Gambar stok jalan yang bergelombang. (Foto oleh Tada Images di Shutterstock)
Rekor panas pada musim panas 2024 menimbulkan masalah bagi infrastruktur transportasi, mulai dari jalan raya hingga rel kereta.
Jembatan Third Avenue di New York, yang terbuka untuk lalu lintas kapal di Sungai Harlem, macet selama berjam-jam setelah logamnya mengembang karena panas dan tidak dapat ditutup. Jalanan tertekuk pada hari-hari panas di beberapa negara bagian, termasuk Washington dan Wisconsin. Amtrak memperingatkan penumpang untuk bersiap menghadapi masalah yang berhubungan dengan panas beberapa jam sebelum pemadaman listrik sepanjang hari antara New York dan New Jersey; risiko pada kabel listrik dan rel selama suhu tinggi merupakan sumber keterlambatan yang terus meningkat bagi sistem kereta api.
Yang tidak membantu adalah bahwa suhu panas yang semakin memburuk menghantam sistem infrastruktur AS yang sudah bermasalah.
American Society of Civil Engineers memberi infrastruktur AS nilai keseluruhan C- dalam Laporan Infrastruktur nasional terbarunya, yang dirilis pada tahun 2021. Meskipun ada beberapa perbaikan – sekitar 7,5% jembatan AS dalam kondisi buruk, dibandingkan dengan lebih dari 12% satu dekade sebelumnya – banyak jembatan yang sudah tua, sehingga sulit dirawat. Empat puluh persen sistem jalan dianggap dalam kondisi buruk atau sedang-sedang saja, dan biaya perawatan telah meningkat secara substansial.
Tingkat kerusakan jembatan atau jalan tidak hanya bergantung pada bahan dan metode konstruksi yang digunakan, tetapi juga pada iklim selama masa pakai struktur tersebut. Panas ekstrem, khususnya, secara signifikan memengaruhi infrastruktur transportasi. Seiring berlanjutnya perubahan iklim, frekuensi dan intensitas gelombang panas diperkirakan akan meningkat, yang memperburuk masalah ini.
Saya memimpin Laboratorium Pengujian dan Infrastruktur Cerdas di Universitas Texas di Arlington, tempat tim saya bekerja untuk mencari cara memantau kesehatan struktural infrastruktur dengan lebih baik. Berikut ini alasan mengapa infrastruktur sulit bertahan di cuaca panas – dan bagaimana para insinyur berinovasi untuk membantu memperpanjang masa pakainya.
Jalan raya yang bergelombang menimbulkan bahaya bagi pengemudi
Saat jalan dibangun, jalan dipotong menjadi beberapa segmen untuk menciptakan ruang bagi perkerasan jalan agar dapat mengembang saat cuaca panas atau menyusut saat cuaca dingin. Tanpa ruang tersebut, perkerasan jalan dapat melengkung saat material jalan memanas. Tekukan perkerasan beton telah menjadi masalah serius di beberapa negara bagian.
Perkerasan jalan menjadi rentan terhadap tekukan karena sejumlah alasan. Desain jalan, bahan pembuatnya, iklim saat jalan dibangun, dan cuaca selama masa pakainya dapat memengaruhi masa pakainya, seperti halnya kerusakan jalan dan perbaikan yang tidak tepat.
Suhu ekstrem dan curah hujan yang tinggi dapat menyebabkan kerusakan yang signifikan pada jalan raya dan membahayakan integritas struktural sistem rel kereta api. Selain itu, kenaikan permukaan laut mempercepat erosi pantai yang dapat merusak jalan raya dan jalur rel kereta api. Kerusakan perkerasan jalan menyebabkan kemacetan lalu lintas dan kerusakan kendaraan. Dan, yang paling parah, dapat menyebabkan kecelakaan lalu lintas.
Rel panas dapat mengembang dan juga tertekuk
Perluasan rel juga menjadi perhatian penting, terutama pada rel yang dilas terus menerus seperti jalur utama yang digunakan kereta api.
Saat suhu meningkat, rel memuai karena panas. Pemuaian ini dapat menciptakan tekanan dan tegangan tinggi di dalam material rel. Dikombinasikan dengan gaya yang diberikan oleh kereta yang bergerak, tekanan ini dapat menyebabkan rel melengkung ke samping dan menjadi tidak sejajar. Hal ini terkadang disebut sebagai “sun kink”.
Rel yang melengkung merupakan bahaya keselamatan serius yang dapat menyebabkan anjloknya kereta. Itulah salah satu alasan Amtrak memperlambat kecepatannya saat cuaca ekstrem, yang sering kali menyebabkan penundaan jadwal. Metro Washington, DC memangkas kecepatan keretanya hingga maksimum 35 mph setelah rel mencapai suhu 135 derajat Fahrenheit (57 derajat Celsius).
Memprediksi tekanan termal ini bisa jadi sulit. Pengukuran suhu rel saja tidak cukup, karena ada banyak faktor yang tidak diketahui terkait dengan struktur rel dan cara lintasannya bergerak. Hal ini membuat sulit untuk memperkirakan secara akurat seberapa besar rel akan memuai atau menyusut.
Insinyur dapat mengurangi risiko pemuaian rel dengan menggunakan material tahan panas, seperti baja rel hipereutektoid dan baja rel martensit, menyesuaikan desain rel dan memastikan perbaikan tepat waktu.
Untuk mencegah jalan raya melengkung, teknisi juga memiliki langkah-langkah perlindungan, seperti menggunakan sambungan gergaji potong tunggal yang diisi dengan sealant untuk memberikan fleksibilitas sekaligus menahan air. Mereka juga dapat menerapkan praktik betonisasi pada cuaca dingin yang menghindari penuangan beton selama suhu rendah atau di atas dasar yang dingin, dan mereka dapat menggunakan beton yang lebih kuat dan lebih tahan lama. Melakukan perbaikan tepat waktu saat perkerasan retak dan rusak juga dapat membantu menghindari lengkungan.
Menjaga kesehatan infrastruktur
Kesehatan infrastruktur mirip dengan kesehatan manusia: Jika dokter mendeteksi masalah seperti tumor atau kanker hanya pada tahap lanjut, seringkali sudah terlambat. Seperti tubuh manusia, infrastruktur perlu dirawat sejak awal untuk mengurangi biaya dan meningkatkan potensi rehabilitasi yang efektif.
Salah satu bidang yang dikerjakan departemen saya adalah metode evaluasi nondestruktif untuk memantau infrastruktur tanpa menyebabkan kerusakan atau memerlukan penutupan jalan yang panjang.
Kami menggunakan sistem pemindaian bergerak yang hampir seperti mesin MRI portabel untuk mencari kelemahan atau kerusakan pada jembatan, jalan, dan landasan pacu. Kami juga mengembangkan sensor canggih yang menggunakan fenomena medan mekanik dan magnet untuk menilai kondisi infrastruktur, dan kami menggunakan kecerdasan buatan untuk menemukan masalah pada material.
Infrastruktur akan menghadapi tantangan yang semakin besar seiring perubahan iklim dan penuaan jalan, jembatan, dan infrastruktur lainnya. Banyaknya jalan yang rusak dan masalah lainnya pada musim panas ini menyoroti kebutuhan mendesak akan infrastruktur yang tangguh untuk menghadapi masa depan.
