BAB II LANDASAN TEORI

BAB II

LANDASAN TEORI 2.1 Tanah Lempung

Tanah lempung dan mineral lempung adalah tanah yang memiliki partikel-partikel mineral tertentu yang menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila dicampur dengna air. Partikel-partikel tanah berukuran yang lebih kecil dari 2 mikron, atau <5 mikron menurut sistem klasifikasi yang lain, disebut saja sebagai partikel berukuran lempung daripada disebut lempung saja. Partikel-partikel dari mineral lempung umumnya berukuran koloid (<1μ) dan ukuran 2μ merupakan batas atas (paling besar) dari ukuran partikel mineral lempung.Untuk menentukan jenis lempung tidak cukup hanya dilihat dari ukuran butirannya saja tetapi perlu diketahui mineral yang terkandung didalamnya. ASTM D-653 memberikan batasan bahwa secara fisik ukuran lempung adalah partikel yang berukuran antara 0,002 mm sampai 0,005 mm.Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung adalah sebagai berikut:(Hardiyatmo, 1999).

1. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm 2. Permeabilitas rendah

3. Kenaikan air kapiler tinggi 4. Bersifat sangat kohesif

5. Kadar kembang susut yang tinggi 6. Proses konsolidasi lambat.

Kebanyakan jenis tanah terdiri dari banyak campuran atau lebih dari satu macam ukuran partikel. Tanah lempung belum tentu terdiri dari partikel lempung saja, akan tetapi dapat bercampur butir -butiran ukuran lanau maupun pasir dan mungkin juga terdapat campuran bahan organik

Pelapukan akibat reaksi kimia menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih kecil dari 0,002 mm, yang disebut mineral lempung. Partikel lempung berbentuk seperti lembaran yang mempunyai permukaan khusus, sehingga lempung mempunyai sifat sangat dipengaruhi oleh gaya-gaya permukaan. Terdapat kira-kira 15 macam mineral yang diklasifikasikan sebagai mineral lempung. Diantaranya terdiri dari kelompok-kelompok: montmorillonite, illite, kaolinite, dan polygorskite .Terdapat pula kelompok yang lain, misalnya: chlorite, vermiculite, dan hallosite.

Susunan kebanyakan tanah lempung terdiri dari silika tetrahedral dan alumunium oktahedra. Silika dan alumunium secara parsial dapat digantikan oleh elemen yang lain dalam kesatuannya, keadaan ini dikenal sebagai substituasi isomorf. Kombinasi susunan dari kesatuan dalam bentuk susunan lempeng. Bermacam-macam lempung terbentuk oleh kombinasi tumpukan dari susunan lempeng dasarnya dengan bentuk yang berbeda-beda (Hardiyatmo dkk, 2002)

Gambar 2.1 Tanah Lempung (sumber: dokumen pribadi)

2.2Poros

Menurut Elemenn Mesin (Sularso,1987). Poros adalah salah satu bagian terpenting dari mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros. Contoh poros ditunjukan pada gambar 2.2.

Secara garis besarnya poros dibedakan menjadi: 1. Poros transmisi

Poros ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk dan sproket rantai.

2. Spindel

Spindel adalah poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti.

3. Gandar

Gandar adalah poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang dimana, tidak mendapat beban puntir. Gandar ini hanya mendapat beban lentur.

Dalam merencanakan sebuah poros hal-hal penting yang diperhatikan adalah sebagai berikut (Sularso,1987)

1. Kekuatan poros

Kekuatan poros adalah kekuatan poros untuk menerima beban puntir atau lentur atau gabungannya. Perlu juga diperhatikan jika poros mendapat alur pasak atau mengalami pengecilan diameter (poros bertingkat). Jadi poros harus kuat dan mampu untuk menerima semua beban tersebut.

2. Kekauan poros

Meskipun poros sudah kuat tetapi jika lenturan atau defleksi puntirannya harus besar, misalnya pada kotak roda gigi. Oleh karena itu disamping kekuatannya harus diperhatikan dan disesuaikan dengan mesin yang akan dilayani.

3. Putaran kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada harga tertentu akan menimbulkan getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kristis. Jika mungkin poros harus direncanakan dengan putaran kerja dibawah putaran kristisnya.

Bahan untuk poros hendaknya bahan yang tahan terhadap korosi, terutama untuk poros yang bersinggungan langsung dengan fluida yang korosif dan poros mesin yang sering berhenti dalam jangka waktu yang lama. Tetapi pada batas-batas tertentu dapat dilakukan perlindungan terhadap korosi. Poros yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan (alloy steel) dengan proses pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel molebdenum, baja khrom, baja khrom molibden, dll. Sekalipun demikian, baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya karena putaran tinggi dan pembebanan yang berat saja. Dengan demikian perlu dipertimbangkan dalam pemilihan jenis proses heat treatment yang tepat sehingga akan diperoleh kekuatan yang sesuai.

Gambar 2.2 Poros (Sumber : Dokumen Pribadi) 2.2.1 Poros dengan Beban Puntir dan Lentur

Jika diketahui bahwa poros yang akan direncanakan tidak mendapatkan beban lain kecuali torsi,maka diameter poros tersebut dapat lebih kecil dari yang dibayangkan.Jika diperkirakan akan terjadi pembebanan berupa lenturan,tarikan atau tekanan,misalnya jika sebuah sabuk dipasangkan pada poros motor,maka kemungkinan adanya pembebanan tambahan tersebut perlu diperhitungkan dalam factor keamanan yang diambil.

Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam factor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil kecil. Jika factor koreksi adalah ƒc maka daya rencana Pd (kW) sebagai patokan adalah

Pd = ƒcP (kW)………..……… (2.1)

Jika daya diberikan dalam daya kuda (PS), maka harus dikalikan dengan 0,735 untuk mendapatkan daya dalam kW.

Jika momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana) adalah T(Kg.mm) maka :

Pd =

………...…..……… (2.2)

Sehingga

T=9,74x105 ……….………..……… (2.3)

Bila momen rencana

τ

(Kg.mm) dibedakan pada suatu diameter poros ds (mm), maka tegangan geser τ (Kg.mm2

) yang terjadi adalah τ =

………...………..……… (2.4)

Tegangan geser yang diizinkan

τ

_a(Kg.mm2) untuk pemakain umum pada poros dapat diperoleh dengan berbagai cara di dalam buku ini

τ

_a di hitung atas dasar batas kelelahan punter yang besar diambil 40% dari batas kelelahan Tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan Tarik

τ

_B (Kg.mm2). Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan Tarik

τ

_B, sesuai dengan standart ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan diambil sebesar 1/8,18 = 5,6. Harga 5,6 ini di ambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin, dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh massa, dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sƒ1.

Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu

diambil faktor yang dinyatakan sebagai Sƒ2 dengan harga sebesar 1,3 sampai 3,0. Dari hal-hal

diatas maka besarnya

τ

_a dapat dihitung dengan τa=

………...………..……… (2.5)

Kemudian, keadaan momen puntir itu sendiri juga harus ditinjau. Faktor koreksi yang dianjurkan oleh ASME juga dipakai disini. Faktor ini dinyatakan dengan Kt, dipilih sebesar 1,0

jika beban dikenakan secara halus, 1,0-1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan, dan 1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar.

Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terjadi atas momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan pemakain dengan beban lentur dimasa mendatang. Jika memang akan diperkirakan akan terjadi pemakian dengan beban lentur maka dapat dipertimbangkan pemakain faktor Cb yang nilainya antara 1,3-2,3. Jika diperkirakan tidak

akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil sama dengan 1,0.

2.3 Roda Gigi

Teori dasar roda gigi digunakan untuk mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat. Roda gigi memiliki gigi di sekelilingnya, sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Roda gigi sering digunakan karena dapat meneruskan putaran dan daya yang lebih bervariasi dan lebih kompak daripada menggunakan alat transmisi yang lainnya, selain itu roda gigi juga memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu : Sistem transmisinya lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan daya yang besar. Sistem yang kompak sehingga konstruksinya sederhana. Kemampuan menerima beban lebih tinggi. Efisiensi pemindahan dayanya tinggi karena faktor terjadinya slip sangat kecil. Kecepatan transmisi roda gigi dapat ditentukan sehingga dapat digunakan dengan pengukuran yang kecil dan daya yang besar. Roda gigi harus mempunyai perbandingan kecepatan sudut tetap antara dua poros. Di samping itu terdapat pula rodagigi yang perbandingan kecepatan sudutnya dapat bervariasi. Ada pula roda gigi dengan putaran yang terputus-putus. Dalam teori, rodagigi pada umumnya dianggap sebagai benda kaku yang hampir tidak mengalami perubahan bentuk dalam jangka waktu lama (sularso 1987)

Roda gigi merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya dan putaran poros sehingga sistem mekanisme mesin dapat bekerja sesuai dengan fungsinya.Perancangan roda gigi yang tidak teliti akan menyebabkan roda gigi tidak dapat beroperasi dengan baik seperti kontak antar gigi yang kasar mengakibatkan gerak antar gigi tidak sempurna sehingga mengakibatkan ketidak seragaman gaya kontak antar satu gigi dengan gigi lainnya. Perhitungan perancangan roda gigi dapat dilakukan secara manual atau dapat dibantu dengan menggunakan program komputasi. Perancangan menggunakan program dapat menghemat waktu dan biaya (Erinofiardi, Kevin Asyarial,Hendra, 2013).

2.3.1 Roda Gigi Sejajar

Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya berjajar pada dua bidang silinder (disebut ”bidang jarak bagi”);kedua bidang silinder tersebut bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu tetap sejajar. Roda gigi lurus merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros seperti pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Roda Gigi Lurus (Sumber : Dokumen Pribadi) 2.4 Pulley dan V-Belt

Pulley merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya seperti halnya sproket rantai dan roda gigi. Puli pada umumnya dibuat dari besi cor kelabu FC 20 atau FC 30, dan adapula yang terbuat dari baja, seperti pada gambar 2.4.

Perkembangan yang pesat dalam bidang penggerak pada berbagai mesin yang menggunakan motor listrik telah membuat arti sabuk untuk alat penggerak menjadi berkurang. Akan tetapi, sifat elastisitas daya dari sabuk untuk menampung kejutan dan getaran pada saat transmisi membuat sabuk tetap dimanfaatkan untuk mentransmisikan daya dari penggerak pada

mesin perkakas

Keuntungan jika mengguanakan puli :

1 Bidang kontak sabuk-puli luas, tegangan puli biasanya lebih kecil sehingga lebar puli bias dikurangi.

2 Tidak menimbulkan suara yang bising dan lebih tenang.

Gambar 2.4 puli

(Sumber : https://en.wikipedia.org/wiki/Pulley)

2.4.1V-Belt

Sabuk atau belt terbuat dari karet dan mempunyai penampung trapesium. Tenunan, teteron dan semacamnya digunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar.

Sabuk V dibelitkan pada alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan

juga akan bertambah karena pengaruh bentu baji, yamg akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relative rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulan dari sabuk-V jika dibandingkan dengan sabuk rata. Gambar 2.5 menunjukan berbagai porsi penampang sabuk-V yang umum dipakai.

Gambar 2.5Konstruksi dan ukuras penampang sabuk-V (Sumber:Sularso, 1994: 164)

Pemilihan puli belt sebagai elemen transmisi didasarkan atas pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :

 Dibandingkan roda gigi atau rantai, penggunaan sabuk lebih halus, tidak bersuara, sehingga akan mengurangi kebisingan. 

 Kecepatan putar pada transmisi sabuk lebih tinggi jika dibandingkan dengan belt. 

 Karenan sifat penggunaan belt yang dapat selip, maka jika terjadi kemacetan atau gangguan pada salah satu elemen tidak akan menyebabkan kerusakan pada elemen lain.



2.4.2 Rumus perhitungan pulley dan sabuk

Mesin penyaring bahan baku batu bata merah ini menggunakan sabuk-V sebagai penerus daya dari motor listrik ke poros, dengan rumus perhitungan :

Perbandingan transmisi

………...……….…(2.6)

Dimana : = putaran poros pertama (rpm)

= putaran poros kedua (rpm)

= diameter puli penggerak (mm)

= diameter puli yang digerakan (mm)

………...………(2.7)

Dimana : V = kecepatan sabuk (m/s)

d = diameter puli motor (mm) n = putaran motor listrik (rpm)

Panjang sabuk

( )

Dimana : L = panjang sabuk (mm) C = jarak sumbu poros (mm) dp = diameter puli penggerak (mm) Dp = diameter poros puli (mm)

2.5 Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang mampu menumpu poros berbeban, sehingga gesekan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang usia pemakianya, seperti yang ditunjukan pada gambar 2.6 . Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros suatu mesin bekerja dengan baik. ( Sularso, 1978 )

Gambar 2.6 Bearing / Bantalan

2.5.1 Klasifikasi Bantalan

Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Atas Dasar Gerakan Bantalan Terhadap Poros

 Bantalan luncur, bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.  bantalan gelinding, pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang

berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.

2. Atas Dasar Arah beban dan poros

 Bantalan Radial, arah bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros  Bantalan radial, bantalan ini sejajar dengan sumbu poros

 Bantalan gelinding khusus, bantalan ini dapat menumpi beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

2.5.2 Bahan Bantalan

1. Bantalan Luncur

Bahan bantalan luncur harus memenuhi persyaratan berikut :

 Mempunyai kekuatan cukup (tahan terhadap beban dan kekerasan)

 Dapat menyusaikan diri terhadap lenturan poros yang tidak terlalu besar atau terhadap perubahan bentuk yang kecil.

 Mempunyai sifat anti las (tidak menempel) terhadap poros jika terjadi kontak atau gesekan antara logam dan logam

 Sangat tahan karat.

 Cukup tahan aus

 Dapat mebenamkan kotoran atau debu kecil yang terkurung didalam bantalan

 Tidak terlalu terpengaruh oleh temperature

2.5.3 Bantalan Umum

 Paduan Tembaga, termasuk dalam golongan ini adalah perunggu, perunggu fosfor, dan perunggu timah hitam, yang sangat baik dalam kekuatan, ketahanan terhadap karat, ketahanan terhadap kelelahan, dan dalam penerusan panas. Kekakuannya membuat bahan ini sangat baik untuk bantalan mesin perkakas. Kandungan timah yang lebih tinggi dapat mempertinggi sifat anti las. 

 logam putih, termasuk dalam golongan ini adalah logam putih berdasar Sn (yang biasa disebut logam babit) dan logam putih berdasar Pb. Keduanya dipakai sebagai lapisan  pada logam pendukungnya.