serat rata-rata 8,56 MPa. Berdasarkan
nilai kuat acuan yang tercantum pada RSNI, kayu tersebut dapat digolongkan sebagai kuat acuan E10-12.
Pemilihan kayu sebagai komponen struktural ditentukan berdasarkan pembebanan, bentang, bentuk dan dimensi yang direncanakan. Untuk beban dan
bentang besar, digunakan kayu dengan kelas kuat tinggi. Sebaliknya untuk komponen struktur penunjang atau untuk menahan beban kecil atau untuk benting
kecil digunakan kayu dengan kelas kuat yang lebih rendah. Kayu dengan kelas kuat II-III memungkinkan dan telah biasa digunakan sebagai komponen
struktural. Penggunaannya tentunya telah direncanakan tidak melampaui batas kemampuan sifat mekanis kayu.
3.6. Kesimpulan
Kategori