15 BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan pada bulan April - Agustus 2011. Penyiapan bahan baku dilakukan di Labratrium Penggergajian dan Pengerjaan Kayu, pembuatan dan pengempaan panel CLT dilaksanakan di Labratrium Bikmpsit, pengujian sifat fisis dilaksanakan di Labratrium Kayu Slid Bagian Teknlgi Peningkatan Mutu Kayu, dan pengujian sifat mekanis di Labratrium Keteknikan Kayu Bagian Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bgr, Bgr. Bahan dan Alat Penelitian Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu jabn (Anthcephallus cadamba) yang diperleh dari daerah Sindangbarang, Cianjur, Jawa Barat. Umur phn pada saat ditebang sekitar 6 tahun, dengan diamater phn sekitar 38-41 cm. Perekat yang dipakai adalah Water Based Plymer Iscyanate (WBPI) yang diperleh dari PT. Plychemi Asia Pasifik Permai, Jakarta. Alat yang digunakan untuk pembuatan papan dan lamina adalah gergaji mesin (circular saw), mesin serut (planner), dan mesin amplas. Kipas angin digunakan untuk mengeringkan papan panel kayu jabn. Alat-alat lainnya adalah peralatan untuk aplikasi perekat (wadah plastik, pengaduk, dan kuas), mesin cld press untuk pengempaan panel CLT, kaliper digital dan meteran untuk pengukuran dimensi, timbangan digital untuk mengukur berat cnth uji, ven untuk pengujian sifat fisis, misture meter untuk mengukur kadar air, pemilah elastisitas kayu sederhana untuk pemilahan lamina, water bath, ember, dan alat uji Universal Testing Machine merk Instrn dengan kapasitas beban sebesar 50 kn dan Universal Testing Machine merk Baldwin kapasitas 30 tn untuk pengujian sifat mekanis. Metde Penelitian Prsedur pembuatan panel CLT dapat dibagi ke dalam beberapa tahapan yaitu pembuatan papan dan pengeringan, pembuatan lamina, pemilahan lamina, penyusunan lamina, perekatan, pengempaan, pengkndisian, pembuatan cnth
16 uji, dan pengujian panel CLT. Gambar 3 memperlihatkan diagram alir pembuatan panel CLT. Persiapan Bahan Baku Pembuatan Lamina Pemilahan Lamina Lamina Sejajar (Glulam) Lamina Bersilang (30, 45, 60, 90 ) Penyusunan Lamina Perekat Issianat Cld Press (t = ± 3 jam, P = 10 kg/cm 2 Pembentukan Panel CLT (3 Lapisan Lamina) Pengkndisian ± 1 minggu Pembuatan cnth uji Pengujian sifat fisis dan mekanis ASTM D 143-2005& JAS 234:2003 Karakteristik Panel CLT Gambar 3 Diagram alir pembuatan panel CLT
17 Crss laminated timber (CLT) yang dibuat sebanyak 45 panel CLT tiga lapisan lamina dengan ukuran akhirnya 5 cm x 15 cm x 120 cm pada dimensi tebal, lebar, dan panjang. Selain itu, dibuat juga balk utuh kayu jabn berukuran 5 cm x 15 cm x 120 cm sebagai pembandingnya. Pembuatan Papan Lamina dan Pengeringan Lg kayu jabn digergaji menjadi lembaran-lembaran papan panel dengan ketebalan yang disesuaikan untuk penggunaan tebal lamina ± 1,5-3,5 cm dengan panjang berkisar ± 125 cm dan lebar ± 16 cm. Papan-papan panel dikeringkan secara alami dengan pengipasan sampai mencapai kadar air kering udara yaitu sekitar ± 12-15%. Selanjutnya setiap lamina diserut dan diamplas sampai mencapai ketebalan yang diinginkan (1,0 cm, 1,67 cm, 2,0 cm, dan 3,0 cm). Setiap lamina diukur dimensinya (panjang, lebar dan tebal) dan ditimbang untuk menentukan kerapatan masing-masing lamina. Pemilahan Lamina Tahap selanjutnya adalah pemilahan lamina berdasarkan nilai mdulus elastisitasnya (MOE) dilakukan dengan cara pengujian sistem nn destructive test menggunakan metde pemilahan elastisitas kayu knvensinal. Prsedur pemilahan elastisitas kayu knvensinal (Gambar 4), ini serupa dengan pemilahan menggunakan mesin pemilah kayu merk Panter, hanya tidak ada faktr kreksi pada metde ini. Prsedurnya adalah sebagai berikut (Surjkusum et al. 2003): 1. Lamina yang akan dipilah diletakkan di atas dua tumpuan. 2. Beban A (P 1 ) diletakkan di atas lamina tepat di atas jarum deflkmeter, diukur besarnya defleksi (y 1 ). 3. Beban standar B (P 2 ) kemudian ditambahkan, angka pada deflkmeter dicatat. 4. Beban diturunkan, lamina dibalik dan dipilah ulang seperti sebelumnya. Besarnya nilai mdulus elastisitas (MOE) setiap lamina dihitung dengan rumus pada persamaan 5. Nilai MOE yang diperleh kemudian dikelmpkkan menjadi dua kelmpk dengan rentang nilai tertentu dan diberi simbl E1 dan E2 dimana E1 > E2. E1 digunakan pada bagian face atau back, sebagai lamina sejajar sedangkan E2 pada bagian dalam (cre) sebagai lamina bersilang. Lamina sejajar merupakan lamina dengan arah serat sejajar pada bidang permukaan kayu,
18 sedangkan lamina bersilang merupakan lamina dengan arah membentuk sudut rientasi tertentu pada bidang permukaan lamina sejajar. Ukuran lamina serta jumlahnya berdasarkan pengelmpkkan lamina sejajar dan lamina bersilang adalah : 1. Lamina sejajar sebanyak 90 lamina, dibagi menjadi tiga kelmpk lamina berdasarkan perbedaan ketebalan lamina yaitu: a. (tebal 2 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 30 lamina b. (tebal 1,67 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 30 lamina c. (tebal 1 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 30 lamina 2. Lamina bersilang sebanyak 45 lamina, diperleh dari penyusunan laminalamina berdasarkan rientasi sudut laminanya (0, 30, 45, 60 dan 90 ) dan dikelmpkkan menjadi tiga kelmpk lamina berdasarkan perbedaan ketebalan lamina yaitu: c. a. (tebal 3 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 15 lamina b. (tebal 1,67 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 15 lamina (tebal 1 cm x lebar 15 cm x panjang 120 cm), sebanyak 15 lamina Gambar 4 Pemilahan lamina dengan metde elastisitas kayu knvensinal Penyusunan Lamina Prinsip penyusunan lamina adalah dengan menempatkan lamina yang memiliki nilai MOE yang tinggi (E1) atau lamina sejajar di bagian luar (face dan back), dan lamina yang memiliki nilai MOE rendah (E2) atau lamina bersilang di bagian dalam (cre) panel CLT. Panel CLT yang dibuat 3 lapisan lamina dengan 3 tipe kmbinasi ketebalan lamina (KTL) yang digunakan yaitu KTL-A 1 (1 cm, 3 cm, dan 1 cm), KTL-A 2 (2 cm, 1 cm, dan 2 cm), dan KTL-A 3 (1,67 cm, 1,67 cm, dan 1,67 cm) seperti disajikan pada Gambar 5.
19 KTL A 3 KTL A 2 KTL A 1 Gambar 5 Panel CLT tiga lapisan lamina Pla penyusunan bagian lamina bersilang dilakukan perlakuan rientasi sudut lamina (0, 30, 45, 60, dan 90 ). Gambar bentuk panel CLT yang dibuat berdasarkan penyusunan rientasi sudut lamina (0, 30, 45, 60, dan 90 ) tersebut dapat dilihat pada Gambar 6. Terdapat 15 pla penyusunan panel CLT tiga lapisan lamina berdasarkan kmbinasi tebal dan rientasi sudut lamina yang digunakan dalam penelitian ini seperti yang disajikan pada Tabel 1. Tabel 1 Pla penyusunan panel CLT berdasarkan kmbinasi tebal dan rientasi sudut lamina Tipe CLT Kmbinasi Tebal Lamina 0 30 1 cm A1 3 cm 0 30 1 cm 2 cm A2 1 cm 0 30 2 cm 1.67 cm A3 1.67 cm 0 30 1.67 cm Panel CLT 3 Lapisan Lamina Orientasi Sudut Lamina 45 45 45 45 60 60 60 60 90 90 90 90
Gambar 6 Bentuk panel CLT berdasarkan penyusunan rientasi sudut lamina (0, 30, 45, 60, dan 90 ) 20
21 Perekatan Perekat yang digunakan dilaburkan pada permukaan lamina dengan menggunakan kuas. Pelaburan dilakukan pada dua permukaan (duble spread) dengan berat labur 280 g/m 2. Perekat yang dilaburkan disiapkan dengan menghitung kebutuhan perekat tiap lamina, berdasarkan luas permukaan bidang rekat dengan menggunakan rumus: Kebutuhan perekat = Luas bidang rekat x Berat labur Permukaan bidang rekat kayu dibersihkan dari segala ktran dan debu, kemudian perekat dilaburkan pada permukaan bidang rekat secara duble spread dengan menggunakan kuas sesuai kebutuhan perekat setiap lamina. Pengempaan Pengempaan dilakukan dengan menggunakan mesin kempa dingin (cld press) dengan tekanan yang digunakan sebesar 12 kg/cm 2. Pengempaan dengan perekat issianat membutuhkan waktu sekitar ± 3 jam. Pengukuran tekanan kempa biasanya dihitung berdasarkan luas bidang rekatan dan gaya kempa rencana. Pengkndisian Panel CLT dikeluarkan dari mesin pengempaan dan dikndisikan selama ± satu minggu sebelum dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanisnya dengan kelembaban relatifnya berkisar 60%-70% dan suhu ruangan (25 C-32 C). Panel CLT ditumpuk dengan menggunakan ganjal setiap lapisan panel CLT tingkat demi tingkat. Tumpukan CLT berbentuk persegi dengan ganjal lurus. Pembuatan Cnth UJi Pembuatan cnth uji dilakukan setelah panel CLT disimpan dalam ruangan (cnditining) selama ± satu minggu untuk menjamin dari prses pematangan perekat. Pla pengambilan cnth uji dari satu panel CLT seperti disajikan pada Gambar 7.
22 Gambar 7 Pla pemtngan cnth uji panel CLT Pengujian Panel Crss Laminated Timber (CLT) Pengujian Sifat Fisis Pengujian sifat fisis dilakukan berdasarkan ketentuan yang diatur pada standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Methds f Testing Small Clear Specimens f Timber. Sifat fisis yang diuji adalah kerapatan, kadar air, dan kembang susut dengan ukuran cnth uji 5 cm x 5 cm x 5 cm untuk dimensi tebal, lebar, dan panjang. Kerapatan (ρ) Kerapatan merupakan nilai dari berat cnth uji sebelum di ven dibagi dengan vlume sebelum di ven, yaitu pada kndisi kering udara. Vlume cnth uji diukur dengan menggalikan panjang, lebar, dan tebalnya dengan alat pengukur kaliper (VKU) dan selanjutnya ditimbang (BKU). Nilai kerapatan dihitung dengan rumus: Kerapatan (ρ) (g/cm 3 BKU ) = (1) VKU Kadar Air Kadar air merupakan hasil pembagian kandungan berat air terhadap berat kering tanur dari cnth uji. Berat air adalah selisih dari berat cnth uji sebelum di ven dikurangi berat kering tanur. Cnth uji kerapatan digunakan juga dalam menentukan kadar air. Cnth uji dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya
23 (BKU) dan dikeringkan dalam ven pada suhu 103 ± 2 C selama 24 jam atau sampai mencapai berat knstan dan ditimbang sehingga diperleh berat kering tanur (BKT). Nilai kadar air dihitung dengan rumus: Kadar air (%) = Kembang Susut BKU - BKT 100% (2) BKT Pengujian susut kayu dirumuskan sebagai selisih antara dimensi awal (DA) dengan dimensi akhir (DB) dibandingkan dengan dimensi awalnya. Cnth uji kerapatan dan kadar air digunakan juga dalam menentukan susut kayu. Cnth uji diukur tebal (arah radial), lebar (arah tangensial), dan panjang (arah lngitudinal) dengan menggunakan kaliper sehingga diperleh dimensi awal. Cnth uji diven pada suhu 103 ± 2 C selama 24 jam. Cnth uji dikeluarkan dari ven kemudian diadakan pengukuran panjangnya kembali sehingga diperleh dimensi akhir. Nilai susut vlume dihitung dengan rumus: DA - DB Susut vlume (%) = 100% (3) DA Pengujian pengembangan dapat dirumuskan sebagai selisih antara dimensi akhir (DB) dengan dimensi awal (DA) dibandingkan dengan dimensi awalnya. Cnth uji diukur tebal (arah radial), lebar (arah tangensial), dan panjang (arah lngitudinal) dengan menggunakan kaliper sehingga diperleh dimensi awal. Cnth uji direndam dalam air dingin selama ± 1 minggu. Cnth uji dikeluarkan dari air kemudian diadakan pengukuran panjangnya kembali sehingga diperleh dimensi akhir. Nilai pengembangan vlume dihitung dengan rumus: DB - DA Pengembangan vlume (%) = 100% (4) DA Pengujian Sifat Mekanis Sifat mekanis yang diuji adalah mdulus f elasticity (MOE), mdulus f rupture (MOR), kekuatan tekan sejajar serat, dan keteguhan geser rekat sesuai standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Methds f Testing Small Clear Specimens f Timber. Pengujian delaminasi sesuai standar Japanese Agricultural Standard fr Glued Laminated Timber Ntificatin N. 234 tahun 2003 (JPIC 2003).
24 Mdulus f Elasticity (MOE) Cnth uji untuk pengujian MOE dan MOR berukuran 5 cm x 15 cm x 76 cm untuk dimensi tebal, lebar, dan panjang. Pengujian MOE panel CLT dengan cara meletakkan CLT tersebut diatas dua perletakan dengan bentang antara keduanya diperleh dari perbandingan panjang bentang dan tebal penampang panel CLT sekitar 14. Cara pengujian MOE dan MOR panel CLT seperti disajikan pada Gambar 8. Beban terpusat diberikan ditengah bentang dan besarnya defleksi dicatat setiap selang beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan rumus: MOE (kg/cm 2 3 PL ) = (5) 3 4 Ybh Dimana: MOE : Mdulus f elasticity (kg/cm 2 ) P : Besar perubahan beban sebelum batas prprsi (kg) L : Jarak sangga (cm) Y : Besar perubahan defleksi akibat perubahan beban (cm) b : Lebar cnth uji (cm) h : Tebal cnth uji (cm) P (tekanan) Cnth Uji L/2 L/2 L Gambar 8 Cara pengujian mdulus f elasticity dan mdulus f rupture Mdulus f Rupture (MOR) Pengujian MOR panel CLT dilakukan bersama-sama dengan pengujian MOE dengan memakai cnth uji yang sama (Gambar 9). Pengujian MOR dilakukan sampai panel CLT yang diberikan beban terpusat ditengah bentangnya mengalami kerusakan. Nilai MOR dihitung dengan rumus: MOR (kg/cm 2 3PL ) = (6) 2 2bh
25 Dimana: MOR : Mdulus f rupture (kg/cm 2 ) P : Beban maksimum (kgf) L : Jarak sangga (cm) b : Lebar cnth uji (cm) h : Tebal cnth uji (cm) Gambar 9 Pengujian MOE dan MOR panel CLT Kekuatan Tekan Sejajar Serat Kekuatan tekan sejajar serat merupakan kemampuan kayu menahan gaya tekan sejajar arah serat dan mengakibatkan terjadi perpendekan kayu. Cnth uji dengan ukuran tebal, lebar, dan panjang masing-masing 5 cm, 5 cm, dan 20 cm diberikan beban pada arah sejajar serat pada kedudukan cnth uji vertikal (Gambar 10), pemberian beban secara perlahan-lahan sampai cnth uji mengalami kerusakan. Beban tersebut merupakan beban maksimum yang dapat diterima leh cnth uji. Nilai kekuatan tekan sejajar serat dihitung dengan rumus: Kekuatan tekan sejajar serat (kg/cm 2 Beban maksimum (kg) ) = (7) 2 Luas penampang (cm )
26 Gambar 10 Pengujian kekuatan tekan sejajar serat panel CLT Keteguhan Geser Rekat Pengujian keteguhan geser rekat dilakukan dengan cara memberikan pembebanan yang diletakkan pada arah sejajar serat dengan meletakkan cnth uji secara vertikal (Gambar 11). Nilai beban maksimum dibaca saat cnth uji mengalami kerusakan. Gambar 11 Pengujian keteguhan geser rekat panel CLT Nilai keteguhan rekat dihitung dengan rumus: Keteguhan rekat (kg/cm 2 Beban maksimum (kg) ) = (8) 2 Luas permukaan yang direkat (cm )
27 Delaminasi Pengujian delaminasi dilakukan berdasarkan standar jepang dimana cnth uji yang digunakan diambil dari bagian ujung panel CLT dengan ukuran panjang 7,5 cm. Cnth uji menggunakan perekat issianat (pengujian tipe II untuk kayu eksterir). Pengujian delaminasi dilakukan dengan dua cara yaitu perendaman dalam air dingin dan air mendidih. Perendaman dalam air dingin dilakukan dengan merendam cnth uji dalam air pada suhu ruangan selama 6 jam. Selanjutnya dikeringkan dalam ven pada suhu 40 ± 3 C selama 18 jam. Perendaman dalam air mendidih dilakukan dengan merebus cnth uji dalam air mendidih (± 100 C) selama 4 jam kemudian dilanjutkan dengan merendamnya dalam air pada suhu ruangan selama 1 jam. Setelah itu cnth uji dikeringkan dalam ven pada suhu 70 ± 3 C selama 18 jam. Kemudian dilakukan pengukuran persentase lepasnya bagian bidang rekat antar lamina (rasi delaminasi) dengan rumus: Rasi delaminasi (%) = Panjang garis rekat yang terbuka (cm Panjang garis rekat yang direkat (cm 2 ) 100% (9) ) 2 Analisis Data Analisis data pada penelitian ini menggunakan metde analisis ragam rancangan acak lengkap (RAL) faktrial dengan 2 faktr perlakuan yaitu perlakuan tebal dan rientasi sudut lamina. Faktr perlakuan kmbinasi tebal lamina (A) mempunyai 3 taraf perlakuan yaitu kmbinasi tebal lamina A 1 (1 cm, 3 cm, dan 1 cm), A 2 (2 cm, 1 cm, dan 2 cm), dan A 3 (1,67 cm, 1,67 cm, dan 1,67 cm). Faktr perlakuan rientasi sudut lamina (B) mempunyai 5 taraf perlakuan yaitu B 1 = 0, B 2 = 30, B 3 = 45, B 4 = 60, dan B 5 = 90 pada bagian lamina bersilang. Tiap kmbinasi perlakuan dengan 3 ulangan sehingga menghasilkan crss laminated timber (CLT) sebanyak 45 panel CLT. Mdel linier aditif dari rancangan ini menurut Mattjik dan Sumertajaya (2006) adalah: Yijk = µ + Ai + Bj + (AB)ij + єijk
28 Dimana: Yijk : Nilai pengamatan faktr tebal lamina taraf ke-i dan faktr rientasi sudut lamina taraf ke-j pada ulangan ke-k µ : Nilai rata-rata harapan Ai Bj (AB)ij εijk : Pengaruh utama dari kmbinasi tebal lamina : Pengaruh utama dari rientasi sudut lamina : Pengaruh interaksi dari kmbinasi tebal lamina dan rientasi sudut lamina : Galat percbaan Apabila hasilnya beda nyata, maka dilanjutkan dengan uji lanjut wilayah berganda Duncan (Duncan Multiple Range Test). Pengujian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui taraf perlakuan mana yang berpengaruh di antara faktr perlakuan (perlakuan kmbinasi tebal lamina dan rientasi sudut lamina) dan kmbinasi perlakuan. Menurut Gaspersz (1994), metde Duncan mempunyai rumus: LSRp = ( SSRp ) Sx Dimana: LSRp SSRp Sx : Least Significant Ranges, yaitu wilayah nyata terkecil. : Significant Studentized Ranges, yaitu wilayah nyata yang nilainya diperleh dari tabel SSR untuk setiap wilayah antara nilai rata-rata. : Simpangan baku, yang dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut: Sx = KTG r KTG : Nilai kuadrat tengah sisa (galat) r : Jumlah ulangan Hasil penelitian dari seluruh perlakuan dibandingkan dengan kayu utuh dari jenis kayu yang digunakan yaitu kayu jabn dengan menggunakan uji t. Analisis data di atas menggunakan bantuan prgram kmputer Statistic Analysis System (SAS).