kemampubaikan struktur pasca kebakaran - repairability of fire-damaged structures (c) yoppy soleman,...

Protecting Structures from Fire Severity

Repairability of Fire-Damaged Structures © Yoppy Soleman, 20051

Repairability of Fire-Damaged Structures

Yoppy Soleman

Penilaian Kerusakan Struktur BetonPemeriksaan visual pendahuluan struktur beton harus dibuat untuk menentukanbilamana timbul kerontokan (pengelupasan) lapisan selimut dan tingkat keparahannya.Sudut-sudut balok dan kolom biasanya mudah mengalami pengelupasan/kerontokanselimut tetapi seringnya langit-langit lantai juga rusak akibat pengelupasan selimut.Dampak yang disebutkan diatas tidak signifikan apabila kerusakan terbatas padaselimut luar dan tidak mencapai tulangan utama (longitudinal). Keterpaparan tulangantambahan di dalam selimut beton kurang membahayakan, atau apabila hanya beberapabidang-bidang kecil dalam langit-langit lantai yang dirusak. Bila terjadipengelupasan/kerontokan yang luas dan kebakaran berlangsung cukup lama, elemen-elemen struktur beton harus diuji secara hati-hati untuk menentukan pelemahantulangan atau relaksasi kabel pratekan.

Bersama-sama dengan pengelupasan selimut, suatu keretakan di dalam pelat-pelat,balok atau kolom adalah catatan penting. Retak akibat api di dalam daerah tarik tidakkritis tetapi retak tranversal pada permukaan lantai, retak horizontal pada balok-balokatau retak-retak geser pada kolom-kolom menandakan suatu reduksi dalam kapasitasdaya dukung apabila strukturnya tidak runtuh.

Perlu untuk menentukan tegangan sisa beton dan tulangan, dan untuk tujuan ini bisamenggunakan sejumlah teknik. Suatu prosedur terdiri dari menentukan pencapaiantemperatur di dalam tipikal dan tegangan sisa yang berhubungan. Peneliti Besseymenemukan bahwa ketika beton dipanaskan suatu perubahan warna yang permanentimbul dan suatu estimasi temperatur pemanasan bisa dibuat. Warna abu-abu (grey)yang normal dari jenis semen Portland biasa (tipe I) berubah menjadi merah-mudamuda/terang (light pink) pada temperatur ±3000C (±5720F), dan intensitas maksimumwarna gelap dicapai pada temperatur maksimum ±6000C (±11120F) sebelum kemudianmulai berwarna terang, menjadi abu-abu keputihan (whitish grey) pada temperatur±8000C (±14720F).

Tabel 1. Hubungan intensitas warna beton yang terbakar dan perkiraan temperatur

Temp. 0 - 3000C 300 – 6000C > 6000C

200C ±3000C ±4500C ±6000C ±7000C ±8000C

Warna

Abu-abu

normal

Merah-mudamuda

Merah-muda

tua

Abu-abutua

Abu-abu

Abu-abuKeputihan

Perubahan warna disebabkan oleh transformasi (ubah bentuk) senyawa besi, dalambentuk tak-murni dalam pasir, menjadi ferro-oksida (FeO2, oksida besi). Intensitaswarna bergantung pada tingkat ketidakmurnian dan perubahan warna tetap ditemukansekalipun beton menggunakan aggregat murni pasir sungai yang tersusun dari batu-gamping. Concrete Society menggunakan indikator perubahan warna untukmenentukan layak tidaknya struktur beton digunakan kembali dengan mengusulkanbahwa apabila tidak ada perubahan yang timbul (Gbr. 1: Hubungan perubahan warna-FDF untuk beton padat/normal), tegangan sisa struktur beton tidak berupa secara



signifikan. Rasio tegangan nominal tersisa mereprentasikan tingkat kerusakan struktural(FDF = Fire Damage Factor). Untuk menentukan bilamana terjadi perubahan warnabeton, maka suatu spesimen dari tipikal harus diambil. Tebal terdalam tipikal yangmengalami perubahan warna (dari normal abu-abu) boleh ditentukan sebagai batasisoterm 3000C.

Relasi yang diberikan melalui ( G amb a r 1 ) memetakan angka-angka rasio tegangannominal yang aman/konservatif (berdasar perbandingan dengan literatur penelitianlainnya). Suatu contoh prosedur tak-langsung untuk menentukan tingkat kerusakanstruktur ekivalen akibat kebakaran diberikan dalam contoh soal 1. Dapat dilihat bahwametoda perubahan warna ini adalah suatu prosedur penentuan kerusakan strukturpasca-kebakaran yang paling murah dan cukup mudah.

Gambar 1. Hubungan perubahan warna (temperatur) - FDF untuk beton normal

Estimasi tegangan sisa berdasar grafik hubungan Warna – Temperatur

T=1000C (indikator: abu-abu normal) FDF 98-91% T=2000C (indikator: abu-abu normal) FDF 94-81% T=2400C (indikator: abu-abu normal) FDF 90-74% T=2900C (indikator: abu-abu normal) FDF 81-69% T=3500C (indikator: merah-muda muda) FDF 73-61% T=4000C (indikator: merah-muda muda) FDF 58-51% T=5000C (indikator: merah-muda muda) FDF 31-30% T=6100C (indikator: abu-abu keputihan) FDF 17%Kurva ( G am b a r 1 ) memang mudah digunakan, akan tetapi memberikan

rentang FDF yang cukup besar. Semakin tinggi capaian temperatur didalam tipikal maka estimasi grafik tersebut semakin valid (karenasemakin kecil rentang FDF). Estimasi yang memiliki error cukup besarberada dalam rentang 100-3500C.



Contoh Soal 1_Menentukan tegangan sisa ekivalen dengan gabungan prosedur2:

Hitunglah kapasitas tahanan momen izin pasca-kebakaran, MRF, suatu balok yangmerupakan suatu bagian dari struktur portal dengan tipikal b = 300 mm, d = 475 mm,d’ = 65 mm, h = 540 mm, dan data-data lainnya yang diberikan dibawah.

wL = 55 kN/m

L = 7.0 meter

Gambar 2. Struktur Portal yang mengalami perubahan warnaakibat kebakaran

Data Material:(a) Tegangan luluh tulangan, fy = 350 MPa(b) Tegangan tekan beton silinder 28 days, fc’ = 25 MPa (beton normal)

Data Tulangan:(a) Tulangan tarik terpasang, As = 5 28 mm(b) Tulangan tekan terpasang, As’ = 3 28 mm.

300 mm

Gambar 3. Tipikal balok, susunanPenulangan danTebal zona isoterm(± 7.5 cm)

A. P e r h i t u n g a n K a p a s i t a s M o m e n B a l o k P r a - K e b a k a r a n

d = 478 mm

h = 540 mm

d’ = 65 mm

As = 5 28

As’ = 3 28Investigasi pasca-kebakaran

Data observasi struktural dan forensik pendukung: Balok, L = 7.0 meter

Warna permukaan = 30% abu-abu, dan 70%merah-muda muda

Kaca polos 5 mm (lapis meja tulis)Kondisi : normal/stabil (T < 6000C)

Timah (segel amplof)Kondisi : meleleh/mencair (T > 3000C)

Resume Pemeriksaan:(1) Temperatur maksimal < 6000C(2) Temperatur minimal > 3000C(3) Pencapaian temperatur berdasarkan observasi

warna permukaan balok dan spesimen.300 < T ≤ 400

T ditentukan sebesar 3500C.(4) Rasio Kapasitas Nominal Tersisa yang di-

estimasi berdasarkan FDF= 61 – 73%

(5) FDF ditentukan sebesar 61% (batas bawah)



Gambar 4. Diagram tegangan-regangan balok bertulangan rangkap

Tabel 2. Hasil Perhitungan Kapasitas Momen Pra-Kebakaran

ND1 =0.85.fc'.a.b.

Cond. 1 or 2

ND2 =As'.fs'.

Cond. 1 or 2:

ND =0.85.fc'.a.b+ As'.fs'.Cond. 1 or 2:

NT =As.fy.Kontrol:

IF ND= NT==>OK!

Mn1 =ND1.z1 =ND1.(d-

a/2)

Mn2 =ND2.z2

=ND2.(d-

d')

Mn =Mn1 +Mn2

MR =

0.80.Mn

kN kN kN kN kN.m kN.m kN.m kN.m

595.0 482.5 1077.6 1077.6 256.7 200.7 457.4 365.91

Dari tabel 2 bisa dilihat kapasitas tahanan momen teoretik pra-kebakaran, MN =457.4 kNm, dan kapasitas tahanan momen izin, MR = 365.91 kNm.

B. P e r h i t u n g a n K a p a s i t a s M o m e n B a l o k P a s c a - K e b a k a r a n

B.1. Reduksi tegangan kompresif beton, fc’Untuk meningkatkan validitas estimasi tegangan kompresif beton sisa fc’Rmaka perlu meninjau/membandingkan pendekatan berdasar perubahanwarna ( G am b a r 1 ) dengan data-data penelitian lainnya, sbb:

Kurva rectilinear hubungan temperatur-reduksi tegangan kompresifdalam Chap. 8 akan digunakan sebagai prosedur kedua. Apabilamerujuk ( G a m b a r 5 ) maka untuk beton berkepadatan normal, padatemperatur 4000C dapat ditarik garis vertikal ke kurva rectilinear untukmemperoleh nilai aproksimasi faktor reduksi kekuatan kompresifr betonsebesar 0.75, atau,

75.00

cT

cu

f

f



Gambar 5. Hubungan temperatur – faktor reduksi tegangan kompresifuntuk beton kepadatan normal (wc ≥ 23.544 kN/m3)

Suatu faktor sebesar 0.75 yang diperoleh melalui prosedur ini berarti bahwaFDF yang ditentukan berdasar observasi visual perubahan warna (datapenelitian pertama) yang besarnya 61% terlalu konservatif (aman).

Kita melanjutkan dengan data penelitian ketiga (prosedur 3) Kurva hubungan temperatur-persentase tegangan kompresif sisa yang

dihasilkan oleh 4 peneliti (Malhotra, Waubke, Abrams, Schneider).Apabila merujuk ( G a m b a r 6 ) maka untuk beton berkepadatan normal,pada temperatur 4000C dapat ditarik garis vertikal ke kurva rectilinearuntuk memperoleh nilai aproksimasi faktor reduksi kekuatan kompresifyang masing-masing sebesar,

62.00

cT

cu

f

f Malhotra

70.00

cT

cu

f

fWaubke

88.00

cT

cu

f

f Abrams

86.00

cT

cu

f

f Schneider

Faktor reduksi yang diperoleh dari kurva penelitian Malhotra (62%) praktissama dengan batas bawah FDF (61%). Sedangkan hasil-hasil penelitian 3peneliti lainnya, faktor reduksi kekuatan kompresif jauh lebih kecil. Makatetap dapat disimpulkan bahwa FDF yang ditentukan berdasarkanobservasi visual perubahan warna sangat konservatif (aman).

Kita melanjutkan dengan data-data penelitian keempat. Beberapa peneliti juga memberikan angka reduksi yang lebih rendah,

yaitu:(1) A. Partowiyatno: FDF 80% pada temperatur 4000C(2) Crozier, Sanjayan, Lie FDF 65.8% pada temperatur 4000C



Gambar 6. Hubungan temperatur – persentase tegangan kompresif dari 4peneliti.

Setelah memeriksa beberapa data penelitian yang diberikan di atas makakita bisa menyimpulkan bahwa estimasi tegangan kompresif beton tersisa(compressive residual strength) berdasarkan FDF sebesar 61% adalahvalid dan relevan. Maka:------------------------------------------------------------Tegangan kompresif beton pasca-kebakaran: fc’R = 0.61 (25) = 15.25 MPa------------------------------------------------------------

B.2. Reduksi tegangan leleh baja tulangan, fyBagian tarik dari tipikal beton bertulang dihasilkan oleh kekuatan tarik bajatulangan dan perlekatannya dalam massa beton. Akan tetapi walaupunaliran panas (konduktif) yang menerobos tipikal beton bertulang memilikiisoterm yang sama untuk massa beton dan batang-batang tulangan baja,efek pemanasan terhadap kehilangan kekuatan pada kedua materialtersebut berbeda. Harus diingat bahwa perbedaan karakteristik diantarakeduanya. Massa beton (yang berkualitas baik) boleh dikatakan tidakmengalami pelumeran, tetapi mengalami pengelupasan, kerontokan ataukeretakan pada temperatur diatas 8000C. Pada temperatur tersebut, kuattekan kompresif beton hanya tinggal ±20% (Gb r . 6 ). Sebaliknya bajatulangan, karena memiliki titik leleh/lumer (melting point) yang jelas, yaitu14600C, maka lewat dari temperatur tersebut baja tulangan segera lumer.

Berdasarkan observasi visual warna spesimen (Gambar 3) dapat dipastikanbahwa temperatur minimal 3500C telah menerobos lapisan beton setebal ±8cm, dengan demikian mengindikasikan capaian temperatur tulangan bajayang setara. Untuk menentukan kehilangan tegangan tarik tulangan bajadapat menggunakan rumus atau plot grafik ( G am b a r 7 ) . Rumus hubungantemperatur-tegangan leleh (SNI 03-1729-2002, pasal 14.4.1) dan hubungan



temperatur modulus elastisitas (SNI 03-1729-2002, pasal 14.4.2).Hubungan kenaikan temperatur dan tegangan luluh dinyatakan sebagai:

690

905

)30(

)( T

fy

Tfy untuk CTC 00 905215

dimana:)(Tfy = tegangan luluh pada temperatur T (0C)

)30(fy = tegangan luluh pada temperatur 300C = 350 MPa

T = temperatur baja yang terjadi (0C) = 3500C

Hubungan kenaikan temperatur dan modulus elastis bahan baja dinyatakansebagai:

1100ln2000

0.1)30(

)(

T

T

E

TEuntuk CTC 00 6000

dimana:)(TE = modulus elastis baja pada T (0C)

)30(E = modulus elastis baja pada 300C = 2x105 MPa.

Plot grafik kedua rumus ini diberikan dalam (Gambar 7).

Gambar 7. Grafik hubungan temperatur – rasio tegangan luluh bajatulangan berdasarkan SNI 03-1729-2002.

Selanjutnya hubungan kenaikan temperatur dan penurunan tegangan luluhtulangan baja akan dibandingkan dengan data hasil penelitian Malhotra( G am b a r 8 ) .



Gambar 8. Grafik hubungan temperatur – rasio tegangan luluh bajadan kabel pratekan dari penelitian Malhotra.

Aproksimasi grafik untuk rasio tegangan luluh sisa masing-masing sebesar0.80 (menggunakan grafik SNI) dan 0.83 (menggunakan grafik hasilpenelitian Malhotra). Dan, karena pada prinsipnya kita perlu menggunakanestimasi yang lebih aman maka digunakan estimasi SNI yang sedikit lebihrendah.

--------------------------------------------------------------------------------------------------Tegangan luluh tulangan baja pasca-kebakaran:

MPafyfy 52.281)30(690

)350905()350(

≈ 0.80 (350)

Modulus elastisitas baja pasca-kebakaran:

)102(847.0169436102

1100

350ln2000

3500.1)350( 55 xMPaxE

---------------------------------------------------------------------------------------------------

Tabel 3. a. Perhitungan Kapasitas Momen Pasca-Kebakaran

Lebar

Balok, b

Tinggi

Balok, h

Diameter

Tulangan

Tarik, D

Diameter

Tulangan

Geser, S

Tebal

Selimut

Beton, s

d = h -

(s+1/2.

D+S)

d' = 40

+ S +

1/2.D'

fc' fy

mm mm mm mm mm mm mm MPa MPa

300 540 28 8 40 478.0 62.0 15.25 281.52



Tabel 3.b. Lanjutan Perhitungan

Es =

0.847x2x105 MPa =

169436

Mpa

Ec =

4700.fc'0.5

Diameter

Tulangan

Tarik atau

Tulangan

Positif, D

ns

=Jumlah

Batang

Tulangan

Tarik

Diameter

Tulangan

Tekan

atau

Tulangan

negatif,

D'

ns'

=Jumlah

Batang

Tulangan

Tekan

Luas

Tulangan

Tarik

Terpasang

As

Luas

Tulangan

Tekan

Terpasang

As'

MPa MPa mm - mm - mm 2 mm 2

169436 18354 28 5 28 3 3078.8 1847.3

Tabel 3.c. Lanjutan Perhitungan

ND1 =

0.85.fc'.a.

b.Cond. 1 or 2

ND2 =

As'.fs'.Cond. 1 or 2:

ND =

0.85.fc'.a.b

+ As'.fs'.Cond. 1 or 2:

NT =

As.fy.Kontrol:

IF ND =

NT ==>

OK!

Mn1 =

ND1.z1 =

ND1.(d-

a/2)

Mn2 =

ND2.z2 =

ND2.(d-

d')

Mn =

Mn1 +

Mn2

MR =

0.80.Mn

kN kN kN kN kN.m kN.m kN.m kN.m

404.0 462.7 866.7 866.7 172.1 192.5 364.6 291.7

Kapasitas tahanan momen teoretik pasca-kebakaran:MNF = 364.6 kNm

Kapasitas tahanan momen izin pasca-kebakaran:MRF = 291.7 kNm ≈ 0.797 MR

Hasil estimasi/penilaian tingkat kerusakan struktur pasca-kebakaran berdasarkanobservasi visual perubahan warna spesimen.- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Reduks i kapas i tas tahanan momen balok sebesar 20.3%.- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

P r o s e d u r 2Hasil perhitungan estimasi/taksiran yang tersebut ini akan dibandingkandengan teknik berikutnya yang tidak konservatif karena menggunakanisoterm distribusi temperatur berdasarkan ketebalan (jarak) lapisan terluarke suatu titik tertentu di dalam tipikal ( G am b a r 9 ) .

Berdasarkan observasi warna permukaan (merah-muda muda) dapatditegakkan estimasi temperatur maksimum ±4000C.

Menggunakan skema distribusi isoterm untuk balok dengan ½ lebar balokb (Gambar 9)



Gambar 9. Isoterm distribusi temperatur padatipikal balok persegi, b = 300 mm.

Dalam pemeriksaan pasca-kebakaran balok dan pelat, daerah tarik adalah bagian yanghampir pasti akan mengalami kerusakan lebih dulu, sedangkan daerah tekan akantetap mempertahankan sebagian besar kekuatannya. Dalam konstruksi menerus,bagian tekan juga bisa terpapar panas langsung dan perlu diperiksa dengan cermat.Untuk kolom-kolom beton, sisi-sisi luar akan menderita kerusakan lebih besar sehinggamengurangi kapasitas kompresif kolom. Dalam penaksiran kekuatan sisa pasca-kebakaran, pengambilan/pemotongan inti balok dan kolom kadang-kadang perludilakukan, yang sekaligus digunakan untuk observasi perubahan warna.

Teknik/Prosedur Pengujian Kekuatan Menggunakan InstrumenMetoda-metoda penaksiran kekuatan struktur beton bertulang pasca-kebakaran denganalat-alat yang umum digunakan dalam uji beton adalah sebagai berikut:

A. N o n - D e s t r u c t i v e T e s t

1. Tes PUNDIT (=Portable Ultrasonic Non-Destructive Digital Indicating Tester)Suatu metoda gelombang suara yang terdiri dari trasmitter dan transducer.Prinsipnya adalah menghitung kecepatan perambatan gelombang dalam elemenbeton sehingga karakteristik material dapat dievaluasi, yaitu:

Uniformitas massa beton dan rasio poisson Keretakan Rongga/Lubang

Gambar 10.a. PUNDIT-6 Gambar 10.b. PUNDIT Plus

Batang tulangan



Gambar 10.c. Jenis-jenis tranduser PUNDIT

2. Concrete Test Hammer (Palu Uji Beton)Instrumen (digital atau manual) yang dengan suatu aplikasi cepat (langsung)dapat menentukan kuat kompresif beton. Kekuatan beton akan langsungdiketahui berdasar bacaan angka pantulan instrumen.

Gambar 11.b. Palu Uji Beton (digital)

Gambar 11.a. Palu Uji Beton (Schmidt Hammer Test, manual)

3. Uji TermoluminesansPengujian ini mengambil sedikit sampel mortar semen dari spesimen untukmenentukan pencapaian temperatur pada sampel. Dasar kimiawi teknik iniadalah adanya perubahan progresif struktur mineral silica karena temperaturtinggi.

A. De s t r u c t i v e T e s t / M e c h a n i c T e s t

1. Pengeboran inti beton (concrete core drilling)

2. Uji kuat tarik tulangan baja

Beberapa Catatan tentang Beton PratekanDalam hal kabel pratekan atau tendon, ada 2 pokok penting harus ditentukan:

(1) Kabel pratekan mengalami kehilangan kekuatan yang lebih besar akibatkenaikan temperatur dari tulangan beton bertulang biasa (Chap. 6)

(2) Proses relaksasi kabel pratekan bisa menimbulkan deformasi permanen danberakibat pada kehilangan gaya pratekan.



Karena itu, estimasi temperatur pada tendon dan kabel pratekan merupakan sesuatuyang sangat penting. Suatu estimasi tegangan ultimit sisa dan batas proporsionaltegangan-regangan diperlukan untuk menentukan kemampuan struktur apabila akandigunakan kembali.

Menentukan Tingkat Kerusakan dan Prosedur PerbaikanKlasifikasi KerusakanBerdasar observasi, estimasi, penaksiran dan atau pengujian seperti yang dijelaskansebelumnya, Concrete Society (ref: Malhotra) mengklasifikasikan tingkat kerusakanbeton bertulang/pratekan dalam 4 strata, sbb:

Class 1 -- Kerusakan permukaan yang ringan, tidak memerlukan perbaikanserius

Class 2 -- Kerusakan lapis permukaan sedang dengan tanpa atau hanyasedikit mempengaruhi kekuatan struktural

Class 3 -- Kerusakan yang substansial, memerlukan perbaikan danpenggantian parsial.

Class 4 -- Kerusakan berat, sangat memerlukan penggantian dan perbaikan

Klasifikasi kerusakan beton yang sedemikian ini kurang jelas sebab tidak mendefinisikanseperti apa tepatnya bentuk atau karakteristik yang dimaksud. Maka klasifikasi tingkatkerusakan pada elemen-elemen beton dikembangkan menjadi 5 level, sbb:

Class 1 -- Retak-retak halus/minor Class 2 -- Keretakan Class 3 -- Pengelupasan lapisan/selimut beton (spalling) Class 4 -- Kerontokan Class 5 -- Kerusakan Tulangan

Teknik PerbaikanMetoda perbaikan elemen-elemen beton pasca-kebakaran menggunakan teknik atauprosedur yang umum dan pada prinsipnya serupa dengan perbaikan kerusakan betonoleh faktor-faktor lainnya (seperti gempa, proses fatique, pengaruh kelembaban,dsb.nya). Maka beberapa prosedur perbaikan yang dihubungkan dengan derajatkerusakan dapat diberikan sbb:

Tabel 4. Ringkasan Teknik2 Perbaikan Elemen Beton Pasca-Kebakaran

LevelKerusakan

Deskripsi Teknik Perbaikan Prosedur Material yangdigunakan

Class 1 Perbaikan kosmetik denganmaterial penyelesaian

P1 Semen portland,Gypsum, Tamcrete30HB, Semprotan

gunite*, Injeksi Epoxy,Semen Latex(Quickcrete)

Class 2 Injeksi Epoxy P1 + P2

Class 3Menambal bidang yang

terkelupasP1 + P2 +P3

Class 4Membuang dan mengganti

bagian yang rusakP1 + P2 +P3 + P4

Class 5Mengeluarkan, menggantitulangan atau menambah

tulangan baru (retrofit)

P1 + P2 +P3 + P4 +P5

* (Aplikasi dari pasir kering+ PC+air yang disemprot menggunakan kompresor)



Beberapa material perbaikan yang direkomendasikan diatas dapat diberikan disini:

Tamcrete 30B – Lightweight cementious mortar Informasi Teknis

Epoxy Resin Injection (Polyurethane elastometric foam)

Gambar 12.a. Kit Injeksi Epoksi Gambar 12.b. Dispenser

Untuk penanggulangan class kerusakan 5 yaitu penggantian tulangan dan penambahantulangan baru (retrofitting) bisa dikerjakan seperti skema dibawah ini:

Gambar 13. Retrofitting (perkuatan) tipikal dengan pembesarandimensi dan penambahan tulangan.



Penilaian Kerusakan Struktur BajaPada dasarnya, seperti halnya beton, kekuatan baja akan berkurang dengan kenaikantemperatur. Tetapi konstruksi baja lebih mempunyai batas kekuatan yang jelas karenamerupakan material fabrikasi yang uniform, sedang beton bertulang harus selaludianalisis sebagai aksi komposit.

Secara umum ada 2 tipe struktur baja yang perlu dipertimbangkan dalam perbaikanpasca-kebakaran, sbb:

1. Konstruksi pabrik berlantai satu2. Konstruksi portal baja

Pasca kebakaran, konstruksi pabrik berlantai satu biasanya memberi petunjuk terjadinyakerusakan hebat. Atap mengalami kerusakan, rangka purlin terpuntir, dan rusuk-rusukseringkali telah terlepas. Dalam kebakaran hebat, seluruh kerangka mungkin telahmengalami distorsi.

Tipe konstruksi portal berlantai banyak yang dipergunakan untuk gedung sekolah danbangunan rakitan dan yang menggunakan konstruksi proteksi langit-langit dapatmencegah rusaknya kerangka baja sehingga hanya mengalami kerusakan minimal.Konstruksi portal berlantai banyak juga mampu bertahan dalam kebakaran.

Dalam konstruksi bangunan portal baja, biasa menggunakan tipikal baja lunak yangdigulung, tetapi sekarang pilihannya adalah menggunakan material baja lunak (Grade43A) dan baja paduan (Grade 50B). Peneliti Smith telah menguji karakteristik baja-bajatersebut dan menunjukkan bahwa apabila dipanaskan sampai 5000C, reduksi kekuatantidak kurang dari tegangan aplikasi, dan modulus elastisitasnya tidak berkurang hinggalebih dari 6000C. Konsekuensinya, apabila tipikal baja telah diproteksi sedemikian rupamaka tidaklah mungkin terjadi kegagalan pada temperatur 5500C. Uji tipikal balok yangdiproteksi dari Grade 43A dan 50B menunjukkanj bahwa pada saat mengalamikegagalan, temperatur flens boleh mencapai 7000C, sedangkan untuk baja takdiproteksi temperatur mencapai kira-kira 6500C sebelum mengalami kegagalan.Temperatur kegagalan yang lebih rendah dari baja tanpa proteksi mungkinberhubungan dengan tingkat pemanasan yang lebih cepat, sebagaimana ditunjukkanpada Bab 6. Uji tegangan sisa menunjukkan bahwa dalam kedua kasus, apabila tidakterjadi kegagalan atau ketidakstabilan, maka pada saat pendinginan menuju kondisisemula, struktur akan memperoleh kembali sebagian besar kekuatannya (Gambar 14).Beberapa bangunan tua mungkin menggunakan kolom-kolom dari besi tempa.Pengujian menunjukkan bahwa kekuatan baja tuang akan berkurang menjadi 50% padakira-kira 6000C, sesudah itu kehilangan kekuatan terjadi lebih cepat daripada baja lunak.

Peneliti Smith juga sudah menguji tipikal baja dari bangunan-bangunan pasca-kebakaran dan mendapatkan beberapa data dalam Tabel 5.

Tabel 5. Tegangan sisa (N/mm2 = MPa) baja lunak (kadar karbon 0.15-0.29%)

Referensi Data Kekuatan AktualKekuatan yangDispesifikasikan

Luluh (MPa) Tarik (MPa) Luluh (MPa) Tarik (MPa)Kebakaran A 242 - 307 444 - 469 247 432 - 510Kebakaran B 235 - 258 359 - 422 247 432 - 510Tes Bakar 262 - 382 396 - 478 255 430 - 510

Jelas sekali dari contoh yang diberikan ini bahwa dalam banyak kasus, hanya sedikitbukti tentang adanya kehilangan kekuatan permanen dari struktur baja yang tidak gagaldalam kebakaran. Ketegaran struktur memberi pengaruh signifikan terhadap deformasiselama kebakaran. Bila suatu tipikal baja ditahan sempurna, suatu ekspansi yang timbul



dari temperatur 1000C bisa menyebabkan tegangan yang cukup tinggi dalam tipikalsehingga luluh. Jadi, dalam praktek struktur memiliki suatu tingkat fleksibilitas danbahkan sekalipun perletakkan jepit digunakan, tidak diperbolehkan suatu tingkatkekangan yang lebih dari 50 - 60%. Deformasi tipikal akan menyebabkan suatu reduksipada tegangan-tegangan yang ditimbulkan oleh temperatur.

Gambar 14. Hubungan angka kekerasan Brinnel dengan kekuatan baja

Tidak ada metoda observasi visual untuk menentukan bilamana suatu tipikal pasca-kebakaran telah kehilangan kekuatannya. Suatu metoda non-destruktif yang sederhanadapat dipakai menggunakan teknik identasi yang biasanya diterapkan untukmenentukan tingkat kekerasan. Instrumen jinjing bisa digunakan untuk mendapatkanangka kekerasan Brinnel yang mempunyai hubungan langsung dengan kekuatan tarikbaja (Gambar 14). Juga terdapat hubungan langsung antara tegangan tarik dantegangan luluh untuk setiap tipe baja, dengan demikian adalah mungkin untukmenentukan tegangan luluh berdasarkan angka kekerasan Brinnel.

Struktur yang rusak sebagian membutuhkan pengujian yang lebih cermat sebelum suatukeputusan dibuat apakah suatu elemen tetap dipertahankan atau perlu diganti. Apabilasuatu elemen terdistorsi, misalnya terdistorsi dalam besaran yang tidak signifikan

(dalam kisaran L360

1), maka elemen demikian bisa digunakan kembali. Bila defleksi

melebihi batas ini maka masih mungkin memperkuat. Selanjutnya, temperatur yangtelah dicapai dalam suatu tipikal harus diestimasi. Bila temperatur tidak melebihi 6000C,maka boleh diasumsikan bahwa tidak ada kehilangan tegangan yang signifikan. Untuk



elemen-elemen yang dilapis, apabila pelapis tetap berada dalam posisinya makatidaklah mungkin temperatur telah melampaui 6000C.

Apabila tidak dimungkinkan mengestimasi temperatur baja maka perlu menggunakan ujimekanik. Bisa menggunakan tes kekerasan Brinnel dengan instrumen jinjing ataudengan suatu potongan kecil tipikal dalam pengujian laboratorium.

Teknik/Prosedur Pengujian Kekuatan Menggunakan InstrumenMetoda-metoda penaksiran kekuatan struktur baja pasca-kebakaran dengan alat-alatyang umum digunakan dalam pengujian metal adalah sebagai berikut:

A. D e s t r u c t i v e T e s t

1. Tes Kekerasan Brinell (Brinell Hammer Test)Suatu metoda penumbukan (mekanik) untuk mengetahui tingkat kekerasanmakro (macro hardness) suatu material dengan cara mengukur kedalamanpenetrasi pelekuk (indenter). Setelah menumbukkan ujung instrumen Brinell(terbuat dari suatu bentuk bulat dari baja yang diperkeras atau intan, VickersHardness) ke dalam suatu material, kedalaman lekukan atau diameter diukur danangka kekerasan Brinell dihitung berdasar formula:

Dt

PBHN

dimana:BHN = Brinell Hardness Number

(angka kekerasan Brinell)P = Gaya/beban aplikasi (kgf=N)D = diameter pelekuk/indenter (mm)t = kedalaman lekukan (mm)

Alat uji tipikal menggunakan bola baja diameter 10 mm sebagai pelekuk(indenter) dengan aplikasi gaya sebesar 3000 kgf (29 kN). Untuk material yanglebih lunak digunakan gaya yang lebih kecil dan untuk material yang lebih kerasdigunakan bola tungsten carbide.

Gambar 15.a. Skema Pengujian

Gambar 15.b. Brinell Portable Unit

Beberapa nilai-nilai tipikal angka kekerasan Brinell diberikan dalam Tabel 6.



Tabel 6. Nilai karakteristik BHN (Brinell Hardness Number) dan KekerasanVickers HV dari beberapa material. Untuk Tungsten Carbide, TitaniumCarbide, Intan dan Pasir menggunakan skala Vickers HV(indenter dari intan berbentuk piramida)

MaterialSpesifikasi Pelekuk dan Gaya BHN (angka

kekerasanBrinell)

Indenter/ pelekuk GayaAplikasi (kgf)

Kayu lunak (pinus) Bola baja 10 mm 100 1.6Kayu keras Bola baja 10 mm 100 2.6 – 7.0Aluminium murni Bola baja 10 mm 3000 15Tembaga murni Bola baja 10 mm 3000 35Baja lunak Bola baja 10 mm 3000 120304 Stainless Stell Bola baja 10 mm 3000 250Kaca Bola baja 10 mm 3000 550Alat-alat Baja yangdiperkeras

Bola baja 10 mm 3000 650 - 700

Pelat Chromiumkeras

Bola baja 10 mm 3000 1000

Tungsten Carbide Intan piramida 1400*Titanium Carbide Intan piramida 2400*Intan Intan piramida 8000*Pasir Intan piramida 1000*

* Angka kekerasan Vickers

Untuk material yang lebih keras dari pelat chromium maka harus menggunakanPengujian Vickers menggunakan indenter (pelekuk) dari intan berbentukpiramida. Berdasarkan prinsip bahwa goresan/lekukan yang dihasilkan pelekuksecara geometrik serupa dengan beban. Maka pembebanan yang bervariasiyang bergantung kekerasan material digunakan. Formula:

2854.1

D

FHV

dimana:HV = Vickers Hardness

(kekerasan Vickers)P = Gaya/beban aplikasi (kgf=N)D = ukuran diagonal goresan/lekukan yang

dihasilkan indenter/pelekuk (mm)

2. Uji Kuat tarik mekanik

Penilaian Kerusakan Dinding-BatuDinding batu biasanya dirangkai dengan struktur beton, baja atau kayu. Konstruksidinding-batu biasanya tahan terhadap paparan panas (apabila mempunyai ketebalanyang cukup, misalnya min. 30 cm dan menggunakan aggregat batu gamping) tanpamengalami banyak kerugian. Masalah timbul apabila elemen lainnya, khususnya balokdan slab,mengalami ekspansi. Suatu profil baja dengan panjang 20 meter bisamengalami ekspansi sebanyak 150 mm apabila temperatur mencapai 5000C. Hal inibisa menyebabkan deformasi dinding batu terhadap apa yang didukungnya, dansebagai konsekuensinya terbentuk lubang-lubang pada dinding atau dinding mengalamipergeseran.



Apabila dinding batu tidak gagal/runtuh dalam peristiwa kebakaran, tidak terjadideformasi yang signifikan dan hanya terjadi retak-retak kecil, maka dapat digunakankembali. Apabila terjadi deformasi signifikan atau retak hebat maka tidak ada alternatifselain menghancurkan dan menggantinya.

---

Referensi :

H. L. Malhotra (Fire Resistant Structures) Laura Lowes (University of Washington) Syntheses and Review of Past Practice and Work Fire Resistance of Concrete Homes Tamcrete 30HB Lightweight Cementious Material Master Thesis: Irma Aswani, Y.S. Tikupasang

kemampubaikan struktur pasca kebakaran - repairability of fire-damaged structures (c) yoppy soleman,...

Documents