METODE PENELITIAN
3.3. Peralatan Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu: Peralatan Pembuatan benda uji dan peralatan pengujian sifat fisika dan mekanika balok.
3.3.1. Peralatan pengujian sifat Fisika dan Mekanika balok a. Oven
Oven digunakan untuk mengeringkan kayu pada saat pengujian kadar air. Pengeringan kayu dengan oven bertujuan untuk mencari berat kering benda uji. Pengeringan benda uji dengan oven dihentikan setelah didapatkan berat benda uji stabil. Oven yang digunakan dalam penelitian ini memiliki kapasitas suhu hingga 200 οC. Oven dapat dilihat pada Gambar 3.1.
xxxvii
Gambar 3.1 Oven kapasitas 200 οC
b. Timbangan elektrik
Timbangan yang dipakai pada penelitian ini mempunyai ketelitian sampai 1 gram. Alat ini digunakan untuk mengukur berat benda uji dalam pengukuran kerapatan dan kadar air benda uji pendahuluan. Timbangan elektrik dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Timbangan Elektrik
c. Universal Testing Machine (UTM)
Universal Testing Machine (UTM) merupakan Alat yang digunakan untuk menguji sifat mekanika kayu. Alat ini menggunakan sistim hidrolis untuk memberikan gaya pada benda uji. Pada penelitian ini Universal Testing Machine (UTM) digunakan untuk menguji kuat geser kayu kruing. Universal Testing Machine (UTM) dapat dilihat pada gambar 3.3.
xxxviii
Gambar 3.3 Universal Testing Machine
3.3.2. Peralatan untuk pengujian balok sambungan a. Loading Frame dan Hidraulik jack
Alat ini digunakan untuk menguji kuat lentur benda uji kayu. Loading Frame berupa portal segi empat yang terbuat dari baja dan ketinggiannya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan. Pada Loading Frame terdapat tempat kedudukan pengujian sambungan balok butt joint dengan tumpuan sendi-rol.
Hidraulik jack merupakan alat yang memberi beban pada benda uji. Kapasitas beban maksimal yang mampu dihasilkan Hidraulik jack adalah 25 ton. Loading Frame dan Hidraulik jack pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Loading Frame
b. Dial gauge
Dial gauge digunakan untuk mengukur besarnya lendutan yang terjadi pada balok saat pembebanan berlangsung. Alat ini ditempatkan di tengah bentang balok
xxxix
kayu. Ketelitian alat ini sampai 0,01 mm dengan kapasitas 30 mm. Dial gauge dapat dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Dial Gauge
c. Load cell
Load cell digunakan untuk mengetahui interval penambahan beban yang diberikan pada benda uji. Alat ini dihubungkan dengan transducer untuk membaca penambahan beban yang terjadi. Kapasitas alat ini adalah 50 ton. Load cell dapat dilihat pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Load Cell
d. Hidraulic pump
Alat ini digunakan untuk memberikan tekanan pada hidraulic jack saat pengujian lentur balok. Cara kerja alat ini adalah dengan cara memompa untuk memberikan tekan pada hidraulic jack. Hidraulic Pump dapat dilihat pada Gambar 3.7.
xl
Gambar 3.7 Hidraulic Pump
e. Transducer
Alat ini digunakan untuk membaca secara digital data interval penambahan beban yang diterima load cell. Untuk mendapatkan data penambahan beban secara digital alat ini dihubungkan dengan load cell. Besarnya interval penambahan beban dapat diatur sesuai kebutuhan. Transducer dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Transducer 3.4. Benda Uji
3.4.1. Benda Uji Pendahuluan
Ukuran dan bentuk benda uji untuk pengujian sifat fisika dan mekanika kayu mengikuti standar ISO (Internasional Standard Organization), meliputi benda uji kerapatan dan kadar air, kuat tekan sejajar serat dan kuat tekan vertikal horisontal serat, kuat geser sejajar serat, kuat lentur (MOR) dan Modulus elastisitas (MOE). setiap pengujian dilakukan perulangan sebanyak 3 kali sehingga jumlah total pengujian beban adalah 12 spesimen, seperti terlihat dalam Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Benda Uji Pendahuluan
No Jenis pengujian Jumlah
1 Kerapatan dan Kadar air 3
xli
3 Kuat Geser 3
4 Kuat Lentur (MOR) dan Modulus Elastisitas (MOE) 3
Jumlah 12
3.4.2. Benda Uji Balok Kayu
Benda uji balok kayu dibuat sebanyak 12 buah dengan empat macam variasi dan masing-masing variasi dibuat 3 buah balok uji., yaitu: balok sambungan vertikal horisontal (butt joint) dengan pemasangan pryda pada kedua sisi tinggi kayu (BJ 1), balok sambungan vertikal horisontal (butt joint) dengan pemasangan pryda pada kedua sisi tinggi kayu dan satu sisi lebar (BJ 2), balok sambungan vertikal horisontal (butt joint) dengan pemasangan pryda pada kedua sisi tinggi kayu dan kedua sisi lebar (BJ 3) dan balok tanpa sambungan (BTS)
Dalam penelitian ini perlu pembanding, pembanding tersebut adalah balok tanpa sambungan, hal ini perlu untuk mengetahui perbedaan kuat lentur antara balok sambungan dengan tanpa sambungan. Penamaan-penamaan atau kode balok sudah disebutkan diatas. Untuk mengetahui jumlah benda uji kuat lentur dapat dilihat pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Jumlah benda uji balok
Jenis Balok Kode
Benda Uji
Dimensi cm
Jumlah Benda Uji
Balok tanpa sambungan BTS 6 x 10 3
Balok Butt Joint 1 BJ 1 6 x 10 3
Balok Butt Joint 2 BJ 2 6 x 10 3
Balok Butt Joint 3 BJ 3 6 x 10 3
Keterangan :
BTS : Balok Tanpa Sambungan
BJ 1 : Sambungan vertikal horisontal (butt joint) dengan pemasangan Claw Nail Plate pada kedua sisi tinggi kayu.
BJ 2 : Sambungan vertikal horisontal (butt joint) dengan pemasangan Claw Nail Plate pada kedua sisi tinggi kayu dan satu sisi lebar.
BJ 3 : Sambungan vertikal horisontal (butt joint) dengan pemasangan Claw Nail Plate pada kedua sisi tinggi kayu dan kedua sisi lebar
xlii 3.5. Tahapan Metodologi Penelitian
Tahapan metodologi penelitian merupakan urutan kegiatan yang dilaksanakan secara sistematis, logis dengan mempergunakan alat bantu ilmiah yang bertujuan untuk memperoleh kebenaran suatu objek permasalahan.
Secara garis besar pelaksanaan penelitian dengan tahap-tahap sebagai berikut: a. Tahap 1 : Tahap persiapan awal
b. Tahap 2 : Tahap pemilihan bahan dan peralatan c. Tahap 3 : Tahap uji pendahuluan
d. Tahap 4 : Tahap pembuatan benda uji kayu
e. Tahap 5 : Tahap pengeringan benda uji sambungan jari f. Tahap 6 : Tahap pengujian
g. Tahap 7 : Tahap analisis pengujian 3.5.1 Tahap Persiapan Awal
Semua bahan dan peralatan yang akan digunakan dalam penelitian disiapkan terlebih dahulu, antara lain bahan, peralatan, maupun program kerjanya sehingga penelitian yang akan dilakukan dapat berjalan dengan lancar. Peralatan yang akan digunakan diperiksa sebelumnya untuk mengetahui kelayakan alat dalam pelaksanaan penelitian 3.5.2 Tahap Pemilihan Bahan dan Peralatan
Bahan utama penelitian ini adalah balok kayu kruing yang telah dipilih batang yang lurus, tidak mempunyai cacat fisik dan tidak mempunyai mata kayu dengan ukuran yang disyaratkan. Peralatan yang digunakan adalah gergaji, serut kayu, mistar siku, palu serta pensil atau spidol.
3.5.3 Tahap Uji Pendahuluan
Tahap uji pendahuluan meliputi : kadar air, uji lentur dan uji geser, tujuan dari tahap ini adalah untuk menentukan panjang benda uji kayu Lcr. Benda uji pendahuluan kadar air, uji lentur dan uji geser dapat dilihat pada Gambar 3.9, Gambar 3.10 dan Gambar 3.11.
xliii T am pak A tas 2 0 m m 20m m 2 0±5 m m
Gambar 3.9 Benda Uji kadar air kayu kruing
1 3 5 m m 1 3 5 m m
P
Gambar 3.10 Benda Uji Pendahuluan Kuat Lentur
2 0 - 2 5 m m 2 0 - 2 5 m m
20-2 5 m
m
Gambar 3.11 Benda Uji Pendahuluan Kuat Geser Kayu
3.5.4 Tahap Pembuatan Benda Uji Kayu
Siapkan balok kayu kemudian kayu dilukis dengan pensil kayu sehingga membentuk sambungan vertikal horisontal ( butt joint ). Setelah itu kayu digergaji sesuai dengan garis lukisan yang telah diukur. Permukaan kayu pada sambungan diserut supaya memudahkan pada waktu penyambungan. Setelah permukaan kayu pada sambungan digergaji dan diserut, sesuai dengan bentuk dan jenis sambungan yang direncanakan, kemudian permukaan kayu yang akan disambung dilapisi menggunakan penol epoxy dan diikat sementara menggunakan strapless kayu. Kemudian batang kayu diletakan pada mesin tekan dengan posisi pelat baja berada diatas permukaan kayu dan ditekan menggunakan mesin tekan sampai semua mata gerigi terbenam rata pada muka kayu. Untuk mengetahui model benda uji dapat dilihat pada Gambar 3.12 dan Gambar 3.13.
xliv
Gambar 3.12 Benda Uji Sambungan Vertikal Horizontal (Butt Joint)
Gambar 3.13 Benda Uji Sambungan Vertikal Horisontal ( Butt Joint ) menggunakan Pryda Claw Nail Plate dan Perekat 3.5.5 Tahap Pengeringan Benda Uji Sambungan Vertikal horisontal
Setelah permukaan sambungan kayu disambung dengan perekat dan pelat baja, benda uji didiamkan kurang lebih 7 hari pada kondisi suhu kamar untuk menjamin kayu benar-benar kering. Sambungan kayu perlu dikeringkan dalam ruangan sampai tercapai kondisi kering udara pada kadar lengas 12-18% (Indonesia).
3.5.6 Tahap Pengujian Kuat Lentur dan Modulus Elastisitas
Peralatan yang digunakan dalam pengujian ini adalah Loading Frame beserta perlengkapannya untuk mengetahui adanya lentur pada balok yang terjadi akibat adanya beban luar.
Beban luar tersebut mengakibatkan balok mengalami deformasi dan regangan sehingga menimbulkan retak lentur di sepanjang bentang balok, pada pengujian lentur kayu ini pembebanan yang dilaksanakan merupakan pembebanan bertahap. Secara sederhana pembebanan pada pengujian lentur dapat dijelaskan pada Gambar 3.14.
xlv 1/3 L 1/3 L p/2 p/2 Mmax = 1/6 pl 1/3 L BMD SFD
Gambar 3.14 Diagram Bidang Momen dan Bidang Geser
Perhitungan kuat lentur dan modulus elastisitas menggunakan persamaan 2.12 dan persamaan 2.20 berikut ini :
Modulus Elastisitas (E)
384. . . . 5 ) 4 3 ( . . 24 . . 2 / 1 2 2 4 t s s t I L q a L I a P (kg/cm2) ...(2.12)
Dengan: P = beban maksimum (kg) Ls = jarak tumpuan (cm)
q = berat sendiri sampel (kg/m)
It = momen inersia total penampang (cm4)
δ = defleksi balok (cm) Kuat Lentur ( Fb ) t s t I y a P L q I y M . . 2 / 1 . . 8 1 . 2 ( kg/cm2 ) ...(2.20) Dengan:
P = beban maksimum (kg) M = momen maksimum (kg.cm)
Ls = jarak tumpuan (cm) It = momen inersia total penampang (cm4) q = berat sendiri sampel (kg/cm) y = ordinat titik berat (cm)
xlvi
Pembebanan yang dilakukan merupakan pembebanan yang bertahap untuk mengetahui kuat lentur kayu maksimum dari perbandingan sambungan Vertikal horisontal ( butt joint).
Tahapan pengujian kuat lentur dan modulus elastisitas adalah sebagai berikut: a. Setting alat, meliputi:
a) Menyiapkan alat-alat pengujian yang terdiri atas dial gauge, load cell, transducer dan hidraulic jack.
b) Memasang benda uji kayu pada loading frame
c) Memasang alat-alat pengujian dengan langkah sebagai berikut:
Memasang hidraulic jack pada loading frame, dipastikan stabil dan tidak bergoyang
Memasang load cell diantara kayu dan hidraulic jack, dipastikan kedudukan alat stabil dengan 2 titik pembebanan pada jarak sepertiga bentang bebas
Memasang transducer yang sudah terpasang dengan trafo step-down dan dihubungkan dengan load cell.
Memasang 2 buah dial gauge di tengah balok.
b. Pengujian kuat lentur
Langkah pengujian adalah sebagai berikut:
a) Pembebanan benda uji dilakukan secara perlahan-lahan dengan hidraulic pump. Diatur kenaikan beban sebesar 50 kg secara teratur. Pencatatan terhadap lendutan yang terjadi dengan membaca dial gauge pada tiap penambahan beban
b) Pencatatan beban maksimum yang mampu ditahan benda uji hingga benda uji mengalami keruntuhan dan tidak mampu menahan beban lagi.
3.5.7 Tahap Analisis Hasil Penelitian
Analisis data pengujian kuat lentur balok adalah beban yang menyebabkan terjadinya retak atau keruntuhan, tegangan penampang, jenis kerusakan yang terjadi pada setiap
xlvii
benda uji dan pola keruntuhannya sehigga dapat ditentukan jenis sambungan yang efektif.
Data tersebut kemudian dianalisis dengan metode yang sesuai guna menentukan: 1. Kuat lentur yang paling tinggi antara balok yang menggunakan pelat baja pryda
claw nailplate.
2. kuat lentur yang paling tinggi antara sambungan vertikal horisontal dengan perbedaan perletakan dan jumlah pelat baja claw nailplate 2,3, dan 4.