CONSTRUCCIÓN DE PUENTES DE CONCRETO: Por encima y por debajo

Aproximadamente a una milla al norte del Arco de St. Louis Gateway, los equipos han estado ocupados construyendo otro hito importante para el área metropolitana de St.Louis.
A dos tercios de la altura del Arco, el nuevo Puente atirantado del río Mississippi entre St.Louis y el condado de St. Clair, Illinois., de ninguna manera eclipsará el hito icónico de la región. Pero, a su manera, el nuevo puente tendrá un impacto significativo en los viajes dentro de Missouri e Illinois y a través del corazón de América.

Producción en masa
A finales de 2009, el proyecto de tramo principal se adjudicó a una empresa conjunta de Massman Construction Co., Traylor Brothers Inc. y Alberici Constructors por 2 229 millones. Este proyecto incluía un puente de 2.771 pies con un vano principal de 1.500 pies y dos torres en forma de delta de 400 pies de altura. El nuevo puente requeriría aproximadamente 50.000 yardas cúbicas de hormigón. Cuando esté completo, el nuevo puente será el tercer tramo atirantado más largo de los Estados Unidos.
Casi dos años después de la construcción del nuevo Puente sobre el Río Misisipi, las dos torres para soportar el tramo principal del puente atirantado sobre el Misisipi están alcanzando los 175 pies sobre el agua.
Los dos años anteriores se han dedicado a colocar el hormigón necesario para las dos torres de 400 pies, situadas a 1.500 pies de distancia a orillas del Mississippi. Como un iceberg, gran parte del hormigón necesario para proporcionar soporte a estas enormes torres está escondido debajo de la superficie turbulenta del agua, rara vez, o nunca, para ser visto por los viajeros del río.
Cada una de las dos torres consta de seis torres de 12 pies de diámetro. pozos perforados que atraviesan unos 70 pies de limo y lodo hasta llegar a unos 20 pies de piedra caliza. Un curso de sellado de 13 pies de profundidad llega a la parte superior del eje perforado y funciona como sello para la ataguía masiva. Las zapatas de la torre, cada una de 20 pies de profundidad, 55 pies de ancho y 88 pies de largo, son las más grandes de las colocaciones de concreto masivo en el proyecto. La base de la torre, que se eleva unos 70 pies por encima de la base hasta la base de la cubierta del puente, se encuentra en la parte superior de la base masiva.
Estas dos torres principales no solo tienen que soportar el peso del puente y el tráfico interestatal esperado, sino también soportar posibles terremotos, colisiones de barcazas y los fuertes vientos que prevalecen a lo largo del Mississippi. Para que las torres fueran lo suficientemente robustas como para cumplir adecuadamente con todos estos requisitos, los ingenieros incorporaron una enorme cantidad de acero de refuerzo en los diseños de cimentación. Cada base de torre contiene más de 1,9 millones de libras de acero de refuerzo, ¿la mayoría de 21?4 pulg. de diámetro.
Esta red de acero de refuerzo muy compacta fue apodada la “jaula de canario” por muchos de los trabajadores del proyecto, ya que el acero estaba colocado tan cerca que un canario no podía caber entre las barras. La cantidad de acero tuvo un impacto significativo en el cálculo de las cantidades de concreto para la cimentación.
” Normalmente, no se incluye el volumen del acero de refuerzo en cimientos en un vertido de concreto porque es insignificante. En el caso de estos cimientos, el acero de refuerzo equivalía a 100 yardas cúbicas de hormigón en volumen”, dijo Chris Kelly, inspector superior de construcción del vano principal del Departamento de Transporte de Missouri (MoDOT).
El transporte y la colocación de hormigón para estos dos cimientos también conllevaron desafíos. En primer lugar, la gran cantidad de hormigón que había que verter al mismo tiempo. Cada vertido de cimientos, el más grande del proyecto, involucró más de 3,600 yardas cu de concreto. Cada base tenía que ser un vertido continuo. La primera colada de cimientos, para la torre en el lado de Illinois, tomó 43 horas. Las tripulaciones comenzaron temprano un martes por la mañana y se vertieron hasta el miércoles y el jueves por la mañana temprano. Desde que las tripulaciones aprendieron en el primer vertido masivo, el segundo vertido, para la torre del lado de Missouri, tomó casi 36 horas.
” Una vez que comienza el vertido, estás comprometido y no hay vuelta atrás”, dijo Tom Tavernaro, ingeniero de proyectos de la empresa conjunta.
A medida que los trabajadores se preparaban para estos vertidos masivos, la planificación era la clave del éxito. Los ingenieros celebraron una reunión de planificación previa con todo el personal clave para asegurarse de que todos los involucrados entendieran el plan de vertido y supieran cómo lidiar con cualquier contingencia potencial.
El hormigón para este vertido masivo fue suministrado por una empresa conjunta de productores locales de hormigón. Las dos compañías hicieron muchos preparativos para este vertido sostenido. Primero, hicieron lotes de prueba para asegurar que el concreto alcanzaría la resistencia a la compresión mínima de 6,000 psi, pero aún así sería fácil de bombear y fluir suavemente alrededor del acero de refuerzo congestionado. El hormigón fue suministrado por dos plantas, una a cada lado del río Mississippi. De esa manera, si el acceso desde una planta estaba bloqueado por el tráfico, el vertido podría continuar sin problemas. Una tercera planta estaba en espera en caso de avería en una de las dos plantas principales.
Todas las rutas para los camiones tuvieron que planificarse para evitar el tráfico y los retrasos en los cruces de ferrocarril. Se trajeron conductores de turno adicionales, y camiones adicionales estaban en espera, si era necesario. Todos los detalles del vertido masivo, incluido el lugar donde los camiones dieron la vuelta, donde se tomaron muestras para las pruebas y donde los camiones se limpiarían, se planificaron cuidadosamente para evitar retrasos.
La planificación de contingencias dio sus frutos para el Illinois tower pour. Los camiones fluían constantemente hacia el proyecto, pero fueron bloqueados por un tren que cruzó la carretera a las 2 a.m. y se detuvo en un cruce ferroviario crítico. Aunque ya había una buena cantidad de concreto en el lugar, era lo suficientemente temprano en el vertido que las cuadrillas necesitaban ponerse en contacto con el ferrocarril para mover el tren. Tal como estaba, la línea de camiones de concreto llenos esperando para llegar al vertido retrocedió aproximadamente media milla antes de que el tren pudiera alejarse del cruce.
El proceso para el vertido masivo también fue cuidadosamente planeado. Se colocaron dos camiones bomba de hormigón en la orilla del río, con un camión bomba de respaldo en espera en caso de avería. Los equipos instalaron puentes transitables temporales para sostener la tubería de conducción resbaladiza para transportar el concreto a las torres. Una pluma de colocación en la torre ayudó a los equipos a dirigir el hormigón a los cimientos. Los ingenieros determinaron un patrón de colocación muy específico para garantizar que todo el concreto pudiera colocarse sin tener juntas frías. Determinaron que se requería una velocidad mínima de vertido de 100 yardas cúbicas por hora en capas de aproximadamente 2 pies para garantizar que toda la cimentación fuera un bloque continuo de concreto.
Para garantizar que el hormigón fluyera suavemente alrededor de las enormes cantidades de acero de refuerzo, los ingenieros optimizaron la mezcla con una mezcla de agregados de cuatro componentes con una gran caída. Agregaron un reductor de agua de alto rango de policarboxilato para aumentar la caída de 10 pulgadas. a 11 pulgadas. sin segregación agregada.
“Solo tienes una oportunidad de hacer el pour bien y necesitas un plan de juego con el que todos los jugadores estén a bordo”, dijo Tavernaro.

Protección térmica
Con esta cantidad masiva de concreto colocada al mismo tiempo, otra preocupación importante fue el control térmico para el concreto. Los ingenieros querían evitar que el exterior del concreto se enfriara más rápido que el interior. Para evitarlo, tuvieron que mantener un diferencial de temperatura inferior a 40º.
El equipo de diseño utilizó un ataque de tres puntas para evitar el agrietamiento térmico. El plan, desarrollado por el Grupo CTL de Skokie, Ill., incluyó un límite de diferencia de temperatura basado en el rendimiento que estableció una curva de diferencias de temperatura permitidas entre el núcleo y las superficies exteriores, dependiendo de la resistencia del concreto.
En primer lugar, los ingenieros utilizaron una mezcla de concreto especial que generaba menos calor. Reemplazaron el 70% del cemento de la mezcla con una escoria de alto horno granulada molida, una mezcla que no se usa comúnmente. Dado que la mezcla de escoria tiene un calor de hidratación más bajo que el cemento, limita la temperatura máxima del hormigón. El uso de la escoria creó sus propios desafíos, ya que mezclas como esta tienden a ser menos estables. Los ingenieros necesitaban asegurarse de que las mezclas fueran consistentes, especialmente al considerar el arrastre de aire y la consistencia de caída de la mezcla. Se necesita una mezcla consistente para garantizar una resistencia, trabajabilidad y flujo constantes. Los inspectores llevaron a cabo un plan de control y garantía de calidad muy reglamentado, tanto en la planta como en el sitio, para asegurarse de que el hormigón cumpliera con todos los estándares de calidad deseados.
En segundo lugar, el equipo utilizó tubos de refrigeración para reducir el calor en el núcleo de los vertederos. Los equipos colocaron tubos de plástico cada 5 pies vertical y horizontalmente a través del vertido de masa. Un flujo continuo de casi 40º de agua del río Mississippi se bombeaba continuamente a través de los tubos para desviar el calor del interior de la masa vertida. Una vez que el hormigón se enfrió lo suficiente, los tubos se cortaron para que estuvieran a la par con la base y se llenaron con una mezcla de lechada.
Finalmente, los trabajadores envolvieron grandes mantas térmicas alrededor de las formas y refuerzos sobresalientes al final de cada vertido. Estas mantas térmicas evitaron que el exterior del concreto se enfriara demasiado rápido. Los sensores integrados en el concreto permiten a los ingenieros monitorear las ganancias de resistencia del concreto y la temperatura actual. Esto aseguró que el concreto no excediera el límite de diferencia de temperatura durante el período de curado. Estos tres métodos tuvieron éxito en la eliminación de grietas en los cimientos del nuevo puente.
Con el trabajo submarino completado y los desafíos de colocar enormes cantidades de concreto detrás de ellos, las tripulaciones que trabajan en el puente verán un gran progreso en los próximos años. El trabajo en las torres durará aproximadamente otros seis meses, y luego los trabajadores comenzarán a conectar las vigas y los cables necesarios para la cubierta. El trabajo para el proyecto se mantiene a tiempo y los equipos esperan con interés principios de 2014, cuando el primer tráfico cruzará el nuevo puente, un proyecto que complementará el Arco de Entrada en el horizonte de la ciudad de St.Louis. R& B