BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI PENELITIAN.1. Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan dari bulan November 2008 sampai bulan Februari Tempat pembuatan dan pengujian glulam I-joist yaitu di Laboratorium Produk Kayu Majemuk dan Laboratorium Sifat Fisik dan Mekanis Kayu, Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Departemen Kehutanan, Jl. Gunung Batu Bogor-Jawa Barat. Sedangkan untuk pengujian contoh kecil bebas cacat yaitu di Laboratorium Keteknikan Kayu dan Laboratorium Peningkatan Mutu Kayu Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor..2. Alat dan Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: a. Bahan dasar : Kayu karet tua (Hevea brasiliensis) yang diperoleh dari perkebunan tanaman karet tidak produktif di daerah Jawa Barat b. Perekat : Phenol resorsinol formaldehida (PRF) untuk sambungan antar lamina dan PVAc (Polivynil Asetat) untuk sambungan jari pada satu lapisan lamina c. Ekstender: tepung terigu Alat yang digunakan untuk pembuatan glulam I-joist yaitu : a. Band saw dan gergaji bundar (circular saw) untuk membelah dan memotong contoh uji b. Mesin serut S4S (Smooth 4 sides) untuk menghaluskan permukaan c. Mesin pembentuk sambungan jari (finger joint) d. Alat kempa dingin untuk merekatkan contoh uji e. Klem besi untuk menjepit contoh uji saat direkatkan f. Meteran Pengujian sifat fisis menggunakan alat seperti di bawah ini: a. Timbangan elektrik untuk menimbang contoh uji b. Oven untuk mengeringkan contoh uji sampai kadar air tertentu

2 c. Desikator alat kedap udara sebagai tempat penyimpanan contoh uji setelah dioven Untuk pengujian sifat mekanis menggunakan alat seperti di bawah ini: a. Kaliper digital untuk mengukur dimensi contoh uji b. Universal Testing Machine merk Instron dan Baldwin untuk alat uji mekanis c. Deflektometer untuk mengukur defleksi.. Prosedur Kerja..1. Persiapan Bahan Log kayu karet dibelah dengan mesin band saw menjadi papan dengan ukuran tebal ±2cm. Papan tersebut kemudian dikeringudarakan dengan cara pengeringan alami dan bagan pengering. Pengeringan dilakukan selama 1-4 minggu sampai didapatkan kadar air kering udara yaitu 12-15%. Setelah papan mencapai kadar air yang diinginkan, papan tersebut dibelah dan dipotong sesuai ukuran yang dibutuhkan yaitu untuk pembuatan glulam I-joist. Glulam I yang akan dibuat terdiri atas 2 tipe. Tipe tersebut dibedakan dari penyusunan lamina di bagian tubuh (web) seperti terlihat pada Gambar 4 sebagai berikut: a. Tipe 1 : susunan lamina bagian tubuh tegak lurus dengan bagian sayap (flange) b. Tipe 2 : susunan lamina bagian tubuh sejajar dengan bagian sayap (flange). Lapisan lamina untuk bagian badan - web (core) dan sayap - flange (face atau back) berasal dari potongan kayu karet. Banyaknya kayu yang dibutuhkan dan ukurannya seperti dijelaskan pada Tabel di bawah ini: Tabel Ukuran dan jumlah papan kayu contoh uji Tipe Kegunaan Ukuran (cm ) Jumlah (batang) Tipe 1 badan 2x6x00 8 sayap 2x8x00 16 Tipe 2 badan 2x4x00 12 sayap 2x8x00 16

3 Tipe 1 Tipe 2 Gambar 4 Bentuk glulam I-joist. Papan yang berukuran seperti Tabel diserut dengan mesin serut S4S (Smooth Four Side) dan dipilah potongan yang memiliki cacat berupa pingul, mata kayu, retak dan cacat mesin di permukaan yang minimum...2 Persiapan Perekat Perekat Phenol Resorsinol Formaldehida (PRF) ditimbang sesuai kebutuhannya dan ditambahkan ekstender berupa tepung terigu sebanyak 5% dari berat perekat cair PRF. Pencampuran ekstender dengan perekat cair dilakukan sedikit demi sedikit dan diaduk menggunakan spatula (sendok pengaduk) sampai homogen.... Pembuatan Balok Glulam I-joist...1. Penyiapan Lamina Dikarenakan beberapa papan yang diperoleh memiliki panjang kurang dari 00 cm, papan yang telah dipilah tersebut akan disambung dengan sambungan jari (finger joint) seperti pada Gambar 5. Sebelum papan tersebut disambung, pada salah satu ujung papan dipotong sepanjang 0 cm untuk uji lentur contoh kecil (Gambar 6).

4 Gambar 6 Sambungan jari (Finger Joint). 0 cm 4/6/8 cm 2cm Uji MOE, KA dan BJ Gambar 7 Papan lapisan lamina dengan contoh kecil. Perekat yang digunakan untuk sambungan jari papan adalah perekat PVAc dengan berat labur 170 g/m 2. Sambungan tersebut dikuatkan dengan dipukul-pukul menggunakan palu dan pengkondisian selama 1 hari Proses Perekatan Perekatan dilaburkan melalui dua tahapan. Tahapan pertama adalah melaburkan perekat pada tiap-tiap bagian yaitu bagian sayap dan badan. Tahapan kedua adalah merekatkan bagian sayap dan badan menjadi satu. Berat labur perekat adalah 170 g/m 2. Pelaburan dilakukan pada kedua permukaan papan (double spread) dengan menggunakan kuas.... Pengempaan Kedua tahapan yang telah dijabarkan sebelumnya diklem dengan alat kempa dingin dengan tekanan 10 kg/cm 2 selama 8-10 jam.

5 ...4. Pengkondisian Glulam I-joist yang telah dikempa selanjutnya dibiarkan dalam kondisi terbuka selama 1 (satu) minggu. Hal ini bertujuan untuk menyesuaikan kondisi glulam dengan kondisi lingkungan...4. Pengujian Sifat Fisis Kadar Air Contoh Kecil Contoh uji lapisan penyusun glulam berukuran 2x2x0 cm ditimbang dengan timbangan elektrik untuk mengetahui berat awal kering udara (B 0 ). Contoh uji yang telah ditimbang kemudian digunakan untuk menguji lentur statis (MOE dan MOR). Setelah pengujian, contoh uji dimasukkan ke dalam oven dengan suhu (10 ± 2) o C selama 2 x 24 jam. Selanjutnya contoh uji diletakkan dalam desikator selama 15 menit dan ditimbang sampai beratnya konstan (B 1 ). Besarnya kadar air dihitung dengan menggunakan rumus : Keterangan: B 0 = berat contoh uji kering udara B 1 = berat contoh uji setelah dioven B0 B1 KadarAir(%) = x100% (-1) B Kadar Air Glulam Balok glulam I-joist yang telah diuji lentur dipotong sepanjang 5 cm pada salah satu ujungnya. Potongan tersebut ditimbang untuk mengetahui berat awal kering udara (B 0 ). Setelah ditimbang contoh uji kemudian dimasukkan kedalam oven dengan suhu (10 ± 2) o C selama 1 x 24 jam. Selanjutnya contoh uji diletakkan dalam desikator selama 15 menit dan ditimbang sampai beratnya konstan (B 1 ). Besarnya kadar air dihitung dengan menggunakan rumus : B0 B1 KadarAir(%) = x100% (-2) B 1

6 Keterangan: B 0 = berat contoh uji kering udara B 1 = berat contoh uji setelah dioven..4.. Berat Jenis dan Kerapatan Contoh Kecil Penentuan berat jenis dan kerapatan lamina penyusun menggunakan contoh uji yang sama untuk pengujian lentur dan kadar air. Contoh uji lapisan penyusun glulam berukuran 2x2x0 cm diukur dimensinya untuk mengetahui volume kering udara (V). Selanjutnya contoh uji ditimbang untuk mengetahui berat awal kering udara (B 0 ). Kerapatan kayu yang digunakan adalah kerapatan kayu kering udara. Sedangkan untuk menentukan berat jenis kayu digunakan rumus menurut Brown et al (1952): Kerapatan kayu kering udara = (-) V Kerapatan kayu kering oven = V (-4) Kerapatan kayu keringoven BJ = (-5) Kerapatan air B 0 B 1 Keterangan : BJ = Berat jenis B 0 = berat contoh uji kering udara B 1 = berat contoh uji kering oven V = volume kering udara (cm ) Berat jenis air = 1 gram/cm pada suhu 4 o C Berat Jenis dan Kerapatan Glulam Penentuan berat jenis dan kerapatan glulam menggunakan contoh uji dari glulam dipotong sepanjang 5 cm dari balok uji glulam dan diukur dimensinya untuk mengetahui volume kering udara (V). Selanjutnya contoh uji ditimbang untuk mengetahui berat awal kering udara (B 0 ). Berat jenis kayu dan kerapatan dihitung dengan rumus berikut:

7 Kerapatan kayu kering udara = (-6) V Kerapatan kayu kering oven = V (-7) Kerapatan kayu keringoven BJ = (-8) Kerapatan air B 0 B 1 Keterangan : BJ = Berat jenis B 0 = berat contoh uji kering udara V = volume kering udara (cm ) Berat jenis air = 1 gram/cm pada suhu 4 o C..5. Pengujian Sifat Mekanis Lentur Statis Contoh Kecil Pengujian lentur statis contoh kecil lapisan lamina menggunakan contoh uji berukuran 2x2x0cm dengan laju pembebanan 0,66 cm/menit sesuai ketentuan British standard (BS 7:1957) menggunakan alat UTM (Universal Testing Machine) Instron. Pembebanan diberikan di tengah bentang (One Point Loading) dimana kedua ujungnya diberi penyangga dengan jarak 28 cm. Nilai Modulus of Rupture (MOR) dan Modulus of Elasticity (MOE) didapatkan dari hasil pengujian ini. beban h Deflektometer L b Gambar 7 Pengujian MOE dan MOR pada contoh kecil.

8 Pl MOE = 4Ybh Nilai modulus elastisitas (MOE) dan modulus patah (MOR) kemudian dihitung dengan rumus: P' L MOE = (-9) 4Δ' bh Keterangan : MOE = Modulus elastisitas (kg/cm²) MOR = Modulus patah (kg/cm²) P = Beban sampai batas proporsional (kg) P = Beban maksimal (kg) Δ = Defleksi (cm) b = Lebar contoh uji (cm) h = Tebal contoh uji (cm) L = Panjang bentang / jarak sangga PL MOR = (-10) 2 2bh Lentur Statis Glulam I-Joist Pengujian lentur statis balok glulam I-joist menggunakan contoh uji ukuran pakai (full scale) sesuai dengan ketentuan ASTM D a. Pembebanan diberikan di dua tempat dengan jarak sepertiga dari panjang bentang (Third Points Loading) dimana panjang bentang adalah 240 cm. Deflektometer ditempatkan tepat ditengah bentang. Beban 1/L 1/L 1/L deflektometer L Gambar 8 Pengujian glulam.

9 Nilai MOE third points loading pada pengujian tersebut dihitung dengan rumus berikut: 2PL MOE = 108Δbh (-11) Sedangkan nilai MOR dihitung dengan rumus: PmaxL MOR = 2 bh (-12) Keterangan : MOE = Modulus elastisitas (kg/cm²) MOR = Modulus patah (kg/cm²) P = Beban sampai batas proporsional (kg) Pmax = Beban maksimal (kg) Δ = Defleksi (cm) b = Lebar contoh uji (cm) h = Tebal contoh uji (cm) L = Panjang bentang / jarak sangga..6. Pengolahan Data Metode Perhitungan MOE dan MOR Contoh Kecil Pehitungan MOE dan MOR contoh kecil dilakukan dengan dua metode yaitu metode konvensional dan metode yang disajikan Bahtiar (2008a). Langkah-langkah metode konvensional adalah sebagai berikut: 1. Plot data beban-defleksi dalam bentuk grafik yang diperoleh dari hasil pengujian dengan UTM. 2. Tentukan garis lurus atau linier pada grafik tersebut sedangkan data lain yang bukan merupakan titik pembentuk garis linier ini dipisahkan dari grafik.. Regresikan grafik tersebut dengan persamaan linier : y = mx + c (-1) 4. Hitung MOE dengan rumus L MOE = m (-14) 4bh

10 Langkah-langkah metode Bahtiar (2008a) adalah sebagai berikut: 1. Plot data beban-defleksi dalam bentuk grafik yang diperoleh dari hasil pengujian dengan UTM. 2. Tentukan salah satu data beban-defleksi sebagai batas elastis dengan cara membagi data menjadi dua bagian yaitu data elastis dan data plastis. Data elastis adalah data pada kurva lurus atau linear. Data plastis adalah data pada kurva kuadratik (melengkung). Titik pertemuan ujung kurva lurus dan pangkal kurva kuadratik merupakan batas elastis.. Data tersebut kemudian disajikan dalam tabel baru yang berisikan kolom P (beban), Δy (defleksi aktual), Δy e (defleksi elastis), dan Δy p (defleksi plastis) seperti Tabel 4. Di bawah batas elastis, Δy p bernilai nol karena defleksi plastis belum terjadi. Di atas batas elastis, Δy e bernilai maksimal atau konstan sebesar defleksi batas elastis. Sedangkan Δy p adalah selisih dari defleksi aktual dengan defleksi plastis karena defleksi aktual merupakan penjumlahan dari defleksi elastis dan plastis (Δy = Δy e + Δy p ). Tabel 4. Contoh tabel hubungan defleksi beban metode Bahtiar P Δy Δy e Δy p P 1 Δy 1 Δy e1 0 P 2 Δy 2 Δy e2 0 Batas Elastis (l) P l Δy l Δy el 0 P (l+1) Δy (l+1) Δy el Δy p(l+1) 4. Susun tabel baru dengan kolom P, Δy, dan Δy 2 p kemudian regresikan dengan regresi linear berganda dimana P sebagai respon dan Δy serta Δy 2 p sebagai variable bebas. Model regresi adalah P = aδy + bδ 2 y p + c. 5. Hitung MOE dengan rumus : L MOE = a (-15) 4bh Penurunan Rumus Lentur Glulam I Rumus lentur glulam diturunkan dari perilaku tiap lamina dalam menerima beban lentur. Perilaku lamina berupa tegangan, regangan dan defleksi

11 digambarkan secara geometris, kemudian dianalisis menggunakan prinsip-prinsip kalkulus dan geometri analitis yang didukung ilmu mekanika bahan. Rumus ini merupakan suatu perbaikan dari rumus metode transformed cross section yang mengasumsikan luas penampang berubah seiring dengan perbedaan MOE lamina. Penurunan rumus lentur telah dilakukan oleh Bahtiar (2008b) untuk glulam berbentuk balok dimana kondisi berbeda dengan metode transformed cross section karena tidak dibatasi asumsi perubahan luas penampang akibat perbedaan MOE lamina. Rumus tersebut kemudian dikembangkan untuk glulam berbentuk I pada penelitian ini Analisis Statistik Analisis statistik yang digunakan adalah uji-t berpasangan (dependent t- test) untuk mengetahui adanya perbedaan antara prediksi teoritis dengan hasil empiris. Variabel yang digunakan yaitu: a. MOE teoritis glulam dengan MOE empiris glulam b. MOR teoritis glulam dengan MOR empiris glulam