Analisis Transformasi Penampang Kayu Laminasi Kelapa Sawit Menggunakan Model Distribusi Ikatan Pembuluh
ANALISIS TRANSFORMASI PENAMPANG
KAYU LAMINASI KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN
MODEL DISTRIBUSI IKATAN PEMBULUH
ATMAWI DARWIS
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul analisis transformasi
penampang kayu laminasi kelapa sawit menggunakan model distribusi ikatan
pembuluh adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Atmawi Darwis
NIM E262100031
RINGKASAN
ATMAWI DARWIS. Analisis Transformasi Penampang Kayu Laminasi Kelapa
Sawit Menggunakan Model Distribusi Ikatan Pembuluh. Dibimbing oleh
MUHAMMAD YUSRAM MASSIJAYA, NARESWORO NUGROHO, EKA
MULYA ALAMSYAH.
Kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) merupakan salah satu jenis tanaman
yang tergolong dalam tumbuhan monokotil. Struktur anatomi batang kelapa sawit
tersusun atas ikatan pembuluh dan parenkim sebagai jaringan dasarnya. Kedua
komponen tersebut dapat mempengaruhi karakteristik kayunya. Dilihat dari
penampang lintang batang, pola ikatan pembuluh tidak merata, dimana secara
kontinyu menurun dari tepi ke pusat batang. Penelitian ini bertujuan untuk
menemukan suatu model matematis hubungan distribusi ikatan pembuluh dengan
karakteristik “kayu” dari batang kelapa sawit dan menggunakan model ini dalam
mentransformasi penampang kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
Penelitian ini terdiri atas empat tahap. Tahap pertama pengamatan
pengaruh distribusi ikatan pembuluh pada arah horisontal/radial (tepi ke pusat
batang) dan vertikal/longitudinal (pangkal ke ujung) batang kelapa sawit terhadap
karakteristik “kayu” (kerapatan dan sifat mekanis). Tahap kedua adalah
karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit. Variabel-variabel yang
digunakan dalam tahap ini adalah posisi ketinggian “kayu” pada batang kelapa
sawit (2 m, 4 m, 6 m), berat labur (200 g m-2, 250 g m-2, 300 g m-2) dan lama
pengempaan ( 1 jam, 2 jam, 3 jam). Tahap ketiga adalah pengaruh ketebalan
lamina kelapa sawit yang diambil mulai dari bagian tepi batang terhadap
karakteristik kayu laminasinya. Bahan baku lamina yang digunakan diambil dari
ketinggian 2 m, 4 m, dan 6 m dengan ketebalan 6 cm, 3 cm, 2 cm, dan 1,5 cm.
Berat Labur dan waktu kempa yang digunakan dalam tahap ini mengacu pada
tahap kedua. Dimensi penampang kayu laminasi yang dibuat 6 cm x 6 cm.
Penelitian tahap ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh ketebalan lamina
terhadap karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit. Penelitian tahap
terakhir adalah menganalisa sifat kekakuan/modulus elastisitas kayu laminasi dari
batang kelapa sawit secara matematis dengan metode Transformed Cross Section
(TCS) berdasarkan distribusi ikatan pembuluh yang diperoleh dari tahap pertama
dan tahap ketiga.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa distribusi ikatan pembuluh dapat
diasumsikan sebagai fungsi jarak dari tepi ke pusat batang dan dinyatakan dalam
persamaan regresi non linier (power). Karakteristik “kayu” kelapa sawit
dipengaruhi oleh distribusi ikatan pembuluhnya. Pada arah horisontal, semakin
besar jumlah distribusi ikatan pembuluhnya, kerapatan dan sifat mekanisnya akan
semakin tinggi, sedangkan pada arah vertikal menunjukkan fenomena yang
sebaliknya. Hubungan ini dapat dimodelkan dalam persamaan regresi linier
berganda yaitu: y = 0.221 – 0.023x1 + 0.001x2 ; R2 = 82% (kerapatan), y = 11609 –
2517x1 + 132x2 ; R2 = 70% (MOE), y = 76.710 – 13.942x1 + 0.852x2 ; R2 = 71%
(MOR), y = 42.944 – 7.577x1 + 0.422x2 ; R2 = 69% (kekuatan tekan sejajar serat),
y = 50.950 – 8.413x1 + 0.523x2 ; R2 = 77% (kekerasan), y = 11.189 – 2.413x1 +
0.183x2 ; R2 = 83% (kekuatan geser) dimana y adalah karakteristik “kayu” kelapa
sawit, x1 adalah ketinggian batang asal contoh uji, x2 adalah distribusi ikatan
pembuluh.
Sifat keterekatan “kayu” kelapa sawit dengan isosianat sebagai perekatnya
menunjukkan sudut kontak yang dihasilkan dibawah 90o dan mengindikasikan
bahwa perekat ini layak digunakan sebagai bahan perekat kayu laminasi dari
batang kelapa sawit. Pengujian karakteristik kayu laminasi 2 lapis (kekuatan geser
rekat, kerusakan kayu dan rasio delaminasi) diperoleh hasil terbaiknya dengan
berat labur 300 g m-2, sedangkan waktu kempa yang dibutuhkan selama 1 jam.
Karakteristik kayu laminasi batang kelapa sawit sangat dipengaruhi oleh
sifat bahan baku lamina yang digunakan. Semakin tipis lamina yang diambil dari
bagian tepi batang kelapa sawit, semakin banyak jumlah ikatan pembuluh. Hal ini
menyebabkan kerapatan dan kekakuan laminanya juga semakin besar. Pada
ketinggian yang berbeda, menunjukkan fenomena yang sebaliknya sebagaimana
pada penelitian tahap pertama. Hubungan ini ditunjukkan dengan persamaan
regresi linier yMOE = 177864xkerapatan – 32225 (R2 = 82%) dan yMOE = 1.0466xMOE
2
lamina + 1748.5 (R = 95%). Kerapatan kayu laminasi batang kelapa sawit 1.03 –
1.35 kali kerapatan balok utuh. MOE kayu laminasi batang kelapa sawit 1.54 –
1.66 kali MOE balok utuh, sedangkan MOR-nya sebesar 1.22 – 1.46 kali MOR
balok utuhnya dan keteguhan geser kayu laminasi batang kelapa sawit 0.86 – 1.43
kali keteguhan geser balok utuhnya.
Nilai MOE memiliki hubungan linieritas dengan distribusi ikatan
pembuluh. Oleh sebab itu, rasio distribusi ikatan pembuluh dapat dipergunakan
sebagai pengganti rasio modulus elastisitas untuk digunakan dalam
mentransformasi penampang melintang (Transformed Cross Section) kayu
laminasi dari batang kelapa sawit. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai
teoritis dari model yang diturunkan ternyata tidak jauh berbeda dengan nilai
empirisnya. Hal ini ditunjukkan dengan nilai korelasi Pearson yang sangat tinggi
sebesar 94%.
Berdasarkan hasil pengujian karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa
sawit, ternyata kekuatan geser, MOR dan MOE belum memenuhi Japanese
Agricultural Standard for Glued Laminated Timber Notification No. 1152 (JPIC
2007), sedangkan kadar air dan rasio delaminasi telah memenuhi standar. Hal ini
diduga karena umur kelapa sawit yang digunakan masih muda (20 tahun).
Kata Kunci: distribusi ikatan pembuluh, karakteristik, kayu laminasi, kelapa
sawit, Transformed Cross Section
SUMMARY
ATMAWI DARWIS. Transformation cross section analysis of oil palm wood
laminate used distribution of vascular bundles model. Supervised by
MUHAMMAD YUSRAM MASSIJAYA, NARESWORO NUGROHO, EKA
MULYA ALAMSYAH.
Palm oil (Elaeis guineensis Jacq.) is one types of plants belonged to
monocot plants. In general, the anatomical structure of the trunk is composed of
vascular bundles and parenchyma as essentially network. Basically, both of these
components affect the characteristics of the wood. Based on the function, vascular
bundles serve as the supporting structure and the transport system, while the
parenchyma is the food storage elements. In a cross-sectional trunk, uneven
pattern of vascular bundles is generated which continuously decreases from the
outer to the center of the stem so that it will directly affect the characteristics of
the "wood". The purpose of this research are to find a mathematical model of the
relationship between the distribution of vascular bundles with a characteristic
"wood" oil palm trunks and use this model in the transformed cross section of
laminated wood oil palm trunk.
This study consists of four stages. The first stage of observation influences
the distribution of vascular bundles in the direction of the horizontal/radial (outer
to the center of the stem) and vertical/longitudinal (base to top) of oil palm trunks
on the characteristics of the "wood" (density and mechanical properties). The
second phase is laminated wood characteristics of oil palm trunk. The variables
used in this phase is the height position "wood" on the oil palm trunk (2 m, 4 m, 6
m), glue rate (200 g m-2, 250 g m-2, 300 g m-2) and press time (1 hour, 2 hours, 3
hours). The third stage is the influence of the thickness of the oil palm lamina
taken from the outer of the trunk of the characteristics of wood laminations.
Lamina raw material used was taken from a height of 2 m, 4 m and 6 m with a
thickness of 6 cm, 3 cm, 2 cm, and 1.5 cm. The glue rate of adhesive and press
time used in this phase refers to the second stage. Dimensional cross-section is
made of laminated wood 6 cm by 6 cm. This phase of research aims to analyze the
influence of the thickness of the lamina of the laminate wood characteristics of oil
palm trunk. The last stage of the research is to analyze the modulus of elasticity
laminate of oil palm trunk with methods Transformed Cross Section (TCS) based
on the distribution of vascular bundles obtained from the first and the third stage.
The results showed that the distribution of vascular bundles can be
assumed as a function of distance from the edge to the center of the stem and is
expressed in non-linear regression equation (power). The characteristics of oil
palm wood are influenced by the distribution of vascular bundles. In the
horizontal direction, the greater the number of vascular bundles distribution,
density and mechanical properties will be higher, while the vertical direction
indicates the opposite phenomenon. This relationship can be modeled in a
multiple linear regression equation are : y = 0.221 - 0.023x1 + 0.001x2; R2 = 82%
(density), y = 11609 - 2517x1 + 132x2; R2 = 70% (MOE), y = 76.710 - 13.942x1 +
0.852x2; R2 = 71% (MOR), y = 42.944 - 7.577x1 + 0.422x2; R2 = 69%
(compressive parallel to grain), y = 50.950 - 8.413x1 + 0.523x2; R2 = 77%
(hardness), y = 11.189 - 2.413x1 + 0.183x2; R2 = 83% (shear strength) where y is
the characteristic of "wood" palm oil, x1 is the origin of the stem height of the
sample, x2 is the distribution of vascular bundles.
The wettability properties of oil palm wood with isocyanate adhesive
shows the resulting contact angle below 90 ° and indicates that the adhesive is fit
for use as an adhesive laminate of oil palm trunk. Testing characteristics of
laminate 2 layer (shear strength adhesive, wood failure and delamination ratio)
obtained the best results with glue rate of 300 g m-2, while the press time required
for 1 hour.
Characteristics of glulam of OPT influenced by the properties of the
laminae. The thinner the laminae taken from the outer part of OPT, the more
distribution of the vascular bundles. This causes the density and stiffness of the
laminae to also get bigger. At different heights opposite phenomenon occurred as
in the earlier study. This relationship is shown by the linear regression equation
yMOE = 177864xkerapatan - 32225 (R2 = 82%) and yMOE = 1.0466xMOE lamina + 1748.5
(R2 = 95%). The density of oil palm wood laminated 1.03 to 1.35 times of the
density of a solid beam. MOE of oil palm wood laminated 1.54 - 1.66 times of
MOE solid beams, while it’s MOR for 1.22 to 1.46 times of MOR beam shear
strength of solid and shear strength of oil palm wood laminated 0.86 – 1.43 times
of shear strength of solid beams. Based on this, oil palm “wood” laminate
produced from thin laminae taken from the bottom of the stem will have higher
properties.
Value of wood bending (MOE) is closely related to the distribution of the
vascular bundles. Therefore, the ratio of distribution of vascular bundles can be
used as a substitute for the ratio of modulus of elasticity in transformed cross
section analysis of oil palm “wood” laminated. The result shows theoretical value
of derived model was not different from the empirical value one. This proved by a
very high Pearson correlation values at 94%.
Based on the results of testing glulam of OPT characteristics testing,
apparently not all of them meet the Japanese Agricultural Standard for Glued
Laminated Timber Notification No. 1152 (JPIC 2007). Moisture content and the
ratio of delamination have met these standards, while the shear strength, MOR
and MOE have not.
Keywords: characteristics, distribution of vascular bundles, glulam, oil palm
trunk, Transformed Cross Section
Hak cipta milik IPB, tahun 2015
Hak cipta dilindungi undang-undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan,
penulisan kritik,atau tinjauan suatu masalah;dan pengutipan tidak merugikan
kepentingan IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
ANALISIS TRANSFORMASI PENAMPANG
KAYU LAMINASI KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN
MODEL DISTRIBUSI IKATAN PEMBULUH
ATMAWI DARWIS
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada
Mayor Teknologi Serat dan Komposit
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji pada ujian tertutup: 1. Prof Dr Ir Imam Wahyudi, MS
2. Dr Ir Saptahari M Soegiri Poetra
Penguji pada ujian terbuka:
1. Prof Dr Ir Imam Wahyudi, MS
2. Krisdianto, SHut MSc PhD
Judul Disertasi: Analisis Transformasi Penampang Kayu Laminasi Kelapa Sawit
Menggunakan Model Distribusi Ikatan Pembuluh
Nama
: Atmawi Darwis
NIM
: E262100031
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Prof Dr Ir Muh Yusram Massijaya, MS
Ketua
Dr Ir Naresworo Nugroho, MS
Anggota
Eka Mulya Alamsyah, SHut MAgr PhD
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Mayor
Teknologi Serat dan Komposit
Dekan Sekolah Pascasarjana
I Nyoman Jaya Wistara, PhD
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian : 28 Juli 2015
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2012 sampai April 2014 adalah
Biokomposit dengan judul Analisis Transformasi Penampang Kayu Laminasi
Kelapa Sawit Menggunakan Model Distribusi Ikatan Pembuluh.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada:
1. Prof Dr Ir Muh Yusram Massijaya, MS selaku ketua komisi pembimbing
beserta anggota komisi pembimbing Dr Ir Naresworo Nugroho, MS dan Eka
Mulya Alamsyah, SHut MAgr PhD yang telah dengan ikhlas dan sabar
memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis sehingga tugas akhir ini
dapat diselesaikan dengan baik;
2. Pimpinan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, Ketua Program
Studi/Mayor Teknologi Serat dan Komposit beserta staf atas pelayanannya
yang baik;
3. Prof Dr Ir Wasrin Syafi’i, dan Dr Wahyu Dwianto selaku penguji kualifikasi;
Prof Dr Ir Imam Wahyudi, MS dan Dr Ir Saptahari M Soegiri Poetra selaku
penguji ujian tertutup; Prof Dr Ir Imam Wahyudi, MS dan Krisdianto, SHut
MSc PhD selaku penguji ujian promosi atas saran, kritik dan arahannya;
4. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan
yang telah memberikan bantuan studi melalui BPPS tahun 2010;
5. Rektor Universitas Winaya Mukti dan Institut Teknologi Bandung yang telah
mengijinkan penulis untuk mengikuti tugas belajar pada Program Doktor,
Sekolah Pascasarjana IPB;
6. Dr Ichsan Suwandhi, SHut MP, Dr Ir Tati Karliati, MSi dan Dr Effendi Tri
Bahtiar, SHut MSi atas bantuan dan kerjasamanya.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada keluarga besar
penulis, keluarga besar Departemen Hasil Hutan, teman-teman program pasca
sarjana IPB serta semua pihak yang telah membantu kelancaran penelitian ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2015
Atmawi Darwis
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Hipotesis Penelitian
Novelty Penelitian
Kerangka Pemikiran Penelitian
1
3
4
4
4
4
5
2. PENGARUH
DISTRIBUSI
IKATAN
PEMBULUH
TERHADAP
KERAPATAN DAN SIFAT MEKANIS BATANG KELAPA SAWIT
Pendahuluan
7
Bahan dan Metode
7
Hasil dan Pembahasan
9
Simpulan
15
3. KARAKTERISTIK KAYU LAMINASI BATANG KELAPA SAWIT
DENGAN PEREKAT ISOSIANAT
Pendahuluan
16
Bahan dan Metode
17
Hasil dan Pembahasan
20
Simpulan
35
4. PENGARUH KETEBALAN LAMINA TERHADAP KARAKTERISTIK
KAYU LAMINASI BATANG KELAPA SAWIT
Pendahuluan
36
Bahan dan Metode
37
Hasil dan Pembahasan
38
Simpulan
46
5. ANALISIS TRANSFORMASI PENAMPANG LAMINA DAN LAMINASI
BATANG KELAPA SAWIT BERDASARKAN DISTRIBUSI IKATAN
PEMBULUHNYA
Pendahuluan
47
Bahan dan Metode
48
Hasil dan Pembahasan
50
Simpulan
66
6. PEMBAHASAN UMUM
7. SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
RIWAYAT HIDUP
67
71
73
78
DAFTAR TABEL
2.1
2.2
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Persamaan regresi non linier yang dibentuk dari hubungan antara
jarak (x) dari tepi ke pusat batang dengan distribusi ikatan
pembuluh (y) pada ketinggian 2 m, 4 m, dan 6 m
Ringkasan nilai koefisien regresi dan probabilitas hubungan
antara distribusi ikatan pembuluh (x2) pada berbagai ketinggian
(x1) dengan kerapatan dan sifat mekanis kayu sawit
Karakteristik perekat isosianat dan cross linker
Karakteristik lamina batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap kadar air kayu laminasi dari
batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap kerapatan kayu laminasi dari
batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap keteguhan geser kayu laminasi
dari batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap kerusakan kayu laminasi dari
batang kelapa sawit
Keteguhan geser rekat dan kerusakan kayu laminasi batang
kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap delaminasi air dingin kayu
laminasi dari batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan
berat labur perekat isosianat terhadap delaminasi air mendidih
kayu laminasi dari batang kelapa sawit
Rasio delaminasi kayu laminasi batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap MOE kayu laminasi dari batang
kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap MOR kayu laminasi dari batang
kelapa sawit
MOE dan MOR kayu laminasi batang kelapa sawit
Karakteristik lamina batang kelapa sawit
Hubungan antara Kerapatan (ρ) kayu utuh dengan kayu laminasi
dari lamina bagian tepi batang kelapa sawit
Hubungan antara MOE dan MOR kayu utuh dengan kayu
laminasi dari lamina bagian tepi batang kelapa sawit
Hubungan antara keteguhan geser kayu utuh dengan kayu
laminasi dari lamina bagian tepi batang kelapa sawit
Analisis sidik ragam karakteristik kayu laminasi batang kelapa
sawit
Karakteristik kayu laminasi batang kelapa sawit
11
13
17
21
24
24
27
28
29
31
31
32
34
34
35
38
40
42
44
45
46
5.1
5.2
5.3
5.4
Fungsi regresi non linier power untuk distribusi ikatan pembuluh
pada batang kelapa sawit
Sifat-sifat penampang lamina batang kelapa sawit dengan model
transformasi power
Ringkasan sifat-sifat penampang tertansformasi non linier
(power) kayu solid dan kayu laminasi batang kelapa sawit
Hasil korelasi pearson dan uji t-student data berpasangan untuk
validasi hasil teoritis dibandingkan data empiris.
51
60
64
65
DAFTAR GAMBAR
1.1
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
Diagram alir tahapan penelitian analisis transformasi penampang
kayu laminasi kelapa sawit menggunakan model distribusi ikatan
pembuluh
Pengambilan contoh uji (a) potongan memanjang, dan (b)
potongan melintang
Photo makroskopis distribusi ikatan pembuluh pada penampang
lintang batang kelapa sawit
Plot distribusi ikatan pembuluh dari tepi ke pusat batang kelapa
sawit pada ketinggian 2m, 4m, dan 6m
Rata-rata kerapatan, sifat mekanis dan distribusi ikatan pembuluh
dari tepi sampai pusat batang pada ketinggian 2 m, 4 m, dan 6 m
Pengaruh distribusi ikatan pembuluh terhadap kerapatan dan sifat
mekanis batang kelapa sawit pada ketinggian 2, 4, dan 6 meter
Sketsa kayu laminasi 2 lapis
Contoh uji keteguhan geser (satuan: mm); JPIC (2007)
Contoh uji dan pengujian MOE dan MOR metode one point
loading dengan beban terpusat di tengah batang
Sudut kontak isosianat dan air pada permukaan batang kelapa
sawit pada 0 detik, 60 detik dan 120 detik
Sudut kontak (a) air dan (b) perekat isosianat pada permukaan
batang kelapa sawit yang diambil dari ketinggian 2 m, 4 m, dan
6m
Nilai kadar air kayu laminasi kelapa sawit pada posisi ketinggian,
berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Nilai kerapatan kayu laminasi batang kelapa sawit pada posisi
ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Nilai keteguhan geser kayu laminasi batang kelapa sawit pada
posisi ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Kemerataan bahan perekat (warna putih) pada permukaan
batang kelapa sawit: a) 200 g m-2, 250 g m-2 ,dan c) 300 g m-2
Nilai persentase kerusakan kayu laminasi batang kelapa sawit
pada posisi ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang
berbeda
Kerusakan kayu terjadi pada bidang geser (a). Pada bidang
transversal, kerusakan kayu terjadi pada jaringan parenkim (b)
Kerusakan juga terjadi pada ikatan pembuluh pada bidang
longitudinal (c). Mikrograf SEM pada bidang transversal
menunjukkan bahwa perekat isosianat merekat dengan baik (d)
Nilai rasio delaminasi rendam air (a) dan rendam air mendidih
(b) kayu laminasi batang kelapa sawit pada posisi ketinggian,
berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Nilai MOE kayu laminasi batang kelapa sawit pada posisi
ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Nilai MOR kayu laminasi batang kelapa sawit pada posisi
ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang berbeda
6
8
10
10
12
14
18
18
19
21
22
23
24
26
26
27
28
30
33
33
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
Ketebalan lamina yang digunakan dan konfigurasi struktur
lapisan kayu laminasi batang kelapa sawit
Kadar air kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa sawit
dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Kerapatan kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa sawit
dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Keteguhan lentur kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa
sawit dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Keteguhan patah kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa
sawit dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Kurva beban-defleksi kayu laminasi kelapa sawit dan kayu utuh
hasil pengujian pada ketinggian 2, 4, dan 6 m.
Keteguhan Geser kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa
sawit dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Delaminasi kayu laminasi batang kelapa sawit a) sebelum
direndam, b) setelah direndam air, dan c) setelah di oven. Angka
2, 3 dan 4 menunjukkan jumlah lamina penyusun kayu laminasi.
Tanda panah menunjukkan garis rekat
Photo makroskopis penampang melintang batang kelapa sawit
Bentuk dan dimensi penampang tertransformasi power lamina
batang kelapa sawit dengan ketebalan dan ketinggian yang
berbeda
Sketsa pemodelan power untuk analisa sifat penampang lamina
batang kelapa sawit
Ilustrasi lebar penampang tertransformasi model non linier
(power) dari kayu utuh batang kelapa sawit (60.00 mm x 60.00
mm)
Ilustrasi posisi centroid masing-masing bagian penampang
tertransformasi kayu solid batang kelapa sawit (60.00 mm x
60.00 mm)
Ilustrasi lebar penampang tertransformasi model non linier
(power) dari kayu laminasi batang kelapa sawit 2 lapis
Ilustrasi posisi centroid masing-masing bagian penampang
tertransformasi konfigurasi kayu laminasi batang kelapa sawit 2
lapis
Ilustrasi posisi centroid penampang tertransformasi non linier
(power) konfigurasi 2 lapis
Ilustrasi lebar penampang tertransformasi model non linier
(power) dari kayu laminasi batang kelapa sawit 3 lapis
Ilustrasi posisi centroid masing-masing bagian penampang
tertransformasi konfigurasi kayu laminasi batang kelapa sawit 3
lapis
Ilustrasi posisi centroid penampang tertransformasi non linier
(power) konfigurasi 3 lapis
Ilustrasi lebar penampang tertransformasi model non linier
(power) dari kayu laminasi batang kelapa sawit 4 lapis
37
37
40
41
41
42
43
45
51
53
54
60
60
61
61
62
62
62
62
63
5.13
5.14
5.15
5.16
Ilustrasi posisi centroid masing-masing bagian penampang
tertransformasi konfigurasi kayu laminasi batang kelapa sawit 4
lapis
Ilustrasi posisi centroid penampang tertransformasi non linier
(power) konfigurasi 4 lapis
Hasil pengujian lentur kayu laminasi batang kelapa sawit
Regresi linier validasi hasil teoritis model transformasi power
terhadap data empirisnya
63
64
65
66
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Di Indonesia, perkebunan kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) dikelola
oleh pemerintah, swasta maupun masyarakat. Kelapa sawit merupakan salah satu
tanaman primadona subsektor perkebunan. Hal ini terlihat dengan semakin
bertambahnya luas perkebunan kelapa sawit dari tahun ke tahun. Berdasarkan
data dari Badan Pusat Statistik, hingga tahun 2013 luas perkebunan kelapa sawit
di Indonesia telah mencapai 10.6 juta hektar (BPS 2014).
Berdasarkan morfologi buahnya, terdapat tiga varietas kelapa sawit, yaitu
dura, pisifera, dan tenera. Varietas yang banyak dibudidayakan adalah tenera yang
merupakan hasil persilangan antara dura dan pisifera. Varietas ini memiliki
persentase daging per buahnya mencapai 95% dan kandungan minyak per
tandannya 28% (Allorerung et al. 2010).
Dalam pengelolaan perkebunan sawit, batas umur produktif pohonnya
relatif pendek yaitu antara 25 sampai 30 tahun. Setelah mencapai umur tersebut,
pohon secara teknis harus ditebang dan diremajakan kembali. Sejalan dengan
percepatan pembangunan perkebunan kelapa sawit yang dimulai sekitar tahun
1980, maka pada saat ini maupun yang akan datang telah banyak perkebunan
kelapa sawit yang memasuki umur untuk diremajakan. Menurut Badrun (2010),
secara rata-rata pada waktunya nanti perlu diremajakan sekitar 250 ribu ha/tahun.
Berdasarkan perhitungan pada waktu peremajaan masih terdapat sekitar 75% dari
jumlah tegakan sebanyak 128 pohon/ha dengan volume rata-rata 1.72 m3/batang,
maka ketersediaan limbah batang kayu kelapa sawit tua sekitar 170 m3/ha. Hal ini
menunjukkan potensi limbah batang kelapa sawit yang dapat dimanfaatkan secara
lestari sebagai substitusi bahan baku industri perkayuan sekitar 42.5 juta m3/tahun.
Bagian batang merupakan porsi terbesar ketiga setelah pelepah daun dan
tandan buah kosong (Anis et al. 2008). Bagian tanaman ini belum termanfaatkan
dan potensinya cukup besar. Bahkan, ketika dilakukan peremajaan perkebunan
kelapa sawit, batang-batang kelapa sawit ini hanya menjadi limbah yang tak
termanfaatkan. Seiring dengan laju pertumbuhan perkebunan kelapa sawit yang
pesat, limbah dari batang kelapa sawit menimbulkan berbagai permasalahan
terutama dalam pengelolaannya.
Morfologi batang kelapa sawit mempunyai sifat-sifat yang
menguntungkan diantaranya batangnya yang lurus dan silindris dengan tapper
yang kecil (0-12%), serta kelingkaran (roundness) penampang lintang batang
yang mendekati sempurna (94.6%). Berdasarkan sifat-sifat tersebut akan menjadi
lebih mudah dalam penggergajian dan pengupasan menjadi veneer (Bakar et al.
2008).
Berbagai upaya untuk memanfaatkan batang kelapa sawit telah dilakukan
melalui berbagai macam penelitian yang diawali pada sifat-sifat dasarnya. Secara
anatomi, batang kelapa sawit tersusun atas ikatan pembuluh dan parenkim sebagai
jaringan dasarnya. Kedua komponen ini sangat menentukan karakteristik sifat
batangnya. Ikatan pembuluh tersebar seolah tidak beraturan terlihat pada
penampang lintang batangnya. Pada bagian tepi batang dipenuhi dengan ikatan
2
pembuluh. Jumlah ikatan pembuluh semakin berkurang dari bagian tepi ke pusat
batang.
Berdasarkan sifat keawetan alaminya, batang kelapa sawit tergolong
sangat rendah (Bakar et al 2008). Hal ini berkaitan dengan eksistensi gula dan pati
dalam jaringan parenkim. Banyaknya gula dan pati yang terkandung dalam batang
kelapa sawit menyebabkannya disukai oleh agen-agen biologis perusak “kayu”.
Berdasarkan sifat fisis dan mekanisnya, “kayu” sawit yang dapat
dimanfaatkan untuk komponen furniture dan bahan kontruksi ringan hanya pada
beberapa sentimeter dari bagian pinggir batang dan beberapa meter diatas pangkal
batang (Prayitno 1995). Hal ini juga didukung oleh Bakar et al. (1999) yang
menyatakan bahwa 1/3 bagian terluar diameter dan ¾ bagian terbawah dari tinggi
batang kelapa sawit dapat termanfaatkan sebagai alternatif pengganti kayu.
“Kayu” pada bagian tepi batang sawit memiliki sifat fisis dan mekanis yang
tertinggi dibandingkan bagian dalamnya.
Keterbatasan dimensi sortimen yang dihasilkan dari limbah batang kelapa
sawit merupakan salah satu faktor yang menghambat penggunaannya sebagai
bahan kontruksi bangunan. Salah satu upaya untuk mengatasi hal tersebut adalah
dengan memanfaatkannya menjadi produk kayu laminasi (glue laminated
timber/glulam).
Kayu laminasi merupakan produk yang dihasilkan dengan menyusun
sejumlah papan atau lamina dan merekatnya membentuk penampang yang
diinginkan (Serrano 2003). Lebih lanjut dikatakan
bahwa keuntungan
penggunaan kayu laminasi adalah meningkatkan sifat-sifat kekuatan dan
kekakuan, memberikan pilihan bentuk geometri yang lebih beragam,
memungkinkan untuk penyesuaian kualitas laminasi dengan tingkat tegangan
yang diinginkan dan meningkatkan akurasi dimensi dan stabilitas bentuk.
Keuntungan utama dari pembuatan kayu laminasi adalah dapat menghasilkan
kayu besar dari kayu berdimensi kecil dengan kualitas rendah.
Perekat merupakan salah satu komponen utama dalam pembuatan kayu
laminasi. Salah satu perekat yang digunakan dalam pembuatan produk ini adalah
perekat berbasis isosianat. Perekat ini memiliki kekuatan rekat yang baik dengan
bahan-bahan yang mengandung atom hidrogen aktif karena mampu membentuk
ikatan kimia. Selain itu perekat ini mudah membasahi dan menembus ke dalam
struktur berpori untuk membentuk ikatan mekanik yang kuat (Schollenberger
1990).
Sifat keterekatan antara perekat dan kayu penting untuk diketahui dalam
pembuatan kayu laminasi. Sifat ini dapat diketahui dengan menguji sifat
keterbasahan antara perekat dan kayu dengan mengukur sudut kontak antara
keduanya. Pengujian lainnya adalah uji delaminasi, sifat keteguhan geser, serta
interaksi antara perekat dengan kayu setelah dijadikan kayu laminasi. Studi sifat
keterbasahan kayu sawit (veneer) telah dilakukan dengan perekat berbasis
formaldehida (Sulaiman et al. 2009). Penelitian sifat keterbasahan kayu sawit
dengan perekat isosianat masih minim informasinya.
Penelitian mengenai kayu laminasi dari limbah batang kelapa sawit dengan
perekat isosianat merupakan langkah nyata untuk memenuhi kebutuhan akan
produk kayu, mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan, meningkatkan
nilai tambah dari limbah batang kelapa sawit, dapat membuka lapangan kerja
baru, serta meningkatkan pendapatan masyarakat. Karakterisasi kayu laminasi
3
dari batang sawit merupakan langkah penting dalam memperoleh informasi dasar
untuk mencapai tujuan tersebut. Berdasarkan hal tersebut di atas maka pembuatan
kayu laminasi merupakan salah satu solusi untuk mengatasi keterbatasan dimensi
sortimen yang dapat dihasilkan dari limbah batang kelapa sawit.
Karakteristik kayu laminasi ditentukan oleh sifat-sifat lamina penyusunnya
seperti sifat kekakuannya (MOE). Sebagai produk biologis, lamina-lamina yang
dihasilkan batang kelapa sawit memiliki variabilitas sifat yang tinggi. Sifat
kekakuan kayu laminasi dapat diprediksi nilainya dengan menggunakan metode
analisis transformasi penampang melintang (Transformed Cross Section). Metode
ini digunakan untuk mentransformasi/merubah bentuk penampang aktual kayu
laminasi menjadi bentuk penampang imajiner fiktif. Hal ini dilakukan dengan
menyesuaikan geometri masing-masing bahan dengan rasio modulus elastisitas
terhadap modulus bahan dasar, menciptakan bentuk fiksi bahan homogen dan
menghasilkan penampang berbahan tunggal.
Perumusan Masalah
Ikatan pembuluh dalam batang sawit terdistribusi tidak merata baik dari
tepi ke pusat batang maupun dari pangkal ke ujung batang. Distribusi yang
dimaksud adalah jumlah ikatan pembuluh per satuan luas. Distribusi ikatan
pembuluh dan kaitannya dengan sifat-sifat batang sawit belum dikaji lebih
mendalam. Hubungan antara distribusi ikatan pembuluh pada batang dan sifat fisis
dan mekanisnya perlu dikaji lebih lanjut sejauh mana keterkaitannya dengan
membuat suatu model matematika dalam bentuk persamaan regresi.
Sifat keterekatan antara bahan yang direkat dengan perekat menjadi salah
satu pertimbangan penting dalam pembuatan produk kayu laminasi. Penelitian
sifat keterekatan “kayu” sawit dengan perekat isosianat masih minim, sehingga
perlu dilakukan penelitian sebagai bahan informasi pemanfaatannya dalam
pembuatan produk kayu laminasi dari batang sawit.
Pertimbangan yang penting diperhatikan dalam pemanfaatan kayu sebagai
bahan kontruksi salah satunya adalah sifat mekanisnya. Sifat keteguhan lentur
(MOE) dan keteguhan patah (MOR) kayu laminasi menjadi perhatian yang sangat
penting untuk tujuan konstruksi. Teknologi laminasi kayu dapat dijadikan salah
satu alternatif untuk meningkatkan sifat mekanis tersebut dengan mengatur pola
pelapisannya. Dengan mengatur pola pelapisan kayu laminasi diharapkan dapat
menghasilkan sifat fisis dan mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan kayu
utuh. Penempatan lamina bagian luar yang lebih kuat akan meningkatkan sifat
kekuatan kayu laminasi dibandingkan kayu solid/utuhnya (Bodig & Jayne 1993).
Pemanfaatan “kayu” batang kelapa sawit bagian tepi sebagai bahan kayu laminasi
belum banyak dilakukan. Hal ini perlu diteliti lebih lanjut mengingat bahwa pada
bagian tepi memiliki kekuatan yang lebih baik dibandingkan bagian dalam
sehingga dapat dijadikan bahan kontruksi (Prayitno 1995, Bakar et al. 1999).
Analisis transformasi penampang lintang kayu laminasi pada umumnya
berdasarkan rasio MOE lamina penyususunnya. Karakteristik batang kelapa sawit
yang sangat bervariasi dipengaruhi oleh keberadaan ikatan pembuluhnya. Pola
sebaran atau distribusi ikatan pembuluhnya yang tidak merata pada penampang
batang kelapa sawit diduga menjadi salah satu variabel penting yang
mempengaruhi karakteristik “kayu” kelapa sawit. Analisis transformasi
4
penampang lintang (Transformed Cross Section) kayu laminasi dari batang kelapa
sawit berdasarkan distribusi ikatan pembuluhnya dikaji dalam penelitian ini.
Berdasarkan uraian di atas, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Seberapa besar pengaruh distribusi ikatan pembuluh terhadap kerapatan dan
sifat mekanis pada berbagai kedalaman dan ketinggian batang kelapa sawit
2. Seberapa besar pengaruh distribusi ikatan pembuluh terhadap karakteristik
kayu laminasi dari batang kelapa sawit berperekat isosianat.
3. Seberapa besar pengaruh ketebalan lamina yang diambil dari bagian tepi
batang kelapa sawit terhadap kerapatan dan sifat mekanis kayu laminasinya.
4. Seberapa besar kemampuan model distribusi ikatan pembuluh dapat digunakan
dalam analisis transformasi penampang laminasi kayu kelapa sawit.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menemukan suatu model matematis
hubungan antara distribusi ikatan pembuluh dengan karakteristik “kayu” dari
batang kelapa sawit dan menggunakan model ini dalam mentransformasi
penampang kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah diperolehnya informasi tentang
hubungan antara karakteristik batang kelapa sawit dengan distribusi ikatan
pembuluh dalam bentuk model matematik. Model yang terbentuk diharapkan
dapat digunakan untuk menduga kerapatan dan sifat mekanis “kayu” dari batang
kelapa sawit. Hasil penelitian ini juga diharapkan dapat menjadi informasi dasar
dalam pemanfaatan batang kelapa sawit untuk dijadikan produk kayu laminasi.
Selain itu diharapkan penelitian ini juga dapat menambah informasi dari teori dan
metodologi yang telah ada dalam analisis transformasi penampang kayu laminasi
khususnya dari tumbuhan monokotil.
Hipotesis Penelitian
1. Distribusi ikatan pembuluh dalam batang kelapa sawit berpengaruh nyata
terhadap karakteristik batang kelapa sawit maupun kayu laminasinya
2. Distribusi ikatan pembuluh berpengaruh nyata terhadap sifat keterekatan dan
karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit
3. Ketebalan lamina yang diambil mulai dari tepi batang kelapa sawit akan
mempengaruhi karakteristik kayu laminasinya
4. Distribusi ikatan pembuluh dapat menggantikan MOE laminanya dalam
analisis transformasi penampang lintang kayu laminasi kelapa sawit
Novelty Penelitian
1. Model matematis hubungan antara distribusi ikatan pembuluh dengan
kerapatan dan sifat mekanis “kayu” batang kelapa sawit.
2. Rasio distribusi ikatan pembuluh dapat digunakan dalam analisis transformasi
penampang kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
5
Kerangka Pemikiran Penelitian
Penelitian ini terdiri dari empat tahap yang meliputi pengaruh distribusi
ikatan pembuluh terhadap kerapatan dan sifat mekanis batang kelapa sawit, sifat
keterekatan kayu kelapa sawit dengan perekat isosianat, karakteristik kayu
laminasi dari batang kelapa sawit dan analisis distribusi ikatan pembuluh dengan
Transformed Cross Section (TCS). Penelitian tahap pertama untuk mengetahui
pengaruh distribusi ikatan pembuluh dalam batang kelapa sawit terhadap
kerapatan dan sifat mekanisnya. Hasil penelitian tahap pertama ini dapat dijadikan
sebagai dasar dan informasi awal dalam menentukan lamina dalam pembuatan
kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
Pada penelitian tahap kedua, sifat keterekatan antara perekat dengan bahan
yang direkat merupakan informasi penting dalam pembuatan produk laminasi.
Sifat-sifat tersebut antara lain dapat dilihat dari sifat keterbasahan perekat
terhadap permukaan kayu dengan menentukan sudut kontaknya, uji delaminasi,
keteguhan geser dan interaksi perekat dengan bahan yang direkat. Pada penelitian
tahap kedua ini, posisi ketinggian, berat labur dan lamanya tekanan dijadikan
variabel dalam penelitian, sedangkan besarnya tekanan kempa dan lamanya
pengondisian kayu lamina disesuaikan dengan penelitian-penelitian yang telah
dilakukan dengan menggunakan perekat isosianat. Selain sifat-sifat yang berkaitan
dengan keterekatan bahan dan perekat, penelitian ini juga menguji kadar air,
kerapatan, MOE dan MOR.
Sifat mekanis kayu laminasi dari batang kelapa sawit ditentukan oleh
distribusi ikatan pembuluh dan pola susunan laminanya serta karakteristik lamina
penyusunnya. Pada penelitian tahap ketiga, ketebalan lamina kelapa sawit pada
bagian tepi/pinggir batang dan ketinggian bahan lamina yang diambil dari batang
pohonnya akan dijadikan variabel utama untuk mengetahui karakteristik kayu
laminasi kelapa sawit yang dihasilkan.
Penelitian tahap keempat menitikberatkan pada analisis transformasi
penampang kayu laminasi batang kelapa sawit berdasarkan distribusi ikatan
pembuluh. Metode transformasi penampang ini dapat digunakan sebagai salah
satu analisis yang cukup memadai untuk menduga kekuatan lentur (MOE) kayu
laminasi. Pada tahap ini ingin diketahui apakah distribusi ikatan pembuluh dapat
menggantikan MOE lamina penyusunnya yang biasanya digunakan dalam analisis
penampang lintang kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
Berdasarkan uraian di atas dapat dikemukakan diagram alir penelitian
seperti disajikan pada Gambar 1. Diagram tersebut merupakan tahapan penelitian
yang dilakukan dalam rangka menyusun disertasi ini.
6
Gambar 1.1
Diagram alir tahapan penelitian analisis transformasi penampang
kayu laminasi kelapa sawit menggunakan model distribusi ikatan
pembuluh
7
2 PENGARUH DISTRIBUSI IKATAN PEMBULUH
TERHADAP KERAPATAN DAN SIFAT MEKANIS
BATANG KELAPA SAWIT
Pendahuluan
Kelapa sawit termasuk jenis tanaman monokotil. Batangnya merupakan
material non kayu yang berlignosellulosa (Hashim et al 2011). Struktur
anatominya berbeda dengan kayu pada umumnya (Tomimura 1992). Komponen
utama penyusun batang kelapa sawit adalah ikatan pembuluh dan jaringan
parenkim. Kedua komponen ini berperan penting terhadap sifat-sifat dasar batang
kelapa sawit (Tomlinson 1961).
Ikatan pembuluh dalam batang menyebar secara tidak merata. Ikatan
pembuluh terkonsentrasi pada bagian tepi dan menyebar pada bagian tengah
batang (Bakar 2008). Berdasarkan posisi kedalaman dalam batang (horizontal),
distribusi ikatan pembuluh menurun ke arah tengah batang (Shirley 2002,
Erwinsyah 2008) sedangkan dari pangkal ke ujung batang (vertikal) distribusinya
cenderung meningkat (Lim dan Khoo 1986).
Distribusi ikatan pembuluh dijadikan sebagai salah satu parameter yang
mempengaruhi sifat fisis maupun mekanis kayu sawit khususnya pada posisi
kedalaman pada batang. Kerapatan dan sifat mekanis “kayu” sawit cenderung
meningkat seiring dengan semakin banyaknya jumlah ikatan pembuluhnya (Khoo
et al. 1991, Balfas 2006, Ratanawilai et al. 2006, Erwinsyah 2008. Namun
kesimpulan tersebut diperoleh berdasarkan analisis pada arah horizontal
(kedalaman batang) saja pada tiap-tiap ketinggian tertentu.
Lim dan Khoo (1986) melaporkan bahwa distribusi ikatan pembuluh
meningkat dari pangkal ke ujung, namun sifat fisis mekanisnya justru menurun.
Sel-sel penyusun ikatan pembuluh pada bagian ujung masih berumur muda
dibandingkan bagian di bawahnya dan dalam pertumbuhannya masih dipengaruhi
oleh meristem pucuk. Sel-sel muda tentu memiliki sifat-sifat yang berbeda
dibandingkan sel-sel dewasa. Oleh karena itu selain dipengaruhi distribusi ikatan
pembuluh, kerapatan dan sifat mekanis kayu sawit juga dipengaruhi oleh
karakteristik ikatan pembuluh itu sendiri. Batang sawit bagian ujung dapat
memiliki proporsi ikatan pembuluh yang lebih banyak daripada bagian pangkal,
namun oleh karena ikatan pembuluh disusun oleh sel-sel muda maka kerapatan
dan sifat mekanis batang sawit bagian ujung lebih rendah dibandingkan bagian
pangkal. Tujuan penelitian ini adalah pembuatan suatu model matematis
mengenai distribusi ikatan pembuluh pada arah radial (dari tepi ke pusat batang)
serta hubungan distribusi iaktan pembuluh terhadap karakteristik batang kelapa
sawit pada ketinggian 2 m, 4 m dan 6 m.
Bahan dan Metode
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang kelapa sawit
varietas tenera dari 2 pohon berumur 20 tahun yang berasal dari PT. Perkebunan
8
Nusantara VII (PTPN 7) Lampung. Tinggi dan diameter pohon adalah 8 m dan 60
cm (dengan kulit).
Pembuatan contoh uji dan pengujian sifat fisis mekanis
Bahan uji yang digunakan berasal dari berbagai kedalaman maupun
ketinggian batang kelapa sawit. Sampel diambil mulai dari 2 m, 4 m, dan 6 m
dari pangkal batang kelapa sawit. Sampel pengamatan dari setiap ketinggian
dipilih lagi berdasarkan kedalaman dari tepi ke arah tengah batang dengan jarak
kelipatan 2.5 cm. Sampel untuk menghitung distribusi ikatan pembuluh berupa
cakram piringan dengan ketebalan 5 cm (Gambar 2.1). Ukuran sampel sifat fisis
(kerapatan) dan mekanis (MOE, MOR, kekuatan tekan sejajar serat, kekerasan,
dan keteguhan geser sejajar serat) serta pengujiannya mengacu pada British
Standard 373 (BSI 1957). Jumlah contoh uji sebanyak 48 per parameter sifat
kayu. Pengujian sifat mekanis dengan menggunakan Universal Testing Machine
(UTM) merek Instron 330. Sampel yang diuji dikondisikan sampai kadar air
kering udara (±14%).
(a)
(b)
Gambar 2.1 Pengambilan contoh uji (a) potongan memanjang, dan (b) potongan
melintang
Perhitungan distribusi ikatan pembuluh
Distribusi ikatan pembuluh didefinisikan sebagai jumlah ikatan pembuluh
per satuan luas (cm2). Perhitungannya dengan menggunakan kaca pembesar (lup)
perbesaran 10x. Luas pengamatan dalam bentuk segi empat sama sisi (1 x 1 cm).
Pengamatan dimulai dari bagian tepi ke arah pusat pada ketinggian 2 m, 4 m dan 6
m.
Analisis data
Data penelitian yang diperoleh dianalisis untuk mencari suatu model
matematis mengenai hubungan antara distribusi ikatan pembuluh dengan lokasi
pengambilan contoh uji pengamatan dari tepi ke pusat batang pada ketinggian 2
9
m, 4 m, dan 6m. Penentuan model matematis dalam hal ini persamaan regresi
berdasarkan pola sebaran data pengamatan (scatter plot data).
Model matematis selanjutnya adalah untuk menjelaskan hubungan antara
posisi ketinggian pada batang dan distribusi ikatan pembuluh dengan kerapatan
dan sifat mekanis kayu kelapa sawit. Sebuah model regresi linier berganda
kemudian dicoba untuk mengestimasi pengaruh distribusi ikatan pembuluh pada
berbagai ketinggian terhadap kerapatan dan sifat mekanis batang sawit. Model
yang dibangun adalah:
y = a + b1x1 + b2x2 + ε
di mana:
y
x1
x2
a
b1,b2
= kerapatan atau sifat mekanis (MOE, MOR, kekuatan tekan
sejajar serat, kekerasan, dan keteguhan geser sejajar serat)
= posisi ketinggian
= distribusi ikatan pembuluh
= konstanta/intersep
= koefisien regresi
= sisaan
Hasil dan Pembahasan
Distribusi ikatan pembuluh batang kelapa sawit
Batang sawit merupakan bahan organik yang tersusun atas beraneka ragam
sel yaitu fiber, metaxylem, protoxylem, protophloem atau sieve tubes, axial
parenchyma, stegmata dan companion cells (Tomlinson 1961, Lim dan Fujii
1997). Komponen-komponen tersebut merupakan penyusun ikatan pembuluh.
Ikatan pembuluh merupakan komponen penyusun batang kelapa sawit yang
mempunyai peranan paling penting terhadap sifat-sifat kayunya. Distribusi ikatan
pembuluh sangat bervariasi dalam batang kayu sawit (Gambar 2.2). Pada bagian
tepi batang, jumlah ikatan pembuluhnya tampak lebih banyak dan rapat dan
menurun ke arah pusat batang. Hal ini ditunjukkan dengan distribusi ikatan
pembuluhnya yang menurun dari tepi ke pusat batang (Gambar 2.3). Berdasarkan
pada posisi ketinggian pada batang kelapa sawit, distribusi ikatan pembuluh
meningkat dari ketinggian 2 m ke 6 m. Proses pembentukan ikatan pembuluh
pada batang palma diteliti oleh Zimmermann & Tomlinson (1965, 1972). Menurut
studi tersebut pada dasarnya semua ikatan pembuluh tetap dipertahankan untuk
berlangsung dalam jangka waktu yang tidak terbatas menuju ke atas/ujung batang.
Setiap berkas/ikatan pembuluh vertikal, yakni berkas minor, intermediat, dan
mayor menghasilkan cabang yang merupakan jalan daun (leaf trace) pada selang
panjang tertentu. Berkas minor menghasilkan jalan daun lebih sering daripada
mayor. Setiap berkas vertikal secara bertahap mencapai posisi yang lebih sentral
jika diikuti dari dasar hingga ujung. Pada selang tertentu pula berkas itu
membelok tajam ke tepi batang seraya memberikan jalan jaun dan jalan dahan
yang menuju pembungaan. Selain itu, ada berkas “jembatan” yang
menghubungkan dengan berkas lain yang ada didekatnya. Berkas mayor lebih
banyak meluas ke tengah dibandingkan dengan yang minor. Jumlah berkas yang
mengarah ke tengah batang hanya sedikit. Karena semua berkas untuk sebagian
pertumbuhannya berada di daerah perifer (tepi), maka daerah ini penuh dengan
10
berkas pembuluh. Pada bagian dalam batang, berkas pembuluh kurang rapat,
semua berkas memutar secara seragam, dan dari bawah ke atas berbentuk heliks
mengikuti arah spiral filotaksis.
Kulit
Batang
Gambar 2.2. Photo makroskopis distribusi ikatan pembuluh dari tepi ke bagian
dalam pada penampang lintang batang kelapa sawit
Gambar 2.3 Plot distribusi ikatan pembuluh dari tepi ke pusat batang kelapa
sawit pada ketinggian 2m, 4m, dan 6m.
Berdasarkan scatter plot data pada Gambar 2.3, maka model persamaan
regresi yang digunakan adalah regresi non linier. Hasil pengujian menggunakan
regresi kuadratik, eksponensial, logaritmik dan power ditunjukkan pada Tabel 2.1.
11
Tabel 2.1. Persamaan regresi non linier yang dibentuk dari hubungan antara jarak
(x) dari tepi ke pusat batang dengan distribusi ikatan pembuluh (y)
pada ketinggian 2 m, 4 m, dan 6 m.
No
1
2
3
4
Kelapa Sawit 1
Model Persamaan
Regresi
Kuadratik
Kelapa Sawit 2
2m
y = 0.0045x2 – 1.3352x + 120.17
-0.007x
2m
R² = 0.74
y = 0.005x2 – 1.4194x + 114.09
-0.008x
R² = 0.71
Eksponensial
y = 85.422e
R² = 0.84
y = 71.492e
R² = 0.78
Logaritmik
y = -34.78ln(x) + 198.35
R² = 0.82
y = -34.14ln(x) + 188
R² = 0.78
Power
-0.588
y = 523.03x
R² = 0.97
-0.648
y = 543.66x
4m
2
R² = 0.97
4m
2
Kuadratik
y = 0.0069x - 1.9794x + 161.11
R² = 0.72
y = 0.0057x - 1.7058x + 150.85
R² = 0.89
2
Eksponensial
y = 104.54e-0.008x
R² = 0.81
y = 112.94e-0.009x
R² = 0.90
3
Logaritmik
y = -48.44ln(x) + 266.71
R² = 0.80
y = -44.37ln(x) + 249.04
R² = 0.94
Power
y = 817.98x-0.662
R² = 0.98
y = 879.39x-0.673
R² = 0.99
1
4
6m
1
2
3
4
Kuadratik
2
y = 0.0066x - 2x + 184.4
-0.008x
6m
R² = 0.79
2
R² = 0.87
-0.008x
y = 0.0063x - 1.8975x + 172.31
Eksponensial
y = 136.08e
R² = 0.87
y = 127.18e
R² = 0.86
Logaritmik
y = -53.08ln(x) + 304.35
R² = 0.88
y = -49.01ln(x) + 280.49
R² = 0.92
Power
-0.593
y = 837.86x
R² = 0.98
-0.613
y = 832.65x
Untuk melihat keterandalan model digunakan koefisien determinasi (R2)
yang menjelaskan seberapa besar presentase sumbangan pengaruh variabel
independen (jarak) terhadap variabel dependen (distribusi ikatan pembuluh).
Dengan demikian, semakin besar nilai R2, semakin besar sumbangan pengaruh
variabel independen (jarak) terhadap variabel dependen (distribusi ikatan
pembuluh). Berdasarkan nilai koefisien diterminasinya, maka persamaan regresi
yang dipilih adalah persamaan regresi non linier power.
Hubungan distribusi ikatan pembuluh dengan jarak contoh uji dari tepi ke
pusat batang memiliki korelasi yang lebih tinggi (82%) dibandingkan dengan
ketinggian pada batang (25%). Hal ini menjelaskan bahwa perubahan jarak dari
tepi ke pusat batang (posisi horisontal) dengan distribusi ikatan pembuluh
memiliki hubungan yang lebih erat dibandingkan perubahannya dalam posisi
vertikal (pangkal ke ujung).
Hubungan distribusi ikatan pembuluh dengan kerapatan dan sifat mekanis
batang kelapa sawit
Ke
KAYU LAMINASI KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN
MODEL DISTRIBUSI IKATAN PEMBULUH
ATMAWI DARWIS
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul analisis transformasi
penampang kayu laminasi kelapa sawit menggunakan model distribusi ikatan
pembuluh adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2015
Atmawi Darwis
NIM E262100031
RINGKASAN
ATMAWI DARWIS. Analisis Transformasi Penampang Kayu Laminasi Kelapa
Sawit Menggunakan Model Distribusi Ikatan Pembuluh. Dibimbing oleh
MUHAMMAD YUSRAM MASSIJAYA, NARESWORO NUGROHO, EKA
MULYA ALAMSYAH.
Kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) merupakan salah satu jenis tanaman
yang tergolong dalam tumbuhan monokotil. Struktur anatomi batang kelapa sawit
tersusun atas ikatan pembuluh dan parenkim sebagai jaringan dasarnya. Kedua
komponen tersebut dapat mempengaruhi karakteristik kayunya. Dilihat dari
penampang lintang batang, pola ikatan pembuluh tidak merata, dimana secara
kontinyu menurun dari tepi ke pusat batang. Penelitian ini bertujuan untuk
menemukan suatu model matematis hubungan distribusi ikatan pembuluh dengan
karakteristik “kayu” dari batang kelapa sawit dan menggunakan model ini dalam
mentransformasi penampang kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
Penelitian ini terdiri atas empat tahap. Tahap pertama pengamatan
pengaruh distribusi ikatan pembuluh pada arah horisontal/radial (tepi ke pusat
batang) dan vertikal/longitudinal (pangkal ke ujung) batang kelapa sawit terhadap
karakteristik “kayu” (kerapatan dan sifat mekanis). Tahap kedua adalah
karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit. Variabel-variabel yang
digunakan dalam tahap ini adalah posisi ketinggian “kayu” pada batang kelapa
sawit (2 m, 4 m, 6 m), berat labur (200 g m-2, 250 g m-2, 300 g m-2) dan lama
pengempaan ( 1 jam, 2 jam, 3 jam). Tahap ketiga adalah pengaruh ketebalan
lamina kelapa sawit yang diambil mulai dari bagian tepi batang terhadap
karakteristik kayu laminasinya. Bahan baku lamina yang digunakan diambil dari
ketinggian 2 m, 4 m, dan 6 m dengan ketebalan 6 cm, 3 cm, 2 cm, dan 1,5 cm.
Berat Labur dan waktu kempa yang digunakan dalam tahap ini mengacu pada
tahap kedua. Dimensi penampang kayu laminasi yang dibuat 6 cm x 6 cm.
Penelitian tahap ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh ketebalan lamina
terhadap karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit. Penelitian tahap
terakhir adalah menganalisa sifat kekakuan/modulus elastisitas kayu laminasi dari
batang kelapa sawit secara matematis dengan metode Transformed Cross Section
(TCS) berdasarkan distribusi ikatan pembuluh yang diperoleh dari tahap pertama
dan tahap ketiga.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa distribusi ikatan pembuluh dapat
diasumsikan sebagai fungsi jarak dari tepi ke pusat batang dan dinyatakan dalam
persamaan regresi non linier (power). Karakteristik “kayu” kelapa sawit
dipengaruhi oleh distribusi ikatan pembuluhnya. Pada arah horisontal, semakin
besar jumlah distribusi ikatan pembuluhnya, kerapatan dan sifat mekanisnya akan
semakin tinggi, sedangkan pada arah vertikal menunjukkan fenomena yang
sebaliknya. Hubungan ini dapat dimodelkan dalam persamaan regresi linier
berganda yaitu: y = 0.221 – 0.023x1 + 0.001x2 ; R2 = 82% (kerapatan), y = 11609 –
2517x1 + 132x2 ; R2 = 70% (MOE), y = 76.710 – 13.942x1 + 0.852x2 ; R2 = 71%
(MOR), y = 42.944 – 7.577x1 + 0.422x2 ; R2 = 69% (kekuatan tekan sejajar serat),
y = 50.950 – 8.413x1 + 0.523x2 ; R2 = 77% (kekerasan), y = 11.189 – 2.413x1 +
0.183x2 ; R2 = 83% (kekuatan geser) dimana y adalah karakteristik “kayu” kelapa
sawit, x1 adalah ketinggian batang asal contoh uji, x2 adalah distribusi ikatan
pembuluh.
Sifat keterekatan “kayu” kelapa sawit dengan isosianat sebagai perekatnya
menunjukkan sudut kontak yang dihasilkan dibawah 90o dan mengindikasikan
bahwa perekat ini layak digunakan sebagai bahan perekat kayu laminasi dari
batang kelapa sawit. Pengujian karakteristik kayu laminasi 2 lapis (kekuatan geser
rekat, kerusakan kayu dan rasio delaminasi) diperoleh hasil terbaiknya dengan
berat labur 300 g m-2, sedangkan waktu kempa yang dibutuhkan selama 1 jam.
Karakteristik kayu laminasi batang kelapa sawit sangat dipengaruhi oleh
sifat bahan baku lamina yang digunakan. Semakin tipis lamina yang diambil dari
bagian tepi batang kelapa sawit, semakin banyak jumlah ikatan pembuluh. Hal ini
menyebabkan kerapatan dan kekakuan laminanya juga semakin besar. Pada
ketinggian yang berbeda, menunjukkan fenomena yang sebaliknya sebagaimana
pada penelitian tahap pertama. Hubungan ini ditunjukkan dengan persamaan
regresi linier yMOE = 177864xkerapatan – 32225 (R2 = 82%) dan yMOE = 1.0466xMOE
2
lamina + 1748.5 (R = 95%). Kerapatan kayu laminasi batang kelapa sawit 1.03 –
1.35 kali kerapatan balok utuh. MOE kayu laminasi batang kelapa sawit 1.54 –
1.66 kali MOE balok utuh, sedangkan MOR-nya sebesar 1.22 – 1.46 kali MOR
balok utuhnya dan keteguhan geser kayu laminasi batang kelapa sawit 0.86 – 1.43
kali keteguhan geser balok utuhnya.
Nilai MOE memiliki hubungan linieritas dengan distribusi ikatan
pembuluh. Oleh sebab itu, rasio distribusi ikatan pembuluh dapat dipergunakan
sebagai pengganti rasio modulus elastisitas untuk digunakan dalam
mentransformasi penampang melintang (Transformed Cross Section) kayu
laminasi dari batang kelapa sawit. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai
teoritis dari model yang diturunkan ternyata tidak jauh berbeda dengan nilai
empirisnya. Hal ini ditunjukkan dengan nilai korelasi Pearson yang sangat tinggi
sebesar 94%.
Berdasarkan hasil pengujian karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa
sawit, ternyata kekuatan geser, MOR dan MOE belum memenuhi Japanese
Agricultural Standard for Glued Laminated Timber Notification No. 1152 (JPIC
2007), sedangkan kadar air dan rasio delaminasi telah memenuhi standar. Hal ini
diduga karena umur kelapa sawit yang digunakan masih muda (20 tahun).
Kata Kunci: distribusi ikatan pembuluh, karakteristik, kayu laminasi, kelapa
sawit, Transformed Cross Section
SUMMARY
ATMAWI DARWIS. Transformation cross section analysis of oil palm wood
laminate used distribution of vascular bundles model. Supervised by
MUHAMMAD YUSRAM MASSIJAYA, NARESWORO NUGROHO, EKA
MULYA ALAMSYAH.
Palm oil (Elaeis guineensis Jacq.) is one types of plants belonged to
monocot plants. In general, the anatomical structure of the trunk is composed of
vascular bundles and parenchyma as essentially network. Basically, both of these
components affect the characteristics of the wood. Based on the function, vascular
bundles serve as the supporting structure and the transport system, while the
parenchyma is the food storage elements. In a cross-sectional trunk, uneven
pattern of vascular bundles is generated which continuously decreases from the
outer to the center of the stem so that it will directly affect the characteristics of
the "wood". The purpose of this research are to find a mathematical model of the
relationship between the distribution of vascular bundles with a characteristic
"wood" oil palm trunks and use this model in the transformed cross section of
laminated wood oil palm trunk.
This study consists of four stages. The first stage of observation influences
the distribution of vascular bundles in the direction of the horizontal/radial (outer
to the center of the stem) and vertical/longitudinal (base to top) of oil palm trunks
on the characteristics of the "wood" (density and mechanical properties). The
second phase is laminated wood characteristics of oil palm trunk. The variables
used in this phase is the height position "wood" on the oil palm trunk (2 m, 4 m, 6
m), glue rate (200 g m-2, 250 g m-2, 300 g m-2) and press time (1 hour, 2 hours, 3
hours). The third stage is the influence of the thickness of the oil palm lamina
taken from the outer of the trunk of the characteristics of wood laminations.
Lamina raw material used was taken from a height of 2 m, 4 m and 6 m with a
thickness of 6 cm, 3 cm, 2 cm, and 1.5 cm. The glue rate of adhesive and press
time used in this phase refers to the second stage. Dimensional cross-section is
made of laminated wood 6 cm by 6 cm. This phase of research aims to analyze the
influence of the thickness of the lamina of the laminate wood characteristics of oil
palm trunk. The last stage of the research is to analyze the modulus of elasticity
laminate of oil palm trunk with methods Transformed Cross Section (TCS) based
on the distribution of vascular bundles obtained from the first and the third stage.
The results showed that the distribution of vascular bundles can be
assumed as a function of distance from the edge to the center of the stem and is
expressed in non-linear regression equation (power). The characteristics of oil
palm wood are influenced by the distribution of vascular bundles. In the
horizontal direction, the greater the number of vascular bundles distribution,
density and mechanical properties will be higher, while the vertical direction
indicates the opposite phenomenon. This relationship can be modeled in a
multiple linear regression equation are : y = 0.221 - 0.023x1 + 0.001x2; R2 = 82%
(density), y = 11609 - 2517x1 + 132x2; R2 = 70% (MOE), y = 76.710 - 13.942x1 +
0.852x2; R2 = 71% (MOR), y = 42.944 - 7.577x1 + 0.422x2; R2 = 69%
(compressive parallel to grain), y = 50.950 - 8.413x1 + 0.523x2; R2 = 77%
(hardness), y = 11.189 - 2.413x1 + 0.183x2; R2 = 83% (shear strength) where y is
the characteristic of "wood" palm oil, x1 is the origin of the stem height of the
sample, x2 is the distribution of vascular bundles.
The wettability properties of oil palm wood with isocyanate adhesive
shows the resulting contact angle below 90 ° and indicates that the adhesive is fit
for use as an adhesive laminate of oil palm trunk. Testing characteristics of
laminate 2 layer (shear strength adhesive, wood failure and delamination ratio)
obtained the best results with glue rate of 300 g m-2, while the press time required
for 1 hour.
Characteristics of glulam of OPT influenced by the properties of the
laminae. The thinner the laminae taken from the outer part of OPT, the more
distribution of the vascular bundles. This causes the density and stiffness of the
laminae to also get bigger. At different heights opposite phenomenon occurred as
in the earlier study. This relationship is shown by the linear regression equation
yMOE = 177864xkerapatan - 32225 (R2 = 82%) and yMOE = 1.0466xMOE lamina + 1748.5
(R2 = 95%). The density of oil palm wood laminated 1.03 to 1.35 times of the
density of a solid beam. MOE of oil palm wood laminated 1.54 - 1.66 times of
MOE solid beams, while it’s MOR for 1.22 to 1.46 times of MOR beam shear
strength of solid and shear strength of oil palm wood laminated 0.86 – 1.43 times
of shear strength of solid beams. Based on this, oil palm “wood” laminate
produced from thin laminae taken from the bottom of the stem will have higher
properties.
Value of wood bending (MOE) is closely related to the distribution of the
vascular bundles. Therefore, the ratio of distribution of vascular bundles can be
used as a substitute for the ratio of modulus of elasticity in transformed cross
section analysis of oil palm “wood” laminated. The result shows theoretical value
of derived model was not different from the empirical value one. This proved by a
very high Pearson correlation values at 94%.
Based on the results of testing glulam of OPT characteristics testing,
apparently not all of them meet the Japanese Agricultural Standard for Glued
Laminated Timber Notification No. 1152 (JPIC 2007). Moisture content and the
ratio of delamination have met these standards, while the shear strength, MOR
and MOE have not.
Keywords: characteristics, distribution of vascular bundles, glulam, oil palm
trunk, Transformed Cross Section
Hak cipta milik IPB, tahun 2015
Hak cipta dilindungi undang-undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa
mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk
kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan,
penulisan kritik,atau tinjauan suatu masalah;dan pengutipan tidak merugikan
kepentingan IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB.
ANALISIS TRANSFORMASI PENAMPANG
KAYU LAMINASI KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN
MODEL DISTRIBUSI IKATAN PEMBULUH
ATMAWI DARWIS
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada
Mayor Teknologi Serat dan Komposit
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji pada ujian tertutup: 1. Prof Dr Ir Imam Wahyudi, MS
2. Dr Ir Saptahari M Soegiri Poetra
Penguji pada ujian terbuka:
1. Prof Dr Ir Imam Wahyudi, MS
2. Krisdianto, SHut MSc PhD
Judul Disertasi: Analisis Transformasi Penampang Kayu Laminasi Kelapa Sawit
Menggunakan Model Distribusi Ikatan Pembuluh
Nama
: Atmawi Darwis
NIM
: E262100031
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Prof Dr Ir Muh Yusram Massijaya, MS
Ketua
Dr Ir Naresworo Nugroho, MS
Anggota
Eka Mulya Alamsyah, SHut MAgr PhD
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Mayor
Teknologi Serat dan Komposit
Dekan Sekolah Pascasarjana
I Nyoman Jaya Wistara, PhD
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian : 28 Juli 2015
Tanggal Lulus :
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam
penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2012 sampai April 2014 adalah
Biokomposit dengan judul Analisis Transformasi Penampang Kayu Laminasi
Kelapa Sawit Menggunakan Model Distribusi Ikatan Pembuluh.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada:
1. Prof Dr Ir Muh Yusram Massijaya, MS selaku ketua komisi pembimbing
beserta anggota komisi pembimbing Dr Ir Naresworo Nugroho, MS dan Eka
Mulya Alamsyah, SHut MAgr PhD yang telah dengan ikhlas dan sabar
memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis sehingga tugas akhir ini
dapat diselesaikan dengan baik;
2. Pimpinan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, Ketua Program
Studi/Mayor Teknologi Serat dan Komposit beserta staf atas pelayanannya
yang baik;
3. Prof Dr Ir Wasrin Syafi’i, dan Dr Wahyu Dwianto selaku penguji kualifikasi;
Prof Dr Ir Imam Wahyudi, MS dan Dr Ir Saptahari M Soegiri Poetra selaku
penguji ujian tertutup; Prof Dr Ir Imam Wahyudi, MS dan Krisdianto, SHut
MSc PhD selaku penguji ujian promosi atas saran, kritik dan arahannya;
4. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan
yang telah memberikan bantuan studi melalui BPPS tahun 2010;
5. Rektor Universitas Winaya Mukti dan Institut Teknologi Bandung yang telah
mengijinkan penulis untuk mengikuti tugas belajar pada Program Doktor,
Sekolah Pascasarjana IPB;
6. Dr Ichsan Suwandhi, SHut MP, Dr Ir Tati Karliati, MSi dan Dr Effendi Tri
Bahtiar, SHut MSi atas bantuan dan kerjasamanya.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada keluarga besar
penulis, keluarga besar Departemen Hasil Hutan, teman-teman program pasca
sarjana IPB serta semua pihak yang telah membantu kelancaran penelitian ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2015
Atmawi Darwis
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Hipotesis Penelitian
Novelty Penelitian
Kerangka Pemikiran Penelitian
1
3
4
4
4
4
5
2. PENGARUH
DISTRIBUSI
IKATAN
PEMBULUH
TERHADAP
KERAPATAN DAN SIFAT MEKANIS BATANG KELAPA SAWIT
Pendahuluan
7
Bahan dan Metode
7
Hasil dan Pembahasan
9
Simpulan
15
3. KARAKTERISTIK KAYU LAMINASI BATANG KELAPA SAWIT
DENGAN PEREKAT ISOSIANAT
Pendahuluan
16
Bahan dan Metode
17
Hasil dan Pembahasan
20
Simpulan
35
4. PENGARUH KETEBALAN LAMINA TERHADAP KARAKTERISTIK
KAYU LAMINASI BATANG KELAPA SAWIT
Pendahuluan
36
Bahan dan Metode
37
Hasil dan Pembahasan
38
Simpulan
46
5. ANALISIS TRANSFORMASI PENAMPANG LAMINA DAN LAMINASI
BATANG KELAPA SAWIT BERDASARKAN DISTRIBUSI IKATAN
PEMBULUHNYA
Pendahuluan
47
Bahan dan Metode
48
Hasil dan Pembahasan
50
Simpulan
66
6. PEMBAHASAN UMUM
7. SIMPULAN DAN SARAN
DAFTAR PUSTAKA
RIWAYAT HIDUP
67
71
73
78
DAFTAR TABEL
2.1
2.2
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Persamaan regresi non linier yang dibentuk dari hubungan antara
jarak (x) dari tepi ke pusat batang dengan distribusi ikatan
pembuluh (y) pada ketinggian 2 m, 4 m, dan 6 m
Ringkasan nilai koefisien regresi dan probabilitas hubungan
antara distribusi ikatan pembuluh (x2) pada berbagai ketinggian
(x1) dengan kerapatan dan sifat mekanis kayu sawit
Karakteristik perekat isosianat dan cross linker
Karakteristik lamina batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap kadar air kayu laminasi dari
batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap kerapatan kayu laminasi dari
batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap keteguhan geser kayu laminasi
dari batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap kerusakan kayu laminasi dari
batang kelapa sawit
Keteguhan geser rekat dan kerusakan kayu laminasi batang
kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap delaminasi air dingin kayu
laminasi dari batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan
berat labur perekat isosianat terhadap delaminasi air mendidih
kayu laminasi dari batang kelapa sawit
Rasio delaminasi kayu laminasi batang kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap MOE kayu laminasi dari batang
kelapa sawit
Sidik ragam pengaruh posisi ketinggian, waktu kempa dan berat
labur perekat isosianat terhadap MOR kayu laminasi dari batang
kelapa sawit
MOE dan MOR kayu laminasi batang kelapa sawit
Karakteristik lamina batang kelapa sawit
Hubungan antara Kerapatan (ρ) kayu utuh dengan kayu laminasi
dari lamina bagian tepi batang kelapa sawit
Hubungan antara MOE dan MOR kayu utuh dengan kayu
laminasi dari lamina bagian tepi batang kelapa sawit
Hubungan antara keteguhan geser kayu utuh dengan kayu
laminasi dari lamina bagian tepi batang kelapa sawit
Analisis sidik ragam karakteristik kayu laminasi batang kelapa
sawit
Karakteristik kayu laminasi batang kelapa sawit
11
13
17
21
24
24
27
28
29
31
31
32
34
34
35
38
40
42
44
45
46
5.1
5.2
5.3
5.4
Fungsi regresi non linier power untuk distribusi ikatan pembuluh
pada batang kelapa sawit
Sifat-sifat penampang lamina batang kelapa sawit dengan model
transformasi power
Ringkasan sifat-sifat penampang tertansformasi non linier
(power) kayu solid dan kayu laminasi batang kelapa sawit
Hasil korelasi pearson dan uji t-student data berpasangan untuk
validasi hasil teoritis dibandingkan data empiris.
51
60
64
65
DAFTAR GAMBAR
1.1
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
Diagram alir tahapan penelitian analisis transformasi penampang
kayu laminasi kelapa sawit menggunakan model distribusi ikatan
pembuluh
Pengambilan contoh uji (a) potongan memanjang, dan (b)
potongan melintang
Photo makroskopis distribusi ikatan pembuluh pada penampang
lintang batang kelapa sawit
Plot distribusi ikatan pembuluh dari tepi ke pusat batang kelapa
sawit pada ketinggian 2m, 4m, dan 6m
Rata-rata kerapatan, sifat mekanis dan distribusi ikatan pembuluh
dari tepi sampai pusat batang pada ketinggian 2 m, 4 m, dan 6 m
Pengaruh distribusi ikatan pembuluh terhadap kerapatan dan sifat
mekanis batang kelapa sawit pada ketinggian 2, 4, dan 6 meter
Sketsa kayu laminasi 2 lapis
Contoh uji keteguhan geser (satuan: mm); JPIC (2007)
Contoh uji dan pengujian MOE dan MOR metode one point
loading dengan beban terpusat di tengah batang
Sudut kontak isosianat dan air pada permukaan batang kelapa
sawit pada 0 detik, 60 detik dan 120 detik
Sudut kontak (a) air dan (b) perekat isosianat pada permukaan
batang kelapa sawit yang diambil dari ketinggian 2 m, 4 m, dan
6m
Nilai kadar air kayu laminasi kelapa sawit pada posisi ketinggian,
berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Nilai kerapatan kayu laminasi batang kelapa sawit pada posisi
ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Nilai keteguhan geser kayu laminasi batang kelapa sawit pada
posisi ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Kemerataan bahan perekat (warna putih) pada permukaan
batang kelapa sawit: a) 200 g m-2, 250 g m-2 ,dan c) 300 g m-2
Nilai persentase kerusakan kayu laminasi batang kelapa sawit
pada posisi ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang
berbeda
Kerusakan kayu terjadi pada bidang geser (a). Pada bidang
transversal, kerusakan kayu terjadi pada jaringan parenkim (b)
Kerusakan juga terjadi pada ikatan pembuluh pada bidang
longitudinal (c). Mikrograf SEM pada bidang transversal
menunjukkan bahwa perekat isosianat merekat dengan baik (d)
Nilai rasio delaminasi rendam air (a) dan rendam air mendidih
(b) kayu laminasi batang kelapa sawit pada posisi ketinggian,
berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Nilai MOE kayu laminasi batang kelapa sawit pada posisi
ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang berbeda
Nilai MOR kayu laminasi batang kelapa sawit pada posisi
ketinggian, berat labur dan waktu kempa yang berbeda
6
8
10
10
12
14
18
18
19
21
22
23
24
26
26
27
28
30
33
33
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
Ketebalan lamina yang digunakan dan konfigurasi struktur
lapisan kayu laminasi batang kelapa sawit
Kadar air kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa sawit
dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Kerapatan kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa sawit
dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Keteguhan lentur kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa
sawit dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Keteguhan patah kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa
sawit dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Kurva beban-defleksi kayu laminasi kelapa sawit dan kayu utuh
hasil pengujian pada ketinggian 2, 4, dan 6 m.
Keteguhan Geser kayu utuh dan kayu laminasi batang kelapa
sawit dengan ketebalan lamina 3, 2, dan 1.5 cm
Delaminasi kayu laminasi batang kelapa sawit a) sebelum
direndam, b) setelah direndam air, dan c) setelah di oven. Angka
2, 3 dan 4 menunjukkan jumlah lamina penyusun kayu laminasi.
Tanda panah menunjukkan garis rekat
Photo makroskopis penampang melintang batang kelapa sawit
Bentuk dan dimensi penampang tertransformasi power lamina
batang kelapa sawit dengan ketebalan dan ketinggian yang
berbeda
Sketsa pemodelan power untuk analisa sifat penampang lamina
batang kelapa sawit
Ilustrasi lebar penampang tertransformasi model non linier
(power) dari kayu utuh batang kelapa sawit (60.00 mm x 60.00
mm)
Ilustrasi posisi centroid masing-masing bagian penampang
tertransformasi kayu solid batang kelapa sawit (60.00 mm x
60.00 mm)
Ilustrasi lebar penampang tertransformasi model non linier
(power) dari kayu laminasi batang kelapa sawit 2 lapis
Ilustrasi posisi centroid masing-masing bagian penampang
tertransformasi konfigurasi kayu laminasi batang kelapa sawit 2
lapis
Ilustrasi posisi centroid penampang tertransformasi non linier
(power) konfigurasi 2 lapis
Ilustrasi lebar penampang tertransformasi model non linier
(power) dari kayu laminasi batang kelapa sawit 3 lapis
Ilustrasi posisi centroid masing-masing bagian penampang
tertransformasi konfigurasi kayu laminasi batang kelapa sawit 3
lapis
Ilustrasi posisi centroid penampang tertransformasi non linier
(power) konfigurasi 3 lapis
Ilustrasi lebar penampang tertransformasi model non linier
(power) dari kayu laminasi batang kelapa sawit 4 lapis
37
37
40
41
41
42
43
45
51
53
54
60
60
61
61
62
62
62
62
63
5.13
5.14
5.15
5.16
Ilustrasi posisi centroid masing-masing bagian penampang
tertransformasi konfigurasi kayu laminasi batang kelapa sawit 4
lapis
Ilustrasi posisi centroid penampang tertransformasi non linier
(power) konfigurasi 4 lapis
Hasil pengujian lentur kayu laminasi batang kelapa sawit
Regresi linier validasi hasil teoritis model transformasi power
terhadap data empirisnya
63
64
65
66
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Di Indonesia, perkebunan kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq.) dikelola
oleh pemerintah, swasta maupun masyarakat. Kelapa sawit merupakan salah satu
tanaman primadona subsektor perkebunan. Hal ini terlihat dengan semakin
bertambahnya luas perkebunan kelapa sawit dari tahun ke tahun. Berdasarkan
data dari Badan Pusat Statistik, hingga tahun 2013 luas perkebunan kelapa sawit
di Indonesia telah mencapai 10.6 juta hektar (BPS 2014).
Berdasarkan morfologi buahnya, terdapat tiga varietas kelapa sawit, yaitu
dura, pisifera, dan tenera. Varietas yang banyak dibudidayakan adalah tenera yang
merupakan hasil persilangan antara dura dan pisifera. Varietas ini memiliki
persentase daging per buahnya mencapai 95% dan kandungan minyak per
tandannya 28% (Allorerung et al. 2010).
Dalam pengelolaan perkebunan sawit, batas umur produktif pohonnya
relatif pendek yaitu antara 25 sampai 30 tahun. Setelah mencapai umur tersebut,
pohon secara teknis harus ditebang dan diremajakan kembali. Sejalan dengan
percepatan pembangunan perkebunan kelapa sawit yang dimulai sekitar tahun
1980, maka pada saat ini maupun yang akan datang telah banyak perkebunan
kelapa sawit yang memasuki umur untuk diremajakan. Menurut Badrun (2010),
secara rata-rata pada waktunya nanti perlu diremajakan sekitar 250 ribu ha/tahun.
Berdasarkan perhitungan pada waktu peremajaan masih terdapat sekitar 75% dari
jumlah tegakan sebanyak 128 pohon/ha dengan volume rata-rata 1.72 m3/batang,
maka ketersediaan limbah batang kayu kelapa sawit tua sekitar 170 m3/ha. Hal ini
menunjukkan potensi limbah batang kelapa sawit yang dapat dimanfaatkan secara
lestari sebagai substitusi bahan baku industri perkayuan sekitar 42.5 juta m3/tahun.
Bagian batang merupakan porsi terbesar ketiga setelah pelepah daun dan
tandan buah kosong (Anis et al. 2008). Bagian tanaman ini belum termanfaatkan
dan potensinya cukup besar. Bahkan, ketika dilakukan peremajaan perkebunan
kelapa sawit, batang-batang kelapa sawit ini hanya menjadi limbah yang tak
termanfaatkan. Seiring dengan laju pertumbuhan perkebunan kelapa sawit yang
pesat, limbah dari batang kelapa sawit menimbulkan berbagai permasalahan
terutama dalam pengelolaannya.
Morfologi batang kelapa sawit mempunyai sifat-sifat yang
menguntungkan diantaranya batangnya yang lurus dan silindris dengan tapper
yang kecil (0-12%), serta kelingkaran (roundness) penampang lintang batang
yang mendekati sempurna (94.6%). Berdasarkan sifat-sifat tersebut akan menjadi
lebih mudah dalam penggergajian dan pengupasan menjadi veneer (Bakar et al.
2008).
Berbagai upaya untuk memanfaatkan batang kelapa sawit telah dilakukan
melalui berbagai macam penelitian yang diawali pada sifat-sifat dasarnya. Secara
anatomi, batang kelapa sawit tersusun atas ikatan pembuluh dan parenkim sebagai
jaringan dasarnya. Kedua komponen ini sangat menentukan karakteristik sifat
batangnya. Ikatan pembuluh tersebar seolah tidak beraturan terlihat pada
penampang lintang batangnya. Pada bagian tepi batang dipenuhi dengan ikatan
2
pembuluh. Jumlah ikatan pembuluh semakin berkurang dari bagian tepi ke pusat
batang.
Berdasarkan sifat keawetan alaminya, batang kelapa sawit tergolong
sangat rendah (Bakar et al 2008). Hal ini berkaitan dengan eksistensi gula dan pati
dalam jaringan parenkim. Banyaknya gula dan pati yang terkandung dalam batang
kelapa sawit menyebabkannya disukai oleh agen-agen biologis perusak “kayu”.
Berdasarkan sifat fisis dan mekanisnya, “kayu” sawit yang dapat
dimanfaatkan untuk komponen furniture dan bahan kontruksi ringan hanya pada
beberapa sentimeter dari bagian pinggir batang dan beberapa meter diatas pangkal
batang (Prayitno 1995). Hal ini juga didukung oleh Bakar et al. (1999) yang
menyatakan bahwa 1/3 bagian terluar diameter dan ¾ bagian terbawah dari tinggi
batang kelapa sawit dapat termanfaatkan sebagai alternatif pengganti kayu.
“Kayu” pada bagian tepi batang sawit memiliki sifat fisis dan mekanis yang
tertinggi dibandingkan bagian dalamnya.
Keterbatasan dimensi sortimen yang dihasilkan dari limbah batang kelapa
sawit merupakan salah satu faktor yang menghambat penggunaannya sebagai
bahan kontruksi bangunan. Salah satu upaya untuk mengatasi hal tersebut adalah
dengan memanfaatkannya menjadi produk kayu laminasi (glue laminated
timber/glulam).
Kayu laminasi merupakan produk yang dihasilkan dengan menyusun
sejumlah papan atau lamina dan merekatnya membentuk penampang yang
diinginkan (Serrano 2003). Lebih lanjut dikatakan
bahwa keuntungan
penggunaan kayu laminasi adalah meningkatkan sifat-sifat kekuatan dan
kekakuan, memberikan pilihan bentuk geometri yang lebih beragam,
memungkinkan untuk penyesuaian kualitas laminasi dengan tingkat tegangan
yang diinginkan dan meningkatkan akurasi dimensi dan stabilitas bentuk.
Keuntungan utama dari pembuatan kayu laminasi adalah dapat menghasilkan
kayu besar dari kayu berdimensi kecil dengan kualitas rendah.
Perekat merupakan salah satu komponen utama dalam pembuatan kayu
laminasi. Salah satu perekat yang digunakan dalam pembuatan produk ini adalah
perekat berbasis isosianat. Perekat ini memiliki kekuatan rekat yang baik dengan
bahan-bahan yang mengandung atom hidrogen aktif karena mampu membentuk
ikatan kimia. Selain itu perekat ini mudah membasahi dan menembus ke dalam
struktur berpori untuk membentuk ikatan mekanik yang kuat (Schollenberger
1990).
Sifat keterekatan antara perekat dan kayu penting untuk diketahui dalam
pembuatan kayu laminasi. Sifat ini dapat diketahui dengan menguji sifat
keterbasahan antara perekat dan kayu dengan mengukur sudut kontak antara
keduanya. Pengujian lainnya adalah uji delaminasi, sifat keteguhan geser, serta
interaksi antara perekat dengan kayu setelah dijadikan kayu laminasi. Studi sifat
keterbasahan kayu sawit (veneer) telah dilakukan dengan perekat berbasis
formaldehida (Sulaiman et al. 2009). Penelitian sifat keterbasahan kayu sawit
dengan perekat isosianat masih minim informasinya.
Penelitian mengenai kayu laminasi dari limbah batang kelapa sawit dengan
perekat isosianat merupakan langkah nyata untuk memenuhi kebutuhan akan
produk kayu, mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan, meningkatkan
nilai tambah dari limbah batang kelapa sawit, dapat membuka lapangan kerja
baru, serta meningkatkan pendapatan masyarakat. Karakterisasi kayu laminasi
3
dari batang sawit merupakan langkah penting dalam memperoleh informasi dasar
untuk mencapai tujuan tersebut. Berdasarkan hal tersebut di atas maka pembuatan
kayu laminasi merupakan salah satu solusi untuk mengatasi keterbatasan dimensi
sortimen yang dapat dihasilkan dari limbah batang kelapa sawit.
Karakteristik kayu laminasi ditentukan oleh sifat-sifat lamina penyusunnya
seperti sifat kekakuannya (MOE). Sebagai produk biologis, lamina-lamina yang
dihasilkan batang kelapa sawit memiliki variabilitas sifat yang tinggi. Sifat
kekakuan kayu laminasi dapat diprediksi nilainya dengan menggunakan metode
analisis transformasi penampang melintang (Transformed Cross Section). Metode
ini digunakan untuk mentransformasi/merubah bentuk penampang aktual kayu
laminasi menjadi bentuk penampang imajiner fiktif. Hal ini dilakukan dengan
menyesuaikan geometri masing-masing bahan dengan rasio modulus elastisitas
terhadap modulus bahan dasar, menciptakan bentuk fiksi bahan homogen dan
menghasilkan penampang berbahan tunggal.
Perumusan Masalah
Ikatan pembuluh dalam batang sawit terdistribusi tidak merata baik dari
tepi ke pusat batang maupun dari pangkal ke ujung batang. Distribusi yang
dimaksud adalah jumlah ikatan pembuluh per satuan luas. Distribusi ikatan
pembuluh dan kaitannya dengan sifat-sifat batang sawit belum dikaji lebih
mendalam. Hubungan antara distribusi ikatan pembuluh pada batang dan sifat fisis
dan mekanisnya perlu dikaji lebih lanjut sejauh mana keterkaitannya dengan
membuat suatu model matematika dalam bentuk persamaan regresi.
Sifat keterekatan antara bahan yang direkat dengan perekat menjadi salah
satu pertimbangan penting dalam pembuatan produk kayu laminasi. Penelitian
sifat keterekatan “kayu” sawit dengan perekat isosianat masih minim, sehingga
perlu dilakukan penelitian sebagai bahan informasi pemanfaatannya dalam
pembuatan produk kayu laminasi dari batang sawit.
Pertimbangan yang penting diperhatikan dalam pemanfaatan kayu sebagai
bahan kontruksi salah satunya adalah sifat mekanisnya. Sifat keteguhan lentur
(MOE) dan keteguhan patah (MOR) kayu laminasi menjadi perhatian yang sangat
penting untuk tujuan konstruksi. Teknologi laminasi kayu dapat dijadikan salah
satu alternatif untuk meningkatkan sifat mekanis tersebut dengan mengatur pola
pelapisannya. Dengan mengatur pola pelapisan kayu laminasi diharapkan dapat
menghasilkan sifat fisis dan mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan kayu
utuh. Penempatan lamina bagian luar yang lebih kuat akan meningkatkan sifat
kekuatan kayu laminasi dibandingkan kayu solid/utuhnya (Bodig & Jayne 1993).
Pemanfaatan “kayu” batang kelapa sawit bagian tepi sebagai bahan kayu laminasi
belum banyak dilakukan. Hal ini perlu diteliti lebih lanjut mengingat bahwa pada
bagian tepi memiliki kekuatan yang lebih baik dibandingkan bagian dalam
sehingga dapat dijadikan bahan kontruksi (Prayitno 1995, Bakar et al. 1999).
Analisis transformasi penampang lintang kayu laminasi pada umumnya
berdasarkan rasio MOE lamina penyususunnya. Karakteristik batang kelapa sawit
yang sangat bervariasi dipengaruhi oleh keberadaan ikatan pembuluhnya. Pola
sebaran atau distribusi ikatan pembuluhnya yang tidak merata pada penampang
batang kelapa sawit diduga menjadi salah satu variabel penting yang
mempengaruhi karakteristik “kayu” kelapa sawit. Analisis transformasi
4
penampang lintang (Transformed Cross Section) kayu laminasi dari batang kelapa
sawit berdasarkan distribusi ikatan pembuluhnya dikaji dalam penelitian ini.
Berdasarkan uraian di atas, rumusan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Seberapa besar pengaruh distribusi ikatan pembuluh terhadap kerapatan dan
sifat mekanis pada berbagai kedalaman dan ketinggian batang kelapa sawit
2. Seberapa besar pengaruh distribusi ikatan pembuluh terhadap karakteristik
kayu laminasi dari batang kelapa sawit berperekat isosianat.
3. Seberapa besar pengaruh ketebalan lamina yang diambil dari bagian tepi
batang kelapa sawit terhadap kerapatan dan sifat mekanis kayu laminasinya.
4. Seberapa besar kemampuan model distribusi ikatan pembuluh dapat digunakan
dalam analisis transformasi penampang laminasi kayu kelapa sawit.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menemukan suatu model matematis
hubungan antara distribusi ikatan pembuluh dengan karakteristik “kayu” dari
batang kelapa sawit dan menggunakan model ini dalam mentransformasi
penampang kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah diperolehnya informasi tentang
hubungan antara karakteristik batang kelapa sawit dengan distribusi ikatan
pembuluh dalam bentuk model matematik. Model yang terbentuk diharapkan
dapat digunakan untuk menduga kerapatan dan sifat mekanis “kayu” dari batang
kelapa sawit. Hasil penelitian ini juga diharapkan dapat menjadi informasi dasar
dalam pemanfaatan batang kelapa sawit untuk dijadikan produk kayu laminasi.
Selain itu diharapkan penelitian ini juga dapat menambah informasi dari teori dan
metodologi yang telah ada dalam analisis transformasi penampang kayu laminasi
khususnya dari tumbuhan monokotil.
Hipotesis Penelitian
1. Distribusi ikatan pembuluh dalam batang kelapa sawit berpengaruh nyata
terhadap karakteristik batang kelapa sawit maupun kayu laminasinya
2. Distribusi ikatan pembuluh berpengaruh nyata terhadap sifat keterekatan dan
karakteristik kayu laminasi dari batang kelapa sawit
3. Ketebalan lamina yang diambil mulai dari tepi batang kelapa sawit akan
mempengaruhi karakteristik kayu laminasinya
4. Distribusi ikatan pembuluh dapat menggantikan MOE laminanya dalam
analisis transformasi penampang lintang kayu laminasi kelapa sawit
Novelty Penelitian
1. Model matematis hubungan antara distribusi ikatan pembuluh dengan
kerapatan dan sifat mekanis “kayu” batang kelapa sawit.
2. Rasio distribusi ikatan pembuluh dapat digunakan dalam analisis transformasi
penampang kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
5
Kerangka Pemikiran Penelitian
Penelitian ini terdiri dari empat tahap yang meliputi pengaruh distribusi
ikatan pembuluh terhadap kerapatan dan sifat mekanis batang kelapa sawit, sifat
keterekatan kayu kelapa sawit dengan perekat isosianat, karakteristik kayu
laminasi dari batang kelapa sawit dan analisis distribusi ikatan pembuluh dengan
Transformed Cross Section (TCS). Penelitian tahap pertama untuk mengetahui
pengaruh distribusi ikatan pembuluh dalam batang kelapa sawit terhadap
kerapatan dan sifat mekanisnya. Hasil penelitian tahap pertama ini dapat dijadikan
sebagai dasar dan informasi awal dalam menentukan lamina dalam pembuatan
kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
Pada penelitian tahap kedua, sifat keterekatan antara perekat dengan bahan
yang direkat merupakan informasi penting dalam pembuatan produk laminasi.
Sifat-sifat tersebut antara lain dapat dilihat dari sifat keterbasahan perekat
terhadap permukaan kayu dengan menentukan sudut kontaknya, uji delaminasi,
keteguhan geser dan interaksi perekat dengan bahan yang direkat. Pada penelitian
tahap kedua ini, posisi ketinggian, berat labur dan lamanya tekanan dijadikan
variabel dalam penelitian, sedangkan besarnya tekanan kempa dan lamanya
pengondisian kayu lamina disesuaikan dengan penelitian-penelitian yang telah
dilakukan dengan menggunakan perekat isosianat. Selain sifat-sifat yang berkaitan
dengan keterekatan bahan dan perekat, penelitian ini juga menguji kadar air,
kerapatan, MOE dan MOR.
Sifat mekanis kayu laminasi dari batang kelapa sawit ditentukan oleh
distribusi ikatan pembuluh dan pola susunan laminanya serta karakteristik lamina
penyusunnya. Pada penelitian tahap ketiga, ketebalan lamina kelapa sawit pada
bagian tepi/pinggir batang dan ketinggian bahan lamina yang diambil dari batang
pohonnya akan dijadikan variabel utama untuk mengetahui karakteristik kayu
laminasi kelapa sawit yang dihasilkan.
Penelitian tahap keempat menitikberatkan pada analisis transformasi
penampang kayu laminasi batang kelapa sawit berdasarkan distribusi ikatan
pembuluh. Metode transformasi penampang ini dapat digunakan sebagai salah
satu analisis yang cukup memadai untuk menduga kekuatan lentur (MOE) kayu
laminasi. Pada tahap ini ingin diketahui apakah distribusi ikatan pembuluh dapat
menggantikan MOE lamina penyusunnya yang biasanya digunakan dalam analisis
penampang lintang kayu laminasi dari batang kelapa sawit.
Berdasarkan uraian di atas dapat dikemukakan diagram alir penelitian
seperti disajikan pada Gambar 1. Diagram tersebut merupakan tahapan penelitian
yang dilakukan dalam rangka menyusun disertasi ini.
6
Gambar 1.1
Diagram alir tahapan penelitian analisis transformasi penampang
kayu laminasi kelapa sawit menggunakan model distribusi ikatan
pembuluh
7
2 PENGARUH DISTRIBUSI IKATAN PEMBULUH
TERHADAP KERAPATAN DAN SIFAT MEKANIS
BATANG KELAPA SAWIT
Pendahuluan
Kelapa sawit termasuk jenis tanaman monokotil. Batangnya merupakan
material non kayu yang berlignosellulosa (Hashim et al 2011). Struktur
anatominya berbeda dengan kayu pada umumnya (Tomimura 1992). Komponen
utama penyusun batang kelapa sawit adalah ikatan pembuluh dan jaringan
parenkim. Kedua komponen ini berperan penting terhadap sifat-sifat dasar batang
kelapa sawit (Tomlinson 1961).
Ikatan pembuluh dalam batang menyebar secara tidak merata. Ikatan
pembuluh terkonsentrasi pada bagian tepi dan menyebar pada bagian tengah
batang (Bakar 2008). Berdasarkan posisi kedalaman dalam batang (horizontal),
distribusi ikatan pembuluh menurun ke arah tengah batang (Shirley 2002,
Erwinsyah 2008) sedangkan dari pangkal ke ujung batang (vertikal) distribusinya
cenderung meningkat (Lim dan Khoo 1986).
Distribusi ikatan pembuluh dijadikan sebagai salah satu parameter yang
mempengaruhi sifat fisis maupun mekanis kayu sawit khususnya pada posisi
kedalaman pada batang. Kerapatan dan sifat mekanis “kayu” sawit cenderung
meningkat seiring dengan semakin banyaknya jumlah ikatan pembuluhnya (Khoo
et al. 1991, Balfas 2006, Ratanawilai et al. 2006, Erwinsyah 2008. Namun
kesimpulan tersebut diperoleh berdasarkan analisis pada arah horizontal
(kedalaman batang) saja pada tiap-tiap ketinggian tertentu.
Lim dan Khoo (1986) melaporkan bahwa distribusi ikatan pembuluh
meningkat dari pangkal ke ujung, namun sifat fisis mekanisnya justru menurun.
Sel-sel penyusun ikatan pembuluh pada bagian ujung masih berumur muda
dibandingkan bagian di bawahnya dan dalam pertumbuhannya masih dipengaruhi
oleh meristem pucuk. Sel-sel muda tentu memiliki sifat-sifat yang berbeda
dibandingkan sel-sel dewasa. Oleh karena itu selain dipengaruhi distribusi ikatan
pembuluh, kerapatan dan sifat mekanis kayu sawit juga dipengaruhi oleh
karakteristik ikatan pembuluh itu sendiri. Batang sawit bagian ujung dapat
memiliki proporsi ikatan pembuluh yang lebih banyak daripada bagian pangkal,
namun oleh karena ikatan pembuluh disusun oleh sel-sel muda maka kerapatan
dan sifat mekanis batang sawit bagian ujung lebih rendah dibandingkan bagian
pangkal. Tujuan penelitian ini adalah pembuatan suatu model matematis
mengenai distribusi ikatan pembuluh pada arah radial (dari tepi ke pusat batang)
serta hubungan distribusi iaktan pembuluh terhadap karakteristik batang kelapa
sawit pada ketinggian 2 m, 4 m dan 6 m.
Bahan dan Metode
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah batang kelapa sawit
varietas tenera dari 2 pohon berumur 20 tahun yang berasal dari PT. Perkebunan
8
Nusantara VII (PTPN 7) Lampung. Tinggi dan diameter pohon adalah 8 m dan 60
cm (dengan kulit).
Pembuatan contoh uji dan pengujian sifat fisis mekanis
Bahan uji yang digunakan berasal dari berbagai kedalaman maupun
ketinggian batang kelapa sawit. Sampel diambil mulai dari 2 m, 4 m, dan 6 m
dari pangkal batang kelapa sawit. Sampel pengamatan dari setiap ketinggian
dipilih lagi berdasarkan kedalaman dari tepi ke arah tengah batang dengan jarak
kelipatan 2.5 cm. Sampel untuk menghitung distribusi ikatan pembuluh berupa
cakram piringan dengan ketebalan 5 cm (Gambar 2.1). Ukuran sampel sifat fisis
(kerapatan) dan mekanis (MOE, MOR, kekuatan tekan sejajar serat, kekerasan,
dan keteguhan geser sejajar serat) serta pengujiannya mengacu pada British
Standard 373 (BSI 1957). Jumlah contoh uji sebanyak 48 per parameter sifat
kayu. Pengujian sifat mekanis dengan menggunakan Universal Testing Machine
(UTM) merek Instron 330. Sampel yang diuji dikondisikan sampai kadar air
kering udara (±14%).
(a)
(b)
Gambar 2.1 Pengambilan contoh uji (a) potongan memanjang, dan (b) potongan
melintang
Perhitungan distribusi ikatan pembuluh
Distribusi ikatan pembuluh didefinisikan sebagai jumlah ikatan pembuluh
per satuan luas (cm2). Perhitungannya dengan menggunakan kaca pembesar (lup)
perbesaran 10x. Luas pengamatan dalam bentuk segi empat sama sisi (1 x 1 cm).
Pengamatan dimulai dari bagian tepi ke arah pusat pada ketinggian 2 m, 4 m dan 6
m.
Analisis data
Data penelitian yang diperoleh dianalisis untuk mencari suatu model
matematis mengenai hubungan antara distribusi ikatan pembuluh dengan lokasi
pengambilan contoh uji pengamatan dari tepi ke pusat batang pada ketinggian 2
9
m, 4 m, dan 6m. Penentuan model matematis dalam hal ini persamaan regresi
berdasarkan pola sebaran data pengamatan (scatter plot data).
Model matematis selanjutnya adalah untuk menjelaskan hubungan antara
posisi ketinggian pada batang dan distribusi ikatan pembuluh dengan kerapatan
dan sifat mekanis kayu kelapa sawit. Sebuah model regresi linier berganda
kemudian dicoba untuk mengestimasi pengaruh distribusi ikatan pembuluh pada
berbagai ketinggian terhadap kerapatan dan sifat mekanis batang sawit. Model
yang dibangun adalah:
y = a + b1x1 + b2x2 + ε
di mana:
y
x1
x2
a
b1,b2
= kerapatan atau sifat mekanis (MOE, MOR, kekuatan tekan
sejajar serat, kekerasan, dan keteguhan geser sejajar serat)
= posisi ketinggian
= distribusi ikatan pembuluh
= konstanta/intersep
= koefisien regresi
= sisaan
Hasil dan Pembahasan
Distribusi ikatan pembuluh batang kelapa sawit
Batang sawit merupakan bahan organik yang tersusun atas beraneka ragam
sel yaitu fiber, metaxylem, protoxylem, protophloem atau sieve tubes, axial
parenchyma, stegmata dan companion cells (Tomlinson 1961, Lim dan Fujii
1997). Komponen-komponen tersebut merupakan penyusun ikatan pembuluh.
Ikatan pembuluh merupakan komponen penyusun batang kelapa sawit yang
mempunyai peranan paling penting terhadap sifat-sifat kayunya. Distribusi ikatan
pembuluh sangat bervariasi dalam batang kayu sawit (Gambar 2.2). Pada bagian
tepi batang, jumlah ikatan pembuluhnya tampak lebih banyak dan rapat dan
menurun ke arah pusat batang. Hal ini ditunjukkan dengan distribusi ikatan
pembuluhnya yang menurun dari tepi ke pusat batang (Gambar 2.3). Berdasarkan
pada posisi ketinggian pada batang kelapa sawit, distribusi ikatan pembuluh
meningkat dari ketinggian 2 m ke 6 m. Proses pembentukan ikatan pembuluh
pada batang palma diteliti oleh Zimmermann & Tomlinson (1965, 1972). Menurut
studi tersebut pada dasarnya semua ikatan pembuluh tetap dipertahankan untuk
berlangsung dalam jangka waktu yang tidak terbatas menuju ke atas/ujung batang.
Setiap berkas/ikatan pembuluh vertikal, yakni berkas minor, intermediat, dan
mayor menghasilkan cabang yang merupakan jalan daun (leaf trace) pada selang
panjang tertentu. Berkas minor menghasilkan jalan daun lebih sering daripada
mayor. Setiap berkas vertikal secara bertahap mencapai posisi yang lebih sentral
jika diikuti dari dasar hingga ujung. Pada selang tertentu pula berkas itu
membelok tajam ke tepi batang seraya memberikan jalan jaun dan jalan dahan
yang menuju pembungaan. Selain itu, ada berkas “jembatan” yang
menghubungkan dengan berkas lain yang ada didekatnya. Berkas mayor lebih
banyak meluas ke tengah dibandingkan dengan yang minor. Jumlah berkas yang
mengarah ke tengah batang hanya sedikit. Karena semua berkas untuk sebagian
pertumbuhannya berada di daerah perifer (tepi), maka daerah ini penuh dengan
10
berkas pembuluh. Pada bagian dalam batang, berkas pembuluh kurang rapat,
semua berkas memutar secara seragam, dan dari bawah ke atas berbentuk heliks
mengikuti arah spiral filotaksis.
Kulit
Batang
Gambar 2.2. Photo makroskopis distribusi ikatan pembuluh dari tepi ke bagian
dalam pada penampang lintang batang kelapa sawit
Gambar 2.3 Plot distribusi ikatan pembuluh dari tepi ke pusat batang kelapa
sawit pada ketinggian 2m, 4m, dan 6m.
Berdasarkan scatter plot data pada Gambar 2.3, maka model persamaan
regresi yang digunakan adalah regresi non linier. Hasil pengujian menggunakan
regresi kuadratik, eksponensial, logaritmik dan power ditunjukkan pada Tabel 2.1.
11
Tabel 2.1. Persamaan regresi non linier yang dibentuk dari hubungan antara jarak
(x) dari tepi ke pusat batang dengan distribusi ikatan pembuluh (y)
pada ketinggian 2 m, 4 m, dan 6 m.
No
1
2
3
4
Kelapa Sawit 1
Model Persamaan
Regresi
Kuadratik
Kelapa Sawit 2
2m
y = 0.0045x2 – 1.3352x + 120.17
-0.007x
2m
R² = 0.74
y = 0.005x2 – 1.4194x + 114.09
-0.008x
R² = 0.71
Eksponensial
y = 85.422e
R² = 0.84
y = 71.492e
R² = 0.78
Logaritmik
y = -34.78ln(x) + 198.35
R² = 0.82
y = -34.14ln(x) + 188
R² = 0.78
Power
-0.588
y = 523.03x
R² = 0.97
-0.648
y = 543.66x
4m
2
R² = 0.97
4m
2
Kuadratik
y = 0.0069x - 1.9794x + 161.11
R² = 0.72
y = 0.0057x - 1.7058x + 150.85
R² = 0.89
2
Eksponensial
y = 104.54e-0.008x
R² = 0.81
y = 112.94e-0.009x
R² = 0.90
3
Logaritmik
y = -48.44ln(x) + 266.71
R² = 0.80
y = -44.37ln(x) + 249.04
R² = 0.94
Power
y = 817.98x-0.662
R² = 0.98
y = 879.39x-0.673
R² = 0.99
1
4
6m
1
2
3
4
Kuadratik
2
y = 0.0066x - 2x + 184.4
-0.008x
6m
R² = 0.79
2
R² = 0.87
-0.008x
y = 0.0063x - 1.8975x + 172.31
Eksponensial
y = 136.08e
R² = 0.87
y = 127.18e
R² = 0.86
Logaritmik
y = -53.08ln(x) + 304.35
R² = 0.88
y = -49.01ln(x) + 280.49
R² = 0.92
Power
-0.593
y = 837.86x
R² = 0.98
-0.613
y = 832.65x
Untuk melihat keterandalan model digunakan koefisien determinasi (R2)
yang menjelaskan seberapa besar presentase sumbangan pengaruh variabel
independen (jarak) terhadap variabel dependen (distribusi ikatan pembuluh).
Dengan demikian, semakin besar nilai R2, semakin besar sumbangan pengaruh
variabel independen (jarak) terhadap variabel dependen (distribusi ikatan
pembuluh). Berdasarkan nilai koefisien diterminasinya, maka persamaan regresi
yang dipilih adalah persamaan regresi non linier power.
Hubungan distribusi ikatan pembuluh dengan jarak contoh uji dari tepi ke
pusat batang memiliki korelasi yang lebih tinggi (82%) dibandingkan dengan
ketinggian pada batang (25%). Hal ini menjelaskan bahwa perubahan jarak dari
tepi ke pusat batang (posisi horisontal) dengan distribusi ikatan pembuluh
memiliki hubungan yang lebih erat dibandingkan perubahannya dalam posisi
vertikal (pangkal ke ujung).
Hubungan distribusi ikatan pembuluh dengan kerapatan dan sifat mekanis
batang kelapa sawit
Ke