Sandwich Panel untuk Dinding Tahan Gempa, Studi Baru Ungkap Potensi Inti Bergelombang

Ketika gempa terjadi, dinding bangunan bukan hanya berfungsi sebagai pembatas ruang. Pada sistem struktur tertentu, dinding dapat menjadi bagian penting yang membantu menahan gaya horizontal dan menyerap energi akibat gerakan berulang.

Sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Scientific Reports pada 9 Februari 2025 mengkaji penggunaan sandwich panel dengan inti bergelombang atau corrugated core sebagai pengaku pada steel shear wall atau dinding geser baja. Penelitian ini dilakukan oleh Shuna Zhang, Peng Zhang, Shaopeng Wang, dan Amir Ghiasvand.

Penelitian tersebut menarik perhatian karena menawarkan pendekatan berbeda: sandwich panel tidak hanya digunakan sebagai elemen pelapis atau pembatas, tetapi juga dipelajari sebagai bagian dari sistem struktur untuk meningkatkan kemampuan bangunan menghadapi beban siklik akibat gempa.

Ketika Sandwich Panel Masuk ke Sistem Struktur

Steel shear wall atau SSW merupakan elemen vertikal yang dirancang untuk menahan gaya lateral, seperti gaya akibat gempa dan angin.

Menurut Zhang dan tim, pelat pengisi atau infill plate merupakan salah satu komponen penting dalam sistem tersebut karena berperan dalam menerima dan menyerap energi eksternal. Struktur ini dikenal memiliki kekakuan awal, daktilitas, dan kapasitas ultimit yang baik.

Masalahnya, pelat baja tipis dapat mengalami deformasi atau buckling ketika menerima pembebanan lateral yang besar.

Karena itu, peneliti mencari cara untuk memperkuat pelat tanpa harus menggunakan sistem pengaku yang terlalu berat.

Di sinilah sandwich panel dengan inti bergelombang berbentuk trapesium mulai diuji.

Mengapa Memakai Corrugated Core?

Sandwich panel pada dasarnya terdiri atas dua lapisan luar atau shell dan sebuah inti di tengah.

Dalam penelitian ini, bagian inti dibuat dengan konfigurasi bergelombang. Bentuk tersebut kemudian ditempatkan di dalam pelat pengisi steel shear wall sebagai elemen pengaku.

Peneliti memilih pendekatan ini karena sandwich panel menawarkan kombinasi bobot relatif rendah dan kekuatan yang tinggi dibandingkan beberapa sistem pengaku lainnya.

Keunggulan tersebut menjadi penting dalam konstruksi.

Menambah kekuatan struktur tidak selalu berarti menambah material sebanyak mungkin. Struktur yang lebih efisien justru berusaha mendapatkan peningkatan performa dengan penambahan massa seminimal mungkin.

Di sinilah desain geometri menjadi sama pentingnya dengan jenis material.

Diuji dalam Kondisi Beban Siklik

Penelitian ini menggunakan metode Finite Element Method (FEM) untuk mempelajari respons struktur terhadap pembebanan siklik.

Simulasi dilakukan menggunakan perangkat lunak Abaqus CAE. Para peneliti membuat sejumlah konfigurasi steel shear wall dengan sandwich panel yang ditempatkan dalam arah horizontal dan vertikal. Jumlah susunan panel juga divariasikan dari satu hingga empat konfigurasi.

Model numerik tersebut kemudian diberikan pola pembebanan berulang yang merepresentasikan kondisi gempa.

Yang menarik, penelitian tidak langsung mempercayai hasil simulasi begitu saja.

Model awal terlebih dahulu diverifikasi menggunakan data eksperimen yang telah dipublikasikan sebelumnya. Data tersebut berasal dari penelitian Emami dan kolega yang menguji steel shear wall dengan pelat datar, bergelombang horizontal, dan bergelombang vertikal.

Pendekatan ini penting karena simulasi komputer tetap membutuhkan validasi agar hasilnya dapat digunakan sebagai dasar analisis teknik.

Hasilnya Cukup Signifikan

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemasangan sandwich panel dengan trapezoidal corrugated core dapat meningkatkan kemampuan steel shear wall dalam menyerap energi selama pembebanan siklik.

Berdasarkan nilai rata-rata yang diperoleh, konfigurasi sandwich panel dengan orientasi horizontal meningkatkan plastic dissipation energy sekitar 156 persen, sedangkan konfigurasi vertikal meningkatkan nilainya sekitar 196 persen dibandingkan sistem pembanding yang digunakan dalam studi.

Temuan ini menjadi bagian paling menarik dari penelitian.

Peningkatan kemampuan disipasi energi berarti struktur memiliki kapasitas lebih besar untuk mengelola energi yang masuk selama siklus pembebanan.

Dalam konteks gempa, kemampuan tersebut menjadi penting karena bangunan tidak hanya menerima satu kali dorongan. Struktur dapat mengalami pembebanan bolak-balik berkali-kali selama gempa berlangsung.

Orientasi Panel Ternyata Berpengaruh

Penelitian juga menunjukkan bahwa arah pemasangan sandwich panel bukan sekadar persoalan desain.

Peneliti membandingkan konfigurasi dengan pengaku horizontal dan vertikal. Hasilnya memperlihatkan adanya perbedaan respons struktural pada kedua konfigurasi tersebut.

Artinya, bentuk, posisi, jumlah, dan orientasi core dapat menjadi parameter penting dalam menentukan performa struktur.

Hal ini memberikan peluang bagi pengembangan sandwich panel yang lebih spesifik.

Alih-alih menggunakan satu desain untuk seluruh kebutuhan, panel dapat dirancang berdasarkan jenis beban dan karakteristik struktur yang hendak diperkuat.

Bukan Berarti Semua Sandwich Panel Tahan Gempa

Ada hal penting yang perlu diperjelas.

Penelitian ini tidak menyatakan bahwa seluruh sandwich panel komersial otomatis dapat digunakan sebagai dinding tahan gempa.

Studi tersebut membahas konfigurasi khusus sandwich panel dengan inti bergelombang yang ditempatkan sebagai elemen pengaku pada steel shear wall. Hasilnya berasal dari pemodelan numerik yang divalidasi menggunakan data eksperimen sebelumnya.

Karena itu, hasil penelitian tidak boleh diterjemahkan secara langsung menjadi klaim bahwa sandwich panel untuk cleanroom, gudang, atau bangunan industri biasa memiliki fungsi struktural yang sama.

Spesifikasi struktur tetap harus ditentukan melalui perhitungan teknik dan standar desain yang berlaku.

Apa Kaitannya dengan Industri Sandwich Panel?

Penelitian ini memberikan perspektif menarik bagi perkembangan teknologi sandwich panel.

Selama ini, sandwich panel banyak dikenal karena keunggulannya sebagai material ringan untuk dinding dan atap, terutama ketika dibutuhkan kecepatan konstruksi dan insulasi.

Namun, penelitian Zhang dan tim memperlihatkan bahwa konsep sandwich panel juga dapat dikembangkan ke arah rekayasa struktur dan pengendalian energi.

Dalam aplikasinya, pendekatan tersebut berpotensi menarik untuk bangunan yang membutuhkan sistem perlindungan terhadap beban lateral, meskipun implementasinya tetap membutuhkan desain struktural khusus.

Bagaimana dengan Cleanroom?

Untuk industri cleanroom, temuan tersebut juga memiliki sisi menarik.

Sandwich panel cleanroom umumnya dipilih berdasarkan kebutuhan seperti permukaan yang mudah dibersihkan, insulasi, ketahanan terhadap lingkungan, kompatibilitas dengan HVAC, serta kemudahan instalasi.

Namun, konstruksi fasilitas seperti rumah sakit, laboratorium, farmasi, dan industri membutuhkan pendekatan yang lebih menyeluruh.

Dinding cleanroom harus dibedakan antara fungsi enclosure dan fungsi struktural.

Jika panel hanya dirancang sebagai enclosure, kemampuan strukturalnya tidak boleh diasumsikan sama dengan steel shear wall hasil penelitian.

Dengan kata lain, jangan menjadikan hasil penelitian ini sebagai klaim bahwa sandwich panel cleanroom otomatis berfungsi sebagai dinding tahan gempa.

Justru pelajaran terpentingnya adalah bagaimana desain panel dapat dikembangkan berdasarkan fungsi yang sangat spesifik.

Penelitian Membuka Arah Baru

Zhang dan tim menunjukkan bahwa penggunaan sandwich panel dengan corrugated core sebagai pengaku pada steel shear wall memiliki potensi meningkatkan kemampuan disipasi energi struktur.

Penelitian mereka menemukan peningkatan rata-rata plastic dissipation energy sekitar 156 persen pada konfigurasi horizontal dan 196 persen pada konfigurasi vertikal.

Temuan tersebut membuka ruang untuk penelitian lanjutan, terutama terkait optimasi bentuk core, jumlah panel, orientasi, dimensi, material, serta pengujian eksperimental secara lebih luas.

Bagi dunia konstruksi, pesan dari penelitian ini cukup jelas:

Masa depan sandwich panel bukan hanya soal membuat material lebih ringan, tetapi bagaimana struktur internalnya dapat dirancang untuk melakukan fungsi tertentu secara lebih efisien.