bab ii landasan teori 2.1 tanah lempung · pdf filediperoleh dengan berbagai cara di dalam...
TRANSCRIPT
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.