Costruzione del ponte galleggiante più lungo del mondo

Il nuovo ponte galleggiante Evergreen Point, che trasporta la State Route 520 (SR 520), è il ponte galleggiante più lungo del mondo, che si estende per 7.708, 5 piedi attraverso il lago Washington a Seattle, Washington. Aperto al traffico nell’aprile 2016, il ponte sostituisce il precedente ponte galleggiante SR 520, completato nel 1963 e giunto alla fine della sua vita utile. Il nuovo ponte è stato costruito sul posto, adiacente e appena a nord del vecchio ponte. La costruzione del ponte ha richiesto un processo altamente coordinato per garantire che le sollecitazioni del pontone a bordo libero e del calcestruzzo nei pontoni fossero mantenute entro limiti accettabili per tutta la costruzione.

Figura 1

Veduta aerea della State Route (SR) 520 Evergreen Point Ponte galleggiante grattacielo sovrastruttura in costruzione.

Ponti galleggianti dello Stato di Washington

Ponti galleggianti sono stati una parte importante delle infrastrutture dello Stato di Washington dal 1940, quando il primo ponte galleggiante è stato costruito attraverso il lago di Washington. Washington ospita attualmente quattro dei cinque ponti galleggianti più lunghi del mondo; il William A. Bugge Bridge che attraversa Hood Canal (6.521 piedi) e tre ponti che attraversano il lago Washington: il Lacey V. Murrow I-90 bridge (6.620 piedi), il Homer M. Hadley I-90 bridge (5.811 piedi) e il nuovo SR 520 floating bridge (7.708, 5 piedi). Il quarto ponte galleggiante più lungo è il Demerara Harbor Bridge (6.074 piedi) a Georgetown, Guyana.

Il ponte galleggiante originale sul Lago Washington è stato il frutto di Homer M. Hadley, un ingegnere Seattle inizio del 20 ° secolo e omonimo di uno dei due ponti I-90. Il suo grande schema di un pontone di cemento ponte galleggiante sul lago di Washington si dice che abbia avuto origine dalla sua esperienza di progettazione chiatte durante la prima guerra mondiale. A causa della profondità del lago di Washington, oltre 200 piedi in alcune località, e terreni molto morbidi costituiti da depositi di cenere vulcanica di spessore, ponti tradizionali si sono dimostrati

Configurazione del ponte

Il nuovo ponte galleggiante SR520 è unico in quanto l’intera carreggiata è elevata sopra i pontoni su tutta la lunghezza del ponte. Altri ponti galleggianti Lake Washington utilizzano il ponte superiore del pontone come superficie di guida per la maggior parte della lunghezza. Il vantaggio della carreggiata elevata è duplice. In primo luogo, mantiene i veicoli sopra spruzzo onda del lago e spruzzi che si verificano durante grandi eventi di tempesta. In secondo luogo, fornisce un corridoio di manutenzione sotto la carreggiata sopraelevata che consente al personale di manutenzione di accedere ai pontoni.

Il ponte ha attualmente sei corsie veicolari e una pista ciclabile e pedonale larga 14 piedi sul lato nord. E “stato anche pre-progettato per il futuro ampliamento che avrebbe permesso per l” aggiunta di due linee ferroviarie leggere lungo il centro.

Figura 2

Elevazione del ponte galleggiante.

Un calcestruzzo prefabbricato, segmentale, nervato-piastra di sovrastruttura post-tensionato in due direzioni, indicato come il “low-rise”, costituisce il centro 5.580 piedi della struttura elevata. Alle estremità est e ovest del ponte galleggiante, la struttura elevata transita verso l’alto per fornire spazi di navigazione accettabili alle strutture di avvicinamento. Questa porzione della struttura sopraelevata è indicata come” grattacielo ” ed è composta da travi prefabbricate precompresse con un ponte in ghisa supportato da traverse e colonne in ghisa. Il ponte galleggiante è affiancato da campate di transizione in acciaio I-trave lunghe 190 piedi che collegano la struttura galleggiante alle strutture di terra fisse. Le campate di transizione e le loro connessioni sono progettate per ospitare tutti i sei gradi di movimento differenziale che possono verificarsi tra il ponte galleggiante e gli approcci fissi.

Pontoni e zavorra

La spina dorsale e la porzione galleggiante del ponte sono i pontoni stessi, strutture a scatola di cemento cellulare. Sono stati costruiti fuori lago a Tacoma, WA e Aberdeen, WA e rimorchiati al Lago Washington per il montaggio. Un totale di 77 pontoni di cemento sono uniti per completare il ponte galleggiante. Esistono tre tipi di pontoni: due pontoni trasversali, che vengono aggiunti alle estremità del ponte per una maggiore stabilità e galleggiabilità; 21 pontoni longitudinali, che costituiscono la colonna vertebrale del ponte; e 44 pontoni di stabilità supplementari (SSPs), che sono post-tensionati ai pontoni longitudinali per fornire ulteriore stabilità e galleggiabilità. Ogni pontone longitudinale è lungo 360 piedi per 75 piedi di larghezza e circa 28 piedi di profondità. Una volta zavorrati fino al loro design ‘freeboard’ di 7 piedi, i pontoni pescano 21 piedi di acqua. La larghezza dei pontoni era limitata dalla chiara apertura di 80 piedi dell’Hiram M. Chittenden si blocca a Ballard, WA, attraverso il quale i pontoni devono passare alla fine del loro viaggio oceanico lungo la costa di Washington da Aberdeen.

Figura 3

Sezione trasversale del ponte galleggiante.

Il ponte galleggiante è essenzialmente una struttura galleggiante permanentemente ormeggiata che è supportata lateralmente nella direzione longitudinale e nelle direzioni trasversali da cavi di ancoraggio di diametro 3,125 pollici. Ci sono un totale di 50 cavi di ancoraggio trasversali distanziati approssimativamente ogni 360 piedi e otto cavi di ancoraggio longitudinali che sono collegati vicino a entrambe le estremità del ponte. I cavi di ancoraggio si estendono fino a 800 piedi e sono apposti su strutture di ancoraggio appositamente costruite sul fondo del lago. I cavi di ancoraggio hanno 60 tonnellate di pre-tensione per migliorare la loro rigidità.

La zavorra è un componente critico del ponte galleggiante che ha permesso all’appaltatore di mantenere i pontoni trim, o alzare e abbassare i pontoni come richiesto durante le varie fasi di costruzione. La zavorra d’acqua, che può essere facilmente pompata dentro e fuori dai pontoni, è stata utilizzata come zavorra temporanea durante la costruzione. Quando i pontoni sono riuniti per unire, pontoni adiacenti sono zavorrati a entro un mezzo pollice di ogni altro. Una serie di arieti e argani sono utilizzati per tirare i pontoni insieme e allineare le chiavi di taglio in modo che grande, 20 piedi di lunghezza da 3,5 pollici di diametro aste post-tensionamento, noto anche come bulloni, può essere installato. Ci sono un totale di 80 bulloni distribuiti uniformemente lungo il perimetro ad ogni giunto longitudinale. Inoltre, la zavorra deve essere rimossa continuamente durante la costruzione della struttura elevata per mantenere i pontoni tagliati entro le tolleranze consentite evitando sollecitazioni bloccate nei pontoni o nella struttura elevata. Alla fine della costruzione del ponte galleggiante, tutta la zavorra d’acqua è stata rimossa e sostituita con zavorra di ghiaia permanente. Va notato che il ponte è stato progettato in modo che una quantità sufficiente di “riserva” zavorra permanente è disponibile per un futuro ampliamento per ospitare metropolitana leggera. La configurazione ampliata utilizzerebbe la galleggiabilità dalla zavorra di riserva e richiederebbe 26 SSPs supplementari da aggiungere lungo la lunghezza del ponte per compensare il peso supplementare.

Figura 4

Vista in pianta dei pontoni.

Floating Bridge Design Philosophy

A differenza dei tradizionali ponti terrestri nello Stato di Washington, che di solito sono controllati da carichi sismici, i ponti galleggianti sono governati dalle forze del vento e delle onde. Il ponte galleggiante è stato progettato per resistere a una tempesta di 100 anni, definita come una tempesta con venti di 98 mph e onde di 6 piedi. I pontoni, che sono strutture completamente post-tensionate, sono progettati per lo sforzo di tensione zero nei pontoni nelle circostanze di servizio con i criteri rigorosi di controllo della crepa per le combinazioni estreme di carico. All’evento estremo di 100 anni, il rinforzo dello scafo del pontone è progettato per rimanere ben all’interno della gamma elastica. La struttura elevata è stata progettata per accogliere le deviazioni imposte dai pontoni e le accelerazioni associate all’evento temporale di 100 anni.

Figura 5

Veduta aerea del ponte principale e del pontone della zattera BCD.

Allestimento e analisi della costruzione

L’assemblaggio del ponte galleggiante ha richiesto uno sforzo altamente pianificato, coordinato e coreografato per consentire molteplici attività di costruzione lungo la lunghezza del ponte. Per esempio, mentre pontoni O e P sono stati uniti, traverse e colonne venivano gettati su pontoni S e T e travi sono stati fissati anche su pontoni U e V. Questa orchestrazione delle attività di costruzione richiesto un attento coordinamento tra l “appaltatore, l” architetto navale progetto, e l ” ingegnere strutturale progetto.

I criteri del progetto di bordo libero richiedevano che la differenza di bordo libero tra i lati opposti dei pontoni e lungo la lunghezza dei pontoni su una distanza di 360 piedi, fosse inferiore a 2 pollici in ogni momento durante la costruzione. Oltre 1.500 passaggi di costruzione unici sono stati analizzati come parte del processo di stadiazione della costruzione per garantire che i criteri di bordo libero e di stress siano stati mantenuti per tutta la costruzione. A volte, i carichi analizzati hanno superato i requisiti di bordo libero del contratto e i pontoni sono stati pre-zavorrati per il 50% del carico di costruzione fuori equilibrio per rimanere entro le tolleranze del progetto.

Figura 6

Posizionamento del calcestruzzo dalla linea principale alla zattera BCD. Per gentile concessione di KGM.

È stato sviluppato un modello analitico del ponte galleggiante che utilizza un software di ingegneria strutturale disponibile in commercio per eseguire l’analisi di stadiazione della costruzione. Per il carico verticale e torsionale, il ponte flottante è stato analizzato come una trave continua su una fondazione elastica utilizzando molle di supporto a rollio, beccheggio e verticali situate lungo l’asse longitudinale del ponte per rappresentare la rigidità della fondazione, in questo caso in base alla densità dell’acqua. Come il ponte è costruito, il centro di massa tende a crescere in altezza come zavorra viene rimosso dall’interno dei pontoni e la struttura sopraelevata costruita sopra. Poiché la rigidità del rullo di un pontone è una funzione sia dell’area del piano d’acqua che del centro di massa, le molle di fondazione sono state aggiornate durante tutto il processo di costruzione. L’output di stress del modello di staging di costruzione è stato utilizzato per controllare le sollecitazioni del ponte galleggiante per ciascuna delle 1500 fasi di costruzione analizzate.

L’input per l’analisi della messa in scena della costruzione richiedeva dati di carico dettagliati da parte dell’appaltatore e dell’architetto navale. In primo luogo, le attività di lavoro per ogni fase di costruzione sono state sviluppate e definite dal contraente. Questi passaggi sono stati poi analizzati dall’architetto navale che ha sviluppato un piano di regolazione della zavorra per bilanciare i carichi di costruzione all’interno dei requisiti di bordo libero del contratto. Ad esempio, quando venivano versate una serie di colonne o traverse, era necessaria un’attività corrispondente per rimuovere una quantità proporzionata di zavorra d’acqua per mantenere l’assetto del ponte. Una volta definite le attività di costruzione e i requisiti di zavorra, l’ingegnere strutturale ha utilizzato il modello strutturale per verificare le sollecitazioni nei pontoni e nella struttura sopraelevata.

Pontoni B-D Costruzione di strutture sopraelevate

L’assemblaggio di pontoni e la costruzione di strutture sopraelevate progredivano sia dalle estremità est che ovest del ponte. Gli ultimi tre pontoni, Pontoni da B a D, sono stati impostati nel luglio 2015, che ha completato l’assemblaggio dell’intera corda del pontone. Una delle maggiori sfide affrontate dal progetto floating bridge è stata trovare un modo per fornire e mantenere l’accesso veicolare per i materiali dalla terra al ponte. L’obiettivo del contraente era quello di trasformare un “progetto marino in un progetto terrestre”. Ad esempio, la possibilità di guidare camion di cemento in un luogo di versamento rispetto a dover tirare una chiatta caricata con camion di cemento è un mezzo molto più efficiente ed economico per la consegna di calcestruzzo.

L’estremità est del ponte galleggiante era più accessibile dell’estremità ovest a causa della sua vicinanza alla riva. Un ponte temporaneo e diverse chiatte sono stati collegati per formare un cavalletto di accesso nelle prime fasi per collegare il pontone più orientale, Pontoon W, a terra. Una volta collegate le strutture di avvicinamento fisse ad est e le campate di transizione, l’accesso si spostava dal cavalletto alla carreggiata finita all’estremità est. All’estremità occidentale del ponte, il Pontone A, che si trova più lontano dalla riva del Pontone W, non era facilmente accessibile dalla terra. Per raggiungere ‘accesso terrestre’ per la parte ovest del ponte, una stringa di tre pontoni, costituito da pontoni B, C, e D (noto come “zattera BCD”), è stato costruito e poi ormeggiato a fianco Pontoni R, S, e T all ” estremità est del ponte. La sovrastruttura è stata costruita su pontoni B, C e D mentre era temporaneamente ormeggiata in questa posizione. Oltre a migliorare l’accesso, ciò ha permesso a tutte le attività di costruzione di svolgersi simultaneamente.

Figura 7

Cavalletto di accesso da terra ad acqua.

Una serie di parabordi marini Yokohama di 8 piedi di diametro, dissuasori esistenti e linee di ormeggio sono stati utilizzati per fissare la zattera BCD alla corda principale. Una piccola rampa tra le due strutture è stata costruita per l’accesso. Una volta che la zattera è stata ormeggiata, i veicoli da costruzione e gli equipaggi sono stati in grado di guidare direttamente da terra sulla zattera. Calcestruzzo versa per la struttura elevata ad ovest grattacielo su zattera BCD sono stati fatti mettendo in scena pompa e camion di cemento sulla porzione ad est grattacielo situato su pontoni R, S e T. Colonne e traverse sono stati versati guidando camion pompa e camion di cemento dal litorale direttamente sulla zattera BCD. I ponti sono stati versati con un camion pompa di 61 metri messo in scena sulla sovrastruttura principale. Un’estensione del tubo tremie lunga 100 piedi è stata collegata all’estremità dello scarico del camion della pompa e supportata in aria da una gru da 400 tonnellate. La costruzione della struttura sopraelevata della zattera di BCD è stata completata nel luglio di 2015. L’intera zattera è stata spinta come una singola unità, come una grande nave lunga 1.000 piedi, all’estremità occidentale del ponte dove è stata unita al Pontoon E e infine al Pontoon A più occidentale.

La grande apertura del nuovo ponte galleggiante SR 520 Evergreen Point è stato un evento storico a cui hanno partecipato oltre 50.000 persone il 2 e 3 aprile 2016. Il ponte è stato ufficialmente aperto al traffico veicolare l ‘ 11 aprile 2016. Attualmente, il vecchio ponte galleggiante SR520 è stato dismesso e viene rimosso dal lago. I vecchi pontoni sono stati venduti e saranno riproposti e riutilizzati a livello globale per l’espansione portuale, le strutture di scarico marino, i porti turistici, un palcoscenico galleggiante offshore e progetti di costruzione di frangiflutti.▪

Fun Fact

Il ponte è stato ufficialmente riconosciuto nell’aprile 2016 dal Guinness World Records come il ponte galleggiante più lungo del mondo.

Team di progetto

Proprietario e progettista pontone: Washington Department of Transportation

Prime Designer e Ingegneri civili / strutturali: KPFF Consulting Engineers, Seattle, WA e BergerABAM, Federal Way, WA

Designer/Builder: KGM, una joint venture composta da Kiewit, Omaha, Nebraska; General Construction Company, Federal Way, WA e Manson Construction Co., Seattle, WA

Architetto navale: Elliot Bay Design Group

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