HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pengujian Sifat Fisis dan Mekanis
Sifat fisis dan mekanis kayu merupakan nilai karakteristik yang dapat menentukan besar kecilnya kekuatan yang terdapat pada suatu kayu. Hasil pengujian sifat fisis dan mekanis kayu Jati (Tectona Grandis. Linn. f.) disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Sifat fisis dan mekanis pengujian kayu jati secara non destruktif dan destruktif
KA (%) (n=20) ρ (g/cm3) (n=213) Pengujian I (n=119) Pengujian II (n=94)
NDT Destruktif OPL NDT Destruktif TPL
V 1 (m/detik) Ed 1 (GPa) Es1[app] (GPa) MOR1 (Mpa) V 2 (m/detik) Ed2 (GPa) Es2[app] (GPa) Es2[true] (GPa) MOR2 (MPa) Rataan 17,12 0,76 5192.55 20,51 7,55 62,96 5157,26 20,86 9,45 12,74 61,21 max 26,58 0,96 6403,00 32,07 13,54 100,72 6238,00 27,75 14,52 27,44 97,62 min 12,05 0,55 3657,00 9,85 0,76 6,97 4136,00 13,30 4,42 4,95 26,99 SD 3,74 0,09 638,83 4,21 2,53 24,82 474,62 2,92 1,81 3,80 12,64 CV % 21,87 11,95 12,30 20,54 33,54 39,43 9,20 14,00 19,16 29,80 20,64
Keterangan: KA = kadar air; ρ = kerapatan; V 1 = kecepatan rambat gelombang ultrasonik (OPL); Ed1 = modulus elastisitas dinamis (OPL); Es1[app] = modulus elastisitas statis apparent (OPL); MOR1 = kekuatan lentur patah (OPL); V2 = kecepatan rambat gelombang ultrasonik (TPL); Ed2 = modulus elastisitas dinamis (TPL); Es2[app] = modulus elastisitas statis apparent (TPL); Es2[true]
= modulus elastisitas statis true (TPL); MOR2 = kekuatan lentur patah (TPL)
Dari Tabel 1 diperoleh nilai kadar air sebesar 17,12% dengan nilai kerapatan kayu jati sebesar 0,76 g/cm3, sementara itu nilai kecepatan rambat gelombang ultrasonik (V) yang diperoleh dari pengukuran pada kayu jati secara garis besar berkisar antara 3.657-6.403 m/detik dengan nilai kecepatan rata-rata sebesar 5.030 m/detik. Untuk nilai dari sifat mekanis kayu yaitu nilai Esapparent, dan MOR diperoleh sebesar 7,55 GPa dan 62,96 MPa. Nilai tersebut mengakibatkan kayu Jati masuk dalam kelas kuat III atau IV sesuai dengan Tabel PKKI NI 5 tahun 1961. Tabel 2 dan Tabel 3 menyajikan nilai kelas kuat berdasarkan PKKI’61. Sementara itu Tabel 4 menyajikan hasil pengujian sifat mekanis lentur yang merujuk pada PKKI 1961.
Tabel 2. Modulus Elastisitas (E) kayu sejajar serat (PKKI’61 Pasal 5 daftar I) Kelas kuat Es (kg/cm2 ) I 125000 II 100000 III 80000 IV 60000
Tabel 3. Kelas kuat kayu (PKKI’61 lampiran II )
Kelas kuat Berat jenis Keteguhan lengkung mutlak Keteguhan tekan mutlak
(kg/cm2) (kg/cm2) I II III IV V 0,90 0,60 - 0,90 0,40 - 0,60 0,30 - 0,40 0,30 1100 725 - 1100 500 - 725 300 - 500 300 650 425 - 650 300 - 425 215 - 300 215
keterangan 1 Pa = 1,00 x 10-5 kg/cm2; 1 Mpa = 10,0 kg/cm2; 1 GPa = 10.000 kg/cm2
Tabel 4. Hasil pengujian sifat mekanis lentur
Sifat mekanis lentur
Es1
(GPa)
MOR1
(Mpa)
Hasil 7,72 62,95
Kelas kuat IV III
keterangan 1 Pa = 10-5 kg/cm2; 1 Mpa = 10 kg/cm2; 1 GPa = 104 kg/cm2
Tabel 4 diatas memperlihatkan bahwa kayu jati (Tectona grandis Linn. f.) dalam penelitian ini termasuk ke dalam beberapa kelas kuat kayu, berdasarkan nilai kekakuan lentur statis kayu jati pada penelitian ini termasuk ke dalam kelas kuat IV, sedangkan berdasarkan nilai kekuatan lentur patah kayu jati pada penelitian ini termasuk ke dalam kelas kuat III. Adanya perbedaan kelas kekuatan kayu tersebut dikarenakan adanya cacat pada contoh kecil kayu jati untuk penelitian ini, diketahui bahwa cacat berpengaruh terhadap sifat mekanis lentur, Sedangkan merujuk pada PKKI contoh uji yang digunakan sebagai acuan merupakan contoh kecil bebas cacat, sehingga keadaan ini jelas menghasilkan perbedaan dalam hal kelas kuat. Selain itu kelas kuat dalam penelitian ini berbeda dengan pernyataan Mandang dan Pandit (1997) bahwa kayu jati termasuk ke dalam kelas kuat II, hal ini dikarenakan kayu sebagai salah satu bahan dari hasil proses biologis melalui interaksi berbagai macam faktor seperti lingkungan (tanah, air, iklim, dan faktor lainnya) sehingga akan berpengaruh terhadap pertumbuhan suatu pohon dan juga akan mempengaruhi kekuatan kayu yang dihasilkan. Selain itu mengingat kayu memiliki variasi kekuatan yaitu variasi antar tempat tumbuh, variasi antar pohon,dan variasi antar bagian batang sehingga
akan menghasilkan kekuatan yang berbeda pula. Kemudian perlakuan saat pengolahan (konversi dari log menjadi balok atau sampai ukuran kecil) dapat mempengaruhi kekuatan kayu yang dihasilkan.
Untuk nilai dari sifat mekanis kayu pada pengujian pembebanan terpusat (OPL) yaitu nilai Ed1, Es1apparent, dan MOR1 diperoleh berturut-turut nilai rata-rata sebesar 20,51GPa; 7,55 GPa; dan 62,96 MPa. Sementara itu pada pengujian dua pembebanan (TPL) diperoleh nilai rata-rata Ed2, Es2apparent, Es2true dan MOR2 sebesar 20,86 GPa; 9,45 GPa;12,74 GPa;dan 61,21 Mpa. Dari kedua pengujian tersebut terlihat perbedaan nilai sifat mekanis lentur (Esapparent, Estrue, Ed, MOR), hal ini sejalan dengan teori bahwa terdapat perbedaan dari metode pengujian OPL dan TPL dimana pada OPL terdapat gaya geser yang berpengaruh pada defleksi dan pada akhirnya akan mempengaruhi nilai E yang dihasilkan, sedangkan pada TPL tidak terdapat gaya geser di tengah bentang diantara dua beban sehingga defleksi yang terjadi pada posisi tersebut hanya disebabkan oleh lentur murni (Bahtiar, 2005). Hoyle Jr (1978) menyatakan bahwa dalam persamaan defleksi modulus geser merupakan nilai yang sering diabaikan.
Dari hasil diatas diketahui bahwa nilai Ed lebih tinggi dibandingkan nilai Es. Pada pengujian OPL nilai Ed lebih tinggi sebesar 63% terhadap nilai Es1[app]
dan pada pengujian TPL nilai Ed lebih tinggi sebesar 54% terhadap nilai Es2[app]
dan Ed lebih tinggi sebesar 39% terhadap nilai Es2[true] .
Gambaran mengenai perbandingan antara nilai Ed dan Es dapat dilihat melalui grafik histogram pada Gambar 7 berikut.
0 5 10 15 20 25 OPL TPL Tipe Pembebanan
Modulus elastis (GPa)
Ed Es1,2[app] Es2[true]
63% 54%
39%
Gambar 7. Grafik histogram perbandingan antara Ed dan Es pada pengujian OPL dan TPL
Pada grafik histogram tersebut terlihat bahwa nilai modulus elastisitas dinamis (Ed) yang didapatkan secara non destruktif dengan gelombang ultrasonik lebih tinggi daripada nilai (Es) yang dihasilkan dari defleksi statis. Hal ini dikarenakan kayu merupakan suatu material yang bersifat viskoelastis dan memiliki kemampuan menyerap yang tinggi. Hasil ini sejalan dengan yang disampaikan pada penelitian yang dilakukan oleh Karlinasari et al. (2005) terhadap sengon, manii, meranti, mangium, agathis dan pinus yang menunjukkan bahwa nilai Ed lebih besar 50% daripada nilai Es.
Halabe et al. (1995) dalam Oliveira et al. (2002) menyatakan kayu merupakan suatu material yang bersifat viskoelastis, dan memiliki kemampuan menyerap pukulan yang tinggi (highly impact-absorbent material), kekuatan elastisitas kayu berbanding lurus terhadap perubahan jarak (displacement) dan kekuatan berbanding lurus terhadap kecepatan (velocity). Oleh karena itu ketika gaya diberikan dalam waktu singkat material menunjukan tingkah laku elastisitas yang solid, sedangkan pada aplikasi gaya yang lebih lama tingkah lakunya serupa dengan viskos cair. Tingkah laku ini lebih terlihat pada pengujian lentur statis pada jangka waktu lama daripada uji ultrasonik yang relatif singkat. Hal ini yang mempengaruhi perbedaan nilai berkaitan dengan tingkat pembebanan pada pengujian statis dimana efek ”creep” mempengaruhi pengukuran defleksi statis dan juga berhubungan dengan sifat viskoelastisitas alami dari kayu. Istilah “creep” atau efek rangkak adalah sebuah perubahan bentuk yang bertambah perlahan-lahan secara permanen dari sebuah bahan yang mengalami tegangan (Scott 2001). Efek creep semakin besar seiring dengan lamanya pembebanan.
Untuk mengetahui apakah terdapat perbedaan pengujian destruktif antara Es(apparent) dengan metode OPL dan Es(apparent) dengan metode TPL, dan apakah terdapat perbedaan nilai antara nilai Es(apparent) pada OPL dan TPL terhadap Es(true)
pada TPL, maka dilakukan uji-t saling bebas dengan hasil sebagaimana terlampir. Berdasarkan hasil uji t-saling bebas diketahui bahwa selang kepercayaan 95% dari selisih Esapparent metode OPL dan metode TPL adalah :
–2,49 < (Esapparent OPL - Esapparent TPL) < -1,32.
Oleh karena itu Esapparent metode OPL berbeda dengan Esapparent metode TPL. Hal ini menolak hipotesis awal yang menyatakan bahwa pengujian destruktif dengan
metode OPL dan metode TPL akan menghasilkan E yang sama. Perbedaan tersebut terjadi dikarenakan nilai defleksi (lenturan) yang terjadi untuk perhitungan nilai Es(apparent) merupakan nilai defleksi total yang dipengaruhi oleh nilai defleksi akibat momen lentur dan nilai defleksi akibat pengaruh gaya geser. Pada metode OPL gaya geser terjadi di sepanjang bentang, sedangkan pada TPL gaya geser hanya terjadi pada bentang diantara tumpuan dan beban di kedua sisinya dan tidak terjadi gaya geser diantara dua beban (Gambar 8). Oleh karena itu gaya geser memberikan sumbangan defleksi yang lebih besar pada OPL daripada TPL. Lebih lanjut hal ini menyebabkan Eapparent metode TPL lebih tinggi daripada Eapparent metode OPL, karena defleksi berbanding terbalik dengan modulus elastisitas.
Gambar 8. Diagram gaya lintang / geser dan momen lentur pada OPL dan TPL
Kemudian untuk mengetahui apakah terdapat perbedaan nilai antara Es(apparent) baik pada OPL dan TPL terhadap nilai Es(true) pada TPL, dengan melakukan Uji-t saling bebas diperoleh hasil dengan selang kepercayaan 95% dari selisih Esapparent metode OPL dan Estrue metode TPL adalah
–6,09 < (Esapparent OPL - Estrue TPL) < -4,29 .
Oleh karena itu Esapparent metode OPL berbeda dengan Estrue metode TPL. Sementara itu untuk selang kepercayaan 95% dari selisih Esapparent metode TPL dan Estrue metode TPL adalah:
–4,15 < (Esapparent TPL - Estrue TPL) < -2,43.
sehingga diketahui bahwa Esapparent metode TPL berbeda dengan Estrue metode TPL.Perbedaan tersebut terjadi dikarenakan antara Es(apparent) baik pada OPL dan TPL nilai defleksi yang terjadi merupakan defleksi yang diakibatkan oleh momen lentur dan defleksi akibat gaya geser, sedangkan Es(true) pada TPL nilai defleksi
Keterangan : Vx: gaya lintang Mx: gaya geser M x M x P ½L ½L L A B R R Vx V x ½P 1/3L L A B R R ½P 1/3L 1/3L OPL TPL
yang terjadi merupakan lentur murni, tanpa dipengaruhi oleh defleksi akibat gaya geser.