2. SAMBUNGAN PAKU KELING

(1)

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,

tangki-tangki muatan dan tekanan tinggi, dinding kapal dan lain-lain.

c) Sambungan rapat, seperti sambungan kelingan pada tangki-tangki zat cair,

(2)

a) Kepala bulat h øa d l h øa d l a _b 3 ~ 10 d 3 ~ 10 d l 0,7 ~ 0,87 d 0,6 ~ 0,7 d h 1,7 ~ 1,8 d 1,6 ~ 1,7 d øa 2 ~ 37 mm 2 ~ 37 mm d Jenis B Jenis A Ukuran Normal d l h øa b) Kepala tirus/konis 0,4 ~ 0,5 d h 3 ~ 10 d l 2,6 ~ 31 mm d Ukuran Normal

Kepala bulat jenis A banyak dipergunakan pada konstruksi-konstruksi jembatan, bangunan, ketel dan lain-lain, sedangkan jenis B untuk keperluan-keperluan khusus pada konstruksi jenis A.

Jenis kepala tirus/konis banyak dipakai pada konstruksi/sambungan yang tidak boleh bocor seperti tangki ketel uap, tangki minyak dll.

(3)

2. Bentuk dan ukuran paku Keling

c) Kepala persing/benam (kepala benam)

Ukuran Normal

d) Kepala silinder datar

Ukuran Normal 0,6 ~ 0,7 d — h₁ 0,4 ~ 0,6 d 0,4 ~ 0,6 d h 60 ~ 75o 60 ~ 75o α 2 ~ 31 mm 2 ~ 31 mm d 1,6 ~ 1,8 d ~ 1,6 d øa Jenis B Jenis A h l d øa 0,4 ~ 0,5 d h 1,5 ~ 2,0 d a 2,3 ~ 6 mm d l l d d h h h1 α α α α αααα a b

(4)

e) Paku keling dengan bahan peledak (exploded rivet)

f) Kepala silinder datar

bahan peledak

d₁

Banyak dibuat dari alumunium dan tembaga, dipergunakan untuk pengelingan bahan-bahan bukan logam, isolator dan lain-lain.

Diameter paku d₁ = 4 ~ 20 mm, Tebal dinding t = 0,25 ~ 2 mm.

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.

(5)

3. Tipe Sambungan Keling

a) Kampuh Berimpit (Lap Joint)

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 1 t t t 1

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

(6)

a) Kerusakan pada pelat.

Pemeriksaan kekuatan sambungan keling ditinjau berdasarkan dua hal: Kerusakan pada pelat.

Kerusakan pada paku keling.

- 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.

(7)

4. Kerusakan pada Sambungan Keling

- Pelat sobek pada baris paku keling

n F F_o = Besarnya gaya yang diterima masing-masing paku keling:

Tiap jarak antara p, berdasarkan kemungkinan putus pelat antara lubang dengan lubang paku, adalah:

t o (p d)t.

F ≤ − σ

Untuk pelat dengan lebar b persamaannya:

t . t ) d . n b ( F ≤ − σ

n = jumlah paku keling t = tebal pelat

= tegangan tarik yang diijinkan untuk pelat.

t

σ

(8)

b) Kerusakan pada paku.

- Paku menerima beban geser

Sambungan kampuh berimpit (lap joint)

Kekuatan paku menerima beban geser:

Tekanan bidang antara pelat dengan batang paku:

o t n F d σ × × = g 2 d 4 n F = × π ×τ o t d n F = × × × σ g

τ _{= tegangan geser yang diijinkan untuk bahan paku}

o

σ

_{= tekanan bidang yang diijinkan untuk bahan paku atau pelat}

g n F 4 d τ π × × =

(9)

4. Kerusakan pada Sambungan Keling

Sambungan kampuh bilah tunggal (single butt joint).

g 2 d 4 n F = × π ×τ t1 _{= tebal bilah} o 1 t d n F ≤ × × × σ o 1 t n F d σ × × = g n F 4 d τ π × × =

(10)

Sambungan kampuh bilah ganda (double butt joint).

o t d n F ≤ × × × σ o t n F d σ × × = g 2 d 4 2 n F = × × π × τ g n F 2 d τ π × × =

(11)

4. Efisiensi Sambungan Paku Keling

Efisiensi sambungan keling adalah perbandingan antara kekuatan pelat setelah dikeling dengan kekuatan pelat sebelum dikeling.

% 100 utuh pelat tan kekua ang lub ber pelat tan kekua keling= × η

(

)

(

)

% 100 p d p % 100 t p t d p t t keling × − = × × × × × − = σ σ η 55 – 60 70 – 83 80 – 90 85 – 94 Dikeling tunggal Dikeling ganda Dikeling tiga (triple)

Dikeling empat (quadruple) 45 – 60 63 – 70 72 – 80 Dikeling tunggal Dikeling ganda Dikeling triple Effisiensi (%) Kampuh Bilah (Ganda)

Effisiensi (%) Kampuh berimpit

Harga-harga efisiensi kekuatan sambungan keling adalah sebagaimana terlihat pada tabel dibawah ini:

48 42 39 36 33 30 27 24 22 20 18 16 14 12 Diameter paku (mm) 50 44 41 38 35 32 29 25,5 23,5 21,5 19,5 17,5 15,5 13,5 Diameter lubang (mm)

(12)

F 1 3 2 4 e Z X Y x F F₂ F₁ Z 2 1 3 e 4 F₃ F₄ F₁ Z 2 1 3 4 F₃ F₄ F_o F_o F_o F_o F2 r₁ r₂ r₃ r₄ R₁ R₂ R₃ R₄ (a) (b) n 4 3 2 1 n n 4 4 3 3 2 2 1 1 A .... ... A A A A X . A .... ... X . A X . A X . A X . A X + + + + + + + + + + = A . n X . A .... ... X . A X . A X . A X . A X ₌ 1 + 2 + 3 + 4 + + n n X .... ... X X X X X = 1 + 2 + 3 + 4 + + n n Y .... ... Y Y Y Y Y = 1 + 2 + 3 + 4 + + n

(13)

4. Sambungan Paku Keling dengan Beban Eksentrik

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

Gaya geser langsung pada masing-masing paku adalah:

n F F_o = n n n 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1.F .r n .F .r n .F .r n .F .r ... ... n .F .r n e . F = + + + + + n n n 4 4 4 3 3 3 2 2 2 1 1 1.k.r .r n .k.r .r n .k.r .r n .k.r .r ... n .k.r .r n + + + + + =

(

2

)

n n 2 4 4 2 3 3 2 2 2 2 1 1.r n .r n .r n .r ... n .r n k + + + + + = 2 n n 2 4 4 2 3 3 2 2 2 2 1 1.r n .r n .r n .r ... ... n .r n e . F k + + + + + =

(14)

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.

Diketahui: t = 15 mm; d = 25 mm; p = 75 mm; S_f = 4 Penyelesaian; 2 t mm N 400 = σ τg = 320 N_mm2 o mm2 N 640 = σ

(15)

- Gaya tarik maksimum pada pelat dengan jarak p adalah:

- Gaya geser maksimum pada paku dengan jarak p adalah:

- Gaya akibat tekanan bidang antara paku dan pelat dengan jarak p adalah:

Dari hasil perhitungan diperoleh gaya minimum adalah 300000 N = 300 kN - Dengan faktor keamanan 4, maka beban yang diijinkan dengan jarak p:

- Tegangan tarik pada pelat:

(

75 25

)

15 400 300000 N t ) d p ( F = − × σ_t = − × = N 314159 320 25 4 2 d 4 n F = × π × 2 × τ_g = × π × 2 × = N 480000 640 15 25 2 t d n F = × × × σ_o = × × × = N 75000 4 300000 4 F F maks i = = =

(

)

(

₇₅ ₂₅

)

₁₅ 100 Nmm 100 MPa 75000 t d p F 2 t = = − = − = σ

(16)

- Tekanan bidang antara paku dan pelat: MPa 4 , 76 mm N 4 , 76 25 2 75000 4 d n F 4 2 2 2 g = = × × × = × × × = π π τ MPa 100 mm N 100 15 25 2 75000 t d n F 2 o = = × × = × × = σ

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.}

(17)

Penyelesaian;

- Mencari pusat berat dari sambungan paku keling:

- Fre body diagram gaya-gaya pada paku keling:

cm 5 , 7 6 15 15 15 X = + + =

(

) (

)

10 cm 6 20 20 10 10 Y = − + − + − + − = −

- Gaya geser langsung masing2 paku:

- Jarak paku terhadap pusat beratnya:

kg 67 , 416 6 2500 F_o = = cm 5 , 12 10 5 , 7 r r r r₁ = ₂ = ₅ = ₆ = 2 + 2 = cm 5 , 7 r r₃ = ₄ = - Faktor pembanding k: cm kg 195 5 , 7 2 5 , 12 4 5 , 57 2500 r . 2 r . 4 M k ₂ ₂ ₂ 3 2 1 = × + × × = + =

(18)

- Diameter paku keling: kg 5 , 1462 5 , 7 195 r k F F₃ = ₄ = × ₃ = × = o 1 ₅₃ 5 , 12 10 sin = = − α o o o 37 53 90 − = = β α cos F . F . 2 F F FR₂ = _o2 + ₂2 + _o ₂

(

416,67

)

(

2437,5

)

2 416,67 2437,5 cos53 2709 kg FR₂ = 2 + 2 + × × × o = mm 23 cm 3 , 2 650 2709 4 FR 4 d g 2 ₌ ₌ × × = × × = π τ π

(19)

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.}

(20)

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).}