SAMBUNGAN KELING ( RIVET JOINTS)
Sebuah paku keling adalah batang silindris pendek dengan kepala
yang integral dengan batangnya.
Metode Pengelingan
Fungsi paku keling dalam sebuah sambungan memiliki
kekuatan dan kekencangan. Kekuatan untuk mencegah
kerusakan sambungan, sedangkan kekencangan membantu
kekuatan dan mencegah kebocoran.
Dua metode pengelingan yaitu pengelingan dengan
tangan/manual dan pengelingan menggunakan mesin.
Jenis Kepala Paku Keling
Kepala Paku keling untuk penggunaan umum: Diameter di bawah 12 mm.
Kepala Paku keling untuk penggunaan umum:
Diameter paku keling dari 12 mm sampai 48 mm.
Kepala Paku keling untuk pekerjaan Ketel:
Diameter paku keling dari 12 mm sampai 48 mm.
Bahan Paku Keling
Bahan paku keling untuk tujuan umum dibuat dari bahan baja atau yang
ringan dari bahan timah.
Jenis Sambungan Keling
1.
Sambungan Tempel (lap joint)
2.
Sambungan Tumpuk ( Butt joint)
1. Sambungan Tempel (lap joint)
2. Sambungan Tumpuk ( Butt joint)
Kegagalan Sambungan Keling
Sobek/robek (tarik) plat pada bagian Tepi
Sobek/robek (tarik) plat pada bagian Melintang thd Arah Gaya
Fig. 8-17. Crushing (desak) of the rivets
Efisiensi Sambungan Keling
Diameter Paku Keling
DESAIN SAMBUNGAN KELING DENGAN BEBAN EKSENTRIK
. Desain
sambungan keling dengan beban eksentrik
dianalisis dan dihitung berdasarkan pada: (1) garis kerja
beban tidak melalui pusat sistem paku keling; (2) semua
paku keling tidak terbebani secara sama.
Beban eksentrik mengakibatkan geseran sekunder
yang disebabkan oleh kecenderungan gaya/beban untuk
memuntir sambungan terhadap pusat titik berat disamping
geseran langsung/primer.
P = beban eksentrik pada sambungan
e = eksentrisitas beban yaitu jarak antara garis kerja beban
dan titik pusat sistem paku keling yaitu G.
Prosedur perhitungan:
1.
Menentukan sumbu (x dan y) pada gambar desain sambungan paku keling;
2.
Menentukan titik berat/pusat gravitasi (G) dari sistem paku keling,
x1 . A1 + x2 . A2 + x3 . A3 + …
x = ___________________________________________
A1 + A2 + A3 + …
y1 . A1 + y2 . A2 + y3 . A3 + …
y = ___________________________________________
A1 + A2 + A3 + …
3.
Menunjukkan dua gaya P1 dan P2 pada pusat grafitasi G dari sistem paku
keling. Gaya-gaya tersebut sama dan berlawanan arah terhadap P;
4.
Anggap semua paku keling berdiameter sama, berakibat P1 = P menghasilkan
beban geser langsung pada setiap paku keling yang besarnya sama.
Beban geser langsung pada setiap paku keling:
𝑃𝑠 =
5.
𝑃
𝑛
, bekerja parallel terhadap beban P
Akibat P2 = P menghasilkan momen putar sebesar P x e yang cenderung
memutar sambungan dari pusat gravitasi G pada sistem paku keling yang searah
putaran jam. Momen putar yang bekerja menghasilkan beban sekunder pada setiap
paku keling.
Beban geser sekunder pada setiap paku keling diperoleh dengan membuat
dua asumsi: (1) beban geser sekunder proporsional dengan jarak radial paku keling
dari pusat gravitasi sistem paku keling; (2) arah beban geser sekunder tegak lurus
terhadap garis singgung pusat paku keling ke pusat gravitasi sistem paku keling;
F1, F2, F3, … = beban geser sekunder pada paku keling 1, 2, 3 , dst.
l1, l2, l3, ... = jarak radial paku keling 1, 2, 3 dari pusat grafitasi G sistem
paku keling.
𝑭𝟏 ∞ 𝑙1 ; 𝐹2 ∞ 𝑙2 ; 𝑑𝑎𝑛 seterusnya
𝐹₁
𝑙₁
=
𝐹₂
𝑙₂
=
𝐹2 = 𝐹1 .
𝐹₃
𝑙₃
=⋯
𝑙₂
𝑙₁
𝐹3 = 𝐹1 .
𝑙₃
𝑙₁
Jumlah momen putar eksternal dan jumlah momen putar internal harus sama
dengan nol:
𝑷 . 𝒆 = 𝑭𝟏 . 𝒍𝟏 + 𝑭𝟐 . 𝒍𝟐 + 𝑭₃. 𝒍𝟑 + …
𝒍₂
𝒍𝟑
𝒍₁
𝒍₁
= 𝑭𝟏 . 𝒍𝟏 + 𝑭𝟏 . . 𝒍 𝟐 + 𝑭𝟏 .
=
𝑭₁
𝒍₁
(𝒍²𝟏
. 𝒍𝟑 + …
+ 𝒍²𝟐 + 𝒍𝟐𝟑 + …)
Arah gaya-gaya tersebut menyudut ke kanan dari garis temu/sambung
terhadap pusat gravitasi sistem paku keling
Beban geser primer dan sekunder dapat dijumlahkan secara vektor untuk
menentukan beban resultan R pada setiap paku keling, atau dengan rumus:
𝑹=
𝑭𝟐 + 𝑷𝒔𝟐 + 𝟐 𝑭. 𝑷𝒔 . 𝐜𝐨𝐬 𝜽
𝜽 = sudut antara garis beban geser primer dan
garis beban geser sekunder
Beban geser (resultan) maksimum yg terjadi pada paku
keling 𝒕𝒆𝒓𝒅𝒆𝒌𝒂𝒕 𝒅𝒆𝒏𝒈𝒂𝒏 𝒂𝒓𝒂𝒉 𝒌𝒆𝒓𝒋𝒂 𝒃𝒆𝒃𝒂𝒏,
sehingga ukuran (diameter) paku keling didasarkan pada paku
keling tersebut, melalui hubungan rumus berikut,
𝒇𝒔 = 𝝅
𝟒
𝑹
𝒅𝟐
→ 𝑓𝑠 = tegangan geser paku keling
𝑅 = beban resultan yang bekerja
pada paku keling
𝑑 = diameter paku keling
Contoh soal 1:
Sebuah sambungan keling - lap dibebani secara eksentrik dirancang untuk
sebuah siku baja sebagaimana gambar di bawah. Plat siku tebalnya 25mm. Seluruh
paku keeling berukuran diameter sama. Beban pada siku 5000kg, jarak antar paku
keling 10cm, lengan beban 40cm. Tegangan geser ijin 650kg/cm²
desak (chrushing) 1200kg/cm². Tentukan ukuran
digunakan untuk sambungan!
dan tegangan
(diameter) paku keeling yang
1. Titik berat pada sumbu x dan sumbu y dari sistem sambungan paku keling,
𝑥1 + 𝑥2 + 𝑥3 + 𝑥4 + 𝑥5 + 𝑥6 + 𝑥7
𝑥=
𝑛
0 + 10 + 20 + 20 + 20 + 0 + 0
𝑥=
7
𝒙 = 𝟏𝟎 cm (sebelah kanan sumbu 𝑦)
𝑦1 + 𝑦2 + 𝑦3 + 𝑦4 + 𝑦5 + 𝑦6 + 𝑦7
𝑛
20 + 20 + 20 + 10 + 0 + 0 + 10
𝑦=
7
𝒚 = 𝟏𝟏, 𝟒𝟑 cm (sebelah atas sumbu 𝑥}
𝑦=
2. Beban geser langsung pada setiap paku keling,
𝑃𝑠 =
𝑃
𝑛
=
5000
7
= 714,3 kg
3. Momen putar (eksternal) yang dihasilkan oleh beban P secara eksentrik,
𝑀 = 𝑃 . 𝑒 = 5000 x 40 = 200.000 kgcm
4. Kesetimbangan momen eksternal dan momen internal sistem sambungan keling,
𝑷 .𝒆 =
𝟐𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎 =
𝑭₁
𝒍₁
(𝒍𝟏𝟐 + 𝒍𝟐𝟐 + 𝒍𝟑𝟐 + 𝒍𝟒𝟐 + 𝒍𝟓𝟐 + 𝒍𝟔𝟐 + 𝒍𝟕𝟐 )
𝑭𝟏
(𝟏𝟑, 𝟏𝟕𝟐 + 𝟏𝟑, 𝟏𝟕𝟐 + 𝟖, 𝟓𝟕𝟐 + 𝟏𝟎, 𝟏𝟐 + 𝟏𝟓, 𝟐𝟐 + 𝟏𝟎, 𝟏𝟐 + 𝟏𝟓, 𝟐𝟐 )
𝟏𝟑, 𝟏𝟕
𝟐𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎 𝐱 𝟏𝟑, 𝟏𝟓 = 𝑭𝟏 𝐱 𝟏𝟎𝟖𝟔, 𝟔
𝑭𝟏 =
𝟐𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎 𝐱 𝟏𝟑, 𝟏𝟓
= 𝟐𝟒𝟐𝟎 𝐤𝐠.
𝟏𝟎𝟖𝟔, 𝟔
𝒍₂
𝟖,𝟓𝟕
𝒍₁
𝟏𝟑,𝟏𝟕
𝑭𝟐 = 𝑭𝟏 . = 𝟐𝟒𝟐𝟎 x
= 𝟏𝟓𝟕𝟓 𝐤𝐠
𝑭𝟑 = 𝑭𝟏 = 2420 kg
𝑭𝟒 = 𝑭𝟏 .
𝑭𝟓 = 𝑭𝟏 .
𝒍𝟒
𝒍𝟏
𝒍𝟓
𝒍₁
= 𝟐𝟒𝟐𝟎 x
= 𝟐𝟒𝟐𝟎 x
𝑭𝟔 = 𝑭𝟓 = 2793 kg
𝑭𝟕 = 𝑭𝟒 = 1856 kg
𝟏𝟎,𝟏
𝟏𝟑,𝟏𝟕
𝟏𝟓,𝟐
𝟏𝟑,𝟏𝟕
= 𝟏𝟖𝟓𝟓 𝐤𝐠
= 𝟐𝟕𝟗𝟑 𝐤𝐠
5. Dengan menggambarkan gaya-gaya geser langsung dan sekunder pada setiap
paku keling, terlihat bahwa paku keling 3 dan 4 yang paling terbebani:
6. Sudut antara gaya langsung dan gaya sekunder dari dua paku
keling (3 dan 4) tersebut, secara geometri gambar, diperoleh:
10
10
cos θ3 =
=
= 0,76
𝑙3
13,17
10
10
cos θ4 =
=
= 0,99
𝑙4
10,1
7. Beban resultan maksimum pada paku keling 3:
𝑅 = 𝐹32 + 𝑃𝑠2 + 2 𝐹3 𝑃𝑠 cos 𝜃3
𝑅 = 24202 + 714,32 + 2 x 2420 x 714,3 x 0,76
= 3000 kg
Beban resultan maksimum pada paku keling 4:
𝑅=
𝐹42 + 𝑃𝑠2 + 2 𝐹4 𝑃𝑠 cos 𝜃4
𝑅=
18562 + 714,32 + 2 x 1856 x 714,3 x 0,99
= 2565 kg
Beban geser (resultan) maksimum terjadi pada paku keling 𝟑.
8. Diameter paku keling diperoleh melalui hubungan rumus,
𝝅
𝟒
𝒅𝟐 𝒇𝒔 = 𝑹𝟑
𝑑2 =
∴𝑑=
4 𝑅3
4 x 3000
=
= 5,88
𝜋 𝑓𝑠
3,14 x 650
5,88 = 𝟐, 𝟒𝟐 𝐜𝐦 = 𝟐𝟒, 𝟐 𝐦𝐦
Soal 2 :
Sebuah siku dikeling pada sebuah kolom dengan 6 paku keling yang
berukuran sama sebagaimana gambar berikut. Siku tersebut membawa
beban 60 kN pada jarak 200 mm dari pusat kolom. Jika tegangan geser
maksimum dalam paku keling 150 N/mm², tentukan diameter paku keling!
Soal 3:
Sebuah siku dikeling pada sebuah kolom dengan 6 paku keling yang
berukuran sama sebagaimana gambar di bawah, membawa beban 10 ton
pada jarak 25 cm dari pussat kolom. Jika tegangan geser maksimum dalam
paku keling 630 kg/cm², tentukan diameter paku keling!
Soal 4:
Sebuah siku disambung menggunakan 4 paku keling berukuran sama
sebagaimana gambar berikut. Tentukan diameter paku keling jika tegangan
geser maksimum 140 N/mm² !