BAB 4 SAMBUNGAN PAKU KELING Sambungan paku keling digunakan untuk membuat sambungan permanen. Dibandingkan dengan sambungan las, sambungan paku keling lebih murah, pemeriksaan kualitasnyapun lebih mudah, sambungan dapat dibuka dengan memotong kepala paku keling. Kekurangannya bila dibandingkan dengan sambungan las adalah pengelingan ini berat, dan tidak umum. Pada pengelingan pengurangan kekuatan 13– 42 %, sedangkan sambungan las berkurang 13 – 40 %. 4.1
CARA PENGELINGAN
Paku keling dipasang melintang pada sambungan dan ditekan bersama dengan bantuan rivet snap (pembentuk kepala). Dalam praktek, jika paku hampir panas batang paku keling ditekan sampai melebihi titik lumer.
Gambar 34.2.1 Cara pengelingan
Untuk pengelingan pekerjaan panas, batang paku dipanaskan hingga nyala merah pijar. Hanya paku keling baja berdiameter 8-10 mm, kuningan, tembaga dan loga ringan lainnya dapat dilakukan dengan pengerjaan dingin. Lubang pada plat harus tepat pada lubang paku. Pengelingan dapat dikerjakan dengan palu (hingga berdiameter paku 26 mm) tetapi akan lebih baik, murah dan cepat dengan palu pneumatik. Cara terbaik adalah dengan mesin paku keling kompresi (compression riveting machine). Selama pemakaian mesin tersebut pelat dijepit dengan pemegang pelat. 4.2
MACAM-MACAM BENTUK PAKU KELING
22
Gambar 4.2 Jenis-jenis paku keling
4.3 MACAM-MACAM SAMBUNGAN KELINGAN Berdasarkan susunan plat, sambungan keling dapat dibedakan menjadi dua, yaitu : a. Kampuh berimpit, yaitu sambungan keling dimana dua plat diletakkan satu diatas yang lain dan dikeling dengan plat diletakkan satu diatas dan yang lain dan dikeling dengan paku keling. Menurut jumlah baris paku keling, dibedakan menjadi kampuh berimpit dikeling tunggal, kampuh berimpit dikeling ganda, dan kampuh berimpit dikeling tiga . b. Kampuh menumpu. Ada dua macam yaitu kampuh bilah tunggal dan kampuh bilah ganda. Kampuh bilah tunggal yaitu bila plat-plat itu dikeling sebuah bilah. Kampuh bilah berganda yaitu bila plat itu dikeling diantara dua bilah. Pada kampuh bilah juga dibedakan dalam sambungan yang dikeling tunggal, ganda dan dikeling tiga kali. Kampuh bilah berganda kebaikannya karena tiap-tiap paku keling harus tergeser melalui dua penampang paku, sebelum sambungan putus. Sedang kampuh bilah tunggal dan kampuh berimpit, sambungan telah terputus kalau tiap paku keling tergeser melalui satu penampang.
Gambar 4.3 Macam-macam sambungan kelingan
23
Menurut maksud pemakaian, paku keling dapat dibagi dalam 4 golongan, yaitu : a. Kampuh keling untuk ikatan kuat, misalnya untuk konstruksi baja pada jembatan, dan konstrukksi baja bangunan dan lain-lain. b. Kampuh keling yang hanya harus rapat, misalnya untuk reservoar zat cair atau gas dengan tekanan sangat rendah. c. Sambungan keling untuk ikatan kuat dan rapat, misalnya untuk ketel uap, ketel udara. Tetapi sekarang ikatan pada ketel uap sudah diganti dengan sambungan las. d. Sambungan keling untuk pengikatan, yaitu sebagai penutup chasis, misalnya pada penyambungan dinding bus, pesawat terbang, dll. 4.4 PEMBEBANAN SENTRIS Yang dimaksud pembebanan sentris pada sambungan keling ialah arah beban melewati titik berat penampang paku keling. Pada perhitungan paku keling disini ada beberapa asumsi, yaitu : Gaya gesek antara plat yang disambung tidak diperhitungkan, Tegangan awal pada paku akibat pemaangan tidak diperhitungkan, Kekuatan semua paku dianggap sama, Plat dianggap kaku, Diameter lubang dianggap sama dengan diameter paku. Kerusakan sambungan pakukeling pada prinsipnya ada tiga hal, yaitu kerusakan pada plat utama, plat bilah (jenis kampuh bilah) dan kerusakan paku keling. Kerusakan pada plat biasanya putus, sedang pada kerusakan paku biasanya putus tergeser atau tekanan bidang. 4.4.1
Kerusakan Pada Ujung Plat
Untuk mencehgah kerusakan pada ujung plat maka jarak minimal antara pusat lubang paku sebesar 1,5 kali diameter paku.
Gambar 4.4 Plat rusak diujung
4.4.2 Plat Putus Diantara Paku
Gambar 4.5 Plat putus diantara paku
24
Misal tebal plat t mm, diameter paku d mm, tegangan tarik ijin plat a kg/mm2, jarak antara paku p mm, maka kapasitas tarikan plat (Pt) jika ditinjau selebar pitch adalah : Pt A * a atau Pt (p-d) t a 4.4.3 Paku Putus Karena Geseran Misal tegangan geser ijin paku keling a kg/cm2, jumlah paku n buah, maka kapasitas geseran paku keling adalah : Ps A * a Ps /4*d2*n * a (berlaku untuk kampih berimpit) 2 Ps /4*d *2* n * a (berlaku untuk kampuh bilah), n = jml paku
Gambar 4.6 Paku putus tergeser
4.4.4 Paku Rusak Karena Tekanan Misal tekanan ijin bahan paku c, diameter paku d, maka kapasitas tekanan sebesar : Pc A * c Pc t*d*c (berlaku untuk kampuh berimpit)
Gambar 4.7 Paku rusak karena tekanan
4.4.5 Kekuatan Sambungan Kampuh Bilah Dalam hal kapasitas geseran paku pada kampuh bilah berganda adalah : Ps = 2* /4* d2*n*a Kapasitas tekanan pada paku, Pc: Pc = n . t . d . c Pc = n . 2tc . d . c dengan : tc = tebal bilah Dari kedua harga Pc tersebut diambil harga terkecil. Untuk plat bilah, kapasitas tarikannya dapat dihitung pada penampang kritisnya.
25
4.4.6 Kekuatan Plat Utuh Kekuatan plat utuh atau plat tanpa lubang paku dihitung dengan persamaan : Pu = A . a Pu = t . p. a 4.4.7 Efisiensi Sambungan Paku Keling Efisiensi sambungan paku keling didefinisikan sebagai perbandingan antara kekuatan terkecil diantara Ps, Pt, Ptc dan Pc terhadap kekuatan plat utuh. Dimana Ptc adalah kapasitas tarikan plat bilah.
=
H arg a terkecil dari Pc, Pt, Ps, Ptc x 100 % Pu
CONTOH SOAL 1. Hitung efisiensi sambungan paku keling berikut ini. [a]. Kampuh berimpit dikeling tunggal, tebal plat 6 mm, diameter paku keling 20 mm, jarak antara paku keling 50 mm. [b]. Kampuh berimpit dikeling ganda , tebal plat 6 mm, diameter paku keling 20 mm, jarak antara paku 6,5 mm. Asumsikan : tegangan tarik ijin plat 1200 kg/cm 2, tegangan geser ijin paku keling 900 kg/cm2, tegangan tekan paku keling 1800 kg/cm2. Penyelesaian: Efisiensi pada sambungan pertama. [i] Kapasitas tarikan pada plat Pt = (p – d ) . t. a = (5 – 2) 0,6. 1200 = 21.60 kg. [ii] Kapasitas geseran pada paku Ps = /4 . d2 . a = /4 . 22 . 900 = 2.827 kg. [iii] Kapasitas tekanan pada paku : Pc = d . t . c = 2 . 0,6 . 1800 = 2160 kg. Jadi kekuatan sambungan paku keling tersebut adalah 2160 kg. [iv] Kekuatan plat utuh atau tanpa lubang , Pu : Pu = p . t . a. 5 . 0,6 . 1200 = 3600 kg. Efisiensi sambungan, = 2160/3600 = 0,6 atau 60 %. b. Efisiensi pada sambungan kedua. Untuk pitch, p = 6,5 cm. [i] Kapasitas tarikan plat : Pt = (p – d) . t . a = (6,5 – 2).0,6 . 1200 = 3240 kg. [ii] Kapasitas geseran pada paku Ps = /4 . d2 . a = /4 . 22 . 900 . 2 = 5654 kg. [iii] Kapasitas tekanan pada paku : Pc = n . d . t . c = 2 . 2 . 0,6 . 1800 = 4320 kg. Jadi kekuatan sambungan paku keling tersebut adalah 3240 kg. [iv] Kekuatan plat utuh atau tanpa lubang , Pu : Pu = p . t . a = 6,5. 0,6 . 1200 = 4680 kg. Efisiensi sambungan, = 3240/4680 = 0,69 atau 69 %.
26
[2]. Hitung efisiensi sambungan keling bilah berganda dikeling ganda. Tebal plat 2 cm, diameter paku 2,5 cm, jarak antara paku 10 cm. Asumsikan : tegangan tarik ijin plat 120 N/mm2, tegangan geser ijin paku 100 N/mm2, tegangan tekan ijin paku 150 N/mm2. Penyelesaian : [i] Kapasitas tarikan plat utama : Pt = (p – d) . t . a = (100 – 25). 20 . 120 = 180000 kg. [ii] Kapasitas geseran pada paku, Ps Ps = n . /4 . d2 . a = 2 . /4 . 252 . 100 . 2 = 196350 kg. [iii] Kapasitas tekanan pada paku, Pc : Pc = n . d . t . c = 2 . 20 . 25 . 150 = 150 000 kg. Jadi kekuatan sambungan paku keling tersebut adalah 150.000 kg. [iv] Kekuatan plat utuh atau tanpa lubang , Pu : Pu = p . t . a = 100. 20 . 120 = 240 000 kg. Efisiensi sambungan, = 150000/240000 = 0,625 atau 62,5 %. [3]. Plat dengan ukuran 100 x 25 mm dikeling seperti pada gambar. Diameter paku keling 25 mm, tegangan tarik ijin plat utama dan bilah 1125 kg/mm 2, tegangan geser ijin paku 700 kg/cm2, tegangan tekan ijin paku 1900 kg/cm2. Tentukan : [a] Besar gaya P yang masih aman ditahan oleh sambungan tersebut. [b]. Effisiensi sambungan.
Gambar 4.8 Contoh soal
Penyelesaian : [i] Kapasitas geseran paku, Ps: Ps = n . 2 . a . /4 . d2 = 3 . 2 700 . /4 . 2,52 = 20 617 kg. [ii] Kapasitas tekanan paku keling Pc = n. t. d. c = 3 . 2,5 . 2,5 . 1900 = 35625 kg. [iii] Kapasitas tarikan plat, Pt: Penampang 1-1 Pt1 = (b – d) . t . a = (10 – 2,5) . 2,5 . 1125 = 21094 kg Pada penampang 2 –2 Pt2 = (b – 2b) t . a + /4 . d2 . a . 2 = (10 – 2.2,5) . 2,5 . 1125 + /4 . 2,52 . 700 . 2 = 20935,5 kg [iv] Kapasitas plat bilah : Plat bilah kritis pada penampang 2 – 2 : Ptc = (b-2.d) . a . 2 .tc = ( 10 – 2.2,5) . 1125 . 2 . 1,3 = 14625 kg dimana: tc = tebal plat bilah Jadi bahan yang masih aman ditahan sambungan adalah yang terkecil diantara Pc, Ps, Pt1, Pt2 dan Ptc. Maka didapat kekuatan sambungan adalah : 14625 kg.
27
4.5 Sambungan Paku Keling Dengan Beban Eksentrik Yang dimaksud dengan beban eksentrik pada sambungan keling adalah garis kerja gaya tidak melalui titik berat penampang paku keling. Pembebanan eksentrik ditunjukkan seperti pada gambar.
Gambar 4.9 Pembebanan eksentrik pada sambungan keling
Keterangan : P = beban eksentrik e = eksentrisitas = jarak tegak lurus dari garis kerja gaya beban ke titik berat penampang paku G = titik berat penampang paku keling Beban yang diterima setiap paku tidak sama tetapi tergantung juga dari letak paku. Setiap paku keling menerima dua beban yaitu beban geser langsung (F’) dan beban akibat torsi (F1, F2, F3, F4 ). Beban geser langsung dihitung dengan persamaan : F’ = P/n dimana : n = jumlah paku Diagram gaya pada paku ditunjukkan seperti pada gambar.
Gambar 4.10 Diagram gaya pada paku keling
Arah F’ adalah searah dengan arah beban, sedang. Gaya F1, F2, F3 dan F4 dibuat tegak lurus dengan masing-masing r1, r2, r3 dan r4, arahnya searah dengan kecenderungan arah momen yang akan terjadi. Resultan beban geser langsung dan beban akibat torsi merupakan beban pada paku.
28
Titik berat paku keling ditentukan dengan persamaan : A1.x1 A2 . x2 A3 . x3 A4 . x4 A1 A2 A3 A4 A1 . y1 A2 . y2 A3 . y3 A4 . y4 = A1 A 2 A3 A 4
X
=
Y Besar gaya
F1 ~ r1 F2 ~ r2 dan seterusnya, sehingga :
F1/r1 = F2/r2 dimana : C = konstanta F1 = C. r1 F2 = C. r2
F3/r3 = F4/r4 = C
F3 F4
= C. r3 = C. r4
Dalam keadaan setimbang berlaku persamaan “ Jumlah momen luar sama dengan jumlah momen perlawanan”. Secara matematis dapat dituliskan : P. e = F1 . r1 + F2 . r2 + F3 . r3 + F4. r4 P. e = C . r12 + C . r22 + C . r32 + C. r42 Sehingga diperoleh : C
=
P.e r1 r2 r3 2 r4 2 2
2
Resultante gaya geer langsung dan gaya geser akibat momen torsi ditentukan dengan rumus : R = F' 2 F12 2.F'.F1. cos dimana: R = resultante gaya geser F’ = gaya geser langsung F1 = gaya geser terbesar akibat momen = sudut antara F’ dan F1 Tiap tiap paku perlu perhitungan resultan beban masing-masing. Tetapi beban pada paku dipilih yang terbesar. Tegangan geser pada paku keling dapat ditentukan dengan persamaan :
R a 4.d2
dimana: d = diameter paku keling = tegangan geser yang terjadi a = tegangan geser ijin bahan paku
CONTOH SOAL 4. Hitung resultan gaya pada sambungan keling dibawah ini.
29
Penyelesaian : Gaya geser langsung, F’ F’ = 20000/2 = 1000 kg C = P . e / (r12 + r22) = 2000.3 / (9 + 9) = 333,33 kg/cm. F1 = C . r1 = 1000 kg. F2 = C . r2 = 1000 kg Gaya total pada paku 1 adalah : F’ + F1 = 2000 kg Gaya total pada paku 2 adalah : F’ – F2 = 0 kg Jadi resultante terbesar pada paku 1 yaitu sebesar 2000 kg. [5]. Hitung resultan gaya untuk sambungan keling berikut. Gambarkan pula diagram gaya-gaya pada masing-masing paku. Penyelesaian : Titik berat terletak pada titik diantara dua paku. Maka r1 = r2 = 6 cm. e = 6 cm F’ = 2700/3 = 900 kg 2 C = P. e/(r1 + r22 + r32) = 2700 . 6/(36 +0 + 36) = 225 kg/cm. F1 = c. r1 = 1350 kg F3 F2
= c . r3 = C. r2
= 1350 kg = 0 kg
Gaya terbesar terletak pada paku 1. Resultante gaya pada paku 1 adalah : R1 = F’ + F1 = 2250 kg. [6]. Konstruksi pengelingan seperti pada gambar. Diameter paku 2,5 cm. Eksentrisitas, e = 80 mm. Tentukan beban maksimum yang masih aman didukung paku keling, bila tegangan geser ijin paku = 1000 kg/cm2. Penyelesaian: Gaya geser langsung , F’ = P/6 r1 = r2 = r5 = r6 = 10,26 cm r3 = r4 = 7 cm C= 8.P/(4.r22 + 2.r32) = 8P/519 F1 = C. r1 = 8P/519.10,26) = 0,158 P F2 = F5 = F6 = F1 = 0,158 P F3 = F4 = 8P/519.(7) = 0,11 P Resultante gaya: - Resultan gaya pada paku 1 = paku 5 - Resultan gaya pada paku 2 = paku 6 - Resultan gaya pada paku 3 tidak sama di 4, kita misalkan yang resutantenya besar adalah pada paku 2 dan 4. - cos = 7/r2 = 0,68 2 - R2 = F' F2 2 2.F'.F2.cos = 0,289 P 30
- R4 = F’ + F4 = P/6 + 0,11 P = 0,277 P Jadi resultan terbesar adalah pada paku 2, yaitu sebesar R2 = 0,2896 P. Beban P dapat ditentukan dengan hubungan rumus : 0,2896 P = /4. 2,52 . 1000. Diperoleh, P = 6780 kg. SOAL – SOAL [1]. Kampuh keling dikeling tunggal. Tebal plat 1,5 cm. Diameter paku 2 cm. Jarak antara paku 6 cm. Hitung kekuatan sambungan keling setiap jarak paku, bila tegangan tarik ijin plat 1200 kg/cm2, tegangan geser ijin paku 900 kg/cm2 dan tegangan tekan ijin paku 1600 kg/cm2. [2]. Dua buah plat dengan tebal 16 mm. Plat disambung dengan kampuh berimpit dikeling ganda. Jarak antara paku keling 9 cm. Diameter paku keling 2,5 cm. Hitung effisiensi sambungan bila: tegangan tarik ijin plat 1400 kg/cm 2 , tegangan geser ijin paku 1100 kg/cm2 , tegangann tekan ijin paku 2400 kg/cm2. [3]. Kampuh keling bilah berganda dikeling tunggal. Tebal plat 10 mm. Diameter paku 20 mm. Jarak antara paku 60 mm. Hitung effisiensi sambungan bila tegangan tarik ijin plat 100 N/mm2, tegangan geser ijin paku 1100 N/mm2, tegangan tekan ijin paku 2400 N/mm2. Tebal bilah, tc = 8 mm. [4]. Kampuh keling bilah berganda dikeling ganda. Tebal plat 12 mm. Diameter paku 18 mm. Jarak antara paku 8 mm. Hitung effisiensi sambungan bila : tegangan tarik ijin plat 1150 kg/cm2, tegangan geser ijin paku 800 kg/cm2, tegangan tekan ijin paku 1600 kg/cm2. Tebal plat bilah, tc = 8 mm. [5]. Hitung jarak b bila tegangan geser ijin bahan keling 93 MPa, pada gambar 4.14.
Gambar 4.14
6. Hitung beban terbesar yang terjadi paku keling pada pembebanan eksentrik seperti pada gambar dibawah.
Gambar 4.15
7. Hitung resultante beban tertinggi yang terjadi pada paku keling seperti ditunjukkan pada gambar dibawah.
31
Gambar 4.16
8. Braket dikeling terhadap kolom baja dengan menggunakan 6 buah paku yang sama ukurannya. Beban yang diterapkan sebesar 10 ton pada jarak 25 cm dari senter kolom. Jika tegangan geser ijin bahan paku keling 630 kg/cm 2, tentukan diameter paku keling yang diperlukan.
Gambar 4.17
9. Braket mendukung beban 20 kN dengan 4 buah paku keling seperti pada gambar. Hitung diameter paku keling bila tegangan geser ijin bahan paku = 140 N/mm2.
Gambar 4.18
32
