Dalam dunia konstruksi baja, kekuatan dan stabilitas sebuah struktur sangat bergantung pada efektivitas sambungannya. Dua metode penyambungan baut yang paling fundamental adalah sambungan tipe tumpu (bearing) dan sambungan tipe geser (slip-critical). Meskipun keduanya menggunakan baut (bolt), mekanisme transfer beban di antara keduanya sangat berbeda, yang secara langsung memengaruhi aplikasi, biaya, dan keamanannya.
Memahami perbedaan cara kerja kedua sambungan baut (bolted joint) ini adalah kunci untuk merancang struktur yang aman, efisien, dan tahan lama. Kesalahan dalam memilih tipe sambungan tidak hanya berisiko menyebabkan pemborosan biaya tetapi juga dapat berakibat fatal pada kegagalan struktur, terutama pada struktur yang menerima beban dinamis seperti jembatan atau rel gantry crane.
Sebuah studi menunjukkan bahwa setelah slip terjadi pada sambungan tipe geser, sambungan tersebut masih dapat menahan peningkatan beban hingga 32% dengan beralih ke mekanisme tumpu sebelum mencapai kegagalan total. Hal ini menyoroti adanya kapasitas cadangan pada sambungan slip-critical, namun juga menegaskan bahwa fungsi utamanya adalah untuk mencegah slip itu sendiri.
Bagaimana Cara Kerja Mekanisme Transfer Beban pada Sambungan Tipe Tumpu (Bearing)?
Sambungan tipe tumpu mentransfer beban melalui kontak langsung antara badan (shank) baut dengan sisi lubang pada pelat baja. Beban geser dari satu pelat akan menekan baut, dan baut kemudian menekan pelat lainnya, menciptakan jalur transfer beban melalui mekanisme tumpuan dan geser.
Pada sambungan tumpu (bearing connection), baut umumnya hanya dikencangkan secukupnya (kondisi snug-tight). Ini cukup untuk membuat pelat-pelat yang disambung saling menempel, namun tidak menciptakan gaya jepit yang signifikan. Mari kita urai proses transfer bebannya:
- Aplikasi Beban: Ketika beban eksternal (misalnya, gaya tarik pada pelat) diterapkan, pelat mulai bergeser.
- Terjadinya Slip Awal: Karena diameter lubang baut sedikit lebih besar dari diameter baut, akan terjadi pergeseran kecil (slip) hingga badan baut menyentuh tepi lubang.
- Mekanisme Tumpu Aktif: Setelah kontak terjadi, beban ditransfer dari pelat pertama ke badan baut. Badan baut mengalami tegangan geser (shear stress).
- Transfer Beban Selesai: Baut yang menahan beban tersebut kemudian menekan sisi lubang pada pelat kedua, mentransfer beban sepenuhnya. Proses ini mengandalkan dua kekuatan utama: kekuatan geser baut dan kekuatan tumpu pada pelat di sekitar lubang.
Potensi Kegagalan pada Sambungan Tipe Tumpu:
- Kegagalan Geser Baut: Baut putus karena tidak mampu menahan tegangan geser.
- Kegagalan Tumpu Pelat: Pelat di sekitar lubang mengalami deformasi atau sobek karena tekanan dari baut.
- Robeknya Pelat (Tear-out): Kegagalan geser pada pelat di antara lubang baut dan tepi pelat.
Karena mekanisme ini mengizinkan adanya sedikit slip, sambungan tipe tumpu ideal untuk struktur baja dengan beban statis di mana pergerakan kecil tidak membahayakan kinerja struktur secara keseluruhan, seperti pada banyak rangka atap baja.
Apa Prinsip Utama di Balik Sambungan Tipe Geser (Slip-Critical)?
Sambungan tipe geser atau slip-critical mentransfer beban melalui gaya gesekan (friksi) yang sangat besar di antara permukaan pelat yang disambung. Gaya gesekan ini diciptakan oleh gaya jepit (clamping force) masif yang dihasilkan dari pengencangan baut mutu tinggi (high-strength bolt) hingga mencapai tegangan pratarik (pretension) yang ditentukan.
Berbeda dengan tipe tumpu, pada sambungan slip-critical, baut itu sendiri idealnya tidak mengalami geser pada kondisi layan. Beban sepenuhnya ditransfer oleh friksi.
Berikut adalah prinsip kerjanya:
- Pemberian Pratarik (Pretension): Baut mutu tinggi seperti ASTM A325 atau A490 dikencangkan menggunakan metode spesifik (misalnya, turn-of-nut atau dengan kunci pas torsi (torque wrench)) untuk mencapai gaya tarik internal minimum, biasanya sekitar 70% dari kekuatan tariknya.
- Terciptanya Gaya Jepit: Gaya pratarik pada baut ini menghasilkan gaya jepit yang sangat kuat yang menekan pelat-pelat baja menjadi satu.
- Transfer Beban via Friksi: Ketika beban eksternal diterapkan, gaya gesekan antara permukaan kontak (disebut faying surfaces) menahan pergerakan atau slip. Selama beban eksternal lebih kecil dari kapasitas friksi, tidak akan ada slip yang terjadi.
- Persiapan Permukaan: Untuk memaksimalkan koefisien gesekan, permukaan pelat pada area sambungan harus disiapkan secara khusus, misalnya dengan dibersihkan dari cat, karat, atau minyak, dan seringkali melalui proses blast cleaning.
Jika beban eksternal melebihi kapasitas friksi, sambungan akan slip dan kemudian mulai bekerja seperti sambungan tipe tumpu. Namun, tujuan utama desain slip-critical adalah untuk mencegah slip ini terjadi sama sekali pada beban layan.
Kapan Sebaiknya Menggunakan Sambungan Tipe Tumpu vs. Tipe Geser?
Gunakan sambungan tipe tumpu untuk aplikasi beban statis di mana biaya menjadi pertimbangan utama dan sedikit deformasi dapat diterima. Gunakan sambungan tipe geser (slip-critical) untuk struktur yang mengalami beban dinamis, getaran, pembalikan beban, atau di mana deformasi sekecil apa pun harus dihindari.
Kelebihan dan Aplikasi Sambungan Tipe Tumpu (Bearing)
Sambungan tipe tumpu adalah pilihan utama untuk sebagian besar koneksi pada konstruksi baja wf standar.
- Ekonomis: Biaya instalasi lebih rendah karena tidak memerlukan baut mutu tinggi khusus, prosedur pengencangan yang rumit, atau inspeksi ketat.
- Instalasi Cepat: Proses pengencangan snug-tight lebih cepat dibandingkan metode pratarik.
- Aplikasi Umum: Ideal untuk elemen struktur sekunder, breising pada bangunan rendah, dan sambungan balok sederhana pada gudang baja atau bangunan komersial dengan beban dominan statis.
Kelebihan dan Aplikasi Sambungan Tipe Geser (Slip-Critical)
Meskipun lebih mahal, kinerja superior dari sambungan slip-critical membuatnya wajib untuk aplikasi tertentu.
- Mencegah Kelelahan (Fatigue): Dengan tidak adanya slip, konsentrasi tegangan yang dapat menyebabkan retak lelah (fatigue) akibat beban berulang (seperti lalu lintas di jembatan) dapat dihindari.
- Kinerja Unggul pada Beban Dinamis: Sangat penting untuk struktur yang mengalami getaran (vibrasi) dari mesin, beban angin (wind load), atau beban gempa (seismic load).
- Mengontrol Deformasi: Karena tidak ada slip, sambungan ini sangat kaku dan membantu mengontrol defleksi atau pergeseran total pada struktur.
- Penggunaan pada Lubang Khusus: Diwajibkan ketika menggunakan lubang baut yang berukuran besar (oversized) atau berbentuk lonjong (slotted holes), karena mekanisme tumpu tidak akan efektif.
Tumpu vs. Geser dalam Desain Struktural
Perbandingan Cepat: Sambungan tipe geser (slip-critical) menawarkan keandalan dan kinerja tertinggi untuk beban-beban kritis dengan biaya yang lebih tinggi, sementara sambungan tipe tumpu adalah solusi yang praktis dan ekonomis untuk aplikasi beban statis yang umum dijumpai pada proyek konstruksi baja di Bali.
Berikut adalah tabel perbandingan mendalam antara kedua tipe sambungan:
| Kriteria | Sambungan Tipe Tumpu (Bearing) | Sambungan Tipe Geser (Slip-Critical) |
| Mekanisme Utama | Tumpuan (Bearing) & Geser (Shear) pada baut. | Gesekan (Friction) antar permukaan pelat. |
| Prasyarat Baut | Baut standar (misal: A307) atau mutu tinggi. | Wajib baut mutu tinggi (misal: A325, A490). |
| Kondisi Pengencangan | Cukup kencang (Snug-tight). | Diberi pratarik (pretension) sesuai standar. |
| Perilaku Slip | Slip terjadi sebelum beban penuh tercapai. | Tidak ada slip pada beban layan. |
| Aplikasi Tipikal | Struktur rangka baja statis, gording, elemen sekunder. | Jembatan, rel gantry crane, struktur tinggi, sambungan dengan beban gempa. |
| Biaya & Instalasi | Lebih murah dan lebih cepat. | Lebih mahal, butuh prosedur & inspeksi visual khusus. |
| Persiapan Permukaan | Tidak ada syarat khusus. | Permukaan kontak (faying surfaces) harus bersih dan seringkali dikasarkan. |
Kesimpulan
Pemilihan antara sambungan tumpu dan sambungan slip-critical bukanlah soal mana yang lebih baik secara absolut, melainkan mana yang paling sesuai dengan kebutuhan spesifik sebuah elemen struktur baja. Sambungan tumpu menawarkan solusi ekonomis untuk mayoritas aplikasi bangunan statis, mentransfer beban melalui kontak langsung baut dan pelat. Sebaliknya, sambungan slip-critical adalah solusi rekayasa tingkat tinggi yang mentransfer beban melalui friksi, memberikan kekakuan dan ketahanan superior terhadap beban dinamis, getaran, dan kelelahan.
Selalu identifikasi dengan cermat jenis dan sifat beban yang akan bekerja pada setiap sambungan dalam desain Anda. Apakah beban tersebut statis atau dinamis? Apakah ada potensi getaran atau pembalikan beban? Jawaban atas pertanyaan ini akan menjadi panduan utama Anda.
Untuk proyek gudang baja atau kanopi sederhana, Anda hampir pasti dapat mengandalkan sambungan tipe tumpu untuk sebagian besar koneksi, menghemat biaya dan waktu pengerjaan secara signifikan. Namun, untuk struktur yang lebih kompleks atau kritis, berkonsultasi dengan seorang welding engineer atau ahli struktur sangat direkomendasikan.