SI-2101 Rekayasa Bahan Konstruksi Sipil Partial Collapse ofthe Willow Island Cooling Tower

Oleh

Sofia Fadillah15010077Bobby Arlan15010097Ghea Oktaviane Vikarani 15010098Hadiatma 15010099Vito Adivta Nugraha15010100

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPILFAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGANINSTITUT TEKNOLOGI BANDUNGBANDUNG2011

LATAR BELAKANGPada tahun 1970-an, banyak pembangkit listrik tenaga batu bara dibangun di sepanjang lembah Sungai Ohio. Hal ini menyebabkan perusahaan Allegheny Power System berencana membangun pembangkit listrik lain dengan ukuran lebih besar di wilayah Pulai Willow, Pleasant County, West Virginia, Amerika Serikat. Pembangkit listrik yang baru ini akan dilengkapi dengan dua buah generator dengan total kapasitas 1300 megawatt. Pembangkit listrik ini dilengkapi 2 cooling tower.Cooling tower adalah alat yang dapat memindahkan panas ke atmosfir. Hal ini dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu penguapan air untuk menghilangkan panas dari proses. Cara kedua adalah mengandalkan udara yang ada untuk mendinginkan fluida yang bekerja dalam suatu sirkuit tertutup. Pada April 1978, satu buah cooling tower sudah selesai dibangun. Pembangunan pun dilanjutkan untuk cooling tower berikutnya. Hingga pada tanggal 27 April 1978, menara yang kedua runtuh. Lima puluh satu orang meninggal dalam kejadian tersebut. Sehari setelah keruntuhan, langsung dilakukan penyelidikan dari tim OSHA (Occupational Safety and Health Administratior).Dari penelitian didapatkan bahwa pekerja tersebut dipaksa untuk mengejar deadline sehingga ketelitian dalam pengerjaan menjadi kurang yang menyebabkan rentannya terhadap kesalahan. Beton yang telah diletakkan pada hari sebelumnya belum mengeras dengan cukup sehingga tidak mampu menopang beban untuk hari berikutnya. Beberapa pekerja beranggapan bahwa beton pada hari sebelumnya belum di-curing dengan baik. Jatuhnya struktur ini beserta 51 orang di atasnya langsung menyebabkan meninggalnya 51 orang tersebut. 51 orang tersebut diantaranya supervisor dan pekerja bangunan. Kejadian ini pun menjadi salah satu kecelakaan terburuk di Amerika.

DESAIN STRUKTUR DAN MATERIALBerikut ini adalah gambar desain dari Willlow Island Cooling Towers Unit 2.

Gambar Desain Willow Island Cooling Tower Unit 2

Menara kedua ini memiliki diameter yang berubah seiring perubahan ketinggian. Selain diameter, ketebalan cangkang pun berubah setiap perubahan ketinggian. Tiap bagian cangkang ini didukung oleh 84 kolom beton diagonal yang berdiameter 34 inch (0,86 m). Cangkang ini meruncing dari dasar sampai ke bagian yang disebut throath, kemudian melebar sampai ke puncak. Bagian eksterior dari struktur cangkang ini terbagi oleh 96 rusuk mendatar. Lebar panel antara dua rusuk yang berdekatan bervariasi sesuai ketinggian.Pada bagian dinding, terdapat dua layer pertulangan yang diberikan, baik secara vertikal maupun horizontal. Ukuran dan jarak baja pada setiap ketinggian berbeda-beda. Sambungan untuk baja vertikal dan baja horizontal pada tingkat ke-28 dapat digambarkan sebagai berikut.

Gambar Sambungan untuk Batang Horizontal

Gambar Sambungan pada Pertulangan Vertikal

Dari gambar, terlihat bahwa sambungan vertikal adalah setiap tiga panel sekali. Sedangkan untuk baja horizontal, sambungan teratur dengan ketentuan tidak ada dua sambungan yang saling berhadapan. Jarak antara satu sambungan dengan sambungan tidak disebutkan secara spesifik dalam gambar desain tersebut. Spesifikasi semua baja tulangan pada bangunan tersebut berdasarkan pada ASTM A 615 Grade 60. Material yang digunakan untuk tower tersebut adalah beton normal. Komposisi campuran beton tersebut untuk satu yard kubik adalah sebagai berikut. 470 lbs (214 kg) Semen Portland Tipe II 1174 lbs (532 kg) Pasir alam 1900 lbs (862 kg) Kerikil alam 61 lbs (27 kg) Fly Ash 14,1 oz (417 mL) Water Reducing Agent 5 oz (148 mL) Air Entraining Agent Sekitar 27,6 gal (104 L) air digunakan untuk mencapai nilai slump 4,5 inch (114 mm)

METODE KONSTRUKSICooling tower di sungai Ohio, Willow Island, West Virginia ini didesain dengan ketebalan dan diameter dinding bervariasi terhadap ketinggiannya. Untuk mengakomodasi perubahan tersebut dan memberikan tempat untuk bekerja, dipasanglah kombinasi bekisting dan perancah yang kompleks.Dapat dilihat bahwa keseluruhan sistem dibebankan pada bagian yang telah jadi lebih dahulu. Ketika konstruksi berlangsung, sistem berjalan tanpa support lain selain beton yang baru dicor tersebut. Sistem PerancahSistem crane dan perancah terdiri dari empat komponen dasar. Yaitu: 1. Jumpform beams2. Jacking frames3. Stifback channels dan bekisting4. PerancahSistem ini menempel pada beton existing untuk mengecor beton lagi di atasnya. Beton disuplai dan dimobilisasikan dari sebuah stasiun pusat di tengah-tengah cooling tower.

Sistem crane

Penampang memanjang cooling tower selama konstruksi

Penampang melintang cooling tower selama konstruksi

Sedangkan untuk struktur bawah yang berupa kolom diagonal dengan diameter 86 cm dicor dengan cara yang konvensional. Struktur kolom diagonal ini berguna untuk menopang struktur cangkang yang berada di atasnya.

PERISTIWA KERUNTUHAN

Menara pertama dan menara kedua yang runtuh sebelum selesaiPada saat menara kedua dibangun dan mencapai tinggi 166 ft (51 m), bangunan tsb. runtuh. Pada hari keruntuhan, 28 tingkat telah selesai dengan tingkat beton terakhir selesai pada hari sebelumnya. Hari itu beton untuk beton untuk tingkat ke-29 diangkat ke atas untuk dipasang. Menurut saksi mata, tingkat ke-28 mulai runtuh saat + 0.8 m3 campuran beton dicor dan dimasukkan ke bekisting. Beberapa menit kemudian, seluruh tingkat ke-28 runtuh ke bagian dalam menara.

Reruntuhan perancah Sistem perancah bertingkat empat yang digunakan untuk membangun menara tsb. pun hancur tertimpa runtuhan lapisan beton dan menewaskan 51 orang pekerja yang berada di atasnya. Reruntuhan perancah INVESTIGASISehari setelah keruntuhan, tim dari Occupational Safety dan Health Administration (OSHA) tiba di tempat kejadian dan memulai investigasi. Tim dari National Bureau of Standarts (NBS) bergabung dengan tim OSHA 2 hari kemudian.Berdasarkan hasil studi lapangan, laboratorium, dan analisis, didapatkan data-data sebagai berikut.1. Menurut saksi mata, keruntuhan dimulai pada tingkat ke-28 tepatnya pada posisi cathead no.4 berada.

2. Walaupun ditemukan sisa-sisa kabel cathead no.4 dan 5 yang putus, berdasarkan studi lapangan dan hasil uji coba laboratorium, kabel tsb. putus setelah keruntuhan lapisan ke-28. Jadi putusnya kabel ini bukanlah penyebab utama keruntuhan.3. Saat keruntuhan, berdasarkan keterangan saksi mata, ember campuran beton yang sedang diangkat ke cathead no.4 untuk membangun lapisan ke-29, berada 60 ft (16.4 m) di bawah cathead. Dapat disimpulkan bahwa ember tidak menabrak cathead dan tidak menyebabkan keruntuhan.4. Dalam investigasi lapangan dan laboratorim, terungkap bahwa komponen utama dari system pengangkat, perancah, dan campuran beton bukanlah penyebab utama keruntuhan.5. Berdasarkan tes pada model bangunan yang dibuat oleh program komputer, saat keruntuhan terjadi, kekuatan tekan beton tingkat ke-28 tempat cathead no.4 berada diperkirakan sekitar 220 psi (1,52 MPa). 6. Analisis menunjukkan bahwa resultan gaya dari beberapa titik di tingkat ke-28, tempat cathead no.4 berada, melebihi kekuatan kulit beton baik kuat tekan, kuat geser, ataupun kuat momennya. Kesalahan keseimbangan gaya pada satu titik dari beberapa titik ini dapat memicu keruntuhan tingkat ke-28.

Kesimpulannya, penyebab utama keruntuhan menara tsb. adalah kesalahan posisi penempatan beban di lapisan kulit menara karena beton di tingkat ke-28 belum mencapai kekuatan yang cukup untuk menyangga beban tsb.

PEMBELAJARANPelajaran penting yang dapat diambil dari studi kasus keruntuhan Cooling Tower di Willow Island adalah sebagai berikut. Variabel-variabel yang terkait dengan keselamatan harus diidentifikasi dan dikontrol dengan ketat.Dalam kasus kecelakaan di Willow Island, kekuatan beton pendukung dan anchor point untuk static line yang digunakan oleh sistem pengangkat untuk menaikkan beton belum memadai. Penyebab utama dari insiden yang telah lalu harus diselidiki secara menyeluruh untuk menetapkan fakta-fakta dari setiapmasalah keamanan agar peristiwa yang sama tidak terulang kembali. Akibat insiden ini, banyak industry besar memperbaiki konstruksi cooling tower dan struktur-struktur khusus yang mirip dengannya.

KESIMPULANKeruntuhan Willow Island cooling tower yang memakan korban 51 jiwa dimulai pada lapisan ke-28. Keruntuhan disebabkan oleh kesalahan posisi penempatan beban di lapisan kulit menara. Keseluruhan sistem dibebankan pada bagian yang telah lebih dahulu jadi. Ketika konstruksi berlangsung, sistem berjalan tanpa support lain selain beton yang baru dicor. Beton yang berada di lapisan tersebut belum mencapai kekuatan yang cukup untuk menyangga beban yang ditempatkan. Kegagalan konstruksi ini menunjukkan pentingnya pengukuran kekuatan beton in-place sebelum memulai proses konstruksi.

Kuat tekan maksimal 28 hari

Daftar Referensihttp://www2.bfrl.nist.gov/info/bfrl_history/Chapters%201-15%20BFRL%20History/chp%2015.pdfhttp://pbadupws.nrc.gov/docs/ML1126/ML11264A019.pdfhttp://extras.newsandsentinel.com/images/1978_4_27_WillowIsdDeath-01.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/Cooling_towerhttp://matdl.org/failurecases/Other_Failure_Cases/Willowhttp://www.nist.gov/manuscript-publication-search.cfm?pub_id=908824

9