59
IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN: SIFAT FISIK DAN MEKANIK KAYU MANGIUM 17 TAHUN 1. Sifat Fisik dan Mekanik Kayu Mangium a. Sifat Fisik Kayu Mangium Data sifat fisik kayu mangium yang diteliti dapat diuraikan dalam Tabel 15 berikut. Tabel 15. Sifat Fisik Kayu Mangium Umur 17 Tahun
No 1
Sifat Fisik yang Diuji Kerapatan (kering udara) Kerapatan mutlak (kering tanur)
Satuan
Kadar air Penyusutan radial, kering udara ke kering tanur Penyusutan tangensial, kering udara ke kering tanur Pengembangan radial, kering tanur ke basah Pengembangan tangensial, kering tanur ke basah
3 4 5 6 Ket:
Hasil Penelitian Sebelumnya
(%)
10-12 Tahun 2
4
7-9 Tahun
3
gr/cm
0,61
5,1
0,57 ; 0,59
0,531; 0,536
gr/cm3
0,56
5,3
0,493; 0,525
0,501
-
0,52
5,3
0,575
0,515; 0,466
%
16,6
4,9
14,234; 14,485
12,251; 15,325
%
1,92
10,8
3,43
-
%
4,44
11,8
6,53
-
%
2,71
15,4
3,054
3,411; 2,746
%
6,87
16,7
3,274
7,171; 5,516
Berat jenis 2
Rataan
CoV
n = 90 pcs. 1. Scharai-Rad dan Kambey (1989); 2.Razali dan Hamami dalam Kader et al. (1993); 3.Djojosoebroto (2003). 4. Sahri and Bokhari (2003); 5. Ginoga (1997); 6.Sulistyawati (2009).
Data di atas menunjukkan bahwa kayu mangium berumur 17 tahun memiliki berat jenis yang tidak jauh berbeda dengan kayu mangium yang berumur lebih muda, meski pada kerapatan kering udara dan kerapatan mutlak (absolut density) berada pada nilai tertinggi diantara yang lain. Demikian pula sifat kembang susutnya juga tidak berbeda jauh dengan umur kayu sejenis yang lebih muda. Hal ini sesuai dengan pendapat Ginoga (1997) dan Malik et al. (2006) yang menyatakan bahwa secara statistik berat jenis mangium pada umur yang berbeda tidak memperlihatkan perbedaan yang nyata. Mohd Zin et al. (1991) dalam Sahri dan Bokhari (2003) juga mengindikasikan bahwa sifat mekanik mangium tidak dipengaruhi oleh umur pohon.
b. Sifat Mekanik Kayu Mangium Melalui pengujian contoh kecil bebas cacat dihasilkan sifat mekanik kayu mangium sebagaimana Tabel 16 berikut:
60 Tabel 16. Sifat Mekanis Kayu Mangium Umur 17 Tahun No
1 2
3 4 5 6 7 8 9 Ket:
Sifat Mekanik
Rataan (kgf/cm2)
CoV(%) n = 90
Kekuatan lentur (MoR) Modulus elastisitas lentur (MoE) (x103)
884,57
13,9
105,5
1,8
Kekuatan tekan sejajar serat
402,13 93,46 1,36 49,24 112,84 487,75 436,42
9,7 14,1 28,9 24,6 20,5 16,6 18,3
Kekuatan tekan tegaklurus serat Kekuatan tarik sejajar serat (x103)
Kekuatan tarik tegaklurus serat Kekuatan geser sejajar serat Kekerasan bidang tangensial Kekerasan bidang radial
Hasil Penelitian Sebelumnya (kgf/cm2) Umur 10-12 Tahun Umur 7-9 Tahun 984,552; 1,009.53; 6274; 798,35; 942.237 834,71; 725,377 110,52; 117,73; 95,24 105,91; 118,77; 5 7 ;115,1 ; 113.6 96,88 2 4 5 440.92 ; 428.6 ; 371,7 ; 435.857 3701; 416,487 5 158.3 1,275 36,95 150.64; 98,75 74,61; 86,88 125; 498,196
1. Scharai-Rad dan Kambey (1989); 2. Razali dan Hamami dalam Kader et al. (1993); 3. Djojosoebroto (2003). 4. Sahri dan Bokhari (2003); 5. Tarudin dan Marsoem dalam Marsoem (2004); 6. USDA Forest Products Lab dalam Marsoem (2004); 7. Ginoga (1997); 8.Sulistyawati (2009).
Secara umum sifat mekanis kayu mangium 17 tahun tampak bervariasi dibanding umur yang lebih muda. Dari Tabel 16 tampak bahwa kekuatan lentur, modulus elastisitas lentur, kekuatan tekan sejajar serat, kekuatan geser dan kekerasan menunjukkan nilai yang tidak berbeda jauh dengan penelitian sejenis untuk mangium berumur 10-12 tahun. Sifat menonjol terdapat pada kekuatan tarik sejajar serat yang sangat tinggi dibanding penelitian Tarudin dan Marsoem dalam Marsoem (2004). Sementara untuk nilai sifat kekuatan tekan tegak lurus serat dibanding dengan penelitian tersebut justru hanya separuhnya. Perbedaan sumber bahan dan teknis pelaksanaan penelitian mungkin menjadi sebab perbedaan ini. Hal ini bisa dilihat pada nilai sifat kekerasan tangensial yang bila keduanya diperbandingkan menampakkan perbedaan yang jauh, namun nilai kekerasan tangensial pada penelitian ini hampir sama dengan nilai kekerasan hasil penelitian USDA Forest Product Laboratory (Marsoem, 2004). Berbeda dengan pohon hutan alam yang tetap sehat pada umur yang panjang, kondisi beberapa pohon mangium yang berumur 17 tahun ini telah mengalami gangguan dalam batang antara lain terdapat lubang dalam batang (growong) akibat pembusukan atau serangan rayap sehingga akan menurunkan kualitas kayu. Disamping itu, sejak dari proses pemilihan benih, penanaman, perawatan, lingkungan tempat tumbuh, peristiwa yang terjadi pada masa pertumbuhan atau semasa hidup tanaman dan sebagainya dapat menyebabkan sifat kayu yang berbeda. c. Signifikansi Sifat Fisik Berdasar Letak Bagian Batang Seperti halnya pada jenis kayu yang lain, semakin ke bagian atas batang maka sifat fisik mangium akan menurun. Dalam Tabel 17 berikut secara signifikan kadar air
61
kayu berbeda antara bagian bawah, tengah dan atas. Untuk kerapatan normal, kerapatan absolut, berat jenis, penyusutan tangensial dan pengembangan radial menunjukkan hal yang signifikan antara bagian bawah dengan bagian atas, sementara kedua bagian itu tidak berbeda nyata dengan bagian tengah. Hal itu berarti secara perlahan nilainya menurun ke atas sesuai dengan proses pembentukannya, dan diduga sesuai dengan kandungan komponen kayu yang lebih padat di bagian bawah. Hanya sifat fisik penyusutan radial yang menunjukkan hal yang tidak signifikan, sementara pada pengembangan tagensial bagian bawah berbeda dengan kedua bagian lainnya. Secara umum nilai sifat fisik menunjukkan semakin tinggi kerapatan kayu maka sifat fisik lainnya juga akan mengikuti. Tabel 17. Sifat Fisik pada Tiga Bagian Batang No
Sifat yang diuji
Satuan
Kerapatan kering udara
gr/cm3 CoV(%) gr/cm3 CoV(%) CoV(%) % CoV(%) % CoV(%) % CoV(%) % CoV(%) % CoV(%)
Bagian batang ( n tiap bagian = 30 pcs) Bawah
1.
Kerapatan mutlak (kering tanur) Berat jenis 2.
Kadar air
3.
Penyusutan radial, normal ke kering tanur Penyusutan tangensial, normal ke kering tanur Pengembangan radial, kering tanur ke basah
4. 5. 6.
Pengembangan tangensial, kering tanur ke basah
0,63 a 6,7 0,58 a 6,9 0,54 a 6,7 17,43 a 3,7 1,96 ns 11,5 4,65 a 11,2 2,88 a 15,6 8,23 a 8,1
Tengah
0,61 4,1 0,56 4,4 0,52 4,3 16,39 3,2 1,91 12,9 4,40 14,4 2,68 15,3 6,22 12,7
ab
ab
ab
b
ns
ab
ab
b
Atas
0,60 b 2,4 0,55 b 2,5 0,51 b 2,3 15,93 c 2,7 1,90 ns 7,3 4,23 b 6,4 2,58 b 13,2 6,17 b 5,8
Ket.: Nilai yang ber-subscript sama (dalam satu baris) berarti tidak signifikan, selain itu adalah berbeda signifikan.
Rincian nilai sifat fisik mangium 17 tahun di ketiga bagian batang tersebut diuraikan dalam Lampiran 3 – 10. d. Signfikansi Sifat Mekanik Berdasar Letak Bagian Batang Untuk sifat mekanik, seperti tercantum pada Tabel 18 menunjukkan hal yang tidak jauh berbeda dengan sifat fisik mangium. Kekuatan lentur dan modulus elastisitas lentur, kekuatan tekan sejajar serat dan kekuatan tarik sejajar serat ternyata tidak berbeda nyata antara ketiga bagian kayu. Kemudian 3 sifat lainnya secara bertahap menurun ke atas bagian kayu sehingga menjadi signifikan antara bawah dan atas, yakni kekuatan tekan dan kekuatan tarik tegak lurus serat serta kekerasan tangensial.
62
Tabel 18. Sifat Mekanis pada Tiga Bagian Batang No
1
Sifat yang diuji
6
Kekuatan lentur (MoR) Modulus elastisitas lentur (MoE) Kekuatan tekan sejajar serat Kekuatan tekan tegaklurus serat Kekuatan tarik sejajar serat Kekuatan tarik tegaklurus serat
7
Kekuatan geser
8
Kekerasan tangensial
9
Kekerasan radial
2 3 4 5
Satuan kgf/cm2 CoV(%) kgf/cm2 CoV(%) kgf/cm2 CoV(%) kgf/cm2 CoV(%) kgf/cm2 CoV(%) kgf/cm2 CoV(%) kgf/cm2 CoV(%) kgf/cm2 CoV(%) kgf/cm2 CoV(%)
Bagian batang (n tiap bagian = 30 pcs) Tengah Atas Bawah 895,94 ns 881,43ns 876,33ns 14,5 8,6 10,3 108.771,37 ns 104.409,32ns 103.423,55ns 9,8 10,3 9,3 402,00ns 398,86ns 405,53 ns 9,6 12,3 6,7 103,12 a 99,23ab 78,02b 6,8 4,0 11,9 1.432,01 ns 1.402,82ns 1.267,86ns 32,2 25,0 28,4 53,46 a 50,80ab 43,46b 27,5 16,4 23,9 124,30 a 117,83a 96,38b 14,6 23,3 11,3 544,30 a 467,53ab 451,40b 12,2 18,8 11,8 490,37 a 416,90b 402,00b 16,1 18,7 12,6
Ket.: Nilai yang ber-subscript sama (dalam baris yang sama) berarti tidak signifikan, selain itu adalah berbeda signifikan.
Untuk sifat kekuatan geser, bagian bawah dan tengah tidak signifikan, namun keduanya signifikan bila dibandingkan dengan bagian atas, sedangkan untuk sifat kekerasan radial bagian bawah signifikan bila dibanding dengan kedua bagian lainnya. Seperti halnya pada sifat fisik, pada sifat mekanis ini secara umum nilainya juga menurun sesuai dengan kenaikan posisi pada batang. Hal tersebut dapat dimaklumi mengingat bagian bawah biasanya mengandung lebih banyak sel yang sudah tidak aktif dan dinding sel yang lebih tebal sehingga berat jenisnya semakin tinggi. Sementara itu berat jenis mencirikan kekuatan, kekerasan dan sifat teknik lain yang berbanding lurus dengan berat jenis. Rincian nilai sifat fisik mangium 17 tahun di ketiga bagian batang tersebut diuraikan dalam Lampiran 11 – 18. e. Hubungan Berat Jenis Terhadap Sifat Mekanik Mangium Setelah pengujian sifat mekanis dilakukan kemudian sisa contoh uji dipotong dan diberi nomor yang sama untuk digunakan sebagai contoh uji berat jenis guna memperoleh persamaan hubungan sifat mekanis dengan berat jenisnya. Sisa contoh uji yang retak, patah, pecah atau rusak tidak digunakan lagi sebagai contoh uji berat jenis. Nilai rataan
63
sifat fisik dan mekanik kayu serta rataan berat jenis dari sampel yang sama dari jenis mangium yang diteliti ditabulasikan dalam Tabel 19 berikut. Tabel 19. Nilai Rataan Sifat Mekanis Mangium 17 Tahun dan Berat Jenisnya Nilai berat jenis Nilai sifat mekanik Jumlah Rataan No Sifat mekanis yang diuji sample Rataan CoV(%) (kgf/cm2) CoV(%) 1 Kekuatan lentur (MoR) 80 0,57 11,43 886 10,92 2 Modulus elastisitas lentur (MoE) 71 0,58 12,66 103.918 8,89 3 Kekuatan geser sejajar serat 77 0,56 6,21 110 15,43 4 Kekuatan tarik sejajar serat 58 0,53 4,13 1.444 20,71 5 Kekuatan tarik tegaklurus serat 68 0,60 14,28 50 22,74 6 Kekerasan bidang tangensial 90 0,56 9,64 488 16,56 7 Kekerasan bidang radial 90 0,56 9,64 436 18,26 Ket.: Diuji pada rataan kadar air antara 14,44 - 15,93% dengan CoV KA antara 2,90 - 3,8%.
Tabel 19 menunjukkan contoh uji diketahui memiliki berat jenis antara 0,53 – 0,60 dan diuji pada kadar air sekitar 15%. Dari data berat jenis dan sifat mekanis yang ada kemudian dibuat persamaan hubungan regresi linear sederhana sebagaimana dicantumkan dalam Tabel 20 berikut: Tabel 20. Hubungan Berat Jenis dengan Sifat Mekanis Kayu Mangium 17 Tahun No Sifat Mekanis Persamaan Regresi r 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Kekuatan lentur (MoR) Modulus elastisitas lentur (MoE) Kekuatan geser sejajar serat Kekuatan tarik sejajar serat Kekuatan tarik tegaklurus serat Kekerasan bidang tangensial Kekerasan bidang radial
MoR = 264,5 + 1096BJ MoE = 58936 + 77937BJ τ s// = -93,32 + 364,4BJ σ t// = -3325 + 8942BJ σ t┴ = -7,99 + 96,08BJ H T = -176,4 + 1190BJ H R = -235,6 + 1204BJ
0,73 0,62 0,74 0,66 0,73 0,79 0,81
R2 0,54 0,38 0,55 0,43 0,53 0,63 0,66
Ket.: r = koef. korelasi, R2= koef. determinasi.
Dalam Tabel 19 dan Tabel 20 tidak mencantumkan hubungan berat jenis terhadap hasil pengujian kekuatan tekan sejajar dan tegaklurus serat. Hal tersebut karena sisa bekas contoh uji kekuatan tekan sejajar dan tegaklurus serat tidak dapat diolah kembali menjadi contoh uji berat jenis karena pada proses pengujian tekan telah terjadi kerusakan dan pemadatan serat dan mengalami perubahan volume akibat tekanan sehingga dikhawatirkan hasilnya akan menjadi bias. Dari Tabel 20 di atas tampak bahwa penggunaan berat jenis untuk pendugaan nilai sifat mekanik dapat diterapkan pada sifat kekuatan lentur (MoR) dengan persamaan MoR = 264,5 + 1096BJ, dengan koefisien korelasi 0,73. Pendugaan yang juga baik untuk dilakukan adalah kekuatan geser sejajar serat dengan persamaan τ s// = -93,32 + 364,4BJ dan kekuatan tarik tegaklurus serat dengan persamaan
σ t┴ = -7,99 + 96,08BJ, dengan
64
koefisien korelasi masing-masing sebesar 0,74 dan 0,73. Sifat kekerasan kayu mangium baik pada bidang tangensial maupun radial juga baik untuk diduga dengan menggunakan nilai berat jenis, masing-masing dengan persamaan H T = -176,4 + 1190BJ dan H R = 235,6 + 1204BJ. Kedua persamaan ini baik untuk digunakan karena memiliki koefisien
korelasi masing-masing sebesar 0,79 dan 0,81. Lebih lanjut peta sebaran distribusi hubungan sifat mekanis dengan nilai berat jenis dapat dilihat pada Gambar 12 dan 13 berikut.
Gambar 12. Hubungan Berat Jenis dengan Kekuatan Lentur (kiri) dan Hubungan Berat Jenis dengan Kekuatan Geser Sejajar Serat (kanan).
Gambar 13. Hubungan Berat Jenis dengan Kekuatan Tarik Tegaklurus Serat (kiri) dan Hubungan Berat Jenis dengan Kekerasan Bidang Tangensial dan Radial (kanan).
Nilai berat jenis mangium yang diteliti ternyata kurang baik untuk dipergunakan sebagai penduga nilai modulus elastisitas lentur dan kekuatan tarik sejajar serat.
65
Persamaan regresi untuk kedua sifat tersebut hanya memperoleh koefisien korelasi sebesar masing-masing 0,62 dan 0,66 dari prediktor berat jenis masing-masing. Meski contoh uji berupa sortimen contoh kecil bebas cacat, namun variabilitas krakteristik alami jenis mangium diduga menyebabkan hubungan yang tidak tinggi. Mangium dikenal memiliki cacat berupa mata kayu lebih banyak dibanding jenis lainnya, sehingga menyebabkan susunan dan arah serat berbeda dengan kayu jenis lainnya sehingga mempengaruhi kekakuannya. Dalam hal sifat kekuatan tarik sejajar serat, rendahnya hubungan mungkin disebabkan adanya kesulitan dalam proses pembuatan contoh uji yang benar-benar sesuai dengan ukuran contoh uji terutama pada bagian tengah yang memerlukan keahlian khusus, sehingga terdapat kemungkinan adanya ketidak-akuratan dalam pengukuran dan hasil yang diperoleh. Koefisien variasi (CoV) bagi rataan nilai kekuatan tarik sejajar dan tegak lurus serat sama-sama cukup tinggi, yakni sekitar 21% (Tabel 19), namun korelasinya terhadap berat jenis memberi hasil yang lebih baik pada kekuatan tarik tegaklurus serat. Patut dipahami bahwa bagian kritis (titik putus) dari contoh uji pengujian kekuatan tarik sejajar serat lebih tipis dan kecil dibandingkan dengan pengujian kekuatan tarik tegaklurus serat, dan hal ini memberikan korelasi yang berbeda terhadap berat jenisnya. Perbandingan persamaan regresi nonlinear antara berat jenis dan sifat mekanis dengan formula RSNI (2002) dapat ditabulasikan sebagai Tabel 21 berikut: Tabel 21. Regresi Nonlinear dan Nilai Sifat Mekanis yang Diperoleh Parameter RSNI (2002) dan Nilai sesuai Tabel Hasil Penelitian Nilai Kuat Acuan Formula Hasil (kgf/cm2) Formula Hasil (kgf/cm2) 0,2293 120.510G 105.500 MoE pada G = 0,57 108.893 (E11) 16.000G0,71 884,57 Kuat lentur (tabel E11) 202,88 1.360 Kuat tarik sejajar (tabel E11) 192,74 112,84 Kuat geser (tabel E11) 45,65 -
Tabel 21 memperlihatkan formula perolehan nilai MoE berdasar formula RSNI (2002) menghasilkan nilai yang tidak terlalu jauh berbeda dengan nilai hasil yang sebenarnya untuk jenis yang diteliti, yakni hanya selisih 3,11%. Namun, untuk nilai kuat lentur, kuat tarik sejajar serat dan kuat geser pada RSNI (2002) menunjukkan nilai yang sangat rendah dibanding nilai sebenarnya untuk jenis mangium ini. Hal ini bisa diartikan mangium memiliki nilai lebih, khususnya pada ketiga sifat yang disebut terakhir, bila diterapkan pada kode mutu E11. Namun disisi lain, selisih yang demikian tinggi juga dapat berarti masukan dan pembanding yang perlu diperhatikan bila ingin meninjau Tabel RSNI (2002) lebih lanjut.
66
2. Strength Ratio, Tegangan Ijin dan Kuat Acuan Berdasar Kenampakan Visual Balok Mangium Hasil pengamatan menunjukkan terdapat beberapa nilai tambah dari kayu mangium umur 17 tahun ini, antara lain adalah warna kayu, lebih stabil karena tidak mudah pecah, pingul minimal dan tidak terdapat kendala pada proses pengeringan. Warna kayu mangium 17 tahun sangat jelas berbeda, yakni lebih gelap dibanding umur yang lebih muda. Warna yang lebih gelap membuat permukaan mangium menjadi lebih eksotis karena unsur dekoratifnya muncul lebih jelas, sebagaimana tampak pada Gambar 14 berikut. Bahan panel dinding, kayu glulam ataupun perkakas meubel akan tampak eksotik bila menggunakan mangium 17 tahun ini. Disamping itu, kestabilan kayu juga lebih terjaga, terbukti dengan balok hasil pengolahan yang tidak memiliki pecah ujung atau retak (cacat khas mangium muda), meski mata kayu tetap merupakan cacat yang tidak terhindarkan. Karena diameter kayu yang cukup besar (yakni diperoleh diameter batang 33 – 62 cm dengan rataan 40 cm) maka cacat kayu pingul dapat lebih mudah dihindari. Proses pengeringan kayu mangium 17 tahun dengan tanur pengering juga tidak mengalami kendala dan kualitas hasil pengeringan tidak mengalami cacat akibat pengeringan.
a. Mangium 17 tahun
b. Mangium 10 tahun
Gambar 14. Perbedaan Warna Kayu Mangium Umur 17 dan 10 Tahun. Hasil pengujian terhadap 30 balok mangium ukuran 5 x 12 cm dengan mengunakan ASTM D-245 (2008) menghasilkan nilai Strength Ratio (SR) rataan sebesar 75,76%. Nilai rataan SR tersebut diambil dari SR minimum yang terjadi pada bagian balok yang diukur. Tiap balok diukur SR-nya berdasarkan ukuran cacat mata kayu yang didapat dari persamaan regresi linear yang dibuat dari Tabel 2 (untuk kedua muka tebal
67
dimana x = ukuran mata kayu (mm) dan y = SR pada kolom lebar muka sempit 51 mm), Tabel 3 (untuk kedua muka lebar bagian 1/3 tengah bentang dimana x = ukuran mata kayu (mm) dan y = SR pada kolom muka lebar 127 mm) dan Tabel 4 (untuk kedua muka lebar bagian sisi kiri dan kanan bentang, dimana x = ukuran mata kayu (mm) dan y = SR pada kolom muka lebar 127 mm), dimana tabel tersebut adalah Tabel 2 - 4 ASTM D-245 (2008). Lampiran 3 merincikan hasil perhitungan SR tersebut. Bagian ujung tidak dinilai karena semua ujung berkualitas baik. Nilai SR dan jumlah batang terangkum dalam Tabel 22 berikut. Tabel 22. Strength Ratio 30 Balok Mangium Berdasar Cacat Mata Kayu SR Nilai (%) Jumlah Balok (batang) dalam Kisaran SR (%) ˃ 62 50 - ≤62 ≤80 ˃ 80 Minimum 52,29 Maksimum 98,44 3 18 9 Rataan 75,76 Nilai SR untuk 30 balok terinci pada Lampiran 19, dan nilai tersebut diperoleh seluruhnya dari pengamatan terhadap cacat mata kayu, sedangkan pecah ujung, retak dan kemiringan serat tidak diperhitungkan karena dibawah nilai yang harus diperhitungkan sesuai ASTM D-245 (2008). Rasio kekuatan merupakan perbandingan antara kayu lengkap dengan cacatnya terhadap kekuatan kayu tersebut bila tanpa cacat, dan dapat pula dikatakan perbandingan antara allowable stress dengan basic stress (Mardikanto et al., 2011). Selanjutnya dengan ASTM D-245 (2008) dapat dihitung tegangan ijin untuk kayu mangium dengan mengalikan nilai sifat mekanis
CKBC mangium tersebut dengan
beberapa faktor penyesuaian. Tabel 23 menunjukkan hasil tegangan ijin kayu mangium yang diteliti. Tabel 23. Tegangan Ijin 30 Balok Mangium Berdasar Nilai CKBC ASTM D-245 (2008). Sumber data 2
Hasil penelitian (kgf/cm ) R 0,05 (kgf/cm2) Adjusment Factor Size Factor Tegangan Ijin Minimum (kgf/cm2) Tegangan Ijin Maksimum (kgf/cm2) Tegangan Ijin Rataan (kgf/cm2)
Fb
Ft//
Fc//
Fv//
Fc ┴
884,57 719,16 0,43 1 163,49 307,79 236,892
1.367,56 716,64 0,43 1 162,92 306,72 236,06
402,13 337,73 0,47 1 84,08 158,31 121,84
112,84 74,76 0,43 1 16,99 31,99 24,62
93,46 71,86 0,59 1 22,49 42,35 32,59
Keterangan: Fb = Kuat lentur, Ft = Kuat tarik // serat, Fc = Kuat tekan // serat, Fv// = Kuat geser // serat, Fc┴ = Kuat tekan tegaklurus serat, Nilai SR (Strength Ratio) per balok tidak dicantumkan karena tiap balok memiliki SR masing-masing dan telah tercantum dalam Lampiran 19.
68
Jenis mangium sangat kritis terhadap cacat mata kayu, sedang jenis cacat lainnya tidak begitu tampak. Retak, pingul, gubal atau bagian yang lapuk tidak ditemui pada balok contoh uji, karena umur kayu yang tua dan berasal dari diameter yang besar. Pengamatan terhadap cacat kayu (mata kayu) untuk menentukan kelas mutu berdasar pemilahan secara visual sesuai R-SNI (2002) dapat digambarkan dalam Tabel 24 berikut: Tabel 24. Jumlah Balok (Ukuran 5x12cm), Kelas Mutu dan Kuat Acuan (MoE) Berdasar Pemilahan Secara Visual RSNI (2002) Kelas Muka Muka Hasil Akhir Rasio Mutu Lebar Sempit Tahanan A 24 17 14 0,80 B 8 1 4 0,63 C 1 15 15 0,50 Jumlah 33 33 33 Rataan MoE (proporsional berdasar jumlah dan kelas mutu) Kode Mutu berdasar nilai rataan MoE
Kuat Acuan (MoE, dalam MPa) 8.090 6.371 5.056 6.502 <E10
Keterangan: Kuat Acuan MoE estimasi = 16.000G0,71 x Rasio Tahanan (MPa). G = 0,524. KA = 16,59%.
Tabel 24 diatas menunjukkan bahwa balok mangium yang diteliti sebagian besar berkelas mutu A pada muka lebar, dan kelas mutu A dan C berimbang pada muka sempit, sehingga pada hasil akhir juga berimbang pada kelas mutu A dan C. Setelah dihitung modulus elastisitas lentur sebagai nilai untuk menentukan kuat acuan diperoleh kode mutu balok yang diteliti yang rata-rata berada dibawah kode mutu E10. Rendahnya kode mutu disebabkan nilai G (berat jenis) yang diperoleh dari nilai berat jenis CKBC, sehingga bila dihitung G dari balok kemungkinan akan lebih besar. 3. Nilai Kekakuan CKBC dan Balok Mangium Melalui Beberapa Jenis Alat Uji Jenis pengujian yang dilakukan adalah kekakuan dan kekuatan lentur baik dalam bentuk CKBC maupun balok, dengan peralatan uji non-destructive test (Sylvatest-Duo dan MPK Panter) dan peralatan uji destruktif (UTM Instron dan Shimadzu). Nilai hasil pengujian kadar air, kerapatan, kecepatan gelombang ultrasonik, modulus elastisitas dinamis dan statis serta kekuatan lentur dapat diuraikan seperti tercantum dalam Tabel 25, yang memberikan gambaran nilai MoE d lebih tinggi 134% dibandingkan MoE s pada sortimen CKBC, sementara pada sortimen balok MoE d lebih tinggi masingmasing sebesar 14% dan 223% bila dibanding pengujian statis dengan alat Panter dan Shimadzu. Untuk jenis kayu dan sortimen CKBC yang sama namun berumur lebih muda, Karlinasari (2005) memperoleh perbedaan antara pengujian dinamis dengan statis sebesar
69
50% sementara Pradipto (2005) sebesar 113%. Penyebab perbedaan
antara nilai
pengujian statis dan dinamis telah diketahui oleh Bodig dan Jayne (1982) yang melihat adanya tingkat pembebanan yang berpengaruh pada efek penjalaran defleksi statis yang diukur, serta berhubungan pula dengan viskoelastik alami bahan yang bersangkutan. Tabel 25. Kadar Air, Kerapatan, MoE dan MoR Sortimen CKBC dan Balok A. Sortimen CKBC Kerapatan V MoE d -SD MoE s -Ins MoR s -Ins KA% gr/cm3 (m/dtk) kgf/cm2 kgf/cm2 kgf/cm2 Kode (A) (B) (C) (D) Rataan 14,71 0,61 5.764 243.933 104.004 889 CV % 2,47 11,92 4,21 10,06 10,15 14,2 B. Sortimen Balok Kerapatan MoE d -SD MoE s -Shim MoR s -Shim MoE s -P MoR s -P KA% gr/cm3 V(m/dtk) kgf/cm2 kgf/cm2 kgf/cm2 kgf/cm2 kgf/cm2 Kode (P) (Q) (R) (S) (T) (U) Rataan 15,36 0,58 4.944 167.357 51.780 449 146.756 538 CV % 5,41 13,39 6,38 7,32 9,76 17,48 6,95 6,83 Ket.: KA = kadar air, V = kecepatan gelombang ultrasonik, MoE d -SD = modulus elastisitas dinamis dengan NDT Sylvatest Duo®, MoE s -Ins = modulus elastisitas lentur statis dengan UTM Instron®, MoR Ins = kekuatan lentur dengan UTM Instron®, MoE s -Shim: modulus elastisitas lentur statis dengan UTM Shimadzu®,(Three Point Loading, MoE posisi flatwise dan MoR posisi edgewise), MoE s -P: modulus elastisitas lentur statis dengan alat pemilah kayu Panter (One Point Loading, posisi flatwise).
Sementara itu Olievera et al. (2002b) menyatakan bahwa pada pengujian dinamis gaya elastis akibat gelombang akan disesuaikan secara proporsional dengan kecepatan. Pada pengujian statis, gaya sesaat akan menimbulkan perilaku elastis yang beku sementara penambahan waktu pembebanan (yang biasa dilakukan pada pengujian statis) akan menimbulkan perilaku yang cair akibat efek peredaman. Faktor kerapatan kayu berbanding lurus dengan kecepatan ultrasonik, sementara kadar air berbanding terbalik. Demikian pula kecepatan ultrasonik akan menurun karena pengaruh cacat kayu seperti miring serat, mata kayu atau kayu yang lapuk. Hal tersebut diatas memungkinkan hasil pengujian dinamis pada sortimen balok lebih rendah dibandingkan pada sortimen CKBC. Diebold et al. (2002) menyatakan bahwa gelombang bunyi cenderung menyebar pada bagian cacat berdasar ketahanan yang berbeda terhadap gelombang bunyi pada daerah yang bersinggungan, dan gelombang bunyi terserap dapat diubah menjadi energi bunyi. Penyebaran dan transformasi gelombang bunyi dapat menyebabkan perlemahan gelombang bunyi. 4.
Hubungan Kecepatan Gelombang Ultrasonik Terhadap Kekakuan CKBC dan Balok Gambaran mengenai hubungan regresi antar jenis pengujian baik dalam kelompok
sortimen contoh kecil bebas cacat, sortimen balok, ataupun hubungan nilai sortimen
70
contoh kecil bebas cacat terhadap sortimen balok dapat dituliskan dalam persamaan regresi linier sederhana seperti tercantum dalam Tabel 26 sampai 28 berikut. Tabel 26. Persamaan Hubungan Regresi Sederhana pada Sortimen CKBC Sortimen Hubungan
Kode dan sifat yang diregresikan A-B
ckbc ke ckbc
V dan MoE d
Model persamaan
r
MoE d = 166519 + 13,38V
A-C V dan MoE s MoE s = 98071 + 1,0255V B-C MoE d and MoE s MoE s = 24195 + 0,3272MoE d B-D MoE d and MoR s MoR s = –54,984 + 0,0039MoE d C-D MoE s and MoR s MoR s = –180,07 + 0,0103MoE s Ket.: r = koefisien korelasi, R2= koefisien determinasi.
R2 (%)
0,1487
2,21
0,0265 0,7607 0,7527 0,8598
0,07 57,87 56,65 73,93
Tabel 26 di atas menunjukkan bahwa pengujian dinamis mampu menjadi prediktor nilai modulus elastisitas statis. Hal ini tampak pada persamaan B-C dan B-D yang memiliki koefisien korelasi yang cukup tinggi, yakni 0,76 dan 0,75. Model persamaan sebagaimana di atas dapat digunakan untuk menduga kekakuan mangium sortimen kecil melalui pengujian dinamis tanpa merusak (NDT). Penelitian sejenis pernah dilakukan Karlinasari et al. (2005) terhadap mangium berumur lebih muda. Hasil yang memperoleh adalah pengujian MoE d mampu berkorelasi dengan pengujian statis dengan r sebesar 0,45 terhadap MoE s dan 0,67 terhadap MoR s . Dengan demikian penelitian terhadap mangium
umur
tua mampu menghasilkan
koefisien korelasi yang lebih erat. Tabel 27. Persamaan Hubungan Regresi Sederhana pada Sortimen Balok Sortimen Hubungan
Kode dan Sifat yang diregresikan
Model Persamaan
balok ke balok
P-Q P-R P-T
V dan MoE d V dan MoE s V and MoE p
MoE d = 57467 + 22,226V MoE s = 18504 + 6,7304V MoE p = 44640 + 20,654V
0,57 0,42 0,64
32,71 17,65 40,76
Q-R Q-S Q-T Q-U
MoE d MoE d MoE d MoE d
MoE s = 54699 - 0,0174 MoE d MoR s = 313,61 + 0,0008 MoE d MoE p = 67081 + 0,4761 MoE d MoR p = 250,92 + 0,0017 MoE d
0,04 0,13 0,57 0,57
00,18 01,59 32,71 32,71
R-S T-R
MoE s and MoR s MoE p and MoE s
MoR s = 485,82 - 0,0007 MoE s MoE s = 25559 + 0,1787 MoE p
0,05 0,36
00,21 13,02
0,20
03,99
and MoE s and MoR s and MoE p and MoR p
T-S MoE p and MoR s MoR s = 223,41 + 0,0015 MoE p Ket.: r = koefisien korelasi, R2= koefisien determinasi.
r
R2 (%)
Tabel 27 menunjukkan persamaan regresi linear yang terjadi pada pengujian sortimen balok yang dihubungkan antara kecepatan gelombang ultrasonik (P), kekakuan dinamis (Q), kekakuan dan kekuatan lentur statis dengan UTM Shimadzu (R dan S) dan kekakuan serta kekuatan lentur statis dengan mesin pemilah kayu Panter (T dan U). Dalam tersebut terdapat empat persamaan yang memberikan hubungan yang baik untuk digunakan sebagai dasar perhitungan pendugaan.
71
Gambar 15. Hubungan MoE d dengan MoE s (kiri) dan MoE d dengan MoR s (kanan).
Gambar 16. Hubungan MoE s dengan MoR s (kiri) dan V dengan MoE d (kanan)
Gambar 17. Hubungan V dengan MoE s (kiri) dan V dengan MoE p (kanan)
Gambar 18. Hubungan MoE d dengan MoRs (kiri) dan MoE d dengan MoRp (kanan)
72
Dua diantaranya adalah kecepatan gelombang ultrasonik sebagai prediktor untuk menentukan kekakuan baik secara dinamis (MoE d ) maupun kekakuan secara statis dengan Panter (MoE p), dengan koefisien korelasi sebesar 0,57 dan 0,64. Regresi linear yang lain yang dapat digunakan adalah pada prediktor kekakuan dinamis bagi pendugaan kekakuan dan kekuatan lentur Panter (dengan koefisien korelasi = 0,57). Gambaran regresi hubungan antara prediktor dengan respon yang menunjukkan korelasi yang baik tersebut dapat dilihat pada Gambar 15 sampai dengan Gambar 18 sebagaimana diatas. Dengan demikian kecepatan gelombang pada pengujian NDT baik untuk digunakan sebagai penduga kekakuan baik secara dinamis maupun statis (UTM Shimadzu dan mesin pemilah kayu Panter). Nilai kekakuan hasil pengujian NDT juga baik untuk dipergunakan sebagi penduga nilai kekakuan Panter, namun nilai kekakuan dinamis ini kurang baik bila ingin dipakai sebagai penduga nilai kekakuan statis dengan UTM Shimadzu. Pada saat pengujian
balok dengan menggunakan UTM Shimadzu, durasi
pembebanan sampai patah memerlukan waktu yang cukup lama, meski kenaikan besarnya beban yang diemban lambat. Hal ini dapat diartikan mangium yang diteliti mempunyai keuletan yang tinggi, meski nilai kekuatan patahnya rendah. Hal ini didukung pada data kekuatan tarik CKBC yang sangat tinggi sehingga serat kayu cenderung tidak mudah rusak oleh beban. Tabel 28. Persamaan Hubungan Regresi Sederhana Pendugaan CKBC ke Balok Sortimen Hubungan
Kode dan Sifat yang diregresikan
Model Persamaan
r
R2 (%)
A-Q
V dan MoE d
yMoE d = 185346 -3,1094V
0,07
0,48
A-R
V dan MoE s
MoE s = 56180 - 0,7606V
0,04
0,17
A-T
V dan MoE p
MoE dp = 175096 -4,8986V
0,13
1,72
B-R
MoE d dan MoE s
MoE s = 56678 - 0,0201 MoE d
0,10
0,95
B-T
MoE d dan MoE p
MoE p = 140924 + 0,0239 MoE d
0,06
0,33
B-S
MoE d dan MoR s
MoR s = 621,79 - 0,0007 MoE d
0,22
4,94
B-U
MoE d dan MoR p
MoR p = 516,76 + 9E-05 MoE d
0,06
0,33
C-S MoE s dan MoR s MoR s = 542,49 - 0,0009 MoE s Ket.: r = koefisien korelasi, R2= koefisien determinasi.
0,12
1,48
ckbc ke balok
Tabel 28 menunjukkan model persamaan regresi linear dengan koefisien korelasi rendah. Dengan demikian semua nilai CKBC tidak dapat digunakan sebagai penduga nilai kekakuan balok, baik secara dinamis maupun statis, bila hanya mengandalkan metoda hubungan regresi sederhana. Meski dari sumber bahan penelitian yang sama, namun keragaman sifat mangium menyebabkan pendugaan tersebut tidak boleh dilakukan. Meski demikian ASTM D-245(2008) memungkinkan dilaksanakannya pendugaan kekakuan balok dari nilai kekakuan CKBC dengan cara mengalikan nilai mekanis CKBC tersebut
73
dengan beberapa faktor seperti Adjustment Factor, Strength Ratio dan Size Factor. Dengan jumlah contoh uji yang terbatas (n = 33) dalam penelitian ini, membuka peluang untuk memperbanyak variasi dan jumlah contoh uji sehingga mungkin akan diperoleh hasil yang berbeda. 5.
Pemutuan Kayu Mangium Berdasar ASD dan LRFD Tegangan ijin (allowable stress) kayu mangium
seperti pada Tabel 23 yang
diperoleh berdasarkan nilai sifat mekanis CKBC dan Strength Rato (SR) balok sesuai D245 (2008) kemudian dilanjutkan pemutuannya dengan format Load and Resistance Factor Design (LRFD) dengan berpatokan pada ASTM
D-5457 (2008)
untuk
memperoleh nilai tahanan referensi (reference resistance) setiap balok kayu mangium yang diteliti. Pemutuan kayu mangium umur 17 tahun yang dilakukan bagi setiap balok, baik melalui konversi format (format conversion) ASD (Allowable Stress Design) ke LRFD ataupun langsung ke LRFD melalui prosedur realibility normalization sesuai ASTM D 5457 (2008), yang diuraikan dalam Tabel 29 sampai dengan Tabel 31. Pemutuan tersebut mengambil nilai tahanan referensi (Rn) yang digunakan sebagai nilai kuat acuan guna mengetahui kelas mutu mangium sesuai RSNI (2002). Tabel 29 merupakan gambaran mutuk kayu mangium dari data tegangan ijin yang dilanjutkan dengan format conversion sesuai ASTM D-5457 (2008) guna memperoleh nilai tahanan referensi dan ditinjau kode mutunya berdasarkan RSNI (2002). Tabel 29. Mutu Kayu Mangium Melalui Format Conversion Berdasar Data Tegangan Ijin Sumber MoE Data Mutu Fb Ft// Fc// Fv// Fc ┴ (kgf/cm2) Rataan hsl uji 105.535 E11 2 204 194 255 46 102 Nilai rataan sesuai E11 RSNI (kgf/cm ) Teg ijin rataan (kgf/cm2) 236,89 236,06 121,84 24,63 32,59 KF 2,54 2,7 2,4 2,88 2,4 SF 1 1 1 1 1 2 Rn balok minimum (kgf/cm ) 415,45 439,88 286,39 69,46 76,62 Rn balok maksimum (kgf/cm2) 782,16 828,14 238,34 57,81 63,76 2 Rn balok rataan (kgf/cm ) 601,98 637,37 307,53 74,59 82,28 Kode mutu minimum E17 E19 <E10 E13 <E10 Kode mutu maksimum >E26 >E26 E19 >E26 E10 Kode mutu rataan E24 >E26 E13 >E26 <E10 Ket.: n balok = 30, CoV = 14,3%. Fb = Kuat lentur, Ft// = Kuat tarik // serat, Fc// = Kuat tekan // serat, Fv// = Kuat geser // serat, Fc┴ = Kuat tekan tegaklurus serat, KF = Format conversion factor, Rn = Reference resistance, SF = Size Factor, Nilai SR (Strength Ratio) diperhitungkan tapi tidak dicantumkan dalam tabel karena tiap balok memiliki SR masing-masing dan SR diuraikan dalam Lampiran 3. .
74
Tabel 29 menunjukkan mangium yang diteliti berada pada kode mutu E11, yang diperoleh dari tabel nilai kuat acuan berdasar RSNI (2002). Dalam Tabel 29 juga dicantumkan nilai kuat acuan untuk 5 sifat mekanis selain MoE pada kelas mutu E11 RSNI (2002). Namun demikian, bila ditinjau dari mutu kayu mangium hasil penelitian, diperoleh rataan kode mutu E24 untuk kuat lentur, >E26 untuk kuat tarik dan kuat geser sejajar serat, E13 untuk kuat tekan sejajar serat dan <E10 untuk dan kuat tekan tegak lurus serat. Bagi suatu perhitungan perencanaan, perolehan mutu kayu mangium yang diatas kuat acuan merupakan suatu nilai lebih bagi mangium 17 tahun. Meski demikian hasil penelitian ini juga dapat merupakan tinjauan bagi penentuan tabel kuat acuan RSNI (2002) yang mungkin berguna. Berbeda dengan metoda format conversion, Tabel 30
menunjukkan data
pemutuan balok mangium dari data CKBC yang dihitung langsung dengan LRFD melalui prosedur realibility normalization yang menghasilkan nilai kuat acuan rataan E24 untuk kuat lentur dan E25 untuk kuat tarik sejajar serat, E14 untuk kuat tekan sejajar serat, dan kuat acuan < E10 untuk kuat geser sejajar serat dan kuat tekan tegak lurus serat. Tabel 30. Mutu Kayu Mangium Melalui Data CKBC Format LRFD (Realibility Normalization) MoE Kode 2 Sumber data (kgf/cm ) Mutu Fb Ft// Fc// Fv// Fc ┴ Rataan uji 105.534 E11 Nilai rataan sesuai E11 RSNI (kgf/cm2) 204 194 255 46 102 2 Rataan hasil penelitian (kgf/cm ) 884,57 1367,56 402,13 112,84 93,46 9,75 4,34 12,13 7,45 8,56 Shape (α) 2 924,39 1496,39 419,23 119,64 98,81 Scale (η, kgf/cm ) 2 681,70 754,84 328,17 80,33 69,83 Rp (kgf/cm ) 12,30 25,91 10,07 15,75 13,87 CVw 0,96 0,93 0,97 0,96 0,96 Ω 1,25 1,14 1,30 0,72 1,29 KR 2 820,01 798,89 414,78 55,29 87,08 Rn (CKBC, kgf/cm ) 1 1 1 1 1 Size Factor Rn balok minimum (kgf/cm2) 428,76 417,71 216,88 28,91 45,53 Rn balok maksimum (kgf/cm2) 807,21 786,41 408,31 54,43 85,73 2 Rn balok rataan (kgf/cm ) 621,26 605,25 314,25 41,89 65,98 Kode mutu minimum E18 E18 <E10 <10 <E10 Kode mutu maksimum >E26 >E26 E21 E16 <E10 E24 E25 E14 <E10 <E10 Kode mutu Rataan Ket.: Fb = Kuat lentur, Ft// = Kuat tarik // serat, Fc// = Kuat tekan // serat, Fv// = Kuat geser // serat, Fc ┴ = Kuat tekan
tegaklurus serat, α = Weibull shape parameter, η = Weibull scale parameter, Rp = Distribution percentile estimate, CVw = Coefficient of Variation, Ω = Data confidence factor, KR = Realibility normalization factor, Rn = Reference resistance.
75
Perbandingan yang menyolok tampak pada kelas mutu kuat geser sejajar serat, dimana menurut format conversion (Tabel 29) menghasilkan kelas mutu >E26, sementara dengan data yang sama melalui realibility normalization (Tabel 30) memperoleh kelas mutu <E10. Perbedaan ini disebabkan rentang nilai kuat geser sejajar serat pada RSNI(2002) sangat dekat, yakni hanya dari 4,3 – 6,6 MPa (43,85 – 67,30 kgf/cm2) atau berselisih hanya 2,3 MPa. Disamping itu, perbedaan utama adalah bahwa sebaran nilai pada format conversion adalah sebaran normal, sementara pada realibility normalization adalah sebaran Weibull. Gambar 19 berikut menunjukkan sebaran nilai kekuatan geser sejajar serat dalam dua jenis distribusi yaitu normal dan Weibull. Gambar 19a. menunjukkan semua data pengamatan tampak berimpit baik dengan distribusi normal maupun Weibull, namun pada Gambar 19b.
dimana titik pengamatan diambil hanya 5% tampak bahwa titik
pengamatan lebih dekat dengan distribusi Weibullnya dibandingkan dengan distribusi normal.
(Gambar 19a.)
(Gambar 19b.)
Gambar 19. Pengepasan Distribusi Kekuatan Geser Sejajar Serat Amatan dengan Distribusi Normal dan Weibull pada Semua Data (Gambar 19a.) dan pada 5% Data (Gambar 19b.)
Hal tersebut membuktikan bahwa LRFD dengan realibility normalization lebih dipercaya datanya dibandingkan dengan format conversion karena distribusi data lebih dekat dengan realibility normalization yang menggunakan distribusi Weibull. Dengan kedua metoda ASD dan LRFD
membuktikan bahwa data CKBC
mangium yang diteliti memberikan keunggulan nilai kuat lentur, tarik dan tekan sejajar serat, namun sebaliknya mangium memiliki kelemahan pada kuat geser (versi prosedur realibility normalization) dan tekan tegaklurus serat.
76 Tabel 31. Mutu Kayu Balok Mangium Melalui ASD ke LRFD (Format Conversion) dan LRFD (Realibility Normalization) Realibility Normalization Format Conversion Sumber Data Rataan (kgf/cm2)
MoE 51.780
Kode Mutu <E10 2
Kuat Acuan <E10 RSNI (kg/cm ) Rataan MoR (kgf/cm2) R0.05 (kgf/cm2)
Fb
Sumber Data -
Fb -
<180
<180 Rataan MoR (kgf/cm2) Shape (α)
448,57 6,03
0,43 1
Scale (η, kgf/cm2) Rp (kgf/cm2)
482,66 294,89
Tegangan Ijin(kgf/cm2) KF
138,97 2,54
Covariance (CV) Ω
19,15 0,89
Rn (kgf/cm2) Mutu
353,14 E16
KR Rn (kgf/cm2)
Adjusment Factor Size Factor
448,57 319,62
Mutu
1,19 311,01 E14
Ket.: Fb = Kuat lentur, KF = Format Conversion Factor, Rn = Reference Resistance, α = Weibull shape parameter, η = Weibull scale parameter, Rp = Distribution percentile estimate, CVw = Coefficient of Variation, Ω = Data confidence factor, KR = 5% Based Rn factor, * = Data menurut R-SNI(2002).
Tabel 31 berikut memberikan gambaran kode mutu balok mangium yang dihitung berdasar nilai kuat lentur melalui format conversion dari ASD ke LRFD maupun langsung dengan metoda LRFD. Hasil keduanya adalah kode mutu E16 dan E14 masingmasing untuk format conversion (ASD ke LRFD) dan realibility normalization (langsung dengan LRFD). Kode mutu ini masih jauh diatas kode mutu balok mangium berdasar rataan MoE yang hanya berada pada kelas kode mutu <E10. Sekali lagi metoda ini membuktikan bahwa balok mangium umur 17 tahun memiliki kelebihan pada sifat kuat lenturnya, yang dalam RSNI 2002 kode mutu E10 hanya menunjukkan nilai 18 MPa. Data berdasar Tabel 31 diatas bisa diartikan bahwa balok mangium 17 tahun memiliki kekuatan yang tinggi namun keuletannya rendah. Tabel 32. No A 1 2 B
Mutu Kayu Mangium Ditinjau dari Data MoE CKBC dan Balok Melalui Pengujian NDT Dinamis dan NDT Panter MPK5 pada RSNI (2002) Sumber data Nilai MoE 3 3 NDT Dinamis Min(x10 ) Max(x10 ) Rataan(x103) SD CV (%) CKBC 142,5 279,5 205,1 25,355 12,36 Kode Mutu E15 >E26 E21 Balok 87,8 166,8 140,7 14,566 10,36 Kode Mutu <E10 E17 E15 3 3 NDT Panter Min(x10 ) Max(x10 ) Rataan(x103) SD CV (%) Balok 127,6 175,2 146,8 10,200 6,95 Kode Mutu E13 E18 E15
77
Berbeda dengan hasil kode mutu sebelumnya, meski sama-sama menghasilkan nilai MoE, Tabel 32 menghasilkan nilai kode mutu yang posisinya lebih tinggi dibanding kode mutu yang diperoleh melalui metoda ASD dan LRFD bagi data CKBC dan balok. Kode mutu mangium dengan NDT dinamis (Sylva-test Duo®) menghasilkan kode mutu E21 dan E15 untuk CKBC dan balok, sementara dengan pemilahan masinal menggunakan Panter MPK5 menghasilkan kode mutu E15. Pemanfaatan data MoE dari pengujian NDT baik CKBC maupun balok memang memerlukan faktor konversi sehingga kode mutu yang dihasilkan sesuai dengan yang diharapkan. Namun demikian, penyusunan faktor koreksi NDT dinamis tersebut memerlukan kecermatan dan jumlah data yang cukup sehingga sampai saat ini belum dapat diketahui (misalnya faktor konversi nilai MoE CKBC NDT Sylvatest-Duo® ke MoE balok kayu mangium),
sehingga hasil kelas mutu terkoreksi belum dapat
dipaparkan. Demikian pula pemanfaatan data MoE dari hasil pemilahan masinal menggunakan Panter MPK5 juga memerlukan koreksi sebesar 1/1,15 mengingat pengujian Panter menerapkan posisi flatwise sementara pengujian MoR balok biasa dilakukan edgewise (NDS, 2005). 6. Kelas Kualita Kayu Mangium Berdasar PKKI 1961 dan RSNI 2002 Berdasarkan PKKI (1961), dapat ditentukan mutu kayu, kelas kuat, tegangan ijin dan modulus kenyal bagi mangium umur 17 tersebut sebagaimana Tabel 33 berikut. Tabel 33. Kelas Kuat Kayu Mangium Hasil Penelitian Berdasar PKKI (1961) A. Mutu Kayu, Berdasar Bab II Pasal 3 PKKI (1961) Mutu kayu A B Jumlah Jumlah (pcs) 22 8 30 Jumlah (%) 73 27 100 B. Kelas Kuat, Berdasar Lampiran 2 PKKI (1961) BJ = 0,52, kelas kuat III C. Tegangan Ijin, Berdasar Daftar II PKKI (1961) No. Sifat Kayu Nilai rataan (kgf/cm2) (g = 0,52) Mutu A Mutu B 1. Kuat lentur (170g) 89,04 66,78 2. Tekan sejajar serat (150g) 78,56 58,92 3. Tekan tegak lurus serat (40g) 20,95 15,71 4. Kuat geser (20g) 10,48 7,86 D. Modulus kenyal (E), Berdasar Daftar I PKKI (1961): 80.000 kgf/cm2 Ket.: Tegangan Ijin Mutu B = 0,75 x Mutu A. Pemilahan kayu sesuai PKKI (1961) hingga diperoleh rincian mutu tiap balok tercantum pada Lampiran 20.
Tabel 33 di atas menunjukkan bahwa 73% balok yang digunakan sebagai contoh uji merupakan kayu dengan mutu A berdasar pemilahan visual sesuai PKKI (1961). Selanjutnya kayu mangium tersebut berada pada kisaran kelas kuat III untuk pengkelasan
78
berdasar berat jenis, dan dengan format perkalian terhadap berat jenisnya, tegangan ijin mangium dapat diperoleh baik dalam kelompok mutu A maupun mutu B. Banyak faktor yang menyebabkan sifat kayu bervariasi sehingga menyebabkan kelas kuatnya juga beragam. Mata kayu, sebagai salah satu contoh, merupakan cacat yang bersifat alami bagi jenis mangium yang hingga kini perlu penanganan serius kalau ingin diperoleh kayu dengan kelas yang lebih baik. Dengan demikian teknik budidaya tanaman mangium seperti
pencegahan
putusnya akar pada proses penanaman, perlakuan penjarangan saat pohon muda dan sebagainya merupakan beberapa contoh menghindari cacat alami ini. Hal tersebut perlu dilakukan karena meskipun tanaman ini tergolong monopodial karena mampu melakukan self pruning (gugur cabang di saat umur muda), pada kondisi tanaman yang padat maka bantuan pemangkasan tetap harus dilakukan. Sesuai dengan kebutuhan sifat mekanisnya, mangium 17 tahun bisa digunakan untuk kayu struktural karena berada pada kelas yang cukup baik. Sesuai dengan Tabel 33 di atas, kelas kuat mangium berdasar tegangan yang diperkenankan, termasuk dalam kelas kuat III. Dengan posisinya pada kelas kuat III tersebut maka jenis ini sekelas dengan mersawa, merawan, perupuk, sintuk, mahoni, medang, sungkai dan bungur. Dengan proses rekayasa kayu (engineered wood) maka mangium dari hutan tanaman umur 17 tahun mampu menggantikan kayu hutan alam yang memerlukan waktu puluhan tahun untuk memperoleh hasil yang sama. Dengan demikian tidak perlu ada keraguan bagi perencana bangunan untuk menempatkan mangium sebagai substitut terhadap beberapa jenis umum yang selama ini dikenal. Tabel 34. Kode Mutu Mangium Berdasar Kuat Acuan Sesuai RSNI (2002). Parameter
Ew
Fb
F t//
F c//
F v//
F c┴
10.604
88,5
134,80
39,64
11,12
9,21
E11
-
-
-
-
-
Nilai referensi RSNI-2002 E11(MPa)
-
20
19
25
4,5
10
Pemutuan CKBC ASD ke LRFD
-
Pemutuan CKBC LRFD
-
E24 E24
>E26 E25
E13 E14
>E26 <E10
<E10 <E10
Pemutuan balok ASD ke LRFD
E16
-
-
-
-
-
Pemutuan Balok LRFD
E14
-
-
-
-
-
Nilai hasil penelitian (MPa) Kelas Mutu berdasar E w
Ket.: Ew = modulus elastisitas lentur, Fb = Kuat lentur, Ft// = Kuat tarik // serat, Fc// = Kuat tekan // serat,
Fv// = Kuat geser // serat, Fc˔ = Kuat tekan tegaklurus serat.
Pengkelasan mutu kayu di Indonesia terkini adalah menggunakan Rancangan Standar Nasional Indonesia (R-SNI, 2002) yang merupakan revisi NI-5 PKKI 1961.
79
Dalam standar tersebut nilai desain disebut kuat acuan dan setiap kelas mutu diberi kode mutu yang berjenjang sesuai dengan nilai beberapa sifat mekanis yang dimilikinya. Untuk kayu mangium yang diteliti, kode mutu yang sesuai dengan sifat mekanis mangium tersebut adalah sebagaimana Tabel 34 di atas. Tabel tersebut menunjukkan bahwa mangium 17 tahun yang ditetiliti memiliki kode mutu kuat acuan E-11 yang didasarkan pada nilai modulus elastisitasnya.
Nilai kuat acuan E-11 ini sesuai pula
dengan hasil penelitian Sulistyawati (2009) yang memperoleh nilai E10-E12. Meski demikian, dari hasil sifat mekanis selain modulus elastisitas, tampak bahwa mangium yang diteliti memiliki nilai kuat lentur, tarik, tekan sejajar serat dan geser yang berada jauh di atas kuat acuannya, kecuali pada kuat tekan tegaklurus serat. Hal ini merupakan kelebihan dari mangium ini, sehingga dalam suatu penyusunan perencanaan, terdapat 3 nilai mangium (nilai kuat lentur, kuat tarik dan tekan sejajar serat) yang dapat dibanggakan karena berada di atas nilai kuat acuannya. Dalam Tabel 34 diatas juga ditunjukkan rangkuman kode mutu mangium (menurut kode mutu kuat acuan RSNI 2002) berdasarkan pemutuan CKBC dan balok atas nilai sifat mekanis selain modulus elastisitas mengikuti metoda ASD yang di LRFD-kan (format conversion), dan mengikuti metoda LRFD (realibility normalization). Hasilnya adalah kode mutu E24 berdasar nilai kuat lentur dan E25 - >E26 berdasar nilai tarik sejajar serat, kode mutu E13-E14 berdasar sifat kekuatan tekan sejajar serat dan kode mutu <E10 untuk tekan tegaklurus serat. Nilai geser sejajar serat menghasilkan kode mutu dengan rentang yang sangat jauh berdasar kedua format, hal ini disebabkan penggunaan model sebaran yang berbeda pada kedua format yang digunakan. Sementara itu, pemutuan atas dasar nilai modulus elastisitas lentur menghasilkan E14 dan E16 bila dihitung atas nilai elatisitas lentur balok berdasar prosedur realibility normalization dan format conversion.
80
