15 BAB III METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksankan mulai dari bulan November 2011 - April 2012 yang bertempat di Laboratorium Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu dan Laboratorium Peningkatan Mutu Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. 3.2 Alat dan Bahan Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain timbangan elektronik, desikator, oven, kaliper, mikroskop, UTM (Universal Testing Machine) merk Instron, gergaji, mesin gergaji circular saw. Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan jenis bambu gombong (Giganthocloa verticillata (Willd.) Munro) dan bambu mayan (Gigantochloa robusta Kurz.) yang berusia sekitar 3-4 tahun berasal dari Arboretum Bambu Kampus IPB Darmaga. 3.3 Metode Penelitian 3.3.1 Persiapan Bambu Bambu yang digunakan adalah bambu gombong dan bambu mayan dengan panjang sekitar >10 m. Dari masing-masing jenis bambu dilakukan pengulangan sebanyak 3 batang. Dari keseluruhan batang bambu disamakan panjangnya sepanjang 9 meter. Kemudian bambu dibagi menjadi 3 bagian dengan panjang 3 meter yang dikelompokan sebagai bagian pangkal, tengah dan ujung seperti yang terlihat pada Gambar 3. Gambar 3 Bagan pembagian batang bambu. Pengelompokan batang bambu menjadi pangkal, tengah dan ujung dilakukan kearah vertikal batang yang dinotasikan dengan perbedaan posisi vertikal. Selanjutnya masing-masing bagian dibagi lagi menjadi tiga bagian dengan
16 panjang 1 m. Setelah itu dilakukan dengan pembuatan contoh uji dari masingmasing bagian (Tabel 2). Tabel 2 Skema pembagian batang bambu Bilah Bambu Buluh Utuh Anatomi, KA, BJ, Kerapatan, MOE No Kode Kembang, Penyusutan, MOE, Geser Tekan dan MOR, Tekan, dan Tarik MOR Buku Ruas Buku Ruas Buku Ruas 1 P1 A X 2 P2 A X X 3 P3 A X X X X 4 T1 A X X X X 5 T2 A X X 6 T3 A X 7 U1 A X 8 U2 A X X 9 U3 A X X X X 10 P1 B X X X X 11 P2 B X X 12 P3 B X 13 T1 B X 14 T2 B X X 15 T3 B X X X X 16 U1 B X X X X 17 U2 B X X 18 U3 B X 19 P1 C X 20 P2 C X X 21 P3 C X X X X 22 T1 C X X X X 23 T2 C X X 24 T3 C X 25 U1 C X 26 U2 C X X 27 U3 C X X X X Keterangan: P1 : Bambu pangkal bagian pangkal T1 : Bambu tengah bagian pangkal U1 : Bambu ujung bagian pangkal P2 : Bambu pangkal bagian tengah T2: Bambu tengah bagian tengah U2 : Bambu ujung bagian tengah P3 : Bambu pangkal bagian ujung T3 : Bambu tengah bagian ujung U3 : Bambu ujung bagian ujung Dengan angka di belakang kode sebagai jumlah ulangan ke-i Bagian pangkal tengah (P2), tengah tengah (T2), dan ujung tengah (U2) dilakukan pembuatan contoh uji bilah dengan pengelompokan buku (node) dan ruas (internode) yang dinotasikan dengan perbedaan lokasi. Pembuatan contoh uji bilah dilakukan dalam beberapa pengamatan yaitu : struktur anatomi, pengukuran KA, BJ, kerapatan, penyusutan dimensi, pengembangan dimensi, Modulus of
17 Elasticity (MOE) dan Modulus of Rupture (MOR), kekuatan tekan dan kekuatan tarik sejajar serat. Bambu yang tesisa dipisahkan kembali untuk dilakukan pembuatan contoh uji buluh yang meliputi: kekuatan tekan sejajar serat, kekuatan geser sejajar serat pada bagian buku (node) dan bagian ruas (internode) dan pengujian MOE dan MOR. 3.3.2 Pembuatan Contoh Uji Pembuatan contoh uji sifat anatomi mengacu pada Pedoman Penuntun Praktikum Anatomi dan Identifikasi Kayu yang disusun oleh Pandit (1991) dalam Nuryatin (2000), sedangkan sifat fisis berdasarkan penelitian terdahulu (Sharma dan Mehra dalam Syafi i 1984). Contoh uji sifat mekanis pada bilah bambu mengacu pada standar ASTM D 143-94. Sedangkan contoh uji sifat mekanis pada buluh utuh penelitian ini berdasarkan pada ISO 22157-1: 2004 yang dimodifikasi. 3.3.2.1 Contoh Uji Sifat Anatomi 3.3.2.1.1 Pengamatan Penampakan Makroskopis Penelitian sifat dasar ini dilakukan untuk bambu layak tebang. Pengamatan dilakukan terhadap penampakan makroskopis bambu dari pangkal sampai ujung. Variabel yang diukur antara lain: a. Diameter bambu diukur pada setiap buku dan ruas Keterangan: Du : Diameter tepi luar bambu pada ujung spesimen (mm) du : Diameter tepi dalam bambu pada ujung spesimen (mm) Dp : Diameter tepi luar bambu pada pangkal spesimen (mm) dp : Diameter tepi dalam bambu pada pangkal spesimen (mm) Gambar 4 Contoh pengukuran diameter bambu pada setiap (a) ruas dan (b)buku.
18 Pengukuran diameter bambu dilakukan langsung terhadap batang bambu utuh. Pengukuran menggunakan alat kaliper, besar diameter yang dicatat meliputi diameter luar bambu dan diameter dalam bambu. Diameter bambu yang diukur meliputi diameter bambu dengan buku dan tanpa buku (ruas). 3.3.2.1.1 Sayatan penampang distribusi ikatan vaskular Contoh uji sifat anatomi berukuran 3 cm x 2 cm x tebal bambu (cm) seperti terlihat pada Gambar 5. Gambar 5 Spesimen sifat anatomi. 3.3.2.2 Contoh Uji Sifat Fisis 3.3.2.2.1 Pengujian KA, BJ, Kerapatan dan Susut Dimensi Bambu Pembuatan contoh uji KA, BJ, kerapatan dan susut bambu menggunakan contoh uji dengan ukuran 3 cm x 2 cm x tebal bambu (cm) ( Gambar 6). 2 cm Tebal bambu (cm) 3 cm Gambar 6 Spesimen KA, BJ, kerapatan dan penyusutan dimensi. Pengujian dilakukan terhadap KA, BJ, kerapatan dan susut dimensi dengan perbedaan lokasi (buku dan ruas). 3.3.2.2.2 Pengujian Pengembangan Dimensi Pengujian pengembangan dimensi menggunakan contoh uji dengan ukuran 4 cm x 2 cm x tebal bambu (cm) dengan ilustrasi pada Gambar 7.
19 2 cm Tebal bambu 4 cm Gambar 7 Spesimen pengujian pengembangan dimensi. Sama seperti pengujian KA, BJ, Kerapatan dan susut dimensi, pengujian terhadap kembang dimensi juga dilakukan dengan perbedaan lokasi (buku dan ruas). 3.3.2.3 Contoh Uji Sifat Mekanis 3.3.2.3.1 Pembuatan Contoh Uji MOE dan MOR Bilah bambu untuk setiap spesimen diambil dari bagian ruas dan bukunya. Spesimen untuk pengujian contoh uji bilah bambu utuh (full scale) diambil dari bilah bambu utuh dengan panjang 100 cm, sehingga dalam setiap spesimen terdapat bagian buku bambu. Contoh uji MOE dan MOR pada bilah bambu berukuran 30 cm x 2 cm x tebal bambu (cm) seperti diilustrasikan pada Gambar 8 dan 9, sedangkan contoh uji MOE dan MOR pada buluh utuh yang seharusnya berukuran tebal (diameter) dan panjang 15 kali diameter (± 150 cm), namun dikarenakan panjang contoh uji tidak mencukupi, maka panjang contoh uji MOE dan MOR pada buluh utuh dibuat menjadi 100 cm seperti pada Gambar 10. bagian ruas bambu bagian buku bambu Gambar 8 Pengambilan bilah contoh uji MOE dan MOR.
20 Gambar 9 Contoh uji MOE dan MOR bilah. Gambar 10 Pengujian MOE dan MOR full scale. 3.3.2.3.2 Contoh Uji Tekan Sejajar Serat Contoh uji tekan sejajar serat pada bilah berukuran 3 cm x 2 cm x tebal bambu (cm), sedangkan contoh uji pada buluh utuh berbentuk tabung dengan tinggi = diameter bambu. Gambar 11 Contoh uji tekan sejajar serat pada bilah. Pada pengujian ini contoh uji buluh utuh terjadi modifikasi pada contoh uji. Hal ini disebabkan alat UTM merk Instron hanya mampu memberi beban maksimal kurang dari 5.000 kgf, sedangkan beban maksimal yang bisa ditahan buluh utuh lebih dari 5.000 kgf.
21 Gambar 12 Contoh uji pengujian tekan sejajar pada buluh (a) ruas dan (b) buku. 3.3.2.3.3 Pembuatan Contoh Tarik Sejajar Serat Contoh uji tarik sejajar serat didasarkan pada ASTM D 143 52. Contoh uji tarik sejajar serat dapat dilihat pada Gambar 13. (a) 25,33 cm 0,949 cm 10,133 cm 9,49 cm 6,33 cm 9,49 cm 10,133 cm (b) 0,474 cm 0,633 cm tebal bambu 10,133 cm 9,49 cm 6,33 cm 9,49 cm 10,133 cm Gambar 13 Contoh uji tarik sejajar serat (a) tampak atas (b) tampak samping. 3.3.2.3.4 Contoh Uji Geser Sejajar Serat Pada pengujian ini, contoh uji geser sejajar serat dimodifikasi. Hal ini dikarenakan ketidaktersediaan alat. Sehingga contoh uji geser sejajar serat dibagi menjadi 2. Contoh uji geser sejajar serat dapat dilihat pada Gambar 14.
22 1,27 cm 6,33 cm 5,06 cm Gambar 14 Contoh uji geser sejajar serat. 3.3.3 Pengujian Contoh Uji 3.3.3.1 Sifat Anatomi Bambu Contoh uji berukuran 3 cm x 2 cm x tebal bambu (cm), baik bagian buku ataupun ruas, disayat bagian cross sectionnya, kemudian diletakkan di atas mikroskop. Sampel diamati dengan mikroskop perbesaran 10 kali, kemudian difoto dengan software Motic Images Plus 2.0 ML yang sudah terinstal di komputer. Pengukuran yang dilakukan pada uji anatomi antara lain penentuan tipe ikatan vaskuler bundel, jumlah vaskuler bundel/mm 2, dan proporsi luas vaskuler bundel pada arah horizontal (tepi, inti dan dalam) dan arah vertikal (pangkal, tengah, dan ujung). Vaskular bundel yang terdapat pada sampel dihitung jumlahnya dan diukur diameternya. Perhitungan dilakukan pada arah horizontal, yaitu bagian tepi (dekat kulit), inti dan dalam, sedangkan pengukuran diameter hanya diambil sebagian. Pengukuran diameter dilakukan untuk menghitung luasnya dengan menggunakan rumus luas lingkaran. Hal ini dilakukan pada arah vertikal (bagian pangkal, tengah dan ujung). 3.3.3.2 Sifat Fisis Bambu a. Kadar Air Contoh uji KA berukuran 3 x 2 x tebal bambu, ditimbang beratnya (BB) dengan timbangan digital, selanjutnya dioven pada suhu 103 ± 2 o C hingga mencapai berat konstan. Setelah pengovenan contoh uji diletakan dalam desikator
23 hingga suhunya mencapai suhu ruangan, selanjutnya diukur berat kering tanurnya (BKT). Nilai kadar air (KA) ini dihitung menggunakan rumus: Kadar air % = Keterangan : BB = Berat basah (g) BKT = Berat kering tanur (g) BB BKT BKT 100 b. Berat Jenis Penentuan berat jenis bambu tali dan ampel dilakukan dengan contoh uji berukuran 3 cm x 2 cm x tebal bambu (cm). Contoh uji diukur dimensi panjang, lebar dan tebal, kemudian dioven pada suhu 103 ± 2 o C hingga beratnya konstan, lalu ditimbang berat kering tanur (BKT). Berat Jenis dihitung berdasarkan rumus : BJ = Keterangan : BJ = Berat jenis BKT = Berat kering tanur (g) p = Panjang contoh uji (cm) l = Lebar contoh uji (cm) t = Tebal contoh uji (cm) ρ air = 1 g/cm 3 c. Kerapatan BKT p l t x ρ air Penentuan Kerapatan bambu tali dan ampel dilakukan dengan contoh uji berukuran 3 cm x 2 cm x tebal bambu (cm). Contoh uji tersebut ditimbang pada keadaan kering udara (BKU), kemudian diukur dimensi panjang, lebar dan tebal. Kerapatan dihitung berdasarkan rumus : Kerapatan (g/cm 3 ) = Keterangan : Kr = Kerapatan (g/cm 3 ) BKU = Berat kering udara (g) p = Panjang contoh uji (cm) l = Lebar contoh uji (cm) t = Tebal contoh uji (cm) BKU p l t
24 d. Penyusutan Dimensi Contoh uji diukur dimensi lebar (L1) dan tebal (T1) dalam keadaan kering udara dengan kaliper. Kemudian dioven pada suhu 103 ± 2 o C hingga beratnya konstan, lalu diukur kembali dimensi lebar (L2) dan tebal (T2). ST = T1 T2 x 100% T2 Keterangan : ST = Susut dimensi tebal (%) T1 = Tebal saat BKU (cm) T2 = Tebal saat BKT (cm) SL = Susut dimensi lebar (%) T1 = Lebar saat BKU (cm) T2 = Lebar saat BKT (cm) SL = L1 L2 x 100% L2 e. Pengembangan Dimensi Contoh uji diukur dimensi tebal (T1) dan lebar (L1) dalam keadaan kering udara dengan kaliper. Selanjutnya dilakukan perendaman selama 7 x 24 jam (satu minggu). Setelah direndam, dimensi tebal (T2) dan lebar (L2) diukur kembali. Nilai pengembangan dihitung menggunakan rumus : PT = T2 T1 x100% T1 PL = Keterangan : PT = Pengembangan dimensi tebal (%) T1 = Tebal saat kering udara (cm) T2 = Tebal setelah perendaman (cm) PL = Pengembangan dimensi lebar (%) L1 = Lebar saat kering udara (cm) L2 = Lebar setelah perendaman (cm) 3.3.3.3 Sifat Mekanis Bambu L2 L1 x100% L1 a. Modulus of Elasticity (MOE) dan Modulus of Rupture (MOR) Pengujian ini dilakukan menggunakan UTM merk Instron. Sebelum dilakukan pengujian, terlebih dahulu dilakukan pengukuran dimensi panjang, lebar dan tebal. Laju pembebanan tidak melebihi 6 mm per menit. Nilai MOE MOR pada contoh kecil dapat dihitung menggunakan rumus: MOE = ΔPL 3 4ΔYb 3 MOR = 3 Pmaks L 2b 2
25 Nilai MOE MOR pada contoh bambu utuh dapat dihitung menggunakan rumus: MOE = ΔPL 3 12Δyπ(R 4 r 4 ) MOR = Pmaks L R π(r 4 r 4 ) Keterangan : MOE = Keteguhan lentur (kgf/cm 2 ) MOR = Keteguhan patah (kgf/cm 2 ) P = Selisih beban (kgf) y = Perubahan defleksi setiap perubahan beban (cm) Pmaks = Beban maksimum (kgf) L = Panjang bentang (cm) b = Lebar contoh uji (cm) h = Tebal contoh uji (cm) π = 3,14 R = Jari-jari luar (cm) r = jari-jari dalam (cm) b. Keteguhan Tekan Sejajar Serat (τtk) Contoh uji kecil berukuran 3 cm x 2 cm x tebal bambu (cm). Lalu dicari luas penampang cross sectionnya dengan mengalikan lebar dan tebal bambu. Sedangkan pada pengujian tekan buluh, contoh uji seperti terlihat pada Gambar 6 (c) dan 6 (d). Contoh uji diambil dari bambu bulat yang dibelah empat. Untuk menghitung besar keteguhan tekan sejajar serat menggunakan rumus: τtk//serat kgf cm 2 = P A Keterangan: τtk// = Keteguhan tekan sejajar serat (kgf/cm 2 ) P = Beban tekan maksimum (kgf) A = Luas penampang (cm 2 ) c. Keteguhan Tarik Sejajar Serat (τtr//) Bambu dibentuk seperti Gambar 13. Lalu dicari luas penampang terkecilnya dengan mengalikan tebal terkecil dan lebar terkecil. Untuk menghitung besar keteguhan tarik sejajar serat menggunakan rumus: τtr//serat kgf cm 2 = P A Keterangan: τtr// = Keteguhan tarik sejajar serat (kgf/cm 2 ) P = Beban tarik maksimum (kgf) A = Luas penampang terkecil (cm 2 )
26 d. Keteguhan Geser Sejajar Serat (σ//) Bambu dibentuk seperti Gambar 14. Lalu dicari luas penampangnya dengan mengalikan tebal bambu dan a (a = 2 3 x tinggi). Untuk menghitung besar keteguhan geser sejajar serat menggunakan rumus: σ// = P A Keterangan: σ// = Keteguhan geser sejajar serat (kgf/cm 2 ) P = Beban tarik maksimum (kgf) A = Luas penampang terkecil (cm 2 ) 3.4 Analisis Data Peubah yang diamati dalam penelitian terdiri atas sifat anatomi, sifat fisis dan sifat mekanis. Sifat anatomi yang terdiri atas kerapatan ikatan pembuluh, luas ikatan pembuluh, persentase ikatan pembuluh dideskripsikan mengunakan software Microsoft Excel 2007 berdasarkan jenis bambu (gombong dan mayan), posisi vertikal (pangkal, tengah dan ujung) dan perbedaan lokasi (ruas dan buku). Pengujian statistik terhadap sifat fisis terdiri dari Kadar Air (KA), Berat Jenis (BJ), Kerapatan dan sifat mekanis yang terdiri dari MOE, MOR, tarik sejajar serat, tekan sejajar serat, dan geser sejajar serat dilakukan menggunakan prosedur Generalized Linear Model (GLM) menggunakan SAS software versi 9.1 dengan tiga faktor, yaitu jenis bambu (gombong dan mayan), posisi vertikal (pangkal, tengah, dan ujung) dan lokasi (ruas dan buku). Pengujian statistik terhadap MOE dan MOR pada buluh dilakukan menggunakan prosedur GLM menggunakan SAS software versi 9.1 dengan dua faktor, yaitu jenis bambu (gombong dan mayan), posisi vertikal (pangkal, tengah, dan ujung). Model rancangan acak lengkap menggunakan tiga faktor disajikan sebagai berikut : Yijkl = μ + αi + βj + γk + αβij + αγik + βγjk + αβγijk + εijkl Dimana : Yijkl = Nilai pengamatan pada jenis ke-i,posisi vertikal ke-j, dan lokasi ke-k μ = Rataan umum α = Pengaruh aditif dari jenis bambu ke-i β = Pengaruh aditif dari posisi vertikal ke-j γ = Pengaruh aditif dari lokasi ke-k ε = Galat eror
27 Pengujian korelasi peubah yang diamati dilakukan menggunatan Minitab software versi 14 dengan persamaan sebagai berikut : r = ΣXY ΣX 2 ΣX 2 n Dimana : r = Nilai koefisien korelasi X = Nilai pengamatan peubah X Y = Nilai pengamatan peubah Y ΣX (ΣY) n ΣY 2 ΣY 2 n