Rumus Sambungan Las [PDF]

Citation preview

𝜎



𝑃 ≤ 𝜎̅ 𝐹𝑙𝑎𝑠



contoh 1 dua plat akan disambung dengan las lumer bentuk tumpul, ukuran plat 1 = ukuran plat 2 yaitu ≠10/60. Menerima gaya beban sebesar P= 3000 kg 𝜎̅ = 1400 kg/ cm2 Kontrol kekuatan las. Penyelesaian : Flas



= l net . a



a



= 10 mm



l br



= 60 mm



l net



= l br – 3a = 60- 30 mm= 3 cm



𝜎=𝐹



𝑃 𝑙𝑎𝑠



=



3000 𝑘𝑔 3 𝑐𝑚 ×1 𝑐𝑚



= 1000 kg/cm2 < = 1400 kg/ cm2



Contoh 2 : Sebuah pelat tebal (s) = 8 mm, l = 300 mm, disambungkan pada tiang baja profil DIN dengan las tumpul. Sambungan tersebut menahan gaya P = 1000 kg sejauh e = 150 mm dari las 𝜎̅ = 1400 kg/ cm2 𝜏̅ = 0,6𝜎̅ = 840 kg/ cm2 Kontrol kekuatan las Penyelesain Tebal las (a) = s = 0,8 cm L br



= 300 mm = 30 cm



l net



= l br – 3a = 30- (3 × 0,8) = 27,6 cm



Pindahkan gaya P pada kedudukan las maka timbuk momen M = P. e dan gaya geser P



M = P. e = 1000 kg ×15 cm = 1500 kg cm 𝑀



𝜎



=𝑊



W las



= 1/6 𝑎𝑙 2 = 6 × 0,8 × 302 = 120 kg cm3



𝑙𝑎𝑠



1



𝜎=



15000 𝑘𝑔𝑐𝑚 = 125/𝑐𝑚2 < 1400𝑘𝑔/𝑐𝑚2 120 𝑐𝑚3



𝜏= Dimana : D = P;S = Sxlas b = alas ; I = Ix las Sx = (1/2.l.a) × 1/4 l Ix = 1⁄12 𝑏. ℎ3 Dimana : b=a h=l 𝐼𝑥 =



1 𝑎. 𝑙 3 12



𝐷. 𝑆 𝑏. 𝐼



𝐼𝑋 = 𝜏=



1 × 0,8 𝑐𝑚 × 30𝑐𝑚3 = 1800 𝑐𝑚4 12



𝑃. 𝑆𝑥 1000 𝑘𝑔 × 90 𝑐𝑚3 = 𝑎. 𝐼𝑥 0,8 𝑐𝑚 × 1800 𝑐𝑚4



𝜏 = 694,44 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 < 𝜏̅ Jadi las cukup menahan beban tersebut b. las Sudut arah gaya P / / las



sambungan las sudut



Bidang retak



tebal las dan tebal plat.



Bidang retak untuk las sambung dibebani gaya P dengan arah / / las, akan membuat sudut 450 dengan kaki las. Contoh : Las dipasang pada dua bagian Gaya P akan ditahan oleh las atas dan bawah sebesar P1 dan P2.



𝑒 1 = 𝑒2 = 𝑏⁄2 𝑃1 = 𝑒



𝑒2



× 𝑃 = 1⁄2 𝑃



1 +𝑒2



𝑃2 = 𝑒



𝑒2



1 +𝑒2



𝑃1



𝜏1 = 𝐹



𝑔𝑠 1



𝑃1



𝜏2 = 𝐹



𝑔𝑠 1



× 𝑃 = 1⁄2 𝑃



≤ 𝜏̅ ≤ 𝜏̅



𝜏̅ = 0,6 𝜎 𝐹𝑔𝑠 1 = 𝑎. 𝑙𝑛 = 𝑜, 707. 𝑠. 𝑙1𝑛 𝐹𝑔𝑠 2 = 𝑎. 𝑙𝑛 = 𝑜, 707. 𝑠. 𝑙2𝑛 𝑙𝑛 = 𝑙𝑏𝑟 − 3𝑎 Dimana : 𝑙𝑛 = panjang las neto 𝑙𝑏𝑟 = panjang las bruto a = tebal las



panjang las minimum = 40 mm panjang las maksimum = 40 a = 28,28 s contoh : Diketahui : Gaya P = 2000 kg Las dipasang pada dua muka. 𝜎̅ = 1400 kg/ cm2 ; 0,6𝜎̅ = 840 kg/cm2 Hitung panjang las Penyelesaian : s = 10 mm = 1 cm a= 0,707s = 0.707× 1 = 0.707 cm b= 200 mm = 20 cm e1 = e2 =1⁄2 b = 10 cm P1 = P2 =1⁄2 P = 1000 kg l1 = l2 = lbr 𝐹𝑔𝑠 = 𝑎. 𝑙𝑛 = 𝑜, 707𝑐𝑚. 𝑙𝑛 𝜏̅ =



1⁄ 𝑃 2 𝐹 𝑔𝑠



maka 𝐹𝑔𝑠 =



1⁄ 𝑃 2 𝜏̅



1000 𝑘𝑔



𝐹𝑔𝑠 = 840 𝑘𝑔/𝑐𝑚² = 1,19 𝑐𝑚² 0,707 𝑙𝑛 = 1,19 𝑐𝑚² 𝑙𝑛 = 1,683 cm 𝑙𝑏𝑟 = 𝑙𝑛 + 3a = 1,683 cm + 3 × 0,707 𝑐𝑚 = 3,804 atau didekatakn hingga 4 cm Jadi panjang las l1 = l2 = 40 mm



Las dipasang pada tiga bagian 𝑃3 = 𝐹3𝑏𝑟 . 𝜏̅ 𝑃3 = 𝑙3𝑛 . 𝑎 . 𝜏̅ 𝑙3𝑛 = 𝑒1 + 𝑒1 − 3𝑎 = 𝑏 − 3𝑎 ∑ 𝑀𝑏 = 0



𝑃1 (𝑒1 + 𝑒2 ) + 𝑃3



𝑒2 +𝑒2 2



− 𝑃. 𝑒2 = 0



𝑃1 . 𝑏+𝑃3 × 1⁄2 × 𝑏 − 𝑃 × 1⁄2 𝑏 = 0 𝑃1 = 1⁄2 𝑃 − 1⁄2 𝑃3 ∑ 𝑀𝐴 = 0 𝑃2 (𝑒1 + 𝑒2 ) + 𝑃3



𝑒2 +𝑒2 2



− 𝑃. 𝑒2 = 0



𝑃2 . 𝑏+𝑃3 × 1⁄2 × 𝑏 − 𝑃 × 1⁄2 𝑏 = 0 𝑃2 = 1⁄2 𝑃 − 1⁄2 𝑃3



Contoh :



s = 10 mm = 1 cm; a = 0,707s = 0,707 cm b = 100 mm = 10 cm; e1 =e2 = ½ b = 5 cm Las ujung dipasang sepanjang b l3br = b = 10 cm



l 3n = l br - 3a = 10 cm - 3 x 0,707 cm= 7,879 cm 𝑃3 = 𝐹3𝑔𝑠 𝜏̅ = 𝑙3𝑛 . 𝑎 𝑃3 = 7,879 cm× 0,707 𝑐𝑚 × 840 𝑘𝑔/𝑐𝑚² = 4680 kg ∑𝐻 = 0 𝑃1 + 𝑃2 + 𝑃3 − 𝑃 = 0 𝑃1 + 𝑃2 = 𝑃3 − 𝑃 𝑃1 =



(1000−4.680 )𝑘𝑔 2 𝑃1



𝜏1 = 𝐹



𝑔𝑠 1



𝐹𝑔𝑠 =



𝑃 𝜏̅



= 2.660 𝑘𝑔



ambil 𝜏1 = 𝜏̅ = 840 𝑘𝑔/𝑐𝑚²



=



2.660 𝑘𝑔 840



𝑘𝑔 𝑐𝑚2



= 3,167 𝑐𝑚2



𝐹𝑔𝑠 = 𝑎. 𝑙𝑛 = 0,707𝑐𝑚. 𝑙𝑛 3,167 cm² = 0,707 cm. 𝑙𝑛 𝑙𝑛 =



3,167 𝑐𝑚² 0,707 𝑐𝑚



= 4,479



Arah gaya P ⊥ las



Bidang retak utk las sudut yang dibebani gaya P dengan arah ⊥ las, akan membentuk sudut 67½o dengan kaki las. Untuk mempermudah dalam perhitungan, diambil sudut 450.



Gaya P⊥las,akan ditahan oleh las sudut atas dan bawah sebesar P1 dan p2. Untuk s1 = s1, maka P1= P= P2= = ½P. gaya p/2 bekerja pada titik berat bidang retak  ½P // P.Gaya geser D = ½P sin 450 Gaya normal N = Gaya ½P sin 450 D=N 𝑃 𝜏1 = 𝐹 1 ≤ 𝜏̅ dengan 𝜏̅ = 0,6𝜎̅ 𝑔𝑠 1



𝑁



𝜎 = 𝐹 ≤ 𝜎̅ 𝑔𝑠



𝜎𝑖 = √𝜎 2 + 3𝜏 ≤ 𝜎̅ 𝐹𝑔𝑠 = luas bidang geser = luas bidang retak Fgs= a . ln Dimana : a = tebal las = s sin 450 = 0,707 s s = tebal plat yang disambung ln = panjang las neto lbr = panjang las bruto Ftr = luas bidang tarik = luas bidang retak Untuk s1≠ s2 (tebal plat tidak sama ) 𝑃1 = 𝑠



𝑠1



1 +𝑠2



× 𝑃 maka P2 = P- P1



𝑃1



𝜏1 = 𝐹



𝑔𝑠 1



≤ 𝜏̅



Fgs1 = l1n. a1 𝑙1𝑛 = 𝑙𝑏𝑟 − 3𝑎1 → 𝑎1 = 0,707 𝑠1 𝑃 𝜏2 𝐹 2 ≤ 𝜏̅ 𝑔𝑠



𝐹𝑔𝑠 2 = 𝑙2𝑛 . 𝑎2 𝑙2𝑛 = 𝑙2𝑏𝑟 − 3𝑎2 → 𝑎2 = 0,707 𝑠2 𝑃 𝜎1 𝐹 1 ≤ 𝜎̅ 𝑡𝑟 1



Ftr1 = l1n. a1 𝑃 𝜎2 𝐹 2 ≤ 𝜎̅ 𝑡𝑟 2



Ftr1 = l1n. a1 𝜎𝑖1 = √𝜎 2 + 3𝜏12 𝜎𝑖2 = √𝜎 2 + 3𝜏22 Contoh soal : Diketahui Konstruksi seperti pada gambar gaya P = 5000 kg; las sudut selebar plat 𝜎̅ =1400 kg/cm2 𝜏̅ = 0,6 𝜎̅ = 840 kg/cm2 Penyelesaian : Tebal plat tidak sama S1 = 8 mm = 0,8 cm → a1= 0,707 × 0,8 = 0,566 cm S2 = 10 cm = 1 cm → a2 = 0,707 × 1 = 1,70≥7 cm b = 100 mm = 10 cm →l1br = l2br = b= 10 cm l1n = l1br -3a1 =10-3× 0,566 = 8,302 cm l1n = l1br -3a1 =10-3× 0,707 = 7,879 cm 𝑆1 0,8 𝑐𝑚 𝑃1 = .𝑃 = × 5000 𝑘𝑔 = 2.222 𝑘𝑔 𝑆2 + 𝑆1 0.8 𝑐𝑚 + 1 𝑐𝑚 ∑ 𝐻 = 0 → 𝑃2 = 𝑃 − 𝑃1 = 5.000 𝑘𝑔 − 2.222 𝑘𝑔 = 2778 𝑘𝑔 Las atas 𝑃1 2.222 𝑘𝑔 473 = = ≤ 𝜏̅ 𝐹𝑔𝑠 1 8,302 × 0,566 𝑐𝑚2 𝑐𝑚2 𝑃1 𝑘𝑔 𝜎̅ = = 473 𝐹𝑡𝑟 1 𝑐𝑚2 946𝑘𝑔 𝜎𝑖 = √𝜎 2 + 3𝜏22 = √4732 + 3(473)2 = ≤ 𝜎̅ 𝑐𝑚2 𝜏1 =



Las bawah 𝜏2



𝑃2 2.778 𝑘𝑔 = = 499𝑘𝑔/𝑐𝑚² 𝐹𝑔𝑠 7,879 × 0,707 𝑐𝑚2



𝜎2



𝑃2 = 499 𝑘𝑔/𝑐𝑚² 𝐹𝑡𝑟 2



𝜎𝑖 = √𝜎 2 + 3𝜏22 = √4992 + 3(499)2 =



998𝑘𝑔 ≤ 𝜎̅ 𝑐𝑚2



Tegangan. geser dari las sudut sepanjang L yang menerima beban P yakni 𝑃



𝑓𝑣 = 0,707 𝑎 𝐿



𝑊



Kapasitas geser las adalah Rn dimana Rn = f w × 0.707× a ´ Lw ϕRn = 0.75´ f w ×0.707× a × Lw dimana ϕ = 0,75 Dimana fw = teg.geser ultimit electroda = 0,6 x kuat tarik electroda las (tergantung pada electrode yang digunakan pada proses SMAW) •



Kuat tarik dari electroda las antara lain ; 413, 482, 551, 620, 688, 758, atau 827 MPa.



•



Terminologi standarelectrode las seterusnya.



yang



dipakai adalah E60XX,E70XX, E80XX, dan



E – electrode 70 – tensile strength of electrode (ksi) = 482 MPa XX – type of coating Kekuatan dari elektroda diperhiutngkan dari base metal dipakai : Jika tegangan leleh (𝜎𝑦 ) base metal ≤ 413-448 MPa, dipakai elektroda E70XX Jika tegangan (𝜎𝑦 ) base metal ≥413-448 MPa dipakai elektroda E80 XX E70XX adalah electroda yang paling banyak digunakan untuk las sudut yang dibuat dengan proses SMAW. Las sudut 12 mm SMAW E70XX: lasa sudut dengan tebal las 12 mm, dibentuk dengan Shielded Metal Arc Welding Process, dengan pengisi elektroda kuat tarik minimum 70 ksi. 9 mm-by-12 mm SAW E110XX: las sudut ukuran kaki tidak sama, dibentuk dengan Submerged Arc Metal process, dengan pengisi logam elektroda kuat tarik minimum 758 MPa.



Tegangan geser las sudut =beban/ luas bidang patahan geser Kondisi batas las sudut ditentukan oleh': (1) Patahan geser pada lintasan kritis atau kuat geser las 𝜙𝑉𝑛 = 𝜙𝑓𝑊 𝑡𝑒 𝐿𝑊 Untuk kaki las sudut yang sama (equal): 𝜙𝑉𝑛 = 𝜙𝑓𝑊 (0,707𝑎)𝑡𝑒 𝐿𝑊 Misalkan elektroda las E70XX, mempunyai tegangan geser las sebesar fw = 0.60 FEXX



𝜙 fw = 0.75 x 0.60 x 482 = 217 MPa



(2) Kemampuan geser base metal atau pelat : fRn = 0.9 x 0.6 Fy x Luas base metal yang menerima geser dimana Fy = Teg.leleh pada base metal. Contoh kuat las geser menerima beban adalah: Vn = 0.75 x (0.707 a) x Lw x fw > T Batasan dimensi sambungan las Minimum size (amin) Tergantung pada tebal pelat yang paling tipis pada sambungan Maximum size (amax) Tergantung pada pelat yang paling tipis pada sambungan : 



Untuk pelat dengan tebal £ 6 mm, amax = 6 mm.







Untuk pelat dengan tebal ³ 6 mm, amax = t – 2 mm.



Minimum length (Lw) Panjang las Length (Lw) ³ 4 a ; sebaliknya, aeff = Lw / 4 a = tebal las Las sudut yang terputusputus : Lw-min = 4 a dan atau 38 mm.  Maximum effective length



Jika Lw < 100 a, maka panjang las efektif (Lw eff) = Lw Jika Lw < 300 a, maka panjang las efektif (Lw-eff) = Lw (1.2 – 0.002 Lw/a) Jika Lw > 300 a, maka panjang las efektif (Lw-eff) = 0.6 Lw  Pemutusan las Lap joint – pemutusan las sudut pada jarak > a dari ujung. Pengait las pada daerah sudut harus > 2 a



PEDOMAN PERENCANAAN LAS SUDUT Dua tipe las sudut yang digunakan Shielded Metal Arc Welding (SMAW) 𝑡𝑒𝑓𝑓 = 0,707 Automatic Submerged Arc Welding (SAW) 𝑡𝑒𝑓𝑓 = 𝑎 Pedoman perencaan las sudut diambil dari nilai terkcil dari kondisi berikut : 𝑃𝑢 𝑤𝑒𝑙𝑑 = 𝜙 (0,707𝑎 𝐿𝑤𝑒𝑙𝑑 𝑓𝑤 ) 𝜙 = 0,75



& 𝑓𝑤 = 0,6 FExx



Base metal strength 𝑃𝑢−𝐵𝑀 = 𝜙 (tbase Lweld 0,6FY) 𝜙 = 0,9 Kekuatan las akan meningkat jika gaya yang bekerja tidak pararael pada las Pu _ weld = (𝜙 0.707 a Lweld fw )



Fw = 0.6 FExx(1+ 0.5sin15 𝜃) 𝜙 = 0.75 Maksimun ukuran las, t-max 𝑡𝑤𝑒𝑙𝑑_𝑚𝑎𝑥 ≤ {



6𝑚𝑚 𝑖𝑓 𝑡𝑏𝑎𝑠𝑒 ≤ 6 𝑚𝑚 } 𝑡𝑏𝑎𝑠𝑒 − 2 𝑚𝑚 𝑖𝑓 𝑡𝑏𝑎𝑠𝑒𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 ≥ 6 𝑚𝑚



Minimu ukuran las, t-min 𝑖𝑓 𝑡𝑤𝑒𝑙𝑑−𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑡𝑡ℎ𝑖𝑛𝑒𝑟 𝑝𝑎𝑟𝑡 Contoh : Perencanaan kekuatan sambungan Las 



Tentukan kemampuan batang tarik pada sistem sambungan seperti tergambar. Batang tarik adalah pelat persegi ukuran 100x10 mm dilas pada pelat sambung tebal 15 mm dengan memakai elektroda E70XX.







Pertimbangkan batang tarik tersebut pada kondisi leleh dan patah. Periksa juga kuat geser las dan base metal disekitar pelat dengan Fy = 573 MPa.



Ada gambar nanti dipoer point Langkah pertama : periksa batasan dimensi dari las tmin = 10 mm (batang tarik) tmax = 15 mm (pelat sambung) oleh karena itu, amin = 5 mm amax = 10 mm – 2 mm = 8 mm Ukuran kaki las, a = 6 mm Lw-min = 4 x 6 = 24 mm



dan atau 38 mm



Panjang las = 125 mm, dimana > Lmin. Panjang kait las pada ujung pelat - minimum = 2 a = 12 mm Step II. Hitung kuat geser las Kuat geser las = fx 0.707 x a x 0.60 x FEXX x Lw = 0.75 x 0.707 x 6 x 0.60 x 482 x 250/1000 = 230 kN Step III. Hitung kuat geser base metal fRn = 0.9 x 344 x 100 x 10/1000 = 310 kN Step IV : Kuat tarik pelat fRn = 0.75 x Ae x Fu



dimana ; Ae = U A (luas penampang tarik efektif) Ae = Ag = 100 x 10 = 1000 mm Fu = teg.tarik ultimit pelat = 597 MPa Maka : fRn = o,75 x 1000 x 448 /1000 = 336 kN Beban tarik yang dapat ditaham oleh sistem sambungan tersebut adalah sebesar 230 kN. Las kait pada pojok sambungan tidak termasuk dalam hitungan ini.



SAMBUNGAN LAS MENERIMA MOMEN Diasumsikan bahwa rotasi pada bidang patahan sambungan las terjadi disekitar pusat elastis las. Perbedaan dengan sambungan baut adalah pada sambungan las kekuatannya dihitung sebagai per-satuan panjang las. Tegangan geser pada las akibat momen, M adalah 𝑓2 =



𝑀𝑑 𝐽



M = momen yang bekerja pada pusat elastis las, d = jarak terjauh dari pusat elastis las J = momen inersia polar dari las Tegangan akibat momen, M adalah



M =F e



𝑓2𝑥 =



𝐽 = 𝐼𝑥 + 𝐼𝑦



𝑓2𝑦 =



𝑓2



𝑀𝑦 𝐽 𝑀𝑥 𝐽



𝑀𝑦 𝐽



Tegangan geser akibat gaya berputar adalah : 𝑓𝑥 = 𝑓1𝑥 + 𝑓2𝑋 𝑓𝑣 =√𝑓𝑥2 + 𝑓𝑦2 ≤ 𝜙𝑅𝑛−𝑤𝑒𝑙𝑑



𝑓𝑌 = 𝑓1𝑦 + 𝑓2𝑦



Contoh soal Tentukan ukuran las yang diizinkan untuk sambungan “bracket” seperti tergambar. Beban mati yang bekerja 50 kN dan beban hidup 120 kN secara terpusat (lihat gambar). Digunakan mutu baja A36 untuk bracket dan mutu baja A992 untuk kolom. Hitung untuk tebal las teff = 25 mm Step 1 :Hitung beban ultimit: Pu = 1.2D + 1.6L = 1.2(50)+1.6(120) = 252 kN Step II:Hitung tegangan las akibat gaya geser : 252×1000



𝑓1𝑦 = 200+300+200=360N/mm Step III: Hitung titik berat sambungan las: 𝑥̅ (700) = 200(100)(2) or 𝑥̅ =57,1 mm Step IV: Hitung momen lentur pada titik berat las: e = 250+ 200 – 57.1 = 392.9 M = Pe = 252(392.9)=99011 kN-mm. Step V: Hitung momen inersia total sambungan las /tebal las: Ix = 1(300)3 (1/12)+2(200)(150)2=11.25×106 mm4 Iy = 2 {(200)3 (1/12)+(200)(100-57.1)2 }+ 300(57.1)2=3.05×106 mm4 J = Ix + Iy = (11.25 + 3.05)×106 = 14.3×106 mm4 Step VI: Hitung tegangan kritis pada las (ambil jarak terjauh las terhadap titik beratnya): 𝑓2𝑥 = 𝑓2𝑦 =



𝑀 𝑦 99011(150) × 1000 = = 1039𝑁/𝑚𝑚 𝐽 14,3 × 106



𝑀 𝑥 99011(200 − 57,1) × 1000 = = 989𝑁/𝑚𝑚 𝐽 14,3 × 106



2 𝑓𝑣 = √𝑓2𝑥 + (𝑓1𝑦 + 𝑓2𝑦 )² = √(1039)2 + (989 + 360)2 = 1703𝑁/𝑚𝑚



Step VII: Periksa tegangan geser pada base metal Kapasitas geser pada kaki las :



ΦRn= (0.9)0.6Fyt = 0.9(0.6)(248)(15) = 2009 N/mm Kontrol kekuatan pada sambungan las 2009 N/mm > 1703 N/mm Step VIII: Hitung tebal kaki las , asumsi Fw = 0.6FEXX 𝑎=



𝛷𝑅𝑛 1703 = = 11,1 𝑚𝑚 𝛷(𝑜, 707)𝐹𝑤 0,75(0,707)(0,6 × 482)



Sehingga dapat dipakai tebal kaki las sudut 12 mm dengan E70XX