## KETAHANAN ELEMEN STRUKTUR TERHADAP KEBAKARAN
Kusdiman Joko Priyanto

## Abstrak
Kebakaran  merupakan  bencana  yang  dapat  terjadi  setiap  saat  dan  kapan  saja. Banyak bangunan telah mengalami kebakaran karena berbagai sebab, antara lain akibat hubungan arus pendek, ledakan gas, sambaran petir dan sebagainya. Berbagai fenomena yang ada ketika kebakaran terjadi, diketahui adanya beberapa hal antara lain keganasan api,  pemindahan  panas,  penjalaran  api  dan  pengaruhnya  terhadap suatu elemen struktur. Sehingga  dengan  diketahui  fenomena  tersebut dapat  diupayakan agar  elemen struktur tahan  terhadap  bahaya  panas  dan  api.  Upaya  yang  dilakukan  dengan  cara memberikan  perlindungan  terhadap  elemen  struktur, melakukan sistem  perancangan struktur yang tepat, dan peningkatan kwalitas bahan struktur yang dipakai.
Kata  kunci  :  penjalaran  api,  perlindungan  struktur,  perancangan  struktur,  kwalitas bahan

## 1. PENDAHULUAN
Semakin pesatnya jumlah pembangu-nan dan sempitnya  lahan untuk mendirikan bangunan, para
pemilik  gedung  cenderung untuk  untuk memperluas bangunannya secara vertikal  dengan  menambah  jumlah lantai.
Pertimbangan  ketahanan  struktur terhadap
bahaya gempa sering
dilakukan, namun ketahanan struktur juga  harus diperhitungkan  terhadap kemungkinan  terjadinya  kebakaran.  Hal ini akan meyebabkan menurunnya kekuatan  dari  struktur  karena  pengaruh bahaya  panas  dan  api.    Tingkat ketahanan  struktur  terhadap  bahaya panas  dan  api  dapat  dipastikan  apabila metode  perancangan  dan  pelaksaaan konstruksi  telah  diterapkan  dengan  baik dan  benar serta  adanya  kwalitas yang baik dari bahan yang dipakai.

## 2. KONSEP  DASAR  STRUKTUR BAJA TAHAN API
Proses  mendasar  dari  perancangan struktur  baja  tahan  api  berawal  dari asumsi  yang  berkenaan  dengan  dampak yang  akan  mempengaruhi  terhadap sistem dan  penafsiran dari  struktur. Dalam  peranca-ngan  struktur  baja  tahan api,  pengaruh  dari  panas  api  sangat berdampak  pada  sistem  struktur,  artinya struktur  baja  dapat  dirancang  untuk bertahan  beberapa  saat  sebelum  terjadi kegagalan struktur, sehingga  diharapkan para  penghuni  yang  ada  didalamnya dapat  menyelamatkan  diri. Meskipun pada  akhirnya  struktur  tersebut  tidak dapat  sepenuhnya  dipertahankan  karena ketahanan  struktur  tersebut  tergan-tung dari  suhu  panas  yang  dipancarkan  dan lamanya  panas  yang  bekerja  pada struktur tersebut.
Oleh  karena  itu,  suhu  lingkungan dimana  struktur  tersebut  akan  didirikan harus diperhitungkan pertamakali apabila  terjadi  kebakaran.  Setelah  suhu lingkungan ditentukan selanjutnya menghitung  suhu  dimana  produk  baja
akan  dipanaskan  oleh  suhu  lingkungan yang diasumsikan. Elemen struktur baja.
biasanya  diberikan  perlindu-ngan untuk  meningkatkan  ketahanan  baja tersebut terhadap panas dan api.

## 3. SIFAT BAJA PADA SUHU TINGGI
Pada  suhu  yang  tinggi  seperti halnya  api,  sifat  baja  pada  suhu  tinggi berbeda  dengan  sifat  baja  pada  suhu ruangan. Dalam kondisi khusus tegangan leleh baja biasa mempunyai kemampuan untuk  menahan  beban  menurun  secara linier ketika suhu naik sampai 400 ° C dan hampir  tak  ada  tegangan  leleh  apabila hal  ini  dibiarkan  sampai  mencapai  suhu 800 ° C atau lebih.
Diagram tegangan-regangan dari suatu produk baja pada tes tegangan pada suhu tinggi JIS G 311G SN490C ditun-jukkan pada (gambar.1)
Gbr 1. Kurva regangan tegangan

## 4. ELEMEN  STRUKTUR  BAJA TAHAN API.
Uji  pemanasan  dilakukan  secara periodik  untuk  menentukan  ketahanan panas  api  dari  elemen struktur yang  di- masukkan  kedalam  api. Pengujian  kese- lamatan  bangunan  terhadap  panas  api dilakukan  pada  percobaan  tungku  api untuk  menghasilkan  suhu  api  yang sesuai  dengan  standar  curve  suhu  api ISO 834 (gambar.2)
Dibawah
ini ditunjukkan pengujian    pemanasan  pada  kolom  yang
dilakukan oleh Building Research Institute bekerja-sama dengan Japan Iron and  Steel  Federation. Percobaan  tungku api  yang  digunakan  untuk  pengujian kolom (foto.1).  Tungku  api  merupakan alat  percobaan  dengan  kriteria  sebagai berikut : kapasitas
beban  maksimum  20  MN,  luas  ruang pengukuran  dalam  dengan  lebar  2.50  m, dalam  2.50  m  dan  tinggi  4.00  m,  serta sistem  pengendalian  yang  diprogram secara otomatis untuk disesuaikan dengan standar pemanasan ISO 834. Pengujian  yang  terdiri  dari  serat keramik (ceramic-fiber) tahan api dengan  tebal  30  mm yaitu suatu  bahan tahan  api  selama  1  jam  yang  disebut fireguard, yang  membungkus  kolom
persegi  baja  berbentuk  pipa  yang  telah dirakit  dengan  cara  mengelas  bersama- sama  dengan  pelat  baja  SN490  dengan tebal  40  mm  JIS  G  3136  SN490C (foto.2)
Foto  1. Pengujian  kolom  pada  tungku api
Foto 2. Kolom baja terlindung
Pada  saat terjadi kebakaran  pada gedung  dalam  ruangan  kosong,  sangat jarang  api  dapat  terus  menyala  selama lebih  dari  2  jam  dan  ada  kemungkinan hanya  sedikit  kasus  keganasan  api  yang menjadi  begitu  luar  biasa  hingga melebihi  suhu  api  standar.  Oleh  karena itu  dapat  dikatakan  bahwa  kolom  yang mempunyai  ketentuan  seperti  contoh pengujian  memiliki  keta-hanan  api  yang cukup untuk menahan api pada umunya.
Hal  itu  telah  dibuktikan  dengan berbagai pengujian  yang terus dilakukan termasuk  pengujian  yang  menyediakan elemen-elemen  struktur  baja  dengan perlin-dungan  api  yang  tepat  yang memberikan  keamanan  untuk  melawan terhadap  bahaya  api. Banyak  aspek seperti  waktu  dan  biaya  untuk  menguji katahanan api melalui percobaan, bahkan  ketika  targetnya  adalah  elemen struktur  tunggal. Bagaimanapun  produk baja  menawarkan  sifat  material  yang stabil  dan  memungkinkan  kemudahan untuk  memperkirakan  kapan  tegangan leleh akan mengalami penurun pada saat suhu tinggi.
Oleh  karena  itu  apabila  memung- kinkan  untuk  mengevalusi  secara  tepat suhu baja selama ada bahaya api melalui
analisa  kuantitatif  dan  cara  pedekatan yang  lain,  sehingga  ketahanan  api  dari material baja dapat dihitung.
Metode  Finite  Difference satu demensi  adalah  salah  satu  format sederhana  dari  analisa  numerik  yang digunakan. Gambar-3 menunjukkan hasil penggunaan metode analisa numerik  yaitu  merupakan hasil  analisa nilai standar dari panas dan sifat lain dari material  baja  dan  material  perlindungan api.  Suhu  baja    yang  ditun-jukkan pada gambar  5 dapat  menyesuaiakan  dengan baik satu sama lain, sehingga memungkinkan untuk menyatakan bahwa peningkatan suhu elemen struktur baja  dapat  diperkirakan  dengan  teliti, bahkan saat  menggunakan metode finite defference satu demensi yang sederhana.
Gbr 3. Curve suhu-api baja dengan dengan analisa numerik

## 5. STRUKTUR BANGUNAN TAHAN API
Bukanlah hal tidak mungkin membuat analisa eksperimen atas ketahanan  api  dari  struktur  bangunan yang sesungguhnya, namun biaya digunakan  untuk    mencapai  hasil tersebut  jauh  lebih  besar  dibandingkan dengan  eksperimen  yang  dilakukan hanya  pada  elemen  struktur.  Analisa eksperimen  ketahanan  api  dari  seluruh bangunan masih jarang dan terbatas pada kasus-kasus tertentu.
Dengan
pertimbangan  rangka  struktur  yang berukuran sangat besar, pendekatan yang umum untuk menganalisis ketahanan api adalah dengan cara analisa numerik.

## 6. METODE VERIFIKASI
Metode  Verifikasi  ketahanan  api diperkenalkan mengikuti Standar Bangunan Jepang tahun 2000. Meode ini selanjutnya  disebut  dengan Metode Verifikasi. Standar Bangunan menetapkan  bahwa  bagian  struktur utama  dari  bangunan  tahan  api  harus memenuhi syarat-syarat sebagi berikut :
1. Struktur bangunan merupakan
struktur tahan api. 2. Mempunyai kemampuan :
a.    Tahan  terhadap  aksi  yang dihasilkan oleh api yang diprediksi  akan  terjadi  dalam ruang  tertutup  sampai  api  dapat dipadamkan, dan
b. Tahan terhadap api yang dihasilkan  oleh  api  normal  yang mungkin terjadi disekitar
bangunan  sampai  api  dapat dipadamkan (hanya dinding bagian luar). Metode Verifikasi sehubungan dengan permasalahan (2.a) diatas intensitas  dan  durasi  terjadinya  api  pada ruang tertutup dapat diperkirakan, sedangkan sehubungan dengan
permasalahan  (2.b)  diatas  kebakaran ekternal  ditetapkan    dan  selanjutnya dilakukan  verifikasi  bahwa  kolom, balok,  dinding  dan  bagian-bagian  lain dapat  bertahan  terhadap  intensitas  dan durasi terjadinya api.
Setiap  kinerja yang  diperlukan untuk  tiap  bagian  struktur  ditunjukkan pada tabel 1. Sarana untuk memverifikasi  setiap  kinerja  tersebut ditetapkan  dalam  Metode  Verifikasi.
Setiap Metode Verifikasi disu-sun sedemikian  rupa  sehingga  dapat  mem- buktikan  (memverifikasi )  bahwa  “ waktu ketahanan  api  waktu  duras i”    pada tahap akhir-verifikasi Tabel 1 Ketahanan api yang disyaratkan Kinerja yang diwajibkan Bagian struktur dasar Dinding bagian luar Dinding partisi Kolom Balok Lantai Tangga Atap Api tertutup • Kemampuan menahan beban
• Pembatasan • Integritas R* - R R* R - R - - R - - R R - R - - R - R Api eksterior
• Kemampuan menahan beban • Pembetasan R* R - - - - - - - - - - - - R : diwajibkan         R*: diwajibkan dalam h al “bearing wall” − : tidak diwajibkan
Pada tabel  1, kemampuan  menahan beban pada api tertutup diperlukan untuk kolom,  balok  dan  struktur  sangatlah penting  dari  bangunan  berstruktur  baja.
Standar bangunan  menetapkan  bahwa bangunan  apartemen,  rumah, hotel  dll yang  digunakan  oleh  sebagian  besar
orang dan bangunan diperkotaan  harus berstruktur tahan api.

## 7. DURASI API DAN SUHI API
Sebagaimana telah dijelaskan dimuka,  tahap  pertama  perancangan struktur  adalah  membuat  anggapan- anggapan  tentang  tin-dakan  yang  akan mempengruhi  sistem  struktur.  Dalam kasus  perancangan  tahan  api,  langkah pertama  adalah  membuat  anggapan- anggapan tentang pengaruh dari api yang memberikan panas pada struktur.
Api  dalam  praktek  dapat  terjadi dalam  berbagai ruangan  gedung  dan dipengaruhi  oleh  ventilasi  dan  ruangan yang  mudah  terbakar  dan  faktor-faktor lain  dari  dinding,  lantai  dan  struktur lainnya.  Berkaitan  dengan  ruangan  yang mudah terbakar, tidaklah mudah memperkirakan model api untuk membuat  anggapan  tentang  ukuran, tempat,  kwalitas  bahan    dari  ruang  yang mudah  terbakar  tersebut.  Oleh  karena dalam Metode Verifikasi suhu api secara umum  dinyatakan  dengan  persamaan sebagai berikut :
T f (t)  = α t 6 / 1 +  20            (  0 ≤ t ≤ t f ) (pers. 1)
dimana : T f (t) : suhu api ( ° C) t
: waktu penyebaran api (min)
t f
: durasi api (min) α : koef. kenaikan suhu api
Durasi  api,  t f (min)  didapat  dari persm. 2 dimana  total  caloritic  ruang  (Qr) dibagi  dengan  tingkat  pelepasan  panas (qb).
T f = qb Qr . 60 (pers 2) Nilai calorific dari media
penyimpanan  yang  mudah  terbakar dalam  ruang  tertutup  dinyatakan  dalam table-2 dengan  berdasarkan  pada
katagori ruang.  Tingkat pelepasan panas (qb) dihitung berdasarkan area permukaan  yang  mudah  terbakar  dan kondisi ventilasi.
Koefisien kenaikan suhu api sebesar
α ( ° C/min 1/6 )  merupakan parameter  untuk  menyatakan  intensitas api  dan  didapat  dari persm.3 Persamaan ini  menghitung  keseim-bangan  antara yang  dilepas  oleh  ruangan yang sudah terbakar  dan  panas  yang  hilang akibat dinding  parameter  (dinding,  lantai, langit-langit)
α = 1280 3 / 2 . .         ∑ op c F Ih A qb (pers. 3) dimana : Ac :  luas  area  dinding  parameter (m 2 ) Ih : inersia panas (KW.S 1/2 /m 2 .K)
F op : max [ ] 70 / . . . R R op op H A H A ∑
A op ,  H op :  luas  (m 2 )  dan  tinggi  (m) bukaan A R , H R : luas lantai (m 2 ), tinggi lantai (m)
Sementara  itu  kurva  suhu  api standar  ISO  834  menyesuaikan  dengan kurva  koefisien  kenaikan  suhu  api ditetapkan  pada
α =  460  dalam persamaan 1.
Tabel 2 : Nilai calorific per unit luas lantai dari penyimpanan yang mudah terbakar dalam suatu ruang.
Katagori ruang Nilai calorific (MJ/m 2 ) Ruang dapat dihuni Ruang kantor Ruang pertemuan Ruang kelas Arena senam Toko furniture atau took buku Toko yang lain Koridor, tangga, dan jalan terusan lain Gudang 720 560 160 400 80 960 480 32 2000 Metode  Verifikasi  memberikan me-tode perhitungan yang hanya mempertim-bangkan  penurunan  dalam kekuatan  hasil  dan  koefisien  elastisitas baja  biasa  pada  suhu  tinggi.  Oleh karenanya  baja  tahan  api dan  baja stainless  mempunyai  sifat  suhu  tinggi yang  lebih  tinggi  dari  baja  biasa  yang digunakan.
Pengujian dilakukan
untuk memban-dingkan  antara  ketahanan  api dari baja biasa dan baja tahan api dengan cara  menetapkan  kondisi  pengujian yang  identik  bagi kedua  jenis  baja  dan menggunakan  pengujian  tungku  api kolom  pada  Building  Research  Institute dengan hasil sebagi berikut : kolom baja yang  dipakai  dalam  pengujian  adalah kolom  baja  persegi  berbentuk  silinder (kelas  baja  SN490B,  standar  BCP, tabung  siku  600x600x28,  luas  sekat 600.3  cm 2 ,  momen  inersia  geometri 314.000 cm 4 ).
Pembungkus  dari  serat  keramik setebal  30  mm  digunakan  sebagai  pelin- dung (firequard). Hasil pengujian ditunjuk-kan  dalam tabel  3. Sepasang pengujian  baja  biasa  dan  baja  tahan  api mengindikasikan  hasil  dari  pemanfaatan suhu beban 0.6 kali penopang tekuk dari beban-beban  khusus  yang  mendukung kondisi  yang  diterima  dalam  struktur bangunan  dengan  dua  elemen  kolom
yang  selanjutnya  mema-naskan  elemen ini dengan menggunakan kurva suhu api standar ISO834.
Bagian lain dari pengujian ini, baja biasa  dan  baja  tahan  api  dilakukan dengan  menganggap  kondisi  dimana didalamnya  terjadi  suatu  keseimbangan beban  untuk  mendukung  beban  tekuk yang  diterapkan  pada  elemen  yang selanjutnya dipanaskan dengan menggunakan kurva api hidro-karbon.
Sebagaimana  dalam tabel.3  pada kondisi yang paling khusus dimana ratio kekuatan  sekitar  sumbu  adalah  0.6  dari standar  pemanasan  diterapkan,  baja tahan  api  kemampuan  untuk  menahan beban 80 menit lebih lama dibandingkan baja biasa.
Dan  karena  suhu  tekuk  dari  baja tahan  api  130 ° C  lebih  tinggi  dari  baja biasa,  maka  kolom  baja  tahan  api mmpunyai ketahanan  api  yang  lebih besar.  Selanjtnya  dalam  kasus  dimana ratio  kekuatan  sumbu  adalah  1.0    dan intensitas  pemanasan  yang  lebih  besar digunakan, maka baja tahan api menunjukkan  perbedaan  yang  cukup besar  dalam  suhu  tekuk  dibanding dengan  baja  biasa  seperti  ditunjukkan ketahanan api  dari baja tahan api sebagi berikut :
Tabel 3 No Nilai baja Kondisi pemanasan Beban Perbandingan kekuatan kolom Waktu tekuk Temperatur tekuk 1. 2. 3. 4. Baja biasa Bja tahan api Baja biasa Baja tahan api ISO standard ISO standard Hydrocarbon Hydrocarbon 8.60 MN 8.67 MN 14.19 MN 14.45 MN 0.6 0.6 1.0 1.0 210 min 290 min 135 min 215 min 550 ° C 680 ° C 410 ° C 600 ° C Standar Bangunan Jepang menetap-kan bahwa bangunan
(apartemen,  rumah,  hotel  dsb)  yang digunakan oleh sebagian besar orang dan bangunan  yang  didirikan  di  wilayah perkotaan harus berstruktur tahan api.
Selanjutnya  didalam  konstruksi bangunan tahan api untuk elemen balok, kolom dan elemen struktur lainnya harus sesuai  dengan  pertahanan  api  tertentu atau  penerapan  ketahanan  api  harus ditetapkan  melalui  perhitungan.  Suatu pendekatan yang digunakan untuk memastikan spesifi-kasi pengamanan api tertentu dengan  menyediakan  pelindung api  yang  akan  menjaga  suhu  baja  agar tetap  dibawah  350 ° C,  suhu  rata-rata produk  baja  yang  diperkenankan  selama kebakaran.
Alasan  utama  dalam  pendekatan ini  adalah  bahwa  batas  regangan (regangan yang diijinkan untuk memikul beban)  dari  baja  secara  umum    pada suhu tinggi turun pada 2/3 dari batas regangan suhu kamar  yang  ditetapkan sebesar  350 ° C,  dimana  suhu  ini  berada dibawah batas regangan yang diwajibkan untuk bangunan selama terjadi
kebakaran.
Baja  tahan  api  menjamin  bahwa baja mempunyai batas  regangan  pada suhu  tinggi  untuk  menahan  beban yang diijinkan  naik  sampai  600 ° C.  Secara umum temperatur selama terjadi
kebakaran  adalah  1000 ° C.  Oleh  karena itu  ketika  baja  pada  umumnya  harus dibatasi  sedemikian  rupa  sehingga  suhu baja  tidak  lebih  dari  350 ° C, sedangkan baja  tahan  api  hanya  perlu  dibatasi sedemikian  rupa  agar  suhu  baja  tidak lebih dari 600 ° C sehingga tidak mengurangi  kemampuan  baja  untuk melindungi dari api.
Selanjutnya  baja  tahan  api  dapat digunakan tanpa pelindung api pada saat api  dan  kondisi  perancangan  bangunan menunjukkan  bahwa  suhu  dari  elemen baja  selama  terjadi  kebakaran  tidak melebihi
600 ° C. Perancangan
mengijinkan baik untuk baja umum atau baja  tahan  api  untuk  dapat  digunakan diluar  batas  suhu  baja,  dalam  hal  ini 350 ° C  untuk  baja  umum  dan  600 ° C untuk baja tahan api. Kegunaan dari baja tahan api dengan
demikian memungkinkan  penurunan  biaya  dan waktu konstruksi serta merupakan bahan yang efektif  untuk  digunakan  dalam ruang interior
Diantara  sifat  utama dari  baja  tahan  api adalah :
a. Batas  regangan  pada  suhu  tinggi relatif  tinggi,  dan  batas  regangan pada  suhu  600 ° C  lebih  dari  2/3 nilai  suhu  yang  ditetapkan  pada suhu kamar.
b. Sifat  dari  suhu  kamar  sesuai dengan spesifikasi untuk
berbagai material baja.
8. KARAKTERISTIK BAHAN BAJA a. Sifat Suhu Tinggi Perbandingan dari batas regangan suhu tinggi pada baja biasa dan  baja  tahan  api.  Ketika  batas regangan  dari  baja  biasa  turun sampai 350 ° C atau kira-kira 2/3 dari nilai  yang  ditetapkan  pada  suhu kamar  sedangkan  baja  tahan  api mencapai  lebih  dari  2/3  nilai  suhu kamar yang ditetapkan sampai 600 ° C terlam-paui.  Hal  ini  menunjukkan begitu tinggi-nya batas regangn pada suhu tinggi.
Perbandingan
karakteristik rangkak  (creep)  suhu  tinggi  600 ° C antara  baja  biasa  dan  baja  tahan  api. Pada  baja  biasa  regangan  rangkak 1%  terjadi  apabila  diberi  beban  125 N/mm 2 selama  10  menit,  sementara dalam  baja  tahan  api  regangan rangkak  1%  terjadi  apabila  diberi beban 225 N/mm 2 selama 100 menit.

## b. Sifat Suhu Kamar
Dalam  baja  tahan  api, unsur- unsur  logam  ditambahkan  untuk meningkat-kan  batas  regangan  pada suhu  tinggi,  sementara  sejumlah campuran  logam  untuk  menghalangi sifat  getas,  seperti  C  dan  Mn dikurangi.  Akibatnya  baja  tahan  api memenawarkan  sifat  getas  yang sama  atau  bahkan  melebihi sifat getas baja biasa

## 9. KESIMPULAN
Diantara  sifat  utama  dari  baja  tahan  api adalah : a.  Sifat  baja  pada  umumnya  sangat lemah  terhadap  bahaya  panas  dan api.
b. Baja  biasa  mengalami  regangan rangkak  (creep)  1%  apabila  diberi beban  125  N/mm2                selama  10 menit  sedangkan  baja  tahan  api mengalami  regangan  rangkak  1% apabila  diberi  beban  225  N/mm2 selama 100 menit.
c. Batas  ijin  baja  tahan  api  dapat bertahan  sampai  batas  tidak  lebih dari  600 ° C  sedangkan  baja  biasa dapat  bertahan  sampai  batas  tidak lebih dari 350 ° C.

## DAFTAR PUSTAKA
Jurusan  Teknik  Sipil – FTSP – ITB,
2000. Tata  Cara  Perencanaan Struktur  Baja  Untuk  Bangunan Gedung Mamoru Kohno, 2003. Fire Resistance  of  Steel  Structures – Its  Verification  Method  in  the Building  Standard.  Department of  Fire  Engineering, Building
Research Institute. Mamoru Kohno, 2003. Fire Resistance  Excellent  Properties at Elevated Temperatures-
Department of Fire

## Biodata Penulis
Kusdiman Joko Priyanto, ST,MT Surakarta 3 Agustus 1967(UTP-1996 dan UNDIP-2008) Kelompok Studi Bidang Struktur