Jembatan gantung, keajaiban teknik yang membentang di atas perairan luas dan menghubungkan komunitas, mengandalkan komponen yang sering diabaikan untuk integritas strukturalnya: kabel utama. Rangkaian besar ini, terdiri dari ribuan kawat baja individual, menanggung seluruh berat dek jembatan dan beban lalu lintas—seringkali melebihi ratusan ribu ton—memindahkan gaya-gaya ini ke menara jembatan dan titik jangkar.

Penelitian terbaru yang dipimpin oleh Los Alamos National Laboratory telah membuat kemajuan signifikan dalam memahami bagaimana kabel-kabel ini mendistribusikan tegangan secara internal. Dengan menggunakan teknologi difraksi neutron, para ilmuwan telah mengungkapkan peran penting gesekan antar kawat dalam transmisi tegangan—temuan yang menantang asumsi teknik konvensional.

Kabel utama mewakili struktur komposit yang canggih daripada hanya bundel kawat. Intinya terdiri dari untaian kawat galvanis yang dikemas rapat yang disusun dalam pola heksagonal untuk pemadatan yang optimal. Lapisan luar dari kawat pra-tegang yang kontinu membungkus inti ini, diamankan pada interval reguler oleh klem radial yang mempertahankan integritas struktural dan meningkatkan transfer tegangan ke kawat yang putus.

Sebagai perspektif, kabel Jembatan Manhattan berdiameter 50cm berisi sekitar 8.500-9.000 kawat, sementara struktur yang lebih besar seperti Jembatan Golden Gate menampilkan kabel berdiameter hampir satu meter dengan lebih dari 28.000 kawat individual. Kabel-kabel ini menahan gaya tarik yang luar biasa dari beban permanen (berat jembatan), beban hidup (lalu lintas), dan faktor lingkungan seperti angin dan aktivitas seismik.

Menganalisis distribusi beban di dalam kabel menghadirkan kesulitan teoretis dan eksperimen yang unik. Analisis elemen hingga tradisional kesulitan untuk memodelkan secara akurat interaksi kompleks antara ribuan kawat, terutama pada titik kontak di mana koefisien gesekan, deformasi lokal, dan area kontak tetap sulit untuk diukur atau diperkirakan.

Tim peneliti mengatasi keterbatasan ini dengan menggunakan difraksi neutron—teknik non-destruktif yang mengukur regangan elastis dalam material dengan mendeteksi perubahan dalam jarak kisi atom. Tidak seperti sinar-X, neutron menembus jauh ke dalam material tanpa merusaknya, memungkinkan pemeriksaan yang belum pernah terjadi sebelumnya terhadap tegangan internal dalam sampel kabel skala operasional.

Eksperimen menunjukkan bahwa regangan kawat individual sangat bergantung pada kondisi batas pada titik penjepitan dan gaya kompresi radial. Yang paling menonjol, gesekan antar kawat terbukti jauh lebih substansial daripada yang diasumsikan sebelumnya—sebuah wahyu yang mengharuskan evaluasi ulang model tegangan kabel konvensional.

Penemuan ini membawa implikasi mendalam bagi keselamatan jembatan. Dengan menggabungkan efek gesekan ke dalam analisis tegangan, para insinyur dapat memprediksi distribusi beban dengan lebih akurat, berpotensi memperpanjang masa pakai kabel dan mencegah kegagalan yang dahsyat. Metodologi ini juga memungkinkan deteksi kawat yang putus dan cacat lokal yang membahayakan integritas struktural.

Penelitian ini, yang diterima untuk publikasi di Journal of Experimental Mechanics, membuka jalan baru untuk rekayasa jembatan. Pekerjaan di masa depan akan fokus pada pengembangan model elemen hingga canggih yang memperhitungkan efek gesekan dan menyelidiki bahan kabel generasi berikutnya. Tim juga berencana untuk mengadaptasi difraksi neutron untuk sistem pemantauan kesehatan struktural waktu nyata yang dapat merevolusi praktik pemeliharaan jembatan.

Terobosan teknologi ini mewakili lebih dari sekadar kemajuan akademis—ia menawarkan manfaat nyata bagi keselamatan infrastruktur di seluruh dunia. Seiring bertambahnya usia jembatan gantung dan peningkatan beban lalu lintas, penilaian yang akurat terhadap kondisi kabel menjadi semakin penting. Pendekatan difraksi neutron memberi para insinyur alat baru yang ampuh untuk menjaga tautan transportasi penting ini, memastikan layanan mereka yang berkelanjutan untuk generasi mendatang.