Tempat dan Waktu
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Biokomposit, Laboratorium Pengerjaan Kayu, dan Laboratorium Keteknikan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. Penelitian dilakukan dari bulan Desember 2013 hingga April 2014.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah kayu Sengon (Falcataria moluccana Miq.), kayu Manii (Maesopsis eminii Engl.), dan kayu Mangium (Acacia mangium Willd.) dengan diameter antara 15-25 cm yang berasal dari Leuwiliang, Bogor. Perekat yang digunakan adalah WBPI (Water Based Polymer Isocyanate) yang diproduksi oleh PT. Polychemi Asia Pasifik, Jakarta.
Alat yang digunakan untuk pembuatan glulam adalah gergaji mesin, mesin serut dan mesin amplas. Kilang pengering untuk mengeringkan kayu. Alat-alat lainnya adalah peralatan untuk aplikasi perekat (wadah plastik dan kape), mesin kempa dingin, deflektometer, universal testing machine (UTM) Instron dan Baldwin, oven, water bath, timbangan, meteran, moisture meter, dan kaliper.
Metode Penelitian
Pembuatan Glulam. Glulam yang dibuat sebanyak 30 panel dengan ukuran akhirnya 5 cm x 7 cm x 160 cm pada dimensi tebal, lebar, dan panjang. Prosedur pembuatan panel glulam dapat dibagi ke dalam beberapa tahapan yaitu pembuatan lamina dan pengeringan, pemilahan lamina dengan metode defleksi, penyusunan lamina, perekatan, pengempaan, pengkondisian, pembuatan contoh uji, dan pengujian panel glulam. Gambar 1 menunjukkan diagram alir penelitian.
Pembuatan Lamina dan Pengeringan. Balok kayu Sengon, Manii, dan Mangium dengan masing-masing tebal, lebar dan panjang berukuran 6 cm x 12 cm x 200 cm. Balok-balok dari ketiga jenis kayu tersebut dikeringkan di dalam kilang pengering dengan suhu dan kelembaban yang telah diatur. Pengeringan balok dilakukan untuk memperoleh kadar air ± 12% (Herawati et al. 2010). Pengeringan ini juga bertujuan untuk meratakan kadar air di dalam kayu. Balok yang telah dikeringkan kemudian dipotong ujungnya lalu dibelah menjadi lamina dengan beberapa ukuran tebal yang telah ditentukan. Selanjutnya tiap lamina diserut dan diamplas sampai halus.
Ukuran lamina yang dibuat untuk ketiga jenis kayu adalah: a. 1.7 cm x 7.0 cm x 160.0 cm
Setiap lamina diukur dimensinya (panjang, lebar, tebal) dan ditimbang untuk menentukan kerapatannya. Ukuran akhir balok laminasi yang dibuat adalah 5 cm x 7 cm x 160 cm ( l, t, p). Selain itu, dibuat juga balok utuh ukuran 5 cm x 7 cm x 160 cm dari ketiga jenis kayu sebagai pembanding. Masing-masing tipe glulam dibuat tiga kali ulangan.
Gambar 1 Diagram alir penelitian
Pemilahan Lamina dengan Alat Deflektometer. Dalam pemilahan lamina digunakan prinsip non destructive testing untuk mengukur kekakuan kayu (Modulus of elasticity) dengan menggunakan alat deflektometer. Prosedurnya adalah sebagai berikut (Surjokusumo et al. 2003):
1. Lamina yang akan dipilah diletakkan di atas dua tumpuan.
Persiapan Bahan Baku
Pemilahan Lamina dengan Metode Non Destruktif
Pembentukan Glulam (3 dan 5 Lapisan)
Pelaburan Perekat Isosianat 280 g/m2
Kempa Dingin (t = ± 3 jam, P= 10 kg/cm2)
Pengkondisian ± 1 Minggu
Pembuatan Contoh Uji
Pengujian Sifat Fisis-Mekanis dan Delaminasi Pembuatan Lamina dan
Pengeringan
2. Beban A (P1) diletakkan di atas lamina tepat di atas jarum deflektometer, diukur besarnya defleksi (y1).
3. Beban standar B (P2) kemudian ditambahkan, angka pada deflektometer dicatat (y2).
4. Beban diturunkan, lamina dibalik dan dipilah ulang seperti sebelumnya. Semakin besar nilai defleksi maka semakin kecil nilai kekakuan (MOE) lamina tersebut dan sebaliknya. Kemudian nilai defleksi yang diperoleh dikelompokkan menjadi tiga dengan rentang nilai 35,900-118,373 kg/cm2 dan diberi simbol EA, EB, dan EC dimana, EA>EB>EC. Kelompok EA digunakan pada bagian terluar (face atau back), sedangkan EB pada bagian tengah (crossband) dan EC pada bagian dalam (core).
Penyusunan Lamina. Lamina yang telah dipilah dan dikelompokkan berdasarkan nilai defleksinya disusun menurut susunan yang telah ditetapkan. Prinsip penyusunannya adalah dengan menempatkan lamina yang memiliki nilai defleksi yang lebih tinggi di bagian dalam balok laminasi yang akan dibuat. Sementara itu, lamina yang memiliki nilai defleksi yang lebih rendah ditempatkan di bagian luar balok laminasi. Gambar 2 menunjukkan penampang melintang glulam.
A B C
(kayu solid) (3 x 1.7 cm) (5 x 1.0 cm) Gambar 2 Penampang melintang kayu solid dan glulam Tabel 1 Pola penyusunan glulam berdasarkan tebal lamina penyusun dan
kombinasi jenis kayu
Tipe Glulam Tebal Lamina Penyusun Kombinasi Jenis Kayu
B 1.7 cm A-A-A (tiga lapis) M-M-M S-S-S A-M-A A-S-A C 1.0 cm A-A-A-A-A (lima lapis) M-M-M-M-M S-S-S-S-S A-M-M-M-A A-S-S-S-A
Keterangan: A (Mangium), M (Manii), S (Sengon).
5 cm
7 cm 7 cm
Perekatan. Perekat yang digunakan adalah isosianat yang disiapkan sesuai dengan standar teknik yang telah ditentukan oleh produsen. Sebelum diaplikasikan, kedua komponen perekat atau resin dan hardener dicampur dan diaduk sampai rata dengan perbandingan 100:15 (berdasarkan berat). Sistem pelaburan perekatan dilakukan pada kedua permukaan (double spread) dengan berat labur 280 g/m² (Herawati et al. 2010, Sulistyawati et al. 2008).
Pengempaan. Pengempaan dilakukan dengan menempatkan lamina yang telah di- laburi perekat pada mesin kempa dingin dengan lama waktu pengempaan 3 jam pada suhu ruangan. Tekanan kempa yang digunakan sebesar 10 kg/cm².
Pengkondisian dan Finishing. Balok laminasi yang telah selesai dikempa dikondisikan selama satu minggu di tempat terbuka sebelum dilakukan pengujian. Hal ini bertujuan untuk menyesuaikan kondisi glulam dengan kondisi lingkungan. Finishing dilakukan dengan penyerutan bagian lebar glulam untuk membersihkan perekat sisa dari pengempaan dan pemotongan bagian sisi dan ujung balok laminasi untuk memperoleh ukuran yang diperlukan.
Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis. Glulam kemudian dipotong untuk pengujian kadar air, kerapatan, modulus elastisitas (MOE), modulus patah (MOR), dan keteguhan rekat serta pengujian delaminasi menggunakan Japanese Agricultural Standard for Glued Laminated Timber, JAS234 tahun 2003.
Pembuatan Contoh Uji. Pembuatan contoh uji dilakukan setelah panel glulam disimpan dalam ruangan (conditioning) selama ± 1 minggu dan dilakukan pembentukan ukuran glulam menjadi 5 cm x 5 cm x 160 cm. Pola pemotongan contoh uji panel glulam seperti pada Gambar 3.
Gambar 3 Pola pemotongan contoh uji panel glulam Keterangan:
1. Contoh Uji MOE/MOR (5 cm x 5 cm x 76 cm)
2. Contoh Uji Delaminasi (perendaman air dingin) (5 cm x 5 cm x 5 cm) 3. Contoh Uji Delaminasi (perendaman air panas) (5 cm x 5 cm x 5 cm) 4. Contoh Uji Keteguhan Rekat (5 cm x 5 cm x 5 cm)
5. Contoh Uji Kadar Air dan Kerapatan (5 cm x 5 cm x 5 cm)
Kadar Air. Contoh uji yang telah dipotong kemudian ditimbang (BA) lalu dikeringkan dalam oven pada suhu 103±2°C hingga diperoleh berat yang konstan, kemudian ditimbang (BKT). Kadar air dihitung dengan persamaan:
160
5 cm
5
Kerapatan (ρ). Kerapatan merupakan nilai dari berat contoh uji kering udara dibagi dengan volume kering udara. Volume contoh uji diperoleh dari pengukuran dimensi panjang, lebar, dan tebalnya dengan menggunakan kaliper (VKU) dan selanjutnya ditimbang (BKU).
Nilai kerapatan dihitung dengan persamaan:
⁄
Modulus Elastisitas (MOE) dan Modulus Patah (MOR). Pengujian MOE dan MOR dilakukan menggunakan mesin UTM Instron tipe 3369. Pengujian dilakukan dengan pemberian satu titik beban terpusat pada tengah bentang contoh uji (one point loading) dengan posisi pengujian horizontal. Pola pembebanan pada pengujian sesuai dengan standar ASTM D 143-2007.
Nilai MOE dan MOR dihitung dengan menggunakan persamaan:
⁄
⁄
Dimana,
P : beban maksimum pada saat kayu rusak (kg) L : jarak sangga (cm)
Δ : defleksi yang terjadi akibat beban P (cm)
Δ : selisih antara beban atas dan bawah (kg) b : lebar contoh uji (cm)
h : tebal contoh uji (cm)
Keteguhan Geser/Rekat. Pengujian keteguhan rekat dilakukan dengan cara memberikan pembebanan yang diletakkan pada arah sejajar serat dengan meletakkan contoh uji secara vertikal (Gambar). Beban diletakkan di salah satu garis rekat terluar. Nilai beban maksimum dibaca saat contoh uji mengalami kerusakan.
Gambar 4 Contoh uji untuk pengujian keteguhan geser/rekat glulam lima lapis
4 cm 5 cm 5 cm 1 cm 1 cm Garis Rekat
Nilai keteguhan geser/rekat dihitung dengan persamaan:
⁄
Delaminasi. Uji delaminasi dilakukan dengan dua cara yaitu perendaman dalam air dingin dan air mendidih. Contoh uji dipotong dengan ukuran yang telah ditentukan (Gambar 3). Perendaman air dingin dilakukan dengan merendam contoh uji dalam air pada suhu ruangan selama 6 jam. Selanjutnya contoh uji dikeringkan dalam oven pada suhu 40±3°C selama 18 jam. Perendaman dalam air mendidih dilakukan dengan merebus contoh uji dalam air mendidih (±100°C) selama 4 jam, kemudian dilanjutkan dengan merendamnya dalam air pada suhu ruangan selama 1 jam. Setelah itu contoh uji dikeringkan dalam oven pada suhu 70±3°C selama 18 jam.
Rasio delaminasi dapat dihitung dengan persamaan:
Analisis Data. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan percobaan faktorial 2×5 dalam rancangan acak lengkap (Faktorial Acak Lengkap) dengan dua faktor perlakuan yakni perlakuan kombinasi jenis kayu dan ketebalan lamina penyusun. Faktor perlakuan kombinasi jenis kayu terdiri dari 5 taraf perlakuan yaitu kayu Mangium, kayu Manii, kayu Sengon, kayu Maniii, dan kayu Mangium-Sengon. Faktor perlakuan tebal lamina penyusun terdiri dari 2 taraf perlakuan yaitu 1.0 cm dan 1.7 cm. Tiap kombinasi perlakuan dengan 3 ulangan, dengan demikian jumlah satuan percobaan yang dibuat adalah 30 panel glulam. Jika faktor berbeda signifikan maka dilakukan uji lanjut multi-range Duncan. Antara kayu solid dan glulam dilakukan analisis data dengan uji t-student. Model linier rancangan penelitian ini menurut Mattjik dan Sumertajaya (2006) yaitu:
Dimana,
Yijk : nilai pengamatan pada faktor kombinasi jenis kayu taraf ke-i, faktor tebal lamina penyusun taraf ke-j dan ulangan ke-k
μ : nilai tengah populasi sebenarnya
i : pengaruh utama dari kombinasi jenis kayu ke-i
j : pengaruh utama dari tebal lamina penyusun ke-j
ij : komponen interaksi dari kombinasi jenis kayu ke-i dan tebal lamina penyusun ke-j