Kapasitas Geser Balok: Konsep, Mekanisme Kegagalan, dan Tahanan Geser
Pendahuluan
Balok beton bertulang merupakan salah satu elemen struktur paling umum digunakan dalam bangunan gedung, jembatan, dan berbagai bangunan infrastruktur lainnya. Sebagai elemen yang menahan beban lentur dan geser secara bersamaan, balok harus dirancang dengan mempertimbangkan mekanisme gaya geser yang bekerja di dalamnya. Geser adalah gaya yang cenderung memotong atau menjatuhkan bagian material pada bidang tertentu searah dengan gaya itu bekerja. Dalam balok beton bertulang, kejadian geser dapat menjadi mode kegagalan yang sangat kritis serta terjadi secara tiba-tiba tanpa banyak tanda peringatan terlebih dulu. Karena sifatnya yang getas dan mendadak inilah, perancangan kapasitas geser balok harus dilakukan dengan hati-hati dan berdasarkan prinsip mekanika serta data empiris dari eksperimen dan standar desain beton yang berlaku. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])
Definisi Kapasitas Geser Balok
Definisi Kapasitas Geser Balok Secara Umum
Kapasitas geser balok secara umum merujuk pada kemampuan suatu balok struktural, seperti balok beton bertulang, untuk menahan gaya geser hingga batas tertentu tanpa mengalami keruntuhan geser. Hal ini berkaitan dengan kekuatan internal yang dapat dipikul oleh beton dan tulangan sebelum retak geser berkembang menjadi keruntuhan total. Geser pada balok dapat terjadi akibat kombinasi dari beban lentur dan beban geser, dan sering kali menghasilkan retak miring yang bergerak dari titik beban ke arah tumpuan struktur. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])
Definisi Kapasitas Geser Balok dalam KBBI
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), “geser” merupakan pergeseran atau perpindahan bagian suatu benda akibat gaya yang bekerja sejajar dengan bidang perpindahan. Dalam konteks teknik sipil, geser merujuk pada gaya yang cenderung memotong suatu elemen struktur seperti balok atau pelat. Sehingga, kapasitas geser balok adalah kemampuan elemen balok untuk menahan gaya geser tersebut sampai batas tertentu sebelum terjadi kerusakan atau retak geser. (Catatan: KBBI tidak memiliki entri yang secara eksplisit mendefinisikan “kapasitas geser balok”, namun istilah geser dan interpretasi teknisnya dapat dikaitkan dari definisi geser dalam KBBI; contohnya hasil pencarian umum di kamus teknik dan penjelasan di sipil engineering texts). ([Lihat sumber Disini - en.wikipedia.org])
Definisi Kapasitas Geser Balok Menurut Para Ahli
Banyak ahli mendefinisikan kapasitas geser balok dalam konteks perilaku beton bertulang. Di bawah ini adalah sejumlah pendapat ahli yang banyak dikutip:
-
Mariam Ibraheem & M. Hussein (2023) dalam tinjauan mereka menyatakan bahwa kapasitas geser balok adalah ekuivalen dari resistansi kombinasi interaksi beton retak, interlock agregat, tindakan dowel, dan aksi lengkungan internal, sehingga gaya geser dapat dipikul sampai batas tertentu sebelum terjadi kegagalan geser. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])
-
Muhammed J. Awad & Mohammed M. Rasheed (2024) menjelaskan bahwa shear failure adalah mode kegagalan yang serius yang terjadi akibat kombinasi kekuatan material yang rendah terhadap tarikan diagonal dan aksi geser yang terjadi secara bersama-sama dalam balok beton bertulang. ([Lihat sumber Disini - iasj.rdd.edu.iq])
-
Mooy, M. (2022) menggarisbawahi bahwa kegagalan geser terjadi setelah kapasitas geser pada penampang kritis terlampaui, dan beton bertindak sebagai batang tekan sementara sengkang bertindak sebagai batang tarik untuk memikul gaya geser tersebut. ([Lihat sumber Disini - sipil.ejournal.web.id])
-
Dalam literatur teknik struktur beton lainnya juga disebutkan bahwa kapasitas geser suatu balok merupakan jumlah kontribusi beton dan tulangan geser (seperti sengkang) yang bekerja bersama dalam menahan gaya geser sebelum terjadi retak diagonal yang kritis. ([Lihat sumber Disini - jictech.ejournal.unri.ac.id])
Mekanisme Kegagalan Geser pada Balok Beton
Mekanisme kegagalan geser pada balok beton adalah proses fisik dan struktural di mana struktur kehilangan kemampuannya untuk menahan gaya geser, yang sering kali berujung pada retak miring dan runtuhnya elemen tersebut.
Dalam balok beton bertulang, retak geser sering kali terjadi pada region bentang geser utama antara titik beban dengan tumpuan. Ketika gaya geser meningkat, retak miring berkembang dari titik terkuat menuju titik tumpuan pada sudut tertentu (sering di sekitar 45° terhadap sumbu balok) setelah retakan lentur awal muncul. ([Lihat sumber Disini - ejournal.unsrat.ac.id])
Selama proses ini, dapat terjadi beberapa mode kegagalan, termasuk:
-
Diagonal tension failure: retak diagonal berkembang karena tegangan tarik yang melebihi kekuatan tarik beton. ([Lihat sumber Disini - iasj.rdd.edu.iq])
-
Shear compression failure: beton di zona tekan mengalami remuk akibat tegangan gabungan geser dan tekan. ([Lihat sumber Disini - sipil.ejournal.web.id])
-
Web crushing: terjadi penghancuran beton di daerah web balok akibat konsentrasi tegangan geser yang tinggi. ([Lihat sumber Disini - iasj.rdd.edu.iq])
Penting untuk dicatat bahwa keruntuhan geser seringkali terjadi secara tiba-tiba tanpa tanda peringatan memadai, berbeda dengan keruntuhan lentur yang biasanya didahului oleh lendutan signifikan terlebih dahulu. ([Lihat sumber Disini - jictech.ejournal.unri.ac.id])
Peran Beton dan Tulangan Geser
Dalam kapasitas geser balok, beton dan tulangan geser memainkan peran yang berbeda tetapi saling melengkapi:
Peran Beton: Beton bertindak sebagai material non-linear yang memikul sebagian besar tegangan geser sampai terjadinya retak diagonal. Beton juga menyediakan interlock aggregate action di permukaan retak, yaitu gaya tarik yang bekerja melalui interaksi antar agregat di dalam beton yang membantu menahan gaya geser sebelum retak berkembang. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])
Peran Tulangan Geser (Sengkang): Tulangan geser atau sengkang membantu menahan gaya geser setelah beton mulai retak. Ketika retak diagonal muncul, tulangan geser menyumbang gaya tarik tambahan yang menahan pergeseran antar bagian balok. Tanpa tulangan geser cukup, balok akan mengalami kegagalan geser lebih dini. ([Lihat sumber Disini - jictech.ejournal.unri.ac.id])
Pada kondisi di mana tulangan geser sedikit, kegagalan biasanya disebabkan oleh lelehnya tulangan geser itu sendiri, sedangkan bila tulangan geser cukup, mekanisme kegagalan akan lebih bergeser ke arah keruntuhan geser-tekan beton. ([Lihat sumber Disini - jictech.ejournal.unri.ac.id])
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kapasitas Geser
Banyak faktor mempengaruhi seberapa besar gaya geser yang dapat ditahan oleh balok beton bertulang:
-
Mutu Beton (fc’): Beton dengan kuat tekan yang lebih tinggi biasanya memiliki kapasitas geser yang lebih besar. ([Lihat sumber Disini - jurnal.uns.ac.id])
-
Rasio a/d (shear span / depth): Rasio bentang geser terhadap tinggi efektif balok mempengaruhi pola retak dan kapasitas geser; semakin kecil rasio a/d, mode kegagalan geser dapat berubah. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])
-
Jumlah dan Distribusi Tulangan Geser: Semakin rapat dan besar luas tulangan geser, semakin besar kontribusinya terhadap kapasitas geser balok. ([Lihat sumber Disini - jictech.ejournal.unri.ac.id])
-
Ukuran Agregat Kasar: Ukuran agregat kasar juga mempengaruhi kontribusi interlock agregat dalam menahan gaya geser. ([Lihat sumber Disini - jurnal.uns.ac.id])
-
Dimensi Balok: Lebar dan tinggi balok akan berpengaruh pada kapasitas geser secara keseluruhan. ([Lihat sumber Disini - jurnal.uns.ac.id])
Perhitungan Tahanan Geser Balok
Perhitungan tahanan geser balok beton bertulang biasanya mengikuti persyaratan standar desain seperti SNI 2847:2019 atau standar internasional seperti ACI 318. Secara umum, kekuatan geser desain dihitung sebagai kombinasi kekuatan geser yang disumbangkan oleh beton (Vc) dan oleh tulangan geser (Vs):
Desain dasar menyatakan bahwa:
Φ (Vc + Vs) ≥ Vu
di mana Vu adalah gaya geser yang diharapkan, dan Φ adalah faktor reduksi kekuatan. ([Lihat sumber Disini - ojs.uajy.ac.id])
Standar lain memberikan rumus empiris untuk menentukan Vc dan Vs berdasarkan ukuran penampang, kuat tekan beton, area tulangan geser, dan panjang efektif balok. ([Lihat sumber Disini - ojs.uajy.ac.id])
Kapasitas Geser dalam Perencanaan Struktur
Dalam praktik perencanaan struktur beton, kapasitas geser merupakan aspek kritis yang harus diperhitungkan agar struktur mampu menahan gaya geser yang terjadi akibat beban hidup, beban mati, atau kombinasi beban lainnya. Perhitungan ini mencakup:
• Penentuan shear span dan rasio a/d untuk memahami mekanisme geser yang mungkin terjadi. ([Lihat sumber Disini - researchgate.net])
• Penentuan kontribusi beton dan tulangan dalam menahan geser, termasuk pemilihan luas tulangan yang tepat. ([Lihat sumber Disini - jictech.ejournal.unri.ac.id])
• Pemenuhan persyaratan standar desain yang berlaku untuk menjamin keselamatan struktur terhadap keruntuhan geser tiba-tiba. ([Lihat sumber Disini - ojs.uajy.ac.id])
Kesimpulan
Kapasitas geser balok adalah ukuran dari kemampuan balok beton bertulang untuk menahan gaya geser sampai batas tertentu sebelum terjadi keruntuhan. Hal ini melibatkan kontribusi beton sebagai material struktural utama dan tulangan geser yang membantu menahan gaya setelah retak diagonal terbentuk. Mekanisme kegagalan geser sering kali bersifat getas dan terjadi secara mendadak, sehingga diperlukan perancangan yang tepat berdasarkan standar desain seperti SNI atau ACI. Banyak faktor mempengaruhi kapasitas geser, termasuk mutu beton, rasio bentang geser terhadap tinggi balok, jumlah tulangan geser, dan ukuran agregat. Perhitungan tahanan geser dalam perencanaan struktur harus mempertimbangkan semua komponen gaya geser untuk memastikan balok mampu menahan beban secara efektif dan aman.