Kecepatan Rambatan Gelor
KECEPATAN RAMBATAN GELOMBANG
ULTRASONIK DAN KETEGUHAN LENTUR
BEBERAPA JENIS KA YU PADA BERBAGAI
KONDISI KADAR AIR
;"
(Ultrasonic Wave Velocity and Bending Strength Properties ofSeveral woods Species at Various Moisture Content Conditions) Una Karlinasari l ), Mohammad Mulyade dan Sucahyo Sadiyoll ' ABSTRACT The ultrasonic method was examined as a means ofevaluating moisture content variation on ultrasonic wave propagation (velocity) and bending strength either dynamic or static test of six tropical woods, i.e, sengon (Paraserianthes falcataria L. Nielsen). manglum (Acacia mangium Willd), durlan (Durio zibethinus Murr), pine (Pinus merkusii Junghuhn & de Vriese). rasamala (Altingia excelsa Noronhae) and kempas (Koompassia malaccensis Maing). Ultrasonic wave velocity measurement and bending strength testing. both dynamic and static were conducted on 20- by 20- by 300 mm small wood clear specimen of several moisture content conditions, The results showed that the mean value ofultrasoniC velocity decreases when the moisture content increase. The dynamic modulus of elasticity (MOEd). static modulus of elasticity (MOEs). and modulus of rupture (MOR) for all wood increase when the moisture content decrease significantly from fiber saturation point to oven dry condition. In case of equilibrium moisture content, the MOEd values were 35 % percent higher than those MOEs values. Keywords: ultrasonic, velocity. moisture content, dynamic test, static test
PENDAHULUAN Metode pengujian kualitas suatu bahan telah banyak diteliti dan dikembangkan, baik secara destruktif maupun non destruktif. Pengujian non destruktif atau tanpa merusak dianggap yang paling efisien sepanjang hasil yang diperoleh dapat mendekati kualitas bahan sebenamya apabila pengujian dilakukan secara destruktif. Pengujian non destruktif didefinisikan sebagai kegiatan meng identifikasi sifat fisis dan mekanis suatu bahan tanpa merusak atau mengganggu
I 2
produk akhimya sehingga diperoleh informasi yang tepat terhadap sifat dan kondisi bahan tersebut yang akan berguna untuk menentukan keputusan akhir pemanfaatannya (Ross, et al., 1998 dan Malik et al., 2002). Kegiatan pengujian non destruktif yang lebih luas telah banyak dilakukan pada bahan baku selain kayu seperti baja, plastik, dan keramik. Bahan-bahan tersebut bersifat homogen dan isotropik dimana kegiatan non destruktif lebih difokuskan pada kondisi diskontinuitas, void atau inclusion bahan. Sedangkan pada kayu yang terjadi adalah
ketidakteraturan kara (heterogen) yang melek pengaruh lingkungan. K non destruktif yang dila' kepada pengembangan dapat memperhitungkar terse but (Malik, et at., 21
Sukses dari pemanfaatar antara lain adalah I (pemilahan) terhadap k finir (veneer) maupun terhadap produk woo serta untuk mengidenti cacat kayu. Selain itu non destruktif ini da untuk menentukan kualitas pohon, log sert elemen struktur bang berdiri. Berbicara me dan cacat pada kay informasi yang diharapl dari kekuatan bahan ten
Evaluasi paling dikategorikan sebagai adalah pengamatan v ada beberapa metode r berkembang antara Ie sifat tahanan elektrik ( (electrical resistance properties), sifat v vibrational proper gelombang tegangan wave propagation d, wave propagation), (accoustic emission). ground penetration r defleksi (Machine-Stre
Pada metode gelomb dua cara pengujian ya kecepatan suara (spe£ dikenal untuk menentl melalui konversi kecel (2) berdasarkan (vibration spectr; ge\ombang tegangan menggambarkan seh
Stafpengajar pada Departemen Hasil Hutan. Fakultas Kehutanan [PB, Bogor. Alumnus Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB, Bogor.
Jurnal Teknologi Basil r
~-----------------~--
Kecepatan Rambatan Gelombang
ketidakteraturan karakteristik alami (heterogen) yang melekat karen a adanya pengaruh lingkungan. Karenanya kegiatan non destruktif yang dilakukan lebih fokus kepada pengembangan teknologi yang dapat memperhitungkan ketidakteraturan tersebut (Malik, et aI., 2002).
JOMBANG ,NLENTUR BERBAGAI t
Sukses dari pemanfaatan non destruktif ini antara lain adalah kegiatan grading (pemilahan) terhadap kayu (lumber) dan finir (veneer) maupun untuk pemilahan terhadap produk wood-based material serta untuk mengidentifikasi lokasi dari cacat kayu. Selain itu pengujian secara non destruktif ini dapat dimanfaatkan untuk menentukan dan mengetahui kualitas pohon, log serta kayu pada suatu elemen struktur bangunan yang telah berdiri. Berbicara mengenai pemilahan dan cacat pada kayu, maka output informasi yang diharapkan adalah kualitas dari kekuatan bahan tersebut.
Properties ofSeveral nt Conditions)
lcahyo Sadiyol)
Itent variation on ultrasonic wave of six tropical woods, i.e. sengon durian (Durio zibethinus Murr), ronhae) and kempas (Koompassia trength testing, both dynamic and imen of several moisture content ~reases when the moisture content 'asticity (MOEs), and modulus of iignificantly from fiber saturation MOEd values were 35 % percent
Evaluasi paling sederhana yang dikategorikan sebagai non destruktif adalah pengamatan visual. Selanjutnya ada beberapa metode non destruktif yang berkembang antara lain memanfaatkan sifat tahanan elektrik dan dieletrik bahan (electrical resistance dan dielectric properties), sifat vibrasi (transverse rambatan vibrational properties), gelombang tegangan dan suara (stress wave propagation dan sonic/ultrasonic emlSl akustik wave propagation), (accoustic emission), x-ray, microwave ground penetration radar serta metode defleksi (Machine-Stress-Rated (MSR).
Ilya sehingga diperoleh ~ tepat terhadap sifat dan ersebut yang akan berguna tukan keputusan akhir a (Ross, et al., 1998 dan 002). Kegiatan pengujian . yang lebih luas telah an pada bahan baku selain aja, plastik, dan keramik. ersebut bersifat homogen dimana kegiatan non difokuskan pada kondisi void atau inclusion bahan. a kayu yang terjadi adalah
Pada metode gelombang suara terdapat dua cara pengujian yaitu '(1) berdasarkan kecepatan suara (speed of sound); yang dikenal untuk menentukan MOE dinamis melalui konversi kecepatan ke MOE; dan (2) berdasarkan spektrum vibrasi (vibration spectrum); pengujian gelombang tegangan jenis ini dapat menggambarkan seluruh kondisi dan
71
karakteristik bahan karena hasil pengujian yang diperoleh berupa spektra frekuensi tunggal (a singlefrquency spectrum) yang dapat menghasilkan variabel-variabel bebas seperti maksimum energi, frekuensi dominan, frekuensi perpindahan dan perlambatan atau pelemahan (atenuasi). Variabel-variabel tersebut dapat dipilih sehingga diperoleh yang paling baik korelasinya dengan penguj ian destruktif atau yang paling toleran terhadap kondisi lingkungan sekitar. Kecepatan rambatan gelombang suara dipengaruhi oleh jenis kayu, kadar air, suhu dan arah rambatan gelombang (rambatan arah longitudinal, radial atau tangensial). Variabel spesifik kayu lainnya yang berpengaruh adalah miring serat, mata kayu dan pelapukan yang terjadi pada kayu. Kerapatan kayu tidak secara signifikan berpengaruh terhadap kecepatan suara, tetapi rasio antara modulus elastistas (E) bahan dengan kerapatanlah yang lebih menentukan. Persamaan atau hubungan Christoffel: v = (E/p)112 menjelaskan hal tersebut (Smith, 1989). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh kadar air terhadap kecepatan gelombang ultrasonik dan keteguhan lentur dinamis dan statis 6 jenis kayu (sengon,mangium, durian, pinus, kempas dan rasamala).
BAHAN DAN METODE Penelitian ini dilakukan terhadap 6 jenis yang banyak dijumpai di pasaran daerah Jawa Barat, khususnya Bogor, yaitu sengon (Paraserianthes falcataria L. Nielsen), mangium (Acacia mangium Willd), durian (Durio zibethinus Murr), pinus (Pinus merkusii Junghuhn & de Vriese), rasamala (Altingia excelsa Noronha) and kempas (Koompassia malaccensis Maing)
r.
Jurnal Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB
110
Vol. 18, No.2, 2005
Kecepatan Rambatan Gelombang
72
Contoh uji (CU) yang dibuat mengacu pada standar Inggris untuk contoh kayu bebas cacat (BS 373 : 1957). Sifat mekanis yang diuji adalah MOE (Modulus of Elasticity) dan MOR (Modulus of Rupture). Sementara sifat fisis yang diuji adalah kadar air (KA), berat jenis (BJ), dan kerapatan. Kadar air yang diukur dikelompokkan menu rut beberapa kondisi kadar air, meliputi kadar air basah ( KA > 30%), kadar air TJS (KA 25-30 %), kadar air kering udara (KA 15 - 20 %), dan kadar air kering oven (KO). Ulangan dari setiap kondisi kadar air adalah sebanyak lima kali untuk masing-masing kayu Contoh uji diambil dari balok kecil yang berukuran 2x2x35 cm3 . Ukuran CU 2x2x30 cm3 digunakan untuk pengujian kecepatan rambatan gelombang, kekakuan lentur dinamis (MOEd) dan keteguhan lentur statis (MOEs dan MOR) pada berbagai kondisi kadar air (setiap perubahan kadar air) sementara itu KA, BJ dan kerapatan setiap perubahan kondisi kadar air diambil dari dekat bagian yan~ mengalami kerusakan. CU 2x2x4 cm digunakan untuk mengetahui KA awal contoh uji. Untuk penyeragaman kadar air awal seluruh CU direndam dalam air semalam 1 minggu. Kadar air yang diukur dikelompokkan menurut beberapa kondisi kadar air, meliputi kadar air basah ( KA > 30%), kadar air TJS (KA 25-30 %), kadar air kering udara (KA 15 - 20 %), dan kadar air kering oven atau tanur (KO/KT). Contoh uji dengan kondisi basah ditimbang kemudian dikeringkan secara alami dalam ruangan sampai mencapai kadar air TJS dan kadar air kering udara. Selama proses pengeringan tersebut contoh uji ditimbang secara berkala sampai mencapai berat basah awal (BA) target. Menurut Haygreen dan Bowyer (1982) persamaan dasar kadar air dapat diubah kebentuk-bentuk yang mudah untuk digunakan di dalam kondisi-kondisi
Vol. 18, No.2, 2005
lain. Bentuk ini sangat berguna untuk memperkirakan berat kering kayu basah apabila berat basah diketahui dan KA diperoleh dari CU atau dari suatu KA target. Berat basah target dapat ditentukan berdasarkan penelitian Wang et al. (2003) dim ana dil);atakan bahwa penurunan kadar air selama proses pengeringan diikuti dengan penurunan berat spesimen. Hal ini terjadi pada spesimen longitudinal dan spesimen radial. Penurunan berat spesimen longitudinal saat penurunan kadar air dari kondisi basah ke kondisi titik jenuh serat (TJS) berkisar 10-15 gram. Sedangkan penurunan berat spesimen radial berkisar 5-8 gram. Ketika kadar air spesimen menurun dari kadar air titik jenuh serat ke kadar air kering udara, penurunan berat spesimen longitudinal berkisar 2-4 gram. Sedangkan spesimen radial mengalami penurunan berat berkisar 1-2 gram. Selanjutnya dapat diketahui berat kering tanur target (BKT target) melalui persamaan I yang kemudian dapat ditentukan KA kondisi sebenamya (persamaan 2). BKT target = BA penurunan I( 1+(% KA (1) targetllOO» KA = «BA- BKT target) I (BKT target» x 100% (2)
Pengujian Non Destruktif. Alat yang digunakan untuk pengujian non destruktif metode gelombang ulrtrasonik adalah Sylvatest Duo dengan frekuensi 22kHz. Pengujian dilakukan dengan cara menempatkan 2 buah transduser pada kedua ujung contoh uji setelah dilakukan pelubangan berdiameter 5 mm sedalam ± 2 cm. Transduser terdiri dari tranduser pengmm dan tranduser penerim. Selanjutnya dengan dibangkitkan oleh alat, gelombang ultrasonik mengalir dari tranduser pengirim yang kemudian akan diterima oleh tranduser penerima. Waktu
Jumal Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPa
Kecepatan Rambatan Ge
tempuh gelombang tempuh bahan terst kemudian dihitung ke nya. Pembacaan da berupa kecepatan gel dan waktu tempuh, di Illl dapat dikonv 1 persamaan 3. Ulang~ dilakukan adalah seba Vus
d t
MOE dinamis (MOEd berdasarkan fungsi pe
MOEd= - - g
dimana MOEd adala dinamis (kg/cmz), V gelombang ultrason kerapatan kayu ( konstanta gravitasi ( selisih jarak antar tl adalah waktu tempuh
Pengujian Dest keteguhan Ientur sta memberikan beban bentang (centre loa, serat menggunakan I merk Instron dengar tebaL Data yang dil dan defleksi ya maksimum diperole mengalami kerusak~ berupa modulus ela dan kekuatan lentur
Jumal Tekno\ogi Hasi
:epatan Rambatan Gelombang
Kecepatan Rambatan Gelombang
ni sangat berguna untuk berat kering kayu basah basah diketahui dan KA CU atau dari suatu KA
tempuh gelombang dan panjang/jarak tempuh bahan terse but dicatat untuk kemudian dihitung kecepatan gelombang· nya. Pembacaan data dari alat dapat berupa kecepatan gelombang ultrassonik dan waktu tempuh, dimana waktu tempuh Inl dapat dikonversi menggunakan persamaan 3. Vlangan pengukuran yang dilakukan adalah sebayak tiga kali.
target dapat ditentukan lelitian Wang et al. (2003) to bahwa penurunan kadar )ses pengeringan diikuti an berat spesimen. Hal ini )esimen longitudinal dan ial. Penurunan berat itudinal saat penurunan kondisi basah ke kondisi at (TJ S) berkisar 10.15 ;kan penurunan berat berkisar 5·8 gram. Ketika len menurun dari kadar air ke kadar air kering udara, It spesimen longitudinal am. Sedangkan spesimen ami penurunan berat ;ram. Selanjutnya dapat kering tanur target (BKT i persamaan I yang . ditentukan KA kondisi ;amaan 2). A penurunan I( I +(% KA (I) T target) I (BKT target» x (2)
Destruktif. Alat yang . pengujian non destruktif .ang ulrtrasonik adalah Jengan frekuensi 22kHz. 'l.kukan dengan cara buah transduser pada Itoh uji setelah dilakukan iameter 5 mm sedalam ± er terdiri dari tranduser tranduser penerim. 19an dibangkitkan oleh ultrasonik mengalir dari im yang kemudian akan nduser penerima. Waktu
111,
Fakultas Kehutanan IPB
d
73
(3)
Vus"'" t
MOE dinamis (MOEd) diperoleh berdasarkan fungsi persamaan : Vus 2 p MOEd= - -
(4)
g dimana MOEd adalah modulus elastisitas dinamis (kg/cm 2), Vus adalah kecepatan gelombang ultrasonik (m/s), p adalah kerapatan kayu (kg/m), g adalah konstanta gravitasi (9,81 m/s2), d adalah selisih jarak antar transduser (cm) dan t adalah waktu tempuh gelombang (flS)
Pengujian Destruktif. Pengujian keteguhan lentur statis dilakukan dengan memberikan beban tunggal di tengah bentang (centre loading) tegak lurus arah serat menggunakan alat uji mekanis VTM merk Instron dengan jarak sangga 14 kali teba!. Data yang diperoleh berupa beban dan defleksi yang terjadi. Beban maksimum diperoleh sampai contoh uji mengalami kerusakan. Hasil pengujian ini berupa modulus elastisitas statis (MOEs) dan kekuatan lentur patah atau MOR.
HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat fisis kayu. Tabel 1 menampilkan rataan hasil pengujian kadar air, kerapatan, berat jenis serta kecepatan gelombang ultrasonik, sementara itu Gambar 1 menyajikan graflk hubungan antara perubahan kadar air dengan kecepatan gelombang ultrasonik untuk ke enam jenis kayu. Berdasarkan Tabel 1 diperoleh informasi bahwa kadar air basah tertinggi adalah kayu sengon (236%) diikuti kayu durian (131 %), mangium (105%), pinus (69%), rasamala (48%) dan kempas (45%). Selain kerapatan kayu, karakteristik struktur anatomi terutama besar kecilnya ukuran sel penyusun serta ada tidaknya kandungan ekstraktif dan tHosis sangat berpengaruh terhadap kemampuan kayu untuk mengabsorbsi maupun mengeluar kan air. Kerapatan kayu didasarkan pada berat basahnya terhadap volume kayu. Penurunan kadar air dari kondisi jenuh serat (dinding sel jenuh air sementara rongga sel tidak mengandung air) ke kondisi kering akan menyebabkan berat kayu berkurang, dan selanjutnya akan menyebabkan penyusutan kayu, pada kondisi sebaliknya yang terjadi adalah pengembangan kayu (sifat higroskopis kayu). Sementara itu berat Jems didasarkan pada berat kering tanur kayu terhadap volume awalnya, sehingga berat jenis kayu pada titik jenuh serat dan dan kondisi di bawahnya relatif sarna (Haygreen dan Bowyer, 1982; Kellog, 1989).
Jurnal Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB
Vol. 18, No.2, 2005
Kecepatan Rambatan Gelombang
74
Tabel 1. Rataan sifat tisis dan kecepatan gelombang ultrasonik enam jenis kayu pada berbagai kadar air Parameter
Sengon
P (g/cm ) BJ Vus (m/sl
236,50 0,71 0,21 3103
KA(%) P (g/cm 3 ) BJ Vus (m/s}
29,77 0,32 0,24 5775
KA(%) P (g/cm 3) BJ Vus (m/s)
17,52 0,30 0,25 5903
KA(%) P (g/cm 3) BJ Vus (m/s)
1.19 0,30 0,29 6233
KA(%) 3
Jenis ka~u Ourian Pinus Kondisi Basah 105,45 131,13 68,91 0,78 0,87 1,10 0,38 0,39 0,.64 4427 3747 4636 Kondisi Titik Jenuh Serat (TJS) 21,69 27,23 26,12 0,74 0,45 0,44 0,37 0,37 0,58 6109 5408 6059 Kondisi Kering Udara (KU) 15,82 14,11 13,56 0,49 0,69 0,44 0,39 0,43 0,61 6516 5691 6856 Kondisi Kering TanurlOven (KG) 1,94 0.90 0.75 0,64 0,57 0,71 0,62 0,56 0,70 6521 5572 6810
Man~ium
Gambar 1 menunjukkan bahwa terjadi peningkatan kecepatan rata-rata gelom bang ultrasonik dengan semakin menurunnya kadar air. Pada kondisi basah kecepatan rata-rata rambatan gelombang secara berurutan adalah sebesar 3103 mis, 3747 mis, 4427 mis, 4636 mis, 4683 mls dan 5694 m/s untuk jenis kayu sengon, durian, mangium, pinus, rasamala dan kempas. Sedangkan pada kondisi kering tanur kecepatan rata-rata rambatan gelombang kayu sengon, durian, mangium, pinus, rasamala dan kempas adalah 6233 mis, 5572 mis, 6521 mis, 6810 mis, 5659 m/s dan 6020 m/s. Menurut Wang et al. (2003) kecepatan gelombang ultrasonik yang merambat melalui kayu meningkat dengan menurunnya kadar air dari keadaan titik jenuh serat ke keadaan kering oven, baik untuk spesimen longitudinal maupun
Vol. 18, No.2, 2005
KemEas
Rasamala
45,27 1,00 0,69 5694
48,30 1,05 0,71 4683
23,01 0,86 0,70 5714
27,64 0,90 0,70 5553
14,02 0,86 0,75 6104
14,11 0,81 0,71 6142
0,58 0,82 0,81 6020
1,14 0,88 0,87 5659
radial. Walaupun demikian, pengaruh kadar air terhadap kecepatan rambatan gelombang ultrasonik berbeda untuk keadaan di bawah dan di atas titik jenuh seral. Kecepatan gelombang ultarasonik hanya bervariasi sedikit dengan penurunan kadar air di atas titik jenuh serat, tetapi untuk kadar air di bawah titik jenuh serat penurunan kecepatan rambatan gelombang ultrasonik lebih besar. Selanjutnya ditegaskan oleh Sakai et al. (1991) dalam Van Oyk dan Rice (2005) pada spesimen longitudinal kecepatan rambatan gelom bang ultrasonik mengalami penurunan secara linear dan dengan kemiringan yang cukup dari kadar air basah ke kondisi titik jenuh serat. Oi bawah titik jenuh serat, kemiringan kurva meningkat tetapi tetap linear. Baik Sakai et al. (1991) maupun Mishiro (1996) dalam Van Dyk dan Rice (2005) menemukan bahwa gradien
Jumai Teknologi HasH Hutan, Fakultas Kehutanan IP13
Kecepatan Rambatan Gel
kelembaban mempun~ terhadap gelombang rata-rata kadar air penurunan karena terh molekul air (desorpt, menyatakan bahwa I secara drastis dengan sampai titik jenuh Sf variasinya sangat keci]
Pada kadar air rendal dari 18% air yang sebagai air terika merupakan media 4 ultrasonik disebarkan batas selnya. Pada k, tinggi tapi di bawah ti kisaran KA antara I pada batas dinding dalam menghilan! ultrasonik. Setelah ti bebas yang berada d, porositas kayu juga faktor utam a d gelombang ultrasonill peningkatan kecel
E 8000 ... 7000 6000
~
1 j
:.t
¥
:..:
,.......",
5000 4000 3000 2000 1000 0 0
10 20 30
Gambar I. Hubunga rambatan
Jumal Teknologi Hasill
~ecepatan
Rambatan Gelombang
lsonik enam jenis kayu pada
Kem,eas
RasamaJa
45,27 1,00 0,69 5694
48,30 1,05 0,71 4683
23,01 0,86 0,70 5714
27,64 0,90 0,70 5553
14,02 0,86 0,75 6104
14,11 0,81 0,71 6142
0,58 0,82 0,81 6020
1,14 0,88 0,87 5659
~
aupun demikian, pengaruh 'hadap kecepatan rambatan ultrasonik berbeda untuk lwah dan di atas titik jenuh ltan gelombang ultarasonik isi sedikit dengan penurunan ltas titik jenuh serat, tetapi ir di bawah titik jenuh serat :epatan rambatan gelombang ebih besar. Selanjutnya :h Sakai et af. (1991) da/am Rice (2005) pada spesimen :ecepatan rambatan gel om lik mengalami penurunan Ian dengan kemiringan yang far air basah ke kondisi titik )i bawah titik jenuh serat, lrva meningkat tetapi tetap akai et al. (1991) maupun ) da/am Van Dyk dan Rice :mukan bahwa gradien
utan, FakuJtas Kehutanan IP'b
75
Kecepatan Rambatan Gelombang kelembaban mempunyai efek yang sarna terhadap gelombang ultrasonik seperti rata-rata kadar air yang mengalami penurunan karen a terlepasnya ikatan antar molekul air (desorption). Bueur (1995) menyatakan bahwa kecepatan menurun seeara drastis dengan kenaikan kadar air sampai titik jenuh serat dan setelah itu variasinya sangat kecil. Pada kadar air rendah, yaitu KA kurang dari 18% air yang ada di dinding sel sebagai air terikat (bound water) merupakan media dimana gelombang ultrasonik disebarkan oleh dinding sel dan batas selnya. Pada kadar air yang lebih tinggi tapi di bawah titik jenuh serat, yaitu kisaran KA antara 18-30 % penyebaran pada batas dinding sel akan berperan dalam menghilangnya gelombang ultrasonik. Setelah titik jenuh serat, air be bas yang berada dalam rongga sel dan porositas kayu juga berfungsi sebagai faktor utama dalam penyebaran gelombang ultrasonik. Dengan demikian peningkatan keeepatan gelombang
ultrasonik dapat dihubungkan dengan adanya air terikat (bound water) sedangkan pelemahan dihubungkan dengan adanya air bebas ifree water) dalam rongga sel. Pada kasus penelitian yang dilakukan, hasil kecepatan gelombang ultrasonik untuk jenis kayu durian, pinus, kempas dan rasamala yang kada air KO relatif lebih rendah sedikit dibandingkan dengan pada kondisi kering udara diduga disebabkan oteh saat pengukuran keeepatan gelombang sam pel uji dalam pengaruh pengkondisian setelah sam pel dilakukan pengovenan. Seperti disebutkan sebelumnya bahwa selain kadar air, suhu juga berpengaruh terhadap keeepatan rambatan gelombang ultrasonik. Penelitian yang dilakukan James tahun 1961 terhadap jenis kayu Douglas fir terjadi penurunan kecepatan 3-5% pada sampel kayu berkadar air 7% antara suhu pengujian 27°C ke 71°C dan 93°C (Kellog, 1989).
_ _ Sengon ........ Mangium ___ Durian ........ Pinus ___ Rasamala ___ Kempas
BOOO~-----------------------------------------------------------
~
.. 7000 6000 5000 .. 4000
I B
.... -
~
---,.
~
~ 3000 ~ 2000+-------------------------------------------------------------- 1000+-------------------------------------------------------------- O+-~~~~~~_r~~_T~~~~~~~~~~~~~~~~
o
10 20 30 40
liD
60 70 80 90 100 110 120130 140 150 160170 180 190 200 210 220 230240250
Kadar Air (%1
Gambar 1. Hubungan antara perubahan kadar air kayu dengan keeepatan gel om bang rambatan ultrasonik
Jumal Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB
Vol. 18, No.2, 2005
Kecepatan Rambatan Gelombang
Kecepatan Rambatan Gelom
Tabel 2. Rataan keteguhan lentur dinamis dan statis enam jenis kayu pada berbagai kadar air
Sementara itu berdasarka ini, nilai MOE dinami contoh uji rata-rata It dibandingkan nilai rata-l Nilai pengujian secara no
76
Parameter MOEd kg/cm2) MOEs kg/cm2)
Sengon
MORk~cm2)
69060 26343 297,8
MOEd kg/cm 2) MOEs kg/cm 2) MOR kg/cm2)
109674 22377 287,0
MOEd kg/cm 2) MOEs kg/cm2) MORk~cm2)
105739 34647 343,1
MOEd kg/cm2) MOEs kg/cm 2) MOR kg/cm2)
117276 48437 608,1
Jenis ka~u Durian Pinus Mangium Kondisi Basah 127531 246058 155413 68712 56643 75442 498,1 502,6 61fcl,9 Kondisi Titik Jenuh Serat (TJS) 2755752 171228 132442 63355 99663 56705 535,0 494,7 723,5 Kondisi Kering Udara (KU) 160460 332701 191168 66218 57578 110851 592,9 661,8 1I11,8 Kondisi Kering TanurlOven 276261 179542 333887 73596 66371 120308 933,3 791,4 1736,4
Keteguhan lentur dinamis dan statis. Tabel2 menyajikan rataan hasil keteguhan lentur dinamis dan statis, sementara itu Gambar 2 dan 3 menunjukkan kekakuan lentur dinamis (MOE d) statis (MOEs) dan kekakuan lentur statis (MOEs) pada keenam jenis kayu yang semakin meningkat dengan menurunnya kadar air dari kondisi kadar air titik jenuh serat ke kondisi kadar air kering tanur.
Schniewind (1989) menyatakan bahwa di atas kondisi titik jenuh serat (sekitar 28%) kadar air tidak berpengaruh terhadap sifat elastisitas bahan, tetapi penurunan kadar air di bawah nitai TJS menyebabkan modulus elastisitas atau kekakuan kayu meningkat. Modulus Young pada kayu sejajar serat akan meningkat 30% dari kayu pada kondisi TJS ke kayu yang berkadar air 12%. Pada kondisi CU kering udara (14-17%) diperoleh hasil rata-rata MOEd lebih tinggi dibandingkan nilai MOEs. Secara berurutan MOEd kayu sengon, mangium, Vol. 18, No.2, 2005
KemEas
Rasamala
331810 119542 1024,5
237092 120113 985,8
268095 126103 1002,8
281694 118016 942,4
325884 132598 1285,3
312947 97978 1175,3
302766 136889 1365,5
288314 110584 1628,3
durian, pinus, rasamala, kempas Iebih besar 32,77%, 30,12%, 41,27%, 33,32%, 31,31 %, 40,69% dari MOEs. Sementara itu penelitian Bodig dan Jayne (1982) dengan jenis kayu West Coast hemlock, Coast Douglas fir, Inland Douglas fir menghasilkan nilai pengujian dinamis (MOEd) yang lebih tinggi 5-10% daripada nilai pengujian statisnya (MOEs). Penelitian Bucur (1995) pada jenis kayu spruce dan beech menghasilkan nilai pengujian dinamis (MOEd) yang lebih tinggi 10% daripada nilai pengujian statis (MOEs). Penelitian 01iviera et al. (2002) dengan jenis kayu jatoba dan cupuiba menghasilkan nilai pengujian dinamis (MOEd) yang lebih tinggi 20% daripada nitai pengujian statis (MOEs). Selanjutnya Penelitian Karlinasari et al. (2005) dengan jenis kayu aghathis, mangium, manii, meranti, pinus dan sengon menghasilkan nilai pengujian dinamis (MOEd) yang lebih tinggi 50% daripada nilai pengujian statis (MOEs).
Jurnal Teknologi HasH Hutan, Fakultas Kehutanan IPB
-
II8l Kond _ 400
"5
350 ]' 300 g 250 o .... 200 )( :; 150 ~ 100 :IE 50
o
Gambar2. M
160
"E a,
140 120 :;: 100
~ ~
an
a
:Ii
80
60 40 20
o
SI
Gambar 3. IV
Jurnal Teknologi HasH Hw
----.--------------------~~-
--------------,~-.~ . . .~--.-----..
(ecepatan Rambatan Gelombang
Kecepatan Rambatan Gelombang
1m jenis kayu pada berbagai
Sementara itu berdasarkan hasil penelitian ini, nilai MOE dinamis untuk seluruh eontoh uji rata-rata lebih tinggi 35% dibandingkan nilai rata-rata MOE statis. Nilai pengujian secara non destruktif yang
s
Kempas
Rasamala
i8
331810 119542 1024,5
237092 120113 985,8
268095 126103 1002,8
281694 118016 942,4
8
325884 132598 1285,3
312947 97978 1175,3
:7 18 4
302766 136889 1365,5
288314 110584 1628,3
2 ~
77
)
52
3
H
i1
Ll Kondisi Basah
lebih tinggi dibandingkan seeara destruktif adalah karena faktor visko-elastisitas bahan dan adanya pengaruh efek creep pada pengujian seeara defleksi (Bodig dan Jayne, 1982).
mKondisi TJS
IIII Kondisi KU
IIiII Kondisi BKT
======-------~
400
"'ue 350
rbndJ:: __
}g 250 300 L - - - - l l - - - rml ~ 200 L _ _ _--;:;:;
><
:; 150 ~ 100 :Iii 50
o Sengon
Mangium
Durian
Pinus
Rasamala Kempas
Jenis Kayu
s, rasamala, kempas lebih 0, 30,12%, 41,27%, 33,32%, )9% dari MOEs. Sementara 1 Bodig dan Jayne (1982). kayu West Coast hemlock,
ras
Gambar 2. MOEd enam jenis kayu pada berbagai kondisi kadar air
fir, Inland Douglas fir
nilai pengujian dinamis ~ lebih tinggi 5-10% daripada ljian statisnya (MOEs). lcur (1995) pada jenis kayu beech menghasilkan nilai namis (MOEd) yang lebih aripada nilai penguj ian statis elitian Oliviera et al. (2002) kayu jatoba dan cupuiba nilai pengujian dinamis S lebih tinggi 20% daripada n statis (MOEs). Selanjutnya rlinasari et al. (2005) dengan igh ath is, mangium, manii, s dan sengon menghasilkan an dinamis (MOEd) yang 0% daripada nilai pengujian
I
ID Kondisi Basah 1:1 Kondisi T JS II Kondisi KU IZI Kondisi BKT
r
"'-1- - - - - - - - - - - - - - ,
r~ I ~ :A311i11
.no :'Ii
40 20
o
III~ i IIIFIf<j i IIIFII
Mangium
Ourian
Pinus
Rasamaia
Kempas
Janis Kayu
Gambar 3. MOEs enamjenis kayu pada berbagai kondisi kadar air
-{utan, Fakultas Kehutanan IPB
.......
160 140
Jurnal Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB
......
··-Iiiiiiiiiiiiiii
...
~
Vol. 18. No.2, 2005
~
Kecepatan Rambatan Ge\ombang
78
Kecepatan Rambatan Gelombanl
DAFTAR PUSTA. I'i."]Kondisi Basah [DKondisi TJS ElKondisi KU gKondisi BKT
[BS] British Standard (1957: Testing Small Clear Specime BS373: 1957.
2000 1800 1600 Ne 1400 1200 ~ 1000 a. 800 0 ::IE 600 400 200 0
.a,
Bodig J, Jayne BA (1982) .. Wood and Wood Com{ Nostrand Reinhold Company
Sengon
Mangium
Durian
Pinus
Rasamala
Kempas
Janis Kayu
Gambar 4. MOR enam jenis kayu pada berbagai kondisi kadar air Selanjutnya Gambar 4 menunjukkan kekuatan lentur patah (MOR) kayu yang semakin meningkat selnng dengan Inl menurunnya kadar air. Hal menandakan bahwa dengan semakin menurunnya kadar air terutama di bawah TJS kekuatan kayu semakin kuat. Penelitian-penelitian berkaitan dengan kekuatan kayu menyimpulkan bahwa kerapatan, berat jenis dan persentase volume serat merupakan peubah yang memegang peranan sebagai indikator sifat mekanis. Haygreen dan Bowyer (\982) menyatakan bahwa semakin tinggi berat jenis kayu maka semakin banyak zat kayu pada dinding sel yang berarti semakin tebal dinding sel tersebut. Karena kekuatan kayu terletak pada dinding sel, maka semakin tebal dinding sel semakin kuat kayu tersebut.
kecepatan yang paling nyata terjadi dari kondisi titik jenuh serat ke kondisi kering udara
KESIMPULAN
UCAPAN TERIMA KASIH
Kecepatan rambatan gelombang ultrasonik semakin meningkat dengan menurunnya kadar air dari kondisi kadar air basah ke Peningkatan kondisi kering tanur.
Penelitian Inl didanai oleh Hibah Penelitian Program Hibah Kompetisi. A2 Tahun 2005 Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB.
Vol. 18, No.2, 2005
MOEd, MOEs dan MOR keenam enam jenis kayu (sengon,mangium, durian, pinus, kempas dan rasamala) cenderung meningkat dengan menurunnya kadar air terutama dari kondisi titik jenuh serat ke kondisi kering tanur. Pada kondisi CU kering udara (14-17%) diperoleh hasil rata-rata MOEd lebih tinggi dibandingkan nilai MOEs. Secara berurutan MOEd kayu sengon, mangium, durian, pinus, rasamala, kempas lebih besar 32,77%, 30,12%, 41,27%, 33,32%, 31,31%,40,69% dari MOEs. HasH pengujian MOEd (non destruktif) untuk seluruh jenis kayu rata-rata lebih tinggi 35% dari MOEs (destruktif).
Jurnal Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB
Bodig J (2000). The Proc Research for Wood' Composites. Dalam: Pro International Symposl Nondestructive Testing of September 2000. Universil) Hungary, Sopron. Hungary. I
Bucur V (1995) Acousti Institute National de Ie. Agronomigue Centre de Forestieres. Nancy. France. Haygreen JG, Bowyer JL ( Products and Wood Introduction. The Iowa Sta Press, Ames. IOWA.
Karlinasari L, Surjokusumo Nugroho N (2005) Non Testing on six Tropical J Ultrasonic Method Dalam I International Wood ScienCE 28-30 August 2005. Bali. In 109-116 Kellogg RM (1989) Density Dalam: Concise Encyclope, and Wood-Based Materials. Schniewind. Pergamon PI England. Hal: 79-82
Jurnal Teknologi Hasil Hutan, F
Kecepatan Rambatan Gelombang
Kecepatan Rambatan Gelombang
DAFTAR PUSTAKA
[BS] British Standard (1957). Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber. BS373: 1957. Bodig J, Jayne BA (1982). Mechanics of Wood and Wood Composites. Van Nostrand Reinhold Company, New York.
Rasamala
KempaS
,gai kondisi kadar air
yang paling nyata terjadi dari ik jenuh serat ke kondisi kering
IOEs dan MOR keenam enam IU (sengon,mangium, durian, npas dan rasamala) cenderung : dengan menurunnya kadar air iari kondisi titik jenuh serat ke ring tanur.
:lisi CU kering udara (14·17%) hasil rata·rata MOEd lebih landingkan nilai MOEs. Secara MOEd kayu sengon, mangium, linus, rasamala, kempas lebih 77%, 30,12%, 41,27%, 33,32%, .0,69% dad MOEs.
19ujian MOEd (non destruktif) uruh jenis kayu rata·rata lebih 10 dari MOEs (destruktif).
Bodig J (2000). The Process of NDE Research for Wood' and Wood Composites. Dalam: Prosiding: 12lh International Symposium on Nondestructive Testing of Wood. 13-15 September 2000. University of Western Hungary, Sopron. Hungary. Hal: 7-22. Bucur V (\995) Acoustic of wood Institute National de la Recherche Agronomigue Centre de Recherches Forestieres. Nancy, France. Haygreen JG, Bowyer JL (1982). Forest Products and Wood Science An Introduction. The Iowa State University Press, Ames. IOWA. Karlinasari L, Surjokusumo S, Hadi YS, Nugroho N (2005) Non Destructive Testing on six Tropical Woods Usin~ Ultrasonic Method Dalam Prosiding: 6' International Wood Science Symposium. 28-30 August 2005, Bali. Indonesia. Hal: 109-116 Kellogg RM (1989) Density and Porosity. Dalam: Concise Encyclopedia of Wood and Wood-Based Materials. Ed. Arno P. Schniewind. Pergamon Press. Oxford. England. Hal: 79-82
79 Malik SAM, Al-Matterneh HMA, Nurudin MF (2002). Review of Non destructive Testing and Evaluation on Timber, Wood and Wood Products. Dalam Prosiding: The th World Conference on Timber Engineering. 12-15 Agustus 2002. Shah Alam. Malaysia. Hal: 346-353. Oliveira FGR,. de Campos JAO, Sales A (2002) Ultrasonic Measurements in Brazilian Hardwoods. Material Research Journal. Vol. 5 No I: 51-55. Ross RJ, Brashaw BK, Pellerin RF (1998). Nondestructive Evaluation of Wood Forest Products Journal. Vol. 48:1: 14-19. Schniewind AP (1989). Deformation Dalam: Concise Under Load. Encyclopedia of Wood and Wood-Based Materials. Ed. Arno P. Schniewind. Pergamon Press. Oxford. England. Hal: 75-79. Smith WR (1989) Acoustic Properties. Dalam: Concise Encyclopedia of Wood and Wood-Based Materials. Ed. Arno P. Schniewind. Pergamon Press. Oxford. England. Hal: 5-9 Van Dyk H, Rice RW (2005). Ultrasonic Wave Velocity As a Moisture Indicator in Frozen Lumber. Forest Prod. J. 55 (6) : 68 -72
Wang SY, Lin CJ, Chiu CM (2003). Adjusted Dynamic Modulus of Elasticity in Taiwania Plantation Wood. Holzforschung 57: 547-552.
:APAN TERIMA KASIH
Illl didanai oleh Hibah Program Hibah Kompetisi A2 005 Departemen Hasil Hutan, Kehutanan IPB.
I
I
lasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB
Jurnal Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB
Vol. 18, No.2, 2005
