ANALISIS DAN EKSPERIMEN PENGUJIAN BALOK KAYU YANG DIAWETKAN TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU TUGAS AKHIR

(1)

ANALISIS DAN EKSPERIMEN PENGUJIAN BALOK KAYU YANG DIAWETKAN TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat untuk menjadi Sarjana Teknik Sipil

Disusun Oleh:

SORAYA MUTHMA INNAH NASUTION 13 0404 084

Dosen Pembimbing:

Ir. BESMAN SURBAKTI, M.T NIP. 195410121980031004

BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2017

(2)

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya ucapkan kepada Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam bagi Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan teladan dalam menjalankan aktivitas sehari-hari, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “Analisis dan Eksperimen Pengujian Balok Kayu yang Diawetkan Terhadap Kuat Lentur Balok Kayu” ini dimaksudkan untuk melengkapi persyaratan dalam menempuh ujian Sarjana Teknik Sipil pada Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

Dengan rendah hati saya mohon maaf jika dalam penulisan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan dalam penulisan maupun perhitungan. Saya juga sangat mengharapkan saran dan kritik dari para pembaca dalam penyempurnaan tugas akhir ini.

Saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Besman Surbakti, MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah sabar memberi bimbingan, arahan, dan saran kepada saya untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Medis Sejahtera Surbakti, ST,MT, selaku ketua Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Andy Putra Rambe, MBA, selaku Sekretaris Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Ibu Rahmi Karolina, ST,MT, dan Ibu Nursyamsi ST, MT, selaku Dosen Pembanding dan Penguji Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak/Ibu Dosen Staf Pengajar Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmunya kepada Saya selama menempuh masa studi di Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Kepada pegawai administrasi dan pengawai-pegawai Departeman Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7. Orang tua saya, Bapak Ir. Sutan Nasution dan Ibu Ratna Sari Siregar, S.Pd yang selalu menberikan doa, kasih sayang, motivasi dan materi kepada saya sehingga saya bisa menyelesaikan Tugas Akhir ini.

(3)

8. Adik-adik dan sepupu saya; Alia Rahmi Nasution, Muhammad Yusuf Nasution, Siti Rahmah Nasution, Muhammad Azhar Nasution dan Ilham Fadillah yang selalu memberikan dukungan, motivasi, dan bantuan kepada saya.

9. Teman-teman tercinta saya; Artika, Asafin, Cicilia, Dea, Elisa, Maylisa, Rizka Amalia dan Rizka Meylani yang selalu memotivasi dan membantu saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

10. Silvy Desharma selaku partner saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

11. Teman-teman angkatan 2013; Juanda, Randi Meka, Firman, Alby, Jeremy, Fadel, Rony, Rijal, dan teman-teman lainnya yang tidak bisa disebutkan satu-satu oleh saya.

12. Kak Sinintia Arissa yang sangat sabar menjawab pertanyaan-pertanyaan saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

13. Adik-adik angkatan 2016; Fachri Hasan Lubis, Dandy Permana Abdi, Eka Fadli, Shaleh, Rijal Purba, Irfan Gultom, David, Rafly, dan adik-adik angkatan 2016 lainnya.

14. Asisten Laboratorium Teknik Sipil Polmed, Asisten Laboratorium Teknologi Hasil Hutan kehutanan USU, dan Asisten Laboratorium Struktur Fakultas Teknik USU.

15. Bang Ir. Koresj Sirait yang memberikan pinjaman alat uji lentur.

16. Seluruh pihak yang membantu dan mendukung saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Saya menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, saya sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari Bapak dan Ibu Staf Pengajar serta rekan-rekan mahasiswa dalam penyempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhir kata saya mengucapkan terima kasih. Saya berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Juni 2017

Soraya Muthma Innah 13 0404 084

(4)

ANALISIS DAN EKSPERIMEN PENGUJIAN BALOK KAYU YANG DIAWETKAN TERHADAP KUAT LENTUR BALOK KAYU

ABSTRAK

Kayu adalah bahan material struktur yang lama dikenal masyarakat. Material kayu memiliki berat jenis yang ringan dan proses pengerjaannya dapat dilakukan dengan peralatan sederhana. Tindakan pengawetan kayu adalah kegiatan untuk memperpanjang umur pakai kayu baik secara kimia maupun fisika. Penelitian ini menggunakan benda uji berupa balok kayu berukuran struktural yang diawetkan dengan metode rendaman dingin dengan boraks konsentrasi 10%. Tujuan dari penelitian ini ialah untuk mengetahui pengaruh pengawetan kayu terhadap kekuatan lentur balok kayu.Balok kayu direncanakan berukuran 75 mm x 100 mm x 2000 mm dengan variasi 2 tiap jenis benda uji. Balok kayu memiliki perletakan sendi- rol dan diberikan pembebanan terpusat third point loading. Hasil yang diperoleh secara teoritis, balok kayu yang belum diawetkan, yaitu Pmaks=5724,244 kg; tegangan lentur (Fb) = 91,5879 Mpa dan lendutan maksimum (δ)= 58,088 mm. Berdasarkan pengujian di laboratorium, balok kayu 1 sebelum diawetkan (BKU 1) , yaitu Pmaks=3653,6529 kg; Fb = 58,4584 Mpa dan δ = 37,076 mm. Untuk balok kayu 2 sebelum diawetkan (BKU 2), Pmaks=3548,193 kg; Fb = 56,771 Mpa dan δ = 36,006 mm. Sedangkan balok kayu 1 sesudah diawetkan (BKP 1), yaitu Pmaks= 3759,113 kg; Fb = 60,1458 Mpa dan δ = 38,1465 mm.

Untuk balok kayu 2 sesudah diawetkan (BKP 2), Pmaks=4286,415 kg; Fb = 68,5826 Mpa dan δ = 43,4974 mm. Pengawetan kayu dengan metode rendaman dingin selama 10 hari meningkatkan kekuatan lentur balok kayu sebesar 11,715 %.

Kata kunci : pengawetan, rendaman dingin, balok kayu struktural, third point loading, kekuatan lentur.

(5)

ANALYSIS AND EXPERIMENT OF PRESERVED TIMBER BEAM ON THE FLEXURAL STRENGTH

ABSTRACT

Wood is one of the structural materials that has been known to the public. Wood material has a light weight and the process can be done with simple equipment. Timber preservation is an activity to extend the life of wood both chemically and physically. This research uses test specimens of structural-sized logs preserved by cold soak method with borax with concentration of 10%. The purpose of this research is to obtain the effect of wood preservation on the flexural strength of logs. Timber blocks are planned to be 75 mm x 100 mm x 2000 mm with variation of 2 (two number) of each type of specimen. The wooden beam has a roll-joint placement and is given a central loading of third point loading.Theoretically derived results, unpreserved logs, ie Pmax = 5724,244 kg; Bending stress (Fb) = 91.5879 Mpa and maximum deflection (δ) = 58,088 mm. Based on laboratory test, timber 1 before preserved (BKU 1), ie Pmax = 3653,6529 kg; Fb = 58,4584 Mpa and δ = 37,076 mm. For timber beam 2 before preserved (BKU 2), Pmax = 3548,193 kg; Fb = 56.771 Mpa and δ = 36.006 mm. While timber block 1 after preserved (BKP 1), namely Pmax = 3759,113 kg; Fb

= 60,1458 Mpa and δ = 38,1465 mm. For timber beam 2 after being preserved (BKP 2), Pmax = 4286,415 kg; Fb = 68,5826 Mpa and δ = 43.4974 mm. Preservation of wood by 10 days of cold soaking method increased the flexural strength of logs by 11.715%.

Keywords : preservation, cold soaking, structural sized beam, third point loading, flexural strength

(6)

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ... ii

Abstrak... iv

Daftar Isi ... vi

Daftar Tabel ... x

Daftar Gambar ... xii

Daftar Notasi ... xvi

BAB 1 PENDAHULUAN. ... 1

1.1. Latar Belakang... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 2

1.3. Tujuan Penelitian ... 2

1.4. Manfaat Penelitian ... 3

1.5. Metodologi Penelitian ... 3

1.6. Batasan Masalah ... 4

1.7. Sistematika Penulisan ... 5

BAB II STUDI PUSTAKA ... 6

2.1. Kayu ... 6

2.1.1. Sifat Fisis Kayu... 7

2.1.2. Sifat Mekanis Kayu ... 8

2.1.3. Perilaku kayu terhadap temperatur dan waktu ... 12

(7)

2.2. Pengawetan Kayu ... 15

2.2.1. Bahan Pengawet Kayu ... 17

2.2.2. Metode Pengawetan Kayu ... 19

2.3. Kekuatan Lentur Balok... 20

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 22

3.1. Flowchart Penelitian ... 22

3.2. Persiapan dan Pelaksanaan Pengujian ... 23

3.2.1.Persiapan Pengujian ... 23

3.2.2. Pengujian Physical dan Mechanical Properties ... 23

3.1.2.1. Pengujian Kadar Air ... 23

3.1.2.2. Pengujian Berat Jenis ... 24

3.1.2.3. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ... 25

3.1.2.4. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ... 26

3.1.2.5. Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ... 27

3.1.2.7. Pengujian Kuat Lentur ... 29

3.1.2.8. Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ... 30

3.3. Pengawetan Balok Kayu ... 31

3.4. Pengujian Kuat Lentur Balok Kayu ... 32

BAB IV ANALISA DAN HASIL PEMBAHASAN ... 34

(8)

4.1.1. Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu ... 34

4.1.1.1. Pengujian Kadar Air ... 34

4.1.1.2. Pengujian Berat Jenis ... 35

4.1.1.3. Pengujian Susut ... 37

4.1.1.4. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ... 39

4.1.1.6. Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ... 47

4.1.1.7. Pengujian Kuat Tarik Tegak Lurus Serat ... 51

4.1.1.8. Pengujian Kuat Lentur ... 55

4.1.1.9. Pengujian Elastisitas Lentur ... 59

4.1.1.10. Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ... 64

4.1.2. Kesimpulan Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu ... 68

4.1.3. Hasil Perhitungan Tegangan Lentur Balok kayu Sebelum Pengawetan Secara Analisis ... 74

4.1.3.Hasil Perhitungan Tegangan Lentur dan Lendutan Balok Kayu (Eksperimen) ... 78

4.2. Pembahasan Hasil Pengujian ... 82

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 85

5.1. Kesimpulan ... 85

V.2. Saran ... 86

Daftar pustaka ... xviii

Daftar lampiran ... xx

(9)

(10)

DAFTAR TABEL BAB 1

Tidak terdapat tabel

BAB II

BAB III

BAB IV

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Kadar Air ... 35

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Berat Jenis ... 36

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Susut ... 38

Tabel 4.4. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat ... 40

Tabel 4.5. Hasil Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ... 44

Tabel 4.6. Hasil Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ... 48

Tabel 4.7. Hasil Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ... 52

Tabel 4.8. Hasil Pengujian Kuat Lentur... 56

Tabel 4.9. Hasil Pengujian Elastisitas ... 60

Tabel 4.10. Modulus Elastisitas Rata-Rata ... 64

Tabel 4.11. Hasil Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ... 65

Tabel 4.12. Rangkuman Pengujian Physical dan Mechanical Properties (SNI-03) .. 69

(11)

Tabel 4.13. Hasil Pengujian Tegangan lentur Benda Uji 1 (BKU 1) ... 74

Tabel 4.14. Hasil Pengujian Tegangan lentur Benda Uji 2 (BKU 2) ... 75

Tabel 4.15. Hasil Pengujian Tegangan Lentur Benda Uji 1 (BKP 1) ... 78

Tabel 4.16. Hasil Pengujian Tegangan Lentur Benda Uji 2 (BKP 2) ... 79

Tabel 4.17. Hasil perbandingan analisis dan eksperimen tegangan lentur balok kayu sebelum diawetkan ... 82

Tabel 4.18. Hasil perbandingan analisis dan eksperimen lendutan balok kayu sesudah diawetkan ... 82

BAB V

Tida terdapat tabel

(12)

DAFTAR GAMBAR BAB 1

Tidak terdapat Gambar

BAB II

Gambar 2.1. Batang kayu menerima gaya tekan sejajar serat ... 9

Gambar 2.2.Batang kayu menerima gaya tekan tegak lurus serat ... 10

Gambar 2.3. Batang kayu menerima beban lengkung ... 10

Gambar 2.4. Hubungan antara tegangan dan regangan dalam uji tekanan sejajar serat yang khas ... 11

Gambar 2.5. Hubungan antara tingkat beban dan waktu sampai rusak untuk kayu bebas cacat dan produk hutan majemuk ... 14

BAB III Gambar 3.1. Sampel Pengujian Kadar Air... 23

Gambar 3.2. Sampel Pengujian Berat Jenis ... 24

Gambar 3.3. Sampel Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat... 25

Gambar 3.4. Sampel Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ... 26

Gambar 3.5. Sampel Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat ... 27

Gambar 3.6. Sampel Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat ... 28

Gambar 3.7. Sampel Pengujian Kuat Lentur ... 29

Gambar 3.8. Sampel Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat ... 30

Gambar 3.9. Letak Beban dan Tumpuan ... 33

(13)

BAB IV

Gambar 4.1. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tekan sejajar serat) ... 41 Gambar 4.2. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tekan

sejajar serat) ... 41 Gambar 4.3. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tekan

tegak lurus serat) ... 45 Gambar 4.7. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tekan

tegak lurus serat) ... 46 Gambar 4.10. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat

tekan tegak lurus serat) ... 47 Gambar 4.11. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tarik

sejajar serat) ... 49 Gambar 4.12. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat tarik

sejajar serat) ... 49 Gambar 4.13. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 3 (kuat tarik

sejajar serat) ... 50

(14)

Gambar 4.14. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 4 (kuat tarik

sejajar serat) ... 50

Gambar 4.15. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 5 (kuat tarik sejajar serat) ... 51

Gambar 4.16. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tarik tegak lurus serat) ... 53

Gambar 4.21. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat lentur) ... 57

Gambar 4.26. Grafik Beban-Lendutan Hasil Pengujian Sampel Kayu 1 ... 61

(15)

Gambar 4.29.Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat

geser) ... 66

Gambar 4.30. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 2 (kuat geser) ... 66

Gambar 4.34. Pembebanan Pada Saat Pengujian Balok ... 70

Gambar 4.35. Bidang Momen balok dan metode momen sebagai muatan ... 72

Gambar 4.36. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan ... 77

Gambar 4.37. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan (BKU 1) ... 77

Gambar 4.38. Grafik Beban-Lendutan Balok Sebelum Diawetkan (BKU 2) ... 78

Gambar 4.39. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan ... 80

Gambar 4.40. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan (BKP 1) ... 81

Gambar 4.37. Grafik Beban-Lendutan Balok Sesudah Diawetkan (BKP 2) ... 81 BAB V

Tidak terdapat Gambar

(16)

DAFTAR NOTASI

A Luas penampang kayu (mm⁴)

b lebar penampang bahan

h tinggi penampang bahan

KA kadar air (%)

BJ Berat jenis kayu

E Modulus elastisitas kayu (Mpa)

Kuat tekan sejajar serat (Mpa)

Kuat tekan tegak lurus serat (Mpa)

Kuat tarik sejajar serat (Mpa)

Kuat tarik sejajar serat (Mpa) f_b Kuat lentur (Mpa)

Kuat geser (Mpa) Pmaks Beban maksimum (kg) q Berat sendiri balok (kg/m)

I Momen inersia penampang (mm4)

w Section modulus (mm3)

P Gaya luar (kg)

Lendutan (mm)

a Jarak antara perletakan dengan third point loading (mm) BA Berat kayu basah (gr)

BKO Berat kayu kering oven (gr) K Konstanta (1000 dalam gr)

(17)

l Panjang bentang (m)

G Berat jenis kayu pada kadar air 15%

(18)

(19)

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Kayu adalah salah satu bahan material struktur yang sudah lama dikenal masyarakat. Bila dibandingkan dengan material struktur lain, material kayu memiliki berat jenis yang ringan dan proses pengerjaannya dapat dilakukan dengan peralatan yang sederhana dan ringan. Sebagai bahan dari alam, kayu dapat terurai secara sempurna sehingga tidak ada istilah limbah pada konstruksi kayu.

Kayu merupakan material yang paling banyak digunakan dalam bidang bidang konstruksi selain beton dan baja. Kayu memiliki nilai estetika yang tidak dimiliki material lain seperti material-material lain yang membuat kayu disukai masyarakat. Sifat kayu yang bergantung pada pola pertumbuhan batang dan kondisi lingkungan pertumbuhan membuat pengguna kayu harus memahami sifat fisis dan sifat mekanis kayu. Sifat-sifat fisis kayu adalah : kadar air, berat jenis dan cacat kayu. Sedangkan sifat-sifat mekanis kayu adalah : kuat lentur, kuat tarik sejajar serat, kuat tarik tegak lurus serat, kuat tekan sejajar serat, kuat tekan tegak lurus serat, dan kuat geser sejajar serat.

Istilah kekuatan pada bahan seperti kayu erat kaitannya dengan kemampuan bahan untuk mendukung gaya luar atau beban yang berusaha merubah ukuran dan bentuk bahan tersebut. Gaya luar yang bekerja pada suatu benda akan mengakibatkan timbulnya gaya-gaya dalam pada benda tersebut yang berusaha merubah ukuran dan bentuk. Gaya-gaya dalam ini disebut dengan tegangan/kekuatan yang dinyatakan dalam gaya persatuan luas.

Besarnya pengaruh lingkungan terhadap kualitas kayu dirasa menjadi penyebab utama perlunya dilakukan pengawetan kayu. Tindakan pengawetan dapat diartikan sebagai kegiatan untuk memperpanjang umur pakai kayu baik secara kimia maupun fisika.

Pengawetan kayu dapat dilakukan dengan menggunakan bahan pengawet yang dapat larut di dalam air. Salah satu bahan pengawet yang dapat digunakan adalah boraks.

(20)

2 Boraks merupakan bahan pengawet yang tahan terhadap api dan mempunyai daya racun terhadap jamur. Dikatakan pula penggunaan boraks dengan konsentrasi 5% sudah cukup untuk pengawetan, dan dianjurkan sebaiknya kayu yang akan diawetkan itu berada dalam keadaan siap pakai (Wicaksono Atabimo, 1982).

Berdasarkan uraian di atas, penulis akan mencoba menganalisis perilaku balok kayu yang diawetkan dan melakukan penelitian di laboratorium sesuai dengan judul “Analisis dan Eksperimen Pengujian Balok Kayu Yang Diawetkan Terhadap Kuat Lentur Balok Kayu”.

1.2 Perumusan Masalah

Dari latar belakang dapat dirumuskan suatu permasalahan, sebagai berikut:

a. Bagaimana pengaruh boraks terhadap pengawetan balok kayu?

b. Bagaimana perbandingan kuat lentur balok kayu sebelum dan sesudah diawetkan?

c. Bagaimana perbandingan hasil eksperimen pengujian kuat lentur balok kayu dengan hasil analisis?

1.3 Tujuan Penelitian

a. Mengetahui pengaruh asam borat terhadap pengawetan balok kayu b. Mengetahui perbedaan antara kuat lentur balok kayu sebelum

diawetkan dan sesudah diawetkan

c. Mengetahui perbandingan kuat lentur balok kayu secara analisis dan eksperimen

(21)

1.4 Manfaat Penelitian

Tugas akhir ini diharapkan bermanfaat untuk:

a. Memberikan ilmu mengenai pengawetan kayu

b. Mahasiswa atau pihak lain yang akan membahas membahas tugas akhir yang sama

c. Pihak-pihak yang membutuhkan informasi dan mempelajari hal-hal yang dibahas dalam laporan tugas akhir

1.5 Metode Penelitian

Metodologi dan tahapan pelaksanaan yang dibuat penulis dalam pengerjaan tugas akhir ini menggunakan beberapa pendekatan antara lain:

a. Analisis physical dan mechanical properties kayu b. Analisis perhitungan secara teoritis

c. Analisis hasil pengujian di laboratorium

d. Membandingkan hasil analisis perhitungan dengan hasil pengujian di laboratorium.

(22)

4 1.6 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

a. Penggunaan jenis kayu mahoni (tanpa mutu)

b. Pengujian pada benda uji menggunakan benda uji kayu struktural c. Pembebanan balok kayu adalah third point loading

d. Perletakan yang ditinjau adalah sendi-rol

e. Pengawet yang digunakan adalah boraks dengan konsentrasi 10%.

f. Pengawetan yang dilakukan dengan cara rendaman dingin

g. Perhitungan secara analisis hanya dilakukan pada balok kayu yang belum diawetkan

h. Bentang benda uji yang diukur lebih kurang 2 m

i. Perhitungan kuat lentur balok kayu dan proses pengawetan kayu berdasarkan SNI-03

(23)

1.7 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan ini adalah sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan penelitian, metodologi penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB II. STUDI PUSTAKA

Bab ini berisi uraian umum dan khusus tentang balok kayu dan pengawetan kayu yang akan diteliti bersadarkan referensi-referensi yang diperoleh

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi uraian tentang persiapan penelitian mencakup penyediaan bahan dan pekerjaan pertukangan hingga pelaksanaan penelitian

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi analisis dan hasil pengujian benda uji di laboratorium meliputi: hasil pengujian pengaruh pengawetan kayu terhadap kekuatan kayu serta pembahasannya.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan yang dapat diambil dari seluruh kegiatan tugas akhir ini dengan menitikberatkan pada pengaruh pengawetan terhadap kekuatan balok kayu dan beberapa saran untuk penelitian selanjutnya.

(24)

BAB II STUDI PUSTAKA 2.1 Kayu

Kayu adalah suatu bahan konstruksi yang didapat dari alam dan sudah lama dikenal oleh manusia. Sebagai bahan dari alam, kayu dapat terurai secara sempurna sehingga tidak ada istilah limbah pada konstruksi kayu (environmental friendly). Kayu mempunyai kuat tarik dan kuat tekan relatif tinggi dan berat yang relatif rendah, mempunyai daya tahan tinggi terhadap pengaruh kimia dan listrik, dapat dengan mudah untuk dikerjakan, relatif murah, dan bisa didapat dalam waktu singkat (Felix, 1965).

Dalam kehidupan sehari-hari, jenis kayu tertentu sering digunakan untuk tujuan yang tertentu pula. Pemilihan dan penggunaan kayu untuk suatu tujuan pemakaian memerlukan pengetahuan tentang sifat-sifat kayu dan persyaratan teknis yang dilakukan. Adapun sifat-sifat utama kayu antara lain:

1. Kayu merupakan sumber kekayaan alam yang tidak akan habis jika dikelola dan diusahakan dengan baik. Artinya, jika pohon ditebang untuk diambil kayunya, harus segera ditanam kembali pohon-pohon pengganti supaya sumber kayu tidak habis. Kayu dikatakan sebagai renewable resources (sumber kekayaan alam yang dapat diperbaharui).

2. Kayu merupakan bahan mentah yang mudah diproses untuk dijadikan bahan lain. Dengan kemajuan teknologi, kayu sebagai bahan mentah dapat dengan mudah diproses menjadi bahan-bahan seperti kertas, tekstil, dan sebagainya.

3. Kayu merupakan sifat-sifat spesifik yang tidak bisa ditiru oleh bahan lain buatan manusia. Misalnya, kayu memiliki sifat elastis, ulet, tahan terhadap pembebanan yang tegak lurus dengan seratnya atau sejajar seratnya, dan berbagai sifat lain lagi. Sifat-sifat seperti ini tidak dimiliki baja, beton, atau bahan-bahan lain yang biasa dibuat oleh manusia.

(25)

4. Kayu tersusun dari sel-sel yang memiliki tipe bermacam-macam dan susunan dinding selnya terdiri dari senyawa kimia berupa selulosa dan hemi selulosa (karbohidrat) serta lignin (non karbohidrat).

5. Semua kayu bersifat anisotropik, yaitu memperlihatkan sifat-sifat yang berlainan jika diuji menurut tiga arah utamanya (longitudinal, radial dan tangensial).

6. Kayu merupakan bahan yang bersifat higroskopis, yaitu dapat menyerap dan melepaskan kadar air sebagai akibar perubahan kelembaban dan suhu udara di sekelilingnya.

7. Kayu dapat diserang oleh hama dan penyakit dan dapat terbakar.

2.1.1. Sifat Fisis Kayu

Sifat fisis kayu adalah karakteristik kuantitatif dari kayu dan perilakunya terhadap pengaruh luar tanpa mempertimbangkan gaya-gaya yang diberikan. Sifat fisis kayu perlu diketahui karena sifat fisis kayu berpengaruh besar terhadap kekuatan kayu yang digunakan dalam suatu struktur bangunan.

Adapun sifat-sifat fisik kayu antara lain:

a. Kadar air b. Kepadatan c. Berat jenis d. Cacat kayu

Salah satu sifat utama kayu adalah higroskopis, yaitu kayu berkaitan erat dengan air baik berupa cairan ataupun uap. Air dalam kayu segar atau kayu yang baru saja dipanen terletak di dalam dinding sel dan dalam rongga sel.

(Haygreen&Bowyer, 1996). Kayu memiliki kemampuan dalam menyerap dan melepaskan air yang bergantung pada kondisi lingkungan seperti temperatur dan kelembaban. Pada kondisi lembab, kayu kering akan menghisap atau menarik uap air, sedangkan pada keadaan kelembaban udara yang rendah, kayu basah akan

(26)

melepaskan uap air. Sifat higroskopis ini menyebabkan kayu pada kondisi dan kelembaban tertentu dapat mencapai suatu keseimbangan, yang berarti kadar air kayu tidak akan mengalami perubahan (dalam Iswanto, 2008).

Terjadi perbedaan kadar air pada bagian batang sebuah kayu. Kadar air pada kayu gubal lebih banyak daripada kayu teras. Air yang terdapat pada batang kayu tersimpan dalam dua bentuk yaitu: air bebas (free water) yang terletak diantara sel-sel kayu, air ikat (bound water) yang terletak pada dinding sel. Titik jenuh berat (fibre saturation point) adalah kondisi dimana air bebas yang terletak diantara sel-sel sudah habis sedangkan air ikat pada dinding sel masih jenuh.

Kadar air pada saat titik jenuh serat berkisar antara 25% sampai 30% (Awaluddin, 2005).

Berat jenis mirip dengan kepadatan. Berat jenis didefinisikan sebagai perbandingan antara kepadatan kayu dengan kepadatan air pada volume yang sama. Ketika kayu dimasukkan ke dalam oven atau dikeringkan maka volume yang tetap tinggal adalah volume bagian padat dan volume udara saja sedangkan air yang terkandung di dalam kayu tersebut menguap. Karena berat jenis berhubungan dengan kepadatan, maka semakin tinggi nilai berat jenis kayu tersebut, maka semakin besar kekuatan kayu tersebut. Umur pohon, posisi kayu dalam batang, tempat tumbuh, dan kecepatan tumbuh merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi berat jenis kayu.

2.1.2 Sifat Mekanis Kayu

Sifat mekanis kayu adalah kemampuan kayu untuk menahan muatan dari luar. Yang dimaksud dengan muatan dari luar ialah gaya-gaya di luar benda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah bentuk dan besarnya. Sifat-sifat mekanis kayu terdiri dari kuat lentur, kuat geser, kuat tekan, dan kuat tarik kayu.

Menurut Jamala, 2013, kekuatan kayu bergantung pada spesies dari tiap kayu.

Nilai-nilai dari sifat mekanis kayu dapat digunakan sebagai dasar dalam penentuan aplikasi jenis-jenis kayu sebagai bahan konstruksi.

(27)

Sifat-sifat mekanis kayu terdiri dari:

a. Kuat tekan kayu b. Kuat tarik kayu c. Kuat lentur kayu d. Kuat geser kayu

Kuat tekan suatu jenis kayu ialah kekuatan batas yang dapat dicapai kayu ketika komponen kayu tersebut mengalami kegagalan akibat tekan. Dalam perencanaan struktur bangunan kayu bersadarkan beberapa peraturan kayu yang ada saat ini, yaitu antara lain peraturan kayu Amerika Serikat (AWC,2011) dan peraturan kayu Indonesia (BSN,2013), sebagai contoh untuk perencanaan komponen struktur tekan (kolom) terdapat parameter properti mekanika berupa kekuatan tekan baik untuk arah sejajar serat kayu maupun arah tegak lurus serat kayu, walaupun dominan adalah tekan sejajar serat kayu. Pada perencanaan komponen struktur lentur (balok) juga diperlukan parameter yang dominan yaitu kekuatan tekan sejajar serat kayu. Kuat tekan kayu terbagi atas dua, yaitu kuat tekan tegak lurus serat (sidewise compression) dan kuat tekan sejajar serat (endwise compression). Dalam arah sejajar serat kayu, kekakuan dan kekuatannya sangat besar. Sedangkan dalam arah tegak lurus serat kayu, kayu relatif lunak dan lemah (Person, dalam Yosafat, dkk, 2014).

Gambar 2.1 Batang kayu menerima gaya tekan sejajar serat

(28)

Gambar 2.2 Batang kayu menerima gaya tekan tegak lurus serat

Tekanan sejajar serat banyak terjadi dalam praktek bila kayu dipakai untuk bangunan sebagai komponen untuk tiang, tunggul, kusen pintu dan jendela serta bagian yang lainnya. Komponen bangunan semacam ini akan menerima beban yang cenderung mendesaknya atau memendekkannya pada arah sejajar serat.

Kuat lentur adalah kekuatan kayu untuk menahan gaya-gaya yang berusaha melengkungkan kayu atau untuk menahan beban-beban mati maupun hidup selain beban pukulan yang harus dipikul oleh kayu tersebut (Hunggurami, E et al., 2014). Kekuatan lentur merupakan kekuatan batas yang dapat dicapai kayu ketika komponen kayu tersebut mengalami kegagalan akibat lentur. Kuat lentur dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu kuat lentur statik dan kuat lentur pukul. Kuat lentur statik ialah kekuatan kayu dalam menahan gaya yang mengenainya perlahan-lahan, sedangkan kuat lentur pukul adalah kekuatan kayu dalam menahan gaya yang mengenainya secara mendadak.

Gambar 2.3. Batang kayu menerima beban lengkung

(29)

Kekuatan atau tegangan pada bahan seperti kayu erat kaitannya dengan kemampuan bahan untuk mendukung gaya luar atau beban yang berusaha merubah ukuran dan bentuk bahan tersebut. Timbulnya gaya dalam pada benda akibar dari gaya-gaya luar yang bekerja disebut dengan tegangan.

Regangan ialah perubahan ukuran atau bentuk yang juga disebut deformasi. Regangan akan terjadi apabila diberikan tekanan pada suatu bahan.

Regangan berbanding lurus dengan tegangan. Semakin besar tegangan yang terjadi pada suatu bahan, maka semakin besar pula regangan yang diperoleh bahan tersebut. Apabila tekanan yang diberikan pada suatu bahan tidak melebihi suatu tingkat yang disebut batas proporsi, terdapat hubungan garis lurus antara besarnya tegangan dengan regangan yang dihasilkan. Diluar batas proporsi, regangan akan meningkat lebih besar dibandingkan dengan peningkatan regangan. Jika tegangan yang didukung melebihi gaya dukung serat maka serat-serat akan putus dan terjadilah keruntuhan/kegagalan. Bentuk kurva tegangan-regangan yang khas untuk kayu yang diuji sejajar serat ditunjukkan oleh gambar 2.6.

Gambar 2.4 Hubungan antara tegangan dan regangan dalam uji tekanan sejajar serat yang khas

(30)

Apabila suatu gelagar seperti palang lantai kayu dibengkokkan, separuh yang atas tegang dalam tekanan dan separuh yang bawah tegang dalam tarikan.

Tegangan maksimum terjadi pada permukaan puncak dan dasar balok tersebut.

Bidang tengah yang bebas dari tekanan ataupun tarikan ini disebut sumbu netral.

Besarnya pelengkungan pada titik tengah gelagar dinamakan defleksi (lendutan).

Defleksi yang terjadi tergantung pada tempat dan besar bahan, panjang dan ukuran gelagar, dan modulus elastisitas lentur (MOE bahan). Semakin tinggi nilai MOE maka semakin berkurang defleksi gelagar dengan ukuran tertentu pada beban tertentu. ((Haygreen&Bowyer, 1996).

2.1.3. Perilaku kayu terhadap temperatur dan waktu a. Pengaruh Temperatur

Perilaku struktur kayu dalam merespon temperatur tinggi berbeda dengan bahan struktur lain seperti beton dan baja. Ketika temperatur tinggi sudah dapat membakar kayu bagian luar, maka kayu bagian luar akan terbakar dan berubah menjadi arang. Dikarenakan angka penyebarang panas (thermal conductivity) kayu yang relatif kecil serta kandungan air yang barada di dalam kayu, maka dibutuhkan waktu yang lama agar api dapat membakar bagian dalam kayu (Awaluddin, 2005).

Kadar air, dimensi batang, dan ketersediaan oksigen pada kayu merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi waktu yang diperlukan oleh temperatur tinggi untuk membakar kayu bagian luar. Kollman, dkk (dalam Awaluddin, 2005) menyatakan bahwa pyrolisis (penguraian/perubahan material akibat temperatur) kayu dapat terjadi pada temperatur 150^oC atau bahkan lebih rendah lagi jika waktu pembakaran diperpanjang.

Kebanyakan sifat-sifat mekanik berkurang apabila kayu dipanaskan dan bertambah ketika kayu didinginkan. Selama suhu tidak melebihi kira-kira 100^oC,

(31)

terdapat sedikit saja kehilangan kekuatan yang permanen. Umumnya semakin tinggi kadar air kayu, semakin besar kepekaannya terhadap suhu tinggi.

b. Pengaruh Waktu

Penyimpanan kayu tanpa adanya pengaruh yang merusak oleh mikroorganisme, suhu tinggi, atau pembebanan yang terus-menerus kecil pengaruhnya terhadap sifat-sifat kayu tersebut. Kehilangan kekuatan akan terjadi apabila penyimpanan dalam waktu lama disertai oleh pembebanan yang terus menerus. Semakin lama beban yang diberikan disangga oleh kayu tersebut, maka kayu tersebut akan semakin lemah menahan beban yang diberikan.

Contoh dari pengaruh beban yang terus menerus dan waktu terhadap kekuatan kayu adakah lendutan pada rak buku. Berdasarkan analisis gaya dan tegangan, beban-beban awal dari buku-buku tidak cukup untuk menyebabkan rak buku tersebut patah. Tetapi bila beban buku-buku tadi ditahan dalam waktu yang lama, maka lendutan akan meningkat sebagai akibat “menurunnya tegangan” dan pada akhirnya struktur rak buku akan mengalami keruntuhan. Fenomena peningkatnya lendutan pada rak buku tersebut disebut dengan rayapan (creep).

Gambar 2.8 menunjukkan pengaruh waktu dan tegangan kayu pada beberapa tipe kayu (Gerhard, 1977, dalam Haygreen&Bowyer, 1996).

(32)

Gambar 2.5 hubungan antara tingkat beban dan waktu sampai rusak untuk kayu bebas cacat dan produk hutan majemuk

Sepuluh tahun dianggap sebagai jangka waktu kumulatif bahwa kayu dalam suatu bangunan biasanya berada pada pembebanan yang hampir maksimum (Haygreen&Bowyer, 1996).

Cara yang paling praktis untuk meminimalisir rayapan (creep) pada kayu utuh dan produk-produk kayu lainnya ialah dengan menghindari pembebanan yang berlebihan, menggunakan bahan yang benar-benar kering, dan melindungi kayu itu sendiri dari perubahan kadar air dengan pelapisan permukaan yang baik.

kayu

Jangka waktu sampai rusak (jam)

Tingkat tegangan (% uji jangka pendek)

Papan partikel

Papan keras Kayu lapis

(33)

2.2. Pengawetan Kayu

Keawetan kayu berhubungan erat dengan pemakaiannya. Kayu dikatakan awet bila mempunyai umur pakai yang lama. Kayu berumur pakai lama bila mampu menahan bermacam-macam faktor perusak kayu. Keawetan kayu ialah daya tahan suatu jenis kayu terhadap faktor-faktor perusak yang datang dari luar tubuh dan kayu itu sendiri (Hunggurami, E et al., 2014).

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi daya tahan suatu jenis kayu adalah:

1. Serangga perusak

2. Kembang-susut akibat perubahan kandungan air 3. Pemakaian kayu

Kerugian yang terjadi akibat kerusakan kayu oleh faktor biologis tiap tahunnya mencapai milyaran rupiah. Kerusakan tersebut terjadi baik pada pohon yang masih berdiri, balok segar, kayu gergajian, maupun produk-produk kayu lain dalam penyimpanan dan pemakaian. Oleh karena itu upaya pengendalian terhadap jasad hidup perusak kayu tersebut telah lama dilakukan baik secara fisik, mekanik, kimia maupun secara hayati (Damanik, Revandi, 2003).

Indonesia memiliki luas hutan nomor dua di dunia setelah Brazil, yaitu 120,35 juta hektar (sekitar 10% hutan tropis dunia). Akan tetapi, hanya sebagian kecil saja dari jenis kayu di Indonesia yang memiliki tingkat keawetan tinggi, yaitu kelas awet I dan II (14,3%) dan sisanya yaitu 85,7% mempunyai tingkat keawetan yang rendah, kurang dan tidak awet (Martawijaya, dalam Darmono et al., 2013).

Kayu dengan kelas awet rendah rentan terhadap serangan organisme pengganggu kayu sehingga perlu diwetkan terlebih dahulu sebelum digunakan (Barly & Lelana 2010). Bahan pengawet yang digunakan salah satunya adalah senyawa borat. Borat telah memainkan peran yang semakin meningkat dalam pengawetan kayu di seluruh dunia sejak pelarangan CCA sebagai bahan pengawet

(34)

kayu pada tahun 2004 (Freeman et al. 2008). Borat banyak dipilih karena mempunyai toksisitas yang rendah (Mampe 2010).

Menurut Darmono dkk (2013), penggunaan kayu sebagai material konstruksi dan produk berbahan kayu lainnya sudah mulai mengarah pada penggunaan kayu yang cepat tumbuh. Kayu yang cepat tumbuh pada umumnya mempunyai tingkat keawetan yang cenderung rendah (kelas awet IV atau bahkan V).

Keawetan alami kayu sangat dipengaruhi oleh kadar ekstraktifnya.

Meskipun tidak semua ekstraktif beracun bagi organisme perusak kayu pada umumnya namun, terdapat kecenderungan bahwa semakin tinggi kadar ekstraktif keawetan alami kayu cenderung meningkat pula (Wistara et al. 2002). Di hutan Indonesia ada sekitar 4.000 jenis kayu, namun dari jumlah tersebut hanya sebagian kecil saja yang telah diketahui sifat dan kegunaannya dan baru 120 jenis yang sudah diperdagangkan. Hasil pengamatan menunjukan bahwa dari jumlah 3233 yang dikumpulkan oleh Balai Penelitian Hasil Hutan, 80 – 85% termasuk kelas awet III, IV, dan V (Martawijaya 1981 dalam Barly dan Martawijaya 2000).

Keawetan alami dapat diperbaiki dengan pengawetan sehingga umurnya dapat meningkat beberapa kali lipat. Untuk kayu perumahan minimal dapat mencapai 20 tahun (Abdurrohim 2007).

Pengawetan kayu dianggap sebagai salah satu tindakan paling efektif dalam meningkatkan mutu kayu. Ada empat faktor penting yang senantiasa diperhatikan dalam proses pengawetan kayu, yaitu kondisi kayu yang diawetkan, bahan pengawet, cara pengawetan, dan perlakukan setelah pengawetan (Batubara, 2006).

Tindakan pengawetan kayu dapat mempengaruhi sifat-sifat mekanis kayu.

Menurut Hunggurami E, et al (2014), persentasi perbedaan sifat-sifat mekanis kayu kelapa tanpa pengawetan dan dengan pengawetan konsentrasi pengawetan 3%, 6% dan 20% mengalami peningkatan kuat tekan tegak lurus serat sebesar 5.21 %, 58.06%, dan 158.06%. Untuk kuat tekan sejajar arah serat sebesar 7.12%,

(35)

39.26%, dan 71.40%. Sedangkan untuk kuat lentur mengalami peningkatan sebesar 34.76%, 87.76% dan 11991%.

2.2.1 Bahan Pengawet Kayu

Bahan pengawet adalah suatu senyawa (bahan) kimia, baik berupa tunggal maupun campuran dua atau lebih bahan, yang dapat menyebabkan kayu yang digunakan secara benar akan mempunyai ketahanan terhadap serangan cendawan, serangga, dan perusak-perusak kayu lainnya. Kayu menjadi awet karena bahan pengawet tersebut bersifat racun.

Menurut Haygreen&Bowyer (1996), ada beberapa persyaratan untuk bahan pengawet yang ideal digunakan, antara lain:

1. Beracun terhadap kisaran luas cendawan penyerang kayu

2. Tingkat keabadiannya tinggi (penguapannya rendah, tahan pencucian, kestabilan kimia)

3. Kemampuan untuk menembus kayu dengan mudah

4. Tidak menyebabkan karat pada logam dan tidak melukai kayunya 5. Aman penanganan dan penggunaannya

6. Ekonomis.

Pada umumnya, bahan pengawet kayu dibedakan menjadi dua, yaitu bahan kimia larut minyak dan bahan kimia larut air.

Bahan kimia larut minyak mempunyai sejumlah keuntungan dalam situasi yang sangat basah, karena di samping beracun terhadap cendawan perlakuan tersebut menghambat gerakan air cair. Salah satu kekurangan dari senyawa-senyawa yang mempunyai minyak dalam kandungannya adalah bahwa permukaan kayu akan menjadi berminyak dan sulit untuk dicat. Tipe bahan pengawet larut minyak yang paling umum digunakan adalah kreoso ter batubara,

(36)

larutan ter baturaka kreosot, larutan kreosot-minyak tanah, pentaklorofenol (PCP) dalam minyak, tembaga nafrenat, dan PCP dalam pelarut organik ringan dengan suatu bahan penolak air.

Bahan kimia larut air merupakan tipe bahan pengawet yang paling sering digunakan. Terdapat beberapa jenis bahan pengawet larut air untuk pengawetan kayu, yaitu:

a. Copper Chrome Boron (CCB) b. Asam borat

c. Boraks

Boraks adalah suatu senyawa berbentuk kristal, berwarna putih, tidak berbau, larut dalam air, dan stabil pada suhu dan tekanan normal. Boraks merupakan garam natrium subklas karbonat dengan rumus kimia yaitu Na2B4O7.10 H2O atau Na2[B4O5(OH)4].8H2O.

Hugh dan Garat (1938) dalam Hendro Sutrisno mengemukakan bahwa boraks merupakan pengawet yang tahan terhadap api dan mempunyai daya racun terhadap jamur. Dikatakan pula penggunaan boraks dengan konsentrasi 5% sudah cukup untuk pengawetan dan dianjurkan sebaiknya kayu yang diawetkan itu berada dalam keadaan siap pakai (Hendro Sutrisno, 2011).

Dalam pengawetan kayu, boraks sendiri merupakan jenis termisida organik yang berasal dari mineral boron dan mempunyai nama dagang Imparalii 16 SP. Cara kerjanya sebagai protectants, yakni termisida yang mampu melindungi bahan dari serangan dan kerusakan yang diakibatkan rayap perusak.

Boraks jarang digunakan dalam bentuk aslinya, tetapi dialihkam dalam bentuk lain berupa konsentrasi atau pekatan yang diformulasikan sehingga menjadi bahan siap pakai. Sebelum dipakai, formulasi tersebut harus dicampur dengan bahan pengencer seperti air dan larutan asam boraks (Kurnia W Prasetiyo dan Sulaeman Yusuf (2004), dalam Sutrisno, 2011).

(37)

Beberapa kelebihan dari bahan persenyawaan bor adalah:

1. Beracun terhadap jamur perusak kayu 2. Beracun terhadap serangga

3. Dapat digunakan baik secara vakum maupun cara difusi

4. Kayu yang diawetkan dengan persenyawaan bor tidak berbahaya bagi manusia, ternak dan tidak berbau

5. Tidak korosif terhadap logam

6. Dapat diplitur seperti halnya kayu yang tidak diawetkan

7. Tida menimbulkan warna pada kayu, bila diinginkan warna tertentu dapat ditambahkan cat atau zat warna pada pelatutnya

2.2.2 Metode Pengawetan Kayu

Metode pengawetan merupakan cara memasukkan bahan pengawet ke dalam kayu. Ada beberapa metode pengawetan kayu:

1. Metode pencelupan dan penyemprotan 2. rendaman dingin

3. rendaman panas-dingin 4. proses vakum.

Pengawetan dengan metode perendaman dilakukan dengan merendam kayu di dalam bahan pengawet larut air pada suhu kamar (Suranto 2002). Proses pengawetan rendaman dingin termasuk proses sederhana yang dianjurkan untuk mengawetkan kayu bangunan perumahan dan gedung.

Metode rendaman dingin dapat dilakukan dengan bak dari beton, kayu atau logam anti karat yaitu kayu direndam di dalam bak larutan bahan pengawet yang telah ditentukan konsentrasi bahan pengawet dan larutannya, selama dua

(38)

minggu. Kayu yang diawetkan tidak boleh terapung, tetapi harus tenggelem, bahan kayu gergajian harus disusun secara baik dengan diberi ganjal kira-kira 1 cm. Susunan demikian dimaksudkan untuk memberi peluang bagi sirkulasi bahan pengawet dan memberi jalan bagi udara yang keluar dari dalam kayu.

Menurut Dumanau (2001), keuntungan dan kerugian metode rendaman dingin dalam pengawetan adalah:

 Keuntungan

a. Retensi dan penetrasi bahan pengawet lebih banyak dibanding metode peleburan, penyemprotan, dan pencelupan

b. Kayu dalam jumlah banyak dapat diawetkan bersama c. Larutan dapat digunakan berulang kali

 Kerugian

a. Waktu lebih lama dibanding rendaman panas dingin b. Peralatan mudah terkena karat

c. Kayu basah agak sulit diawetkan

2.3. Kekuatan Lentur Balok

Menurut Haygreen dan Bowyer, 1989 kuat lentur merupakan sifat kekuatan dengan mengetahui kuat lentur dari suatu gelagar dapat ditentukan beban yang dapat dipikul oleh gelagar tersebut.

Metode pengujian ada 2 cara yaitu menggunakan model dan ukuran sebenarnya (berukuran struktural). Pengujian lentur dengan menggunakan model dengan ASTM D 143 – 52 ukuran benda uji 5 x 5 x 76 cm, dengan jarak antar tumpuan 70 cm, pembebanan diberikan ditengah-tengah bentang secara statis.

Sedangkan ukuran sebenarnya (struktural), pengujian sesuai dengan SNI 03-3975- 1995 dengan panjang total 6h +1m + 2h, dengan jarak antar tumpuan 6h + 1m, pembebanan menggunakan metode third point loading. Perhitungan kekuatan lentur kayu dapat dihitung berdasarkan rumus (Rochadidkk, 1996: 8):

(39)

dimana:

lt = keteguhan lentur maksimum (MPa) M = momen (mm⁴)

W = tahanan momen (mm³) P = beban maksimum (N) a = jarak tumpu (mm) b = lebar benda uji (mm) h = tinggi benda uji (mm)

(40)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Flowchart Penelitian

Perhitungan lentur balok kayu sebelum dan sesudah diawetkan hasil eksperimen

Pengawetan dengan rendaman dingin selama 10 hari

Pengujian Lentur Balok Kayu meliputi:

 Pengujian lentur balok kayu sebelum diawetkan

 Pengujian lentur balok kayu sesudah diawetkan Pengujian Physical Properties dan

Mechanical Properties kayu

Kayu Pengawet

Boraks Penyediaan Bahan

Perhitungan Bahan Pengujian di laboratorium Mulai

Perhitungan secara

Penarikan kesimpulan dan saran

Selesai Perhitungan beban

maksimum, tegangan lentur dan lendutan

maksimum balok

(41)

3.2 Persiapan dan Pelaksanaan Pengujian 3.2.1. Persiapan Pengujian

Persiapan pengujian dilakukan dengan terlebih dahulu menyiapkan benda uji. Tahapan selanjutnya ialah dilakukan pengujian physical properties kayu, mechanical properties kayu dan pengujian kuat lentur balok struktural. Adapun dilakukannya pengujian physical properties dan mechanical properties kayu adalah untuk mendapatkan nilai karakteristik kayu yang diperlukan sebagai acuan pada perhitungan. Pengujian dan perhitungan physical properties dan mechanical properties kayu pada penelitian ini mengacu pada SNI-03.

3.2.2 Pengujian Physical Properties dan Mechanical Properties 3.2.2.1 Pengujian Kadar Air

 Standar pengujian : SNI 03-6850-2002

 Ukuran sampel : 50 mm x 50 mm x 50 mm

 Jumlah benda uji : 8 (delapan) sampel

Gambar 3.1. Sampel Pengujian Kadar Air

Masing-masing benda uji sampel ditimbang dan dicatat sebagai berat awal.

Penimbangan dilakukan setiap hari. Pengeringan bahan dilakukan berdasarkan kering udara yaitu bahan dibiarkan dalam ruangan dengan suhu kamar, terlindung

(42)

dari pengaruh cuaca seperti panas dan lembab sehingga benda uji menunjukkan berat yang stabil atau disebut juga dengan berat kering udara. Persentase angka kadar air adalah:

...(3.1) Dimana:

KA = kadar air (m%) BA = berat kayu basah (gr) BKO = berat kayu kering-oven (gr)

3.2.2.2 Pemeriksaan Berat Jenis

Gambar 3.2. Sampel Pengujian Berat Jenis

(43)

Sampel ditimbang dan dicatat beratnya. Perhitungan akhir berat jenis sampel dengan mengambil rata-ratanya. Untuk mencari berat jenis kayu digunakan rumus sebagai berikut:

...(3.2)

Dimana:

BJ = berat jenis K = konstanta (1000)

BA = berat awal benda uji (gr) L = panjang benda uji (mm) KA = kadar air benda uji (%) B = lebar benda uji (mm) H = tinggi benda uji (mm)

3.2.2.3. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat

 Ukuran sampel : 50 mm x 50 mm x 200 mm

 Jumlah benda uji : 5 (delapan) sampel

Gambar 3.3. Sampel Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat

(44)

Sampel yang telah tersedia dimasukkan ke dalam mesin tekan. Sisi ujung bagian atas dan bawahnya berada pada mesin penekan. Penekanan dilakukan secara perlahan dengan kecepatan sekitar 1 mm/menit. Pengujian diberhentikan apabila jarum pembacaan dial berhenti dan menunjukkan angka yang tetap, yaitu pada saat keruntuhan pada sampel terjadi.

Besar nilai pembacaan akhir dicacat sebagai beban tekan (nilai P).

Kekuatan tekan kayu pada arah sejajar serat dihitung dengan menggunakan rumus:

( )...(3.3) Dimana:

=tegangan tekan sejajar serat (Mpa) P= beban tekan maksimum (N)

A= luas bagian yang tertekan (mm²)

3.2.2.4. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat

Gambar 3.4. Sampel Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat

(45)

Sampel yang telah tersedia dimasukkan ke dalam mesin tekan..

Penekanan dilakukan secara perlahan dengan kecepatan 0,3 mm/menit. Pengujian diberhentikan apabila jarum pembacaan dial berhenti dan menunjukkan angka yang tetap, yaitu pada saat keruntuhan pada sampel terjadi.

Besar nilai pembacaan akhir dicacat sebagai beban tekan (nilai P).

Kekuatan tekan kayu pada arah tegak lurus serat dihitung dengan menggunakan rumus:

( )...(3.4) Dimana:

=tegangan tekan tegak lurus serat (Mpa) P = beban tekan maksimum (N)

A = luas bagian yang tertekan (mm²)

3.2.2.5. Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat

 Ukuran sampel : 10 mm x 10 mm

 Jumlah benda uji : 5 (delapan) sampel .

Gambar 3.5. Sampel Pengujian Kuat Tarik Sejajar Serat

(46)

Kecepatan pembebanan pada saat pengujian adalah 20 MPa/ menit.

Kekuatan tarik kayu sejajar arah serat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

...(3.5) Dimana:

= tegangan tarik sejajar serat (Mpa)

= beban tarik maksimum (N) A = luas bagian yang ditarik (mm²)

3.2.2.6. Pengujian Kuat Tarik Tegak Lurus Serat

 Ukuran sampel : 50 mm x 50 mm

Gambar 3.6. Sampel Pengujian Kuat Tarik Tegak Lurus Serat

(47)

Kecepatan pembebanan pada saat pengujian adalah 1 MPa/ menit.

Kekuatan tarik kayu sejajar arah serat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

...(3.6) Dimana:

= tegangan tarik sejajar serat (Mpa)

= beban tarik maksimum (N) A = luas bagian yang ditarik (mm²)

3.2.2.7 Pengujian Kuat Lentur

Gambar 3.7. Sampel Pengujian Kuat Lentur

(48)

Sampel dengan panjang 76 cm diletakkan pada dua perletakan sendi-sendi dan diberi gaya (P) terpusat secara bertahap pada bagian tengah bentang. Pada saat pembebanan dilakukan maka besar gaya yang diberikan sudah langsung terbaca pada dial. Setiap penambahan beban yang diberikan nilai penurunan (f) dicatat sampai pada kondisi sampel patah. Dari parameter diatas maka nilai kuat lentur yang dihitung dengan menggunakan rumus:

...(3.7) Dimana:

P= beban uji maksimum (N) L= jarak tumpuan (mm) h= lebar benda uji (mm) b= lebar benda uji (mm) fb= kuat lentur (Mpa)

3.2.2.8 Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat

Gambar 3.8. Sampel Pengujian Kuat Geser Sejajar Serat

(49)

Perhitungan kuat geser kayu sejajar serat menggunakan rumus:

...(3.8) Dimana:

= kuat geser (Mpa) P = beban maksimum (N) B = lebar benda uji (mm) H = tinggi benda uji (mm)

3.3. Pengawetan Balok Kayu

Balok kayu diawetkan dengan bahan pengawet boraks konsentrasi 10%.

Metode pengawetan pada penelitian ini adalah metode rendaman dingin (SNI 03- 3233-1998) selama 10 hari. Benda uji yang diawetkan berjumlah 2 buah dengan ukuran masing-masing 2 m x 0,1 m x 0,075. Pelaksanaan pengawetan kedua balok kayu dilakukan di dalam sebuah bak berukuran 2,5 m x 0,65 m x 0,45 m.

Sebelum balok kayu diawetkan, dilakukan pengujian kadar air pada balok kayu dengan mengambil sampel pada balok kayu yang akan diawetkan. Nilai kadar air yang didapatkan pada balok kayu adalah:

Berikut merupakan jumlah boraks yang diperlukan untuk proses pengawetkan balok kayu:

(50)

Jumlah boraks = 10% x volume air yang dibutuhkan

= 10% x 475 liter

= 27,625 kg.

Adapun tahapan pengawetan adalah sebagai berikut:

1. Benda uji diletakkan diletakkan di dalam bak perendam yang berisi larutan boraks

2. Tahan balok kayu yang sedang diawetkan agar tidak tersembul ke atas dengan meletakkan batu-batu di atas balok kayu.

3. Boraks sebanyak 10% dilarutkan di dalam air dalam sebuah bak perendam.

4. Benda uji didinginkan selama 10 hari di dalam campuran boraks 5. Setelah 10 hari, benda uji dikeringkan di udara

3.4. Pengujian kuat lentur balok kayu

Setelah dua buah benda uji diawetkan, dilakukan pengujian kuat lentur balok kayu di Laboratorium Struktur, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Pada penelitian ini, terdapat 4 buah benda uji, 2 buah benda uji tanpa pengawetan, dan 2 benda uji dengan pengawetan. Pengujian kuat lentur balok kayu dilakukan dengan menggunakan Jack Hydraulic berkapasitas 100 Ton.

1. Pengujian lentur balok kayu

Berikut langkah-langkah yang dilakukan dalam pelaksanaan pengujian lentur balok kayu:

a. Balok kayu diletakkan di atas perletakan sendi dan rol

b. Benda uji harus diletakkan pada posisi sumbu kuat dan dibebani dengan cara third point loading, atau dengan dua beban titik pada panjang bendtangnya, yang masing-masing berjarak a≥3 kali tinggi penampang balok uji, dari tumpuan terdekatnya

(51)

c. Panjang bentang total L sama dengan 18 kali tinggi nominal penampang benda uji

Gambar 3.9. Letak Beban dan Tumpuan

d. Untuk mengukur lendutan yang terjadi pada balok, pasang 3 buah dial indikator dimana dengan dial pertama diletakkan 40 cm dari perletakan sendi, dial kedua diletakkan di tengah-tengah bentang, dan dial ketiga diletakkan 40 cm dari perletakan rol. Dial ini dipasang tepat menyentuh dasar balok kayu, dan sebelum dibebani Dial Indikator harus berada pada posisi angka nol.

e. Setelah semua perangkat alat pengujian disiapkan, kemudian dilakukan pembebanan secara berangsur dengan kenaikan setiap 100 psi atau setara dengan 527 kg pada pembacaan manometer jack.

f. Setiap tahapan pembebanan, dilakukan pembacaan lendutan serta mengamati deformasi yang terjadi pada balok.

g. Selama pembebanan berlangsung, diperhatikan dan dicatat mulai terjadinya retak pertama

h. Pembacaan dilakukan hingga balok kayu mencapai keruntuhan

(52)

BAB IV

ANALISA DAN HASIL PEMBAHASAN

4.1. Hasil Penelitian

4.1.1 Hasil Pengujian Physical dan Mechanical Properties Kayu Pengujian dan perhitungan hasil physical properties dan mechanical properties dilakukan berdasarkan SNI-03.

4. 1.1.1 Pengujian Kadar Air

Pengujian kadar air kayu menggunakan 8 buah. Penelitian ini dilakukan hingga sampel mencapai kondisi kering udara (kadar air 15 %), yaitu pada saat berat sampel menunjukkan angka yang tetap dan tidak berubah lagi.

Sebagai contoh, digunakan sampel 1:

( )

Kadar air sampel KA 1 :

( )

Rata-rata sampel :

̅ Standar Deviasi :

√ ( ̅)

Kadar air rata-rata :

( )

Maka, kadar air rata-rata dari 8 sampel kayu tersebut adalah 10,087%.

(53)

Tabel 4. 1. Hasil Pengujian Kadar Air No.

Kode

p (mm)

l (mm)

t (mm)

Volume (mm³)

BA (gr)

BB (gr)

BKO (gr)

KA (%) KA 1 50 50 50 125000 87,56 78,73 78,73 11,216 KA 2 48 49 50 117600 87,94 75,35 75,35 16,709 KA 3 49 50 50 122500 85,43 74,26 74,26 15,042 KA 4 48 50 48 115200 74,01 62,18 62,18 19,025 KA 5 48 48 50 115200 81,78 70,73 70,73 15,623 KA 6 50 49 50 122500 81,53 71,69 71,69 13,726 KA 7 50 50 50 125000 89,12 77,12 77,12 15,560 KA 8 49 50 49 120050 78,77 68,05 68,05 15,753

Rata-rata 15,332

SD 2,251

Kadar air rata-rata 10,087

4.1.1.2 Pengujian Berat Jenis

Pemeriksaan berat jenis dilakukan terhadap 6 ( enam) buah sampel berukuran 2,5 cm x 5 cm x 7,5 cm. Pengujian ini juga dilakukan pada saat kondisi kayu kering udara dan didapat hasil sebagai berikut.

Perhitungan berat jenis kayu berdasarkan berat dan volume sebagai berikut ;

Kadar air sampel BJ 1 :

( )

(54)

Berat jenis sampel :

Rata-rata sampel :

√ ( ̅)

Berat jenis rata-rata :

( )

Maka, berat jenis rata-rata dari 5 sampel kayu tersebut adalah 0,981.

Tabel 4. 2. Hasil Pengujian Berat Jenis No.

Kode

p (mm)

l (mm)

t (mm)

Volume (mm³)

BA (gr)

BB (gr)

BKO (gr)

KA (%)

BJ

BJ 1 50 48 50 120000 132,78 115,45 115,45 15,011 1,107 BJ 2 48 50 50 120000 128,85 109,12 109,12 18,081 1,074 BJ 3 49 50 50 122500 126,46 110,76 110,76 14,175 1,032 BJ 4 50 49 50 122500 131,92 114,25 114,25 15,466 1,077 BJ 5 50 47 50 117500 120,03 103,8 103,80 15,636 1,022

Rata-rata 1,062

SD 0,035

Berat Jenis Rata-Rata 0,981

(55)

4.1.1.3 Pengujian Susut

Pengujian susut arah radial dan tangensial kayu menggunakan sampel berukuran 25 mm x 25 mm x 100 mm berjumlah 10 buah.

Perhitungan susut kayu sebagai berikut ;

Persen susut sampel SU 1 :

( ) ( )

( )

Rata-rata sampel :

√ ( ̅)

Persen susut rata-rata :

( )

Maka, persen susut rata-rata dari 10 sampel kayu tersebut adalah 4,073%

(56)

Tabel 4. 3. Hasil Pengujian Susut

No.

Kode

Jenis Kayu

Dimensi Awal Berat Awal (gr)

Arah Susut Kondisi Kayu p

(mm) l (mm)

t (mm)

SU 1 Mahoni 100 25 24,5 56,3 Tangensial dan radial Kering Udara SU 2 Mahoni 100 24 25 60,2 Tangensial Kering Udara SU 3 Mahoni 100 25 25 58,4 Tangensial dan radial Kering Udara SU 4 Mahoni 100 24 23,5 55,65 Tangensial Kering Udara SU 5 Mahoni 100 24 23 54,1 Longitudinal dan radial Kering Udara SU 6 Mahoni 100 24 23,5 53,05 Tangensial dan radial Kering Udara SU 7 Mahoni 100 24,5 25 58,65 Longitudinal dan tangensial Kering Udara SU 8 Mahoni 100 24,5 25,5 58,6 Tangensial dan radial Kering Udara SU 9 Mahoni 100 24,5 25 58,45 Tangensial Kering Udara SU 10 Mahoni 100 24,5 24 54,7 Tangensial dan radial Kering Udara

(57)

No.

Kode

Jenis Kayu

Dimensi Akhir

Berat Akhir (gr)

Kadar Air (%)

Persen Susut P (%)

(mm)

l (mm)

t (mm)

SU 1 Mahoni 100 23,5 23,5 50,75 10,936 10,910

SU 2 Mahoni 100 23,5 25 53,81 11,875 2,128

SU 3 Mahoni 100 23,5 24,5 52,52 11,196 8,554 SU 4 Mahoni 100 23,5 23,5 47,01 18,379 2,128 SU 5 Mahoni 95,5 23 23,5 45,51 18,875 6,940

SU 6 Mahoni 100 23,5 23 44,15 20,159 4,348

SU 7 Mahoni 95,5 23,5 25 52,55 11,608 9,168

SU 8 Mahoni 100 23,5 25 52,47 11,683 6,340

SU 9 Mahoni 100 23,5 25 52,60 11,123 4,255

SU 10 Mahoni 100 23,5 23,5 49,66 10,149 6,474

Rata-rata 6,124

SD 2,934

Persen Susut Rata-Rata 4,073

4.1.1.4. Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat

Hasil pemeriksaan kuat tekan sejajar arah serat kayu dengan 5 (lima) buah sampel berukuran 5 cm x 5 cm x 20 cm adalah sebagai berikut.

Perhitungan kuat tekan sejajar serat kayu sebagai berikut ;

( )

Kuat tekan sejajar serat sampel TE 1 S, sebagai berikut;

(58)

Rata-rata sampel :

̅

Standar Deviasi :

√ ( ̅)

Kuat tekan sejajar serat rata-rata :

( )

Maka, kuat tekan sejajar serat rata-rata adalah .

Tabel 4. 4. Hasil Pengujian Kuat Tekan Sejajar Serat

No. Kode Jenis Kayu

Ukuran Beban

Maksimum (N)

Kuat Tekan (Mpa) B

(mm)

H (mm)

TE 1 S Mahoni 48 50 56087 23,36958

TE 2 S Mahoni 49 50 67664 27,61796

TE 3 S Mahoni 48 50 57252 23,85500

TE 4 S Mahoni 48 50 62199 25,91625

TE 5 S Mahoni 48 50 60050 25,02083

Rata-Rata 25,15593

SD 1,6986

Kuat Tekan Sejajar Serat 21,19812

(59)

Adapun grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji adalah:

Gambar 4.1. Grafik pembebanan terhadap perubahan panjang benda uji 1 (kuat tekan sejajar serat)

(60)

(61)

4.1.1.5. Pengujian Kuat Tekan Tegak Lurus Serat

Hasil pengujian kuat tekan tegak lurus serat dengan ukuran sampel 50 mm x 50 mm x 150 mm berjumlah lima buah adalah sebagai berikut:

Perhitungan kuat tekan tegak lurus serat kayu sebagai berikut ;

( ) Kuat tekan tegak lurus serat sampel TE 1 TL :

Rata-rata sampel :

̅