Kekuatan sebuah sambungan las (welded joint) adalah penentu utama keamanan dan stabilitas struktur baja. Salah perhitungan, terutama pada las sudut (fillet weld), bisa berakibat fatal. Kekuatan las sudut ditentukan oleh kombinasi ukuran, panjang, dan jenis material pengisi yang digunakan.
Memahami cara menghitung kekuatan las sudut secara akurat adalah kompetensi wajib bagi welding engineer, inspektur, dan fabrikator. Perhitungan ini memastikan bahwa sambungan mampu menahan beban nominal yang bekerja padanya, baik itu tegangan geser maupun tarik, sesuai dengan standar desain seperti SNI 1729 atau AISC.
Bidang kritis pada las sudut bukanlah pada permukaan kakinya, melainkan pada area terkecil yang disebut “throat” atau leher las. Area inilah yang menanggung beban geser paling besar dan menjadi dasar dari semua perhitungan kekuatan las. Untuk las sudut pada sudut 90°, tebal leher efektif ini secara teoritis adalah 70.7% dari ukuran kaki las.
Apa Saja Faktor Kunci yang Menentukan Kekuatan Las Sudut?
Kekuatan las sudut secara fundamental bergantung pada empat faktor utama: ukuran kaki las (a), tebal leher efektif (te), panjang efektif las (Lw), dan kekuatan tarik putus dari filler metal atau elektroda (Fexx) yang digunakan. Kombinasi keempat faktor ini menentukan luas penampang efektif yang menahan beban.
Untuk memahami perhitungan secara mendalam, mari kita bedah setiap komponen ini:
- Ukuran Kaki Las (a atau z): Ini adalah panjang sisi segitiga sama kaki yang terbentuk oleh lasan pada sambungan T atau sambungan pangkuan. Ukuran ini adalah dimensi yang paling mudah diukur di lapangan.
- Tebal Leher Efektif (te atau a_eff): Ini adalah jarak terpendek dari akar las ke permukaan las, yang merupakan bidang paling kritis. Untuk las sudut 90 derajat, nilainya dihitung dengan rumus: te = 0.707 × a Faktor 0.707 berasal dari sin(45°), yang merepresentasikan tinggi segitiga las.
- Panjang Efektif Las (Lw): Ini adalah panjang total las yang berkontribusi pada kekuatan. Panjang ini tidak termasuk kawah las di awal dan akhir pengelasan yang mungkin tidak memiliki fusi sempurna.
- Kekuatan Elektroda (Fexx): Ini adalah kekuatan tarik putus minimum dari material las, yang tertera pada klasifikasi elektroda. Contohnya, elektroda E70xx memiliki kekuatan tarik putus minimum 70 ksi (sekitar 490 MPa).
Bagaimana Rumus Dasar Perhitungan Kekuatan Las Sudut?
Perhitungan kekuatan nominal las sudut dilakukan dengan mengalikan luas penampang geser efektif dengan tegangan geser nominal dari material las. Berikut adalah langkah-langkahnya:
- Tentukan Tebal Leher Efektif (te): te = 0.707 × a (dimana ‘a’ adalah ukuran kaki las).
- Hitung Luas Penampang Geser Efektif (Awe): Awe = te × Lw (dimana ‘Lw’ adalah panjang efektif las).
- Hitung Kuat Nominal Geser (Rn): Rn = 0.60 × Fexx × Awe. Faktor 0.60 digunakan untuk mengkonversi kekuatan tarik (Fexx) menjadi kekuatan geser.
- Hitung Kuat Desain (ϕRn): Untuk keamanan, kuat nominal harus direduksi dengan faktor tahanan (ϕ). Menurut metode LRFD (Load and Resistance Factor Design), faktor reduksi untuk geser pada las adalah ϕ = 0.75.
Mari kita jabarkan lebih lanjut:
1. Luas Penampang Geser Efektif (Awe) Ini adalah area kritis tempat kegagalan geser paling mungkin terjadi.
- Rumus: Awe = (0.707 × a) × Lw
- Contoh: Jika ukuran kaki las (a) adalah 6 mm dan panjang las (Lw) adalah 100 mm, maka:
- te = 0.707 × 6 mm = 4.242 mm
- Awe = 4.242 mm × 100 mm = 424.2 mm²
2. Kuat Nominal Geser (Rn) Ini adalah kekuatan teoretis maksimum dari las sebelum faktor keamanan diterapkan.
- Rumus: Rn = 0.60 × Fexx × Awe
- Nilai Fexx diambil dari spesifikasi elektroda.
Berikut adalah tabel kekuatan tarik putus (Fexx) untuk beberapa elektroda umum:
| Klasifikasi Elektroda | Kekuatan Tarik Minimum (Fexx) |
| E60xx | 60 ksi (≈ 425 MPa) |
| E70xx | 70 ksi (≈ 490 MPa) |
| E80xx | 80 ksi (≈ 550 MPa) |
3. Kuat Desain (ϕRn) Ini adalah kekuatan andal yang digunakan oleh para insinyur dalam desain struktur bangunan baja.
- Rumus (LRFD): ϕRn = 0.75 × Rn
Aplikasi Perhitungan Kekuatan Las Fillet
Sebuah plat baja ASTM A36 disambung ke kolom menggunakan las sudut ganda (double fillet weld) sepanjang 150 mm di setiap sisi. Jika digunakan las ukuran 8 mm dengan elektroda E7018, kekuatan desain total sambungan adalah sekitar 378.9 kN.
Mari kita hitung langkah demi langkah menggunakan metode LRFD.
Data:
- Jenis Sambungan: Las sudut ganda (double fillet)
- Ukuran Kaki Las (a): 8 mm
- Panjang Efektif Las per sisi (Lw): 150 mm
- Total Panjang Las: 2 × 150 mm = 300 mm
- Jenis Elektroda: E7018 (Fexx = 490 MPa)
Langkah-langkah Perhitungan:
- Hitung Tebal Leher Efektif (te): te = 0.707 × a te = 0.707 × 8 mm = 5.656 mm
- Hitung Luas Penampang Geser Efektif Total (Awe): Awe = te × (Total Lw) Awe = 5.656 mm × 300 mm = 1696.8 mm²
- Hitung Kuat Nominal Geser (Rn): Rn = 0.60 × Fexx × Awe Rn = 0.60 × 490 MPa × 1696.8 mm² Rn = 505,159 N atau 505.16 kN
- Hitung Kuat Desain (ϕRn): ϕRn = 0.75 × Rn ϕRn = 0.75 × 505.16 kN = 378.87 kN
Hasil: Kekuatan desain dari sambungan las ini adalah 378.87 kN. Artinya, sambungan ini secara aman mampu menahan beban hingga 378.87 kN sebelum mencapai kondisi batasnya.
Berapa Ukuran Minimum dan Maksimum Las Sudut yang Diizinkan?
Ukuran las sudut tidak bisa sembarangan, ada batasan minimum untuk memastikan fusi yang cukup dan mencegah pendinginan terlalu cepat, serta batasan maksimum untuk menghindari kerusakan pada tepi material dasar. Aturan ini ditetapkan dalam standar seperti SNI 1729:2020 dan AISC.
Ukuran Las Minimum
Ukuran minimum las sudut ditentukan oleh ketebalan bagian yang lebih tipis dari dua material yang disambung.
| Tebal Material yang Lebih Tipis (t) | Ukuran Kaki Las Minimum (a) |
| t ≤ 6 mm | 3 mm |
| 6 mm < t ≤ 13 mm | 5 mm |
| 13 mm < t ≤ 19 mm | 6 mm |
| t > 19 mm | 8 mm |
| Sumber: Diadaptasi dari Tabel J2.4 AISC 360/SNI 1729:2020 |
Ukuran Las Maksimum
Batasan ukuran maksimum bertujuan untuk mencegah pelelehan berlebih pada sudut material (undercutting) yang dapat mengurangi kapasitas penampang.
- Untuk material dengan tebal < 6 mm: Ukuran las maksimum sama dengan tebal material.
- Untuk material dengan tebal ≥ 6 mm: Ukuran las maksimum adalah tebal material dikurangi 1.5 mm (atau 1/16 inci).
Aturan ini memastikan bahwa sudut dari plat baja tidak meleleh dan bentuk lasan tetap ideal untuk transfer beban.
Kesimpulan
Menghitung kekuatan las sudut adalah proses yang sistematis dan berlandaskan pada prinsip-prinsip rekayasa yang jelas. Kunci utamanya adalah memahami bahwa kekuatan berasal dari luas penampang geser efektif (Awe) dan kekuatan material las (Fexx), yang kemudian disesuaikan dengan faktor keamanan untuk mendapatkan kekuatan desain yang andal.
Dengan mengikuti rumus ϕRn = 0.75 × (0.60 × Fexx) × (0.707 × a × Lw), seorang profesional konstruksi baja dapat memastikan setiap sambungan dirancang dengan aman dan efisien. Selalu pastikan untuk mematuhi batasan ukuran minimum dan maksimum sesuai standar yang berlaku untuk menjamin integritas struktural.
Saat merencanakan pengelasan (welding), langkah pertama yang paling krusial adalah mengidentifikasi ketebalan material yang akan disambung. Ini akan langsung menentukan ukuran las minimum yang diizinkan, yang menjadi titik awal untuk semua perhitungan kekuatan selanjutnya.