BAB III METODE PENELITIAN 3.1
Tempat dan Waktu Penelitian Kegiatan penelitian dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Peningkatan
Mutu Kayu untuk proses persiapan bahan baku, pembuatan panel CLT, dan pengujian sifat fisis panel CLT. Pengujian sifat mekanis panel CLT dilakukan di Laboratorium Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Kampus IPB Bogor. Penelitian dilakukan dari bulan September 2011 hingga bulan Juli 2012.
3.2
Bahan dan Alat Penelitian Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu manii
(Maesopsis eminii Engl.) dalam bentuk sortimen papan-papan dari berbagai ketebalan yang berasal dari daerah Cibungbulan, Bogor (Gambar 3). Bahan lain penelitian ini adalah paku bulat diameter 2.7 mm dengan panjang 5.1 mm yang diperoleh dari perusahaan bangunan disekitar Bogor (Gambar 4).
Gambar 3 Papan-papan kayu manii
Gambar 4 Paku untuk sambungan panel CLT
Beberapa alat yang digunakan antara lain palu, kipas angin, moisture meter, gergaji mesin (circular saw), mesin serut (planner), penggaris, caliper, mesin pemilah elastisitas kayu sederhana (papan sortir), timbangan digital, ember, oven, dan desikator. Pengujian MOE dan MOR panel CLT dilakukan dengan
12
menggunakan UTM (Universal Testing Machine) merk Instron tipe 3369 Series IX Version 8.27.00 dengan kapasitas beban 5 ton.
3.3
Metode Penelitian Kegiatan penelitian pembuatan panel CLT dimulai dari pembuatan lamina
hingga pengujian sifat fisis dan mekanis panel CLT. Tahapan kegiatan penelitian secara keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 5. Persiapan Bahan Baku
Pembuatan Lamina Lamina Tebal 1 cm, 1.67 cm, 2 cm, dan 3 cm
Lamina Tengah 0˚, 30˚, 45˚, 60˚, dan 90˚ Pemilahan Lamina
Pembuatan Papan CLT
Penyusunan Lamina
A1 = 1-3-1 cm A2 = 2-1-2 cm A3 = 1.67-1.67-1.67 cm B1 = 0˚ B2 = 30˚ B3 = 45˚ B4 = 60˚ B5 = 90˚
Pemakuan Lamina
Pembuatan Contoh Uji
Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis ASTM D 143-2005
Karakteristik Panel CLT Gambar 5 Tahapan pembuatan panel CLT-Paku
13
3.3.1 Pengeringan dan Pembuatan Lamina Papan-papan kayu manii dengan ukuran penampang tebal 1.5-3.5 cm, lebar 14 cm dengan panjang 125 cm dikeringkan secara alami dengan bantuan kipas angin selama 30 hari atau hingga mencapai kadar air kering udara sekitar 12-17% (Gambar 6). Papan-papan tersebut kemudian digergaji dan diserut menjadi papan-papan lamina dengan ukuran panjang menjadi 120 cm, lebar 12 cm, dan tebal dengan empat ukuran ketebalan, yaitu ketebalan 1.00 cm sebanyak 45 papan, ketebalan 1.67 cm sebanyak 45 papan, ketebalan 2 cm sebanyak 30 papan, dan ketebalan 3 cm sebanyak 15 papan. Sebagai kontrol dibuat balok utuh kayu manii berukuran 5x5x12 cm.
Gambar 6 Pengeringan alami papan-papan kayu manii 3.3.2 Pemilahan Lamina Pemilihan lamina dilakukan dengan menggunakan metode pemeriksaan secara visual dan mutu lamina ditentukan berdasarkan nilai modulus elastisitasnya (MOE). Metode pemeriksaan secara visual dilakukan dengan mengamati kondisi permukaan lamina sehingga bebas dari cacat-cacat alami atau cacat yang timbul akibat pengeringan. Pemilahan lamina berdasarkan nilai modulus elastisitasnya (MOE) dilakukan dengan cara pengujian sistem non destructive test, menggunakan mesin pemilah kayu (papan sortir) (Gambar 7). Prosedur pemilahannya adalah sebagai berikut (Surjokusumo et al., 2003) : 1. Lamina yang akan dipilah diletakkan diatas dua tumpuan.
14
2. Beban A (P1) diletakkan diatas lamina tepat diatas deflektometer kemudian diukur besarnya defleksi (y1). 3. Beban standar B (P2) kemudian ditambahkan, angka pada deflektometer dicatat. 4. Beban diturunkan, lamina dibalik dan dipilah ulang seperti sebelumnya.
Gambar 7 Pemilahan lamina dengan metode non destructive test Dari pemilahan tersebut diperoleh nilai modulus elastisitas (MOE) masing-masing papan lamina. Nilai tersebut kemudian dikelompokkan menjadi dua kelompok dengan rentang nilai tertentu dan diberi simbol E1 dan E2 dimana E1 > E2. E1 digunakan pada bagian face atau back sebagai lamina sejajar, sedangkan E2 digunakan pada bagian dalam (core) sebagai lamina tengah. Nilai MOE yang termasuk dalam kelompok E2 atau lamina tengah dipotong miring dengan lima macam orientasi sudut yaitu sudut 0˚, 30˚, 45˚, 60˚, dan 90˚ (Gambar 8).
Gambar 8 Bentuk potongan lamina tengah dengan lima orientasi sudut
15
3.3.3 Penyusunan Lamina Prinsip penyusunan lamina-lamina pada panel CLT dilakukan dengan cara mengatur tebal panel (5 cm) menurut tiga kombinasi ketebalan lamina (A), yaitu kombinasi yang terdiri dari lamina atas (face), tengah (core), dan bawah (back) masing masing memiliki tebal A1 (1-3-1 cm) dan dengan cara yang sama untuk kombinasi A2 (2-1-2) cm, dan kombinasi A3 (1.67-1.67-1.67) (Gambar 9).
A1 A2 A3 Gambar 9 Penyusunan panel CLT menurut kombinasi ketebalan lamina Serat lamina atas dan bawah diatur sedemikian rupa sehingga sejajar satu dengan lainnya, sedangkan lamina tengah (core) didasarkan atas orientasi sudut lamina berturut-turut yaitu 0˚ (B1), 30˚ (B2), 45˚ (B3), 60˚ (B4), dan 90˚ (B5) (Gambar 10). Setiap kombinasi panel CLT dibuat dalam tiga ulangan sehingga diperoleh total panel CLT sebanyak 45 panel.
Gambar 10 Contoh pola penyusunan panel CLT dengan orientasi sudut lamina tengah 0˚, 60˚, dan 90˚ (Sumber : Mardiyanto, 2012)
16
Jumlah potongan core utuh pada panel CLT dengan berbagai orientasi sudut adalah untuk panel CLT dengan orientasi sudut lamina tengah 30˚ (B2) sebanyak 4 potong, 45˚ (B3) sebanyak 6 potong, 60˚ (B4) sebanyak 7 potong, dan 90˚ (B5) sebanyak 9 potong. Sedangkan pada panel 0˚(B1), lamina tengah tersusun dari satu papan utuh. Semakin besar orientasi sudut maka jumlah potongan pada core akan semakin banyak.
3.3.4 Pemakuan Panel Prinsip pola pemakuan panel CLT adalah dengan mengikuti bentuk (besarnya orientasi sudut) dari lamina tengah masing-masing kombinasi papan dengan jarak antar paku minimum 1.5-2 d. Jumlah paku pada semua kombinasi panel CLT dibuat sama, yaitu sebanyak 72 paku pada sepanjang bentang panel CLT (71 cm). Dengan demikian jumlah paku sepanjang setengah bentang adalah 36 batang dan diatur sedemikian rupa sehingga pola susunan pakunya setangkup dengan setengah bentang lainnya (Gambar 11).
0˚
30˚
45˚
60˚
90˚ Gambar 11 Pemakuan panel CLT menurut orientasi sudut lamina
17
3.3.5 Pembuatan Contoh Uji Setelah semua panel CLT dipaku, panel dipotong untuk dibuat contoh uji sifat fisis maupun sifat mekanisnya. Adapun pola pemotongan contoh uji panel CLT seperti pada Gambar 12. 2 1
4
3
120 cm Keterangan : 1. Contoh uji lentur statis (MOE dan MOR) (5 cm x 12 cm x 76 cm) 2. Contoh uji kerapatan dan kadar air (5 cm x 5 cm x 5 cm) 3. Contoh uji kembang susut kayu (5 cm x 5 cm x 5 cm) 4. Contoh uji kuat lateral paku dan geser paku ( 6 cm x 8 cm x 5 cm)
Gambar 12 Pola pembuatan contoh uji panel CLT
3.3.6 Pengujian Panel Cross Laminated Timber (CLT) Pengujian yang diakukan meliputi pengujian sifat fisis dan mekanis untuk mengetahui karakteristik panel CLT menggunakan paku.
3.3.6.1 Pengujian Sifat Fisis Pengujian sifat fisis panel CLT yang dilakukan antara lain kerapatan (𝜌), kadar air (KA), pengembangan volume (KV), serta penyusutan volume (SV). Pengujian tersebut menggunakan contoh uji ukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm sesuai pada standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber.
a. Kerapatan (𝝆) Kerapatan merupakan nilai dari berat contoh uji dibagi dengan volume contoh uji pada kondisi kering udara. Volume contoh uji diukur dengan mengalikan dimensi panjang, lebar, dan tebalnya (VKU) dan selanjutnya ditimbang untuk didapatkan berat kering udaranya (BKU). Nilai kerapatan dihitung dengan rumus: 𝐾𝑒𝑟𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝜌 =
𝐵𝐾𝑈 𝑔 ( ) 𝑉𝐾𝑈 𝑐𝑚2
18
b. Kadar Air Kadar air merupakan hasil pembagian kandungan berat air terhadap berat kering tanur dari contoh uji yang dinyatakan dalam persen. Berat air adalah selisih dari berat contoh uji sebelum dioven dikurangi berat kering tanurnya. Pengujian kerapatan dan kadar air menggunakan satu contoh uji yang sama. Contoh uji dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya (BKU) dan dikeringkan dalam oven pada suhu 103 ± 2 oC selama 24 jam atau sampai mencapai berat konstan kemudian ditimbang sehingga diperoleh berat kering tanur (BKT). Nilai kadar air dihitung dengan rumus: 𝐾𝑎𝑑𝑎𝑟 𝐴𝑖𝑟 % =
𝐵𝐾𝑈 − 𝐵𝐾𝑇 𝑥 100% 𝐵𝐾𝑇
c. Kembang Susut Pengembangan volume dirumuskan sebagai selisih antara dimensi akhir (DB) dengan dimensi awal (DA) yang dibandingkan dengan dimensi awalnya yang dinyatakan dalam persen. Contoh uji yang digunakan untuk pengujian pengembangan maupun penyusutan volume diambil dari contoh yang sama. Contoh uji diukur panjang, lebar dan tebalnya dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh dimensi awalnya. Selanjutnya contoh uji direndam dalam air selama ± 1 minggu, kemudian diangkat dan diukur kembali dimensinya sehingga diperoleh dimensi akhir contoh uji. Nilai pengembangan volume dihitung dengan rumus sebagai berikut : 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑒𝑚𝑏𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 % =
𝐷𝐵 − 𝐷𝐴 𝑥 100% 𝐷𝐴
Untuk pengujian penyusutan volume, contoh uji yang sama diukur dimensi panjang, lebar, dan tebalnya dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh dimensi awal (DA). Kemudian contoh uji dioven pada suhu 103±2 oC selama 24 jam atau mencapai berat konstan dan selanjutnya diukur kembali dimensinya sehingga diperoleh dimensi akhir (DB) dari contoh uji. Penyusutan volume merupakan selisih antara dimensi awal dengan dimensi akhir yang dibandingkan dengan dimensi awalnya, dengan rumus sebagai berikut : 𝑃𝑒𝑛𝑦𝑢𝑠𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 % =
𝐷𝐴 − 𝐷𝐵 𝑥 100% 𝐷𝐴
19
3.3.6.2 Pengujian Sifat Mekanis Sifat mekanis panel CLT yang diuji meliputi pengujian lentur statis dan sambungan paku. Pengujian lentur statis terdiri dari kekakuan lentur atau modulus of elasticity, kekuatan lentur atau modulus of rupture, kekuatan geser lentur. Pengujian lentur panel CLT ini didasarkan pada standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber. Pengujian sambungan paku terdiri kekuatan lateral paku dan kekuatan paku pada sambungan geser ganda. Pengujian geser paku ini berdasarkan modifikasi standar ASTM D5652-95.
a. Kekakuan Lentur atau MOE Pengujian kekakuan lentur atau MOE menggunakan contoh uji berukuran 5 cm x 15 cm x 76 cm untuk dimensi tebal, lebar, dan panjangnya. Pengujian MOE panel CLT dilakukan dengan cara meletakkan panel CLT tersebut diatas dua tumpuan dengan panjang bentang 71 cm. Beban terpusat diberikan ditengah bentang dan besarnya defleksi dicatat setiap selang beban tertentu. Rumus yang digunakan untuk menghitung besar MOE sebagai berikut : 𝑀𝑂𝐸
∆𝑃𝐿³ 𝑘𝑔 = 4∆𝑌𝑏ℎ³ 𝑐𝑚2
Keterangan : ∆P = Besar perubahan beban sebelum batas proporsi (kg) L = Jarak sangga (cm) ∆Y = Besar perubahan defleksi akibat perubahan beban (cm) b = Lebar contoh uji (cm) h = Tebal contoh uji (cm) b. Kekuatan Lentur atau MOR Kekuatan lentur atau MOR panel CLT dilakukan bersama-sama dengan pengujian MOE dengan menggunakan contoh uji yang sama. Pengujian MOR dilakukan sampai panel CLT yang diberikan beban terpusat ditengah bentangnya mengalami kerusakan. Nilai MOR dihitung dengan rumus : 𝑀𝑂𝑅 Keterangan : P = Beban maksimum (kgf) L = Jarak sangga (cm)
𝑘𝑔 3𝑃𝐿 = 2 𝑐𝑚 2𝑏ℎ²
20
b h
= Lebar contoh uji (cm) = Tebal contoh uji (cm) c. Kekuatan Geser pada Lentur Statis Geseran yang terjadi pada lentur statis panel CLT dapat ditentukan
berdasarkan nilai maksimum atau rata-ratanya. Kekuatan geser yang dianalisis pada penelitian ini hanya kekuatan geser maksimum. Nilai kekuatan geser maksimum dihitung dengan menggunakan rumus : 𝜏 𝑚𝑎𝑘𝑠 (
𝑘𝑔 3𝑉 ) = 𝑐𝑚2 2𝐴
Keterangan : V = gaya lintang atau gaya geser yang terjadi akibat beban Pmax pada uji lentur statis panel CLT (kg) A = luas penampang panel CLT (cm2)
Gambar 13 Pengujian lentur statis panel CLT d. Pengujian Sambungan Paku Contoh uji untuk pengujian kekuatan lateral paku dan kekuatan geser paku sambungan geser ganda dibuat dengan ukuran 6 cm (lebar) x 8 (panjang) dengan tebal 5 cm sesuai dengan tebal panel CLT (Gambar 10). Arah beban yang diberikan pada pengujian sambungan paku tersebut adalah tegak lurus terhadap sumbu memanjang paku. Kedua nilai kekuatan sambungan paku tersebut ditetapkan ketika paku mengalami displacement atau sesaran sebesar 1.5 mm dan 5 mm. Rumus yang digunakan untuk menghitung kekuatan lateral paku adalah sebagai berikut :
21
𝐾𝑢𝑎𝑡 𝐺𝑒𝑠𝑒𝑟 𝑃𝑎𝑘𝑢 𝐾𝑢𝑎𝑡 𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑃𝑎𝑘𝑢
𝑘𝑔 𝑃 = 𝑐𝑚2 4𝜋𝑟²
𝑘𝑔 𝑃 = 2 𝑐𝑚 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑃𝑎𝑘𝑢
Keterangan : P r
= beban masing-masing pada sesaran 1.5 mm dan 5 mm (kgf) = jari-jari paku (cm)
5 cm cm 8 cm cm
8 cm
6 cm
1cm cncm a. Tampak depan b. Tampak samping Gambar 14 Contoh uji kekuatan paku geser ganda
Gambar 15 Pengujian sambungan paku
22
3.3.7 Analisis Data Proses pengolahan data dilakukan dengan menggunakan software microsoft excel 2007 dan SAS 9.1.3. Rancangan penelitian panel CLT ini menggunakan percobaan faktorial dengan Rancangan Acak Lengkap (RAL). Terdapat 2 faktor yang diteliti, yaitu kombinasi tebal lamina (A) dengan 3 taraf, yaitu A1 (1-3-1) cm, A2 (2-1-2) cm, dan A3 (1,67-1,67-1,67) cm dan faktor orientasi sudut lamina (B) dengan 5 taraf, yaitu B1 (0o), B2 (30o), B3 (45o), B4 (60o), dan B5 (90˚) pada bagian lamina tengah. Penelitian ini dilakukan dengan 3 kali ulangan. Dengan demikian jumlah contoh uji yang dibuat adalah 3 x 5 x 3 = 45 buah satuan percobaan. Model rancangan statistiknya adalah sebagai berikut: Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + εijk Dimana : Yijk
=
Nilai pengamatan pada ulangan ke-k yang disebabkan oleh taraf ke-i faktor A dan taraf ke-j faktor B
µ
=
Nilai rata-rata sebenarnya
Ai
=
Nilai pengaruh kombinasi ketebalan lamina pada taraf ke-i
Bj
=
Nilai pengaruh orientasi sudut lamina pada taraf ke-j
(AB)ij =
Nilai pengaruh interaksi antara faktor A (kombinasi ketebalan lamina) pada taraf ke-i (1-3-1 cm), (2-1-2 cm) dan (1.67-1.67-1.67 cm) dan faktor B (orientasi sudut lamina) pada taraf ke-j (0˚, 30o, 45o, 60o dan 90o)
εijk
=
Nilai galat/ kesalahan percobaan
Jika hasil analisis ragam berbeda nyata, dilakukan uji lanjut menggunakan uji Tukey.
