Keling (rivet) adalah sebuah batang silinder pendek dengan kepala bulat. Bagian silinder dari keling dinamakan shank atau body dan bagian bawah dari shank adalah tail seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1. Keling digunakan untuk membuat pengikat permanen antara plat-plat seperti dalam pekerjaan struktur, jembatan, dinding tangki dan dinding ketel. Sambungan keling secara luas digunakan untuk sambungan logam ringan.
Gambar 4.1: Bagian-bagian Keling
Fungsi keling dalam sebuah sambungan adalah untuk membuat sebuah ikatan yang kuat dan ketat. Kekuatan biasanya untuk mencegah kegagalan dari sambungan. Keketatan biasanya agar kuat dan mencegah kebocoran seperti pada ketel.
Ketika dua plat diikat bersamaan dengan sebuah keling seperti pada Gambar 4.2(a), lubang dalam plat di-punching dan di-reaming. Punching adalah metode paling murah dan digunakan untuk plat yang relatif tipis pada suatu struktur. Drilling digunakan pada kebanyakan pekerjaan pressure-vessel (tangki). Dalam pengelingan pressure-vessel dan struktur, diameter lubang keling biasanya 1,5mm lebih besar dari pada diameter nominal keling.
Pengelingan bisa dikerjakan dengan manual atau dengan mesin. Dalam pengelingan manual, original head dari keling ditahan dengan sebuah hammer (palu) atau batang yang berat dan kemudian bagian tail ditempat pada die (cetakan keling) yang dipukul oleh sebuah palu, seperti Gambar 4.2 (a). Hal ini mengakibatkan shank mengembang hingga memenuhi lubang dan tail berubah menjadi sebuah point seperti ditunjukkan Gambar 4.2(b).
Dalam pengelingan mesin, die adalah bagian dari palu yang dioperasikan dengan tekanan udara, hidrolik atau uap.
Catatan: 1. Untuk keling baja sampai diameter 12 mm, proses keling dingin bisa digunakan sementara untuk keling diameter lebih besar, proses pengelingan panas yang digunakan.
2. Dalam kasus keling yang panjang, hanya tail yang dipanaskan dan bukan shank.
Material keling harus tangguh dan ulet. Keling biasa dibuat dari baja (baja karbon rendah atau baja nikel), kuningan, aluminium atau tembaga, tetapi ketika kekuatan dan ketahanan terhadap kebocoran adalah pertimbangan yang utama, maka keling baja yang digunakan.
Keling secara umum diproduksi dari baja yang memenuhi Indian Standard (Standar India) berikut:IS : 1148-1982 (ditetapkan 1992) – Spesifikasi untuk batang keling pengerolan panas ( diameter sampai 40mm) untuk struktur,
a. IS : 1149-1982 (ditetapkan 1992) – Spesifikasi untuk batang keling baja kekuatan tinggi untuk struktur.
Keling untuk ketel diproduksi dari material menurut IS : 1990-1973 (ditetapkan 1992) – Spesifikasi untuk keling baja untuk ketel.
Catatan: Baja untuk konstruksi ketel yang sesuai adalah IS:2100-1970 (ditetapkan 1992)- Spesifikasi untuk batang dan billet baja untuk ketel.
Menurut Indian Standard, IS : 2998-1982 (ditetapkan 1992), material sebuah keling harus mempunyai kekuatan tarik lebih besar dari 40 N/mm2 dan perpanjangan lebih besar dari 26 persen. Keling ketika panas harus lurus tanpa retak untuk diameter 2,5 kali diameter shank. Keling dibuat dengan cold heading atau hot forging.
Kepala keling dikelompokkan ke dalam 3 jenis sesuai standar India:
Gambar 4.4: Kepala keling (diameter 12mm sampai 48mm)
Gambar 4.5: Kepala keling untuk ketel
Ada dua tipe sambungan keling, tergantung pada plat yang disambung.
Lap joint adalah sambungan yang mana dua plat disambung bersama-sama, seperti terlihat pada Gambar 4.6 dan Gambar 4.7.
Butt Joint adalah sambungan yang mana plat utama ditutup oleh dua plat lain. Plat penutup dikeling bersama-sama dengan plat utama, seperti pada Gambar 4.8. Ada 2 jenis butt joint, yaitu: a. Single strap butt joint, dan
b. Double strap butt joint.
Gambar 4.6: Sambungan Lap joint single dan doublez
Sebuah sambungan keling bisa gagal dengan cara sebagai berikut:
d = Diameter dari lubang keling,
t = Ketebalan plat, dan
σt = Tegangan tarik yang diijinkan untuk material plat.
Kita mengetahui bahwa luas keling per panjang pitch adalah:
At = (p – d)t
Ketahanan retak (Pt) dari plat per panjang plat adalah:
Pt = At.σt = (p – d).σt
Ketika ketahanan retak Pt lebih besar dari pada beban yang diterapkan (P) per panjang pitch, maka tipe ini tidak akan terjadi keretakan.
atau kekuatan geser (shearing strength) atau nilai pergeseran (shearing value) dari keling.
Misalkan d = Diameter dari lubang keling,
τ = Tegangan geser yang dijinkan untuk material keling, dan
n = Jumlah keling per panjang pitch.
Kita mengetahui luas pergeseran,
AS = π/4.d2…………………….. (dalam geser tunggal)
= 2. π/4.d2…………………. (secara teoritis, dalam geser double)
= 1,875. π/4.d2…………… (dalam geser double, terjadi untuk Ketel India)
Jadi ketahanan pergeseran yang dibutuhkan dari keling per panjang pitch adalah:
PS = n. π/4.d2.τ……………….. (dalam geser tunggal)
= n. 2. π/4.d2.τ…………….. (secara teoritis, dalam geser double)
= n.1,875. π/4.d2.τ………… (dalam geser double, terjadi untuk Ketel India)
Ketika ketahanan pergeseran PS lebih besar dari pada beban yang diterapkan (P) per panjang pitch, maka tipe ini akan terjadi kegagalan/kerusakan.
ketahanan perubahan bentuk (crushing resistance) atau kekuatan perubahan bentuk (crushing strength) atau nilai perubahan bentuk (bearing value)
Misalkan d = Diameter lubang keling,
t = Ketebalan plat,
σC = Tegangan crushing yang diijinkan untuk material keling atau plat, dan
n = Jumlah keling per panjang pitch akibat crushing.
Kita mengetahui bahwa luas crushing per keling adalah:
AC = d.t
Total luas crushing = n.d.t
dan ketahanan crushing yang dibutuhkan untuk merusak keling per panjang pitch adalah:
PC = n.d.t.σc
Ketika ketahanan crushing Pc lebih besar dari pada beban yang diterapkan (P) per panjang pitch, maka tipe ini akan terjadi kegagalan/kerusakan.
Catatan: Jumlah keling karena geser akan sama dengan jumlah keling karena crushing.
Kekuatan sambungan keling didefinisikan sebagai gaya maksimum yang dapat diteruskan tanpa mengakibatkan kegagalan. Kita dapat melihat bagian 4.6 bahwa Pt, Ps dan Pc adalah tarikan yang diperlukan untuk meretakkan plat, menggeser keling dan merusakkan keling.
Efisiensi sambungan keling didefinisikan sebagai rasio kekuatan sambungan keling dengan kekuatan tanpa keling atau plat padat. Kita sudah membahas bahwa kekuatan sambungan keling adalah Pt, Ps dan Pc. Kekuatan tanpa keling per panjang pitch adalah:
P = p.t.σt
Efisiensi sambungan keling η adalah:
h = setidaknya Pt , Ps dan Pc
p.t.σt
dimana: p = Pitch keling,
t = Ketebalan plat, dan
σt = Tegangan tarik yang diijinkan dari material plat.
Sambungan keling dikenal sebagai Lozenge joint yang digunakan untuk atap, jembatan atau balok penopang dan lain-lain adalah ditunjukkan pada Gambar 4.13.
Misalkan b = Lebar dari plat,
t = Ketebalan plat, dan
d = Diameter dari lubang keling.
Dalam perancangan Lozenge joint, mengikuti prosedur sebagai berikut:
Gambar 4.13: Sambungan keling untuk struktur
Diameter lubang keling diperoleh dengan menggunakan rumus Unwin’s, yaitu:
d = 6
Tabel 4.1: Ukuran keling untuk sambungan umum, menurut IS: 1929 – 1982.
Jumlah keling yang diperlukan untuk sambungan dapat diperoleh dengan tahanan geseran atau tahan crushing dari keling.
Misalkan Pt = Aksi tarik maksimum pada sambungan. ini adalah tahanan retak dari plat pada bagian luar yang hanya satu keling.
n = Jumlah keling
Karena sambungan adalah double strap butt joint, oleh karena itu dalam double shear (geser). Itu diasumsikan bahwa tahanan sebuah keling pada double shear adalah 1,75 kali dari pada single shear.
Tahanan geser untuk 1 keling,
PS = 1,75. π/4.d2.τ
dan tahanan crushing untuk 1 keling,
Pc = d.t.σc
Jumlah keling untuk sambungan,
n = Pt
Ps atau Pc
t1 = 1,25t, untuk cover strap tunggal
= 0,75t, untuk cover strap ganda (double)
Hitung tahanan-tahanan sepanjang potongan 1-1, 2-2, dan 3-3. Pada potongan 1-1, di sini hanya 1 lubang keling.
Jadi tahanan retak dari sambungan sepanjang 1-1 adalah: Pt1 = (b – d).t.σt
Tahanan retak dari sambungan sepanjang 2-2 adalah:
Pt2 = (b – 2d).t.σt + kekuatan satu keling di depan potongan 2-2
(Untuk keretakan plat pada potongan 2-2, keling di bagian depan potongan 2-2 yaitu pada potongan 1-1 harus yang pertama patah)
Dengan cara yang sama pada potongan 3-3 di isni ada 3 lubang keling. Tahanan retak dari sambungan sepanjang 3-3 adalah:
Pt3 = (b – 3d).t.σt + kekuatan satu keling di depan potongan 3-3 Nilai dari Pt1, Pt2, Pt3, Ps atau Pc adalah kekuatan sambungan.
Kita mengetahui bahwa kekuatan plat tanpa keling adalah: P = b.t.σt
Efisiensi sambungan,
Catatan: Tegangan yang diijinkan dalam sambungan struktur adalah lebih besar dari pada yang digunakan dalam desain pressure vessel. Nilai berikut biasa dipakai.
Untuk plat dalam tarikan = 140 Mpa Untuk keling dalam geser = 105 Mpa Untuk crushing dari keling dan plat Geser tunggal = 224 Mpa
Geser ganda = 280 Mpa
Tabel 4.2: Pitch dari keling untuk sambungan struktur
Ketika garis aksi dari beban tidak melewati titik pusat dari sistem keling dan seluruh keling tidak menerima beban yang sama, maka sambungan ini dinamakan sambungan keling beban eksentris, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.15 (a). Beban eksentris menghasilkan geser sekunder diakibatkan oleh kecenderungan gaya untuk memutar sambungan terhadap pusat gravitasi yang menimbulkan geser.
Misalkan P = Beban eksentris sambungan, dan
e = Eksentrisitas beban yaitu jarak antara garis aksi beban dan pusat sistem keling.
Prosedur berikut ini untuk merancang sambungan keling beban eksentris;
Ps = P/n
Misalkan F1, F2, F3, … = Beban geser sekunder pada keling 1, 2, 3 … dst.
l1, l2, l3, … = Jarak radial keling 1, 2, 3,….. dst dari pusat gravitasi sistem
keling.
Dari asumsi (a),
Kita mengetahui bahwa jumlah momen putar eksternal akibat beban eksentris dan momen tahanan internal dari keling harus sama dengan nol.
dengan θ = Sudut antara beban geser utama (Ps) dan beban geser sekunder (F)
Ketika beban geser sekunder pada setiap keling adalah sama, kemudian keling menerima beban yang besar yang mana sudut antara beban geser utama dan beban geser sekunder menjadi minimum. Jika tegangan geser yang diijinkan (τ), diameter lubang keling dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut:
Resultan gaya geser maksimum
R = p .d 2 .t
4
Dari Tabel 4.1, diameter standar untuk lubang keling (d) dan diameter keling.
