PENERAPAN TEKNOLOGI DALAM KONSTRUKSI GEDUNG TAHAN GEMPA

Gempa bumi merupakan bencana alam yang paling menakutkan bagi

manusia. Ini karena kita selalu mengandalkan tanah tempat kita berpijak di bumi

ini sebagai landasan yang paling stabil yang bisa selalu dalam keadaan diam dan

menopang kita. Begitu terjadi gempa bumi, kita tiba-tiba menyadari bahwa tanah

yang kita pijak tersebut ternyata bisa kehilangan stabilitasnya sehingga mampu

menelan korban. Bencana alam lainnya, misalnya meletusnya gunung berapi, bisa

dideteksi dengan teknologi yang semakin lama semakin disempurnakan oleh para

ilmuwan. Lain halnya dengan gempa bumi yang umumnya terjadi begitu saja

sehingga selalu mengejutkan kita

 Dalam waktu beberapa detik saja gempa bumi

bisa menghancurkan bangunan-bangunan megah yang dibangun dengan susah

payah selama bertahun-tahun. Gempa bumi yang hebat bahkan memakan korban

jiwa dalam jumlah tidak sedikit.

 Karena itulah para ilmuwan terus mencoba

mengembangkan teknologi yang bisa memperkirakan lokasi sumber gempa dan

kekuatan gempa, sekaligus memprediksi terjadinya gempa supaya dapat

mengusahakan pengungsian sebelum gempa itu mulai mengamuk dan

mengejutkan semua orang.

Untuk mencegah terjadinya kerugian besar akibat

hancurnya bangunan-bangunan penting, para ilmuwan juga mengembangkan

teknologi untuk memperkuat bangunan sehingga dapat bertahan dari serangan

gempa bumi. Negara-negara yang sering diserang gempa bumi seperti Jepang

sudah banyak menggunakan teknologi ini pada gedung-gedung dan bangunan bangunan besar. Teknologi itu terus dikembangkan dan disempurnakan sampai didapatkan bangunan tahan gempa yang paling kuat sekalipun.

Salah satu teknologi yang gencar dikembangkan adalah penggunaan cairan

MagnetoRheological atau disebut juga MR fluid untuk meningkatkan stabilitas

bangunan saat terjadi gempa. Cairan ini berwarna keabuabuan dan tampak agak

mengkilat seperti minyak. Massa jenis (densitas) cairan istimewa ini tiga kali

lebih besar dari densitas air (densitas air pada temperatur normal sekitar 1 g/mL).

Fluida ini tersusun dari partikel-partikel besi yang mengandung gugus karbonil,

cairan pelarut, dan bahan-bahan aditif lainnya. Partikel-partikel besi (carbonyl

iron) yang sangat halus ini memiliki diameter 3-5 μm (1 μm = 10-6 meter).

 Cairan MR mengandung 20-40% partikel-partikel besi ini. Saat dalam keadaan kering (belum bercampur dengan cairan pelarutnya) partikel-partikel halus ini tampak

seperti tepung berwarna hitam. Cairan pelarut yang digunakan umumnya adalah

minyak (cairan hidrokarbon).

 Supaya partikel-partikel besi dapat terus tersuspensi

dalam cairan pelarutnya, perlu ditambahkan zat-zat aditif. Zat-zat ini merupakan

komponen yang dirahasiakan. Dengan bantuan zat aditif, proses pengendapan

akibat gaya gravitasi dapat dihambat sehingga partikel-partikel besi bisa

mempertahankan keadaan tersuspensi. Selain itu zat aditif juga berfungsi untuk

meningkatkan lubrikasi dan mengendalikan kekentalan (viskositas) fluida.

Komponen yang menjadi sumber keistimewaan fluida MR adalah partikelpartikel

besi yang halus tadi. Saat fluida MR didekatkan ke magnet, medan

magnet memaksa partikel-partikel ini untuk langsung berbaris dan membentuk

polaritas yang seragam sehingga fluida semakin mengeras (molekul-molekulnya

semakin rapat dan teratur) dan berubah menjadi padatan.

 Semakin kuat medan magnetnya semakin keras pula padatan yang terbentuk. Saat medan magnetnya hilang, molekul-molekulnya kembali menjauh dan tidak beraturan seperti semula.

MR yang padat itu pun kembali berubah menjadi fluida. Fluida yang memiliki

karakteristik istimewa ini ditemukan sekitar tahun 1940 oleh Jacob Rabinow.

Sejak ditemukannya para ilmuwan belum bisa menemukan cara yang tepat untuk

mengontrol medan magnet dengan baik sehingga fluida ini belum banyak

dimanfaatkan. Masalah ini kini sudah bisa diselesaikan dengan ditemukannya

sistem canggih seperti digital signal processor serta melimpahnya computer computer yang bisa digunakan untuk mengatur medan magnet yang diaplikasikan

pada fluida MR ini. Lalu bagaimana caranya fluida ini bisa membuat bangunan

menjadi tahan gempa?

 Dengan cara menempatkannya dalam damper 

Bangunan-bangunan seperti gedung-gedung besar pencakar langit dan

jembatan-jembatan besar di negara-negara yang sering mengalami gempa bumi

biasanya dilengkapi dengan damper (jumlahnya bergantung pada ukuran

bangunan) yang berfungsi untuk menyerap sebagian gaya yang tercipta akibat

getaran. Gempa bumi terjadi saat ada getaran di permukaan bumi. Jika kita berdiri

di dekat rel kereta api saat ada kereta yang lewat kita biasanya merasakan getaran

yang ditimbulkan oleh kereta api tersebut.

Getaran ini sebenarnya termasuk gempa bumi dalam skala mini. Gempa bumi yang lebih besar yang dikategorikan

sebagai bencana alam biasanya berupa getaran hebat yang diakibatkan oleh

meletusnya gunung berapi, tabrakan dengan meteor, ledakan bawah tanah,

penghancuran tambang, dan terutama oleh pergeseran lempeng-lempeng bumi.

Getaran-getaran ini bisa membentuk resonansi gelombang yang dapat

memperkuat getaran sehingga mampu menghancurkan bangunan-bangunan besar

yang semula berdiri kokoh di permukaan bumi. Damper bertugas untuk

mengacaukan resonansi ini supaya dapat menghindari atau memperkecil efek

perusakan yang mungkin terjadi. Damper yang digunakan bisa bersifat aktif, pasif,dan semiaktif. Damper yang aktif merupakan generator yang secara aktif selalu berusaha melawan segala bentuk gangguan.

 Generator ini menghasilkan gaya yang mendorong struktur bangunan yang mengalami gangguan. Damper jenis ini

sangat mudah dikendalikan tetapi membutuhkan energi yang sangat besar.

Damper yang pasif justru tidak membutuhkan energi sama sekali. Damper ini

sangat sederhana dan membutuhkan biaya perawatan yang rendah tetapi tidak bisa

dikontrol sehingga tidak bisa beradaptasi terhadap berbagai perubahan. Damper

semiaktif merupakan gabungan damper pasif dan aktif. Saat ada gangguan,

damper ini melawannya dengan gaya yang bisa mempertahankan struktur

bangunan tanpa menggunakan gaya dorong seperti damper aktif. Damper ini

mudah dikendalikan dan tidak membutuhkan energi yang besar. Damper yang

menggunakan fluida MR merupakan damper semiaktif yang bisa dikendalikan

dengan cara mengatur jumlah listrik yang mengalir pada elektromagnet dalam

damper.

Kumparan elektromagnet ditempatkan di dalam damper untuk

mengendalikan fluida MR. Sekitar lima liter fluida dapat ditampung oleh damper.

Bangunan juga dilengkapi dengan sensor getaran yang langsung mengirimkan

sinyal pada komputer (saat ada getaran) supaya mengalirkan listrik pada damper.

Karena ada aliran listrik pada elektromagnet, terciptalah medan magnet yang

menyebabkan mengerasnya cairan MR. Frekuensi perubahan cairan MR menjadi

padat bisa mencapai ribuan kali per detik karena adanya pulsa elektromagnetik.

Frekuensi tinggi ini dapat meningkatkan temperatur fluida sehingga terjadi

ekspansi (bertambahnya volume fluida). Bagian atas damper dilengkapi dengan

thermal expansion accumulator untuk mencegah ledakan akibat kenaikan tekanan

saat terjadinya ekspansi.

Damper bergerak-gerak dan mengeluarkan gaya untuk melawan getaran

gempa. Fluida MR yang sudah berubah jadi padatan dapat menambah besarnya

gaya yang bisa dihasilkan damper ini. Semakin besar getaran semakin besar pula

arus listrik yang mengalir sehingga medan magnet yang tercipta semakin kuat.

Kuatnya medan magnet ini menyebabkan semakin kerasnya padatan yang

terbentuk sehingga damper bisa menghasilkan gaya yang lebih besar untuk

melawan getaran gempa. Saat getaran gempa berhenti, komputer menghentikan

aliran listrik pada elektromagnet sehingga medan magnetnya hilang dan padatan

MR berubah kembali menjadi fluida. Damper dengan teknologi MR fluid ini dapat

dipasang pada semua bangunan baru maupun lama sehingga menambah kekuatan

bangunan dan memperkecil resiko kehancuran akibat gempa. Dengan bangunan

yang lebih stabil, keselamatan penduduk pun bisa lebih terjamin. Hebatnya lagi,

damper yang dilengkapi fluida MR ini dapat pula digunakan dalam kehidupan

sehari-hari sebagai penyerap getaran pada berbagai peralatan elektronik seperti

mesin cuci, dan sebagai shock absorber pada mobil.