Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April sampai dengan bulan Agustus 2011 di Laboratorium Biokomposit, Laboratorium Keteknikan Kayu, Laboratorium Anatomi dan Fisika Kayu, Laboratorium Penggergajian dan Pengerjaan Kayu, Laboratorium Kayu Solid, Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor.
Bahan dan Alat Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu afrika (Maesopsis eminii Engl.), kayu akasia (Acacia mangium Willd.) dan kayu jabon (Anthocephalus cadamba Miq.) yang berasal dari daerah Dramaga, Ciampea Bogor dan Sindangbarang, Cianjur Jawa Barat. Perekat yang dipakai adalah Water Based Polymer Isocyanate (WBPI) yang diperoleh dari PT. Polychemie Asia Pacific Permai, Jakarta.
Alat yang digunakan meliputi peralatan untuk penyiapan bahan baku, pembuatan CLT dan alat pengujian dengan uraian sebagai berikut :
1. Alat untuk penyiapan bahan baku terdiri dari gergaji mesin, mesin serut dan mesin amplas.
2. Alat untuk pembuat CLT meliputi wadah plastik, pengaduk dan kape yang berfungsi untuk melaburkan perekat Isocyanate pada permukaan kayu yang akan dilaminasi, alat kempa dan gergaji cakram (circular saw) untuk memotong contoh uji.
3. Alat untuk pengujian yaitu Universal Testing Machine (UTM) Instron dan Baldwin, deflektometer dan beban (10 kg, 2 kg, 1 kg dan 0,5 kg) digunakan untuk menguji sifat mekanis sedangkan untuk menguji sifat fisis dipakai moisture meter, timbangan, kaliper digital dan oven.
Metode Penelitian Pembuatan Cross Laminated Timber
Pembuatan Lamina dan Pengeringan
Balok dari kayu afrika, jabon dan kayu akasia dipotong dengan panjang berkisar ± 125 cm dan lebar ± 6 cm. Kayu tersebut kemudian dibelah secara acak dengan ketebalan 2 cm, 1,2 cm dan 1 cm, kemudian dikeringkan sampai mencapai kadar air 12-15 %. Langkah selanjutnya yaitu setiap lamina diserut sampai mencapai ketebalan yang diinginkan (1,67 cm, 1 cm dan 0,71 cm) kemudian diamplas sampai halus.
Ukuran lamina yang dibuat serta jumlahnya untuk masing-masing jenis kayu adalah :
a. 1,67 cm x 6 cm x 120 cm sebanyak 20 lamina kayu akasia, 24 kayu afrika dan 28 kayu jabon.
b. 1 cm x 6 cm x 120 cm sebanyak 32 lamina kayu akasia, 40 kayu afrika dan 48 kayu jabon.
c. 0,71 cm x 6 x 120 sebanyak 44 lamina kayu akasia, 56 kayu afrika dan 68 kayu jabon.
Setiap lamina diukur dimensinya (panjang, lebar dan tebal) dan ditimbang untuk menentukan kerapatan masing-masing lamina. Ukuran akhir CLT yang dibuat adalah 5 cm x 5 cm x 125 cm. Selain itu dibuat juga balok utuh ukuran 5 cm x 5 cm x 125 cm dari ketiga jenis kayu tersebut sebagai pembanding.
Tahap selanjutnya adalah pemilahan seluruh lamina berdasarkan nilai MOE dengan cara mengadakan pengujian lentur sistem Non Destructive Test (NDT). Prosedurnya adalah sebagai berikut :
1. Kayu yang akan dipilih diletakkan di atas tumpuan, defleksi yang terjadi dicatat.
2. Beban diletakkan tepat di atas kayu searah jarum penyetara penimbangan, defleksi yang terjadi dicatat.
3. Beban diturunkan, kayu dibalik dan dipilah ulang seperti sebelumnya kemudian defleksi yang terjadi dicatat.
Gambar 2 Deflektometer dan pemilahan lamina dengan NDT.
Berdasarkan pemilahan mekanis dengan NDT diperoleh nilai defleksi dari masing-masing lamina, yang akan digunakan untuk menentukan nilai MOE tiap lamina. Rumus yang digunakan untuk perhitungannya adalah :
MOE = 3 3 . . . 4 . h b Y L P ∆ Dimana :
MOE : Modulus of elasticity (kg/cm2 P : Beban (kg)
) L : Jarak sangga (cm)
∆Y : Besarnya perubahan defleksi yang terjadi akibat beban P (cm) b : Lebar penampang (cm)
h : Tebal penampang (cm)
Nilai MOE yang diperoleh kemudian dikelompokkan berdasarkan jenis dan ketebalan lamina, kemudian dibagi menjadi 3 rentang nilai tertentu dan diberi simbol E1, E2 dan E3 dimana E1>E2>E3
Penyusunan Lamina
. Prinsip penyusunan lamina dalam pembuatan CLT ini adalah lamina yang memiliki nilai MOE tertinggi digunakan sebagai lapisan luar sedangkan lamina yang memiliki nilai MOE rendah digunakan sebagai lapisan dalam. Untuk pembuatan CLT dari kayu akasia, afrika dan jabon, lamina yang digunakan sebagai lapisan silang dipotong dengan panjang ± 6 cm. Pembuatan CLT akasia-jabon dan afrika-jabon, lamina dari kayu jabon sebagai lapisan silang sedangkan lamina kayu afrika dan akasia sebagai lapisan sejajar. Pembuatan CLT jabon-afrika lamina kayu afrika sebagai lapisan silang dan lamina kayu jabon sebagai lapisan sejajar.
5 cm 5 cm 5 cm
1,67 cm 1 cm 0.71 cm
5 cm 5 cm 5 cm
Gambar 3 Penampang melintang balok CLT 3 lapis (A), 5 lapis (B) dan 7 lapis (C) dengan ukuran 5 cm x 5 cm.
Keterangan :
: Lapisan sejajar : Lapisan silang
Sedangkan prinsip penyusunan lamina berdasarkan jenis kayu adalah sebagai berikut :
1. CLT 3 lapis :
a. Kayu akasia : akasia-akasia-akasia b. Kayu afrika : afrika-afrika-afrika c. Kayu jabon : jabon-jabon-jabon d. Kayu akasia-jabon : akasia-jabon-akasia e. Kayu afrika-jabon : afrika-jabon-afrika f. Kayu jabon-afrika : jabon-afrika-jabon 2. CLT 5 lapis :
a. Kayu akasia : akasia-akasia-akasia-akasia-akasia b. Kayu afrika : afrika-afrika-afrika-afrika-afrika g. Kayu jabon : jabon-jabon-jabon-jabon-jabon c. Kayu akasia-jabon : akasia-jabon-akasia-jabon-akasia d. Kayu afrika-jabon : afrika-jabon-afrika-jabon-afrika e. Kayu jabon-afrika : jabon-afrika-jabon-afrika-jabon 3. CLT 7 lapis :
a. Kayu akasia : akasia-akasia-akasia-akasia-akasia-akasia-akasia b. Kayu afrika : afrika-afrika-afrika-afrika-afrika-afrika-afrika c. Kayu jabon : jabon-jabon-jabon-jabon-jabon-jabon-jabon d. Kayu akasia-jabon : akasia-jabon-akasia-jabon-akasia-jabon-akasia e. Kayu afrika-jabon : afrika-jabon-afrika-jabon-afrika-jabon-afrika f. Kayu jabon-afrika : jabon-afrika-jabon-afrika-jabon-afrika-jabon
Perekatan
Perekat yang digunakan terdiri atas dua komponen (base resin dan hardener) yang dicampurkan dengan perbandingan 100 : 15. Pelaburan perekat pada seluruh permukaan lamina yang direkatkan dan kedua sisi untuk lapisan silang dilakukan dengan menggunakan kape. Pelaburan dilakukan pada dua permukaan (double spread) dengan berat labur setiap bidang rekat sebesar 280 g/m2
Pengempaan
.
Pengempaan dilakukan dengan menempatkan lamina yang telah dilaburi perekat diatas besi siku. Lamina disusun secara bersilangan antara lapisan satu dengan lapisan yang lain. Kemudian plat besi dipasang menempel pada bagian luar, lalu diklem dengan jarak klem ± 25 cm selama 3 jam dengan tekanan kempa berkisar 10-15 kg/cm2
Pengkondisian
.
Pengkondisian CLT dilakukan selama 1 minggu. Hal ini bertujuan untuk menyeragamkan kondisi kadar air dan tekanan dalam dalam balok CLT setelah dilakukan pengempaan.
Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis CLT
CLT dipotong ujungnya dan diserut kemudian diukur dimensinya dan ditimbang untuk memperoleh nilai kerapatan kering udara (Gambar 4).
Gambar 4 Balok CLT 3 lapis (A), 5 lapis (B) dan 7 lapis (C) dari masing-masing jenis kayu.
Balok CLT kemudian dipotong untuk pengujian kadar air, kerapatan, MOE, MOR, keteguhan tekan sejajar dan keteguhan geser rekat sesuai dengan standar ASTM D 143 (2005) serta uji siklis (Gambar 5).
125 cm
5 cm
5 cm
Gambar 5 Pembangian contoh uji untuk pengujian sifat fisis dan mekanis CLT. Keterangan :
A : Contoh uji untuk pengujian kadar air dan kerapatan CLT dengan ukuran contoh uji 5 cm x 5 cm x 5 cm.
B : Contoh uji untuk pengujian MOE dan MOR dengan ukuran contoh uji 5 cm x 5 cm x 76 cm.
C : Contoh uji untuk pengujian keteguhan tekan sejajar serat dengan ukuran contoh uji 5 cm x 5 cm x 20 cm.
D : Contoh uji untuk pengujian keteguhan geser rekat dengan ukuran contoh uji 5 cm x 5 cm x 5 cm.
E : Contoh uji untuk pengujian siklis dengan ukuran contoh uji 5 cm x 5 cm x 5 cm.
Kadar Air dan Kerapatan
Pengujian kadar air dan kerapatan mengikuti standar ASTM D 143 (2005) dengan ukuran contoh uji 5 cm x 5 cm x 5 cm. Contoh uji ditimbang dan diperoleh berat awal (kondisi kering udara), kemudian diukur dimensinya (panjang, lebar dan tebal) sehingga diperoleh nilai volumenya. Contoh uji kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 103 ± 2 0
Kadar Air (%) =
C sampai beratnya konstan (biasanya diperoleh setelah 24 jam pengovenan) dan diperoleh berat kering tanur. Nilai kadar air dan kerapatan dihitung berdasarkan rumus :
BKT BKT BA− x 100% Kerapatan = VKU BA (g/cm3 Dimana: )
BA : Berat awal/berat kering udara (g)
BKT : Berat kering tanur (g)
VKU : Volume kering udara (cm3)
Modulus of Elasticity (MOE) dan Modulus of Rupture (MOR)
Pengujian sifat mekanis CLT untuk MOE dan MOR berdasarkan standar ASTM D 143 (2005), dengan ukuran contoh uji 5 cm x 5 cm x 76 cm. Pengujian MOE dan MOR menggunakan mesin UTM Instron dengan pembebanan terpusat pada titik tengah bentang seperti pada Gambar 6. Pengujian MOR merupakan lanjutan dari pengujian MOE, dimana contoh uji diberi pembebanan sampai mengalami kerusakan (Gambar 7). Selanjutnya dilakukan pengamatan terhadap pola kerusakan CLT yang diuji.
P (tekanan)
∆Contoh Uji
L/2 L/2
L
Gambar 6 Pola pembebanan pada pengujian MOE dan MOR.
Gambar 7 Pengujian MOE dan MOR dengan mengunakan UTM merk Instron.
Nilai MOE dan MOR dapat dihitung dengan rumus :
MOE = 3 3 . . . 4 . h b Y L P MOR = 2 . . 2 . . 3 h b L Pmaks Dimana :
MOE : Modulus of elasticity (kg/cm2 MOR : Modulus of rupture (kg/cm
) 2
P : Besarnya beban sebelum batas proporsi (kg) )
Y : Besarnya defleksi akibat beban yang diberikan (cm) Pmaks
L : Jarak sangga (cm) : Beban maksimum (kg)
b : Lebar contoh uji (cm) h : Tebal contoh uji (cm)
Keteguhan Tekan Sejajar
Pengujian keteguhan tekan sejajar serat dilakukan dengan cara contoh uji diletakkan secara vertikal dan diberi beban dengan arah sejajar serat, sampai contoh uji mengalami kerusakan seperti pada Gambar 8 dan 9. Beban maksimum dibaca saat contoh uji mengalami kerusakan. Besarnya nilai keteguhan tekan sejajar serat dapat dihitung dengan rumus :
Keteguhan tekan sejajar (kg/cm2) =
P 5 cm
20 cm
5 cm
P
Gambar 8 Pola pembebanan pada pengujian keteguhan tekan sejajar serat.
Uji Keteguhan Geser Rekat
Pengujian keteguhan geser rekat dilakukan dalam keadaan kering dan basah. Pengujian dalam keadaan kering adalah dengan menguji contoh uji dalam keadaan kering atau langsung tanpa perlakuan lagi. Perlakuan uji basah dilakukan dengan cara contoh uji direbus dalam air mendidih selama 4 jam kemudian contoh uji dikeringkan dalam oven pada suhu 600C ± 30
Keteguhan rekat (kg/cm
C selama 20 jam. Contoh uji direbus kembali dalam air mendidih selama 4 jam, kemudian direndam ke air dengan suhu ruangan selama 10 menit dan diuji dalam kedaan basah. Bidang rekat contoh uji diukur terlebih dahulu (panjang dan lebarnya) kemudian pengujian dilakukan dengan cara memberikan pembebanan yang diletakkan pada arah sejajar serat dengan meletakkan contoh uji secara vertikal (Gambar 10). Pembebanan dilakukan secara berlahan-lahan sampai terjadi kerusakan contoh uji, ditandai dengan pergeseran yang permanen pada bidang rekatnya (terjadi kerusakan pada bidang rekat). Nilai keteguhan geser garis rekat (glue line shear strength) diperoleh dari hasil bagi antara beban maksimum terhadap penampang kritisnya atau luas bidang gesernya.
2 ) =
0.5 cm
4,5 cm
5 cm
Gambar 10 Contoh uji untuk pengujian keteguhan geser rekat.
Pengujian Siklis
Contoh uji yang digunakan untuk pengujian siklis berukuran 5 cm x 5 cm x 5 cm. Pengujian siklis mengikuti prosedur Rowell dan Ellis (1978) diacu dalam Hadi (1991) yaitu contoh uji diukur tebalnya kemudian direndam dalam air pada
suhu kamar selama 2 hari dan diukur kembali tebalnya untuk mengetahui pengembangan tebal CLT atau penyerapan (absorptive) air. Setelah itu contoh uji dikeringkan dalam oven dengan suhu 100 0
Desain Penelitian dan Analisa Data
C selama 5 hari dengan anggapan bahwa contoh uji ini telah mencapai berat kering oven kemudian diukur tebalnya untuk mengetahui penyusutan tebal CLT. Dengan perendaman selama 2 hari dan pengeringan selama 5 hari maka contoh uji ini telah diuji satu kali siklis, pengujian perubahan ketebalan CLT dilakukan selama empat siklis. Pengembangan tebal CLT diamati pada keadaan basah maupun kering ovennya.
Penelitian ini dilaksanakan dengan menggunakan rancangan percobaan faktorial acak lengkap yang terbagi menjadi dua rancangan percobaan :
1. Rancangan percobaan faktorial acak lengkap 6x3 dengan ulangan setiap perlakuan sebanyak 4 kali. Rancangan ini digunakan untuk menganalisa pengaruh faktor-faktor yang dicobakan yaitu jenis kayu (afrika, akasia, jabon, akasia-jabon, afrika-jabon dan jabon-afrika) dan jumlah lapisan (3, 5, dan 7). Model linier aditif dari rancangan RAL ini menurut Mattjik dan Sumertajaya (2006) adalah :
Yijk = µ + αi+ βj + (αβ)ij+ ε Dimana :
ijk
Yijk
µ : komponen aditif dari rataan
: nilai pengamatan pada faktor jenis kayu taraf ke-i, faktor jumlah lapisan ke-j dan ulangan ke-k.
αi : pengaruh utama dari jenis kayu (afrika, akasia, jabon, campuran akasia-jabon, campuran afrika-jabon dan campuran
βj jabon-afrika)
(αβ) ij : pengaruh utama dari jumlah lapisan (3, 5 dan 7)
εijk : komponen interaksi dari jenis kayu dan jumlah lapisan
2. Rancangan percobaan faktorial acak lengkap 4x3 dengan ulangan setiap perlakuan sebanyak 4 kali. Rancangan ini digunakan untuk menganalisa pengaruh faktor-faktor yang dicobakan yaitu jenis kayu (afrika, akasia dan jabon), dan jumlah lapisan (1 atau balok utuh, 3, 5, dan 7). Model linier aditif dari rancangan RAL ini menurut Mattjik dan Sumertajaya (2006) adalah :
: galat percobaan.
Dimana : Yijk
µ : komponen aditif dari rataan
: nilai pengamatan pada faktor jenis kayu taraf ke-i, faktor jumlah lapisan ke-j dan ulangan ke-k.
αi
βj : pengaruh utama dari jenis kayu (afrika, akasia, dan jabon)
(αβ) ij : pengaruh utama dari jumlah lapisan (1 atau balok utuh, 3, 5 dan 7)
εijk : komponen interaksi dari jenis kayu dan jumlah lapisan Uji lanjutannya menggunakan Duncan Multiple Range Test (DMRT).