KARAKTERISTIK CROSS LAMINATED TIMBER KAYU
KECAPI (Sandoricum koetjape Merr) BERDASARKAN
ORIENTASI SUDUT LAMINA
RIFKY FAISHAL
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik Cross Laminated Timber Kayu Kecapi (Sandoricum koetjape Merr) Berdasarkan Orientasi Sudut Lamina adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
RIFKY FAISHAL. Karakteristik Cross Laminated Timber Kayu Kecapi (Sandoricum koetjape Merr) Berdasarkan Orientasi Sudut Lamina. Dibimbing oleh SUCAHYO SADIYO.
Cross Laminated Timber (CLT) adalah panel berlapis dengan setiap lapisan papan ditempatkan secara bersilang pada lapisan yang berdekatan untuk meningkatkan kekakuan dan stabilitas. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan besarnya pengaruh orientasi sudut lamina terhadap sifat fisik dan mekanik panel cross laminated timber dari kayu kecapi (Sandoricum koetjape Merr) menggunakan perekat isosianat. Panel CLT terbuat dari kayu kecapi dengan tebal 15 cm (lima lapis) dari papan dengan ukuran 3 cm x 18 cm x 150 cm dan orientasi sudut sebesar 450 dan 900. Perekat yang digunakan adalah isosianat dengan berat permukaan 280 g/m³. Pengujian sifat fisis yang dilakukan meliputi kadar air, kerapatan, kembang/susut dan uji delaminasi. Selain itu terdapat pengujian sifat mekanis terdiri dari geser rekat dan uji racking. Hasil uji racking menunjukkan bahwa kekakuan CLT dengan sudut 450 lebih besar dibandingkan sudut 900; begitu juga, hasil pengujian menunjukkan bahwa kekuatan sudut 450 lebih kuat dibandingkan sudut 900.
Kata kunci: cross laminated timber, kayu kecapi, isosianat, orientasi sudut.
ABSTRACT
RIFKY FAISHAL. Characteristics of Cross Laminated Timber Made from Kecapi Wood (Sandoricum koetjape Merr) based on Angle Orientation, Supervised by SUCAHYO SADIYO.
Cross Laminated Timber (CLT) is a multi-layer wooden panel made from lumber. Each layer of boards are placed cross-wise to the adjacent layers for increased rigidity and stability. The objectives of this research is used to determine the magnitude of the influence of orientation angle of the lamina of the mechanical and physical properties of cross laminated timber panels from kecapi wood (Sandoricum koetjape Merr) by using isosianat adhesive. The CLT panel was made from kecapi wood with 15 cm in thickness (five layers) from the board with 3 cm x 18 cm x 150 cm in size and orientation angle 450 and 900. The adhesive was used isosianat with surface weight 280 g/m³. Testing of the physical properties of CLT consist of moisture content, density, shrink/swelling and delamination test. Otherwise testing of mechanical properties of CLT include bonding strength and racking test. Result of racking test show that CLT’s stiffness at 450 angle larger than 900 angle; likewise, the strength of CLT show that at 450 angle stronger than 900 angle.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Kehutanan
pada
Departemen Hasil Hutan
KARAKTERISTIK CROSS LAMINATED TIMBER KAYU
KECAPI (Sandoricum koetjape Merr) BERDASARKAN
ORIENTASI SUDUT LAMINA
RIFKY FAISHAL
DEPARTEMEN HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Karakteristik cross laminated timber kayu kecapi (Sandoricum koetjape Merr) berdasarkan orientasi sudut lamina
Nama : Rifky Faishal NIM : E24100054
Disetujui oleh
Prof Dr Ir Sucahyo Sadiyo, M.S Pembimbing
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Fauzi Febrianto, M.S Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini dengan judul Karakteristik Cross Laminated Timber Kayu Kecapi (Sandoricum koetjape Merr) Berdasarkan Orientasi Sudut Lamina. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Agustus 2013 hingga Maret 2014, di Workshop Pengerjaan Kayu pada Bagian Teknologi Peningkatan Mutu Kayu, Laboratorium Keteknikan Kayu pada Bagian Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, Bogor. Pengujian dinding geser panel CLT dilakukan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Pemukiman, Badan Penelitian dan Pengembangan Kementerian Pekerjaan Umum, Bandung.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof Dr Ir Sucahyo Sadiyo, M.S selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam mengerjakan skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua Bapak Subandi, Ibu Ermi Inang, dan Adik Rafiandi Majid serta Fahlianti Afif yang telah memberikan dorongan semangat. Ucapan terima kasih disampaikan pula kepada teman-teman Fahutan 47, THH 47 khususnya divisi RDBK 47, Elfina Yunisari, teman-teman dan semua pihak yang telah membantu pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi.
Penulis sepenuhnya menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat memenuhi tujuan penyusunan serta memberikan manfaat bagi pembaca sekalian. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
METODE 2
Waktu dan Tempat Penelitian 2
Bahan 3
Alat 3
Prosedur Penelitian 3
Pembuatan Contoh Uji 5
Pengujian Sifat Fisis panel CLT 5
Pengujian Sifat Mekanis panel CLT 7
Pengujian Dinding Geser 7
Analisis Data 8
HASIL DAN PEMBAHASAN 9
Kerapatan dan Kadar Air 9
Pengembangan dan Penyusutan Volume 10
Delaminasi Air Dingin dan Air Panas 11
Kekuatan Geser Rekat 12
Kekakuan dan Kekuatan Dinding Geser Panel CLT 13
Peralihan Dinding Geser Panel CLT 14
Rekaman Kerusakan 17
SIMPULAN DAN SARAN 17
Simpulan 17
Saran 17
DAFTAR PUSTAKA 18
LAMPIRAN 20
DAFTAR GAMBAR
1. Bagan alir pembuatan panel CLT kayu kecapi 4
2. Pengambilan contoh uji sifat fisis, mekanis, dan uji racking 5
3. Pengujian kekuatan geser rekat 7
4. Prosedur racking test panel CLT berdasarkan ISO/DIS 22452 8 5. Pengujian racking test panel CLT menurut orientasi sudut lamina 8 6. Pola sebaran nilai kerapatan dan kadar air panel CLT menurut
orientasi sudut lamina 9
7. Pola sebaran nilai pengembangan dan penyusutan volume panel CLT
menurut orientasi sudut lamina 10
8. Pola sebaran nilai delaminasi air dingin dan air panas panel CLT
menurut orientasi sudut lamina 11
9. Pola sebaran nilai kekuatan geser rekat panel CLT menurut orientasi
sudut lamina 12
10. Pola sebaran nilai kekakuan dan kekuatan dinding geser panel CLT
menurut orientasi sudut lamina 13
11. Pola sebaran nilai displacement stiffness dan maximum panel CLT
menurut orientasi sudut lamina 14
12. Displacement stiffness panel CLT kayu kecapi 450 15 13. Displacement stiffness panel CLT kayu kecapi 900 15 14. Displacement strength test panel CLT kayu kecapi 450 15 15. Displacement strength test panel CLT kayu kecapi 900 16
16. Posisi tranduser (titik titik tujuan deformasi) panel CLT 16
DAFTAR LAMPIRAN
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kebutuhan kayu sebagai bahan bangunan dan bahan baku industri pada saat ini cenderung semakin meningkat, sedangkan pasokan kayu dari hutan alam yang mempunyai diameter besar dan kualitas yang bagus sudah tidak mencukupi karena adanya eksploitasi berlebihan, konversi lahan, bencana alam, dan besarnya limbah dari penebangan. Hal ini menyebabkan konsumen beralih pada kayu yang berasal dari hutan rakyat untuk dapat memenuhi kebutuhan kayu sebagai bahan baku struktural. Akan tetapi, kayu yang berasal dari hutan rakyat memiliki diameter yang kecil dan kualitasnya tidak sebaik yang berasal dari hutan alam. Selain itu, kayu dari hutan rakyat ini biasanya memiliki kualitas yang rendah, sehingga penggunaan yang tidak sesuai akan berdampak pada pemborosan bahan baku dan dapat merugikan konsumen yang memakai produk dari kayu tersebut.
Pohon kecapi termasuk ke dalam pohon buah-buahan, tingginya dapat mencapai 25 – 30 m dengan diameter 70 – 90 cm, sehingga potensial dimanfaatkan sebagai salah satu alternatif bahan baku konstruksi. Bila digergaji menjadi papan, kayu kecapi bertekstur kasar dan warnanya kurang bagus, juga tidak dapat dikerjakan menjadi licin. Kayu kecapi mempunyai kayu teras berwarna putih-kelabu sampai cokelat muda, gambar polos, dan tekstur agak kasar (Mandang 2005). Selain itu, kayu kecapi pada umumnya ringan dan awet sehingga biasanya digunakan untuk komponen bagian atas rumah seperti reng atau kaso (Heyne, 1988). Seng (1990) melaporkan bahwa berdasarkan pengujian 11 contoh uji bagian teras (heartwood) memperlihatkan bahwa kayu kecapi memiliki BJ 0,49±0,048, dan tergolong dalam kelas kuat III-IV dan kelas awet IV-V.
Penggunaan kayu-kayu yang berdiameter kecil dan berkualitas rendah dari hutan rakyat dapat dimodifikasikan dalam pembuatan produk untuk bahan struktural yang berkualitas tinggi. Salah satunya adalah teknologi pembuatan Papan Laminasi Silang atau biasa disebut CLT (Cross Laminated Timber). CLT merupakan produk rekayasa kayu yang dibentuk dengan cara menyusun sejumlah lapisan kayu yang dikenal sebagai lamina secara bersilangan satu sama lainnya dan kemudian direkatkan (Associates, 2010). Menurut Perkins dan McCloskey (2010), CLT dibentuk dengan 3 sampai 7 lapisan kayu atau papan yang disusun satu sama lain secara bersilangan dan direkatkan bersama dengan tekanan hidrolik pada seluruh bagian permukaan atau dapat dengan dipaku. Setiap lapisan terdiri dari papan dengan berbagai ketebalan laminasi.
2
Produk CLT ini menggunakan kayu dengan memanfaatkan sifat struktural dari kayu tersebut dengan mendistribusikan kekuatan sepanjang serat kayu pada kedua arah. Produk CLT juga memiliki stabilitas dimensi yang stabil karena rasio kembang susut pada dua arah (panjang dan lebar) dapat mendekati satu. Lapisan yang saling tegak lurus memungkinkan mendistribusikan beban ke semua sisi dengan lebih merata sehingga dapat dipergunakan untuk produk konstruksi (Wood Naturally Better 2010).
Modifikasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah membuat panel CLT dimana arah serat susunan lamina (lembaran papan-papan) pada lapisan membentuk sudut 450 dan sudut 900. Panel CLT dibuat dengan menggunakan perekat.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan besarnya pengaruh orientasi sudut lamina terhadap sifat fisik dan mekanik panel cross laminated timber dari kayu kecapi (Sandoricum koetjape Merr) menggunakan perekat isosianat.
Manfaat Penelitian
Penelitian yang dilakukan diharapkan dapat memberikan informasi bahwa kayu kecapi (Sandorium koetjape Merr) yang merupakan kayu rakyat, memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai bahan struktural dalam bentuk produk papan laminasi silang atau biasa disebut Cross Laminated Timber (CLT). Produk ini terutama dapat digunakan untuk mendukung pengadaan bahan baku secara nasional sebagai komponen komposit untuk lantai, atap bangunan dan khususnya panel dinding geser.
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini meliputi persiapan pembuatan contoh uji dan pengujian sifat fisis-mekanis panel CLT dilaksanakan pada bulan Agustus 2013 – Maret 2014 di Workshop Pengerjaan Kayu pada Bagian Teknologi Peningkatan Mutu Kayu, Laboratorium Keteknikan Kayu pada Bagian Rekayasa dan Desain Bangunan Kayu, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor, Bogor. Pengujian dinding geser panel CLT dilakukan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Pemukiman, Badan Penelitian dan Pengembangan Kementrian Pekerjaan Umum, Bandung.
Bahan
3 Selain itu ada perekat isosianat sebagai penyambung lamina-lamina yang disusun menjadi produk panel CLT. Perekat ini diproduksi oleh PolyOshika Co Ltd di Jepang dan didistribusikan oleh PT Polychemi Asia Pasifik Indonesia. Perekat tersebut termasuk ke dalam jenis perekat water based polymer isosyanate (WBPI) tipe PI 127T (base resin 20 kg) dan H3M (hardener 3 kg). Pada proses perekatannya, takaran perbandingan yang dipakai untuk base resin dan hardenernya adalah 100 : 15, sedangkan untuk penyediaan baut diperoleh dari toko material di Kabupaten Bogor.
Alat
Peralatan utama penelitian ini adalah Universal Testing Machine (UTM) merk Instron series IX version 8.27.00 dengan kapasitas 5 ton yang digunakan untuk pengujian sifat mekanis contoh uji cross laminated timber dengan alat sambung perekat isosianat. Pengujian model komponen dinding geser shearwall panel CLT dengan UTM Jack berkapasitas 100 ton, pompa hidrolik sebagai penggerak UTM Jack, Data Logger sebagai pencatat beban, lendutan dan tegangan-tegangan lain yang diperlukan serta Tranducer sebagai alat ukur deformasi (defleksi). Selain itu, peralatan untuk pengujian sifat fisis panel CLT seperti kerapatan, kadar air, kembang susut volume meliputi kaliper, timbangan digital, oven, dan desikator. Peralatan yang digunakan untuk pengujian delaminasi adalah water bath, wadah plastik (baskom), dan penggaris.
Selain peralatan utama, peralatan pendukung penelitian yang juga digunakan meliputi alat-alat pengukur kadar air, pengeringan, penyerutan, pemotongan sudut lamina dan pengempaan seperti moisture meter, kiln dry, double planner, circular saw dan mesin kempa dingin. Pembuatan panel CLT dilakukan dengan menggunakan baut dengan dibaut secara manual yang sebelumnya kayu tersebut dibor terlebih dahulu supaya memudahkan proses pembautan.
Prosedur Penelitian
Prosedur pembuatan panel CLT dapat dibagi kedalam beberapa tahapan yaitu pembuatan papan dan pengeringan, pembuatan lamina, pemilahan lamina menurut orientasi sudut lamina, penyusunan lamina, perekatan, pengempaan, pengkondisian, pembuatan contoh uji, dan pengujian panel CLT.
4
Gambar 1 Bagan alir pembuatan panel CLT kayu Kecapi Lamina Bersilang (450) Lamina Bersilang (900)
Penyusunan Lamina Pembuatan Lamina
Cold Press
( t = ± 3 jam, P = 10 kg/cm²) Perekat Isosianat
Pembentukan Panel CLT (5 Lapisan Lamina)
Karakteristik Dinding Geser Panel CLT
Pengkondisian ± 1 minggu Pengujian Sifat Fisis ASTM D 143-2005
Pembuatan contoh uji Pengujian Sifat Mekanis Shearwall ISO/DIS 22452
5
Pembuatan Contoh Uji
Contoh uji sifat fisis dan mekanis didapatkan dari sisa pemotongan uji dinding geser. Uji sifat fisis (kadar air, kerapatan, berat jenis dan kembang susut) ditunjukkan oleh contoh uji A1 sampai dengan A4 dengan ukuran 5 cm x 5 cm x
15 cm sedangkan untuk uji sifat mekanis (kekuatan geser rekat) ditunjukkan oleh contoh uji B1 sampai dengan B4 dan untuk uji delaminasi ditunjukkan oleh contoh
uji dengan huruf Z dengan ukuran 10 cm x 10 cm x 15 cm. Gambar 2 memperlihatkan sketsa bentuk dari contoh uji.
Keterangan :
A1-A4: Pengujian sifat fisis (kadar air, kerapatan, berat jenis dan kembang susut)
B1-B4: Pengujian sifat mekanis (kekuatan geser rekat)
ZA1-ZA4: Pengujian delaminasi air panas
ZB1-ZB4: Pengujian delaminasi air dingin
Gambar 2 Pengambilan contoh uji sifat fisis, mekanis, dan uji racking
Pengujian Sifat Fisis Panel CLT
Pengujian sifat fisis panel CLT didasarkan pada standar ASTM D 143 (2005), meliputi kerapatan, kadar air, dan kembang susut dilakukan dengan membuat contoh uji berukuran (5 x 5 x 15) cm untuk dimensi tebal, lebar, dan panjang. Pengujian delaminasi sesuai standar Japanese Agricultural Standard for Glued Laminated Timber Notification No. 234 tahun 2003 (JPIC 2003). Prosedur pengujian sifat fisis tersebut adalah sebagai berikut:
Kerapatan merupakan nilai dari berat contoh uji sebelum di oven dibagi dengan volume sebelum di oven, yaitu pada kondisi kering udara. Volume contoh uji diukur dengan menggalikan panjang, lebar, dan tebalnya dengan alat pengukur kaliper (VKU) dan selanjutnya ditimbang (BKU). Nilai kerapatan dihitung dengan
6
Kerapatan p = BVK
K
Kadar air merupakan hasil pembagian kandungan berat air terhadap berat kering tanur dari contoh uji. Berat air adalah selisih dari berat contoh uji sebelum di oven dikurangi berat kering tanur. Contoh uji kerapatan digunakan juga dalam menentukan kadar air. Contoh uji dalam keadaan kering udara ditimbang beratnya (BKU) dan dikeringkan dalam oven pada suhu 103 ± 2 oC selama 24 jam atau
sampai mencapai berat konstan dan ditimbang sehingga diperoleh berat kering tanur (BKT). Nilai kadar air dihitung dengan rumus:
Kadar Air % = BK B− BK
K x
Pengujian susut kayu dirumuskan sebagai selisih antara volume kering udara (VKU) dengan volume kering tanur (VKT) dibandingkan dengan volume
awalnya. Contoh uji kerapatan dan kadar air digunakan juga dalam menentukan susut kayu. Contoh uji diukur tebal (arah radial), lebar (arah tangensial), dan panjang (arah longitudinal) dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh dimensi awal. Contoh uji dioven pada suhu 103 ± 20C selama 24 jam. Contoh uji dikeluarkan dari oven, kemudian diadakan pengukuran dimensinya kembali sehingga diperoleh volume akhir. Nilai susut volume dihitung dengan rumus:
Susut Volume % =VK V− VK
K x
Pengujian pengembangan dapat dirumuskan sebagai selisih antara volume basah (VBS) dengan volume kering udara (VKU) dibandingkan dengan volume
kering udaranya. Contoh uji diukur tebal (arah radial), lebar (arah tangensial), dan panjang (arah longitudinal) dengan menggunakan kaliper sehingga diperoleh volume awal. Contoh uji direndam dalam air selama ± 1 minggu. Contoh uji dikeluarkan dari air, kemudian diadakan pengukuran panjangnya kembali sehingga diperoleh volume akhir. Nilai pengembangan volume dihitung dengan rumus:
Pengembangan Volume % =VB V− VK
K x
Pengujian delaminasi dapat dirumuskan sebagai panjang garis rekat yang terbuka dibagi dengan panjang garis yang direkat. Contoh uji dilakukan dengan dua cara, yaitu perendaman dalam air dingin dan air panas. Perendaman dalam air dingin dilakukan dengan merendam contoh uji dalam air pada suhu ruangan selama 6 jam, kemudian contoh uji dikeringkan dalam oven pada suhu (40 ± 3)0C selama 18 jam. Perendaman dalam air panas dilakukan dengan merebus contoh uji dalam air mendidih (±1000C) selama 4 jam, kemudian dilanjutkan dengan
7
Pengujian Sifat Mekanis Panel CLT
Pengujian sifat mekanis panel CLT meliputi kekuatan geser rekat sesuai standar ASTM D 143 (2005) tentang Standard Metohds of Testing Small Clear Specimens of Timber dan racking test (racking strength dan racking stiffness) sesuai Standar Internasional ISO/DIS 22452 tentang Timber structures – Structural insulated panel wall – test methods dilakukan sebagai berikut:
Berdasarkan prosedur pengujian kekuatan geser rekat (Gambar 3) dilakukan dengan cara memberikan pembebanan yang diletakkan pada arah sejajar serat dengan meletakkan contoh uji secara vertikal. Nilai beban maksimum dibaca saat contoh uji mengalami kerusakan. Nilai kekuatan geser rekat dihitung dengan rumus:
Gambar 3 Pengujian kekuatan geser rekat
Pengujian Dinding Geser
Shearwal atau dinding geser (shearwall) sebagai komponen dinding merupakan elemen vertikal pada sistem tahanan gaya lateral (lateral force resisting) yang berfungsi menopang diafragma dan memindahkan gaya-gaya lateral kearah pondasi (APA, 2004). Penelitian mengenai dinding geser panel CLT telah dilakukan Dujic et al. (2007) pada bangunan yang terletak di daerah rawan gempa, hasilnya menunjukkan bahwa dinding CLT memiliki kekakuan (racking stiffness) dan kapasitas dukung beban (racking strength) yang relatif tinggi. Kekakuan (racking stiffness) selanjutnya disebut kekakuan panel CLT sedangkan untuk kekuatan (racking strength) selanjutnya disebut kekuatan penel CLT.
Panel dinding geser panel CLT di uji berdasarkan standar ISO/DIS 22452 yaitu racking test dengan pembebanan horizontal sebesar 0.1 Fmax., estimasi
8
stiffness load cycle berupa penambahan beban sebesar 0.4 Fmax.., estimasi dengan
(2±0.5) mm/min selama 5 menit, dan 3) strength test berupa pembebanan sampai mencapai Fmax dengan kecepatan pembebanan (4±1) mm/min. Tahapan pengujian racking test disajikan pada Gambar 4 berikut,
Gambar 4 Prosedur racking test panel CLT berdasarkan ISO/DIS 22452 Hasil penelitian pengujian komponen struktur dinding geser (shear wall) ini adalah nilai ketahanan gempa hasil uji lateral jenis kayu kecapi (Sandorium koetjape Merr) berupa :
1. Kekakuan racking (racking stiffness) panel (Rᴋ), dihitung dengan rumus :
Rᴋ = [��−�∆�− ∆ ] + [∆ �− ∆� �−� ] ��/��
2. Kekuatan racking (racking strength), yaitu berupa nilai maksimum beban racking ( F max) yang diperoleh pada uji kekuatan.
3. Rekaman displacement dan kerusakan komponen pada panel shearwall
Perbandingan kekuatan dan kekakuan relatif berbagai desain konstruksi shearwall pada jenis kayu kecapi.
Gambar 5 Pengujian racking test panel CLT menurut orientasi sudut lamina
Analisis Data
9
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sifat Fisis Panel CLT
Sifat fisis dari panel CLT yang diuji meliputi, kerapatan (KR), kadar air (KA), pengembangan volume (KV), penyusutan volume (SV), delaminasi air dingin (DAD) dan delaminasi air panas (DAP).
Kerapatan dan Kadar Air
Nilai rata-rata kerapatan panel Cross Laminated Timber yang didapat pada orientasi sudut 900 adalah 0.48 g/cm³ dan 0.46 g/cm³ untuk orientasi sudut 450. Pada Gambar 6 dapat dilihat bahwa nilai kerapatan pada setiap kombinasi CLT tidak terlalu berbeda jauh. Hal ini menunjukkan bahwa orientasi sudut lamina tidak memberikan pengaruh terhadap kerapatan panel CLT yang dihasilkan.
Menurut Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia (PKKI) berdasarkan kelas kuatnya, kayu yang memiliki berat jenis 0.40-0.60 termasuk kedalam kelas kuat III. Berdasarkan peraturan tersebut, apabila hanya didasarkan atas kerapatannya maka panel CLT penelitian ini baik yang orientasi sudutnya 900 maupun 450
digolongkan kedalam kelas kuat III. Sifat ini dapat mempengaruhi kekuatan kayu, semakin besar kerapatan dan berat jenis kayu maka akan semakin kuat kayu tersebut (Mardikanto et al. 2011).
(a) (b)
Gambar 6 Pola sebaran nilai kerapatan (a) dan kadar air (b) panel CLT menurut orientasi sudut lamina.
Nilai rata-rata kadar air panel CLT yang didapat pada orientasi sudut 900
adalah 14.31% dan 13.77% untuk orientasi sudut 450. Data kadar air panel CLT kayu kecapi yang dihasilkan sesuai dengan kisaran besarnya nilai kadar air untuk iklim Indonesia yaitu sebesar 12-20% (Praptoyo 2010). Kadar air panel CLT yang dihasilkan ternyata relatif sama atau tidak terlalu berbeda jauh antara panel CLT 900 dengan 450. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada pengaruh yang berarti dari kombinasi orientasi sudut lamina panel CLT terhadap kadar air yang diperoleh.
10
Adapun penyebab nilai kadar air dari tiap CLT yang relatif memiliki nilai yang sama adalah karena lamina-lamina tersebut sebelumnya telah dikeringkan dan dikondisikan agar seragam kadar airnya atau telah mencapai kadar air kering udara (kadar air kesetimbangan).
Kadar air kayu yang terdapat dalam satu jenis pohon yang sama itu bervariasi tergantung pada tempat tumbuh dan umur pohon tersebut (Haygreen et al. 2003). Nilai kadar air ini juga tergantung oleh kelembaban udara di sekitarnya. Moody et al. (1999) menyatakan bahwa perbedaan maksimum kadar air setiap lamina pada proses laminasi adalah 5%. Dengan demikiaan kayu kecapi yang digunakan dalam pembuatan panel CLT ini telah memenuhi syarat teknis laminasi.
Pengembangan dan Penyusutan Volume
Nilai rata-rata pengembangan volume panel CLT kayu kecapi yang didapat pada orientasi sudut 900 adalah 2.38% dan 4.52% untuk orientasi sudut 450. Pada
Gambar 7 dapat dilihat bahwa nilai pengembangan volume terbesar dimiliki oleh orientasi sudut 450. Berdasarkan hasil tersebut terlihat jelas adanya pengaruh dari orientasi sudut lamina panel CLT terhadap besar kecilnya pengembangan volume yang dihasilkan.
Ketika nilai pengembangan volume hanya didasarkan atas orientasi sudut, dapat disimpulkan nilai pengembangan volume terbesar terdapat pada sudut 450. Pada orientasi sudut 900 nilai pengembangan volume tersebut cenderung
menurun karena sudutnya diperbesar.
(a) (b)
Gambar 7 Pola sebaran nilai pengembangan (a) dan penyusutan volume (b) panel CLTmenurut orientasi sudut lamina
Kesimpulan dari hasil tersebut adalah pada nilai pengembangan volume dengan orientasi sudut lamina 450 lebih besar daripada sudut lamina 900, adanya
11 Berdasarkan hasil penelitian diperoleh nilai rataan penyusutan panel CLT kayu kecapi yang didapat pada orientasi sudut 900 adalah 2.30% dan 4.44%
untuk orientasi sudut 450, dari hasil tersebut terlihat jelas adanya pengaruh dari orientasi sudut setiap lamina terhadap besar kecilnya susut volume yang dihasilkan.
Nilai penyusutan dengan orientasi sudut 900 lebih kecil dibandingkan dengan sudut 45̊. Hal ini sesuai dengan teori Skaar (1972) dalam Sadiyo et al. (2012) dimana lapisan luar (lamina sejajar) panel CLT akan menahan pengembangan dan penyusutan lapisan dalam (lamina bersilang) dalam arah transversal, sedangkan lapisan dalam (lamina bersilang) menahan pengembangan dan penyusutan lapisan sejajar dalam arah transversal sesuai besar dari orientasi sudut laminanya. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar sudut kemiringan lamina pada bagian core CLT, maka akan semakin kecil pula nilai penyusutan volumenya.
Delaminasi Air Dingin dan Panas
Berdasarkan hasil penelitian nilai delaminasi air dingin yang dihasilkan pada panel CLT dengan orientasi sudut 900 adalah 4.90% dan 3.66% untuk
orientasi sudut 450. Nilai delaminasi dengan perendaman air dingin panel CLT ini tidak melebihi standar JAS (Japanese Agricultural Standard) yang mensyaratkan bahwa nilai delaminasi dengan perendaman air dingin maksimal 10% (Gambar 8).
(a) (b)
Gambar 8 Pola sebaran nilai delaminasi air dingin (a) dan air panas (b) panel CLT menurut orientasi sudut lamina
Nilai rataan delaminasi air panas yang dihasilkan pada panel CLT dengan orientasi sudut 900 adalah 13.14% dan 14.46% untuk orientasi sudut 450. Kualitas
panel CLT berdasarkan nilai delaminasi air panas/mendidih dari penelitian ini belum memenuhi standar JAS 234:2003 yang mensyaratkan nilai delaminasi air mendidih maksimal sebesar 5%. Hal tersebut menunjukkan bahwa perekat isosianat tidak dapat bertahan pada rendaman air panas/mendidih, sehingga dapat dikatakan perekat isosianat merupakan jenis perekat yang tidak cocok jika diaplikasikan pada struktur bangunan eksterior dengan kondisi yang ekstrim.
12
Ekawati (1998) menyatakan bahwa nilai delaminasi dipengaruhi oleh bidang geser, jenis perekat dan interaksinya. Ikatan perekat merupakan faktor penentu baik tidaknya konstruksi lapisan-lapisan pembentuk panel CLT.
Sifat Mekanis Panel CLT
Kekuatan Geser Rekat
Uji kekuatan geser rekat bertujuan untuk mengetahui besarnya kekuatan perekat per satuan luas. Hasil rata-rata kekuatan geser rekat panel CLT 900 dan 450 masing masing adalah 26.92 kg/cm² dan 52.17 kg/cm² (Gambar 9).
Pada saat dilakukan pembebanan arah vertikal luas permukaan panel yang dibebani dari arah berlawanan menyebabkan distribusi pembebanannya tidak seragam. Perekatan yang kurang sempurna dapat terjadi akibat distribusi tekanan kempa kurang merata, sehingga terjadi celah antara papan penyusun CLT. Celah yang terdapat diantara penyusun CLT ini akan menyebabkan perlemahan sambungan perekat.
13
Pengujian Kerusakan Panel
Pengujian kerusakan panel CLT atau racking test bertujuan untuk mengukur ketahanan dari dinding terhadap angin dan gaya yang dihasilkan oleh gempa bumi Hansen (1985). Nilai racking test pada pengujian dinding geser CLT kayu kecapi adalah untuk mengetahui nilai kekuatan dinding geser panel CLT (racking stremgth), kekakuan dinding geser panel CLT (racking stiffness), dan perlaihan (displacement), serta rekaman kerusakan pada dinding yang di sebabkan oleh pembebanan yang di berikan pada pengujian.
Kekakuan dan Kekuatan Dinding Geser Panel CLT
Salah satu sifat yang ingin diketahui dari pengujian racking stiffness adalah menentukan besar kekakuan dinding geser dari kedua panel CLT kayu kecapi. Berdasarkan pengujian, diperoleh nilai racking stiffness pada CLT 900 sebesar
6813 N/mm dan 7711 N/mm pada CLT 450 (Gambar 10). Nilai racking stiffness CLT 450 lebih besar di banding CLT 900. Hal ini menunjukkan bahwa CLT 450 lebih kaku di banding CLT 900. Menurut Dumanauw (1982) kekakuan
merupakan suatu ukuran yang mampu menahan perubahan bentuk dan lengkungan. Nilai racking stiffness pada dinding geser menunjukkan besarnya pembebanan yang diperlukan untuk menggeser panel dinding geser sejauh satu millimeter. Tahap racking stiffness adalah tahap suatu benda uji masih dalam batas proporsional karena dalam tahap ini panel CLT tidak mengalami kerusakan dan perubahan bentuk akibat pembebanan yang diberikan. Pembebanan yang diberikan pada tahap ini mengakibatkan panel CLT akan mengalami deformasi namun setelah pembebanan dihilangkan atau dilepaskan maka panel CLT akan kembali ke bentuk semula.
Gambar 10 Pola sebaran nilai kekakuan dan kekuatan dinding geser panel CLT menurut orientasi sudut lamina
14
sukar mengalami deformasi. Kekakuan berhubungan dengan ketahanan karena sama-sama menerima gaya dari luar. Menurut Jang (2008) ketahanan panel CLT sangat berhubungan erat dengan lebar panel CLT. Dimensi CLT dalam hal ini memiliki ukuran yang sama sehingga jelas bahwa, orientasi penyusunan lamina memberi pengaruh pada sifat kekakuan CLT kayu kecapi.
Berdasarkan pengujian, diperoleh nilai racking strength pada panel CLT 900 dan CLT 450 masing-masing adalah 103390 N dan 106330 N (Gambar 10).
Nilai racking strength pada CLT 450 lebih besar dibandingkan dengan CLT 900. Menurut Sulystiawati et al. (2008) pengujian racking strength bertujuan untuk mengetahui kekuatan maksimum yang dapat di tahan oleh panel CLT sebelum mengalami kerusakan namun telah berubah bentuk. Dalam hal ini tingginya nilai racking strength sejalan dengan tinggi kekakuannya.
Peralihan Dinding Geser Panel CLT
Displacement atau peralihan dinding geser adalah perubahan dan perpindahan suatu titik pada benda uji dari kedudukan semula akibat adanya gaya luar atau pembebanan yang diberikan kepada benda tersebut. Nilai displacement CLT 450 baik pada tahap kekakuan maupun kekuatan dinding geser panel CLT lebih besar dibanding CLT 900. Nilai peralihan dinding geser maksimum pada
pengujian CLT 450 sebesar 56.24 mm dan 35.01 mm untuk CLT 900 sedangkan pada tahap stiffness 10.11 mm untuk CLT 450 dan 8.07 mm untuk panel CLT 900. Hal ini berarti nilai CLT 450 mengalami perubahan bentuk dan perpindahan
yang lebih besar dibandingkan CLT 900(Gambar 11).
Gambar 11 Pola sebaran nilai displacement stiffness dan maximum dinding geser panel CLT menurut orientasi sudut lamina
15
Gambar 12 Displacement stiffness panel CLT kayu Kecapi 450
Gambar 13 Displacement stiffness panel CLT kayu Kecapi 900
Gambar 14 Displacement strength test panel CLT kayu Kecapi 450
16
Gambar 15 Displacement strength test panel CLT kayu Kecapi 900
Gambar 16 Posisi Tranduser (titik-titik tujuan deformasi) panel CLT Berdasarkan gambar grafik, deformasi ditinjau dari 4 titik pada panel CLT yang menggambarkan perubahan bentuk CLT secara keseluruhan. Displacement pada grafik menggambarkan displacement arah horizontal karena beban yang diberikan berupa beban lateral atau beban samping, tidak ada beban arah vertikal sehingga tidak terlalu berpengaruh akibat perubahannya yang sangat kecil sehingga dapat diabaikan.
Titik yang ditinjau pada CLT umumnya mengalami deformasi maksimal pada titik TR 1 koreksi dan TR 5 (Gambar 16) yaitu pada titik pada bagian kiri atas dan kanan atas CLT. Hal ini disebabkan karena titik TR 1 koreksi menyalurkan beban ke titik TR 5 tanpa ada penahan plat baja seperti pada titik TR 6 koreksi dan TR 8 sehingga mengakibatkan deformasi lebih besar pada titik TR 1 koreksi dan TR 5.
0 5 10 15
0 10 20 30 40
P
em
b
eb
an
an
(tf)
Deformasi (mm)
Tr-1 koreksi
Tr-5
Tr-6 koreksi
17 Berdasarkan ISO/DIS (2009) hubungan antara F maksimum dengan F maksimum estimasi adalah ketercapaian F maksimum apabila terjadi deformasi sebesar 100 mm. Deformasi yang terjadi pada CLT kedua orientasi sudut tidak ada yang mencapai 100 mm namun sudah terjadi kerusakan pada rangka CLT. Apabila ditinjau berdasarkan nilai deformasi, nilai F maksimum estimasi belum sesuai dengan F maksimum yang seharusnya mampu ditahan oleh CLT kayu Kecapi.
Rekaman kerusakan
Kerusakan panel CLT kayu kecapi terjadi pada bagian dasar dan pada bagian pondasi penyangga yang berdekatan dengan plat baja yaitu berupa pemadatan pori-pori kayu menjadi berwarna hitam serta kerusakan terjadi pada bagian rangka pondasi penyangga panel CLT kayu kecapi. Kerusakan tidak terjadi pada bagian tengah panel CLT kayu kecapi (utuh/tidak terjadi kerusakan yang berarti).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Berdasarkan penelitian karakteristik cross laminated timber (CLT) kayu kecapi berdasarkan orientasi sudut lamina dapat disimpulkan bahwa rata-rata kerapatan dan kadar air panel CLT 900 dan panel CLT 450 kayu kecapi relatif sama (0.47 g/cm3 dan 0.46 g/cm3 dan 14.31% dan 13.77%) dan karena nilai tersebut masih berada dalam kisaran kelas kuat yang sama menurut standar yang berlaku (PKKI NI-5, 1961). Terdapat kecenderungan umum bahwa semakin besar sudut orientasi lamina maka semakin rendah kembang dan susut volume panel CLT kayu kecapi. Perekat isosianat relatif hanya kuat pada kondisi perendaman air dingin dibandingkan dengan perendaman air panas. Nilai kekuatan geser rekat panel CLT orientasi sudut 450 lebih tinggi daripada CLT 900 kayu kecapi, dengan demikian panel CLT yang susunan laminanya sejajar serat lebih kuat menahan beban dibandingkan susunan lamina yang membentuk atau saling tegak lurus. Panel CLT kayu kecapi khususnya pada sudut 450 memiliki kekuatan racking yang besar karena pengujian menunjukkan besarnya pembebanan maksimum atau kerusakan pada rangka pondasi penyangga panel CLT. Nilai kekuatan CLT 450
dan 900 berbanding lurus dengan kekakuannya. Saran
Berdasarkan hasil penelitian dan referensi dari literatur perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai pembuatan CLT kayu kecapi dengan terlebih dahulu mendesain rangka pendukung beban yang sangat kuat dibandingkan kekuatan pada bidang panel CLT tersebut sehingga Festimasi menggambarkan Fsebenarnya serta menggunakan uji siklik sehingga menggambarkan kekuatan gempa. Panel CLT orientasi sudut 450 lebih kuat digunakan sebagai bahan
18
DAFTAR PUSTAKA
Associates H. 2010. Cross Laminated Timber. B & K Timber Structures A Trading Division of B & K Steelwork Fabrications Limited.
[ASTM] American Society for Testing and Materials. 2005. ASTM D-143. Annual Book of ASTM Standards Volume 04-10, Wood. D143 (2005): StandardTest Method for Small Clear Spesimen Of Wood. USA
Dumanauw J.F. 1982. Mengenal Kayu. PIKA (Pendidikan Industri Kayu Atas). Jakarta (ID): Gramedia.
Ekawati D. 1998. Pengaruh Jenis Perekat dan Pengaturan Letak Kayu Meranti Merah (Shorea spp) Serta Kelapa (Cocos nucifera) Terhadap Sifat Fisis Mekanis Balok Lamina Contoh Kecil Bebas Cacat. [skripsi]. Bogor (ID): Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor.
Gagnon, Popovski. 2011. Structural Design of Cross Laminated Timber Elements. Canada (CA): FPInnovations.
Hansen A.T. 1985. Shear Resistance of Wood Frame Walls. Technical Information Group Division of Building Research. ISSN 0701-5216. Ottawa Canada (CA): National Research Council.
Haygreen J.G, R. Shmulsky, J.L. Bowyer. 2003. Forest Products and Wood Science, An Introduction. USA: The Lowa State University Press.
Heyne K. 1998. Tumbuhan Berguna Indonesia. Yayasan Sarana Warna Jaya. Jakarta (ID): Koperasi Karyawan, Departemen Kehutanan.
[ISO] International Organization for Standardization. 2009. Timber Structures – Structural Insulated Panel Wall – Test Methods. ISO/DIS 22452. International Organization for Standardization. Geneva (SZ): ISO Pr.
Jang S.S. 2008. Racking Resistance of Shear Walls with Various Sheating Materials and Openings. Dept. of Forest Products, Chungnam National University, Taejon.
[JPIC] Japan Plywood Inspection Corporation. 2003. Japanese Agricultural Standard for Glued Laminated Timber. Tokyo (JP): JPIC.
Mandang, Y. I. 2005. Kunci Identifikasi Kayu Asia Tenggara. Versi 2.2. Bogor (ID): Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan.
Mardikanto TR, Karlinasari L, Bahtiar ET. 2011. Sifat Mekanis Kayu. Bogor (ID): IPB Press.
Moody RC, Hernandez R, Liu JY. 1999. Glued Structural Members. Di dalam : Wood Handbook, Wood as an Engineering Material. Madison, WI : USDA, Forest Service, Forest Products Laboratory. Hlm. 19.1-19.14.
[PKKI] Peraturan Konstruksi Kayu Indonesia.PPKI N.I.-5. 1961. Bandung (ID): Departemen Pekerjaan Umum dan Tenaga Listrik.
Praptoyo H. 2010. Sifat anatomi dan sifat fisika kayu mindi (Melia azedarach Linn) dari hutan rakyat di Yogyakarta. Jurnal Ilmu Kehutanan. 4(1) : 21-27. Perkins P, McCloskey K. 2010. A Strategic Plan for the Commercialization of
19 Sadiyo S, Nugroho N, Massijaya YM, Mardiyanto, Ati TI. 2012. Pengaruh kombinasi ketebalan dan orientasi sudut lamina terhadap karakteristik cross laminated timber kayu manii (Maesopsis eminii Engl.). Bogor (ID): Teknologi Hasil Hutan Institut Pertanian Bogor.
Seng OD. 1990. Berat jenis dari jenis-jenis kayu Indonesia dan pengertian beratnya kayu untuk keperluan praktek. Pusat Riset dan Pengembangan Hasil Hutan. Bogor (ID): Departemen Kehutanan.
Sulistyawati I, Nugroho N, Suryokusumo S, Hadi YS. 2008. Kekakuan dan kekuatan lentur maksimum balok glulam dan utuh kayu akasia. J Teknik Sipil 15(3):114-115.
Tjondro, J.A. 2013. Kuat lentur dan rigiditas balok dan lantai papan kayu laminasi silang dengan perekat. Lembaga Penelitian dan Pengabdian Pada Masyarakat. Bandung (ID): Universitas Katolik Parahyangan.
20
LAMPIRAN
Lampiran 1. Rata-rata sifat fisis panel CLT kayu kecapi No Contoh Uji KR
(g/cm³)
KA (%) KV (%) SV (%) DAD (%)
DAP (%)
1. KC901 0.46 14.59 2.10 2.22 6.40 14.73
2. KC902 0.48 13.84 2.02 2.20 3.98 14.55
3. KC903 0.47 13.42 2.66 2.67 3.30 12.88
4. KC904 0.48 15.37 2.74 2.12 5.93 10.39
5. KC451 0.46 14.41 4.62 4.07 2.27 12.73
6. KC452 0.45 13.92 4.50 4.47 3.33 20.00
7. KC453 0.45 12.79 4.32 4.72 6.20 12.85
8. KC454 0.46 13.93 4.65 4.50 2.85 12.25
Keterangan :
21 Lampiran 2 Hasil kekuatan geser rekat panel CLT kayu kecapi
Keterangan :
KC90 : Kayu kecapi orientasi sudut 900 KC45 : Kayu kecapi orientasi sudut 450 1-4 : ulangan ke-1sampai ke-4
No Contoh Uji KGR (kg/cm³)
1. KC901 22.65
2. KC902 18.98
3. KC903 33.75
4. KC904 32.31
5. KC451 30.67
6. KC452 53.95
7. KC453 67.29
22
Lampiran 3 Hasil racking test panel CLT kayu kecapi Contoh Uji
CLT
Racking strength (N)
Racking stiffness (N/mm)
Displacement stiffness (mm)
Displacement maximum (mm) CLT KECAPI
450
106330 7711.83 10.11 56.24
CLT KECAPI 900
23
