Hydraulik steigert die Produktivität

Bereits in einer frühen Entwicklungsphase des Schnellstraßensystems von Chicago identifizierten Planer eine Verbindung in Richtung Süden als unerlässliche Komponente. Die Stadtverwaltung entschied sich zum Bau einer Mautstraße, stellte dann jedoch fest, dass sie dazu keine Befugnis hatte.

Jetzt kam die für Chicago typische „Can do“-Haltung zum Tragen. Sie entdeckten, dass die Stadt die Befugnis hatte, eine Mautbrücke zu bauen, und dass für die Zufahrtsstraßen keine Längenbeschränkungen galten. Daher entstand die Chicago Skyway, eine 12,5 km lange Hochstraße, die jedoch als 0,8 km lange Mautbrücke mit Zufahrtsstraßen von insgesamt 11,7 km Länge gilt.
Die 1958 eröffnete Skyway war jedoch inzwischen renovierungsbedürftig. Das Verkehrsministerium von Chicago nimmt dies zurzeit in einem 250 Millionen US-Dollar teuren Vier-Jahres-Projekt (das 2,5-Fache der ursprünglichen Gesamtkosten) in Angriff. Dieses umfasst die Wiederherstellung aller Überführungen und Viadukte, den Umbau der Mautstationen, die Wiederherstellung der südlichen Fahrbahn, eine neue Fahrbahndecke, neue Beleuchtung und Austausch der baufälligen Stahlkonstruktion. Die Arbeit an der Stahlkonstruktion ist nicht nur von kosmetischer Natur. Mehr als 500 Tonnen Stahlblech werden für die Brücke allein verwendet.
Diese Arbeit umfasst die Entfernung und den Austausch der Tragseile, Schrägseile, Bleiträger, Seitenversteifungen und Bodenträger. Ein besonders schwieriger Aspekt der Stahlarbeiten stellt die Forderung der Stadt dar, dass der Brückenverkehr während des Stahlaustauschs weiter möglich sein musste.

Hydraulik sorgt dafür, dass der Verkehr weiter rollt.

Das Verkehrsministerium von Chicago entwickelte ein auf Hydraulik basierendes Stahlaustauschverfahren, dank dem der Verkehr auf der Brücke während der Arbeiten weiter rollen kann. „Die einzige Zeit, während der der Verkehr unterbrochen werden durfte, waren 15 Minuten zwischen Mitternacht und 5 Uhr früh“, sagte Ron Necco, Außendiensttechniker von Danny’s Construction Co., Inc. (DCCI), dem für die Stahlarbeiten zuständigen Bauunternehmen.

Rich Hill, Projektleiter von DCCI, erklärt, dass die Verfahren zwar vom Verkehrsministerium entwickelt worden waren, DCCI jedoch für die Umsetzung in die Praxis verantwortlich war, deshalb erfolgten die kurzen Verkehrssperrungen nur in der Anfangsphase des jeweiligen Hydraulik-Arbeitsvorgangs. Hill sagt: „Die Hydraulik war absolut zuverlässig. Keine undichten Heber, keine Pumpenprobleme, keine Probleme mit Schläuchen oder Anschlüssen.“

Hier wird ein Sattel außen an beiden Enden des auszutauschenden Seilabschnitts befestigt. Die Tragseilspannung wird dann mithilfe von acht doppelt wirkenden 150-Tonnen-Hohkolbenzylindern von Enerpac auf acht Williams-Zuganker (6,35 cm, 3500 Bar) übertragen. Die Zylinder werden von einer luftbetriebenen 700-Bar-Pumpe versorgt, wobei Nadelventile die Lastkontrolle übernehmen.

„Die Spannung, die auf jedes Tragseil aufgewandt werden musste, wurde durch die Belastungsberechnungen bestimmt, die auf den Originalzeichnungen angegeben waren und die sich als ziemlich genau erwiesen“, sagte Brian Santosuosso, Ingenieur bei Wiss, Janney, Elstner Associates, Inc., (WJE), dem Ingenieurunternehmen, das das Verkehrsministerium mit der Überwachung der Arbeiten beauftragte. WJE installierte Lastzellen an den den Hydraulikzylindern entgegengesetzten Enden der Zuganker, deren Daten auf einem SensoTech-Anzeigegerät und einem Laptop erfasst wurden.

Vier Lastzellen sind sichtbar und das Vier-Kanal-Datenerfassungssystem, das sich in einem isolierten Arbeitskasten befindet, ist rechts abgebildet. Ein zweites Datensystem kümmert sich um die anderen vier Lastzellen. Die Abtastrate ist 16/Sek. Rich Hill von CDDI sagt: „Die mehreren Dutzend zu ersetzenden, 12 m langen Tragseile werden oben und unten aufgetrennt und jeweils zur Hälfte ersetzt. Anschließend werden die oberen und unteren Abdeckplatten installiert.“ Die Durchschnittszeit pro Tragseil beträgt ungefähr 10 Tage und „die Vorbereitung macht 90 Prozent der Arbeiten aus“, so Hill. Die Diagonalseile werden genauso behandelt. Hill, dessen Unternehmen landesweit tätig ist, war voll des Lobes über die Stahlbaumonteure in Chicago, die die Arbeiten ausführten.

Die zweistufige, luftbetriebene 700-Bar-Hydraulikpumpe, mit der die Zylinder angetrieben wurden, verbraucht höchstens 1,13 m³/min bei einer Standardluftzufuhr von 4,2 - 100 Bar. Sie beinhaltet zwei hydraulische Überdruckventile, von denen eines werkseitig voreingestellt und das andere vor Ort einstellbar ist, um den maximalen Systemdruck zu begrenzen. Die Pumpe hat eine kompakte Bauweise und einen 38-l-Tank.

Die für die Schiebe-/Zugfunktion verwendeten doppelt wirkenden Hohlkolbenzylinder sind mit einem Stecker und einer Buchse ausgestattet, um sicherzustellen, dass die Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse richtig vorgenommen werden. Jeder Zylinder enthält ein internes Überdruckventil als zusätzlichen Schutz und vernickelte Kolben mit Nocken, die witterungsbeständig sind.

Ausgetauschte Pfeiler

In einer weiteren Phase des Skyway-Projekts ersetzt DCCI einige der Betonpfeiler und Stahlstützen durch Betonbeine. Auch hier trägt Hydraulik die Last. Vier doppelt wirkende 600-Tonnen-Zylinder von Enerpac werden verwendet, um benachbarte Trägerenden um 10 mm anzuheben, damit die ursprüngliche Stützkonstruktion entfernt werden kann. Anschließend wird der ursprüngliche Pfeiler überholt und eine neue Betonstütze wird errichtet.

Die Hebezylinder, die von denselben 700-Bar-Pumpen angetrieben werden, die für die Arbeiten an den Trägern verwendet werden, enthalten interne Anschlagringe, die ein Platzen verhindern, Lager, die die seitliche Last aufnehmen, und beschichtete Kolben und Nocken, die witterungs- und verschmutzungsbeständig sind. „Die Heber funktionierten perfekt“, sagt Joe Hodum, von der allgemeinen Bauaufsicht von DCCI.

Die „Can do“-Haltung Chicagos zahlte sich bei dieser Aufgabe aus und brachte die Stadt dazu, ein auf Hydraulik basierendes Stahlaustauschverfahren zu konzipieren, dass dafür sorgte, dass der Verkehr weiter rollen kann.