science >> Wetenschap >  >> anders

Hoe de boog van St. Louis tegen alle verwachtingen in staat

De Gateway Arch staat aan de rivier de Mississippi in St. Louis, Missouri. Gebouwd als een monument voor Thomas Jefferson en de westelijke uitbreiding van Amerika, het is de hoogste boog ter wereld en het hoogste monument in de Verenigde Staten. VisionsofAmerica/Joe Sohm/Getty Images

Minder dan een halve millimeter (0,01 inch):dat is de foutmarge waarmee lassers moesten werken bij het plaatsen van het laatste stuk van het torenhoge St. Louis-monument dat formeel bekend staat als de Gateway Arch. Het duiken, Het oriëntatiepunt van 192 meter lijkt glad en naadloos, maar de twee poten waren afzonderlijk gebouwd van roestvrij staal dat per trein vanuit Pennsylvania werd verscheept. Toen de bouw in 1961 begon, velen voorspelden dat een epische mislukking onvermijdelijk was - per slot van rekening hoe konden arbeiders ervoor zorgen dat ze precies de juiste hoeveelheid ruimte overlaten voor het laatste stuk met vrijwel geen speelruimte voor fouten?

Op de een of andere manier heeft het team het voor elkaar gekregen, het veiligstellen van de blijvende reputatie van de Gateway Arch als het hoogste monument van Amerika en de hoogste boog ter wereld. Het ambitieuze streven was het product van het prijswinnende ontwerp van de Amerikaans-Finse architect Eero Saarinen. Maar het grotere verhaal over de oorsprong van de boog is nogal wild.

"Gateway Arch National Park is een ongewone National Park Service-site, ", zegt NPS-historicus Bob Moore. "De oorsprong ervan was al even buitengewoon. Het idee voor het park ontstond begin jaren dertig door een bebrilde, advocaat van middelbare leeftijd en zelfverklaarde 'weldoener' genaamd Luther Ely Smith, die het vervallen rivierfront van St. Louis wilde verfraaien. In het tijdperk voordat commerciële luchtvaart gebruikelijk was, het gebied aan de rivier was de eerste glimp die mensen in auto's en treinen hadden toen ze de stad naderden."

Volgens Moor, het gebied zoals het er begin jaren '30 uitzag maakte geen goede indruk. "Het was geen mooi gezicht, en deed de bezoekers niet denken dat St. Louis een van de grote Amerikaanse steden was, "zegt hij. "De gebouwen aan de rivier waren vervallen en zagen er oud uit." Toen moderne schuiten de ouderwetse stoomboten met schoepenrad vervingen, de eens zo bruisende haven raakte in verval toen de actie naar elders verhuisde. "Naast het verfraaien van de stad, Smith wilde St. Louisans ook weer aan het werk zetten tijdens de Grote Depressie, "zegt Moore. "Ten derde, Smith wilde dat hun inspanningen zouden resulteren in een uniek gedenkteken dat toeristen van over de hele wereld zou aantrekken."

Hoewel er al sinds 1898 voorstellen in omloop waren om het rivierfront nieuw leven in te blazen, Smith "had de reputatie en toewijding om zijn eigen concept tot werkelijkheid te brengen, " volgens Moore. Het doel van het voorstel van Smith was om een ​​eerbetoon te bouwen om een ​​legitieme mijlpaal in de Amerikaanse geschiedenis te herdenken - de ongekende migratie in de 19e eeuw van honderdduizenden mensen naar het trans-Mississippi West, door de bruisende stad St. Louis geleid, het laatste grote grootstedelijke centrum aan de rand van de grens, ' zegt Moor.

De wedstrijd voor een architect

En dus, in 1947, twee jaar na het einde van de Tweede Wereldoorlog, een burgercomité van St. Louis sponsorde een architectuurwedstrijd om het gezicht van de rivieroever van de stad te transformeren. Alle architecten die Amerikaans staatsburger waren, konden meedingen naar de eer (en de zoete $ 225, 000 geldprijs). "Het was de bedoeling van de Jefferson National Expansion Memorial Association dat het herdenkingsgebied een integraal onderdeel zou worden van het leven van de gemeenschap, en de schoonheid en algehele indruk van de aangrenzende binnenstad nieuw leven in te blazen, ' zegt Moor.

De competitie in twee fasen omvatte een elitejury van nationaal erkende architecten zoals George Howe en William Wurster die de voorkeur gaven aan de modernere architectuurstijl. Invloedrijke namen in de architectuur zoals Walter Gropius, Charles Eames en Kazumi Adachi behoorden tot de 172 deelnemers, maar de jury belandde op één gelukkige mededinger - een soort van.

"Toen de vijf halve finalisten in de herfst van 1947 werden gekozen, de naam Saarinen bracht de mededingingsadviseur ertoe, George Howe, om Eliel te telegraferen dat hij een van hen was, en dat hij zou werken aan de voorbereiding van een herzien ontwerp voor een tweede beoordelingsronde in het begin van 1948, ', zegt Moore. 'In de studio van Saarinen in Michigan, Ter ere van de triomf werden champagneflessen ontkurkt. Maar een paar dagen later, een beschaamd telefoontje van Howe onthulde dat Eliel niet tot de halve finalisten behoorde. Het was zijn toen nog onbekende zoon, Eer, wie was de winnaar van een felbegeerde plaats als halve finalist, met zijn gedurfde en creatieve ontwerp van een gigantische, stijgende roestvrijstalen boog." Als een goede sport en een goede vader, Eliel liet een tweede fles vallen toen hij hoorde dat Eero de daadwerkelijke ontvanger van het nieuws was.

Eero Saarinen is gekozen

Eero kreeg officieel de hoogste eer op 18 februari, 1948. Op 7 maart 1948, artikel voor de St. Louis Post-Dispatch getiteld "The Arch Began With Pipe Cleaners" (met dank aan de Gateway Arch National Park Archives), Saarinen schreef dat zijn idee voor de boog voortkwam uit een zoektocht om de verschillende geometrische vormen van de bestaande monumenten voor Washington na te bootsen, Lincoln en Jefferson.

"We begonnen ons een soort koepel voor te stellen die veel opener was dan het Jefferson Memorial in Washington, ' schreef Saarinen. 'Misschien zou het een grote doorboorde betonnen koepel kunnen zijn die op slechts drie punten de grond raakte. . . . We hebben het op een heel grove manier geprobeerd; het enige dat we konden vinden om het mee te maken waren enkele pijpenragers. Maar de drie poten leken niet in het plan te passen, dus probeerden we het met twee benen, als een grote boog. . . . Meer en meer, het begon ons te dagen dat de boog echt een poort was, en verschillende vrienden die bukten om te kijken naar wat we aan het doen waren, interpreteerden het meteen als zodanig. Geleidelijk, we noemden het de 'Poort naar het Westen'."

Bijna voltooid tijdens de bouw van de Gateway Arch, hier getoond op 8 juli, 1965. Staatsarchief Flickr/Missouri

Maar het construeren van een gigantische duikconstructie is niet bepaald eenvoudig. "Bij het ontwerpen van de boog, er zijn veel onderzoeken gedaan om de juiste kromming te bepalen, " schreef architect Kevin Roche, die met Saarinen aan het definitieve ontwerp werkte en de onvoltooide plannen tot voltooiing bracht na de dood van Saarinen in 1961. In een document van de Gateway Arch National Park Archives getiteld "Designing the Arch, " Roche schrijft dat "terwijl de curve die was van een bovenleiding zoals zou worden gevormd door een ondersteboven opgehangen ketting, de ontwikkeling omvatte het bestuderen van de impact van een gewogen bovenleiding die de eenvoudige vorm van de bovenleiding enigszins zou wijzigen. Nogmaals - veel modellen, studie, doorsnede tekeningen, veel kettingen hingen met gewichten aan het plafond."

Het eigenlijke structurele ontwerp van de Gateway Arch kwam tot stand dankzij de wijsheid van ingenieur Fred Severud, bijgestaan ​​door een medewerker genaamd Hannskarl Bandel. In een ander document van de Gateway Arch National Park Archives, Severuds zoon, Fred Jr., schreef over zijn vader, "Hoewel Eero Saarinen het uiterlijk van de boog ontwierp, het waren mijn vader en zijn firma die de manier uitwerkten waarop het gebouwd kon worden. Zonder de wiskundige berekeningen van de firma Severud, en het gebruik van orthotrope technische principes (wat betekent dat de stalen binnen- en buitenmuren van de boog de eigenlijke structurele leden zijn, in plaats van een skelet van liggers met de stalen panelen eraan), er zou vandaag geen Arch zijn. Na vele jaren van overleg en hard werken, de bouw werd uiteindelijk begonnen in 1963."

Severuds zoon heeft nauwgezet de details van het grootse plan van zijn vader gedetailleerd. "De boog is gebouwd als twee vrijdragende constructies, die uiteindelijk aan de top samenkwamen, " schreef hij. "Het ontwerp moest rekening houden met de belastingen en structurele actie in de verschillende stadia, rekening houdend met de praktische aspecten van de constructie. Tijdens de eerste vrijdragende fase, tussen de binnen- en buitenhuid werd nagespannen beton geplaatst, tot het niveau van 300 voet (91 meter), om de nodige kracht te geven voor de binnenwaartse kromming van de benen. Boven 300 voet (91 meter) werd het nagespannen beton weggelaten."

Omdat de constructie te hoog was om met standaard kranen te bouwen, de bemanning moest een klimkraan gebruiken, samen met de aannemers op elk been van de boog. "Op ongeveer 500 voet (152 meter) hoogte, er werd een tijdelijke horizontale strut truss geplaatst van poot tot poot, waardoor de benen samenwerkten, een geheel andere stresstoestand, " Hij schreef.

De vorm van de curve

Het hele booggedeelte van de boog uitzoeken was niet gemakkelijk, of. "De poging om tot een bocht voor de Boog te komen, omvatte het ophangen van een touw dat aan zijn eindpunten was vastgemaakt; het doorhangende touw vormde een bovenleiding, een soort omgekeerde boog, " Architect Bruce Detmers schreef in een ander document van The Gateway Arch National Park Archives. "Het toevoegen van gewichten langs de lengte van het hangende touw veranderde de vorm van de curve. Een uniform touw resulteerde in een bocht die aan de bovenkant te vlak was. De pogingen om het hangende touw te verzwaren, hielpen niet om tot een vorm te komen die Eero tevreden zou stellen."

Severuds assistent, Bandel, redde de dag in zekere zin, volgens Detmers. "Numerieke aanpassingen zijn gemaakt in de formule en uitgezet, ' schreef hij. 'Het plotproces en dat van het maken van studiemodellen resulteerde in het uiteindelijke ontwerp van de Arch. De poten van de boog zijn steiler en groter aan de basis; de top van de boog kleiner en minder plat dan een puur uniform gewogen honderdjarig bestaan, resulterend in het feit dat de Boog lijkt te zweven." De laatste stap bij het definiëren van de Boog omvatte complexe wiskundige formules die uren in beslag namen om te berekenen. "De mechanisch bediende machine van onze boekhoudafdeling kon volgnummers vermenigvuldigen tot meerdere decimalen, Detmers schreef. "Volgens de huidige maatstaven werd oude technologie gebruikt om de afmetingen van de Boog te berekenen. Ik was erg opgelucht toen ik hoorde dat Pittsburgh Des Moines Steel, de onderaannemer om de boogstructuur te fabriceren, gebruikte een computer om onze berekeningen te controleren en vond geen fouten."

Het echte probleem (alsof er nog niet zoveel andere moesten worden overwonnen) was uitzoeken hoe je net genoeg ruimte overlaat voor dat laatste verbindingsstuk aan de bovenkant - elke hoeveelheid extra ruimte of onvoldoende ruimte zou het hele ding verwoesten. En er was een extra complicatie, dankzij Moeder Natuur. "Omdat de setting van het laatste stuk bij warm weer moest gebeuren, er ontstond een probleem, ' schreef de zoon van Severud. 'De benen stonden op verschillende manieren bloot aan de zon, waardoor ze gedurende de dag enkele meters van elkaar verschillen in hoogte, dus alle metingen werden 's nachts gedaan, als er geen temperatuurverschil was. Het bouwteam was van plan om het stuk ook 's nachts te plaatsen, wanneer beide partijen in de rij zouden staan."

Blijkbaar, de burgemeester van St. Louis vond dit plan krankzinnig. "Dit zou een van de belangrijkste gebeurtenissen in de geschiedenis van St. Louis worden; de setting moet in de vroege namiddag plaatsvinden!" Severud's zoon schreef, waarin het ongeloof van de burgemeester wordt beschreven. "Hierdoor zou een hoogteverschil ontstaan ​​dat niet overbrugd kon worden; wat was er aan te doen? Mijn vader werd 's nachts wakker met de oplossing:gebruik water om de hete kant af te koelen! Er is contact opgenomen met de brandweercommandant, en stemde ermee in om slangen en pompers te leveren om de hete kant te besproeien. Het resultaat? Het laatste stuk werd in de loop van de dag geplaatst, zonder problemen."

Mensen naar de top brengen

Het laatste probleem om mee te kampen:hoe moesten de ingenieurs in vredesnaam bezoekers naar de top van het monument brengen? Een gewone lift kan niet precies door een torenhoge kromming navigeren. Dit probleem is opgelost door Dick Bowser, een schoolverlater die werkte bij de Montgomery Elevator Company in Moline, Illinois. Zijn oplossing:een tram die de functies van een lift combineerde met ... een reuzenrad.

Toeristen genieten van het uitzicht vanuit het interieur van de top van de St. Louis Arch. Wikimedia Commons/Kelly Martin (CC BY-SA 3.0)

"Er waren veel ontmoetingen met Dick, die op het idee kwam van de capsule die kon draaien terwijl hij van het metrostation langs de poot van de Boog naar het bezoekersplatform aan de top reisde, Roche schreef. "We hebben veel modellen van het metrostation gebouwd en een volledig model van de vijfpersoonscapsule gebouwd om te testen met passagiers van verschillende groottes. We hebben ook een dwarsdoorsnede op ware grootte door de bovenkant van de boog gebouwd, zodat de kijkvensters klein genoeg konden zijn om van buitenaf niet zichtbaar te zijn, maar groot genoeg om de bezoeker een spectaculair uitzicht te bieden. Er is veel moeite gestoken in dit model om ervoor te zorgen dat kinderen en volwassenen van alle lengtes comfortabel bij de kijkvensters kunnen komen."

En vandaag, 6, 700 dagelijkse bezoekers gebruiken nog steeds het innovatieve systeem van Bowser om het uitzicht vanaf de top van de boog in zich op te nemen. De 192 meter hoge boog weegt 43, 226 ton (39, 214 ton), inclusief 900 ton (816 ton) roestvrij staal, geliquideerd kost $ 13,4 miljoen, en had honderden arbeiders in dienst (van wie geen van allen stierf in het proces, ondanks voorspellingen van 13 doden). Het monument blijft een belangrijke nationale attractie, trekt jaarlijks 3,5 miljoen bezoekers.

Dat is nu interessant

Het lijkt er misschien niet op, maar de boog is eigenlijk even breed als hoog (192 meter in beide richtingen). De reden dat het van boven naar beneden langer lijkt, is te danken aan een optische illusie - aangezien je zelden recht naar de boog kijkt, je ogen zien het als aanzienlijk groter dan dat het breed is.