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Synchronisiertes Heben
Schlüssel für eine Brückenrestaurierung in Puerto Rico |
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Es gibt Fälle, bei denen alles unbedingt nach Plan laufen muss, nämlich wenn es eine zweite Chance nur mit Einschränkungen oder überhaupt nicht gibt. Das vor kurzem durchgeführte Aufrichten einer stark geneigten 150 Jahre alten Ziegelsteinbrücke in Puerto Rico war ein solcher Fall.
Fertig gestellt im Jahre 1853 ist die Rio Piedras-Brücke der älteste intakte Teil der zentralen Autobahn von San Juan nach Caguas. Die Ziegelbogenbrücke ist in das Nationalregister historischer Plätze eingetragen und wurde ununterbrochen verwendet, bis eines ihrer drei Felder zusammenbrach. Nun stiftet die US-Transportbehörde vier Millionen Dollar für eine Zweijahres-Restaurierung.
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Die Rio Piedras Brücke Eines der drei Felder ist zusammengebrochen, und die Säule rechts ist stark verkantet. (Die moderne Brücke im Hintergrund ist Teil der Autobahn 1) |
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Eine Herausforderung
Die stark verkantete und dem eingestürzten Feld benachbarte Ostsäule war eine große Herausforderung. Ein Teil der Bauholzpfähle, die die Säule stützen, hat seine ursprüngliche Höhe verloren. Das Ergebnis war, dass die Säule mit einem Fundament von ca. 7 x 25 Fuß sich 14 ¼ Zoll am Stromaufwärts-Ende und 1 ½ Zoll entlang einer Seite gesetzt hatte.
Geeignete Hydraulikzylinder konnten die Kraft, die zum Anheben der Säule aus dem Flussbettschlamm und zum Versetzen nötig war, mühelos erzeugen. Die eigentliche Herausforderung war, wie die Hubkräfte an der Säule angewendet werden können, ohne die Säule zu zerbrechen.
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Verkantete Säule vom Brückenpfeiler des zusammengebrochenen Feldes aus betrachtet. Die vier Hubträger ragen hindurch, und ein Sockel für die Zylinder befindet sich darunter. Ein ähnlicher Sockel befindet sich auf der anderen Seite der Säule. (Um ein weiteres Neigen zu verhindern, wurden Diagonalverstrebungen angebracht.)
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Wie wohl zu erwarten war, wurde durch Probeentnahmen am Kern eine nur geringe Zugfestigkeit des 150 Jahre alten Mörtels bestätigt. (Dies stellte aber keine Gefahr für die Brücke selbst dar, da alle Brückenelemente unter Druck stehen.) Es war klar, dass die Hubpunkte so niedrig wie möglich an der Säule angebracht werden müssten.
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Vorbereitungen
Unmittelbar oberhalb des Säulenpfeilers wurden vier quadratische Löcher für die Hubträger von einer Seite zur anderen geschnitten. Als nächstes wurde eine Hohlkernform innerhalb jedes Lochs sowie um jedes Loch herum hergestellt. Dann wurde eine Vergussmasse geringer Viskosität mit 500-600 psi eingespritzt und mehrere Tage unter Druck gehalten, damit das Säulenmaterial, das jedes Loch umgibt, durchdrungen wird.
Mittlerweile wurden große Betonfundamente parallel auf jede Seite der Säule gegossen, die mit Sockeln für Hydraulikzylinder bedeckt sind. Nach der Aushärtung wurden 16x16-Zoll-Hubträger durch die vier Löcher geführt. Als weitere Maßnahme wurde ein I-Träger auf jeder Seite der Säule über die vier Hubträger gezogen und am ursprünglichen Säulenpfeiler an jedem Ende gesichert (Foto 2). Die zusätzlichen Querträger würden dazu dienen, die Hubkräfte zu verteilen und für etwas Hubkraft an jedem Ende des Pfeilers zu sorgen. Zu diesem Zeitpunkt war die Säule zum Anheben bereit.
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Die Hydraulik machts
Es wurde ein synchronisiertes Hubsystem von Enerpac gewählt, um die Hubkräfte an den Enden der Hubträger zu erzeugen und in Einklang zu bringen. Bei diesem besonderen System werden acht 150-Tonnen-Zylinder mit 6 Zoll Hub verwendet. Jeder Zylinder ist mit einer Gegenmutter ausgestattet und wird von einem Manometer, einem Strömungsregelventil, einem Magnetventil und einem Positionssensor begleitet.
Die Positionssensoren liefern Eingangssignale an ein SPS-basierendes Steuersystem (Foto 4), das die Magnetventile betätigt, die ihrerseits die Zylinder speisen. |
Einer der acht Hubzylinder. Ein Teil eines anderen Zylinders ist links sichtbar, ein weiterer Hubträger befindet sich rechts im Vordergrund. |
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Die Sensoren wurden einfach an jeden Hubträger geklemmt. Sie arbeiten mithilfe einer flexiblen Verlängerungsleitung, die sich ähnlich einem Maßband vom Sensorgehäuse abwickelt. Das Ende der Sensorverlängerungsleitung wurde durch ein Gewicht auf dem Betonsockel gehalten.
Das Hydrauliksystem wurde von einer elektrischen Radialkolbenpumpe mit 10,000 psi, 1.5 PS, 115 V und einem 10 Gallonen-Behälter angetrieben. |
Der Hub
Während Kraft und Verschiebung an allen acht Hubpunkten überwacht wurden und ein Fernsehteam von San Juan das Ereignis aufzeichnete, begann der eigentliche Hubvorgang. Das Steuersystem setzte die Zylinder allmählich und proportional zur Distanz, die jeder Hubpunkt angehoben werden musste, unter Druck. Es wurde peinlich darauf geachtet, an allen Hubpunkten eine Vorbelastung aufrecht zu erhalten. Dazu zählten auch die Punkte, bei denen keine Bewegung nötig war.
Während die Zylinder begannen auszufahren, wurde deutlich, dass sich die Westseite der Säule nicht bewegte. Stattdessen drückten die Zylinder auf dieser Seite ihre eigenen Zylinderfüße in das Flussbett. Man konzentrierte sich nun auf das Anlegen von Kräften entlang der Westseite, bis sich dieses Fundament entweder nicht mehr bewegte oder zu weit nach unten sank. |
Glücklicherweise sank das Westfundament recht gleichmäßig und bewegte sich nicht weiter, nachdem es mehrere Zoll gesunken war. Das Anheben der Säule konnte wieder aufgenommen werden.
Der Hubvorgang musste in Schritten erfolgen, um die am Südende der Säule erforderliche 14 ¼-Zoll-Verschiebung zu erreichen. Immer wenn die Zylinder ausgefahren wurden, wurde die Last von Stützböcken mit Unterlegplatten getragen (Foto 3), während die Zylinder eingefahren und für den nächsten Hubschritt neu positioniert wurden.
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Anstatt doppeltwirkende Zylinder oder Zylinder mit Rückzugfeder zu verwenden, haben Ingenieure von Enerpac das Hydraulikpumpensystem mit einem Venturi-Rohr/Ventil ausgerüstet, um eine quasi-Energieumkehr bei den einfachwirkenden Hubzylindern zu erzielen. Diese wirtschaftliche Einrichtung verhalf bestens dazu, die Zylinder zwischen den Hubschritten einzufahren.
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Zu jedermanns Erleichterung zerbrach die Säule nicht. Mithilfe einer zusätzlichen an der Westseite durchgeführten Hubbewegung zum Ausgleichen des „Weichfundaments“ war der Hubvorgang in etwa drei Stunden abgeschlossen. Der Hubvorgang legte die ursprünglichen Bauholzpfähle frei. Diese waren - vollständig untergetaucht - in einem einwandfreien Zustand. Das Vorhandensein anaerobischer Bakterien im stillen moorigen Boden unterhalb der Säule war unumstritten - es roch fürchterlich! |
Die geneigte Brücke durch synchronisierte Hydraulik zu richten wäre angemessen. |
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Schließlich wurde der neu positionierte ursprüngliche Pfeiler stabilisiert, indem er mit Beton unter- und umgossen wurde. Während eine Brachial-Hubmethode die Säule der Brücke des 17. Jahrhunderts zum Kieselhaufen gemacht hätte, hat das synchronisierte Heben die Brücke in die ursprüngliche aufrechte Stellung gebracht.
Rio Piedras-Brücke
| Fertig gebaut: |
1853 |
| Länge: |
21.5m |
| Zentrale Spannweite: |
9.1m |
| Typ: |
Halbkreisbogen, drei Abschnitte |
| Baustoffe : |
Ziegel-/Mörtel-Konstruktion, später mit Putzgips beschichtet, um die Erosion unter Kontrolle zu halten. |
| Verwendete Werkzeuge |
Industrie |
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Bau (Brücken) |
| Anwendung |
Funktion |
| Brücken |
Heben |
© Enerpac 2004
www.enerpac.de
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