Alat Sambung - Tinjauan Pustaka - Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Mo

Bab II Tinjauan Pustaka

II.2. Alat Sambung

Pada struktur portal baja, sambungan berfungsi untuk menggabungkan profil-profil wals (giling) menjadi batang, kolom, balok dan bagian-bagian konstruksi lainnya serta menggabungkan bagian-bagian konstruksi tersebut menjadi satu kesatuan bangun. Sambungan ini harus mampu menyalurkan gaya-gaya yang bekerja dari satu komponen ke komponen lainnya.

Karena sambungan berperan menyalurkan gaya ke komponen yang lain, maka sambungan tersebut haruslah dirancang sedemikian rupa sehingga

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

menghasilkan suatu sambungan yang aman, ekonomis dan mampu dibuat secara praktis.

Kriteria dasar yang umum dalam perencanaan sambungan, antara lain: a. Kekuatan (strength)

Dari segi kekuatan, sambungan harus dapat menahan momen, gaya geser, gaya aksial yang dipindahkan dari batang yang satu ke batang yang lain. b. Kekakuan (stiffness)

Kekakuan sambungan secara menyeluruh sangatlah penting, antara lain untuk menjaga lokasi semua komponen struktur satu sama lain.

c. Cukup Ekonomis

Sambungan harus sederhana, biaya fabrikasi yang murah tapi memenuhi syarat cukup kuat dan mudah dalam pelaksanaanya atau praktis.

Macam-macam alat penyambung yaitu :

1. Baut (bolt), ada 2 macam yaitu baut berkekuatan tinggi (high strength bolt) dan baut hitam

2. Paku keling (rivet) 3. Las (welding) 4. Paku pin

Kalau dibandingkan keempat sarana penyambung ini, maka las merupakan sarana penyambung yang menghasilkan sambungan paling kaku, sedangkan paku keling menghasilkan sambungan yang lebih kaku jika dibanding dengan baut, tetapi kurang kaku jika dibanding dengan las.(Oentoeng. 2004)

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

Baut dapat dibagi dalam beberapa jenis: a. Baut kekuatan tinggi

Baut yang banyak digunakan dan ditunjuk ASTM (American Standard Testing of Materials) sebagai jenis utama baut kekuatan tinggi adalah baut A325 dan A490. Baut ini memiliki kepala segienam yang tebal dan akan digunakan dengan mur segienam yang setengah halus (semifinished). Baut A325 tebuat dari baja karbon sedang yang diberi perlakuan panas dengan kekuatan leleh sekitar 81 ksi sampai 92 ksi (58 Mpa sampai 634 Mpa) dan baut A490 juga diberi perlakuan panas tetapi terbuat dari baja paduan (alloy) dengan kekuatan leleh sekitar 115 ksi sampai 130 ksi (793 Mpa sampai 896 Mpa).

Diameter baut kekuatan tinggi berkisar antara 2 1 inci dan 1 2 1 inci. Diameter

yang paling sering digunakan pada konstruksi gedung adalah 4 3

inci dan

8 7

inci, sedang ukuran yang paling umum dalam perencanaan jembatan

adalah 8 7

inci dan 1 inci.

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

Baut hitam ini dibuat dari baja karbon rendah memenuhi standar ASTM A-307. Dipakai pada struktur ringan seperti gording, rangka batang yang kecil, rusuk dinding dan lain-lain yang bebannya kecil dan bersifat statis. Baut ini dibagi atas 2 jenis, yaitu baut sekrup (turned bolt) dan baut bersisip (ribbed bolt).

II.2.2. Paku keling (rivet)

Sudah sejak lama paku keling diterima dan digunakan secara lazim sebagai alat penyambung batang, tetapi beberapa tahun belakangan ini paku keling sudah jarang digunakan. Paku keling dibuat dari baja batangan dan memiliki bentuk silinder dengan kepala di salah satu ujungnya. Paku keling terbuat dari baja karbon sedang dengan identifikasi ASTM A502 yang terdiri dari dua mutu yaitu mutu 1 (Fy = 28 Ksi atau 190 Mpa) dan mutu 2 (fy = 38 Ksi atau 260 Mpa). Pembuatan dan pemasangan paku keling menimbulkan perubahan sifat mekanis.

Proses pemasangannya adalah pertama-tama paku keling dipanasi hingga warnanya menjadi merah muda kemudian paku keling yang telah dipanasi itu dimasukkan ke dalam lobang yang telah disediakan pada sambungan, kepalanya ditekan sambil mendesak ujung lainnya sehingga terbentuk kepala lain yang bulat.

Selama proses tangkai paku keling mengisi lubang (tempat paku dimasukkan) secara penuh sehingga menghasilkan gaya jepit (klem). Akibat pendinginan, besarnya gaya jepit pada setiap paku berlainan sehingga tidak dapat diperhitungkan dalam perencanaan, paku keling juga dapat dipasang dalam

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

keadaan dingin, pada keadaan ini tidak dapat diharapkan menimbulkan gaya jepit karena paku keling tidak menyusut.

Sekarang ini hampir tidak ada lagi penggunaan paku keling, karena pertimbangan teknik baik dalam bengkel pembuatan maupun dilapangan dan juga karena beberapa alasan keuntungan.

Keuntungan baut mutu tinggi dibanding paku keling:

a. Tingkat kebisingan pemasangan baut lebih rendah daripada paku keling

b. Pemasangan paku keling memerlukan tenaga yang terampil dan berpengalaman serta lebih banyak dari pemasangan baut.

c. Baut mutu tingi dapat difabrikasi dibengkel ataupun di perusahaan

d. Untuk konstruksi sambungan dengan kekuatan yang sama diperlukan paku keling yang lebih banyak dari pada baut mutu tinggi serta pembuatan lobang yang lebih banyak.

e. Biaya penggantian dan pemotongan paku keling lebih banyak daripada baut mutu tinggi.

II.2.3. Las (welded)

Pengelasan adalah penyambungan potongan-potongan logam dengan memanaskan titik-titik sentuh hingga mencapai keadaan fluida atau keadaan hampir fluida dan dengan atau tanpa pemakaian tekanan.

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

a. pengelasan busur nyala logam perisai b. pengelasan busur nyala logam perisai gas c. pengelasan busur api redam

d. pengelasan terak listrik

Pada konstruksi baja terdapat 2 macam las, yaitu : a. Las sudut (fillet welded)

Bersifat ekonomis secara keseluruhan, mudah dibuat dan mampu beradaptasi serta merupakan jenis las yang palimg banyak dipakai dibandingkan jenis las dasar yang lain.

b. Las tumpul (groove welded)

Dipakai untuk menyambung batang struktural yang bertemu dalam satu bidang.

II.2.4. Paku Pin

Dapat dianggap sebagai paku pin apabila diamete paku lebih besar dari 40 sampai dengan 300mm. Paku pin ini dipergunakan bila sambungan tersebut diperlukan berotasi. Jadi ini yang merupakan perbedaan dari paku keling dimana pada paku pin diperhitungkan momen akibat rotasi tadi sedangkan pada paku keling tidak ada.

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

Berdasarkan gaya-gaya yang dipikul, sambungan terdiri atas : a. Sambungan tunggal (lap joint), yaitu sambungan beririsan satu.

b. Sambungan rangkap/double (butt joint), yaitu sambungan beririsan kembar. c. Tampang T yang digunakan sebagai batang gantung yang menimbulkan

tegangan tarik pada baut.

P

Sambungan tunggal (lap joint)

P

Sambungan rangkap/double (butt joint),

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

Tampang T

Gambar 2.2 Jenis-jenis sambungan yang menggunakan baut [Salmon. 1994]

Menurut kekakuannya, sambungan dapat dibagi atas:

a. Sambungan difinitif, berarti tidak dapat dibuka lagi tanpa merusak alat-alat penyambung.

b. Sambungan tetap, berarti bagian yang disambung tidak dapat bergerak lagi. c. Sambungan sementara, berarti dapat dibuka lagi tanpa merusak alat-alat

penyambungnya.

d. Sambungan bergerak, berarti sambungan ini memungkinkan pergerakan yang dibutuhkan menurut perhitungan statis pada bagian-bagian yang disambung.

American Institute of Steel Construction (AISC) membagi sambungan atas 3 jenis, yaitu:

a. Sambungan kaku/sambungan tegar (rigid), yang mengembangkan kapasitas momen penuh dari bagian konstruksi penghubung dan yang mempertahankan sudut yang relatif konstan diantara bagian-bagian yang disambung dibawah setiap rotasi sambungan.

b. Sambungan sendi (pin connected), tanpa terjadinya perpindahan momen diantara bagian-bagian yang disambungkan. Sebenarnya sejumlah kecil akan dikembangkan tetapi momen tersebut dapat diabaikan dalam perencanaan.

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

c. Sambungan semi kaku/sambungan semi tegar (semi rigid = partially restrained), dengan kapasitas momen yang dipindahkan kurang dari kapasitas momen penuh dari bagian-bagian konstruksi yang disambungkan. Perencanaan sambungan ini mengharuskan kita untuk menganggap adanya sejumlah kapasitas momen yang sembarang.

Pada hampir semua sambungan struktural, baut harus dapat mencegah terjadinya gerakan material yang akan disambung dalam arah tegak lurus terhadap panjang baut. Pada kasus seperti ini, baut disebut mengalami geser. Kapasitas pikul beban atau kekuatan pikul desain sebuah baut yang mengalami geser tunggal sama dengan hasil kali antra luas penampang melintang tangkainya (shank) dan tegangan geser ijin :

Pgsr = Ab . b

dimana :

Pgsr = Kekuatan geser

Ab = Luas penampang melintang baut b = Tegangan geser ijin baut

Untuk meninjau kekuatan baut perlu ditinjau kekuatan plat di sekitar lubang baut Jika pelat tidak tidak kuat maka lubang baut pada pelat akan berubah

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

bentuk dari bundar menjadi oval. Pada bidang kontak antara baut dan pelat terjadi tegangan yang disebut sebagai tegangan tumpu.

Ptp = d . t . tp

dimana :

Ptp = Kekuatan tumpu d = Diameter lubang

t = Tebal pelat terkecil antara pelat penyambung dan pelat yang disambung

tp = Tegangan tumpu

Pada sambungan jenis tumpu dianggap bautnya memang mengalami geser dan beban yang disalurkan berdasarkan tahanan geser baut. Pada tipe ini, satu-satunya kriteria adalah kekuatan sambungan-sambungan tipe tumpu ini digunakan bila gelinciran akibat kelebihan beban tidak penting walaupun menyebabkan tangkai baut mendesak sisi lubang. Sedangkan sambungan jenis geser dianggap bautnya tidak mengalami geser. Daya tahan gelincir yang memadai pada kondisi beban kerja harus disediakan disamping kekuatan sambungan yang memadai.

Baut-baut pada setiap jenis sambungan mengalami tarik dengan cara yang benar-benar sama. Perbedaan yang ada hanya pada tegangan ijin yang digunakan dalam analisis atau desain. Bila kita meninjau tahanan sambungan maka kita akan memperoleh sambungan gesek (joint resistance) dan sambungan dukung (bearing

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

connection). Sambungan yang dirancang sebagai sambungan gesekan mempunyai tahanan primernya yang dianggap dikembangkan sebagai gaya lintang pada konektor (baut dan paku keling) pada bidang slippotensial diantara bagian-bagian konstruksi yang disambungkan. Sedangkan sambungan dukung adalah sambungan dimana tahanan sambungan diambil sebagai gabungan dari tahanan gaya lintang konektor dan dukungan bahan yang disambungkan melawan konektor tersebut. Perpindahan gaya geser dan profil ke penyambung sebagian besar melalui baut dan sebagian lagi melalui gesekan antara pelat (friction). Semakin kuat mur diputar maka semakin menyatu profil dengan pelat penyambung dan semakin besar pula gaya yang didistribusikan melalui gesekan pelat tersebut. Hal ini terjadi terutama pada baut mutu tinggi yang sanggup memberikan gaya tarik awal sehingga pelat menjadi sangat rapat.

Bila gesekan sendiri mampu memindahkan beban, setiap alat penyambung itu menyalurkan beban yang sama besar (asalkan bahan dan ukurannya sama). Namun jika beban sedemikian besar hingga tahanan gesek tidak mampu memindahkannya, maka tepi lubang akan mengalami desakan. Pada saat sambungan berada diambang kehancuran, gaya gesek tidak besar pengaruhnya terhadap ragam kehancuran (failure mode). Sebaliknya kekuatan pelat bersama kekuatan tarik dan kekuatan geser baut akan menentukan kekuatan sambungan.

Perencanaan sambungan didasarkan atas kelakuan pada saat hampir hancur dan tidak didasarkan atas kekakuan pada beban kerja, walaupun perhitungannya dilakukan dengan menggunakan beban kerja. Jika sambungan berlaku secara elastis, kekakuan yang dianggap dalam perhitungan tidak terjadi.

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

Oleh karena itu, tegangan yang dihitung bukan tegangan yang sesungghnya tetapi hanya untuk memenuhi kriteria keamanan. Tegangan yang dipakai dalam perhitungan perencanaan disebut tegangan nominal.

Pendekatan nominal yang digunakan dalam perencanaan meninjau kapasitas alat penyambung secara individu. Hal ini berarti semua alat penyambung yang sama ukuran dan bahannya dianggap memiliki kekuatan yang sama dalam pemindahan beban. Misalnya bila lima alat penyambung bekerja pada satu baris untuk menyalurkan beban pada sambungan lewatan (lap joint) tarik, maka setiap alat penyambung akan menyalurkan 1/5 bagian dari bahan. Pada saat tahanan gesek dilampaui dan alat penyambung bertumpu pada pelat, deformasi setiap alat penyambung sesungguhnya tidak sama. Pemakaian tegangan nominal identik dengan menganggap pelat bersifat tegar karena jika pelat tidak kaku, deformasi pada setiap alat penyambung tidak akan sama.

Baut-baut dalam konstruksi baja tidak pernah mengisi lubang-lubangnya. Dalam hal ini pemindahan gaya dilakukan atau dengan gesekan-gesekan diantara pelat-pelat yang harus disambung atau kalau gaya-gaya itu besar baru sesudah pergeseran sedikit dari bagian baut, sampai batang-batang baut itu mendukung.

II.4. Faktor yang berpengaruh pada perencanaan sambungan II.4.1 Panjang Sambungan

Ukuran sambungan baik tebal, lebar maupun panjang merupakan faktor yang sangat penting. Jelaslah bahwa sambungan-sambungan yang lebih kecil lebih menghemat bahan. Akan tetapi karena dibuat anggapan bahwa setiap alat

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

penyambung dalam sebuah sambungan mengangkut bagian beban yang sama rata (alat penyambung yang berukuran sama), maka timbul masalah untuk sambungan yang panjang.

Pendistribusian regangan tidak sama dari baut paling depan ke baut yang paling belakang. Jika baut tersebut terlalu panjang maka jelaslah baut yang pertama akan mengangkut lebih daripada

P _{dari beban tersebut dan baut yang}

terakhir hampir tidak memikul beban. Dengan plat yang disambung atau plat penyambung yang dirancang sesuai dengan untuk tarikan dalam tampang bersih, maka plat tersebut tidak memisah tetapi akan meregang yang tergantung pada

PL _{sehingga baut-baut yang didepan akan mengalami regangan geser yang}

cocok ataupun terpotong jika regangan dan pergeseran baut tersebut terlalu besar. Jika sambungan tersebut cukup pendek sehingga semua baut memikul beban, maka baut pertama akan meregang dengan plat. Analisa kecocokan regangan jarang dibuat karena faktor-faktor keamanan yang digunakan bersama-sama dengan sifat keliatan baja adalah sedemikian rupa sehingga kecuali untuk sambungan yang panjang, hanya baut-baut yang pertama dalam sebuah sambungan yang meluluh.

II.4.2. Jarak tepi

Jika baut-baut dalam garis tegangan diletakkan terlalu dekat ke tepi, maka mungkin akan merobek plat tersebut. PPBBI 1983 menetapkan jarak antara baut paling luar ke tepi atau ke ujung bagian yang disambung, tidak boleh kurang dari

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

1,2d dan tidak boleh lebih besar dari 3d atau 6t dimana d adalah diameter baut t adalah tebal terkecil dari plat penyambung atau plat yang disambung.

1,2d< s<3d ata^{u 6t}

Gambar 2.3. Kehancuran desak pada plat [Salmon. 1994]

II.4.3 Distribusi Baut dan Jarak Antar Baut

Suatu sambungan dimana bahan yang disambungkan bersentuhan secara cukup baik sehingga gesekan yang dihasilkan dalam pengikatan akan uniform di antara bagian-bagian tersebut. Jika baut-baut tersebut terlalu dekat satu sama lain maka akan didapatkan interferensi, karena koefisien gesekan maksimum (µ) adalah 0,35. Selain itu, jarak antara yang terlalu dekat dapat menyebabkan kesukaran dalam memasangkan alat-alat penyambungnya.

PBBI 1983 juga menetapkan bahwa pada sambungan yang terdiri dari satu baris baut, jarak dari sumbu ke sumbu dari dua baut yang berurutan tidak boleh kurang dari 2,5d dan tidak boleh lebih besar dari 7d atau 14t, sedangkan jarak antara satu baut dengan baut terdekat pada sambunganyang terdiri dari 2 baris baut tidak boleh lebih besar dari 7d-0,5µ.

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

S1

µ

S1

S

S1

Gambar 2.4. Jarak antara baut dalam satu baris yang tidak berseling [PBBI. 1983]

Apabila sambungan terdiri lebih dari satu baris baut yang dipasang berseling, jarak antara baris-baris baut (µ) tidak boleh kurang dari 2,5d dan tidak boleh lebih besar dari 7d atau 14t, sedangkan jarak antara satu baut dengan baut terdekat pada baris lainnya tidak boleh lebih besar dari 7d atau 14t.

S2

S2 S1

S1

µ

S1

Gambar 2.5. Jarak antara baut dalam satu baris yang berseling [PBBI. 1983]

Muti D. Purba : Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut), 2009.

Pada baut yang berkekuatan tinggi untuk harga perbandingan d L

sampai

kira-kira 9 tidak akan ada terjadi kehilangan efisiensi seperti pada paku keling

yang ternyata jika perbandingan panjang dan diameter d L

lebih besar dari 5 maka

akan mengalami hilangnya efisiensi.

L

d

Gambar 2.6. Ukuran efektif baut

Dalam dokumen Perancangan Profil Rangka Batang Jembatan Baja Dan Analisa Momen Sekunder Pada Sambungannya (Alat Sambung Baut) (Halaman 19-34)