39

III. METODA PENELITIAN 1. Lokasi dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan di laboratorium di lingkungan Departemen Teknologi Hasil

Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor (Bagian Rekayasa dan Desain

Bangunan Kayu, Bagian Panel dan Komposit Kayu serta Bagian Teknologi Peningkatan

Mutu Kayu), dan Laboratorium Sifat Fisik dan Mekanik Kayu Lembaga Penelitian Hasil

Hutan Bogor. Penelitian di laboratorium dilaksanakan sejak Desember 2009.

2. Alat dan Bahan Alat dan bahan penelitian adalah sebagaimana Tabel 12 berikut.

Tabel 12. Alat, Bahan dan Wujud Sampel Penelitian

Jenis Penelitian Pendukung (sifat dasar ckbc dan full scale)

Sasaran Penelitian ( Sambungan tampang dua berpasak penahan geser)

Alat Penelitian

Sarana pembuat sampel: Band saw, circular saw, planer,cut off saw, pensil dan meteran.

Sarana pembuat sampel: Band saw, circular saw, planer, cut off saw, dowel machine, bor kayu, peralatan pemadatan, pensil dan meteran.

Sarana uji sampel: Oven, caliper, electrical balance, bak rendaman, Moisture-meter, Universal Testing Machine Amsler, UTM Shimidzu, deflectometer, Panter MPK-5, NDT Sylvatest Duo, alat hitung dan alat tulis.

Sarana uji sampel: Oven, caliper, electrical balance, Moisture-meter, UTM Baldwin, deflectometer, torquemeter, alat hitung dan alat tulis.

Bahan Penelitian

Dolok kayu mangium umur 17 tahun, Dolok kayu mangium umur 17 tahun, kayu ulin, baja bulat panjang 8 cm dan diameter 20 mm, baja segi empat 2x2x8 cm, perekat epoxy, pasak kayu bulat dan segi empat mangium, pasak kayu bulat dan segi empat mangium yang dipadatkan, baut pengencang, klam pengencang da pengencang bambu.

Wujud Benda Uji

Berbagai sample uji sifat dasar dalam bentuk small clear specimen dan full scale sample

Sambungan tampang dua dengan alat sambung perekat dan pasak yang terdiri atas pasak bulat dan pasak segi empat kayu sejenis, pasak dipadatkan, pengencang plat klam, bambu dan baut berulir. Balok susun mangium dengan pasak geser terbaik dari penelitian sambungan.

Bahan penelitian kayu mangium diperoleh dengan cara menebang langsung di

areal HPH-HTI PT ITCI Hutani Manunggal (IHM) di Kenangan, Balikpapan Seberang.

Lokasi tebang pada petak 1519/1520, Jalan 1500, merupakan tegakan dengan

provenance Queensland yang ditanam menurut jadwal RKT 1987/1988. Dari hutan

kemudian kayu dibawa ke industri penggergajian swasta guna dirajang menjadi balok

sesuai ukuran yang ditentukan. Dari lokasi penggergajian kemudian diangkut ke fasilitas

pengeringan kayu (dry kiln) di Politeknik Pertanian Negeri Samarinda sehingga didapat

kadar air sekitar 15%.

40

Pengangkutan kayu ke Bogor dilakukan melalui jasa ekspedisi, sedangkan

pembuatan pasak bulat dilakukan di industri pengolahan kayu PT Era Sumpindo Sejati di

Cikupa, Tangerang.

Penelitian juga memerlukan kayu ulin (Eusideroxylon zwageri) sebagai jenis

pasak lainnya yang diperoleh dari tempat penjualan kayu di Samarinda. Bambu jenis

Andong dari wilayah Bogor juga digunakan sebagai pengencang sambungan selain baut,

plat klam dan perekat epoxy. Baut dan mur merk Eyebrand produksi PT Timur Megah

Steel Tangerang, pasak baja bulat dan segi empat dibuat di PT Putra Sathya Jakarta,

sedangkan plat klam dan perekat epoxy (merk Milan, komposisi resin : hardener = 1:1)

diperoleh dari pusat perdagangan peralatan teknik di Glodok, Jakarta.

3. Jenis dan Sumber Data

Jenis dan sumber data penelitian adalah seperti Tabel 13 berikut:

Tabel 13. Jenis dan Sumber Data Penelitian Jenis Pengujian Ukuran (cm) Jumlah

Sampel Keterangan

1. Sifat Dasar Kadar Air 2,5 x 2,5 x 2,5 90 pcs Berasal dari 4 sisix 3 bagian batang x 8

pohon = 96 pcs, 6 diantaranya sebagai cadangan

Berat Jenis 2,5 x 2,5 x 2,5 90 pcs Kerapatan 2,5 x 2,5 x 2,5 90 pcs Penyusutan radial 2,5 x 2,5 x 5 90 pcs Penyusutan tangensial 2,5 x 2,5 x 10 90 pcs Modulus Patah 2,5 x 2,5 x 41 90 pcs Modulus elastisitas 2,5 x 2,5 x 41 90 pcs Kekuatan geser sejajar 5 x 5 x 5 90 pcs K. Tarik sejajar serat 2,5 x 2,5 x 46 90 pcs K. tarik tegaklurus serat 5 x 5 x 5 90 pcs K. Tekan sejajar serat 2,5 x 2,5 x 10 90 pcs Kekerasan 2,5 x 2,5 x 5 90 pcs 2. Sifat Rekayasa Pemilahan Visual 6 x 12 x 260 60 pcs Pemilahan Panter 6 x 12 x 260 60 pcs NDT Sylvatest Duo 6 x 12 x 260 60 pcs 2,5 x 2,5 x 41 90 pcs Uji mekanis Shimadzu 6 x 12 x 260 60 pcs 3. Pengujian Sambungan Double Shear Bentuk, jumlah dan

jenis pasak (pengencang: baut)

Variasi 96 unit 4 ulangan x 2 bentuk pasak (bulat dan segiempat) x 3 jumlah pasak (sepasang, dua dan tiga pasang) x 4 jenis pasak (sejenis, densifikasi, ulin, baja)

Jenis pengencang dan jumlah pasak

Variasi 64 unit 4 ulangan x 4 pengencang (baut, bambu, plat, perekat) x 4 jumlah pasak (tanpa pasak, sepasang, dua dan tiga pasang)

4.Pengujian Balok Susun Balok susun pasak

bulat Balok susun pasak

segiempat

8x14x260 8x14x260

2 unit

2 unit

Tiap unit terdiri 3 lapisan ketebalan 4, 6 dan 4 cm.

41

4. Teknik Pembuatan Sampel Penelitian a. Proses Penebangan

Pembuatan sampel penelitian mengikuti petunjuk Gambar 6 sebagai berikut:

Small clear specimen LA Solid DA ` 6x12x300cm LT Langkah 2 3 m DB LB 5x8x300cm 0,5 m Langkah 1 Langkah 3 Gambar 6.a.: Penyiapan sampel untuk Penelitian Pendukung (small clear specimen dan full scale) Langkah 1: Batang dibagi dalam 2 dolok sepanjang 3 m untuk uji rekayasa full scale (DB dan DA = Dolok Bawah dan Dolok Atas), dan 3 lempengan sepanjang 0,5 m untuk uji sifat dasar berbentuk Contoh Kecil Bebas Cacat (CKBC = small clear specimen) (LB, LT dan LA = Lempeng Bawah, Tengah dan Atas). Dihindari bagian kayu yang mengandung gubal, kayu tarik dan tekan serta juvenile wood. Langkah 2: Tiap lempengan dibagi atas 4 bagian: - A untuk sampel sifat fisis (kadar air, berat jenis, kerapatan dan penyusutan) - B dan C untuk modulus of rupture (MoR) dan modulus of elasticity (MoE), kekuatan tarik sejajar serat

dan kekuatan tekan sejajar. - D untuk kekuatan geser, kekuatan tarik tegaklurus dan untuk kekerasan. - Bentuk dan ukuran sampel sesuai Gambar 5, sedangkan jumlah sampel sesuai Tabel 13. Langkah 3: Tiap dolok diolah menjadi balok berukuran 6 x 12 x 300 cm, kaso ukuran 5 x 8 x 300 cm untuk uji rekayasa struktural (full scale) dan untuk bahan sambungan kayu.

A D B C

42

Langkah 2 Pasak segi empat Dowel

Baut pengencang, mur dan cincin

Langkah 1 Akasia mangium Langkah 3-8 Gambar 6.b.: Penyiapan sampel untuk Sambungan Tampang Dua dengan Berbagai Jenis dan

Perlakuan Pasak Langkah 1: Batang Akasia dipilih yang silindris, lurus, bebas cabang dan cacat, ditebang kemudian dibagi dalam tiga bagian batang. Langkah 2: Tiap bagian batang diolah menjadi balok ukuran 6 x 12 cm dan 5 x 8 cm dan kemudian dipersiapkan menjadi bahan sambungan dengan panjang 20, 28, dan 36 cm, serta dipersiapkan menjadi pasak. Dihindari bagian yang mengandung gubal, kayu tekan atau tarik dan juvenil wood. Langkah 3: Kayu yang sejenis diolah menjadi pasak bulat dan pasak segi empat. Sambungan dengan dua jenis bentuk pasak tanpa perlakuan dirakit dengan jumlah sesuai Tabel 13. Langkah 4: Kayu sejenis dipadatkan untuk persiapan pasak bulat dan pasak segi empat terpadatkan. Sambungan dengan dua jenis bentuk pasak yang terpadatkan dirakit dengan jumlah sesuai Tabel 13. Langkah 5: Kayu ulin dibuat pasak bulat dan pasak segi empat. Sambungan dengan dua jenis bentuk pasak ulin dirakit dengan jumlah sesuai Tabel 13. Langkah 6: Baja bulat diameter 2 cm dan plat baja setebal 2 cm dibuat menjadi pasak bulat dan pasak segi empat. Sambungan dengan dua jenis bentuk pasak baja dirakit dengan jumlah sesuai Tabel 13. Langkah 7: Bambu dan plat klam dipersiapkan sebagai pengencang. Sambungan kemudian dirakit dengan pengencang bambu atau klam sesuai Tabel 13. Langkah 8: Sampel sambungan kayu sistem laminasi menggunakan perekat epoxy dirakit sesuai Tabel 13.

43

b. Pembuatan Sampel Sifat Dasar Pengolahan sampel contoh kecil bebas cacat (CKBC) untuk sifat dasar adalah

sesuai Standar ASTM D 143(2008), secondary method khususnya bagi contoh uji kadar

air, berat jenis, kerapatan, kekuatan tekan sejajar serat dan kekuatan lentur statis, seperti

Gambar 7 berikut:

a. KA, BJ dan kerapatan b. Kekuatan tekan c. MOR dan MOE ( 2,5 x 2,5 x 2,5 cm) sejajar serat ( 2,5 x 2,5 x 41 cm), jarak sangga 36 cm (2,5 x 2,5 x 10 cm)

d. Kekuatan geser sejajar serat e. Kekuatan tarik tegak lurus serat

f. kekuatan tarik sejajar serat Gambar 7. a-f: Contoh Kecil Bebas Cacat Berdasar ASTM D-143(2008)

44

c. Pembuatan Pasak dan Contoh Uji Sambungan Kayu

1). Pasak kayu sejenis (mangium) dan pasak kayu ulin

Kayu mangium hasil pemotongan balok seperti pada Gambar 6.b. dibuat pasak

dengan menggunakan mesin dowel sehingga menghasilkan batang pasak bulat (drift-

pin, mirip gagang sapu) dengan diameter 20 mm dan panjang 80 mm sesuai dengan

ukuran lebar komponen sambungan kayu. Dibuat juga pasak segi empat berukuran 20

x 20 x 80 mm dengan menggunakan circular saw. Perlakuan yang sama juga

dilakukan untuk mendapatkan pasak kayu ulin.

2). Pasak kayu sejenis densifikasi

Kayu mangium hasil potongan balok ukuran 6 x 12 x 300 cm seperti Gambar 6.b.

kemudian dijadikan ukuran menjadi 4 x 10 x 30 cm. Potongan kemudian dioven pada

suhu berturut-turut 500C selama 30 menit, 1000C selama 30 menit dan 1500C selama 1

jam. Potongan kayu kemudian dipadatkan (densifikasi) dengan menggunakan kempa

panas pada suhu 1700

3). Pasak baja

C selama 15 menit dengan tekanan sebesar 90 ton. Setelah

menjadi kayu padat potongan kayu didiamkan selama satu minggu dalam kondisi

kering udara, kemudian dibuat pasak bulat dan pasak segi empat.

Pasak baja bulat dibuat dari potongan baja bulat berdiameter 20 mm yang dipotong-

potong sepanjang 80 mm, sedangkan pasak baja segi empat dibuat dari memotong

plat baja berketebalan 20 mm menjadi ukuran 20 x 20 x 80 mm.

4). Pengencang baut

Baut St 37 diameter ½ inch (12,7 mm) panjang 6 inch (152,4 mm) lengkap dengan

cincin dan mur dipersiapkan sebagai bahan pengencang sambungan kayu.

5). Pengencang bambu

Bambu diolah menjadi batang bulat dengan menggunakan pisau cutter dengan ukuran

panjang dan diameter sama dengan pengencang baut.

6). Pembuatan contoh uji sambungan kayu

Sambungan tampang dua dibuat dari tiga potongan kayu seperti pada Gambar 6.b.

Ukuran komponen sambungan adalah sebagai Gambar 8.a. sampai dengan 8.f.

Lubang pasak pada komponen sambungan dengan pasak bulat dibuat dengan mesin

bor dengan mata bor yang ukurannya lebih kecil dari besarnya pasak, dengan maksud

agar lubang pasak dapat memegang pasak secara kuat, tidak longgar, tetapi juga tidak

kekecilan. Demikian pula lubang pasak pada bentuk pasak segi empat, ukuran lubang

harus dapat memegang pasak sehingga tidak terjadi kelonggaran. Lubang pengencang

45

dibuat dengan ukuran lebih besar dari diameter pengencang dengan maksud agar

pengencang tidak ikut berfungsi sebagai pasak pada saat pasak bekerja. Diameter

lubang pengencang adalah 15 mm. Pada saat perakitan sambungan, baut

dikencangkan dengan torquemeter yang diatur pada kekuatan 10 footpounds (1,4

kilogram meter), dan antar komponen balok sambungan harus masih terdapat celah

sangat tipis.

7). Pembuatan contoh uji sambungan berperekat

Contoh uji sambungan berperekat (tanpa pasak dan tanpa pengencang) dibuat dengan

merekatkan ketiga komponen bahan kayu sambungan dengan merubah fungsi

laminasi mekanis menjadi laminasi berperekat. Perekat epoxy diratakan di tiap

permukaan yang akan direkat dengan menggunakan kepek (Japan Spachtel),

kemudian dikempa dengan klam berpengencang manual selama 24 jam.

Bentuk sambungan tampang dua mengikuti pedoman PKKI (1961) dan R-SNI

(2002) yang dapat digambarkan sebagai Gambar 8.a. sampai dengan 8.f. berikut:

Gambar 8.a. Model dan Ukuran (mm) Komponen Sambungan dengan Dua Pasak Dua Pengencang

Gambar 8.b. Model dan Ukuran (mm) Komponen Sambungan dengan Empat Pasak Tiga Pengencang

40x80

60x80

40x80

40

80

80

40

80

80

40

Pasak: Ø = 20 mm, l:80 mm Pengencang: Ø = ½” = 12,7 mm, l = 6” = 152,4 mm Lubang pengencang: Ø = D+1,6=14,3 mm Jarak tepi: lm/D≤6 → 80/20≤6 min. 1,5D→ diambil 2D = 40mm Jarak ujung, komp. tekan: 4D = 4x20 = 80 mm Jarak antar baris: 1,5D<127mm diambil 3D = 60 mm Spasi dalam baris: 4D = 4x20 = 80 mm

40x80

60x80

40x80

80

80

80

40

40

40

80

80

80

Pasak: Ø = 20 mm, l:80 mm Pengencang: Ø = ½” = 12,7 mm, l = 6” = 152,4 mm Lubang pengencang: Ø = D+1,6=14,3 mm Jarak tepi: lm/D≤6 → 80/20≤6 min. 1,5D→ diambil 2D = 40mm Jarak ujung, komp. tekan: 4D = 4x20 = 80 mm Jarak antar baris: 1,5D<127mm diambil 3D = 60 mm

46

Gambar 8.c. Model dan Ukuran (mm) Komponen Sambungan dengan Enam Pasak Empat Pengencang

Gambar 8.d. Model dan Ukuran (mm) Komponen Sambungan dengan Enam Pasak Segi Empat dengan

Empat Pengencang

40x80

60x80

40x80

80

80

80

80

40

40

40

80

80

80

80

40x80

60x80

40x80

80

80

80

80

40

40

40

80

80

80

80

Pasak: Ø = 20 mm, l:80 mm Pengencang: Ø = ½” = 12,7 mm, l = 6” = 152,4 mm Lubang pengencang: Ø = D+1,6=14,3 mm Jarak tepi: lm/D≤6 → 80/20≤6 min. 1,5D→ diambil 2D = 40mm Jarak ujung, komp. tekan: 4D = 4x20 = 80 mm Jarak antar baris: 1,5D<127mm diambil 3D = 60 mm Spasi dalam baris: 4D = 4x20 = 80 mm

Pasak: 20x20x80 mm Pengencang: Ø = ½” = 12,7 mm, l = 6” = 152,4 mm Lubang pengencang: 20x20x80mm Jarak tepi: lm/h≤6 → 80/20≤6 min. 1,5b→ diambil 2b = 40mm Jarak ujung, komp. tekan: 4h = 4x20 = 80 mm Jarak antar baris: 1,5h<127mm diambil 3h = 60 mm Spasi dalam baris: 4h = 4x20 = 80 mm

47

Gambar 8.e. Model dan Ukuran (mm) Komponen Sambungan Berperekat

Gambar 8.f. Model dan Ukuran (mm) Komponen Sambungan hanya dengan Pengencang

5. Metoda Analisis Data

Metoda analisis data untuk hasil penelitian adalah sebagai berikut:

a. Metoda Uji Sample

Contoh uji yang telah dibuat kemudian diuji dengan metoda pengujian sebagai berikut:

1). Pengujian sifat fisis dan mekanis contoh kecil bebas cacat

Pengujian sifat fisis dan mekanis contoh kecil bebas cacat menggunakan rumus

yang tercantum dalam Standar ASTM D-143 (2008), meliputi beberapa sifat sebagai

berikut:

a). Rumus Kadar Air, Kerapatan, Berat Jenis, Pengembangan dan Penyusutan

Contoh uji ditimbang untuk mengetahui berat awal. Volume contoh uji diukur

dengan mengalikan sisi panjang, lebar dan tebal yang didapat dengan pengukuran dengan

kaliper. Contoh uji kemudian dimasukkan dalam oven bersuhu (103 ± 2)0C sampai

beratnya konstan (biasanya diperoleh setelah pengeringan dalam oven selama 24 jam),

40x80

60x80

40x80

40

80

80

40

80

80

40

40x80

60x80

40x80

40

160, 240, dan 320

40 Tanpa pasak Tanpa pengencang Perekat epoxy, komposisi 100/100 Berat labur 0,03 gr/cm2

Tanpa pasak Pengencang: baut, bambu, plat klam Lubang pengencang: Ø = D+1,6=14,3 mm Posisi sama dengan sambungan berpasak

48

dan kadar air (KA, moisture content), kerapatan (density) dan berat jenis (specific

gravity) dihitung dengan rumus berikut:

KAKU = (BKU – BKT)/BKT Kerapatan

* 100% normal = BKU/VKU (gr/cm3

Kerapatan)

absolute = BKT/VKT (gr/cm3

Berat Jenis = (B)

KT/VKU)/( WW/VW Pengembangan maksimum =

) lw - lo

l x 100%

Penyusutan maksimum = lo

n - lo l

x 100% n

Dimana:

BKT B

= berat kering tanur KU

V = berat kering udara

KU V

= volume kering udara KT

W = volume kering tanur

W/VW = berat/volume air pada suhu 4,40

lC = 1

w l

= panjang sampel kondisi jenuh air (direndam dalam air 36 jam) o

l = panjang sampel kondisi kering tanur

n

= panjang sampel kondisi kering udara

b). Kekuatan Lentur Statis

Pengujian dengan Universal Testing Machine (UTM) Instron®

MoE = (∆P L

dengan jarak bentang

36 cm dan beban diberikan di tengah bentang contoh uji (center loading). Data yang

diperoleh berupa beban dan defleksi yang terjadi. Beban maksimum diperoleh sampai

mengalami kerusakan, dan dari hasil pengujian ini dapat ditentukan besarnya modulus

elastisitas (MoE) dan modulus patah (MoR), dengan menggunakan rumus:

3) / (4 ∆Y.b.h3) (kgf/cm2

MoR = (3PL) / (2bh)

2) (kgf/cm2

)

Dimana: MoE = modulus elastisitas MoR = modulus patah ∆P = selisih beban dalam daerah elastis (kgf) L = jarak sangga (cm) b = tebal (jarak horizontal) penampang contoh uji (cm) h = tinggi (jarak vertikal) penampang contoh uji (cm) ∆Y = simpangan (defleksi) pada beban ∆P (cm) P = beban maksimum (kgf)

c). Kekerasan sisi

Pengujian kekerasan sisi dilakukan dengan cara memasukkan setengah bola baja

dengan diameter 0,444 inch dan luas penampang tekan 1 cm2 ke dalam benda uji sedalam

0,222 in. Pengujian kekerasan sisi ini dilakukan pada dua permukaan, lalu nilainya dirata-

ratakan. Nilai kekerasan sisi dihitung dengan rumus:

49

H = P/A Dimana: H = kekerasan sisi (kgf/cm2

P = beban (kgf) )

A = luas penampang bola (1 cm2

)

d). Kekuatan tekan sejajar serat Pengujian tekan sejajar serat dilakukan dengan memberikan beban pada arah

sejajar serat dengan kedudukan contoh uji vertikal, dengan pemberian beban berlahan-

lahan sampai contoh uji mengalami kerusakan dan beban tersebut merupakan beban

maksimum yang dapat diterima oleh contoh uji. Nilai kekuatan tekan sejajar serat

dihitung dengan rumus:

σ tk

Dimana: σ = Pmaks/A

tk = kekuatan tekan sejajar serat maksimum (kgf/cm2

P maks = beban maksimum (kgf) )

A = luas penampang (cm2

)

e). Kekuatan Geser Sejajar Serat

Pengujian kekuatan geser sejajar serat dilakukan dengan memberikan beban pada

arah sejajar serat dengan kedudukan contoh uji vertikal. Pembebanan secara perlahan

sampai terjadi kerusakan contoh uji, dan nilai kekuatan geser sejajar serat diperoleh

dengan rumus:

τ s//

Dimana: τ = P maks/A

s// = kekuatan geser sejajar serat maksimum (kgf/cm2

P maks = beban maksimum (kgf) )

A =luas penampang bidang geseran (cm2

)

f). Kekuatan Tarik sejajar serat dan tegak lurus serat

Pengujian kekuatan tarik sejajar serat dilakukan dengan menarik benda uji pada

kedua sisinya sampai benda uji putus. Nilai kekuatan tarik dihitung dengan rumus:

σ tr

Dimana: σ = P maks/A

tr = kekuatan tarik sejajar serat atau tegak lurus serat (kgf/cm2

P maks = beban maksimum (kgf) )

A = luas penampang bidang putus (cm2

)

50

2). Pengujian sifat rekayasa a). Pengujian kayu secara visual dan mekanis ukuran pemakaian (full scale)

Pengujian menggunakan dua metoda, yaitu menentukan tegangan ijin lentur

melalui pemilahan secara visual (VSG, Visual Stress Grading) dan penentuan tegangan

ijin lentur secara masinal (MSR, Mechanical Stress Rating). Secara visual dilakukan

dengan pengukuran dimensi, pengamatan cacat kayu, pengukuran kadar air dan

penimbangan kayu, lalu ditentukan kelas mutunya berdasarkan NI-5 PKKI 1961.

Pengujian secara masinal menggunakan mesin pemilah Panter MPK-5 dengan

cara meletakkan kayu di atas mesin tersebut. Kayu kemudian diberi beban awal, lalu

dicatat defleksinya. Setelah itu beban ditambahkan dan diukur defleksi yang terjadi.

Dengan menggunakan data tersebut dapat ditentukan MOE dengan rumus (SKI C-bo-

010-1987):

MOEP = [(PL3)/4 ∆ybh3

)]* fk

Sedangkan nilai MOR dapat diperoleh dari nilai MOE Panter dengan

menggunakan nilai regresi:

MORP

= 9,43 + 0,0036 MoE

Dimana: MOEP = modulus elastisitas Panter (kgf/cm2

MOR)

P = kekuatan lentur maksimum(patah) Panter (kgf/cm2

P = beban standar (kgf) )

L = panjang bentang (jarak sangga) (cm) ∆y = defleksi atau lenturan akibat beban standar (cm) b = lebar penampang kayu (cm) h = tebal atau tinggi penampang kayu (cm) fk = faktor koreksi Selanjutnya perolehan nilai kekuatan kayu dikalikan dengan faktor keamanan

sebesar 1/(2,3) sehingga dapat ditemukan nilai tegangan ijin kayu mangium menurut versi

ASD (Allowable Stress Design).

Untuk lebih membuktikan nilai sifat mekanisnya, setelah diuji dengan mesin

Panter MPK-5, kayu kemudian diuji sifat mekanisnya berdasarkan Standar ASTM D-198

(2008) pada mesin UTM Shimadzu dengan jarak sangga 240 cm dan dengan metoda

two point loading seperti pada Gambar 9 dan rumus perhitungan sebagai berikut:

51

Gambar 9. Peletakan beban dalam pengujian Third Point Loading

MOES = (23/108) * [(∆PL3) / (∆Ybh3)] (kgf/cm2

MOR)

S= (PL) / (bh2) (kgf/cm2

)

Dimana: MOES MOR

= modulus elastisitas Shimadzu S

∆P = selisih beban dalam daerah elastis (kgf) = modulus patah Shimadzu

L = jarak sangga (cm) b = tebal (jarak horizontal) penampang contoh uji (cm) h = tinggi (jarak vertikal) penampang contoh uji (cm) ∆Y = simpangan (defleksi) pada beban ∆P (cm)

P = beban pada saat kayu rusak (kgf) Penentuan kekuatan kayu mangium sebagai kayu konstruksi dalam format LRFD

(Load and Resistance Factor Design) dihitung dengan prosedur realibility normalization

dengan standar ASTM D-5457 (2008):

Rn = Rp x Ω x K Dimana: Rn = Reference resistance (tahanan referensi)

R

Rp = nilai dugaan persentil ke-p dari distribusi material Ω = data confident factor KR

Dari beberapa perhitungan yang dilakukan di atas akan diperoleh kekuatan

karakteristik, tegangan ijin lentur, kelas mutu, tahanan referensi dan nilai ataupun kelas

kekuatan lainnya sesuai dengan pedoman yang dipergunakan.

= reliability normalization factor

b). Pengujian non destruktif ckbc dan balok Pengujian non destruktif dilakukan terhadap contoh uji berbentuk ckbc dan balok

dengan cara uji kekakuan dinamis (MoED) secara non destruktif menggunakan alat NDT

Sylvatest-Duo (frekuensi = 22 kHz). Alat tersebut mempunyai dua transducer gelombang

ultrasonik (berfungsi sebagai transmitter dan receiver) yang masing-masing ditancapkan

di kedua ujung kayu yang diuji sampai kecepatan gelombang dapat terbaca pada panel

alat (dalam mikrodetik). Pada sortimen ckbc pengukuran diulang 3 kali pada titik yang

52

sama, sedangkan pada sortimen balok pengukuran dilakukan masing-masing 3 kali pada 3

titik di kedua ujung, dan data yang digunakan adalah rataan dari ulangan tersebut.

Penghitungan nilai kekuatan secara non destruktif dirumuskan sebagai berikut

(Christoffel dalam Karlinasari, 2005):

MoEd = (ρ/g) * Vus dimana: MoEd = modulus elastisitas dinamis (kgf/cm

2 2

ρ = kerapatan(gr/cm)

3

g = konstanta gravitasi (9,81 m/detik)

2

Vus = kecepatan gelombang ultrasonik (m/detik) )

3). Pengujian sambungan kayu Pengujian sambungan kayu menggunakan mesin UTM Baldwin dengan posisi

seperti pada Gambar 10. Piston akan menekan sambungan dan slip (sesaran) akan

direkam oleh dialgauge (deflektometer) LVDT dengan tingkat kesalahan 0,05%.

Pencatatan sesaran dilakukan untuk setiap kilogram penambahan beban (interval beban).

Pengujian dihentikan bila telah terjadi kerusakan pada sambungan kayu yang diricikan

oleh bunyi keretakan sambungan atau saat nilai kemampuan pembebanan tidak

mengalami peningkatan meski pembebanan tetap berjalan. Hasil pengujian berupa

gambar rekaman kurva tegangan dan regangan yang terjadi, besarnya beban yang mampu

dipikul sambungan pada sesaran yang diinginkan, dan kemampuan maksimum

sambungan dalam menahan beban.

Gambar 10. Pengujian Sambungan Kayu

Hasil pengujian berupa gambar rekaman kurva beban dan sesaran (load and

displacement) yang terjadi, besarnya beban yang mampu dipikul sambungan pada sesaran

Piston

LVDT

Kayu

Pasak Geser

Pengencang

53

yang diinginkan, dan kemampuan maksimum sambungan dalam menahan beban. Kurva

tersebut dapat dijelaskan dalam Gambar 11 berikut.

Gambar 11. Monitor Pencatatan Alat Uji Baldwin dan Kurva yang Terjadi Akibat Pembebanan pada Sambungan

b. Metoda Analisis Data Terhadap data hasil replikasi (ulangan) dilakukan penghitungan nilai rataan,

simpangan baku dan koefisien variasi dengan perhitungan sebagai berikut (Snedecor,

1967):

_ Nilai rataan pengujian (X) = n

∑ Xi

_ / ∑ (Xi – X)Nilai simpangan baku (Sd) = √ n - 1

2

Nilai koefisien variasi (Cv) = Sd X

x 100%

Dimana Xi = nilai pengamatan individu ke-i N = jumlah contoh pengamatan

(Xi-X)2

= kuadrat simpangan baku nilai pengamatan individu terhadap nilai rataannya.

Selanjutnya analisis data hasil penelitian sesuai dengan jenis perlakuannya

menggunakan beberapa metoda pengujian dan rancangan percobaan sebagai berikut:

1). Analisis sifat dasar kayu mangium

Analisis data sifat dasar (sifat fisis dan mekanis contoh kecil bebas cacat) masing-

masing jenis kayu mangium menggunakan rancangan acak lengkap (completely

54

randomized design) dengan perlakuan berupa variasi peletakan dalam batang (bagian

bawah, tengah dan atas) sesuai pengambilan contoh uji yang dilakukan. Model

matematika bagi rancangan tersebut adalah:

Yij = μ + τi + ∑ij

Dimana Yij = hasil observasi ke-j dari perlakuan ke-i μ = nilai harapan peubah random Y τi = efek dari perlakuan ke-i ∑ij = galat percobaan yang terjadi karena adanya perlakuan ke-i yang

dirandom pada ulangan ke-j.

Selanjutnya bila dari perhitungan analisis sidik ragam (analysis of variance)

menunjukkan hal yang signifikan, perlu dilakukan uji beda nyata terkecil (least

significant difference). Untuk taraf signifikansi α uji lanjut tersebut dihitung dengan

rumus (Gomez dan Gomez, 1995):

LSD α = t * Se

Dimana t* = t-tabel Se = galat baku (standard error) = √ Kuadrat Rataan Galat/Ulangan

2). Analisis sifat rekayasa kayu utuh

Analisis data sifat rekayasa kayu mangium dilaksanakan dengan menggunakan

format Allowable Stress Design (ASD, dengan menggunakan standar ASTM D-2915

(2008) untuk memperoleh tegangan ijin (allowable stress), dan format Load and

Resistance Factor Design (LRFD dengan berpatokan pada ASTM D-5457 (2008) untuk

memperoleh nilai tahanan referensi (reference resistance) kayu mangium yang diteliti.

Disamping itu, analisis data juga dilakukan dengan mempergunakan format

penentuan tegangan ijin menurut R-SNI tentang Tata Cara Perencanaan Konstruksi Kayu

Indonesia (2002) guna mengetahui nilai E yang dimiliki oleh kayu mangium sebagai

bahan struktural.

3). Pendugaan hubungan sifat dan kekuatan mangium Pendugaan hubungan sifat kekuatan dibuat dengan menarik hubungan regresi

antar parameter predictor terhadap parameter respon sesuai sifat mekanis yang ingin

diduga, meliputi beberapa hubungan berikut:

a). Berat jenis ckbc terhadap sifat mekanis ckbc dan balok

55

b). Kecepatan gelombang ultrasonik dengan alat NDT Sylvatest-Duo terhadap modulus

elastisitas baik ckbc dan balok (dengan alat NDT Sylvatest Duo, MPK Panter dan

UTM Instron dan Shimadzu)

c). Nilai kekakuan (MoE) dan atau kekuatan lentur statis (MoR) dari suatu hasil

pengujian terhadap nilai MoE dan atau MoR hasil pengujian dengan metoda atau alat

uji lainnya

4). Analisis sambungan kayu berpasak penahan geser a). Analisis terhadap perlakuan 13 sistem sambungan yang berbeda.

Analisis statistik tentang kemampuan sistem sambungan dengan perlakuan

bentuk pasak dan pengencang yang berbeda disusun dalam ANOVA (Analysis of

Variance) melalui Desain Eksperimen Satu Faktor dalam Program Minitab versi 14, baik

bagi kemampuan sistem sambungan maupun sesaran yang terjadi pada titik beban

maksimum maupun kemampuan pada batas proporsi. Bila ANOVA pada program

tersebut menunjukkan nilai F yang lebih besar dari P yang berarti perlakuan dalam bentuk

jenis sambungan yang berbeda-beda dinyatakan berbeda signifikan sehingga perlu diuji

lebih lanjut guna mengetahui perlakuan yang mana saja yang signifikan.

Tabel 14. Jenis Perlakuan 13 Sistem Sambungan yang Berbeda Berdasar Bentuk Pasak dan Jenis Pengencang.

Perlakuan Bentuk Pasak Bahan Pasak Pengencang Perekat 1 - - - Epoxy 2 - - Baut - 3 - - Bambu - 4 Bulat Mangium Bambu - 5 Bulat Mangium Plat klam - 6 Bulat Mangium Baut - 7 Bulat M. dipadatkan Baut - 8 Bulat Ulin Baut - 9 Bulat Baja Baut -

10 Segiempat Mangium Baut - 11 Segiempat M. dipadatkan Baut - 12 Segiempat Ulin Baut - 13 Segiempat Baja Baut -

Ukuran komponen sambungan bagi ke 13 sistem sambungan tersebut adalah

sama, sehingga titik berat pengamatan adalah pada perbedaan kekuatan sistem

sambungan yang dipengaruhi oleh perlakuan sesuai kriteria Tabel 14 diatas.

56

Meski faktor tunggal (yakni sambungan pasak dengan sepasang penahan geser),

namun memiliki 13 level terdiri atas 8 level yang merupakan kombinasi 2 macam bentuk

dan 4 jenis bahan pasak penahan geser, serta 5 level lainnya terdiri atas sambungan

berperekat, sambungan pasak penahan geser bulat dengan dengan plat klam, sambungan

pasak penahan geser bulat dengan dengan pengencang bambu, sambungan pasak bambu

dan sambungan pasak baut.

Uji lanjut menggunakan program Minitab versi 14 dengan interpretasi perbandingan

berpasangan menurut Fisher’s Test (yang sering disebut juga dengan Least Significant

Difference), dengan ketentuan interpretasi Fisher’s Test bahwa bila interval rata-rata

untuk sepasang level faktor yang diperbandingkan memuat bilangan nol, maka

keputusannya adalah keduanya memiliki rata-rata kekuatan sambungan maksimum yang

sama (Iriawan dan Astuti 2006).

b). Analisis statistik kemampuan sistem sambungan berdasar bentuk, jumlah dan

bahan pasak penahan geser.

Analisis statistik tentang kemampuan sistem sambungan dalam menahan beban

baik pada batas proporsi maupun kemampuan maksimumnya dilakukan dengan

menggunakan percobaan faktorial 2 x 3 x 4 dalam Rancangan Kelompok Lengkap

Teracak (Randomized Completely Block Design) yang terdiri atas:

1). Faktor A (bentuk pasak penahan geser) yang terdiri atas 2 level perekat yaitu a1 (pasak

penahan geser bentuk bulat), a2

2). Faktor B (jumlah pasangan pasak) yang terdiri atas tiga level lapisan yaitu b

(pasak penahan geser bentuk segiempat)

1

(sepasang pasak penahan geser), b2 (dua pasang pasak penahan geser) dan b3

3). Faktor C (jenis bahan pasak penahan geser) yang terdiri atas empat level yaitu c

(tiga

pasang pasak penahan geser).

1

(pasak mangium sejenis dengan komponen sambungan), c2 (pasak mangium

dipadatkan), c3 (pasak ulin) dan c4

Untuk analisis pengaruh faktor tunggal dan interaksi antar faktor bila

diketemukan hal yang berbeda signifikan dilakukan dengan uji lanjut HSD (Honestly

Significant Different, Uji Beda Tulus) (Gomez dan Gomez, 1995) dengan rumus

perhitungan:

(pasak baja).

HSD α = q α * Se Dimana q = nilai Tabel q(Tukey)

Se = galat baku (standard error) = √ Kuadrat Rataan Galat/Ulangan

57

c). Regresi kurva beban-sesaran, kekuatan ijin pasak dan kerusakan pasak

Data yang diperoleh pada pengujian sambungan kayu adalah besarnya beban (P)

dan besarnya sesaran (y), dan dari keduanya dicari hubungannya dengan menggunakan

analisis regresi dan pembuatan kurva sesaran. Dalam analisis regresi terdapat hubungan

antar beberapa karakter yang dinyatakan dalam bentuk variabel tidak bebas sebagai

fungsi dari variabel bebas yang mempengaruhinya, dan kuat lemahnya hubungan kedua

variabel dapat diketahui melalui besar kecilnya nilai koefisien korelasi (r). Jenis analisis

regresi yang dicobakan dapat berupa linier, eksponensial, polimonial ataupun lainnya,

dan dipilih pada regresi yang mampu menghasilkan koefisien korelasi yang tertinggi.

Perhitungan kekuatan ijin tiap pasak juga dilakukan dengan membagi besaran

beban dengan jumlah pasak yang mendukungnya, kemudian dirata-ratakan bagi

sambungan yang mempunyai perlakuan yang sama. Beban ijin sambungan dihitung

sebesar 1/3 x beban maksimum (Wiryomartono, 1977) atau 1/2,75 x beban maksimum

dengan batasan sesaran tidak lebih dari 1,5 mm (Yap, 1984).

Analisis terhadap besarnya sesaran juga diperlukan agar diketahui kemampuan

sambungan dalam memenuhi berbagai standar sesaran yang berlaku. Sesaran dimaksud

adalah sebesar 0,38 mm (standar Amerika); 0,80 mm (standar Australia); 1,5 mm (standar

Jerman) (Wiryomartono, 1977; Yap, 1984; Sucahyo, 2010).

Analisis terhadap kerusakan diamati melalui perubahan bentuk pasak

ataupun lubang pasak akibat pembebanan. Pengamatan pada baut pengencang dilakukan

melalui perubahan kelurusan baut ataupun kemungkinan perilaku kepala baut dan mur

yang ikut melakukan penahanan beban.

58