METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat

Penelitian dilaksanakan pada bulan Mei 2019 sampai dengan Mei 2020.

Penelitian dilaksanakan di Workshop dan Laboratorium Teknologi Hasil Hutan, Departemen Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Universitas Sumatera Utara.

Alat

Alat yang digunakan yaitu mesin gergaji, mesin bor, mesin serut (double planer), oven, kipas angin, sticker kayu, timbangan analitik, penggaris, kaliper.

Mesin yang digunakan untuk pengujian sifat mekanis (kekuatan tekan sejajar serat, tarik sejajar serat. geser sejajar serat, kekerasan kayu, kuat tumpu baut, kuat leleh lentur dan sambungan kayu) menggunakan Universal Testing Machine (UTM) Tensilon kapasitas 5 ton.

Bahan

Bahan yang digunakan yaitu kayu terap (Artocarpus odoratissimus) dalam bentuk balok berukuran 220 cm x 12 cm x 6 cm sebanyak 50 buah. Alat yang digunakan pada sambungan yaitu baut dengan dua ukuran diameter yaitu 8,3 mm dan 11,1 mm.

Prosedur Penelitian Persiapan Bahan

Bahan yang dipersiapkan yaitu kayu terap dan baut. Sebelum kayu dipotong menjadi contoh uji, terlebih dahulu dilakukan pengeringan kayu dengan menggunakan kipas angin untuk mendapatkan kadar air kering udara atau kesetimbangan. Baut yang digunakan terdiri dari dua ukuran diameter yaitu 8,3 mm dan 11,1 mm. Untuk uji kuat leleh lentur baut disiapkan baut dengan panjang bentang 11,5 D yaitu 9,5 cm dan 12,8 cm sesuai standard ASTM F-1575-03 sebanyak 10 buah pada masing-masing ukuran diameter. Pada uji kuat tumpu baut menggunakan baut dengan panjang 7 inci sebanyak 10 buah pada masing-masing diameter. Sedangkan untuk uji kuat sambungan kayu menggunakan baut dengan panjang 5 inci, 7 inci, dan 8 inci sebanyak 10 buah pada masing-masing ukuran diameter.

11

Pemotongan Contoh Uji

Balok kayu yang telah dikeringkan selanjutnya dipotong menjadi balok dengan beberapa ukuran yang lebih kecil. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar (2) dan gambar (3):

Gambar 1. Sketsa pemotongan balok kayu menjadi contoh uji sifat fisis dan mekanis (I) dan contoh uji geser sambungan ganda (1, 2, 3, 4, dan 5).

Gambar 2. Contoh uji sambungan kayu.

Pengujian Sifat Fisis Kayu

Sifat fisis yang diuji adalah kadar air dan berat jenis yang mengacu pada standar ASTM D 4442–92 untuk penentuan kadar air, dan ASTM D 2395–02 untuk penentuan berat jenis kayu. Kadar air dan berat jenis kayu menggunakan contoh uji yang berukuran 2,5 x 2,5 x 2,5 cm. Contoh uji dalam keadaan kering udara yang telah ditimbang beratnya (BKU) dan diukur dimensinya (VKU) lalu dikeringkan dalam oven pada suhu (103±2)^oC selama 2 x 24 jam atau sampai mencapai berat konstan kemudian ditimbang sehingga diperoleh berat kering oven (BKO). Nilai kadar air dan berat jenis dihitung melalui persamaan:

KA(%) = B_KU- B_KO

B_KO × 100%

Berat Jenis (BJ) = B_KO / V_KO ρ_air

12

Kerapatan = B_KU

V_KU × 100%

Keterangan :

KA : Kadar Air (%) ρ : Massa Jenis (g/cm³) BKU : Berat Kering Udara (g) BKO : Berat Kering Oven (g) VKO : Volume Kering Oven (cm³) VKU : Volume Kering Udara (cm³) ρ_air : 1 g/cm³

Gambar 3. Penimbangan contoh uji.

Pengujian Sifat Mekanis Kayu

Pengujian sifat mekanis yang dilakukan adalah tekan sejajar serat, tarik sejajar serat, kekerasan, serta geser sejajar serat yang berdasarkan pada standar ASTM D143–14: Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber (ASTM, 2014a) menggunakan UTM Tensilon dengan kapasitas 5 ton. Pengujian sifat mekanis dilakukan pada arah sejajar serat untuk membandingkan hubungan antara kuat tumpu baut yang dilakukan dengan arah sejajar serat.

Pengujian tekan sejajar serat atau Maximum Crushing Strength (MCS) dilakukan dengan menggunakan contoh uji yang berukuran (2,5 x 2,5 x 10) cm sebanyak 10 ulangan berdasarkan ASTM D143–14 dan mesin UTM Tensilon.

Pengujian tekan sejajar serat dilakukan dengan meletakkan contoh uji secara vertical dan memberikan beban pada contoh uji secara perlahan sehingga mengalami kerusakan, kecepatan pada mesin UTM sekitar 0,6 mm/menit sampai beban maksimum. Nilai kekuatan tekan sejajar serat dihitung dengan menggunakan persamaan:

MCS = P_Maks A

13

Keterangan :

MCS : Kekuatan tekan maksimum sejajar serat kayu (kg/cm²) Pmaks : Beban tekan maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) A : Luas penampang (cm²)

Gambar 4. Pengujian tekan sejajar serat

Pengujian kekuatan tarik sejajar serat menggunakan contoh uji berukuran (2,5 x 2,5 x 46) cm sebanyak 10 ulangan. Pengujian meletakkan contoh uji pada pegangan dari mesin UTM. Setelah terpasang contoh uji dilakukan pembebanan tarik pada mesin UTM dengan kecepatan pembebanan sekitar 1mm/menit sampai beban maksimum hingga bagian terkecil pada contoh uji mengalami kerusakan.

Nilai kekuatan tarik sejajar serat dihitung dengan menggunakan persamaan:

σ

_tarik// = P_Maks A Keterangan :

σ_tarik// : Kekuatan tarik sejajar serat (kg/cm²) P_Maks : Beban tarik maksimum (kg)

A : Luas Penampang (cm²)

Gambar 5. Pengujian tarik sejajar serat

Pengujian geser sejajar serat dilakukan dengan menggunakan contoh uji berukuran (5 x 5 x 6) cm sebanyak 10 ulangan dengan cara pengujian meletakkan

14

contoh uji pada penyamgga dari mesin UTM. Setelah itu pemberian beban tekan vertical secara merata di daerah yang dibelah pada contoh uji sampai mengalami kerusakan pada bagian tengah contoh uji, kecepatan beban yang digunakan sekitar 0,6 mm/menit. Nilai kekuatan geser sejajar serat dihitung dengan menggunakan persamaan:

τ

_// = P_Maks A Keterangan:

τ_// : Tegangan geser sejajar serat (kg/cm²) P_Maks : Beban geser maksimum (kg)

A : Luas Penampang (cm²)

Gambar 6. Pengujian geser sejajar serat

Pengujian kekerasan kayu atau hardness dilakukan dengan menggunakan contoh uji (5 x 5 x 15) cm sebanyak 10 ulangan. Pengujian dilakukan dengan cara meletakkan contoh uji pada penyangga dari mesin UTM, kemudian dipasang alat pembebanan yang seperti bola kecil dengan 1/2 diameter yang berukuran 6,07 mm.

Setelah itu dilakukan pembebanan pada contoh uji sehingga 1/2 bola baja tersebut masuk pada contoh uji, kecepatan pembebanan sekitar 6 mm/menit. Nilai uji kekerasan kayu dihitung dengan menggunakan persamaan:

A

H  P

^{m aks}

Keterangan :

H = Kekerasan (kg/cm² )

Pmaks = Beban maksimum sampai terjadi kerusakan (kg) A = Luas penampang setengah bola baja (cm² )

15

Gambar 7. Pengujian kekerasan kayu Pengujian Kuat Tumpu Baut

Pengujian kekuatan tumpu baut dilakukan berdasarkan pada standar ASTM D5764–97a (Reapproved 2013), pengujian kekuatan tumpu baut dilakukan pada arah sejajar serat kayu, ukuran contoh uji yang digunakan berdasarkan ASTM D5764 – 97 yang dimodifikasi dengan ukuran (5 x 5 x 5) cm sebanyak 20 buah.

Pengujian dilakukan pada 2 diameter baut yang berbeda yaitu yaitu 1/2 inci (±12 mm) dan 3/8 inci (±9,5 mm) masing-masing sebanyak 10 buah. Pengujian kuat tumpu dilakukan dengan meletakkan baut dibagian setengah lingkaran yang telah disediakan pada contoh uji, kemudian contoh uji diletakkan pada mesin UTM dan dilakukan pengujian dengan cara tekan, kecepatan pembebanan yang diberikan sekitar 1 mm/menit dan pengujian berakhir setelah baut tertanam setengah diameter baut pada contoh uji atau tercapai beban maksimum. Nilai uji kuat tumpu baut dihitung dengan menggunakan persamaan:

F_e = P_0.05D d t Keterangan:

Fe : Kekuatan tumpu baut (kg/cm²)

P0.05D : Beban leleh pada offset 5% diameter baut (kg) d : Diameter baut (cm)

t : Ketebalan contoh uji kayu (cm)

Gambar 8. Pengujian kekuatan tumpu baut

16

Pengujian Leleh Lentur Baut

Pengujian leleh lentur baut dilakukan berdasarkan pada standar ASTM F1575–03 (Reapproved 2014c) menggunakan baut besi dengan 2 diameter baut yang berbeda yaitu 1/2 inci (±12 mm) dan 3/8 inci (±9,5 mm) dengan ulangan sebanyak 10 buah setiap diameter baut besi. Pengujian dilakukan dengan menetapkan batas defleksi sebesar 7 mm, baut diletakkan pada penyangga mesin UTM dengan berjarak 11,5 kali diameter baut dan kecepatan pembebanan sekitar 0,1 mm/menit. Nilai uji leleh lentur baut dihitung dengan menggunakan persamaan:

F_yb = M_y S Keterangan :

Fyb : Kekuatan leleh lentur baut.

My : Momen yang dihitung berdasarkan beban yang diperoleh pada pengujian (My = PSbp/4, P = beban yang ditentukan dari kurva beban-perpindahan, Sbp = jarak titik tumpu).

S : Modulus penampang plastis efektif untuk sendi plastis penuh (S = D3 /6, D = diameter baut).

Gambar 9. Pengujian leleh lentur baut Pengujian Kuat Sambungan Kayu Geser Ganda

Pengujian kuat sambungan kayu geser ganda dilakukan berdasarkan standar ASTM D5652–15: Standard Test Methods for Bolted Connections in Wood and Wood-Based Products (ASTM, 2015). Contoh uji yang digunakan pada pengujian sambungan kayu terdiri dari tiga ketebalan antara lain 2.5cm, 3.8cm dan 5.0 cm dan dikombinasikan dengan 3 kombinasi ketebalan kayu (2.5-5.0-2.5cm, 3.8-5.0-3.8cm, 5.0-5.0-5.0 cm) dengan ulangan sebanyak 5 kali ulangan pada setiap ketebalan dan diameter baut 1/2 inci (±12 mm) dan 3/8 inci (±9.5 mm). Elemen kayu yang

17

disambung pada setiap kombinasi ketebalan berasal dari jenis kayu yang sama, sehingga diharapkan memiliki berat jenis yang relatif sama.

Pengujian kuat sambungan kayu geser ganda dilakukan berdasarkan standar ASTM D5652–15: Standard Test Methods for Bolted Connections in Wood and Wood-Based Products (ASTM, 2015). Baut dimasukkan ke dalam lubang yang telah dibuat pada elemen kayu (utama dan sisi) yang akan disambung, baut dikencangkan dengan memasang cincin (ring) dan mur sehingga posisinya rapat dengan sambungan. Sambungan kayu selanjutnya dipasang pada pemegang (grip) yang telah terpasang pada mesin UTM. Pengujian menggunakan UTM Tensilon kapasitas 5 ton dengan kecepatan pembebanan sekitar 1 mm/menit (beban maksimum dicapai dalam rentang waktu 5 hingga 20 menit). Pengujian dihentikan jika telah mencapai beban maksimum yang ditandai dengan kerusakan kayu yang disambung. Pengamatan terhadap tipe kerusakan pada masing-masing sambungan dilakukan setelah pengujian. Tipe kerusakan disesuaikan dengan mode leleh pada sambungan tipe dowel.

Gambar 10. Pengujian kuat sambungan kayu

Gambar 11. Model atau tipe kerusakan berdasarkan model batas leleh

(Sumber: AWC, 2014)

18

Kemudian dilakukan perhitungan kekuatan sambungan kayu berdasarkan pendekatan teoritis dan empiris (hibrida). Besar nilai kekuatan sambungan dihitung berdasarkan persamaan model batas leleh (yield limit equation) untuk sambungan kayu geser ganda menurut NDS 2015, namun variabel-variabel dalam persamaan tersebut didapatkan dari hasil pengujian yang telah dilakukan. Nilai kekuatan sambungan kayu berdasarkan NDS 2015 merupakan nilai kekuatan sambungan berdasarkan pendekatan ASD (Allowable Stress Design) dengan nilai yang digunakan ditentukan berdasarkan kondisi tertentu. Kondisi tersebut mencakup pembebanan normal (10 tahun), kayu digunakan dalam kondisi pelayanan yang kering, tidak terpapar suhu yang tinggi dan sebagainya (Breyer et.al., 2007).

Nilai desain lateral acuan (Z) hasil pengujian ditentukan dengan menggunakan nilai beban leleh (Py) dibagi dengan faktor normalisasi (Kc) atau faktor reduksi (Rd) berdasarkan mode leleh sesuai tipe kerusakan (Tabel 2). Kc dan Rd untuk mode leleh I = 4, II= 3.6, III dan IV = 3.2 untuk ukuran diameter pengencang 0.25 hingga 1 inci pada pembebanan sejajar serat (AWC, 2015). Nilai kekuatan sambungan kayu dihitung berdasarkan beban leleh (Py) dibagi dengan faktor normalisasi (Kc) atau faktor reduksi (Rd) berdasarkan mode leleh sesuai tipe kerusakan (Tabel 1). Nilai Z berdasarkan NDS 2015 dihitung dengan menggunakan persamaan:

Tabel 1. Persamaan nilai model batas leleh sambungan kayu geser ganda Model batas leleh Sambungan kayu geser ganda

Im Z = D l_m F_em

Z : Kekuatan sambungan kayu atau desain lateral (kg)

19

Fyb : Kekuatan leleh lentur baut (kg/cm²) D : Diameter baut (cm)

Rd : Faktor reduksi (lihat tabel 2.) Re : Fem / Fes

lm : Penetrasi baut dalam batang kayu utama (cm) ls : Penetrasi baut dalam batang kayu pendukung (cm) Fem : Kekuatan tumpu baut kayu utama (kg/cm²)

Fes : Kekuatan tumpu baut kayu pendukung (kg/cm²) Tabel 2. Faktor Reduksi (Rd)

Diameter baut Model leleh Faktor reduksi

1/4 in ≤ D ≤ 1 in Im, Is 4Kθ

Analisis data menggunakan metode statistika faktorial dalam rancangan acak lengkap (Faktorial RAL). Faktor A adalah diameter baut yang teridiri dari dua jenis diameter (8.3 mm dan 11.1 mm). Faktor B adalah kombinasi ketebalan kayu yang terdiri dari tiga kombinasi (2.5-5.0-2.5, 3.8-5.0-3.8, 5.0-5.0-5.0 cm). Data hasil penelitian diolah dengan menggunakan program SPSS (Statistical Package for the Social Sciences) 25.0 dan Microsoft Excel 2010. Menurut Sulistyaningsih (2010) model matematika yang digunakan adalah:

Yij = µ + αi + βj + (αβ)ij + Ԑij

Keterangan :

Yijk : Beban pada diameter baut ke-i dan kombinasi ketebalan kayu ke-j.

µ : Rataan umum.

αi : Pengaruh diameter baut ke-i.

βj : Pengaruh kombinasi ketebalan kayu ke-j.

(αβ)ij : Pengaruh interaksi antara diameter baut ke-i dan kombinasi ketebalan kayu ke-j.

Ԑij : Pengaruh acak dari diameter baut ke-i dan kombinasi ketebalan kayu ke-j

20