Dr. Sentagi dan anggota tim dalam Kelompok Bidang Keahlian Integrated Smart and Green Building (INSGREEB) sukses melakukan diseminasi penelitian pada jurnal internasional Engineering Journal dengan judul “Design of an Acoustic-Based Nondestructive Test (NDT) Instrument to Predict the Modulus of Elasticity of Wood” pada tahun 2020 (Terjemahan literal: “Desain Tes Non-Destruktif berbasis Akustik untuk Memprediksi Modulus Elastisitas Kayu”).
Indonesia adalah salah satu negara di dunia dengan potensi kayu yang sangat berlimpah. Kualitas dari kayu ditentukan oleh sistem penilaian yang salah satunya menggunakan nilai modulus elastisitas (E) untuk memprediksi karakteristik mekanik dari kayu. Pengetahuan ini sangat penting ketika kayu akan digunakan sebagai bahan konstruksi. Salah satu cara yang saat ini masih sangat sering digunakan adalah menginspeksi kayu secara visual. Hanya saja cara ini tidak akurat karena karakteristik dan jenis kayu sangat beragam.
Penilaian kayu secara kuantitatif bisa memberikan hasil yang lebih akurat. Hanya saja prosedur yang diperlukan seringkali sangant kompleks dan bisa memperlambat penilaian. Secara prinsip, modulus elastisitas (E) menunjukkan ketahanan suatu bahan terhadap deformasi ketika diberikan beban eksternal. Modulus elastisitas bisa diukur secara destruktif atau non-destruktif. Metode destruktif secara sengaja memberikan beban mekanis ke batang kayu sampai batang tersebut rusak untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas statis (Es). Metode ini memiliki peralatan yang rumit dan membutuhkan sampel yang harus dirusak. Metode non-destruktif menggunakan beberapa metode seperti pembengkokan statik, getaran transversal dan longitudinal stress wave method (LSWM) untuk mendapatkan nilai modulus elastisitas dinamis (Ed). Pada penelitian ini Dr. Sentagi dan tim mengembangkan metode berbasis LSWM untuk membuat instrumen handheld yang bisa melakukan proses penilaian kayu secara praktis di lokasi pengolahan kayu, tidak harus di laboratorium.
Metode LSWM menggunakan hardware dan software untuk merekam impuls yang dihasilkan ketika kayu dipukul dengan palu, yang digunakan untuk mencari frekuensi resonasi (f0). Sebelum dipukul kayu harus dipastikan cukup kering. Selanjutnya, Ed dihitung dengan menggunakan nilai f0, panjang kayu (L), dan densitas kayu ρ. Hasil ini lalu dibandingkan dengan nilai Es untuk memastikan bahwa metode LSWM bisa diandalkan. Selain itu beberapa teknik digunakan untuk menghilangkan noise yang tidak terkait dengan modulus elastisitas kayu. Secara umum teknik yang digunakan bisa dilihat di Gambar-1.
Gambar-1. Studi penggunaan LSWM untuk memprediksi modulus elastisitas dinamik (Ed) dari kayu.
Pengujian non-destruktif berbasis LSWM ini dilakukan pada beberapa jenis kayu yang sering ada di Indonesia seperti Sonokeling, Jati, Sukun, Akasia, Munggur dan Mahogani untuk mendapatkan nilai Ed. Untuk memvalidasi hasil ini, semua sampel yang sudah diuji akan dites juga dengan metode destruktif untuk mendapatkan nilai Es sesuai dengan ASTM D143-94. Secara umum semua kayu yang diuji memiliki nilai R2 yang tinggi antara Ed dan Es kecuali untuk kayu Sonokeling. Untuk jenis kayu yang lain, korelasi antara Ed dan Es bisa dilihat di Gambar-2. Hasil di Gambar-2 menunjukkan bahwa ada korelasi kuat antara nilai Ed dan Es. Bisa disimpulkan bahwa metode LSWM bisa digunakan untuk memprediksi nilai modulus elastisitas (E) secara non-destruktif.
Gambar-2. Perbandingan nilai Ed dan Es untuk 5 jenis kayu (akasia, sukun, munggur, mahogani dan jati).
Selanjutnya Dr. Sentagi dan tim peneliti mengembangkan instrumen handheld untuk pengukuran nilai E dari kayu dengan metode LSWM dengan aplikasi yang diberi nama “MyWood”. Instrumen ini membuat pengujian sangat mudah dilakukan di lapangan. Alat ini juga dilengkapi dengan band-pass filter Butterworth orde-3 di sekitar frekuensi resonansi untuk menghilangkan noise yang ditangkap mikrofon dari gesekan kayu dengan penahan dan sumber-sumber lainnya. Instrumen ini bisa mengakomodasi gelombang akustik dengan rentang 800-4100 Hz yang berada pada nilai umum frekuensi resonansi longitudinal dari kayu.
Dengan alat dan aplikasi MyWood ini pengukuran modulus elastisitas kayu bisa dilakukan secara akurat, praktis, murah dan mudah. Metode non-destruktif ini sangat bermanfaat karena tidak memerlukan sampel untuk diuji sampai rusak. Sistem ini sangat praktis dan punya banyak potensi penarapan di berbagai industri pengolahan kayu di Indonesia. Sebagai komoditas yang sangat penting di Indonesia pengukuran modulus elastisitas kayu sangat krusial untuk memprediksi sifat mekanis dari kayu. Metode kuantitatif seperti ini bisa memberikan jaminan dalam pengendalian kualitas mekanis dari kayu yang tersedia di pasaran.
Untuk pertanyaan atau penjajakan kolaborasi penelitian, bisa berkorepondensi lansung dengan:
Dr. Sentagi S. Utami
Departemen Teknik Nuklir dan Teknik Fisika, Universitas Gadjah Mada
Email: sentagi@ugm.ac.id
Referensi
Utami, S. S., et al. (2020). “Design of an Acoustic-Based Nondestructive Test (NDT) Instrument to Predict the Modulus of Elasticity of Wood.” Engineering Journal 24(6): 109-116.
