Bangunan, terowongan, dan jembatan bisa segera diperbaiki sendiri
Engineering

Bangunan, terowongan, dan jembatan bisa segera diperbaiki sendiri


Bakteri yang dapat membantu bangunan menyembuhkan dirinya sendiri telah diuji di Tintern Abbey di Wales dan terbukti meningkatkan mikrostruktur batu tanpa memengaruhi warna atau daya tahan udara. Kredit: Nilfanion / Wikimedia, CC BY-SA 4.0

Struktur batu dan beton dengan kemampuan menyembuhkan dirinya sendiri dengan cara yang mirip dengan organisme hidup saat rusak dapat membantu membuat bangunan lebih aman dan tahan lama.

Seiring waktu, cuaca, getaran, pergerakan tanah, dan keausan umum dapat berdampak buruk pada pasangan bata dan beton yang digunakan dalam bangunan.

Tetapi menjaga bangunan dalam kondisi perbaikan yang baik bisa mahal dan sulit. Retakan garis rambut dan kerusakan lain di bawah permukaan dinding sulit dideteksi. Dengan sejumlah besar bangunan bersejarah dan infrastruktur yang sudah tua, Eropa menghadapi tugas yang sangat besar untuk menjaga bangunannya dalam keadaan baik.

Untuk memelihara dan memperbaiki 1,1 juta jembatan di Uni Eropa saja membutuhkan perkiraan anggaran € 4-6 miliar setiap tahun sementara penggantinya bisa menghabiskan biaya lebih dari € 400 miliar. Dan karena sekitar seperlima rumah di UE berusia lebih dari 69 tahun – menurut data dari tahun 2015 – mempertahankannya dalam kondisi layak huni akan menjadi beban yang semakin besar bagi industri konstruksi.

Hal ini menyebabkan beberapa ilmuwan bertanya apakah mungkin bangunan dapat dirawat dengan sendirinya.

“Meskipun struktur dan objek batu alam mungkin telah bertahan selama berabad-abad, pelapukan dan tekanan sehari-hari menyebabkan kerusakan dan kemerosotan,” kata Dr. Magdalini Theodoridou, seorang insinyur dan rekan akademisi Universitas Newcastle di Hub untuk Bioteknologi di Lingkungan Buatan, Inggris. “Ini dapat membahayakan integritas struktural dan keamanan bangunan, serta mengurangi daya tarik estetika mereka.

“Memberi pasangan batu dan bangunan batu dengan sistem kekebalan yang terpasang, siap bekerja sebelum kerusakan menjadi kritis, akan secara signifikan menguntungkan umur panjang mereka dan mengurangi kebutuhan pemeliharaan mereka.”

Bakteri

Untuk memungkinkan bangunan memperbaiki dirinya sendiri, Dr. Theodoridou telah menggunakan bakteri yang dapat bertindak seperti sel kekebalan dalam tubuh manusia yang bertanggung jawab untuk mendeteksi cedera dan membantu penyembuhan.

Saat bekerja sebagai peneliti di Universitas Cardiff, dia menjadi bagian dari proyek GEOHEAL yang mengembangkan cara menggunakan bakteri untuk memperbaiki kerusakan pada batu alam dan pasangan bata.

Pekerjaan sebelumnya oleh kelompok lain telah menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk membuat beton penyembuhan diri dengan menaburnya dengan spora bakteri. Spora terkandung dalam kapsul kecil bersama dengan pasokan nutrisi.

Ketika retakan muncul pada struktur beton, kapsul pecah dan bakteri yang terpapar berkembang biak, menghasilkan kalsium karbonat — penyusun utama batu kapur dan ditemukan di cangkang makhluk laut. Ini mengeras menjadi mineral kalsit yang stabil, yang menyatukan retakan.

Namun, meskipun jenis bakteri kuat tertentu — yang mampu bertahan dalam berbagai kondisi yang mungkin dialami oleh struktur — dapat ditambahkan ke beton saat sedang dicampur, memasukkannya ke dalam batu alam lebih merupakan tantangan.

Tim GEOHEAL telah mengembangkan teknik yang memungkinkan mereka untuk menyemprot atau menyikat bangunan batu yang ada dengan cairan yang mengandung bakteri tanah alami. Ini kemudian bekerja dengan cara mereka ke dalam batuan berpori dan akhirnya menyembuhkan kerusakan saat terjadi. Perawatan juga mengandung kalsium bersama dengan nutrisi yang dibutuhkan bakteri untuk tumbuh dan menghasilkan kalsit.

Dua jenis bakteri tanah yang digunakan — Sporosarcina pasteurii dan Sporosarcina ureae — dapat dengan mudah membuat rumah di dalam batu, kata Dr. Michael Harbottle, koordinator proyek GEOHEAL dan dosen senior teknik geoenvironmental di Universitas Cardiff, Inggris.

“Batu dan material geologi pada dasarnya bersifat bioreseptif, berkat komposisi mineraloginya dan mikrostruktur berpori,” katanya. “Bakteri yang kami gunakan dapat hidup bahagia di lingkungan seperti itu dan mengarah pada pembentukan mineral baru, selama mereka memiliki akses ke air, oksigen, dan nutrisi termasuk sumber ion kalsium.”

Penyembuhan diri

Meskipun bakteri dapat memakan kalsium yang sudah terkandung dalam beberapa jenis batuan alam seperti batu kapur, kelereng, dan batupasir, hal ini dapat merusak batu di sekitarnya. Sebagai gantinya, para peneliti memberikan kalsium tambahan agar bakteri berubah menjadi kalsit yang mengeras.

“Kami menyediakan ion kalsium dengan nutrisi untuk meningkatkan efisiensi sistem penyembuhan diri, serta untuk mencegah dekomposisi bahan alami dari bahan inang,” kata Dr. Harbottle.

Para peneliti juga telah mengembangkan mortar penyembuhan diri untuk menahan batu dan bata bersama-sama dengan menambahkan bakteri yang tidak aktif ke pasta mortar bersama dengan jaringan ‘urat’ yang mengandung nutrisi. Ketika mortar rusak, pembuluh darah ini pecah, menyediakan makanan bagi bakteri yang menyebabkan mereka berkembang biak dan memperbaiki retakan. Saat mereka melakukannya, mereka membungkus kembali diri mereka sendiri, menjadi tidak aktif sekali lagi dan siap untuk memulai proses perbaikan lagi jika terjadi kerusakan lebih lanjut.

Asalkan bakteri dapat mengakses air atau oksigen, proses penyembuhan diri dapat terjadi di kedalaman apa pun ke dalam batu sehingga retakan dapat muncul. Sebagian besar perawatan untuk memulihkan dan melindungi pasangan bata tua cenderung dibatasi pada pelapis pada permukaan pasangan bata, kata Dr. Theodoridou.

Selama proyek dua tahun, yang berakhir pada awal 2020, para peneliti juga bekerja sama dengan pemerintah Welsh untuk melihat apakah sistem bakteri mereka dapat membantu melestarikan Biara Tintern yang bersejarah di Monmouthshire, Wales. Pengujian yang dilakukan pada sampel batu dari lokasi tersebut menunjukkan bahwa bakteri dapat memperbaiki struktur mikro dari pasangan bata tersebut.

Yang terpenting, mereka juga menemukan bahwa penampakan batunya sendiri tidak berubah.

“Misalnya, tidak ada perubahan warna yang ditemukan selain yang dapat dideteksi oleh mata manusia,” kata Dr. Harbottle. Perawatan bakteri juga tidak mempengaruhi ‘daya tahan’ batu — sesuatu yang bisa menjadi masalah dengan perawatan pelindung batu konvensional dan sealant, yang dapat menyebabkan lapisan permukaan terkelupas saat garam menumpuk di belakangnya. Ini kemudian dapat mempercepat pelapukan batu yang terbuka di bawahnya.

Infrastruktur

Dr. Theodoridou menambahkan bahwa menggunakan perawatan penyembuhan diri dari bakteri bisa sangat berguna untuk infrastruktur kritis dan infrastruktur yang sulit diakses, seperti jembatan dan terowongan. Ini juga dapat membantu memperpanjang umur bangunan tua yang mengalami kerusakan.

Ini dapat berkontribusi untuk memenuhi tujuan keberlanjutan global, katanya.

Industri konstruksi bertanggung jawab atas sekitar 5-12% emisi gas rumah kaca di Eropa dan 11% di seluruh dunia, menjadikannya penyumbang utama perubahan iklim. Dengan membantu bangunan bertahan lebih lama dengan lebih sedikit perbaikan, bahan penyembuhan sendiri dapat mengurangi emisi tersebut.

Untuk struktur seperti jembatan, terowongan, dan dinding penahan tanah, kemampuan untuk menyembuhkan diri sendiri juga dapat sangat meningkatkan keamanannya. Kerusakan pada infrastruktur kritis ini dapat menyebabkan kegagalan yang sangat besar jika tidak dirawat secara teratur. Pada tahun 2018, runtuhnya Jembatan Morandi, di Genoa, Italia merenggut nyawa 43 orang dan penyelidik mengidentifikasi kabel yang terkorosi dan kerusakan pada beton sebagai penyebabnya.

Akan tetapi, sebagian besar dari struktur ini cenderung terkubur di bawah tanah, membuat pemeliharaan dan inspeksi menjadi tugas yang lebih sulit. Beton penyembuhan sendiri dalam situasi ini dapat membantu menghemat hingga € 120 juta setiap tahun dalam biaya pemeliharaan dan perbaikan terowongan Eropa dan dinding penahan tanah, menurut para peneliti yang bekerja di proyek GEOBACTICON.

Tanah

Sebagian besar penelitian tentang beton penyembuhan diri berfokus pada struktur yang terpapar udara atau air daripada yang terendam di dalam tanah. Jenis tanah yang berbeda dengan kelembaban dan keasaman yang berbeda dapat mempengaruhi beton dengan berbagai cara.

“Tidak jelas apakah proses penyembuhan diri efisien dalam elemen beton yang terpapar pada kondisi tanah yang rumit,” kata Dr. Adam Souid, seorang insinyur di Universitas Derby, Inggris, dan peneliti utama di GEOBACTICON. Proyek, yang berakhir pada bulan Desember, mencoba mengungkap bagaimana penyembuhan diri berbasis bakteri dapat terjadi di beton yang terkubur di bawah tanah.

Dia dan rekan-rekannya mencampurkan kapsul gel kaya kalsium yang diisi dengan bakteri tanah Bacillus subtilis menjadi beton dan membentuknya menjadi balok. Ini kemudian dengan sengaja dirusak dan dikubur ke dalam berbagai jenis tanah alami. Mereka menemukan bahwa di beberapa tanah, bakteri tanah lainnya dapat menembus retakan dan bersaing dengan bakteri penyembuh.

Ukuran dan komposisi partikel tanah juga dapat menimbulkan masalah karena dapat menyusup ke dalam retakan, sedangkan jumlah air yang memenuhi tanah juga penting karena dapat menimbulkan tekanan di dalam pori-pori dan retakan yang mempengaruhi penyembuhan. Tanah yang lebih jenuh cenderung sembuh lebih baik, para peneliti menemukan.

Penemuan ini telah memberi tim petunjuk penting tentang bagaimana meningkatkan proses penyembuhan diri dalam struktur bawah tanah, yang sekarang mulai mereka selidiki. Namun, jika berhasil, penting untuk tidak hanya menjaga keutuhan beton itu sendiri, tetapi juga melindungi batang baja yang terbungkus dalam beton untuk memperkuat struktur besar.

Jika terkena kelembapan, senyawa asam dan bahan kimia lain yang ditemukan di tanah, baja tersebut dapat menimbulkan korosi dan melemah, kata Dr. Souid. “Teknologi beton yang dapat memperbaiki diri sendiri oleh bakteri dapat melindungi struktur dan infrastruktur beton bertulang secara aktif dan tahan lama tanpa penyelidikan, kontrol, atau intervensi manusia.”

Batu dan beton yang dapat menyembuhkan diri sendiri bahkan dapat menghasilkan bentuk arsitektur baru yang menarik di masa depan, kata Dr. Theodoridou. “Dalam konstruksi baru, kemungkinan menggabungkan bahan penyembuhan diri dan elemen struktural akan memungkinkan desain yang lebih berani dan lebih berkelanjutan.”


Uji coba besar pertama beton penyembuhan diri di Inggris sedang berlangsung di Wales


Disediakan oleh Horizon: Majalah Riset & Inovasi Uni Eropa

Kutipan: Bangunan, terowongan, dan jembatan dapat segera diperbaiki sendiri (2021, 19 Januari) diambil 25 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-tunnels-bridges.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HKG