Sambungan Keling(Rivet Joint)

Keling adalah batang silinder pendek yang memiliki kepala. Bagian silinder paku keling disebut shank/body, kepala keling (head) dan bagian bawah disebut ekor (Tail), seperti pada gambar. 1. Paku Keling digunakan untuk membuat ikatan permanen antara pelat pada pekerjaan struktur, bangunan kapal, jembatan, tangki dan selubung ketel(cylinder shells).

Gambar.1 bagian paku keling

Sambungan keling banyak digunakan untuk menggabungkan logam-logam ringan. Sambungan keling dibedakan menjadi dua kelompok;

Ikatan permanen Ikatan sementara atau dapat dilepas.

Sambungan permanen (Permanent fastenings ):Sambungan yang tidak dapat dibongkar tanpa menghancurkan komponen penghubung. Contoh: solder, patri(brazed), sambungan las(welding) dan terpaku(rivet).

Sambungan sementara (Temporary/detachable fastenings ) ; Sambungan yang dapat dibongkar tanpa merusak komponen penghubung. Contoh: ulir, kunci, jarum/tusuk/peniti(pin) dan sambungan pasak (splined).

Gambar 2: Single and double riveted lap joints.

Gambar: Triple riveted lap joint.

Gambar 3: Single riveted double strap butt joint.

Gambar 4: Double riveted double strap (equal) butt joints

Gambar 5: Double riveted double strap (unequal) butt joint with zig-zag riveting

Gambar 6: sambungan keling pada pekerjaan struktur

Tabel: Ukuran Paku keling untuk penggunaan umum, menurut standar ISO : 1929 – 1982( ditegaskan lagi th. 1996).

Diameter paku Keling dapat ditentukan dengan Formulasi berikut:

td 6

Jumlah Paku Keling(Number of rivets)Jumlah paku keling yang diperlukan pada sambungan dapat ditentukan dari tahanan geser(Shearing Resistance) maupun Ketahanan Hancur(Crusching Resistance) paku keling.

Keterangan:b = Lebar pelat(Width of the plate)t = Tebal Pelat (Thickness of the plate)d = Diameter lubang keling(rivet hole).

Beban Tarik Maximum yang bekerja pada sambungan (joint) dapat dinyatakan dengan formulasi berikut.

Pt =( b – d ) . t × σt

Pada double strap butt joint, Rivet mengalami tegangan geser ganda(double shear). Diasumsikan tahanan paku keling pada double shear adalah 1,75 kali tahanan paku keling pada single shear. Hal ini untuk antisipasi terhadap kemungkinan beban eksentris dan kerusakan.

Tahanan geser(Shearing Resistance) pada suatu paku keling adalah:

)4

(75,1 2ss dP

s

s = Tegangan geser ijin Rivet σt= Tegangan ijin tarik pelat

Hal tersebut merupakan ketahanan Sobek (Tearing Resistance) dari pelat pada baris bagian luar yang hanya memiliki satu paku keling

Ketahanan hancur(Crushing Resistance) pada suatu paku keling:

cc tdP

Jumlah Paku Keling yang diperlukan pada sambungan:

n = Jumlah Paku Keling

cs

t

PatauPP

ndariterkecilHarga

Tebal butt strap:t1 = 1,25 t, untuk single cover strapt1 = 0,75 t, untuk double cover strap

Gambar 7: Kepala keling untuk penggunaan umum (diameter lebih kecil dari 12 mm).

Gambar 8: Jenis-jenis Kepala Paku keling(Rivet head) yang sering digunakan (ukuran diameter 12 mm - 48 mm)

Sambungan keling jenis Lap joint digunakan untuk menyambung pelat seperti pada gambar di bawah ini. Diameter Rivet= 24 mm; Tegangan ijin tarik pelat = σt =112 MPa; Tegangan ijin tekan pelat = σc= 200 MPa; Tegangan ijin geser Rivet= τ = 84 MPa. Tentukan pergeseran yang terjadi pada Rivet untuk efisiensi sambungan maximum dan tentukan juga efisiensi sambungan. Diameter lubang rivet pada pelat ditentukan 25,5 mm

Solusi: b = 200 mm; t = 10 mm ; σt= 112 MPa = 112 N/mm ; σc = 200 MPa =200 N/mm2 ; τ = 84 MPa = 84 N/mm2 ; d1 = 25,5 mm ; d = 24 mm

Penentuan Jumlah Keling (Rivet)n = Jumlah keling/Rivet.Beban tarik maximum yang diterima sambungan adalah:Pt=( b – d1 )∙ t ∙ σt = (200 – 25,5) ∙ 10 ∙ 112 = 195440 NPada Lap joint tahanan geser yang diterima oleh satu keling adalah:

N4290584)5,25(44

22 dPs

Dan ketahanan hancur(Crushing Resistance) yang diterima satu paku keling adalah:

N5100020010)5,25( cc tdP

Karena tahanan geser lebih kecil dari ketahanan hancur, maka penentuan jumlah paku keling yang diperlukan pada sambungan tersebut adalah:

556,442905

195440

s

t

PP

n

Ketebalan Plat Penutup (Cover Plate) Tebal pelat penutup(bagian atas)sambungan keling untuk sambungan jenis Lap Joint adalah: t1 = 1,25 t = 1,25 × 10 = 12,5 mm

Efisiensi Sambungan (Efficiency of the joint)Menentukan tahanan pada bagian 1-1, 2-2, dan 3-3. Pada bagian 1-1, hanya terdapat satu lubang paku keling.Tahanan sambungan terhadap sobek(tearing) pada bagian 1-1, adalah:

Pt1 =(b – d1 ) t × σt= (200 – 25,5) 10 × 112 = 195440 N

Pada bagian 2-2, terdapat 3 lubang paku keling. Dalam hal ini sobekan pada pelat akan terjadi jika paku keling pada bagian 1-1 tidak ada. Tahanan sambungan terhadap sobek(tearing) pada bagian 2-2, adalah:

Pt2 = (b – 3d1) t × σt + Tahanan geser satu keling = (200 – 3 × 25,5) 10 × 112 + 42905 = 181285 N

Pada bagian 3-3, hanya terdapat satu lubang keling(rivet hole). Maka tahanan sambungan terhadap sobek pada bagian 3-3 sama dengan pada bagian 1-1:

Pt3 = Pt1 = 195440 N

Tahanan geser (Shearing resistance ) dari 5 rivet tersebut adalah:

Ps = 5 × 42905 = 214 525 N

Tahanan Crush(crushing resistance ) dari 5 paku keling tersebut:

Pc= 5 × 51000 = 525000 N

Harga kekuatan sambungan merupakan harga terkecil dari Tahanan sambungan bagian (1-1, 2-2dan 3-3), yaitu Pt1, Pt2, Pt3, maka kekuatan sambungan dipilih:

181285 N (Bagian 2-2)

Kekuatan bagian yang tidak dikeling adalah:= b × t × σt

= 200 × 10 × 112 = 224000 N

Efisiensi sambungan(Efficiency of the Joint)

80,9%atau 0,809224000181225

keling pabagian tanKekuatan sambunganKekuatan

Robekan pada tepi pelatSambungan keling dapat mengalami kegagalan(failure). Sambungan keling mungkin gagal karena mengalami sobek pada bagian tepi seperti pada gambar berikut. Sobekan tersebut dapat dihindari dengan menjaga margin m = 1,5 d ; d = diameter lubang paku keling.

Gambar 9: Robekan pelat di bagian tepi.Gambar 10:Robekan pelat melalui baris paku keling.

Kegagalan Sambungan Keling

Akibat tegangan tarik pada pelat utama, maka pelat utama atau pelat penutup dapat mengalami sobekan yang melintasi deretan paku keling seperti gambar. 10. Dalam hal ini hanya terdapat satu panjang pitch.Perlawanan yang diberikan pelat terhadap sobekan disebut sebagai ketahanan sobek atau kekuatan sobek.

p = Pitch paku keling (m)d = Diameter lubang paku keling (m)t = Tebal pelat (m)σt = tegangan tarik ijin bahan pelat (N/m2)

Luas daerah sobekan tiap panjang pitch adalah; At = (p - d).t

Sobekan Pelat pada Deretan Paku Keling

Ketahanan sobek atau tarik diperlukan untuk melawan sobekan pelat tiap panjang pitch.Pt = At.σt = (p - d). t. σt

Ketika tahanan sobek (Pt) lebih besar dari beban yang diterapkan (P) tiap panjang pitch, maka kegagalan tidak akan terjadi.

Geseran pada paku kelingPelat yang dihubungkan oleh paku keling menyebabkan tegangan tarik pada paku keling dan jika tidak dapat menahan tegangan, maka akan terpotong seperti ditunjukkan pada Gambar.11.

Gambar 11: Putusnya(shearing off) paku keling pada Lap Joint

Paku keling mengalami geseran tunggal pada lap joint maupun pada single cover butt joint. Seperti ditunjukkan pada Gambar berikut

Keling mengalami geseran ganda pada double cover butt joint seperti ditunjukkan pada Gambar. Berikut.

Gambar: Shearing off a rivet in double cover butt joint

Perlawanan yang diberikan oleh keling yang akan terpotong dikenal sebagai resistensi geser atau kekuatan geser (nilai geser paku keling).

d = Diameter lubang paku keling,τ = stres geser Aman diperbolehkan untuk bahan paku keling, dann = Jumlah paku keling tiap pitch.Daerah geseran As = π/4 × d2 .................. (pada geseran tunggal)As = 2 × π/4 × d2 ............ (Secara teoritis, pada geseran ganda)As = 1,875 × π/4 × d2 .... (Pada geseran ganda, sesuai dengan

Peraturan Boiler Industry )

Ps = n × π/4× d2 × τ .........(pada geseran tunggal/single shear)Ps = n × 2 × π/4× d2 × τ ...(pada geseran ganda/double shear)Ps = n × 1,875× π/4 × d2 × τ ...(pada geseran ganda sesuai regulasi Boiler Industry)

Tahanan geser atau tarik yang diperlukan untuk menggeser keling tiap panjang pitch.

Terkadang paku keling tidak benar-benar terpotong akibat tegangan-tarik, tetapi hancur seperti ditunjukkan pada gambar berikut. Dalam kasus ini, lubang paku keling berbentuk oval sehingga sambungan menjadi lepas. Kegagalan sambungan keling tersebut dikenal sebagai kegagalan bantalan(bearing failure).

Kehancuran(Crushing) pada Pelat maupun Paku Keling

Daerah perlawanan terhadap kejadian tersebut berupa luasan proyeksi lubang atau paku keling pada bidang diameter.

Ketahanan yang dilakukan paku keling untuk mengalami kehancuran(crush) dikenal sebagai Ketahanan/kekuatan Hancur(Crushing Strength).

d = Diameter lubang paku keling (m)t = tebal pelat (m)σc = Tegangan crush yang diijinkan untuk keling maupun bahan pelat.n = Jumlah paku keling tiap panjang pitch yang mengalami crushing.

Luasan crushing tiap keling merupakan luasan proyeksi tiap keling.Ac= d.t

Luasan Total crushing = n.d.tKetahanan crushing atau tarikan yang dibutuhkan untuk menghancurkan paku keling tiap panjang pitch adalah;

Pc = n.d.t.σc

Jika ketahanan crushing (Pc) lebih besar daripada beban kerja(P) tiap panjang pitch, maka kegagalan crushing tersebut akan terjadi.

Contoh:Suatu sambungan pangku(Lap joint) menggunakan keling ganda dengan tebal pelat 15 mm. Diameter paku keling = 25 mm dan pitch = 75 mm. Jika tegangan tarik puncak (ultimate tensile stress) 400 MPa, tegangan geser 320 MPa dan Tegangan hancur(crushing stress) 640 MPa.

Tentukan gaya minimum tiap pitch yang dapat merusakan sambungan.

Jika sambungan tersebut dibebani dan menggunakan faktor keamanan = 4 tentukan tegangan aktual yang terjadi pada pelat dan paku keling.

Solusi:Diketahui, t = 15 mm ; d = 25 mm ; p = 75 mm ; σtu = 400 MPa = 400 N/mm2 ; τu = 320 MPa = 320 N/mm2 ; σcu = 640 MPa = 640 N/mm2

.

Gaya minimum tiap pitch yang dapat merusak sambungan. Akibat tegangan puncak(ultimate stresses ), tentukan harga tahanan maksimum . Ketahanan sobek maksimum pelat tiap pitch adalah;Ptu =(p – d).t × σtu = (75 – 25)15 × 400 = 300000 NKetahanan geser paku keling tiap pitch adalah;Psu = n × (π/4) × d2 × τu = 2 .(π/4).(25)2.320 = 314200 N .....(n = 2)Tahanan crushing ultimate tiap pitch paku keling adalah;Pcu = n × d × t × σcu = 2 × 25 × 15 × 640 = 480000 N

Gaya minimum tiap pitch yang dapat merusakkan sambungan keling adalah 300000 N atau 300 kN.

Tegangan aktual yang dihasilkan pelat dan keling:faktor keamanan = 4.

Beban yang aman tiap panjang pitch sambungan = 300000/4 = 75000 N

σta , τa dan σca merupakan tegangan sobek , tegangan geser dan tegangan crushing, yang dihasilkan ketika beban aman sebesar 75000 N menyobek dan menghancurkan sambungan.Ketahanan sobek pelat( Pta); 75000 = (p–d) t × σta = (75– 25)15× σta = 750 σta

σta = 75000/750= 100 N/mm2= 100 MPa.

Tegangan geser aktual paku keling (Psa),75000 = n × (π/4)× d2 × τa = 2 × (π/4). (25)2.τa = 982 τa

τa = 75000/982 = 76,4 N/mm2 = 76,4 MPa. Tahanan crushing aktual paku keling (Pca),

75000 = n × d × t × σca = 2 × 25 × 15 × σca = 750 σca

σca = 75000/750 = 100 N/mm2 = 100 MPa.