MY OWN WORLD: STRUKTUR KONSTRUKSI BANGUNAN 05 : Paper

PENYEBAB RUNTUHNYA GEDUNG WTC

Tinjauan Teknis Keruntuhan WTC - New York

Tragedi 11 September 2001 yang telah meruntuhkan menara kembar World Trade Center (WTC) - New York dan sebagian gedung Pentagon telah menarik perhatian dunia dan menimbulkan berbagai komentar mengenai seberapa jauh integritas struktur bangunan tersebut. Bagi menara WTC - New York tragedi ini merupakan yang kedua setelah tragedi pertama berupa peledakan bom pada tanggal 26 Februari 1993.

Pada tanggal 14 September 2001 ASCE (American Society of Civil Engineers) telah membentuk forensic team yang dipimpin oleh W Gene Corley untuk melakukan penelitian terhadap gedung WTC, sedangkan sebuah team lainnya dipimpin oleh Paul Mlakar melakukan penelitian terhadap gedung Pentagon.

Data Menara Kembar WTC - New York

Menara kembar WTC-New York dirancang dan dibangun sekitar 38 tahun yang lalu, yaitu dalam perioda antara tahun 1966 - 1973. Arsitek bangunan tersebut adalah Minoru Yamasaki sedangkan structural engineers utama yang terlibat dalam perencanaan struktur adalah John Skilling dan Leslie E Robertson. Menara kembar tersebut terdiri dari 110 tingkat dengan 6 lapis basement, terdiri dari North Tower dengan ketinggian 417m dan South Tower dengan ketinggian 415m. Kawasan WTC tersebut juga mencakup beberapa gedung lainnya yang sebagian juga ikut mengalami keruntuhan dan kerusakan yang cukup parah.


Gedung Kembar WTC sebelum mengalami keruntuhan

Dimensi denah lantai tipikal adalah 63.50m x 63.50m dan dimensi core adalah 24.00m x 42.00m dengan jarak tipikal antar lantai 3.66m. Struktur bangunan adalah struktur baja dengan lantai komposit yang menggunakan beton ringan. Yang cukup unik adalah penggunaan viscoelastic shock absorbers yang dipasang antara balok-balok lantai dan kolom-kolom perimeter. Fondasi bangunan duduk pada lapisan batuan (rock) pada kedalaman 22.50m, dengan daya dukung izin sebesar 39 kg/cm2. Kawasan WTC ini dikelilingi oleh diaphragm wall setebal 900mm, dengan beberapa lapis rock anchors.

Sistem struktur lantai tipikal WTC, New York


Struktur fondasi kolom pada daerah core gedung WTC, New York

Sistem Struktur Gedung WTC

Sistem struktur gedung WTC menggunakan sistem struktur rangka tabung (framed tube system) yang berperilaku sebagai "equivalent hollow tube". Sistem struktur ini juga diterapkan pada gedung - gedung super tinggi lainnya di dunia, yaitu Sears Tower (110 tingkat), John Hancock Building (100 tingkat), dan Standard Oil Building (83 tingkat), yang keseluruhannya terletak dikota Chicago. Penggunaan sistem struktur tabung diyakini sangat ekonomis dan memiliki tingkat kehandalan dan keamanan yang tinggi, khususnya untuk bangunan super tinggi yang menghadapi berbagai beban-beban lateral seperti gempa dan angin. Sistem tabung ini akan bekerja dengan baik sebagai hollow-tube bila perimeter gedung berupa dinding-dinding kaku sebagai struktur penahan gaya-gaya lateral yang tentunya harus dikombinasikan dengan struktur lantai yang kaku sebagai rigid diaphragm.

Sistem struktur frame tube gedung WTC

Dalam implementasinya struktur dinding kaku tersebut diwakili oleh kolom-kolom perimeter yang rapat dan diikat oleh balok tepi yang tinggi (deep spandrel beam). Sistem ini paling banyak digunakan karena dapat mengakomodasi jendela-jendela pada lubang-lubang diantara kolom-kolom perimeter. Pada gedung WTC-New York digunakan kolom-kolom perimeter baja berbentuk box berdimensi 450mm x 450mm, yang dipasang dengan jarak antar kolom 1.020mm (pusat ke pusat), dengan balok spandrel setinggi 1.320 mm. Pada lantai bawah setiap kelompok yang terdiri dari 3 kolom berubah menjadi kolom-kolom tunggal box yang berdimensi 800mm x 800mm. Seluruh rangka tabung dihubungkan dengan sambungan kaku (rigid connection) sehingga terbentuklah struktur rangka tabung yang bersifat "laterally and torsionally rigid frame tube" yang memiliki derajat hiperstatis yang tinggi. Dengan demikian struktur tabung tersebut lebih diutamakan dalam menampung beban-beban lateral, sedangkan core dan kolom-kolom interiornya lebih diutamakan dalam menampung beban-beban gravitasi. Sistem ini berlainan dengan struktur gedung yang tidak terlalu tinggi dimana core bangunan lebih diutamakan untuk menampung bebab-beban lateral. Dapat dikatakan sistem struktur berubah sesuai dengan makin tingginya bangunan.

Unit tipikal dari kolom-kolom berjarak 1.020mm (pusat ke pusat) dengan balok spandrel


Bentuk dinding diaphragma pada gedung WTC, New York

Tiga kolom yang berubah menjadi kolom tunggal 800mm x 800mm

Struktur lantai komposit yang terdiri dari "deep bar joist" setinggi 900mm dengan jarak antar joist 2.040mm dan lantai setebal 100mm terbuat dari beton ringan. Dead weight lantai sekitar 50 kg/m2 dan imposed live load sebesar ~ 500 kg/m2. Struktur baja juga dilapisi pelapis tahan api vermiculite setebal 3 mm.

Konstruksi lantai prefabrikasi gedung WTC, New York

Untuk bangunan yang demikian tinggi, perencanaan didominasi oleh beban angin, dan gedung WTC ini direncanakan terhadap beban angin sebesar 220 kg/m2. Hasil perhitungan memberikan maximum horizontal deflection 280 mm. Perencanaan terhadap hurricane tidak kurang dari "2% chance of occuring in a year"untuk jangka waktu beberapa jam secara terus menerus.

Kronologi Peristiwa Serangan Pesawat terhadap WTC New York

Serangan pesawat pertama kali ditujukan pada North Tower WTC pada jam 08.45 pagi dan serangan kedua pada South Tower WTC pada jam 09.05 pagi.

Dari tayangan rekaman video dan beberapa foto yang diperoleh terlihat bahwa serangan pesawat tidak menumbuk langsung secara frontal tegak lurus bangunan, tetapi cenderung dalam arah diagonal dan pada daerah agak kesudut bangunan. Dari beberapa foto rekaman juga terlihat bahwa saat terjadi ledakan yang disertai kebakaran tersebut, terlihat sekitar 7 sampai 10 lantai yang langsung menderita kerusakan dimana runtuhan lantai dan façade-nya berhamburan.

Para ahli forensik Amerika yang bukan muslim sepakat mengatakan bahwa runtuhnya bangunan itu bukan karena tabrakan pesawat. Prof Earl Jhones, mengatakan bahwa banguan WTC terlalu kokoh untuk runtuh begitu saja hanya karena ditabrak pesawat, bahkan oleh kebakaran hebat sekalipun.

Rekaman video menujukkan dengan jelas bahwa gedung itu runtuh lantai demi lantai setelah sebelumnya tiap lantai itu mengalami ledakan dan mengeluarkan asap. Lagi pula, gedung itu runtuh hanya dalam waktu 8, 4 detik saja. Terlalu cepat untuk sebuah keruntuhan wajar karena ditabrak pesawat.


Bagian gedung WTC - New York yang ditabrak pesawat

Pesawat menubruk arah diagonal dan agak ke sudut bangunan

Integritas Struktur

Berbagai kalangan bertanya-tanya apakah bangunan tidak direncanakan terhadap kemungkinan adanya tumbukan dari pesawat terbang ?. Kalau ya, seberapa besar pesawat yang harus diperhitungkan, padahal kita ketahui bahwa pesawat terus berkembang semakin besar dan semakin cepat, dengan volume bahan bakar yang juga terus bertambah besar. Selanjutnya apakah bangunan juga direncanakan terhadap serangan berbagai roket pesawat tempur ?. Mungkin dikemudian hari ada peraturan yang mengatur mengenai persyaratan ketahanan bangunan terhadap tumbukan pesawat dan hal-hal tak terduga lainnya. Suatu hal yang pasti bahwa persyaratan tersebut akan semakin meningkatkan biaya pembangunan gedung.

Tersebar berita yang belum dapat dikonfirmasikan bahwa gedung WTC tersebut direncanakan terhadap tumbukan pesawat jet Boeing 707. Juga digambarkan bagaimana bertahannya gedung Empire State Building yang dibangun sekitar 70 tahun yang lalu tetapi tetap survive setelah tertabrak pesawat tempur pada tahun 1943. Namun terbukti bahwa gedung-gedung tersebut tidak dapat bertahan terhadap tumbukan pesawat-pesawat masa kini dan masa mendatang, padahal pesawat terus berkembang, dan sangat sulit menentukan arah perkembangan pesawat masa mendatang.

Proses keruntuhan menara WTC, New York

Berikut adalah pernyataan dari Shelley Clark, principal dari Skilling Ward Magusson Barkshire pada Business Journal, 17 September 2001 yang mendukung pandangan diatas: "If we tried to design for airplanes to fly into our buildings, this isn't something that we can really design for"

Pesawat yang menyerang gedung WTC-New York adalah pesawat Boeing 767-200ER dengan kapasitas penumpang 255, kapasitas cargo 81,4m³ dan kapasitas bahan bakar 90.770 liter, dan kecepatan 0,8 Mach ~ 530 Mph atau kurang lebih 900 km/jam. Bobot mati pesawat sendiri berkisar sekitar 35 ton. Pesawat 767-200ER ini diperkirakan dapat menimbulkan impact load antara 200.000 - 500.000 ton, tergantung pada kecepatan pesawat saat menabrak gedung.

Dari data tersebut diatas, dapat diperkirakan bahwa akibat tumbukan pesawat serta ledakan yang diakibatkannya, akan meruntuhkan sebagian kolom-kolom struktur serta beberapa lantai di atas dan di bawah daerah tumbukan tersebut. Selanjutnya kemungkinan besar tumbukan arah diagonal tersebut merusak sebagian daerah struktur core yang secara struktur memang tidak diperuntukkan untuk menahan beban lateral. Akibatnya kolom-kolom yang tersisa mengalami tegangan tambahan yang semula relatif merata menjadi tidak merata. Banyaknya kolom yang relatif sangat rapat (1.020mm pusat ke pusat) serta tingginya derajat hiperstatis struktur sangat membantu dalam meredistribusi tambahan tegangan tersebut disamping adanya daktilitas yang juga cukup tinggi sehingga memungkinkan struktur secara keseluruhan tidak mengalami keruntuhan seketika.

Dari kenyataan ini dapat disimpulkan bahwa akibat tumbukan pesawat menyebabkan runtuhnya sebagian kolom-kolom, tetapi tidak cukup mampu untuk meruntuhkan keseluruhan bangunan, ini berarti beban kejut (impact load) dari tumbukan pesawat saja belum dapat meruntuhkan bangunan karena beban-beban yang melanda bangunan belum melampaui "overall structural capacity". Hal ini terbukti dimana bangunan tidak langsung runtuh. North Tower yang diserang pertama kali runtuh setelah berselang kurang lebih 1 jam 40 menit dan South Tower yang diserang belakangan runtuh setelah berselang kurang lebih 56 menit. Kuat dugaan pemicu keruntuhan adalah adanya kebakaran yang dahsyat dengan kapasitas beban bakar (fire load) yang tinggi dari pesawat yang mengandung bahan bakar sebanyak 90.770 liter.

Panas yang ditimbulkan diperkirakan dapat mencapai temperatur 1000°C dalam jangka waktu yang cukup panjang disamping adanya tambahan beban runtuhan yang menimpa lantai-lantai dibawahnya. Berdasarkan beberapa penelitian, baja mulai mengalami efek tekuk pada temperatur 550°C dan meleleh pada 1426°C. Pada umumnya perencanaan hanya mengantisipasi untuk kebakaran selama 3 jam dengan temperatur maksimum sekitar 500°C. Dengan demikian dapat dipahami untuk temperatur yang demikian tinggi struktur tidak akan dapat bertahan seperti yang direncanakan. Dalam kurun waktu pembakaran tersebut struktur mengalami perlemahan yang akhirnya mengakibatkan kolom-kolom mengalami tekuk dan kehilangan stabilitasnya. Selanjutnya setelah struktur bagian atas kehilangan stabilitasnya, beban struktur tersebut menimpa dan membebani struktur dibawahnya yang jelas melampaui kapasitas struktur lantai dibawahnya (yang direncanakan hanya sebesar 500kg/m2) sehingga terjadilah "progressive collapse" seperti "sandwich" tersebut.