2. SAMBUNGAN PAKU KELING 1. Penggunaan Sambungan paku Keling
Paku keling adalah sejenis pasak atau paku yang digunakan untuk mengikat suatu sambungan, yang sifatnya permanen dimaksudkan agar bagian-bagian kostruksi yang telah disambung/diikat tidak bergerak sedikitpun. Sambungan paku keling umumnya dipakai untuk menyambung logam-logam ringan yang kurang baik kwalitas dan kekuatannya bila dilas. Sambungan kelingan digunakan juga untuk konstruksi yang mendapat beban getaran dan yang memerlukan kerapatan pada tekanan tinggi. Pada prinsipnya bahan paku keling dibuat dari logam yang ulet/ductile, karena selain lebih mudah membentuk kepala keling juga untuk melepas ikatan kelingan dengan cara merusak paku keling tersebut.
Sambungan kelingan dapat digunakan untuk: a) Sambungan kuat, yakni sambungan kelingan yang hanya memerlukan kekuatan saja, seperti sambungan keling kerangka bangunan, konstruksi jembatan, mesin-mesin, dan lain-lain. b) Sambungan kuat dan rapat, seperti sambungan keling ketel uap, tangkitangki muatan dan tekanan tinggi, dinding kapal dan lain-lain. c) Sambungan rapat, seperti sambungan kelingan pada tangki-tangki zat cair, dan bejana tekanan rendah (kurang dari 1 atm).
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 2. Bentuk dan ukuran paku Keling a) Kepala bulat
Ukuran Normal Jenis A
Jenis B
d
2 ~ 37 mm
2 ~ 37 mm
øa
1,6 ~ 1,7 d
1,7 ~ 1,8 d
h
0,6 ~ 0,7 d
0,7 ~ 0,87 d
l
3 ~ 10 d
3 ~ 10 d
øa
l
l
h
h
øa
d
d
a
b
b) Kepala tirus/konis
Kepala bulat jenis A banyak dipergunakan pada konstruksi-konstruksi jembatan, bangunan, ketel dan lain-lain, sedangkan jenis B untuk keperluankeperluan khusus pada konstruksi jenis A. Ukuran Normal d
2,6 ~ 31 mm
l
3 ~ 10 d
h
0,4 ~ 0,5 d
l
h
øa
d
Jenis kepala tirus/konis banyak dipakai pada konstruksi/sambungan yang tidak boleh bocor seperti tangki ketel uap, tangki minyak dll.
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 2. Bentuk dan ukuran paku Keling c) Kepala persing/benam (kepala benam)
Jenis A
Jenis B
øa
~ 1,6 d
1,6 ~ 1,8 d
d
2 ~ 31 mm
2 ~ 31 mm
α
60 ~ 75o
60 ~ 75o
h
0,4 ~ 0,6 d
0,4 ~ 0,6 d
h1
—
0,6 ~ 0,7 d
h
h
h1
Ukuran Normal
α l
l
α
d
d
a
b
d) Kepala silinder datar øa
l
h
Ukuran Normal
d
d
2,3 ~ 6 mm
a
1,5 ~ 2,0 d
h
0,4 ~ 0,5 d
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 2. Bentuk dan ukuran paku Keling e) Paku keling dengan bahan peledak (exploded rivet)
bahan peledak
Paku keling jenis ini banyak digunakan pada industri pesawat terbang, dipergunakan pada sambungan rangka pesawat terbang, yaitu pada bagian-bagian yang sulit dikeling dengan paku keling biasa/pejal. Diameter paku d umumnya > 8 mm.
f) Kepala silinder datar Banyak dibuat dari alumunium dan tembaga, dipergunakan untuk pengelingan bahan-bahan bukan logam, isolator dan lain-lain. Diameter paku d1 = 4 ~ 20 mm, d1
Tebal dinding
t = 0,25 ~ 2 mm.
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 3. Tipe Sambungan Keling a) Kampuh Berimpit (Lap Joint)
t
t
t
t
Kampuh berimpit/lap joint adalah cara menyambung dengan menghimpitkan dua pelat dan kemudian dikeling, biasanya untuk kekuatan kecil dan sedang, dan juga untuk sambungan yang hanya memerlukan kerapatan.
b) Kampuh Bilah (Butt Joint)
t
t1
t
t1
Kampuh bilah tunggal dibuat untuk sambungan yang tidak mendapatkan gaya yang terlalu besar. Tebal bilah t1 biasanya 0,6 ~ 0,8 t dan maksimal t1 = t Kampuh bilah ganda banyak digunakan untuk sambungan yang menghendaki kekuatan dan kerapatan pada tekanan tinggi, misalnya sambungan memanjang ketel uap.
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 4. Kerusakan pada Sambungan Keling Pemeriksaan kekuatan sambungan keling ditinjau berdasarkan dua hal: Kerusakan pada pelat. Kerusakan pada paku keling. a) Kerusakan pada pelat. - Pelat sobek pada bagian ujung
Sambungan dengan pembebanan seperti gambar, memungkinkan pelat mengalami sobek pada bagian ujung. Untuk mencegah sobek pada pelat, umumnya diambil m = 1,5d d = diameter paku keling.
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 4. Kerusakan pada Sambungan Keling - Pelat sobek pada baris paku keling
Besarnya gaya yang diterima masing-masing paku keling:
Fo =
F n
Tiap jarak antara p, berdasarkan kemungkinan putus pelat antara lubang dengan lubang paku, adalah: Fo ≤ ( p − d ) t. σ t
Untuk pelat dengan lebar b persamaannya:
F ≤ ( b − n.d ) t.σ t
n = jumlah paku keling t = tebal pelat σt = tegangan tarik yang diijinkan untuk pelat.
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 4. Kerusakan pada Sambungan Keling b) Kerusakan pada paku. - Paku menerima beban geser Sambungan kampuh berimpit (lap joint)
Kekuatan paku menerima beban geser:
F = n×
π 2 d × τg 4
d=
4F n × π × τg
Tekanan bidang antara pelat dengan batang paku: F = n × d × t × σo
d=
F n × t × σo
τ g = tegangan geser yang diijinkan untuk bahan paku
σ o = tekanan bidang yang diijinkan untuk bahan paku atau pelat
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 4. Kerusakan pada Sambungan Keling b) Kerusakan pada paku. Sambungan kampuh bilah tunggal (single butt joint).
Kekuatan paku menerima beban geser:
F = n×
π 2 d × τg 4
d=
4F n × π × τg
Tekanan bidang antara pelat dengan batang paku: F ≤ n × d × t1 × σ o
t1 = tebal bilah
d=
F n × t1 × σo
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 4. Kerusakan pada Sambungan Keling b) Kerusakan pada paku. Sambungan kampuh bilah ganda (double butt joint).
Kekuatan paku menerima beban geser: F = n×2×
π 2 d × τg 4
d=
2F n × π × τg
Tekanan bidang antara pelat dengan batang paku: F ≤ n × d × t × σo
d=
F n × t × σo
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 4. Efisiensi Sambungan Paku Keling Efisiensi sambungan keling adalah perbandingan antara kekuatan pelat setelah dikeling dengan kekuatan pelat sebelum dikeling.
ηkeling = η keling =
kekuatan pelat berlubang ×100% kekuatan pelat utuh
(p − d) × t × σ t × 100 % = (p − d) × 100 % p × t × σt
p
Harga-harga efisiensi kekuatan sambungan keling adalah sebagaimana terlihat pada tabel dibawah ini: Kampuh berimpit
Effisiensi (%)
Kampuh Bilah (Ganda)
Effisiensi (%)
45 – 60 63 – 70 72 – 80
Dikeling tunggal Dikeling ganda Dikeling tiga (triple) Dikeling empat (quadruple)
55 – 60 70 – 83 80 – 90 85 – 94
Dikeling tunggal Dikeling ganda Dikeling triple
Tabel Ukuran antara paku dan lubang Diameter lubang (mm)
13,5
15,5
17,5
19,5
21,5
23,5
25,5
29
32
35
38
41
44
50
Diameter paku (mm)
12
14
16
18
20
22
24
27
30
33
36
39
42
48
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 4. Sambungan Paku Keling dengan Beban Eksentrik F
e
F1
F1 1
Y e
x
F4
2
1
r2
F2
Z
r4
F4
r3
4
Z 4
R1
r1
F
Fo
Z
F2
Fo
R2 R4
3
F3 3
2
1
2
4
Fo
3
F3
X
Fo
R3 (b)
(a)
X=
A1.X1 + A 2 .X 2 + A 3 .X3 + A 4 .X 4 + .............. + A n .Xn A1 + A 2 + A 3 + A 4 + .............. + A n
X=
A.X1 + A.X 2 + A.X 3 + A.X 4 + .............. + A.X n n.A
X + X 2 + X 3 + X 4 + .............. + X n X= 1 n
Y=
Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + .............. + Yn n
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 4. Sambungan Paku Keling dengan Beban Eksentrik Gaya geser langsung pada masing-masing paku adalah:
Fo =
F n
Akibat momen F.e, masing-masing paku terjadi gaya-gaya reaksi F1, F2, F3 dan F4 yang masing-masing bekerja tegak lurus r1, r2, r3 dan r4. Jarak r1, r2, r3 dan r4 ialah jarak masing-masing paku ke titik berat (Z) dari kelompok paku keling. Momen dari gaya-gaya F1, F2, F3 dan F4 terhadap Z berbanding lurus dengan jarak r1, r2, r3 dan r4. Jika angka perbandingan dinyatakan dengan k, maka: F1 = k.r1 ; F2 = k.r2 ; F3 = k.r3 ; F4 = k.r4
F.e = n 1 .F1 .r1 + n 2 .F2 .r 2 + n 3 .F3 .r 3 + n 4 .F4 .r 4 + .......... ..... + n n .Fn .rn
= n1.k.r1.r1 + n 2 .k.r2 .r2 + n 3 .k.r3 .r 3 +n 4 .k.r4 .r4 + ............... + n n .k.rn .rn
(
2
2
2
2
= k n1.r1 + n 2 .r2 + n 3 .r3 + n 4 .r4 + .......... ........ + n n .rn k =
2
)
F .e 2
2
2
2
n 1 .r1 + n 2 .r 2 + n 3 .r 3 + n 4 .r 4 + .......... ........ + n n .r n
2
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 5. Contoh soal 1. Sambungan keling kampuh berimpit dikeling dua baris dengan tebal pelat 15 mm, diameter paku keling 25 mm dan jarak antar paku (pitch) 75 mm. Jika tegangan tarik maksimum 400 MPa, tegangan geser ijin 320 MPa dan tekanan bidang ijin 640 MPa, hitung gaya minimum tiap jarak p. Jika faktor keamanan untuk beban 4, hitung tegangan aktual yang terjadi pada plat dan paku keling.
Penyelesaian; Diketahui:
t = 15 mm; σ t = 400 N
d = 25 mm; mm
2
p = 75 mm;
τ g = 320 N
mm
2
Sf = 4
σo = 640 N
mm 2
2. SAMBUNGAN PAKU KELING - Gaya tarik maksimum pada pelat dengan jarak p adalah: F = (p − d)t × σ t = (75 − 25 )15 × 400 = 300000 N - Gaya geser maksimum pada paku dengan jarak p adalah: π π F = n × × d2 × τ g = 2 × × 25 2 × 320 = 314159 N 4 4 - Gaya akibat tekanan bidang antara paku dan pelat dengan jarak p adalah:
F = n × d × t × σo = 2 × 25 × 15 × 640 = 480000 N Dari hasil perhitungan diperoleh gaya minimum adalah 300000 N = 300 kN - Dengan faktor keamanan 4, maka beban yang diijinkan dengan jarak p: Fmaks 300000 = = 75000 N 4 4 - Tegangan tarik pada pelat: Fi =
σt =
F 75000 = = 100 N = 100 MPa mm 2 (p − d)t (75 − 25 )15
2. SAMBUNGAN PAKU KELING - Tegangan geser pada paku keling: 4×F 4 × 75000 τg = = = 76,4 N = 76,4 MPa 2 2 mm 2 n× π×d 2 × π × 25 - Tekanan bidang antara paku dan pelat: F 75000 σo = = = 100 N 2 = 100 MPa mm n × d × t 2 × 25 × 15 2. Sebuah konstruksi yang disambung dengan kampuh kelingan mendapat beban eksentrik 2500 kg seperti gambar. Jika tegangan geser yang diijinkan bahan paku adalah 650 kg/cm2, tentukan ukuran paku keling.
2. SAMBUNGAN PAKU KELING Penyelesaian; - Mencari pusat berat dari sambungan paku keling: 15 + 15 + 15 (− 10 ) + (− 10 ) + (− 20 ) + (− 20 ) = −10 cm = 7,5 cm Y = 6 6 - Fre body diagram gaya-gaya pada paku keling: X=
- Gaya geser langsung masing2 paku: 2500 Fo = = 416,67 kg 6 - Jarak paku terhadap pusat beratnya: r1 = r2 = r5 = r6 = 7,5 2 + 10 2 = 12,5 cm r3 = r4 = 7,5 cm
- Faktor pembanding k: k=
M 2
4.r1 + 2.r3
2
=
2500 × 57,5 kg 195 = cm 4 × 12,5 2 + 2 × 7,5 2
2. SAMBUNGAN PAKU KELING F1 = F2 = F5 = F6 = k × r1 = 195 × 12,5 = 2437,5 kg F3 = F4 = k × r3 = 195 × 7,5 = 1462,5 kg
- Diameter paku keling: α = sin −1
2
10 = 53 o 12,5
β = 90 o − 53 o = 37 o
2
FR 2 = Fo + F2 + 2.Fo .F2 cos α
FR 2 =
d=
(416,67)2 + (2437,5)2 + 2 × 416,67 × 2437,5 × cos 53 o
4 × FR 2 = π × τg
4 × 2709 = 2,3 cm = 23 mm π × 650
= 2709 kg
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 5. Soal-soal 1. Sebuah konstruksi yang disambung dengan kampuh kelingan mendapat beban eksentrik seperti terlihat pada gambar. Jika tegangan geser yang diijinkan bahan paku adalah 750 kg/cm2 tentukan ukuran paku keling.
2. SAMBUNGAN PAKU KELING 2. Sebuah pelat disambung dengan sambungan keling dan dibebani gaya eksentrik sebesar 6000 kg, sebagaimana terlihat pada gambar. Tentukan ukuran paku keling, jika tegangan geser yang diijinkan untuk bahan paku 750 kg/cm2. (Ukuran dalam cm).
