Advanced Material dalam Teknologi Konstruksi

Dunia konstruksi berkembang dengan sangat akseleratif. Tuntutan untuk mencapai sesuatu yang lebih, menjadi hal yang makin umum. Bentang yang lebih panjang, luasan yang lebih lebar, penampang yang lebih tipis, ruang dan fungsi yang makin maksimal. Tuntutan arsitektural saat ini makin melebihi konsep-konsep dasar mekanika dan standar umum yang telah digunakan oleh banyak insinyur.

Dampak terhadap hal tersebut tentu saja berkaitan dengan aspek struktural. Untuk membentuk kapasitas struktur yang mumpuni, tidak hanya diperoleh dari pertimbangan teknis mekanika dalam perhitungan saja, namun juga pertimbangan teknologi material sebagai penyusun bentuk struktur bangunan. Penggunaan teknologi struktur dan material tidak bisa hanya mengandalkan teori dan praktik konservatif, namun diminta untuk lebih mutakhir sehingga dapat menyelesaikan masalah modern.

Advanced Material Sebagai Solusi

Permasalahan dalam bidang struktur dan konstruksi selalu menantang. Beton struktural selalu memiliki permasalahan terhadap keropos karena pori-pori pada permukaan, kuat tarik yang sangat rendah, dan faktor kembang-susut yang besar. Permasalahan inilah yang menyebabkan beban Rangkak dan Susut (Creep and Shrinkage), serta perilaku keruntuhan yang getas sehingga dapat menimbulkan keruntuhan secara tiba-tiba.

Anomali struktur kerapkali terjadi pada bangunan eksisting. Anomali pada pelat, balok, kolom ataupun pondasi. Kondisi tersebut dibutuhkan perbaikan struktur pada area-area terkait. Beberapa kendala pada pelaksanaan perbaikan/ perkuatan struktur adalah seringkali area-area yang perlu diperbaiki memiliki space (ruang) yang terbatas. Penggunaan peralatan dan bahan yang konservatif menjadi tidak relevan. Belum lagi jika dilakukan pembongkaran untuk memperbesar dimensi dan menambah tulangan/ perkuatan baja.

Berdasarkan kondisi dan keterbatasan di atas, maka sudah saatnya penggunaan Advance Material digunakan secara lebih taktis dan menyeluruh pada pelaksanaan teknologi konstruksi. Penggunaan Advance Material akan mempermudah untuk menanggulangi setiap kendala-kendala yang sering ditemui di lapangan.

Tipe Advanced Material

Berikut ini akan kami jelaskan mengenai tipe-tipe Advanced Material dalam teknologi konstruksi.

Self Healing Concrete

Self-Healing ini dimaksudkan bahwa sebuah material memiliki kemampuan untuk memperbaiki kondisi internal, tanpa sebuah bantuan/ tambahan dari faktor eksternal. Pada material beton biasanya menggunakan healing-agent /spora bakteri (autonomous) atau autogeneus, yakni memaksimalkan komposisi campuran. Sistem kerja Self Healing Concrete akan kami jelaskan melalui gambar di bawah ini.

Gambar di atas menunjukkan reaksi kimia dapat melibatkan dua proses, yakni hidrasi lanjutan dari semen portland serta pembentukan kalsium karbonat (CaCO₃) yang pada akhirnya dapat menutup retakan beton. Pada gambar (a) dan (c) menggunakan bantuan spora bakteri dan kapsul sebagai healing agent yang menutup retakan beton.

Mekanisme yang ditawarkan dalam teknologi self-healing adalah adanya kepastian bahwa beton yang retak akan memperbaiki dirinya sendiri melalui fitur internal. Dengan perbaikan dari diri sendiri, maka tidak lagi diperlukan perkuatan/ perbaikan dari eksternal.

Aplikasi beton self-healing ini dapat dilakukan pada beton struktural dan proyek pada umumnya. Namun, dalam penelitian yang dilakukan Rajczakowska, et al (2019) lebih menyarankan penggunaan autogeneus Self-healing karena lebih efisien, lebih hemat biaya, lebih aman, dan lebih mudah untuk dilakukan.

Fiber Reinforced Polymer

Fiber Reinforced Polymer atau Fiber Reinforced Plastic yang selanjutnya disebut FRP merupakan sistem komposit dari gabungan serat yang memiliki nilai kekuatan dan modulus tinggi dalam polimer yang memiliki kemampuan transfer beban yang proporsional.

Kemampuan FRP ditentukan dari orientasi serat terhadap pola tegangan yang terjadi pada elemen struktur bangunan. FRP pada umumnya terdiri dari serat karbon (Carbon FRP atau CFRP) atau serat kaca (Glass FRP atau GFRP). Pada gambar di bawah ini, ditunjukkan tipe arah serat FRP.

FRP seringkali digunakan sebagai strengthening untuk meningkatkan kapasitas suatu struktur. Dalam pemilihan tipe bahan serat biasanya akan disesuaikan dengan sifat material dari bahan yang akan diperbaiki. Untuk nilai kekuatan paling tinggi dapat menggunakan CFRP.

Aplikasi FRP dapat dilakukan pada elemen struktur beton bertulang dan struktur baja. Melalui bagan di bawah ini, dijelaskan salah satu skema variasi perkuatan yang dapat dilakukan untuk area balok beton bertulang.

Tantangan sebagai pengkaji teknis dan perencana

Perencanaan dalam dunia konstruksi seharusnya makin beradaptasi terhadap kebutuhan dan tantangan di lapangan. Penggunaan teknologi kontruksi yang mutakhir seharusnya dapat dimulai dari hulu, yakni perencana dan konstruktor sehingga akhirnya dapat diterapkan pada tingkat hilir, yakni penyedia jasa konstruksi dan material.

Selanjutnya sebagai pengkaji teknis, pemanfaatan teknologi dapat digunakan untuk kepentingan rekomendasi perbaikan struktur, sehingga desain perbaikan yang digunakan memiliki efektifitas dan ketepatan yang tinggi.

Tantangan masa depan

Salah satu boundary (batasan) dalam perkembangan teknologi desain dan konstruksi adalah kegagapan insinyur lokal dalam menerapkan Advance Material. Kebergantungan penggunaan material pada “biasanya menggunakan ini” merupakan sebuah batasan yang membuat teknologi konstruksi menjadi sangat terbatas terhadap tantangan arsitektural ataupun perbaikan struktur bangunan.

Dalam dunia teknik, akan selalu ada gap antara teori dan perhitungan terhadap aplikasi di lapangan. Salah satu yang menjadi keengganan para pelaksana melakukan inovasi teknologi adalah karena teknologi modern menuntut ketelitian dan perlakuan yang seksama.

Untuk itu, melalui artikel ini, PT Eticon Rekayasa Teknik sebagai konsultan di bidang perencanaan dan desain struktur bangunan mengharapkan peneliti dan pelaku usaha teknik dapat bersinergi untuk menciptakan sistem dan pelaksanaan yang aplikatif dalam konteks Advance Material, sehingga penerapannya dapat menyeluruh dan mudah dilaksanakan.

Referensi :

Monti, G., et al. 2005. Shear strengthening of beams with composite materials. FRP Composites in Civil Engineering.
Mohr, Dirk. 2015. Introduction to Fiber-reinforced Composite Materials. Lecture Part 11
Rajczakowska, Magdalena, et al. 2019. Autogenous Self-Healing: A Better Solution for Concrete. American Society of Civil Engineering