Kanal dan Kunci

Latar Belakang

Kanal adalah saluran air buatan manusia. Kanal dibangun untuk berbagai kegunaan termasuk irigasi, drainase tanah, pasokan air perkotaan, pembangkit listrik tenaga air, dan transportasi kargo dan orang. Kanal navigasi mungkin merupakan fasilitas dangkal yang dirancang untuk lalu lintas tongkang, atau mungkin cukup dalam untuk menampung kapal laut.

Untuk menghemat air dan untuk memfasilitasi perjalanan dua arah, kanal-kanal dibangun rata. Jika terdapat perbedaan elevasi antara ujung-ujung saluran, saluran dibangun sebagai rangkaian bagian-bagian datar yang dihubungkan oleh kunci. Kunci adalah ruang persegi panjang dengan gerbang di kedua ujungnya; dengan kedua gerbang tertutup, ketinggian air di dalam kunci dapat disesuaikan agar sesuai dengan ketinggian air kanal di kedua sisi. Dengan demikian, kapal yang memasuki kunci dapat dinaikkan atau diturunkan untuk memasuki bagian saluran tingkat berikutnya. Jenis kunci alternatif kadang-kadang dibuat untuk melintasi perubahan ketinggian yang besar; seluruh ruang kunci, yang berisi perahu-perahu yang mengapung di atas air, diangkat secara vertikal atau dipindahkan ke atas bagian miring dari garis rel.

Di Amerika Serikat, sekitar 15% angkutan antar kota (diukur sebagai kombinasi jarak dan berat) dibawa oleh air, baik di kanal buatan atau sungai yang dapat dilayari. (Meluruskan atau memperdalam sungai untuk menampung kapal dengan ukuran tertentu yang diinginkan disebut kanalisasi jalur air.) Pada tahun 1997, 1,2 miliar ton (1,1 miliar metrik ton) kargo diangkut di jalur air Amerika Serikat; pada tahun 2020, tonase tahunan diharapkan menjadi dua kali lipat jumlah tersebut. Pengangkutan kargo dengan tongkang menghabiskan biaya sekitar setengahnya dibandingkan dengan memindahkannya dengan kereta api dan sekitar seperdelapan dari biaya pengangkutannya dengan truk.

Korps Insinyur Angkatan Darat AS mengawasi sekitar 25.000 mil (40.234 km) jalur air yang dapat dilayari secara komersial dan sekitar 240 ruang kunci. Setengah dari kunci ini berusia lebih dari 50 tahun, dan beberapa terlalu kecil untuk kumpulan besar tongkang yang biasanya dihubungkan dan digerakkan oleh satu kapal tunda modern. Dengan peningkatan yang diharapkan dalam transportasi kargo melalui air, perlu untuk memperbarui, mengganti, dan memperbesar banyak kunci. Pembangunan kanal, yang tidak hanya mencakup jalur transportasi air tetapi juga saluran yang dirancang untuk tujuan lingkungan, juga akan terus berlanjut.

Sejarah

Kanal

Kabarnya, kanal dibangun di Mesir sebanyak 6.000 tahun yang lalu. Kanal pertama yang dirancang untuk menampung kapal-kapal yang layak laut dibangun oleh Firaun Sesosteris 14.000 tahun yang lalu, menghubungkan Laut Merah ke Sungai Nil dan dengan demikian ke Laut Mediterania. Sisa-sisa kanal ini, yang secara bergantian diabaikan dan dibangun kembali setengah lusin kali, menunjukkan bahwa lebarnya sekitar 150 kaki (46 m), dalamnya 16 kaki (5 m), dan panjang 60 mil (97 km).

Kanal tertua yang masih digunakan dimulai di Cina pada abad keempat SM. untuk tujuan mengumpulkan pajak gandum dan mengangkut pasukan. Dibangun kembali dan diperbesar sekitar tahun 600 M, saluran ini dikenal sebagai Grand Canal; perpanjangan terakhirnya, selesai sekitar tahun 1280 M, membawa panjangnya menjadi 1.114 mi (1.795 km). Itu tetap menjadi kanal navigasi terpanjang di dunia.

Selama berabad-abad, kanal digali hanya menggunakan perkakas tangan. Saat membangun Canal du Midi antara 1665 dan 1681 untuk menghubungkan Atlantik Pemandangan kanal dan sistem kunci dari udara. Samudra dan Laut Mediterania melintasi Prancis selatan, bubuk mesiu pertama kali digunakan untuk meledakkan terowongan . Penemuan mesin bertenaga uap pada akhir abad ketujuh belas membantu memicu "era kanal" di Eropa dan Amerika Utara pada abad kedelapan belas dan kesembilan belas di mana ribuan mil kanal dibangun. Bajak yang ditarik kuda terus digunakan terutama untuk pemangkasan akhir saluran hingga kemiringan dan kedalaman yang diinginkan. Mekanisasi penuh konstruksi saluran dicapai pada tahun 1946, ketika sebuah perusahaan Amerika membangun mesin pemangkas dan pelapis saluran pertama.

Mengunci

Kunci kilat, upaya pertama untuk membawa perahu melewati perubahan ketinggian yang sulit di sungai atau kanal, berasal dari abad ketiga SM. Sejarawan Yunani Diodorus Siculus, menulis 200 tahun kemudian, menggambarkan bagaimana Ptolemy II telah memperbaiki terusan Nil-ke-Laut Merah dengan membangun sejenis kunci. Terdiri dari satu gerbang, kunci kilat membawa perahu ke hilir di atas aliran air; perahu menuju hulu bisa ditarik ke depan sambil mengapung di arus deras yang dilepaskan dengan membuka pintu gerbang.

Kunci flash berbahaya, dan mereka menggunakan air dalam jumlah besar. Peningkatan yang signifikan terjadi pada tahun 984 M, ketika kunci gerbang ganda pertama dibangun di Terusan Besar China. Juga disebut kunci pon (karena menahan air) ini adalah pendahulu dari kunci konvensional modern. Gerbangnya adalah panel yang diangkat secara vertikal. Kunci serupa dengan gerbang pengangkat vertikal yang dibangun di Belanda pada tahun 1373 juga mengontrol ketinggian airnya dengan membuka sebagian pintu hulu atau hilir. Pengoperasian kunci pon sangat meningkat pada tahun 1485 ketika kunci Italia dibuat dengan bukaan yang lebih kecil dan dikontrol katup di gerbang.

Leonardo da Vinci menemukan gerbang mitra pada tahun 1480. Dua gerbang, masing-masing lebih dari setengah lebar kunci, berayun pada engsel vertikal. Dalam posisi terbuka, mereka rata dengan dinding kunci. Dalam posisi tertutup, mereka bertemu di V menunjuk ke hulu sehingga tingkat air yang lebih tinggi menekan mereka untuk mempromosikan segel ketat.

Dasar gerbang hulu di gembok lebih tinggi dari dasar gerbang hilir. Jika kuncinya sangat dalam, air yang mengisi ruangan melalui lubang di gerbang atas akan menciptakan turbulensi atau bahkan membanjiri perahu di dalam ruangan. Masalah ini diselesaikan di Prancis selama abad ketujuh belas, ketika saluran air yang dikendalikan katup untuk mengisi dan mengosongkan kunci dibangun Kunci adalah ruang persegi panjang dengan gerbang di kedua ujungnya; dengan kedua gerbang tertutup, ketinggian air di dalam kunci dapat disesuaikan agar sesuai dengan ketinggian air kanal di kedua sisi. Dengan demikian, kapal yang memasuki kunci dapat dinaikkan atau diturunkan untuk memasuki bagian saluran tingkat berikutnya. ke bagian bawah lapisan batu kamar.

Sampai awal abad kesembilan belas, gerbang kunci terbuat dari kayu, dan ruang kunci dilapisi dengan kayu, batu, batu bata, atau rumput. Pada tahun 1827, besi cor pertama kali digunakan untuk membuat kunci dan gerbangnya di Cheshire, Inggris. Mengikuti perkembangan proses Bessemer untuk produksi massal baja, bahan tersebut digunakan untuk konstruksi kunci dan gerbang, baik sebagai elemen utama maupun sebagai tulangan untuk beton.

Bahan Baku

Lapisan kedap air mencegah air kanal merembes ke dalam tanah. Selama bertahun-tahun, pilihan terbaik adalah genangan air, campuran pasir, tanah liat, dan air yang dikeringkan hingga kedap air. Material modern dan aditif yang lebih tahan lama antara lain beton, fly ash, bentonit, material bitumen, dan terpal plastik.

Kunci biasanya terbuat dari beton, terkadang dilapisi dengan baja. Jika konstruksi kunci memperlihatkan batuan dasar, lantai tidak perlu dilapisi. Gerbang dibuat dengan mengelas bersama pelat baja dan balok tulangan. Tepi vertikal gerbang dilengkapi dengan bahan penyekat yang efektif seperti kayu ek putih. Pada tahun 1999, sebuah perusahaan Prancis mengembangkan gerbang kunci yang terbuat dari laminasi plastik yang diperkuat serat kaca yang dipasang pada rangka baja tahan karat.

Desain

Kanal-kanal awal mengikuti rute permukaan yang paling datar karena pemindahan tanah skala besar sangat sulit dan mahal. Peralatan penggalian yang lebih baik dan kemampuan konstruksi kunci memungkinkan pembangunan rute kanal yang lebih pendek dan lebih langsung. Karena kendala geografis, bagian dari beberapa kanal dibangun di terowongan atau di saluran air (jembatan pembawa air).

Penting untuk mengisi dan mengosongkan ruang kunci sambil menghasilkan turbulensi air yang minimal. Desain modern menempatkan pintu air di kusen gerbang atau di lantai atau dinding kamar. Kunci juga dapat dilengkapi dengan bubbler terendam yang melepaskan udara di bawah area penutupan gerbang; turbulensi lembut yang dihasilkan menjaga area bersih dari puing-puing yang mungkin mencegah gerbang dari penyegelan dengan benar.

Berbagai desain gerbang tersedia untuk kunci modern, dan jenis yang berbeda dapat digunakan pada ujung hulu dan hilir kunci tunggal. Gerbang mitra adalah salah satu pilihan paling populer. Pilihan umum lainnya adalah gerbang Tainter, pelat melengkung yang berputar secara vertikal. Dalam desain yang efisien ini, yang digunakan untuk katup di gorong-gorong transfer air serta gerbang kunci utama, tekanan air sebenarnya membantu rotasi gerbang. Gerbang datar yang meluncur ke atas, ke samping, atau ke bawah ke lantai kunci adalah pilihan lain, seperti gerbang datar yang berengsel di bagian bawah dan gerbang melengkung yang berputar secara horizontal ke dalam ceruk dinding.

William Crawford Gorgas (1854-1920).

William C. Gorgas lahir 3 Oktober 1854, dekat Mobile, Alabama. Pada tahun 1875 Gorgas menerima gelar sarjana seni dari University of the South. Menginginkan karir militer ia memutuskan untuk masuk Angkatan Darat dengan gelar medis. Setelah lulus dari Bellevue Medical College di New York dan magang di Rumah Sakit Bellevue, Gorgas diangkat ke Korps Medis Angkatan Darat AS pada Juni 1880. Tur tugas diikuti di Texas dan North Dakota, dengan hampir 10 tahun di Fort Barrancas di Florida— Gorgas ditugaskan ke daerah demam kuning ini karena dia sebelumnya menderita penyakit itu dan kebal.

Setelah Havana, Kuba, diduduki oleh pasukan Amerika pada tahun 1898, Gorgas mengambil alih kamp demam kuning di Siboney, segera menjadi kepala petugas kebersihan Havana. Bertindak berdasarkan informasi bahwa nyamuk tertentu membawa demam kuning, Gorgas dengan cepat menghancurkan tempat berkembang biak nyamuk itu, membersihkan kota dari demam kuning.

Pada tahun 1904, pekerjaan dimulai di Terusan Panama. Gorgas pergi ke Zona Kanal untuk mengambil alih sanitasi, berhasil di Panama dan Colon. Gorgas secara umum dianggap sebagai ahli sanitasi terkemuka di dunia, dan sejumlah pemerintah asing dan komisi internasional meminta bantuannya. Bukunya Sanitasi di Panama dengan cepat menjadi klasik di bidang kesehatan masyarakat. Pada tahun 1914 ia diangkat menjadi ahli bedah jenderal Angkatan Darat, melayani dalam kapasitas itu sampai pensiun empat tahun kemudian. Gorgas meninggal pada 3 Juli 1920, dan dimakamkan di Pemakaman Nasional Arlington.

Proses Pembuatan

Kanal

• 1 Sebuah survei menyeluruh dari rute kanal harus dilakukan, tidak hanya untuk kesejajaran yang benar tetapi juga untuk kedalaman pemotongan dan timbunan yang akurat.
• 2 Penggalian primer dilakukan dengan peralatan pemindah tanah seperti buldoser dan ekskavator.
• 3 Mesin pemangkas yang dipasang di jalur perayap digunakan untuk membuang tanah akhir berukuran 12-18 inci (30-46 cm) untuk membuat kemiringan dinding dan alas datar yang diinginkan untuk kanal. Tanah galian dibawa oleh konveyor dan dimuat ke truk yang akan mengangkutnya.
• 4 Lapisan bahan yang sangat permeabel dapat disebarkan di atas dinding dan lantai untuk mendorong drainase air tanah di bawah kanal.
• 5 Kisi-kisi baja tulangan dibangun dan diangkat ke tempatnya pada dinding dan lantai kanal. Balok beton menahan kisi-kisi di atas permukaan sehingga beton dapat mengalir di bawahnya.
• 6 Beton dicampur, digetarkan untuk menghilangkan kantong udara, dan diaplikasikan dengan mesin slipform, membungkus baja tulangan. Slipforming berarti menuangkan beton di antara permukaan saluran dan suatu cetakan (mold) yang bergerak maju secara perlahan; beton mengeras cukup cepat untuk mempertahankan bentuknya pada saat bentuk bergerak keluar dari kontak dengannya. Mesin khusus menempatkan sambungan ekspansi melintang dan memanjang di depan mesin slipform.

Kunci

• 7 Sebuah cofferdam sementara dibangun di sekitar lokasi kunci yang diusulkan. Tiang pancang baja didorong ke tanah untuk membentuk serangkaian sel vertikal yang berdekatan yang memanjang di atas permukaan air. Sel-sel diisi dengan pasir. Air dipompa keluar dari ruang tertutup untuk menciptakan area konstruksi yang kering. Situs kunci digali. Jika perlu, tiang pancang didorong ke tanah untuk menopang struktur kunci.
• 8 Bentuk kayu dibuat untuk membentuk lantai dan dinding kunci. Ruang untuk gorong-gorong dan ruang katup termasuk dalam bekisting, seperti slot untuk engsel gerbang dan ceruk untuk menampung gerbang terbuka. Bentuk tambahan dibangun untuk membentuk dinding pendekatan yang akan memandu kapal ke dalam kunci.
• 9 Setelah rangka baja tulangan dibuat dalam bekisting, beton dituang. Ketika beton telah sembuh (mengeras), bekisting dihilangkan.
• 10 Katup kontrol untuk mengisi dan mengosongkan kunci dipasang, bersama dengan peralatan hidrolik dan mekanik untuk mengoperasikan katup dan gerbang.
• 11 Gerbang dibuat dan dikirim ke lokasi. Gerbang yang sangat besar dapat dikirim dalam beberapa bagian, yang dilas bersama saat dipasang di kunci.
• 12 Aksesori seperti pagar pembatas, tiang tambatan, dan tangga darurat dipasang di dinding kunci.

Produk Sampingan/Limbah

Pembuangan material galian merupakan salah satu tantangan konstruksi kanal dan kunci. Ini dapat digunakan untuk membangun tanggul atau tersebar di pedesaan sekitarnya di mana ia ditata dengan hati-hati untuk pengendalian erosi serta penampilan. Pembangunan Divide Cut, kanal sepanjang 29 mil (46 km) di Jalur Air Tennessee-Tombigbee, pada awal 1980-an membutuhkan pembuangan 150 juta yard kubik (115 juta meter kubik) kotoran.

Selama konstruksi kunci, bahan galian dapat digunakan untuk mengisi sel cofferdam. Ketika cofferdam dilepas, material tersebut dapat digunakan untuk mengisi di belakang tepi sungai dari dinding kunci.

Operasi kunci menggunakan air dalam jumlah besar; misalnya, dibutuhkan 3,5 juta gal (13 juta L) air untuk mengisi kunci sepanjang 600 kaki (180 m), lebar 110 kaki (34 m) dengan daya angkat 7 kaki (2,1 nm). Di beberapa kanal dan sungai, persediaan air terbatas dan konservasi menjadi penting. Alih-alih dilepaskan ke hilir saat kunci dikosongkan, sebagian air dapat dialihkan ke kolam samping, di mana ia dapat disimpan dan digunakan untuk membantu mengisi ruang untuk operasi berikutnya.

Masa Depan

Karena kebutuhan yang signifikan untuk merekondisi atau mengganti kunci serta membangun fasilitas baru, Korps Insinyur Angkatan Darat AS mensponsori dan melakukan penelitian tentang konstruksi jalur air. Model skala dari desain yang diusulkan dapat diuji di Stasiun Percobaan Waterways. Melalui Program Penelitian Inovasi untuk Proyek Navigasi (INP), ia mendukung pengembangan cara baru untuk membangun, memperbaiki, dan mengoperasikan kanal dan kunci. Topik terbaru termasuk peningkatan dalam beton bawah air dan penempatan nat dan pengembangan beton berdensitas rendah dan berkekuatan tinggi untuk membangun bagian kunci modular yang dapat dipasang tanpa konstruksi cofferdam. Topik penelitian terkini lainnya melibatkan perangkat perlindungan untuk dinding kunci dan gerbang dari dampak tongkang, desain yang lebih baik untuk sistem pemasukan dan pembuangan air, peralatan dan perangkat kontrol yang lebih baik untuk gerbang operasi, dan teknik untuk memperbesar (daripada mengganti) kunci yang ada yang memiliki kapasitas yang tidak memadai.