Penyelidik China Kaji Bangunan Kalis Gempa Bumi Cetakan 3D

Di sebuah taman teknologi sains di Institut Mekanik Kejuruteraan (IEM) di bawah Pentadbiran Gempa Bumi China di bandar Sanhe, Provinsi Hebei, sepasukan pakar China dalam bidang pembinaan pintar, kejuruteraan struktur dan rintangan gempa bumi telah menjalankan eksperimen ‘memusnahkan’ untuk model rumah cetakan 3D.

Difahamkan, model rumah konkrit cetakan 3D tersebut telah dibawa untuk diuji oleh pasukan yang diketuai oleh Sun Xiaoyan, profesor madya dari Koleh Kejuruteraan Awam dan Seni Bina di Universiti Zhejiang.

Penyelidik sedang menandakan rekahan pada model rumah cetakan 3D di tapak eksperimen. (Foto oleh Kang Pu)

Ketegapan model tersebut secara amnya ditentukan oleh keberkesanannya dalam merintangi gempa bumi.

Sun telah berkolaborasi dengan Syarikat Teknologi Lingtong Hangzhou, iaitu syarikat yang khusus dalam pembinaan digital dan reka bentuk cetakan 3D di Hangzhou, untuk mengukur secara tepat struktur prestasi kalis gempa bumi menggunakan model digital 3D.

Menurut analisis teori, rintangan gempa bumi tersebut telah ditarafkan sebagai sangat baik. Namun, untuk mengesahkan penarafan tersebut, Sun dan pasukan pakar dari kawasan berbeza memutuskan untuk menjalankan ujian meja goncang.

Meja goncang ialah peranti yang menyerupai gempa bumi, dan dalam ujian ini, meja goncang yang digunakan adalah meja enam darjah kebebasan terkini yang mampu menghasilkan getaran mendatar dan menegak, serta pergerakan putaran.

Untuk memadankan dimensi meja yang bergoncang, Sun memberi tugasan kepada setiap kilang untuk menghasilkan model rumah 3D yang diperkecilkan berukuran lima meter panjang dan lebih daripada satu meter lebar, yang juga merupakan dimensi had maksimum untuk ujian.

Eksperimen itu termasuk enam keadaan seismik yang berbeza, dengan tujuh ujian dijalankan untuk setiap situasi.

"Matlamatnya adalah untuk terus menggoncangnya sehingga ia rosak, iaitu untuk melihat betapa kuatnya ia boleh bertahan semasa gempa bumi," kata Sun.

Selepas gegaran reda, penyelidik akan memeriksa dengan teliti setiap sudut model rumah dan membuat tanda pada setiap rekahan yang kelihatan.

Namun demikian, pemeriksaan visual merupakan sekadar sebahagian daripada penilaian. Model ini dilengkapi dengan penderia pecutan, penderia anjakan, tolok terikan dan sistem penjejakan optik lanjutan yang diperkasakan oleh pengecaman video.

Selain itu, empat kamera berkelajuan ultra tinggi yang diletakkan pada kedua-dua belah struktur juga berkemampuan untuk menangkap perubahan yang paling kecil semasa simulasi gempa bumi.

"Kamera berkelajuan ultra tinggi ini boleh menangkap 3,000 bingkai dan menghasilkan 6GB data imej sesaat, dengan tiada pergerakan struktur yang tidak disedari," kata Zhu Liangying, petugas di Hefei Zhongke Junda Vision Technology yang merupakan syarikat pengeluar kamera itu.

Pelancong bergambar di hadapan sebuah rumah ladang cetakan 3D di kampung Wujiazhuang, Zhangjiakou di Provinsi Hebei, utara China. (Foto oleh Chen Xiaodong)

Pada 2024, institut itu menerajui pembangunan sistem amaran dan pemantauan awal gempa bumi berkelajuan tinggi generasi akan datang, yang telah digunakan di sepanjang lebih 1,500 kilometer landasan kereta api di China dan dieksport untuk digunakan di Kereta Api Berkelajuan Tinggi Jakarta-Bandung di Indonesia.

Semasa percubaan berlangsung, gempa bumi simulasi menjadi lebih hebat, diikuti dengan bunyi dengung yang lebih kuat, dan kesan retak boleh mula dilihat pada model rumah.

Pada masa ujian mencapai peringkat keenam, lantai di bawah pemerhati turut bergegar dengan ketara apabila penggerak hidraulik menderu.

Dalam gempa bumi sebenar, kebanyakan situasi yang meragut nyawa adalah berikutan daripada bangunan runtuh.

He Huanan, profesor madya di Pusat Pengajian Kejuruteraan Infrastruktur, Universiti Teknologi Dalian berkata bahawa China telah menetapkan tiga prinsip untuk pembinaan tahan gempa untuk memastikan keselamatan bangunan iaitu struktur harus kekal tidak rosak dalam gempa bumi kecil; mengekalkan kerosakan yang boleh dibaiki dalam gempa bumi sederhana; dan mengelakkan keruntuhan dalam gempa bumi besar.

Secara khusus, gempa bumi kecil merujuk kepada kejadian seismik biasa dengan kebarangkalian 63 peratus berlaku dalam jangka hayat reka bentuk 50 tahun, yang tidak memungkinkan bangunan untuk rosak.

Selepas diuji selama sehari, model rumah cetakan 3D itu bertahan dengan gempa bumi dengan keamatan 6 darjah tanpa sebarang kerosakan struktur.

Apabila keamatan seismik simulasi mencapai 7 dan 8, retakan muncul tetapi tidak meluas ke rangka kerja struktur, sekali gus mengekalkan kestabilan keseluruhan. Meksipun selepas gempa bumi pada keamatan 9 darjah yang menyebabkan keretakan sepenuhnya, struktur teras kekal utuh tanpa runtuh atau kerosakan teruk, secara tidak langsung menyaksikan model tersebut telah melulusi ujian.

Sun menjelaskan bahawa bangunan konkrit cetakan 3D mempunyai banyak kelebihan termasuk membolehkan pembinaan dilakukan dengan pantas dan tepat melalui reka bentuk digital, pembuatan bahan tambahan, dan pasang siap, selain mampu menampung pelbagai bentuk seni bina.