BABII DASARTEORI - untag-sby.ac.id

TUGAS AKHIR 4

Program Studi Teknik MesinUniversitas 17 Agustus 1945 Surabaya

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tegangan

Tegangan pada umumnya terbagi menjadi dua kelompok yaitu :

1. Tegangan Normal

Tegangan yang arah kerjanya dalam arah tegak lurus permukaan

terpotong batang. Tegangan normal dapat disebabkan oleh beberapa faktor

yaitu :

A. Gaya Normal

Tegangan normal terjadi akibat adanya reaksi yang diberikan pada

benda. Jika gaya dalam diukur dalam N, sedangkan luas penampang

dalam m2, maka satuan tegangan adalah N/m2.

Dimana : σn = tegangan normal (N/mm2)

Fn = gaya normal (N)

A = luas penampang (mm2)

Gambar 2.1 Tegangan Normal

TUGAS AKHIR 5


B. Beban Tarik dan Tekan

Apabila batang ditarik oleh gaya F seperti pada gambar 2.2 maka

tegangan yang terjadi adalah tegangan tarik. Tegangan tarik dapat

ditulis dengan persamaan :

Dimana : σt = tegangan tarik (N/mm2)

Ft = gaya tarik (N)


Gambar 2.2 Tegangan Tarik

Sedangkan tegangan tekan terjadi bila suatu batang diberi gaya F

yang saling berlawanan dan terletak dalam satu garis gaya. Tegangan

tekan dapat ditulis:

Dimana : σd = tegangan tekan (N/mm2)

Fd = gaya tekan (N)


Gambar 2.3 Tegangan tekan

TUGAS AKHIR 6


2. Tegangan Geser

Tegangan geser terjadi jika suatu benda bekerja dengan dua gaya yang

berlawanan arah, sejajar sumbu batang. Tegangan geser dapat disebabkan

karena adanya beberapa pembebanan seperti :

A. Gaya Geser

Gambar 2.4 Tegangan geser pada balok berpenampang

empat persegi panjang

Untuk menentukan tegangan geser pada sebarang titik dalam

penampang dapat menggunakan persamaan berikut :

Dimana : τ = tegangan geser (N/mm2)

V = gaya geser (N)

Q = momen (mm3)

I = momen Inersia (mm4)

b = lebar penampang (mm)

TUGAS AKHIR 7


B. Momen Lentur

Gambar 2.5 Tegangan lentur pada Beam

Gaya geser dan momen lentur tersebut akan menyebabkan

tegangan geser dan tegangan lentur. Besaran tegangan akibat lenturan

pada balok dapat ditulis dengan formula sebagai berikut.

Dimana : σ = tegangan lentur (N/mm2)

M = momen lentur (N.mm)

Y = jarak terjauh dari sumbu (mm)

I = momen Inersia (mm4)

C. Beban Puntir / Torsi

Gambar 2.6 Tegangan puntir pada batang bulat

TUGAS AKHIR 8


Torsi yang bekerja pada poros akan menghasilkan tegangan geser.

Untuk mendapatkan tegangan puntir dapat menggunakan persamaan

berikut :

Dimana : t = tegangan puntir (N/mm2)

T = momen puntir / torsi (kg.mm)

r = jari-jari (mm)

J = momen Inersia (mm4)

2.2 Teori Kegagalan Struktur

Analisa kegagalan adalah suatu kegiatan yang bertujuan untuk mengetahui

penyebab terjadinya kerusakan. Secara keseluruhan jenis kegagalan pada

material dapat terbentuk seperti fatigue, wear (keausan), korosi, fracture,

impact dan lainnya. Dan kegagalan dapat terjadi karena beberapa faktor yaitu

beban statik dan beban mekanis, sehingga sering timbulnya tegangan akibat

beban yang melebihi yield strength. Pada dasarnya kegagalan dapat terjadi

dikarenakan besaran akibat kondisi operasi ≥ sifat kritis material.

Pada umumnya teori kegagalan terbagi menjadi tiga yaitu :

1. Kegagalan statik / static failure

Kegagalan statik adalah kegagalan yang disebabkan adanya beban dari

luar secara statik seperti adanya pengaruh tekanan, beban, momen dan

statik lainnya.

TUGAS AKHIR 9


2. Kegagalan fatigue / fatigue failure

Kegagalan fatigue adalah kegagalan yang terjadi karena dipengaruhi oleh

waktu dan juga akibat adanya pembebanan secara dinamik yang

menyebabkan suatu struktur menjadi lelah.

3. Kegagalan retak / fracture failure

Kegagalan yang terjadi dikarenakan pengaruh lingkungan.

Pada kegagalan secara statik dapat terbagi menjadi tiga teori, yaitu :

A. Teori tegangan normal maksimum

Kegagalan akan terjadi apabila tegangan utama maksimum sama

atau lebih besar dibandingkan tegangan normal maksimum. Untuk

tegangan normal positif, keadaan suatu material dikatakan luluh jika misal

ada suatu pembebanan dengan σmax.

σmax≥ σyp

Secara umum teori tegangan normal maksimum adalah sebagai berikut :

Dari gambar di bawah ini menjelaskan kriteria tegangan normal

masimum. Kegagalan akan terjadi jika kondisi tegangan akibat

pembebanan berada diluar batas. Berikut gambar penjelasan teori

tegangan normal maksimum :

TUGAS AKHIR 10


(a) Tegangan Normal pada gambar 3D (b) Tegangan Normal pada

2D

Gambar 2.7 Representasi teori tegangan normal maksimum

B. Teori Tegangan Geser Maksimum

Teori tegangan geser maksimum sering digunakan pada material yang

bersifat ulet. Besarnya nilai tegangan geser maksimum adalah setengah

dari nilai tegangan normal maksimum. Keadaan suatu material luluh jika

misal ada suatu pembebanan dengan τmax.

τmax ≥ 0,5 σyp

Secara umum teori tegangan geser maksimum adalah sebagai berikut

Dari gambar di bawah ini menjelaskan kriteria tegangan geser

masimum. Kegagalan akan terjadi jika kondisi tegangan akibat

pembebanan berada diluar batas. Berikut gambar penjelasan teori

tegangan geser maksimum :

TUGAS AKHIR 11


(a) Tegangan normal pada gambar 3D (b) Tegangan normal pada 2D

Gambar 2.8 Representasi teori tegangan geser maksimum

C. Distorsi Energi

Aplikasi dari teori tegangan geser maksimum sering digunakan untuk

kasus pada material ulet. Keadaan suatu material akan luluh jika adanya

suatu pembebanan dengan S.

S ≥ σyp

Berikut grafik tegangan distorsi energi dalam 2D:

Gambar 2.9 Grafik representasi teori tangan distorsi energi

Teori distorsi energi dapat menggunakan teoritik sebagai berikut :

TUGAS AKHIR 12


atau

Dimana : S = Effective stress (MPa)

Penggunaan tiga teori kegagalan yang ada, disesuaikan dengan

material yang dipakai. Untuk material getas, teori tegangan normal lebih

efektif digunakan, sedangkan untuk material ulet teori tegangan geser dan

teori distorsi energi lebih efektif digunakan.

Berikut grafik tegangan normal maksimum, tegangan geser maksimum

dan distorsi energi dalam satu grafik :

Gambar 2.10 Grafik perbandingan teori distorsi dengan teori tegangan

normal maksimum dan tegangan geser maksimum

TUGAS AKHIR 13


2.3 Faktor Keamanan

Faktor keamanan dapat disebut dengan, N, merupakan ukuran keamanan

relatif komponen pembawa beban. Dalam kebanyakan kasus, kekuatan bahan

komponen dibagi menurut faktor rancangan untuk menentukan tegangan

regangan, kadang disebut tegangan yang diizinkan. Perancang harus

menentukan berapa nilai faktor rancangan yang wajar untuk situasi tertentu.

Sering kali nilai faktor rancangan atau tegangan rancangan ditetapkan

dalam aturan-aturan yang dibuat oleh organisasi yang menetapkan standar,

seperti American Society of Mechanical Engineers, American Gear

Manufacturers Association, U.S. Department of Defense. Adapun beberapa

perusahaan-perusahaan yang menerapkan kebijakan mereka sendiri dalam

menentukan faktor-faktor rancangan berdasarkan pengalaman masa lalu

dengan kondisi yang sama. Untuk bahan ulet, faktor rancangan harus memiliki

kriteria nilai sebagai berikut :

1. N = 1,25 hingga 2,00. Perancangan struktur yang menerima beban

statis dengan tingkat kepercayaan yang tinggi untuk semua data

perancangan.

2. N = 2,00 hingga 2,50. Perancangan elemen mesin yang menerima

pembebanan dinamis dengan tingkat kepercayaan rata-rata untuk

semua data perancangan.

3. N = 2,50 hingga 4,00. Perancangan pada struktur statis atau pada

elemenelemen mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan

TUGAS AKHIR 14


ketidakpastian mengenai beban, sifat-sifat bahan, analisis tegangan

atau lingkungan.

4. N = 4,00 atau lebih. Perancangan pada struktur statis atau pada

elemen mesin yang menerima pembebanan dinamis dengan

ketidakpastian mengenai beberapa kombinasi beban, sifat-sifat bahan,

analisis tegangan atau lingkungan. Keinginan untuk memberikan

keamanan ekstra untuk komponen yang kritis dapat juga memilih

nilai-nilai ini.

Sedangkan untuk bahan getas, faktor rancangan harus memiliki kriteria

sebagai berikut ini :

1. N = 3,00 hingga 4,00. Perancangan struktur yang menerima beban

secara statis dengan tingkat kepercayaan yang tinggi untuk semua data

perancangan.

2. N = 4,00 hingga 8,00. Pada perancangan struktur statis atau pada

elemenelemen mesin yang akan menerima pembebanan secara

dinamis dengan ketidakpastian mengenai beban, sifat pada bahan,

analisis tegangan atau lingkungan.

2.4 Titik berat dan pusat massa

Berat suatu benda adalah jumlah atau resultan dari berat partikel-partikel

tersebut. Arah gaya gravitasi selalu menuju pusat bumi, maka gaya gravitasi

yang dialami oleh tiap-tiap partikel juga mengarah ke pusat bumi dan resultan

TUGAS AKHIR 15


dari semua gaya tersebut berada pada titik tertentu. Titik itu biasa disebut

sebagai titik berat benda.

Gambar 2.11 Titik berat benda

Titik berat merupakan titik keseimbangan sempurna atau sebuah pusat

distribusi berat. Pada titik inilah gaya gravitasi bekerja. Titik berat atau titik

pusat massa dapat dinyatakan dalam titik koordinat (x, y) dan dapat ditentukan

dengan rumus di bawah ini.

2.5 Material Baja

Baja adalah logam campuran yang tediri dari besi (Fe) dan karbon (C).

Jadi baja berbeda dengan besi (Fe), alumunium (Al), seng (Zn), tembagga

(Cu), dan titanium (Ti) yang merupakan logam murni. Dalam senyawa antara

besi dan karbon (unsur nonlogam) tersebut besi menjadi unsur yang lebih

dominan dibanding karbon. Kandungan kabon berkisar antara 0,2 – 2,1% dari

berat baja, tergantung tingkatannya. Secara sederhana, fungsi karbon adalah

meningkatkan kwalitas baja, yaitu daya tariknya (tensile strength) dan tingkat

kekerasannya (hardness). Selain karbon, sering juga ditambahkan unsur

chrom (Cr), nikel (Ni), vanadium (V), molybdaen (Mo) untuk mendapatkan

TUGAS AKHIR 16


sifat lain sesuai aplikasi dilapangan seperti antikorosi, tahan panas, dan tahan

temperatur tinggi.

Besi dan baja mempunyai kandungan unsur utama yang sama yaitu Fe,

hanya kadar karbonlah yang membedakan besi dan baja, penggunaan besi dan

baja dewasa ini sangat luas mulai dari perlatan seperti jarum, peniti sampai

dengan alat-alat dan mesin berat. Berikut ini disajikan klasifikasi baja menurut

komposisi kimianya:

a. Baja Karbon (carbon steel), dibagi menjadi tiga yaitu;

1. Baja karbon rendah (low carbon steel)

Sifatnya mudah ditempa dan mudah di mesin. Penggunaannya:

0,05 % – 0,20 % C : automobile bodies, buildings, pipes, chains

(rantai), rivets (paku keling), screws (sekrup), nails (paku).

0,20 % – 0,30 % C : gears (roda gigi), shafts (poros), bolts (baut).

2. Baja karbon menengah (medium carbon steel)

Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon rendah. Sifatnya sulit

untuk dibengkokkan, dilas, dipotong. Penggunaan:

0,30 % – 0,40 % C : connecting rods (penghubung batang/kabel),

crank pins (pin engkol), axles (as roda).

0,40 % – 0,50 % C : car axles(as mobil), crankshafts, rails (rel)

0,50 % – 0,60 % C : hammers dan sledges (kereta luncur).

3. Baja karbon tinggi (high carbon steel)

TUGAS AKHIR 17


Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Kandungan 0,60

% – 1,50% carbon. Penggunaan yaitu untuk screw drivers,

blacksmiths hummers, tables knives, screws, hammers.

b. Baja Paduan Rendah kekuatan tinggi (High Strength Low Alloy Steel)

Baja ini diperoleh dari baja karbon dengan menambah unsur paduan

seperti chrom, columbium, tembaga, mangan molybdenum, nikel, fosfor,

vanadium atau zirconimum agar beberapa sifat mekanisnya lebih baik.

Sementara baja karbon mendapatkan kekuatan dengan menaikkan

kandungan karbon. Tegangan lelehnya berkisar antara 40 ksi dan 70 ksi

(275 Mpa dan 480 Mpa). Pada gambar 2 terlihat sebagai kurva (b). Yang

termasuk baja paduan rendah kekuatan tinggi ini adalah A242, A441,

A572, A558, A606, A618 dan A709.

Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

1. Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan, keliatan, kekuatan

tarik dan sebagainya).

2. Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah.

3. Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia (oksidasi

dan reduksi).

4. Untuk membuat sifat-sifat spesial.

c. Baja Paduan

Baja paduan rendah dapat didinginkan (dalam air) dan dipanaskan

kembali untuk mendapatkan tegangan leleh sebesar 80 ksi sampai 110 ksi

(550 Mpa sampai 760 Mpa). Tegangan leleh biasanya didefinisikan

TUGAS AKHIR 18


sebagai tegangan dengan regangan tetap sebesar 0,2%, lihat gambar 3.

Namun baja paduan ini tidak menunjukkan titik leleh yang jelas. Kurva

tegangan-regangan yang umum diperlihatkan kurva (c) pada gambar 2.

Gambar 2.12 Kurva tegangan regangan tipikal

2.6 Baja Profil dan Kegunaannya

Beberapa standar konstruksi Indonesia menggunakan Baja Profil.

Kebutuhan konstruksi secara permanen, kokoh, dan stabil secara kualitas

menjadi prioritas utama terselenggaranya pembangunan yang mapan, dan

menjadi dasar misi utama proyek-proyek pembangunan konstruksi milik

TUGAS AKHIR 19


pemerintah. Berikut adalah jenis bahan baja utama yang biasa dipakai di

Indonesia sesuai kebutuhan konstruksi.

a. Wide Flange (WF)

Baja bentuk W adalah komponen struktur yang memiliki bentuk

penampangnya berbentuk huruf H dan digunakan pada hampir seluruh

komponen struktur. Baja bentuk W didesain deikian karena flensnya

mempunyai kekuatan pada bidang horizontal sementara web-nya

memberi kekuatan pada bidang vertikal. Bentuk W ini digunakan untuk

balok, kolom, komponen kuda-kuda dan pada aplikasi struktur penerima

beban lainnya. Istilah lain pofil yaitu IWF, WF, H-Beam, I-Beam.

Gambar 2.13 Profil baja WF

b. UNP

Baja Channel atau UNP ini punya kegunaan yang hampir sama

dengan baja WF , kecuali untuk kolom jarang baja UNP ini jarang

digunakan karena struktur nya yang mudah mengalami tekukan disetiap

sisinya. Bukan hanya baja WF yang mempunya istilah lain baja UNP juga

punya istilah lain inilah istilah lain baja UNP: Kanal U, U-channel, Profil

U

TUGAS AKHIR 20


Gambar 2.14 Profil baja UNP

c. Lipped Channel

Baja bentuk C mempunyai bentuk penampangnya sama dengan

huruf C. Pofil ini berguna khusus pada lokasi dimana hanya membutuhkan

satusisiflens. Bentuk C tidak terlalu efisien untuk sebuah balok atau kolom

jika digunakan tersendiri. Biasa digunakan untuk purlin (balok dudukan

penutup atap), girts (elemen yang memegang penutup dinding misalnya

metal sheet, dll), member pada truss, rangka komponen arsitektural. Istilah

lain profil ini yaitu balok purlin, kanal C, C channel, profil C.

Gambar 2.15 Profil baja lipped chanel

TUGAS AKHIR 21


d. RHS (Rectangular Hollow Section) dan SHS (Square Hollow Section)

Merupakan baja profil berbentuk kotak dengan ukuran standar dan

ketebalan yang bervariasi. Kegunaan profil ini lebih banyak untuk pagar

rumah, kanopi dan model lain yang memerlukan nilai keindahan. Namun

pada pada profil ukuran besar juga digunakan untuk kolom, seperti pada

perencanaan parkir rotari.

(a) (b)

Gambar 2.16 (a) Profil besi RHS (b) Profil besi SHS

e. Equal Channel (Hot Rolled)

Equal Channel adalah bentuk struktur yang memiliki penampang seperti

huruf L. Baja siku diidentifikasi dengan ukuran serta ketebalannya.

Ukuran panjang kakinya diukur dari sisi luar siku-siku. Apabila siku-siku

mempunyai kaki yang tidak sama, maka ukuran kaki yang lebih panjang

ditempatkan pertama alam pemberian dimensinya. Dan dimensi

ketiga dari ukuran siku-siku adalah ketebalan dari kaki yang mempunyai

ketebalan yang sama. Baja siku-siku mungkin

digunakan dua atau empat siku-siku untuk membentuk komponen utama

struktur. Istilah lain dari equal angel yaitu profil siku, profil L, L-shape.

TUGAS AKHIR 22


Gambar 2.17 Profil besi siku

f. Steel Pipe

Profil pipa ini biasanya digunakan untuk kontruksi yang memiliki

nilai artistik. Seperti rangka atap, kanopi dan kolom arsitektural.

Gambar 2.18 Profil pipa baja

2.7 Konsep Kesetimbangan Struktur

Suatu partikel dalam keadaan keseimbangan jika resultan semua gaya

yang bekerja pada partikel tersebut nol. Jika pada suatu partikel diberi 2 gaya

yang sama besar, mempunyai garis gaya yang sama dan arah berlawanan,

maka resultan gaya tersebut adalah NOL. Hal tersebut menunjukkan partikel

dalam keseimbangan. Sebuah benda tegar dikatakan dalam keseimbangan jika

gaya–gaya yang bereaksi pada benda tersebut membentuk gaya / sistem gaya

TUGAS AKHIR 23


ekivalen dengan nol. Sistem tidak mempunyai resultan gaya dan resultan

kopel.

Syarat perlu dan cukup untuk keseimbangan suatu benda tegar secara analitis

adalah :

jumlah gaya arah x = 0 ( ΣFx = 0 )

jumlah gaya arah y = 0 ( ΣFy = 0 )

jumlah momen = 0 ( ΣM = 0 )

Dari persamaan tersebut dapat dikatakan bahwa benda tidak bergerak dalam

arah translasi atau arah rotasi (diam). Jika ditinjau dari Hukum III Newton,

maka keseimbangan terjadi jika gaya aksi mendapat reaksi yang besarnya

sama dengan gaya aksi tetapi arahnya saling berlawanan. Ada 3 ( tiga ) jenis

tumpuan yang biasa digunakan dalam suatu konstruksi yaitu tumpuan sendi /

engsel , tumpuan roll dan tumpuan jepit.

a. Tumpuan Sendi / Engsel

Bentuk perletakan sendi pada suatu struktur jembatan, yang bertugas

untuk menyangga sebagian dari jembatan (Gambar 2.19).

Gambar 2.19 Skema tumpuan sendi / engsel

TUGAS AKHIR 24


Karena struktur harus stabil, maka perletakan sendi tidak boleh turun jika

kena beban dari atas, oleh karena itu sendi tersebut harus mempunyai

reaksi vertikal (RY). Selain itu perletakan sendi tidak boleh bergeser

horizontal. Oleh karena itu perletakan sendi harus mempunyai reaksi

horizontal (RX), sendi tersebut bisa berputar jika diberi beban momen.

Jadi sendi tidak punya reaksi momen.

Mampu menerima 2 reaksi gaya :

gaya vertikal (Fy)

gaya horisontal (Fx)

Tidak dapat menerima momen (M). Jika diberi beban momen, karena sifat

sendi, maka akan berputar.

b. Tumpuan Roll

Bentuk perletakan rol, pada suatu struktur jembatan yang bertugas

untuk menyangga sebagian dari jembatan. (Gambar 2.20)

Gambar 2.20 Skema tumpuan roll

TUGAS AKHIR 25


Karena struktur harus stabil maka perletakan rol tersebut tidak boleh turun

jika kena beban dari atas, oleh karena itu rol tersebut harus mempunyai

reaksi vertical (RY). Perletakan rol bila dilihat dari gambar struktur, maka

rol tersebut bias bergeser ke arah horizontal. Jadi tidak bisa mempunyai

reaksi horizontal, bisa berputar jika diberi beban momen jadi tidak

mempunyai reaksi momen.

Dapat memberikan reaksi gaya vertikal

(RY = FY)

Tidak dapat menerima gaya horizontal

(FX).

Tidak dapat menerima momen

Jika diberi gaya horisontal, akan bergerak/ menggelinding karena sifat

roll.

c. Tumpuan Jepit

Bentuk perletakan jepit dari suatu struktur, bertugas untuk menahan

balok sosoran teras supaya tidak jatuh (Gambar 2.21)

Gambar 2.21 Skema tumpuan jepit

TUGAS AKHIR 26


Karena struktur sosoran harus stabil maka perletakan jepit tidak boleh

turun jika kena beban dari atas, oleh karena itu jepit tersebut harus

mempunyai reaksi vertikal (RY). Jepit tersebut tidak boleh berputar pada

sambungannya jika kena beban momen, oleh karena itu jepit tersebut

harus mempunyai reaksi momen, selain itu jepit juga tak boleh bergeser

secara horizontal.

Dapat menerima semua reaksi:

gaya vertikal (Fy)

gaya horizontal (Fx)

momen (M)

dijepit berarti dianggap tidak ada gerakan

sama sekali.

2.8 Sambungan Las

Sambungan las adalah sebuah sambungan permanen yang diperoleh

dengan peleburan sisi dua bagian yang disambung bersamaan, dengan atau

tanpa tekanan dan bahan pengisi. Panas yang dibutuhkan untuk peleburan

bahan diperoleh dengan pembakaran gas (untuk pengelasan gas) atau bunga

api listrik (untuk las listrik).

Pengelasan secara intensif digunakan dalam fabrikasi sebagai metode

alternatif untuk pengecoran atau forging (tempa) dan sebagai pengganti

sambungan baut dan keling. Sambungan las juga digunakan sebagai media

TUGAS AKHIR 27


perbaikan misalnya untuk menyatukan logam akibat crack (retak), untuk

menambah luka kecil yang patah seperti gigi gear.

Ada dua jenis sambungan las, yaitu:

a. Lap joint atau fillet joint

Sambungan ini diperoleh dengan pelapisan plat dan kemudian mengelas

sisi dari plat-plat. Bagian penampang fillet (sambungan las tipis)

mendekati triangular (bentuk segitiga). Sambungan fillet bentuknya seperti

pada Gambar 5.1 (a), (b), dan (c).

Gambar 2.22 Sambungan las jenis lap joint

b. Butt joint

Butt joint diperoleh dengan menempatkan sisi plat seperti ditunjukkan

pada Gambar 5.2. Dalam pengelasan butt, sisi plat tidak memerlukan

kemiringan jika ketebalan plat kurang dari 5 mm. Jika tebal plat adalah 5

mm sampai 12,5 mm, maka sisi yang dimiringkan berbentuk alur V atau U

pada kedua sisi.

Gambar 2.23 Sambungan las butt joint

TUGAS AKHIR 28


Jenis lain sambungan las dapat dilihat pada Gambar 5.3 di bawah ini.

Gambar 2.24 Tipe lain sambungan las

Lap joint (sambungan las fillet melintang) dirancang untuk kekuatan tarik,

seperti pada Gambar 5.4 (a) dan (b).

Gambar 2.25 Lap joint

Gambar 2.26 Skema dan dimensi bagian sambungan las

Misalkan t = Tebal leher BD (mm)

s = Ukuran las = Tebal plat (mm)

l = Panjang las (mm)

TUGAS AKHIR 29


Dari Gambar 2.26 kita temukan ketebalan leher adalah:

Luas minimum las atau luas leher adalah:

Jika σt adalah tegangan tarik yang diijinkan untuk las logam, kemudian

kekuatan tarik sambungan untuk las fillet tunggal (single fillet weld) adalah:

dan kekuatan tarik sambungan las fillet ganda (double fillet weld) adalah:

Sambungan las fillet sejajar dirancang untuk kekuatan geser seperti terlihat

pada Gambar 2.28. Luas minimum las atau luas leher:

Gambar 2.27 Sambungan las fillet sejajar dan kombinasi

Jika τ adalah tegangan geser yang diijinkan untuk logam las, kemudian

kekuatan geser dari sambungan untuk single paralel fillet weld (las fillet

sejajar tunggal),

TUGAS AKHIR 30


dan kekuatan geser sambungan untuk double paralel fillet weld,

Sambungan butt dirancang untuk tarik dan tekan. Perhatikan sambungan V-

butt tunggal seperti pada Gambar 5.12 (a)

Gambar 2.28 Butt joint

Dalam butt joint, panjang ukuran las adalah sama dengan tebal leher yang

sama dengan tebal plat. Kekuatan tarik butt joint (single-V atau square butt

joint),

dan kekuatan tarik double-V butt joint seperti pada Gambar 5.12 (b) adalah:

Sebagai catatan bahwa ukuran las bisa lebih besar dari pada ketebalan plat,

tetapi dapat juga lebih kecil. Tabel berikut menunjukkan ukuran las minimum

yang direkomendasikan.

Tabel 5.1: Ukuran las minimum yang direkomendasikan.

TUGAS AKHIR 31


2.9 Sambungan Baut

Sebuah ulir (screwed) dibuat dengan melakukan pemotongan secara

kontinyu alur melingkar pada permukaan silinder. Sambungan ulir sebagian

besar terdiri dari dua elemen yaitu baut (bolt) dan mur (nut). Sambungan ulir

banyak digunakan dimana bagian mesin dibutuhkan dengan mudah

disambung dan dilepas kembali tanpa merusak mesin. Ini dilakukan dengan

maksud untuk menyesuaikan/menyetel pada saat perakitan (assembly) atau

perbaikan, atau perawatan.

a. Jenis sambungan ulir

1. Through bolts. Seperti pada Gambar 6.9 (a) terlihat bahwa baut dan

mur mengikat dua bagian/plat secara bersamaan. Jenis baut ini banyak

digunakan pada baut mesin, baut pembawa, baut automobil dan lain-

lain.

Gambar 2.29 Jenis sambungan ulir

2. Tap bolts. Seperti pada Gambar 6.9 (b), ulir dimasukkan ke lubang tap

pada salah satu bagiannya dikencangkan tanpa mur.

TUGAS AKHIR 32


3. Stud. Seperti pada Gambar 6.9 (c), ulir ini pada kedua ujungnya berulir.

Salah satu ujung ulir dimasukkan ke lubang tap kemudian

dikencangkan sementara ujung yang lain ditutup dengan mur.

4. Cap screws. Ulir ini sama jenisnya dengan tap bolts tetapi berukuran

kecil dan variasi bentuk kepala seperti pada Gambar 2.30

Gambar 2.30 Cap screws

Untuk menentukan ukuran baut dan mur, berbagai faktor harus

diperhatikan seperti sifat gaya yang bekerja pada baut, syarat kerja, kekuatan

bahan, kelas ketelitian dan lain-lain. Gaya-gaya yang berkerja pada baut

misalnya beban statis aksial murni, beban aksial bersama beban puntir, beban

geser dan beban tumbukan. Bila suatu baut bekerja gaya geser aksial murni

pada penampang baut, maka baut akan menerima tegangan tarik,

dimana : σt = tegangan tarik (N/mm2)

F = gaya aksial (N)

d1 = diameter inti (mm)

syarat perencanaan,

TUGAS AKHIR 33


dimana adalah tegangan tarik yang diijinkan dari bahan baut.

Adanya tegangan tarik pada baut sekaligus akan bekerja tegangan geser pada

ulir yaitu,

atau

dimana : = tegangan geser ijin material baut (N/mm2)

H = tinggi mur (Z.p) (mm)

p = jarak bagi

Z = jumlah ulir

kp = tebal akar ulir luar

jp = tebal akar ulir mur

Permukaan dimana baut atau mur akan duduk, harus dapat menahan

tekanan permukaan sebagai akibat gaya aksial yang bekerja pada baut. Besar

tegangan tekan pada kepala baut yaitu,

dimana : σc = tegangan tekan pada kepala baut

B = jarak dua sisi sejajar dari segi enam

d = diameter dalam baut

TUGAS AKHIR 34


= tegangan tekan yang diijinkan

b. Sambungan baut akibat beban eksentris

Beberapa aplikasi sambungan baut yang mendapat beban eksentris seperti

bracket, tiang crane, dll. Beban eksentris dapat berupa:

1. Sejajar dengan penampang baut

Gambar 2.31 Beban eksentris yang sejajar penampang baut

Titik O, titik berat dari kelompok baut pada gambar 2.33, didapat

secara simetri. Jika diagram benda bebas digambar, reaksi geser P akan

melalui O dan reaksi momen M akan berpusat pada O.

Gambar 2.32 diagram benda bebas baut

TUGAS AKHIR 35


Jarak dari titik berat ke pusat masing-masing baut adalah r. Beban

geser utama per baut adalah

Gaya geser kedua adalah

Gaya geser utama dan kedua digambarkan menurut skala dan resultan

didapat dengan menggunakan hukum jajaran genjang yang besarnya

diperoleh dengan pengukuran.

2. Tegak lurus dengan sumbu baut

Sebuah dinding bracket membawa beban eksentris yang tegak lurus

terhadap sumbu baut seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.33 Beban eksentris tegak lurus terhadap sumbu baut

Dalam kasus ini, baut menerima beban geser utama yang sama pada

seluruh baut. Sehingga beban geser utama pada setiap baut adalah,

dimana n = jumlah baut

Beban tarik maksimum pada baut 3 dan 4 adalah

TUGAS AKHIR 36


Ketika baut dikenai geser yang sama dengan beban tarik, kemudian

beban ekuivalen dapat ditentukan dengan hubungan berikut

dan beban geser ekuivalen adalah

3. Pada sambungan melingkar

Gambar 2.34 Beban eksentris pada sambungan melingkar

Misalkan,

R = radius piringan (flend)

r = radius melingkar pitch baut

w = beban per baut per unit jarak dari sisi tepi

L = jarak beban dari sisi tepi

dari gambar geometri diatas dapat ditentukan :

beban pada baut 1 adalah

TUGAS AKHIR 37


sehingga beban maksimum pada baut adalah

setelah diketahui beban maksimum, maka dapat diketahui ukuran baut.

Documents

BABII DASARTEORI - untag-sby.ac.id