Sambungan Las Paku Keling dan Baut

2012
11.26

SAMBUNGAN LAS
Sambungan las adalah sambungan antara dua logam dengan cara pemanasan, dengan atau tanpa logam pengisi. Sambungan terjadi pada kondisi logam dalam keadaan plastis atau leleh. Sambungan las banyak digunakan pada: Konstruksi baja, Ketel uap dan tangki, Permesinan
Jenis – Jenis Sambungan LAS:

1) Sambungan Sebidang

Sambungan sebidang dipakai terutama untuk menyambung ujung-ujung plat datar dengan ketebalan yang sama atau hampir sarna. Keuntungan utama jenis sambungan ini ialah menghilangkan eksentrisitas yang timbul pada sambungan lewatan tunggal seperti dalam Gambar 6.16(b). Bila digunakan bersama dengan las tumpul penetrasi sempurna (full penetration groove weld), sambungan sebidang menghasilkan ukuran sambungan minimum dan biasanya lebih estetis dari pada sambungan bersusun. Kerugian utamanya ialah ujung yang akan disambung biasanya harus disiapkan secara khusus (diratakan atau dimiringkan) dan dipertemukan secara hati-hati sebelum dilas. Hanya sedikit penyesuaian dapat dilakukan, dan potongan yang akan disambung harus diperinci dan dibuat secara teliti. Akibatnya, kebanyakan sambungan sebidang dibuat di bengkel yang dapat mengontrol proses pengelasan dengan akurat.

2) Sambungan Lewatan

Sambungan lewatan pada Gambar 6.17 merupakan jenis yang paling umum. Sambungan ini mempunyai dua keuntungan utama:
− Mudah disesuaikan. Potongan yang akan disambung tidak memerlukan ketepatan dalam pembuatannya bila dibanding dengan jenis sambungan lain. Potongan tersebut dapat digeser untuk mengakomodasi kesalahan kecil dalam pembuatan atau untuk penyesuaian panjang.
− Mudah disambung. Tepi potongan yang akan disambung tidak memerlukan persiapan khusus dan biasanya dipotong dengan nyala (api) atau geseran. Sambungan lewatan menggunakan las sudut sehingga sesuai baik untuk pengelasan di bengkel maupun di lapangan. Potongan yang akan disambung dalam banyak hal hanya dijepit (diklem) tanpa menggunakan alat pemegang khusus. Kadang-kadang potongan-potongan diletakkan ke posisinya dengan beberapa baut pemasangan yang dapat ditinggalkan atau dibuka kembali setelah dilas.
− Keuntungan lain sambungan lewatan adalah mudah digunakan untuk menyambung plat yang tebalnya berlainan.

3) Sambungan Tegak

Jenis sambungan ini dipakai untuk membuat penampang bentukan (built-up) seperti profil T, profil 1, gelagar plat (plat girder), pengaku tumpuan atau penguat samping (bearing stiffener), penggantung, konsol (bracket). Umumnya potongan yang disambung membentuk sudut tegak lurus seperti pada Gambar 6.16(c). Jenis sambungan ini terutama bermanfaat dalam pembuatan penampang yang dibentuk dari plat datar yang disambung dengan las sudut maupun las tumpul.

4) Sambungan Sudut

Sambungan sudut dipakai terutama untuk membuat penampang berbentuk boks segi empat seperti yang digunakan untuk kolom dan balok yang memikul momen puntir yang besar.

5) Sambungan Sisi

Sambungan sisi umumnya tidak struktural tetapi paling sering dipakai untuk menjaga agar dua atau lebih plat tetap pada bidang tertentu atau untuk mempertahankan kesejajaran (alignment) awal.

Keunggulan dibandingkan dengan sambungan lainnya:

1. Lebih murah dan lebih ringan
2. Tidak ada pengurangan luas penampang
3. Permukaan sambungan bisa dibuat rata
4. Bahaya terhadap korosi kurang
5. Mudah pembersihannya
6. Tampak lebih bagus

Kekurangan:

1. Hanya untuk logam sejenis
2. Terjadi perubahan struktur material pada daerah HAZ
3. Pengelasan dilapangan lebih sukar dari sambungan keling/baut
4. Sambungan Cendrung melengkung

Sambungan Paku Keling

Paku keling (rivet) digunakan untuk sambungan tetap antara 2 plat atau lebih misalnya pada tangki dan boiler. Paku keling dalam ukuran yang kecil dapat digunakan untuk menyambung dua komponen yang tidak membutuhkan kekuatan yang besar, misalnya peralatan rumah tangga, furnitur, alat-alat elektronika, dll Sambungan dengan paku keling sangat kuat dan tidak dapat dilepas kembali dan jika dilepas maka akan terjadi kerusakn pada sambungan tersebut. Karena sifatnya yang permanen, maka sambungan paku keling harus dibuat sekuat mungkin untuk menghindari kerusakan atau patah.

Bagian utama paku keling adalah :
1. kepala
2. badan
3. ekor
4. kepala lepas

Bahan paku keling
yang biasa digunakan antara lain adalah baja, brass, aluminium, dan tembaga tergantung jenis sambungan/ beban yang diterima oleh sambungan. Penggunaan umum bidang mesin : ductile (low carbor), steel, wrought iron. Penggunaan khusus : weight, corrosion, or material constraints apply : copper (+alloys) aluminium (+alloys), monel, dll.

Sambungan paku keling ini dibandingkan dengan sambungan las mempunyai keuntungan yaitu :

1. Sambungan keling lebih sederhana dan murah untuk dibuat.
2. Pemeriksaannya lebih mudah
3. Sambungan keling dapat dibuka dengan memotong kepala dari paku keling tersebut.

Bila dilihat dari bentuk pembebanannya, sambungan paku keling ini dibedakan yaitu :

1. Pembebanan tangensial.
2. Pembebanan eksentrik.
3. PEMBEBANAN TANGENSIAL

Sambungan dengan paku keling ini umumnya bersifat permanent
dan sulit untuk melepaskannya karena pada bagian ujung pangkalnya lebih
besar daripada batang paku kelingnya.
 Bagian utama paku keling adalah :
1. Kepala
2. Badan
3. Ekor
4. Kepala lepas
 Bahan paku keling
Yang biasa digunakan antara lain adalah baja, brass, aluminium,
dan tembaga tergantung jenis sambungan/ beban yang diterima oleh
sambungan.
Penggunaan umum bidang mesin : ductile (low carbor), steel, wrought
iron.
Penggunaan khusus : weight, corrosion, or material constraints apply :
copper (+alloys) aluminium (+alloys), monel, dll

1.2 PENGGUNAAN PAKU KELING
Pemakaian paku keling ini digunakan untuk :
 Sambungan kuat dan rapat, pada konstruksi boiler ( boiler,  tangki
dan pipa-pipa tekanan tinggi ).
 Sambungan kuat, pada konstruksi baja (bangunan, jembatan dan
crane ).
 Sambungan rapat, pada tabung dan tangki ( tabung pendek,
cerobong, pipa-pipa tekanan).
 Sambungan pengikat, untuk penutup chasis ( misalnya ; pesawat
terbang, kapal).

1.3 KEUNTUNGAN DAN KELEMAHAN
a. Keuntungan
Sambungan paku keling ini dibandingkan dengan sambungan las
mempunyai keuntungan yaitu :
 Bahwa tidak ada perubahan struktur dari logam disambung. Oleh
karena itu banyak dipakai pada pembebanan-pembebanan dinamis.
 Sambungan keling lebih sederhana dan murah untuk dibuat.
 Pemeriksaannya lebih mudah
 Sambungan keling dapat dibuka dengan memotong kepala dari
paku keling tersebut

b. Kelemahan
 Hanya satu kelemahan bahwa ada pekerjaan mula berupa
pengeboran lubang paku kelingnya di samping kemungkinan
terjadi karat di sekeliling lubang tadi selama paku keling dipasang.
Adapun pemasangan paku keling bisa dilakukan dengan tenaga
manusia, tenaga mesin dan bisa dengan peledak (dinamit)
khususnya untuk jenis-jenis yang besar.
 Paku keling dalam ukuran yang kecil dapat digunakan untuk
menyambung dua komponen yang tidak membutuhkan kekuatan
yang besar, misalnya peralatan rumah tangga, furnitur, alat-alat
elektronika, dll

1.4 JENIS PEMBEBANAN DALAM PAKU KELING

Bila dilihat dari bentuk pembebanannya, sambungan paku keling ini
dibedakan yaitu :
Pembebanan tangensial dan Pembebanan eksentrik.
 PEMBEBANAN TANGENSIAL

Pada jenis pembebanan tangensial ini, gaya yang bekerja
terletak pada garis kerja resultannya, sehingga pembebanannya
terdistribusi secara merata kesetiap paku keling yang digunakan.
 PEMBEBANAN EKSENTRIK
1.5 JENIS KERUSAKAN
 Tearing of the plate at ende : robek pada bagian pinggir dari plat yang
dapat terjadi jika margin (m) kurang dari 1.5 d, dengan d ialah
diameter paku keling.

 Tearing of the plate a cross a row of rivets : robek pada garis sumbu
lubang paku keling dan bersilangan dengan garis gaya.

 Shearing of the rivets : kerusakan sambungan paku keling karena
beban geser.

1.6 TIPE SAMBUNGAN PAKU KELING
A. Berdasarkan Penyambungan Plat
 Lap joint (Sambungan Berimpit) : sambungan yang menempatkan
pelat yang akan disambung saling berimpitan dan kedua pelat tersebut
disambung dengan paku keling .
Pemasangan tipe lap joint biasanya digunakan pada plat yang overlaps
satu dengan yang lainnya..
 Butt joint (Sambungan Bilah): sambungan yang menempatkan
kedua ujung pelat yang akan disambung saling berdekatan, lalu kedua


pelat tersebut ditutup dengan bilah
(strap), kemudian masing-masing
pelat disambungkan dengan bilah menggunakan paku keling
Digunakan untuk menyambung dua plat utama, dengan menjepit
menggunakan 2 plat lain, sebagai penahan (cover), dimana plat
penahan ikut dikeling dengan plat utama. Tipe ini meliputi single strap
butt joint dan double strap butt joint

B. Berdasarkan Jumlah Baris
 Sambungan baris tunggal (single riveted joint)
Pada sambungan berimpit, sambungan baris tunggal adalah sambungan
yang menggunakan satu baris paku keeling pada sistem sambungan.
Sedangkan pada sambungan bilah, sambungan baris tunggal adalah
sambungan yang menggunakan satu baris paku pada masing-masing
sisi sambungan.

 Sambungan baris ganda (double riveted lap joint)

Pada sambungan berimpit,
sambungan baris ganda adalah
sambungan yang menggunakan dua baris paku keling pada sistem
sambungan. Sedangkan pada sambungan bilah, sambungan baris
ganda adalah sambungan yang menggunakan dua baris paku pada
masing-masing sisi sambungan

C. Berdasarkan Susunan Paku
 Sambungan Rantai
 Sambungan Zig - Zag

1.7 DESAIN TEKNIS KELING
Pitch: Jarak dari pusat satu keling ke pusat keling lainnya yang sejajar,
dinotasikan dengan p.
Diagonal Pitch: Jarak antara pusat keling pada baris berikutnya dari
sambungan keling zig-zag

- Strength of Plate, P = p x t x f t
- Efisiensi Sambungan

EFISIENSI SAMBUNGAN
Lap Joint Effisiensi But joint (D strap) Effisiensi
Single 45 – 60 Single 55 – 60
Double 63 – 70 Double 70 – 83
Triple 72 - 80 Triple 80 – 90
Quadruple 85 – 94

Sambungan baut

Baut adalah alat sambung dengan batang bulat dan berulir, salah satu ujungnya dibentuk kepala baut ( umumnya bentuk kepala segi enam ) dan ujung lainnya dipasang mur/pengunci. Dalam pemakaian di lapangan, baut dapat digunakan untuk membuat konstruksi sambungan tetap, sambungan bergerak, maupun sambungan sementara yang dapat dibongkar/dilepas kembali. Bentuk uliran batang baut untuk baja bangunan pada umumnya ulir segi tiga (ulir tajam) sesuai fungsinya yaitu sebagai baut pengikat. Sedangkan bentuk ulir segi empat (ulir tumpul) umumnya untuk baut-baut penggerak atau pemindah tenaga misalnya dongkrak atau alat-alat permesinan yang lain.

Jenis Baut
•Baut Hitam
Yaitu baut dari baja lunak ( St-34 ) banyak dipakai untuk konstruksi ringan / sedang misalnya bangunan gedung, diameter lubang dan diameter batang baut memiliki kelonggaran 1 mm.
•Baut Pass
Yaitu baut dari baja mutu tinggi (>St-42 ) dipakai untuk konstruksi berat atau beban bertukar seperti jembatan jalan raya, diameter lubang dan diameter batang baut relatif pass yaitu kelonggaran < 0,1 mm.

Ukuran Diameter Baut

Keuntungan Sambungan Baut

1. Lebih mudah dalam pemasangan/penyetelan konstruksi di lapangan.
2. Konstruksi sambungan dapat dibongkar-pasang.
3. Dapat dipakai untuk menyambung dengan jumlah tebal baja > 4d ( tidak seperti paku keling dibatasi maksimum 4d ).
4. Dengan menggunakan jenis Baut Pass maka dapat digunakan untuk konstruksi berat /jembatan.

·         Baut merupakan salah satu alat pengencang yang cukup populer di samping las, terutama baut mutu tinggi.

·         Baut menggeser penggunaan paku keling karena kemampuan menerima gaya yang lebih besar dan menghemat biaya konstruksi.

·         Dua tipe dasar baut mutu tinggi yang distandarkan ASTM adalah tipe A325 dan A490 yang mempunyai kepala berbentuk segi enam.

·         Pemasangan baut mutu tinggi memerlukan gaya tarik awal yang akan memberikan friksi sehingga cukup kuat untuk memikul beban yang bekerja. Gaya ini dinamakan proof load.

·         Proof load diperoleh dengan mengalikan luas daerah tegangan tarik (As) dengan kuat leleh yang besarnya 70% fu untuk A325 dan 80% fu untuk A490.

Ket : db = diameter nominal baut

             n  = jumlah ulir per mm

Tipe-Tipe Baut

Tipe Baut	Diameter (mm)	Proof Stress (MPa)	Kuat Tarik Minimum (MPa)
A307	6,35 – 104	-	60
A325	12,7 – 25,4 28,6 – 38,1	585 510	825 725
A490	12,7 – 38,1	825	1035

2.      Tahanan Nominal Baut

Suatu baut yang memikul gaya terfaktor, Ru, harus memenuhi :

Φ  = faktor reduksi = 0,75 (SNI 03-1729-2002)

Rn = tahanan nominal baut

Tahanan Geser Baut

Tahanan nominal satu buah baut yang memikul gaya geser memenuhi persamaan:

= 0,50 untuk baut tanpa ulir pada bidang geser

             = 0,40 untuk baut dengan ulir pada bidang geser

= kuat tarik baut (MPa)

= luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir

= jumlah bidang geser

Tahanan Tarik Baut

Baut yang memikul gaya tarik tahanan nominalnya (untuk semua baut) dihitung menurut:

= kuat tarik baut (MPa)

= luas bruto penampang baut pada daerah tak berulir

Untuk lubang baut selot panjang tegak lurus arah gaya berlaku :

Tahanan Tumpu Baut

Tahanan tumpu nominal tergantung kondisi terlemah dari baut atau komponen pelat yang disambung. Besarnya ditentukan oleh:

= diameter baut pada daerah tak berulir

= tebal pelat

= kuat tarik putus terendah dari baut atau pelat

Tata Letak Baut

Jarak antar pusat lubang baut harus diambil tidak kurang dari 3 kali diameter nominal baut, dan jarak antara baut tepi dengan ujung pelat harus sekurang-kurangnya 1,5 diameter nominal baut. Dan jarak maksimum antar pusat lubang baut tak boleh melebihi 15 tp (dengan tp adalah tebal pelat lapis tertipis dalam sambungan) atau 200 mm, sedangkan jaraj tepi maksimum harus tidak melebihi (4tp+100 mm) atau 200 mm. (SNI pasal 13.4)

Sambungan Tipe Friksi

Apabila dikehendaki sambungan tanpa slip (tipe friksi), maka satu baut yang hanya memikul gaya geser terfaktor, Vu, dalam bidang permukaan friksi harus memenuhi :

Kuat rencana dihitung menurut :

= koefisien gesek = 0,35

= jumlah bidang geser

= 1,0 untuk lubang standar

            = 0,85 untuk lubang selot pendek dan lubang geser

            = 0,70 untuk lubang selot panjang tegak lurus arah gaya

            = 0,60 untuk lubang selot panjang sejajar arah gaya

3.      Geser eksentris

Apabila gaya P bekerja pada garis kerja yang tidak melewati titik berat kelompok baut muka akan timbul efek akibat gaya eksentris tersebut. Dalam mendesain sambungan seperti ini dapat dilskuksn dua macam pendekatan yaitu:

1.      Analisa elastik,yang mengasumsikan tak ada gesekan antara pelat yang kaku dan alat pengencang yang elastik.

2.      Analisa plastis, yang mengasumsikan bahwa kelompok alat pengencang dengan beban eksentris P berputar terhadap pusat rotasi sesaat dan deformasi di setiap alat penyambung sebanding dengan jaraknya dari pusat rotasi.

Analisa elastik

Prosedur analisa ini didasarkan pada konsep mekanika bahan sederhana, dan digunakan sebagai prosedur konservatif.

Untuk menghitung gaya total akibat beban eksentris pada gambar 1.a , maka pengaruh gaya R_r memeberikan gaya kontribusi gaya kepada tiap baut sebesar :

Dengan N adalah jumla.h baut. Dan total resultan gaya pada tiap baut yang mengalami gaya eksentris adalah :

Contoh Soal

Hitunglah gaya maksimal yang bekerja dalam satu baut, untuk suatu komponene struktur berikut yang memikul gaya eksentris seperti pada gambar .

Jawab :

Baut yang menerima gaya terbesar adalah baut nomor 1, 3, 4, dan 6. Pada baut nomor 4 bekerja gaya-gaya :

 

e = 75 + 50 = 125 mm

M = 12(125) = 1500 ton mm

Σ x² + Σ y² = 6 (50)² + 4 (75)² = 37500 mm²

Gaya total pada baut nomor 4 :

Analisa Plastis

Cara analisa ini dianggap lebih rasional dibandingkan dengan cara elastik. Beban P yang bekerja dapat menimbulkan translasi dan rotasi pada kelompok baut. Translasi dan rotasi ini dapat direduksi menjadi rotasi murni terhadap rotasi besar.

Sambungan Tipe Tumpu

Untuk sambungan tipe tumpu, slip diabaikan dan deformasi tiap alat pengencang proporsional terhadap jaraknya ke pusat rotasi sesaat. Analisa dilakukan sebagai berikut :

Dengan : R_i adalah tahanan nominalsatu baut

               Δ_i adalah deformasi baut i dalam mm

              Δ_max dari hasil eksperimental adalah sama dengan 8,6 mm

Contoh Soal

1.      Sebuah batang tarik dari siku tunggal 120.120.12 (BJ: 37) digunakan untuk menahan gaya tarik yang terdiri dari 40 KN beban mati dan 120 KN beban hidup. Asumsikan tebal pelat sambung adalah 12 mm. jika digunakan baut A 325 berdiameter ½” dengan ulir diluar bidang geser, hitunglah jumlah baut yang dibutuhkan!

Jawab:

Hitung beban tarik terfaktor Tu:

Tu = 1,2 D + 1,6 L

      = (1,2 . 40) + (1,6 . 120)

      = 240 KN  =  24 t

db = ½ “ = 12,7 mm

dimana 1” =25,4 mm

BJ 37 . fy = 240

            fu = 370

mencari kekuatan pelat

Ag = 12 . 120 = 1440 mm²

An = 1440 – 2 (12,7 + 2) . 12

      = 1087,2 mm

An _max = 0,85 . Ag = 0,85 . (1440)        =     1224 mm²

An = Ae = 1087,2 mm²

Leleh   = Ф Tn            = Ф . fy . Ag

                        = 0,9 (240) . (1440)

                        = 311.040 N

                        = 31,104 t

Fraktur            = Ф Tn            = Ф . fu . Ae

                        = 0,75 . (370) . (1087,2)

                        = 301698 N

                        = 30,1698 t

Ф Tn > Tu

30,1698 > 24

Perencanaan baut:

Ulir diluar bidang geser (r = 0,5)

Ф Rn   = Ф r₁ . m . fu_baut . Ab

           = 0,75 . (0,5) (1) (825)(1/4 . π . 12,7²)

            39.190,6566 N                        = 3,9191 t

Tumpu = Ф . Rn = Ф . 2,4 .db .tp.fu_baut

                        = 0,75.(2,4)(12,7)(12)(370)

                        = 101498,4 N

                        = 10,1498 t

Maka yang menentukan adalah Ф Rn = 3,9191 t

∑  baut yang diperlukan

∑ baut :   Tu     =     24      =  6,1239 = 6 buah

               Ф Rn      3,9191

2.      Hitung P_n yang boleh bekerja pada sambungan berikut ini, lakukan analisa plastis. Alat sambung yang digunakan adalah baut A325 (d_b = 22 mm, f_u^b = 825 MPa) tanpa ulir pada bidang geser.

Jawab :

E = 75 +50 = 125 mm

R_ni  = 0,5. f_u^b.A_b.m = 0,5.(825)(¼.п.22²)(1) = 15,68 ton

R_i = R_ni [1 – exp(-0,4.Δ_i)]^0,55

1.      Misalkan r_o diambil sama dengan 75 mm, proses hitungan ditabelkan sebagai berikut :

No. Baut	xi	yi	di	Δi	Ri	(Ri. xi/ di)	Ri .di
1	25	75	79,057	4,664	14,295	4,520	1130,090
2	25	0	25,000	1,475	10,053	10,053	251,323
3	25	-75	79,057	4,664	14,295	4,520	1130,090
4	125	75	145,774	8,600	15,401	13,207	2245,127
5	125	0	125,000	7,374	15,223	15,223	1902,883
6	125	-75	145,774	8,600	15,401	13,207	2245,427
					Σ	60,730	8904,640

Maka didapat P_n = 60,730 ton

Maka didapat 

Karena hasil tidak cocok, proses diulangi kembali.

2.      Coba r_o = 51,46 mm

No. Baut	xi	yi	di	Δi	Ri	(Ri. xi/ di)	Ri .di
1	1,46	75	75,014	5,113	14,530	0,283	1089,942
2	1,46	0	1,460	0,100	2,634	2,634	3,845
3	1,46	-75	75,014	5,113	14,530	0,283	1089,942
4	101,46	75	126,171	8,600	15,401	12,385	1943,217
5	101,46	0	101,460	6,916	15,130	15,130	1535,055
6	101,46	-75	126,171	8,600	15,401	12,385	1943,217
					Σ	43,099	7605,219

Maka didapat P_n = 43,099 ton

Tugas 

semangat pagi

amati konstruksi sambungan di rumah anda dan ambil fotonya (langsung) kemudian berikan analisis terkait dengan sambungan tersebut. tugas dikirim ke link yang saya share di WAG. 

selamat belajar dan jangan lupa bahagia

Andrias Budi Raharja