BAB III BAHAN DAN METODE 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian kekuatan sambungan tarik double shear balok kayu pelat baja menurut diameter dan jumlah paku pada sesaran tertentu ini dilakukan selama kurang lebih lima bulan yaitu dari bulan Juni hingga Oktober 2008. Pembagian waktu didasarkan pada dua kelompok kegiatan yaitu penyiapan bahan baku dan pembuatan contoh uji yang dikerjakan kurang lebih empat bulan sedangkan pengujian dilakukan selama kurang lebih satu bulan. Penyiapan bahan baku dilakukan di workshop penggergajian kayu pada Bagian Peningkatan Mutu Kayu. Sedangkan pembuatan dan pengujian contoh uji dilakukan di laboratorium baik pada Bagian Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu maupun Bagian Peningkatan Mutu Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. 3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Alat-alat penelitian yang digunakan dalam penyiapan dan pembuatan contoh uji adalah gergaji untuk memotong dan membelah kayu, meteran untuk mengukur panjang bahan dan contoh uji, mesin bor untuk melobangi kayu sebelum disambung serta mesin serut (double planner) untuk meratakan sisi tebal dan lebar kayu. Alat yang digunakan untuk mengukur kadar air, kerapatan dan berat jenis kayu adalah kaliper untuk mengukur dimensi contoh uji, timbangan elektrik untuk mengukur berat contoh uji dan oven yang digunakan untuk mengeringkan contoh uji hingga kering tanur. Pembuatan contoh uji sambungan dilakukan dengan menggunakan palu untuk memukul atau memasukan (penetrasi) paku kedalam kayu, klem penjepit untuk menjepit kayu saat proses pemakuan kayu dengan pelat baja, dan gergaji
10 besi yang digunakan untuk memotong paku setelah pengujian agar pelat baja terlepas dari kayu. Pengujian tarik dilakukan dengan menggunakan alat Universal Testing Machine merk Baldwin model 60WHVL- 60.000LB.CAP, seri 60WHVL-1017. Sesaran atau deformasi sambungan dapat dibaca pada deflektometer yang dipasang pada saat pengujian. Sedangkan untuk pengujian tekan maksimum sejajar serat (Maksimum Crushing Strength) alat yang digunakan adalah Universal Testing Machine merk Instron series IX version 8.27.00. 3.2.2 Bahan Kayu yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas empat jenis kayu perdagangan Indonesia yang memiliki perbedaan kerapatan dan berat jenis. Jenis kayu yang digunakan adalah kempas, mabang, punak, dan borneo super. Bagian kayu yang digunakan adalah semua bagian kayu, tidak membedakan antara kayu gubal dan kayu teras. Sebelum kayu di gunakan untuk dibuat contoh uji, terlebih dahulu kayu dikeringkan untuk mendapatkan kadar air kering udara. Alat sambung yang digunakan terdiri dari paku dan pelat baja yang digunakan memiliki permukaan halus. Besarnya diameter paku yang digunakan terdiri atas tiga ukuran yaitu 4,1 mm dengan panjangnya 10 cm; 5,2 mm dengan panjangnya 12 cm; dan 5,5 mm dengan panjangnya 15 cm (Gambar 1). Pelat baja yang digunakan dalam penyambungan memiliki penampang 1,5 cm x 12 cm dengan panjang 30 cm sebanyak 6 pasang (12 lempeng). Setiap lempeng dilubangi dengan besar lubang disesuaikan dengan besarnya diameter paku yang digunakan dengan jarak yang disesuaikan dengan ukuran kayu dan pelat sambung. Gambar 1. Jenis paku (dibaca dari kiri ke kanan): a) Ø 4,1 mm; p 10 cm; b) Ø 5,2 mm; p 12 cm; c) Ø 5,5 mm; p 15 cm.
11 3.3 Metode Penelitian Pengujian sifat fisik kayu yang diteliti meliputi kerapatan, berat jenis, kadar air, sedangkan untuk pengujian sifat mekanik meliputi kekuatan tekan maksimum sejajar serat kayu dan kekuatan tarik sambungan double shear. Pengujian kekuatan kayu tekan maksimum sejajar serat menggunakan Universal Testing Machine merk Instron series IX version 8.27.00. Sedangkan Pengujian sambungan tarik double shear dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine merk Baldwin model 60WHVL- 60.000LB.CAP, seri 60WHVL-1017. Pelaksanaan penelitian ini terdiri dari pembuatan dan pengujian contoh uji. 3.3.1 Pembuatan Contoh Uji Pembuatan contoh uji adalah langkah awal yang dilakukan untuk memulai pengujian. Sebelumnya, bahan berupa balok kayu gergajian terlebih dahulu dikeringkan selama 10 (sepuluh) minggu untuk mendapatkan kadar air kering udara. Pembuatan contoh uji yang dilakukan antara lain, penyiapan bahan, pembuatan pelat sambung dan penyambungan kayu dengan pelat sambung (pelat baja). 1. Penyiapan bahan Penyiapan contoh uji dapat dibagi dalam beberapa kelompok pengujian, diantaranya uji tekan maksimum sejajar serat, kadar air, kerapatan, berat jenis dan uji sambungan tarik double shear. Untuk pengujian tekan maksimum sejajar serat kayu dibuat contoh uji dengan ukuran 2 cm x 2 cm x 6 cm (Gambar 2). Gambar 2. Contoh uji tekan maksimum sejajar serat (ukuran 2 cm x 2 cm x 6 cm)
12 Contoh uji kadar air, kerapatan dan berat jenis dibuat dari kayu yang sama dengan ukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm. Pengujian kadar air, kerapatan dan berat jenis merupakan pengujian sifat fisik yang bertujuan untuk mengetahui kadar air, kerapatan dan berat jenis dari kayu yang digunakan karena sifat-sifat fisik tersebut sangat berpengaruh terhadap sifat mekanik kayu dan tidak dapat dipisahkan antara keduanya. Gambar 3 memuat contoh uji untuk pengujian kadar air, kerapatan dan berat jenis sekaligus dengan timbangan elektriknya. Gambar 3. Penimbangan contoh uji kadar air, kerapatan dan berat jenis (ukuran 5 x 5 x 5 cm 3 ) Contoh uji yang digunakan untuk sambungan tarik adalah balok kayu yang berukuran 5,5 cm x 12 cm x 40 cm yang nantinya akan di sambung dengan pelat baja dengan menggunakan alat sambung paku (Gambar 4). Kayu yang digunakan untuk pengujian ini adalah kayu yang sama pada saat pembuatan contoh uji tekan maksimum sejajar serat dan contoh uji kadar air, kerapatan dan berat jenis kayu. Setiap ujung dari contoh uji sambungan tarik sebelum diuji terlebih dahulu dipotong untuk digunakan dalam pembuatan contoh uji sifat fisik kadar air, kerapatan dan berat jenis kayu serta untuk pembuatan contoh uji tekan maksimum sejajar serat. 2. Pembuatan pelat sambung Ukuran pelat baja yang digunakan untuk penyambungan ini adalah 1,5 cm x 12 cm dengan panjang 30 cm. Pelat yang tersedia kemudian dibuat lubang berdasarkan besarnya diameter paku yang akan digunakan sebagai alat sambung yaitu; 4,1 mm, 5,2 mm dan 5,5 mm. Banyaknya lubang yang dibuat adalah 10
13 lubang dan pelat ini digunakan dalam penyambungan balok kayu dengan pelat baja untuk penggunaan paku sebanyak 4, 6, dan 10 batang. Sedangkan untuk penyambungan balok kayu dengan pelat baja untuk penggunaan paku sebanyak 8 batang dibuatkan lubang pada pelat tersendiri (Gambar 5). Gambar 4. Contoh uji sambungan tarik double shear (ukuran 5,5 cm x 12 cm x 40 cm) Gambar 5. Pelat baja lubang 8 (ukuran 1,5 cm x 12 cm x 30 cm.) 3. Penyambungan kayu dengan paku dan pelat baja Penyambungan kayu dengan menggunakan pelat baja dilakukan dengan cara meletakkan kayu berada ditengah pelat sambung yang kemudian dilekatkan dengan menggunakan alat sambung paku berdasarkan besar diameter paku yang ada. Bentuk sambungan yang dibuat antara balok kayu dengan pelat baja adalah bentuk sambungan double shear (pelat baja direkatkan pada kedua sisi lebar balok kayu). Sebelum penyambungan dilakukan dengan menggunakan paku sebagai alat sambung, kayu tersebut di lubangi terlebih dahulu untuk menghindari kayu tersebut pecah akibat pemakuan. Lubang yang dibuat tentunya tidak melebihi
14 besarnya diameter yang akan digunakan. Sambungan yang dibuat harus rapat dan tetap. Gambar 6 memuat proses penyambungan kayu dengan alat sambung paku dan pelat baja. Gambar. 6. Proses penyambungan contoh uji sambungan tarik Setelah dibuat sambungan double shear dengan menggunakan pelat baja (Gambar 7), kemudian sambungan diuji tekan yang arah gaya/beban tekan sama dengan sisi panjang contoh uji. Masing-masing ujung contoh uji menerima beban tekan sehingga yang menjadi penahan beban adalah paku dan kekuatan kayu itu sendiri. Pengujian dengan menekan contoh uji di anggap atau di asumsikan sama dengan pengujian tarik. Gambar 7. Contoh uji sambungan tarik double shear (sebelum diuji)
15 3.3.2 Pengujian Contoh Uji Pengujian yang dilakukan terdiri dari pengujian dilakukan untuk mengetahui sifat fisik dan mekanik. Pengujian sifat fisik meliputi pengujian kadar air, kerapatan dan berat jenis. Sedangkan pengujian sifat mekanik berupa uji tekan maksimum sejajar serat dan uji sambungan tarik double shear terhadap semua contoh uji yang ada berdasarkan jenis kayu yang diteliti. 1. Kadar air Pengujian kadar air pada contoh uji dimaksudkan untuk mengetahui berapa besar persentase kadar air yang masih terkandung di dalam kayu atau mengetahui contoh uji sudah atau belum kering. Contoh uji ditimbang beratnya untuk mengetahui berat awal (kering udara) sebelum dimasukan kedalam oven. Selanjutnya contoh uji dimasukan kedalam oven dengan suhu (103±2) C hingga mendapatkan berat konstan (kering tanur). Setelah contoh uji dikeringkan dalam oven, kemudian contoh uji ditimbang kembali untuk mengetahui berat akhir (berat kering tanur). Perhitungan kadar air dilakukan dengan menggunakan rumus sebagai berikut: KA KU = (B KU - B KT ) / B KT x 100% Keterangan; KA KU = kadar air kering udara (%) B KU = berat kering udara (g) = berat kering tanur (g) B KT 2. Kerapatan dan berat jenis kayu Kerapatan adalah perbandingan antara berat contoh uji saat kering udara terhadap besarnya volume contoh uji tersebut. Pengujian kerapatan kayu dilakukan dengan cara menimbang contoh uji untuk mengetahui berat awal (kondisi kering udara), kemudian volume contoh uji diukur dengan mengalikan panjang, lebar dan tebalnya dengan menggunakan caliper. Nilai kerapatan contoh uji dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut:
16 Kerapatan (g/cm 3 ) = berat contoh uji (g) / volume contoh uji (cm 3 ) Perhitungan berat jenis banyak disederhanakan dalam system metric karena 1 cm 3 air beratnya tepat 1 gram. Jadi berat jenis dapat dihitung secara langsung dengan membagi berat dalam gram dengan volume dalam centimeter kubik. Dengan angka, maka kerapatan dan berat jenis adalah sama. Namun berat jenis tidak mempunyai satuan karena berat jenis adalah nilai relative. Nilai berat jenis dapat diperoleh dengan rumus berikut; Berat Jenis = (massa kering tanur/volume) / (kerapatan air) 3. Pengujian tekan maksimum sejajar serat Pengujian tekan maksimum sejajar serat dan pengujian sambungan tarik adalah pengujian sifat mekanis. Pengujian tekan maksimum sejajar serat atau Maksimum Crushing Strength (MCS) dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine merk Instron series IX version 8.27.00. Pengujian sifat mekanis tekan maksimum sejajar serat tersebut dilakukan dengan memberikan beban pada arah sejajar serat kayu dengan kedudukan contoh uji vertikal, dengan pemberian beban perlahan-lahan sampai contoh uji mengalami kerusakan. Beban tersebut merupakan beban maksimum yang dapat diterima oleh contoh uji. Gambar 7 memuat proses pengujian tekan maksimum sejajar serat. Nilai keteguhan tekan sejajar serat kayu dihitung dengan rumus: MCS = P maks / A Keterangan; MCS = kekuatan tekan maksimum sejajar serat kayu (kg/cm 2 ) P maks = beban maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) A = luas penampang (cm 2 )
17 Gambar 8. Pengujian tekan maksimum sejajar serat (Maksimum Crushing Strength) 4. Pengujian sambungan tarik double shear Untuk pengujian kekuatan sambungan balok kayu double shear terhadap beban tarik menurut diameter dan jumlah alat sambung paku dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine merk Baldwin. Sambungan double shear adalah sambungan yang dibuat antara balok kayu yang dijepit dengan dua pelat (baja) pada kedua sisi lebar balok sebagai penopang alat sambung. Pengujian kekuatan sambungan tarik balok kayu double shear-pelat baja terhadap beban tarik dilakukan dengan pemberian beban tekan pada sambungan balok kayu double shear itu sendiri. Secara umum beban yang diberikan pada sambungan adalah gaya aksial yang arah gayanya searah dengan bidang panjang sambungan balok kayu tersebut atau lateral yang arah gayanya tegak lurus terhadap arah panjang alat sambung. Dalam pengujian kekuatan sambungan terhadap beban tarik hanya menggunakan satu balok kayu yang disambung dengan pelat baja dalam bentuk double shear, tetapi hal ini dianggap cukup mewakili untuk mengetahui kekuatan sambungan balok kayu double shear-pelat baja terhadap beban tarik. Hal ini dapat dijelaskan dari gambar arah gaya aksi dan gaya reaksi pada gambar ilustrasi berikut (Gambar 9 dan Gambar 10).
18 Gaya Tarik (P) (P) Gaya Tarik Gambar 9 Ilustrasi arah gaya pengujian contoh uji kekuatan sambungan double shear balok kayu-pelat baja terhadap gaya tarik P (a) ½ P ½ P Beban Tekan (P) (b) (½ P) Beban Tekan (½ P) Beban Tekan Gambar 10 Ilustrasi arah gaya pengujian contoh uji kekuatan sambungan double shear balok kayu-pelat baja; (a) gaya aksi dan gaya reaksi pada sambungan terhadap gaya tarik (b) gaya aksi dan gaya reaksi pada sambungan terhadap gaya tekan Besarnya rata-rata kekuatan per paku pada sambungan double shear ditentukan dengan menggunakan rumus berikut: B P = n Besarnya rata-rata beban ijin per paku pada sambungan double shear ditentukan dengan menggunakan rumus berikut: ρˉ = P f
19 Keterangan; P = rata-rata kekuatan per paku (kg) ρˉ = rata-rata beban ijin per paku (kg) B = beban total pada tingkat sesaran tertentu (kg) n = jumlah paku (batang) f = faktor keamanan sambungan (2,75) 3.4 Rancangan Percobaan Rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan acak faktorial 3x4 untuk masing-masing jenis kayu. Faktor pertama A adalah diameter paku yang terdiri atas tiga taraf yaitu 4,1 mm (A 1 ), 5,2 mm (A 2 ), 5,5 mm (A 3 ) dan faktor kedua B adalah jumlah paku (batang) yang terdiri atas empat taraf yaitu 4 batang (B 1 ), 6 batang (B 2 ), 8 batang (B 3 ) dan 10 batang (B 4 ). Dari 12 kombinasi perlakuan dengan ulangan sebanyak 3 (tiga) kali untuk tiap kombinasinya, maka diperoleh 36 (tiga puluh enam) satuan percobaan untuk setiap jenis kayu. Model matematika yang digunakan untuk rancangan ini adalah: Y ijk = µ + A i + B j + AB ij + E ijk Keterangan; Y ijk = beban ijin perpaku pada diameter paku (faktor A) ke-i, jumlah paku (faktor B) ke-j pada ulangan ke-k µ = rataan umum A i = pengaruh diameter paku ke-i B j = pengaruh jumlah paku ke-j AB ij = interaksi diameter paku ke-i dan jumlah paku ke-j E ijk = pengaruh acak yang menyebar normal (pengaruh acak pada diameter paku ke-i, jumlah paku ke- j dan ulangan ke-k). 3.5 Pengolahan Data Pengolahan data menggunakan program Microsoft Office Excel dan program SAS (Stastistic Analysis System) v6.12. Selanjutnya apabila dari olah data tersebut menunjukan berbeda nyata, maka dilanjutkan dengan uji lanjut Duncan dengan selang kepercayaan 95%. Pengujian ini dimaksudkan untuk melihat perbedaan pengaruh tiap faktor maupun kombinasi antara perlakuan penggunaan diameter dengan jumlah paku pada tingkat sesaran tertentu.