SAMBUNGAN KELING

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

Metode Pengelingan

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

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.

Tipe Kepala Keling

Kepala keling dikelompokkan ke dalam 3 jenis sesuai standar India:

1. Kepala keling secara umum (di bawah diameter 12 mm) sesuai dengan IS : 2155- 1982 (ditetapkan 1996) seperti Gambar 4.3.
2. Kepala keling secara umum (diameter 12mm sampai 48mm) sesuai dengan IS : 1929-1982 (ditetapkan 1996) seperti Gambar 4.4.
3. Kepala keling untuk ketel (diameter 12mm sampai 48mm) sesuai dengan IS : 1929-1961 (ditetapkan 1996) seperti Gambar 4.5.

Gambar 4.4: Kepala keling (diameter 12mm sampai 48mm)

Gambar 4.5: Kepala keling untuk ketel

Tipe Sambungan Keling

Ada dua tipe sambungan keling, tergantung pada plat yang disambung.

1. Lap Joint (sambungan 2 lapis)

Lap joint adalah sambungan yang mana dua plat disambung bersama-sama, seperti terlihat pada Gambar 4.6 dan Gambar 4.7.

• Butt Joint (sambungan 3 lapis)

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

Kegagalan Sambungan Keling

Sebuah sambungan keling bisa gagal dengan cara sebagai berikut:

1. Keretakan pada sudut plat. Keretakan ini dapat dihindari dengan mencegah margin, m = 1,5.d, dimana d adalah diameter dari lubang keling, seperti pada Gambar 4.9.
   1. Retak pada seluruh plat. Akibat tegangan tarik pada plat utama, plat utama atau penutup plat bisa retak seluruhnya seperti pada Gambar 4.10. Dalam kasus ini,  kita hanya membahas satu panjang kisar (pitch) dari plat. Ketahanan yang diberikan oleh plat melawan keretakan dinamakam ketahanan retak (tearing resistance) atau kekuatan retak (tearing strength) atau nilai keretakan (tearing value) dari plat.

d = Diameter dari lubang keling,

t = Ketebalan plat, dan

σ_t = Tegangan tarik yang diijinkan untuk material plat.

Kita mengetahui bahwa luas keling per panjang pitch adalah:

A_t = (p – d)t

Ketahanan retak (P_t) dari plat per panjang plat adalah:

P_t = A_t.σ_t = (p – d).σ_t

Ketika ketahanan retak P_t lebih besar dari pada beban yang diterapkan (P) per panjang pitch, maka tipe ini tidak akan terjadi keretakan.

• Pergeseran keling. Plat yang dihubungkan dengan keling yang mengalami tegangan tarik pada keling, dan jika keling tidak sanggup menahan tegangan, maka keling akan bergeser seperti pada Gambar 4.11. Ketahanan yang diberikan oleh keling terhadap geseran dinamakam ketahanan geser (shearing resistance)

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,

A_S = 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:

P_S = 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 P_S lebih besar dari pada beban yang diterapkan (P) per panjang pitch, maka tipe ini akan terjadi kegagalan/kerusakan.

• Perubahan bentuk (crushing) pada plat atau keling. Kadang-kadang kenyataannya keling tidak mengalami geseran di bawah tegangan tarik, tetapi bisa rusak (berubah bentuk) seperti pada Gambar 4.12. Akibat ini, lubang keling menjadi berbentuk oval dan sambungan menjadi longgar. Kerusakan keling yang demikian juga dinamakan sebagai kerusakan bantalan (bearing failure). Ketahanan yang diberikan oleh keling terhadap perubahan bentuk dinamakam

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,

σ_C = 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:

A_C = d.t

Total luas crushing           = n.d.t

dan ketahanan crushing yang dibutuhkan untuk merusak keling per panjang pitch adalah:

P_C = n.d.t.σ_c

Ketika ketahanan crushing P_c 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 dan Efisiensi Sambungan Keling

Kekuatan sambungan keling didefinisikan sebagai gaya maksimum yang dapat diteruskan tanpa mengakibatkan kegagalan. Kita dapat melihat bagian 4.6 bahwa P_t, P_s dan P_c 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 P_t, P_s dan P_c. Kekuatan tanpa keling per panjang pitch adalah:

P = p.t.σ_t

Efisiensi sambungan keling η adalah:

h = setidaknya Pt , Ps dan Pc

p.t.σt

dimana:           p = Pitch keling,

t = Ketebalan plat, dan

σ_t = Tegangan tarik yang diijinkan dari material plat.

Sambungan Keling untuk Struktur

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

1. Diameter keling.

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.

Jumlah keling yang diperlukan untuk sambungan dapat diperoleh dengan tahanan geseran atau tahan crushing dari keling.

Misalkan   P_t   = 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,

P_S = 1,75. π/4.d².τ

dan tahanan crushing untuk 1 keling,

P_c = d.t.σ_c

Jumlah keling untuk sambungan,

n =        Pt

Ps atau Pc

• Ketebalan butt strap (plat pengikat ujung/penutup) Ketebalan butt strap,

t₁ = 1,25t, untuk cover strap tunggal

= 0,75t, untuk cover strap ganda (double)

• Efisiensi sambungan

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: P_t1 = (b – d).t.σ_t

Tahanan retak dari sambungan sepanjang 2-2 adalah:

P_t2 = (b – 2d).t.σ_t + 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:

P_t3 = (b – 3d).t.σ_t + kekuatan satu keling di depan potongan 3-3 Nilai dari P_t1, P_t2, P_t3, P_s atau P_c adalah kekuatan sambungan.

Kita mengetahui bahwa kekuatan plat tanpa keling adalah: P = b.t.σ_t

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

• Pitch dari keling diperoleh dengan menyamakan kekuatan tarik sambungan dan kekuatan geser keling. Tabel berikut menunjukkan nilai pitch menurut Rotscher.

Tabel 4.2: Pitch dari keling untuk sambungan struktur

• Pitch terkecil (m) harus lebih besar dari pada 1,5.d
• Jarak antara baris dari keling adalah 2,5d sampai 3d.

Sambungan Keling dengan Beban Eksentris

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;

1. Tentukan pusat gravitasi G dari sistem keling.

• Masukkan dua gaya P₁ dan P₂ pada pusat gravitasi G dari sistem keling. Gaya-gaya ini adalah sama dan berlawanan arah dengan P seperti pada Gambar 4.15 (b).
• Asumsikan bahwa seluruh keling adalah sama ukurannya, pengaruh P₁ = P adalah untuk menghasilkan beban geser langsung pada setiap keling yang sama besarnya. Oleh karena itu beban geser langsung setiap keling adalah:

P_s = P/n

• Pengaruh P₂ = P adalah untuk menghasilkan momen putar yang besarnya P.e yang cenderung memutar sambungan terhadap pusat gravitasi G dari sistem keling searah jarum jam. Akibat momen putar, dihasilkan beban geser sekunder. untuk menentukan beban geser sekunder, dibuat asumsi sebagai berikut:
  • Beban geser sekunder adalah sama dengan jarak radial keling dari pusat gravitasi sistem keling.
  • Arah beban geser sekunder adalah tegak lurus dengan garis pusat keling terhadap pusat gravitasi sistem keling.

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.

• Beban geser utama dan sekunder dapat ditambahkan untuk menentukan resultan beban geser (R) pada setiap keling seperti pada Gambar 4.15 (c). Besarnya R menjadi:

dengan θ = Sudut antara beban geser utama (P_s) 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.