Amerikas Brücken erhielten auf der Infrastructure Report Card 2017, die von der American Society of Civil Engineers (ASCE) herausgegeben wurde, die Note C +. Altern ist ein Faktor in dieser Punktzahl - fast vier von zehn der 614.387 Brücken in den USA sind 50 Jahre oder älter, und das Durchschnittsalter steigt weiter.
Aber Reparatur und Rehabilitation sind extrem kostspielig - die jüngste Schätzung legt den Rückstand des Landes auf die Sanierung von Brücken auf 123 Milliarden Dollar fest.
Im Jahr 2013 beschloss das Delaware Department of Transportation, die Wirksamkeit eines neuartigen schnellen Ersatzansatzes für eine zweispurige Brücke nördlich des C & D-Kanals zu untersuchen, die sich dem Ende ihrer nutzbaren Lebensdauer näherte. Sie arbeiteten mit Forschern der Universität von Delaware an der Konstruktion und dem Bau einer neuen Brücke zusammen, die weiterhin über ein maßgeschneidertes Instrumentierungssystem überwacht wird.
Die alte Brücke wurde durch ein sogenanntes geosynthetisch verstärktes bodenintegriertes Brückensystem (GRS-IBS) ersetzt. Entwickelt und gefördert von Ingenieuren der Federal Highway Administration, bietet sich dieses System für eine schnelle und kostengünstige Konstruktion an.
Christopher Meehan, der Bentley Systems Incorporated Lehrstuhl für Bauingenieurwesen bei UD, erklärt, dass das neuartige Design aus dem Bereich der Stützmauern stammt, wo geosynthetische Materialien - einschließlich Textilien, Gitter, Streifen und Netze - verwendet werden, um den Boden zu verstärken ihre allgemeine Stärke und Stabilität.
"Es stellt sich heraus, dass Konzepte aus diesen Technologien auch auf Brücken angewendet werden können, um Geld zu sparen und die Bauzeit zu reduzieren", sagt Meehan. "Die neue Brücke ist im Grunde genommen eine Verbundbrückenstruktur mit GRS-Widerlagern und vorgefertigten Brückenüberbauelementen. Dieser Ansatz eliminiert die kostspieligen Ausfallzeiten, die mit Ortbeton verbunden sind, was einige Wochen bis zu einem Monat dauern kann."
Für dieses Projekt wurden die GRS-Abutments konstruiert, indem örtlich vorhandene Betonmauerblöcke in Reihen verlegt wurden, hinter ihnen mit Kies gefüllt wurden und die Wandverkleidungselemente abgedeckt wurden und mit einem geosynthetischen Gewebe verfüllt wurden. Dieser Prozess wurde in Schichten wiederholt, um jedes Brückenwiderlager zu bauen, und dann wurde ein Betonfertigteil-Brückenüberbau oben auf den Widerlagern platziert.
Als nächstes wurden einige Fertigstellungsarbeiten durchgeführt, um die Zufahrtswege bis zum Niveau der Brücke zu bringen, und das gesamte Brücken- und Straßengebiet wurde dann gepflastert. Der resultierende Brückenüberbau erstreckt sich über ungefähr 37 Fuß mit einer klaren Spannweite über den Einlasskanal von etwas mehr als 28 Fuß.
Das UD-Forscherteam stellte umfangreiche technische Unterstützung für das Projekt bereit, einschließlich der Entwicklung und Implementierung eines benutzerdefinierten Systems zur strukturellen Zustandsüberwachung, das mehr als 150 Sensoren umfasst, um die Langzeitleistung der Brücke kontinuierlich zu überwachen.
Meehan schreibt den Doktoranden Majid Talebi, Tyler Poggiogalle, Dan Cacciola und Matthew Becker bedeutende Beiträge zum Design-, Konstruktions- und Überwachungsprozess zu.
"Die DelDOT-Reise zum Bau einer GRS-IBS-Brücke begann tatsächlich, als Chris uns mit der Idee ansprach, eine dieser innovativen Strukturen zu bauen und zu überwachen", sagt Barry Benton, Chef-Brückeningenieur bei DelDOT und 1992 Absolvent der UD im Bauingenieurwesen.
"Von Anfang an arbeitete er eng mit uns zusammen, um einen Standort zu wählen und sowohl beim Entwurf als auch beim Überwachungsplan mitzuhelfen. Da dies die erste GRS-IBS-Brücke in Delaware sein sollte, war es für uns sehr wichtig verstehe, wie es funktionieren würde. "
DelDOT hat inzwischen eine weitere GRS-IBS-Brücke in Sussex County gebaut, die bisher gut funktioniert. Benton glaubt, dass diese Technologie die größten Kosteneinsparungen bringen wird, wenn eine interne Wartungsmannschaft für die Arbeit geschult werden kann.
"Das Schöne an diesem System ist, dass es schnell mit kleinen Geräten aufgebaut werden kann, so dass es perfekt geeignet ist, die Talente unserer eigenen Mitarbeiter zu nutzen", sagt er.
Meehan nennt das GRS-IBS eine zugängliche Technologie, die fast überall gebaut werden kann.
"Geosynthetische verstärkte Bodenstrukturen eignen sich gut für den Bau auf der ganzen Welt, da geosynthetische Materialien ziemlich leicht sind und leicht importiert werden können", sagt er.
"Über diesen Punkt hinaus können verschiedene Arten von Wänden und Brückenwiderlagern unter Verwendung von lokal gewonnenen Materialien konstruiert werden, wobei nur wenig Ortbeton benötigt wird. Die resultierenden Strukturen sind kosteneffektiv und ziemlich fehlerverzeihend in Bezug auf Absetzen und seitliche Ablenkung, und Sie haben gezeigt, dass sie bei Erdbeben relativ gut funktionieren. "
