“Seismic Invisibility Cloak” Mengenal Jubah Bangunan Anti Gempa

Indonesia dan Gempa Bumi

Indonesia dikenal sebagai negara kepulauan yang berada pada pertemuan Lempeng Eurasia, Pasifik, dan Indo-Australia. Lempeng tektonik tersebut saling bergerak dan bertumbukan. Salah satu diantaranya akan menunjam dan menjadi kawasan sumber terjadinya gempa bumi. Badan Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG) mencatat terdapat lebih dari 667 aktivitas gempa tektonik sepanjang Juni – Juli 2020 dalam berbagai variasi magnitudo dan kedalaman. Sebanyak 18 kali gempa memiliki kekuatan di atas Magnitudo 5,0 Skala Richter, sisanya adalah gempa dengan skala yang lebih kecil (BMKG, 2020). Sebagian besar korban jiwa saat peristiwa gempa bumi disebabkan karena runtuhnya konstruksi bangunan. Meskipun teknologi saat ini sudah canggih, namun tetap saja belum mampu memprediksi kapan dan di mana gempa bumi terjadi. Tetapi banyak upaya rekayasa lain yang dapat dilakukan salah satunya berkaitan dengan rekayasa konstruksi bangunan seperti Seismic Invisibility Cloak.

Seismic Invisibility Cloak Jubah Bangunan Anti Gempa

Gempa bumi merupakan sebuah gelombang yang kemudian diklasifikasikan menjadi berbagai jenis, yakni body wave, surface wave, rayleigh wave dan love wave. Para peneliti dari Institut Fresnel dan Aix Marseille Université, di Marseille Perancis telah merancang bahan-bahan dengan struktur internal yang mampu mengganggu perambatan gelombang. Melalui konsep tersebut energi dari gelombang gempa berusaha diarahkan agar menjauhi pemukiman maupun bangunan penting lainnya. Hal ini yang membuat konsep tersebut dinamakan Seismic Invisibility Cloak karena bertujuan membuat bangunan menjadi “tidak terlihat” (invisible) oleh gelombang gempa bumi, Ide ini muncul dengan hipotesis bahwa gelombang gempa dapat dibelokkan layaknya gelombang pada air dan gelombang bunyi (Brûlé et al, 2014).

Gambar 1. Ilustrasi konsep Seismic Invisibility Cloak Jubah Bangunan Anti Gempa. Metamaterial dibuat disekitar bangunan yang dianggap penting agar aman dari gempa (Sumber: Douglas, April 19, 2014)

Penelitian Awal di Cekungan Aluvial Perancis Selatan

Pada tahun 2013, Stéphane Brûlé dan timnya dari Institut Fresnel dan Aix Marseille Université, di Marseille, Perancis, melakukan uji coba penggalian lubang bor silinder pada wilayah cekungan aluvial di Perancis Selatan, sedalam 5 meter. Wilayah cekungan aluvial di Perancis Selatan sendiri didominasi oleh material lempung hingga kedalaman 200 meter. Percobaan kemudian dilanjutkan dengan membuat gelombang seismik pada frekuensi tertentu. Mereka kemudian memantau area tersebut dengan sensor akustik dan menganalisis bagaimana gelombang seismik merambat. Hasilnya susunan lubang bor yang teratur ini mampu menyebarkan gelombang permukaan destruktif yang masuk, membuat getaran gelombang tersebut saling mengganggu satu sama lain dan meredamnya (Brûlé et al, 2014).

Gambar 2. Ilustrasi proses uji coba awal Seismic Invisibility Cloak Jubah Bangunan Anti Gempa yang dilakukan di cekungan aluvial di wilayah Perancis Selatan. Bagian (a). gelombang seismik di cekungan aluvial dan bagian (b) penampang alat uji seismik pada bidang xyz (Sumber: Brûlé et al, 2014)

Gambar 3. Foto proses uji coba awal yang dilakukan di cekungan aluvial di wilayah Perancis Selatan (Sumber: Brûlé et al, 2014)

Penelitian pada Pola Sebaran Pohon di Kawasan Hutan

Berawal dari hasil uji coba pada cekungan aluvial di Perancis Selatan tersebut kemudian dilakukan penelitian lebih lanjut. Ahli matematika di Imperial College London, Andrea Colombi, bekerja sama dengan beberapa peneliti dari Perancis kemudian mencoba pendekatan yang berbeda. Pada pola pengaturan yang tepat, interaksi pohon yang beresonansi dapat mengarahkan energi gelombang seismik jauh ke dalam tanah, sehingga mampu mengurangi kerusakan sekitar akibat gelombang gempa bumi. Pada kawasan hutan, para peneliti mencatat bahwa sebaran ketinggian pohon tertentu dan celah di antara mereka mampu memberikan perlindungan terhadap getaran gelombang seismik. Jika pohon-pohon tersebut diatur dengan pola tertentu serta dibuat dengan menurunkan ketinggiannya, maka akan mampu meredam frekuensi seismik yang lebih luas (Colombi et al, 2016).

Gambar 4. Ilustrasi penelitian yang dilakukan pada kawasan hutan di mana pohon-pohon diatur dengan ketinggian menurun dan hubungannya dengan sumber gelombang Rayleigh (Sumber: Colombi et al, 2016).

Gambar 5. (a.) Kenampakan susunan bangunan dan metamaterial (Meta-cylinders) sebagai penghalang untuk melindungi dari gelombang seismik. (b.) Pandangan atas dari penghalang gelombang gempa pada bangunan yang dikelilingi oleh banyak metamaterial berbentuk silinder (Sumber: Kim and Das, 2012).

Pengembangan Seismic Invisibility Cloak

Seismic Invisibility Cloak kemudian dikembangkan dengan membuat cincin-cincin concente and plastic yang dibangun mengelilingi fondasi bangunan. Seismic Invisibility Cloak yang terdiri dari cincin-cincin concente and plastic tersebut disusun mengelilingi fondasi bangunan dengan urutan dari yang paling kaku hingga paling fleksibel dari luar ke bagian terdalam. Hal ini akan membuat gelombang gempa mengikuti jalur melingkar menjauh dari fondasi bangunan. Simulasi komputer menunjukkan bahwa teknologi ini dapat melindungi 70% gelombang gempa paling merusak yang merambat secara horizontal (Ungureanu et al, 2019).

Gambar 6. Ilustrasi Seismic Invisibility Cloak Jubah Bangunan Anti Gempa (Sumber: Ungureanu et al, 2019)

Gambar 7. Ilustrasi konsep teknologi Seismic Invisibility Cloak Jubah Bangunan Anti Gempa ketika terjadi fenomena gempa bumi (Sumber: Zitzman, February 6, 2019)

Selain itu terdapat beberapa alternatif lain pada desain pembuatannya. Seismic Invisibility Cloak, dapat dibangun dengan menggabungkannya dengan pola penanaman pohon yang melingkar dan teratur di sekitar bangunan yang dianggap penting (Ravilious, July 23, 2016)

Gambar 8. Alternatif lain pada desain pembuatan Seismic Invisibility Cloak Jubah Bangunan Anti Gempa (Sumber: Ravilious, July 23, 2016)

Perlu Penelitian Lebih Lanjut

Penelitian mengenai Seismic Invisibility Cloak atau Jubah Bangunan Anti Gempa masih perlu pengembangan. Hal ini juga yang membuat implementasi dari teknologi ini masih minim digunakan di dunia (Ungureanu et al, 2019). Jika memang teknologi ini bisa terus berkembang dan manusia masih lebih sulit untuk dapat meramalkan kapan gempa itu terjadi, maka “menepis” gelombang gempa bisa menjadi opsi solusi yang dapat diimplementasikan di Indonesia yang merupakan wilayah rawan gempa bumi.

Referensi

BMKG. 2020, Juli 25. Katalog Gempa Bumi. http://repogempa.bmkg.go.id/repo_new/repository.php (Diakses pada 25 Juli 2020 Pukul 23.43 WIB)

Brûlé et al. 2014. Experiments on Seismic Metamaterials: Molding Surface Waves. Physical Review Letters 112:133901. (https://www.researchgate.net/publication/261766425_Experiments_on_Seismic_Metamaterials_Molding_Surface_Waves)

Colombi et al, 2016. A seismic metamaterial: The resonant metawedge. Sci. Rep, 3, 19240. (https://www.researchgate.net/publication/303908690_A_seismic_metamaterial_The_resonant_metawedge)

Colombi et al, 2016. Forests as a natural seismic metamaterial: Rayleigh wave bandgaps induced by local resonances. Sci. Rep, 5, 19238. (https://www.nature.com/articles/srep19238)

Douglas, Rebecca. 2014, April 19. New Cloaking Device Could Hide Future Buildings from Earthquakes. https://the-gist.org/2014/04/new-cloaking-device-could-hide-future-buildings-from-earthquakes/ (Diakses pada 29 Juli 2020 Pukul 22.17 WIB)

Guenneau et al. 2015. Molding acoustic, electromagnetic and water waves with a single cloak. Scientific Reports, 5, 5:10678 | DOI: 10.1038/srep10678. (https://www.nature.com/articles/srep10678)

Kim, S-H., and M. P. Das. 2012. Seismic waveguide of metamaterials. Modern Physics Letters B 26:1250105. (https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217984912501059)

Ravilious, Kate. New Scientist Vol 231, Issue 3083, 23 July 2016: 34 – 37. (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0262407916313306)

Ungureanu et al. 2019. The influence of building interactions on seismic and elastic surface waves. Physical Review Letters, 112, p. 1 – 16. (https://arxiv.org/abs/1904.04133)

Zitzman, Lior. How Earthquake-Proof Buildings Are Designed. February 6, 2019. https://www.bigrentz.com/earthquake-proof-buildings (Diakses pada 27 Juli 2020 Pukul 23.53 WIB)