3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanaman Jabon Jabon [Anthocephalus cadamba (Roxb.) Miq.] merupakan salah satu jenis tumbuhan yang berpotensi baik untuk dikembangkan dalam pembangunan hutan tanaman maupun untuk tujuan lainnya seperti penghijauan, reklamasi lahan bekas tambang, dan pohon peneduh. Tanaman jabon memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan tanaman jenis lain antara lain: teknik budi dayanya mudah, sebarannya luas, dan bernilai ekonomi tinggi. Tanaman ini juga memiliki batang yang lurus dan silindris sehingga sangat cocok untuk bahan baku industri kayu. Tanaman ini tergolong dalam tanaman yang cepat tumbuh dengan riap (pertumbuhan) diameter 7-10 cm per tahun dan riap tinggi 3-6 m per tahun (Mansur dan Tuheteru 2010). Di alam, umumnya pohon jabon bisa mencapai ketinggian 45 m dengan panjang bebas cabang 30 m dan diameter mencapai 160 cm. Batangnya lurus dan silindris, bertajuk tinggi dengan cabang mendatar, dan berbanir sampai ketinggian 1,5 m. Keunikan jabon adalah kemampuannya dalam melakukan pemangkasan secara alami. Hal ini karena cabang-cabang yang berada di bagian bawah dan tidak cukup mendapatkan cahaya akan gugur secara alami. Kulit luar batang waktu muda berwarna putih kehijauan tanpa alur, tetapi seiring pertambahan umur pohon, batangnya akan berubah warna menjadi kelabu-coklat sampai coklat, sedikit beralur dangkal, dan kulit batang tidak mengelupas (Mansur dan Tuheteru 2010). Berdasarkan klasifikasinya, jabon termasuk ke dalam famili Rubiaceae (suku kopi-kopian). Ada dua jenis jabon yang ditanam petani di Indonesia, yaitu jabon merah (Anthocephalus machropyllus) dan jabon putih (Anthocephalus cadamba). Jabon merah umumnya dapat dijumpai di daerah Sulawesi dan Maluku yang dikenal dengan sebutan “samama” (sekarang dikenal dengan nama jabon merah karena kayunya berwarna merah). Nama lokal kayu jabon di negara lain,di antaranya: bangkal, kaatoan bangkal (Brunei); thkoow (Kamboja); kadam (India);
4
cadamba, common burr-flower tree (Inggris); sako (Laos); dan laran, selimpoh (Malaysia) (Krisnawati et al. 2011). Dalam hal tempat untuk tumbuh, jabon memiliki toleransi yang sangat luas, yaitu pada ketinggian dengan kisaran 0-1000 m dpl, tetapi ketinggian optimal yang menunjang produktivitasnya adalah kurang dari 500 m dpl (Mansur dan Tuheteru 2010). Kayu jabon memiliki kayu teras berwarna putih semu-semu kuning muda, lambat laun menjadi kuning semu-semu gading, dan kayu gubalnya tidak dapat dibedakan dari kayu terasnya. Tekstur kayu jabon agak halus sampai agak kasar. Arah seratnya lurus tetapi kadang-kadang agak berpadu. Permukaan kayu licin atau agak licin dan mengkilap atau agak mengkilap (Martawijaya et al. 1989). Kayu jabon bisa digunakan sebagai bahan pembuatan face pada kayu lapis yang selama ini mengandalkan meranti dari kayu hutan alam karena kayu ini berserat halus. Selain itu, kayu jabon juga dapat digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan pulp. Di India kayu ini bukan hanya digunakan sebagai bahan konstruksi tetapi juga digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan furnitur dan patung (Anonim 2011). Tabel 1 Sifat fisis kayu jabon, akasia, sengon, dan jati Sifat Berat jenis Kelas kuat Penyusutan radial (%) Penyusutan tangensial (%) Sumber : Martawijaya et al. 1989
Jabon 0,42 (0,29-0,56) III-IV 3,0 6,9
Akasia 0,45 (0,53-0,69) II-III 1-1,4 2,3-4,2
Sengon 0,33 (0,24-0,49) IV-V 2,5 5,2
Jati 0,67 (0,62-0,75) II 2,8 5,2
5
Tabel 2 Sifat mekanis kayu jabon, akasia, sengon, dan jati Sifat Keteguhan lentur statis Tegangan pada batas proporsi (kg/cm2) Tegangan pada batas patah (kg/cm2) Modulus elastisitas (103 kg/cm2) Usaha sampai batas proporsi (kg/cm2) Usaha sampai batas patah (kgm/dm2) Keteguhan pukul
Kondisi
Jabon
Akasia
Sengon
Jati
Basah kering Basah kering Basah kering Basah kering Basah kering
294 387 516 691 42,9 68 0,53 0,80 5,4 6,0
528,3 850,9 118,7 -
262 316 465 526 33 44,5 0,44 0,60 5,30 4,98
718 1031 127,7 2,25 8,08
Basah kering Basah kering
20,2 22,3 20,6 24,2
-
23,8 24,1 26,5 23,6
-
Basah kering
279 374
467,1
215 283
550
Basah kering Basah kering
275 409 239 268
-
160 222 112 119
414 428
Basah kering Basah kering
36,6 48,4 46,4 59,1
-
29,0 44,5 36,6 49,9
80 89
Basah kering Basah Tangensial (kg/cm) kering Keteguhan tarik tegak lurus arah serat Basah Radial (kg/cm2) kering Basah Tangensial (kg/cm2) kering Sumber: Martawijaya et al. 1989
46,2 36,1 55,0 55,1
-
37,6 78,0 67,7 83,7
-
32,6 25,0 38,4 31,4
-
35,9 56,8 57,7 61,1
-
Radial (kgm/dm3) Tangensial (kgm/dm3) keteguhan tekan sejajar arah serat, tegangan maksimum (kg/cm2) Kekerasan (JANKA) Ujung (kg/cm2) Sisi (kg/cm2) Keteguhan geser Radial (kg/cm2) Tangensial (kg/cm2) Keteguhan belah Radial (kg/cm)
2.2 Sifat Fisis Sifat fisis merupakan bagian dari ciri makroskopik kayu, dimana ciri ini penting diketahui guna membantu dalam pengenalan kayu (Haygreen et al. 2003). Selanjutnya Haygreen et al. (2003) menyatakan bahwa faktor yang mempengaruhi sifat fisis kayu diantaranya adalah: a. Jumlah zat kayu yang terdapat pada suatu volume tertentu dan jumlah air di dalam dinding sel.
6
b. Persentase komponen utama pembentuk dinding sel dan persentase zat ekstraktif. c. Susunan dan orientasi fibril dalam sel atau jaringan termasuk jenis, ukuran, dan proporsinya. Sifat fisis kayu yang diuji dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: kadar air, kerapatan, berat jenis, dan kembang susut.
2.2.1 Kadar Air Kadar air adalah berat air yang dinyatakan sebagai persen berat kayu bebas air atau kering tanur (BKT) (Haygreen et al. 2003). Kadar air kayu segar (fresh cutting) bisa mencapai lebih besar dari 100%. Kadar air dapat mempengaruhi kekuatan kayu. Apabila terjadi penurunan kadar air maka kekuatan kayu akan meningkat. Pengaruh penurunan kadar air terdapat sifat kekuatan kayu tampak jelas apabila kadar air berada di bawah titik jenuh serat. Air dalam kayu terdiri atas air bebas dan air terikat dimana keduanya dapat menentukan kadar air kayu. Dalam satu pohon kadar air segar bervariasi tergantung pada tempat tumbuh dan umur pohon (Haygreen et al. 2003).
2.2.2 Kerapatan Kerapatan adalah perbandingan antara massa atau berat benda terhadap volumenya. Air pada temperatur 4ºC mempunyai kerapatan sebesar 1 g/cm 3. Oleh karena itu air pada temperatur tersebut dijadikan sebagai benda standar. Kerapatan air akan berkurang apabila temperaturnya dinaikkan, tetapi perubahannya sangat kecil, sehingga dapat diabaikan bila pengukuran dilakukan pada suhu kamar (Tsoumis 1991). Kerapatan bervariasi pada arah vertikal maupun horizontal. Pada arah vertikal, bagian kayu yang posisinya lebih tinggi memiliki kerapatan rendah. Hal ini diakibatkan karena faktor mekanis dan faktor biologis. Pada arah horizontal, kerapatan dipengaruhi oleh umur. Kayu yang umurnya lebih muda memiliki kerapatan lebih rendah. Kerapatan mempengaruhi sifat-sifat higroskopisitas, penyusutan dan pengembangan, sifat mekanis, panas, sifat akustik, kelistrikan,
7
dan lainnya yang berhubungan dengan pengerjaan kayu selanjutnya (pengolahan, pengeringan, dan lain-lain) (Tsoumis 1991).
2.2.3 Berat Jenis Berat jenis kayu merupakan suatu sifat kayu yang paling penting. Kebanyakan sifat mekanik kayu sangat berhubungan dengan berat jenis. Berat jenis digunakan untuk menerangkan massa atau berat per satuan volume. Ciri-ciri ini umumnya digunakan dalam hubungannya dengan semua tipe bahan. Kerapatan didefinisikan sebagai massa atau berat per satuan volume, sedangkan berat jenis adalah perbandingan antara berat kering tanur bahan dengan volumenya dengan kerapatan air (1 g/cm3) (Haygreen et al. 2003). Nilai berat jenis dari berbagai jenis kayu berkisar dari 0,2 sampai 1,23 (Tsoumis 1991). Perbedaan kerapatan dengan berat jenis adalah pada penghitungan nilai kerapatan yang digunakan sebagai pembilang adalah nilai berat awal contoh uji sedangkan dalam perhitungan berat jenis nilai yang digunakan adalah nilai berat kering tanur. Sehingga nilai kerapatan pada kondisi basah lebih tinggi daripada kondisi kering udara sedangkan nilai berat jenis pada kondisi basah lebih rendah daripada kondisi kering udara. Variasi berat jenis terutama terjadi karena perbedaan banyaknya ruang-ruang kosong dari jenis kayu yang berbeda-beda. Berat jenis zat kayunya (tanpa ruang kosong) pada semua jenis kayu adalah sama yaitu rata-rata 1,5 (Tsoumis 1991).
2.2.4 Kembang Susut Penyusutan merupakan akibat kehilangan air pada kayu di bawah titik jenuh serat. Pengembangan adalah akibat dari penambahan kadar air kayu. Kembang susut dimensi kayu tidak sama pada ketiga arahnya (radial, tangensial, dan longitudinal). Penyusutan arah longitudinal sering diabaikan karena persentasenya kecil biasanya berkisar antara 0,1-0,2% atau kurang dari 4%. Penyusutan arah tangensial lebih besar daripada penyusutan arah radial dengan suatu faktor antara 1 sampai 3 berbanding 1. Penyebabnya adalah adanya jaringan jari-jari, pernoktahan rapat pada dinding radial, dominasi kayu musim
8
panas dalam arah tangensial, dan perbedaan dalam jumlah zat dinding sel secara radial lawan tangensial (Haygreen et al. 2003).
2.3 Sifat Mekanis Sifat mekanis kayu merupakan ukuran ketahanan kayu terhadap gaya luar yang cenderung merubah bentuk benda. Ketahanan kayu tersebut tergantung pada besarnya gaya dan cara pembebanan (tarik, tekan, geser, pukul). Kayu menunjukan perbedaan sifat mekanis dalam arah pertumbuhan yang berbeda (aksial, radial, dan tangensial) (Tsoumis 1991). Sifat mekanis kayu merupakan ciri-ciri terpenting dari produk kayu yang akan digunakan untuk bahan bangunan gedung. Dalam penggunan struktural, sifat mekanis merupakan kriteria pertama untuk pemilihan bahan yang akan digunakan (Haygreen et al. 2003). Sifat mekanis yang diuji adalah sebagai berikut: modulus of elasticity (MOE), modulus of rupture (MOR), kekuatan tekan, kekerasan, ketahanan belah, dan rasio poisson.
2.3.1 Modulus of Elatisticity (MOE) Menurut Tsoumis (1991), elastisitas adalah sifat benda yang mampu kembali ke kondisi semula dalam bentuk dan ukurannya ketika beban yang mengenainya dihilangkan. Nilai modulus elastisitas kayu bervariasi antara 25510–173469 kg/cm2. Nilai modulus elastisitas berbeda pada ketiga arah pertumbuhannya. Pada arah transversal modulus elastisitas hanya berkisar 3061–6122 kg/cm2, sedangkan perbedaan untuk arah radial dan tangensial tidak nyata.
2.3.2 Modulus of Rupture (MOR) Kekuatan lentur merupakan salah satu sifat mekanis yang sangat penting. Kekuatan lentur kayu biasanya dinyatakan dengan modulus patah. Modulus patah bervariasi antara 561-1632 kg/cm2. Nilai kekuatan lentur ini menunjukkan kecenderungan yang sama dengan kekuatan tarik aksial sehingga modulus patah dapat digunakan sebagai petunjuk kekuatan tarik aksial jika data nilai kekuatan tersebut tidak tersedia. Kekuatan lentur kayu
9
lebih rendah dibandingkan logam tetapi lebih tinggi dari kebanyakan bahan non logam (Tsoumis 1991).
2.3.3 Kekuatan Tekan (Compression Strength) Tsoumis
(1991)
menyatakan
bahwa
kekuatan
tekan
adalah
kemampuan kayu untuk menahan beban atau tekanan yang berusaha memperkecil ukurannya. Kekuatan tekan aksial lebih tinggi dari kekuatan tekan transversal (sampai 15 kali). Pada softwood kekuatan tekan pada arah tangensial lebih tinggi daripada arah radial, sedangkan untuk hardwood kekuatan tekan radial lebih tinggi dibandingkan tangensialnya. Kekuatan tekan kayu pada arah aksial lebih rendah dibandingkan dengan bahan konstruksi lainnya kekuatan tekan kayu lebih tinggi.
2.3.4 Kekerasan (Hardness) Sifat kekerasan kayu adalah ukuran kemampuan kayu untuk menahan indentasi (indentation) atau tekanan setempat atau pijitan pada permukaan kayu. Sifat kekerasan ini dapat pula dikatakan sebagai kemampuan kayu untuk menahan kikisan (abrasi) pada permukaannya. Pada umumnya, kayu yang memiliki sifat kekerasan yang bagus digunakan untuk lapisan aus pada peti kemas (pada bagian pinggir yang banyak mengalami gesekan dan benturan).
Pada
dasarnya
sifat
kekerasan
kayu
dipengaruhi
oleh
kerapatannya, tetapi selain itu ditentukan pula oleh keuletan kayu, ukuran serat kayu, daya ikat antar serat kayu serta susunan serat kayunya (Mardikanto et al. 2011).
2.3.5 Ketahanan Belah (Cleavage Resistance) Sifat ketahanan belah kayu mempresentasikan kemampuan kayu untuk menahan belahan. Kayu dengan ketahanan belah yang rendah sangat disukai untuk keperluan penyiapan kayu bakar karena mudah dibelah. Kayu dengan ketahanan belah yang tinggi sangat diperlukan untuk mengikat paku atau sekrup serta alat sambung lainnya pada bangunan. Pengujian ketahanan belah dilakukan untuk mendapatkan besarnya gaya yang diperlukan untuk
10
membelah kayu dengan bidang belahan sejajar serat kayu baik itu pada arah radial maupun tangensial (Mardikanto et al. 2011).
2.4 Rasio Poisson Fenomena kontraksi lateral pada papan seperti mengalami perpanjangan sejak ditemukan oleh Poisson pada tahun 1760 disebut Poisson’s effect. Deformasi dalam arah gaya sering disebut deformasi aktif, sedangkan deformasi ke arah gaya disebut deformasi pasif. Jika beban tarik P diaplikasikan terhadap sebuah papan dengan panjang x1
dan lebar x2, papan akan mengalami
perpanjangan sebesar ∆u1 dan kontraksi total sebesar ∆u2. Hasilnya adalah regangan pasif (γ2) dan regangan aktif (γ1). Rasio regangan pasif terhadap regangan aktif inilah yang disebut rasio Poisson (Bodig dan Jayne 1993). Nilai rasio Poisson dari beberapa rujukan disampaikan pada Tabel 2. Berikut adalah rumus untuk menghitung nilai rasio Poisson:
υ=
→ γ2 =
keterangan : υ
= rasio Poisson
γ2
= reganan pasif
γ1
= reganan aktif
∆u2
= kontraksi total (cm)
∆u1
= perpanjangan (cm)
x2
= lebar (cm)
x1
= panjang (cm)
dan γ1 =
11
Tabel 3 Nilai rasio Poisson untuk beberapa jenis kayu Jenis Kayu A A1 A2 A3
B
B1
B2
B3
Softwood
Rasio Poisson υ LR υ LT υ RL 0,37
0,42
-
0,35 0,36 0,37 0,36
0,29 0,32 0,35 0,47 0,36
0,02 0,02 0,02
Hardwood
0,37
0,50
-
Acacia mangium Dalbergia Latifolia Maesopsis eminii Swietenia mahagoni Afrika Balsa Cempaka Keruing Mangium Randu Salam Ulin Balsa Mahogany, African Mahogany, Honduras Oak, red Oak, white Walnut, black Rata-rata B1 – B3
0,23 0,30 0,31 0,35 0,37 0,50 0,34
0,29 0,25 0,26 0,21 0,28 0,53 0,39 0,34 0,29 0,39 0,51 0,56 0,49 0,64 0,53 0,45 0,43 0,63 0,41
0,02 0,03 0,03 0,02 0,02 0,03 0,03 0,06 0,04 0,05 0,03
Pinus merkusii Pinus insularis Pinus insularis Red pine Red wood Spruce, Sitka Rata-rata A1 – A3
Sumber Bodig dan Jayne 1993 Baihaqi 2009 Wijayatrie 2009 Green et al. 1999
Bodig dan Jayne 1993 Baihaqi 2009
Wijayatrie 2009
Green et al. 1999
Keterangan: υLR : rasio Poisson untuk deformasi arah radial akibat tegangan arah longitudinal υLT : rasio Poisson untuk deformasi arah tangensial akibat tegangan arah longitudinal υRL : rasio Poisson untuk deformasi arah longitudinal akibat tegangan arah radial
2.5 Pengujian Nondestruktif Pengujian sifat mekanis kayu dengan metode destruktif bukanlah satusatunya metode yang dilakukan untuk mengetahui nilai-nilai kekuatan kayu. Ada metode lain yang bisa dilakukan, yaitu metode nondestruktif (Nondestructive Testing/NDT). Nondestructive Testing (NDT) ialah pengujian sifat fisis dan mekanis suatu kayu yang tidak menimbulkan kerusakan pada kayu yang diuji sehingga setelah pengujian kayu tersebut masih dapat dimanfaatkan untuk penggunaan selanjutnya (Ross et al. 1998 dalam Karlinasari et al. 2008).
12
Ada beberapa tipe pengujian nondestruktif kayu yang dikembangkan antara lain: teknis mekanis, vibrasi, akustik/gelombang tegangan (stress waves), gelombang elektromagnetik dan nuklir (IUFRO 2006). Pada penelitian ini pengujian nondestruktif yang dilakukan adalah metode gelombang ultrasonik yaitu suatu teknik untuk menduga kualitas kayu yang didasarkan pada pengukuran kecepatan perambatan melalui getaran. Teori dasar dari metode gelombang ultrasonik adalah adanya hubungan antara kecepatan gelombang ultrasonik yang melewati bahan dengan sifat elastik bahan dan kerapatan bahan. Pada dasarnya gelombang ultrasonik tidak dapat merambat pada ruang hampa. Parameter yang diukur pada metode ini adalah waktu perambatan gelombang ultrasonik yang kemudian dapat digunakan untuk menghitung kecepatan perambatannya. Dalam
Nondestructive
Testing
pengukuran
kecepatan
gelombang
ultrasonik pada kayu didasarkan pada sifat elastik dan viskoelastisitasnya. Pendugaan kualitas kayu yang dilakukan berdasarkan pada pengukuran kecepatan perambatan gelombang ultrasonik yang dibangkitkan melalui getaran. Parameter yang diukur adalah waktu perambatan gelombang ultrasonik yang digunakan untuk menentukan kecepatan perambatannya. Uji nondestruktif mempunyai beberapa keuntungan diantaranya yaitu bisa digunakan untuk menduga kekuatan kayu tanpa harus menebangnya, mengurangi limbah kayu, serta dapat mendeteksi cacat Acak (R-T) serat dan adanya kayu reaksi pada pohon yang masih berdiri (Bucur 2006).
