Struktur dan Kekuatan Fisik Kayu

Struktur dan Kekuatan Fisik Kayu

Penggunaan produk yang berasal dari tanaman berkayu, terutama kayu, memanfaatkan kemampuan isolasi kayu, kekuatan, kemampuan kerja, dan kelimpahannya sebagai bahan konstruksi dan teknik.

Tidak ada bahan lain yang memiliki semua keunggulan kayu. Satu bahan mungkin sama dengan kayu dalam kualitas isolasi tetapi tidak memiliki kelimpahan dan biaya rendah. Yang lain mungkin menyaingi kekuatannya tetapi gagal dalam hal kemampuan kerja. Sepertiga mungkin peringkat dengan itu dalam kemampuan kerja tetapi gagal untuk mengukur dalam daya tahan. Jika kayu adalah bahan yang baru ditemukan, sifat-sifatnya akan mengejutkan dunia.

Sejak umat manusia pertama kali mulai membangun tempat perlindungan kasar pada awal peradaban, kayu telah tersedia sebagai bahan konstruksi. Kayu telah lama digunakan dalam konstruksi bangunan, jembatan, dan perahu.

Seiring berkembangnya teknologi, kayu juga menemukan berbagai bentuk yang kurang mudah dikenali, seperti kertas, film, dan produk pulp, yang banyak di antaranya merupakan andalan kehidupan sehari-hari.

Bahan berkayu dihasilkan di banyak tanaman, tetapi manifestasinya yang paling berguna adalah pada dahan dan batang pohon. Ada keragaman besar spesies pohon, dan sebagian besar zona iklim memiliki setidaknya satu pohon yang telah beradaptasi dengan kondisi yang berlaku di daerah itu.

Dengan demikian, kayu tersedia di sebagian besar wilayah berpenduduk di dunia. Kayu telah memainkan peran dominan sebagai bahan konstruksi dan rekayasa dalam masyarakat manusia , namun manusia telah hidup dengan bahan ini begitu lama sehingga signifikansinya mudah diabaikan.

Kayu keras dan Kayu lunak

Pohon secara luas diklasifikasikan menjadi kayu keras dan kayu lunak. Istilah-istilah ini bisa menyesatkan, karena tidak terkait dengan kekerasan kayu yang sebenarnya. Kayu keras adalah pohon berdaun lebar dan gugur. Kayu lunak, di sisi lain, memiliki daun sempit seperti jarum dan biasanya selalu hijau.

Ek, birch, dan basswood adalah spesies kayu keras yang umum, sedangkan pinus berdaun panjang, cemara, dan cemara adalah kayu lunak. Sementara beberapa kayu keras (misalnya, ek) sangat keras, banyak lainnya (kayu bass) tetap lebih lunak daripada rata-rata kayu lunak. Bahkan, balsa tergolong kayu keras, meski termasuk salah satu kayu terlembut di dunia.

Sejauh ini, sebagian besar kayu digunakan dalam struktur bangunanberasal dari kategori kayu lunak. Cemara Douglas, pinus selatan, dan kayu merah adalah beberapa spesies kayu lunak penting yang banyak digunakan dalam aplikasi struktural. Mereka relatif kuat dan dapat digunakan dalam elemen struktural seperti balok, balok, dan kolom.

Sebagai perbandingan, spesies kayu keras yang lebih kuat, seperti ek, relatif berat, sulit ditangani, dan sulit dipaku. Sejauh menyangkut konstruksi, kegunaannya terbatas; mereka umumnya hanya digunakan di lantai, lemari, dan furnitur.

Pasokan dan Pembuangan Kayu

Kayu adalah sumber daya terbarukan . Itu tidak ada dalam jumlah yang terbatas; melainkan, itu terus-menerus diproduksi di pohon-pohon yang tumbuh. Jika hutan dikelola dengan hati-hati, kayu dapat dipanen dengan hasil yang berkelanjutan, tahun demi tahun.

Penebangan Hutan

Kayu juga merupakan sumber daya yang dapat digunakan kembali. The daur ulang kayu dari bangunan tua didokumentasikan dengan baik. Kemudahan kayu dapat dipotong, disambung, dan dikerjakan ke dalam berbagai bentuk memungkinkan perpanjangan umur fungsionalnya melampaui banyak bahan konstruksi lainnya.

Kayu adalah produk alami yang dapat terurai secara hayati: Dapat direduksi menjadi karbohidrat dan ekstraktif penyusunnya melalui degradasi. Setelah kayu mencapai akhir masa pakainya, kayu dapat dibuang dengan sedikit kerusakan lingkungan. Tidak seperti plastik atau bahan kimia, kayu memiliki potensi polusi yang sangat rendah .

Sebuah studi menghitung potensi polusi dari berbagai bahan konstruksi, menemukan bahwa baja lima kali lebih mencemari daripada kayu, sementara aluminium dan balok beton masing-masing empat belas dan dua puluh empat kali lebih mencemari. Dari sudut pandang lingkungan, kayu diakui sebagai bahan konstruksi dan teknik yang paling tepat.

Penebangan Hutan

Kayu dalam jumlah besar dikonsumsi setiap tahun di seluruh dunia. Pada awal dan pertengahan 1990-an, rata-rata sekitar 3,5 miliar meter kubik kayu dipanen setiap tahun.

Mayoritas panen kayu keras digunakan untuk bahan bakar, sedangkan kayu lunak terutama digunakan dalam konstruksi dan manufaktur. Untuk menghasilkan kayu dalam jumlah besar yang dibutuhkan setiap tahun, operasi penebangan menjadi sangat terorganisir dan berteknologi maju.

Ketika pohon-pohon ditebang pada saat panen, langkah-langkah diambil untuk menyediakan pembaruan hutan dan untuk mencegah erosi tanah. Langkah-langkah tersebut termasuk meninggalkan beberapa pohon untuk menghasilkan benih, memindahkan pohon muda, dan metode penyemaian kembali lainnya.

Terkadang operasi “prelogging” dilakukan sebelum panen utama. Pada fase ini, pohon-pohon kecil ditebang untuk diubah menjadi tiang, tiang, dan kayu pulp. Selama panen, berbagai jenis mesin digunakan untuk menebang pohon yang dekat dengan tanah.

Anggota badan kemudian dikeluarkan dari pohon yang tumbang, dan batangnya ditekuk ke dalam berbagai panjang dan diangkut ke penggergajian untuk diproses lebih lanjut. Batang pohon yang tersisa diubah menjadi keripik untuk dijual ke pabrik pulp dan kertas.

Seringkali, jalan dibangun untuk memfasilitasi pengangkutan batang kayu dan penyebaran peralatan penebangan kayu yang berat. Pada akhir panen, sampah harus dibuang agar tidak mengganggu pertumbuhan pohon baru.

Karena pengelolaan hutan yang hati-hati dan peningkatan efisiensi operasi penebangan, pasokan kayu di Amerika Serikat saat ini memperbaharui dirinya pada tingkat yang lebih tinggi daripada tingkat penebangan. Akan tetapi, harus ditunjukkan bahwa pertumbuhan populasi duniapasti akan membawa peningkatan konsumsi kayu. Kecukupan pasokan kayu akan menjadi perhatian di masa depan.

Struktur dan Kekuatan Kayu

Sebagai bahan yang berasal dari tumbuhan, kayu terdiri dari serat berongga dan memanjang. Serat-serat ini biasanya tersusun sejajar satu sama lain searah dengan panjang batang. Mereka disemen bersama oleh zat yang dikenal sebagai lignin.

Serat pada kayu lunak lebih panjang dari pada kayu keras. Namun, panjang serat bukan merupakan kriteria kekuatan kayu. Karena susunan paralel seratnya, kayu memiliki sifat mekanik yang berbeda dalam arah yang berbeda dan dikatakan anisotropik.

Sebagai contoh, kayu lima sampai sepuluh kali lebih kuat dalam gaya tekan sejajar serat dibandingkan tegak lurus terhadap serat. Kekuatan kayu yang bervariasi dalam arah yang berbeda harus dipertimbangkan dalam desain konstruksi. Sebaliknya, logam bersifat isotropik dan memiliki karakteristik yang sama ke segala arah.

Kekuatan kayu dipengaruhi oleh kadar airnya. Kayu di pohon hidup biasanya mengandung lebih banyak uap air daripada atmosfer di sekitarnya. Ketika sepotong kayu dipotong dari log dan terkena udara, kadar airnya menurun ke nilai keseimbangan yang ditentukan oleh suhu dan kelembaban relatif udara sekitar. Jika kayu mengering di bawah nilai yang disebut titik jenuh serat, kayu menjadi lebih kuat dan kaku.

Itulah sebabnya tegangan desain yang lebih tinggi diperbolehkan untuk kayu yang digunakan dalam kondisi yang relatif kering, seperti gelagar dalam bangunan, daripada kayu yang digunakan dalam kondisi yang relatif lembab, seperti di rumah tepi laut atau di jembatan.

Kayu memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat yang sangat tinggi. Dibandingkan dengan banyak bahan konstruksi lainnya dengan berat yang sama, kayu lebih kuat. Misalnya, dalam uji lentur, Douglas fir memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang 2,6 kali lipat dari baja karbon rendah.

Kayu juga memiliki gesekan internal yang sangat tinggi di dalam struktur seratnya dan oleh karena itu merupakan penyerap getaran yang baik. Ini memiliki kapasitas redaman yang jauh lebih besar daripada bahan lain, terutama logam. Itu menjelaskan mengapa kayu menjadi bahan pilihan untuk konstruksi rumah di daerah rawan gempa.

Akhirnya, struktur kayu dapat dirancang untuk menahan gaya tumbukan yang dua kali lebih besar dari yang dapat mereka pertahankan dalam kondisi statis. Bahan seperti baja dan beton tidak memungkinkan peningkatan gaya yang diterapkan. Kekuatan benturan kayu yang luar biasa ini digunakan dalam struktur kayu seperti jembatan atau dek pendaratan kapal induk.

Isolasi dan Tahan Api

Karena komposisi seratnya, kayu memiliki sifat isolasi yang sangat baik. Pada kadar air yang rendah, kayu diklasifikasikan sebagai isolator listrik. Inilah yang membuat kayu menjadi bahan yang umum untuk tiang saluran listrik tegangan tinggi dan untuk gagang perkakas.

Kayu juga merupakan isolator termal yang efektif. Konduktivitas termal kayu hanya sebagian kecil dari logam dan bahan konstruksi umum lainnya. Misalnya, batu bata sekitar 6 kali lebih konduktif daripada kayu, dan kaca dan baja masing-masing 8 dan 390 kali lebih konduktif.

Dengan menggunakan studwalls atau lapisan bahan spons, isolasi termal struktur kayu dapat lebih ditingkatkan. Selain itu, struktur kayu dapat dirancang untuk memberikan tingkat isolasi akustik yang sangat tinggi. (Suara ditransmisikan melalui getaran partikel udara.) Karena kapasitas peredam getarannya yang tinggi, kayu juga merupakan isolator akustik yang baik.

Diketahui bahwa kayu mudah terbakar. Di sisi lain, kayu yang cukup tebal juga tahan api. Karena konduktivitas termal kayu yang rendah, suhu api yang tinggi menyebabkan kenaikan suhu hanya dalam jarak pendek ke kayu dari permukaan yang terkena api.

Inilah alasan anggota kayu yang lebih besar dapat terus menopang struktur dalam api lama setelah anggota baja yang diisolasi runtuh karena suhu yang meningkat. Faktanya, bangunan yang dibingkai dengan anggota kayu besar telah diberi peringkat tertinggi oleh api di bawah penulis di antara semua bangunan umum yang didirikan.

Fabrikasi dan Kemampuan Kerja

Pasokan dan Pembuangan Kayu

Kayu dapat dipotong dan dikerjakan menjadi berbagai bentuk dengan bantuan perkakas tangan sederhana atau dengan mesin yang digerakkan oleh tenaga. Oleh karena itu cocok tidak hanya untuk konversi di pabrik tetapi juga untuk fabrikasi di tempat. Fakta terakhir inilah yang pada prinsipnya membuat konstruksi rangka kayu konvensional sepenuhnya bersaing dengan metode prefabrikasi rumah apa pun yang pernah digunakan.

Kayu dapat disambung dengan paku, sekrup, baut, dan konektor, yang semuanya membutuhkan alat yang paling sederhana dan menghasilkan sambungan yang kuat. Kayu juga dapat disambung dengan perekat, yang dapat menghasilkan ikatan terus menerus di seluruh permukaan yang diaplikasikan dan mengembangkan kekuatan geser penuh dari kayu solid.

Penggunaan perekat ini menyediakan sarana untuk membuat anggota kayu dengan berbagai bentuk dan dimensi yang hampir tidak terbatas. Pembuatan rangka kayu besar, balok dan lengkungan yang dilaminasi, dan panel kulit tegangan memungkinkan kayu untuk tetap sangat kompetitif sebagai bahan bangunan dan teknik.

Daya Tahan

Kayu sangat tahan terhadap pembusukan dan tidak bereaksi terhadap sebagian besar bahan kimia. Ini banyak digunakan di fasilitas penyimpanan bahan kimia massal; kayu mungkin bersentuhan langsung dengan bahan kimia. Ketika kayu terkena kondisi atmosfer, perlahan-lahan terkikis di bawah pengaruh cuaca dengan kecepatan sekitar 0,25 inci per abad. Jika digunakan dengan benar, kayu akan bertahan lama.

Pembusukan dan kerusakan akibat serangga sering kali merupakan masalah yang signifikan, tetapi hal ini dapat diminimalkan dengan mengikuti metode desain yang baik dalam konstruksi dan dengan menggunakan kayu yang dibumbui dengan benar. Dalam situasi di mana agen perusak kayu biologis sulit dikendalikan, ketahanan pembusukan kayu dapat dipertahankan dengan impregnasi dengan bahan pengawet yang sesuai.

Pentingnya Kayu

Kayu tetap menjadi bahan konstruksi utama selama ribuan tahun, pada dasarnya karena tidak ada bahan pesaing yang memiliki semua keunggulan kayu. Pentingnya kayu sebagai bahan baku pulp dan kertas juga sangat penting. Tidak ada bahan alami lain yang dapat memenuhi permintaan masyarakat modern yang meningkat akan kertas dan produk pulp lainnya.

Juga tidak mungkin bahwa bahan sintetis dapat dibuat secara ekonomis untuk menyaingi kayu sebagai sumber pulp, terutama mengingat persediaan terbatas dan biaya minyak bumi yang tinggi. Di sisi lain, metode untuk mengubah kayu menjadi berbagai bahan kimia terus dikembangkan. Ada potensi untuk menggunakan kayu sebagai bahan baku untuk memproduksi bahan kimia yang sekarang diperoleh dari minyak bumi.

Prospek Masa Depan

Kemajuan luar biasa dibuat pada akhir abad kedua puluh dalam mengubah kayu dari bahan pengerjaan menjadi salah satu teknik. Perataan struktural yang andal, pengencangan yang lebih baik, fabrikasi yang efisien, dan laminating lem semuanya berkontribusi untuk menjadikan kayu sebagai bahan konstruksi yang benar-benar modern.

Konektor kayu dan perbaikan lainnya dalam pengencang telah memungkinkan penggunaan anggota kayu kecil untuk bentang yang lebih besar.

Meningkatnya popularitas produk kayu laminasi lem sangat penting. Anggota kayu yang dilaminasi lem biasanya memiliki kekuatan lebih besar daripada anggota gergajian padat dengan ukuran yang sama.

Ini mungkin juga memiliki sifat permukaan yang unggul seperti ketahanan api yang lebih tinggi. Lengkungan laminasi yang digunakan di gereja dan bangunan adalah contoh umum dari aplikasi ini. Contoh lain termasuk laminasi tahan air eksterior dalam struktur seperti jembatan dan kapal.

 

Struktur dan Kekuatan Fisik Kayu

Related Posts

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *