BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan mulai Juli 2011 Januari 2012 dan dilaksanakan di Bagian Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Bagian Kimia Hasil Hutan, Bagian Biokomposit dan Bagian Peningkatan Mutu Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan IPB. 3.2. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah satu log kayu jabon [Anthocephalus cadamba (Roxb.) Miq.] berdiameter ±30 cm umur 5 tahun dengan panjang 200 cm yang dipotong menjadi beberapa papan berukuran lebar 30 cm, tebal 2,5 cm dan panjang 200 cm. Log kayu jabon ini didapat dari daerah Cianjur, Jawa Barat. Bahan lain yang dipakai adalah air untuk pengukusan dan kertas kalkir. Alat yang digunakan untuk proses pemadatan kayu adalah mesin kempa panas, klem, autoklaf (untuk mengukus), kaliper (untuk mengukur dimensi contoh uji), moisture meter (untuk mengukur kadar air), oven (untuk mengeringkan contoh uji), desikator, jam, Universal Testing Machine merk Instron tipe 3369 dan Amsler. Alat lain yang digunakan adalah kamera digital untuk mendokumentasikan contoh uji hasil pemadatan. Alat uji gelombang ultrasonik merk SylvatestDuo (frekuensi = 22 khz) digunakan untuk pengujian kecepatan rambatan gelombang suara. 3.3. Metode Penelitian 3.3.1. Persiapan Contoh Uji Log kayu jabon yang berdiameter ±30 cm panjang 200 cm dibagi menjadi empat bagian masing-masing berukuran panjang 50 cm (Gambar 1). Bahan contoh uji dibuat dengan ukuran lebar = 2 cm, tebal = 2,5 cm dan panjang = 50 cm untuk setiap penampang lintang kayu (teras, transisi dan gubal). Jumlah contoh uji yang didapat adalah 48 batang yang terdiri dari 12 contoh uji sebagai
16 kontrol (tanpa perlakuan) dan 36 contoh uji lainnya mendapat perlakuan. Tabel 2 menunjukkan detail jumlah contoh uji berdasarkan perlakuan penelitian dan posisi kayu pada penampang lintang batang. Selanjutnya bahan contoh uji dikeringkan selama ± 2 minggu untuk memperoleh kadar air kayu kering udara (KA ± 15%). Tabel 2 Jumlah contoh uji yang dibuat berdasarkan perlakuan dan posisi kayu pada penampang lintang Variasi lama waktu pengukusan Posisi kayu Teras Transisi Gubal Kontrol 4 contoh uji 4 contoh uji 4 contoh uji 30 menit 4 contoh uji 4 contoh uji 4 contoh uji 60 menit 4 contoh uji 4 contoh uji 4 contoh uji 90 menit 4 contoh uji 4 contoh uji 4 contoh uji Keterangan: Transisi adalah posisi kayu diantara kayu teras dengan kayu gubal Keterangan: T i = Kayu Teras, R i = Kayu Transisi, G i = Kayu Gubal Gambar 1 Pembagian log menjadi contoh uji Sebelum pemotongan log menjadi bahan untuk contoh uji dilakukan pendokumentasian gambaran penampang melintang log pada kedua ujungnya untuk ke-4 bagian log. 3.3.2. Pengujian Nondestruktif Tahap Awal Pengujian nondestruktif gelombang ultrasonik menggunakan alat SylvatestDuo. Pengujian ini dilakukan untuk contoh uji kering udara sebelum mendapat perlakuan, yaitu dengan menempatkan dua buah transduser pada kedua ujung contoh uji. Untuk penempatan ini
17 sebelumnya dilakukan pengeboran. Contoh uji dilubangi menggunakan bor berdiameter 0,5 cm sedalam 2 cm. Transduser terdiri dari transduser pengirim gelombang suara dan transduser penerima gelombang suara di ujung lainnya. Pengujian dilakukan terhadap contoh uji berukuran (2 x 2,5 x 30) cm. Parameter yang digunakan adalah waktu rambat (t) dan kecepatan rambat gelombang ultrasonik (v). Gambar 2 Pengujian Nondestruktif dengan SylvatestDuo (frekuensi = 22 khz) 3.3.3. Perlakuan Pendahuluan Contoh uji yang berjumlah 36 batang diberi perlakuan pengukusan. Pengukusan dilakukan dengan autoklaf menggunakan air pada suhu 120 C dengan variasi lama waktu pengukusan untuk setiap set contoh uji masing-masing: 30 menit, 60 menit dan 90 menit. Dua belas contoh uji sisanya tidak diberi perlakuan apapun yang digunakan sebagai kontrol. (a) Gambar 3 (a) Autoklaf yang digunakan, (b) Penyusunan contoh uji dalam autoklaf (b)
18 3.3.4. Tampilan Kayu Pendokumentasian tampilan kayu dilakukan untuk membandingkan penampilan kayu sebelum dan sesudah dipadatkan menggunakan kamera digital. Dari tampilan tersebut dapat dilihat perubahan penampilan contoh uji secara langsung dari segi warna dan ketebalan. 3.3.5. Perlakuan Kempa Panas Tiga puluh enam contoh uji yang telah dikukus dengan air kemudian dipadatkan dengan mesin kempa panas dengan posisi pengempaan arah tegak lurus serat contoh uji, pada suhu 150 C hingga ketebalan target mencapai 2 cm dari ketebalan awal 2,5 cm (Gambar 4a). Pada saat pemadatan dihitung lamanya waktu pemadatan dan dicatat besarnya tekanan yang diperlukan sampai ketebalan target tercapai. Selanjutnya contoh uji didiamkan pada mesin kempa selama 15 menit untuk pengkondisian. (a) Gambar 4 (a) Pemadatan dengan kempa panas, (b) pengkondisian dengan klem (b) Selanjutnya contoh uji dikeluarkan dari mesin kempa dan diklem (Gambar 4b). Contoh uji yang sudah dipadatkan tersebut dikering udarakan dengan cara diangin-anginkan dengan bantuan fan selama 14 hari dalam kondisi diklem, hingga mencapai kestabilan dimensi dan mencapai kadar air kering udara.
19 3.3.6. Pengujian Nondestruktif Setelah Pemadatan Sama seperti pengujian nondestruktif awal, parameter yang diuji adalah waktu rambat gelombang dan kecepatan rambat gelombang ultrasonik setelah pemadatan. Diduga ada perubahan terhadap kedua parameter tersebut akibat perlakuan pemadatan. 3.3.7. Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis Pengujian sifat fisis dan mekanis dilakukan terhadap contoh uji yang telah dipadatkan dan contoh uji kontrol. Pengujian sifat fisis meliputi kadar air, kerapatan, berat jenis dan perubahan dimensi tebal. Sementara sifat mekanis yang diuji adalah MOE, MOR, tekan sejajar serat, dan kekerasan. Pengujian sifat fisis ini mengacu pada standar JIS Z 2102 (1957) dan JIS Z 2103 (1957), untuk sifat mekanis yang diuji mengacu pada standar JIS Z 2113 (1963). Pada Gambar 5 dapat dilihat pembagian contoh uji untuk pengujian sifat fisis dan mekanis. Keterangan: a = contoh uji untuk KA, kerapatan (ρ) dan BJ ukuran (2 x 2 x 2) cm b = contoh uji nondestruktif, MOE dan MOR (2 x 2 x 30) cm c = contoh uji tekan // serat (2 x 2 x 6) cm d = contoh uji kekerasan (2 x 2 x 6) cm # contoh uji KA, ρ, BJ setelah pemadatan menggunakan contoh uji pada MOE dan MOR Gambar 5 Bahan pembuatan contoh uji sifat fisis dan mekanis
20 3.3.7.1. Kadar Air Contoh uji pengukuran kadar air diambil dari dekat bagian yang mengalami kerusakan pada pengujian lentur dengan ukuran (2 x 2 x 2) cm. Contoh uji kemudian ditimbang beratnya sebelum dioven untuk mengetahui berat awal (W1). Setelah dioven selama 24 jam dengan suhu 103±2 C kemudian ditimbang kembali untuk mengetahui berat kering oven (W2). Kadar air kayu Jabon terpadatkan dihitung dengan rumus: 3.3.7.2. Kerapatan Contoh uji yang digunakan sama dengan contoh uji untuk kadar air (2 x 2 x 2) cm, kemudian ditimbang untuk mengetahui berat kering udara (W). Dimensinya diukur untuk mengetahui volume kering udaranya (V). Kerapatan kayu Jabon terpadatkan dihitung dengan rumus: 3.3.7.3. Berat jenis Contoh uji dari pengujian kadar air dan kerapatan (2 x 2 x 2) cm dikeringkan dengan oven selama 24 jam dengan suhu 103±2 C, lalu ditimbang untuk mengetahui berat kering tanurnya (W). Selain itu juga diukur dimensi setelah pengempaan (V), dan selanjutnya diperbandingkan dengan benda standard (kerapatan air 1 g/cm³) Berat Jenis = W/V Kerapatan air 3.3.7.4. Perubahan Dimensi Perubahan dimensi merupakan perubahan dimensi tebal setelah perlakuan terhadap kondisi akhir setelah mencapai kestabilan dimensi. Contoh uji yang digunakan berukuran tebal 2 cm, lebar 2
21 cm dan panjang 30 cm. Pengukuran tebal dilakukan sesaat setelah proses pemadatan menggunakan kempa panas di tiga titik (T1) (Gambar 6). Setelah pengkondisian menggunakan klem untuk mencapai stabilitas dimensi dan kadar air kering udara dilakukan kembali pengukuran tebal pada ketiga titik yang sama (T2). Gambar 6 Pengukuran dimensi tebal pada tiga titik T2 - T1 Perubahan Dimensi (%) = x 100 T1 3.3.7.5. Kekakuan Lentur (MOE) dan Kekuatan Lentur (MOR) Pengujian MOE dan MOR dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine merk Instron tipe 3369. Ukuran contoh uji yang digunakan adalah (2 x 2 x 30) cm dengan panjang bentang 28 cm. Pengujian ini dilakukan untuk menentukan kekakuan lentur dan kekuatan lentur contoh uji (Gambar 7) (a) Gambar 7 (a) Pengujian MOE dan MOR di UTM Instron, (b) Contoh uji sebelum dan sesudah pengujian (b)
22 Besarnya MOE dan MOR dapat ditentukan dengan rumus: Dengan keterangan sebagai berikut: MOE = kekakuan lentur (kg/cm²) MOR = kekuatan lentur (kg/cm²) P = beban di bawah batas proporsi (kg) L ΔY b h B = jarak sangga contoh uji (cm) = defleksi yang terjadi akibat beban P (cm) = lebar penampang contoh uji (cm) = tinggi penampang contoh uji (cm) = beban maksimum sampai patah (kg) 3.3.7.6. Kekuatan Tekan Sejajar Serat Untuk pengujian tekan sejajar serat contoh uji yang digunakan berukuran (2 x 2 x 6) cm. Pengujian dilakukan dengan UTM merk Instron tipe 3369 (Gambar 8). (a) Gambar 8 (a) Pengujian tekan sejajar serat (b) Contoh uji sebelum dan sesudah pengujian (b)
23 Nilai keteguhan tekan sejajar serat dihitung dengan rumus: Keterangan: P = Beban Maksimum (kg) A = Luas permukaan bidang tekan (cm²) 3.3.7.7. Kekerasan Contoh uji berukuran (2 x 2 x 6) cm digunakan untuk pengujian kekerasan permukaan dengan UTM Amsler (Gambar 9). Pengujian dilakukan dengan memasukkan setengah bola baja berdiameter 0,444 inchi (1cm) dengan luas penampang 1 cm² ke dalam kayu. Kemudian bola tersebut ditekan sedalam 0,222 inchi (0,5 cm). (a) Gambar 9 (a) Pengujian kekerasan kayu (b) Contoh uji sebelum dan sesudah pengujian (b) Nilai kekerasan dihitung dengan rumus sebagai berikut: Keterangan: P = Beban (kg) A = Luas Penampang (1 cm²)
24 3.4. Rancangan Percobaan dan Analisis Data Analisis data dilakukan dengan analisis deskriptif sederhana untuk menentukan nilai rata-rata, standard deviasi, dan koefisien variasi. Selain itu untuk mengetahui pengaruh pemadatan dilakukan dengan perancangan percobaan rancangan acak lengkap (RAL) dengan percobaan faktorial. Faktor yang digunakan adalah variasi lama waktu pengukusan dan posisi kayu (teras, transisi dan gubal). Model umum rancangan percobaan yang digunakan adalah: Y ijk = µ + α i + β j + (αβ) ij + ε ijk Keterangan: Yijk = Pengamatan pada faktor waktu pengukusan taraf ke-i, faktor posisi kayu taraf ke-j dan ulangan ke k (empat kali ulangan), μ = Nilai rata-rata pengamatan αi = Pengaruh utama perlakuan pengukusan ke i (1 = 30 menit, 2 = 60 menit, 3 = 90 menit, 4 = kontrol) βj = Pengaruh utama perlakuan posisi kayu ke j (1 = gubal, 2 = transisi, 3 = teras) (αβ)ij = Interaksi dari perlakuan pengukusan dan perlakuan posisi kayu εijk = Kesalahan percobaan Pengolahan data ini dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak SAS 9.1 for Windows.