PENGUJIAN KEKAKUAN KAYU SECARA NON DESTRUKTIF GELOMBANG ULTRASONIK DAN KEKUATAN LENTUR SECARA DESTRUKTIF CONTOH KECIL KAYU JATI (Tectona grandis. Linn. f.) IRFAN HANDRIAN DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007
PENGUJIAN KEKAKUAN KAYU SECARA NON DESTRUKTIF GELOMBANG ULTRASONIK DAN KEKUATAN LENTUR SECARA DESTRUKTIF CONTOH KECIL KAYU JATI (Tectona grandis. Linn. f.) IRFAN HANDRIAN E24102057 SKRIPSI Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Kehutanan pada Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007
LEMBAR PENGESAHAN Judul Penelitian : Pengujian Kekakuan Kayu Secara Non Destruktif Gelombang Ultrasonik dan Kekuatan Lentur Secara Destruktif Contoh Kecil Kayu Jati (Tectona grandis. Linn. f.). Nama Mahasiwa : Irfan Handrian NIM : E24102057 Disetujui : Dr. Lina Karlinasari S.Hut, M.Sc. F Pembimbing I Effendi Tri Bahtiar, S.Hut Pembimbing II Diketahui Prof. Dr. Ir. Cecep Kusmana, MS. Dekan Fakultas Kehutanan Tanggal lulus:
THO RINGKASAN IRFAN HANDRIAN. E24102057. Pengujian Kekakuan Kayu Secara Non Destruktif Gelombang Ultrasonik dan Kekuatan Lentur Secara Destruktif Contoh Kecil Kayu Jati (Tectona grandis. Linn. f ). Dibimbing oleh Dr. Lina Karlinasari, S.Hut, M.Sc.F, dan Effendi Tri Bahtiar, S.Hut. Dewasa ini telah berkembang dua macam pengujian kualitas kayu yaitu pengujian yang merusak bahan (destruktif) dan tanpa merusak bahan (non destruktif). Metode pembebanan lentur dalam pengujian destruktif antara lain metode one point loading/opl (pembebanan terpusat di tengah bentang) dan third point loading/tpl (pengujian dua pembebanan dengan jarak antar beban sepertiga bentang). Variabel yang dapat diukur dari metode pengujian tersebut yaitu Es apparent, Es true, dan MOR. Sementara itu, salah satu metode dalam pengujian non destruktif ialah menggunakan gelombang ultrasonik. Variabel yang dihasilkan berupa cepat rambat gelombang ultrasonik (V) dan nilai kekakuan dinamis kayu (Ed). Hipotesis dasar untuk evaluasi non destruktif kayu dikemukakan pertama kali oleh Jayne (1959), yaitu sifat energi yang disimpan dan dikeluarkan dari suatu kayu yang diukur secara uji non destruktif, memiliki mekanisme yang sama dalam menjelaskan perilaku statis dari suatu bahan pada uji destruktif. Pada tingkat mikroskopik sifat energi yang disimpan diatur oleh orientasi sel dan komposisi struktural, dimana faktor tersebut berkontribusi terhadap elastisitas statis bahan. Sifat tersebut dapat diteliti melalui osilasi frekuensi pada getaran atau transmisi kecepatan suara. Mengenai sifat energi yang dikeluarkan oleh kayu dilakukan dengan pengukuran pelemahan gelombang akustik (Oliveira 2002). Penelitian ini bertujuan untuk melakukan pengujian kekakuan kayu secara non destruktif dan kekuatan kayu secara destruktif pada contoh kecil kayu jati, kemudian menentukan hubungan pengujian non destruktif dengan destruktifnya, serta mencari kesetaraan pengujian destruktif antara metode one point loading (OPL) dan third point loading (TPL). Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Februari sampai Juni 2006 yang berlokasi di dua tempat yaitu Laboratorium Keteknikan Kayu Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor dan Pusat Penelitian Pemukiman DPU, Cileunyi-Bandung. Penelitian ini menggunakan kayu jati (Tectona grandis Linn. F) yang diperoleh dari hutan rakyat di daerah sekitar Dramaga-Bogor. Balok kayu jati dengan ukuran (8x15x200)cm dalam kondisi kering udara dipotong menjadi contoh uji berukuran (2,5 x 2,5 x 41 cm) yang mengacu pada secondary method specimen dalam ASTM D 143-00. Alat-alat yang dipakai ialah alat uji non destrukif gelombang ultrasonik merk SylvatestDuo (f=22khz), UTM (Universal Testing Machine) merk Instron (kapasitas beban maksimum ± 5 ton) untuk pengujian OPL, dan UTM merk Senstar (kapasitas beban maksimum ±10 ton) untuk pengujian TPL. Penelitian ini dilakuan dalam beberapa tahap, pertama dilakukan pengujian non destruktif yang menghasilkan variabel berupa kecepatan rambat gelombang ultrasonik (V) dan modulus elastisitas dinamis (Ed). Kemudian tahap kedua ialah melakukan pengujian destruktif dengan menggunakan metode OPL yang menghasilkan variabel modulus elatisitas apparent (Es1 apparent ) dan kekuatan lentur patah (MOR1). Departemen Hasil Hutan
THO Pengujian menggunakan metode TPL menghasilkan variabel modulus elatisitas apparent (Es2 apparent ), modulus elatisitas true (Es2 true ) dan kekuatan lentur patah (MOR2). Hasil dari penelitian ini menunjukan nilai rata-rata sifat mekanis kayu jati pada metode OPL yaitu Ed1, Es1 apparent dan MOR1 diperoleh berturut-turut sebesar 20,51 GPa; 7,55 GPa; dan 62,96 MPa. Sementara itu pada metode TPL diperoleh nilai rata-rata Ed2, Es2 apparent, Es2 true dan MOR2 sebesar 20,86 GPa; 9,45 GPa; 12,74GPa; dan 61,21 MPa. Pada metode OPL nilai Ed1 lebih tinggi sebesar 63% terhadap nilai Es1 apparent dan pada pengujian TPL nilai Ed2 lebih tinggi sebesar 54% terhadap nilai Es2 apparent dan Ed2 lebih tinggi sebesar 39% terhadap nilai Es2 true. Perbedaan nilai kekakuan kayu ini berkaitan dengan pembebanan pada pengujian statis dimana efek creep mempengaruhi pengukuran defleksi statis dan juga berhubungan dengan sifat viskoelastisitas alami dari kayu, sedangkan pada pengujian dinamis nilai kekakuan kayu dipengaruhi oleh kerapatan dan kecepatan rambat gelombang. Sementara itu kecepatan rambat gelombang ultrasonik (V) secara tunggal kurang baik dalam menduga ES dan MOR, baik pada pengujian OPL dan TPL. Untuk model hubungan antara Ed dalam menduga Es memiliki pengaruh yang sangat nyata, baik pada pengujian OPL dan TPL. Hasil pengujian destruktif metode one point loading (OPL) tidak sama dengan hasil pengujian third point loading (TPL), namun karena keterandalan persamaan regresinya, kedua hasil pengujian tersebut dapat disetarakan melalui persamaan atau tabel konversi. Departemen Hasil Hutan
PRAKATA Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-nya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Ucapan rasa terima kasih penulis kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses penelitian maupun dan penyusunan skripsi ini baik secara langsung maupun tak langsung, pada kesempatan kali ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Dr. Lina Karlinasari, S.Hut, M.Sc.F selaku dosen pembimbing pertama yang telah banyak sekali memberikan bantuan materil, nasehat, saran serta arahan yang sangat berharga pada diri penulis. 2. Effendi Tri Bahtiar, S.Hut sebagai pembimbing kedua yang telah banyak sekali meluangkan waktu untuk memberikan bantuan arahan teori, dan nasehat kepada penulis. 3. Prof. Dr. Ir. Andry Indrawan, Ms selaku dosen penguji dari Departemen Silvikultur. 4. Ir. Jarwadi Budi Hernowo, M.Sc.F selaku dosen penguji dari Departemen Konservasi Sumberdaya Hutan dan Ekowisata. 5. Papa, mama, adiku tercinta (Gina), keluarga besar Bandung (Ua Cecep), Yuni W yang selalu memberikan semangat, dorongan moril, materil, do a, dan nasehat spiritual yang amat berarti bagi penulis, untuk segera menyelesaikan studinya. 6. Saudara Irfan laboran di Laboratorium Keteknikan Kayu Fakultas Kehutanan IPB yang telah banyak sekali membantu sejak awal penelitian sampai dengan akhir penelitian. 7. Teman satu perjuangan dalam penelitian ini, Berlian Putri. N dan Danang. W yang membantu dalam hal pemikiran dan pekerjaan sehingga penelitian ini dapat terselesaikan, serta sahabat-sahabat yang memberikan bantuan nasehat, pengetahuan dan pengalaman yang berharga (Mico, Wien, Ika. N, Idiw, Anie, Irma, Budi, Itan, Enci, Nura, Doger, Dodi I, Dodi M) Bogor, Maret 2007 Penulis
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bandung 13 januari 1984, dari pasangan ayah Achmad Budiman dan Ibu Neni Anggraeni. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara Penulis menempuh jalur pendidikan sejak tahun 1989 di TK Nugraha I Bogor. Pada tahun 1996, penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasar di SDN Pengadilan III, kemudian melanjutkan pendidikan formalnya pada tahun 1999, di SLTPN 4 Bogor, dan pendidikan sekolah menengah umum di SMUN 2 Bogor sampai dengan tahun 2002. Pada tahun 2000 penulis diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor di Departemen Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, melalui jalur Undangan Seleksi Masuk Institut Pertanian Bogor (USMI). Selama mengikuti pendidikan di Fakultas Kehutanan IPB, penulis pernah mengikuti praktek Pengenalan dan Pengelolaan Hutan (P3H) dengan lokasi praktek pengenalan di Cagar Alam Leuweung Sancang dan Kamojang, Garut, selama satu bulan, serta praktek pengelolaan KPH Sukabumi selama satu bulan. Penulis juga aktif dalam lembaga kemahasiswaan diantaranya sebagai panitia Seminar Bangunan Tahan Gempa, panitia pelepasan wisuda Pemanenan tahun 2003, ketua pengurus divisi multimedia Departemen INFOKOM Himpunan Mahasiswa Hasil Hutan (Himasiltan) periode 2004-2005, panitia pertandingan basket antar mahasiswa E-competition tahun 2005, penulis juga mengikuti Praktek Kerja Lapang (PKL) di Sinar Bogor. Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan di Fakultas Kehutanan IPB, penulis menyusun karya ilmiah yang berjudul Pengujian Kekakuan Kayu Secara Non Destruktif Gelombang Ultrasonik Dan Kekuatan Lentur Secara Destruktif Contoh Kecil Kayu Jati (Tectona grandis. Linn. f.) sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Kehutanan, di bawah bimbingan Dr. Lina Karlinasari, S.Hut, M.Sc.F dan Effendi Tri Bahtiar, S.Hut.
i DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI... i DAFTAR TABEL... iii DAFTAR GAMBAR... iv DAFTAR LAMPIRAN... vi PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Tujuan... 2 C. Hipotesis... 2 D. Manfaat... 2 TINJAUAN PUSTAKA... 3 A. Pengujian Destruktif... 3 B. Pengujian Non Destruktif... 4 C. Gelombang Ultrasonik... 4 D. Sifat Mekanis Kayu... 5 E. Sifat Fisis Kayu... 7 F. Jati... 8 BAHAN DAN METODE... 10 A. Waktu dan Tempat... 10 B. Alat dan Bahan... 10 C. Metode... 10 1. Pembuatan contoh kecil... 10 2. Pengujian contoh uji... 10 2.1.Pengujian non destruktif... 11 2.2.Pengujian destruktif... 11 2.3.Pengujian sifat fisis kayu (kerapatan dan KA)... 14 D. Analisis Statistik... 14
ii Halaman HASIL DAN PEMBAHASAN... 16 A. Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis... 16 B. Hubungan Antara Pengujian Non Destruktif Dengan Destruktif... 21 C. Hubungan Antar Sifat Mekanis Pada OPL dan TPL.... 31 KESIMPULAN DAN SARAN... 37 A. Kesimpulan... 37 B. Saran... 37 DAFTAR PUSTAKA... 38 LAMPIRAN... 41
iii DAFTAR TABEL Halaman 1. Sifat fisis dan mekanis pengujian kayu jati secara non destruktif dan destruktif... 16 2. Modulus Elastis (E) kayu sajajar serat (PKKI 61 Pasal 5 daftar I)... 17 3. Kelas kuat kayu (PKKI 61 lampiran II )... 17 4. Hasil pengujian sifat mekanis lentur... 17 5. Hubungan antara pengujian lentur dinamis dan statis pada pembebanan terpusat (OPL) dan dua pembebanan (TPL)... 22 6. Hubungan antara pengujian lentur dinamis dan statis pada pembebanan terpusat (OPL)dan dua pembebanan (TPL) dengan transformasi logaritma.. 24 7. Hubungan antara pengujian lentur dinamis dan kekuatan lentur patah (MOR) pada OPL dan TPL dengan transformasi logaritma.... 27 8. Anova uji kesejajaran dan keberimpitan antara Es1 apparent dan Es2 apparent... 32 9. Anova uji kesejajaran dan keberimpitan antara Es1 apparent dan Es2 true... 34 10. Tabel konversi modulus elastisitas kayu (SNI)... 36