Bagaimana jembatan besar dibuat tahan terhadap gempa bumi?

Bagaimana jembatan besar, dengan bentang pada urutan 1 km, dibuat tahan terhadap gempa bumi?

Saya bukan ahli gempa, tetapi setidaknya ada dua jenis getaran: lateral dan vertikal. Getaran vertikal khususnya benar-benar membuatku khawatir. Saya tidak tahu bagaimana segala jenis penyerapan guncangan dapat dibangun menjadi struktur besar dan besar seperti bangunan atau menara jembatan.

(Saya awalnya akan bertanya tentang jembatan gantung, tetapi kemudian saya membaca bahwa jembatan gantung tidak bagus untuk kereta berat. Latar belakang pertanyaan ini terletak pada eksplorasi saya tentang gagasan Jembatan Bering (dari Alaska ke Siberia, melintasi Selat Bering ), yang terutama akan menjadi jembatan kereta api. Dan itu perlu menangani kereta barang, yang paling berat dari semuanya kadang-kadang melebihi 100 ton per mobil.)

Jadi saya hanya akan bertanya tentang jembatan besar secara umum.

Saya pikir gempa terbesar di Alaska adalah 9,4 Skala Richter pada tahun 1964, menghantam Fairbanks. (Saya tidak tahu cara mengonversi ke skala Moment-Magnitude). Apakah mungkin untuk membangun jembatan besar yang tidak akan roboh karenanya? Idealnya, kami ingin jembatan tidak runtuh saat gempa bahkan jika itu di bawah beban penuh.

PS Saya tahu itu tidak efektif untuk membangun jembatan seperti itu. Untuk satu hal, Siberia timur jauh tidak memiliki jaringan kereta api (atau banyak peradaban pada umumnya). Ada proyek terowongan yang diusulkan yang saya pikir mereka katakan lebih murah daripada jembatan, yang saya tidak bisa mengerti karena menggali melalui batu yang keras tampaknya jauh lebih sulit daripada mengendarai tumpukan di air sedalam 50 m. Proyek terowongan itu ditangguhkan IIRC, tidak mengherankan.

Bagaimanapun, saya hanya mengeksplorasi jika jembatan seperti itu secara teknis memungkinkan dan dapat tahan gempa. Jika Anda membutuhkan sesuatu yang lebih dekat dengan kenyataan, saya kira kita dapat melihat Jembatan Golden Gate di San Francisco. Saya melihat di sini mereka bekerja untuk membuatnya aman di gempa hingga 8,3, tetapi tidak masuk ke rincian. Dan perlu diingat Jembatan Golden Gate tidak menangani kereta barang.

Ngomong-ngomong, apakah mungkin untuk tahan gempa atau benar-benar menahan gempa di jembatan besar yang penuh dengan kereta barang? Jembatan tidak harus tetap utuh sama sekali. Aku hanya tidak ingin itu melompati dan menjatuhkan kereta di laut.

Apakah ini mungkin?

Anda tidak pernah bisa membuat sesuatu yang tahan gempa, tetapi ada banyak hal yang bisa dilakukan untuk menahan gempa.

Ada jembatan bentang panjang yang dibangun di zona gempa. Sebagai contoh, jembatan Akashi Kaikyo di Jepang saat ini merupakan jembatan bentang terpanjang di dunia dan berada di zona seismik yang parah. Ini dirancang untuk menahan gempa berkekuatan 8,5. Bahkan itu mengalami gempa 7,2 skala Richter selama konstruksi . galtor disebutkan dalam jawaban lain jembatan Teluk San Francisco yang telah dipasang untuk meningkatkan resistensi seismik itu. Jadi merancang jembatan untuk menahan gempa bumi yang kuat tentu saja mungkin dan telah dilakukan.

Apa yang bisa dilakukan untuk meningkatkan ketahanan gempa jembatan?

Tuner peredam massa digunakan di gedung-gedung tinggi serta di jembatan untuk menangkal gerakan karena gempa bumi serta angin dan beban lateral lainnya. Jembatan Akashi Kaikyo menggunakan TMD di menara suspensi misalnya.

Isolasi basis adalah salah satu teknik yang paling umum digunakan untuk menahan gerakan gempa. Ini adalah perangkat yang pada dasarnya memisahkan gerakan horizontal dari fondasi dari sisa struktur dengan menggunakan beberapa bentuk bantalan geser. Jika dirancang dengan benar, ini dapat secara drastis mengurangi kerusakan akibat gempa.

Damper seismik juga umum. Ini adalah berbagai perangkat yang bertindak untuk menghilangkan energi seismik dari struktur yang mirip dengan bagaimana peredam kejut pada mobil menghilangkan energi getaran mobil yang melewati jalan yang kasar.

Teknologi ini dipahami dengan baik dan sering digunakan di jembatan dan bangunan. Ada lebih banyak teknik eksperimental yang juga mungkin seperti: isolasi goyang , atau sistem redaman aktif (peredam yang dikendalikan komputer).

Jika diinginkan perangkat ini juga dapat digunakan dalam kombinasi untuk lebih meningkatkan respons gempa.

Dalam praktik desain seismik standar, sebuah struktur dirancang untuk mengakomodasi beberapa kerusakan. Kerusakan ini, sedapat mungkin, terkonsentrasi pada elemen-elemen yang lebih mudah diganti (balok dan kawat gigi), dan yang tidak akan menghasilkan keruntuhan yang tidak proporsional jika rusak.

Tentunya secara teknis layak untuk merancang jembatan besar untuk menahan beban gempa. Apalagi jika tidak ada kendala keuangan.

Anda mungkin menemukan bacaan yang bermanfaat ini: Bagaimana Bangunan yang Tahan Gempa Bekerja . Teknik yang digunakan pada bangunan juga dapat diterapkan pada jembatan.

Sebenarnya jembatan yang sangat panjang (dan gedung-gedung super tinggi) sering memiliki lebih sedikit masalah dengan gempa bumi daripada saudara-saudara mereka yang lebih kecil. Ini karena mereka umumnya jauh lebih fleksibel dan karena itu memiliki periode fundamental yang lebih rendah yang membuat mereka kurang rentan terhadap resonansi dalam mode fundamental mereka. Mode mendasar adalah pola bergoyang yang mencakup sebagian besar massa struktural. Penyederhanaan ekstrem adalah bahwa struktur utama berayun begitu lambat sehingga nyaris tidak memperhatikan gerakan cepat gempa. Agak seperti kapal besar dalam gelombang kecil.

Secara umum struktur "ukuran menengah", dengan frekuensi dasar antara katakan 1Hz dan 10Hz, biasanya jauh lebih terpengaruh karena ada risiko resonansi mendasar yang jauh lebih besar yang mengarah pada efek beban yang sangat besar. Untuk struktur yang sangat besar dan ramping, rekayasa angin umumnya merupakan tantangan yang lebih besar daripada rekayasa gempa.

Namun dermaga dan penyangga dan hubungannya dengan dek jembatan utama sangat penting karena biasanya lebih kaku daripada jembatan secara keseluruhan. Dan mengingat jumlah yang diinvestasikan dan konsekuensi yang berpotensi mengerikan dari kegagalan struktur besar, tentu saja banyak upaya akan dilakukan untuk melakukan dan memeriksa (dan memeriksa tiga) teknik gempa bumi dari setiap bagian struktur. Saya hanya menunjukkan bahwa masalahnya tidak hanya sebanding dengan skala, struktur yang lebih besar tidak selalu lebih sulit untuk "tahan gempa" daripada yang lebih kecil.

Saya akan berpusat di salah satu jembatan paling terkenal dari kondisi ini tahun lalu: Jembatan Teluk San Francisco.

Jembatan ini tidak direncanakan untuk kereta api, dan karenanya mereka diuji dengan dongkrak hidrolik besar (lihat di sini ). Jembatan ini dirancang untuk tidak runtuh saat gempa, tetapi hanya untuk mengalami kerusakan kecil yang dapat dengan mudah diperbaiki.

Saat gempa, salah satu poin krusial yang ditemukan adalah bahwa menara jembatan harus menahan dan tidak jatuh. Dan ini adalah titik kunci dalam jembatan saat ini, karena memiliki ruang bawah tanah individual dan mahal dan menara utama dibagi dalam empat bagian agar tidak runtuh sepenuhnya ( lihat di sini ). Jembatan itu bisa kokoh dan tidak bisa dihancurkan, tetapi secara estetika jembatan itu akan jauh lebih jelek dan mungkin lebih mahal untuk penambahan beton dan material lainnya.

Tidak seperti jembatan suspensi yang lebih konvensional, di mana kabel paralel disampirkan di atas menara dan berlabuh di kedua ujungnya di batu atau beton, jembatan San Francisco Oakland Bay hanya memiliki menara tunggal dan kabel tunggal yang berlabuh ke dek jalan itu sendiri, berputar dari ujung timur ke ujung barat dan kembali lagi.

Tidak masuk akal dalam membela jembatan Romawi antara lain. Roma hanya menguji desain secara empiris sampai mereka menyadari bahwa model tertentu menolak, tetapi rekayasa jembatan tidak terlalu besar saat itu.