Amerikanska broar fick en betyg på C + på 2017 Infrastructure Report Card, utgått av American Society of Civil Engineers (ASCE). Åldrande är en faktor i det här resultatet - nästan fyra av 10 av de 614 387 broarna i USA är 50 år eller äldre och medeltiden fortsätter att klättra.
Men reparation och rehabilitering är extremt kostsamma - den senaste uppskattningen sätter landets eftersläpning på brorehabiliteringsbehov på 123 miljarder dollar.
År 2013 beslöt Delaware Department of Transportation att utforska effektiviteten av ett nytt snabbt utbytesalternativ för en tvåbana bro norr om C & D-kanalen som nådde slutet av sitt användbara livslängd. De samarbetade med forskare vid Delaware University om design och konstruktion av en ny bro, som fortsätter att övervakas via ett specialdesignat instrumentationssystem.
Den gamla bron ersattes med det kända som ett geosyntetiskt förstärkt markintegrerat brosystem (GRS-IBS). Utvecklat och marknadsfört av ingenjörer vid Federal Highway Administration, låter detta system sig till snabb och kostnadseffektiv konstruktion.
Christopher Meehan, Bentley Systems Incorporated, ordförande för civilingenjör vid UD, förklarar att den nya designen lånar från fältet av kvarhållande väggar, där geosyntetiska material, inklusive textilier, galler, band och nät, används för att ge dragförstärkning till marken, vilket förbättrar deras övergripande styrka och stabilitet.
"Det visar sig att koncept från dessa teknologier också kan tillämpas på broar, spara pengar och minska byggtiden, säger Meehan. "Den nya bron är i grunden en sammansatt brokonstruktion som innehåller GRS-abutment och prefabricerade brobyggnadselement. Denna metod eliminerar den kostsamma stilleståndet som är förknippad med gjutbetong, vilket kan ta några veckor till en månad att bota."
För detta projekt konstruerades GRS-abutmenten genom att placera lokalt tillgängliga betongmurerblock i rader, fyller bakom dem med grus och täcker de väggvända elementen och fylls med ett geosyntetiskt tyg. Denna process upprepades i lager för att bygga varje brygganläggning, och sedan placerades en förbyggd betongbrobyggnad ovanpå abutmenten.
Därefter utfördes ett utförligt arbete för att få tillvägagångssättet upp till bryggans kvalitet, och hela bro- och körfältområdet var sedan asfalterat. Den resulterande brobyggnaden sträcker sig ungefär 37 meter, med en tydlig spännvidde över inloppskanalen på lite mer än 28 fot.
UD-forskargruppen tillhandahöll omfattande tekniskt stöd till projektet, bland annat genom att utforma och genomföra ett anpassat system för övervakning av strukturella hälsoövervakningar som omfattar mer än 150 sensorer för att kontinuerligt övervaka broens långsiktiga prestanda.
Meehan krediter studenter Majid Talebi, Tyler Poggiogalle, Dan Cacciola och Matthew Becker med betydande bidrag till design, konstruktion och övervakning.
"DelDOT-resan för att bygga en GRS-IBS-brygga började faktiskt när Chris kontaktade oss med tanken att konstruera och övervaka en av dessa innovativa strukturer", säger Barry Benton, chefbroingenjör vid DelDOT och en civilingenjör från 1992.
"Från och med projektets första början arbetade han nära med oss för att välja plats och hjälpa både design och övervakningsplan. Eftersom det här var den första GRS-IBS-bron i Delaware, var det mycket viktigt för oss att förstå hur det skulle fungera. "
DelDOT har sedan byggt en annan GRS-IBS-bro i Sussex County, vilket har varit bra till dags dato. Benton tror att denna teknik kommer att ge de största kostnadsbesparingarna om ett internt underhållsbesättning kan utbildas för att utföra arbetet.
"Systemets skönhet är att det snabbt kan byggas med liten utrustning, så det är en perfekt passform för att utnyttja vår egen personal, säger han.
Meehan kallar GRS-IBS en tillgänglig teknik som kan byggas nästan var som helst.
"Geosyntetiska förstärkta markstrukturer är väl lämpade för konstruktion över hela världen, eftersom geosyntetiska material är ganska lätta och lätt kan importeras", säger han.
"Utöver den punkten kan olika typer av väggar och broabjektioner konstrueras med hjälp av lokalt framställda material, med lite behov av gjutbetong. De resulterande strukturerna är kostnadseffektiva och ganska förlåtande med avseende på avveckling och lateral avböjning, och de har visat sig fungera relativt bra i jordbävningar. "