Οι γέφυρες της Αμερικής έλαβαν έναν βαθμό C + στην Κάρτα Αναφοράς Υποδομής 2017, που τέθηκε από την Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών (ASCE). Η γήρανση είναι ένας παράγοντας σε αυτό το σκορ - σχεδόν τέσσερα σε 10 από τις 614.387 γέφυρες στις ΗΠΑ είναι 50 ετών και άνω και η μέση ηλικία συνεχίζει να ανεβαίνει.
Αλλά η επισκευή και η αποκατάσταση είναι εξαιρετικά δαπανηρές - η πιο πρόσφατη εκτίμηση θέτει τις καθυστερημένες αναγκαστικές ανάγκες αποκατάστασης της γέφυρας σε 123 δισεκατομμύρια δολάρια.
Το 2013, το Υπουργείο Μεταφορών του Delaware αποφάσισε να διερευνήσει την αποτελεσματικότητα μιας νέας προσέγγισης ταχείας αντικατάστασης για μια γέφυρα δύο λωρίδων ακριβώς βόρεια του καναλιού C & D που πλησίαζε το τέλος της ωφέλιμης ζωής του. Συνεργάστηκαν με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Delaware για το σχεδιασμό και την κατασκευή μιας νέας γέφυρας, η οποία συνεχίζει να παρακολουθείται μέσω ενός συστήματος οργάνων που έχει σχεδιαστεί κατά παραγγελία.
Η παλιά γέφυρα αντικαταστάθηκε με αυτό που είναι γνωστό ως σύστημα γεωσυνθετικού ενισχυμένου εδάφους (GRS-IBS). Αναπτύχθηκε και προωθήθηκε από μηχανικούς στην Ομοσπονδιακή Διοίκηση Αυτοκινητοδρόμων, το σύστημα αυτό προσφέρεται για ταχεία και οικονομικά αποδοτική κατασκευή.
Ο κ. Christopher Meehan, Πρόεδρος Πολιτικών Μηχανικών της UD, εξηγεί ότι ο νέος σχεδιασμός δανείζεται από το πεδίο των τοίχων αντιστήριξης, όπου χρησιμοποιούνται γεωσυνθετικά υλικά - συμπεριλαμβανομένων κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων, πλεγμάτων, ταινιών και δικτύων - για την παροχή εφελκυστικής ενίσχυσης στα εδάφη, τη συνολική αντοχή και τη σταθερότητά τους.
"Αποδεικνύεται ότι οι έννοιες από αυτές τις τεχνολογίες μπορούν επίσης να εφαρμοστούν σε γέφυρες, εξοικονομώντας χρήματα και μειώνοντας το χρόνο κατασκευής", λέει ο Meehan. "Η νέα γέφυρα είναι βασικά μια σύνθετη δομή γέφυρας που ενσωματώνει τα GRS στηρίγματα και τα προκατασκευασμένα στοιχεία υπερκατασκευής γέφυρας. Αυτή η προσέγγιση εξαλείφει το δαπανηρό χρόνο διακοπής που σχετίζεται με το cast-in-place σκυρόδεμα, το οποίο μπορεί να διαρκέσει μερικές εβδομάδες έως ένα μήνα για να θεραπεύσει".
Για το έργο αυτό, τα GRS στηρίγματα κατασκευάστηκαν με τοποθέτηση τοπικά διαθέσιμων μπλοκ τοιχοποιίας σε σειρές, γεμίζοντας πίσω τους με χαλίκι και καλύπτοντας τα τοιχώματα που έρχονται αντιμέτωπα με το γεωσυνθετικό ύφασμα. Αυτή η διαδικασία επαναλήφθηκε σε στρώματα για να κατασκευαστεί κάθε γέφυρα, και στη συνέχεια τοποθετήθηκε πάνω από τα υποστηρίγματα μια υπερκατασκευή γέφυρας από προκατασκευασμένο σκυρόδεμα.
Έπειτα, πραγματοποιήθηκαν μερικές εργασίες φινιρίσματος για να φτάσουν οι τρόποι προσέγγισης μέχρι τη βαθμίδα της γέφυρας και όλη η γέφυρα και ο χώρος του οδοστρώματος ήταν στη συνέχεια στρωμένος. Η προκύπτουσα υπερκατασκευή γέφυρας εκτείνεται περίπου 37 πόδια, με ένα ξεκάθαρο άνοιγμα πάνω από το κανάλι εισόδου λίγο περισσότερο από 28 πόδια.
Η ερευνητική ομάδα του UD παρείχε εκτεταμένη τεχνική υποστήριξη στο έργο, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού και της εφαρμογής ενός προσαρμοσμένου δομικού συστήματος παρακολούθησης της υγείας που περιλαμβάνει περισσότερους από 150 αισθητήρες για τη συνεχή παρακολούθηση της μακροπρόθεσμης απόδοσης της γέφυρας.
Ο Meehan απονέμει στους μεταπτυχιακούς φοιτητές Majid Talebi, Tyler Poggiogalle, Dan Cacciola και Matthew Becker, συμβάλλοντας σημαντικά στη διαδικασία σχεδιασμού, κατασκευής και παρακολούθησης.
"Το ταξίδι DelDOT για την κατασκευή μιας γέφυρας GRS-IBS άρχισε όταν ο Chris μας προσέγγισε την ιδέα να κατασκευάσουμε και να παρακολουθήσουμε μία από αυτές τις καινοτόμες κατασκευές", λέει ο Barry Benton, επικεφαλής μηχανικός γέφυρας στο DelDOT και 1992 πτυχιούχος της UD στην πολιτική μηχανική.
"Από την αρχή του έργου, συνεργάστηκε στενά μαζί μας για να επιλέξει μια θέση και να βοηθήσει τόσο στο σχεδιασμό όσο και στο σχέδιο παρακολούθησης. Επειδή αυτή ήταν η πρώτη γέφυρα GRS-IBS στο Delaware, ήταν πολύ σημαντικό για μας καταλάβετε πώς θα μπορούσε να εκτελέσει. "
Η DelDOT έκτοτε έχει χτίσει μια άλλη γέφυρα GRS-IBS στην Sussex County, η οποία έχει καλές επιδόσεις μέχρι σήμερα. Ο Benton πιστεύει ότι αυτή η τεχνολογία θα αποφέρει τη μεγαλύτερη εξοικονόμηση κόστους εάν ένα εσωτερικό συνεργείο συντήρησης μπορεί να εκπαιδευτεί για να κάνει την εργασία.
"Η ομορφιά του συστήματος είναι ότι μπορεί να κατασκευαστεί γρήγορα με μικρό εξοπλισμό, γι 'αυτό είναι τέλεια κατάλληλη για την αξιοποίηση των ταλέντων του προσωπικού μας", λέει.
Ο Meehan καλεί την GRS-IBS μια προσπελάσιμη τεχνολογία που μπορεί να κατασκευαστεί σχεδόν οπουδήποτε.
"Οι γεωσυνθετικές δομές ενισχυμένου εδάφους είναι κατάλληλες για κατασκευές σε όλο τον κόσμο, καθώς τα γεωσυνθετικά υλικά είναι αρκετά ελαφρά και μπορούν εύκολα να εισαχθούν", λέει.
"Πέρα από αυτό το σημείο, διάφοροι τύποι τοίχων και γειτονιών μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας υλικά που προέρχονται από τοπικά υλικά, με ελάχιστη ανάγκη για σκυρόδεμα χύτευσης. Οι προκύπτουσες δομές είναι οικονομικά αποδοτικές και δίκαια συγχωρούν όσον αφορά τον οικισμό και την πλευρική εκτροπή, και έχουν αποδειχθεί ότι εκτελούν σχετικά καλά σε σεισμούς. "