TINJAUAN PUSTAKA Cross Laminated Timber (CLT) Pengertian Cross laminated timber (CLT) atau kayu laminasi bersilang merupakan salah satu produk kayu rekayasa yang dibentuk dengan cara menyusun sejumlah lapisan kayu yang dikenal sebagai lamina secara bersilangan satu sama lainnya dan kemudian direkatkan. CLT merupakan produk untuk penggunaan konstruksi dalam perpindahan beban (Associates 2010). CLT pertama dikembangkan di Swiss pada tahun 1970-an, CLT sebagai salah satu rekayasa panel kayu yang menarik dan inovatif. CLT merupakan perkembangan dari teknologi kayu lapis, yaitu penyusunan lapisan silang dari veneer, dimana CLT disusun dari kayu secara bersilang dengan mendistribusikan kekuatan sepanjang serat kayu pada kedua arah (Wood Naturally Better 2010). CLT dibuat dengan menyusun lamina dari kayu secara bersilangan antara satu lapisan dengan lapisan lainnya. Hasilnya adalah bahan prefinished (opsional) yang dimensinya stabil, mampu mencakup bentang besar, mengurangi limbah konstruksi, meningkatkan air tightness (kedap udara), dan mudah didirikan, seperti Gambar 1.
Gambar 1 Bentuk panel cross laminated timber (CLT) Sumber: Kreuzlagenholz, Pinzip (2010)
CLT diproduksi dengan 3 sampai 7 lapisan kayu atau papan yang disusun satu sama lain secara bersilangan dan direkatkan bersama dengan tekanan hidrolik pada seluruh bagian permukaan atau dapat dengan dipaku. Setiap lapisan terdiri dari papan dengan berbagai ketebalan laminasi. Ketebalan panel CLT biasanya
5
dalam kisaran 5 cm, tetapi panel dengan tebal 50 cm dapat dibentuk. Ukuran lebar panel berkisar antara 120-300 cm dan panjangnya berkisar 400-1500 cm (Perkins dan McCloskey 2010). Menurut Frangi et al. (2006), produk CLT atau dikenal juga sebagai produk X-Lam adalah salah satu konstruksi kayu besar prafabrikasi yang digunakan untuk konstruksi menahan beban seperti dinding dan rakitan untuk lantai. Produk X-Lam telah menjadi semakin populer tidak hanya untuk perumahan tetapi juga untuk kantor dan bangunan industri khususnya di Negara Austria dan Italia. Produk X-Lam diperoleh dengan cara menyusun papan secara bersilang dan direkatkan di atas seluruh permukaan papan secara bersamaan. Tergantung pada tujuan dan permintaaan kebutuhan, produk X-Lam tersedia dengan 3, 5, 7, atau lebih lapisan papan. Lebar papan tunggal biasanya bervariasi antara 80 dan 240 mm, dengan ketebalan antara 10 dan 35 mm. Penggunaan Produk CLT ini sebagian besar digunakan untuk membentuk elemen lantai, dinding, dan elemen atap. Biasanya dibuat panel hingga panjang 18 m, yang digunakan untuk struktur panel atap, dinding, dan panel lantai yang mampu mencakup panjang hingga 8 m. Produk CLT dapat dibentuk untuk penggunaan jendela, pintu, dan fitur arsitektur yang dibuat melengkung dengan radius minimum 8 m (Wood Naturally Better 2010). Menurut Binderholz (2010), penggunaan dari produk CLT yaitu: 1. CLT untuk elemen dinding Elemen dinding dari produk CLT dapat memenuhi beban statis, penguatan dan pencegahan kebakaran. Kontruksi CLT untuk elemen dinding dapat memenuhi standar pemanasan isolasi dan kemampuan untuk mengurangi tingginya kepadatan ruangan,
hal ini mengakibatkan kenyamanan dan
keseimbangan kondisi udara dalam ruangan. 2. CLT untuk elemen langit-langit Membangun langit-langit dengan produk CLT tidak hanya memiliki keunggulan konstruktif seperti metode konstruksi berdiri sendiri, komponen
6
dimensi yang stabil, ketahanan api yang memadai dan kedap suara, tetapi juga menyediakan permukaan yang rata. 3. CLT untuk elemen atap CLT dapat digunakan untuk semua jenis atap, dengan demikian impermeabilitas hujan dan finished visible surfaces pada bagian dalam secara cepat dapat terjadi. Konstruksi atap seperti produk CLT dari BBS memberikan elemen atap yang aman, kuat dan memenuhi beban statis. Gambar 2 memperlihatkan penggunaan CLT untuk elemen dinding, langit-langit, dan atap.
Gambar 2 Penggunaan CLT untuk elemen dinding, langit-langit, dan atap Sumber: Binderholz. 2010
Keunggulan Menurut Wood Naturally Better (2010) keunggulan produk CLT ini adalah kekuatan dan keseragaman sifatnya. Setiap panel terdiri dari lapisan kayu yang bersilangan satu sama lain. CLT juga memiliki sifat kedap suara, kualitas estetika tinggi yang menarik bagi arsitek dan desainer. Keunggulan produk CLT lainnya antara lain: 1. Lingkungan, CLT yang digunakan dari kayu yang dihasilkan dari alam dan dipengaruhi oleh lingkungan dan merupakan sumber energi yang terbarukan.
7
2. CLT dapat meminimalkan cacat yang ada pada kayu sehingga dapat mengurangi biaya konstruksi. 3. Ketahanan terhadap api, CLT memberikan keuntungan yang signifikan dalam hal perlindungan terhadap api dibandingkan dengan produk dari bahan beton atau baja, karena ketahanan terhadap penyebaran dan stabilitas struktural dari ketebalan yang signifikan pada kayu solid. 4. Penampilan dan akustik, CLT untuk panel dinding dengan eternit akan memberikan nilai akustik. 5. Pemeliharaan, CLT dirancang dan didesain dengan benar, sehingga panel CLT sedikit atau tidak ada pemeliharaan. Keunggulan dalam penggunaan produk panel CLT menurut Perkins dan McCloskey (2010) antara lain: 1. Biaya efektif -
Pemasangan untuk bangunan konstruksi lebih cepat karena merupakan elemen prafabrikasi.
-
Pengurangan limbah di tempat proses pemasangan untuk elemen dinding, lantai, dan atap dapat dikurangi.
-
Pemasangan lebih mudah di tempat pipa air, listrik, dan saluran.
2. Keunggulan kinerja bangunan -
Kedap suara: karena perlindungan akustik yang melekat pada elemen massa kayu.
-
Kekuatan beban bergerak seperti gempa bumi. Pemerintah Jepang telah melakukan tes gempa bumi pada CLT dengan faktor skala 12 Richter.
-
Stabilitas dimensi: pengaruh dari multi-lapisan papan, sifat kembang susut dapat dihindari.
3. Dampak terhadap lingkungan kecil -
CLT memiliki potensi untuk menjadi elemen penting dalam konstruksi bangunan yang seluruhnya terbuat dari kayu, dengan sifat positif mengurangi emisi karbon dan penyimpanan karbon karena kayu berasal dari sumber yang terbarukan atau lestari.
8
Proses Pengolahan Kayu yang akan digunakan dikeringkan pada kilang pengering hingga mencapai kadar air ± 12% dan kemudian permukaan kayu dihaluskan. Papan atau lamina tersebut dilaminasi secara bersilangan satu sama lain dan direkatkan dengan perekat di bawah tekanan. Panel CLT dapat dibuat sampai dengan panjang 45 - 152 cm dan tebal 5 – 60 cm, dengan lapisan 3, 5, 7, atau lebih. CLT biasanya diproduksi dengan panjang maksimum 16,50 m, lebar maksimum 2,95 m, dan ketebalan maksimum 0,50 m (KLH Massivholz GmbH 2010). Penelitian Produk CLT di Luar Negeri Beberapa penelitian CLT di negara luar seperti pada Negara Germany, Switzerland, Swiss, London, Austrian, Japan, Italy dan negara lainnya antara lain: 1. Penelitian Dujic et al. 2008. Shear Capacity of Cross-Laminated Wooded Walls. Tujuan dari penelitian ini adalah memberikan informasi kemampuan geser dan kekakuan elemen dinding dari kayu yang dilaminasi silang. Hasil penelitian menunjukkan nilai rata-rata E-modulus elemen dinding dengan ukuran dimensi 30 x 30 x 9,4 cm pada pengujian pembebanan arah sejajar (Ep,0) sebesar 898 kN/cm2 (8,98 x 104 kg/cm2) dan nilai rata-rata E-modulus pembebanan arah tegak lurus (Ep,90) sebesar 443 kN/cm2 (4,43 x 104 kg/cm2), kadar air rata-rata sebesar 12 ± 2%. 2. Wang et al. 2011. Manufacturing of Cross Laminated Timber (CLT). Penelitian ini menggunakan tiga jenis perekat yaitu phenolic type (PRF), emulsion polymer isocyanate (EPI), dan one-component polyurethane (PUR). Ukuran CLT 2 x 2 ft dengan tiga lapisan yaitu 3, 5, dan 7 lapisan, dengan tekanan yang digunakan 40 dan 120 psi. Pengujian delaminasi berdasarkan metode CSA O112-06 dengan bentuk contoh uji silinder (d = 3,5 in). Hasil pengujian daya tahan delaminasi paling tinggi secara berurutan yaitu jenis perekat (PRF) dengan tekanan 40 psi sebesar 17,5-30,5%, perekat (PRF) tekanan 120 psi sebesar 8-25%, perekat (EPI) tekanan 40 psi sebesar 3-16%, perekat (EPI) tekanan 120 psi sebesar 4-13%, dan perekat (PUR) tekanan 120 psi sebesar 0,5-2,5%.
9
3. Lam F. 2011. CLT – Research and Testing at UBC. Hasil penelitian oleh Blab and Gorlacher menghasilkan nilai kekuatan geser panel CLT berkisar antara 3,20-3,95 Mpa (32,64-40,29 kg/cm2). Penelitian Jeitler menghasilkan nilai kekuatan geser antara 3,00-4,13 Mpa (30,6-42,13 kg/cm2). 4. ANSI American National Standards Institute. 2011. Standard for Performance Rated Cross Laminated Timber. 75% Draft Standard PRG-320. Standar untuk nilai kinerja produk Cross Laminated Timber. Kisaran nilai untuk MOE sebesar 9,84-11,25 x 104 kg/cm2, MOR sebesar 128,97 – 243,54 kg/cm2, kekuatan tekan sejajar serat sebesar 153,57-227 kg/cm2, dan keteguhan geser sebesar 38,67-51,67 kg/cm2. 5. Penelitian Frangi et al. 2006. Natural Full-Scale Fire Test on a 3 Storey XLam Timber Building. Penelitian ini menguji ketahanan api yang diberikan secara sengaja untuk dapat diketahui kinerja bangunan tiga lantai yang terbuat dari panel kayu X-Lam. Penelitian ini bertujuan untuk memberikan informasi bahwa
penggunaan
panel
kayu
X-Lam
sebagai
elemen
struktural,
meningkatkan penggunaannya untuk perumahan gedung bertingkat. Hasil pengujian memperlihatkan api mulai menyala setelah 35 menit dan mulai membesar setelah 45 menit, dan dipadamkan setelah 60 menit. Hasil ini memperlihatkan api masih bisa diatasi lebih cepat sebelum api menyebar ke bagian atas gedung. Hasil lain menunjukkan bahwa kemungkinan api menyebar ke bagian gedung lainnya masih dapat diatasi, hal ini terlihat dari gedung bagian atas tidak adanya asap dan tidak menimbulkan suhu yang tinggi. 6. Yates et al. 2008. Design of an 8 Storey Resedential Tower from KLH Cross Laminated Solid Timber Panels. Ada beberapa masalah atau resiko dalam penggunaan kayu untuk bangunan bertingkat seperti resiko kebakaran, pergerakan (movement), dan daya tahan (durability). Penelitian ini membahas mengenai konstruksi bangunan kayu bertingkat dengan proses laminasi silang. Hasil penelitian menunjukkan kekuatan bangunan dengan proses laminasi silang (CLT) lebih tinggi dibandingkan bangunan kayu konvensional yaitu sebesar 500 kg/m3 atau 50 kg/m2 untuk elemen panel dinding dengan tebal 100 mm.
10
Gambaran Umum Jenis Kayu Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba) Menurut Martawijaya et al. (1989), gambaran umum kayu jabon (Anhtocephalus cadamba) mengenai taksonomi, morfologi, penyebaran, dan kegunaan yaitu: Taksonomi Taksonomi dari tanaman Anthocephalus cadamba sebagai berikut : Dunia
: Plantae
Kelas
: Dicotyledonae
Suku
: Rubiaceae
Marga
: Antochephalus
Jenis
: Anthochephalus cadamba
Nama Lain
: Anthocephalus chinensis (Lamk.) A. Rich. ex Walp. syn. Anthocephalus cadamba Miq, famili Rubiaceae
Nama umum : jabon, jabun, hanja, kelampeyan, kelampaian (Jawa); galupai. galupai
bengkal,
harapesn,
johan,
kalampain,
kelampai,
kelempi, kiuna, lampaian, pelapaian, selapaian, serebunaik (Sumatera). Morfologi Dibandingkan dengan jenis-jenis kayu yang lain, kayu jabon merupakan jenis kayu yang pertumbuhannya sangat cepat, tinggi pohon jabon dapat mencapai 45 m dengan panjang batang bebas cabang 30 m, diameter sampai 160 cm, berbatang silinders dan lurus, bertajuk tinggi dengan cabang mendatar, berbanir sampai ketinggian 1,5 m, kulit luar berwarna kelabu sampai coklat, sedikit beralur dangkal, kayunya berwarna putih kekuningan tanpa terlihat serat, yang sangat baik dipergunakan untuk pembuatan kayu lapis maupun kayu gergajian. Tanaman jabon mempunyai umur optimal berkisar 12 tahun tetapi pada usia 6-8 tahun sudah dapat di tebang (Ǿ 30 up).
11
Penyebaran Jabon (Anthocephalus cadamba) merupakan salah satu jenis kayu yang pertumbuhannya sangat cepat dan dapat tumbuh subur di hutan tropis dengan ekologi tumbuh pada ketinggian (0-1200 dpl), curah hujan (1250-3000 m/th), perkiraan suhu (10 °C-40 °C), kondisi tanah dengan pH (4,5-7,5). Ditemui di seluruh Sumatera, Jawa Barat, Jawa Timur, Kalimantan Selatan, Kalimantan Timur, seluruh Sulawesi, Nusa Tenggara Barat, dan Irian Jaya. Kegunaan Kayu jabon dapat digunakan untuk korek api, slet (pinsil), dan sumpit karena kayu jabon ringan, serat lebih halus sehingga proses pengerjaan menggunakan mesin lebih mudah. Sebagai peti pembungkus atau peti kemas, kayu jabon juga digunakan sebagai bahan kerajinan tangan berupa hiasan atau mainan karena mempunyai sifat kayu yang lunak, serat lebih halus sehingga mudah dalam pengerjaanya. Kayu jabon juga dapat digunakan sebagai bahan baku kertas (pulp) dikarenakan mempunyai sifat kimia yang memiliki kandungan selulosa cukup tinggi ± 52.4% dan panjang serat 1.979 µ. Kayu jabon sebagai veneer atau bahan baku kayu lapis karena memiliki serat yang halus, berat kayu tergolong ringan, pada umumya bentuk batang silindris sehingga tidak banyak bahan yang terbuang sewaktu masuk mesin dan vener yang dihasilkan tidak mudah robek atau patah karena panjang serat cukup tinggi. Untuk sekarang ini banyak digunakan seperti pada salah satu perusahaan kayu lapis di kabupaten Cirebon Jawa Barat. Sifat Dasar Kayu Jabon (Anthocephalus cadamba) Anatomi Kayu jabon memiliki tekstur kayu agak halus sampai agak kasar, arah serat lurus, kadang-kadang agak berpadu, warna kayu teras berwarna putih kuning muda, dan menjadi kuning gading, kayu gubal dan kayu teras tidak dapat dibedakan, kesan raba permukaan kayu licin atau agak licin, permukaan kayu jelas mengkilap atau agak mengkilap, pori bergabung 2-3 dalam arah radial, jarang soliter, diameter 130-220 µ, frekuensi 2-5 per mm2. Parenkim agak jarang, dapat dilihat dengan pembesaran 10 kali, terlihat seperti garis-garis pendek yang
12
tersebar, seringkali 2-3 garis bersambungan dalam arah tangensial di antara jarijari dan bersinggungan dengan pori, atau membentuk garis-garis panjang yang halus dan merupakan jaringan seperti jala dengan jari-jari. Jari-jari uniseriat, tinggi 580 µ, lebar 44 µ, frekuensi 2-3 per mm. Panjang serat 1.979 µ dengan diameter 54 µ, tebal dinding 3,2 µ, dan diameter lumen 47,6 µ. Sifat Fisis Kayu jabon memiliki berat jenis rata-rata sebesar 0,42 (0,29-0,56), penyusutan kayu sampai kadar air 12% yaitu penyusutan pada bidang radial sebesar 3% dan 6,9% pada bidang tangensial. Sifat Mekanis Sifat mekanis kayu jabon pada pengujian basah (b) dan kering udara (k) masing-masing yaitu modulus of elasticity 42.900 kg/cm2 (b) dan 68.000 kg/cm2 (k), modulus of rupture 516 kg/cm2 (b) dan 691 kg/cm2 (k), keteguhan tekan sejajar serat 279 kg/cm2 (b) dan 374 kg/cm2 (k), keteguhan geser tangensial 46,4 kg/cm2 (b) dan 59,1 kg/cm2 (k), pada radial 36,6 kg/cm2 (b) dan 48,4 kg/cm2 (k), kekerasan ujung 275 kg/cm2 (b) dan 409 kg/cm2 (k), kekerasan sisi 239 kg/cm2 (b) dan 268 kg/cm2 (k), dan termasuk kelas kuat III-IV. Sifat Kimia Kayu jabon memiliki kandungan selulosa sebesar 52,4%, lignin 25,4%, pentosan 16,2%. Kelarutan kayu jabon pada zat ekstraktif air dingin sebesar 1,6% dan air panas 3,1%, pada alkohol benzena 4.7%, dan kelarutan pada NaOH 1% sebesar 8,4%. Kayu jabon memiliki kadar abu sebesar 0.8%, kadar silika 0,1%, dan nilai kalor sebesar 4.731 call/g. Keawetan Alami Kayu Berdasarkan uji kubur kayu jabon termasuk kelas awet V. Daya tahan kayu jabon terhadap rayap kayu kering termasuk kelas II, sedangkan daya tahan kayu jabon terhadap jamur pelapuk kayu termasuk kelas IV-V.
13
Bahan Baku Perekat Isosianat Perekat merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi keberhasilan dalam pembuatan produk panel CLT. Pemilihan jenis dan banyaknya perekat yang dibutuhkan sangat penting untuk diperhatikan. Salah satu jenis perekat yang umum digunakan dalam pembuatan produk rekayasa kayu adalah perekat isosianat. Faherty dan Williamson (1999), mengemukakan bahwa perekat dipilih lebih kuat dan mempunyai ketahanan yang lebih besar daripada kayu yang direkat. Pemilihan jenis perekat pada CLT dipertimbangkan secara teknis maupun ekonomis sesuai penggunaanya. Perlu diketahui jenis perekat yang dipilih adalah yang paling sesuai dengan penggunaan sistem laminasi. Perekat isosianat mempunyai sifat reaktifitas, kekuatan ikatan, dan daya tahan yang tinggi, serta merupakan perekat yang tidak berbasis formaldehida (Kawai et al. 1998). Perekat isosianat juga memiliki beberapa kelebihan seperti: pematangan (curing) perekat yang lebih cepat, memiliki sifat toleransi yang tinggi terhadap kadar air, suhu pengempaan yang rendah, sifat fisis dan mekanis serta daya tahan panel yang lebih baik (Galbraith dan Newman 1992; Petrie 2004). Perekat isosianat didasarkan pada reaktivitas radikal isosianat (-N=C=O) yang tinggi. Penggabungan dengan polaritas yang kuat membuat senyawa yang mengandung radikal ini tidak hanya memiliki potensi adhesi yang baik tetapi juga potensial untuk membentuk ikatan kovalen dengan bahan yang memiliki hidrogen reaktif (Marra 1992). Keunggulan perekat isosianat adalah dapat digunakan pada variasi suhu, tahan air, panas, cepat kering, pH netral, dan kedap terhadap pelarut organik. Perekat isosianat memiliki kemampuan wetabilitas yang buruk. Hal ini ditandai dengan kemampuan perekat isosianat sulit menembus permukaan dan membentuk sudut kontak luar terkecil atau sudut kontak dalam terbesar. Hal ini disebabkan isosianat memiliki kekentalan yang tinggi dibandingkan larutan lain yang digunakan sebagai perekat (Ruhendi et al. 2007). Keunggulan perekat ini lainnya menurut Marra (1992), antara lain adalah lebih sedikit jumlah yang dibutuhkan dalam memproduksi sifat-sifat papan yang sama, dapat digunakan suhu pengempaan yang lebih rendah, siklus pengempaan
14
lebih cepat, lebih toleran terhadap kadar air flakes, energi pengeringan yang dibutuhkan lebih sedikit, dan tidak adanya emisi formaldehida. Perekat isosianat yang digunakan untuk CLT berbentuk emulsi cair yang terpisah dengan hardener-nya dan dicampurkan bila akan digunakan. Perekat ini dapat matang pada suhu kamar, dan memerlukan tekanan tinggi, sangat tahan terhadap air dan udara lembab, serta sangat tahan terhadap kondisi basah dan kering (Vick 1999).
