Pada tgl. 1 Juli 1940, jembatan Tacoma ( the Tacoma Narrows Bridge ) dengan resmi dibuka untuk lalu lintas. Sebuah bangunan yang indah dan menelan biaya sebesar $ 6,4 juta. Sebegitu jauh, jembatan tersebut merupakan jembatan yang paling langsing dan luwes dibandingkan dengan jembatan – jembatan yang modern lainnya.
Dengan gelegar utama sepanjang 2800 feet, tingginya hanya 8 feet dan jarak antara kabel dan kabel adalah 39 feet. Semuanya ini menghasilkan suatu karya yang indah dan manis dengan lantai kendaraannya yang merentang seolah – olah seutas pita saja. Menaranya yang tinggi dan gelegar tepinya yang panjang menambah keluwesan design.
Proporsi – proporsi yang langsing itu, ditambah dengan bentuk irisan normalnya telah menyebabkan jembatan ini menjadi bahan ramalan mengenai nasibnya. Sejak permulaan, konstruksi sudah menunjukkan tanda – tanda ketidakstabilan, bahkan ketika para pekerja memasang jalan rayanya, gelegarnya begitu bergoyang.
Setelah keruntuhan, keterlibatan Amerika Serikat dalam Perang Dunia II menunda rencana untuk mengganti jembatan tersebut. Bagian jembatan yang masih berdiri setelah keruntuhan, termasuk menara dan kabel, dibongkar dan dijual sebagai logam bekas. Hampir 10 tahun setelah jembatan ambruk, Jembatan Tacoma Narrows baru dibuka di lokasi yang sama, dengan menggunakan alas menara jembatan asli dan anjungan kabel. Bagian jembatan yang jatuh ke dalam air sekarang berfungsi sebagai terumbu buatan .
Keruntuhan jembatan itu memiliki efek abadi pada sains dan teknik. Dalam banyak buku teks fisika , kejadian tersebut salah ditampilkan sebagai contoh resonansi paksa dasar, dengan angin memberikan frekuensi periodik eksternal yang sesuai dengan frekuensi struktural jembatan alam. Pada kenyataannya, penyebab sebenarnya dari kegagalan adalah fluks aeroelastik. Kegagalannya juga mendorong penelitian di bidang aerodinamika jembatan aeroelastik, studi yang telah mempengaruhi desain semua jembatan bentang panjang besar di dunia yang dibangun sejak tahun 1940. Berbagai dugaan kasus robohnya Jembatan Tacoma Narrow muncul.
Jembatan Tacoma Narrows yang asli dibuka untuk lalu lintas pada 1 Juli 1940. Itu terletak di Negara Bagian Washington, dekat Puget Sound. Tacoma Narrows Bridge adalah jembatan gantung terpanjang ketiga di Amerika Serikat pada saat itu, dengan panjang 5.939 feet termasuk pendekatan. Dua menara pendukungnya setinggi 425 feet. Menara-menara itu terpisah 2800 feet.
Sebelum abad ini, sebagian besar desain jembatan didasarkan pada rangka, lengkungan, dan kantilever untuk mendukung kereta barang berat. Mobil jelas jauh lebih ringan. Jembatan gantung lebih elegan dan ekonomis daripada jembatan kereta api. Dengan demikian desain suspensi menjadi disukai untuk lalu lintas mobil. Sayangnya, para insinyur tidak sepenuhnya memahami gaya yang bekerja pada jembatan. Mereka juga tidak memahami respon desain jembatan gantung terhadap gaya-gaya yang kurang dipahami ini.
Selain itu, Tacoma Narrows Bridge dibangun dengan balok pelat yang dangkal sebagai pengganti rangka kaku jembatan kereta api yang dalam. Perhatikan bahwa angin dapat melewati gulungan. Gelagar pelat, di sisi lain, menghadirkan hambatan bagi angin.
Akibat desainnya, Tacoma Narrows Bridge mengalami gelombang bergelombang yang didorong oleh angin. Dengan demikian memperoleh julukan “Galloping Gertie.” Angin kencang menyebabkan jembatan runtuh pada 7 November 1940. Awalnya, angin berkecepatan 35 mil per jam memicu mode getaran melintang jembatan, dengan amplitudo 1,5 feet. Gerakan ini berlangsung selama 3 jam.
Angin kemudian meningkat menjadi 42 mil per jam. Selain itu, kabel penyangga di tengah bentang putus, mengakibatkan kondisi pembebanan tidak seimbang. Dengan demikian, respons jembatan berubah menjadi mode getaran torsional 0,2 Hz, dengan amplitudo hingga 28 feet.
Selain Tacoma Bridge merupakan jembatan terbesar pada masa itu, namun runtuh pada 7 November 1940. Tragedi tersebut menjadi isu karena Jembatan Tacoma Narrow runtuh kurang dari setahun dari bangunan. Administrasi Pekerjaan Federal (FWA) menunjuk panel beranggotakan 3 orang yang terdiri dari insinyur tingkat atas: Othmar Amman, Dr. Theodore Von Karmen, dan Glen B. Woodruff. Laporan mereka adalah Administrator FWA, John Carmody dan dikenal sebagai laporan “Dewan Carmody”.
Dan laporan itu mengatakan: “Tindakan acak dari angin yang bergejolak”
Mereka juga mengatakan semua insinyur harus belajar lebih banyak tentang alam dan juga aerodinamis untuk menghindari terulangnya tragedi ini.
Namun, para insinyur masih memperdebatkan penyebab pasti keruntuhannya. Tiga teori tersebut adalah:
1. Turbulensi Acak
Teori awal adalah bahwa tekanan angin hanya membangkitkan frekuensi alami jembatan. Kondisi ini disebut “resonansi.” Masalah dengan teori ini adalah bahwa resonansi adalah fenomena yang sangat tepat, membutuhkan frekuensi gaya penggerak berada pada, atau dekat, salah satu frekuensi alami sistem untuk menghasilkan osilasi besar. Tekanan angin turbulen, bagaimanapun, akan bervariasi secara acak dengan waktu. Dengan demikian, turbulensi tampaknya tidak mungkin mendorong osilasi stabil yang diamati dari jembatan.
2. Periodic Vortex Shedding
Theodore von Karman, seorang insinyur penerbangan terkenal, yakin bahwa pelepasan pusaran air mendorong osilasi jembatan. Diagram pelepasan pusaran di sekitar benda bulat ditunjukkan pada Gambar 2.5. Von Karman menunjukkan bahwa benda tumpul seperti geladak jembatan juga dapat melepaskan pusaran periodik saat bangunnya.
Masalah dengan teori ini adalah bahwa frekuensi pelepasan pusaran alami dihitung menjadi 1 Hz. Frekuensi ini juga disebut “frekuensi Strouhal”. Frekuensi mode torsional, bagaimanapun, adalah 0,2 Hz. Frekuensi ini diamati oleh Profesor F. B. Farquharson, yang menyaksikan runtuhnya jembatan. Frekuensi vortex shedding yang dihitung adalah lima kali lebih tinggi dari frekuensi torsional. Dengan demikian terlalu tinggi untuk membangkitkan frekuensi mode torsional.
Selain pelepasan pusaran “von Karman”, pola pusaran seperti bergetar mungkin telah terbentuk pada frekuensi yang bertepatan dengan mode osilasi torsional. Apakah pusaran bergetar ini merupakan penyebab atau efek dari gerakan memutar tidak jelas.
3. Ketidakstabilan Aerodinamis (Negative Damping)
Insinyur diperlukan untuk menguji desain jembatan gantung menggunakan model di terowongan angin. Ketidakstabilan aerodinamis adalah getaran yang dibangkitkan sendiri. Dalam hal ini, gaya bolak-balik yang menopang gerakan diciptakan atau dikendalikan oleh gerakan itu sendiri. Gaya bolak-balik menghilang ketika gerakan menghilang. Fenomena ini juga dimodelkan sebagai getaran bebas dengan redaman negatif.
