SAMBUNGAN KELING ( RIVET JOINTS)

Sebuah paku keling adalah batang silindris pendek dengan kepala

yang integral dengan batangnya.

Dua metode pengelingan yaitu pengelingan dengan

tangan/manual dan pengelingan menggunakan mesin.

Metode Pengelingan

Fungsi paku keling dalam sebuah sambungan memiliki

kekuatan dan kekencangan. Kekuatan untuk mencegah

kerusakan sambungan, sedangkan kekencangan membantu

kekuatan dan mencegah kebocoran.

Jenis Kepala Paku Keling

Kepala Paku keling untuk penggunaan umum: Diameter di bawah 12 mm.

Kepala Paku keling untuk penggunaan umum:

Diameter paku keling dari 12 mm sampai 48 mm.

Kepala Paku keling untuk pekerjaan Ketel:

Diameter paku keling dari 12 mm sampai 48 mm.

Bahan Paku Keling

Bahan paku keling untuk tujuan umum dibuat dari bahan baja atau yang

ringan dari bahan timah.

Jenis Sambungan Keling

1. Sambungan Tempel (lap joint)

2. Sambungan Tumpuk ( Butt joint)

1. Sambungan Tempel (lap joint)

2. Sambungan Tumpuk ( Butt joint)

Kegagalan Sambungan Keling

Sobek/robek (tarik) plat pada bagian Tepi

Sobek/robek (tarik) plat pada bagian Melintang thd Arah Gaya

Fig. 8-17. Crushing (desak) of the rivets

Efisiensi Sambungan Keling

Diameter Paku Keling

DESAIN SAMBUNGAN KELING DENGAN BEBAN EKSENTRIK

. Desain sambungan keling dengan beban eksentrikdianalisis dan dihitung berdasarkan pada: (1) garis kerjabeban tidak melalui pusat sistem paku keling; (2) semuapaku keling tidak terbebani secara sama.

Beban eksentrik mengakibatkan geseran sekunderyang disebabkan oleh kecenderungan gaya/beban untukmemuntir sambungan terhadap pusat titik berat disampinggeseran langsung/primer.

P = beban eksentrik pada sambungan

e = eksentrisitas beban yaitu jarak antara garis kerja beban

dan titik pusat sistem paku keling yaitu G.

Prosedur perhitungan:

1. Menentukan sumbu (x dan y) pada gambar desain sambungan paku keling;

2. Menentukan titik berat/pusat gravitasi (G) dari sistem paku keling,

x1 . A1 + x2 . A2 + x3 . A3 + …

x = ___________________________________________

A1 + A2 + A3 + …

y1 . A1 + y2 . A2 + y3 . A3 + …

y = ___________________________________________

A1 + A2 + A3 + …

3. Menunjukkan dua gaya P1 dan P2 pada pusat grafitasi G dari sistem paku

keling. Gaya-gaya tersebut sama dan berlawanan arah terhadap P;

4. Anggap semua paku keling berdiameter sama, berakibat P1 = P menghasilkan

beban geser langsung pada setiap paku keling yang besarnya sama.

Beban geser langsung pada setiap paku keling:

5. Akibat P2 = P menghasilkan momen putar sebesar P x e yang cenderung

memutar sambungan dari pusat gravitasi G pada sistem paku keling yang searah

putaran jam. Momen putar yang bekerja menghasilkan beban sekunder pada setiap

paku keling.

Beban geser sekunder pada setiap paku keling diperoleh dengan membuat

dua asumsi: (1) beban geser sekunder proporsional dengan jarak radial paku keling

dari pusat gravitasi sistem paku keling; (2) arah beban geser sekunder tegak lurus

terhadap garis singgung pusat paku keling ke pusat gravitasi sistem paku keling;

F1, F2, F3, … = beban geser sekunder pada paku keling 1, 2, 3 , dst.

l1, l2, l3, ... = jarak radial paku keling 1, 2, 3 dari pusat grafitasi G sistem

paku keling.

𝑃𝑠 = 𝑃

𝑛 , bekerja parallel terhadap beban P

Jumlah momen putar eksternal dan jumlah momen putar internal harus sama

dengan nol:

Arah gaya-gaya tersebut menyudut ke kanan dari garis temu/sambung

terhadap pusat gravitasi sistem paku keling

𝑭𝟏 ∞ 𝑙1 ; 𝐹2 ∞ 𝑙2 ; 𝑑𝑎𝑛 seterusnya

𝐹₁

𝑙₁=

𝐹₂

𝑙₂=

𝐹₃

𝑙₃= ⋯

𝐹2 = 𝐹1.𝑙₂

𝑙₁

𝐹3 = 𝐹1 .𝑙₃

𝑙₁

𝑷 .𝒆 = 𝑭𝟏. 𝒍𝟏 + 𝑭𝟐. 𝒍𝟐 + 𝑭₃. 𝒍𝟑 + …

= 𝑭𝟏. 𝒍𝟏 + 𝑭𝟏.𝒍₂

𝒍₁ . 𝒍𝟐 + 𝑭𝟏 .

𝒍𝟑

𝒍₁. 𝒍𝟑 + …

= 𝑭₁

𝒍₁ (𝒍𝟏

² + 𝒍𝟐² + 𝒍𝟑

𝟐 + …)

Beban geser primer dan sekunder dapat dijumlahkan secara vektor untuk

menentukan beban resultan R pada setiap paku keling, atau dengan rumus:

Beban geser (resultan) maksimum yg terjadi pada paku keling 𝒕𝒆𝒓𝒅𝒆𝒌𝒂𝒕 𝒅𝒆𝒏𝒈𝒂𝒏 𝒂𝒓𝒂𝒉 𝒌𝒆𝒓𝒋𝒂 𝒃𝒆𝒃𝒂𝒏, sehingga ukuran (diameter) paku keling didasarkan pada paku keling tersebut, melalui hubungan rumus berikut,

𝒇𝒔 =𝑹

𝝅

𝟒 𝒅𝟐

→ 𝑓𝑠 = tegangan geser paku keling

𝑅 = beban resultan yang bekerja pada paku keling

𝑑 = diameter paku keling

𝑹 = 𝑭𝟐 + 𝑷𝒔 𝟐 + 𝟐 𝑭.𝑷𝒔 . 𝐜𝐨𝐬 𝜽

𝜽 = sudut antara garis beban geser primer dan garis beban geser sekunder

Contoh soal 1:

Sebuah sambungan keling - lap dibebani secara eksentrik dirancang untuk

sebuah siku baja sebagaimana gambar di bawah. Plat siku tebalnya 25mm. Seluruh

paku keeling berukuran diameter sama. Beban pada siku 5000kg, jarak antar paku

keling 10cm, lengan beban 40cm. Tegangan geser ijin 650kg/cm² dan tegangan

desak (chrushing) 1200kg/cm². Tentukan ukuran (diameter) paku keeling yang

digunakan untuk sambungan!

2. Beban geser langsung pada setiap paku keling,

3. Momen putar (eksternal) yang dihasilkan oleh beban P secara eksentrik,

𝑃𝑠 = 𝑃

𝑛=

5000

7= 714,3 kg

𝑥 = 𝑥1 + 𝑥2 + 𝑥3 + 𝑥4 + 𝑥5 + 𝑥6 + 𝑥7

𝑛

𝑥 = 0 + 10 + 20 + 20 + 20 + 0 + 0

7

𝒙 = 𝟏𝟎 cm (sebelah kanan sumbu 𝑦)

𝑦 = 𝑦1 + 𝑦2 + 𝑦3 + 𝑦4 + 𝑦5 + 𝑦6 + 𝑦7

𝑛

𝑦 = 20 + 20 + 20 + 10 + 0 + 0 + 10

7

𝒚 = 𝟏𝟏,𝟒𝟑 cm (sebelah atas sumbu 𝑥}

1. Titik berat pada sumbu x dan sumbu y dari sistem sambungan paku keling,

𝑀 = 𝑃 . 𝑒 = 5000 x 40 = 200.000 kgcm

𝑷 . 𝒆 = 𝑭₁

𝒍₁ (𝒍𝟏

𝟐+ 𝒍𝟐 𝟐 + 𝒍𝟑

𝟐 + 𝒍𝟒 𝟐 + 𝒍𝟓

𝟐 + 𝒍𝟔 𝟐 + 𝒍𝟕

𝟐)

𝟐𝟎𝟎.𝟎𝟎𝟎 = 𝑭𝟏

𝟏𝟑,𝟏𝟕 (𝟏𝟑,𝟏𝟕𝟐 + 𝟏𝟑,𝟏𝟕𝟐 + 𝟖,𝟓𝟕𝟐 + 𝟏𝟎,𝟏𝟐 + 𝟏𝟓,𝟐𝟐 + 𝟏𝟎,𝟏𝟐 + 𝟏𝟓,𝟐𝟐)

𝟐𝟎𝟎.𝟎𝟎𝟎 𝐱 𝟏𝟑,𝟏𝟓 = 𝑭𝟏 𝐱 𝟏𝟎𝟖𝟔,𝟔

𝑭𝟏 = 𝟐𝟎𝟎.𝟎𝟎𝟎 𝐱 𝟏𝟑,𝟏𝟓

𝟏𝟎𝟖𝟔,𝟔= 𝟐𝟒𝟐𝟎 𝐤𝐠.

𝑭𝟐 = 𝑭𝟏.𝒍₂

𝒍₁= 𝟐𝟒𝟐𝟎 x

𝟖,𝟓𝟕

𝟏𝟑,𝟏𝟕= 𝟏𝟓𝟕𝟓 𝐤𝐠

𝑭𝟑 = 𝑭𝟏 = 2420 kg

𝑭𝟒 = 𝑭𝟏.𝒍𝟒

𝒍𝟏= 𝟐𝟒𝟐𝟎 x

𝟏𝟎,𝟏

𝟏𝟑,𝟏𝟕= 𝟏𝟖𝟓𝟓 𝐤𝐠

𝑭𝟓 = 𝑭𝟏.𝒍𝟓

𝒍₁= 𝟐𝟒𝟐𝟎 x

𝟏𝟓,𝟐

𝟏𝟑,𝟏𝟕= 𝟐𝟕𝟗𝟑 𝐤𝐠

𝑭𝟔 = 𝑭𝟓 = 2793 kg

𝑭𝟕 = 𝑭𝟒 = 1856 kg

4. Kesetimbangan momen eksternal dan momen internal sistem sambungan keling,

6. Sudut antara gaya langsung dan gaya sekunder dari dua paku keling (3 dan 4) tersebut, secara geometri gambar, diperoleh:

cos θ3 = 10

𝑙3=

10

13,17= 0,76

cos θ4 = 10

𝑙4=

10

10,1 = 0,99

7. Beban resultan maksimum pada paku keling 3:

𝑅 = 𝐹32 + 𝑃𝑠

2 + 2 𝐹3 𝑃𝑠 cos 𝜃3

𝑅 = 24202 + 714,32 + 2 x 2420 x 714,3 x 0,76

= 3000 kg

5. Dengan menggambarkan gaya-gaya geser langsung dan sekunder pada setiap paku keling, terlihat bahwa paku keling 3 dan 4 yang paling terbebani:

Beban geser (resultan) maksimum terjadi pada paku keling 𝟑.

8. Diameter paku keling diperoleh melalui hubungan rumus,

𝝅

𝟒 𝒅𝟐 𝒇𝒔 = 𝑹𝟑

𝑑2 =4 𝑅3

𝜋 𝑓𝑠

= 4 x 3000

3,14 x 650= 5,88

∴ 𝑑 = 5,88 = 𝟐,𝟒𝟐 𝐜𝐦 = 𝟐𝟒,𝟐 𝐦𝐦

Beban resultan maksimum pada paku keling 4:

𝑅 = 𝐹42 + 𝑃𝑠

2 + 2 𝐹4 𝑃𝑠 cos𝜃4

𝑅 = 18562 + 714,32 + 2 x 1856 x 714,3 x 0,99

= 2565 kg

Soal 2 :

Sebuah siku dikeling pada sebuah kolom dengan 6 paku keling yang berukuran sama sebagaimana gambar berikut. Siku tersebut membawabeban 60 kN pada jarak 200 mm dari pusat kolom. Jika tegangan gesermaksimum dalam paku keling 150 N/mm², tentukan diameter paku keling!

Soal 3:

Sebuah siku dikeling pada sebuah kolom dengan 6 paku keling yang berukuran sama sebagaimana gambar di bawah, membawa beban 10 ton pada jarak 25 cm dari pussat kolom. Jika tegangan geser maksimum dalampaku keling 630 kg/cm², tentukan diameter paku keling!

Soal 4: Sebuah siku disambung menggunakan 4 paku keling berukuran sama

sebagaimana gambar berikut. Tentukan diameter paku keling jika tegangangeser maksimum 140 N/mm² !