PENGEMBANGAN PEMILAHAN BAMBU UTUH MENGGUNAKAN METODE DEFLEKSI DAN KECEPATAN GELOMBANG BUNYI ULTRASONIK UNTUK JENIS BAMBU HITAM (Gigantochloa atroviolaceae) DAN BAMBU TALI (Gigantochloa apus)
INDAH PRATIWI HUTASUHUT
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul PEMILAHAN BAMBU UTUH MENGGUNAKAN METODE DEFLEKSI DAN KECEPATAN GELOMBANG BUNYI ULTRASONIK UNTUK JENIS BAMBU HITAM (Gigantochloa atroviolaceae) DAN BAMBU TALI (Gigantochloa apus) adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Maret 2016 Indah Pratiwi Hutasuhut NIM E24110037
*Pelimpahan hak cipta atas karya tulis dari penelitian kerja sama dengan pihak luar IPB harus didasarkan pada perjanjian kerja sama yang terkait.
ABSTRAK INDAH PRATIWI HUTASUHUT. Pengembangan Pemilahan Bambu Utuh Berdasarkan Metode Defleksi dan Kecepatan Gelombang Bunyi Ultrasonik untuk Jenis Bambu Hitam (Gigantochloa atroviolaceae dan Bambu Tali (Gigantochloa apus). Dibimbing oleh NARESWORO NUGROHO dan LINA KARLINASARI. Bambu adalah salah satu jenis tanaman yang dapat digunakan sebagai bahan baku pengganti kayu. Bambu mempunyai masa panen yang pendek yaitu hanya 3 sampai 5 tahun, potensinya cukup besar dibeberapa daerah dan bersifat renewable resources serta sangat sesuai dengan kebutuhan industri. Pemilahan bambu dilakukan untuk mengevaluasi sifat mekanis bambu utuh. Pemilahan didasarkan pada penentuan sifat mekanis modulus elastisitas (MOE) melalui dua cara yaitu destruktif dan non destruktif. Cara destruktif dilakukan hingga merusak bambu berdasarkan pengujian lentur statis menggunakan UTM (Universal testing machine) untuk menentukan MOEs. Cara non destruktif dilakukan tanpa merusak bambu dan tanpa mengurangi atau menghilangkan fungsi akhir dari bambu tersebut menggunakan mesin pemilah „Panter‟ yang berbasis pengujian defleksi (MOEp) dan alat „SylvatestDuo®‟ berbasis gelombang bunyi ultrasonic (MOEus). Jenis bambu yang dipakai adalah bambu hitam (Gigantochloa atroviolaceae) dan bambu tali (Gigantochloa apus). Hasil penelitian menunjukkan bambu hitam memiliki karakteristik dinding pembuluh, kerapatan, kadar air, dan MOE yang lebih besar dibandingkan bambu tali. Pemilahan bambu menggunakan metode gelombang ultrasonik memiliki nilai MOEus ± 5 kali lebih besar daripada pemilahan defleksi MOEp dan ± 4 kali lebih besar dibandingkan pengujian statis (MOEs) baik pada bambu hitam maupun bambu tali. Sementara itu, pada pengujian metode defleski MOEs ± 1.0-1.44 kali lebih besar dibandingkan pengujian MOEp. Kata kunci: bambu hitam, bambu tali, MOE, ultrasonik, pemilahan. ABSTRACT INDAH PRATIWI HUTASUHUT. Development of Grading System on Culm of Hitam Bamboo (Gigantochloa atroviolaceae) and Tali Bamboo (Gigantochloa apus) Based on Deflection and Ultrasonic Wave Velocity Methods. Supervised by NARESWORO NUGROHO and LINA KARLINASARI. Bamboo is a raw material used as wood substitute. Bamboo has a short harvest period is only 3 to 5 years. Its potential is quite large and known as renewable resources which can fulfill industry needed related to raw material. Bamboo grading was carried out to evaluate the mechanical ptalirties of the culm bamboo in determining the mechanical ptalirties of modulus of elasticity (MOE) based on destructive and non-destructive testing. Destructive testing was carried out using UTM (Universal testing machine) to determine static bending of MOEs. Meanwhile, nondestructive testing were conducted based on deflection method
using grading machine “Panter” to determine MOEp and ultrasonic based method using “SylvatestDuo®” for determining MOEus. Bamboos known as hitam bamboo (Gigantochloa atroviolaceae) and tali bamboo (Gigantochloa lear) were used in this study. The results showed that hitam bamboo had thickness wall characteristics, density, moisture content, as well as MOE larger than tali bamboo. Sorting bamboo using ultrasonic waves method revealed that MOEus was about 5 times higher than sorting based on deflection method of MOEp, and about 4 times larger than that static testing (MOES) for both hitam bamboo and tali bamboo. In addition, the deflection method testing of MOEs was about 1.0-1.44 times greater than MOEp testing. Key words: grading, hitam bamboo, MOE, tali bamboo, ultrasonic.
PENGEMBANGAN PEMILAHAN BAMBU UTUH BERDASARKAN METODE DEFLEKSI DAN KECEPATAN GELOMBANG BUNYI ULTRASONIK UNTUK JENIS BAMBU HITAM (Gigantochloa atroviolaceae) DAN BAMBU TALI (Gigantochloa apus)
INDAH PRATIWI HUTASUHUT
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan pada Departemen Teknologi Hasil Hutan
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2016
Judul Skripsi :Pengembangan Pemilahan Bambu Utuh Berdasarkan Metode Defleksi dan Kecepatan Gelombang Bunyi Ultrasonik untuk Jenis
( Gigantochloa atroviolaceae) ( Gigantochloa apus)
Bambu Hitam Nama
:Indah Pratiwi Hutasuhut
NIM
:E24110037
Disetujui oleh
Dr Ir Naresworo Nugroho,MS Pembimbing I
Tanggal Lulus:
. 0 B MAR 2016
dan Bambu Tali
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2015 ini ialah pengembangan pemilahan bambu utuh menggunakan metode defleksi dan kecepatan gelombang bunyi ultrasonik untuk jenis bambu hitam (Gigantochloa atroviolaceae) dan bambu tali (Gigantochloa apus). Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Nareswowo Nugroho, Ms dan Ibu Lina Karlinasari, Shut Msc FTrop selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran dan masukan selama proses penelitian. Ucapan terimakasih juga saya sampaikan kepada bapak Dr Ir Tutut Suminarto, MSi sebagai penguji pada sidang akhir saya. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada bapak, mama, kakak dan adik-adik. Tidak lupa saya ucapkan banyak terimakasih kepada laboran rekayasa desain bangunan kayu yang sudah membantu saya mulai awal penelitian sampai akhir dan terimakasih pada rekan penelitian serta teman sebimbingan yang sudah membantu dalam penelitian ini dan ucapan terimakasih juga saya sampaikan kepada rekan-rekan keluarga besar IMATAPSEL Bogor khusus nya angkatan 48 dan keluarga besar Teknologi Hasil Hutan angkatan 48 atas segala doa, dukungan, dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2016 Indah Pratiwi Hutasuhut
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
2
Bahan
2
Alat
2
Proses Penelitian
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
7
Hasil
7
Pembahasan
7
SIMPULAN DAN SARAN
14
Simpulan
14
Saran
14
DAFTAR PUSTAKA
15
LAMPIRAN
16
RIWAYAT HIDUP
18
DAFTAR TABEL 1. 2. 3. 4.
Karateristik bambu hitam dan bambu tali Karakteristik diameter dan tebal dinding bambu Kadar air dan kerapatan bambu hitam dan bambu tali Perbandingan modulus elastisitas bambu hitam dan bambu tali
6 6 7 12
DAFTAR GAMBAR 1. Kegiatan pemilahan menggunakan mesin pemilah kayu panter (a), dudukan bambu ditengah bentang (b), model dudukan bambu (c) 2. Pengujian kecepatan gelombang bunyi ultrasonik 3. Pengujian Statis 4. Pengujian fisis bambu 5. MOEp bambu hitam dan bambu tali 6. Kecepatan rambat bunyi ultrasonik bambu hitam 7. Energi rambat gelombang bunyi bambu hitam 8. Kecepatan rambat bunyi ultrasonik bambu tali 9. Energi rambat gelombang bunyi bambu tali 10. MOEus bambu hitam 11. MOEus bambu tali 12. MOEs bambu hitam dan bambu tali 13. MOR bambu hitam dan bambu tali
3 4 5 5 8 9 9 10 10 11 11 12 14
DAFTAR LAMPIRAN 1. Karakteristik bambu utuh 2. MOE hasil pengujian bambu utuh menggunakan mesin pemilah
16
'Panter'
16
ultrasonik 'SylvatestDuo'
17
pembebanan two point loading
17
3. MOE hasil pengujian bambu utuh menggunakan alat NDT 4. MOE dan MOR pengujian bambu utuh menggunakan UTM dengan
PENDAHULUAN
Latar Belakang Bambu merupakan sumber daya alam yang dapat digunakan sebagai sumber bahan baku pengganti kayu. Beberapa kelebihan bambu ialah pertumbuhannya cepat dan mudah dibentuk (Dransfield dan Widjaja 1995). Penggunaan bahan baku yang sesuai dengan sifat dasarnya, yaitu sifat anatomi, fisis, dan mekanis akan memberi manfaat yang lebih besar sehingga penggunaan bahan baku akan menjadi lebih efisien dan efektif. Beberapa penelitian sifat-sifat dasar bambu untuk rekayasa bangunan telah banyak dilakukan, antara lain oleh Lestari (1994) dan Nuryatin (2000). Pemanfaatan bambu untuk bahan konstruksi biasanya dalam bentuk bambu utuh (culm bamboo). Terdapat berbagai jenis bambu yang bisa dijadikan sebagai bahan baku konstruksi. Kegiatan pemilihan atau pemilahan merupakan usaha untuk memilih bambu yang dapat dilakukan secara langsung dengan melihat visual fisik bambu yang terdiri dari ada tidaknya retak pada bambu, kondisi ruas dan buku serta warna bambu. Selain secara visual, pemilahan juga dapat dilakukan dengan pemilahan berdasarkan defleksi dan kecepatan gelombang bunyi ultrasonik. Menurut Widjaja (1990) di Indonesia ada sekitar 70 jenis bambu yang tersebar luas baik berupa bambu budidaya maupun bambu yang berasal dari tanaman liar. Tercatat 32 jenis bambu yang penempatannya sudah teridentifikasi diantaranya 10 jenis adalah bambu yang belum diketahui namanya (Alrasyid 1990). Banyak jenis bambu yang bisa digunakan untuk konstruksi bahan bangunan seperti bambu hitam (Gigantochloa atriviolaceae) dan bambu tali (Gigantochloa apus). Bambu tali banyak dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan perkakas rumah tangga, atap, dinding rumah, anyaman, dan alat musik tradisional (Dransfield dan Widjaja 1995). Sedangkan bambu hitam sering dimanfaatkan sebagai bahan membuat alat musik, bahan kerajinan tangan, perangkat rumah dari bambu, dan furniture ( Widjaja et.al 2004). Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk melakukan pemilahan bambu melalui evaluasi sifat mekanis lentur bambu utuh untuk jenis bambu tali dan bambu hitam berdasarkan metode defleksi dan kecepatan gelombang bunyi ultrasonik. Manfaat Penelitian Memberikan informasi ilmiah mengenai kegiatan pemilahan pada bambu utuh menggunakan metode defleksi dan kecepatan gelombang bunyi ultrasonik.
2 METODE
Tempat dan Waktu Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei hingga Juni kemudian dilanjutkan kembali pada bulan Agustus hingga Oktober 2015 di Laboratorium Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. Alat dan Bahan Bahan yang digunakan adalah bambu hitam (Gigantochloa atroviolaceae) dan bambu tali (Gigantochloa apus) berumur 5 tahun yang berasal dari daerah Ciawi, Jawa Barat. Jumlah masing-masing bambu utuh pada pengujian ini adalah 10 buah dengan panjang bambu 600 cm. Bambu yang digunakan dalam kondisi baik dan tidak bengkok. Alat uji yang digunakan adalah Mesin pemilah kayubambu „Panter‟, alat uji kecepatan ultrasonik merek „SylvatestDuo‟, universal testing machine (UTM) merek „Baldwin‟ dengan kapasistas 30 ton, dudukan bambu, tali, alat ukur dinamis, timbangan, dan alat tulis. Prosedur Penelitian Pengukuran karakteristik bambu Karakteristik bambu yang diamati adalah panjang bambu, jumlah buku, jarak antar buku, diameter dalam bambu (d), diameter luar bambu (D), dan tebal dinding bambu (t). Tebal dinding bambu diperoleh dari selisih diameter luar dan diameter dalam bambu. Pemilahan bambu berdasarkan metode defleksi Pemilahan bambu berdasarkan metode defleksi menggunakan mesin pemilah kayu - bambu „Panter‟. Pengujian dilakukan dengan menempatkan bambu utuh sepanjang 600 cm diatas mesin pemilah. Panjang bentang yang digunakan adalah 230 cm. Pada kedua ujung bentang mesin pemilah diletakkan dudukan bambu dengan tujuan agar bambu dalam kondisi stabil tidak jatuh pada saat pengujian pemberian beban. Pada bagian tengah bentang bambu, diletakkan dudukan bambu berbentuk persegi dengan bagian ujung-ujungnya berbentuk setengah lingkaran diatas bambu yang diikatkan pada bambu agar pada saat pembebanan dilakukan beban yang diletakkan tidak jatuh. Pengujian dilakukan dengan pemberian beban bertahap dan pembacaan defleksi yang timbul pada pita „Panter‟ akibat pembebanan beban tersebut. Pembebanan dilakukan dengan pembebanan tunggal ditengah bentang (OPL, one point loading). Beban yang diberikan adalah 5 kg dan 10 kg. Parameter hasil pemilahan berupa nilai modulus elastisitas bambu yang dihitung berdasarkan persamaan: =
3 dimana MOEp adalah modulus elastisitas panter (kg/cm2), P adalah beban (kg), L adalah jarak sangga antar tumpuan (cm), y adalah defleksi pada mistar „Panter‟ (cm), D adalah diameter luar bambu dan d adalah nilai diameter dalam bambu. Pada nilai defleksi sebenarnya (y), nilai yang terbaca pada pita „Panter‟ terlebih dahulu dibagikan dengan faktor kalibrasi. Pada pengujian ini faktor kalibrasi yang digunakan sebesar 50.901 kg/cm2 berdasarkan kalibrasi menggunakan deflektometer.
(a)
(b)
(c)
Gambar 1 Kegiatan pemilahan menggunakan mesin pemilah kayu panter (a), dudukan bambu ditengah bentang (b), model dudukan bambu (c) Pemilahan berdasarkan metode kecepatan gelombang bunyi ultrasonik Pemilahan bambu utuh dengan metode gelombang bunyi ultrasonik dilakukan pada berbagai panjang bambu. Pengukuran kecepatan gelombang ultrasonik pada panjang 500 cm, 350 cm, dan 250 cm. Pengujian dilakukan pada permukaan bambu dengan menempatkan 2 buah transduser dari alat „SylvatestDuo‟ pada posisi 45o saling berhadapan sepanjang pengukuran bambu. Kecepatan gelombang bunyi dibangkitkan dengan menyalakan alat. Satu buah transduser berfungsi sebagai pembangkit gelombang dan satu transduser lainnya sebagai penerima gelombang bunyi. Pengujian untuk setiap panjang bambu dilakukan pada titik pengujian buku-buku, ruas-buku, dan ruas-
4 ruas. Nilai yang diperoleh dari pengujian berupa kecepatan gelombang bunyi (V). Kecepatan gelombang bunyi digunakan untuk menentukan modulus elastisitas bambu dengan persamaan: = dimana MOEus adalah modulus elastisitas gelombang ultrasonik (kg/cm2), ρ adalah kerapatan bambu (g/cm3), adalah kecepatan rambat gelombang ultrasonik (m/det) dan g adalah percepatan gravitasi bumi (9.8 m/det). < 45O
Gambar 2 Pengujian kecepatan gelombang bunyi ultrasonik Modulus elastisitas statis Modulus elastisitas statis (MOEs) merupakan nilai sebenarnya dari kekuatan bambu utuh yang di uji menggunakan UTM. Pengujian modulus elastisitas dilanjutkan hingga contoh uji rusak untuk mendapatkan nilai kekuatan bambu utuh. Pengujian dilakukan secara destruktif, untuk panjang contoh uji 250 cm. Pengujian ini dilakukan dengan pembebanan dua titik atau two point loading (TPL). Nilai MOEs dan modulus of repture (MOR) atau modulus patah bambu utuh dihitung dengan persamaan yang mengacu pada ISO 22157-1 sebagai berikut. MOEs =
=
[
]
MOR = dimana MOEs adalah modulus elastisitas statis (kg/cm2), MOR adalah modulus patah (kg/cm2), L adalah jarak sangga (cm), F adalah perubahan beban dibawah batas proporsi (kg), adalah beban maksimum (kg), σ adalah defleksi (mm), D adalah diameter luar (cm), t merupakan tebal dinding bambu (cm) dan merupakan momen inersia bambu.
5
Beban
0.5 P
0.5 P
80cm
90-100 cm
80cm
L Gambar 3 Pengujian Statis
Pengujian sifat fisis bambu utuh Pengujian sifat fisis terdiri atas nilai kadar air dan kerapatan bambu. Contoh uji yang digunakan adalah pada bagian buku dan ruas bambu. Pengujian dengan 3 kali pengulangan untuk tiap contoh uji. Ukuran contoh uji adalah 3 cm x 2 cm x tebal bambu. Kadar air ditentukan dengan metode gravimetri, sedangkan kerapatan bambu dihitung berdasarkan berat bambu kering udara dibagi dengan volume kering udara . Kadar air dan kerapatan diperoleh dengan persamaan: KA (%) =
x 100
Kerapatan (ρ) = dimana KA adalah kadar air (%), BA adalah berat awal (g), dan BKT adalah berat kering tanur (g). BKU adalah berat kering udara (g) dan VKU adalah volume kering udara (cm3).
Gambar 4 Pengujian fisis bambu
6 HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik bambu hitam dan bambu tali Tabel 1 menyajikan hasil penelitian banyaknya buku sepanjang contoh uji 600 cm pada bambu hitam dan bambu tali yaitu masing-masing 14 dan 11 buku sehingga dalam 100 cm jumlah buku untuk bambu hitam adalah 2.3 buku sedangkan pada bambu tali sebanyak 1.8 buku. Jarak antar buku untuk bambu hitam 41 cm dan bambu tali 64 cm. Tabel 1 Karateristik bambu hitam dan bambu tali Keterangan
Bambu hitam
Bambu tali
Jumlah Bambu
10
10
Panjang Bambu (cm)
600
600
Jumlah buku
14
11
Jarak antar buku (cm)
41
64
Hasil penelitian menunjukkan jumlah buku pada bambu hitam lebih banyak dibandingkan bambu tali. Sementara dilihat dari jarak antar buku, bambu tali memiliki jarak antar buku yang lebih panjang (64 cm) daripada bambu hitam (41 cm). Morisco (1999) menyebutkan bahwa panjang ruas bambu hitam 40-50 cm. Tabel 2 Karakteristik diameter dan tebal dinding bambu Jenis Bambu
Bambu Hitam Bambu Tali
Luar (L) 5.839 5.161
Diameter (cm) Dalam Rasio (D) (L:D) 3.607 1.62 3.551 1.45
Tebal dinding (cm) Pangkal (P) Ujung Rasio (U) (P:U) 1.672 0.612 2.73 1.209 0.409 2.95
Pada Tabel 2 disajikan perbedaan diameter dan tebal bambu bambu hitam dan tali. Diameter bambu hitam lebih besar pada bagian luar dan dalam masingmasing sebesar 5.839 cm dan 3.607 cm, sedangkan bambu tali 5.161 cm dan 3.551 cm. Rasio antara diameter luar dan dalam pada bambu hitam dan bambu tali masing-masing sebesar 1.62 cm dan 1.45 cm. Pada umumnya besar diameter bambu hitam adalah 5-10 cm (Morisco 1999) sedangkan bambu tali memiliki diameter 4-13 cm (Dransfield dan Widjaja 1995), besar atau kecilnya diameter tergantung pada kesuburan tanah. Ukuran tebal pada bagian pangkal mencapai 2 kali lebih besar dibandingkan bagian ujung bambu. Tebal bambu hitam dan tali pada bagian pangkal dan ujung tebalnya adalah 1.672 cm, 0.612 cm dan 1.209 cm, 0.409 cm.
7 Haygreen dan Bower (1989) menyatakan bahwa sifat fisis yang terpenting adalah kadar air, kerapatan dan berat jenis. Pada Tabel 3 disajikan sifat fisis kadar air dan kerapatan bambu hitam dan bambu tali. Tabel 3 Kadar air dan kerapatan bambu hitam dan bambu tali Jenis Bambu Bambu hitam
Bambu tali
Bagian Ruas Buku Rata-rata Ruas Buku Rata-rata
Kadar air (%) 16.67 12.47 14.57 23.74 11.68 17.71
Rata-rata kerapatan (g/cm3) 0.53 0.54 0.52 ( ± 0.007) 0.63 0.68 0.65 (±0.004)
Kadar air bagian buku lebih kecil dibandingkan bagian ruas baik pada bambu hitam maupun bambu tali. Rushandian (2004) menyatakan kadar air bagian buku bambu memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan bagian ruasnya. Dilihat dari panjang permukaan bambu bagian ruas memiliki permukaan yang lebih panjang dibandingkan pada bagian buku hal ini diduga menjadikan kondisi penyerapaan air pada bagian ruas lebih besar daripada bagian bukunya. Nilai kadar air pada bambu hitam bagian ruas dan buku masing-masing 16.67% dan 12.47%, sedangkan pada bambu tali untuk bagian ruas dan bukunya masingmasing nilai sebesar 23.74% dan 11.68%. Tabel 3 menunjukkan rata-rata kerapatan bambu hitam dan bambu tali masing-masing sebesar 0.52 g/cm3 dan 0.65 g/cm3. Kerapatan bambu bagian buku lebih besar dibandingkan bagian ruas baik pada bambu hitam maupun bambu tali. Hal ini diduga pada bagian buku jumlah serabut yang mengisi buku bambu lebih banyak dibandingkan dengan ruas bambu. Sulthoni (1989) menyatakan bahwa serabut bambu dicirikan oleh sklerenkim yang berdinding tebal, panjang dan mati. Jika serabut berdinding tebal dan berongga kecil maka berat jenis atau kerapatan akan tinggi. Selain itu nilai kerapatan pada bambu menurut Lestari (2004) dipengaruhi oleh panjang serabut dan tebal dinding serabut. Semakin besar panjang serabut dan tebal dinding maka nilai kerapatan semakin tinggi. Penelitian ini sedikit berbeda, tebal dinding bambu tali lebih kecil dibandingkan bambu hitam, tetapi kerapatan bambu tali lebih besar dibandingkan bambu hitam. Hal ini kemungkinan berpengaruh pada panjang serabut bambu yang lebih dominan. Penelitian Haris (2008) melaporkan bahwa besar kerapatan bambu tali, andong, dan betung masing-masing sebesar 0.71 g/cm3, 0.75 g/cm3, dan 0.86 g/cm2. Pemilahan bambu berdasarkan metode defleksi Kekakuan lentur (MOE) merupakan ukuran kemampuan suatu bahan dalam menahan lentur tanpa terjadi perubahan bentuk yang tetap. Nilai tersebut digunakan untuk menentukan sifat kekakuan bambu. Pemilahan berdasarkan metode defleksi pada alat Mesin Pemilah Kayu-Bambu „Panter‟. Gambar 5
8 menunjukkan rata-rata MOEp untuk bambu hitam dan bambu tali masing-masing sebesar 44579 kg/cm2 (standar deviasi, SD ± 20982/cm2) dan 41454 kg/cm2 (SD± 20978 kg/cm2). Pada pengujian defleksi statis, hasil penelitian Bahtiar (2015) untuk bambu tali menunjukkan rata-rata MOE sebesar 38766 kg/cm2. Pengujian dilakukan secara pembebanan tunggal sama dengan penelitian yang dilakukan dengan mesin Panter. MOEp (kg/cm2)
48000 46000
44576 41454
44000 42000 40000 38000 36000 Bambu hitam
Bambu tali
Gambar 5 MOEp bambu hitam dan bambu tali Pemilahan berdasarkan metode kecepatan gelombang bunyi ultrasonik Gambar 6 dan 7 menunjukkan kecepatan rambatan gelombang bunyi dan energi rambatan pada bambu hitam dan untuk bambu tali pada Gambar 8 dan 9. Kecepatan gelombang ultrasonik akan semakin meningkat seiring berkurangnya dimensi panjang bambu yang dipakai pada pengujian. Hal ini berkaitan dengan panjangnya wilayah yang harus dijangkau oleh gelombang termasuk pengaruh hambatan internal yang dijumpai ketika gelombang merambat didalam bambu dengan kata lain intensitas gelombang ultrasonik akan berkurang terhadap jarak yang ditempuh (Karlinasari 2006). Gambar 6 dan 8 menunjukkan kecepatan ratarata tertinggi bambu hitam dan tali pada jarak 250 cm dengan masing-masing nilai sebesar 6563 m/det dan 7208 m/det. Pada pengujian ini kecepatan tertinggi dihasilkan dari penempatan titik transduser buku-buku baik pada jenis bambu hitam maupun bambu tali. Jarak antara buku-buku lebih pendek dibandingkan antara ruas-ruas dan ruas-buku. Selain kecepatan, gelombang ultrasonik juga memerlukan energi untuk merambatkan gelombangnya pada permukaan bahan. Energi yang dimaksud merupakan kemampuan gelombang dalam menembus medium yang berkaitan dengan adanya gangguan yang menyebabkan kelemahan gelombang akustik (Karlinasari 2007). Energi tertinggi pada panjang 250 cm pada penempatan transduser ruas-ruas baik pada bambu hitam maupun bambu tali (Gambar 7 dan 9). Hal ini diduga karena besarnya energi berpengaruh pada panjangnya contoh uji. Semakin panjang jarak yang akan ditempuh gelombang bunyi maka energi yang dihasilkan akan semakin besar.
Energi (m/v) 4000
3500
4100 4031 4028
ruas-buku buku-buku
4300 Bambu hitam Bambu hitam
500cm 350cm 250cm
Bambu hitam Bambu hitam Bambu hitam
500cm 350cm 250cm
Gambar 7 Energi rambat gelombang bunyi bambu hitam 4171
4134
ruas-buku
Bambu hitam
buku-buku
4156
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
6316
6116
6051
6563
6761
6612
6900
ruas-ruas
4225
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
6500
6332
6103
5994
5964
5500 ruas-ruas
5700 5995
5900
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
6700
rata-rata
4014
ruas-ruas
4039
4200
rata-rata
3915
3600
buku-buku
3700 3917
3800
ruas-buku
3900 3913
5888
6300
ruas-ruas
ruas-ruas
6100
3916
V (m/det)
9
Gambar 6 Kecepatan rambat bunyi ultrasonik bambu hitam
5505
5643
5522
ruas-buku
buku-buku
rata-rata
5500
5417
5729
5891
6000
5726
6500
5569
V (m/det)
7000
7208
7584
7500
7142
6898
10
5000
Bambu tali
Bambu tali
Bambu tali
500cm
350cm
250cm
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
ruas-ruas
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
4500
4200
4220 rata-rata
3922 rata-rata
buku-buku
3905
3933 ruas-ruas
buku-buku
3929 rata-rata
3929
3917 buku-buku
ruas-buku
3921
4000
ruas-buku
4100
3950
Energti (m/v)
4200
4190
4300
ruas-buku
4272
Gambar 8 Kecepatan rambat bunyi ultrasonik bambu tali
3900 3800 ruas-ruas
ruas-ruas
3700
Bambu tali
Bambu tali
Bambu tali
500cm
350cm
250cm
Gambar 9 Energi rambat gelombang bunyi bambu tali Modulus elastisitas gelombang bunyi ultrasonik dapat dihitung berdasarkan nilai kecepatan dan kerapatan masing-masing bambu. Pada Gambar 10 dan 11 menunjukkan kekakuan lentur gelombang bunyi ultrasonik. Kekakuan lentur bambu hitam lebih besar dibandingkan dengan bambu tali. Pada penelitian ini besarnya nilai kekakuan lentur kecepatan gelombang bunyi ultrasonik diduga dipengaruhi panjang dimensi dan kerapatan bambu. MOEus tertinggi pada bambu hitam maupun bambu tali adalah pada panjang contoh uji sepanjang 250 cm masing-masing sebesar 262068 kg/cm2 dan 210905 kg/cm2. Hal ini diduga semakin pendek contoh uji maka akan semakin besar nilai kekakuannya karena kekakuan bambu dipengaruhi juga dari nilai kecepatan rambat gelombang bunyi ultrasonik. Energi yang dihasilkan dari kecepatan rambat gelombang bunyi
11 ultrasonik juga mempengaruhi kekakuan bambu. Pada pengujian kecepatan gelombang bunyi ultrasonik nilai MOEus terbesar terdapat pada bagian bukubuku baik pada bambu hitam maupun bambu tali. Hal ini terkait dengan jarak penempatan transduser buku-buku lebih pendek dibandingakan ruas-ruas dan ruas buku. Semakin pendek jarak titik pengeboran diduga semakin cepat gelombang bunyi ultrasonik merambat dan MOEus juga semakin besar. MOEus (x 103 kg/cm2 )
350 300 250
226
241 244 237 239 250
284 289 286 286
270 244
200 150 100
500cm
350cm
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
50
250cm
Gambar 10 MOEus bambu hitam
MOEus (x 103 kg/cm2 )
350
321
300
262
288
283
250 200
190 179 169 179
159 166 170 165
150 100
500cm
350cm
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
rata-rata
buku-buku
ruas-buku
ruas-ruas
50
250cm
Gambar 11 MOEus bambu tali
Pengujian modulus elastisitas statis dan kekuatan lentur patah Modulus elastisitas statis (MOEs) merupakan ukuran kemampuan suatu bahan dalam menahan lentur tanpa terjadi perubahan bentuk tetap yang diuji menggunakan alat uji statis. Nilai tersebut digunakan untuk menentukan sifat kekakuan bambu.
12 80000
64486
70000
MOEs (kg/cm2)
60000
42614
50000 40000 30000 20000 10000 0 Bambu hitam
Bambu tali
Gambar 12 MOEs bambu hitam dan bambu tali Gambar 12 menunjukkan kekakuan lentur statis pada bambu hitam lebih besar dibandingkan bambu tali. Nilai kekakuan lentur statis bambu hitam maupun bambu tali masing-masing sebesar 64486 kg/cm2 dan 42614 kg/cm2. Penelitian Haris (2008) untuk penentuan sifat mekanis bambu menggunakan metode yang sama yaitu ISO 22157-1: 2004 menghasilkan nilai MOEs bambu tali sebesar 234631 kg/cm2 hasil yang sangat berbeda pada penelitian ini. Penelitian Haris (2008) menggunakan panjang contoh uji 900 cm sedangkan pada penelitian ini menggunakan panjang 250 cm. Pada penelitian Bahtiar (2015) nilai MOEs bambu tali yang dihasilkan sebesar 38766 kg/cm2 hanya saja pengujiannya dilakukan menggunakan beban one point loading. Titik pembebanan yang berbeda antar ruas dan buku bisa menjadi alasan mengapa nilai MOEs berbeda. Diduga panjang dan banyak buku bisa mempengaruhi nilai tersebut. Sifat mekanis bambu tali tanpa buku lebih besar dibandingkan bambu tali dengan bukunya (Haris 2008). Hal ini diduga pada penelitian ini pengujian pembebanan lebih banyak pada bagian buku sehingga nilai MOE bambu tali lebih kecil dibandingkan bambu hitam. Nilai perbandingan antara MOEp (Modulus of Elasticity panter), MOEus (Modulus of Elasticity ultrasonic), MOEs (Modulus of Elasticity statis) Nilai perbandingan antara modulus elastisitas defleksi „Panter‟, modulus elastisitas kecepatan gelombang bunyi ultrasonik dan modulus elastisitas statis pada bambu hitam dan bambu tali ditunjukkan pada Tabel 4. Tabel 4 Perbandingan modulus elastisitas bambu hitam dan bambu tali Jenis Bambu
MOEp (kg/cm2)
MOEus(kg/cm2)
MOEs (kg/cm2)
Bambu hitam
44576
262028
64486
Bambu tali
41454
210905
42614
13 MOE metode kecepatan gelombang bunyi ultrasonik (MOEus) memiliki nilai lebih besar dibandingkan pada nilai MOEp dan MOEs baik pada bambu hitam maupun bambu tali. Pemilahan bambu menggunakan metode gelombang ultrasonik memiliki nilai MOEus ± 5 kali lebih besar daripada pemilahan defleksi (MOEp) dan ± 4 kali lebih besar dibandingkan pengujian statis (MOEs) baik pada bambu hitam maupun bambu tali. Sementara itu, MOEs defleksi statis menggunakan UTM ± 1.0-1.44 kali lebih besar dibandingkan pengujian menggunakan mesin pemilah „Panter‟ (MOEp). Metode defleksi MOEp memiliki nilai terkecil dibandingkan nilai MOEs pada bambu hitam maupun bambu tali. Nilai MOEp dan MOEs pada bambu hitam masing-masing sebesar 44576 kg/cm2 dan 64486 kg/cm2. Sedangkan pada bambu tali nilai MOEp dan MOEs sebesar 41454 kg/cm2 dan 42614 kg/cm2. Nilai MOEus yang tinggi terkait sifat viskoselastis yang proporsional terhadap kecepatan dan kerapatan bambu (Karlinasari 2007). Adanya perbedaan nilai antara MOEp dan MOEs yang keduanya diuji berdasarkan metode defleksi diduga karena perbedaan mekanisme laju pembebanan alat juga diduga disebabkan faktor pembebanan yang dilakukan. Pengujian menggunakan “Panter” (MOEp) dilakukan pembebaban secara one point loading, sedangkan pada pengujian statis MOEs dilakukan pembebanan secara two point loading. Pada mesin Panter pembebanan dilakukan di titik tengah bentang sementara pada UTM Baldwin pembebanan dilakukan pada dua titik pembebanan. Handrian (2007) menyatakan bahwa perbedaan tersebut akibat defleksi (lenturan) yang terjadi. Pada pengujian MOEs dua titik pembebanan defleksi total dipengaruhi oleh defleksi akibat momen lentur dan defleksi akibat pengaruh gaya geser. Gaya geser pada dua titik pembebanan hanya terjadi pada bentang diantara tumpuan dan beban dikedua sisinya, sedangkan pembebanan ditengah beban gaya geser terjadi di sepanjang bentang. Hal ini diduga gaya geser memberikan sumbangan defleksi yang lebih besar pada pembebanan ditengah bentang dibandingkan pembebanan dua titik. Selain itu, panjang contoh uji juga sangat mempengaruhi nilai modulus elastisitas bambu. Panjang contoh uji pada pengujian MOEp adalah 600 cm sedangkan MOEs adalah 250 cm. Tegangan pada batas patah Tegangan pada batas batah (MOR) merupakan ukuran kekuatan suatu bahan pada saat menerima beban maksimum yang menyebabkan terjadinya kerusakan. Pembebanan yang terus menerus pada pengujian MOR maka bambu akan mengalami kerusakan. Kekuatan lentur bambu tertinggi adalah bambu hitam dengan MOR sebesar 1054 kg/cm2 dibandingkan bambu tali (660 kg/cm2). (Gambar 13).
14 1200
1054
MOR (kg/cm2)
1000 660
800 600 400 200 Bambu hitam
Bambu tali
Gambar 13 MOR bambu hitam dan bambu tali Haris (2008) menyatakan bahwa besarnya nilai MOR bambu tali adalah 768 kg/cm2. Jika dibandingkan dengan MOR pada penelitian ini nilainya tidak jauh berbeda, karena pengujian pada pembebanan yang dilakukan sama yaitu two point loading dan menggunakan formula yang mengacu pada ISO 22157-1: 2004. Hasil penelitian yang dilakukan Bahtiar (2015) menyebutkan MOR dari pengujian one point loading bambu tali sebesar 778 kg/cm2. SIMPULAN dan SARAN Simpulan Karakteristik bambu hitam memiliki jumlah buku yang lebih banyak dengan jarak antar bambu yang lebih pendek dibandingkan bambu tali. Kadar air dan kerapatan pada bambu hitam lebih kecil dibandingkan pada bmbu tali dengan masing-masing nilai kadar air sebesar 14.57% dan 17.71%. untuk kerapatan pada bambu hitam dan bambu tali sebesar 0.52 g/cm2 dan 0.65 g/cm2. Kekuatan bambu hitam lebih tinggi dibandingkan bambu tali karena bambu hitam memiliki diameter yang lebih besar dan tebal dinding yang lebih kecil. Nilai pengujian statis MOEus menunjukkan nilai yang terbesar diikuti oleh MOEs dengan pengujian two point loading dan terkecil adalah MOEp yang diuji dengan pembebanan terpusat. Pemilahan bambu menggunakan metode gelombang ultrasonik memiliki nilai MOEus ± 5 kali lebih besar daripada pemilahan defleksi (MOEp) dan ± 4 kali lebih besar dibandingkan pengujian statis (MOEs) baik pada bambu hitam maupun bambu tali. Sementara itu, pemilahan bambu berdasarkan metode defleksi, MOEs pengujian statis menggunakan UTM ± 1.0-1.44 kali lebih besar dibandingkan pengujian menggunakan mesin pemilah „Panter‟(MOEp). Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pemilahan bambu pada berbagai jenis bambu lainya.
15 DAFTAR PUSTAKA Alrasyid H. 1990. Segi-segi Penelitian dan Pengembangan Silvikultur Bambu untuk Menunjang Industri dalam Gatra Pengembangan Industri dan kerajinan Bambu. Hal: 22-24. Bahtiar ET. 2015. Keandalan bambu untuk material konstruksi hijau [disertasi] Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Handrian I. 2007. Pengujian kekakuan kayu secara nondestruktif gelombang ultrasonik dan kekuatan lentur secara destruktif contoh kecil kayu jati (Tectona grandis. Linn. f.) [skripsi]. Bogor (ID) Fakultas Kehutanan IPB. Haris A .2008. Pengujian sifat fisis dan mekansi buluh bambu sebagai bahan konstruksi menggunakan ISO 22157-1: 2004 [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Haygreen JG, dan JL Bowyer. 1989. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu Diterjemahkan oleh Sutjipto A Hadikusumo. Gajah Mada University Press. Yogyakarta. [ISO] International Organization for Standarization. 2004. Part 1 ISO 22157 Bamboo Determination of physical and mechanical ptalirties Karlinasari L, Surjokusumo S, Nugroho N, Hadi YS. 2006. Pengujian non destruktif gelombang ultrasonik pada balok tiga jenis kayu. JTHH. 19(1): 16. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Karlinasari L. 2007. Analisis kekakuan kayu berdasarakan pengujian nondestruktif metode gelombang ultrasonik dan kekuatan lentur kayu berdasarkan pengujian destruktif [disertasi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Lestari B. 1994. Hubungan sifat anatomi terhadap sifat fisis dan mekanis bambu betung (Dendrocalamus asper Backer) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Lestari B. 2004. Hubungan sifat anatomis terhadap sifat fisis dan mekanis bambu betung (Dendrocalamus asper Backer) [skripsi] Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Morisco. 1999. Rekayasa Bambu. Yogyakarta (ID): UGM Press. Nuriyatin N. 2000. Studi analisa sifat-sifat dasar bambu pada beberapa tujuan penggunaan [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Rushandiana A. 2004. Hubungan pertumbuhan rebung terhadap pemanenan bambu betung (Dendrocalamus asper (Schult.f.) Backer ex Heyne) dan bambu tali (Gigantochloa apus (Bl. Ex Schult.f.)Kurz) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.. Sulthoni. 1989. Bamboos: Physical ptalirties testing methods and means of preservation. Pp 4: 1-15 in Brassili, A.V. and Davies, W.G, (Eds.) A Workshop on Design and Manufacturing of Bamboo and Rattan Furniture . 3-14 March 1989. Jakarta (ID): Indonesia. Widjaja A. 1990. Kemajuan penelitian untuk menunjang pengembangan industri dan kerajinan bambu di Indonesia dalam Gatra Pengembangan Industri dan Kerajinan Bambu. Hal 28-32. Widjaja NW, Utami, Saefudin. 2004. Panduan Membudi Dayakan Bambu. Bogor (ID): Pusat Penelitian Biologi, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.
16 LAMPIRAN Lampiran 1 Karakteristik bambu utuh Diameter (cm) Ujung Pangkal
Jenis Bambu Hitam
Tali
Keterangan:
Rata-rata SD CV % Rata-rata SD CV % SD CV (%)
Dalam 5.90 0.96 16.26 3.64 0.60 16.61
Luar 3.79 0.64 16.95 6.18 1.16 18.85
Dalam 4.42 1.37 31.11 3.58 0.92 25.65
= Standar deviasi (kg/cm2) = Koefisien variasi
Tebal Dinding (cm)
Luar Ujung 3.31 1.21 1.08 0.40 32.72 32.75 5.50 1.67 0.96 0.40 17.47 23.81
Pangkal 0.49 0.09 19.26 0.66 0.26 40.19
Lampiran 2 MOE hasil pengujian bambu utuh menggunakan mesin pemilah 'Panter' Jenis Bambu Hitam
Rata-rata SD
Tali
CV % Rata-rata SD
Keterangan:
CV %
P Y Y* SD CV(%)
P (5kg) Y Y*
P (10 kg) Y Y*
4.53 1.70 37.5 3 2.87 0.88 30.5 5
8.71 3.02 34.6 1 5.69 1.30 22.7 9
0.09 0.03 37.5 4 0.06 0.02 30.6 0
= beban (kg) = defleksi (cm) = defleksi sebenarnya (cm = Standar deviasi (kg/cm2) = Koefisien variasi
0.17 0.06 34.6 0 0.11 0.03 22.7 3
Selisih defleksi
MOE (kg/cm2)
0.08 -
40625 11384
-
28.02
0.06 -
47948 26796.12
-
55.89
17 Lampiran 3 MOE hasil pengujian bambu utuh menggunakan alat NDT ultrasonik 'SylvatestDuo' Jenis bambu Hitam
Tali
Keterangan:
Panjang Bambu 500 cm 350cm 250 cm rata-rata SD CV % 500 cm 350cm 250 cm rata-rata SD CV %
SD CV (%)
Kecepatan (m/det) 5995 6114 6563 6224 299.76
Energi (m/v) 5995 3922 4172 4696 1131.47
MOEus (kg/cm2)
4.82
24.09
9.72
5728.51 5521.07 6797.03 6015.54 684.69 11.38
3929.42 3886.01 4209.10 4008.18 175.35 4.37
164986 288422 179305 210905 67512.82 32.01
= Standar deviasi (kg/cm2) = Koefisien variasi
236850 253173 286233 258752 25160.10
Lampiran 4 MOE dan MOR pengujian bambu utuh menggunakan UTM dengan pembebanan two point loading Jenis bambu Hitam
Tali
Keterangan:
Rata-rata SD CV % Rata-rata SD CV % SD CV (%) Pmax MOR MOE L
Pmax (kg) 404.03 130.64 32.33 187.14 97.81 52.27
(cm4) 44.74 16.56 37.02 32.29 11.66 36.11
MOR (kg/cm2) MOE (kg/cm2) 1106.95 64485 175.027 39228 15.81 60.83 659.68 42614 166.43 8127.951 25.22 19.07
= Standar deviasi (kg/cm2) = Koefisien variasi = maksimum pembebanan = momen inersia (cm4) = modulus patah (kg/cm2) = modulus elastisitas (kg/cm2) = panjang bentang (230 cm)
18 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Padangsidimpuan pada tanggal 22 Oktober 1992, putri ke dua dari empat bersaudara dari pasangan Bapak H. Darusmin Hutasuhut dan Ibu Hj. Nurhotdima Siregar. Penulis menyelesaikan pendidikan di Sekolah Menengah Atas Negeri 4, Padangsidimpuan 2011 dan pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswi Program Studi Teknologi Hasil Hutan, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negri (SNMPTN) undangan. Selama perkuliahan penulis aktif dalam beberapa kegiatan akademik maupun non akademik. Dalam bidang akademik, penulis telah mengikuti beberapa praktek lapang, antara lain : Praktek Pengenalan Ekosistem Hutan pada bulan Juni 2013 di Sancang Barat-Kamojang dan Praktek Pengolahan Hutan pada bulan Agustus 2014 di Hutan Pendidikan Gunung Walat. Penulis juga melalukan Praktek Kerja Lapang (PKL) di Balai Pengembangan Teknologi Perumahan Tradisional (BPTPT) Denpasar, Bali pada Juni-Agustus 2015. Penulis aktif dalam Organisasi internal kampus Himasiltan dan Organisasi Mahasiswa Daerah (OMDA) Ikatan Mahasiswa Tapanuli Selatan (IMATAPSEL).
.
