1

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

2.1.1 Susunan Tanah Lempung

2

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

3

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.

4. Bahan Poros

4

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.

5

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 τa(Kg.mm2) untuk pemakain umum pada poros dapat

diperoleh dengan berbagai cara di dalam buku ini τa di hitung atas dasar batas kelelahan punter

yang besar diambil 40% dari batas kelelahan Tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan

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

6

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

diatas maka besarnya τa 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)

7

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

8

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

9

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)

Kecepatan sabuk

10

………………………........…………………………(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

(Sumber :www.iecltd.co.uk/uploads/image/bearings.jpg)

11

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

Murah harganya

12

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.