Jembatan Suspensi

Di jembatan gantung, dek pembawa lalu lintas didukung oleh serangkaian tali kawat yang menggantung dari kabel besar yang tersampir di antara menara tinggi. Jembatan Brooklyn di New York City dan Jembatan Golden Gate di San Francisco adalah dua jembatan gantung paling terkenal. Jembatan Akashi Kaikyo di Jepang, yang selesai dibangun pada tahun 1998, memiliki bentang suspensi terpanjang di dunia (jarak antara menara penyangga)—6.529 kaki (1.991 m); seluruh jembatan, termasuk bagian antara menara dan pantai, total hampir 2,5 mil (4 km). Pembangunan Jembatan Akashi Kaikyo memakan waktu sepuluh tahun, menelan biaya $3,6 miliar, dan hanya melibatkan enam cedera (tidak ada kematian). Satu abad sebelumnya, pembangunan Jembatan Brooklyn, dengan bentang 1.600 kaki (490 m) memakan waktu 14 tahun dan mengakibatkan 27 korban jiwa.

Latar Belakang

Jembatan gantung adalah salah satu jenis paling awal yang dibuat oleh manusia. Versi paling primitif adalah seutas tali yang menghubungkan dua sisi jurang; seseorang menyeberang dengan menggantung dari tali dan menarik dirinya, tangan di atas tangan. Jembatan primitif semacam itu—beberapa sepanjang 660 kaki (200 m)—masih digunakan di daerah-daerah seperti pedesaan India. Desain yang agak lebih canggih menggabungkan permukaan datar di mana seseorang dapat berjalan, kadang-kadang dengan bantuan pegangan tangan anggur.

Pada abad kedelapan, pembangun jembatan Cina membangun jembatan gantung dengan meletakkan papan di antara pasangan rantai besi, yang pada dasarnya menyediakan dek fleksibel yang bertumpu pada kabel. Jembatan serupa dibangun di berbagai belahan dunia selama abad-abad berikutnya. Tetapi era modern jembatan gantung tidak dimulai sampai tahun 1808 ketika seorang Amerika bernama James Finley mematenkan sebuah sistem untuk menggantungkan dek kaku dari kabel jembatan.

Meskipun Finley membangun lebih dari selusin jembatan kecil, jembatan besar pertama yang menggabungkan tekniknya dibangun oleh Thomas Telford di atas Selat Menai di Inggris. Selesai pada tahun 1825, ia memiliki menara batu setinggi 153 kaki (47 m), panjang 1.710 kaki (521 m), dan memiliki bentang 580 kaki (177 m). Jalan raya, yang lebarnya 30 kaki (9 m), dibangun di atas platform kaku yang digantung dari kabel rantai besi. Jembatan ini masih digunakan, meskipun rantai besi diganti dengan batang baja pada tahun 1939.

Orang Amerika lainnya, John Roebling, mengembangkan dua perbaikan besar pada desain jembatan gantung selama pertengahan 1800-an. Salah satunya adalah untuk menguatkan platform geladak kaku dengan rangka batang (susunan gelagar horizontal dan vertikal yang dibreising silang dengan balok diagonal). Pengalaman telah menunjukkan bahwa angin atau beban lalu lintas yang berirama dapat menyebabkan dek yang tidak terlalu kaku menjadi getaran yang dapat tumbuh di luar kendali dan benar-benar merobek jembatan.

Inovasi penting Roebling lainnya melibatkan konstruksi kabel pendukung jembatan. Sekitar tahun 1830, para insinyur Prancis telah menunjukkan bahwa kabel yang terdiri dari banyak untaian kawat bekerja lebih baik daripada rantai untuk menahan jembatan. Roebling mengembangkan metode untuk "memutar," atau membangun, kabel di tempat di jembatan daripada mengangkut kabel prefabrikasi canggung dan bekerja mereka ke posisinya. Metodenya masih umum (meskipun tidak eksklusif) digunakan pada jembatan baru.

Sejarah jembatan gantung secara bebas ditaburi dengan contoh jembatan sukses yang secara luas diyakini tidak mungkin ketika diusulkan oleh seorang insinyur visioner. Salah satu contohnya adalah jembatan kereta api Roebling yang dibangun antara tahun 1851-1855 melintasi ngarai Sungai Niagra. Jembatan gantung pertama yang diperkuat dengan rangka batang, ditopang oleh empat kabel berdiameter 10 inci (250 cm) yang digantung di antara menara batu. Empat puluh tahun setelah selesai, jembatan itu berhasil membawa lalu lintas 2,5 kali lebih berat dari yang direncanakan; pada saat itu sudah pensiun dan dibongkar.

Seorang pekerja baja meletakkan kabel berdiri untuk kabel suspensi Tacoma baru, Washington, Jembatan Narrows di 21 Oktober 1949.

Tacoma Narrows Bridge adalah jembatan bentang gantung terbesar ketiga di dunia dan baru berusia lima bulan ketika runtuh pada Sabtu, 7 November 1940. Bentang tengah, berukuran 2.800 kaki (853,4 m), terbentang antara dua 425 kaki (129,5 m). ) menara tinggi, sedangkan bentang samping masing-masing memiliki panjang 1.100 kaki (304,8 m). Kabel suspensi tergantung dari menara dan ditambatkan 1.000 kaki (304,8 m) kembali ke tepi sungai. Perancangnya, Leon Moisseiff, adalah salah satu insinyur jembatan terkemuka di dunia.

Niat Moisseiff adalah untuk menghasilkan bentang dek yang sangat ramping yang melengkung lembut di antara menara-menara tinggi. Desainnya menggabungkan prinsip suspensi kabel dengan desain gelagar pengaku pelat baja—yang membentang di sepanjang sisi jalan raya—yang telah dirampingkan hingga kedalaman hanya 2,4 m.

Jembatan senilai $6,4 juta itu dijuluki "Galloping Gertie" oleh orang-orang yang mengalami perilaku anehnya. Terpaksa menanggung gelombang yang membuat dan menggelindingkan geladak, para pekerja mengeluh mabuk laut. Setelah pembukaan, menjadi acara olahraga yang menantang bagi pengendara untuk menyeberang bahkan saat angin sepoi-sepoi, dan keluhan tentang mabuk laut menjadi hal biasa.

Insinyur Otoritas Jembatan Negara dan Jembatan Tol lebih dari sedikit gugup tentang perilaku bentang dua lajur yang ramping, yang lebarnya hanya 39 kaki (1 1,9 m). Kedalamannya yang dangkal dalam kaitannya dengan panjang bentang (8-2.800 kaki [2.4-853.4 m]) menghasilkan rasio 1:350, hampir tiga kali lebih fleksibel daripada Jembatan Golden Gate atau George Washington. Insinyur mencoba beberapa metode untuk menstabilkan osilasi, tetapi tidak ada yang berhasil.

Saksi termasuk Kenneth Arkin, ketua Otoritas Jembatan Tol, dan Profesor Farquharson. Pada pukul 10:00, Arkin melihat bahwa kecepatan angin telah meningkat dari 38-42 mi (61,1-67,6 km) per jam sementara dek naik dan turun 3 kaki (0,9 m) 38 kali dalam satu menit. Dia dan Farquharson menghentikan lalu lintas.

Leonard Coatsworth, seorang wartawan, telah meninggalkan mobilnya di tengah jembatan ketika dia tidak bisa mengemudi lebih jauh karena bergelombang. Dia berbalik sebentar, mengingat bahwa anjing peliharaan putrinya ada di dalam mobil, tetapi terlempar ke tangan dan lututnya. Pada pukul 10:30, tali selempang mulai robek, merusak dek dan melemparkan mobil Coatsworth ke dalam air. Dalam waktu setengah jam, sisa geladak jatuh bagian demi bagian.

Para insinyur yang menyelidiki masalah jembatan yang berliku-liku dapat menjelaskan bahwa angin tidak menghantam jembatan pada sudut yang sama, dengan intensitas yang sama, sepanjang waktu. Misalnya, angin yang datang dari bawah mengangkat satu sisi, mendorong ke bawah. Dek, mencoba meluruskan dirinya sendiri, berputar ke belakang. Putaran berulang tumbuh dalam amplitudo, menyebabkan jembatan berosilasi ke arah yang berbeda. Studi tentang perilaku angin berkembang menjadi suatu disiplin ilmu teknik yang disebut aerodinamika. Akhirnya tidak ada jembatan, bangunan, atau struktur terbuka lainnya yang dirancang tanpa menguji model di terowongan angin. Dengan berkembangnya kemampuan grafis, beberapa pengujian ini sekarang dilakukan pada komputer.

Pada tahun 1869, Roebling meninggal dalam kecelakaan saat melakukan survei lokasi untuk Jembatan Brooklyn, yang telah ia rancang. Putranya, Washington Roebling, menghabiskan 14 tahun berikutnya membangun struktur yang terkenal itu. Ini adalah jembatan gantung pertama yang menggunakan kabel yang terbuat dari baja daripada besi tempa (sejenis besi yang relatif lunak yang, meskipun panas, dapat dibentuk dengan mesin atau dibentuk dengan palu). Masing-masing dari empat kabel berdiameter 16 inci (40 cm) terdiri dari lebih dari 5.000 untaian kawat baja paralel. Lebih dari satu abad setelah selesai, Jembatan Brooklyn membawa banyak lalu lintas modern.

Jembatan gantung tengara lainnya dibangun di seberang Golden Gate—muara Teluk San Francisco—dari tahun 1933-1937 oleh Joseph Strauss. Jembatan Golden Gate memiliki panjang 6.450 kaki (1.966 m), dengan bentang utama 4.200 kaki (1.280 m). Kedua menaranya setinggi 746 kaki (227 m); mereka mendukung dua kabel 7.125 ton (6,5 juta kg) yang berisi total 80.000 mil (129.000 km) kabel baja. Meskipun tindakan pencegahan keamanan yang ketat, 11 pekerja meninggal; 19 orang diselamatkan oleh jaring pengaman yang tergantung di bawah geladak selama konstruksi—sebuah inovasi yang menjadi standar pada proyek jembatan selanjutnya.

Salah satu kegagalan jembatan paling terkenal di Amerika adalah runtuhnya Tacoma Narrows Bridge tahun 1940 di Puget Sound di negara bagian Washington. Kemudian jembatan gantung terpanjang ketiga di dunia, telah dirancang untuk menjadi sangat ramping. Hanya cukup lebar untuk dua jalur lalu lintas dan trotoar, panjangnya mencapai 2.800 kaki (853 m). Alih-alih dikakukan dengan rangka, geladak diperkuat oleh dua balok baja yang tingginya hanya 2,4 m, dengan beberapa penyangga silang yang menghubungkannya. Desain ini tidak hanya memberikan kekakuan yang lebih rendah daripada rangka, tetapi juga memungkinkan angin untuk mengerahkan gaya yang kuat pada struktur daripada melewati tanpa membahayakan melalui pengaturan rangka terbuka. Empat bulan setelah selesai, jembatan itu diatur ke dalam pola peningkatan osilasi oleh angin 42 mph (68 km/jam) dan merobek dirinya sendiri. Jembatan pengganti, yang dibangun satu dekade kemudian, dirancang dengan dek yang diperkuat dengan rangka baja setebal 33 kaki (10 m).

Bahan Baku

Banyak komponen jembatan gantung terbuat dari baja. Gelagar yang digunakan untuk membuat dek kaku adalah salah satu contohnya. Baja juga digunakan untuk sadel, atau saluran terbuka, di mana kabel diletakkan di atas menara jembatan gantung.

Ketika baja ditarik (diregangkan) ke dalam kabel, kekuatannya meningkat; akibatnya, seikat kawat baja yang relatif fleksibel lebih kuat dari batang baja padat dengan diameter yang sama. Inilah alasan mengapa kabel baja digunakan untuk menopang jembatan gantung. Untuk Jembatan Akashi Kaikyo, baja paduan rendah baru yang diperkuat dengan silikon dikembangkan; kekuatan tariknya (ketahanan terhadap gaya tarik) adalah 12% lebih besar dari formulasi kawat baja sebelumnya. Pada beberapa jembatan gantung, kawat baja pembentuk kabel telah digalvanis (dilapisi seng).

Menara sebagian besar jembatan gantung terbuat dari baja, meskipun beberapa telah dibangun dari beton bertulang baja.

Desain

Setiap jembatan gantung harus dirancang secara individual dengan mempertimbangkan banyak faktor. Misalnya, geologi situs menyediakan fondasi untuk menara dan kabel jangkar, dan mungkin rentan terhadap gempa bumi. Kedalaman dan sifat air yang dijembatani (misalnya, air tawar atau air asin, dan kekuatan arus) dapat mempengaruhi desain fisik dan pilihan bahan seperti lapisan pelindung untuk baja. Di perairan yang dapat dilayari, mungkin perlu untuk melindungi menara dari kemungkinan tabrakan kapal dengan membangun pulau buatan di dasarnya.

Sejak bencana Jembatan Tacoma Narrows, semua desain jembatan baru telah diuji dengan menempatkan model skala di terowongan angin, seperti desain Jembatan Golden Gate. Untuk Jembatan Akashi Kaikyo, misalnya, terowongan angin terbesar di dunia dibangun untuk menguji model bagian jembatan skala 1/100.

Pada jembatan yang sangat panjang, mungkin perlu memperhitungkan kelengkungan bumi saat merancang menara. Misalnya, di Jembatan Verrazano Narrows New York, menara, yang tingginya 700 kaki (215 m) dan berdiri 4.260 kaki (298 m) terpisah, berjarak sekitar 1,75 inci (4,5 cm) lebih jauh di bagian atas daripada di bagian bawah.

Manufaktur
Proses

Konstruksi jembatan gantung melibatkan konstruksi berurutan dari tiga: Konstruksi menara yang akan berdiri di air dimulai dengan caissons (silinder baja dan beton yang berfungsi sebagai bendungan melingkar) yang diturunkan ke tanah di bawah air, dikosongkan dari air, dan diisi dengan beton sebagai persiapan untuk menara yang sebenarnya. komponen utama:menara dan kabel jangkar, kabel pendukung itu sendiri, dan struktur dek.

Pembangunan menara

• 1 Pondasi menara disiapkan dengan menggali formasi batuan yang cukup kuat. Beberapa jembatan dirancang sedemikian rupa sehingga menaranya dibangun di atas tanah kering, yang membuat konstruksi lebih mudah. Jika sebuah menara akan berdiri di dalam air, konstruksinya dimulai dengan menurunkan caisson (silinder baja dan beton yang berfungsi sebagai lubang bundar) ke tanah di bawah air; menghilangkan air dari interior caisson memungkinkan pekerja untuk menggali fondasi tanpa benar-benar bekerja di air. Ketika penggalian selesai, fondasi menara beton dibentuk dan dituangkan.
• 2 Detail konstruksi berbeda-beda di setiap jembatan yang unik. Sebagai contoh, perhatikan Jembatan Akashi Kaikyo. Masing-masing dari dua menara bajanya terdiri dari dua kolom. Setiap kolom terdiri dari 30 blok vertikal (atau lapisan), yang masing-masing berukuran 33 kaki (10 m) Anchorage—struktur yang menopang kabel jembatan—adalah balok beton besar yang terpasang erat pada formasi batuan yang kuat. Ketika menara dan angkur telah selesai, jalur percontohan harus digantung di sepanjang jalur akhir kabel, dari satu angkur melintasi menara ke angkur lainnya. tinggi; masing-masing blok ini, pada gilirannya, terdiri dari tiga bagian horizontal. Sebuah derek yang diposisikan di antara kolom mengangkat tiga bagian ke tempatnya pada setiap kolom, menyelesaikan satu lapisan. Setelah menyelesaikan satu blok pada setiap kolom, derek "bootstrapping" diangkat ke tingkat berikutnya, di mana ia mengangkat bagian-bagian dari lapisan berikutnya ke tempatnya. Pada interval yang sesuai, bresing diagonal ditambahkan di antara kolom.

Pembangunan pelabuhan

• 3 Jangkar adalah struktur tempat ujung kabel jembatan diamankan. Mereka adalah balok beton besar yang terpasang dengan aman pada formasi batuan yang kuat. Selama konstruksi angkur, batang mata yang kuat (batang baja dengan lubang melingkar di salah satu ujungnya) tertanam di beton. Dipasang di depan pengangkuran adalah pelana semprot, yang akan menopang kabel pada titik di mana bundel kawat individualnya (lihat Langkah 5) menyebar—setiap bundel kawat akan diamankan ke salah satu batang mata penjangkaran.

Konstruksi kabel

• 4 Ketika menara dan penjangkaran telah selesai, jalur percontohan harus digantung di sepanjang jalur akhir kabel, dari satu penjangkaran melintasi menara ke penjangkaran lainnya. Berbagai metode dapat digunakan untuk memposisikan jalur pilot. Untuk jembatan Sungai Niagra, misalnya, Roebling menawarkan hadiah $10 kepada anak pertama yang bisa menerbangkan layang-layang dengan tali percontohan yang dipasang melintasi ngarai untuk membuat sambungan. Hari ini, helikopter mungkin digunakan. Atau garis itu mungkin diambil melintasi bentangan dengan perahu dan kemudian diangkat ke posisinya. Ketika jalur pilot terpasang, sebuah catwalk dibangun untuk seluruh panjang jembatan, sekitar 3 kaki (1 m) di bawah jalur pilot, sehingga pekerja dapat memperhatikan formasi kabel.
• 5 Untuk mulai memutar kabel, gulungan kawat besar ditempatkan di pengangkuran. Ujung kabel yang bebas dilingkarkan di sekitar sepatu untai (saluran baja yang ditambatkan ke bilah mata). Antara spul dan sepatu untai, kawat dilingkarkan di sekitar roda pemintal yang dipasang di jalur pilot. Roda ini membawa kawat melintasi jalur jembatan, dan kawat dilingkarkan di sekitar sepatu untai di jangkar lainnya; roda kemudian kembali ke jangkar pertama, meletakkan untaian lain di tempatnya. Proses ini diulang sampai satu bundel dengan jumlah untaian kawat yang diinginkan terbentuk (ini bervariasi dari sekitar 125 untai hingga lebih dari 400). Selama pemintalan, pekerja yang berdiri di atas catwalk memastikan kawat terlepas dengan mulus, membebaskan semua kekusutan. Saat gulungan habis, ujung kawat disambungkan ke kawat dari gulungan baru, membentuk untaian kontinu. Ketika bundel cukup tebal, pita atau tali kawat diterapkan pada interval Setelah kabel vertikal terpasang ke kabel pendukung utama, struktur dek harus dibangun di kedua arah dari menara pendukung pada tingkat yang benar untuk menjaga kekuatan di menara seimbang setiap saat. Derek yang bergerak mengangkat bagian dek ke tempatnya, di mana pekerja memasangnya ke bagian yang ditempatkan sebelumnya dan ke kabel vertikal yang menggantung dari kabel suspensi utama. untuk menjaga kabel tetap bersama. Kawat yang keluar dari spul dipotong dan diamankan ke jangkar. Kemudian proses dimulai lagi untuk bundel berikutnya.

  Jumlah bundel yang dibutuhkan untuk kabel lengkap bervariasi; di Jembatan Golden Gate adalah 61, dan di Jembatan Akashi Kaikyo adalah 290. Ketika nomor yang tepat telah diputar, pengaturan khusus dari dongkrak yang diposisikan secara radial digunakan untuk memampatkan bundel menjadi kabel kompak, dan kawat baja dibungkus di sekitarnya. Klem baja dipasang di sekitar kabel pada interval yang telah ditentukan untuk berfungsi sebagai titik penahan untuk kabel vertikal yang akan menghubungkan penghiasan ke kabel pendukung.

Konstruksi dek

• 6 Setelah kabel vertikal dipasang ke kabel pendukung utama, struktur dek dapat dimulai. Struktur harus dibangun di kedua arah dari menara pendukung pada tingkat yang benar untuk menjaga kekuatan pada menara seimbang setiap saat. Dalam satu teknik, derek bergerak yang berguling di atas kabel suspensi utama mengangkat bagian dek ke tempatnya, di mana pekerja memasangnya ke bagian yang ditempatkan sebelumnya dan ke kabel vertikal yang menggantung dari kabel suspensi utama, memperpanjang panjang yang telah diselesaikan. Sebagai alternatif, derek dapat beristirahat langsung di geladak dan bergerak maju saat setiap bagian ditempatkan.

Menyelesaikan

• 7 Ketika struktur geladak telah selesai dibangun, maka akan ditutup dengan lapisan dasar (misalnya pelat baja) dan diaspal. Pengecatan permukaan baja dan pemasangan saluran listrik untuk penerangan adalah contoh langkah finishing lainnya. Selain itu, prosedur pemeliharaan berkelanjutan dimulai. Misalnya, seorang staf tetap yang terdiri dari 17 pekerja besi dan 38 pelukis terus bekerja setiap hari di Jembatan Golden Gate, mengganti paku keling yang berkarat dan komponen baja lainnya serta memperbaiki cat yang melindungi jembatan.

Masa Depan

Setiap jembatan gantung dirancang secara unik, dengan memperhatikan fungsi dan estetika. Material baru dapat digunakan, atau bahkan dikembangkan, untuk membuat jembatan tidak terlalu besar dan lebih efisien. Dan desainer inovatif terkadang menciptakan solusi yang tidak biasa untuk tantangan mereka. Misalnya, desain yang disetujui pada tahun 1998 untuk menggantikan bentang timur Jembatan Teluk San Francisco-Oakland yang rusak parah akibat gempa tahun 1989 adalah jembatan gantung yang hanya ditopang oleh satu menara. Kabel utamanya ditambatkan, bukan di penjangkaran besar yang dijelaskan di atas, tetapi di struktur pendukung dek jembatan itu sendiri.

Mungkin rencana paling ambisius yang saat ini sedang dikembangkan untuk jembatan gantung baru adalah rencana untuk menghubungkan Sisilia ke daratan Italia. Karena menara pendukung harus dibangun di pantai seberang Selat Messina, bentang utamanya akan memiliki panjang 9.500-10.800 kaki (2.900-3.300 m). Salah satu desain yang diusulkan menggunakan menara setinggi 1.312 kaki (400 m). Pengembang berharap untuk membangun jembatan pada tahun 2006.