analisis sifat mekanis kayu ebony di sulawesi tengah - jurnalsmartek

ekSIPIL MESIN ARSITEKTUR ELEKTROANALISIS SIFAT MEKANIS KAYU EBONY DI SULAWESI TENGAHBakri *AbstractEbony wood is kinds of wood which exist in tropical areas like Sulawesi Tengah. This woodgenerally is used to building material, handicrafts, and furniture. For making product, this wood istreated previously like heating and mechanical treatment. Mechanical properties in this wood isvery important. In this research, testing of mechanical properties was done. Experimental methodwas used in this research where specimens were chose randomly in wood industry in Palu-Sulawesi Tengah. The results are: a) moisture content and density are 12.7% and 0.784; b)Mechanical properties like tensile strength with loading of fiber direction 219,66 MPa andelongation 14,05 %, compress strength 80,18 MPa, shear strength 9,15MPa, MOR and MOE are157,19 MPa and 17.345,46 MPa respectively, and hardness with loading of perpendicular to fiberHB 144,67 and direction to fiber HB 141,38.Key word: Ebony wood, Sulawesi TengahAbstrakKayu ebony atau kayu hitam merupakan jenis kayu yang tumbuh di daerah tropis seperti diSulawesi Tengah. Jenis kayu ini digunakan sebagai bahan bangunan, kerajianan, dan furnatur.Dalam pembuatan barang jadi, kayu ebony (hitam) umumnya dilakukan perlakuan sebelumnyaseperti pengeringan dan pengerjaan mekanis. Pengetahuan akan sifat mekanis dari jenis kayu inisangat diperlukan. Dalam penelitian ini dilakukan pengujian sifat mekanis berupa kuat tarik, kuattekan, kuat geser, kuat lentur dan tingkat kekerasan.Metode yang digunakan dalam pengujian kayu ebony yang diambil sampel secara random darisalah satu pengusaha kayu di Palu- Sulawesi Tengah adalah metode eksperimen. Dari hasilpengujian diperoleh a) kadar air dan berat jenisnya yaitu 12,7 % kadar air dan berat jenis, b) sifatmekanis kayu ebony yang diuji meliputi kuat tarik dengan pembebanan searah serat ( 219,66MPa) dengan keuletan 14,05 %, kuat tekan searah serat (80,18 MPa), kuat geser searah serat(9,15MPa), kuat lentur /bending dalam hal ini adalah Modulus of Rupture (157,19 MPa) danModulus elastisnya adalah 17.345,46 MPa, dan tingkat kekerasan pada kayu eboni adalah HB144,67 tegak lurus serat dan HB 141,38 yang searah serat.Kata kunci: Kayu eboni, Sulawesi Tengah1. PendahuluanKayu ebony atau kayu hitammerupakan jenis kayu yang ada didaerah panas atau di daerah tropisseperti di Sulawesi Tengah. Jenis kayu inibanyak digunakan sebagai bahanbangunan, kerajianan, dan furnatur.Dalam pembuatan barang jadi darikayu ebony (hitam) umumnya dilakukanperlakuan sebelumnya sepertipengeringan dan pengerjaan mekanis.Tapi hal ini hanya dilakukan sebatasuntuk penggunaan bahan tersebuttanpa melalui pengujian dalammengetahui sifat mekanisnya lebih awal.Masyarakat umumnya mengenal kayuhitam (ebony) sebagai kayu yang kuatdan tahan lama. Hanya sebataskeadaan yang dilihat.Berdasarkan hal tersebut, makakami meneliti sifat mekanis kayu hitamberdasarkan kondisi kayu hitam yangada di Sulawesi Tengah. Hasil penelitianini diharapkan dapat memberikankontribusi/ manfaat pada pengusahakayu, pengrajin dan meubel khususnya* Staf Pengajar Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Tadulako, Palu

Jurnal SMARTek, Vol. 6, No. 1, Pebruari 2008: 9 - 17kayu ebony, dan memberikan informasikepada ilmuan dibidang material kayutentang sifat- sifat mekanis kayu ebonyyang ada di Sulawesi Tengah.Penelitian ini dilakukan untukmengetahui sifat mekanis kayu ebony diSulawesi Tengah. Sifat mekanis kayuadalah sifat lentur, kuat tekan, kuatgeser, kuat tarik dan kekerasan.2. Studi Pustaka2.1 Jenis Kayu EbonyUmumnya, kayu hitam (ebony)adalah bagian dari Ebenaceae, yangmerupakan jenis tumbuhan di daerahpanas dan di daerah tropis. Kayu ebonyadalah keras dan hitam. (www.Inplease. Com, 2003).Ada beberapa jenis kayu hitamyang mempunyai garis-garis hitam ataudengan kecoklat-coklatan yangdinamakan kayu Calamander atau jenisEbony. Jenis kayu ini antara lain adalahPersimmon. Kayu Persimmon terbataspenggunaanya dalam pembuatanbarang (www.inplease.com, 2003).Kayu ebony yang banyaktumbuh di Indonesia khususnya diSulawesi dimana dalam bahasasetempat disebut sebagai kayu hitam(Diospyros Celebica) berasal dari familiEbenaceae, mempunyai massa jenissebagai berikut; Low 1010 kg/m³,Medium 1090 kg/m³, High 1270 kg/m³,dengan kandungan air rata-rata 15 %(Martawijaya, A, 1992).2.2 Sifat mekanis kayuKayu adalah bahan yangmemiliki sel. Kayu merupakan bahanyang cukup komplek karena sifatnyayang anisotropikAnisotropik adalah struktur dansifat-sifat bahan (kayu) berbeda dalamarah yang berlainan (radial, tangensialdan longitudinal) (Gambar 1).Sifat-sifat kayu adalah kekuatan,kekerasan, kekakuan dan density(kepadatan). Dalam bahan yangberstruktur sederhana, berat jenis /density adalah sifat yang tidaktergantung pada struktur. Densitysebagai indikasi dari sifat mekanis.Density dan grafitasi spesifiksangat berhubungan dengan sifatmekanis kayu ( Haygreen and Bowyer,1989). Di samping itu, kadar air (moisturecontent) dari kayu juga sangatberpengaruh terhadap sifat mekaniskayu (Matan and Kyokong, 2003).Kekuatan dapat bervarisi sesuai dengankeadaan iklim atau pengeringan(Encarta Encyclopedia, 2000).Gambar 1. Anisotropik, Arah serat padakayuDensity kayu dikenal sebagaifaktor yang mempengaruhi kekuatankayu (Cown, 1992). Semakin tinggidensity spesies kayu cenderungmempunyai kekuatan lebih besardibanding dengan density yang lebihrendah dari spesies kayu (Addis Tsehayeet al., 1995b; Walker and Butterfield,1996). Density kayu dapat diukurdengan menggunakan metode ovendrydimana spesimen kayu dipotongsepanjang 25 mm arah melintang dandi oven pada temperatur 103 o C ± 2 o Csampai mencapai berat yangdiinginkan. Volume seksi arah melintangditentukan dari pengukuran dimensi fisik(Evertsen, 1988).Sifat mekanis berkaitan denganketahanan material terhadappembebanan. Parameter yangdigunakan dalam penentuan sifatmekanis kayu berdasarkan dari WoodHandbook - Wood as an engineeringmaterial (1993) adalah:a. Kekuatan tarik (tension)Kekuatan tarik yang tegak lurusdengan serat, ketahanan kayuterhadap gaya yang bekerja tegaklurus dengan serat cenderung10

Analisis Sifat Mekanis Kayu Ebony di Sulawesi Tengah(Bakri)membelah kayu. Nilai kekuatan inidinyatakan dalam kekuatan ratarataradial dan tangensial.Kekuatan tarik yang sejajar denganserat. Tegangan tarik maksimumdipertahankan pada arah sejajardengan serat. Nilai modulus ofrupture kadang-kadang digantikanuntuk kekuatan tarik yang kecil padakayu.b. Kekuatan tekan (compression)Kekuatan tekan yang sejajar denganserat. Tegangan maksimum yangdipertahankan oleh beban tekanyang sejajar dengan serat kayuspesimen mempunyai rasio terhadapdimensi kurang dari 11.Kekuatan tekan yang tegak lurusdengan serat, pada pembebanan inibelum jelas teganganmaksimummnya. Tegangan yangdiperlukan adalah pada batasproporsional. Perhitungan terhadapkekuatan tekan yang tegak lurusdengan serat sama denganperhitungan pada kekuatan tekansejajar dengan serat.c. Kekuatan Geser (Shear)Kekuatan geser yang sejajarterhadap serat. Tujuannya adalahmengetahuikemampuanmempertahankan internal slip padaserat dengan serat lainnya.. Nilaikekuatan ini diperoleh dari rata-ratakekuatan pada bidang geser radialdan tangensial.d. Kekuatan Lentur (Bending)Sifat lentur adalah sangat pentingdalam mendesain kayu. Banyakdesain struktur yang terkait dengankekuatan lentur atau beberapa fungsilentur seperti defleksi yangmerupakan kriteria pembatasandesain. Sifat mekanis yang dapatdiperoleh dari uji lenturan adalahmodulus rupture (MOR) dan moduluselastisitas (MOE).Modulus rupture adalah bebanmaksimum pada lentur danproporsinal terhadap momenmaksimum. Modulus ini merupakankriteria kekuatan.Modulus elastisitas (MOE)menunjukkan ketahanan elastikmaterial terhadap deformasidibawah pembebanan. MOE terkaitdengan hubungan proporsionaltegangan regangan dan dapatdihitung dari kurva teganganregangankarena perubahan dalamtegangan menyebabkan perubahandalam regangan.e. Kekerasan (hardness)Kekerasan umumnya didefinisikansebagai ketahanan terhadappenekanan.Nilainyadirepresentasikan dengan nilai rataratakekerasan radial dan tangensial.Penentuan kekerasan pada kayudapat ditentukan dengan prngujiankekerasan Brinnel yangmenggunakan bola penekan.Karakteristik spesifik seperti ukurannyaatau kedalaman merupakan ukurankekerasan.3. Metode PeneelitianMetode yang akan digunakanadalah metode eksperimen spesimenuji. Spesimen yang akan di uji adalahkayu hitam (eboni). Sebelum pengujiantarik, tekan, geser, lentur dan kekerasanterlebih dahulu berat jenis (density) kayuebony harus diketahui denganmelakukan pengukuran terhadapdensity-nya dan penentuan kadar air(moisture content). Spesimen inididapatkan dari pengusaha kayu ataudari sawmill.Dalam penelitian ini akandilakukan pengujian bahan kayu hitam(Ebony) yang diambil dari saw millsecara random seperti berikut:Akurasi data untuk pengujiantarik, tekan, geser, lentur dan kekerasandiperlukan spesimen minimal 10 buah,mengingat kayu hitam mempunyaistruktur yang anisotropik dalam hal iniketiga sisi kayu (radial, tangensial danlongitudinal) adalah tidak sama sifatmekanisnya. Pengujian ini dilakukan di11

Jurnal SMARTek, Vol. 6, No. 1, Pebruari 2008: 9 - 17Laboratorium Teknik Mesin Untaddengan Universal Testing Machine(UTM).Semua spesimen yang dibentukdi sesuaikan dengan standarisasi ISO1975.4. Hasil dan Pembahasan4.1 Kadar air dan Berat Jenis Kayu EbonyPengujian kadar air dandensitas/berat jenis kayu ebony yangdiambil dari sawmill secara random.Dimensi kayu dan sifat mekanis elastisdan termal bergantung pada kadar air(moisture content). Kayu juga bersifatanisotropik yang artinya bahwa sifatnyaberpengaruh pada arah serat. Sifatmekanis bergantung pada kedua sifatdi atas. Dalam penelitian ini kamimeninjau kedua karakter tersebut untukkemudian penentuan sifat mekanis kayudimana diperoleh kadar air 12.7 % danberat jenis 0.784. Nilai kadar ini sudahmencapai kering udara karena kadarair kering udara di Indonesia berkisarantara 10-18%.4.2 Kekuatan tarikKekuatan dari suatu kayutergantung pada seratnya. Kekuatantarik spesimen yang searah denganserat dapat dilihat pada Tabel 1.dimana dari 9 spesimen yang diujiterdapat variasi nilai kekuatanmaksimum tarik pada spesimen. Hal inidisebabkan karena sifat kayu yanganisotropik dan juga karena pengaruhserat pada kayu ebony dan padabagian ini bisa adanya knot sehinggapada saat ditarik terjadi konsentarasitegangan yang menyebabkanspesimen tersebut terjadi perpatahandengan cepat.Pada saat spesimen tarik diberikan beban maka serat kayu ebonymengalami pergeseran sedikit demisedikit sampai mencapai retakan.Retakan yang terjadi dimulai denganterjadinya bagian-bagian serat yangterputus sampai mencapai perpatahantotal pada spesimen uji.Untuk sejumlah spesimen yangdilakukan pengujian dapat diperolehbeban maksimum ataukekuatan/tegangan maksimum rataratayaitu 219,66 MPa.Tabel 1. Nilai Kekuatan TarikNo Ukuran Spesimen Tegangan ReganganSpes. (mm) (MPa) (%)1a p=3.31 , l = 3.71 212.54 8.122a p=3.88 , l = 4.21 229.57 19.003a p=3.60, l = 4.07 122.17 29.004a p=3.57, l = 4.44 246.68 11.625a p=3.47 , l = 3.56 236.38 9.146a p=3.98 , l = 4.71 215.51 15.447a p=3.54, l = 4.02 236.81 8.708a p=4.48, l = 4.99 238.42 14.449a p=3.41, l = 4.42 238.85 10.98Total 219.66 14.0512

Analisis Sifat Mekanis Kayu Ebony di Sulawesi Tengah(Bakri)Nilai ini menunjukkan bahwakayu eboni merupakan jenis kayu keras (hardwood).Sedangkan elongasi rata-rataadalah 14,05 % yang menunjukkanregangan terbesar pada kayu eboni.Regangan ini sangat dipengaruhi olehkekuatan serat antar serat begitu pulaikatan antar serat.4.3 Kekuatan tekanHasil pengujian yang dilakukandapat dilihat pada Gambar 2. tekananyang diberikan pada spesimenmenyebabkantimbulnyadistorsi/pergeseran terhadap arah tegakserat.Geseran terjadiakibat pembebananBidang geserGambar 3. Spesimen uji geser setelahpengujianTabel 2. Nilai kuat tekan yang sejajardengan seratKuatNoUkuran TekanSpes.(MPa)1b 20.37 x 20.32 x 60.98 84.002b 20.23x 20.23 x 61.57 81.003b 20.38 x 20.16 x 60.45 86.014b 20.53 x 20.43 x 60.57 74.915b 20.51 x 20.57 x 60.81 77.93Gambar 2. Spesimen uji setelah diujiKekuatan tekan yang diperolehdari hasil pengujian seperti yangditunjukkan dalam Tabel 2 adalah 80,18MPa. Kekuatan ini merupakan kekuatankayu eboni menahan beban tekanyang searah atau sejajar dengan arahserat.4.4 Kekuatan geserDalam Gambar 3. terlihatspesimen uji yang telah mengalamipengujian geser, pada saatpembebanan, bidang geser mengalamidistorsi pergeseran (slip) sampaimengalami kerusakan pada bagiandaerah geser.Kekuatan geser kayu ebonidapat ditunjukkan dalam Tabel 3. yangmerupakan hasil pengujian dari 10sampel yaitu 9,15 MPa.6b 20.33 x 20.36 x 61.36 81.907b 20.39 x 20.40 x 61.72 75.638b 20.41 x 20.40 x 61.05 68.719b 20.34 x 20.32 x 60.47 93.6810b 20.31 x 20.43 x 60.71 78.01Rata –rata 80.184.5 Kekuatan lentur (Bending)Posisi pembebanan lentur padapengujian kayu ebony seperti padaGambar 3. Beban diletakkan ditengahtengahbentangan spesimen.Gambar 3. Posisi perletakan spesimen uji13

Jurnal SMARTek, Vol. 6, No. 1, Pebruari 2008: 9 - 17Dalam proses pembebanan,naiknya nilai pembebanan (gayabeban) pada spesimen ujimenyebabkannaiknyadefleksi/lendutan pada batang sampaimencapai beban maksimum. Namun,setelah beban turun nilai lendutan terusmeningkat sampai spesimen mengalamiretak/patahan ( Gambar 4).Retakan setelahpembebananGambar 4. Spesimen uji yang telah diujiTabel 3. Nilai Kuat GeserNo Spes. Ukuran (mm) P(kN) A (mm 2 ) Kuat Geser (MPa)1c 24.94 x 15.25 5.50 380.34 14.462c 24.93 x 15.05 2.81 375.20 7.493c 25.00 x 17.06 3.04 426.50 7.134c 24.90 x 16.54 3.20 411.85 7.775c 25.00 x 17.01 3.23 425.25 7.606c 24.90 x 14.15 2.72 352.34 7.727c 24.83 x 15.07 3.89374.19 10.408c 25.07 x 15.65 5.25392.35 13.389c 24.84 x 16.06 2.82398.93 7.0710c 24.81 x 16.87 3.56418.54 8.51Rata-rata 9.15Tabel 5. Nilai MOR dan MOENo Ukuran Spesimen MOR MOESpes. (mm) (MPa) (MPa)1d b = 20.53, h = 20.34, L = 280 187.91 20,171.862d b = 20.38, h = 20.22, L = 280 185.49 19,544.193d b = 20.43, h = 20.43, L = 280 95.55 15,751.094d b = 20.41, h = 20.41, L = 280 117.08 14,389.765d b = 20.47, h = 20.45, L = 280 157.98 18,025.376d b = 20.54, h = 20.51, L = 280 105.97 11,891.8114

Analisis Sifat Mekanis Kayu Ebony di Sulawesi Tengah(Bakri)Tabel 5. (lanjutan)No Ukuran Spesimen MOR MOESpes. (mm) (MPa) (MPa)7d b = 20.35, h = 20.36, L = 280 169.78 18,532.948d b = 20.24, h = 20.36, L = 280 183.72 19,115.579d b = 20.40, h = 20.39, L = 280 199.07 20,468.7810d b = 20.43, h = 20.58, L = 280 169.40 15,563.28Rata-rata 157.19 17,345.46Dari Tabel 5 terlihat bahwa nilairata-rata dari modulus rupture (MOR)dari kayu ebony adalah 157,19 MPa.Nilai ini menunjukkan kekuatan lenturdari kayu eboni. Modulus ini digunakansebagai kriteria kekuatan terhadap kayueboni. Kekakuan dan elastisitas bahandapat ditunjukkan dari nilai moduluselastis bahan. Modulus elastis (MOE)kayu eboni seperti pada Tabel 5 adalah17.345,46 MPa. Modulus elastis kadangdigunakan untuk menunjukkankekakuan dari bahan/ material, makadalam hal ini nilai modulus tersebutdapat digunakan dalam menunjukkankekakuan dan ke elastisan kayu eboni.4.6 Kekerasan Kayu ebonyUmumnyakekerasanmerupakan ketahanan terhadappenekanan. Pengukuran terhadapkekerasan dilakukan dengan carapenekanan terhadap permukaanspesimen uji.Gambar 5. Spesimen kekerasan kayuebonyHasil pengujian kekerasandapat dilihat pada Gambar 5. Hasilpengujian yang diperoleh daripenekanan permukaan spesimenberbeda antara sisi tegak lurus serat (Tabel 6 ) dengan sisi ujung kayu /searahserat (Tabel 7). Nilai kekerasan padakayu ebony yang ditekan pada sisitegak lurus dengan serat adalah 144,67HB. Sedang pada sisi yang searah seratadalah 141,38 HB. Dari kedua hasil initerlihat tingkat kekerasan pada bagiansisi yang tegak lurus dengan penekananlebih kecil dari pada yang searah serathal ini disebabkan karena padapenekanan searah serat,Tabel 6. Nilai Kekerasan Brinnel KayuEbony tegak lurus seratNoP d HB(kN) (mm)1 3.59 5.06 166.342 4.24 5.58 158.713 3.70 5.71 131.624 3.59 5.68 129.215 3.65 5.50 141.046 3.57 5.60 132.587 3.61 5.91 118.948 3.69 5.24 158.509 3.62 5.04 169.1710 3.77 5.59 140.56Rata-rata 144.6715

Jurnal SMARTek, Vol. 6, No. 1, Pebruari 2008: 9 - 17Tabel 7. Nilai Kekerasan Brinnel KayuEbony searah seratNoP d HB(kN)(mm)1 3.65 5.55 138.262 3.60 5.55 136.373 3.81 5.69 136.594 4.31 5.97 138.825 3.59 5.14 160.796 3.52 5.46 138.217 3.66 5.42 146.058 4.49 5.91 147.939 3.94 5.68 141.8110 3.93 5.92 128.99Rata-rata 141.385. KesimpulanDari hasil pengujian mekanisyang dilakukan pada kayu eboni yangdi ambil secara random dari salah satupengusaha kayu di Palu- SulawesiTengah, maka dapat disimpulkan :1) Sebelum penentuan sifat mekaniskayu eboni terlebih dahulu diuji kadarair dan berat jenisnya yaitu 12,7 %kadar air dan berat jenis.2) Sifat mekanis kayu ebony yang diujimeliputi kuat tarik denganpembebanan searah serat ( 219,66MPa) dengan keuletan 14,05 %, kuattekan searah serat (80,18 MPa), kuatgeser searah serat (9,15%), kuatlentur /bending dalam hal ini adalahModulus of Rupture (157,19 MPa) danModulus elastisnya adalah 17.345,46MPa, dan tingkat kekerasan padakayu eboni adalah HB 144,67 tegaklurus serat dan HB 141,38 yang searahserat.3) Hasil pengujian sifat mekanisdiharapakan dapat menjadi sumberinformasi bagi penguna kayu eboniseperti pengusaha kayu, pengrajindan meubel.6. Daftar PustakaAddis Tsehaye, A.H. Buchanan andJ.C.F. Walker. (1995). Acomparison of density andstiffness for predicting woodquality. Or Density: The lazyman's guide to wood quality.Journal of the Institute of WoodScience 13(6):539-543.Cown D.J. (1992). Corewood (JuvenileWood) in Pinus radiata - shouldwe be concerned?NewZealand Journal of ForestryScience 22(1): 87-95.Ebony, www. inplease.com, 2003tanggal penelusuran 17Februari 2004Encarta Encyclopedia, 2000.Evertsen, J.A. (1988). Determination ofWood Quality in Sitka sprucePicea sitchensis (Bong.) Carr.by Destructive and Non –Destructive Methods.Haygree, J.G. and Bowyer, J.L., 1989,Forest Product and WoodScience, Iowa State UniversityPress, USA.Kasmujo (2001), Identifikasi Kayu danSifat-sifat Kayu, FakultasKehutanan, Universitas GadjahMada, YogyakartaMartawijaya, A. et.al (1992), IndonesianWood Atlas, Vol. I, AFPRDC,AFRD, Dept. of Forestry Bogor,Indonesia, p;35, Prosea 5(2) p;191. BogorMatan, N and Kyokong, B., 2003, Effectof Moisture Content on SomePhysical and MecanicalProperties of JuvenileRubberwood(Heveabrasiliensis Muell. Arg.),Songklanakarin J. Sci.Technology, Vol. 25 No. 3 May– Juni.16

Analisis Sifat Mekanis Kayu Ebony di Sulawesi Tengah(Bakri)Wood Handbook - Wood as AnEngineering Material (1993),United States Departemen ofAgriculture.Walker, J.C.F. and B.G. Butterfield.(1996). The importance of themicrofibril angle for theprocessing industries. NewZealand Forestry , Feb. 1996:34-40.17