Pada konstruksi baja, sambungan merupakan bagian yang sangat penting, sebab sambungan berfungsi merangkaikan komponen-komponen batang menjadi sebuah struktur yang kaku dan kuat. Sambungan juga berfungsi mentransfer gaya yang bekerja pada satu elemen ke elemen yang
lain. Pada perancangan ini, tipe sambungan yang digunakan yaitu tipe sambungan baut. (Sumargo, 2010)
2.11.1 Jenis Baut
Ada beberapa jenis baut yang dapat digunakan sebagai sambungan dalam struktur baja. Beberapa jenis baut tersebut antara lain adalah
„unfinished bolt‟ atau baut biasa. Baut ini dikelompokkan oleh ASTM dalam A307 yang terbuat dari baja karbon dengan sifat tegangan-regangan yang hampir sama dengan baja A36. Diameter dari baut ini bervariasi antara 5/8 s.d. 1½ in dengan interval diameter 1/8 in.
Baut A307 umumnya mempunyai kepala persegi dan „nuts‟ untuk mengurangi harga, tetapi kepala berbentuk heksagonal juga sering digunakan karena penampilannya lebih menarik, mudah diputar dan mudah digenggam dengan alat putar, serta memerlukan lebih sedikit ruang putar. Baut jenis ini mempunyai toleransi yang cukup besar dalam dimensi leher dan ulirnya, oleh karena itu kuat rencana baut ini jauh lebih rendah dari pada baut mutu tinggi. Baut A307 umumnya digunakan pada struktur ringan dengan beban static dan untuk elemen sekunder seperti gording, girt, pengaku, platform, rangka kecil, dll.
Perencana umumnya akan menggunakan baut biasa untuk sambungan dan bukan baut mutu tinggi. Kekuatan dan kelebihan dari baut biasa telah sejak lama tidak diperhatikan. Analisa dan perencanaan sambungan dengan baut A307 diperlakukan sama seperti sambungan rivet kecuali dalam hal tegangan ijin.
Baut mutu tinggi dibuat dari karbon medium baja yang dipanaskan dan dari baja alloy dengan kekuatan tarik dua kali atau lebih dari baut biasa. Pada dasarnya ada dua jenis baut mutu tinggi, baut A325 (dari baja karbon medium yang dipanaskan) dan baut A490 dengan kekuatan yang lebih tinggi (dari baja alloy yang dipanaskan). Baut mutu tinggi digunakan pada seluruh jenis bangunan mulai dari bangunan kecil hingga bangunan tingkat tinggi serta jembatan. Baut jenis ini dikembangkan
akibat kelemahan tarik pada leher baut biasa setelah proses pendinginan.
Gaya tarik yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk membuat baut dalam posisi semua/diam akibat beban getaran. Baut mutu tinggi harus dikencangkan lebih kuat hingga mempunyai tegangan tarik bagian yang disambung terikat kuat antara kepala baut dan „nuts‟, dan beban ditransfer oleh gesekan.
Kadang-kadang baut mutu tinggi dibuat dari baja A449 untuk ukuran yang lebih besar dari 1½ in diameter baut A325 dan A490. Baut dengan ukuran lebih besar digunakan pula sebagai baut angkur mutu tinggi dan batang berulir dengan diameter yang bervariasi. (Sumargo, 2010)
2.11.2 Macam-macam Sambungan Baut
Sambugan baut dibagi menjadi tiga macam, yaitu:
Sambungan Kaku, yaitu sambungan yang kekakuannya cukup untuk mempertahankan sudut-sudut antara elemen yang disambung terhadap beban kerja
Sambungan Semi Kaku, yaitu sambungan yang tidak memiliki kekakuan yang cukup, tetapi memiliki kapasitas yang cukup untuk memberikan kekangan yang dapat diukur terhadap besarnya perubahan sudut-sudut antara elemen struktur.
Sambungan Sederhana, yaitu sambungan yang tidak memiliki kekakuan untuk mempertahankan perubahan sudut-sudut elemen struktur. (Sumargo, 2010)
2.11.3 Kelebihan Baut
Kelebihan dari baut adalah:
Pekerja lebih sedikit dibandingkan dalam pemasangan sambungan dengan rivet.
Dibandingkan sambungan rivet, untuk memberikan kekuatan yang sama diperlukan baut mutu tinggi lebih sedikit
Sambungan yang baik dengan baut mutu tinggi tidak memerlukan tenaga yang dilatih terlalu tinggi dibandingkan dengan sambungan baut atau rivet dengan mutu sambungan yang sama. Cara pemasangan baut mutu tinggi yang baik dapat dipelajari hanya dalam beberapa jam.
Tidak diperlukan baut bantu pelaksanaan (erection bolt) dan harus dilepaskan kembali (tergantung peraturan yang digunakan) dibandingkan pada sambungan las.
Kebisingan yang ditimbulkan tidak seperti pada sambungan rivet.
Peralatan yang diperlukan untuk membuat sambungan baut lebih murah.
Tidak menimbulkan bahaya kebakaran atau terlemparnya rivet yang masih panas.
Sambungan dengan baut mutu tinggi memberikan kekuatan fatik yang lebih tinggi dibandingkan sambungan rivet dan las.
Jika perlu perubahan bentuk struktur akan lebih mudah hanya dengan membuat baut dibandingkan dengan sambungan las dan rivet. (Sumargo, 2010)
2.11.4 Jarak Antara dan Jarak Sisi Baut
Pitch adalah jarak dari pusat-ke-pusat baut dalam arah sejajar sumbu elemen. Gage adalah jarak dari pusat-ke-pusat baut tegak lurus terhadap sumbu elemen. Jarak sisi adalah jarak dari pusat baut ke sisi elemen. Jarak antar baut adalah jarak terpendek antara baut pada gage yang sama atau berlainan. (Sumargo, 2010)
Gambar 2.10 Notasi Dalam sambungan Baut
2.11.5 Jarak Antara Minimum
Baut harus dipasang pada jarak tertentu untuk mendapatkan pemasangan yang efisien dan mencegah keruntuhan tumpu dari elemen diantara bautnya. Spesifikasi LRFD J3.3 memberikan jarak minimum pusat-ke-pusat untuk lubang standar, lubang diperbesar, atau lubang slot yaitu diameternya tidak boleh kurang dari 22/3 (dan lebih disarankan diameter 3 in.). Hasil uji menunjukkan bahwa kekuatan tumpu berbanding lurus dengan 3d pusat ke pusat hingga mencapai mencapai maksimum 3d.
Tabel 2.7 (Tabel J3.7 Spesifikasi LRFD) menunjukkan nilai pertambahan yang harus dijumlahkan pada nilai 3d untuk memperhitungkan peningkatan dimensi lubang (yaitu lubang besar dan lubangslot) sejajar dengan garis kerja gaya. (Sumargo, 2010)
Tabel 2.7 : Nilai Pertambahan Jarak Antara C1 untuk menentukan Jarak Antara Minimum dari Lubang yang diperbesar
*Jika panjang slot lebih kecil dari maksimum yang diijinkan dalam Tabel 8.2, C1 boleh dikurangi dengan perbedaan antara panjang slot maksimum dan aktual.
Sumber: American Institute of Steel Construction, Manual of Steel Construction Load &
Resistance Factor Design, 2nd Ed. (Chicago: AISC, 1994), Table J3.7, p.6-86.
2.11.6 Jarak Sisi Minimum
Baut tidak boleh ditempatkan terlalu dekat dengan sisi elemen dengan dua alasan. Pertama, membuat lubang terlalu dekat dengan sisi akan menyebabkan baja melentur keluar bahkan retak. Kedua, pada ujung elemen akan terjadi tarikan baut yang menyebabkan sobeknya baja. Dalam praktek diambil jarak minimum 1,5 – 2,0 dari diameter baut sehingga baja mempunyai kekuatan geser yang cukup setidaknya sama dengan kekuatan geser dari baut. Untuk mendapatkan informasi yang lebih pasti harus mengacu pada spesifikasi yang digunakan. LRFD J3.4 menyatakan bahwa jarak dari pusat lubang standar ke sisi bagian yang disambung tidak boleh kurang dari nilai yang diberikan dalam Tabel 2.9 (dari Tabel J3.4 manual LRFD).
Pengurangan jarak sisi minimum diijinkan (1¼ in) menurut LRFD untuk ujung sambungan yang dibaut pada web balok dan direncanakan hanya terhadap reaksi geser balok saja. Informasi ini diberikan dalam catatan kaki dari Tabel 2.8.
Jarak sisi minimum dari pusat lubang-besar (oversized hole) atau lubang slot ke sisi dari bagian yang disambung harus sama dengan jarak minimum yang disyaratkan untuk lubang standar ditambah suatu pertambahan C2, dimana nilai C2 diberikan dalam Tabel 2.10 (dari Tabel J3.8 spesifikasi LRFD). Pada paragraf berikut akan dijelaskan bahwa kekuatan tumpu dari sambungan harus direduksi jika persyaratan ini tidak dipenuhi. (Sumargo, 2010)
Tabel 2.8 : Jarak Sisi Minimum
[a] Diijinkan untuk menggunakan jarak yang lebih kecil yang disesuaikan sebagaimana Spesifikasi LRFD J3.10.
[b] Untuk lubang oversize atau lubang dengan slot, lihat Tabel 8.5.
[c] Semua jarak sisi dalam tabel ini dapat dikurangi 1/8 in jika lubang berada pada titik dengan tegangan tidak lebih dari 25% kuat rencana maksimum dalam elemen.
[d] Nilai ini mungkin 1 ¼ in pada ujung sambungan balok, siku dan geser pada ujung pelat.
Sumber: American Institute of Steel Construction, Manual of Steel Construction Load &
Resistance Factor Design, 2nd Ed. (Chicago: AISC, 1994), Table J3.4, p.6-82.
2.11.7 Jarak Maksimum Antar Baut dan Jarak Sisi
Spesifikasi baja struktur mensyaratkan jarak sisi maksimum untuk sambungan baut. Tujuan dari persyaratan ini adalah untuk mengurangi kemungkinan terperangkapnya air diantara bagian yang disambung. Jika baut terlalu jauh dari elemen yang disambung, sisi elemen dapat terpisah sehingga air dapat masuk. Jika hal ini terjadi maka korosi akan terakumulasi sehingga menambah separasi. LRFD memberikan jarak sisi maksimum yang diijinkan (J3.5) yaitu 12 kali tebal bagian yang disambung, tetapi tidak lebih dari 6 in.
Jarak sisi maksimum dan jarak antar baut yang digunakan pada baja terkena udara luar harus lebih kecil dari baja yang dicat secara teratur untuk mencegah korosi. Salah satu persyaratan untuk menggunakan baja untuk udara luar adalah kontak antara baja dan air secara kontinu. Oleh karena itu spesifikasi LRFD mensyaratkan bahwa bagian dari baja built-up yang kontak dengan udara luar (weathering steel) harus tersambung dengan kuat dengan interval cukup dekat untuk mencegah terjadinya kantung air. Spesifikasi LRFD J3.5 menyatakan bahwa jarak maksimum antar baut pusat-ke-pusat untuk elemen yang dicat atau elemen tanpa cat yang tidak akan mengalami korosi adalah 24 kali tebal pelat paling tipis, dan tidak melebihi 12 in. Untuk elemen yang terdiri dari baja yang ada kontak dengan udara luar dan tidak memungkinkan terjadi korosi, jarak maksimum adalah 14 kali tebal pelat paling tipis dan tidak boleh lebih dari 7 in.
Lubang tidak boleh dibuat terlalu dekat dengan pertemuan flens dan web dari suatu balok atau pertemuan kaki dari profil siku. Lubang
dapat dibor, tetapi cara ini terlalu mahal dan hanya perlu dilakukan kecuali pada kondisi khusus. Meskipun lubang dibor, akan sulit untuk menempatkan dan mengencangkan baut dengan keterbatasan ruang yang ada. (Sumargo, 2010)
Tabel 2.9 : Nilai Pertambahan Jarak Sisi C2
[a] Jika panjang slot kurang dari maksimum yang diijinkan (lihat Tabel 8.2), C2 dapat dikurangi separuh dari beda antara jarak slot maksimum dan aktual.
Sumber: American Institute of Steel Construction, Manual of Steel Construction Load &
Resistance Factor Design, 2nd Ed. (Chicago: AISC, 1994), Table J3.8, p.6-86.
2.11.8 Kekuatan Geser Baut
Pada sambungan tipe tumpu diasumsikan bahwa beban yang ditransfer lebih besar dari pada tahanan geser yang ditimbulkan oleh pengencangan baut, dimana elemen akan saling bergeser sedikit dan baut akan menerima gaya geser dan tumpu. Kuat rencana baut dalam geser tunggal sama dengan dikalikan dengan kuat geser nominal baut dalam ksi dan dikalikan kembali dengan luas penampang. Menurut LRFD, nilai untuk geser pada baut mutu tinggi, rivet dan baut biasa A307 adalah 0,75.
Kuat geser nominal untuk baut dan rivet diberikan dalam Tabel 2.11 (dari Tabel J3.2 spesifikasi LRFD). Untuk baut A325 besar kuat gesernya adalah 48 ksi jika ulir termasuk dalam bidang geser dan 60 ksi jika ulir tidak termasuk bidang geser. (Untuk baut A490, nilainya adalah 60 ksi dan 75 ksi). Jika baut menerima geser ganda, kekuatan gesernya adalah dua kali geser tunggal. (Sumargo, 2010)
2.11.9 Kekuatan Tumpu Baut
Kekuatan tumpu sambungan baut bukan ditentukan dari kekuatan baut sendirimelainkan didasarkan pada kekuatan bagian yang disambung dan susunan baut. Secaradetail, kekuatan yang dihitung tergantung pada jarak antar baut dan jarak baut ke sisielemen, kekuatan tarik Fu elemen yang disambung, dan tebal elemen.
Kekuatan rencana tumpu dari suatu baut sama dengan (sama dengan 0,75) dikali dengan kuat tumpu nominal dari bagian yang disambung (Rn). Rumus untuk Rn diberikan dalam Spesifikasi LRFD Section J3.10. Dalam rumus tersebut melibatkan diameter baut (d) dan tebal elemen yang disambung dengan baut (t). Rumus lainnya mengandung jarak pusat-ke-pusat lubang standar dalam arah kerja gaya.
Jika terdapat lubang slot pendek dan slot panjang dengan slot tegak lurus pada garis kerja gaya, s adalah jarak dari pusat-ke-pusat lubang. Untuk lubang ukuran besar (oversized hole) dan untuk lubang slot sejajar garis kerja gaya, s dijumlahkan dengan pertambahan jarak C1 dalam Tabel 2.9 (dari Tabel J3.7). (Sumargo, 2010)
Tabel 2.10 : Kuat Rencana Penyambung
[a] Beban statik saja
[b] Diijinkan ulir dalam bidang geser
[c] Kuat tarik nominal bagian ulir dari batang „upset‟, didasarkan pada luas penampang pada diameter ulir terbesar, AD harus lebih besar dari luas nominal batang sebelum dilakukan „upsetting‟ dikalikan dengan Fy.
[d] Untuk baut A325 dan A409 dengan beban tarik fatik, lihat Apendik K3.
[e] Jika digunakan sambungan tipe tumpu untuk menyambung batang tarik dengan susunan alat
penyambung (baut, rivet,dll) yang panjangnya diukur sejajar garis kerja gaya, melampaui 50 in., nilai dalam tabel harus dikurangi 20%.
Sumber: American Institute of Steel Construction, Manual of Steel Construction Load &
Resistance Factor Design, 2nd Ed. (Chicago: AISC, 1994), Table J3.2, p.6-81.
Jika Le ≥ 1,5d dan s ≥ 3d, dan jika ada dua baut atau lebih dalam garis kerja gaya. Jika deformasi sekitar lubang baut menjadi pertimbangan desain (yaitu jika kita menginginkan deformasi ≤ 0,25 in)
Rn = 2,4dtFu (LRFD Pers. J3-1a) (2.32) Jika deformasi sekitar lubang baut tidak menentukan (yaitu jika deformasi > 0,25 in diperbolehkan) Untuk lubang baut dekat sisi.
Rn = Le tFu ≤ 3,0dtFu (LRFD Pers. J3-1b) (2.33) Untuk baut lain
( ) (LRFD Pers. J3-1c) (2.34) Untuk lubang baut slot panjang tegak lurus pada garis kerja gaya R = 2,0dtFu (LRFD Pers. J3-1d) (2.35)
Jika Le < 1,5d atau s < 3d, atau jika hanya ada satu baut dalam garis kerja gaya Untuk baut tunggal atau baut terdekat dengan sisi jika ada dau baut atau lebih dalam garis kerja gaya
R = Le tFu ≤ 2,4dtFu (LRFD Pers. J3-2a) (2.36) Untuk baut lainnya
( ) (LRFD Pers. J3-2b) (2.37)