COSTRUZIONE DI PONTI IN CEMENTO: sopra e sotto

Circa un miglio a nord del St. Louis Gateway Arch, gli equipaggi sono stati impegnati a costruire un altro importante punto di riferimento per la greater St. Louis area.
A due terzi dell’altezza dell’arco, il nuovo ponte strallato sul fiume Mississippi tra St. Louis e St. Clair County, Ill., non oscurerà in alcun modo il punto di riferimento iconico per la regione. Ma, a suo modo, il nuovo ponte avrà un impatto significativo viaggio all’interno del Missouri e Illinois e attraverso il cuore dell’America.

Produzione di massa
Alla fine del 2009, il progetto principale span è stato assegnato a una joint venture di Massman Construction Co., Traylor Brothers Inc. e Costruttori Alberici per million 229 milioni. Questo progetto includeva un ponte di 2.771 piedi con una campata principale di 1.500 piedi e due torri a forma di delta alte 400 piedi. Il nuovo ponte richiederebbe una stima di 50.000 cu yd di calcestruzzo. Una volta completato, il nuovo ponte sarà la terza campata strallata più lunga negli Stati Uniti.
Quasi due anni dopo la costruzione del nuovo ponte sul fiume Mississippi, le due torri per sostenere la campata principale del ponte strallato sul Mississippi stanno appena raggiungendo 175 piedi sopra l’acqua.
I due anni precedenti sono stati spesi per la posa del calcestruzzo necessario per le due torri di 400 piedi, poste a 1.500 piedi di distanza sulle rive del Mississippi. Come un iceberg, gran parte del calcestruzzo necessario per fornire supporto a queste torri massicce è nascosto sotto la superficie turbolenta dell’acqua, raramente, se non mai, per essere visto dai viaggiatori fluviali.
Ciascuna delle due torri è composta da sei 12-ft-diam. alberi forati che passano attraverso circa 70 ft di limo e fango in circa 20 ft di calcare. Un percorso di tenuta profondo 13 piedi raggiunge la parte superiore dell’albero forato e funziona come guarnizione per l’enorme cofferdam. Le fondamenta della torre, ciascuna profonda 20 piedi, larga 55 piedi e lunga 88 piedi, sono il più grande dei posizionamenti in calcestruzzo di massa sul progetto. La base della torre, che sorge a circa 70 piedi sopra il basamento alla base del ponte, si trova in cima al massiccio basamento.
Queste due torri principali non solo devono sopportare il peso del ponte e il traffico interstatale previsto, ma anche resistere a possibili terremoti, collisioni di chiatte e ai forti venti prevalenti lungo il Mississippi. Per rendere le torri abbastanza robuste da soddisfare adeguatamente tutti questi requisiti, gli ingegneri hanno incorporato un’enorme quantità di acciaio di rinforzo nei progetti di fondazione. Ogni fondazione torre contiene più di 1,9 milioni di libbre di acciaio di rinforzo-la maggior parte di esso 21?4 pollici. di diametro.
Questa fitta rete di acciaio per rinforzo fu soprannominata “gabbia di canarino” da molti dei lavoratori del progetto, poiché l’acciaio era posizionato così vicino che un canarino non poteva inserirsi tra le barre. La quantità di acciaio ha avuto un impatto significativo sul calcolo delle quantità di calcestruzzo per la fondazione.
“Normalmente, non si include il volume dell’acciaio di rinforzo nelle fondazioni in un getto di calcestruzzo perché è insignificante. Nel caso di queste fondazioni, l’acciaio di rinforzo era equivalente a 100 cu yd di calcestruzzo in volume”, ha dichiarato Chris Kelly, ispettore senior della costruzione del Missouri Department of Transportation (MoDOT) per la campata principale.
Anche il trasporto e il posizionamento di calcestruzzo per queste due fondazioni hanno comportato delle sfide. In primo luogo era la grande quantità di calcestruzzo che doveva essere versato in una sola volta. Ogni fondazione versare, il più grande del progetto, ha coinvolto più di 3.600 cu yd di calcestruzzo. Ogni fondazione doveva essere un getto continuo. La prima fondazione versare, per la torre sul lato Illinois, ha preso 43 ore. Gli equipaggi hanno iniziato presto il martedì mattina e si sono riversati fino al mercoledì e al giovedì mattina presto. Dal momento che gli equipaggi hanno imparato il primo massiccio versare, il secondo versare, per la torre del lato Missouri, ha preso quasi 36 ore.
“Una volta che il pour inizia, si sono impegnati e non si può tornare indietro,” ha detto Tom Tavernaro, ingegnere di progetto con la joint venture.
Mentre i lavoratori si preparavano a questi enormi versamenti, la pianificazione era la chiave del successo. Gli ingegneri hanno tenuto una riunione di pianificazione preliminare con tutto il personale chiave per garantire che tutti i soggetti coinvolti comprendessero il piano pour e sapessero come affrontare eventuali imprevisti.
Il calcestruzzo per questa colata massiccia è stato fornito da una joint venture di produttori locali di calcestruzzo. Le due società hanno fatto molti preparativi per questo versamento sostenuto. In primo luogo, hanno fatto lotti di prova per assicurare che il calcestruzzo raggiungesse la resistenza alla compressione minima di 6.000 psi, ma fosse ancora facile da pompare e fluire uniformemente attorno all’acciaio di rinforzo congestionato. Il calcestruzzo è stato fornito da due impianti – uno su ciascun lato del fiume Mississippi. In questo modo, se l’accesso da un impianto è stato bloccato dal traffico, il flusso potrebbe continuare senza intoppi. Un terzo impianto era in stand-by in caso di guasto in uno dei due impianti principali.
Tutti i percorsi per i camion dovevano essere pianificati per evitare il traffico e ritardi ai passaggi a livello. Driver turno extra sono stati portati su, e camion extra erano in standby, se necessario. Ogni dettaglio per la massiccia versare, tra cui dove i camion girato intorno, dove i campioni sono stati prelevati per il test e dove i camion avrebbero pulito fuori, sono stati attentamente pianificati per evitare ritardi.
La pianificazione per le contingenze ha dato i suoi frutti per l’Illinois tower pour. I camion scorrevano costantemente verso il progetto, ma sono stati bloccati da un treno che ha attraversato la carreggiata alle 2 del mattino e si è fermato su un passaggio a livello critico. Anche se c’era una buona quantità di calcestruzzo già in loco, era abbastanza presto nel versare che gli equipaggi necessari per contattare la ferrovia per ottenere il treno spostato. Com’era, la linea di camion pieni di cemento in attesa di raggiungere il pour sostenuto circa mezzo miglio prima che il treno potrebbe essere spostato lontano dalla traversata.
Anche il processo per il getto massiccio è stato attentamente pianificato. Due camion pompa per calcestruzzo sono stati posizionati sulla riva del fiume, con un camion pompa di backup in attesa in caso di guasto. Gli equipaggi hanno installato ponti a piedi temporanei per tenere il tubo della linea chiazza di petrolio per trasportare il calcestruzzo alle torri. Un boom di posizionamento sulla torre ha aiutato gli equipaggi dirigere il calcestruzzo alle fondamenta. Gli ingegneri hanno determinato un modello di posizionamento molto specifico per garantire che tutto il calcestruzzo possa essere posizionato senza giunti freddi. Hanno determinato che una velocità minima di versare di 100 cu yd all’ora in strati di circa 2 piedi era necessaria per garantire che l’intera fondazione fosse un blocco continuo di calcestruzzo.
Per garantire che il calcestruzzo scorresse senza intoppi attorno alle enormi quantità di acciaio di rinforzo, gli ingegneri hanno ottimizzato la miscela con una miscela di aggregati a quattro componenti con un elevato crollo. Hanno aggiunto il riduttore ad alta gamma dell’acqua del policarbossilato per aumentare il crollo da 10 dentro. a 11 pollici. senza segregazione aggregata.
“Si ottiene solo un colpo a fare il verso giusto e avete bisogno di un piano di gioco che tutti i giocatori sono a bordo con,” ha detto Tavernaro.

Protezione termica
Con questa massiccia quantità di calcestruzzo che viene posizionata contemporaneamente, un’altra preoccupazione importante è stata il controllo termico del calcestruzzo. Gli ingegneri volevano evitare che l’esterno del calcestruzzo si raffreddasse più rapidamente dell’interno. Per evitare ciò, hanno dovuto mantenere un differenziale di temperatura inferiore a 40º.
Il team di progettazione ha utilizzato un attacco a tre punte per prevenire il cracking termico. Il piano, sviluppato dal gruppo CTL di Skokie, Ill., includeva un limite di differenza di temperatura basato sulle prestazioni che stabiliva una curva di differenze di temperatura ammissibili tra il nucleo e le superfici esterne, a seconda della resistenza del calcestruzzo.
In primo luogo, gli ingegneri hanno utilizzato una speciale miscela di calcestruzzo che ha generato meno calore. Hanno sostituito il 70% del cemento nella miscela con una scoria di altoforno granulata a terra, una miscela non comunemente utilizzata. Poiché la miscela di scorie ha un calore di idratazione inferiore rispetto al cemento, limita la temperatura di picco del calcestruzzo. L’uso delle scorie ha creato le sue sfide, poiché miscele come questa tendono ad essere meno stabili. Gli ingegneri dovevano assicurarsi che le miscele fossero coerenti, specialmente se si considera la consistenza del trascinamento dell’aria e del crollo della miscela. È necessaria una miscela coerente per garantire punti di forza, lavorabilità e flusso coerenti. Gli ispettori hanno condotto un piano di controllo della qualità e di garanzia della qualità molto irreggimentato, sia nello stabilimento che sul posto per assicurarsi che il calcestruzzo soddisfacesse tutti gli standard di qualità desiderati.
In secondo luogo, il team ha utilizzato tubi di raffreddamento per ridurre il calore nel nucleo dei versamenti. Equipaggi collocato tubi di plastica ogni 5 ft verticalmente e orizzontalmente attraverso la massa versare. Un flusso continuo di quasi 40º acqua del fiume Mississippi è stato continuamente pompato attraverso i tubi di sifone via calore dall’interno della massa versa. Una volta che il calcestruzzo si è raffreddato abbastanza, i tubi sono stati tagliati per essere uniformi con la fondazione e riempiti con una miscela di malta.
Infine, i lavoratori avvolto grandi coperte termiche intorno alle forme e sporgenti rinforzo alla fine di ogni versare. Queste coperte termiche hanno mantenuto l’esterno del calcestruzzo dal raffreddamento troppo rapidamente. I sensori incorporati nel calcestruzzo consentono agli ingegneri di monitorare i guadagni di resistenza del calcestruzzo e la temperatura attuale. Ciò ha assicurato che il calcestruzzo non superasse il limite di differenza di temperatura durante il periodo di polimerizzazione. Questi tre metodi hanno avuto successo nell’eliminare le fessurazioni nelle fondamenta del nuovo ponte.
Con il lavoro subacqueo completato e le sfide di mettere enormi quantità di cemento dietro di loro, gli equipaggi che lavorano sul ponte vedranno molti progressi nei prossimi anni. I lavori sulle torri dureranno circa altri sei mesi, e quindi i lavoratori inizieranno a collegare le travi e i cavi necessari per il ponte. Il lavoro per il progetto rimane nei tempi previsti e gli equipaggi non vedono l’ora di inizio 2014, quando il primo traffico attraverserà il nuovo ponte—un progetto che completerà il Gateway Arch sullo skyline di St. Louis city. R&B