Menentukan jumlah bidang geser pada sambungan baut adalah langkah fundamental yang menentukan kekuatan dan keamanan seluruh struktur baja. Kesalahan dalam menghitung jumlah bidang geser, apakah satu (single shear) atau dua (double shear), dapat menyebabkan kegagalan geser pada baut jauh di bawah kapasitas yang seharusnya, berisiko terhadap integritas struktur.
Pada sebuah sambungan baut (bolted joint) tipe tumpu, beban ditransfer melalui kontak langsung antara badan baut dan tepi lubang pelat. Memahami di mana dan berapa banyak bidang geser terbentuk adalah kunci untuk menghitung kekuatan sambungan secara akurat.
Mengubah konfigurasi sambungan dari single shear ke double shear secara teoritis dapat menggandakan kekuatan geser sebuah baut. Peningkatan kapasitas yang signifikan ini menunjukkan betapa krusialnya identifikasi jumlah bidang geser sejak awal proses desain.
Apa Sebenarnya Bidang Geser pada Sambungan Baut?
Bidang geser (shear plane) adalah bidang atau permukaan imajiner di sepanjang penampang baut yang berpotensi terpotong atau patah akibat gaya geser. Jumlah bidang geser ditentukan oleh konfigurasi pelat yang disambung dan menjadi parameter kritis dalam mekanisme transfer beban.
Dalam sambungan tumpu (bearing connection), ketika gaya eksternal bekerja tegak lurus terhadap sumbu baut, gaya tersebut menciptakan tegangan geser (shear stress) di dalam baut. Bayangkan dua pelat yang ditarik berlawanan arah; baut yang menyatukannya akan mengalami gaya seperti gunting. Permukaan di mana baut tersebut akan “tergunting” adalah bidang gesernya.
Jumlah bidang geser ini secara langsung memengaruhi perhitungan kuat nominal (nominal strength) baut. Semakin banyak bidang geser, semakin banyak permukaan yang menahan beban, sehingga baut menjadi lebih kuat terhadap kegagalan geser.
Bagaimana Cara Membedakan Single Shear dan Double Shear?
Perbedaan utama terletak pada jumlah bidang potong pada baut. Single shear memiliki satu bidang geser, tipikal pada sambungan tumpang (lap joint). Double shear memiliki dua bidang geser, yang biasa ditemukan pada sambungan sendi (butt joint) yang menggunakan dua pelat penyambung (splice plate).
Visualisasi adalah cara termudah untuk membedakannya:
- Single Shear (Geser Tunggal):
- Konfigurasi: Terjadi ketika dua elemen (misalnya, dua pelat) disambung secara tumpang tindih. Ini adalah konfigurasi sambungan lap (lap joint).
- Mekanisme: Hanya ada satu bidang geser yang terbentuk di antara kedua pelat. Baut berpotensi terpotong menjadi dua bagian.
- Contoh: Dua pelat baja yang ditumpuk dan diikat dengan satu baris baut.
- Double Shear (Geser Ganda):
- Konfigurasi: Umumnya terjadi pada sambungan di mana elemen utama diapit oleh dua elemen lain. Contoh paling umum adalah sambungan butt joint yang menggunakan dua pelat penyambung (satu di atas dan satu di bawah) atau sambungan balok ke kolom menggunakan plat buhul (gusset plate).
- Mekanisme: Terdapat dua bidang geser yang terbentuk pada satu baut. Beban terdistribusi ke dua permukaan potong, sehingga baut berpotensi patah menjadi tiga bagian.
- Contoh: Sambungan dua ujung balok yang dipertemukan dan disambung menggunakan dua pelat di sisi atas dan bawah.
| Fitur | Single Shear (Geser Tunggal) | Double Shear (Geser Ganda) |
| Jumlah Bidang Geser | 1 | 2 |
| Konfigurasi Umum | Sambungan Tumpang (Lap Joint) | Sambungan Sendi (Butt Joint) dengan 2 pelat penyambung |
| Potensi Patahan Baut | Menjadi 2 bagian | Menjadi 3 bagian |
| Kapasitas Geser | Standar (Basis) | Hingga 2x lipat dari single shear |
Mengapa Jumlah Bidang Geser Sangat Penting dalam Desain?
Jumlah bidang geser adalah faktor pengali langsung dalam rumus kekuatan geser baut. Menggunakan konfigurasi double shear (n=2) akan menggandakan luas penampang tahan geser efektif, yang secara signifikan meningkatkan kapasitas beban (load capacity) sambungan tanpa harus mengubah ukuran atau mutu baut mutu tinggi (high-strength bolt).
Menurut standar desain seperti SNI 1729, kuat geser nominal (Vn) dari sebuah baut dihitung dengan rumus yang melibatkan jumlah bidang geser (m atau n).
Rumus dasar untuk kuat geser nominal baut tipe tumpu adalah: Vn = Fnv × Ab × n
Di mana:
- Vn = Kuat geser nominal baut
- Fnv = Tegangan geser nominal baut
- Ab = Luas penampang bruto baut (bolt)
- n = Jumlah bidang geser
Dari rumus ini, terlihat jelas bahwa:
- Jika n = 1 (single shear), kekuatan baut adalah Fnv × Ab.
- Jika n = 2 (double shear), kekuatan baut menjadi 2 × Fnv × Ab.
Dengan demikian, hanya dengan mengubah konfigurasi sambungan dari tumpang menjadi sendi dengan dua pelat, seorang insinyur dapat mencapai kekuatan sambungan yang jauh lebih tinggi menggunakan baut yang sama. Ini adalah strategi desain yang sangat efisien untuk mengoptimalkan penggunaan material dan memastikan keamanan pada sambungan kritis yang menahan beban nominal (nominal load) yang besar.
Perbandingan Kekuatan Single Shear vs. Double Shear
Untuk baut dengan spesifikasi yang sama, sambungan double shear memiliki kuat geser nominal dua kali lebih besar dibandingkan sambungan single shear. Ini karena beban terdistribusi pada dua bidang potong, sehingga setiap bidang hanya menanggung setengah dari total beban geser.
Mari kita lakukan perbandingan sederhana menggunakan baut A325 dengan diameter 19 mm (¾ inci) yang memiliki luas penampang (Ab) sekitar 285 mm². Asumsikan tegangan geser nominal (Fnv) adalah 372 MPa.
| Kriteria | Sambungan Single Shear (Lap Joint) | Sambungan Double Shear (Butt Joint) |
| Jumlah Bidang Geser (n) | 1 | 2 |
| Luas Tahan Geser Total | 1 × Ab = 285 mm² | 2 × Ab = 570 mm² |
| Kuat Geser Nominal (Vn) | 372 MPa × 285 mm² = 106.020 N atau 106,02 kN | 372 MPa × (2 × 285 mm²) = 212.040 N atau 212,04 kN |
| Efisiensi Kekuatan | Standar | 200% dari Single Shear |
Hasil perhitungan menunjukkan perbedaan kekuatan yang dramatis. Baut yang sama, ketika dipasang dalam konfigurasi double shear, mampu menahan beban geser sebesar 212,04 kN, tepat dua kali lipat dari kapasitasnya dalam konfigurasi single shear yang hanya 106,02 kN.
Implikasinya dalam praktik sangat besar. Untuk memikul beban yang sama, seorang desainer mungkin memerlukan 8 baut dalam konfigurasi single shear, tetapi hanya memerlukan 4 baut jika menggunakan double shear. Ini tidak hanya menghemat jumlah baut tetapi juga mengurangi ukuran pelat sambung, pekerjaan fabrikasi seperti pengeboran (drilling), dan waktu perakitan (assembly).
Kesimpulan
Memahami dan mengidentifikasi jumlah bidang geser dengan benar adalah keterampilan non-negosiabel dalam desain dan inspeksi konstruksi baja. Kesalahan sederhana dalam menentukan apakah sambungan bersifat single shear atau double shear dapat memotong setengah kapasitas kekuatan sambungan yang sebenarnya, yang berpotensi fatal.
- Bidang Geser adalah Kunci: Ini adalah area kritis di mana baut akan gagal akibat gaya geser.
- Single vs. Double: Single shear (1 bidang) umum pada sambungan tumpang, sementara double shear (2 bidang) umum pada sambungan sendi dengan dua pelat penyambung.
- Kekuatan Berlipat Ganda: Menggunakan konfigurasi double shear secara efektif menggandakan kekuatan geser baut, menjadikannya pilihan desain yang jauh lebih unggul dan efisien.
- Implikasi Desain: Penentuan jumlah bidang geser yang akurat mengarah pada perhitungan yang benar, pengoptimalan material, dan jaminan keamanan struktur.
Saat memeriksa gambar desain atau melakukan inspeksi visual (visual inspection) di lapangan, selalu ajukan pertanyaan: “Berapa banyak permukaan yang harus ditembus atau dipotong oleh gaya agar sambungan ini terlepas?” Jawaban dari pertanyaan itu adalah jumlah bidang geser Anda.