15
BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan April - Agustus 2011. Penyiapan bahan baku dilakukan di Laboratorium Penggergajian dan Pengerjaan Kayu, pembuatan dan pengempaan panel CLT dilaksanakan di Laboratorium Biokomposit, pengujian sifat fisis dilaksanakan di Laboratorium Kayu Solid Bagian Teknologi Peningkatan Mutu Kayu, dan pengujian sifat mekanis di Laboratorium Keteknikan Kayu Bagian Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, Bogor. Bahan dan Alat Penelitian Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu jabon (Anthocephallus cadamba) yang diperoleh dari daerah Sindangbarang, Cianjur, Jawa Barat. Umur pohon pada saat ditebang sekitar 6 tahun, dengan diamater pohon sekitar 38-41 cm. Perekat yang dipakai adalah Water Based Polymer Isocyanate (WBPI) yang diperoleh dari PT. Polychemi Asia Pasifik Permai, Jakarta. Alat yang digunakan untuk pembuatan papan dan lamina adalah gergaji mesin (circular saw), mesin serut (planner), dan mesin amplas. Kipas angin digunakan untuk mengeringkan papan panel kayu jabon. Alat-alat lainnya adalah peralatan untuk aplikasi perekat (wadah plastik, pengaduk, dan kuas), mesin cold press untuk pengempaan panel CLT, kaliper digital dan meteran untuk pengukuran dimensi, timbangan digital untuk mengukur berat contoh uji, oven untuk pengujian sifat fisis, moisture meter untuk mengukur kadar air, pemilah elastisitas kayu sederhana untuk pemilahan lamina, water bath, ember, dan alat uji Universal Testing Machine merk Instron dengan kapasitas beban sebesar 50 kN dan Universal Testing Machine merk Baldwin kapasitas 30 ton untuk pengujian sifat mekanis. Metode Penelitian Prosedur pembuatan panel CLT dapat dibagi ke dalam beberapa tahapan yaitu pembuatan papan dan pengeringan, pembuatan lamina, pemilahan lamina, penyusunan lamina, perekatan, pengempaan, pengkondisian, pembuatan contoh
16
uji, dan pengujian panel CLT. Gambar 3 memperlihatkan diagram alir pembuatan panel CLT. Persiapan Bahan Baku
Pembuatan Lamina
Pemilahan Lamina
Lamina Bersilang (30o, 45o, 60o, 90o)
Lamina Sejajar (Glulam)
Penyusunan Lamina
Perekat Isosianat
Cold Press (t = ± 3 jam, P = 10 kg/cm2 Pembentukan Panel CLT (3 Lapisan Lamina)
Pengkondisian ± 1 minggu Pengujian sifat fisis dan mekanis ASTM D 143-2005& JAS 234:2003
Pembuatan contoh uji
Karakteristik Panel CLT Gambar 3 Diagram alir pembuatan panel CLT
17
Cross laminated timber (CLT) yang dibuat sebanyak 45 panel CLT tiga lapisan lamina dengan ukuran akhirnya 5 cm x 15 cm x 120 cm pada dimensi tebal, lebar, dan panjang. Selain itu, dibuat juga balok utuh kayu jabon berukuran 5 cm x 15 cm x 120 cm sebagai pembandingnya. Pembuatan Papan Lamina dan Pengeringan Log kayu jabon digergaji menjadi lembaran-lembaran papan panel dengan ketebalan yang disesuaikan untuk penggunaan tebal lamina ± 1,5-3,5 cm dengan panjang berkisar ± 125 cm dan lebar ± 16 cm. Papan-papan panel dikeringkan secara alami dengan pengipasan sampai mencapai kadar air kering udara yaitu sekitar ± 12-15%. Selanjutnya setiap lamina diserut dan diamplas sampai mencapai ketebalan yang diinginkan (1,0 cm, 1,67 cm, 2,0 cm, dan 3,0 cm). Setiap lamina diukur dimensinya (panjang, lebar dan tebal) dan ditimbang untuk menentukan kerapatan masing-masing lamina. Pemilahan Lamina Tahap selanjutnya adalah pemilahan lamina berdasarkan nilai modulus elastisitasnya (MOE) dilakukan dengan cara pengujian sistem non destructive test menggunakan metode pemilahan elastisitas kayu konvensional. Prosedur pemilahan elastisitas kayu konvensional (Gambar 4), ini serupa dengan pemilahan menggunakan mesin pemilah kayu merk Panter, hanya tidak ada faktor koreksi pada metode ini. Prosedurnya adalah sebagai berikut (Surjokusumo et al. 2003): 1. Lamina yang akan dipilah diletakkan di atas dua tumpuan. 2. Beban A (P 1 ) diletakkan di atas lamina tepat di atas jarum deflokmeter, diukur besarnya defleksi (y1 ). 3. Beban standar B (P 2 ) kemudian ditambahkan, angka pada deflokmeter dicatat. 4. Beban diturunkan, lamina dibalik dan dipilah ulang seperti sebelumnya. Besarnya nilai modulus elastisitas (MOE) setiap lamina dihitung dengan rumus pada persamaan 5. Nilai MOE yang diperoleh 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 pada bagian dalam (core) sebagai lamina bersilang. Lamina sejajar merupakan lamina dengan arah serat sejajar pada bidang permukaan kayu,
18
sedangkan lamina bersilang merupakan lamina dengan arah membentuk sudut orientasi tertentu pada bidang permukaan lamina sejajar. Ukuran lamina serta jumlahnya berdasarkan pengelompokkan lamina sejajar dan lamina bersilang adalah : 1. Lamina sejajar sebanyak 90 lamina, dibagi menjadi tiga kelompok lamina berdasarkan perbedaan ketebalan lamina yaitu: a. (tebal 2 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 30 lamina b. (tebal 1,67 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 30 lamina c. (tebal 1 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 30 lamina 2. Lamina bersilang sebanyak 45 lamina, diperoleh dari penyusunan laminalamina berdasarkan orientasi sudut laminanya (0o, 30o, 45o, 60o dan 90o) dan dikelompokkan menjadi tiga kelompok lamina berdasarkan perbedaan ketebalan lamina yaitu: a. (tebal 3 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 15 lamina b. (tebal 1,67 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 15 lamina c. (tebal 1 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 15 lamina
Gambar 4 Pemilahan lamina dengan metode elastisitas kayu konvensional Penyusunan Lamina Prinsip penyusunan lamina adalah dengan menempatkan lamina yang memiliki nilai MOE yang tinggi (E1) atau lamina sejajar di bagian luar (face dan back), dan lamina yang memiliki nilai MOE rendah (E2) atau lamina bersilang di bagian dalam (core) panel CLT. Panel CLT yang dibuat 3 lapisan lamina dengan 3 tipe kombinasi ketebalan lamina (KTL) yang digunakan yaitu KTL-A1 (1 cm, 3 cm, dan 1 cm), KTL-A2 (2 cm, 1 cm, dan 2 cm), dan KTL-A 3 (1,67 cm, 1,67 cm, dan 1,67 cm) seperti disajikan pada Gambar 5.
19
KTL A3
KTL A2
KTL A1
Gambar 5 Panel CLT tiga lapisan lamina Pola penyusunan bagian lamina bersilang dilakukan perlakuan orientasi sudut lamina (0o, 30o, 45o, 60o, dan 90o). Gambar bentuk panel CLT yang dibuat berdasarkan penyusunan orientasi sudut lamina (0o, 30o, 45o, 60o, dan 90o) tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. Terdapat 15 pola penyusunan panel CLT tiga lapisan lamina berdasarkan kombinasi tebal dan orientasi sudut lamina yang digunakan dalam penelitian ini seperti yang disajikan pada Tabel 1. Tabel 1 Pola penyusunan panel CLT berdasarkan kombinasi tebal dan orientasi sudut lamina Panel CLT 3 Lapisan Lamina Tipe CLT
Kombinasi Tebal Lamina
Orientasi Sudut Lamina 0o
30o
45o
60o
90o
0o
30o
45o
60o
90o
0o
30o
45o
60o
90o
0o
30o
45o
60o
90o
1 cm A1
3 cm 1 cm 2 cm
A2
1 cm 2 cm 1.67 cm
A3
1.67 cm 1.67 cm
20
Gambar 6 Bentuk panel CLT berdasarkan penyusunan orientasi sudut lamina (0o, 30o, 45o, 60o, dan 90o)
21
Perekatan Perekat yang digunakan dilaburkan pada permukaan lamina dengan menggunakan kuas. Pelaburan dilakukan pada dua permukaan (double spread) dengan berat labur 280 g/m2. Perekat yang dilaburkan disiapkan dengan menghitung kebutuhan perekat tiap lamina, berdasarkan luas permukaan bidang rekat dengan menggunakan rumus: Kebutuhan perekat = Luas bidang rekat x Berat labur Permukaan bidang rekat kayu dibersihkan dari segala kotoran dan debu, kemudian perekat dilaburkan pada permukaan bidang rekat secara double spread dengan menggunakan kuas sesuai kebutuhan perekat setiap lamina. Pengempaan Pengempaan dilakukan dengan menggunakan mesin kempa dingin (cold press) dengan tekanan yang digunakan sebesar 12 kg/cm2. Pengempaan dengan perekat isosianat membutuhkan waktu sekitar ± 3 jam. Pengukuran tekanan kempa biasanya dihitung berdasarkan luas bidang rekatan dan gaya kempa rencana. Pengkondisian Panel CLT dikeluarkan dari mesin pengempaan dan dikondisikan selama ± satu minggu sebelum dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanisnya dengan kelembaban relatifnya berkisar 60%-70% dan suhu ruangan (25 oC-32 oC). Panel CLT ditumpuk dengan menggunakan ganjal setiap lapisan panel CLT tingkat demi tingkat. Tumpukan CLT berbentuk persegi dengan ganjal lurus. Pembuatan Contoh UJi Pembuatan contoh uji dilakukan setelah panel CLT disimpan dalam ruangan (conditioning) selama ± satu minggu untuk menjamin dari proses pematangan perekat. Pola pengambilan contoh uji dari satu panel CLT seperti disajikan pada Gambar 7.
22
Gambar 7 Pola pemotongan contoh uji panel CLT Pengujian Panel Cross Laminated Timber (CLT) Pengujian Sifat Fisis Pengujian sifat fisis dilakukan berdasarkan ketentuan yang diatur pada standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber. Sifat fisis yang diuji adalah kerapatan, kadar air, dan kembang susut dengan ukuran contoh uji 5 cm x 5 cm x 5 cm untuk dimensi tebal, lebar, dan panjang. Kerapatan (ρ) Kerapatan merupakan nilai dari berat contoh uji sebelum di oven dibagi dengan volume sebelum di oven, yaitu pada kondisi kering udara. Volume contoh uji diukur dengan menggalikan panjang, lebar, dan tebalnya dengan alat pengukur kaliper (VKU) dan selanjutnya ditimbang (BKU). Nilai kerapatan dihitung dengan rumus: Kerapatan (ρ) (g/cm3) =
BKU (1) VKU
Kadar Air Kadar air merupakan hasil pembagian kandungan berat air terhadap berat kering tanur dari contoh uji. Berat air adalah selisih dari berat contoh uji sebelum di oven dikurangi berat kering tanur. Contoh uji kerapatan digunakan juga dalam menentukan kadar air. Contoh uji dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya
23
(BKU) dan dikeringkan dalam oven pada suhu 103 ± 2 oC selama 24 jam atau sampai mencapai berat konstan dan ditimbang sehingga diperoleh berat kering tanur (BKT). Nilai kadar air dihitung dengan rumus: Kadar air (%) =
BKU - BKT × 100% (2) BKT
Kembang Susut Pengujian susut kayu dirumuskan sebagai selisih antara dimensi awal (DA) dengan dimensi akhir (DB) dibandingkan dengan dimensi awalnya. Contoh uji kerapatan dan kadar air digunakan juga dalam menentukan susut kayu. Contoh uji diukur tebal (arah radial), lebar (arah tangensial), dan panjang (arah longitudinal) dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh dimensi awal. Contoh uji dioven pada suhu 103 ± 2 oC selama 24 jam. Contoh uji dikeluarkan dari oven kemudian diadakan pengukuran panjangnya kembali sehingga diperoleh dimensi akhir. Nilai susut volume dihitung dengan rumus: Susut volume (%) =
DA - DB × 100% (3) DA
Pengujian pengembangan dapat dirumuskan sebagai selisih antara dimensi akhir (DB) dengan dimensi awal (DA) dibandingkan dengan dimensi awalnya. Contoh uji diukur tebal (arah radial), lebar (arah tangensial), dan panjang (arah longitudinal) dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh dimensi awal. Contoh uji direndam dalam air dingin selama ± 1 minggu. Contoh uji dikeluarkan dari air kemudian diadakan pengukuran panjangnya kembali sehingga diperoleh dimensi akhir. Nilai pengembangan volume dihitung dengan rumus: Pengembangan volume (%) =
DB - DA × 100% (4) DA
Pengujian Sifat Mekanis Sifat mekanis yang diuji adalah modulus of elasticity (MOE), modulus of rupture (MOR), kekuatan tekan sejajar serat, dan keteguhan geser rekat sesuai standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber. Pengujian delaminasi sesuai standar Japanese Agricultural Standard for Glued Laminated Timber Notification No. 234 tahun 2003 (JPIC 2003).
24
Modulus of Elasticity (MOE) Contoh uji untuk pengujian MOE dan MOR berukuran 5 cm x 15 cm x 76 cm untuk dimensi tebal, lebar, dan panjang. Pengujian MOE panel CLT dengan cara meletakkan CLT tersebut diatas dua perletakan dengan bentang antara keduanya diperoleh dari perbandingan panjang bentang dan tebal penampang panel CLT sekitar 14. Cara pengujian MOE dan MOR panel CLT seperti disajikan pada Gambar 8. Beban terpusat diberikan ditengah bentang dan besarnya defleksi dicatat setiap selang beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan rumus:
∆PL3 MOE (kg/cm ) = (5) 4∆Ybh 3 2
Dimana: MOE : Modulus of elasticity (kg/cm2) ∆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) P (tekanan)
Contoh Uji L/2
L/2 L
Gambar 8 Cara pengujian modulus of elasticity dan modulus of rupture Modulus of Rupture (MOR) Pengujian MOR panel CLT dilakukan bersama-sama dengan pengujian MOE dengan memakai contoh uji yang sama (Gambar 9). Pengujian MOR dilakukan sampai panel CLT yang diberikan beban terpusat ditengah bentangnya mengalami kerusakan. Nilai MOR dihitung dengan rumus: MOR (kg/cm2) =
3PL (6) 2bh 2
25
Dimana: MOR : Modulus of rupture (kg/cm2) P
: Beban maksimum (kgf)
L
: Jarak sangga (cm)
b
: Lebar contoh uji (cm)
h
: Tebal contoh uji (cm)
Gambar 9 Pengujian MOE dan MOR panel CLT Kekuatan Tekan Sejajar Serat Kekuatan tekan sejajar serat merupakan kemampuan kayu menahan gaya tekan sejajar arah serat dan mengakibatkan terjadi perpendekan kayu. Contoh uji dengan ukuran tebal, lebar, dan panjang masing-masing 5 cm, 5 cm, dan 20 cm diberikan beban pada arah sejajar serat pada kedudukan contoh uji vertikal (Gambar 10), pemberian beban secara perlahan-lahan sampai contoh uji mengalami kerusakan. Beban tersebut merupakan beban maksimum yang dapat diterima oleh contoh uji. Nilai kekuatan tekan sejajar serat dihitung dengan rumus: Kekuatan tekan sejajar serat (kg/cm2) =
Beban maksimum (kg) (7) Luas penampang (cm 2 )
26
Gambar 10 Pengujian kekuatan tekan sejajar serat panel CLT Keteguhan Geser Rekat Pengujian keteguhan geser rekat dilakukan dengan cara memberikan pembebanan yang diletakkan pada arah sejajar serat dengan meletakkan contoh uji secara vertikal (Gambar 11). Nilai beban maksimum dibaca saat contoh uji mengalami kerusakan.
Gambar 11 Pengujian keteguhan geser rekat panel CLT Nilai keteguhan rekat dihitung dengan rumus: Keteguhan rekat (kg/cm2) =
Beban maksimum (kg) (8) Luas permukaan yang direkat (cm 2 )
27
Delaminasi Pengujian delaminasi dilakukan berdasarkan standar jepang dimana contoh uji yang digunakan diambil dari bagian ujung panel CLT dengan ukuran panjang 7,5 cm. Contoh uji menggunakan perekat isosianat (pengujian tipe II untuk kayu eksterior). Pengujian delaminasi dilakukan dengan dua cara yaitu perendaman dalam air dingin dan air mendidih. Perendaman dalam air dingin dilakukan dengan merendam contoh uji dalam air pada suhu ruangan selama 6 jam. Selanjutnya dikeringkan dalam oven pada suhu 40 ± 3 oC selama 18 jam. Perendaman dalam air mendidih dilakukan dengan merebus contoh uji dalam air mendidih (± 100 oC) selama 4 jam kemudian dilanjutkan dengan merendamnya dalam air pada suhu ruangan selama 1 jam. Setelah itu contoh uji dikeringkan dalam oven pada suhu 70 ± 3 oC selama 18 jam. Kemudian dilakukan pengukuran persentase lepasnya bagian bidang rekat antar lamina (rasio delaminasi) dengan rumus: Rasio delaminasi (%) =
Panjang garis rekat yang terbuka (cm 2 ) × 100% (9) Panjang garis rekat yang direkat (cm 2 ) Analisis Data
Analisis data pada penelitian ini menggunakan metode analisis ragam rancangan acak lengkap (RAL) faktorial dengan 2 faktor perlakuan yaitu perlakuan tebal dan orientasi sudut lamina. Faktor perlakuan kombinasi tebal lamina (A) mempunyai 3 taraf perlakuan yaitu kombinasi tebal lamina A 1 (1 cm, 3 cm, dan 1 cm), A 2 (2 cm, 1 cm, dan 2 cm), dan A 3 (1,67 cm, 1,67 cm, dan 1,67 cm). Faktor perlakuan orientasi sudut lamina (B) mempunyai 5 taraf perlakuan yaitu B 1 = 0o, B 2 = 30o, B 3 = 45o, B 4 = 60o, dan B 5 = 90o pada bagian lamina bersilang. Tiap kombinasi perlakuan dengan 3 ulangan sehingga menghasilkan cross laminated timber (CLT) sebanyak 45 panel CLT. Model linier aditif dari rancangan ini menurut Mattjik dan Sumertajaya (2006) adalah: Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + єijk
28
Dimana: Yijk
: Nilai pengamatan faktor tebal lamina taraf ke-i dan faktor orientasi sudut lamina taraf ke-j pada ulangan ke-k
µ
: Nilai rata-rata harapan
Ai
: Pengaruh utama dari kombinasi tebal lamina
Bj
: Pengaruh utama dari orientasi sudut lamina
(AB)ij
: Pengaruh interaksi dari kombinasi tebal lamina dan orientasi sudut lamina
εijk
: Galat percobaan Apabila hasilnya beda nyata, maka dilanjutkan dengan uji lanjut wilayah
berganda Duncan (Duncan Multiple Range Test). Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui taraf perlakuan mana yang berpengaruh di antara faktor perlakuan (perlakuan kombinasi tebal lamina dan orientasi sudut lamina) dan kombinasi perlakuan. Menurut Gaspersz (1994), metode Duncan mempunyai rumus: LSRp = ( SSRp ) × Sx Dimana: LSRp
: Least Significant Ranges, yaitu wilayah nyata terkecil.
SSRp
: Significant Studentized Ranges, yaitu wilayah nyata yang nilainya diperoleh dari tabel SSR untuk setiap wilayah antara nilai rata-rata.
Sx
: Simpangan baku, yang dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut: Sx =
KTG r
KTG
: Nilai kuadrat tengah sisa (galat)
r
: Jumlah ulangan Hasil penelitian dari seluruh perlakuan dibandingkan dengan kayu utuh
dari jenis kayu yang digunakan yaitu kayu jabon dengan menggunakan uji t. Analisis data di atas menggunakan bantuan program komputer Statistic Analysis System (SAS).
