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, 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 Oktober 2011 hingga bulan Juli 2012. 3.2 Bahan dan Alat Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu sengon (Falcataria moluccana (Miq.) Barneby & J. W. Grimes) dalam bentuk sortimen papan-papan dari berbagai ketebalan yang berasal dari daerah Cibungbulang, Bogor. Bahan lain penelitian ini adalah paku bulat diameter 2.7 mm dengan panjang 5.1 cm yang diperoleh dari toko bangunan di sekitar Bogor. Beberapa alat yang digunakan antara lain palu, kipas angin, moisture meter, gergaji mesin (circular saw), mesin serut (planner), mesin amplas, penggaris, caliper, timbangan digital, ember, oven, dan desikator. Pengujian MOE dan MOR panel CLT dilakukan dengan menggunakan UTM (Universal Testing Machine) merk Instron tipe 3369 Series IX Version 8.27.00 dengan kapasitas beban 5 ton. 3.3 Metode Penelitian Terdapat enam tahapan dalam kegiatan penelitian pembuatan panel CLT ini. Penelitian dimulai dengan proses pengeringan dan peembuatan lamina, kemudian pemilahan lamina, penyusunan lamina, pemakuan panel CLT, pembuatan contoh uji, dan tahap terakhir adalah pengujian sifat fisis dan mekanis panel CLT. 3.3.1 Pengeringan dan Pembuatan Lamina Papan-papan lamina kayu sengon dikeringkan secara alami dengan bantuan kipas angin selama 30 hari atau hingga mencapai kadar air kering udara
10
sekitar 12-15% (Gambar 1). Papan-papan tersebut kemudian digergaji dan diserut menjadi papan-papan lamina dengan ukuran panjang menjadi 120 cm, lebar 15 cm, dan ketebalan 1 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 sengon berukuran 5x5x150 cm.
Gambar 1 Pengeringan alami sortimen kayu sengon
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 sederhana. Prosedur pemilahannya adalah sebagai berikut (Surjokusumo et al. 2003) : 1. Lamina yang akan dipilah diletakkan di atas dua tumpuan. 2. Beban A (P1) diletakkan diatas lamina tepat diatas deflektometer, 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.
11
Dari pemilahan tersebut diperoleh nilai elastisitas masing-masing papan lamina. Nilai tersebut dikelompokkan menjadi dua kelompok dengan rentang nilai tertentu dan diberi simbol E1 dan E2 dimana E1>E2. E1 untuk face atau back sebagai lamina sejajar, sedangkan E2 untuk 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˚. 3.3.3 Penyusunan Lamina Prinsip penyusunan lamina pada panel CLT dilakukan dengan cara mengatur tebal panel 5 cm menurut tiga kombinasi ketebalan lamina (A), yaitu lamina face, core, dan 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 (1.671.67-1.67) (Gambar 2). Serat lamina atas dan bawah diatur sejajar satu dengan lainnya, sedangkan core berdasarkan orientasi sudut lamina berturut-turut yaitu 0˚ (B1), 30˚ (B2), 45˚ (B3), 60˚ (B4), dan 90˚ (B5) (Gambar 3). Setiap kombinasi panel CLT dibuat dalam tiga ulangan sehingga diperoleh total panel CLT sebanyak 45 panel.
A1
A2
A3
Gambar 2 Penyusunan panel CLT menurut kombinasi ketebalan lamina
Gambar 3 Penyusunan panel CLT menurut orientasi sudut lamina (Sumber : Apriliana 2012)
12
3.3.4 Pemakuan Panel Pemakuan panel CLT dengan mengikuti besarnya orientasi sudut lamina tengah dengan jarak antar paku minimum 1.5-2d. 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 sama dengan setengah bentang lainnya (Gambar 4)
0˚
30˚
45˚
60˚
90˚ Gambar 4 Pemakuan panel CLT menurut orientasi sudut lamina
3.3.5 Pembuatan Contoh Uji Panel dipotong menjadi contoh uji sifat fisis maupun sifat mekanis. Adapun pola pemotongan contoh uji panel CLT seperti pada Gambar 5. 2 3
1 5 Gambar 5 Pola pembuatan contoh uji panel CLT
4
13
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) 5. Panjang ukuran panel keseluruhan 120 cm
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 (KR), kadar air (KA), pengembangan volume (KV), serta penyusutan volume (SV). Pengujian tersebut menggunakan contoh uji ukuran 5cm x 5cm x 5cm 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
g cm³
=
𝐵𝐾𝑈 𝑉𝐾𝑈
Keterangan : BKU = berat kering udara (g) ; VKU = volume kering udara (cm3)
b. Kadar Air Kadar air merupakan hasil pembagian kandungan berat air terhadap berat kering tanurnya yang dinyatakan dalam persen. Berat air adalah selisih dari berat contoh uji kering udara dikurangi berat kering tanurnya. Pengujian kerapatan dan kadar air menggunakan satu contoh uji yang sama. Contoh uji dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya dan dikeringkan dalam oven pada suhu 103±2 oC selama 48 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
Keterangan : BKU = berat kering udara (g) ; BKT = berat kering tanur (g)
14
c. Kembang Susut Pengembangan volume dirumuskan sebagai selisih antara volume akhir dengan volume awal yang dibandingkan dengan volume awalnya yang dinyatakan dalam persen. Contoh uji diukur panjang, lebar dan tebalnya dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh volume awalnya. Selanjutnya contoh uji direndam dalam air selama ±1 minggu, kemudian diangkat dan diukur kembali dimensinya sehingga diperoleh volume akhir contoh uji. Nilai pengembangan volume dihitung dengan rumus: 𝑃𝑒𝑛𝑔𝑒𝑚𝑏𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 % =
𝑉𝐵 − 𝑉𝐴 𝑥 100% 𝑉𝐴
Untuk pengujian penyusutan volume, contoh uji diukur dimensi panjang, lebar, dan tebalnya dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh volume awal. Kemudian contoh uji dioven pada suhu 103±2oC selama 48 jam atau mencapai berat konstan dan selanjutnya diukur kembali dimensinya sehingga diperoleh volume akhir dari contoh uji. Penyusutan volume merupakan selisih antara volume awal dengan volume akhir yang dibandingkan dengan volume awalnya, dengan rumus sebagai berikut : 𝑃𝑒𝑛𝑦𝑢𝑠𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 % =
𝑉𝐴 − 𝑉𝐵 𝑥 100% 𝑉𝐴
Keterangan : VA = volume awal (cm) ; VB = volume akhir (cm)
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 dan kekuatan lentur atau modulus of rupture. 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 geser sambungan paku. Pengujian geser paku ini berdasarkan modifikasi standar ASTM D5652-95. a. Kekakuan Lentur atau MOE Pengujian kekakuan lentur atau MOE menggunakan contoh uji berukuran 5x15x76 cm untuk dimensi tebal, lebar, dan panjangnya. Pengujian MOE panel CLT dilakukan dengan cara meletakkan panel CLT tersebut diatas dua tumpuan
15
mesin Instron dengan panjang bentang 71 cm dan beban terpusat diberikan di tengah bentang. Rumus yang digunakan untuk menghitung MOE sebagai berikut : 𝑀𝑂𝐸
𝑘𝑔 ∆𝑃𝐿³ = 2 𝑐𝑚 4∆𝑌𝑏ℎ³
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) = tebal contoh uji (cm) h
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
𝑘𝑔 3𝑃𝐿 = 2 𝑐𝑚 2𝑏ℎ²
Keterangan : P = beban maksimum (kg) L = jarak sangga (cm) = lebar contoh uji (cm) b h = tebal contoh uji (cm)
Gambar 6 Pengujian lentur statis panel CLT
c. Pengujian Sambungan Paku Contoh uji untuk pengujian kekuatan lateral paku dan kekuatan geser paku sambungan geser ganda dibuat dengan ukuran 6x8 cm dengan tebal 5 cm sesuai dengan tebal panel CLT (Gambar 7). 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
16
displacement atau sesaran sebesar 1.5 mm dan 5 mm. Rumus yang digunakan untuk menghitung kekuatan lateral paku adalah sebagai berikut : 𝐾𝑢𝑎𝑡 𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑃𝑎𝑘𝑢 𝑘𝑔 = 𝐾𝑢𝑎𝑡 𝐺𝑒𝑠𝑒𝑟 𝑃𝑎𝑘𝑢
𝑃 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑃𝑎𝑘𝑢
𝑘𝑔 𝑃 = 2 𝑐𝑚 4𝜋𝑟²
Keterangan : P = beban masing-masing pada sesaran 1.5 mm dan 5 mm (kg) r = jari-jari paku (cm)
a
b
Gambar 7 Contoh uji kekuatan lateral dan geser paku (a) tampak samping dan (b) tampak depan 3.3.7 Analisis Data Proses pengolahan data dilakukan dengan menggunakan microsoft excel 2007 dan SAS 9.1.3. Rancangan penelitian panel CLT ini menggunakan percobaan faktorial dalam Rancangan Acak Lengkap (RAL). Terdapat 2 faktor yang diteliti, yaitu kombinasi tebal lamina (A) dengan 3 taraf, yaitu A1 (1-3-1) cm, A2 (1.671.67-1.67) cm, dan A3 (2-1-2) 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 sebanyak 3 kali ulangan. Dengan demikian jumlah contoh uji yang dibuat adalah 3x5x3 = 45 buah satuan percobaan. Model rancangan statistiknya sebagai berikut: Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + εijk Keterangan : Yijk = µ Ai Bj
= = =
Nilai pengamatan pada ulangan ke-k yang disebabkan oleh taraf ke-i faktor A dan taraf ke-j faktor B Nilai rata-rata sebenarnya Nilai pengaruh kombinasi ketebalan lamina pada taraf ke-i Nilai pengaruh orientasi sudut lamina pada taraf ke-j
17
(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 Duncan.
3.3.8 Diagram Alir Kegiatan Penelitian Secara keseluruhan tahapan kegiatan penelitian untuk mengetahui karekteristik panel CLT ini dapat dilihat pada Gambar 8
Persiapan Bahan Baku
Pemilahan Lamina
Pembuatan Lamina Lamina Tengah 0˚, 30˚, 45˚, 60˚, dan 90˚
Lamina Tebal 1 cm, 1.67 cm, 2 cm, dan 3 cm Pembuatan Papan CLT Penyusunan Lamina Pembuatan Contoh Uji A1 = 1-3-1 cm A2 = 1.67-1.67-1.67 cm A3 = 2-1-2 cm B1 = 0˚ B2 = 30˚ B3 = 45˚ B4 = 60˚ B5 = 90˚
Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis ASTM D 1432005
Karakteristik Panel CLT
Gambar 8 Diagram alir kegiatan penelitian
Pemakuan Lamina
