Ingeniería y fabricación de uno

Industrial Steel Construction, Gary, Indiana, fabricó los componentes y conjuntos para un nuevo puente arqueado que cruza el río Mississippi entre Iowa e Illinois. Es un puente gemelo convergente, de arco verdadero y con asa de canasta que tiene 98 pies de ancho, 3,405 pies de largo e incluye un puente de 800 pies. tramo de arco. Punto de Transporte de Iowa

El puente conmemorativo I-74 Iowa-Illinois que cruzaba el río Mississippi conectando Illinois e Iowa estaba funcionalmente obsoleto y por encima de su capacidad, lo que provocaba tráfico congestionado y una necesidad frecuente de reparaciones. Se necesitaba con urgencia un nuevo puente.

Pero el reemplazo no iba a ser un duplicado ni un puente cualquiera. El nuevo puente no solo fue diseñado para soportar una mayor carga, ser más del doble de ancho que el puente existente y acomodar pasarelas peatonales, sino que también fue diseñado para ser un puente emblemático único y espectacularmente hermoso.

Es un puente de arco verdadero con asa de canasta, uno de los proyectos de puentes más complejos del país. Tiene 98 pies de ancho y 3405 pies de largo, incluyendo 800 pies. tramo de arco. El proyecto requirió múltiples vigas de acero y nuevos accesos, y tuvo que construirse sobre una nueva alineación horizontal.

El complejo diseño resultó ser complicado de fabricar. Cada pieza del arco tenía dimensiones únicas.

Industrial Steel Construction (ISC), Gary, Indiana, se adjudicó la fabricación de acero de los componentes y conjuntos del nuevo puente, incluidos los accesos. La instalación está ubicada centralmente en la región de los Grandes Lagos, con acceso directo al transporte intermodal, al ferrocarril y al lago Michigan y al sistema del río Illinois.

Las instalaciones de ISC tienen 1,6 millones de pies cuadrados en 160 acres. Originalmente, el edificio era una de las ocho plantas de American Bridge Fabricators, una división de US Steel, fundada en 1909 por JP Morgan y Elbert Gary.

El amplio edificio de ISC resultó ventajoso porque la empresa podía fabricar y montar el puente bajo techo. La empresa ha realizado montajes de hasta 950 pies de largo y ha fabricado y montado puentes enteros bajo techo.

El director ejecutivo de ISC, Ankit Shah, y el director de proyecto, David Johnson, explicaron por qué la fabricación debajo del techo fue una ventaja para este proyecto.

El diseño del puente requirió un alto grado de precisión que es inusual para un proyecto de su escala. "Siempre que quieras precisión, querrás que el entorno esté muy controlado", dijo Shah.

“Pudimos ensamblar el sistema de piso dentro de nuestra superficie de 1,6 millones de pies cuadrados. compre de un extremo a otro, la mitad a la vez”, dijo Johnson. El montaje en taller que se puede realizar en interiores es una ventaja porque se pueden utilizar puentes grúa y se controla la expansión y contracción térmica que se produce cuando los miembros de acero están expuestos al sol, el calor, la lluvia y la nieve.

Las instalaciones de ISC tienen 1,6 millones de pies cuadrados en 160 acres, lo que permite fabricar y ensamblar todo el puente bajo techo. Construcción de acero industrial Inc.

La gran instalación de fabricación interior también ofrecía varios beneficios a los empleados, porque los protegía del medio ambiente. El fabricante podría utilizar sus más de 100 puentes grúa, con una capacidad de 125 toneladas, para mover los enormes y pesados ​​miembros del arco. "Manejar miembros de acero de ese tamaño y peso habría sido muy difícil al aire libre sin esas grúas puente", dijo Shah.

“Por lo general, las vigas de placa pesan aproximadamente entre 30.000 y 40.000 libras. cada. Pero cuando se habla de mover una sección de 100 toneladas a través del proceso de fabricación, sólo unos pocos fabricantes de puentes a nivel nacional pueden hacerlo”, añadió.

“Fabricamos el acero estructural para todo el puente aquí, en Gary, que incluye los accesos [vigas de placa] así como el tramo principal [puente de arco verdadero con asa de cesta]. Pudimos cumplir mejor las tolerancias de las especificaciones en el entorno de fabricación controlado de la planta bajo techo que al aire libre”, dijo Shah.

Shah y Johnson describieron cómo el diseño único del puente complicó la fabricación.

"Los enfoques eran vigas de placa que implicaban procedimientos típicos de fabricación de vigas", dijo Johnson. “Pero el arco es una estructura compleja y distintiva. Fue diseñado de forma única; El desarrollo de procedimientos de fabricación implicó mucha planificación”.

El puente no sólo es un verdadero arco, sino que es un tipo de arco con asa de cesta, uno de los dos únicos en el país, según Shah. "El arco verdadero con asa de canasta lo hace más exclusivo porque tiene una geometría compleja y tolerancias más estrictas en el proceso de fabricación".

La complejidad surge del hecho de que los dos arcos comienzan separados en la base y luego convergen en la clave. Por lo general, los puentes de arco están alineados en línea recta, con la piedra angular colocada en el centro, por lo que la geometría no es tan compleja como la del puente I-74, dijo Shah. Además, los arcos se estrechan: son más anchos en la base y más estrechos en la parte superior.

Cada arco se construyó con 30 cajas de nervaduras arqueadas. Había cuatro piezas con formas típicas en cada nivel de los arcos, cada una de las cuales avanzaba hasta el centro. Sin embargo, cada uno de ellos era único en términos de longitud, tamaño y peso, dijo Johnson.

Si bien muchos de los desafíos de fabricación estaban relacionados con la complejidad y el tamaño de los miembros del arco, otros estaban relacionados con los cronogramas y la necesidad de un alto rendimiento. Cada acceso se construye con más de 200 vigas de placa.

La empresa utilizó equipo topográfico de estación total en el taller para asegurarse de que toda la geometría estuviera alineada y coincidiera con los dibujos del taller y las especificaciones del proyecto.

El fabricante ideó un concepto de anillo rodante para rotar las cajas y acceder a todos los lados para soldar. Construcción de acero industrial Inc.

Las reuniones de planificación eran un evento semanal, a veces diario. “Cada uno de los archimiembros fue manejado como si fuera su propio trabajo”, dijo Johnson. "Tuvimos que fabricarlos en secuencia para que fueran fabricados, ensamblados y enviados cuando fueran necesarios".

“Dave jugó un papel muy importante al asegurarse de que todos estuvieran comunicados. Tuvimos miles de reuniones”, dijo Shah.

“Tuvimos que reunirnos con frecuencia debido a la complejidad; La comunicación con los empleados de la tienda era importante. Era imperativo que todos conocieran los requisitos del contrato, incluidas las especificaciones del proyecto”, dijo Johnson.

Corte de Placas, Perforación. Los fabricantes cortan placas en máquinas de corte por plasma y oxicorte CNC de Farley. La mayor parte de la perforación se realizó con máquinas perforadoras CNC de Farley.

Para ensamblar las formas extrañas y variadas de los miembros del arco, se utilizaron muchas placas de empalme como plantillas. Las piezas se unieron con varias placas de empalme grandes, y esas placas de empalme se cortaron y perforaron al tamaño adecuado. Cuando la pieza se ensambló y se colocó en la posición precisa, esas placas se colocaron y luego se usaron como plantilla para perforar manualmente los miembros en blanco para garantizar una combinación perfecta.

Girando para soldar. Una cosa es rotar una pieza que es liviana, pero otra muy distinta es rotar una de 240,000 libras. miembro estructural. “Después de soldarlo por un lado, hay que rotarlo para soldarlo en el siguiente lado. Así que tuvimos que idear algunos diseños de ingeniería únicos para manipular y mover las piezas”, dijo Johnson.

La empresa ideó un concepto de anillo de manipulación para girar las cajas y acceder a todos los lados para soldar. El anillo rodante no formaba parte del puente; era sólo una especie de posicionador. “Ese fue un gran avance en el proyecto. No tuvimos que seguir levantando y manipulando estas piezas grandes y pesadas, luego colocándolas de lado, manejándolas y moviéndolas nuevamente”, dijo Shah.

“A Joe Hish, el propietario de la empresa, se le ocurrió esa idea. Básicamente, podíamos mover las piezas de 125 toneladas cuando necesitáramos hacerlo de forma segura”, añadió Shah.

La mayor parte de la soldadura por arco sumergido para las juntas de filete y a tope se realizó con equipos semiautomáticos de arco sumergido.

Las cajas más pesadas en las bases eran de acero grado 70; otros eran de 50 grados. Algunas de las secciones fueron fabricadas con material crítico para fracturas. "Entonces, había una mezcla de materiales", dijo Shah.

Las piezas que componen el arco y las cajas completamente ensambladas eran tan grandes que se enviaron en barcaza desde Gary por el río Illinois y luego por el río Mississippi hasta Davenport, Iowa. La ventaja del envío en barcaza era que era tan grande que podían cargar seis secciones a la vez. La desventaja del transporte en barcaza era que requería una producción acelerada para cumplir con los cronogramas de cierre del río y tardaba meses en completarse. Construcción de acero industrial Inc.

Manejo de la distorsión. El proyecto requirió una extensa soldadura. Muchos refuerzos longitudinales que se colocaron en un lado de las alas y almas de las cajas causaron distorsiones debido a su entrada de calor. “Aprendimos de eso y mejoramos en el control de la distorsión a medida que avanzamos. Y utilizamos alisado con calor cuando fue necesario”, dijo Johnson.

Satisfacer las demandas de rendimiento. El rendimiento fue fundamental, afirmó Johnson. “Mover piezas de un paso a otro fue un desafío clave porque es un proyecto muy grande. Fabricamos 4.300 toneladas de acero para cada uno de los puentes de arco del tramo principal, más los accesos de 8.000 toneladas”.

Shah añadió: “Los procesos de fabricación, en general, deben racionalizarse. En este caso, son específicos del proyecto. Al fin y al cabo, no fabricamos el mismo coche repetidamente. Cada proyecto es diferente, por lo que hay que personalizarlo. La planificación de los pasos y la secuencia para construir cada uno de ellos (ya sea el empalme a tope, el corte de las placas, la perforación de las piezas, la soldadura y luego pasarlas por el proceso de granallado y pintura) tiene que ser optimizado para asegurarnos de que cumplimos con el cronograma del proyecto. Por eso, simplificar esos procesos fue muy importante para nosotros”.

Haciendo espacio. Incluso en un terreno de 1,6 millones de pies cuadrados. planta, el espacio puede verse limitado. Otro desafío del proyecto fue que debido a que las piezas eran grandes, pesadas y voluminosas, la instalación estuvo paralizada por un par de años. “No se pueden trasladar varios proyectos a la planta al mismo tiempo. Tienes que despejar el espacio, o al menos mover las piezas hacia adelante antes de poder incorporar el siguiente proyecto”, dijo Johnson.

“Irónicamente, teníamos otro proyecto al mismo tiempo: el puente en arco de Wellsburg, un puente de arco atado ubicado en Brilliant, Ohio. El mayor desafío fue que teníamos la I-74 en un lado y el arco de Wellsburg en el otro lado. Tuvimos que hacer un acto de equilibrio en términos de cuál sería el siguiente paso”, dijo Shah.

“Dave y yo íbamos y veníamos, tratando de hacer avanzar los proyectos. El trabajo en el puente I-74 Mississippi fue un proyecto mucho más complejo que el de Wellsburg, pero ambos estábamos luchando por encontrar espacio para tiendas en ese momento”.

Había una ventaja en tener dos puentes arqueados dentro del proyecto del puente I-74, explicó Shah. “Tuvimos muchas experiencias de aprendizaje en el puente en dirección oeste que pudimos aplicar al puente en dirección este. El proyecto del puente de Mississippi funcionó mejor en términos de planificación de nuestra secuencia en el arco en dirección este”.

Shah da crédito a los trabajadores calificados del personal por su ingenio para cumplir con los cronogramas y gestionar tareas de fabricación difíciles. “Aquí somos un equipo sólido de 250 profesionales de fabricación y nuestra fuerza laboral es simplemente fenomenal. Tienen un pensamiento innovador; son creativos y proponen soluciones para proyectos complejos. El diseño es una cosa; La fabricación es un animal completamente diferente”, dijo Shah.

“Cada pieza variaba en peso y geometría. El tramo más pesado pesaba cerca de 120 toneladas. Hubo varias cosas que los profesionales de fabricación de ISC hicieron solo para asegurarse de que pudiéramos fabricar este complejo puente teniendo en cuenta la seguridad”.

Debido a que el nuevo puente de arco de acero está ubicado en un canal de navegación principal y las fabricaciones se enviaron en barcazas, era fundamental contar con una amplia coordinación, planificación y alto rendimiento para cumplir con los cronogramas.

El puente en arco con asa de cesta hace que su fabricación sea más compleja. Los dos arcos comienzan separados en la base y luego convergen en la clave. Se muestra el miembro clave. Punto de Transporte de Iowa

“Es la escala, la complejidad e incluso, hasta cierto punto, la distancia al lugar. Si fueran al centro de Chicago, sería una historia diferente. Mover a los miembros hasta el lado del puente de Iowa creó desafíos de transporte”, dijo Shah.

“Tuvimos que mirar el proyecto pieza por pieza para idear un procedimiento de cómo íbamos a montarlo. Por supuesto, los constructores querían que las cuatro esquinas se construyeran primero alrededor de la bocina”, añadió Johnson. Las instalaciones eléctricas y las inspecciones debían realizarse antes de cargar a los miembros en la barcaza.

Las piezas que componen el arco y las cajas completamente ensambladas eran tan grandes que se enviaron en barcaza desde Gary por el río Illinois y luego por el río Mississippi hasta Davenport, Iowa.

La ventaja del envío en barcaza era que era tan grande que podían cargar seis tramos a la vez; sólo un miembro podía ser transportado en camión.

La desventaja del transporte en barcaza era que tomaba un par de meses mover las piezas, pero solo estaba a tres horas en camión. Además, la temporada de intrusiones era limitada. La parte superior del río Mississippi está cerrada a principios de diciembre debido a la formación de hielo.

"Tuvimos que cumplir con una fecha límite para llevar las piezas a la barcaza antes del invierno", dijo Johnson. “Eso creó una escasez de tiempo para completar estas piezas, colocarlas en una barcaza y luego enviarlas. Eso requirió un poco de esfuerzo de nuestra parte para que eso sucediera”.

Ese “empujón” significaba que el equipo trabajaba las 24 horas del día y los fines de semana. “Trabajar siete días a la semana durante muchas semanas supuso una gran presión para nuestra fuerza laboral”, dijo Johnson.

Enviar en camión algunas de las secciones del arco para el puente en dirección este tampoco fue un paseo por el parque. “Cuando cruzas varios estados con piezas tan grandes... eso sin duda fue un desafío. Para supercargas de más de 200,000 lbs. peso bruto, se necesitan permisos de envío de cada estado por el que pasa la carga, escoltas regulares delante y detrás de la carga y escoltas policiales que cambian una vez que se llega a la frontera estatal”, dijo Shah. Toda esta logística requirió una amplia planificación y coordinación.

“Estamos literalmente a sólo siete millas de la frontera de Illinois, pero necesitábamos escoltas policiales de Indiana desde Gary hasta la frontera del estado de Illinois. Luego tuvimos que tener escoltas policiales de Illinois para llevar la carga hasta la frontera del estado de Iowa y, finalmente, escoltas policiales de Iowa para llevar la carga al lugar de trabajo”, dijo Shah.

El montaje de la fabricación del puente en el lugar fue muy bien, explicaron Shah y Johnson.

Encontrarse en el medio no fue poca cosa. Punto de Transporte de Iowa

Las bases del arco en la parte inferior tuvieron que mecanizarse con mucha precisión para su ajuste durante el montaje y el montaje. Es inusual que algo tan grande como un puente de 800 pies de largo necesite la precisión del mecanizado, pero todos los miembros fueron diseñados con tolerancias estrictas. Las bases del arco tuvieron que mecanizarse dentro de 0,015 pulgadas, lo cual es extremadamente preciso para una fabricación de acero estructural, según Shah.

Cada pieza del arco tenía dimensiones únicas. Todo tenía que ser muy preciso para encajar. De hecho, la empresa de diseño tenía una sección de disposiciones especiales para las tolerancias específicas del proyecto.

Incluso con toda la planificación y el esfuerzo cuidadosos, con arcos estrechos como estos, fue necesario hacer algunos pequeños ajustes. "El puente fue fabricado con precisión, pero las actividades de campo están fuera del control de ISC", dijo Johnson en tono de broma.

"Las bases del arco estaban separadas por 800 pies", añadió Shah. "Fue como construir un iPhone de 300 metros de largo con estrictas tolerancias de fabricación".

El único ajuste final necesario fue reducir el miembro trapezoidal en menos de unas pocas pulgadas para que encajara. “Cuando llegaron a la pieza clave y midieron el ancho, la dimensión no resultó exacta. Tuvimos que recortar algo allí”, dijo Johnson.

El puente conmemorativo I-74 Iowa-Illinois es uno de los más complejos que ha fabricado la empresa, coincidieron Johnson y Shah. Colocar vigas de placa y secciones de cajón es muy diferente a fabricar un puente de arco verdadero con asa de cesta, dijo Shah.

“Hacer los puentes de arco de la I-74 en dirección este y oeste, uno tras otro, definitivamente nos ayudó a comprender las complejidades de fabricación requeridas. La ventaja de haber fabricado primero las secciones del arco en dirección oeste fue que utilizamos nuestra curva de aprendizaje en dirección este”, dijo Shah.

“Creo que nuestra fuerza laboral hizo un trabajo fantástico. Este tipo de proyectos emblemáticos son únicos y ser parte de este puente nos brinda alegría, una sensación de logro y una actitud positiva para todo el equipo de ISC”, añadió.

La construcción del proyecto del puente comenzó en julio de 2017 y se completó a finales de 2021.