I ponti americani hanno ricevuto un punteggio C + sulla Carta delle relazioni sulle infrastrutture 2017, rilasciata dall'American Society of Civil Engineers (ASCE). L'invecchiamento è un fattore in questo punteggio: quasi quattro su 10 dei 614.387 ponti negli Stati Uniti hanno 50 anni o più e l'età media continua a salire.
Ma la riparazione e la riabilitazione sono estremamente costose - la stima più recente pone il fabbisogno di riabilitazione del ponte da parte della nazione a $ 123 miliardi.
Nel 2013, il Dipartimento dei trasporti del Delaware ha deciso di esplorare l'efficacia di un nuovo approccio di sostituzione rapida per un ponte a due corsie appena a nord del canale C & D che si avvicinava alla fine della sua vita utile. Hanno collaborato con ricercatori dell'Università del Delaware sulla progettazione e costruzione di un nuovo ponte, che continua ad essere monitorato tramite un sistema di strumentazione progettato su misura.
Il vecchio ponte è stato sostituito con quello che è noto come un sistema di ponti integrati geosintetici rinforzati (GRS-IBS). Sviluppato e promosso da ingegneri della Federal Highway Administration, questo sistema si presta a una costruzione rapida ed economica.
Christopher Meehan, Bentley Systems Incorporated Chair di Ingegneria Civile presso l'UD, spiega che il nuovo design prende in prestito dal campo dei muri di sostegno, dove materiali geosintetici - inclusi tessuti, griglie, strisce e reti - vengono utilizzati per fornire rinforzo tensile ai terreni, migliorando la loro forza e stabilità complessiva.
"Si scopre che i concetti di queste tecnologie possono essere applicati anche ai ponti, risparmiando denaro e riducendo i tempi di costruzione", afferma Meehan. "Il nuovo ponte è fondamentalmente una struttura a ponte composita che incorpora abutment GRS e elementi di sovrastruttura a ponte prefabbricati, eliminando i costosi tempi di inattività associati al calcestruzzo fuso sul posto, che può richiedere alcune settimane o un mese per la cura".
Per questo progetto, gli abutment GRS sono stati costruiti disponendo blocchi di muratura in calcestruzzo localmente disponibili in file, riempiendoli dietro con ghiaia e coprendo gli elementi di rivestimento e il backfill con un tessuto geosintetico. Questo processo è stato ripetuto a strati per costruire ciascun pilastro del ponte, e quindi una sovrastruttura a ponte prefabbricato in calcestruzzo è stata posizionata sopra gli abutment.
Successivamente, sono stati eseguiti alcuni lavori di finitura per portare le vie di avvicinamento fino al livello del ponte, e l'intera area del ponte e della carreggiata è stata quindi asfaltata. La sovrastruttura del ponte risultante si estende per circa 37 piedi, con una luce libera sul canale di ingresso di poco più di 28 piedi.
Il team di ricerca dell'UD ha fornito un ampio supporto tecnico sul progetto, compresa la progettazione e l'implementazione di un sistema di monitoraggio della salute strutturale personalizzato che comprende più di 150 sensori per monitorare continuamente le prestazioni a lungo termine del ponte.
Meehan attribuisce ai dottorandi Majid Talebi, Tyler Poggiogalle, Dan Cacciola e Matthew Becker un contributo significativo al processo di progettazione, costruzione e monitoraggio.
"Il viaggio di DelDOT per la costruzione di un ponte GRS-IBS è iniziato quando Chris ci ha contattato con l'idea di costruire e monitorare una di queste strutture innovative", afferma Barry Benton, ingegnere capo ponte presso DelDOT e 1992 laureato in ingegneria civile.
"Fin dall'inizio del progetto, ha lavorato a stretto contatto con noi per scegliere un luogo e assistere sia nella progettazione che nel piano di monitoraggio. Poiché questo doveva essere il primo ponte GRS-IBS in Delaware, era molto importante per noi capire come si comporterebbe. "
DelDOT ha da allora costruito un altro ponte GRS-IBS nella contea di Sussex, che si sta comportando bene fino ad oggi. Benton ritiene che questa tecnologia produrrà i maggiori risparmi sui costi se una squadra di manutenzione interna può essere addestrata a svolgere il lavoro.
"La bellezza del sistema è che può essere costruita rapidamente con piccole apparecchiature, quindi è perfetta per utilizzare i talenti del nostro personale", dice.
Meehan chiama il GRS-IBS una tecnologia accessibile che può essere costruita quasi ovunque.
"Le strutture geosintetiche rinforzate del suolo sono adatte per la costruzione di tutto il mondo, poiché i materiali geosintetici sono abbastanza leggeri e possono essere facilmente importati", afferma.
"Oltre quel punto, vari tipi di muri e pilastri di ponti possono essere costruiti utilizzando materiali di provenienza locale, con un minimo bisogno di calcestruzzo fuso sul posto. Le strutture risultanti sono economiche e abbastanza tolleranti rispetto all'insediamento e alla deflessione laterale, e hanno dimostrato di comportarsi relativamente bene nei terremoti. "