Seminar Nasional Pascasarjana VIII – ITS, Surabaya 13 Agustus 2008 ISBN No. 978-979-96565-4-4
Struktur Bangunan Tenda Pneumatik Sistem Knock Down
Sebagai Tempat Penampungan Sementara Untuk Korban
Bencana
Ir. Hery Budiyanto, MSA, PhD
Jurusan Teknik Arsitektur Universitas Merdeka Malang Hery.budiyanto@unmer.ac.id
Abstrak
Masalah penanganan penampungan penduduk dan fasilitas darurat selalu muncul pada daerah bencana yang hingga kini banyak menggunakan tenda dan bangunan darurat, menggunakan sistem struktur dan teknologi konvensional sehingga perlu waktu lama dan biaya besar. Struktur pneumatik merupakan sistem struktur bangunan tenda dengan bahan lembaran tipis (misalnya: kain parasit) fleksibel, distabilkan oleh perbedaan tekanan dengan medium udara, perbedaan tekanan dalam dan luar tenda
akan membentuk sistem “pneumatic”; Struktur mampu menahan gaya luar, karena
tekanan dalam berubah menjadi medium penahan dan menjadi elemen strukural membentuk struktur pneumatik penahan beban. Riset mengenai Model dan Prototipa Struktur Pneumatik telah dilakukan pada tahun 2007. Kelebihan struktur ini adalah: investasi awal lebih murah, kecepatan dan kemudahan pembangunan, pemeliharaan mudah, elemen membran struktur dapat dibuat knockdown dan disimpan dalam gudang ukuran 2x3 m2. Proses pembuatan tenda pneumatik bahan parasit coated ukuran 36 m2 dapat menampung 20 orang, dibuat seminggu, dirakit 3 jam dan digelembungkan selama 30 menit. Kondisi dalam tenda cukup nyaman untuk kegunaan menampung penduduk, rumah sakit darurat, maupun posko darurat. Berdasarkan kelebihan tersebut sistem struktur ini dapat dikembangkan terutama
untuk kegunaan temporer guna menampung korban bencana, sehingga
direkomendasikan untuk diterapkan secara nasional. Katakunci: struktur bangunan, tenda pneumatik, bencana
Abstract
The problem of handling the people’s accommodation and emergency facilities always appear at the disaster territory. Until now, the handling of accommodation for disaster’s victims and the placement of the emergency facilities problem usually using tent and any other emergency buildings that built using conventional structure and technology system and its needs too long time and high cost. The pneumatic structure is a tent structure building that built by thin layer material (e.g.: parachute fabric) flexible, stabilized by pressure difference using air as a medium, the pressure difference inside and outside the tent will make a pneumatic condition; The inflated membrane resisted external forces, because pressure medium have changed into support medium and become structural element and shaped a pneumatic structure and to be a load resistor. Research of the Model and Prototype Pneumatic Structure has done in 2007. The benefits of this structure are: a cheaper initial investation, quick and easy built, easy to maintenance, the membrane structure element can be build by
knock down system, and it can be store at a 2x3 m2 warehouse. The pneumatic tent
of 36 m2 built using coated parachute fabric that can accommodate up to 25 persons,
finished in a week, assembled in 3 hours, and inflated in 30 minutes. The inside condition of the tent was pleasant enough to be used as the accommodation place for the disaster’s victims, emergency hospital, or emergency office. From those benefits, this structure system can be developed, especially for the temporary purpose (for example, as the accommodation place for the disaster’s victims), so it’s highly recommended to be applying nationally.
Keyword: building structure, pneumatic tent, disaster
1. Pendahuluan
Masalah penanganan penampungan
penduduk dan fasilitas darurat yang selalu muncul pada daerah bencana, misalnya : tsunami, gempa bumi, longsor, kebakaran, dan lain-lain. Kejadian bencana yang sering terjadi
di seluruh wilayah di Indonesia memerlukan kesiapan dan penanganan yang cepat dan
efektif. UNDP dalam Program Pelatihan
”Kesiapan Bencana” memberikan arahan bahwa
kesiapan menghadapi bencana akan
melalui tindakan pencegahan yang efektif, rehabilitasi dan pemulihan serta pengiriman bantuan dan pertolongan secara tepat waktu (Kent, 1994). Bantuan dan pertolongan antara lain dimaksudkan agar korban bencana yang
jumlahnya cukup banyak segera dapat
ditampung dalam bangunan yang layak huni dan
nyaman. Hingga saat ini penampungan
penduduk korban bencana dan penempatan fasilitas darurat banyak menggunakan tenda
dan bangunan darurat yang dibangun
menggunakan sistem struktur dan teknologi konvensional yang memerlukan waktu lama serta biaya yang besar. Untuk itu tenda pneumatik merupakan salah satu solusi tepat untuk memecahkan masalah penampungan penduduk korban bencana yang dapat dibangun dengan waktu yang cepat (kurang dari 1 jam), biaya yang murah dan dapat menampung penduduk dengan jumlah banyak untuk sebuah tenda. Bangunan tenda pneumatik sebelum dan sesudah bencana dapat disimpan pada gudang dengan volume penyimpanan yang kecil, karena
bahan strukturnya (membran – kain) dapat
dilipat dan sewaktu-waktu dapat diangkut ke daerah bencana menggunakan truk atau pickup (Hery, 2007). Struktur tenda pneumatik ini diharapkan menjadi prototip struktur yang dapat
digunakan untuk penampungan penduduk
korban bencana, rumah sakit darurat maupun posko penanggulangan bencana dalam skala nasional.
2. Prinsip dasar struktur pneumatik
Struktur pneumatik merupakan sistem struktur bangunan tenda yang dibangun dari bahan lembaran tipis (membran) fleksibel, distabilkan oleh perbedaan tekanan dengan medium: gas cair, busa, atau bahan-bahan butiran halus. Apabila komposisi membran fleksibel diberikan medium yang menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan maka akan membentuk suatu pneumatik (dari bahasa latin”pneuma” yang berarti gelembung berisi udara; Membran yang digelembungkan mampu menahan gaya-gaya luar, karena medium tekanan berubah menjadi medium penahan dan menjadi elemen strukural sehingga terbentuk suatu struktur pneumatik penahan beban (Hery, 1992; Herzog, 1976). Bangunan tenda dengan bahan yang beratnya tidak lebih dari 3 kg/m2 mampu menaungi tanah dengan bentang lebih
dari 100 meter (Otto, 1973) meskipun
menggunakan perbedaan tekanan yang tidak terlalu besar antara ruang dalam dan luar (Luchsinger, at.al., 2004). Purwanto (2000) menjelaskan bahwa Struktur pneumatik pada mulanya hanya dikembangkan sebagai struktur bidang penutup atap dan untuk bangunan berbentang lebar. Namun sekarang mulai digunakan untuk berbagai fungsi bangunan, bahkan dapat digunakan untuk memikul beban
lantai pada bangunan bertingkat sedang
(Medium Rise Building). Keandalan sistem struktur pneumatik dapat dinilai dari 4 aspek, yaitu : kekuatan, keindahan, penghematan, dan
kecepatan dalam pembangunannya (Hery, 1992; Hery, 2007).
Struktur bangunan tenda yang ditumpu udara harus selalu mempunyai tekanan udara internal sedikit lebih besar daripada tekanan udara, untuk menjamin elemen membran berada dalam keadaan tarik (Gambar 1). Tekanan aktual internal tidak boleh terlalu besar agar tetap dapat memberikan rasa nyaman kepada pengguna bangunan (Schodek, 1980). Apabila beban eksternal merata, maka tekanan internal yang digunakan untuk memikul beban juga merata. Dengan demikian membran hanya berfungsi sebagai pemisah. Karena beban eksternal relatif kecil, maka tekanan internal yang diperlukan pada struktur yang ditumpu udara juga dapat relatif kecil.
Gambar 1: Prinsip struktur tenda pneumatik yang ditumpu udara
3. Penelitian Model dan Prototipa Struktur Pneumatik
Penelitian tentang model dan prototipa struktur pneumatik telah dilaksanakan pada tahun 2007 (Hery, 2007) dengan metoda eksperimental yaitu melakukan aplikasi uji coba terhadap berbagai variabel (Cowan, 1968), antara lain pengujian pengaruh bahan membran terhadap berbagai kondisi cuaca (variabel
kekuatan bahan struktur terhadap sinar
matahari, dan hujan), pengujian terhadap variabel berbagai jenis sambungan dan variabel
kenyamanan termal bagi orang yang
menempatinya.
Pelaksanaan penelitian ini dimulai dengan melakukan kajian literatur, dilanjutkan dengan pembuatan desain (bentuk struktur pneumatik, pola dasar lembaran membran), komponen dan elemen struktur) yang dilaksanakan di Lab. Komputer; Selanjutnya dirancang dan dibuat 3 (tiga) buah model struktur tenda yang didukung udara (pneumatik) berupa model struktur berskala 1 : 5 dengan bahan membran yang berbeda (plastik, kain blacu, kain tetoron) dan dirakit (dibangun) di luar ruang, diuji pengaruh bahan terhadap kekuatan dan ketahanan struktur terhadap cuaca, sambungan antar komponen, kecepatan bangun dan kenyamanan
pengguna/penghuni (selama 1 minggu);
Kemudian dilakukan pembuatan prototipa
struktur dengan skala 1 : 1 dengan pilihan bahan dan sistem sambungan yang paling efisien. Prototipa ini diuji (selama 1 minggu) terutama aspek kenyamanan untuk berbagai fungsi darurat, antara lain untuk tempat
tekanan internal P1 P2 P1>P2 P1 = tekanan internal P2 = tekanan eksternal
penampungan sementara dan kantor tim penanggulangan bencana yang dibangun di Lapangan Parkir.
3.1 Hasil Uji Kekuatan Bahan dan
Sambungan
Pengujian kekuatan bahan dilakukan
dengan mengukur kekuatan maksimum bahan
dalam menerima beban tarik, sehingga
didapatkan angka regangan maksimum
bahan-bahan membran. Masing-masing bahan
membran dibuat dengan lebar 1 cm, kemudian dilakukan pengujian menggunakna alat ukur timbangan pegas. Pengujian dilaksanakan 2 (dua) tahap, yaitu pada hari pertama dan pada hari ke-30 dimana bahan dan sambungan diletakkan di luar ruang sehingga terkena cuaca (hujan, panas, dingin) sehari-hari (Lihat tabel 1). Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa bahan kain parasit baik tebal maupun tipis mengalami penurunan kekuatan tidak terlalu besar dibandingkan dengan bahan plastik dan
kain blacu. Ketahanan terhadap cuaca
dimungkinkan karena bahan ini dilapisi dengan
bahan coating sehingga bahan ini
direkomendasikan untuk menjadi komponen struktur pneumatik.
Tabel 1: Regangan Maksimum Bahan Membran Pengujian Regangan Maksimum Hari ke 1 Hari ke 30 Bahan Plastik 1 kg/cm2 0,3 kg/cm2 Kain Blacu 4 kg/cm2 1,3 kg/cm2 Kain Parasit Tebal 9 kg/cm2 8,2 kg/cm2
Kain Parasit Tipis 6 kg/cm2 5,1 kg/cm2
Sambungan
Jahitan 2 kg/cm2 1,8 kg/cm2 Kretekan 1,6 kg/cm2 1,55 kg/cm2
Sumber: Hery, 2007
3.2 Pengujian Model Struktur
Aspek-aspek yang diuji pada model struktur adalah pengujian penggelembungan dan Pengujian aspek tekanan, temperatur dan kelembaban dalam dan luar model struktur
3.2.1 Pengujian penggelembungan
Gambar 2: Uji Penggelembungan Model Struktur
Uji Penggelembungan dilaksanakan
dengan melakukan 10 (sepuluh) kali
penggelembungan model struktur pneumatik dengan hasil sebagaimana tabel dan grafik berikut:
Gambar 3: Grafik Waktu Penggelembungan Model Struktur
Berdasarkan hasil pengujian tersebut didapatkan bahwa untuk menggelembungkan model struktur pneumatik rata-rata memerlukan waktu 1,764 menit dengan waktu terlama 2,88 menit.
3.2.2 Pengujian aspek tekanan, temperatur dan kelembaban dalam dan luar model struktur
Hasil pengujian aspek tekanan,
temperatur dan kelembaban dalam dan luar model struktur dapat dilihat pada grafik berikut:
Gambar 4: Perbedaan Temperatur Luar dan Dalam Model Struktur Pnaumatik
Berdasarkan hasil pengujian didapatkan kesimpulan: a) Terdapat perbedaan temperatur yang tidak terlalu besar antara bagian luar dan dalam model struktur; b) Pada kondisi cuaca mendung, temperatur di luar lebih tinggi atau sama dengan di dalam model struktur, sedangkan pada cuaca gerimis dan hujan, temperatur di luar lebih rendah atau sama
dengan di dalam struktur, d)Temperatur
maksimum di luar model struktur 30,50oC
disebabkan karena cuaca mendung hingga hujan
3.2.3 Uji Perbedaan Kelembaban PERBEDAAN KELEMBABAN 0 20 40 60 80 100 07.0 0 09.0 0 11.0 0 13.0 0 15.0 0 17.0 0 19.0 0 JAM K E L E M B A B A N ( % ) Kelembaban Luar Kelembaban Dalam
Gambar 5: Perbedaan Kelembaban Luar dan Dalam Model Struktur Pneumatik
PERBEDAAN TEMPERATUR 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 07.0 0 08.0 0 09.0 0 10.0 0 11.0 0 12.0 0 13.0 0 14.0 0 15.0 0 16.0 0 17.0 0 18.0 0 19.0 0 JAM T E M P E R A T U R temp. luar temp. dalam
Berdasarkan hasil pengujian didapatkan kesimpulan: a) Terdapat perbedaan kelembaban maksimum 6% antara bagian luar dan dalam model struktur, b) Kelembaban dalam model pada pagi dan sore hari lebih besar dari kelembaban di luar model, c) Kelembaban maksimum di dalam model struktur 91% disebabkan karena cuaca hujan pada sore hari
3.3 Pengujian Prototipa Struktur
3.3.1 Pengujian waktu perakitan dan
penggelembungan
Gambar 6: Pengujian Waktu Penggelembungan Prototipa Struktur
Tabel 2: Kebutuhan Waktu Operasional Prototip Struktur N o Aktivitas Waktu 1 Pembuatan bahan membran (kain parasit) 3 hari
2 Pembuatan pintu 3 hari 3 Perakitan membran 3 jam 4 Pemasangan blower 30 menit 5 Penggelembungan 20 menit 6 Pembongkaran 1 jam
3.3.2 Pengujian aspek tekanan, temperatur dan tekanan dalam dan luar model struktur
Hasil pengujian aspek tekanan,
temperatur dan kelembaban dalam dan luar model struktur dapat dilihat pada grafik berikut:
3.3.2 Uji Perbedaan Temperatur
Gambar 7: Uji Perbedaan Temperatur Prototipa
Berdasarkan hasil pengujian didapatkan kesimpulan: a) Terdapat perbedaan temperatur yang tidak terlalu besar antara bagian luar dan dalam struktur, b)Temperatur maksimum di luar
struktur 30,00oC, sedangkan temperatur
maksimum di dalam prototipa struktur adalah
27,50 oC
3.3.3 Uji Perbedaan Kelembaban KELEMBABAN 58.00 60.00 62.00 64.00 66.00 68.00 70.00 72.00 74.00 76.00 78.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Jam K e le m ba ba n (% ) Kelembaban Luar Kelembaban Dalam
Gambar 7: Grafik Perbedaan Kelembaban
Berdasarkan hasil pengujian didapatkan kesimpulan: a) Terdapat perbedaan kelembaban maksimum 6% antara bagian luar dan dalam struktur, b) Kelembaban dalam prototipa lebih besar dari kelembaban di luar, c) Kelembaban maksimum di dalam struktur 76% disebabkan karena cuaca hujan pada pagi hari
3.3.4 Uji Perbedaan Tekanan PERBEDAAN TEKANAN 29.54 29.54 29.55 29.55 29.56 29.56 29.57 29.57 29.58 29.58 29.59 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Jam Te k a na n (i nc ix H g) Tek. Luar Tek. Dalam
Gambar 8: Grafik Perbedaan Tekanan Udara Pada Prototipa Struktur
Berdasarkan hasil pengujian didapatkan kesimpulan: a) Terdapat perbedaan tekanan udara maksimum 0,03 inciHg antara bagian luar dan dalam struktur, b) Tekanan udara dalam prototipa struktur tenda lebih besar dari pada di
PERBEDAAN TEMPERATUR 22.00 23.00 24.00 25.00 26.00 27.00 28.00 29.00 30.00 31.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 Jam Temp. Luar Temp. Dalam
luar, c) Tekanan Udara maksimum di dalam struktur tenda adalah 29,58 inciHg
3.3.5 Pengujian Kenyamanan
Gambar 9:Suasana di Dalam Prototipa Tenda Pneumatik padaPengujian Kenyamanan
Berdasarkan interview kepada responden yang memasuki prototipa tenda pneumatik didapatkan bahwa sebagian besar responden merasakan cukup nyaman ketika memasuki dan tinggal di dalam tenda minimal 10 menit. Kelemahan pada prototipa struktur ini adalah pada outlet blower, dimana kecepatan angin yang berhembus cukup kencang sehingga orang yang berada di dekatnya terasa terganggu dengan tiupan angin tersebut. Kelemahan ini dapat dierbaiki dengan menggunakan diffuser ada ujung outlet pipa angin.
4. Kesimpulan
4.1 Aspek Desain Struktur Pneumatik
Pembuatan desain bentuk struktur
pneumatik diupayakan menggunakan bentuk-bentuk sederhana agar mudah dalam pelaksanaan konstruksinya dan menghindari adanya ketidaksesuaian antara desain dan prototipa struktur
Perbedaan bentuk antara desain dan
prototipa pada penelitian ini ditemukan terjadi tertama pada bagian diagonal atap membran, terjadi karena berat
bahan membran mempengaruhi
bentuk akhir struktur.
Desain sambungan diupayakan
simpel, mudah dilaksanakan, dan menjamin kedap terhadap cuaca.
Sambungan yang menggunakan unsur
jahitan akan mengurangi kekuatan komponen membran
4.2 Aspek Pelaksanaan
Pembuatan, perakitan dan
penggelembungan sistem struktur
pneumatik membutuhkan waktu yang sangat cepat. Pembuatan membran hanya memerlukan 6 hari, pembuatan pintu 3 hari, dan perakitan serta penggelembungan memerlukan waktu tidak lebih dari 1 hari bangunan sudah dapat dipergunakan.
Bahan membran yang tipis dan ringan
lebih mudah diaplikasikan untuk
sistem struktur pneumatik
Pelapisan (coating) menggunakan alat
spray tidak dapat menjamin penutupan
pori-pori kain secara sempurna
sehingga pada percobaan
menggunakan kain blacu tidak dapat digelembungkan dengan sempurna. Sedangkan coating dari pabrik (kain parasit coated) memiliki kekedapan terhadap udara sangat baik sehingga
dapat digelembungkan dengan
sempurna. 4.3 Aspek Kenyamanan
Perbedaan temperatur antara bagian luar dan dalam bangunan tidak lebih dari 2,5 derajad celsius, oleh karenanya
apabila pembangunan struktur
pneumatik akan dilaksanakan di daerah yang iklimnya relatif panas perlu
ditambahkan sistem penghawaan
buatan (AC).
Tekanan udara yang ditimbulkan oleh blower di dalam bangunan pneumatik rata-rata 0,25 mm Hg. Kelebihan
tekanan ini tidak mempengaruhi
kenyamanan dan kesehatan
penghuninya. 5. Rekomendasi
Daerah Kabupaten/Kota yang rawan terhadap bencana perlu melengkapi diri dengan bangunan Tenda Pneumatik sehingga apabila sewaktu-waktu terjadi bencana lebih cepat melakukan evakuasi terhadap penduduk korban bencana
Sistem struktur ini perlu disosialisasikan secara nasional
Penelitian lanjut perlu dilakukan terutama berkaitan dengan manufacturing struktur tenda pneumatik.
DAFTAR PUSTAKA
Cowan, HJ et.al. 1968. Models in Architecture. London: Elsevier Publishing Company. Chassagnoux, Alain. et.al. 2002. Teaching of
Morphology. International Journal of
Space Structures. Vol.17 No. 2 & 3. Brendwood (UK): Multi Science Publishing Ltd.
Dent, Roger N. 1971. Principles of Pneumatic
Architecture. London: Elsevier Publishing Company.
Hery, Budiyanto. 1992. Kajian dan Perancangan
Bangunan dengan Konsep Struktur Pneumatik yang Ditekankan pada Aspek Teknik dan Metoda Konstruksi, Kasus Studi: Struktur Atap Pneumatik Membran Tunggal yang Ditumpu Udara pada Gedung Olah Raga. Tesis S2.
Bandung: Institut Teknologi Bandung. Hery, Budiyanto. 2007. Ujicoba Model Dan
Prototipa Tenda Pneumatik Sistem Knock Down Sebagai Bangunan Penampungan Sementara Untuk Korban Bencana. Laporan Hibah Penelitian PHK-A2. Malang: Jurusan Teknik Arsitektur Universitas Merdeka Malang.
Herzog, Thomas. 1976. Pneumatic Structures, a
handbook for the architect and engineer. London: Crosby Lockwood
Staples.
Intent. 2005. Membran Structures. Belgia: Kortrijk. Intent, Inc.
Itek. 2005. Air Cell Technology. Pennsylvania: Inflatable Technology- USA, Inc. Kent, Rudolph. 1994. Kesiapan Bencana:
Program Pelatihan Manajemen Bencana. Edisi Kedua. Jakarta: UNDP.
Luchsinger, Rolf H. et.al., 2004. Pressure
Indicated Stability: From Pneumatic Structure to Tensairity. Article
No.JBE-2004-025, Journal of Bionic
Engineering. Vol.1. No.3, hal.141-148. Changchun: PR China Jilin University - Nanling Campus.
Purwanto. 2000. Perkembangan Struktur
Pneumatik Memperkaya Desain Arsitektur. Jurnal Dimensi. Vol 28, No.
1. Surabaya: Universitas Kristen Petra. Otto, Frei. 1973. Tensile Structures. Cambridge:
The MIT Press.
Pahl, Peter Jan. 1963. Structuraal Models for
Architectural and Engineering
Education.. Cambridge: Massachusetts Insitute of Technology.
