PENGARUH LUAS TAMPANG DAN POSISI LAPISAN KAYU TERHADAP KEKUATAN BALOK LAMINASI

Transkripsi

1 PENGARUH LUAS TAMPANG DAN POSISI LAPISAN KAYU TERHADAP KEKUATAN BALOK LAMINASI Arusmalem Ginting Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta Jurnal Diagonal Fakultas Teknik Universitas Merdeka Malang Volume 7, Nomor 1, Februari 2006

2 PENGARUH LUAS TAMPANG DAN POSISI LAPISAN KAYU TERHADAP KEKUATAN BALOK LAMINASI Arusmalem Ginting * Abstrak Semakin menyusutnya pasokan kayu berkualitas baik dan berukuran besar menyebabkan kelangkaan dan mahalnya harga kayu di pasaran. Usaha mengatasi hal tersebut antara lain dengan memanfaatkan kayu berukuran kecil, kayu berkualitas rendah serta sisa-sisa produksi kayu. Salah satunya berupa balok laminasi, yang dibuat dengan menggabungkan lapis-lapis kayu kualitas berbeda menjadi balok berukuran besar. Jenis kayu dan posisi tiap lapisan diduga berpengaruh terhadap kekuatan balok laminasi. Penelitian bertujuan untuk mengkaji pengaruh prosentase jenis kayu dan posisi lapisan terhadap kuat lentur balok laminasi. Benda uji berupa balok laminasi keruing-meranti berperekat resin formaldehida, dengan variasi posisi lapisan keruing-meranti-keruing dan meranti-keruing-meranti, serta prosentase keruing 66,67% dan 33,33%. Sebagai pembanding dibuat balok tanpa rekatan dengan posisi sama dengan balok laminasinya. Pengujian dilakukan terhadap sifat-sifat bahan dasar serta kuat lentur balok laminasi dan balok tanpa perekatan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perekatan tiap lapis balok susun, prosentase jumlah jenis kayu dan posisi penempatan lapisan pada balok berpengaruh terhadap kuat lentur balok Abstract Decreasingly of good quality and big size wood supplied caused the scarcity and the high price of wood in the market. The efforts to over came this problem among other thing are by using small size wood, low quality wood and wood production residue. One of them is lamination beam, that made by compose some wood layers with different quality became the big size beam. Type and position of layer was predicted influent to the strength of the lamination beam. The research aimed to study influence of the percentage of wood type and layer position towards flexural strength of lamination beam. Speciment lamination beam keruing-meranti glued with formaldehyde resin, with variation layer keruing-meranti-keruing and meranti-keruingmeranti, with percentage keruing 66.67% and 33.33%. As the standard was made the beam without glue with the position same as the lamination beam. The testing was carried out towards the characteristics of the base material as well as flexural strength the lamination beam and the beam without glue. Results of the research showed that glued each layer of composite beam, percentage of wood types and the placement of the layer influenced flexural strength the beam. Keywords: lamination beam, keruing, meranti, flexural strength. Kata kunci: Balok laminasi, keruing, meranti, kuat lentur. PENDAHULUAN Penggunaan kayu sebagai bahan bangunan maupun untuk kepentingan lain saat ini menghadapai tantangan berupa penurunan pasokan kayu berukuran besar dan berkualitas baik. Hal ini * Dosen Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Janabadra Yogyakarta

3 disebabkan karena turunnya produksi kayu hutan akibat semakin sempitnya lahan hutan alami dan umur tebang pohon yang relatif panjang. Tambahan pasokan kayu dari hutan tanaman industri relatif sedikit dan umumnya berupa kayu dengan kekuatan rendah dan berukuran kecil (Syafi i, 1998). Usaha pemanfaatan kayu berukuran kecil, kayu kelas kuat rendah serta sisa-sisa produk kayu untuk keperluan konstruksi merupakan upaya mengisi kekurangan kebutuhan bahan baku kayu, disamping ikut mengurangi pencemaran lingkungan. Berbagai jenis produk hasil industri kayu yang sudah beredar antara lain kayu lapis, papan serat, papan partikel, papan komposit, papan laminasi dan balok laminasi. Teknologi tersebut memberi peluang digunakannya kayu berukuran kecil, kayu berkualitas rendah dan sisa produksi pengolahan kayu untuk keperluan konstruksi. Pembuatan balok kayu laminasi bertujuan untuk memanfaatkan kayu berukuran kecil dan kayu bermutu rendah agar dapat mendukung beban yang besar. Umumnya dibuat dengan menggabungkan beberapa lapis kayu menggunakan mutu kayu yang berbeda. Besarnya beban dan jenis pembebanan dapat dijadikan pertimbangan untuk menentukan luas dan posisi lapisan kayunya, karena kekuatan, posisi dan prosentase luas tampang setiap lapisan berpengaruh tehadap kekuatan balok laminasinya. Berdasarkan uraian tersebut, timbul pemikiran untuk melakukan penelitian yang bertujuan untuk mengkaji pengaruh prosentase luas dan posisi lapisan kayu terhadap kekuatan balok laminasi. Hasil penelitian diharapkan akan dapat dimanfaatkan sebagai rujukan dalam menentukan luas tampang dan letak lapisan kayu pada balok laminasi. Batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Balok laminasi yang ditinjau hanya balok yang tersusun atas 3 lapis kayu yang disatukan dengan perekat lem. 2. Untuk lapisan kayu digunakan kayu jenis keruing dan meranti. 3. Kekuatan balok yang diperhitungkan hanya kuat lentur dan kekakuannya. Karena terbatasnya data, hasil penelitian belum dapat dijadikan dasar menurunkan persamaan secara umum, dan hanya berlaku pada kondisi sesuai kondisi penelitian. Beberapa penelitian tentang balok laminasi yang pernah dilakukan sebelumnya adalah: 1. Penelitian tentang sambungan batang kayu oleh Sasaki dan McArthur (1973),

4 2. Penelitian tentang kuat rekat kayu sengon untuk papan laminasi menggunakan perekat urea formaldehida oleh Kasmudjo (1995), 3. Penelitian tentang jumlah kayu pengisi komposit kayu kruing-sengon oleh Fakhri (2001), 4. Penelitian tentang kekuatan sambungan miring kayu sengon pada balok laminasi oleh Setyo (2003). Penelitian tentang balok laminasi telah banyak dilakukan, namun sepengetahuan penulis penelitian tentang pengaruh luas tampang dan posisi lapis kayu terhadap kekuatan balok laminasi belum pernah dilakukan. TINJAUAN PUSTAKA Bahan Kayu Secara ilmiah kayu didefinisikan sebagai bahan lignoselulosa yang dihasilkan oleh tumbuhan berkayu dengan tinggi minimal 7 meter, tumbuh meninggi dan mempunyai penebalan sekunder, sedang secara populer kayu merupakan bahan yang diambil dari organisme pohon. Kayu tersusun atas xylem atau jaringan pengangkutan makanan yang dibutuhkan oleh pohon saat masih hidup (Prayitno, 2001). Pemanfaatan kayu memiliki berbagai keuntungan antara lain kayu merupakan sumber daya yang dapat diperbarui, memiliki keluwesan untuk berbagai keperluan, kekuatannya relatif besar dibanding beratnya. Sedang kelemahannya berupa sifatnya yang heterogen, terdapat cacat bawaan akibat tumbuhnya, mengalami kembang susut, keawetan dan ketahanannya terhadap serangan hama kurang baik. Untuk keperluan konstruksi, sifat fisika, sifat mekanika dan sifat kimiawi kayu perlu mendapat perhatian. Sifat fisika berkaitan dengan kadar air, berat jenis dan kembang susut kayu penting bagi penggunaan kayu sebagai bahan konstruksi. Sifat mekanika berhubungan dengan kekuatan kayu, sedang sifat kimia berpengaruh terhadap keawetan serta perekatan kayu. Kayu bersifat heterogen yaitu sifat yang tidak seragam untuk seluruh batang akibat susunan sel yang tidak merata. Sifat higroskopis, yaitu kecenderungan kadar air kayu menyesuaikan kelembaban udara di sekitarnya. Kayu keruing masuk dalam famili Dipterocarpaceae yang mempunyai lebih dari 15 spesies, tumbuh di hutan-hutan daerah tropis. Termasuk tingkat kekuatan III atau II dengan berat jenis 0,6 0,9. Tingkat keawetan III dan tingkat pemakaian III, sehingga dapat digunakan untuk keperluan konstruksi berat terlindung. Daya retaknya kecil, tetapi kembang susut akibat cuaca cukup besar. Disamping itu kayunya tidak tahan rayap dan mudah menjadi lapuk (Wiryomartono, 1976). Martawijaya dan Kartasujana (1977) menyatakan, kayu keruing umumnya mudah direkat dan cocok digunakan untuk konstruksi bangunan. Sedang kayu meranti (parashoera spec) banyak tumbuh di daerah Sumatra dan Kalimantan. Kayunya mudah dimakan rayap, mudah lapuk, kembang susut besar. Karena itu kayu meranti

5 disarankan hanya digunakan untuk bangunan ringan dan bangunan sementara. Kayu meranti termasuk dalam tingkat kekuatan III-IV, tingkat pemakaian IV dan tingkat keawetan IV dengan berat jenis sebesar 0,5 0,8 Tekstur kayu agak kasar dengan arah serat bergelombang, dan mempunyai daya perekatan cukup baik. Terdapat 2 jenis kayu meranti yaitu meranti merah dan meranti putih (Wiryomartono, 1976). Balok Kayu Laminasi Balok kayu laminasi (wood laminated beam) merupakan struktur yang dibuat dengan merekatkan beberapa papan kayu menggunakan bahan resin, dengan susunan berlapis-lapis arah sejajar memanjang satu sama lain. Pembuatannya bertujuan untuk memanfaatkan kayu berkekuatan rendah dan kayu berukuran kecil untuk mendukung beban besar, utamanya dukungan terhadap beban lentur batang (Breyer, 1988). Penggunaan balok kayu laminasi memiliki beberapa keuntungan dibanding balok solid, antara lain (Falk dan Colling, 1995): 1. Dapat memanfaatkan kayu ukuran kecil dan jenis kayu lunak untuk mendukung beban yang besar. 2. Panjang balok dapat disesuaikan dengan kebutuhan konstruksi. 3. Kayu dapat dipilih dan disusun sesuai tegangan yang akan terjadi sehingga dapat menghemat pembelian bahan. 4. Dapat dibentuk lurus, lengkung maupun bentuk yang lain. 5. Pengeringan tiap lapis dapat lebih sempurna sehingga mengurangi perubahan bentuk dan kembang susut balok. 6. Bahan lebih homogen karena cacat-cacat termasuk mata kayu dapat diletakkan menyebar. 7. Dapat diproduksi secara masal dan masinal. Umumnya balok laminasi dibuat dengan tebal lapisan antara mm pada balok lurus, sedang pada balok lengkung digunakan lapisan lebih kecil dari 19 mm (Breyer, 1988) Perekatan Kayu Teori perekatan menyangkut perekatan mekanik yaitu perekatan yang terjadi karena bahan perekat memasuki pori kayu dan setelah kering membentuk akar garis perekat, dan perekatan spesifik yaitu perekatan terjadi karena kekuatan tarik menarik antar molekul bahan yang direkatkan (Prayitno, 1994). Penyambungan kayu dengan perekat memberi beberapa keuntungan antara lain: 1. Sambungan tidak mengurangi luas tampang kayu, 2. Kekuatan perekatan merata, 3. Berat sambungan kecil 4. Penampilan hasil sambungan cukup baik. Perekatan dilakukan dengan melaburkan bahan perekat atau resin pada kayu yang disambung, kemudian diberikan tekanan sebesar 0,7 MPa untuk kayu lunak dan 1 MPa untuk kayu keras. Tebal resin yang dapat menghasilkan keteguhan rekat yang baik berkisar antara 0,051 0,254 mm

6 (Selbo, 1975 dalam Prayitno, 1996). Sebagai bahan perekat, digunakan perekat jenis urea formaldehida yang berbahan dasar metanol, urea dan fenol dengan pengisi lignoselulosa, yang dibuat dari hasil sampingan produksi alkohol atau diproduksi dari tongkol jagung, sekam padi atau sekam biji-bijian sejenis gandum. Perekat ini termasuk jenis thermosetting yang tidak memerlukan panas untuk pengerasanya dan cocok untuk keperluan struktural. Kekuatan perekatan disamping ditentukan oleh cara dan kekuatan bahan perekatnya, juga dipengaruhi oleh sifat dan kondisi kayu seperti kadar air, berat jenis, arah serat, porositas dan wettabilitas kayu. METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah: 1. Alat pemeriksaan bahan berupa timbangan, kaliper, oven untuk pemeriksaan berat jenis dan kadar air, serta Universal Testing Machine untuk pengujian kuat desak dan kuat tarik kayu. 2. Alat pembuatan benda uji berupa pasah, gergaji dan alat kempa manual. 3. Alat uji lentur berupa loading frame, tumpuan sendi-rol, hydraulic jack, load cell dan dial gauge. Sedang bahan yang digunakan adalah: 1. Kayu keruing dan kayu meranti berukuran 4 x 6 cm 2 2. Perekat jenis Epoxy Milan. Proses Penelitian Penelitian dilakukan dengan urutan langkah pemeriksaan bahan, pembuatan benda uji dan pengujian lentur benda uji. Pemeriksaan bahan yang dilakukan meliputi pemeriksaan kadar air, berat jenis, pengujian kuat tekan, tarik dan geser kayu keruing dan meranti. Balok laminasi sebagai benda uji lentur berupa balok dengan tiga lapis kayu menggunakan 2 jenis kayu yaitu keruing dan meranti. Pembuatannya dilakukan dengan melaburkan perekat setebal 1mm pada kayu yang akan direkat, kemudian disusun dan dilakukan pengempaan dengan menggunakan klem selama 24 jam. Klem kemudian dilepas dan perekat dibiarkan mengering selama 5 hari untuk dilakukan pengujian. Penelitian oleh Setyowati (2003) dan Winardi (2004) memberikan hasil perekatan yang baik pada cara perekatan tersebut. Benda uji balok laminasi dibuat menjadi 2 jenis variasi perbandingan dan posisi lapis kayu yaitu (1) variasi I posisi keruingmeranti-keruing dengan luas tampang keruing 66,67%-meranti 33%, dan (2) variasi II posisi meranti-keruing-meranti dengan luas tampang keruing 33,33% dan meranti 66,67%. Sebagai pembanding dibuat benda uji yang disusun tanpa perekat dengan posisi kayu sama dengan posisi kayu pada balok laminasi. Kode dan variasi jenis benda uji dapat dilihat pada Tabel 1. Pengujian lentur dilakukan pada tumpuan sedi-rol bentang bersih L = 150 cm dengan 2 titik pembebanan simetris sejauh L/3 dari tumpuan.. Penempatan benda uji saat pengujian dapat dilihat pada Gambar 1.

7 (6) (7) (8) Keterangan gambar: (1) (1) (3) (4) L/3 L/3 P P/2 P/2 (5) (1) = Loading frame (2) = Loading frame (3) = Hydraulic jack (4) = Load cell (5) = Penyebar beban (6) = Benda uji (7) = Perletakan (8) = Lantai Gambar 1. Setting up benda uji L/3 Tabel 1. Kode dan variasi benda uji balok lentur Kode benda uji BL.1 BL.2 BS.1 BS.2 Variasi penempatan Keruing-Meranti-Keruing (dengan perekatan) Meranti-Keruing-Meranti (dengan perekatan) Keruing-Meranti-Keruing (tanpa perekatan) Meranti-keruing-Meranti (tanpa perekatan) % luas tampang Keruing Meranti Jumlah benda uji 66,67 33, ,33 66, ,67 33, ,33 66,67 3 HASIL DAN ANALISIS HASIL Pemeriksaan Sifat Fisika Untuk mengetahui sifat fisika kayu, dilakukan pengujian kadar air kayu dan berat jenis kayu, yang hasilnya dapat dilihat pada Tabel 2. dan Tabel 3. Tabel 2. Hasil pemeriksaan kadar air kayu No Kadar air kayu keruing Kadar air kayu meranti % Rata-rata % % Rata-rata % 1 9,81 3,43 2 5,75 7,57 2,50 2,82 3 7,14 2,52

8 Tabel 3. Hasil pemeriksaan berat jenis kayu No Berat jenis kayu keruing Berat jenis kayu meranti Gram/ cm 3 Rata-rata gram/ cm 3 gram/ cm 3 Rata-rata gram/cm 3-1 0,75 0,37 2 0,78 0,76 0,40 0,40 3 0,75 0,43 Dari hasil pemeriksaan kadar air kayu disimpulkan, kondisi kayu cukup kering untuk dilakukan perekatan. Sedang dari berat jenis kayu, mengacu pada ketentuan PKKI-1961, kayu keruing yang digunakan termasuk dalam kelas kuat II, dan kayu meranti termasuk kelas kuat IV. Sedang menurut Panshin dan Zeew (1970), kayu dapat dibagi menjadi kayu lunak dan kayu keras dengan batas kerapatan 0,50, sehingga kayu keruing yang digunakan termasuk kayu keras dan kayu meranti termasuk kayu lunak. Pengujian Sifat Mekanika Bahan Kayu Hasil pengujian kuat desak dan kuat tarik kayu ditampilkan pada Tabel 4, dan hasil kuat geser kayu, kuat geser perekatan kayu keruing dan meranti. ditampilkan pada Tabel 5. Dari hasil kuat desak pada Tabel 4, kayu keruing yang digunakan termasuk dalam kelas kuat II, sedang kayu meranti termasuk dalam kelas kuat IV (PKKI, 1961). Sedang kuat geser yang ditampilkan pada Tabel 5 memperlihatkan, kuat geser perekatan keruingmeranti melebihi kuat geser kayu keruing dan kayu meranti, sehingga perekatan yang dilakukan dapat berfungsi dengan baik dan memenuhi persyaratan. No Tabel 4. Hasil pengujian kuat desak dan kuat tarik kayu Kuat desak (kg/ cm 2 ) Kuat tarik (kg/ cm 2 ) Kayu keruing Kayu meranti Kayu keruing Kayu meranti Rataratratrata Rata- Rata- Ratarata ,19 561,29 577,87 579,45 293,24 301,41 296,87 297, ,66 943,02 732,27 971,65 248,42 192,55 182,69 207,89 Tabel 5. Hasil pengujian kuat geser Kuat geser kayu keruing (kg/cm 2 ) Kuat geser kayu meranti (kg/ cm 2 ) Kuat geser perekatan (kg/ cm 2 ) Rata-rata Rata-rata Rata-rata 58,28 38,60 91,71 73,06 79,44 70,26 39,28 46,18 41,35 99,82 103,73 98,42

9 Pengujian Lentur Balok Laminasi Pengujian kuat lentur balok menghasilkan beban lentur maksimum dan defleksi maksimum, yang hasilnya ditampailkan pada Tabel 6 dan Gambar 2. Kode benda uji BL.1 BL.2 BS.1 BS.2 Tabel 6. Beban dan defleksi maksimum pengujian lentur balok Variasi penempatan K-M-K (dengan perekatan) M- K-M (dengan perekatan) K-M-K (tanpa perekatan) M-K-M (tanpa perekatan) Beban lentur (kg) Rata-rata 3130, , , , , , , , , , , , , , , ,96 Defleksi mak (mm) Rata-rata 28,51 23,26 26,46 27,60 20,02 25,37 23,86 26,20 57,94 87,27 75,25 80,53 56,05 48,94 54,44 58,33 Kuat Lentur (kg) BL.1 BL.2 BS.1 BS.2 Benda Uji Gambar 2. Beban maksimum pengujian lentur balok Tabel 6 dan Gambar 2 memperlihatkan bahwa balok laminasi mempunyai kekuatan lebih besar dibanding balok susun tanpa perekatan. Beban lentur balok BL.1 naik sebesar 1,96 kali dibanding balok BS1, sedang beban lentur balok BL.2 naik sebesar 1,95 kali dibanding balok BS.2. Hal ini terjadi karena lapis kayu yang disatukan dengan perekat menghasilkan momen inersia lebih besar dibanding lapis kayu yang bekerja sendiri-sendiri, sehingga mempunyai kekakuan yang lebih besar. Pengaruh jumlah dan posisi lapis kayu pada balok laminasi dilakukan secara bersama, dengan membandingkan kuat lentur balok BL.1 dengan 66,67% keruing dengan posisi keruing-merantikeruing, dan BL.2 dengan 33,33% keruing dengan posisi meranti-keruing-meranti. Hasilnya

10 dengan perbedaan jumlah kayu keras 33,33% dan penempatan kayu keras di bagian luar, pada balok laminasi dengan 3 lapis kayu diperoleh perbedaan kuat lentur sebesar 28,39%. Dari pengamatan defleksi yang terjadi, balok yang disusun tanpa perekatan mempunyai defleksi lebih besar dibanding balok laminasi, naik sebesar 184,4% pada posisi 66,67% keruing dan 128,16% pada balok dengan 33,33% keruing. Hal ini terjadi karena kekakuan balok laminasi lebih besar dibanding balok tanpa perekatan. SIMPULAN Dari hasil penelitian diketahui bahwa perekat Urea Formaldehida ( Epoxy Milan) dengan ketebalan 1mm dan pengempaan 1 MPa cukup kuat untuk merekatkan kayu keruing dan meranti. Penggabungan lapis kayu sebagai balok laminasi meningkatkan kekuatan cukup besar bila dibandingkan dengan penggabungan lapis kayu tanpa perekatan yang berperilaku sebagai balok susun. Prosentase jumlah dan posisi lapis kayu berpengaruh terhadap kuat lentur balok laminasi. DAFTAR RUJUKAN Anonim, 1961, Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia,NI-5 PKKI-1961, DPU Indonesia. Breyer, D.E., 1988, Design of Wood Structures, Second Edition, Mc. Graw-Hill Book Company, New York Fakhri, 2001, Pengaruh Jumlah Kayu Pengisi Balok Komposit Kayu Keruing-Sengon Terhadap Kekuatan dan Kekakuan Balok Kayu Laminasi (Glulam Beams), Tesis S-2, PPS UGM, Yogyakarta. Falk, R.H., and Colling, F., 1995, Laminating Effects in Glued-Laminated Timber Beam, Journal of Structural Engineering, 121 (12): Kasmudjo, 1995, Kajian Sifat-Sifat Kayu dan Kemungkinan Penggunaannya, Duta Rimba, Vol. XX No , pp Martawijaya, A., dan Kertasujana, 1977, Ciri Umum, Sifat dan Kegunaan Jenis-jenis Kayu Indonesia, Lembaga Penelitian Hasil Hutan, Bogor. Panshin, A.J. and Zeeuw, C.D., 1970,, Structures, Identification, Uses and Properties of The Commercial Woods of The United States, Texbook of Wood Technology, Vol. I, Second Edition, Mc. Graw-Hill Book Company, New York. Prayitno, T.A., 1994, Perekat Kayu, Fak. Kehutanan U.G.M., Yogyakarta. Prayitno, T.A., 1996, Perekatan kayu, Fak. Kehutanan U.G.M., Yogyakarta. Prayitno, T.A., 2001, Rekayasa Kayu dan Bambu, Bahan Kuliah S-2, PPS UGM, Yogyakarta. Sasaki, H., and McArthur, E., 1973, Improving Scarf Joint Strength, Forest Products Journal, 23 (5):

11 Setyawati, H., 2003, Pengaruh Variasi Kadar Air Terhadap Kekuatan Sambungan Pada Kayu Kelapa, Skripsi FT UJB, Yogyakarta. Setyo, N.I., 2003, Kekuatan Sambungan Miring Kayu Sengon Pada Struktur Balok Kayu Laminasi, Tesis S-2, PPS UGM, Yogyakarta. Syafi i, W., 1998, Pentingnya Penelitian Sifat-Sifat Dasar Kayu Dalam Rangka Peningkatan Efisiensi Pemanfaatan Sumber Daya Hutan, Seminar Nasional I MAPEKI, Fak. Kehutanan IPB, Bogor. Winardi, 2004, Pengaruh Penggabungan Dua Mutu Kelas Kuat Kayu Ditinjau Dari Gaya Lentur, Skripsi, FT UJB, Yogyakarta. Wiryomartono, S., 1976, Konstruksi Kayu, Bahan Kuliah, FT UGM, Yogyakarta.