rapport mission floride octobre 2015

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Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art Mission technique sur les ponts en aluminium Endroit : Tampa Bay, Floride Date : 28 et 29 octobre 2015 Préparé par : Denis Beaulieu et Jacques Internoscia 1- BUT DE LA MISSION Une première rencontre a eu lieu à Tampa Bay, Floride, le 26 février 2015 entre le groupe de Greg Osberg d’AlumaBridge et une délégation du Québec, composée de Jacques Internoscia, Martin Hartlieb et Denis Beaulieu. Cette rencontre avait pour but de préparer le terrain pour une rencontre plus formelle entre le groupe de développement de platelages et de tabliers de ponts en aluminium des États-Unis et une délégation de représentants de divers organismes québécois et ontariens ayant un intérêt dans le développement et l’utilisation d’un tel produit au Canada. La deuxième rencontre qui s’est déroulée du 28 au 29 octobre 2015 à Tampa Bay, à nouveau, a permis à la délégation d’industriels, d’universitaires et de représentants d’organismes publics du Québec et de l’Ontario de prendre connaissance, en détail, des plus récents développements réalisés aux États-Unis pour le remplacement des platelages en grillage métallique des ponts mobiles de l’État de la Floride par des platelages d’aluminium. Sept délégués du Québec étaient présents sur place pour rencontrer six représentants américains de l’équipe de Greg Osberg. Lors de la principale rencontre du 29 novembre, en avant-midi, 16 autres personnes, qui n’ont pas pu effectuer le déplacement en Floride, se sont joints à la discussion par conférence téléphonique de type Go-To-Meeting. 2- PARTICIPANTS À LA RENCONTRE Les hôtes américains : - Greg Osberg, President & CEO, AlumaBridge, [email protected] - George Patton, Hardesty & Hanover, Movable Bridge Design Lead, [email protected] - Don Foster, Manor Associates, [email protected] - Mike Riley, L.B. Foster, Marketing Manager, Bridge group, [email protected] - Randy Kissel, TGB Partneurship, (AAA representative), [email protected] - Richard Molloy, AlumaBridge Administrator, [email protected] - R. Randy Johnson, Seacoast Inc., Vice President (visité le 29 PM), [email protected]

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Page 1: Rapport mission Floride octobre 2015

Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art Mission technique sur les ponts en aluminium

Endroit : Tampa Bay, Floride

Date : 28 et 29 octobre 2015

Préparé par : Denis Beaulieu et Jacques Internoscia

1- BUT DE LA MISSION

Une première rencontre a eu lieu à Tampa Bay, Floride, le 26 février 2015 entre le groupe de Greg Osberg d’AlumaBridge et une délégation du Québec, composée de Jacques Internoscia, Martin Hartlieb et Denis Beaulieu. Cette rencontre avait pour but de préparer le terrain pour une rencontre plus formelle entre le groupe de développement de platelages et de tabliers de ponts en aluminium des États-Unis et une délégation de représentants de divers organismes québécois et ontariens ayant un intérêt dans le développement et l’utilisation d’un tel produit au Canada.

La deuxième rencontre qui s’est déroulée du 28 au 29 octobre 2015 à Tampa Bay, à nouveau, a permis à la délégation d’industriels, d’universitaires et de représentants d’organismes publics du Québec et de l’Ontario de prendre connaissance, en détail, des plus récents développements réalisés aux États-Unis pour le remplacement des platelages en grillage métallique des ponts mobiles de l’État de la Floride par des platelages d’aluminium. Sept délégués du Québec étaient présents sur place pour rencontrer six représentants américains de l’équipe de Greg Osberg. Lors de la principale rencontre du 29 novembre, en avant-midi, 16 autres personnes, qui n’ont pas pu effectuer le déplacement en Floride, se sont joints à la discussion par conférence téléphonique de type Go-To-Meeting.

2- PARTICIPANTS À LA RENCONTRE

Les hôtes américains : - Greg Osberg, President & CEO, AlumaBridge, [email protected] - George Patton, Hardesty & Hanover, Movable Bridge Design Lead,

[email protected] - Don Foster, Manor Associates, [email protected] - Mike Riley, L.B. Foster, Marketing Manager, Bridge group, [email protected] - Randy Kissel, TGB Partneurship, (AAA representative), [email protected] - Richard Molloy, AlumaBridge Administrator, [email protected] - R. Randy Johnson, Seacoast Inc., Vice President (visité le 29 PM), [email protected]

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 2

La délégation québécoise:

- Jacques Internoscia, Coprésident Chantier Infrastructure et Ouvrage d’Art, AAC, [email protected]

- Denis Beaulieu, Consultant, [email protected] - Daniel Néron, Canmec, Directeur développement corporatif, [email protected] - Éric Lévesque, Canam Ponts, Directeur du Développement Commercial,

[email protected] - Sofiene Amira, CMQ, CEGEP de Trois-Rivières, [email protected] - Charles-Darwin Hannan, REGAL, Département de Génie Civil, Université Laval,

[email protected] - Alexandre de la Chevrotière, MAADI Group, Président, [email protected]

Les participants de l’extérieur (Go-To-Meeting):

- Martin Hartlieb, AluQuébec, [email protected] - Tom Waits, FDOT Structures Design Office, Project Manager, [email protected] - Tony Merlo, MTO, Manager, Bridge Office, [email protected] - David Lai, MTO, Bridge Rehabilitation, [email protected] - Ranko Mihaljevic, MTO, Head, Bridge Standards, [email protected] - Kris Mermigas, MTO, Head, Bridge Management, [email protected] - Walter Kenedi, MTO, Head, Bridge Design, [email protected] - Magdy Meleka, MTO, Lead, Bridge Engineer, [email protected] - Jim Au, MTO, Lead, Bridge Engineer, [email protected] - Jim Connell, MTO, Lead, Bridge Engineer, [email protected] - Gérard Desgagné, MTQ, Chef du Service de la Conception des Structures,

[email protected] - Marcel Vallières, MTQ, Direction des Structures, [email protected] - Dominic Fortin, MTQ, Direction des Structures, [email protected] - Andrew Werblinski, Parks Canada, Senior Structural Engineer,

[email protected] - Scott Walbridge, University of Waterloo, [email protected] - Dominic Vachon, Ville de Montréal, Chef de groupe - conception et normalisation,

[email protected]

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 3

CONTENU

1- But de la mission .................................................................................................................................. 1 

2- Participants à la rencontre .................................................................................................................... 1 

3- Déroulement de la rencontre de deux jours .......................................................................................... 4 

4- Les travaux d’AlumaBridge et de son équipe ....................................................................................... 5 

5- L’étude comparative du FDOT .............................................................................................................. 8 

6- Programmes de développement, d’analyse et de recherche ............................................................. 11 

7- Le Pont de St-Ambroise ...................................................................................................................... 18 

Conclusion .............................................................................................................................................. 23 

Annexes

Aluminum Bridge Decking

5-inch Aluminum Orthotropic Deck Research and Development

Bascule bridge lightweight solid deck; Retrofit research project

Lightweight prefabricated bridge deck – Scope of services

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 4

3- DÉROULEMENT DE LA RENCONTRE DE DEUX JOURS

Journée du 28 octobre

Une rencontre informelle a été tenue en après-midi avec Greg Osberg afin de faire le point sur le projet du Pont de St-Ambroise avant d’aborder la question dans sa présentation plus officielle du lendemain.

Journée du 29 octobre, en avant-midi

La participation en personne et au téléphone à l’importante rencontre de l’avant-midi a été très bonne.

La matinée a débuté par une présentation technique de l’évolution des solutions techniques développées par AlumaBridge. Greg Osberg a présenté en détail et de façon factuelle des cas concrets, dont le projet de Saint-Ambroise. Voir à cet effet la présentation Adobe Acrobat Reader intitulée AlumaBridge Presentation, 10-29-15 disponible sur le site web d’AluQuébec.

Cette présentation a été suivie de l’intervention de Tom Waits du FDOT qui a présenté le projet de réhabilitation des ponts mobiles de Floride, dont le pilote de Fort Pierce, et l’étude comparative qui avait été effectuée pour la sélection des matériaux. Voir à cet effet le document Adobe Acrobat Reader intitulé Lightweight Solid Deck Alternatives Evaluation FINAL (05-14-13) disponible sur le site web d’AluQuébec. Le titre du rapport est Bascule bridge lightweight solid deck retrofit research project – Deck alternative screening report – Final, FDOT, prepared by URS, May 14, 2012.

George Patton, le concepteur du platelage d’AlumaBridge, a ensuite complété les aspects techniques de la présentation de Greg Osberg et a décrit plus en détail de projet de Fort Pierce. Voir à cet effet la présentation Adobe Acrobat Reader intitulée Aluminum Deck Meeting (10-29-2015) disponible sur le site web d’AluQuébec. Il a mentionné que près de 1200 ponts mobiles devront être réhabilités aux États-Unis, dont un bon nombre en Floride, et que la technologie d’AlumaBridge s’applique aussi bien aux ponts fixes que mobiles.

Beaucoup d’échanges techniques ont eu lieu avec les participants. Sur la question des marchés publics, Parcs Canada et la Ville de Montréal ont mentionné qu’ils sont dans le même bateau et que pour eux il est difficile de procéder par devis de performance. Ils vont tenter d’intégrer la solution aluminium à un pilote, tout comme l’a fait et tentera à nouveau de le faire le MTQ à Metabetchouan – Lac-à-la-Croix dans un pont de même envergure que celui de St-Ambroise.

Greg Osberg a proposé que soit utilisé un modèle d’évaluation des soumissions qui permettrait d’évaluer le matériau au mérite. Voir le document Word intitulé Lightweight Bridge Deck RFP Template (non-proprietary) disponible sur le site web d’AluQuébec. Il a aussi suggéré que soient utilisées les études techniques d’autres juridictions comme une étude faite en Oregon (D. Evans), de même que le rapport comparatif du FDOT présenté plus haut.

La présentation technique qui suit s’est inspirée dans ses grandes lignes de l’ensemble de ces rapports et présentations audiovisuelles. Il convient de souligner que le rapport intitulé Ponts et Passerelles en Aluminium – Rapport de visites et de rencontres en Suède, en Hollande et aux États-Unis, aussi disponible sur le site d’AluQuébec, est tout à fait complémentaire au présent rapport, puisqu’il présente, entre autres, le compte rendu technique de la mission préparatoire aux États-Unis en février 2015. De l’information technique pertinente, qui ne sera pas nécessairement répétée dans le présent rapport, y est présentée.

Journée du 29 octobre, en après-midi

En après-midi, nous avons visité SeaCoast, l’entrepreneur chargé d’installer deux sections de platelage d’aluminium sur le tablier existant du pont mobile de Fort Pierce. Une section a été conçue à l’aide des extrusions de 5 pouces de profondeur et de 13 pouces de largeur, et l’autre a été fabriquée à l’aide des nouvelles extrusions améliorées de 18 pouces de largeur. Les deux sections avec leur revêtement de surface étaient déjà boulonnées aux poutres de support en acier galvanisé dans l’atelier lors de la visite.

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 5

4- LES TRAVAUX D’ALUMABRIDGE ET DE SON ÉQUIPE

Alors qu’il travaillait pour SAPA à Connersville, en Indiana, Greg Osberg a utilisé l’extrusion de pont Alumadeck de 8 pouces (200 mm) de profondeur développé il y a plusieurs années par la Reynolds Metals pour produire des panneaux soudés pour platelage de ponts de façon standard. Un de ces platelages a été utilisé à titre expérimental pour le pont de St-Ambroise au Québec (figure 1).

Figure 1- Pré-assemblage des deux panneaux du tablier de 8 pouces du pont de St-Ambroise

Greg Osberg a démarré sa propre firme, AlumaBridge, et, en partenariat avec quelques collaborateurs, il a développé un nouveau profilé extrudé (de première génération) de 5 pouces (127 mm) de profondeur et de 13,624 pouces (346 mm) de largeur, calqué sur le modèle du profilé de 8 pouces, c’est-à-dire avec une paroi supérieure plus épaisse que la paroi inférieure (figure 2).

Figure 2 – Profilé de 5 pouces de profondeur et de 13 pouces de largeur, de première génération

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 6

Ce profilé est plus adapté au remplacement des grillages métallique vieillissants de 5 pouces de profondeur que l’on retrouve sur des centaines de ponts mobiles aux États-Unis et en particulier en Floride. Un exemple de ces ponts est montré sur la figure 3.

Figure 3 – Exemple de pont mobile avec grillage en acier comme platelage

Les profilés de 8 et 5 pouces (première génération) sont extrudés par SAPA en Indiana et sont soudés par friction-malaxage à l’aide d’une toute nouvelle machine chez HF Webster de Rapid City, au Dakota du Sud (figure 4).

Figure 4 – Soudage par friction-malaxage d’un panneau de platelage de 5 pouces

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 7

Le revêtement de type Flexolith (low modulus epoxy coating and broadcast overlay system) produit par Euclid Chemical à Cleveland, OH, (http://www.euclidchemical.com/) est ensuite appliqué par HRI Inc. à Williamsport, PA, (http://wwwhriinc.com/). La figure 5 montre un panneau sur lequel le revêtement de surface Flexolith vient d’être appliqué. Il existe une variété de couleurs et de textures d’agrégats pouvant être utilisées. Ce revêtement offre une excellente adhérence à l’aluminium et une très grande résistance au dérapage puisque son coefficient de friction est de l’ordre de 0,9.

Les panneaux ainsi fabriqués sont enfin expédiés sur les sites par camions (figure 6). Le panneau montré sur la figure 5 est le premier à être livré chez Seacost Inc. de Floride pour être installé et testé sur un pont de Fort Pierce, FL. La firme LBFoster développe le produit en partenariat avec AlumaBridge et en fait la promotion.

Plus récemment, Greg Osberg et son équipe ont développé un profilé extrudé de 5 pouces de deuxième génération, plus large et plus facile à souder par friction-malaxage, puisque le support envers est fourni par la section elle-même aux niveaux des parois horizontales. Ce profilé, montré sur la figure 7, a maintenant 18 pouces (457 mm) de largeur et possède des parois supérieures et inférieures d’égale épaisseur. Il permet une fabrication plus rapide des panneaux, ce qui abaisse le coût de production de 150$ à 119$US/pi2. Le profilé de deuxième génération est maintenant extrudé par Taber Extrusions de Russelville, Arkansas ou Gulfport, Mississippi.

Figure 5 – Panneau de tablier de 5 pouces avec revêtement Flexolith (époxy-granulats)

avant la livraison chez Seacoast

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 8

Figure 6 – Nouvelle façon de faire : large extrusion, soudage par friction-malaxage

et livraison des panneaux sur les sites

Ce qui a conduit AlumaBridge à concevoir et produire un platelage de 5 pouces est un programme de recherche qui a été mis sur pied par le Florida Department of Transportation (FDOT) pour évaluer différentes options de platelage ou de tablier léger pour le remplacement des grillages d’acier vieillissants de leurs nombreux ponts mobiles (figure 8). C’est le platelage d’aluminium qui a finalement été retenu comme étant la meilleure option.

5- L’ÉTUDE COMPARATIVE DU FDOT

Les grillages d’acier, utilisés abondamment dans les années 50 à 70 comme platelage dans la plupart des ponts mobiles des États-Unis et surtout en Floride, ont démontré plusieurs lacunes au fil des ans. Le Florida Department of Transportation a donné le mandat à la firme URS Corporation Inc. de mener une étude permettant de comparer diverses alternatives de remplacement du grillage d’acier par des systèmes de platelage plus modernes, plus appropriés et, dans la mesure du possible, aussi légers que l’acier grillagé. Cette étude doit ultimement permettre d’identifier le système qui s’avèrera le plus avantageux sur la base de plusieurs critères.

Figure 7 – Profilé de 5 pouces de profondeur et de 18 pouces de largeur, de deuxième génération

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 9

Figure 8 – Rapport du FDOT sur l’étude comparative de solutions de remplacement des grillages d’acier des

ponts mobiles de Floride par des platelages légers plus adaptés

Les systèmes de platelage sélectionnés sont :

1- le système de panneau sandwich (sandwich plate system, dit SPS) montré sur la figure 9; 2- le platelage orthotrope en aluminium (aluminum orthotropic deck) montré sur la figure 10; 3- le tablier composite en polymère renforcé de fibre de verre (fiberglass reinforced polymer (FRP)

composite deck), montré sur la figure 11; 4- le tablier de béton ultra-haute-performance (ultra-high performance concrete (UHPC) deck),

montré sur la figure 12.

Figure 9 - Système de panneau sandwich

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 10

Figure 10 – Platelage orthotrope de 5 pouces en aluminium (alors en développement)

Figure 11 - Tablier composite en polymère renforcé de fibre de verre

Figure 12 - Tablier de béton ultra-haute-performance

On a donné au grillage d’acier une note moyenne de 500/1000 et on a comparé les quatre autres systèmes à ce dernier. Une note finale inférieure à 500 indique que le système considéré n’est pas plus avantageux que le grillage d’acier. Seuls les systèmes de platelage qui ont reçu une note de passage substantiellement supérieure à 500 sont susceptibles d’être retenus. Le Tableau détaillé, montré à la page 10 du rapport du FDOT, présente la grille d’évaluation de l’étude.

Les six principaux critères retenus sont le coût, la fonctionnalité et la sécurité, la maintenance, la durée de vie et la durabilité, la constructibilité et les autres risques. Le platelage orthotrope en aluminium est le seul qui s’est vraiment différencié avec une note de 557/1000 points. C’est ainsi qu’on a confié à

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 11

George Patton la responsabilité de procéder à une étude plus poussée et à une série d’essais en laboratoire sur le système de platelage de 5 pouces avec la collaboration de Greg Osberg qui en était déjà le promoteur. Le tablier d’aluminium de 5 pouces a un poids tout à fait équivalent à celui du grillage d’acier, comme le confirme le Tableau des résultats obtenus par le FDOT. C’était un des principaux critères recherchés pour éviter d’avoir à intervenir au niveau des contrepoids. Le rapport de recherche du FDOT doit être lu par quiconque s’intéresse à l’utilisation de matériaux légers dans les ouvrages d’art. Il contient une mine d’informations susceptibles d’intéresser les décideurs dans leur choix de matériaux.

L’équipe de développement autour de G. Patton et de G. Osberg s’affaire présentement à valider expérimentalement, avec le support du FDOT, les résultats d’analyse obtenus par les études analytiques et numériques de G. Patton

6- PROGRAMMES DE DÉVELOPPEMENT, D’ANALYSE ET DE RECHERCHE

Puisque le système de tablier de pont avec platelage d’aluminium de 5 pouces de profondeur n’était pas entièrement conçu et fabriqué au moment de la rédaction et de la publication du rapport du FDOT, il a fallu mettre le pied sur l’accélérateur en termes de développement, d’analyse et d’essais de qualification du produit, lorsque ce dernier a été sélectionné.

Les premiers développements ont été faits autour du profilé de 5 pouces de première génération : conception et extrusion du profilé, soudage du platelage par friction-malaxage, pose du revêtement, analyses par éléments finis, analyse du diaphragme selon les recommandations d’AASHTO et réalisation du programme d’essais. Les travaux de conception, d’analyse et d’essais sont essentiellement sous la responsabilité de G. Patton. Les analyses sont, à toutes fins pratiques, terminées, même pour le profilé amélioré de deuxième génération, qui n’a été développé que tout récemment. Les figures 13 à 18 qui suivent montrent les différentes étapes de la fabrication du profilé de deuxième génération et du platelage qui en a résulté.

Figure 13 – Matrice et extrusion du profilé

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 12

Figure 14 – Soudage par friction-malaxage des profilés extrudés

Figure 15 – Les trois extrusions de base du nouveau platelage

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 13

Figure 16 – Vue en coupe du platelage montrant la possibilité d’ajustement des extrusions d’extrémité permettant d’obtenir la largeur de panneau voulue

Figure 17 – Montage des panneaux sur les poutres de support – boulonnage anti-glissement en atelier aux

poutres galvanisées secondaires et boulonnage sur l’âme des poutres transversales du pont

Figure 18 – Illustration du joint d’expansion entre deux panneaux de première génération

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 14

Différents systèmes ont été analysés tant analytiquement que numériquement. Le système 1, par exemple, a permis l’évaluation de la flexion en considérant l’action composite du diaphragme disposé longitudinalement sur les poutres de support. Le système 2 a permis l’analyse de la flexion transversale positive, de la flexion négative et de la flexion du porte-à-faux, et le système 3, l’analyse des contraintes locales des parois. Les trois systèmes considérés sont illustrés sur la figure 19 et un résultat des analyses par éléments finis est présenté sur la figure 20.

Figure 19 – Les trois systèmes analysés

Figure 20 – Un des résultats des analyses par éléments finis démontrant le faible niveau des contraintes

Page 15: Rapport mission Floride octobre 2015

Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 15

dans les parois du diaphragme

Le constructeur Seacoast a reçu un panneau de première génération au début de l’année 2015 et un panneau de deuxième génération à l’automne de la même année. Ces deux diaphragmes ont été boulonnées côte-à-côte sur les poutres de support, à temps pour la visite de la délégation dans l’après-midi du 29 octobre. Les figures 21 à 26 qui suivent montrent les détails du tablier orthotrope résultant.

Figure 21 – Vue d’ensemble des deux panneaux montés sur les poutres de support (le panneau de première génération est en avant-plan)

Figure 22 – Détails de l’extrémité du panneau de deuxième génération

Page 16: Rapport mission Floride octobre 2015

 

Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 16

Figure 23 – Emplacement du joint d’expansion entre les deux panneaux

Figure 24 – Boulonnage du platelage à une poutre de support

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 17

Figure 25– George Patton et Greg Osberg devant leur œuvre

Figure 26 – Équipement magnétique développé pour le positionnement des boulons

à l’intérieur des cavités du diaphragme

Les assemblages et le revêtement (phase 1; figure 28) et le tablier dans son ensemble (phase 2), subiront une série d’essais en laboratoire en Floride pour confirmer les résultats d’analyse obtenus par George Patton. Les deux générations de platelage seront ensuite installées et testées, à titre expérimental, sur un pont mobile de Fort Pierce (phase 3; figure 29). Il est possible que la phase 2 ne soit pas réalisée pour raccourcir la période de validation et parce que les concepteurs et le FDOT ont confiance que le produit devrait bien se comporter.

Page 18: Rapport mission Floride octobre 2015

 

Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 18

Figure 27 – Montage expérimental pour les essais de cisaillement de l’assemblage boulonné (phase 1)

Figure 28 – Installation par Seacoast du platelage expérimental sur une section

d’un pont mobile de Fort Pierce, FL (phase 3)

Le platelage de première génération a été décrit dans le rapport de la mission préparatoire du mois de février 2015. Les caractéristiques des extrusions principales et d’extrémité y sont présentées, de même que l’installation du diaphragme, les assemblages, les joints d’expansion, le recouvrement et les dispositifs de retenue.

7- LE PONT DE ST-AMBROISE

Il convient de glisser quelques mots sur la première expérience du Ministère des Transports du Québec dans l’utilisation d’un platelage orthotrope en aluminium sur son territoire.

Pour valider le bon comportement d’un pont avec platelage d’aluminium dans les conditions climatique et d’utilisation du Québec, le MTQ a choisi de réhabiliter un petit pont dans la région du Saguenay (figure 29). AlumaBridge s’est qualifié pour la conception et la fabrication du platelage d’aluminium et un entrepreneur local s’est vu octroyer le mandat de procéder à la construction de la structure de support et à l’installation du platelage.

Page 19: Rapport mission Floride octobre 2015

 

Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 19

Figure 29 – Pont de St-Ambroise au Saguenay

AlumaBridge a répondu à l’appel d’offre du MTQ, mais des délais sont survenus autant de la part du MTQ que d’AlumaBridge qui a vécu une série d’événements incontrôlables. Effectivement, la compagnie propriétaire de l’imposante machine à souder par friction-malaxage a dû démonter sa machine en mai 2014 et la déménager au Dakota du Sud, puisque son contrat de location dans des locaux de l’armée américaine n’a pu être renouvelé. Comble de malheur, elle a ensuite été victime d’une inondation de ses nouveaux locaux et il a fallu refaire la dalle de béton sur laquelle reposait la machine. De plus, la fabrication de matrices d’extrusion s’est avérée beaucoup plus longue que prévue.

En décembre 2014, AlumaBridge livre finalement les deux sections soudées du platelage d’aluminium au Saguenay (figure 30). Comme le MTQ avait décidé de faire installer le revêtement Bimagrip sur le site et non pas en usine, l’installation du platelage fut retardée à l’été 2015. Selon Greg Osberg, le revêtement Flexolith qu’il avait recommandé aurait dû être retenu et installé à l’usine, ce qui aurait pu permettre la mise en place du pont dès décembre 2014.

Figure 30 – Livraison des panneaux du pont de St-Ambroise

Chaque panneau a 32,9 pieds (10,04 m) de longueur et 12,3 pieds (3,75 m) de largeur. Le profilé de 8 pouces (203 mm) de profondeur utilisé (figure 31) est le premier modèle d’extrusion exploité par AlumaBridge. C’est en fait le profilé de la Reynolds Metals déjà utilisé, entre autres, dans le pont Corbin, PA, le pont de la Route 58, VA, et le pont Sandisfield, MA. Pour plus de détails sur ces ouvrages, le lecteur est invité à consulter le rapport de mission de février 2015 ainsi que la présentation de G. Osberg sur le site web d’AluQuébec. Il convient de souligner que les panneaux de 5 pouces de

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 20

profondeur auraient pu aussi être utilisés pour ce pont. Ils n’étaient toutefois pas encore développés au moment de l’attribution du contrat.

Figure 31 – Trois extrusions de 8 pouces soudées par friction–malaxage et recouvertes du revêtement Flexolith

Les figures 32 à 36 montrent certaines étapes de la construction du pont de St-Ambroise et certaines particularités du platelage orthotrope utilisé. La présentation de G. Osberg présente un supplément d’information.

Figure 32 – Autres types d’extrusions utilisés pour la fabrication du platelage du pont de St-Ambroise

Page 21: Rapport mission Floride octobre 2015

 

Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 21

Figure 33 – Dessins d’atelier du pont : 5 poutres de support, connexions du platelage aux poutres et glissières boulonnées au platelage

Figure 34– Installation du platelage sur la structure de support

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 22

Figure 35– Moyen retenu pour connecter le platelage aux poutres - le perçage des ailes de poutres n’était pas autorisé

Figure 36 – Le pont de St-Ambroise en phase finale de construction

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Mission technique | Tampa Bay | 28-29 octobre 2015 Chantier Infrastructures et Ouvrages d’art 23

CONCLUSION

Tous les participants à la rencontre de Tampa Bay, qu’ils soient américains, ontariens ou québécois, s’accordent à dire qu’elle s’est bien déroulée et qu’elle fut très instructive. Nous tenons à souligner la qualité des échanges et des informations fournies par nos hôtes américains. Ces derniers ont fait preuve d’une très grande ouverture à partager leurs technologies et leurs aspirations. Nous les en remercions très sincèrement. Il est à espérer que de nouveaux projets de réalisation et des alliances découleront de ces échanges à court et à moyen termes aussi bien au Canada qu’aux États-Unis.

Il est intéressant de constater que plusieurs participants et autres intervenants ont exprimé le désir de participer à un exercice semblable du côté de l’Europe dans un avenir rapproché. Les platelages et ponts en aluminium semblent réellement susciter de l’intérêt en Amérique du Nord.

Page 24: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Bridge Decking

®

Page 25: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• AlumaBridge Introduction

• Benefits of Aluminum Decking

• Product Features

• Deck Systems

• Bridges in Service

• Case Study

• Project Examples

• Extrusion Design

• Gen I 5” Deep Deck

• Gen II 5” Deep Deck Launch

• Supply Chain

• Bimetallic Corrosion

• Fire Resistance

• Research History

• Non-Proprietary Bid Template

• Q&A 2

Overview

Page 26: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• AlumaBridge leading the way in design and supply of aluminum deck panels

• First deck of this type installed in 1996

• Patent protected and new patent pending

• Exclusive access to critical manufacturing assets

• L. B. Foster Fabricated Bridge Products – Exclusive North American Distributor

• Ideal alternative for:

– Structurally deficient bridges

– Functionally obsolete bridges

– Moveable bridges

– Historic bridges

Leadership in Aluminum Bridge Decking

3

Page 27: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Solid Foundation & Well Positioned

• Successfully developed cutting-edge aluminum bridge technology

– Friction stir welding (FSW) introduced in 2012, optimized in 2015

• Aluminum bridge decking tested and in service

– 19 years of successful performance in U.S.

• AASHTO Code revisions to include aluminum were ratified in July 2012

• Growing interest in Canada

– Ministry of Transportation awards aluminum deck in Quebec

– Installation completed in July 2015

• Florida DOT selects aluminum decking to replace steel open grid

– Gen I 5” deep decking delivered in February 2015

– Gen II 5” deep decking delivered in October 2015

4

Page 28: Rapport mission Floride octobre 2015

®

FDOT Study Aluminum Decking to Replace Steel Open Grid

5

Page 29: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Lightweight structural aluminum to reduce dead-load

• Prefabricated for accelerated bridge construction

– Minimizes traffic interruptions and need for expensive traffic control

• Lower lifecycle costs

• Advantages over existing deck alternatives

– Corrosion resistant with minimal maintenance…no painting!

– Better skid resistance and less road surface noise compared to grid decks

– Capable of a 3.5’ cantilever on each side of bridge to widen roadway

• Can utilize existing superstructure

– Simple mechanical connections for fast installation and easy inspection

– Damaged deck panels can be quickly fabricated and replaced

Benefits of Solid Deck Aluminum Panels

6

Page 30: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Aluminum Deck Features

• Weight: 21 - 23 lbs./sq. ft. (depending upon deck depth and wearing surface)

• Structural Efficiency

– Composite or non-composite behavior with steel beams

– Similar to monolithic concrete deck

– 90% as strong transversely as longitudinally

– Designed for infinite fatigue life using AASHTO Specifications

– Polymer concrete wearing surface performs well on highways

– Impacts from pneumatic tires not a concern

– Meets LRFD code

– Chemical and UV resistant

7

Page 31: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Maintenance Requirements

– No corroded surfaces to repair

– Wearing surface can be removed and applied in field (indefinitely sustainable)

• Constructability

– Meets goals for Accelerated Bridge Construction (ABC)

– Rapid deployment of lightweight panels

• Adaptability

– Decks in service with beam spacing up to 9’

– Potential to reuse beams

– Addresses functionally obsolete bridges (too narrow) with cantilever

Aluminum Deck Features

8

Page 32: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Wearing Surface

– 2-part epoxy wearing surface

– Variety of aggregate colors and textures

• Functionality and Safety

– Improved skid resistance (0.8 to 0.9 friction coefficient)

Aluminum Deck Features

9

Page 33: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Experience and Performance

– Decades of aluminum bridge applications and evolution

– 100-year deck technology may have been deployed 19 years ago

• Specifications

– AASHTO LRFD Section 7 Code incorporates aluminum

• Revisions ratified on July 9, 2012 by T-14 Steel Design Committee

– AWS D1.2 includes friction stir welding as of June 2014

– Meets Canadian Highway Bridge Design Code S6-06

Aluminum Deck Features

10

Page 34: Rapport mission Floride octobre 2015

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8” Deep Deck Profile Replaces Concrete on Steel Girders

11

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®

®

12

Page 36: Rapport mission Floride octobre 2015

®

WELDING ALUMINUM ORTHOTROPIC DECK

Corbin Bridge Huntingdon, PA

13

Page 37: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Case Study

• Aluminum deck installed on the Corbin Bridge in Huntingdon, PA

• A historic bridge, so reconstruction was not an option

• Bridge posted for 7 tons before rehab

• Over 80,000 pounds of dead-load removed

• Load rated for 24 tons after rehab

• Performing well after 19 years of service

Before After

14

Page 38: Rapport mission Floride octobre 2015

®

- Bridge was functionally obsolete - Bridge was widened using existing substructure

U.S. Route 58 – Virginia

15

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16

Page 40: Rapport mission Floride octobre 2015

®

17

Page 41: Rapport mission Floride octobre 2015

®

18

Page 42: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Sandisfield, MA Bridge Completion & Shipment

19

Page 43: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Sandisfield, MA Bridge Lifting & Positioning: 15 minutes

20

Page 44: Rapport mission Floride octobre 2015

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Sandisfield, MA Bridge Placement on Bearings: 15 minutes

“From crane to bearings in 30 minutes!” 21

Page 45: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Sandisfield, MA Bridge April 21, 2015

22

Page 46: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Deck Design Requirements:

– 8” (203.2 mm) deep deck

– Non-composite

– 2 large panels with a longitudinal splice joint

• Each panel 32.9’ (10,040 mm) x 12.3.’ (3,750 mm)

– Need method to attach guard railings to deck

– Cannot bolt deck to beams

• Need non-mechanical connection at base of longitudinal splice joint

• 4 unique extrusion dies had to be cut in Europe with a 10-week lead-time

23

St. Ambroise River Bridge Quebec, Canada

Page 47: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• May 2014: Fabricator’s contract for leased space in U.S. Army facility is cancelled

24

St. Ambroise River Bridge Fabrication ‘One-Time’ Delays

Page 48: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Friction stir welding machine had to be disassembled and relocated

• Fabricator acquires new facility near current operation in Rapid City, SD

• New facility floods after record rainfall

• New concreate floor had to be poured for FSW machine

25

St. Ambroise River Bridge Fabrication ‘One-Time’ Delays

Page 49: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• May 2, 2014: Final shop drawings approved by MTQ and contractor

• August 11, 2014: First weld is made

– Two-sided FSW was necessary for Gen I profile design

– Two welding head passes to ensure full weld consolidation

– Some extrusions had be rerun and others roll corrected

• October 24, 2014 Fabrication and machining completed

– AlumaBridge included machining (hole drilling/countersinking) at no additional cost

26

St. Ambroise River Bridge Fabrication ‘One-Time’ Delays

Page 50: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• December 10, 2014: Panels ship from fabrication facility in Rapid City, SD

• January 15, 2015: Independent inspection completed in Quebec

– Friction stir weld and leak proof tests

• January 20, 2015: Ministry of Transportation – Quebec (MTQ) issues acceptance

• July 2015 installation

St. Ambroise River Bridge

27

Page 51: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• 32.9’ (10,040 mm) x 24.6’ (7,500 mm) deck assembly (all within tolerance)

– Flatness Avg.: 0.37” (9.4 mm)

– Straightness: 0.21” (5.4 mm)

– Squareness: 0.167” (4.2 mm)

– Width: 0.125” (3.2 mm)

St. Ambroise River Bridge

28

Page 52: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Less than 5/16” (7.9mm) gap between deck and girder

• Deck is well within tolerance

• Beam camber unknown?

• Are bearing seats level?

• Installation process solution:

– Polyethylene sheet to provide bond breaker between girder and epoxy resin

– Aluminum deck and girder remain non-composite

29

St. Ambroise River Bridge Installation

Page 53: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Ballast wall concrete prepared without clearance for corner guardrail fasteners

– Contractor drills holes for guardrail posts before realizing there is no clearance

• Installation process solution:

– Guard rails relocated slightly away from ballast wall for clearance

30

St. Ambroise River Bridge Installation

No clearance

Improperly drilled holes

Page 54: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Water leak at splice joint

• Leak occurred before wearing surface/waterproof membrane applied

31

St. Ambroise River Bridge Installation

Page 55: Rapport mission Floride octobre 2015

®

St. Ambroise River Bridge Polyurethane Wearing Surface/Waterproof Membrane

32

Watertight Seal Along Splice

with Membrane

Mechanically Fastened Closure Plate

Page 56: Rapport mission Floride octobre 2015

®

33

St. Ambroise River Bridge New 8” Deck Extrusion Profiles

Page 57: Rapport mission Floride octobre 2015

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St. Ambroise River Bridge Shop Drawings

34

Page 58: Rapport mission Floride octobre 2015

®

St. Ambroise River Bridge

35

Page 59: Rapport mission Floride octobre 2015

®

St. Ambroise River Bridge

36

Page 60: Rapport mission Floride octobre 2015

®

St. Ambroise River Bridge

37

Page 61: Rapport mission Floride octobre 2015

®

St. Ambroise River Bridge

38

Page 62: Rapport mission Floride octobre 2015

®

St. Ambroise River Bridge

39

Page 63: Rapport mission Floride octobre 2015

®

St. Ambroise River Bridge

40

Page 64: Rapport mission Floride octobre 2015

®

St. Ambroise River Bridge

41

Page 65: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Gen I 5” (127 mm) Deep Deck Profile Replaces Grid Decks (Ideal for Movable Bridges)

42

Page 66: Rapport mission Floride octobre 2015

®

®

43

Page 67: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Movable Bridge Applications

• Improved safety

– Better skid resistance

– No ‘see through’ decks

– No car steering influences

– Quick installation

• Rehabilitation potential

• Reduced maintenance

• Enhanced longevity

44

Page 68: Rapport mission Floride octobre 2015

5” Deep Deck - Base Extrusion Profile 5” Deep Deck - End Extrusion Profile

• New 6063-T6 alloy chemical composition offers improved ductility and fatigue resistance

• End extrusion offers structural panel closure and width adjustability

– End extrusion legs can be trimmed back for panel width variance

• Three primary FSW tests for quality assurance (Ultrasonic testing can also be performed)

– Macro Analysis: Cut, polish and analyze weld core during pre-production trials

– Tensile Tests at start and stop of weld seams

– Force Analysis: Compares forces of welder for acceptable welds in trials to production welds

®

5” Deep Deck Gen I

45

Page 69: Rapport mission Floride octobre 2015

Extrusion Production

• Extrusion trials confirm 50’ maximum length for 5” deep deck

• Extrusion trials confirm 33’ length required for 8” deep deck

– St. Ambroise River Bridge, Quebec

– Potential for longer length on new extrusion press

®

46

Page 70: Rapport mission Floride octobre 2015

®

FDOT Panel Fabrication Gen I 5” Deep Deck

47

• Maximum panel length: 50’

• Maximum panel width: 14’ – Longer and wider available with transverse FSW or panel splice joints

Page 71: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Wearing Surface Application Gen I 5” Deep Deck

48

Page 72: Rapport mission Floride octobre 2015

®

49

5” Deep Deck Gen I

Page 73: Rapport mission Floride octobre 2015

®

50

5” Deep Deck Gen I

Page 74: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Gen II 5” Deep Deck (18”-Wide Profiles) Optimized for Friction Stir Welding Efficiency

51

Page 75: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Gen II 5” Deep Deck (18”-Wide Profiles)

Deck Enhancements

Wider extrusions

Fewer welded joints

Single-sided FSW

More efficient than self-reacting (2-sided FSW)

Over 2x to 3x the welding speed with no weld flash

Faster setup times

Matched top and bottom flange thicknesses

Greater weld shrinkage control with 20% less heat

Verification of Refinements

Structurally equivalent to original deck product

Performance of new profiles

Manual calculations (section properties) – System 2

Transverse forces from loading between stringers

Finite element analysis – System 3

Localized flexure from wheel patch loading

Male - Female

Male - Male

52

Page 76: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Gen II 5” Deep Deck Trimmable End Extrusion

53

Page 77: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Very Low Stress at FSW Joint Re-Entrant Corners (Very Low Risk of Cracks at Stress Raisers)

Maximum Live Load Fatigue Stress Range < 0.5 x Constant Amplitude Fatigue Stress (Conservative Design)

Moving Wheel Patches FEA Model

FATIGUE STRESS RANGE RESULTS

Gen II Finite Element Analysis Results Conducted by Hardesty & Hanover

54

Trimmable End Extrusion

Page 78: Rapport mission Floride octobre 2015

®

55

Gen II 5” Deep Deck Extrusion Dies

Page 79: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Gen II 5” Deep Deck FDOT Panel Fabrication

56

Page 80: Rapport mission Floride octobre 2015

®

57

Gen II 5” Deep Deck FDOT Panel Fabrication

Page 81: Rapport mission Floride octobre 2015

®

58

Gen II 5” Deep Deck FDOT Panel Fabrication

Page 82: Rapport mission Floride octobre 2015

®

59

Gen II 5” Deep Deck FDOT Panel Fabrication

Page 83: Rapport mission Floride octobre 2015

®

60

• Facilitates alignment

• Minimizes field work

• Stringers clear floorbeam flange

• Typical existing bascule spacing 4.0’ to 4.5’

• Increased panel strength/stiffness provides opportunity to respace stringers

– Deflection: L/3,000

• 6.0’ span (optimal spacing for most bascules)

• 2.0’ cantilever (avoid support on main girders and floorbeams)

• Panel splices and/or expansion joints (WABO Evazote UV Seal – 1” Joint)

• ASTM A325 ¾” bolts

Shop Connection of Panels to Stringers Gen II 5” Deep Deck

Page 84: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Manufacturing Supply Chain

• AlumaBridge has long-term exclusive manufacturing supply agreements

• Extrusion material specification with tight tolerances for friction stir welding

• New fabrication equipment for precision-welded deck panels

• Automation platform designed to meet market demand

61

Page 85: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Aluminum-to-Steel with Zinc Coating

Electrical Potential Metal or alloy Potential (mV) silver -130 titanium -150 nickel -200 bronze -360 copper -360 steel -610 cadmium -700 aluminum (6063) -740 zinc -1130 magnesium -1600 Because the difference between aluminum’s potential (-740) and steel’s potential (-610) exceeds 100 mV, galvanic corrosion is possible when they are in contact. Since aluminum’s potential is less than steel’s, aluminum can be corroded by this contact, while the steel is protected.

62

Page 86: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Corrosion Resistance 54-Year Aluminum-to-Steel Connection

63

Page 87: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Fire Resistance

• 6063 structural aluminum alloy the same as used in mass transit trains

• Aluminum acts as a heat sink due to high thermal conductivity

– 4x greater than steel

• Dissipates heat from the flame source

• Absorbs more energy than steel from the center of the fire

• When aluminum melts it acts as flame retardant insulation

• Results in higher response time for fire fighters

• Mechanical strength of structural aluminum safe to 572 degrees

• Train floors achieved 19-minute fire resistance rating without fire barrier

– NFPA 130 and ASTM E 119 Standards

*Federal Transit Administration

64

Page 88: Rapport mission Floride octobre 2015

®

FHWA Sponsored Evaluations

• http://www.fhwa.dot.gov/publications/publicroads/97spring/alum.cfm

– FHWA article written by Bill Wright and published in Public Roads Magazine,1997 Spring Edition.

• http://www.virginiadot.org/vtrc/main/online_reports/pdf/99-r22.pdf

– Article written by the Virginia Transportation Research Council regarding tests performed on Little Buffalo Creek Bridge.

• http://www.virginiadot.org/VTRC/main/online_reports/pdf/00-r5.pdf

– Article on aluminum bridge deck built by Reynolds Metals Co. and written by VTRC.

65

Page 89: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Performance-based bid template

– No mention of aluminum

– Similar templates for Roadway Asset Management already in use

– Works well with design/build projects

• Avoids ‘sole-source’ concerns with proprietary/patented products

• Delivers ‘best value’ for bridge owners (technical proposal + price)

• Bid model reviewed and supported by FHWA

Lightweight Bridge Deck RFP Template

66

Page 90: Rapport mission Floride octobre 2015

®

• Gen II 5” Deep Deck Pricing: $119 (USD)/sq. ft.

– 21% price reduction from Gen I pricing of $150 (USD)/sq. ft.

– Assumes cost of aluminum at $.80/lb. – metal cost is a pass through

– Includes factory applied skid-resistant wearing surface

– Deck application engineering

– On-site consultation during deck installation

Pricing

67

Page 91: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Next Steps?

www.alumabridge.com

AlumaBridge Video: http://www.alumabridge.com/alumabridge_video.htm

Q & A

68

Page 92: Rapport mission Floride octobre 2015

®

Contact Info

Mike Riley Marketing Manager

Construction Products – Bridge Group 415 Holiday Drive Pittsburgh, PA 15220 (412) 928-3452 Phone (724) 355-1878 Cell

®

69

Page 93: Rapport mission Floride octobre 2015

5-inch Aluminum Orthotropic Deck Research and Development

Florida Department of Transportation/AlumaBridge, LLC

Aluminum Bridge Deck Meeting

Tampa, FL October 29, 2015

Presented by: George Patton, PE

1

Page 94: Rapport mission Floride octobre 2015

FDOT Lightweight Solid Deck Research Project

2

Purpose: Identify/Develop Viable Lightweight Deck System with Solid Surface to Replace Steel Open Grid Deck on Typical Florida Bascule Bridges

Weight Limitations on Existing Bridges

Trunnions, Main Girders 5-inch Aluminum Orthotropic Deck with FSW Joints Scored

Highest during Alternatives Screening Phase FRP, SPS, UHPC Waffle Slab also Considered 5-inch Depth not Originally Available Working with SAPA/AlumaBridge to Develop Derivative of Reynolds Alumadeck

5-inch Version Not Available - Project advanced to Deck System Development and Laboratory Testing Phase

Page 95: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck

3

Advantages:

Solid Surface (Functionality and Safety)

Weight Neutral Solution (21 - 22 psf)

Durability and Service Life Robust Design

Meets all AASHTO Limit States

High Stiffness

Corrosion Resistant

Fatigue Resistant (FSW Yields Improvements)

Configuration Adaptable to Different Bascule Configurations

Minimal Bridge Modifications

Accelerated Bridge Construction (ABC)

Page 96: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck

4

Advantages:

Available AASHTO LRFD Design Specifications

Material Familiarity and Predictability

Previous Testing and Research – 8-inch Deck Since 1936 (Smithfield Street Bridge, PA)

Derivative of Reynolds Alumadeck

FHWA/VDOT/VaTech Testing Program: 1995-1998

Previous Installations Rte. 58 over Little Buffalo Creek Bridge, VA

Sandisfield Bridge, MA

70+ Bridges in Europe

Page 97: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck

5

Disadvantages/Challenges: Relatively High Initial Cost

Initially $150/sf Now $120/sf (After Recent Refinements)

New Use of Product (Derivative) Coefficient of Thermal Expansion

12.8x10-6/F (Alum.) vs. 6.5x10-6/F (Steel) Panel Joints Recommended

Wearing Surface (Periodic Replacement) Galvanic Corrosion

Perception Issue Easily Addressed

Fasteners (Hollow Profile) Proprietary Product General Misconceptions

Page 98: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck

6

Extrusions 6063-T6 Aluminum Alloy

32-foot Max. Extrusion Lengths

5-inch Deep x 18-inch Wide Main Extrusions

5-inch Deep x 13 ½ -inch Wide End Extrusions

Ix = 60.76 in4/ft Sxb = 24.53 in3/ft Sxt = 24.08 in3/ft Ax = 15.11 in2/ft w = 18.4 psf

Male-Female Male-Male End

Page 99: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck

7

Extrusions Friction Stir Welded (FSW) to Create Panels

Infinite Range of Panel Widths Extrusions in Multiples of 4½” (18”, 13½” Main Extrusions)

End Extrusion Width Varies by 2¼” (Trim Flanges from 13 ½” to 11¼”)

Page 100: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck

8

5-inch Deck Spans Transversely across Stringers Typical Existing Bascule Spacing 4.0 to 4.5 feet

Increased Strength/Stiffness Provides Opportunity to Respace Stringers

6.0 feet Max. Recommended Span (Optimal Spacing for Most Bascules)

2.0 feet Max. Cantilever (Avoid Support on Main Girders and Floorbeams)

Page 101: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck

9

Accelerated Bridge Construction (ABC) Shop Bolt New Stringers to Deck Panels

Facilitate Alignment, Minimize Field Work

Stringers Clear Floorbeam Flange

WT Connection Stiffeners/Splice Type Connections

Page 102: Rapport mission Floride octobre 2015

Friction Stir Welding (FSW)

10

Renewed Interest in Aluminum Deck The Welding Institute, UK – 1991 Solid-State, Hot Shear Joining Process

Rigidly clamped plates Profiled pin plunges into material Shoulder in firm contact with surface Tool rotates rapidly and advances along joint Friction generates heat, softens material Produces plastic deformation and flow Material re-deposited from front to trailing edge Material forges into solid-state as it cools

Complex Thermo-Mechanical Process Varying temperature (0.7 to 0.9 melting point) Varying deformation Yields varying recrystallization Different zones and microstructures Translation and rotation yields asymmetric profile

Page 103: Rapport mission Floride octobre 2015

Friction Stir Welding (FSW)

11

Page 104: Rapport mission Floride octobre 2015

Friction Stir Welding (FSW)

12

Higher Quality Joint than previous Metal Inert Gas (MIG) Welding Significantly Less Heat Input with Lower Distortion and Residual Stress

Flaws still Possible: Voids, Lack of Fusion, Lack of Penetration, Faying Surface Defects, Presence of Entrapped Oxides

Quality Influenced by Tooling (Shoulder Size, Probe Size, Depth and Thread Details) Support (Alignment, Clamping Force) FSW Process (Rotation/Advancement Speed, Force, Inclination Angle)

Quality Control/Weld Inspection AWS D1.2 Structural Welding Code – Aluminum (2014) WPS, PQR, WPQR Bend and Macroetch Tests (Weld Tabs), Visual, RT/UT

Page 105: Rapport mission Floride octobre 2015

Wearing Surface

13

Euclid Flexolith (Low Modulus Epoxy Coating w/ Broadcast Overlay) - Recommended

Skid/Wear Resistance (Basalt/Alum. Oxide Aggregate Blend)

Two Layers (¼” Thickness, 3 to 4 psf Unit Weight)

Adhesion/Cohesion Bond Strength Environmental Factors (Temperature, Humidity)

Surface Preparation (Anchor Profile, Chemical Treatment, Cleaning)

Bond Strength Tests

Stiff Substrate permits Epoxy Polymer Binder

Resurfacing 10 to 15 Year Service Life Anticipated

17+ Year Service Life (Rte. 58 over Little Buffalo Creek, VA)

Resurface before Aluminum Substrate Exposed

Simplify Prep

Avoid Field Applied Chemical Treatment

Page 106: Rapport mission Floride octobre 2015

Panel Joints

14

Locate over Floorbeams and at Stringer Mid-Span

Reduce Thermal Forces (End Connection Moments)

Accommodate Panel Tolerances

WABO Evazote UV Seal (1” Joint) – FDOT Preference

Ultra Low Modulus Silicone Sealant (1/2” Joint)

Page 107: Rapport mission Floride octobre 2015

Deck to Stringer Fasteners

15

Treat Deck as Non-Composite for Stringer Design

Anticipate Composite Behavior for Connections (Slip Critical)

Class ‘B’ Surface Condition (Certified by RCSC) Abrasion Blast Aluminum Surface

Steel with Hot Dip Galvanized or Inorganic Zinc Primer Coatings

Proof Load (28 kips – ¾” Dia. ASTM A325 Bolt)

Design for No Slip from Live Load High Number of Cycles

Prevent Fretting (Premature Wear of Protective Coatings)

Prevent Bolt Fatigue (Reverse Bending)

Prevent Loosening from Vibration

Allow Slip from Thermal Load Low Number of Cycles

Forces Relieved after Slip Occurs

Page 108: Rapport mission Floride octobre 2015

Conventional Fasteners - Recommended

16

ASTM A325 Bolts (¾” Dia.) Heavy Hex

Tension Control Bolts

Hollow Profile Installation Challenges Requires Special Installation/Tightening Tools

Page 109: Rapport mission Floride octobre 2015

Blind Type Fasteners – Not Recommended

17

Böllhoff Rivnuts

Lindapter Hollo-Bolts

Not Recommended as Primary Fastener

Limited Bridge Applications (Used for Appurtenances)

Limited Pre-load Capability (Not used for Slip-critical)

Possible Loosening Under Vibrations

Possible Use for Maintenance Purposes

Page 110: Rapport mission Floride octobre 2015

Fastener Design

18

Compute Fastener Pitch for Composite Behavior (Live Load Shear Flow)

Discontinuity in Deck at Mid-Span Joint → “Spike” in Horizontal Shear Flow

Composite Section Properties Influenced by Shear Lag

Bottom Plate Fully Connected

Top Plate Attached to Bottom Plate through Inclined Webs

Page 111: Rapport mission Floride octobre 2015

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications

19

Section 7 (Aluminum Structures) and Article 9.8.4 (Orthotropic Aluminum Decks) Analysis Similar to Orthotropic Steel Decks

Load Distribution Similar to Concrete Decks

Current Design Specifications Developed with Stiffening Ribs Parallel to Traffic

Additional Investigation Recommended for Stiffening Ribs Perpendicular to Traffic

Extensive FEA Program followed by Testing Program

HL-93 Design Truck and Tandem (Placement for Max. Effect) Maximum Positive, Negative, and Cantilever Negative Bending

Limit States Service I (Deflections)

Strength I

Strength II (Overload Permitting)

Fatigue I (Infinite Life)

Page 112: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck Analysis

20

System 1 Deck Longitudinal Forces (Axial and Flexure) from

Stringer Flexure with Composite Deck

System 2 Deck Transverse Forces (Flexure) from Loading

between Stringers

Positive, Negative and Cantilever Flexure

System 3 Localized Flexure of Deck from Wheel Patch Loading

Hollow Profiles behave as Rigid Frames

Page 113: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck Analysis

21

Load Distribution Equivalent Strip Width Equations

Wheel Distribution Similar to Concrete Decks

Simplified Analysis/Avoid FEA Each Time

Closed Form Equation – Compares Closely with FEA

Effective Slab Width, be = 0.5 x (26.0+6.6S) – Truck Wheel(s) at Edge of Panel Controls

Combined Effects System 2 (Global Flexure) x Shear Lag Multiplier + System 3 (Local Wheel Patch)

System 1 (Composite Flexure) + System 3 (Local Wheel Patch)

Shear Lag Effects Not Addressed in AASHTO LRFD

Multiplier from FEA

20% Increase in System 2 Stress (Top of Panel)

10% Increase in System 2 Stress (Bottom of Panel)

Page 114: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck Analysis

22

Deck Top Stress (Positive Moment – Tandem Loading) Section thru between Stringers

10” x 20” Unit 10 kip

Wheel Patch

System 2 – Load Distribution – 3D Plate and Shell FEA

6’-0” 6’-0” 2’-0” Stringer Spacing

Dir

ecti

on

of

Traf

fic

Panel Joint

Panel Joint

Deck Span

Page 115: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck Analysis

23

System 2 – Load Distribution – 3D Plate and Shell FEA

Deck Top Stress (Positive Moment – Truck Loading) Section thru Deck between Stringers

Direction of Traffic

Loca

l Eff

ect

Pan

el E

dge

Pan

el E

dge

Shear Lag

Page 116: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck Analysis

24

SYSTEM 2 POSITIVE FLEXURE MAXIMUM STRESSES AND DEFLECTIONS

Limit State

Loading

Max. Stress (ksi) Max. Deflection

(in) Tension (Bottom) Compression (Top)

Service I

HL-93 Design Truck 6.3 6.7 0.090

HL-93 Design Tandem 5.6 5.7 0.082

Strength I

HL-93 Design Truck 11.1 11.7 0.158

HL-93 Design Tandem 9.7 10.0 0.144

Strength II FL-120 Permit Truck 14.3 15.0 0.203

Limits ФfFnb = 27.5 25.2 0.090

SYSTEM 2 NEGATIVE FLEXURE MAXIMUM STRESSES AND DEFLECTIONS

Limit State

Loading

Max. Stress (ksi) Max. Deflection

(in) Tension (Top) Compression (Bottom)

Service I

HL-93 Design Truck 6.3 8.7 0.069

HL-93 Design Tandem 5.0 6.8 0.056

Strength I

HL-93 Design Truck 11.0 15.1 0.121

HL-93 Design Tandem 8.7 11.9 0.097

Strength II FL-120 Permit Truck 14.2 19.5 0.156

Limits ФfFnb = 25.2 27.5 0.090

SYSTEM 2 CANTILEVER NEGATIVE FLEXURE MAXIMUM STRESSES AND DEFLECTIONS

Limit State

Loading

Max. Stress (ksi) Max. Deflection

(in) Tension (Top) Compression (Bottom)

Service I

HL-93 Design Truck 5.7 8.1 0.107

HL-93 Design Tandem 4.6 6.8 0.097

Strength I

HL-93 Design Truck 10.0 14.3 0.187

HL-93 Design Tandem 8.1 11.9 0.169

Strength II FL-120 Permit Truck 12.9 18.3 0.241

Limits ФfFnb = 25.2 27.5 --

Page 117: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck Analysis

25

Design for Infinite Fatigue Life

Fatigue Sensitive Details Base Metal: Cat. ‘A’

FSW Joint (Stress Normal to Weld Axis): Cat. ‘C’

Consistent with CJP Welds Ground Smooth

Conservative Approach Based on MIG Welding

Testing - FSW Joints → Greater Fatigue Resistance than Base Metal

Conservative Design Design Nominal Fatigue Resistance =

½ x Constant Amplitude Fatigue Threshold

(ΔF)N=½(ΔF)TH

SYSTEM 3 - FATIGUE LIFE VALUES

Variable Category ‘A’ Category ‘C’

(ΔF)TH 9.5 ksi 4.0 ksi

Design (ΔF)N=½(ΔF)TH 4.75 ksi 2.0 ksi

ϒ (Δf) ≤ (ΔF)N 4.35 ksi 1.95 ksi

Page 118: Rapport mission Floride octobre 2015

Aluminum Orthotropic Deck Analysis

26

System 3 – Fatigue

3D Solid Element FEA

Stress Range from Moving Wheel Patch

Page 119: Rapport mission Floride octobre 2015

General Corrosion

27

6063-T6 Alloy – Excellent Corrosion Resistance Tightly Bonded Aluminum Oxide Film

Experiences Superficial Pitting Maximum Pit Depth is Fraction of Material Thickness

Avoid Standing Water Wetness from Condensation - Limited Duration

Rainwater Runoff through Joints/Edges

Seal Openings in Hollow Extrusions vs. Drain Holes

Experience FDOT, et al - Significant Experience with Galvanized

Fasteners in Marine Environments with No Significant Issues

Railings, Sidewalk Planking, Light Poles

Page 120: Rapport mission Floride octobre 2015

Galvanic Corrosion

28

Dissimilar Metals (Galvanic Series)

Less Noble (Anodic) Material Sacrifices to Protect More Noble (Cathodic) Material

Galvanized Steel Bolts/Stringers Zinc Less Noble than Aluminum

Zinc Sacrifices to Protect Aluminum

Maximize Zinc with Hot Dip or Mechanically Galvanized Coatings

After Zinc Material Spent Uncoated Steel is More Noble

Aluminum Deck Corrodes but is Negligible

Surface Area of Cathodic Material (Bolts/Stringers) Significantly Less than Surface Area of Anodic Material (Aluminum Deck)

Page 121: Rapport mission Floride octobre 2015

Test Program - Goals

29

Deck System Performance per AASHTO LRFD Design Provisions

Compare Measured Stresses and Deflections to FEA

Applicability of AASHTO LRFD Equivalent Strip Width Equations Load Distribution

Required Adjustments for Shear Lag Effects

Combined System 2 and System 3 Effects

Fastener Performance/Design Parameters

Performance of Wearing Surface

Page 122: Rapport mission Floride octobre 2015

Test Program – Phase 1 (Component Testing)

30

Verify FEA Results

Deck Panel Performance (Static)

Connection Testing

Constructability

Page 123: Rapport mission Floride octobre 2015

Test Program – Future Phases

31

Phase 2 (Full System Testing) Skip Phase to “Fast Track” Test Program

Significant Confidence in Deck System

Phase 3 (Field Testing) Install Test Panels on Existing Bascule Bridge

Reuse Panels from Laboratory Testing

One Floorbeam Bay, Half Roadway Width

Page 124: Rapport mission Floride octobre 2015

Latest Developments

32

5-inch Deep Deck Refinements Wider Extrusions (Reduced Number of Welded Joints)

Single Sided FSW Joints (More Efficient FSW)

Matched Top and Bottom Flange Thickness at Welded Joints (More Efficient FSW)

Verification of Refinements Structurally Equivalent to Previous Research

Performance of New Details

Finite Element Analysis – System 3

Manual Calculations (Section Properties) – System 2

Page 125: Rapport mission Floride octobre 2015

Latest Developments

33

Finite Element Analysis (FEA) Results

Very Low Stress at FSW Joint Re-entrant Corners (Very Low Risk of Cracks at Stress Raisers)

Maximum Live Load Fatigue Stress Range < 0.5 x Constant Amplitude Fatigue Stress (Conservative Design)

Moving Wheel Patches FEA Model

FATIGUE STRESS RANGE RESULTS

Page 126: Rapport mission Floride octobre 2015

Questions/Discussion?

Page 127: Rapport mission Floride octobre 2015

BASCULE BRIDGE LIGHTWEIGHT SOLID DECK RETROFIT RESEARCH PROJECT 

 DECK ALTERNATIVE SCREENING REPORT 

FINAL  

FPID 419497‐1‐B2‐01  

Prepared for: 

Florida Department of Transportation Structures Design Office 

  

Prepared by: 

  

URS Corporation, Inc. 7650 West Courtney Campbell Causeway, Suite 700 

Tampa, Florida 33607  

May 14, 2012

Page 128: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  i  FINAL Deck Alternative Screening Report 

TABLE OF CONTENTS 

1.0  INTRODUCTION AND EXECUTIVE SUMMARY ................................................................................... 1 

1.1  PROJECT NEED ............................................................................................................................... 1 

1.2  DECK SELECTION FACTORS ............................................................................................................ 2 

1.2.1  General .................................................................................................................................. 2 

1.2.2  Weight Considerations .......................................................................................................... 3 

1.2.3  Deck Thickness Considerations ............................................................................................. 5 

1.2.4  Deck Attachment Considerations ......................................................................................... 6 

1.2.5  Bascule Leaf Framing System Considerations ....................................................................... 6 

1.2.6  Constructability Considerations ............................................................................................ 7 

1.2.7  Design Considerations ........................................................................................................... 8 

1.2.8  Financial and Technical Support Considerations .................................................................. 8 

1.2.9  Maintenance and Durability Considerations ........................................................................ 8 

1.3  LIGHTWEIGHT SOLID DECK SYSTEM EVALUATION ........................................................................ 9 

1.3.1  Evaluated Deck Systems ........................................................................................................ 9 

1.3.2  Evaluation Process ................................................................................................................ 9 

1.3.3  Evaluation Findings ............................................................................................................. 11 

2.0  OVERVIEW OF EVALUATED LIGHTWEIGHT SOLID DECK SYSTEMS ................................................. 18 

2.1  SANDWICH PLATE SYSTEM (SPS) DECK ....................................................................................... 18 

2.1.1  Description .......................................................................................................................... 18 

2.1.2  Product Development and Corporate Information ............................................................ 20 

2.1.3  Constructability ................................................................................................................... 20 

2.1.4  Functionality and Safety...................................................................................................... 22 

2.1.5  Design and Analysis ............................................................................................................. 23 

2.1.6  Durability and Service Life ................................................................................................... 27 

2.1.7  Maintenance ....................................................................................................................... 29 

2.1.8  Research .............................................................................................................................. 30 

2.1.9  Recent Bridge Installations ................................................................................................. 30 

2.1.10  Florida Bascule Bridge Specific Solution ............................................................................. 33 

2.1.11  Costs .................................................................................................................................... 37 

Page 129: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  ii  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.1.12  References .......................................................................................................................... 38 

2.2  ALUMINUM ORTHOTROPIC DECK ............................................................................................... 40 

2.2.1  Description .......................................................................................................................... 40 

2.2.2  Product Development and Corporate Information ............................................................ 41 

2.2.3  Recent Bridge Installations ................................................................................................. 44 

2.2.4  Florida Bascule Bridge Specific Solution ............................................................................. 46 

2.2.5  Functionality and Safety...................................................................................................... 51 

2.2.6  Durability and Service Life ................................................................................................... 51 

2.2.7  Design and Analysis ............................................................................................................. 55 

2.2.8  Constructability ................................................................................................................... 55 

2.2.9  Costs .................................................................................................................................... 56 

2.2.10  References .......................................................................................................................... 58 

2.3.  FIBERGLASS REINFORCED POLYMER (FRP) COMPOSITE DECK ................................................... 59 

2.3.1  Description .......................................................................................................................... 59 

2.3.2  Product Development and Corporate Information ............................................................ 60 

2.3.3  Recent Bridge Installations ................................................................................................. 61 

2.3.4  Design and Analysis ............................................................................................................. 66 

2.3.5  Functionality and Safety...................................................................................................... 69 

2.3.6  Durability and Service Life ................................................................................................... 70 

2.3.7  Florida Bascule Bridge Specific Solution ............................................................................. 77 

2.3.8  Constructability ................................................................................................................... 80 

2.3.9  Costs .................................................................................................................................... 81 

2.3.10  References .......................................................................................................................... 83 

2.4  ULTRA‐HIGH PERFORMANCE CONCRETE (UHPC) DECK .............................................................. 85 

2.4.1  Description .......................................................................................................................... 85 

2.4.2  Product Development and Corporate Information ............................................................ 88 

2.4.3  Recent Bridge Installations ................................................................................................. 88 

2.4.4  Florida Bascule Bridge Specific Solution ............................................................................. 89 

2.4.5  Functionality and Safety...................................................................................................... 91 

2.4.6  Durability and Service Life ................................................................................................... 92 

2.4.7  Maintenance ....................................................................................................................... 93 

2.4.8  Design .................................................................................................................................. 94 

Page 130: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  iii  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.4.9  Research .............................................................................................................................. 94 

2.4.10  Constructability ................................................................................................................... 94 

2.4.11  Costs .................................................................................................................................... 95 

2.4.12  References ........................................................................................................................ 101 

3.0  WEARING SURFACE EVALUATION ................................................................................................. 102 

3.1  INTRODUCTION ......................................................................................................................... 102 

3.2  ALTERNATIVE WEARING SURFACES .......................................................................................... 103 

3.3  THIN POLYMER OVERLAY WEARING SURFACES ....................................................................... 104 

3.4  HOT SPRAY APPLIED METAL OVERLAYS .................................................................................... 106 

3.5  DECK OVERLAY PROPERTIES ..................................................................................................... 108 

3.6  REFERENCES .............................................................................................................................. 111 

 

Page 131: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  1  FINAL Deck Alternative Screening Report 

1.0  INTRODUCTION AND EXECUTIVE SUMMARY 

1.1  PROJECT NEED 

The deck on the majority of bascule bridges in Florida consist of steel open grid roadway flooring, except 

for the portion of deck over the machinery room, which consists of concrete  filled steel grid roadway 

flooring  to protect  the operating equipment below.   The original decision  to use steel open grid deck 

was primarily  to  reduce weight and  thus  reduce  load on  the structure and operating equipment with 

corresponding cost savings.   At the time the majority of these bridges were constructed (from the mid 

1950’s  through  the early 1970’s) steel open grid deck was considered  the only available and practical 

lightweight deck system. 

However, steel open grid deck has been problematic for a number of reasons including: 

Openings in the deck permit dirt and debris to collect on the steel framing members below.  The 

dirt and debris retains moisture that contains chlorides from the saltwater environment, which 

is conducive  to corrosion development.   The network of steel grid bars makes cleaning of  the 

steel framing members difficult. 

Although the deck typically  includes a serrated top surface to  improve skid resistance, the top 

surface  polishes  over  time  from  contact  with  wheels,  which  eventually  reduces  the  skid 

resistance, especially when wet, and reduces safety. 

The welded fabrication of the steel open grid deck  includes numerous fatigue sensitive details 

(Category E Details per AASHTO LRFD) that are prone to fatigue development and as such the 

deck design  is typically governed by fatigue provisions.   Bridges with heavier truck traffic have 

commonly experienced premature  fatigue  cracking and  localized  failure of  the  secondary and 

tertiary bars that result in larger holes in the deck. 

Fabrication  tolerances  of  both  the  steel  open  grid  deck  and  bascule  leaf  steel  framing  have 

resulted  in  difficulties  in  achieving  uniform  bearing  of  the  deck main  bars  on  the  supports.  

Excessive root openings and poor field welding practices have resulted in widespread cracking of 

the deck attachment welds. 

Tires in contact with the network of steel open grid bars and corresponding openings between 

the  bars  create  resonant  vibrations  that  generate  noise  that  is  considered  a  nuisance  to 

residences and businesses nearby these bascule bridges. 

The  relatively  large openings  in  the deck and  the  slippery  surfaces make crossing  the bascule 

span on a bicycle a challenge.  The bicycling community considers steel open grid deck a safety 

concern. 

Over the past 60 years, the Florida Department of Transportation has invested considerable resources in 

addressing the above concerns  including frequent repairs and replacement of the decks, and research 

and development  to address  the safety and  functionality concerns  including methods  to  improve skid 

resistance, wheel paths to reduce noise, and implementation of bicycle friendly surfaces in the shoulder 

areas. 

Page 132: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  2  FINAL Deck Alternative Screening Report 

The Department has recognized for many years that a deck with a solid surface solves most if not all of 

these issues.  Most new bascule bridges in Florida, constructed since 1999, have included a lightweight 

solid  deck with  a  concrete  riding  surface.  There  have  been  a  number  of  deck  systems  classified  as 

lightweight  solid  deck  systems  that  have  been  used  on  new  bascule  bridges  throughout  the United 

States and abroad including: 

Conventionally Reinforced Concrete Slabs using Lightweight Concrete, 

Concrete Filled Steel Grid Deck (a.k.a. Grid Reinforced Concrete) using Lightweight Concrete, 

Exodermic Deck using Lightweight Concrete, 

Steel Orthotropic Deck. 

However, because the weight of these deck systems is significantly greater than those of steel open grid 

deck and there are limitations in the amount of weight that can be added to an existing bascule bridge, 

it  is not practical to use these deck systems to retrofit existing bascule bridges.   Therefore these deck 

systems were not evaluated in this study. 

1.2  DECK SELECTION FACTORS  

1.2.1  General 

There are a number of  factors  that  should be  considered  in  the  selection of a  lightweight  solid deck 

system to replace steel open grid deck on typical Florida bascule bridges.  These factors include: 

Costs including: 

o Deck fabrication and installation, 

o Modifications  to  the  bascule  leaf  steel  framing,  bascule  pier,  flanking  spans, 

counterweight, and trunnion assemblies required to implement the new deck system, 

o Design and construction inspection for the new deck system, 

o Future maintenance and inspection. 

Functionality and Safety including: 

o Load capacity (i.e. support of legal loads and permitted overloads), 

o Improved riding surface and skid resistance for vehicular and bicycle traffic, 

o Reduced traffic generated noise. 

Maintenance including: 

o Ease of repair and/or replacement of all or portions of the deck, 

o Need  for  periodic maintenance  (e.g.  reapplication  of  coatings  and/or  replacement  of 

wearing surfaces). 

Service‐life and Durability including: 

o Deck and/or deck component (e.g. wearing service, fasteners, etc.) service‐life, 

o Resistance to corrosion, fatigue, wear, impact, fire, ultraviolet light, and chemicals, 

o Accommodation of thermal movements.  

Constructability including: 

o Disruption to traffic (e.g. overall construction duration, maintenance of traffic), 

Page 133: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  3  FINAL Deck Alternative Screening Report 

o Ability to accommodate fabrication and installation tolerances, 

o Sensitivity to environmental conditions during construction, 

o Shipping, storage and handling, 

o Specialized inspection requirements during fabrication and installation. 

Other Risks including: 

o Familiarity  of  the  product  and  technology  (e.g.  years’  experience,  previous  bridge 

installations, quantity and quality of applicable research, endorsement by bridge design 

community and AASHTO ), 

o Availability of design tools and construction techniques, 

o Financial and technical support from supplier(s), 

o Product  availability  (e.g.  opportunities  for  competitive  bidding,  sole  source  and/or 

patents). 

1.2.2  Weight Considerations 

In addition to the above factors, it is critical that the weight of a lightweight solid deck system including 

all  associated  appurtenances,  wearing  surfaces,  and  modifications  to  the  bascule  leaf  required  to 

implement the new deck, be as close as possible to that of the existing steel open grid deck that it will 

replace.    Because  a  bascule  leaf  is  typically  balanced  to  reduce  the  power  required  to  operate  the 

bridge, weight  added  to  the  bascule  leaf  forward  of  the  trunnions  (i.e.  forward  of  the  pivot  point) 

requires  corresponding  weight  in  the  counterweight  to  yield  a  balanced  condition.    Furthermore, 

because the length of the counterweight is significantly shorter than the length of the bascule leaf, the 

weight  added  to  the  counterweight  is  typically  two  to  three  times  the weight  added  forward of  the 

trunnion. 

Steel open grid deck found on most Florida bascule bridges consists of standard duty, hot dip galvanized, 

diagonal  roadway  flooring  (a.k.a. 5‐Inch 4‐Way Decks with main and  secondary bars  in an orthogonal 

configuration,  and  tertiary  bars  in  a  diagonal  configuration) with  a  unit weight  of  approximately  21 

(pounds per square foot).   The steel open grid deck used when the bridges were first constructed from 

the mid 1950’s through the early 1970’s typically consisted of painted rectangular grid decks (i.e. main, 

secondary and tertiary bars in an orthogonal configuration) with a unit weight of approximately 18 psf.  

Additional ballast was added to the counterweights when these decks were replaced.  Many additional 

repairs  and modifications have  typically been performed on  these bridges  since  they were originally 

constructed that has increased the weight of the bascule leaves.  These repairs and modifications have 

typically  included  addition  of  steel  reinforcing  plates,  replacement  of  structural members with  new 

heavier members,  replacement of span  lock assemblies with new heavier duty equipment and access 

platforms, modifications to the bridge railings for safety purposes, addition of strips of concrete to the 

steel  open  grid  deck  in  the wheel  lines  to  reduce  traffic  generated  noise,  et  al  and  corresponding 

addition of ballast to balance the span. Some attempts to offset the increased weight have been made 

including the use of lighter weight aluminum components, where practical. 

Page 134: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  4  FINAL Deck Alternative Screening Report 

There are a number of  factors  that  limit  the amount of weight  that  can be added  to existing Florida 

bascule bridges  including  limited  trunnion  capacity,  space  to  accommodate  additional  counterweight 

ballast, and structural capacity of the main girders. 

The  trunnion  assemblies  found on most  existing  Florida bascule bridges were originally designed  for 

lighter loads and have little or no reserve capacity.  As such, increased bascule leaf weight is anticipated 

to overload the trunnion assemblies, which will reduce the service life and/or result in premature failure 

of trunnion assembly components.  Increasing the loads on the trunnions beyond recommended limits is 

not recommended because of anticipated: 

Accelerated wear of the bronze bushings, 

Increased  structural  deformation  of  the  trunnion  shafts  and  trunnion  girders  that  affects 

trunnion  alignment  with  corresponding  edge  loading  of  the  shaft  journals  on  the  bearing 

bushings, 

Higher fatigue stresses, 

Significant vehicular and navigation  traffic  impacts,  costs, and  technical  challenges  to  remove 

and replace the trunnion assemblies. 

Factors  that  limit  the  amount  of  ballast  that  can  be  added  to  the  counterweights  on most  Florida 

bascule bridges include: 

Limited space in the counterweight adjustment pockets, 

Limited clearance between the top of  the counterweight and underside of the bascule pier or 

flanking span deck with the bascule leaf in the lowered position, 

Limited clearance between the underside of the counterweight and the machinery platform and 

operating equipment with the bascule leaf in the raised position, 

Limited space and technical challenges with mounting ballast to the rear counterweight girder, 

Limited structural capacity of the bascule leaf main girders. 

There are means to offset the increase in weight of a heavier deck system by replacing other elements 

of the bridge with lighter components (e.g. replacement of the steel sidewalk grating, sidewalk support 

members, bridge  railings, and  curb assemblies with  lighter aluminum or  fiber  reinforced plastic  (FRP) 

members.)  However,  this  strategy  involves  replacement  of members  that  do  not  otherwise  require 

replacement and thus adds additional work and cost, and should generally be avoided where practical.  

Because a portion of the existing bascule leaf deck consists of 3‐inch deep concrete filled steel grid deck 

with a  typical unit weight of approximately 50 psf,  there are opportunities  to  reduce weight be also 

replacing this portion of deck with the  lightweight solid deck system when the steel open grid deck  is 

replaced.  However, because the concrete filled steel grid deck is near the trunnion assemblies, there is 

not  a  significant  corresponding  reduction  in  the  amount  of  ballast  in  the  counterweight  with  this 

replacement. 

Considering all of the above limitations and potential offsets, the maximum unit weight for  lightweight 

solid deck system that can be accommodated is approximately 25 psf. 

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May 14, 2013  5  FINAL Deck Alternative Screening Report 

It may be possible to offset the increase in weight of a lightweight solid deck system by taking advantage 

of  improved  structural  efficiency  including  greater  strength,  stiffness,  structural  continuity,  and/or 

composite behavior of the new deck system to eliminate or reduce the number and/or size of existing 

stringers supporting  the deck.   However,  this may  require additional modifications  to  the bascule  leaf 

steel framing system, bascule piers and/or flanking span structure that may not otherwise be required. 

1.2.3  Deck Thickness Considerations 

Proposed lightweight solid decks may have thicknesses that are different than the thicknesses of existing 

5‐3/16”  deep  steel  open  grid  deck  and/or  3”  deep  concrete  filled  steel  grid  deck  found  on  typical 

existing Florida bascule bridges.   The  steel grid deck  is  typically supported directly on  the  rolled steel 

stringers and on steel spacer bars on  the main girders,  floorbeams and  forward counterweight girder.  

On some Florida bascule bridges with Hopkins frame drive systems, the existing concrete filled steel grid 

deck is also supported directly on the rack girders. 

The difference in thickness between the new  lightweight solid deck system and existing steel grid deck 

must be addressed in the detailing of the deck support members.  Lightweight solid deck systems with a 

thickness similar to  that of the existing steel grid deck will require  fewer modifications  to the existing 

bascule leaf framing system.  

Lightweight solid deck systems with a thickness greater than the existing steel open grid deck will result 

in a roadway surface that  is higher than the existing roadway surface.   Modifications required to raise 

the roadway surface on the bascule pier and/or flanking span deck surface to match that on the bascule 

leaves will be significant including: 

Adjustment of the approach span deck profile to match the raised deck on the bascule  leaf by 

lifting the end at the bascule pier by installing a fill at the flanking beam floorbeam bearings, 

Replacement of the bascule pier sidewalk or raising of the sidewalk by pouring a new sidewalk 

slab on top of the existing sidewalk slab, 

Raising  the  bascule  leaf  sidewalk  by  replacing  the  sidewalk  support  framing,  curbs,  sidewalk 

grating, pedestrian railings, and span lock access hatches, 

Raising  the  control house  floor  and doors,  flooring,  floor hatches,  ladders, plumbing,  control 

desk, electrical penetrations, etc. 

Because of the magnitude of the required modifications, raising the roadway surface should be avoided. 

Lightweight solid deck systems with a thickness  less than the existing steel open gird deck will require 

details  that  make  up  the  difference  between  the  top  of  the  bascule  leaf  steel  framing  members 

(stringers, main girders, floorbeams and forward counterweight girder) and the underside of the deck.  

This can  include setting the top of the stringers at a higher position.   However, because  it  is generally 

not practical  to modify  the height of  the  top  flange of  the main  girders,  floorbeams  and/or  forward 

counterweight  girder,  it will  be  necessary  to  develop  alternative  details  that  allow  for  support  and 

attachment to the top flanges at these locations or additional members that permits support of the deck 

that avoids support on these members.  

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May 14, 2013  6  FINAL Deck Alternative Screening Report 

1.2.4  Deck Attachment Considerations 

Each  lightweight solid deck system uses a different method  for attaching  the deck  to  the bascule  leaf 

steel framing.  A number of factors should be considered in attaching the deck to the bascule leaf steel 

framing including the following: 

Existing steel grid deck is typically field welded to the top of the steel stringers and spacer bars 

on the main girders, floorbeams and forward counterweight girder and the current bascule leaf 

steel framing details are geared toward these welded attachments that may not be conducive to 

the attachment of alternative deck systems. 

The  solid  deck  surface  may  make  attachment  of  the  deck  from  the  top  side  difficult  or 

impractical and thus the details may need to include access from below.  

Details  vary  from  bridge  to  bridge  (e.g.  riveted  built‐up  construction  or  welded  built‐up 

construction of the main girders, floorbeams, and forward counterweight girder) that can affect 

the attachment details. 

Differences  in  coefficients  of  thermal  expansion  between  the  deck  material  and  the  steel 

bascule  leaf  framing may  require  the need  for provisions  to accommodate associated  thermal 

movements if restraint forces are determined to be excessive. 

Tolerances  in steel fabrication and erection may result  in non‐uniform support conditions that 

need to be addressed in the connections. 

 Use of dissimilar metals  can produce  conditions  conducive  for galvanic  corrosion and  thus  it 

may be necessary to implement measures to mitigate this concern including strategic selection 

of materials and separation of dissimilar metals.  

1.2.5  Bascule Leaf Framing System Considerations 

Although there are similarities in the structural configuration of typical Florida bascule bridges, there are 

also a number of variations  in  the  configuration.   The  lightweight  solid deck  system must be able  to 

accommodate a wide range of dimensions and possible configurations using standard details. 

The steel framing system for typical Florida bascule bridges all include a framework of: 

Two (2) longitudinal main girders, 

Multiple, parallel, transverse floorbeams that span between the main girders, 

Multiple, parallel,  longitudinal steel stringers  located between  the main girders and  that span 

between the floorbeams, 

Steel grid deck  (5‐3/16” deep steel open grid deck and 3” deep concrete  filled steel grid deck 

over  the machinery  room)  that  spans  transversely, extends  from outboard edge  to outboard 

edge of main girders, and  is supported on the top of rolled steel stringers, and spacer bars on 

the top flange of the main girders, and floorbeams, 

Transversely level roadway surface with no cross slope or crown.  

However, numerous differences can exist from bridge to bridge including: 

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May 14, 2013  7  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Two (2) travel lanes with a clear roadway width of 26 feet to 32 feet between curbs and with no 

traffic  separator,  or  four  (4)  travel  lanes with  a  clear  roadway width  of  42  feet  to  48  feet 

between curbs with a mountable traffic separator (raised median), 

Double‐leaf or single‐leaf configuration, 

One or two sidewalks that are either raised or at the same level behind curbs, 

Five (5) or six (6) floorbeams (including the forward counterweight girder) spaced  from 15 feet 

to 20 feet on center, 

Varying number of stringers spaced from 4 feet to 4.5 feet on center, 

Curbs that separate the roadway from the sidewalk either located outboard the steel grid deck 

or attached to the top of the grid deck over the main girders.  

Although  the majority  of  older  typical  Florida  bascule  bridges  do  not  currently  include  crash‐tested 

traffic  railings  that  separate  the  roadway  from  the  sidewalk,  the  Department  has  a  program  to 

incorporate these traffic railings were practical and where warranted.  In most configurations, the traffic 

railing would be mounted to the bascule leaf steel framing outboard the main girders and not mounted 

to  the  bascule  leaf deck.   However,  there may be  isolated  conditions where  it may be necessary  to 

mount  the  crash‐tested  traffic  railing  to  the deck  including  temporary  traffic  railings  for  future  traffic 

control purposes.  As such, the lightweight solid deck system must be able to accommodate mounting of 

a  crash‐tested  traffic  railing  and  to  resist  the  vehicular  impact  loads  transferred  to  the deck without 

damage. 

Roadway drainage of the solid surface is not considered to be a concern with transversely level roadway 

surface.   As such,  the  introduction of a  roadway cross slope and/or crown  is not  recommended.   The 

bascule span is typically located at or near the peak of the roadway vertical profile and as such the area 

of bridge deck that collects the stormwater is limited.  The longitudinal profile grade will act to channel 

stormwater off of the bascule span.   

1.2.6  Constructability Considerations 

Most existing Florida bascule bridges are located in urban areas with relatively high volumes of vehicular 

traffic and over active navigation  channels  that  require  frequent bridge operation.   Bascule  leaf deck 

replacement can have  significant  impacts on  the  traveling public.   The modular configuration of  steel 

open grid deck has  typically permitted rapid replacement of  the deck, and associated stringers where 

required, with minimal disruptions to traffic, using: 

Short  duration  nighttime  bridge  closures,  when  traffic  volumes  are  low,  and  restoration  of 

vehicular traffic during daytime periods, or 

Phased  construction with  replacement of half of  the deck  at  a  time while  vehicular  traffic  is 

maintained on the bridge.  

Lightweight solid deck systems should be able to accommodate replacement  in a similar manner with 

either of the above construction approaches where required to reduce traffic impacts. 

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May 14, 2013  8  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Lightweight  solid deck  fabrication  and  erection  tolerances  (e.g.  flatness,  squareness,  sweep,  camber, 

length,  width,  thickness,  etc.)  should  permit  proper  alignment  and  fit‐up  of  the  deck  without 

unnecessary  field  modifications,  construction  delays,  or  poor  final  workmanship.    Construction 

requirements should generally avoid or minimize the need for specialized shop and/or field  inspection 

equipment and personnel, although critical deck material and physical properties should be verifiable by 

testing.  Quality  of  the  field  installation  should  not  be  sensitive  to  environmental  conditions.    The 

lightweight  solid  deck  system  should  have  the  capability  to  be  field  installed  by  typical  bridge 

rehabilitation contractors. 

1.2.7  Design Considerations 

Design methodology  used  to  confirm  the  lightweight  solid  deck  design  should  be  relatively  simple, 

straightforward, and easily understood by qualified design professionals.  Calculations to verify the deck 

design and load rating should generally be based on conservative, simple closed‐form equations and not 

sophisticated,  in‐depth  finite element analysis.   Design methodology  should be endorsed by AASHTO 

and  included  in the AASHTO LRFD Bridge Design Specifications for use  in consistent application by the 

bridge design community.  

It  is  preferred  that  the  lightweight  solid  deck  technology  is  generally  familiar  to  the  bridge  design 

community, has a significant positive track record in similar applications, and is supported by applicable 

sound and reliable research and testing. 

1.2.8  Financial and Technical Support Considerations 

It is preferred that the lightweight solid deck system be a non‐proprietary product, with opportunity for 

competitive  bidding,  and  without  royalty  payments.  Where  the  lightweight  solid  deck  system  is 

proprietary, without  similar  competitive  products,  the  deck  supplier  should  have  sufficient  financial 

support to ensure that the product  is available  in the future and that there  is corresponding technical 

support. 

1.2.9  Maintenance and Durability Considerations 

The lightweight solid deck primary structural system should be durable with a service life with that will 

outlast  the  remaining service  life of  the  typical Florida bascule bridges  to  receive  the deck.   Required 

maintenance should be minimal and the intervals between required maintenance should be consistent 

with  other  Florida  bascule  bridge maintenance  activities  (e.g.  duration  between  steel  cleaning  and 

painting, electrical  and mechanical  system  repairs, etc. which  typically  is every 10  to 15  years.)   The 

lightweight solid deck should be capable of both localized repair (patching) on short notice using typical 

Department  maintenance  crews,  and  replacement  of  individual  deck  panels  with  advanced  notice.  

Procurement duration should be similar to that required for steel open grid panels.   Deck systems with 

closed voids should have means to access the interior spaces for periodic inspections (e.g. access holes 

for cameras.) 

 

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May 14, 2013  9  FINAL Deck Alternative Screening Report 

1.3  LIGHTWEIGHT SOLID DECK SYSTEM EVALUATION 

1.3.1  Evaluated Deck Systems 

In  the past 15 years, new materials and  technologies have developed  that  introduce new  lightweight 

solid decks with weights similar to that of steel open grid deck and potential of solving the  issues with 

steel  open  grid  deck.    This  study  investigates  and  evaluates  these  new  deck  products  in  detail  to 

determine whether  there  is a viable  lightweight solid deck  to replace steel open grid decks on  typical 

Florida bascule bridges.  Alternative deck products that are investigated include: 

Sandwich Plate System (SPS) Deck by Intelligent Engineering 

Aluminum Orthotropic Deck by Sapa Group 

Fiber Reinforced Polymer (FRP) Composite Deck by ZellComp, et al. 

Ultra‐high Performance Concrete (UHPC) Waffle Slab Deck by FIU/UCF. 

1.3.2  Evaluation Process 

The  alternative  lightweight  solid  deck  systems  are  investigated  and  evaluated  for  the  deck  selection 

criteria described above.   The  investigation  included  thorough  review of available  literature,  research 

and testing and review of in‐service performance of the deck systems in similar applications.  Conceptual 

level engineering development was performed for each of the deck systems to estimate the deck weight 

and corresponding span balance requirements, and required structural modifications. 

A  Value  Engineering  (VE)  approach  was  used  to  provide  a  reasonable,  quantifiable  evaluation  and 

comparison of the different alternatives.  The existing steel open grid deck was used as the baseline for 

the  evaluation  and  comparison.    The  alternative  lightweight  solid  deck  systems  were  scored  and 

compared to steel open grid deck to determine whether the alternative deck system would add value, 

and compared with each other to determine which deck offered the most value.    In the VE approach, 

each of  the  evaluation  criteria  is  assigned  an  importance  factor,  in  the  form of  a percentage of  the 

overall  importance  that  the  criteria  are  considered  in  the  evaluation.    Each  of  the  alternative  deck 

systems  is  assigned  a  value  of  1  to  9  for  each  of  the  criteria  that  represent  an  assessment  of  the 

capability of the deck to addresses the criteria  in comparison to steel open grid deck.   Steel open grid 

deck  is assigned a baseline value of 5 for each of the criteria.   Values for the alternative deck systems 

higher  than 5  indicate  that  the  alternative  is  superior  to  steel open  grid deck  for  that  criteria, while 

values lower than 5 indicate that the alternative is inferior to steel open grid deck, and values equal to 5 

indicate that the alternative is generally equivalent to steel open grid deck.  The values are multiplied by 

the importance factor (percentage) and summed to yield a total ranking.  

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May 14, 2013  10  FINAL Deck Alternative Screening Report 

 

 

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May 14, 2013  11  FINAL Deck Alternative Screening Report 

1.3.3  Evaluation Findings 

Steel Open Grid Deck has a total baseline ranking value of 500.  Total ranking values for the alternative 

deck systems above 500 are generally considered superior to Steel Open Grid Deck and are considered 

to  add overall  value  as  an  alternative deck on  typical existing  Florida bascule bridges.   Total  ranking 

values below 500 are considered  inferior to Steel Open Grid Deck and are generally not considered to 

provide overall value.  Based on this evaluation, the Aluminum Orthotropic Deck system is the only deck 

system to have a value that ranks well above Steel Open Grid Deck (557 vs. 500) and thus is considered 

to add value when  replacing Steel Open Grid Deck.   Ultra High Performance Concrete  (UHPC) Waffle 

Slab Deck,  SPS Deck and  FRP Composite Deck  systems have  values  that are  slightly above or  slightly 

below Steel Open Grid Deck (502, 492 and 496 respectively vs. 500).   As such, these deck systems are 

generally considered to provide similar value to Steel Open Grid Deck.    On the basis of this comparison, 

the Aluminum Orthotropic Deck is considered superior to the other deck systems that were evaluated, 

and offers the most value as an alternative deck system on typical existing Florida bascule bridges, with 

the least overall risks and challenges. 

Aluminum Orthotropic Deck  System:   A  friction‐stir welded 5‐inch deep Aluminum Orthotropic Deck, 

similar to the 8‐inch deep Sapa R‐Section Deck, but fabricated specifically to replace 5‐inch deep Steel 

Open  Grid  Deck,  offers  a  number  of  advantages  and  is  recommended  over  the  other  evaluated 

alternative  deck  systems  to  replace  Steel  Open  Grid  Deck  on  typical  Florida  bascule  bridges.    This 

lightweight solid deck system is recommended because of the following reasons: 

The  solution will address most  if not all of  the  functionality and  safety  concerns of  the Steel 

Open Grid Deck. 

It provides a nearly weight neutral solution  that can be  implemented on most  typical existing 

Florida bascule bridge with minimal changes in overall weight and minimal modifications to the 

structure. 

The aluminum orthotropic deck is anticipated to be durable and provide a long service life with 

excellent  resistance  to corrosion and other environmental  factors, and  to protect  the bascule 

leaf structural steel.   The deck  is conservatively designed for  infinite fatigue resistance and the 

use  of  new  friction‐stir  welding  technology  is  anticipated  to  greatly  improve  the  fatigue 

resistance. 

Although the deck system will have a significantly higher initial construction cost (approximately 

twice  that  required  to  replace  the  deck with  Steel Open  Grid  Deck),  the  longer  anticipated 

service  life,  lower maintenance costs, and reduced user  impacts  (i.e. reduced user delay costs 

and accident cost) will offset these higher initial costs. 

The  deck will  span  transversely  across  stringers  similar  to  Steel Open Grid Deck  and  can  be 

fabricated  in  panels  of  similar  width  to  typical  Steel  Open  Grid  Deck  panels  to  facilitate 

replacement with short duration closures of  the bridge or phased construction while  traffic  is 

maintained.  Temporary short‐term repair of the deck top surface is relatively simple and can be 

performed  quickly  by  Department  maintenance  crews  with  the  addition  of  a  field  welded 

aluminum plates. 

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May 14, 2013  12  FINAL Deck Alternative Screening Report 

The proposed deck is generally of a robust design that conservatively meets all Strength, Service 

(deflection) and Fatigue Limit States in the AASHTO LRFD Bridge Design Specifications.  Updated 

design  specifications  for  the  aluminum  orthotropic  deck,  which  utilize  simple,  conservative 

closed‐form equations, have been ratified by AASHTO and incorporated into the latest revision 

of the AASHTO LRFD Bridge Design Specifications.  

A  significant  amount  of  research,  development,  testing,  analysis  and  evaluation  of  the  very 

similar 8‐inch deep SAPA R‐Section Aluminum Orthotropic Deck was previously performed that 

supports  the  design.    The  proposed  5‐inch  deep  Aluminum  Orthotropic  Deck  is  a  direct 

derivative  of  the  8‐inch  deep  SAPA  R‐Section  and  is  conservative  by  way  of  use  of  similar 

material  thicknesses  (top, bottom and web) but with shorter distances between panel points.  

There  are  several  recent  installations  of  similar  aluminum  orthotropic  deck  products  in  the 

United States and Europe that provide useful information. 

Aluminum  is  a  relatively  well  known  material  with  consistent  and  predictable  material 

properties and quality  control.   Recent advancements  in  friction‐stir welding have eliminated 

the previous concerns with gas metal arc (MIG) welding. 

The  connection of  the deck  to  the bascule  leaf  steel  framing  and  splices between  fabricated 

panels has been  researched and  there are  simple,  relatively  cost‐effective bolted details  that 

have been identified. 

Concerns  with  galvanic  corrosion  due  to  dissimilar  metals,  and  concerns  with  thermal 

movements due to the difference  in coefficients of thermal expansion between aluminum and 

steel  have  been  researched  and  simple,  relatively  cost‐effective  solutions  to  address  these 

issues have been identified. 

Although the aluminum orthotropic deck system requires a thin epoxy polymer wearing surface, 

the significant stiffness of the deck is anticipated to improve the durability and service life of the 

wearing surface. 

Although  the  proposed  extrusion  for  the  5‐inch  deep  Aluminum  Orthotropic  Deck  system  was  not 

available at the onset of this research, SAPA Group, the world’s largest supplier of aluminum extrusions 

with  a  significant number of manufacturing plants  in North America, has  shown  a  strong  interest  in 

developing this extrusion, and is in the process of developing the tooling for this extrusion.  Because the 

proposed section  is a direct derivative of the 8‐inch deep SAPA R‐Section, currently  in production and 

being  installed on bridges  in the United States,  implementation of the similar 5‐inch deep extrusion  is 

straightforward.  The deck will use the latest advancements in friction‐stir welding, similar to that used 

to fabricate the SAPA R‐Section. The Department may want to consider limited additional independent 

testing of the proposed deck, and corresponding friction‐stir welding, bolted connections, and wearing 

surface to supplement the research and development that has already been performed. 

UHPC Waffle Slab Deck System:   The UHPC Waffle Slab Deck system offers a number of positive aspects 

that make it a candidate to replace Steel Open Grid Deck on typical Florida Bascule Bridges including: 

The  solution will address most  if not all of  the  functionality and  safety  concerns of  the Steel 

Open Grid Deck. 

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May 14, 2013  13  FINAL Deck Alternative Screening Report 

It  can  be  implemented  on  most  typical  existing  Florida  bascule  bridges  with  minimal 

modifications to the structure and with a reasonable construction cost. 

The high strength, low permeable concrete material is generally anticipated to be durable with 

excellent  resistance  to  corrosion  and  other  environmental  factors,  and  that will  protect  the 

bascule leaf structural steel. 

The  deck will  span  transversely  across  stringers  similar  to  Steel Open Grid Deck  and  can  be 

fabricated in precast panels of similar width to typical Steel Open Grid Deck panels to facilitate 

replacement with phased construction while traffic is maintained. 

The concrete deck surface will provide a smooth  riding surface with good skid  resistance  that 

eliminates the need for an applied thin epoxy wearing surface.  

However, despite the above positive aspects, further research and development of this deck system  is 

needed  before  it  can  be  recommended  for  widespread  implementation  on  typical  Florida  bascule 

bridges. 

The current configuration  is significantly heavier than existing Steel Open Grid Deck (29 psf vs. 

21 psf) and will add  significant weight  to  the  trunnion assemblies and bascule  leaf  structure.  

Although  there may be opportunities  for additional refinements to  further reduce  the weight, 

these refinements are currently theoretical and have not been validated with laboratory testing, 

are anticipated  to result  in corresponding reductions  in strength and durability, and  introduce 

tighter construction tolerances that may make construction difficult or impractical.    

UHPC is still considered somewhat experimental with no experience in a similar application on a 

bascule bridge.  

o There are no design provisions or  simple closed‐form equations endorsed by AASHTO 

and  included  in  the  AASHTO  LRFD  Bridge  Design  Specifications  needed  to  ensure  a 

consistent  design methodology  by  the  bridge  design  community  and  to  simplify  the 

bridge design process. 

o Although  research  continues  to  improve  knowledge  and understanding of UHPC  as  a 

bridge construction material, with corresponding consistency of material properties and 

quality control, most bridge contractors and construction inspection personnel working 

on bridge repair and rehabilitation projects in Florida are unfamiliar with the use of the 

material. 

o The UHPC Waffle Slab Deck system has only been placed into service on one fixed bridge 

with multiple  parallel  prestressed  concrete  girders  and  has  not  been  installed  on  a 

bascule bridge with a main girder, floorbeam and stringer framing system.  It is not clear 

whether the limited laboratory testing performed adequately addresses the differences 

found  in  the  structural  framing  configuration  found  in  typical  double‐leaf  bascule 

bridges. 

o The  long‐term  durability  of  the UHPC Waffle  Slab Deck  is  not  generally well  known.  

Although UHPC  provides  increased  impermeability,  concrete  cover  to  the  reinforcing 

steel, required to achieve a lightweight solution, is limited. Construction tolerances are 

anticipated to further reduce the cover.  Construction joints between the precast panels 

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May 14, 2013  14  FINAL Deck Alternative Screening Report 

and cast‐in‐place closure pours introduce opportunities for leakage (i.e. access of water 

containing  chlorides  to  the  embedded  reinforcing  steel  and  structural  steel  below.)  

Continuous deck systems on double‐leaf bascule bridges are subject to tension stresses 

(due to cantilever support conditions of the main girders and localized negative bending 

of the floor system over the intermediate floorbeams) that act to open the construction 

joints.   

o There  is  limited experience with  the  field  repair or  replacement of UHPC Waffle Slab 

Deck.    As  such,  it  is  unclear  whether  effective  short‐term  localized  repairs  can  be 

implemented with this deck system.  Although the modular construction of the precast 

UHPC Waffle  Slab Deck  panels makes  replacement  of  individual  sections  of  the  deck 

practical, the grouted haunches with welded headed stud shear connectors complicates 

the  replacement  and  will  slow  the  replacement  process.    It  is  not  clear  whether  a 

damaged panel can be replaced in a short duration nighttime closure. 

FRP Composite Deck Systems:  There are a number of available FRP Composite Deck systems, each of a 

different design including overall deck thickness; structural configuration; manufacturing process; type, 

size,  orientation,  and  number  of  layers  of  fiber  reinforcing;  type  of  resin;  and  associated  physical 

properties  including  weight,  strength,  stiffness  and  span  capability.    Different  FRP  Composite  Deck 

systems  utilize  different  installation  and  construction  practices  including  different  deck  attachment 

details.  Despite the differences in these products, there a many similarities in the overall performance 

of these deck systems that permits the FRP Composite Deck to be evaluated as a single technology.    

FRP Composite Deck systems offer a number of positive aspects that make them a candidate to replace 

Steel Open Grid Deck on typical Florida Bascule Bridges including: 

The  FRP  Composite Deck  systems will  address most  if  not  all  of  the  functionality  and  safety 

concerns of the Steel Open Grid Deck. 

They  can provide  a nearly weight neutral  solution  that  can be  implemented on most  typical 

existing  Florida  bascule  bridge  with  minimal  changes  in  overall  weight  and  minimal 

modifications to the structure with a reasonable construction cost. 

The FRP composite material is a corrosion resistant. 

FRP Composite Decks generally offer good overall capacity at the Strength Limit State. 

The  deck will  span  transversely  across  stringers  similar  to  Steel Open Grid Deck  and  can  be 

fabricated  in prefabricated panels of  similar width  to  typical  Steel Open Grid Deck panels  to 

facilitate replacement with short duration closures of the bridge or phased construction while 

traffic is maintained. 

The modular nature of some FRP Composite Deck systems permits the replacement of individual 

panels should that become necessary. 

Although each available FRP Composite Deck system is considered proprietary, because each of 

the FRP Deck systems generally yields a similar solution, there are opportunities for competitive 

bidding.   

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May 14, 2013  15  FINAL Deck Alternative Screening Report 

However, despite  the above positive aspects,  further  research and development of  the available FRP 

Composite Deck systems  is needed before they can be recommended  for widespread  implementation 

on typical Florida bascule bridges. 

FRP  Composite  Deck  installations  throughout  the  United  States  including  those  on  several 

bascule bridges have generally exhibited durability issues and limited service life.  Although FRP 

Composite Deck  systems  continue  to  improve as  the  technology evolves and more  is  learned 

about  the design requirements,  there are significant  issues with current available designs that 

still need  to be addressed.   Some deck systems have performed better  than others  in specific 

areas  of  evaluation.    For  example,  conservative  designs  with  stronger  and  stiffer  section 

properties  and  shorter  deck  spans  have  performed  better  than  those with  less  conservative 

designs.    Joints between deck panels and wearing surfaces continue  to be primary sources of 

premature failure in FRP Composite Deck systems. 

Much  of  the  research  and  development  of  FRP  Composite Decks  has  not  considered  critical 

stresses and deformations that are unique to bascule bridges including those associated with 1)  

main girder cantilevered support conditions that  introduces  longitudinal membrane stresses  in 

the continuous deck  in conjunction with main girder flexure, and 2) floor system configuration 

with stringers and floorbeams that introduces tension in the continuous deck corresponding to 

stringer end rotations and negative bending of the deck over the intermediate floorbeams.   

Currently  available  FRP  Composite Deck  systems  are  proprietary  and  do  not  appear  to  have 

strong  financial  and  technical  support  from  a  large  corporation  with  significant  resources.  

Although there is a significant amount of research that has been performed on FRP composites 

for use as bridge decks, the research for each individual deck product is generally limited. 

Currently  there  are no design provisions  for  FRP Composite Decks  endorsed by AASHTO  and 

included  in  the  AASHTO  LRFD  Bridge  Design  Specifications.  Although  there  are  some 

recommended guidelines  for designing FRP Composite Deck, offered by  some manufacturers, 

some state transportation agencies, and FHWA,   there appears to be  little consistency, a wide 

range of assumptions used, and varying design practices used throughout the United States. 

FRP Composite Decks are somewhat  flexible and are designed  for  larger deflection  limits  than 

currently used in Steel Open Grid Deck design.  Many FRP Composite Deck suppliers recommend 

deflection  limits of L/500 when AASHTO  requires a deflection  limit of L/800  for steel grid and 

other  lightweight  metal  decks.  (NOTE:    For  comparison,  the  deflection  of  the  5‐inch  deep 

Aluminum Orthotropic Deck for the same deck span meets a deflection limit of L/3000.)  There 

are questions as  to whether a deflection  limit of  L/500  is appropriate  for bascule  leaf decks. 

Although  this  deflection  is  not  considered  an  issue  for  motorist  comfort  and  safety,  the 

significantly greater deflections are a concern  for  the performance of  the  thin epoxy polymer 

wearing surface. 

Testing has shown that the physical properties (e.g. strength and stiffness) of the FRP composite 

materials degrade with  repeated  loading.   Although  this degradation can be accounted  for by 

conservatively  specifying  larger  section  properties,  the  degradation  introduces  questions 

regarding the long‐term durability of the deck and the performance of the wearing surface over 

time as deflections increase with the degradation.   

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May 14, 2013  16  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Durability of FRP Composites is dependent on a number of factors including the manufacturing 

processes, and properties of the epoxy resin material and associated coatings that encapsulate 

the  fiber material.   Construction practices  (including cutting and drilling of  the FRP composite 

material) can reduce the durability by exposing the embedded fiber material to environmental 

factors.   Exposure of the fiber material to chemicals, ultra‐violet  light, and even salt water can 

result  in  degradation.    There  is  a  wide  range  of  manufacturing  processes,  materials  and 

construction practices used in implementing the various available FRP Composite Deck products.  

Currently,  there  are  no  industry  standards  endorsed  by  AASHTO  that  define  the  specific 

manufacturing,  construction,  inspection  and  testing  requirements  (e.g.  quality  control) 

necessary  to  assure  that  an  FRP  Composite  Deck  product  is  durable  and  will  provide  the 

anticipated long‐term service life.  

FRP composite materials are not currently well known to the bridge construction industry.  The 

technology  requires  specialized  shop  inspection  and  field  inspection  practices  that  are 

unfamiliar to most bridge construction inspection personnel. 

SPS Deck System:  The SPS Deck system offers a number of positive aspects that make it a candidate to 

replace Steel Open Grid Deck on typical Florida Bascule Bridges including: 

The SPS Deck system will address most if not all of the functionality and safety concerns of the 

Steel Open Grid Deck. 

It  can  be  implemented  on  most  typical  existing  Florida  bascule  bridges  with  minimal 

modifications to the structure and with a reasonable construction cost. 

SPS Deck generally offers good overall capacity at the Strength Limit State. 

Although SPS Deck utilizes technology that  is unfamiliar to most bridge contractors performing 

work  on  bridge  repair  and  rehabilitation  projects,  the  field  installation  generally  utilizes 

conventional steel erection practices. 

However, despite the above positive aspects, further research and development of this deck system  is 

needed  before  it  can  be  recommended  for  widespread  implementation  on  typical  Florida  bascule 

bridges. 

The  lightest recommended SPS Deck solution, required to meet deflection  limits  is significantly 

heavier  than  existing  steel  open  grid  deck  and  will  add  significant  weight  to  the  trunnion 

assemblies which typically have very limited or no reserve capacity.  The sizing of the SPS Deck is 

governed by deflections and because the modulus of elasticity of the elastomer core decreases 

with  increased  temperatures,  a  thicker  core  is  required  in  Florida  where  temperatures  are 

generally higher  than northern  states.   Significant additional modifications  to  the bascule  leaf 

are required to offset the increase in weight.  This includes replacement of a number of bridge 

components  with  lighter  elements  that  do  not  otherwise  need  replacement,  which  adds 

unnecessary cost to a project. 

The  lightest recommended SPS Deck  is somewhat  flexible and  is designed  for deflection  limits 

equal  to L/300  for deck  span  (i.e.  stringer  spacing)  typically  found on Florida bascule bridges.  

(NOTE:   For comparison, the deflection of the 5‐inch deep Aluminum Orthotropic Deck for the 

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May 14, 2013  17  FINAL Deck Alternative Screening Report 

same  deck  span meets  a  deflection  limit  of  L/3000.)    There  are  questions  as  to whether  a 

deflection limit of L/300, recommended by Intelligent Engineering consistent with the deck plate 

of steel orthotropic bridge decks, is appropriate for bascule leaf decks when AASHTO requires a 

deflection  limit  of  L/800  for  steel  grid  and  other  lightweight  metal  decks.  Although,  this 

deflection  is not considered an  issue  for motorist comfort and safety,  the significantly greater 

deflections are a concern for the performance of the thin epoxy polymer wearing surface. 

In order to minimize the weight of the deck system (i.e. reduce the number of heavy perimeter 

and splice bars), the SPS Deck panels must be configured such that the longer dimension of the 

panel is parallel to the roadway centerline.  Because this configuration is opposite to that of the 

existing steel open grid deck, the deck cannot be replaced in small sections (e.g. one floorbeam 

bay  at  a  time) without  adding  additional  panel  splices, which  further  adds weight  to  a  deck 

system that is already significantly heavier than the existing steel open grid deck. 

SPS Deck requires a significant amount of  field welding  to splice  the panels.   The  fully welded 

panels make future rapid replacement of sections of the deck a challenge. 

Currently there are no design provisions for SPS Deck design endorsed by AASHTO and included 

in  the  AASHTO  LRFD  Bridge  Design  Specifications.    Although  there  are  some  guidelines  and 

available simplified tools for selecting an SPS Deck, in order to achieve the lightest possible deck, 

Intelligent Engineering recommends that a full non‐linear finite element analysis of the deck and 

framing  system be performed, which makes  the design process more  cumbersome  and  adds 

cost  to  the project.    The need  to use  finite element  analysis  to design  and  analyze  the deck 

introduces some concerns and challenges regarding future load rating and overload permitting. 

SPS Deck utilizes  technology  that  is unfamiliar  to  the bridge construction  industry  (e.g. use of 

polymer core).  The technology requires specialized shop inspection practices unfamiliar to most 

bridge construction inspection personnel. 

Although there  is a significant amount of research that has been performed on SPS Deck over 

the  last  15  years with  impressive  results,  the  limited  use  of  SPS  as  a  bridge  deck material 

introduces some risk as to the  long‐term performance. There have been reported  issues  (deck 

failures) on more than one bridge  in Canada,  less than one‐year after the SPS deck was placed 

into service.  The issues associated with these failures will need to be fully investigated and the 

solutions to the cause of the failures developed and tested. 

In  the  following  report,  each of  the  lightweight  solid deck  alternatives  is described  and  discussed  in 

greater  detail  with  consideration  of  each  of  the  evaluation  criteria.  In  addition,  because  all  of  the 

evaluated deck systems, except for the UHPC Deck system, require an independent wearing surface, and 

the  available wearing  surfaces  for  each  of  the  deck  systems  are  similar,  a  separate  description  and 

discussion on alternative wearing surfaces is also included.    

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May 14, 2013  18  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.0  OVERVIEW OF EVALUATED LIGHTWEIGHT SOLID DECK SYSTEMS 

In‐depth evaluation was performed on the following four (4) lightweight solid deck systems:   

Sandwich Plate System (SPS) Deck by Intelligent Engineering, 

Aluminum Orthotropic Deck by Sapa Group, 

Fiber Reinforced Polymer (FRP) Composite Deck by ZellComp, et al., 

Ultra‐high Performance Concrete (UHPC) Waffle Slab Deck by FIU/UCF. 

Following  sections  include  product  description,  development  background,  and  potential  as  a  viable 

alternative for steel open grid decks on typical Florida bascule bridges using the various criteria listed in 

Introduction and Executive Summary. 

2.1  SANDWICH PLATE SYSTEM (SPS) DECK 

2.1.1  Description 

The  Sandwich  Plate  System  (SPS)  is  a  proprietary  and  patented  composite  laminate  plate material 

consisting  of  thin  metal  faceplates  continuously  bonded  to  a  polyurethane  elastomer  core.    The 

elastomer core transfers forces between the metal faceplates by way of shear, analogous to an I‐beam 

when subjected to flexure with the steel plates acting as the flanges and the elastomer core as the web.  

The elastomer core also prevents  local buckling of the metal faceplates  in compression, which permits 

development of full yield of the metal faceplates.  

SPS panels are very thin (1 to 2 inches thick) compared to traditional bridge decks.  The use of these thin 

panels is possible through a combination of panel bending and membrane action (i.e. in‐plane tension). 

Separation of the thin metal plates with a lightweight elastomer core more efficiently increases strength 

and stiffness of the plate, while minimizing the increase in weight of the plate. 

The thickness of the steel plates and the elastomer core is typically customized to fit a given application 

and for the required strength and stiffness.  SPS panels are identified by a designation such as “SPS 6‐25‐

6”.   The  first and  last numbers  indicate  the steel plate  thicknesses  in millimeters and middle number 

indicates the core thickness in millimeters.  An SPS bridge deck is typically constructed from a series of 

panel segments, connected together and to the supporting steel framing. 

 SPS Sample‐Size Specimen 

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May 14, 2013  19  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Elastomer bubbles (i.e. formed voids within the elastomer core) have been used to reduce the weight of 

the SPS panels.   However,  this  technology has not been used  in bridge decks where  the deck plate  is 

subject to large concentrated wheel loads. 

Applications:  SPS panels have been used in different highway bridge deck applications including: 

Strengthening and stiffening existing steel orthotropic decks, 

Replacement of conventional decks on existing multi‐girder bridges, 

Decks for new bridges in both orthotropic deck and conventional multi‐girder configurations. 

Materials:  For bridge applications, metal faceplates are typically fabricated from steel (e.g. ASTM A588, 

Grade 50W). 

The elastomer formulation is proprietary, but physical properties of the formulation required for design 

such as modulus of elasticity, Poisson’s ratio, density, etc. are published and available. The density of the 

elastomer is 1150 kg/m3 (71.8 pcf). 

Properties of  the elastomer  change with variations  in  temperature.   The modulus of elasticity of  the 

elastomer  varies  significantly  with  changes  in  temperature.    As  the  temperature  of  the  elastomer 

increases, the modulus of elasticity reduces, and deflections of the SPS deck will increase.  The ultimate 

strength  of  the  elastomer  also  varies  with  temperature.    As  temperature  increases,  the  ultimate 

strength of the elastomer decreases.  Poisson’s ratio varies very little with changes in temperature.  The 

elastomer also has a different modulus of elasticity in tension and compression.  The shear modulus of 

the elastomer is load rate dependent, with faster loading rates resulting in a higher shear modulus. 

Material Properties of Elastomer at Various Temperatures 

 

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May 14, 2013  20  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.1.2  Product Development and Corporate Information 

SPS was initially developed in the mid 1990’s to provide impact resistant plating for offshore structures 

and ice islands working in the Canadian Beaufort Sea.  SPS applications have since expanded to ship hulls 

and  deck  plates,  stadium  terraces,  building  floor  systems,  bridge  decks,  and  blast walls.    Currently, 

approximately 325,000 square  feet of SPS have been  fabricated and  installed  in different applications 

worldwide. 

The  technology was developed by Dr. Stephen Kennedy,  former Professor of Civil and Environmental 

Engineering  at  Carlton  University  in  Ontario,  Canada.    Dr.  Kennedy  is  currently  the  Chief  Technical 

Officer at Intelligent Engineering (IE) in Ottawa Ontario, Canada.  IE was founded in 1996, and currently 

has offices in Canada, United Kingdom, Singapore, and Dubai.  IE partner0s with Elastrogran GmbH, part 

of BASF, which developed  the polyurethane elastomer  core  for  the  SPS.    IE also provides  licenses  to 

various  companies  to  produce  the  SPS  product.    More  information  regarding  IE  can  be  found  at 

www.ie‐sps.com. 

2.1.3  Constructability 

Fabrication:  SPS panels for bridge decks are typically fabricated at a steel fabrication facility specifically 

licensed by IE to fabricate the panels.  However, field fabrication has also been used to retrofit existing 

steel orthotropic decks.   Steel  faceplates are cut  to  the  required  size,  the  top and bottom  faceplates 

separated  and  an  airtight  space  created with  steel  perimeter  bars  continuously welded  to  the  steel 

faceplates along the edges. Panels are not typically cambered. 

Bond between the steel faceplates and elastomer is developed by intentionally roughening the interior 

surfaces of the steel faceplates using shot blasting or grit blasting.  The bond strength varies depending 

on the anchor profile achieved.     Steel coatings will generally reduce the bond.     The bond strength  is 

also temperature dependent with lower temperatures yielding greater bond.   

A two‐part liquid polyurethane elastomer is then injected into the airtight space. To prevent sagging of 

the  top  faceplate,  a  series  of  small,  circular  cured  elastomer  spacers,  equal  to  the  thickness  of  the 

elastomer core, are spaced throughout the panel. Because the elastomer experiences some expansion 

and high temperatures during the exothermic curing process, the SPS panels require restraining frames 

on top of the panels to prevent distortions and maintain flatness of the panels. 

The  elastomer  core  is  extremely  sensitive  to moisture  during  the  curing  process, which  can  lead  to 

swelling.   As such, the cavity to be filled with elastomer must be dry and the humidity of the air in the 

cavity maintained  below  a  specified  limit,  which  is  achieved  with  hot  air  dryers  and  verified  with 

humidity and temperature measurements taken in the cavity.  

The SPS panels can be made to various custom sizes,  limited  in size by the pumping speed and setting 

time of the elastomer, although multiple pours of elastomer are possible.  The volume of the elastomer 

is  limited  to 1,200  liters  (42.4  cubic  feet), which  limits a 1‐1/8‐inch  (30 mm)  core  (recommended  for 

typical existing bascule bridges in Florida) to approximately 450 square feet. 

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May 14, 2013  21  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Because  the  panels  are  fabricated  using  structural  steel,  the  panels  can  be  fabricated  to  the  same 

dimensional  tolerances  as  other  structural  steel  members.    Mill  tolerances  in  ASTM  A6  and  the 

fabrication tolerances in the AWS D1.5 Bridge Welding Code are applicable to panel fabrication. 

 

SPS Deck System Fabrication  

Specialized  Inspection:    SPS  deck  and  thin  epoxy  polymer wearing  surfaces  are  less  common  to  the 

bridge industry and thus inspection of this construction will, at least initially, be considered specialty in 

nature. 

Fabrication of the SPS deck will require typical steel fabrication and weld inspection.  The fabricator will 

be required to perform quality control and submit weld procedures specifications and certifications and 

a quality control plan that addresses the required quality control functions to be performed.  Because of 

the special requirements of the elastomer core and SPS panels, it may be necessary to employ personnel 

with  specialized  experience  to  perform  quality  assurance  for  this work.    Field welding  of  the  panel 

splices will require on‐site involvement by welding inspectors.  The contractor will be required to submit 

weld procedure specifications and certifications for the field welding. Quality control procedures for the 

wearing surface will also need to be developed. 

Field  Installation: The SPS panels  can be  fabricated of a  size  that can be  shipped  to  the  site by  truck 

without special permitting.  Widths of the panels are anticipated to be no more than 8 feet and lengths 

no  longer than 40  feet, which  is consistent with maximum dimensions of steel open grid deck panels. 

SPS panels can be stored by staking the panels on top of each other to minimize staging areas similar to 

steel open grid panels. SPS panels are relatively flexible and require use of lifting beams to handle and 

place the panels similar to steel open grid panels. 

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May 14, 2013  22  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Bolting of  the panels can be performed using standard  turn‐of‐nut method or direct  tension  indicator 

washers  similar  to  standard  steel erection work.   Special adapters may be  required  for  the Skidmore 

device  to  calibrate  the  countersunk bolts  to  snug‐tight  condition.   Tapered pins  can be used  to align 

predrilled holes in the steel members similar to typical steel erection. 

The  top  flange of  the new stringers can be match drilled with  the SPS panels  in  the shop  to  improve 

alignment  of  the  holes  and  reduce  time  consuming  field  drilling.    The  stringer  end  connections  can 

remain blank and drilled from solid to match existing holes in the webs of the floorbeams or pre‐drilled 

for use as a template to drill new holes in the floorbeam webs to maximize field adjustment. 

The  open  joint  between  the  ends  of  the  panels  and  curbs  or  traffic  railings  provide  clearance  to 

accommodate  tolerances  in  panel  width.    A  small  grouted  closure  pour  can  be  provided  at  the 

counterweight  to  accommodate  tolerances  in  the  panel  lengths.    Tolerances  in  panel  sweep  and 

squareness can be accommodated in the root opening of the field welded joint.  The flexibility of the SPS 

panels should be sufficient to accommodate any unanticipated small camber in the panels or tolerances 

in the elevation of the supporting members. 

Traffic Control:  Because the SPS panels are oriented having the long dimension parallel to the roadway 

centerline and steel open grid panels are oriented with the long direction perpendicular to the roadway 

centerline, and the stringers require replacement with the deck, there will be challenges in maintaining 

traffic on the bascule span while the deck  is replaced.   It may be possible to replace the deck  in  larger 

sections equal to the length of the SPS panels (one‐half to one‐third the length of the bascule leaf) and 

the full‐width or half‐width of the bridge, while the bridge  is temporarily closed to traffic.   However,  it 

will not be practical to perform the replacement a single panel at a time or even a single floorbeam bay 

at a time.  The use of smaller SPS panels that match the steel open grid panels will require many more 

splices  that will  significantly  increase  the weight of an already heavier deck  system.   Because panels 

should generally be of a dimension that can be shipped by truck, this limits the number of configurations 

that can be used to accommodate phased replacement of the deck. 

2.1.4  Functionality and Safety 

Load  Capacity:    An  SPS  deck  designed  to  governing  deflection  limits  will  have  corresponding  load 

carrying  capacity  in  excess  of  that  required  to  support  AASHTO  LRFD  HL‐93  Live  Loads.    The  small 

increase in deck weight resulting from the heavier SPS deck is not anticipated to significantly reduce the 

capacity  of  the  bascule  span.    There  are  opportunities  to  increase  the  load  carrying  capacity  of  the 

stringers and main girders by  taking advantage of  the  composite action between  the SPS deck  these 

members.   

Rideability:  SPS deck and the corresponding applied wearing surface will provide a smooth, continuous 

riding surface with a surface roughness comparable to asphalt or concrete pavement.  Because the SPS 

deck  is more  flexible  than  the  existing  steel  open  grid  deck,  localized  deflections  are  anticipated  to 

increase.   However, because the SPS deck will be made composite with the stringers and main girders, 

the overall deflections and vibrations of the bascule leaf are anticipated to decrease, which will improve 

the quality of the ride.   

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Skid  Resistance:    Skid  resistance  from  the  applied wearing  surface will  be  similar  to  that  of  asphalt 

pavement.  See Section 3 Wearing Surface Evaluation.   

Noise:    The  vibration  dampening  characteristics  of  the  elastomer  core will  significantly  reduce  noise 

generated by tires in contact with the deck. 

Bicycle  Safety:  SPS  deck  provides  a  solid  riding  surface  for  the  roadway  and  shoulders  with  small 

longitudinal open joints (less than ½” wide) located immediately adjacent to the curbs or barriers, which 

will greatly improve bicycle safety.  Transverse deck joints between the two bascule leaves and between 

the bascule span and bascule pier will range from ¾” to 1½”  in width, but should not be a concern for 

bicyclists. 

2.1.5  Design and Analysis 

Design Considerations:  The design of SPS bridge decks is not specifically addressed in the AASHTO LRFD 

Bridge Design Specifications.   Furthermore, because of  the unique configuration and materials of SPS 

deck,  it  is not clear how  it should be classified when  implementing specific governing AASHTO design 

provisions and guidelines.  SPS deck is comparable to steel orthotropic deck in that it utilizes continuous 

metal deck plate.   However, SPS deck differs significantly from steel orthotropic deck  in that the main 

structural  resistance  of  an  SPS  deck  is  derived  from  the  face  plates  and  core,  whereas  the  steel 

orthotropic deck derives  its  resistance  from  the deck plate and discretely  spaced  stiffening elements 

acting  together  as  a  unit.    It  is  not  clear whether  the  longitudinal  support  beams  (e.g.  bascule  leaf 

stringers) can be considered as the discretely spaced stiffening elements and the SPS deck as the deck 

plate of a steel orthotropic deck due to the significantly wider spacing of these elements in an SPS deck 

solution. 

Virginia  Polytechnic  and  State  University  has  performed  research  and  has  developed  a  simplified 

methodology to design the SPS deck.    It should be recognized that the proposed design methodology, 

which  considers  a  number  of  AASHTO  provisions  including  loading  and  limit  states,  has  not  been 

formally  reviewed  and  endorsed  by  AASHTO.    Furthermore,  the  design methodology  has  not  been 

calibrated to an established reliability index.   

As the SPS deck system is a thin, flexible system, the design of SPS decks is controlled by deflections.  As 

the design of SPS decks is not specifically addressed in the AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, it 

is  unclear which  deflection  limits  are  applicable  to  SPS  deck.    There  are  two  different  provisions  of 

AASHTO Article 2.5.2.6.2 (Criteria for Deflection) that could apply.   

If SPS deck system is classified as a steel orthotropic deck with the SPS member considered the 

deck plate and the stringers considered as the stiffening ribs, then the provisions for orthotropic 

deck would  be  applied.    These  provisions  include  L/300  deflection  limits  of  the  deck  plate, 

L/1000 for the stiffening ribs, and 0.1  inch maximum relative deflection between adjacent ribs 

from  a  combination  live  load  and  dynamic  load  allowance.    These  provisions  also make  the 

deflection limits mandatory.  (NOTE:  IE recommends and uses this less conservative assumption 

in their design guidelines). 

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If SPS deck system  is classified as “metal grid decks and other  lightweight metal and concrete 

bridge  decks”,  similar  to  steel  open  grid  decks,  then  the  serviceability  provisions  of AASHTO 

Article 9.5.2 apply.   These provisions  include L/800 deflection  limits from a combination of  live 

load  and  dynamic  load  allowance.    It  also makes  the  deflection  limits mandatory.    (NOTE:  

Researchers  at  Virginia  Polytechnic  Institute  and  State  University  use  this  conservative 

assumption).  

There are several factors that must be considered in making a decision regarding the design of the deck 

for deflections: 

The selection of a deflection limit (i.e. L/800 vs. L/300) yields significant differences in the final 

SPS deck design and makes a difference whether  the  solution  is viable or not viable  (i.e.  the 

weight of an SPS deck based on a deflection limit of L/800 will be much heavier and difficult to 

accommodate with existing counterweights and trunnion assemblies, while the weight of an SPS 

deck based on a deflection limit of L/300 will be lighter and can be accommodated). 

The effect of deflections on driver comfort is not likely to be a concern for the anticipated deck 

span  lengths.   Live  load deck deflections are anticipated to be small  (i.e.  less than ¼”) and are 

anticipated to remain constant over the length of the bascule span (i.e. deflections will not vary 

over the length of the bascule span and cause vertical accelerations that affect driver comfort).  

For  the  typical  bascule  span  framing  configuration, maximum  deflections will  occur  directly 

under the wheel and deck stiffness will generally remain uniform over the length of the bascule 

span  where  the  deck  is  supported  only  by  the  stringers  and  not  directly  supported  at  the 

floorbeams.  Research indicates that vertical acceleration limits is a more appropriate means of 

addressing driver comfort than arbitrary deflection limits. 

Various  studies  regarding  dynamic  amplification  of  live  loads  indicates  that  dynamic 

amplification values increase with decreasing bridge stiffness.  As such, dynamic load allowances 

specified  by  AASHTO  may  underestimate  actual  values  on  flexible  decks.  A  conservative 

estimate of the dynamic load allowance is recommended for the SPS deck design if more flexible 

L/300 deflection limits are used. 

Excessive deflections may result in durability concerns for the wearing surface.   Wearing surface 

durability  is  a well‐documented  concern on bridges with orthotropic decks with  flexible deck 

plates.    There  are no  available  studies  that have  tested  the durability of  thin epoxy polymer 

wearing surfaces on flexible SPS decks. 

In order to reduce the weight of the SPS deck,  lightweight thin wearing surfaces are required.  

Thin wearing surfaces do not have the ability to distribute wheel contact pressures to a  larger 

surface area like thicker asphalt wearing surfaces used on most of the SPS deck installations.  As 

such, wheel patch loads are likely more concentrated.  However, laboratory testing of SPS decks 

has  typically  taken a  conservative approach  that neglects  the  load distribution benefit of  the 

asphalt wearing surfaces. 

The  modulus  of  elasticity  of  the  elastomer  core  reduces  with  increased  temperatures  and 

temperatures in Florida are generally higher than those in northern climates where most of the 

SPS decks have been  installed.     As such,  it  is  recommended  that a conservative approach be 

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used in the design of the deck for deflections using modulus of elasticity values corresponding to 

maximum anticipated in‐service temperatures in Florida. 

Design  Approach:    Because  of  the  inherent  complexities  of  the  materials  and  load‐deflection 

characteristics  of  SPS,  deck  design  has  relied  heavily  on  finite  element models.    IE  has  traditionally 

performed  the  design  using  a  second  order  non‐linear  inelastic  finite  element  analysis.   Due  to  the 

complexity  of  this  analysis,  it  is  not  practical  for  each  design  consultant  providing  bascule  bridge 

rehabilitation  design  engineering  services  to  develop  the  skills  to  properly  perform  this  analysis.  

Furthermore,  the budgets  typical of bascule bridge  rehabilitation projects are generally  inadequate  to 

cover  the expenses  for  such  analysis.   A  simplified  analysis  technique  should be used by  the design‐

consultant  to  conservatively  estimate  the  size of  the  SPS  panels  (steel  faceplate  and  elastomer  core 

thickness)  for purposes of developing  the contract plans  including associated modifications  (e.g.  steel 

framing, counterweight, machinery, etc.)  for estimating and bidding purposes.    IE can perform  the  in‐

depth  finite element analysis and  refine  the deck during  the procurement of  the deck and during  the 

panel procurement and the cost of this analysis included in the cost of the deck. 

Virginia Polytechnic Institute and State University developed simple, conservative closed‐form equations 

that  can be used  for  the preliminary  sizing of  SPS deck on  the basis of AASHTO  LRFD Bridge Design 

Specifications.    In  developing  the  proposed  design method  all  applicable  AASHTO  LRFD  design  limit 

states  were  considered  (Strength  I,  Service  I,  Service  II,  and  Fatigue).  Research  identified  that  the 

controlling  limit state for design was Service I with the deflection  limit of L/800 imposed.     The closed‐

form  equations were  validated  by  comparison  to  experimental  data  from  both  field  and  laboratory 

testing  and  then  extended  to  consider  the  design  limit  states  within  AASHTO  LRFD  including 

serviceability,  strength,  and  fatigue.    The  closed‐form  equations  were  conservatively  developed  for 

simple  (pinned)  boundary  conditions  and  do  not  consider  continuity  provided  by  deck  span  over 

multiple  supports,  or  stiffening  effects  from  transverse  supports  that  yield  two‐way  span  of  decks.  

Actual boundary conditions are between upper and lower bounds (pinned or fixed conditions). 

The  closed‐form equations were used  to plot  solutions  in a graphical  form  for different deck  flexural 

rigidities  and  span  lengths.    The  closed‐form  equations  can  also  be  programmed  into  a  software 

program (e.g. Excel Spreadsheet or MathCAD).  A solution can be achieved as follows: 

1) Establish a deck span “S”. 

2) Determine the required flexural rigidity of the deck to meet the design criteria listed above using 

the following equation: 

3738 ∗ 2551 ∗ ∗  

3) Check the provided flexural rigidity based upon the face plate thickness and the elastomer core 

thickness chosen.   Elastomer properties should be based upon  IE published data, adjusted  for 

the maximum in‐service design temperatures of the deck.  The subscript “p” is for the steel face 

plate.  The subscript “c” is for the elastomer core.    

  

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May 14, 2013  27  FINAL Deck Alternative Screening Report 

 

The conservative deflection  limits and boundary conditions generally yield SPS deck solutions that are 

overly conservative.  Although this approach is generally prudent, it yields deck designs that are heavier 

and that will not be viable to replace a lighter steel open grid deck on a bascule bridge.  The use of more 

liberal  deflection  limits  (e.g.  L/300)  can  be  addressed,  if  desired,  by  adjusting  deflection  values.  

However,  as  noted  above,  the  decision  to  use  more  liberal  deflection  limits  may  have  adverse 

consequences  in  the performance of  the wearing surface and possibly other elements of  the deck.   A 

more accurate assessment of the effects of continuity can be addressed by  interpolating between the 

graphs for the upper and lower boundary conditions (i.e. pinned and fixed).   

IE recommends that the deck plate thickness not be less than 3/16‐inch (5 mm) to ensure that fatigue of 

the base material does not occur during the life of the structure.   

2.1.6  Durability and Service Life 

Service Life:   It is anticipated that a properly designed SPS deck system will provide a minimum service 

life  that  exceeds  the  life  of  a  typical  existing  bridge  (i.e.  30  to  40  years).   However,  because  SPS  is 

relatively new (i.e. less than 10 years of experience in bridge deck applications and slightly more than 15 

years  in other civil and maritime applications) there are no  installations close to  this age that confirm 

that this service life can be achieved. 

Fatigue Resistance:  The bond between the relatively stiff elastomer core and the thin metal faceplates 

eliminates  the  need  for welded  stiffener  plates  and  the  stress  concentrations  and  fatigue  sensitive 

details  associated  with  these  stiffeners.    The  continuous  fillet  welds  between  the  faceplates  and 

perimeter  bars  and  the  continuous  fillet  or  groove  welds  used  to  splice  panels  together  introduce 

fatigue  sensitive  details  that must  be  considered  in  the  design  of  the  deck.   However,  these  details 

generally have relatively high fatigue resistance that does not control the design of the deck panels (i.e. 

deflection limits typically control the design of the deck panels). 

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May 14, 2013  28  FINAL Deck Alternative Screening Report 

The fatigue category for the welded connection used  in the splice detail  is not specifically  identified  in 

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications.  However, there are details that are similar and that can be 

used for reference.  Until more extensive testing of this joint is performed, a conservative value for the 

fatigue stress limit is recommended.   

The  bond  between  the  elastomer  and  the  steel  has  been  found  to  be  essentially  fatigue  insensitive 

unless  the bond has been  locally damaged  from  such effects  as high,  localized heat  from welding or 

cutting, or freezing of water that has entered the core. 

Corrosion  Resistance:    Because  the  SPS  panels  are  fabricated  from  steel  plates,  the  panels  are 

susceptible  to  corrosion.   As  such,  the panel exterior  surfaces must be protected with  steel  coatings 

similar to other steel members.  Steel coatings can consist of the same coatings used on the other bridge 

structural members.   Metallizing  the  exterior  steel  surfaces  can  also  be  used  without  concerns  of 

adverse effects to the elastomer core.  The simple, flat surfaces of the SPS panel underside simplify the 

cleaning  and painting.   The use of  corrosion  resistant mechanically  galvanized bolts,  similar  to  those 

currently  used  for  steel  structures  in  coastal  environments  in  Florida,  also  simplify  the  coating 

operations.  Some caulking of joints and faying surfaces may be required in conjunction with this work.   

The  thin  epoxy  polymer, wearing  surface  protects  the  top  faceplate  from  corrosion.   However,  it  is 

important to prevent water from leaking through defects in the wearing surface and reaching the steel 

plate, as this can lead to corrosion.  Corrosion of the top steel faceplate can result in delamination and 

failure of the wearing surface.  As such, it is recommended that a flexible water proofing membrane be 

applied between the top surface SPS panels and the wearing surface. 

Impact Resistance:   SPS deck  is anticipated to have good  impact resistance  in the event that a vehicle 

overturns  and  impacts  the deck  surface.    SPS was  specifically  developed  to provide  impact  resistant 

plate  for  offshore  platforms  and  other  maritime  facilities  and  has  been  thoroughly  tested  to 

demonstrate  this  capability.    This  testing  demonstrates  that  SPS  has  excellent  energy  absorbing 

properties to resist collision, ballistic projectiles and explosions.   

Fire  Resistance:    SPS  panels  have  been  thoroughly  tested  for  fire  resistance  in maritime  (shipping) 

applications.    Testing  demonstrates  that  SPS  has  an  equivalent  fire  rating  of  A60  according  to  the 

International Convention for Safety of Life at Sea (SOLAS) regulations.  SPS panels are non‐combustible 

under  fire  conditions.  In  the  event  of  a  fire,  the  elastomer  core  acts  as  an  insulator,  and  protects 

elements on the opposite side of the SPS panel, away from the fire.   However, heat from the fire will 

likely  damage  the  SPS  faceplates  and  elastomer  core.    In  the  case  of  a  hot  fire,  the  elastomer  core 

exposed  to  the heat  from  the  fire may  transform  into a gas, and vent out of  the panels  if  there  is a 

breach in the faceplates.  

Similar to other steel members, steel  loses strength and stiffness when exposed to high temperatures 

(i.e. greater than 1100 degrees F).  Similar to other steel members, SPS panels are likely to survive short 

duration  fires and/or  fires with  lower  temperatures.   Because  the  loss of strength  is  time‐dependent, 

panels may provide limited structural support for loads on the deck during a fire (e.g. the vehicle on fire, 

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May 14, 2013  29  FINAL Deck Alternative Screening Report 

emergency response vehicles and personnel).  If the deck panels lose strength during these events, the 

steel framing below may steel provide some support to contain vehicles.  

Only a substantial heat source, such as that from a roadway accident with ignited localized fuel spill, is 

expected to threaten the integrity of SPS deck. 

Thermal  Expansion:    Because  SPS  panels  are  fabricated  from  steel,  similar  to  the  bascule  leaf  steel 

framing, differential thermal expansion between the panels and the steel framing will not be a concern.   

The difference in coefficients of thermal expansion between the elastomer (126.9‐155.6 x 10‐6 to m/m°C 

for temperature range of 0 to 40 °C) and steel faceplates (11.7 x 10‐6 m/m °C) is a potential concern and 

risk at normal  in‐service temperature ranges  in Florida.   The thermal contraction of the elastomer can 

result  in  loss  in bond and  the elastomer separating  from  the  faceplates near  the ends of  long panels.  

Anchor bars consisting of a jagged plate attached to the faceplates within the cavity near the ends of the 

plate are recommended to address this concern.  

Chemical Resistance:   The elastomer core has been tested to determine the resistance to a number of 

chemicals  including  saltwater  for maritime  (shipping) applications.   Because  the elastomer  is  injected 

into an airtight cavity when the panels are fabricated, the elastomer  is fully  isolated from exposure to 

chemicals, unless  there  is a breach  in  the  faceplates.   Breaches at  the bolted connections have been 

identified in some circumstances that has allowed water to enter the core. 

The steel faceplates provide similar resistance to chemicals as other steel elements on the bridge.  Paint 

coatings  and wearing  surface  provide  limited  protection  of  the  steel  from  chemicals  and  long  term 

protection from corrosion. 

Ultraviolet  (UV)  Light  Resistance:  Because  the  elastomer  is  injected  into  an  airtight  cavity when  the 

panels are fabricated, the elastomer is fully isolated from UV light. 

2.1.7  Maintenance 

Repair:   Damaged panels may be  repaired by  cutting and  removing  the damaged  section, or by  fully 

removing  and  replacing  the  entire  panel.    Local  repair  involves  removing  the  damaged  steel  and 

elastomer, making  sure  that  the elastomer  is  removed a  sufficient distance  from  the  steel cut  line  to 

prevent the weld heat from damaging the remaining elastomer.  A new steel plate is then butt‐welded 

to  repair  the hole,  and new elastomer pumped  into  the  cavity where elastomer had been  removed.  

Because the repair  involves  injection of new elastomer material  into the core, which  involves specialty 

work,  repairs  by Department maintenance  personnel  are  not  practical.   Required  emergency  repairs 

may result in closure of the bridge for extended periods until the specialty work forces can be mobilized. 

Periodic Maintenance:   The steel SPS panels will periodically require cleaning and painting at the same 

time and with the same paint system as the other bascule span steel members.   More expensive, but 

longer  lasting metallized  coating  systems  can  be  used  with  the  SPS  panels  to  extend  the  duration 

between coatings. 

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May 14, 2013  30  FINAL Deck Alternative Screening Report 

The wearing surface on the SPS deck will require periodic (every 10 to 15 years for thin epoxy polymer 

wearing surface) replacement (see Section 3 Wearing Surface Evaluation). 

2.1.8  Research 

Design  of  SPS  continues  to  evolve  and  significant  research  has  been  performed  on  SPS  since  its 

inception.   From 2005  through 2012, a significant amount of research has been conducted at Virginia 

Polytechnic  Institute  and  State  University  specifically  related  to  the  use  of  SPS  as  a  bridge  deck  to 

AASHTO  LRFD  Bridge  Design  Specifications.    Additional  similar  research  has  been  performed  at  the 

University of Alberta in Canada to the Ontario Highway Bridge Design Code.  Research has been used to 

verify SPS deck behavior including: 

Composite behavior between SPS deck and supporting steel girders  including shear  lag effects, 

effective  width  of  composite  deck,  and  efficiency  of  slip  critical  connections  to  achieve 

composite action, 

Fatigue behavior of several proposed welded and bolted connections and splice details including 

identification of fatigue category, S‐N curves, and endurance limits, 

Ultimate strength of SPS deck panels under concentrated loads simulating wheel patch loads, 

Steel‐elastomer bond behavior and required surface preparation to achieve the required bond 

and shear transfer, 

Fatigue of steel‐elastomer bond damaged by high heat from welding, 

Confirmation of load deflection models and establishment of simplified design methodology. 

Research has  included a combination of finite element analysis, classical plate analysis,  laboratory and 

field testing. 

A  significant  amount  of  additional material  and  load  testing,  not  directly  specific  to  use  of  SPS  as  a 

bridge deck, but  applicable due  to  similarities  in other  civil  engineering  and maritime uses, provides 

confidence  that  SPS  is  a  durable  and  safe  product.    This  testing  included  significant  testing  and 

evaluation of the elastomer material at different temperatures including that required to establish: 

Mechanical  properties  including  density,  tensile  and  compressive  behavior,  shear  modulus, 

Poisson’s ratio, 

Thermal properties  including thermal expansion coefficient, specific heat, thermal conductivity, 

R‐value and thermal diffusivity, 

Saltwater resistance including absorption and effect on material properties, 

Chemical resistance for numerous chemicals, 

Tensile impact toughness, 

Hardness. 

2.1.9  Recent Bridge Installations 

Several highway bridges have been constructed to date using SPS deck including those described below 

to provide additional confidence in the performance of the deck system.  Although none of the bridges 

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May 14, 2013  31  FINAL Deck Alternative Screening Report 

constructed to date are movable bridges, IE has proposed SPS deck for several bascule bridges and has 

performed preliminary design including detailed finite element analysis of these bridges. 

Shenley Bridge:  The Shenley Bridge, built in 2003 in Saint‐Martin, Quebec, Canada was the first bridge 

constructed using an SPS deck.  The bridge is described as follows:  

Two‐lane  bridge,  73.8  ft  span,  with 

three steel plate girders and SPS 6.4‐

38‐6.4  deck  system  (ASTM  A588 

Grade 50 steel). 

Designed  to  Canadian  Highway 

Bridge  Design  Code  with  CL‐625 

design  truck.  IE designed  the bridge 

using  the  finite  element  analysis 

(ANSYS  Software  was  used).  Deck 

was  designed  as  composite  with 

steel  girders,  using  L/400  deck 

deflection limit. 

Construction performed in 14 days. 

Individual panels utilize slip‐critical bolted connections to supporting structure and are spliced 

by field welding. 

A water‐proofing membrane coating (Stirling Eliminator) was applied to the top face of the SPS 

below a 50 mm asphalt wearing surface. 

Guardrails were bolted to perimeter angles welded to the SPS deck.  

Composite action was confirmed by field‐testing of the bridge. 

Lennoxville  Bridge:    The  Lennoxville  Bridge,  rehabilitated  in  2005  in  Lennoxville,  Quebec,  Canada 

included  installation of an SPS deck on  the existing 

stringers.  

The  bridge  is  an  historic  through‐truss 

bridge. 

Replacement  of  the  existing  concrete  deck 

with  a  60%  lighter weight  SPS  6‐38‐6  deck 

and asphalt wearing surface was specified to 

address  structural deficiencies and  increase 

the  capacity  of  the  trusses.  Pedestrian 

walkways  also  consist  of  SPS  panels 

supported  on  brackets  cantilevered 

outboard the trusses.  

The  deck  was  made  composite  with  the 

existing steel girders. 

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May 14, 2013  32  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Deck sections are bolted  together and to the supporting steel beams and  the deck panels are 

additionally field welded. 

The entire SPS deck (16 panels) was installed in a week. 

Cedar Creek Bridge:  The Cedar Creek Bridge, built in 2008 in Wise County, Texas is the first bridge with 

an SPS deck constructed in the United States 

The bridge consists of three 150‐foot spans and is 32 feet wide. 

The deck  consists of an SPS 8‐25‐8 deck  that  spans  transversely 6’‐3 ¼” between  rolled  steel 

W27x114 beams. 

The deck is made composite with the beams by shop welding the deck to the top flange of the 

beams. 

Deck  splices use a  combination of 1” diameter ASTM A325 bolts at 4” o.c.  and a  continuous 

7/16” field groove weld. 

The SPS deck was delivered from the shop with the girders already attached and was installed in 

a single weekend.   

 

Cross Section of Cedar Creek Bridge  

Dawson Bridge:  The Dawson Bridge, rehabilitated in 2010 in Edmonton, Canada is the only bridge with 

SPS deck constructed without field welding.  

The historic bridge was built in 1912 and 

was  originally  designed  to  carry  horse 

drawn wagons and electric trains. 

The  776‐foot  long  bridge  has  five  steel 

truss  spans  with  varying  span  lengths 

and  a  floor  system  with  stringers  and 

floorbeams. 

Replacement of  the existing  lightweight 

concrete deck and timber sidewalks with 

a  lighter weight  SPS 10‐25‐10 deck and 

asphalt wearing surface was specified to 

address  structural  deficiencies  and 

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May 14, 2013  33  FINAL Deck Alternative Screening Report 

increase  the  capacity  of  the  trusses.  The  new  deck  spans  transversely  6’‐2”  between  new 

W18x50 stringers that range in length from 16’‐8” to 17’‐9”.    The asphalt thickness varied from 

1 ½” at the shoulder to 4” at the crown. 

Project included a risk control plan for the SPS deck that consisted of: 

o Background research of available literature on SPS deck systems, 

o Site visits to existing bridges with SPS deck systems and interviews of bridge authorities, 

o Development of a new all‐bolted SPS splice connection and full‐scale laboratory fatigue 

testing of the new deck connection, 

o Enhanced quality control during fabrication and construction of the deck, 

o Monitoring of the deck during service. 

Retrofit of Orthotropic Deck Bridges:    The  steel orthotropic decks of  several  long  span  and movable 

bridges have been retrofitted using SPS technology by field  installing an elastomer core and new steel 

top faceplate on top of the existing deck plate, which became the steel bottom faceplate.  This solution 

was used to stiffen the flexible deck plate and reduce deflections and fatigue stresses.  

2.1.10  Florida Bascule Bridge Specific Solution 

Deck Solution:   Using the preliminary design methodology described above, the required deck solution 

for a typical Florida bascule span would consist of an SPS 5‐30‐5 deck with an overall thickness of 1½” 

and overall unit weight of 22 psf  excluding perimeter bars, wearing  surface, bolts  and  supplemental 

supports.   With these additional  items, the overall unit weight of the deck system  is approximately 28 

psf. 

Structural Modifications:    In order  to  accommodate  the  SPS deck,  the  following modifications  to  the 

bridge are required: 

New stringers are recommended to: 

o Facilitate shop drilling bolt holes  for  the deck connections, which significantly  reduces 

the field work (i.e. match drilling the holes). 

o Provide  a  clean,  smooth  top  flange  that  yields  a more  uniform  bearing  and  faying 

surface. 

o Eliminate pitting from previous surface corrosion that retains moisture and is conducive 

to corrosion development. 

o Eliminate  need  to  exercise  care  in  removing  the  existing  steel  open  grid  deck  and 

corresponding extensive grinding of  stringer  top  flanges  to  remove  residual weld and 

base metal, which greatly reduces construction duration. 

o Yield higher quality stringers. 

o Permit  optimization  of  the  floor  system with  elimination  of  some  stringers.  The  new 

stringers can be spaced anywhere from 4’‐0” to 6’‐0” on center with this deck solution.  

The  same  SPS  deck  solution  can  be  used  for  significantly  varying  stringer  spacing 

because of the characteristics of the load distribution (i.e. wider stringers spacing yields 

greater width of SPS deck  that acts  to  resist and distribute  the  load).   The new  rolled 

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steel stringers will likely be deeper than the existing stringers to accommodate the clip 

angle end connections to the floorbeams.  It may be possible to utilize a slightly lighter 

stringer with more efficient section properties, that is composite with the deck, and/or 

that utilizes higher yield strength (i.e. Grade 50 vs. Grade 36 steel), where possible. 

The  rack  frames  supporting  the  concrete  filled  deck  (bridges  with  Hopkins  frame  drive 

machinery)  require  their  top  flanges be  raised, which  can be achieved by using bolted  flange 

angles with longer vertical legs. 

Removal of spacer bars from the top of the existing floorbeams and main girders is not required. 

Minor modifications to the counterweight including saw cutting and grouting at the transition to 

the SPS deck. 

Deck Connection Details:   The deck will be bolted to the top flange of the new stringers.   At the main 

girders, the deck will be bolted to new steel supports bolted to top flange.  For existing riveted, built‐up 

main girders, the new supports can utilize high strength bolts and the existing holes for the top flange 

rivets.    The  new  supports  can  also  be  field welded  to  the  top  flange  of  the main  girders;  however, 

because  the main  girders  are  fracture  critical  elements,  this  approach  introduces more  risk  and will 

require  weld  procedure  specifications  (WPSs)  in  accordance  with  AWS  D1.5  Bridge Welding  Code, 

Fracture Control requirements. 

 

SPS Panel Deck Connection Details 

The SPS deck for each leaf will extend from the front of the counterweight to the tip of the leaf (i.e. the 

SPS deck will replace both the steel open grid and concrete filled grid decks) and will extend the width of 

the roadway from curb to curb. In order to minimize the number of panel splices, which add significant 

weight  to  the deck,  the SPS panels will generally by oriented with  the  long dimension parallel  to  the 

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May 14, 2013  35  FINAL Deck Alternative Screening Report 

roadway  centerline with  the  panels  spliced  over  each  stringer  or  possibly  every  other  stringer.    The 

panels can be made of a length where only one or two transverse splices are required.  The volume of 

the elastomer core and/or shipping and handling generally govern the length of the panels. 

Panel Splice Details:    IE has developed several SPS panel splice‐connection details, with  the preferred 

and  recommended  detail  consisting  of  a  combination  of  field  bolting  and welding.    The  connection 

serves  the  dual  purpose  of  connecting  the  SPS  deck  to  the  supporting  steel  beams  and  splicing  the 

panels together to provide continuity.  This connection also is used to make the deck composite with the 

supporting steel beams. 

The bolted portion of the connection utilizes a countersunk bolt in a slip‐critical connection to create a 

slush deck  top  surface  that  can  accept  a  thin,  lightweight wearing  surface.   Although, AASHTO  LRFD 

Bridge Design Specifications do not recognize the use of countersunk bolts  in a slip‐critical connection, 

the bolts can be fully tensioned using turn‐of‐nut method, which produces pre‐compression across the 

faying surfaces needed to resist slip. 

 

SPS Deck Panel Splice Detail 

The restraint from the bolted connection can introduce significant residual tensile stresses if welding is 

performed after bolting.   Residual tensile stresses are additive to the tensile fatigue stresses, and may 

reduce fatigue  life of the steel connection.   As such  it  is recommended that the panels be bolted after 

welding is performed.  

In  some  applications,  this  detail  has  permitted water  to  enter  the  elastomer  cavity  through  poorly 

seated  countersunk bolts.      The water  froze during  cold winter  conditions  resulting  in  failure of  the 

panels.   Although  there  is a  lower  risk of  freezing  in Florida, water  in  the elastomer cavity presents a 

potential concern with corrosion.  

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May 14, 2013  36  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Wearing Surface:   SPS deck  requires a  lightweight, skid  resistant wearing surface  that bonds well and 

protects the steel top plate from corrosion.   Available wearing surfaces that meet these requirements 

include: 

Thin epoxy polymer wearing surface with: 

o Several  manufacturers  with  similar  products  that  permits  competitive  bidding 

opportunities, 

o Unit weight of 3 to 4 psf for two‐layer system with ¼” total thickness, 

o Good skid resistance (0.8 to 0.9 friction coefficient), 

o Shop application of large sections and field touch‐up at welded joints, 

o Ability to easily replace and repair surface, 

o Significant experience in similar applications, but 

o Limited service‐life (10 to 15 years) requiring period removal and reapplication. 

Hot‐sprayed aluminum oxide grit (e.g. SlipNOT) with: 

o Unit weight of 0.5 to 1.0 psf, 

o Good skid resistance (0.8 to 0.9 friction coefficient), 

o Shop application, but 

o No experience as permanent roadway surface although limited experience as temporary 

roadway surface  in small areas  (i.e. used on small plates to temporarily cover holes  in 

roadway), 

o Additional research required to verify durability and long‐term skid resistance, 

o Currently no  support  from  supplier  to  re‐apply  in  field; however,  this could change  in 

the future or another technology may be developed. 

(See Section 4 on Wearing Surface Evaluation for more specifics). 

Weight  and  Span  Balance  Requirements:    The  total weight  of  the  required  SPS  deck  and  associated 

perimeter bars,  splice plates, bolts, main girder  supports, and wearing  surface  is  significantly heavier 

than the weight of the typical existing deck to be removed.  A deck that is heavier than the existing steel 

open grid deck will also require additional counterweight ballast, equal  to  two  to  three  times  the net 

increase in weight forward of the trunnion, to balance the leaf. 

Limited capacity of the trunnion assemblies,  limited available space in and around the counterweights, 

and  limited  capacity  of  the  main  girders  typically  limit  the  total  increase  in  weight  that  can  be 

accommodated. 

There are often opportunities  to offset some of  the additional weight by replacing other components 

with lighter components (although this unnecessarily increases the required modifications to the bridge 

and cost of the project) including:  

Replacement of the concrete filled portion of the deck with the proposed lightweight solid deck 

will reduce the overall weight of the deck.   However, because this deck  is  located close to the 

trunnion,  with  more  of  the  deck  located  back  of  the  trunnion,  the  replacement  does  not 

significantly reduce the required additional counterweight ballast. 

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May 14, 2013  37  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Replacement  of  the  stringers  with  lighter,  more  efficient  sections  and/or  reduction  in  the 

number of stringers. 

Replacement of steel sidewalk grating with lighter aluminum sidewalk plate or planking. 

Replacement of the steel sidewalk support members and cantilevered bracket bracing members 

with aluminum members. 

Replacement of steel curbs and/or median with ones made from aluminum. 

Replacement of steel bridge railing with lighter crash tested aluminum railing (e.g. Edgerail). 

2.1.11  Costs 

Construction Costs:   The cost of  the SPS deck system  is anticipated  to be significantly higher  than  the 

cost to replace steel open grid roadway flooring (i.e. approximately two times the cost).   The cost can 

vary due to a number of factors and depends on the modifications required to fully implement the SPS 

deck system. This anticipated work includes a number of items including: 

Removal and disposal of the existing steel open grid and concrete filled deck, 

Fabrication and installation of the new SPS deck panels, 

Replacement of the stringers including end connections, 

Removal of the main girder spacer bars and installation of new supports including replacement 

of some of the top flange rivets with high strength bolts or field welding the supports, 

Installation of the wearing surface, 

Minor modifications to the counterweight including saw cutting and grouting to accept the SPS 

deck,  

Addition  of  ballast  (e.g.  adjustment  blocks,  concrete  and/or  steel  ballast)  secured  to  the 

counterweight, 

Span balance including detailed balance calculations, and instrumentation and recording of the 

balanced condition before and after the work, 

Adjustment of the live loads shoes in conjunction with the deck alignment, 

Adjustment of the span locks in conjunction with the live load shoe adjustments, 

Possible modification of the top of the rack frames  (bridges with Hopkins frame drive systems 

and where the rack frame supports the deck), 

Possible  incidental  work  to  offset  the  increased  weight  including  replacement  of  sidewalk 

grating, sidewalk supports, bridge railing, curbs and/or medians with lighter members, 

Possible  retrofit work  to  the  trunnion assemblies  to  increase capacity  including new  trunnion 

bearing bushings with higher strength bronze material or spherical roller bearings, 

Traffic control, 

Mobilization work. 

Maintenance Costs:   The cost to maintain the SPS deck  is anticipated to be similar to that of the steel 

open grid  roadway  flooring.   Many maintenance activities will be eliminated or  significantly  reduced, 

while other maintenance activities will be added. 

Reduced maintenance activities include: 

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May 14, 2013  38  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Reduction  in  the  frequency of  required cleaning and painting of  the bascule  leaf  steel, as  the 

solid deck better protects these elements, 

Elimination of the need to periodically repair broken steel open grid attachment welds, 

Elimination of need to periodically repair  cracked secondary and tertiary grid bars, 

Elimination  of  the  need  to  periodically  improve  skid  resistance  of  steel  open  grid  (e.g. 

scarification of top surface), 

Reduction in the future replacement of the deck. 

Added maintenance activities include: 

Periodic  repairs  or  replacement  of  the  wearing  surface  (e.g.  thin  epoxy  polymer  wearing 

surface), 

Possible more  frequent  replacement  of  trunnion  bearing  bushings  due  to  heavier  loads  on 

bearings.  

Salvage Cost:  The salvage value for SPS deck will be relatively low with limited scrap value for the steel 

in  the panels.   Although many of  the  Florida bascule bridges are of a  similar  configuration,  it will be 

difficult to remove the panels from one bridge and relocated them to another bridge without damaging 

the panels because of the welded connection and the somewhat sensitive bond between the elastomer 

and the steel faceplates.  

Design Cost: The design cost is anticipated to be significantly more than that for steel open grid deck due 

to  the  need  to  perform  inelastic,  non‐linear,  finite  element  analysis  for  each  design  to  achieve  the 

lightest possible weight solution.  In addition, because the SPS deck details will be initially unfamiliar to 

the  bridge  design  community,  the  cost  of  the  plans  production will  also  be  higher,  until  the  design 

community  becomes more  comfortable with  the  design  and  details,  develops  design  skills  and work 

product (plans and calculations) that can be adapted for use on multiple projects.  

Inspection Cost: The inspection cost may be slightly higher than that required for replacement with steel 

open grid deck, at  least  initially, as  the construction community becomes more comfortable with  the 

quality  control  requirements  for  this  new  type  of  deck  system  and  the  unique materials.    The  shop 

fabrication and welding inspection and field bolting and welding inspection are anticipated to be slightly 

more than that for replacement with steel open grid deck.  

2.1.12  References 

Martin,  James  D.  (2005).  Sandwich  Plate  System  Bridge  Deck  Tests M.S.  Thesis,  Virginia  Polytechnic 

Institute and State University, Blacksburg. 

Lui, G.C., Alexander,  S.D.B.  (2007).  “Fatigue of  Steel Plate  –  Elastomer Composite Beams,”  Structural 

Engineering Report No. 274, University of Alberta, Edmonton, Alberta. 

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May 14, 2013  39  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Boggs, Joshua T. (2008). The Performance and Behavior of Deck‐to‐Girder Connections for the Sandwich 

Plate  System  (SPS)  in  Bridge  Deck  Applications, M.S.  Thesis,  Virginia  Polytechnic  Institute  and  State 

University, Blacksburg. 

Zhou, Feng. (2008). Ultimate Strength of Clamped Steel‐Elastomer Sandwich Panels under Combined In‐

plane  Compression  and  Lateral  Pressure,  PhD  Dissertation,  Virginia  Polytechnic  Institute  and  State 

University, Blacksburg. 

Little,  J.,  Grondin,  G.Y.,  Alexander,  S.C.B.  (2007).  Sandwich  Plate  System  Under  In‐Plane  Load  and 

Uniform  Lateral  Pressure,  Structural  Engineering  Report  No.  267,  University  of  Alberta,  Edmonton, 

Alberta. 

Harris, D.K. (2007). Lateral Load Distribution and Deck Design Recommendations for the Sandwich Plate 

System (SPS) in Bridge Applications, PhD Dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University, 

Blacksburg. 

Kennedy, S.J., Murray, T.M.  (2004). Ultimate Strength of an SPS Bridge – The Shenley Bridge, Quebec, 

Canada,  Paper  Presented  for  Presentation  at  the  September  19‐20  Session  of  the  2004  Annual 

Conference of the Transportation Association of Canada, Quebec City, Quebec.  

Kennedy,  D.L.J.,  Ferro,  A.,  Dorton,  R.A.  (2005)  Tentative  Design  Rules  for  Innovative  Bridge  Decks 

Comprising Sandwich Plate System Panels, Paper Presented for Presentation at the Innovations in Bridge 

Engineering  (A)  Session of  the 2005 Annual Conference of  the Transportation Association of Canada, 

Calgary, Alberta. 

Intelligent  Engineering  (IE).  (2010).  Company  Profile,  http://www.ie‐sps.com/about.html?sku=110 

Accessed February 1, 2012.  

Intelligent  Engineering  (IE).  (2012).  SPS  the  Sandwich  Plate  System,  http://www.ie‐

sps.com/index.html?sku=0  Accessed February 1, 2012.  

Brooking, M.A., Kennedy, S.J. (2003). The Performance, Safety and Production Benefits of SPS Structures 

for Double Hull Tankers, Intelligent Engineering Ltd., Ottawa, Ontario. 

Freitas, S.T.F., Kolstein, H., Bijlaard, Frans. (). Sandwich System for Renovation of Orthotropic Steel Bridge 

Decks. 

Lima, K., Kanji, S., DiBattista, J. (2011). Innovative Rehabilitation Gives new Life to a 100‐Year‐Old Steel 

Truss Bridge, Paper Presented at Bridges – Successes: Let’s Build on Them Session of the 2011 Annual 

Conference of the Transportation Association of Canada, Edmonton, Alberta. 

Paultre, P., Chaallal, O., Proulx, J. (1991). Bridge Dynamics and Dynamic Amplification Factors – A Review 

of Analytical and Experimental Findings. 

   

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May 14, 2013  40  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.2  ALUMINUM ORTHOTROPIC DECK  

2.2.1  Description 

Aluminum alloys have much  to offer  for bridge deck applications, and continue  to be used, primarily 

overseas,  where  their  lightweight,  high  strength‐to‐weight  ratio  and  excellent  corrosion  resistance 

satisfy service requirements. Aluminum  is manufactured by an extrusion process, which permits highly 

customized  sections  that  can  be  optimized  for  a  given  application.    The  lack  of widespread  use  of 

aluminum, despite the structural and maintenance advantages, is primarily due to the high initial cost of 

the material.   

Today, there is a limited number of bridge deck extrusions that have been developed and are available 

for use. SAPA Group currently offers two extruded aluminum orthotropic bridge deck products that have 

been developed and used on bridges in limited use worldwide including installations on bascule bridges:  

SAPA 100, 4‐inch (100 mm) deep, 11‐or 12‐inch wide plank‐like section, connected with adjacent 

section with tongue and groove connection. 

SAPA R‐Shape,  8‐inch  deep,  12‐inch wide  section  fabricated  into wider panels by  friction‐stir 

longitudinal weld at both top and bottom flanges.   

       

(a)                                                                                   (b) 

Available extruded deck sections (a) Sapa 100 (b) Sapa R‐shape. 

Material:  A great number of aluminum alloys might be chosen for bridge deck construction, but those 

most  highly  recommended  and  used  currently  because  of  their  superior  combination  of  strength, 

corrosion resistant, and overall ease of fabrication are alloys of the 5XXX series are used for the plate 

components, and the 6XXX alloys are used for the extruded shapes. Alloy 6063 is a particular favorite for 

the extrusions where complex and/or hollow sections are used. 

Deck systems typically include a thin epoxy polymer bridge deck overlay.   

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May 14, 2013  41  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.2.2  Product Development and Corporate Information 

There  is  a  long  history  (nearly  80  years)  on  the  use  of  aluminum  as  a material  for  bridge  structural 

members and bridge deck in limited use.  The first practical use of aluminum in bridge applications can 

be traced to 1933 when the timber and steel floor system in the Smithfield Street Bridge in Pittsburgh, 

PA, was replaced by an aluminum deck. The change was made to reduce the dead load and increase the 

live  load capacity. The new deck was a riveted orthotropic deck.   The aluminum deck structure carried 

two tracks of electrified trolley cars and two lanes of motor traffic and was the major artery for traffic in 

Pittsburgh. The 1933 deck structure remained in service without problems for 34 years. In 1967 the deck 

was upgraded with a new welded aluminum orthotropic deck with increased load carrying capacity for 

larger,  heavier  trolleys  and  trucks.  This  aluminum  deck  remained  in  service  for  26  years  without 

problems until 1993 when  it was replaced by a steel deck, due to short‐term economics, not  life‐cycle 

cost.  There were also seven highway and rail bridges in the United States and ten in Europe constructed 

with aluminum superstructures from the 1940’s through the 1960’s.  

SAPA  Group,  the  world’s  largest  aluminum  profile  company,  based  in  Sweden  and  with  numerous 

manufacturing plants throughout North America, has significant experience with aluminum bridge deck 

technology that has evolved from 43 years of experience.   SAPA currently owns patents for aluminum 

orthotropic bridge deck technology that has been used on 70 bridge projects in Europe since 1987 and 

more than 110,000 square feet of aluminum bridge deck worldwide.  More information regarding SAPA 

can be found at www.sapagroup.com. 

SAPA 100 Section:   The SAPA 100, 4‐inch deep extrusion  is manufactured  specifically  for bridge deck 

applications and includes both 11‐inch and 12‐inch wide planks.  The product has not been used in the 

United States, but SAPA reports nearly 50 installations in Europe along with a similar product, SAPA 50, 

2‐inch deep plank not considered in this study.   The individual planks are placed on top of the support 

framing,  side‐by‐side  and  connected  to  each other  at  the  top of  the planks with  tongue  and  groove 

connection.  The attachment of the plank to the supporting framing is by way of clamps that engage a lip 

at  the  bottom  plate  between  the  planks, which makes  the  bolts  accessible.  A  thin,  epoxy‐polymer 

wearing surface is typically applied to the top of the planks. 

The  unit weight  of  planks  is  approximately  14  psf,  excluding  fasteners, wearing  surface,  and  other 

appurtenances.  With these additional items, the overall unit weight of the deck system is approximately 

18 psf, which is very similar to the unit weight of many existing steel open grid decks.  

 

SAPA 100 Aluminum Plank Deck System. 

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May 14, 2013  42  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Elements of  this deck  system were  tested and evaluated  in 2009 as part of a  Florida Department of 

Transportation funded research project to  identify a viable alternative deck system for steel open grid 

deck.  The study performed load testing of individual planks under simulated AASHTO vehicular loading 

to evaluate structural performance of the planks.   The  load testing was compared with  finite element 

analysis.  The research also load tested the capacity of the tongue and groove connection between the 

planks and the capacity of the attachment hardware.  The report concluded that this deck system was a 

feasible alternative to steel open grid roadway flooring. 

Despite  the promising performance of elements of  this deck  system,  the  research did not  consider a 

number of important factors: 

The relatively flexible Florida bascule leaf structures experience significant cantilever deflections 

(i.e. significant tension and corresponding elongation of the main girder top flange) both during 

operation and with vehicular  traffic on  the span.   The  large number of  transverse  tongue and 

groove  joints  between  the  planks  will  open  and  close  under  these  deformations.    This 

movement will  likely result  in reflective cracking of the thin epoxy polymer wearing surface at 

the  joints.    This  will  also  permit  moisture  to  penetrate  these  joints  resulting  in  potential 

corrosion concerns of the steel members below. 

Although the clamp‐type connection hardware performed well in laboratory static load testing, 

there are potential long‐term serviceability concerns with this type of connection.  The relatively 

flexible  Florida  bascule  bridges  are  known  to  experience  significant  vibrations  from  traffic 

loading  and  there  are  concerns  that  the  clamp‐type  connection  hardware will  loosen  under 

these vibrations.   Similar clamp‐type hardware has been used on other aluminum products on 

bascule bridges including sidewalk grating and pedestrian railings and has experienced loosening 

of  the hardware.   The  clamp‐type  connection  requires  tight  fabrication  tolerances and nearly 

perfect  fit‐up  to ensure  that  the parts are drawn  into  tight  contact.   Small gaps  can  result  in 

movements between the parts that reduce the bolt pre‐load and allow the nut to loosen over a 

period of  time  from vibrations.   Bolted  connections  that draw  the  faying  surfaces of  the  two 

parts tightly together and that can be fully tensioned have demonstrated better performance. 

The  structural analysis and design  for  this deck  system  is complex and  there currently are no 

simplified,  closed‐form  equations  available  to  assist  designers  in  estimating  wheel  load 

distribution  to  the  planks.   Without  simplified  equations,  finite  element  analysis  is  the  only 

practical available tool to estimate this  load distribution.   The use of finite element analysis to 

design a deck for each bascule bridge rehabilitation project that requires deck replacement adds 

significant engineering cost to the project and is generally not considered practical. 

Although promising in many respects, SAPA 100 deck system is not ready for immediate implementation 

as  an  alternative  deck  system  for  steel open  grid  deck on  existing  bascule bridges  in  Florida.   More 

research  is  required  to verify  the performance of wearing surface and clamp‐type connections  in  this 

application,  and  a  simplified,  closed‐form,  set  of  engineering  equations  are  needed  to  compute  the 

wheel  load  distribution  to  the  planks,  before  this  product  can  be  recommended.    In  addition,  other 

aluminum orthotropic bridge deck products are available that address the above concerns.  As such, this 

product has not been further evaluated in this study. 

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May 14, 2013  43  FINAL Deck Alternative Screening Report 

SAPA R‐Section Deck:   Sapa R‐Section, 8‐inch deep extrusions were developed and are manufactured 

specifically for bridge deck applications.  The 12‐inch wide extrusions are fabricated into wider panels by 

friction‐stir  welding  the  extrusions  together.    The  deck  system  also  includes  a  half‐width,  special 

extrusion that accommodates a bolted splice between panels  that  is  flush with  the  top surface of the 

deck.   Recent advancements  in  friction‐stir welding allows  for  faster and more efficient  fabrication of 

panels.  Friction‐stir welding also introduces significantly less heat than traditional arc welding that can 

weaken the base metal. 

This  extrusion was  originally  developed  by  Reynolds Metal  Company  under  trade  name  Alumadeck.  

Reynolds  Metal  Company  was  later  acquired  by  Alcoa,  Inc.  and  then  SAPA  Group  acquired  the 

technology and  fabrication  facilities  from Alcoa.   This deck  system  is  currently  recognized as Sapa R‐

Section. 

The  unit  weight  of  the  extrusions  is  approximately  21  psf,  excluding  wearing  surface,  connection 

hardware, splice plates, and other appurtenances. With these additional  items, the overall unit weight 

of the deck system is approximately 25 psf. 

 

Friction‐stir Welded Aluminum Sapa R‐Section Panel. 

Attachment of  the  SAPA R‐Section  extrusion  to  the  steel  framing  is  achieved by bolting  through  the 

bottom plate of the extrusion.   Because the panels are made continuous, the interior of the panels are 

not directly accessible for bolting.  As such, SAPA has developed a procedure to insert the bolts. 

A long aluminum angle (approximately half the length of the panel) is fabricated with the bolts 

secured to the horizontal leg. 

The  angle with  the  bolts  is  inserted  in  the  open  end  of  the  panels  between  the  panel web 

members.  The stiffness of the angle allows it to be manipulated from the end and permits the 

bolts to be aligned with the pre‐drilled holes in the panels and supporting framing. 

The openings between  the panel web members must be parallel  to  the  framing members  in 

order to use this procedure.  The location of the supporting framing members must be located 

and aligned such that the bolts can be connected to the flange.  It is recommended that the bolt 

holes in the panels and framing members be match drilled to ensure alignment.  

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May 14, 2013  44  FINAL Deck Alternative Screening Report 

The head of the bolts are locked in to prevent twisting during bolt tightening by the vertical leg 

of the angle.   Bolts are tightened by turning  the nut at  the underside of the top  flange of the 

framing member. 

2.2.3  Recent Bridge Installations 

Virginia  Department  of  Transportation  implemented  Alumadeck  in  two  experimental  bridge 

rehabilitation projects in 1996: 

Corbin Bridge:   Rehabilitation of the historic Corbin Bridge in Huntingdon, VA included replacement of 

the existing bridge deck with  lighter weight aluminum deck to reduce dead  load, preserve the historic 

truss structure, and increase live load capacity.   

Little Buffalo Creek Bridge:  Replacement of the Little Buffalo Creek Bridge on SR 58 near Clarksville, VA 

with a new bridge that included a lightweight aluminum deck was performed for research purposes. 

Research  included  load  testing  and  structural  evaluation  that  compared  theoretical  and 

measured static and dynamic  response  to vehicular  loads.   The  research also  investigated  the 

composite behavior between girders and deck,  live  load distribution  to  the girders, and deck 

fatigue performance. 

The  bridge  consisted  of  a  54’‐7¼”  long  single‐span  structure  with  four  steel  girders  and 

Alumadeck bridge deck. 

The deck panels were oriented with the  longer dimension parallel with the roadway centerline 

and made composite with the girders. 

The Alumadeck performed well in both bridges and the observed behavior was close to that estimated 

by  theoretical  calculations.    The  researchers  concluded  that  Alumadeck  is  a  feasible  alternative  to 

concrete decks on  fixed‐span bridges, where  it  is  crucial  to  reduce  the weight and  improve  live  load 

capacity.  

            

(a)                                                                                  (b) 

Virginia DOT Alumadeck Installations: (a) Corbin Bridge, (b) Little Buffalo Creek Bridge 

Alan Road Bridge:   Replacement of the superstructure on the Alan Road Bridge over Farmington River 

near Sandisfield, MA by Massachusetts Department of Transportation  in 2001,  included a  lightweight 

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May 14, 2013  45  FINAL Deck Alternative Screening Report 

SAPA R‐Section bridge deck to minimize total weight of the structure, preserve the timber abutments, 

and permit rapid construction to minimize the duration the bridge would be out of service. 

The new superstructure  (deck and girders) was  fabricated off‐site as a single unit, shipped by 

truck to the site, and installed on abutments using a single crane lift. 

The bridge is a 53’‐3¾” long, single‐span structure with four steel girders and 889 square‐feet of 

SAPA R‐Section aluminum deck. 

The deck panels were oriented with the  longer dimension parallel with the roadway centerline 

and made composite with the girders. 

       

MassDOT Sapa R‐Section Installation: Alan Road Bridge over Farmington River, MA 

Although the SAPA R‐Section deck demonstrates tremendous promise, implementation of this deck on a 

typical Florida bascule bridge presents a number of challenges that makes the deck less desirable. These 

challenges are described below. 

Significant modifications to existing Florida bascule bridges are required to accommodate a deck that is 

3 inches deeper than the existing 5‐inch deep steel open grid deck.  In order to accommodate this deck, 

the roadway profile at the bascule span must be raised 3 inches which requires: 

Adjustment of the approach span deck profile to match the raised deck on the bascule  leaf by 

lifting the end at the bascule pier by installing a 3‐inch thick fill at the flanking beam floorbeam 

bearings, 

Replacement of the bascule pier sidewalk or raising of the sidewalk by pouring a new sidewalk 

slab on top of the existing sidewalk slab, 

Raising  the  bascule  leaf  sidewalk  by  replacing  the  sidewalk  support  framing,  curbs,  sidewalk 

grating, pedestrian railings, and span lock access hatches, 

Raising  the  control house  floor  and doors,  flooring,  floor hatches,  ladders, plumbing,  control 

desk, electrical penetrations, etc. 

The span capability of the deck  (up to 12  feet) would permit  the deck to span  longitudinally between 

floorbeams and eliminate  the  stringers with new  floorbeams added at mid distance between existing 

floorbeams  (i.e. at the  location of the existing  intermediate cantilevered brackets).   The deck can also 

span transversely across stringers at a wider spacing. 

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May 14, 2013  46  FINAL Deck Alternative Screening Report 

An alternative to raising the roadway profile was also investigated, but was found to introduce too many 

detailing  concerns.    The  deck  will  have  to  be  modified  at  the  main  girders,  floorbeams  and 

counterweight  girders with  shallower  extrusions  (i.e.  the  deck  thickness will  have  to  step) with  the 

following concerns: 

Steps in the deck thickness will introduce stress risers and numerous undesirable details. 

There  does  not  appear  to  be  a  practical  solution  to  accommodate  the  stepping  of  the  deck 

thickness at both the floorbeams and main girders without  introducing a significant number of 

small pieces and corresponding number of additional joints and splices.  

The typical deck connection details used by Sapa for this deck system will also not be practical. 

The  above  concerns  are  applicable whether  the  deck  is  oriented with  the  extrusions  parallel  to  the 

roadway centerline or perpendicular to the roadway centerline. 

The  total weight of  the SAPA R‐Section deck and associated splice plates, bolts, main girder supports, 

and wearing surface is significantly heavier than the weight of the typical existing deck to be removed.  

This also will require additional counterweight ballast, equal to two to three times the net  increase  in 

weight  forward  of  the  trunnion,  to  balance  the  leaf.    The  additional weight may  also  overload  the 

trunnion assemblies, which have limited reserve capacity (see Trunnion Capacity Evaluation).  There are 

opportunities to offset the increase in deck weight with other modifications (although this unnecessarily 

increases the required modifications to the bridge and cost of the project). 

2.2.4  Florida Bascule Bridge Specific Solution 

Deck Solution:    In recognition of the significant advantages of aluminum orthotropic deck systems and 

the need for a  lightweight, solid deck product that can replace steel open grid deck on Florida bascule 

bridges with minimal modifications, a 5‐inch deep version of the SAPA R‐Section, similar to the depth of 

the 5‐3/16” deep steel open grid deck has been developed and evaluated for consideration. This product 

is  considered  a  derivative  of  already  developed  aluminum  orthotropic  deck  designs.      The  proposed 

alternative extrusion was developed, analyzed and evaluated by the research team in consultation with 

SAPA  consultants  including  Randy  Kissell,  lead  author  of  Chapter  7  (Aluminum  Structures)  of  the 

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. Financial viability and product support has been discussed 

with SAPA executives. 

The alternative orthotropic deck design takes advantage of previous product development for the SAPA 

R‐Section and Alumadeck  including  research,  testing, engineering design, and  latest advancements  in 

aluminum  technology  including  friction‐stir  welding.    Because  the  proposed  deck  would  be  nearly 

identical  to  the SAPA R‐Section deck,  the majority of  research previously prepared specifically  for  the 

SAPA R‐Section (e.g. live load distribution, strength, fatigue, deflection, and composite behavior) would 

still be valid for the new extrusion.  Engineering calculations based on previous research for the SAPA R‐

Section  verifies  the  adequacy  of  the  proposed  section.    Additional  testing  of  proposed  alternative 

connections to the supporting steel framing may be warranted.  

The alternative extrusion is depicted below.    

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May 14, 2013  47  FINAL Deck Alternative Screening Report 

 

Alternative 5‐inch Deep Aluminum Orthotropic Deck Extrusion 

Analysis of this alternative extrusion yielded the following results: 

The unit weight of the extrusions is approximately 17 psf, excluding wearing surface, connection 

hardware, splice plates, and other appurtenances. With these additional items, the overall unit 

weight of the deck system is approximately 21 psf. 

Deck is designed to span transversely across stringers. 

Span capability of the deck system is a maximum of 8’‐9” between stringers (governed by L/800 

deflection limits.) 

The  deck  system  comfortably meets  all  AASHTO  LRFD  Bridge  Design  Specifications  Strength, 

Service (Deflection) and Fatigue Limit States (including newly revised and adopted provisions).  

Design is generally governed by local stresses in deck top plate under wheel patch loads. 

The deck is very stiff with very small live load deflections (i.e. approximately L/3000 for stringer 

spacing typical for Florida bascule bridges). 

The  alternative  extrusion  appears  to  be more  efficient  than  the  SAPA  R‐Section with  lower 

governing  top  plate  localized  stresses,  despite  the  use  of  conservative  load  distribution  and 

structural support assumptions used to evaluate SAPA R‐Section.  The lower stresses are due to 

the use of the same top plate thickness as the SAPA R‐Section, even though there  is a shorter 

effective span between web members. 

As discussed with  SAPA,  there may be opportunities  to  further optimize  this alternative extrusion  to 

achieve additional structural efficiency and weight reduction.   

The 5‐inch deep alternative extrusion maintains all of the advantages of the 8‐inch deep SAPA R‐Section 

extrusion, but eliminates the significant disadvantages including: 

The  5‐inch  deep  profile  does  not  require  raising  the  bascule  span  roadway  profile  and 

corresponding substantial bridge modifications. 

The weight of the deck is much closer to that of the existing steel open grid deck.  As such, the 

adjustments  to  the  counterweight  and  additional  load on  the  trunnions  are minimized.    The 

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May 14, 2013  48  FINAL Deck Alternative Screening Report 

solution  does  not  require  other modifications  needed  to  offset  the  increase  in  weight,  not 

otherwise required.  

Structural Modifications:  The  following modifications  to  the  bridge  are  required  to  implement  the 

aluminum orthotropic deck: 

Existing stringers supporting existing steel open grid deck can be reused and remain as currently 

configured.  However, replacement of the stringers is recommended in order to: 

o Facilitate shop drilling bolt holes  for  the deck connections, which significantly  reduces 

the field work (i.e. overhead match drilling these holes). 

o Provide  a  clean,  smooth  top  flange  that  yields  a more  uniform  bearing  and  faying 

surface. 

o Eliminate pitting from previous surface corrosion that retains moisture and is conducive 

to corrosion development. 

o Eliminate  need  to  exercise  care  in  removing  the  existing  steel  open  grid  deck  and 

corresponding extensive grinding of  stringer  top  flanges  to  remove  residual weld and 

base metal, which greatly reduces construction duration. 

o Yield higher quality stringers. 

o Permits optimization of the floor system with elimination of some stringers. 

Existing stringers supporting the concrete filled steel grid deck over the machinery areas require 

lowering by 2 inches to address difference in height between the 3‐inch existing deck and new 

5‐inch deck. 

The  rack  frames  that  support  the  concrete  filled  deck  (bridges  with  Hopkins  frame  drive 

machinery) require that the top flanges be lowered by removing and reattaching the top flange, 

and trimming the top of the web. 

Removal of spacer bars from the top of the existing floorbeams and main girders is not required, 

but  is recommended to eliminate unnecessary  loose contact between the aluminum deck and 

steel framing. 

Minor modifications to the counterweight including saw cutting and grouting at the transition to 

the aluminum deck. 

Deck Connections: The deck will be bolted to the top flange of the new stringers.   At the main girders, 

the deck will be bolted to new steel supports bolted to top flange.   For existing riveted, built‐up main 

girders, the new supports can utilize high strength bolts and the existing holes for the top flange rivets.  

The new supports can also be field welded to the top flange of the main girders; however, because the 

main  girders  are  fracture  critical  elements,  this  approach  introduces more  risk  and will  require weld 

procedure  specifications  (WPSs)  in accordance with AWS D1.5 Bridge Welding Code, Fracture Control 

requirements. 

An alternative deck connection detail is proposed to attach the aluminum orthotropic deck to the steel 

framing using a blind  installed  internally  threaded  rivet  type  connection, a.k.a. Rivnut.   Rivnuts were 

originally developed and patented in the 1936 for use in the aircraft industry to connect thin elements 

and  make  blind  attachments.    Advancements  in  Rivnut  technology  now  include  high‐strength  and 

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May 14, 2013  49  FINAL Deck Alternative Screening Report 

corrosion resistant materials that can accept ASTM A325 high‐strength bolts. Currently, the maximum 

available  size of high‐strength  rivnuts  is ½‐inch diameter; however, Bollhoff,  the manufacturer of  the 

Rivnuts, has indicated that a custom ¾‐inch diameter can be fabricated. 

   

Rivnut (Internally Threaded Rivet) Connection 

The deck will be conservatively treated as non‐composite  in sizing the supporting steel stringers, while 

the number and  size of connection  fasteners will be determined by conservatively assuming  that  the 

deck  acts  compositely  with  the  stringers.  Oversized  holes  in  the  steel  members  will  be  used  to 

accommodate thermal expansion with standard sized holes used at the center of thermal movement to 

secure and maintain the alignment of the panels as the movement occurs and as the bridge raises and 

lowers.  Preliminary  calculations  for  the  strength  of  the  composite  connection  indicate  that  ½‐inch 

diameter bolts at 3¾  inches on center  (i.e.  four connectors per panel opening between the members) 

will  be  adequate.    Alternatively,  ¾‐inch  diameter  bolts  spaced  at  7½  inches  on  center  (i.e.  two 

connectors per panel opening between the web members) will also be adequate.  Bolts throughout the 

panels can be omitted intermittently due to detailing issues without concern.  

Panel Splice Details:  The aluminum deck for each leaf will extend from the front of the counterweight to 

the tip of the leaf (i.e. the aluminum deck will replace both the steel open grid and concrete filled grid 

decks) and will extend the width of the roadway from curb to curb. The transversely spanning panels can 

be made in lengths up to approximately 40 feet.  This will permit the panels to extend the full width of 

the roadway for two‐lane bridges (typically 28 to 32 feet on most two‐lane Florida bascule bridges) and 

half  the width of  the  roadway  for  four‐lane bridges  (typically 42  to 48  feet on most  four‐lane Florida 

bascule bridges) with an open joint between the two halves below the median.  The panels can be made 

shorter and in two halves to accommodate phased deck replacement where required to facilitate traffic 

control. 

Panel splices utilize a special half‐extrusion that is friction‐stir welded to the other extrusions along the 

edges  of  each  panel.    When  two  adjacent  panels  are  butted  together,  the  special  half‐extrusions 

accommodate a bolted aluminum splice plate that fits  in a recess  in the top of the extrusions to splice 

the  panel  top  plate  and maintain  a  flush  deck  surface.    An  aluminum  splice  plate  is  used  on  the 

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underside of the panels to splice the bottom plate. The use of Rivnuts, similar to the deck connection, is 

recommended to address the blind connection for the splice plates. 

 

Possible Detail of 5‐inch Aluminum Deck Spanned Transversely Attached to Existing Stringers 

Wearing Surface:   The aluminum deck requires a  lightweight, skid resistant wearing surface that bonds 

to the aluminum top plate.  Available wearing surfaces that meet these requirements include: 

Thin epoxy polymer wearing surface with: 

o Several  manufacturers  with  similar  products  that  permits  competitive  bidding 

opportunities, 

o Unit weight of 3 to 4 psf for two‐layer system with ¼” total thickness, 

o Good skid resistance (0.8 to 0.9 friction coefficient), 

o Shop application of large sections and field touch‐up at welded joints, 

o Ability to easily replace and repair surface, 

o Significant experience in similar applications, but 

o Limited service‐life (10 to 15 years) requiring period removal and reapplication. 

Hot‐sprayed aluminum oxide grit (e.g. SlipNOT) with: 

o Unit weight of 0.5 to 1.0 psf, 

o Good skid resistance (0.8 to 0.9 friction coefficient), 

o Shop application, but 

o No experience as permanent roadway surface although limited experience as temporary 

roadway surface  in small areas  (i.e. used on small plates to temporarily cover holes  in 

roadway), 

o Additional research required to verify durability and long‐term skid resistance, 

o Currently no  support  from  supplier  to  re‐apply  in  field; however,  this could change  in 

the future or another technology may be developed. 

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May 14, 2013  51  FINAL Deck Alternative Screening Report 

(See Section 3 Wearing Surface Evaluation for more specifics). 

Weight and Balance Requirements:  Due to small differences in the unit weight of the existing deck and 

new deck, the counterweight will require some adjustment.  Because the weight of the new deck is very 

similar  to  the  typical  steel open  grid deck,  adjustments  can  likely be made by  adjusting  the balance 

blocks.  Other modifications to offset the weight are not anticipated. 

2.2.5  Functionality and Safety 

Load  Capacity:    An  aluminum  orthotropic  deck  designed  to  governing  stress  limits  will  have 

corresponding  load  carrying  capacity  in  excess  of  that  required  to  support AASHTO  LRFD HL‐93  Live 

Loads.   The unit weight of the proposed aluminum deck will be close to that of the existing steel open 

grid deck, and thus there will be no reduction in capacity of the bascule span members. 

Rideability:  The aluminum orthotropic deck and the corresponding applied wearing surface will provide 

a  smooth,  continuous  riding  surface  with  a  surface  roughness  comparable  to  asphalt  or  concrete 

pavement.   Because  the aluminum orthotropic deck has greater stiffness  than  the existing steel open 

grid deck, deflections and vibrations will be significantly reduced, which will further improve the quality 

of the ride. 

Skid  Resistance:    Skid  resistance  from  the  applied wearing  surface will  be  similar  to  that  of  asphalt 

pavement.  See Section 3 Wearing Surface Evaluation.   

Noise:  The solid surface of the aluminum orthotropic deck is anticipated to reduce noise generated by 

tires in contact with the deck relative to steel open grid deck.  However, the hollow cells of the deck may 

still generate some resonance due to vibration of the deck thin web members.   

Bicycle  Safety:  The  aluminum  orthotropic  deck  provides  a  solid  riding  surface  for  the  roadway  and 

shoulders with small  longitudinal open  joints  (less  than ½” wide)  located  immediately adjacent  to  the 

curbs or barriers, which will greatly  improve bicycle  safety.   Transverse deck  joints between  the  two 

bascule leaves and between the bascule span and bascule pier will range from ¾” to 1½” in width, but 

should not be a concern for bicyclists. 

2.2.6  Durability and Service Life 

Service Life:  It is anticipated that the aluminum orthotropic deck system will provide a minimum service 

life that exceeds the remaining life of a typical existing bascule bridge (i.e. 30 to 40 years).  Installations 

of  aluminum  deck  in  similar  coastal  environments  in  Europe  confirm  that  this  service  life  can  be 

achieved. 

Fatigue  Resistance:    Significant  research  on  fatigue  of  aluminum  orthotropic  decks  and  conservative 

design practice for fatigue provides that confidence that fatigue will not be a concern.  Advancements in 

aluminum  welding  technology  (e.g.  friction‐stir  welding)  yields  significant  improvements  in  fatigue 

resistant at the welded  joints, although, this  increased fatigue resistance  is conservatively neglected  in 

current design practice. 

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May 14, 2013  52  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Corrosion Resistance:       Aluminum  has  been  commonly  been  used  on  bascule  bridges  in  Florida  for 

various  components  including  sidewalk  surfaces  and  pedestrian  railings without  significant  corrosion 

concerns, where appropriate materials and detailing practices are used.   Aluminum can be subject  to 

several types of corrosion that are either inconsequential or that can easily be mitigated.  

Open  Air  Corrosion:    Uncoated  aluminum  provides  excellent  corrosion  resistance  primarily  because 

aluminum  spontaneously  forms  a  thin  but  effective  oxide  layer  that  prevents  further  oxidation. 

Aluminum oxide is generally impermeable and, unlike the oxide layers on many other metals, it adheres 

strongly to the parent metal. If damaged mechanically, aluminum oxide layer repairs itself immediately. 

The aluminum oxide  layer  is generally stable  in  the pH  range 4  to 9, which  is  the expected pH  in  the 

marine environment. 

The corrosion of metals in the open air depends on the duration of wetness and the composition of the 

surface  electrolytes.  The  duration  of  wetness  refers  to  the  period  during  which  a metal  surface  is 

sufficiently wet for corrosion to occur and it is normally considered to be the period when condensation 

occurs (i.e. duration when relative humidity exceeds 80% and metal surface temperatures are below the 

dew point temperatures) which is usually during nighttime hours.  Condensation does not typically form 

during daylight hours and condensation from nighttime hours usually evaporates quickly after the sun 

rises.  Surface wetness can also occur during periods of fog and splashing from waves, although the deck 

on most bascule bridges  is usually well above  the  splash  zone.   The hollow  interior of  the aluminum 

orthotropic deck can be sealed such that there is not a significant change in humidity. 

In marine  environments,  surface  corrosion  can  result  in  superficial  surface  pitting,  that  is  generally 

considered  inconsequential.   The Swedish Corrosion  Institute has carried out  field exposure  tests  in a 

number of environments and for numerous untreated metals. The average loss in thickness (measured 

by pit depth) of uncoated aluminum plate  in marine environments was  found  to be  less  than 10  μm 

(0.01 mm) per year. 

The details of  the  aluminum orthotropic deck, with  a  flat, horizontal bottom  are  generally  such  that 

there will be no standing water and thus the presence of an electrolyte  is minimized.   The thin epoxy 

polymer, wearing surface provides additional corrosion protection for the top surface of the deck and 

the  high  stiffness  of  the  aluminum  orthotropic  deck  provides  greater  confidence  that  the  wearing 

surface will not be breached. 

Galvanic Corrosion:   Galvanic corrosion can occur when dissimilar metals are  in metallic contact  in the 

presence of an electrolyte  (e.g. wet coastal atmosphere).  In  the presence of a  liquid, a battery cell  is 

created, allowing  current  to  flow with  corrosion occurring at  the anodic  component of  the  cell.   The 

least noble metal  in  the combination becomes  the anode and corrodes, while  the more noble of  the 

metals becomes  the  cathode and  is protected against  corrosion.  In  the aluminum‐steel  combination, 

aluminum is less noble than steel and thus is expected to corrode and sacrifice itself for the steel. 

Although, galvanic  corrosion  from  the direct  contact of uncoated aluminum with  steel  is a known  to 

occur, this issue is easily mitigated.  Where dissimilar metals are used in combination, galvanic corrosion 

can  be  prevented  by  electrically  insulating  the  two  materials.  Painting  the  steel  is  considered  an 

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May 14, 2013  53  FINAL Deck Alternative Screening Report 

adequate insulator and is a practical solution. The Aluminum Design Manual specifies that a steel paint 

system consisting of a zinc primer and intermediate and finish coats containing aluminum, as is the case 

for typical Florida DOT preferred coating systems, will provide adequate separation to prevent corrosion 

due  to  dissimilar  metals.    The  Aluminum  Design  Manual  also  specifies  that  aluminized,  hot‐dip 

galvanized or electro‐galvanized steel placed in contact with aluminum need not be painted. 

Special care should be taken in the selection of the fasteners and/or fastener coatings to avoid galvanic 

corrosion.  There are a number of available steel fastener materials that have been effectively used with 

aluminum on Florida bascule bridges (e.g. Type 316 stainless steel and hot dip galvanized bolts, nuts and 

washers). Stainless steel  is more noble than the aluminum and thus the fasteners are not expected to 

corrode;  however,  the  less  noble  aluminum  may  experience  localized  corrosion  adjacent  to  the 

fasteners  in  severe  conditions, although  this has not been  common on other aluminum materials on 

Florida bascule bridges.  Galvanized steel fasteners contain zinc, which is less noble than aluminum and 

will  protect  the  aluminum;  however,  the  oxidation will  eventually  exhaust  the  zinc  coating  and  the 

fastener  will  have  a  limited  service  life.    Galvanic  corrosion  is  minimized  when  the  more  noble 

component has a small surface area relative to the less noble component.  Because the fasteners have a 

small surface area, compared to the aluminum deck, galvanic corrosion is less of a concern. 

Crevice Corrosion:   Crevice corrosion can occur  in narrow,  liquid‐filled crevices (e.g. the  joints between 

panels). Water on  the  surface  adjacent  to  joints  is drawn,  through  capillary  action,  into  the  crevices 

between  the metal  surfaces. Use  of  sealing  compounds  between  components  can  prevent moisture 

from entering  the  crevices and minimize crevice  corrosion.   Pre‐compression of  the plates within  the 

joint from proper bolt tightening will also act to seal the crevices. 

Impact Resistance:   The 3/8” minimum  thickness of  the  top  flange plate and  the high stiffness of  the 

aluminum orthotropic deck are anticipated to yield relatively good impact resistance in the event that a 

vehicle overturns and impacts the deck surface.    

Fire Resistance:  Similar to steel members, aluminum loses strength and stiffness when exposed to high 

temperatures.  However, the threshold temperature where aluminum is affected by heat is lower than 

that of steel (400 to 600 degrees F for aluminum compared to 900 to 1100 degrees F for steel). 

Similar to steel members, aluminum orthotropic deck is likely to survive short duration fires and/or fires 

with  lower temperatures.   Because the  loss of strength  is time‐dependent, panels may provide  limited 

structural  support  for  loads  on  the  deck  during  a  fire  (e.g.  the  vehicle  on  fire,  emergency  response 

vehicles and personnel).   If the deck panels  lose strength during these events, the steel framing below 

may steel provide some support to contain vehicles.  

Only a substantial heat source, such as that from a roadway accident with ignited localized fuel spill, is 

expected to threaten the integrity of aluminum deck. 

Thermal Expansion: The difference  in  coefficients of  thermal expansion between aluminum and  steel 

(12.8 x 10‐6/°F and 6.5 x 10‐6/°F  respectively) and  the  restraining effects  from bolting  the deck  to  the 

steel framing and the stiffness of the steel framing must be considered in detailing the deck.  In addition, 

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May 14, 2013  54  FINAL Deck Alternative Screening Report 

as the aluminum deck will have more direct exposure (i.e. the aluminum deck will be directly exposed to 

the  sun,  while  the  steel  framing  will  be  shaded  by  the  deck)  and  aluminum  has  higher  thermal 

conductivity (i.e. the aluminum changes temperature at a faster rate than steel), the temperature of the 

aluminum  is  anticipated  to  be  significantly  different  than  the  temperature  of  the  steel.   Differential 

movements between the two materials  is anticipated to be significant (i.e. differential movements will 

exceed 3/8” from counterweight to leaf tip and 1/8” to 1/4” from curb to curb on a typical two‐lane and 

four‐lanes  Florida  bascule  bridges,  respectively).  Because  of  the  magnitude  of  these  differential 

movements,  details  for  attaching  the  deck  will  need  to  accommodate  the movement  and  prevent 

restraint  that  would  develop  large  forces  in  the  deck  and  steel  framing  members.  More  accurate 

assessment of the differential temperature will need to be determined during design. 

The difference in thermal expansion can be addressed as follows: 

Deck panels will  extend  transversely  the  full width of  the  roadway,  from  curb  to  curb,  for  a 

typical two lane Florida Bascule bridge. 

Deck panels will extend transversely half the width of the roadway, with an expansion  joint  in 

the middle of the roadway, beneath the median for a typical four lane Florida bascule bridge. 

The  panels will  be  spliced  such  that  they  are  continuous within  each  floorbeam  bay  in  the 

longitudinal direction, with intermediate expansion joints between the panels located over each 

of the  intermediate floorbeams.   Maximum thermal movements are estimated to be  less than 

1/32‐inch within a floorbeam bay. 

Oversized  holes  in  the  steel members will be used  to  accommodate  thermal  expansion with 

standard  sized  holes  used  at  the  center  of  thermal  movement  (i.e.  at  the  center  of  the 

floorbeam bay) to secure and maintain the alignment of the panels as the movement occurs and 

as the bridge raises and lowers.  The panels will bear on 1/8‐inch thick, high Durometer (70‐90) 

neoprene pads  

Expansion joints between panels and at the curbs can consist of low cost, low maintenance low 

modulus silicone joint sealant with backer rods installed against the vertical plates at the edge of 

the panels or neoprene strip seals secured to the panel special end extrusions. 

Chemical  Resistance:    Aluminum  provides  similar  resistance  to  chemicals  as  steel  elements  on  the 

bridge.  The protective properties of the natural oxide layer, yields good resistance to many chemicals. 

Low or high pH values (less than 4 and more than 9) lead to the oxide layer dissolving and, consequently, 

rapid corrosion of the aluminum. Inorganic acids and strong alkaline solutions are thus very corrosive for 

aluminum. The wearing surface provides limited protection of the aluminum from chemicals. 

Ultraviolet (UV) Light Resistance: Aluminum is not subject to degradation from UV light and there are no 

coatings required for the deck system that can degrade. 

   

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2.2.7  Design and Analysis 

Design  Considerations  and  Approach:    Design  of  the  aluminum  orthotropic  deck  will  be  based  on 

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications.  Design provisions were recently submitted by the aluminum 

industry to AASHTO for consideration and adoption.  The deck is designed for AASHTO LRFD Strength I, 

Service I (deflections) and Fatigue I Limit States (infinite fatigue life).  Similar to steel orthotropic decks, 

the deck is evaluated for three different structural systems: 

System  1: Global  Stresses  (Strength  and  Fatigue)  in  the  deck  due  to  composite  action with 

supporting  steel  framing  are  evaluated.    Although  the  steel  framing  will  conservatively  be 

designed  neglecting  composite  behavior,  it  is  anticipated  that  the  deck  will  exhibit  some 

composite behavior due  to  friction and  resistance  in  the bearing pads between  the deck and 

stringers or main girders. As  such,  the  fasteners used  to  connect  the deck  to  the  supporting 

members will be evaluated for the composite action. 

System 2:  Global Stresses (Strength, Fatigue and Deflection) in the deck due to flexure between 

the stringers are evaluated.  Calculations for load distribution to determine flexural moments in 

the aluminum orthotropic deck panels are based on classical orthotropic deck theory.  The load 

distribution equations have been corroborated by testing of SAPA R‐Section panels performed 

by Virginia Department of Transportation. 

System 3:  Local Stresses (Strength and Fatigue) in the deck top plate due to wheel patch loads 

are evaluated. 

Calculations  can  be  performed with  closed‐form  equations  using  spreadsheets  (e.g.  Excel, MathCAD, 

etc.). 

The design of the deck for typical stringer spacing on Florida bascule bridges  is governed by System 3 

local  fatigue  stresses.   Deflections  corresponding  to  stringer  spacing  found on  typical  Florida bascule 

bridges are very small  (approximately L/3000).   The maximum span capability  (i.e. stringer spacing) of 

the deck is 8’‐9” and is governed by allowable deflection limits (L/800).  

2.2.8  Constructability 

Fabrication: The aluminum orthotropic deck panels and other components (e.g. splice plates, end plates, 

joint  plates,  and  other  appurtenances)  will  be  fabricated  at  an  aluminum  fabrication  plant.    The 

extruded sections will be cut to length and welded together using friction‐stir welding to create panels.  

The  panels will  then  be mated  up  to  the  supporting  stringers  and main  girder  support  angles  in  an 

inverted assembly layout (i.e. the panels and stringers oriented upside down) to permit match drilling of 

the  holes  for  the  connections  and  splices.    The Rivnuts will  then  be  installed  in  to  the  panels.    The 

wearing surface may also be shop applied to the panels and deck top splice plates. 

Tolerances on panel  length, width, camber, and  flatness will generally be similar to that of steel open 

grid deck.   Tighter tolerances on panel sweep and squareness are needed to ensure proper fit‐up of the 

panels at the splices and because the greater lateral stiffness of the panels will not permit adjustment in 

the horizontal plane of the panels.     The use of standard oversized holes  in top flange of the stringers 

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and  main  girder  supports  will  assist  in  accommodating  small  differences  between  shop  and  field 

alignment.  

Field  Installation:    The  existing  steel  open  grid  and  stringers will  be  removed.    The main  girder  and 

floorbeam spacer bars will also be removed and the rack frames and counterweight girder top flanges 

modified  as  required.      The new  stringers  and main  girder  support members will be  installed.    Final 

drilling of the holes in the webs of the floorbeams for the stringer connection angles will be performed 

after the panels are aligned to the stringer top flanges.   Shims between the stringer connection angles 

and floorbeam webs will be provided for adjustment.  Removal of the existing rivets and final drilling of 

the holes  in the horizontal  legs of the new supports at the main girder top flanges (or field welding of 

the supports if permitted) will be performed with the panels aligned to the supports.   

Specialized Inspection: Friction‐stir welding, Rivnut fasteners, and thin epoxy polymer wearing surfaces 

(or hot‐spray applied aluminum oxide grit wearing surface if permitted) are less common to the bridge 

industry and thus inspection of this construction will, at least initially, be considered specialty in nature.    

Fabrication of the aluminum deck will require aluminum fabrication and weld inspection.  The fabricator 

will be required to perform quality control and submit weld procedures specifications and certifications 

and  a  quality  control  plan  that  addresses  the  required  quality  control  functions  to  be  performed.  

Because  of  the  special  requirements  of  the  friction  stir  welding,  it  may  be  necessary  to  employ 

personnel with specialized experience to perform quality assurance for this work. 

Rivnut installation and rivnut bolt tightening quality control procedures will need to be developed.  Field 

welding of main girder supports if permitted will require on‐site involvement by welding inspectors.  The 

contractor  will  be  required  to  submit  weld  procedure  specifications  and  certifications  for  the  field 

welding.  Quality control procedures for the wearing surface will also need to be developed. 

Traffic Control: Because the aluminum orthotropic deck panels will be oriented with the long dimension 

perpendicular  to  the  roadway  centerline  similar  to  steel open grid panels,  there  is an opportunity  to 

replace portions of  the deck  (i.e. one  floorbeam bay at a  time  in  lieu of  the entire deck) during short 

duration  (overnight)  closures  of  the  bridge  in  order  to  minimize  traffic  impacts.    There  are  also 

opportunities to replace the deck in phases in order to maintain traffic on the bridge while the work is 

performed.  The modular fabrication of the panels permits the panels to be fabricated in a size (length, 

width and  thickness)  that  closely matches  that of  the existing  steel open  grid panels  to be  replaced.  

Small  openings  between  the  existing  steel  grid  panels  and  the  new  aluminum  panels  due  to  small 

differences in panel dimensions can be temporarily covered with a thin plate.  Joints in the panel along 

the roadway centerline can permit the panels to be replaced  in  two halves with traffic maintained on 

the  opposite  half.   Details may  need  to  be  developed  to  accommodate  bolting  of  temporary  traffic 

railing to the aluminum deck panels. 

2.2.9  Costs 

Construction Costs:  The cost of the aluminum orthotropic deck system is anticipated to be significantly 

higher than the cost to replace steel open grid roadway flooring (i.e. approximately two times the cost).  

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The  cost  can  vary  due  to  a  number  of  factors  and  depends  on  the modifications  required  to  fully 

implement  the aluminum orthotropic deck  system. This anticipated work  includes a number of  items 

including: 

Removal and disposal of the existing steel open grid and concrete filled deck, 

Fabrication and installation of the new aluminum deck panels, 

Replacement of the stringers including end connections, 

Removal of the main girder spacer bars and installation of new supports including replacement 

of some of the top flange rivets with high strength bolts or field welding the supports, 

Installation of the wearing surface, 

Minor modifications to the counterweight including saw cutting and grouting at the transition to 

the aluminum deck,  

Adjustment of balance blocks, 

Span balance including detailed balance calculations, and instrumentation and recording of the 

balanced condition before and after the work, 

Adjustment of the live loads shoes in conjunction with the deck alignment, 

Adjustment of the span locks in conjunction with the live load shoe adjustments, 

Possible modification of the top of the rack frames  (bridges with Hopkins frame drive systems 

and where the rack frame supports the deck), 

Traffic control, 

Mobilization work. 

Maintenance Costs:  The cost to maintain the aluminum orthotropic deck is anticipated to be similar to 

that  of  the  steel  open  grid  roadway  flooring.    Many  maintenance  activities  will  be  eliminated  or 

significantly reduced, while other maintenance activities will be added. 

Reduced maintenance activities include: 

Reduction  in  the  frequency of  required cleaning and painting of  the bascule  leaf  steel, as  the 

solid deck better protects these elements, 

Elimination of the need to periodically repair broken steel open grid attachment welds, 

Elimination of need to periodically repair  cracked secondary and tertiary grid bars, 

Elimination  of  the  need  to  periodically  improve  skid  resistance  of  steel  open  grid  (e.g. 

scarification of top surface), 

Reduction in the future replacement of the deck. 

Added maintenance activities include: 

Periodic  repairs  or  replacement  of  the  wearing  surface  (e.g.  thin  epoxy  polymer  wearing 

surface). 

Design Cost: The design cost is anticipated to be only slightly more than that for replacement with steel 

open grid deck, at  least  initially, as the design community becomes more comfortable with the design 

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and details, develops design skills and work product (plans and calculations) that can be adapted for use 

on multiple projects. The available closed‐form design equations facilitate simple design calculations. 

Salvage Cost:  Aluminum has a relatively high salvage cost due to the high cost of the material.  Because 

many of the Florida bascule bridges are of a similar configuration, there is an opportunity to relocate the 

deck panels from one bridge and use them on another bridge or to store previously used panels for use 

to replace damaged panels on an individual basis. 

Inspection Cost: The inspection cost may be slightly higher than that required for replacement with steel 

open grid deck, at  least  initially, as  the construction community becomes more comfortable with  the 

quality  control  requirements  for  this  new  type  of  deck  system  and  the  unique materials.    The  shop 

fabrication and welding inspection and field bolting and welding inspection are anticipated to be slightly 

more than that for replacement with steel open grid deck. 

2.2.10  References 

Cousins,  T.E.,  Hezel  II,  R.F.,  Gomez,  J.P.  (2000),  Final  Report:  Classification  of  Longitudinal Welds  in 

Aluminum Bridge Deck, Virginia DOT (VTRC Report No. 00‐CR5).  

Dobmeier, J.M., Barton, F. W., Gomez, J.P, Massarelli, P.J., McKeel, W.T. (1999), Final Report: Analytical 

and  Experimental  Evaluation  of  Innovative  Aluminum  Bridge  Deck  Panel.    Part  I:  Service  Load 

Performance. Virginia DOT (VTRC Report No. 99‐R22). 

Dobmeier, J.M., Barton, F. W., Gomez, J.P, Massarelli, P.J., McKeel, W.T. (1999), Final Report: Analytical 

and Experimental Evaluation of Innovative Aluminum Bridge Deck Panel.  Part II: Failure Analysis. Virginia 

DOT (VTRC Report No., 99‐R22). 

Khaled, T.  (2005) An Outsider Looks at Stir Friction Welding. Federal Aviation Administration Report # 

ANM‐112N‐05‐06.  

Mirmiran, A., Saleem, M.A.  (2009), Alternatives  to Steel Grid Decks. Draft Final Report, FDOT Contract 

Number BC015 RPWO 22. 

Misch, P.J., Barton, F.W., Gomez, J.P., Masserelli, P.J., McKeel, W.T.  (1999), Final Report: Experimental 

and Analytical Evaluation of and Aluminum Deck Bridge. Virginia DOT (VTRC Report No. 00‐R10). 

Prince, R.T. (1997) Evaluation of Field Tests Performed on an Aluminum Deck Bridge. Master of Science 

Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University. 

   

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May 14, 2013  59  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.3.  FIBERGLASS REINFORCED POLYMER (FRP) COMPOSITE DECK 

2.3.1  Description 

Fiberglass  reinforced  plastic  (FRP)  is  a  composite material  that  has  a  number  of  characteristics  that 

makes it a good alternative to replace steel open grid deck on bascule bridges.  FRP composites can be 

designed  to  provide  a  wide  range  of  mechanical  properties  including  tensile,  flexural,  impact  and 

compressive strengths.  FRP composites are generally lightweight (i.e. approximately 20% of steel) with 

high  strength‐to‐weight  ratio  and  are  generally  resistant  to  creep  and  fatigue.    FRP  composites  are 

versatile  and  can  be  fabricated  in many  different  configurations,  customized  specifically  for  a  given 

application  (e.g.  bridge  decks),  designed  and  fabricated  such  that  the  strength  is  oriented  to meet 

specific configuration and loading demands, made into larger more complex structural components and 

systems  that simplifies connections and minimizes  the number of components  that must be handled.  

The  relatively  low modulus of elasticity of FRP composites make  them  relatively  flexible compared  to 

other bridge deck materials and thus deflections generally control the design of FRP bridge decks.  FRP 

composite materials are susceptible  to degradation  from ultraviolet  light and chemicals; however, the 

materials can be formulated with additives to improve the resistance to these effects.   

Material:  FRP generally consists of a combination of: 

Polymer (plastic) matrix (e.g. thermoplastic or thermoset resin) such as polyester, isopolyester, 

vinyl ester, epoxy, or phenolic, 

Reinforcing agent (e.g. as fiberglass, carbon fiber, aramid or other reinforcing material) such that 

there  is  a  sufficient  aspect  ratio  (length  to  thickness)  to  provide  a  discernible  reinforcing 

function in one or more directions. 

May also contain fillers, additives, core materials that modify and enhance the final product. 

The  constituent  elements  in  a  composite  retain  their  identities  (they  do  not  dissolve  or  merge 

completely into each other) while acting in concert to yield the desired properties. 

Various FRP composite bridge deck products have been developed over the last 15 years.  Thickness of 

the various deck products have ranged from 4 to 9  inches depending on the  intended application and 

the thickness of the existing bridge deck to be replaced.  Decks are typically designed to be supported on 

and span  transversely across  longitudinally spanning girders or stringers similar  to other conventional 

decks.  The FRP composite decks are typically modular with panels joined together in the field to create 

a seamless final installation.  The length of the panels are typically equal to the full width of the bridge 

and the width of individual panels are typically 8 to 10 feet wide for fabrication, shipping and handling 

purposes.  The majority of FRP composite deck systems consist of pultruded shapes that are adhesively 

or mechanically bonded  together  in  the  field, and mechanically  fastened  to  the  supporting  structural 

framing.   Nearly all FRP composite decks that have been developed are multi‐cell hollow sections with 

top and bottom faceplates and a series of web members that connect the top and bottom face plates.  

The configuration of  the cross section and details  including splices between panels and connection  to 

the supporting structure has varied significantly among different deck products.   

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May 14, 2013  60  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.3.2  Product Development and Corporate Information 

Since  1996,  there  have  been  a  number  of  different  FRP  composite  deck  systems  that  have  been 

developed, tested, and put into service throughout the United States.  More than 80 vehicular bridges in 

the United  States have been  constructed or  rehabilitated using  FRP  composite decks. FRP  composite 

bridge  decks  technology  continues  to  evolve  with  ongoing  research  and  product  development  and 

enhancement.  Installations to date have yielded mixed durability and performance results. 

Fabrication of FRP composites typically uses one of three current manufacturing techniques: 

Pultrusion:    Pultrusion  is  a  manufacturing  process  for  producing  continuous  lengths  of  reinforced 

polymer structural shapes with constant cross sections. Raw materials consist of a  liquid resin mixture 

and  flexible  textile reinforcing  fibers. The process  involves pulling  the raw materials  through a heated 

steel‐forming  die  using  a  continuous  pulling  device.  The  continuous  reinforcement  materials  are 

saturated with the resin mixture in a resin bath and pulled through the die.   Heat from the die initiates 

the gelation (or hardening) of the resin. A rigid, cured profile is formed that corresponds to the shape of 

the die. 

The  advantage  of  pultrusion  is  that  the  manufacturing  produces  a  well‐controlled  and  consistent 

dimensional profile. Pultrusion  is the most automated process, requiring  little hands‐on  labor.  Internal 

die segments allow open or wrap‐around shapes to be designed and details such as hollow tubes and 

trapezoids to be produced.  The disadvantage is that pultrusion produces long, narrow profiles, so deck 

designs  employing  pultrusion  must  consider  how  to  combine  pultruded  elements  to  create  the 

necessary width.  Pultrusion is by far the most common method used in fabricating FRP composites for 

bridge deck applications. 

Vacuum‐Assisted Resin‐Transfer Molding (VARTM):   VARTM employs a soft bag over the part to seal the 

mold so that a vacuum can be drawn under the bag. Once vacuum is achieved, the part is pressed onto 

the hard  tool by atmospheric pressure. Resin ports on  feed  tubes are  then opened  to permit resin  to 

flow into the mold and infiltrate the dry fabric reinforcement. 

The advantage of VARTM  is  rapid  infusion of  large parts when  the procedure works.  Infusion of  large 

sections can be accomplished in minutes. Because the fiber reinforcement is compressed and locked in 

place  by  atmospheric  pressure  on  the  soft  bag  side,  high  fiber  volume  can  be  achieved.  Good 

dimensional  tolerance  also  is  achieved  because  excess  resin  can  just  flow  out  of  the  vacuum  ports.  

Because  the  resin  flows  indiscriminately  under  vacuum,  the  VARTM  process  requires  volumetrically 

nearly  solid  sections  in  order  to  avoid  forming  resin‐rich  areas  or  resin  pools  in  cavities.  Also,  any 

nonstructural materials  such as  foam core must be able  to  sustain  the atmospheric pressure without 

crushing. 

Hand  Lay‐up  or  Open  Molding:    The  hand  lay‐up  process  is  the  most  fundamental  method  of 

manufacturing still widely used in all industries. Fiber reinforcement is placed in position on the mold or 

plate and then saturated with resin. A crew then uses specialized rollers and paddles to work the resin 

into the fabric, fully wetting the layer. After determining that the layer is fully wetted, the crew repeats 

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the process on succeeding  layers until the  lamination  is complete. The component  is then  left to cure 

thoroughly, which takes from a few hours to overnight. 

The  advantage of hand  lay‐up  is  its  low  capital equipment  costs  and  the  low‐to‐moderate  labor  skill 

required.  These  factors  usually  make  it  the  least  expensive  method  for  one‐of‐a‐kind  or  limited 

production work. For complex parts,  this may be  the only  feasible method.   The disadvantage of  this 

process is the variability in procedure and material properties due to the manual labor involved. 

In  addition  to  the  above manufacturing  processes,  additional  secondary  fabrication  and  assembly  is 

usually required before panels are shipped including: 

Bonding  components  together  to  make  larger  components  and  assemblies  using  epoxy 

adhesives, 

Pre‐drilling holes for component and panel connections and splices for use in the field, 

Material repairs, 

Application of gel coat, 

Surface preparation of top faceplate to accept the wearing surface. 

FRP composite deck components are then shipped to the site, installed on the bridge structural framing, 

spliced together, and secured to the structural framing. 

Splicing of components and panels has been performed using a number of details including both epoxy 

adhesive bonded, bolted, or screwed lap joints.  Panels have been connected and secured to the bridge 

structural framing using a number of different attachments including welded headed studs attached to 

the steel structure and grouted keyways within the panels or through bolted connections. 

2.3.3  Recent Bridge Installations 

Although there are numerous available FRP composite deck products, because the support conditions, 

steel framing configurations, and corresponding stresses and structural deformations on bascule bridges 

are different than those on typical parallel, multi‐girder fixed bridges, only FRP deck systems that have 

been  installed on bascule bridges are  investigated and evaluated  in this study. Two  (2) FRP composite 

bridge deck systems have been used on bascule bridges in the United States: 

DuraSpan:    The  DuraSpan  FRP  composite  deck  system  was  manufactured  by  Martin  Marietta 

Composites.    The  deck  system  consists  of  a  series  of  5‐inch  or  8‐inch  deep,  rectangular, multi‐cell 

pultruded  tubular deck planks spliced  together  in  the  field using epoxy adhesive bonded  lap  joints  to 

make a  continuous  closed deck  system.   The deck planks are  connected  to  the  supporting  structural 

framing using mechanical fasteners (e.g. welded headed studs with grouted cavity within the deck). 

The deck system was installed on three bascule bridges by Oregon Department of Transportation from 

2001  through 2005, one bascule bridge by Multnomah County, Oregon  in 2006,  and one  vertical‐lift 

bridge at the Port of Long Beach, California in 2003.  The deck system has also been installed on several 

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May 14, 2013  62  FINAL Deck Alternative Screening Report 

fixed bridges.  The in‐service product has developed a number of maintenance and durability issues and 

is no longer produced and supported by Martin Marietta Composites.  

 

   

DuraSpan FRP Composite Deck Panel 

ZellComp:  The ZellComp FRP composite bridge deck system was initially developed in 2002 and put in to 

production in 2005.  ZellComp has 5‐, 7‐ and 9‐inch deep versions of the deck system.  The deck consists 

of individual 32‐inch wide lower pultruded sections panels each with four T‐sections that resemble small 

wide‐flanges and made  integral with a bottom plate, and a separate top faceplate that  is mechanically 

fastened to the bottom panel.  The pultruded FRP composite parts are mechanically connected together 

in  the  field  (in  lieu  of  bonded  epoxy  adhesive  joints)  to 

create a continuous closed, multi‐cell, tubular deck system.   

The  lower pultrusion  is  connected  to  the  supporting  steel 

framing using mechanical fasteners (e.g. through bolting of 

the  bottom  plate  or  welded  headed  studs  with  grouted 

cavity  within  the  deck).  The  open  shape  of  the  lower 

pultrusion facilitates this connection.  The upper faceplate is 

connected  to  the  lower  pultrusion  after  the  lower 

pultrusion  is  connected  to  the  structural  framing.    The 

faceplate  is  secured  to  the  top  flanges  of  the  pultruded 

wide‐flange components using mechanical  fasteners.   Self‐

tapping  screws  were  initially  used  to  make  the  blind‐

connection from the top.     Following some performance  issues with this connection,  improvements to 

this  connection have been  proposed  utilizing  rivnuts  (internally  threaded  rivets)  attached  to  the  top 

flange of the wide‐flanges. 

The 5‐inch deep version of the deck has been installed on one bascule span in 2011 and is in the process 

of being  installed on a second bascule span  in 2012, by Multnomah County, Oregon.   The deck system 

has also been installed on several fixed bridges throughout the United States. 

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May 14, 2013  63  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Lewis and Clark Bridge:  Lewis and Clark Bridge, rehabilitated in 2001, over Lewis and Clark River on US 

101  in Clatsop County, near Astoria, OR was one of  two bascule bridges  in  the United States  to  first 

receive an FRP deck.  

Bridge  is  owned  and  maintained  by  Oregon 

Department of Transportation, 

Originally built in 1924, 

112‐foot  Single‐leaf  Bascule  Span  with  20‐foot 

deck width with stringers at 2’‐9” on center, 

Steel open grid deck was replaced with DuraSpan 

FRP bridge deck system (manufactured by Martin 

Marietta  composites).    The  deck,  composed 

primarily of glass  fibers and polyester  resin, was 

nominally  5  inches  thick  and  weighed  approx.  

15 psf, 

77,000  lbs.  of  ballast  required  for  each 

counterweight, 

2‐inch  thick  epoxy  concrete  wearing  surface 

exhibited  cracking  within  1  year  and  is  in  very 

poor condition after 9 years,  

FRP  composite  deck  and  connections  are  sound 

after 9 years, 

A field visit of the bridge in December 2011 by the 

research  team  revealed  that  the  FRP  deck  is  in 

poor  condition with  signs of  the  typical  cracking 

at  the  joints and adjacent  failure of  the wearing 

surface as well as random delamination and cracking throughout, 

Bridge carries an average of 3,300 vehicles per day and is posted for a load limit of 40 Tons. 

Old Youngs Bay Bridge:   Old Youngs Bay Bridge,  rehabilitated  in 2002, over Youngs Bay on US 101  in 

Clatsop County, near Astoria, OR was one of two bascule bridges in the United States to first receive an 

FRP deck.  

Bridge  is  owned  and  maintained  by  Oregon 

Department of Transportation, 

Originally built in 1921, 

166‐foot  Double‐leaf  Bascule  Span  with  20‐foot 

deck width with 5’‐4” stringer spacing, 

Bridge  carries  an  average  of  5,600  vehicles  per 

day and is posted for a load limit of 40 Tons, 

Steel open grid deck was replaced with DuraSpan 

FRP bridge deck system (manufactured by Martin 

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May 14, 2013  64  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Marietta  composites).   The deck,  composed primarily of glass  fibers and polyester  resin, was 

nominally 5 inches thick and weighed approximately 15 psf, 

30,000 lbs. of ballast required for each counterweight, 

½‐inch epoxy concrete wearing surface exhibited 

cracking  in  less  than  1  year  and  severe  cracking 

after 4 years, 

FRP composite deck and connections  failed after 

5 years including punch through in a few locations 

and deck‐stringer connections breaking apart, 

FRP  composite  deck  was  replaced  with  a  steel 

open  grid  deck  in  2010  following  poor 

performance  and  premature  failure  of  the  FRP 

deck. 

Siuslaw  River  Bridge:    Siuslaw  River  Bridge,  rehabilitated  in  2005,  over  Siuslaw  River  on  US  101  in 

Florence, OR is an historic bridge that received an FRP deck.  

Bridge  is  owned  and  maintained  by  Oregon 

Department of Transportation, 

Originally built in 1936, 

149‐foot  Single‐leaf  Bascule  Span  with  27‐foot 

deck width, 

Bridge  carries  an  average of 20,000  vehicles per 

day, 

Steel open grid deck was replaced with DuraSpan 

FRP bridge deck system (manufactured by Martin 

Marietta  composites).    The  deck,  composed 

primarily of glass  fibers and polyester  resin, was 

nominally  5  inches  thick  and  weighed  approx. 

15 psf. 

Wearing  surface  (URE‐FAST  PF‐60  consisting  of 

two‐component  urethane,  sprayed  into  pre‐

placed crushed rock and topped with coarse sand 

to  create  a  semi‐rigid  polymer  concrete)  is  in 

good  condition  with  minor  to  moderate  wear 

after 6 years. 

Connection details show minor and localized degradation 

Broadway Bridge:  Broadway Bridge, rehabilitated in 2004 

over the Willamette River, Portland, Oregon is the largest 

bascule bridge in the world with an FRP deck. 

Bridge  is  owned  and maintained  by Multnomah 

County, 

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May 14, 2013  65  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Originally built  in 1913,  the historic bridge has  served Portland’s marine  (river) and vehicular 

traffic quite well for more than 90 years, 

278‐foot Double‐leaf Rall Type Bascule Span with a 

46‐foot deck width,  is the seventh  longest bascule 

bridge in the world, 

Bridge  carries  an  average  of  29,400  vehicles  per 

day, 

Steel open grid deck was  replaced with DuraSpan 

FRP bridge deck  system  (manufactured by Martin 

Marietta  composites).    The  deck,  composed 

primarily  of  glass  fibers  and  polyester  resin, was 

nominally  5  inches  thick  and  weighed  approx. 

15 psf, 

A portion of  the DuraSpan FRP deck was  removed and  replaced with a ZellComp FRP deck  in 

2011 to accommodate a new street car.  

A field visit of the bridge and meeting with the owner in December 2011 by the research team 

revealed the following: 

o The First FRP deck has experienced some surface cracking and debonding of the friction 

course. Cracking occurred at the grouted connections. The owner believes this is due to 

the stiffening effect of the grout compared with the otherwise flexible FRP. Some of the 

surface debonding is random – at locations other than the joints. 

o The new ZellComp FRP replacement deck has developed cracks at the transverse joints 

between deck plates soon after being subjected to traffic. These  joints have been saw 

cut  and  filled with  joint  sealant.  To  date,  the  friction  course  overlay  (3/8”  aggregate 

broadcast onto epoxy) has remained securely bonded. 

o The owner reported that ZellComp initially applied a coating with a non‐slip surface on 

the  FRP  top plate  to  receive  the wearing  surface, but  the wearing  surface debonded 

under traffic. In testing various methods of surface preparation, the owner determined 

that a shot blasted surface improved the bond of an aggregate broadcast on epoxy. 

o The owner has decided to use rivnuts to secure the top plate to the lower pultrusion in 

the field and has demonstrated that the screws can be replaced if needed.  

Morrison Bridge:     Morrison Bridge, rehabilitated  in 2012, over Willamette River  in Portland, Oregon  is 

the most recent bascule bridge to receive an FRP deck and will have the highest volume of traffic for a 

bridge with FRP deck. 

Bridge is owned and maintained by Multnomah County, 

Originally built in 1958,  

340‐foot Double‐leaf Bascule Span with a 78‐foot deck width,  

Bridge carries an average of 53,800 vehicles per day, 

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May 14, 2013  66  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Steel open grid deck  is  in the process of being replaced with a ZellComp FRP bridge deck system.   The 

deck, composed primarily of glass  fibers and polyester  resin, has a nominal  thickness of 5  inches and 

weighs  approximately  21  psf.    ZellComp  has  added  a  glass mat  across  the  joints  in  the  top  plates, 

bonded with resin  in an attempt to prevent cracking of the  friction course.   The deck  is bolted to  the 

stringers. 

Other Bridge Products:   There are a number of other FRP  composite bridge deck products  that have 

been  developed  and  others  currently  in  development,  but  none  of  these  have  been  installed  on 

vehicular bascule bridges in the United States (e.g. Strongwell, Bridge Composites, FiberSpan, et al). 

2.3.4  Design and Analysis  

Design  Considerations:    Although  there  has  been  significant  research  and  development  of  FRP 

composite deck system over the last 15 years, industry standard design and construction specifications, 

and  guidelines  are  not  available.    As  such,  the  use  of  FRP  composite  bridge  decks  is  generally  still 

considered experimental.   Most of the current FRP composite deck products are proprietary, designed 

using product or project  specific  research, and manufactured using proprietary material  formulations 

and/or  fabrication methods.     Most  installations  by  bridge  owners  have  relied  upon manufacturer 

research, technical data, guidelines and recommendations. 

The lack of industry standard design and construction specifications and guidelines is largely due to the 

proprietary nature and wide variety of FRP composite deck products. This is expected given that the FRP 

composite  technology permits products  (e.g. bridge decks)  to be  readily  customized  including  fibers, 

fiber architecture, and resins to suit a specific application.  The nature of manufacturers to protect the 

intellectual  property  of  the  proprietary  product  research  and  development  is  not  conducive  to 

development of  standardized design and  construction  specifications and guidelines. As  such,  there  is 

limited interchangeability between various FRP composite deck products. 

The significant variety of proprietary FRP composite deck products includes significant variations in: 

Cross‐sectional geometry, 

Design and performance criteria, 

Materials including the resins, reinforcing, reinforcing architecture, 

Manufacturing methods, 

Critical details including deck structure, connections between components and subsystems, and 

connections to the supporting bridge structure, 

Type,  quantity  and  quality  of  research,  analysis,  testing,  evaluation  and  peer  review  used  to 

validate the deck product. 

The  use  of  performance‐related  specifications  instead  of  prescriptive  specifications  has  been 

problematic.  Performance‐related specifications are not conducive for products that require long‐term 

(greater  than  five  years)  maintenance  performance  as  it  is  not  practical  to  enforce  performance 

requirements  long  into  the  future.   Without prescriptive  specifications, product details  can be  easily 

changed without validation from through testing and evaluation. 

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May 14, 2013  67  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Relevant Research: Over the last 15 years, there has been very limited interaction and no continuity or 

common goals between various research projects. Aside from scholarly  journal articles, which typically 

appear  long after project completion, and conference presentations,  in which details are sketchy,  the 

sharing of findings is virtually nonexistent. The ineffectual end results of these fragmented efforts over 

the last 15 years support these conclusions.  

Most research has demonstrated that FRP composite decks have significant strength and can easily be 

designed and developed  to  resist HL‐93 design  live  loading at  the Strength Limit State  in  the AASHTO 

LRFD Bridge Design Specifications.  However, because of the low modulus of elasticity of FRP composite 

materials and  the  flexibility of FRP composite decks, other aspects of the deck design  (e.g. deflection, 

fatigue of connection and panel splice details, wearing surface performance) usually are more important 

in  the deck product development.   Strength and stiffness of  the FRP composite depends on  the  type, 

quantity and orientation of the fiber reinforcing, and resin matrix used to form composite material. 

Design Approach:   Currently,  there  is no  simplified  structural  analysis method  (e.g.  simplified  closed‐

form  equations)  endorsed  by  AASHTO  that  are  available  to  accurately  compute  the  live  load wheel 

distribution  for  FRP  composite decks.   However,  research performed  in  2007 by Virginia  Polytechnic 

Institute and State University, that included an extensive parametric study using finite element analysis 

and validated by laboratory testing, yielded a proposed an equivalent strip equation: 

  W = 0.0046S2 ‐ 0.47S + 28, where, S = Girder Spacing (inches) 

It is observed that the deck relative deflections from strip method generally show good agreement with 

the lab measurements for the cases when lab measurements are available.  The research is based on a 

single  FRP  composite  bridge  deck  type,  Strongwell  FRP  Deck,  and  thus  it  is  not  clear  whether  the 

equation  is applicable to other FRP composite decks.    In the absence of similar research for other FRP 

composite decks,  it gives a simplified general approach that can be used. The research concluded that 

the strip method specified  in AASHTO LRFD Bridge Design Specifications for analysis of concrete, steel 

grid and timber decks can also be applied to FRP composite decks in conjunction with the proposed strip 

width equation. 

AASHTO  LRFD  Bridge  Design  Specifications  do  not  provide  equations  to  determine  the  live  load 

distribution  factor  for  steel  beams when  the  deck  consists  of  an  FRP  composite material.  The  same 

research  above  by Virginia  Polytechnic  Institute  and  State University  included  a  parametric  study  to 

estimate  live  load distribution  factor  for  this case. Both  finite element analysis and  laboratory  testing 

demonstrated that the  live  load distribution factor equation for glued  laminated timber decks on steel 

stringers provide a good estimate of  load distribution  factor  for FRP composite deck on steel girders.  

This  is  likely because FRP composite decks generally have similar stiffness  to  laminated  timber decks.  

The lever rule approach can also be used to conservatively estimate the live load distribution factor for 

FRP  composite deck on  steel girders. This  research was performed with  the  conservative assumption 

that the FRP deck is non‐composite with the steel girders. 

The ZellComp 5‐inch deep FRP composite deck was evaluated using the closed‐from equation above for 

the stringer spacing found on typical Florida bascule bridges.   The deck met Strength  I Limit State, but 

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May 14, 2013  68  FINAL Deck Alternative Screening Report 

calculated Service I Limit State deflections were 0.10” (L/467), which is greater than the L/800 deflection 

limits. Because testing of this deck system  identified  loosening of screws and  loss of composite action 

between upper facesheet and the lower pultrusion, section properties conservatively consider the lower 

pultrusion only.  Because of the issues with the facesheet fasteners, it is recommended that alternative 

fasteners (e.g. Rivnuts) be considered, evaluated and tested.   Successful strength and fatigue testing of 

alternative  fasteners may  permit  the upper  faceplate  to be  considered  as  composite with  the  lower 

pultrusion with reduced calculated deflections. 

There are several factors that must be considered in making a decision regarding the design of the deck 

for deflections: 

Although AASHTO LRFD Bridge Design Specifications do not  specifically address  the deflection 

limits  of  FRP  composite  decks, mandatory  L/800  deflection  limits  for  these  decks  have  been 

endorsed by many researchers, bridge owners, and FHWA similar to that of steel grid and other 

lightweight metal decks.   However, other  researchers  and bridge owners have endorsed  less 

restrictive L/500 deflection limits. 

The selection of a deflection  limit yields significant differences  in the final FRP composite deck 

design and makes a difference whether the solution  is viable or not viable.      In order to meet 

L/800 deflection  limits, a ZellComp deck with a depth greater  than 5  inches  is  required using 

stringer spacing on typical Florida bascule bridges, which is difficult to accommodate due to the 

significant  modifications  to  the  bridge  required  to  raise  the  roadway  profile  grade.  

Alternatively, additional  stringers  can be added and/or  the  stringers  re‐spaced; however,  this 

adds weight to the bascule leaf. 

The effect of deflections on driver comfort is not likely to be a concern for the anticipated deck 

span  lengths.   Live  load deck deflections are anticipated to be small  (i.e.  less than ¼”) and are 

anticipated to remain constant over the length of the bascule span (i.e. deflections will not vary 

over the length of the bascule span and cause vertical accelerations that affect driver comfort).  

For  the  typical  bascule  span  framing  configuration, maximum  deflections will  occur  directly 

under the wheel and deck stiffness will generally remain uniform over the length of the bascule 

span  where  the  deck  is  supported  only  by  the  stringers  and  not  directly  supported  at  the 

floorbeams.  Research indicates that vertical acceleration limits is a more appropriate means of 

addressing driver comfort than arbitrary deflection limits. 

Various  studies  regarding  dynamic  amplification  of  live  loads  indicates  that  dynamic 

amplification values increase with decreasing deck stiffness.   As such, dynamic load allowances 

specified  by  AASHTO  may  underestimate  actual  values  on  flexible  decks.  A  conservative 

estimate of the dynamic load allowance is recommended for the FRP composite deck design if a 

more flexible deflection limit than L/800 is used. 

Excessive deflections may result in durability concerns for the wearing surface.   Wearing surface 

durability  is  a well‐documented  concern on bridges with orthotropic decks with  flexible deck 

plates.    There  are  no  specific  studies  that  have  tested  the  durability  of  thin  epoxy  polymer 

wearing surfaces on flexible FRP composite decks.  However, case studies of existing FRP decks 

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May 14, 2013  69  FINAL Deck Alternative Screening Report 

with  thin epoxy polymer overlays  indicated  that premature  failure of  the wearing surface  is a 

wide spread problem. 

In order  to  reduce  the weight of  the FRP composite deck on a bascule  span,  lightweight  thin 

wearing surfaces are required.  Thin wearing surfaces do not have the ability to distribute wheel 

contact pressures  to a  larger surface area  like  thicker asphalt wearing surfaces used on some 

FRP  composite  deck  installations.   As  such, wheel  patch  loads  are  likely more  concentrated.  

Laboratory  testing  of  FRP  composite  decks  has  typically  taken  a  conservative  approach  that 

neglects the load distribution benefit of the asphalt wearing surfaces. 

The modulus of elasticity of the resins used  in FRP composite material reduces with  increased 

temperatures and temperatures in Florida are generally higher than those in northern climates.   

Research demonstrated a loss in stiffness of nearly 20% to 25% over a temperature range from 

70 to 130°F. As such, it is recommended that conservative physical properties corresponding to 

maximum anticipated in‐service temperatures be used in the design of the deck for deflections. 

Exposure of FRP composites to ultraviolet light has shown to cause degradation causing micro‐

cracking of the composite resins that reduce the stiffness of the deck and increases deflections. 

The following additional design considerations are recommended by FHWA in the absence of provisions 

in AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. 

To avoid  long  term creep, predicted strains under design  load should be  less  than 20% of  the 

FRP composite material minimum guaranteed ultimate strength based on coupon testing. 

An  environmental  durability  factor  of  0.65  is  recommended  to  the  material  properties  to 

account for degradation of properties over time. 

In cases where  the deck  is expected  to  fail  in a manner other  than  tension of  the  laminate, a 

factor of safety of five should be applied.  

Because  of  the material's  typical  low modulus  of  elasticity, most  designs  will  be  driven  by 

deflection  limitations and not  strength  requirements.   Although  the  criterion  for deflection  is 

somewhat arbitrary, it is typically be kept at 1/800 of the supporting span length. 

2.3.5  Functionality and Safety 

Load  Capacity:    An  FRP  composite  deck  designed  to  governing  stress  limits  with  sufficient  reserve 

capacity to address anticipated degradation will have corresponding load carrying capacity in excess of 

that  required  to  support  AASHTO  LRFD  HL‐93  Live  Loads.    The  unit  weight  of  the  proposed  FRP 

composite deck will be close to that of the existing steel open grid deck, and thus the weight of the deck 

is not anticipated to significantly reduce the capacity of bascule span members. 

Rideability:    The  FRP  composite  deck  and  the  corresponding  applied wearing  surface will  provide  a 

smooth,  continuous  riding  surface  with  a  surface  roughness  comparable  to  asphalt  or  concrete 

pavement. 

Due  to  the  relatively  low modulus  of  elasticity  of  FRP  composites,  the  decks  exhibit  relatively  low 

flexural stiffness and corresponding greater deflections and vibrations that are a significant design issue.   

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May 14, 2013  70  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Vibration  characteristics  of  FRP  composite  decks  have  been  shown  to  be  significantly  different  from 

those of conventional reinforced concrete bridge decks, necessitating a further evaluation of deflection 

criteria for these decks. For reference, research has demonstrated that FRP composite decks generally 

deflect 50 to 60% more than typical concrete decks for the same deck span.  Although mandatory L/800 

deflection  limits  for  these decks have  generally been  applied,  similar  to  that of  steel  grid  and other 

lightweight metal decks, some researchers have surmised that better economy could be achieved if this 

deflection  limit  were  liberalized.    This  has  lead  researchers  to  suggest  a  number  of  alternative 

serviceability criteria  including new proposed empirical formulations for calculating maximum  live  load 

acceleration  response,  as  a  function  of  the  first  bending  modal  frequency  of  the  bridge,  and 

corresponding alternative serviceability criteria  that  limits vertical acceleration  to  that consistent with 

human tolerance to vibrations.  

Skid  Resistance:    Skid  resistance  from  the  applied wearing  surface will  be  similar  to  that  of  asphalt 

pavement.  See Section 3 Wearing Surface Evaluation.   

Noise:  The solid surface of the FRP composite deck is anticipated to reduce noise generated by tires in 

contact with the deck relative to steel open grid deck.   However, the hollow cells of the deck may still 

generate some resonance due to vibration of the deck thin web members.   

Bicycle Safety: The FRP composite deck provides a solid  riding surface  for  the  roadway and shoulders 

with  small  longitudinal open  joints  (less  than ½” wide)  located  immediately  adjacent  to  the  curbs or 

barriers, which will  greatly  improve  bicycle  safety.    Transverse  deck  joints  between  the  two  bascule 

leaves and between the bascule span and bascule pier will range from ¾” to 1½”  in width, but should 

not be a concern for bicyclists. 

2.3.6  Durability and Service Life 

Service Life: The primary concerns with FRP composite bridge decks are durability and service life.   An 

investigation performed  in 2006  reviewed  the performance of  the FRP composite decks of 83 bridges 

constructed from 1999 to 2001.  Although this study did not concentrate on FRP composite decks found 

on  bascule  bridges,  the  issues  described  are  symptomatic  of  the  issues  found  on  bascule  bridges.  

Although the average age of these decks was less than 5 years at the time, the survey indicated that the 

bridges exhibited a number of concerns and problems, including issues with: 

Failure of the deck at joints between deck panels with corresponding reflective cracking in the 

wearing surface and water leakage through the joints to the steel framing  below, 

Delamination and debonding of thin wearing surfaces, 

Non‐uniform support of the deck at the haunch supports with corresponding panel movement 

under traffic, 

Failure of the traffic railing curbs and parapets, 

Failure at approach joints, 

Failure of deck connectors, which ranged from bolted clamp‐type connectors to welded headed 

studs in grouted cavities in the deck, 

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May 14, 2013  71  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Delamination of  the FRP composite materials and corresponding moisture  ingress  that makes 

the material susceptible to freeze‐thaw. 

A series of pictures below illustrate typical deficiencies. 

 

Reflective cracking and oozed material at FRP deck‐to‐deck joints 

    

             Debonding at Joint and below Wear                                 Misalignment of Deck‐to‐Deck Joint 

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May 14, 2013  72  FINAL Deck Alternative Screening Report 

     

            Leakage through Deck‐to‐Deck Joint                         FRP Deck and Connection Studs Separation 

    

                  Clip Type Connection Separation                                                    Crack in Haunch 

    

                 Delamination of Wearing Surface                                    Wearing Durface Debonding 

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May 14, 2013  73  FINAL Deck Alternative Screening Report 

    

                   Buckling of Wearing Surface                                       Typical Steel Railing Connection 

    

           Factory Joint on Pultruded Sandwich Deck                 Section of Deck with a 3‐ft Diameter Bubble 

    

          Water found within core of deck after drilling              Tearing of core and faceplate buckling 

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May 14, 2013  74  FINAL Deck Alternative Screening Report 

     

                               Faceplate crippling                                                   FRP Delamination (ZellComp) 

    

                       Lip Separation (ZellComp Deck)                            Web Buckling (ZellComp Deck) 

Creep  Resistance:  The  addition  of  the  reinforcement  to  the  polymer  matrix  increases  the  creep 

resistance  (i.e.  resistance  to permanent deformations  from sustained  loads).   Creep  is generally not a 

concern for FRP composite bridge decks as the deck is not subject to large permanent loads. 

Environmental Exposure:   Although  FRP  composite materials  are non‐corrosive materials  and deicing 

chemicals and saltwater will not corrode the material, exposure to these can degrade the strength and 

stiffness of  the  FRP  composite material.     Research demonstrated degradation of  the  FRP  composite 

material from environmental exposure (30% decrease in modulus of elasticity and corresponding panel 

stiffness when exposed to a calcium chloride solution; 35% decrease in tensile strength when exposed to 

a  sodium  hydroxide  solution).  Degradation  is  believed  to  be  accelerated  with  higher moisture  and 

elevated temperatures. 

In addition,  FRP  composite materials were  found  to degrade  from weathering effects, particularly by 

ultraviolet  (UV)  light.  Ultraviolet  photons  from  the  natural  solar  radiation  cause  photo‐oxidative 

reactions  that can alter  the molecular  chain of polymers and produce micro  cracking  in  the polymer. 

Both  laboratory  testing and observations and  testing of  in‐service FRP  composite materials  identified 

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May 14, 2013  75  FINAL Deck Alternative Screening Report 

surface micro‐cracking and chemical degradation of  the epoxy and corresponding  reduction  in  tensile 

strength of FRP composite materials.  Laboratory testing that included exposure of fiberglass and carbon 

fiber  reinforcing  samples  to  UV  radiation  demonstrated  10%  reduction  in  tensile  strength.  FRP 

composite materials exposed  to  sunshine  for a period of 42 months experienced a 40%  reduction  in 

tensile strength. 

FRP composite materials that will be subject to these conditions are normally fabricated with a surface 

layer containing a pigmented gel coat or UV  inhibitor  included as an additive to the composite matrix.  

Both methods provide protection  to  the underlying material by screening out UV rays and minimizing 

water absorption along the fiber‐resin interface.  The thin epoxy polymer wearing surface can also act to 

protect  the upper  faceplate  from exposure. The durability of FRP  composite materials  in  the alkaline 

environment and from exposure to UV light is strongly dependent on resin types and the manufacturing 

processes.  Degradation has shown to occur if the fiber reinforcing is not properly coated and shielded 

by the resin matrix.  Cutting and drilling of FRP composite panels can expose the fiber reinforcing.  The 

protective benefit of the wearing surface is removed if the wearing surface is breached. 

Freeze‐thaw Resistance:  FRP composites have low water absorption and thus are generally considered 

resistant  to destructive expansion of  freezing water.   However,  research has  shown  that  freeze‐thaw 

cycles  in  cold  region  environments  can  result  in degradation of  the  FRP  composite materials. Micro‐

cracks  and  voids  in  the  polymer  matrix  can  develop  during  extreme  temperature  changes  due  to 

differences in the coefficients of thermal expansion of fibers and resin. These cracks and voids can retain 

moisture  that  can  freeze.   Research  conducted cyclic  tests on FRP  sandwich deck panels at very cold 

temperatures (as low as ‐67°F). At these very low temperatures, the stiffness of the specimen decreased 

10  to  20%  compared  to  that  at  room  temperature  and  the  degradation  in  stiffness  could  not  be 

recovered.  Strength  reduction  ranged  from  10%  to  30%.    Freeze  thaw  is  not  anticipated  to  be  a 

significant  concern on most  Florida bascule bridges due  to  the  generally mild  temperatures  found  in 

Florida. 

Chemical Resistance: FRP composites can be formulated to provide long‐term resistance to nearly every 

chemical and temperature environment including the destructive effects of de‐icing salts and saltwater.  

However, these considerations have not necessarily been considered in the development of most of the 

FRP composite deck products.  As such, the chemical resistance of these products is unclear.   

Fatigue Resistance:    Fatigue  testing of  the  FRP  composite deck material  for  cycles of 2 million  to 10 

million cycles has generally demonstrated good fatigue resistance.  However, instances of delamination 

of  the  FRP  composite material  have  been  identified.    Research  also  indicates  that  a  combination  of 

environmental  exposure  (e.g. UV  light  and  saltwater)  and  repeated  application  of  load  can  result  in 

degradation of  FRP  composite physical properties  including modulus of elasticity  and panel  stiffness.  

Researchers have suggested that this effect should be accounted for  in the design, similar to sacrificial 

loss in thickness of steel members or prestress losses.   Although much research has been done on the 

mechanical properties of FRP composites, the overall long‐term durability of the material under severe 

environmental conditions has not been systematically evaluated. 

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May 14, 2013  76  FINAL Deck Alternative Screening Report 

The  ZellComp  FRP  composite  deck  was  specifically  tested  to  investigate  the  self‐tapping  screw 

connection of the upper  faceplate  to the  lower pultrusion.   This research  investigated  the  fatigue and 

failure  strength  of  the  deck  and  connection  under  cyclic  loading.  The  testing  identified  significant 

loosening of screws and eventual fracturing of the fasteners after only 600,000 cycles that increased as 

the testing continued and movement of the upper faceplate that can result  in corresponding cracking, 

delaminating and  spalling of  the wearing  surface.    It  is  recommended  that alternative  fasteners  (e.g. 

Rivnuts) be considered, evaluated and tested. 

Fire Resistance:   Composites can be designed to meet fire regulations by the use of special resins and 

additives.  Properly designed and formulated composites can offer fire performance approaching that of 

most metals.    However, most  FRP  composite materials  for  bridge  deck  applications  have  not  been 

developed with  fire as a  consideration and  thus  it  is unclear how  these materials will perform  in  the 

event of a fire. 

Performance of FRP composite materials in a fire includes a number of considerations.  FRP composites 

can burn under certain conditions.  Extreme heat can degrade the FRP composite material, which shows 

lower  heat  resistance  than  conventional  construction materials.  Research  of  fire  resistance  of  FRP 

composite structural members, which explored a number of fire scenarios with different locations above 

and below  the bridge, predicted  failure of  the  FRP  composite materials  in  less  than 8 minutes  for  a 

burning truck on the deck. Structural collapse was found for combined thermal and mechanical loading.  

As  such,  immediate  evacuation  of  a  bridge with  an  FRP  deck  subjected  to  fire  is  required.     Other 

research  demonstrated  that  even  less  extreme  temperatures  can  cause  problems  for  FRP  decks 

including delamination between the resin and glass and thermal deformations and uplifts depending on 

the panel details and thermal gradients. 

Relatively  closely  spaced  stringers on a bascule  span are  likely  to  retain  vehicles after  the deck  fails.  

However,  fire  on  FRP  composite  deck  can  potentially make  emergency  response more  problematic. 

Rescue efforts are likely to be hampered with the early loss in strength of the FRP composite deck.   

Impact  Resistance:    FRP  composite materials  have  generally  shown  to  have  some  energy  absorbing 

properties to resist collision.  Although the FRP composite material glass reinforcing and resin matrix can 

be  developed  specifically  to  improve  impact  resistance,  this  has  generally  not  been  a  primary 

consideration in the development of most FRP composite bridge decks.  It is unclear how the deck upper 

faceplate and hollows tubular sections will perform under a vehicular collision. 

Thermal Expansion: Response to thermal change is slightly different for FRP composite material than for 

concrete and steel and requires special consideration when an FRP deck  is used on a concrete or steel 

superstructure.  FRP  composite material  can heat up  rapidly when exposed  to direct  sunlight. A dark 

wearing surface exacerbates the phenomenon. Experience has shown that a thermal gradient will occur 

between the top and bottom of an FRP deck when surface temperatures change fast but are not able to 

be conducted through the FRP  immediately. This problem  is especially  likely to occur  in early spring or 

late fall. The design should assume a temperature difference between the top and bottom of the deck 

and account for any subsequent  internal thermal stresses. Since this temperature gradient can  lead to 

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May 14, 2013  77  FINAL Deck Alternative Screening Report 

an arching action as the top surface expands faster than the bottom, it may also affect the selection of 

bearing and anchorage details. It is important to note that thermal stresses may be as large as stresses 

resulting from live loads. 

The difference  in coefficients of thermal expansion between FRP composite and steel framing and the 

restraining effects from bolting the deck to the steel framing and the stiffness of the steel framing must 

be  considered  in  detailing  the  deck.    In  addition,  as  the  FRP  composite  deck will  have more  direct 

exposure (i.e. the deck will be directly exposed to the sun, while the steel framing will be shaded by the 

deck)  the  temperature of  the FRP composite deck  is anticipated  to be  significantly different  than  the 

temperature  of  the  steel.    Differential movement  between  the  two  materials  is  anticipated  to  be 

measurable.  Because of the magnitude of these differential movements, details for attaching the deck 

will need to accommodate the movement and prevent restraint that would develop large forces in the 

deck and steel framing members. More accurate assessment of the differential temperature will need to 

be determined during design. 

The difference in thermal expansion can be addressed as follows: 

Deck  panels will  extend  transversely  the  full width of  the  roadway,  from  curb  to  curb,  for  a 

typical two lane Florida Bascule bridge. 

Deck panels will extend transversely half the width of the roadway, with an expansion  joint  in 

the middle of the roadway, beneath the median for a typical four lane Florida bascule bridge. 

The panels will be spliced such that they are continuous in the longitudinal direction, except for 

one or two intermediate expansion joints between the panels. 

Oversized  holes  in  the  steel members will be used  to  accommodate  thermal  expansion with 

standard  sized  holes  used  at  the  center  of  thermal movement  to  secure  and maintain  the 

alignment of the panels as the movement occurs and as the bridge raises and lowers.  

2.3.7  Florida Bascule Bridge Specific Solution  

Deck Solution:   Although  there have been a number of 

FRP composite decks that have been developed over the 

last 15 years,  the ZellComp 5‐inch deep FRP composite 

deck  is  a  good  candidate  for  use  on  a  typical  Florida 

bascule  bridge  with  a  depth  that  can  be  easily 

accommodated with minimal modifications and that has 

an overall unit weight similar to that of the typical steel 

open  grid  deck  to  be  replaced.    The  5‐inch  deep 

ZellComp FRP composite deck has already been installed 

on  one  bascule  span  and  is  in  the  process  of  being 

installed on another bascule span. 

 

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May 14, 2013  78  FINAL Deck Alternative Screening Report 

The  deck  consists  of  individual  32‐inch wide  lower  pultruded  panels  each with  four  T‐sections  that 

resemble  small wide‐flanges  and made  integral with  a  bottom  plate,  and  a  separate  pultruded  top 

faceplate that is mechanically fastened to the lower panel.  The top and bottom plates are ½‐inch thick 

and the wide‐flanges are spaced 8 inches on center.  

The unit weight of the 5‐inch deep ZellComp deck is 16 psf, excluding connections and wearing surface.  

With these other items the total unit weight is approximately 21 psf which includes a bolted connection 

(in lieu of a grouted connection) and 3.5 psf of wearing surface. 

Panel Splices:   The pultruded FRP composite parts are mechanically connected together  in the field (in 

lieu of bonded epoxy adhesive joints) with stainless steel fasteners to create a continuous closed, multi‐

cell, tubular deck system.   The lower pultruded panels are placed side‐by‐side, with a small overlap of a 

dapped portion of the bottom plate. There are some concerns that the extensive drilling required for the 

numerous  small  fasteners may  introduce  stress  risers  that are conducive  to crack  formation and  that 

provide  passage  for moisture  and  salts  to  access  the  interior  of  the  laminates.    The  use  of  epoxy 

adhesives to connect the panel components has not been tested with the ZellComp deck. 

Deck Connection:   The  lower pultruded panel  is connected to the supporting steel framing by through 

bolting  to  the  stringer  and  floorbeam  top  flanges  and  new main  girder  supports  (in  lieu  of welded 

headed studs with grouted cavity within the deck, which adds too much weight). The open shape of the 

lower pultrusion facilitates this connection.  Neoprene pads are used between the steel framing and the 

FRP composite panels to provide a more uniform bearing surface.  The upper faceplate is connected to 

the lower pultrusion after the lower pultrusion is connected to the structural framing.  The faceplate will 

be  secured  to  the  top  flanges  of  the  pultruded  wide‐flange  components  using  Rivnuts  (internally 

threaded rivets) attached to the top flange of the wide‐flanges in lieu of the previously used self‐tapping 

screws that had performance concerns. 

Structural Modifications: The following modifications to the bridge are required to implement the 5‐inch 

deep ZellComp FRP composite deck: 

Existing stringers supporting existing steel open grid deck can be reused and remain as currently 

configured.  However, replacement of the stringers would: 

o Facilitate shop drilling bolt holes  for  the deck connections, which significantly  reduces 

the field work (i.e. overhead match drilling these holes). 

o Provide  a  clean,  smooth  top  flange  that  yields  a more  uniform  bearing  and  faying 

surface. 

o Eliminate pitting from previous surface corrosion that retains moisture and is conducive 

to corrosion development. 

o Eliminate  need  to  exercise  care  in  removing  the  existing  steel  open  grid  deck  and 

corresponding extensive grinding of  stringer  top  flanges  to  remove  residual weld and 

base metal, which greatly reduces construction duration. 

o Yield higher quality stringers. 

o Permits optimization of the floor system with elimination of some stringers. 

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May 14, 2013  79  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Existing stringers supporting the concrete filled steel grid deck over the machinery areas require 

lowering by 2 inches to address difference in height between the 3‐inch existing deck and new 

5‐inch deck. 

The  rack  frames  that  support  the  concrete  filled  deck  (bridges  with  Hopkins  frame  drive 

machinery) require that the top flanges be lowered by removing and reattaching the top flange, 

and trimming the top of the web. 

Removal of spacer bars from the top of the existing floorbeams and main girders is not required, 

but  is recommended to eliminate unnecessary  loose contact between the FRP composite deck 

and steel framing. 

Minor modifications to the counterweight including saw cutting and grouting at the transition to 

the FRP composite deck. 

Wearing  Surface:   The  FRP  composite deck  requires a  lightweight  skid  resistant wearing  surface  that 

bonds well  to  the  top  faceplate.   Currently only  the  thin epoxy polymer wearing surface meets  these 

requirements with: 

Several manufacturers with similar products that permits competitive bidding opportunities, 

Unit weight of 3 to 4 psf for two‐layer system with ¼” total thickness, 

Good skid resistance (0.8 to 0.9 friction coefficient), 

Shop application of large sections and field touch‐up at welded joints, 

Ability to easily replace and repair surface, 

Significant experience in similar applications, but 

Limited service‐life (10 to 15 years) requiring period removal and reapplication. 

 (See Section 3 Wearing Surface Evaluation for more specifics). 

Traffic Railings:  No crash‐testing has been performed in accordance with NCHRP 350 for traffic railings 

attached to the ZellComp or any other FRP composite decks to date.  If a crash‐tested railing attached to 

the deck is required, the approval will need to be on the basis of structural equivalence or crash testing 

will  need  to  be  performed.    Research  has  been  initiated  through  ongoing  projects  to  investigate 

connections  that will enable approved crash  tested  railings  to be attached  to  the FRP decks.   Limited 

static testing has been performed that simulates vehicular  impact  loads on both concrete barriers and 

steel  rails attached  to an FRP  composite deck.   However,  this  research  is not  in accordance with  the 

requirements of NCHRP 350.  The performance of the ZellComp FRP composite deck for vehicular impact 

loads applied to a traffic railing post is not clear.  

Weight and Balance Requirements:  Due to small differences in the unit weight of the existing deck and 

new deck, the counterweight will require some adjustment.  Because the weight of the new deck is very 

similar  to  the  typical  steel open  grid deck,  adjustments  can  likely be made by  adjusting  the balance 

blocks.  Other modifications to offset the weight are not anticipated. 

 

 

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May 14, 2013  80  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.3.8  Constructability 

Fabrication:  The  FRP  composite  deck  panels will  be  fabricated  at  the  FRP  composite manufacturing 

facility.    The  pultruded  sections  will  be  cut  to  length.   Where  the  stringers  are  to  be  replaced  in 

conjunction with  the deck  replacement,  the panels will  then be mated up  to  the supporting stringers 

and main girder  support angles  in an  inverted assembly  layout  (i.e.  the panels and  stringers oriented 

upside down) to permit match drilling of the holes for the connections and splices.  The Rivnuts will then 

be installed in to the panels.  The wearing surface may also be shop applied to the panels. 

Tolerances on panel  length, width, camber, sweep, squareness and flatness will generally be similar to 

that  of  steel  open  grid  deck.      Flexibility  of  the  FRP  panels  permits  panel  adjustment  to  address 

tolerances  in sweep, squareness and camber.   The use of standard oversize holes  in  top  flange of  the 

stringers and main  girder  supports will assist  in accommodating  small differences between  shop and 

field alignment. 

Field  Installation:  The  existing  steel  open  grid  and  stringers will  be  removed.    The main  girder  and 

floorbeam spacer bars will also be removed and the rack frames and counterweight girder top flanges 

modified as required.   The new stringers and main girder support bars will be installed.  Final drilling of 

the holes  in the webs of the floorbeams for the stringer connection angles will be performed after the 

panels  are  aligned  to  the  stringer  top  flanges.      Shims  between  the  stringer  connection  angles  and 

floorbeam webs will be provided for adjustment.  Removal of the existing rivets and final drilling of the 

holes  in the horizontal  legs of the new supports at the main girder top flanges (or field welding of the 

supports if permitted) will be performed with the panels aligned to the supports. 

Specialized  Inspection: FRP composite materials, Rivnuts and thin epoxy polymer wearing surfaces are 

less  common  to  the bridge  industry and  thus  inspection of  this  construction will, at  least  initially, be 

considered specialty in nature. 

The FRP composite manufacturer will be required to perform quality control and submit certifications 

and  a  quality  control  plan  that  addresses  the  required  quality  control  functions  to  be  performed.  

Because of the special requirements of the FRP composite  fabrication,  it may be necessary to employ 

personnel with specialized experience to perform quality assurance for this work. 

Rivnut installation and Rivnut bolt tightening quality control procedures will need to be developed.  Field 

welding of main girder supports if permitted will require on‐site involvement by welding inspectors.  The 

contractor  will  be  required  to  submit  weld  procedure  specifications  and  certifications  for  the  field 

welding.    Quality  control  procedures  for  the  wearing  surface  will  also  need  to  be  developed  and 

employed. 

Because of  the complexity of  the FRP composite material, potential degradation of deck strength and 

stiffness  from environmental and  loading effect  that  can occur without obvious  visual  signs, and  the 

presence  of  a  wearing  surface  that  can  obscure  the  top  of  the  deck,  specialized  non‐destructive 

examination techniques are required to periodically inspect and evaluate the deck.  There are a number 

of available non‐destructive examination methods that can be used to perform this inspection including: 

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May 14, 2013  81  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Visual Inspection, 

Tap Testing (i.e. Sounding), 

Thermal Testing , 

Acoustic Testing, 

Ultrasonic Testing, 

Radiography, 

Modal Analysis, 

Load Testing. 

From NCHRP Report 564, Table below shows the various inspection methods that correlate to the types 

of defects they can help detect. 

 

Traffic  Control:  Because  the  FRP  composite  deck  panels  will  be  oriented  with  the  long  dimension 

perpendicular  to  the  roadway  centerline  similar  to  steel open grid panels,  there  is an opportunity  to 

replace portions of  the deck  (i.e. one  floorbeam bay at a  time  in  lieu of  the entire deck) during short 

duration  (overnight)  closures  of  the  bridge  in  order  to  minimize  traffic  impacts.    There  are  also 

opportunities to replace the deck in phases in order to maintain traffic on the bridge while the work is 

performed.  The modular fabrication of the panels permits the panels to be fabricated in a size (length, 

width and  thickness)  that  closely matches  that of  the existing  steel open  grid panels  to be  replaced.  

Small openings between the existing steel grid panels and the new FRP composite panels due to small 

differences in panel dimensions can be temporarily covered with a thin plate.  Joints in the panel along 

the roadway centerline can permit the panels to be replaced  in  two halves with traffic maintained on 

the  opposite  half.   Details may  need  to  be  developed  to  accommodate  bolting  of  temporary  traffic 

railing to the FRP composite deck panels, but these traffic railings will not likely be crash tested.  

2.3.9  Costs 

Construction Costs:  The cost of the FRP composite deck system is anticipated to be significantly higher 

than the cost to replace steel open grid roadway flooring (i.e. approximately two times the cost).   The 

cost can vary due to a number of factors and depends on the modifications required to fully implement 

the deck system. This anticipated work includes a number of items including: 

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May 14, 2013  82  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Removal and disposal of the existing steel open grid and concrete filled deck, 

Fabrication and installation of the new aluminum deck panels, 

Replacement of the stringers including end connections, 

Removal of the main girder spacer bars and installation of new supports including replacement 

of some of the top flange rivets with high strength bolts or field welding the supports, 

Installation of the wearing surface, 

Minor modifications to the counterweight including saw cutting and grouting at the transition to 

the aluminum deck,  

Adjustment of balance blocks, 

Span balance including detailed balance calculations, and instrumentation and recording of the 

balanced condition before and after the work, 

Adjustment of the live loads shoes in conjunction with the deck alignment, 

Adjustment of the span locks in conjunction with the live load shoe adjustments, 

Possible modification of the top of the rack frames  (bridges with Hopkins frame drive systems 

and where the rack frame supports the deck), 

Traffic control, 

Mobilization work. 

Maintenance Costs:  The cost to maintain the FRP composite deck is anticipated to be similar to that of 

the  steel open grid  roadway  flooring.   Many maintenance activities will be eliminated or  significantly 

reduced, while other maintenance activities will be added. 

Reduced maintenance activities include: 

Reduction  in  the  frequency of  required cleaning and painting of  the bascule  leaf  steel, as  the 

solid deck better protects these elements, 

Elimination of the need to periodically repair broken steel open grid attachment welds, 

Elimination of need to periodically repair  cracked secondary and tertiary grid bars, 

Elimination  of  the  need  to  periodically  improve  skid  resistance  of  steel  open  grid  (e.g. 

scarification of top surface), 

Reduction in the future replacement of the deck. 

Added maintenance activities include: 

Periodic  repairs  or  replacement  of  the  wearing  surface  (e.g.  thin  epoxy  polymer  wearing 

surface). 

Due  to great strength  to weight  ratio, corrosion  resistance and durability of  the FRP decks, savings  in 

deck replacement and maintenance costs over a service life could be much greater than the initial cost 

of the entire structure. Temperature  issue with reduction  in stiffness can be a down side of FRP deck, 

which will increase maintenance of FRP deck throughout the service life of FRP deck. 

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The  life cycle cost savings can be shown  to more  than offset  the relatively high  initial cost of  the FRP 

materials compared to conventional material. However,  long‐range durability claims are viewed by the 

construction industry with some skepticism.  

Design Cost: The design cost is anticipated to be slightly more than that for replacement with steel open 

grid deck, at  least  initially, as  the design community becomes more comfortable with  the design and 

details, develops design skills and work product (plans and calculations) that can be adapted for use on 

multiple projects.  

Salvage Cost:  The salvage value for FRP composite deck will generally be non‐existent.  Although many 

of the Florida bascule bridges are of a similar configuration, it will be difficult to remove the panels from 

one bridge and relocated them to another bridge without damaging the panels. 

Inspection Cost: The inspection cost may be slightly higher than that required for replacement with steel 

open grid deck, at  least  initially, as  the construction community becomes more comfortable with  the 

quality control requirements for this new type of deck system and the unique materials. 

2.3.10  References  

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications with Interim Revision, Fifth Edition, 2010, Washington, D.C. 

Zihong  Liu  (2007),  Testing  and  Analysis  of  a  Fiber‐Reinforced  Polymer  (FRP)  Bridge  Deck,  Ph.D. 

dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA. 

Jignesh Sudhir Vyas (2006), Development of a Simplified Finite Element Approach for FRP Bridge Decks, 

M.S. Thesis, University of Central Florida, Orlando, FL. 

Wael Alnahhal, Methee Chiewanichakorn, Amjad Aref and Sreenivas Alampali (2006), Temporal Thermal 

Behavior and Damage Simulations of FRP Deck, Journal of Bridge Engineering. 

Yin Zhang and C.S. Cai (2007), Load Distribution and Dynamic Response of Multi‐girder Bridges with FRP 

Decks, Science Direct, Engineering Structures 29 (2007) 1676‐1689. 

Matt Sams (2004), Broadway Bridge Case Study – Bridge Deck Application of Fiber‐Reinforced Polymer, 

Journal of the Transportation Research Board, CD 11‐S, Transportation Research Board of the National 

Academics, Washington, D.C.; 2005, pp. 175‐178. 

Thomas Cousins,  John  Lesko, Prasun Majumdar and Zihong  Liu  (2009), Rapid Replacement of Tangier 

Island Bridges including Lightweight and Durable Fiber‐Reinforced Polymer Deck Systems, Charlottesville, 

VA. 

Rita  Rodriguez‐Ver,  Nicolas  Lombardi,  Marcelo  Machado,  Judy  Liu  and  Elisa  Sotelino  (2011),  Fiber 

Reinforced Polymer Bridge Decks, Purdue University, West Lafayette, IN. 

Niket Telang, Chris Dumlao, Armin Mehrabi, Adrian Ciolko and Jim Gutierrez (2006), NCHRP Report 564 ‐ 

Field Inspection of In‐Service FRP Bridge Decks, Transportation Research Board, Washington, D.C. 

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May 14, 2013  84  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Isaac  Howard  (2002),  Development  of  Lightweight  FRP  Bridge  Deck  Designs  and  Evaluations, 

Morgantown, WV. 

Vistasp  Karbhari,  Joannie  Chin  and  David  Reynaud,  (2000),  Critical  Gaps  in  Durability  Data  for  FRP 

Composites in Civil Infrastructure, 45th International SAMPE Symposium and Exhibition, Volume 45, Long 

Beach, CA, pp. 549‐563. 

Riyad Aboutaha  (2006),  Innovative Hybrid Wearing Surfaces for FRP Bridge Decks, Syracuse University, 

16th International Conference on Composite Materials, Kyoto, Japan. 

Steven Lovejoy (2011), Oregon DOT’s FRP Bridge Decks. 

Dan Richards, Ph.D., P.E., ZellComp FRP Decks, www.zellcomp.com  

Jerome O'Connor, P.E., Bridge Composites, LLC, www.bridgecomoposites.com 

Strongwell, www.strongwell.com  

   

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May 14, 2013  85  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.4  ULTRA‐HIGH PERFORMANCE CONCRETE (UHPC) DECK 

2.4.1  Description 

Ultra‐High Performance Concrete (UHPC)  is a material that has recently gained attention  in the bridge 

industry.     UHPC provides a combination of superior properties  including strength, ductility, durability 

that permits design and  construction of  thinner  sections and  longer  spans  that are  lighter and more 

efficient,  while  providing  improved  durability  and  impermeability  against  corrosion,  abrasion  and 

impact. 

UHPC has potential to be used  in an alternative deck design to replace steel open grid deck on Florida 

bascule bridges.  The high concrete compressive and tensile strength allows design and construction of a 

lightweight  waffle  slab  bridge  deck  with  thin  elements  (slab  and  ribs).    A  UHPC  waffle  slab  deck 

reinforced with MMFX rebar was previously  investigated by  the Florida Department of Transportation 

specifically  for  this use  through a  joint  research project performed by Florida  International University 

(FIU) and University of Central Florida  (UCF).   The researchers  indicated that the proposed waffle slab 

will have a unit weight of 25 psf, although follow‐up research yielded a unit weight of 29 psf. 

Materials:  A lightweight concrete waffle slab can be designed and constructed using high performance 

UHPC and MMFX reinforcing materials. 

UHPC:   UHPC  is  formulated  from  a  proprietary material made  by  Lafarge North  America  under  the 

trademark Ductal  and  consists of  steel  fiber  reinforced  concrete with  an optimized  gradation of  fine 

powders  and  a  very  low water/cement  ratio  (less  than  0.25).  Two  of  the  primary  sources  for  these 

enhancements are the finely graded and tightly packed nature of the concrete constituent materials and 

the steel fibers which knit the material together after cracking has occurred.   The constituent materials 

making  up UHPC  are  cement,  silica  fume  (microsilica),  ground  quartz,  fine  sand,  steel  fibers, water, 

superplasticizer,  and  accelerator  admixture.    UHPC  only  includes  fine  aggregates.    The  exclusion  of 

coarse  aggregate  yields  a material with discontinuous pore  structure  that  reduces  liquid  ingress  and 

significantly  lower  permeability.   UHPC  has  good  long‐term  creep  and  shrinkage  behavior,  excellent 

resistance to chloride ion penetration, and the ability to hold up well under freeze‐thaw testing.   

Testing  of  UHPC  material  has  typically  demonstrated  compressive  strengths  of  18  to  28  ksi,  and 

corresponding tensile strengths of 1.3 to 2.1 ksi, depending on the curing method used.   The material 

has  the  capability  to  sustain  deformations  and  resist  flexural  and  tensile  stresses,  even  after  initial 

cracking. UHPC  also  typically utilizes more  effective  curing methods  than  those  traditionally used  to 

achieve the superior properties. 

 

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May 14, 2013  86  FINAL Deck Alternative Screening Report 

 

Composition of UHPC Mix 

MMFX Reinforcing Steel:   MMFX Technologies Corporation manufactures high‐strength and corrosion‐

resistant reinforcing steel for concrete structures.   The MMFX2 reinforcing bars, which have a material 

specification conforming  to ASTM A1035  (Standard Specification  for Deformed and Plain, Low‐carbon, 

Chromium, Steel Bars for Concrete Reinforcement), are available  in Grade 100 or Grade 120, and  in all 

standard  rebar  sizes  (No.  3  thru No.  11).  The  use  of MMFX  reinforcing  steel  is  primarily  due  to  the 

limited clear cover to the reinforcing steel that could be achieved with thin concrete elements (i.e. 1¼” 

thick top slab with No. 4 Bars, 2” thick primary ribs with No. 7 bars, and 1½” thick secondary ribs with 

No. 4 bars), which will not be sufficient for standard ASTM A615 Grade 60 reinforcing.   Because of the 

corrosion‐resistant material and elimination of coarse aggregate a minimum concrete cover of ½” was 

determined  to  be  acceptable.    The  higher  Grade  100  or  120 MMFX  bars  also  yielded  smaller  size 

reinforcing bars than required using Grade 60 reinforcing, which allowed the thickness of the members 

to be minimized.  

MMFX has been used  in a number of  locations throughout the United States and Florida.   MMFX was 

used for the bridge deck reinforcement of the Jensen Beach Causeway Bridge in Martin County, Florida 

for the Florida Department of Transportation. 

Waffle Slab Configuration:  Refer to Figure 2, which shows the Florida International University (FIU) test 

panel schematic, and Figure 3, which shows the  test panel being  loaded to  failure  in  the FIU research 

lab. 

Applications:  UHPC waffle deck slabs have not previously been used on a movable bridge. 

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Waffle Slab Schematics 

 

Waffle Slab Load Testing 

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May 14, 2013  88  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.4.2  Product Development and Corporate Information 

UHPC research is ongoing in an effort to better understand the full capabilities of the material, apply it 

to bridge construction, and utilize shapes that optimize both cost and strength.   UHPC research  in the 

United States is ongoing by the Federal Highway Administration (FHWA) at the Turner‐Fairbank Highway 

Research  Center  in McLean, Virginia.   A  number  of  universities  have  contributed  to  the  research  of 

UHPC. 

The  structural  behavior  of  this material  is  becoming more  predictable  as  a  result  of  the  continuing 

research  and  testing.   However,  because  the  research  is  new  and  ongoing,  design  and  construction 

specifications using UHPC have not been developed and published.  Some of the structural applications 

for  UHPC  related  to  bridge  construction  that  have  already  been  researched  and  tested  include 

prestressed girders, two‐way ribbed (waffle) deck slab, and pourable deck joints. 

As this is a relatively new material, there has only been limited use in the United States.  The first bridge 

in  the  United  States  using  UHPC  as  the main  superstructure material  was  constructed  in Wapello 

County, Iowa in 2006.  The superstructure for this single span bridge includes UHPC modified Iowa Bulb‐

Tess  prestressed Girders.    The  Cat  Point  Creek  Bridge  in  Richmond  County,  Virginia was  the  second 

bridge  in  the  U.S.  to  take  advantage  of  UHPC.  This  ten‐span  bridge was  constructed with  UHPC  in 

precast prestressed Bulb‐Tee girders and opened to traffic in 2008. The Jakway Park Bridge in Buchanan 

County, Iowa used UHPC in new Pi‐girders, and opened to traffic in November 2008. 

UHPC has been used more extensively in Europe, Australia, and Asia. Ductal Lafarge is one of the leading 

suppliers of UHPC, both in the United States and internationally.   

Research has also investigated use of UHPC in two‐way ribbed (waffle) slabs.  Ductal provided assistance 

the to the FIU/UCF research team for the waffle slab testing.  

2.4.3  Recent Bridge Installations 

UHPC  waffle  slab  deck  research,  sponsored  by  FHWA,  under  the  Innovative  Bridge  Research  and 

Deployment  (IBRD) program  and  the  Iowa Highway Research Board  (IHRB), has  included  a  trial deck 

implementation on a bridge in Iowa.  The world’s first bridge (and only constructed to date) with a UHPC 

waffle slab deck is the Little Cedar Creek Bridge in Ottumwa, Wapello County, Iowa constructed in 2011.  

The bridge is described as follows: 

Two‐lane, 60 feet long x 33 feet wide single span bridge, 

Fourteen (14) precast UHPC, two‐way ribbed (waffle), modular deck panels that measure 16 feet 

long x 8 feet wide x 8 inches deep, with a 2½‐inch thick top slab, 5½‐inch deep x 3‐inch to 4‐inch 

wide tapered ribs spaced at 2 feet on center in each direction, 

Composite with five (5) UHPC Iowa Type B precast, prestressed beams spaced at 7’‐4” on center, 

Cast‐in‐place UHPC closure pours between panels, and haunches to attach panels to beams, 

Precast panels constructed inverted by Coreslab Structures, Inc., Omaha, Nebraska. 

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Laboratory testing was performed on two (2) waffle slab deck panels included the following load tests: 

Service load testing at center of panel (21 kips) and at panel transverse joint (28 kips) 

Fatigue testing at center of panel (21 kips, 1 million cycles) and at panel transverse joint (28 kips, 

1 million cycles) 

Ultimate load at center of panel (48 kips) and at transverse joint (40 kips) 

Punching shear at center of panel (155 kips) 

Skid resistance 

2.4.4  Florida Bascule Bridge Specific Solution  

Deck Solution:   Because the 8‐inch deep UHPC waffle slab deck system used on the Little Cedar Creek 

Bridge was much heavier  than  could be accommodated on a  typical Florida bascule bridge, a  lighter, 

thinner version of  the UHPC waffle slab deck system was developed,  tested and evaluated.   This new 

UHPC waffle slab deck system consisted of the following: 

Precast UHPC, two‐way ribbed (waffle), modular deck panels that measure 5 inches deep, with 

a 1¼‐inch thick top slab with MMFX No. 4 Bars at 4 inches on center transversely, 3¾‐inch deep 

x 2‐inch wide transverse (main) ribs spaced at 12 inches on center with one (1) MMFX No. 7 bar, 

and 1¾‐inch deep x 1½‐inch wide longitudinal (secondary) ribs at 16 inches on center with one 

(1) MMFX No. 4 Bar,  

Transverse  span  across  existing  steel  stringers  and main  girders  spaced  at  4  to  4.5  feet  on 

center, 

Composite with  stringers,  floorbeams,  and main  girders  by way welded  headed  stud  shear 

connectors and grouted closure pour and/or pockets. 

Preliminary calculation of the weight of the deck was performed using the above UHPC mix design and 

waffle slab configuration including the weight of the embedded reinforcing steel and required haunches 

at the supports and joints between panels corresponding to the steel framing arrangement for a typical 

Florida  bascule  bridge.    Cast‐in‐place  concrete  haunches  at  the  supports were  assumed  to  utilize  a 

lightweight concrete with a unit weight of 120 pcf  to  reduce  the weight of  this material.   The  thicker 

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concrete section of the haunch permits the use of a  lower strength material (i.e. compressive strength 

of 5.5 ksi) for the haunch concrete.  This calculation yielded a deck unit weight of 36 psf. 

Subsequent refinement and optimization of the UHPC waffle slab configuration, including use of tapered 

ribs and reduced panel haunch dimensions yielded a reduction in the estimated weight to 29 psf. 

Structural Modifications:  The following modifications to the bridge are required to implement the UHPC 

waffle slab deck: 

Existing stringers supporting existing steel open grid deck can be reused and remain as currently 

configured.  However, replacement of the stringers would: 

o Eliminate pitting from previous surface corrosion that retains moisture and is conducive 

to corrosion development. 

o Eliminate  need  to  exercise  care  in  removing  the  existing  steel  open  grid  deck  and 

corresponding extensive grinding of  stringer  top  flanges  to  remove  residual weld and 

base metal, which greatly reduces construction duration. 

o Yield higher quality stringers. 

o Permits optimization of the floor system with elimination of some stringers. 

Addition of welded headed  studs  to  top of  stringers,  floorbeams and main girders  to achieve 

composite behavior. 

Existing stringers supporting the concrete filled steel grid deck over the machinery areas require 

lowering by 2 inches to address difference in height between the 3‐inch existing deck and new 

5‐inch deck. 

The  rack  frames  that  support  the  concrete  filled  deck  (bridges  with  Hopkins  frame  drive 

machinery) require that the top flanges be lowered by removing and reattaching the top flange, 

and trimming the top of the web. 

Removal of spacer bars from the top of the existing floorbeams and main girders. 

 

Deck Connection and Panel Splices:  The precast deck panels are spliced and attached to the bascule leaf 

steel framing by way of cast‐in‐place closure pours.  Welded headed studs are installed in the top of the 

stringers,  floorbeams, and main girders  to achieve  composite behavior.   The  studs are  located  in  the 

closure pours and/or pockets in the deck panels.  In order to reduce weight, the closure pour concrete is 

to consist with  lightweight concrete.   Because the haunches and closure pours are full‐depth (5  inches 

thick) lower strength (5.5 ksi concrete) can be used for this material. 

Traffic Railings:  No crash‐testing has been performed in accordance with NCHRP 350 for traffic railings 

attached to the UHPC waffle slab deck to date.  If a crash‐tested railing attached to the deck is required, 

the  approval will  need  to  be  on  the  basis  of  structural  equivalence  or  crash  testing will  need  to  be 

performed. 

 

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May 14, 2013  91  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Weight  and  Span  Balance  Requirements:    The  total weight  of  the  UHPC waffle  slab  deck  including 

associated panel  colure pours  and  connections  is  significantly heavier  than  the weight of  the  typical 

existing deck  to be  removed.   A deck  that  is heavier  than  the  existing  steel open  grid deck will  also 

require additional counterweight ballast, equal to two to three times the net increase in weight forward 

of the trunnion, to balance the leaf. 

Limited capacity of the trunnion assemblies,  limited available space in and around the counterweights, 

and  limited  capacity  of  the  main  girders  typically  limit  the  total  increase  in  weight  that  can  be 

accommodated. 

There are often opportunities  to offset some of  the additional weight by replacing other components 

with lighter components (although this unnecessarily increases the required modifications to the bridge 

and cost of the project) including:  

Replacement of the concrete filled portion of the deck with the proposed lightweight solid deck 

will reduce the overall weight of the deck.   However, because this deck  is  located close to the 

trunnion,  with  more  of  the  deck  located  back  of  the  trunnion,  the  replacement  does  not 

significantly reduce the required additional counterweight ballast. 

Replacement  of  the  stringers  with  lighter,  more  efficient  sections  and/or  reduction  in  the 

number of stringers. 

Replacement of steel sidewalk grating with lighter aluminum sidewalk plate or planking. 

Replacement of the steel sidewalk support members and cantilevered bracket bracing members 

with aluminum members. 

Replacement of steel curbs and/or median with ones made from aluminum. 

Replacement of steel bridge railing with lighter crash tested aluminum railing (e.g. Edgerail). 

There may  be  opportunities  for  additional  refinement  and  optimization  to  reduce weight  including 

elimination,  re‐spacing,  and/or  resizing of  stringers,  and  re‐spacing  and/or  resizing of  transverse  and 

longitudinal ribs.  However, these refinements have not been validated by engineering and testing. 

2.4.5  Functionality and Safety 

Load Capacity:   A UHPC deck designed to governing stress  limits will have corresponding  load carrying 

capacity in excess of that required to support AASHTO LRFD HL‐93 Live Loads.  The small increase in deck 

weight  resulting  from  the heavier UHPC deck  is not anticipated  to significantly  reduce  the capacity of 

bascule  span members.   There are opportunities  to  increase  the  load  carrying  capacity  the  stringers, 

floorbeams,  and main  girders by  taking  advantage of  composite  action between  the UHPC deck  and 

these members. 

Rideability:  The UHPC deck surface will be profiled (i.e. planed) after construction to provide a smooth, 

continuous riding surface with a surface roughness comparable to typical concrete pavement.  Because 

the  UHPC  deck  has  greater  stiffness  than  the  existing  steel  open  grid  deck  and  the  deck  will  act 

compositely with the stringers and main girders, deflections and vibrations will be significantly reduced, 

which will further improve the quality of the ride. 

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May 14, 2013  92  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Skid Resistance:    Skid  resistance  from  the applied wearing  surface will be  similar  to  that of  concrete 

pavement. 

Noise:  The solid surface and the vibration dampening characteristics of the UHPC deck will significantly 

reduce noise generated by tires in contact with the deck relative to steel open grid deck.    

Bicycle Safety: The UHPC deck provides a solid riding surface for the roadway and shoulders with small 

longitudinal open joints (less than ½” wide) located immediately adjacent to the curbs or barriers, which 

will greatly improve bicycle safety.  Transverse deck joints between the two bascule leaves and between 

the bascule span and bascule pier will range from ¾” to 1½”  in width, but should not be a concern for 

bicyclists. 

2.4.6  Durability and Service Life 

Service Life:  The high strength, low permeable UHPC material is generally anticipated to provide a long 

service  life.    However,  because  UHPC  waffle  slab  deck  is  relatively  new  (i.e.  less  than  10  years’ 

experience  in bridge deck applications) there are no  installations that confirm that this service  life can 

be achieved. 

Fatigue  Resistance:    Although  fatigue  testing  has  been  performed  on  UHPC waffle  slab  decks, with 

positive results, the testing performed to date has been on decks with more substantial dimensions (i.e. 

greater overall slab depth, top slab thickness, rib dimensions, etc.) than those proposed for the UHPC 

waffle slab deck for use on a typical Florida bascule bridge.  As such, it is not clear whether a deck with 

less substantial elements will provide similar fatigue resistance.  

Corrosion Resistance:       The exclusion of  coarse  aggregate  yields  a material with discontinuous pore 

structure  that  reduces  liquid  ingress  and  significantly  lower permeability.   UHPC has  good  long‐term 

creep and shrinkage behavior, excellent resistance to chloride ion penetration, and the ability to hold up 

well under freeze‐thaw testing. 

Although  UHPC material  provides  increased  impermeability,  concrete  cover  to  the  reinforcing  steel, 

required  to  achieve  a  lightweight  solution,  is much  less  than  typical  concrete  cover  used  in  other 

concrete bridge decks (less than 1/2 inch vs. 2 inches). Construction tolerances are anticipated to further 

reduce  the  cover.    Construction  joints  between  the  precast  panels  and  cast‐in‐place  closure  pours 

introduce  opportunities  for  leakage  (i.e.  access  of  water  containing  chlorides  to  the  embedded 

reinforcing steel and structural steel below.)   Continuous deck systems on double‐leaf bascule bridges 

are subject to tension stresses  (due to cantilever support conditions of the main girders and  localized 

negative  bending  of  the  floor  system  over  the  intermediate  floorbeams)  that  act  to  open  the 

construction  joints.    Because  of  the  limited  cover  and  opportunities  for  leakage,  use  of  corrosion 

resistant  reinforcing  steel  (e.g.  MMFX,  stainless  steel  or  hot  dip  galvanized  reinforcing  steel)  is 

recommended. 

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May 14, 2013  93  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Impact Resistance:  No impact testing has been performed on the UHPC waffle slab deck.  As such, the 

impact resistance (i.e. resistance to punching from concentrated impact force) of the relatively thin (1‐

1/4‐inch thick) top slab is not clear.    

Fire Resistance:  With typical reinforced concrete structures, the concrete provides limited insulation of 

the reinforcing steel.  Reinforcing steel loses strength and stiffness when exposed to high temperatures 

(900  to  1100  degrees  F).    Because  the  concrete  cover  of  a  UHPC waffle  slab  deck  is minimal,  the 

concrete provides little protection of the reinforcing steel.  

Similar  to  steel members, UHPC deck  is  likely  to  survive  short duration  fires  and/or  fires with  lower 

temperatures.   Because  the  loss of strength  is  time‐dependent, panels may provide  limited structural 

support  for  loads on  the deck during a  fire  (e.g.  the vehicle on  fire, emergency response vehicles and 

personnel).    If  the deck panels  lose  strength during  these events,  the  steel  framing below may  steel 

provide some support to contain vehicles.  

Only a substantial heat source, such as that from a roadway accident with ignited localized fuel spill, is 

expected to threaten the integrity of UHPC deck. 

Thermal Expansion: The  coefficients of  thermal expansion of UHPC concrete and  steel are  similar. As 

such  differential  thermal movement  between  the  deck  and  bascule  leaf  steel  framing will  not  be  a 

concern.  

Chemical Resistance:  UHPC material provides excellent resistance to most chemicals. 

Ultraviolet  (UV) Light Resistance: UHPC material  is not subject to degradation from UV  light and there 

are no coatings required for the deck system that can degrade. 

2.4.7  Maintenance 

Repair:  There is limited experience with the field repair or replacement of UHPC Waffle Slab Deck.  As 

such,  it  is unclear whether  effective  short‐term  localized  repairs  can be  implemented with  this deck 

system.   Theoretically, UHPC material can be  repaired  (e.g. patching of spalls) similar  to conventional 

concrete.  However, the relatively thin deck elements of the proposed UHPC waffle slab deck introduce 

potential questions as to the effectiveness of the repairs.  

Although the modular construction of the precast UHPC Waffle Slab Deck panels makes replacement of 

individual  sections  of  the  deck  practical,  the  grouted  haunches  with  welded  headed  stud  shear 

connectors complicates the replacement and will slow the replacement process.  It is not clear whether 

a damaged panel can be replaced in a short duration nighttime closure. 

Periodic Maintenance:  Similar to other concrete elements, the UHPC waffle slab deck does not require 

periodic maintenance to ensure the long‐term service life of the material. 

 

 

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May 14, 2013  94  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.4.8  Design 

The design methodology of the UHPC waffle slab deck system uses simple closed‐form equations based 

on conventional reinforced concrete design methodology.  The validity of this approach is based on 

limited testing.  However, this approach has generally shown to be conservative. 

 Currently, the design provisions are not endorsed by AASHTO and there are no design provisions in the 

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications for UHPC or waffle slab deck systems. 

2.4.9  Research 

Laboratory testing was performed by Iowa State University on two (2) waffle slab deck panels for the 

Little Cedar Creek Bridge including the following tests: 

Service load testing at center of panel (21 kips) and at panel transverse joint (28 kips) 

Fatigue testing at center of panel (21 kips, 1 million cycles) and at panel transverse joint (28 kips, 

1 million cycles), 

Ultimate load at center of panel (48 kips) and at transverse joint (40 kips), 

Punching shear at center of panel (155 kips), 

Skid resistance. 

Florida  International University  (FIU) performed  laboratory tests on the Florida bascule bridge specific 

UHPC waffle slab deck sections including the following: 

Ultimate  load  testing of  four  (4)  individual  component  strips  (i.e.  T‐beam with  single  rib  and 

corresponding  12‐inch wide  deck  slab) with  three  (3)  different  rebar  anchorage  details  in  a 

simple span configuration supported on steel beams spaced at 4 feet on center with single load, 

Ultimate  load  testing of  four  (4)  individual  component  strips  (i.e.  T‐beam with  single  rib  and 

corresponding  12‐inch wide  deck  slab) with  in  a  two  span  configuration  supported  on  steel 

beams spaced at 4 feet on center with two loads, 

Ultimate  load  testing  of  three  (3)  36‐inch  wide  panels  (i.e.  three  (3)  transverse  ribs  and 

corresponding deck slab and  longitudinal  ribs)  in a  two span configuration supported on steel 

beams spaced at 4 feet on center with two loads. 

2.4.10  Constructability 

Fabrication:  The precast UHPC waffle slab deck panels will be fabricated at a precast manufacturing 

facility licensed to use the proprietary Ductal UHPC material.  Because of the limited concrete cover with 

the thin elements, much stricter control of the reinforcing steel and concrete form dimensions will be 

required.  Panels will be fabricated in the inverted position to achieve high quality riding surface.  

Specialized panel curing methods will be implemented as required to meet the specified physical 

properties.  Panels will need to be weighed after fabrication for use in balance calculations before 

shipment. 

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May 14, 2013  95  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Field Installation:  Because of the use of precast panels with limited available cover and the need to have 

strict control on the weight of the deck, special care will be needed in field alignment of panels.  Panels 

will utilize temporary leveling bolts to support and align the panels.  Additional forming around at the 

stringer, floorbeam, and main girder haunches, and panel joints will be required.   Lightweight concrete 

closure pour concrete will be placed and cured. 

Traffic Control:  Because the UHPC waffle slab deck panels will be oriented with the long dimension 

perpendicular to the roadway centerline similar to steel open grid panels, there is an opportunity to 

replace portions of the deck (i.e. one floorbeam bay at a time in lieu of the entire deck).  The tight 

tolerances required with the deck field installation operations are anticipated to add time to the field 

installation operations.  As such, this construction may not be conducive to short duration overnight 

closures, when considering all work involved.  However, there are opportunities to replace the deck in 

phases in order to maintain traffic on the bridge while the work is performed.  The modular fabrication 

of the panels permits the panels to be fabricated in a size (length, width and thickness) that closely 

matches that of the existing steel open grid panels to be replaced.  Small openings between the existing 

steel grid panels and the UHPC waffle slab deck panels due to small differences in panel dimensions can 

be temporarily covered with a thin plate.  Closure joints in the panel along the roadway centerline can 

permit the panels to be replaced in two halves with traffic maintained on the opposite half.  Details may 

need to be developed to accommodate bolting of temporary traffic railing to the UHPC waffle slab deck 

panels.     

Specialized Inspection:  The use of proprietary UHPC material is less common to the bridge industry and 

considered specialty in nature.  

2.4.11  Costs 

Construction  Costs:    The  cost  of  the UHPC waffle  slab  deck  system  is  anticipated  to  be  significantly 

higher than the cost to replace steel open grid roadway flooring (i.e. approximately two times the cost).  

Because UHPC is a proprietary material, the material is available from a sole source.  The cost can vary 

due  to a number of  factors and depends on  the modifications  required  to  fully  implement  the UHPC 

waffle slab deck system. This anticipated work includes a number of items including: 

Removal and disposal of the existing steel open grid and concrete filled deck, 

Fabrication and installation of the new precast UHPC waffle deck slab panels, 

Field  installation of  the welded headed studs and haunch  forms  to stringers,  floorbeams, and 

main girders, 

Removal of the main girder and floorbeam spacer bars, 

Addition  of  ballast  (e.g.  adjustment  blocks,  concrete  and/or  steel  ballast)  secured  to  the 

counterweight, 

Span balance including detailed balance calculations, and instrumentation and recording of the 

balanced condition before and after the work, 

Adjustment of the live loads shoes in conjunction with the deck alignment, 

Adjustment of the span locks in conjunction with the live load shoe adjustments, 

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May 14, 2013  96  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Modification of the top of the rack frames (bridges with Hopkins frame drive systems and where 

the rack frame supports the deck), 

Possible  incidental  work  to  offset  the  increased  weight  including  replacement  of  sidewalk 

grating, sidewalk supports, bridge railing, curbs and/or medians with lighter members, 

Possible  retrofit work  to  the  trunnion assemblies  to  increase capacity  including new  trunnion 

bearing bushings with higher strength bronze material or spherical roller bearings, 

Traffic control, 

Mobilization work. 

Maintenance Costs:  The cost to maintain the UHPC waffle slab deck is anticipated to be minimal.  Many 

bascule leaf maintenance activities will be eliminated or significantly reduced. 

Reduced maintenance activities include: 

Reduction  in  the  frequency of  required cleaning and painting of  the bascule  leaf  steel, as  the 

solid deck better protects these elements, 

Elimination of the need to periodically repair broken steel open grid attachment welds, 

Elimination of need to periodically repair  cracked secondary and tertiary grid bars, 

Elimination  of  the  need  to  periodically  improve  skid  resistance  of  steel  open  grid  (e.g. 

scarification of top surface), 

Reduction in the future replacement of the deck. 

Added maintenance activities include: 

Possible more  frequent  replacement  of  trunnion  bearing  bushings  due  to  heavier  loads  on 

bearings.  

Salvage Cost:  There is no anticipated salvage value for UHPC waffle slab deck.  

Design  Cost:  The  design  cost  is  anticipated  to  be  slightly more  than  that  for  steel  open  grid  deck.  

Because  this deck  system will be  initially unfamiliar  to  the bridge design  community,  the  cost of  the 

plans production will also be higher, until  the design community becomes more comfortable with the 

design and details, develops design skills and work product (plans and calculations) that can be adapted 

for use on multiple projects.  

Inspection Cost: The inspection cost may be slightly higher than that required for replacement with steel 

open grid deck, at  least  initially, as  the construction community becomes more comfortable with  the 

quality control requirements for this new type of deck system and the unique materials. 

 

 

 

Page 227: Rapport mission Floride octobre 2015

 

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May 14, 2013  97  FINAL Deck Alternative Screening Report 

 

Waffle Slab Panel Schematic (Modified for Typical Florida Bascule Leaf) 

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May 14, 2013  98  FINAL Deck Alternative Screening Report 

 

UHPC Waffle Slab Details for Typical Florida Bascule Bridge (1 of 3)   

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May 14, 2013  99  FINAL Deck Alternative Screening Report 

 

UHPC Waffle Slab Details for Typical Florida Bascule Leaf (2 of 3)   

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May 14, 2013  100  FINAL Deck Alternative Screening Report 

 

UHPC Waffle Slab Details for Typical Florida Bascule Leaf (3 of 3)   

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May 14, 2013  101  FINAL Deck Alternative Screening Report 

2.4.12  References 

Keierleber, et. al. Design of Buchanan County, Iowa, Bridge Using Ultra High‐Performance Concrete and 

Pi Beam Cross Section, 2008 PCI National Bridge Conference. 

Mirmiran,  A.  &  Mackie,  Kevin  (2011),  Alternatives  to  Open  Steel  Grid  Decks  (Presentation  dated 

9/28/11). 

Saleem, Mirmiran, Xia, and Mackie  (2010), Alternative Deck System  for Moveable Bridges, 2010 ASCE 

Structures Congress (pp. 403‐416). 

Wipf,  et.  al.  (2009),  Design  and  Evaluation  of  a  Single  Span  Bridge  using  UHPC,  Bridge  Engineering 

Center Tech Transfer Summary (September 2009), Iowa State University.  <www.bec.iastate.edu>. 

AASHTO (2010), AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 5th Edition (2010),  American Association of 

State Highway and Transportation Officials. 

SDG  (2012),  FDOT  Structures  Design  Guidelines  (January  2012),    FDOT  Structures  Manual,    Florida 

Department of Transportation, Structures Design Office. 

Ductal‐Lafarge  (2012),  About  Ductal,  http://www.ductal‐lafarge.com/wps/portal/ductal/1‐

About_Ductal. Accessed February 24, 2012. 

Ductal‐Lafarge  (2012),  Ductal  Science  Library,  http://www.ductal‐lafarge.com/wps/portal/ductal/6_9‐

Technical_library. Accessed February 24, 2012. 

MMFX  Technologies  Corporation  (2012),  About  Us,  http://www.mmfx.com/about.shtml.    Accessed 

February 24, 2012. 

MMFX  Technologies  Corporation  (2012),  Product  Line,  http://www.mmfx.com/products.shtml.  

Accessed February 24, 2012. 

   

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May 14, 2013  102  FINAL Deck Alternative Screening Report 

3.0  WEARING SURFACE EVALUATION 

3.1  INTRODUCTION 

All of the alternative lightweight solid deck systems proposed to replace the steel open grid require the 

use  of  a  lightweight,  skid‐resistant  roadway  wearing  surface.    As  there  are  a  number  of  available 

products that meet this requirement, an evaluation of the wearing surfaces is warranted. 

The  lightweight  solid  deck  alternatives  under  investigation  include  the  Sandwich  Plate  System  (SPS) 

developed by Intelligent Engineering, aluminum orthotropic deck system developed by Sapa, and Fiber 

Reinforced Polymer  (FRP) deck  system  such as  that developed by ZellComp.    It was determined  that 

ultra‐high  performance  concrete  (UHPC) waffle  deck  slab was  too  heavy  to  be  considered  a  viable 

lightweight deck alternative, and as a result, will not be considered as one of the substrate materials for 

the deck overlays. 

The primary function of the wearing surface is to provide a safe riding surface for vehicles crossing the 

bridge by providing a slip‐resistant surface.   The  top surface of each of  the proposed alternative deck 

systems are not inherently skid resistant surfaces.  In addition, the wearing surfaces should: 

Minimize the weight added to the bridge, 

Provide a relatively smooth and uniform riding surface, 

Bond well to the substrate and provide sufficient flexibility to accommodate movement of the 

deck and bascule leaf structure without cracking under: 

o Expected  loading  conditions  including  wheel  loads,  traction  and  braking,  thermal 

restraint forces, 

o Expected  deformations  including  flexure  of  the  deck  from wheel  loads  and  in‐plane 

deformation of  the deck  from overall deflection of  the bascule  leaf  steel  framing and 

thermal expansion and contraction, 

Maintain integrity at the joints, 

Protect the bridge deck top surface from a wide variety of environmental conditions  including 

exposure  to  typical  chemicals  deposited  on  the  road  including  chlorides  from  the  coastal 

environment and exposure to ultraviolet light, 

Resist polishing, abrasion, and wear from traffic and maintain the skid resistance, 

Provide  impact  resistance  such as  that  from a vehicular collision or metal objects dropped or 

dragged from a moving vehicle), 

Provide a relatively long service life, 

Accommodate economical repair or replacement, 

Have the capability of either shop or field application, 

Have a history of use in similar applications. 

There are a number of applied wearing surfaces that have been used on bridge decks including hot mix 

bituminous asphalt, polymer concrete  (e.g.  latex modified concrete), and  thin polymer overlays.   This 

report will not consider asphalt or polymer concrete overlays due  to  the required  thick application of 

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May 14, 2013  103  FINAL Deck Alternative Screening Report 

these materials and the corresponding weight.    In addition, hot mix bituminous asphalt has a concern 

with developing an adequate bond to the proposed substrates and polymer concrete generally lacks the 

flexibility  to  accommodate  the  anticipated  deformations without  cracking.   Hot  spray  applied metal 

overlays  have  been  used  in  pedestrian  and  bicycle  applications  but  do  not  have  a  history  of  use  in 

roadway applications.  However, as this type of overlay meets many of the evaluation criteria it will be 

included in the evaluation. 

     

Examples of wearing surface failures 

The method  of  applying  the  overlay  to  the  bridge  deck will  vary,  depending  on  the  type  of  overlay 

selected, and will be summarized for each of deck overlay products evaluated  in this report.   The field 

performance of the various overlay products has been documented  in some cases  in various research 

projects, and will be discussed  later  in greater detail  to determine what possible maintenance  issues 

may arise for each of the products when they are put into service.  

After the unsuccessful use of hot mix bituminous asphalt and polymer concrete overlays on two bascule 

bridges with that were retrofitted with FRP composite decks, the Oregon Department of Transportation 

prepared an evaluation of  four thin polymer overlays  in 2005.   This evaluation considered and ranked 

the tensile strength, flexibility, bond strength, and wear resistance of these thin polymers.  

3.2  ALTERNATIVE WEARING SURFACES 

Initial screening of wearing surface overlays for the above evaluation criteria yielded two primary types 

of  products  that  have merit  including:    thin  polymer  overlays  and  hot‐spray  applied metal  overlays.  

Further evaluation of the proposed wearing surface overlays  included review of manufacturer product 

data sheets and research papers.  

   

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May 14, 2013  104  FINAL Deck Alternative Screening Report 

3.3  THIN POLYMER OVERLAY WEARING SURFACES 

Thin polymer bridge deck overlays have  limited use  in  the United States  for 25 years and  there are a 

number  of  available  products  from  different  manufacturers  that  are  available,  each  with  slightly 

material and physical properties and corresponding advantages and disadvantages. 

Thin polymer overlays generally consist of a combination of polymer resin binder and stone aggregate, 

which  together  form a  single  layer.   The polymer overlay  is usually applied  in multiple  layers  (two or 

three) using a “broom and seed” application method.  Two‐layer overlays are typically range from 1/4” 

to  3/8”  thick.    Common  resin  binders  for  a  thin  polymer  overlays  consist  of  epoxy, modified  epoxy 

(which includes epoxy urethane and polysulfide epoxy), or methyl methacrylate (MMA).  More research 

has  been  conducted  on  epoxy  or modified  epoxy  resin  products  and  there  are  a  greater  number  of 

epoxy resin products than MMA. 

Thin  polymer  overlay  products  have  been  effectively  applied  to  concrete,  steel,  aluminum  and  FRP, 

bridge decks and are generally recommended by SPS, Sapa and ZellComp for use on their deck systems.  

These  products  are  generally  expected  to  last  a minimum  of  15  years  when  properly  applied  per 

manufacturer specifications.  The average installed cost of the overlays is $15 to $20 per square foot of 

deck area. 

The  products  evaluated  in  this  report  are  generally  a  sample  of  the  thin  polymer  overlay  products 

currently available.   Their  inclusion with this report does not  imply that their products are superior to 

the others that have been excluded.  The products shown in this report were evaluated primarily based 

on documented previous use and research.   Products reviewed include: 

Transpo T‐48:   A polysulfide epoxy based polymer concrete overlay manufactured by Transpo 

Industries, Inc.   

FLEXOGRID Mark‐163: A urethane modified epoxy polymer concrete overlay manufactured by 

POLY‐CARB, Inc. (a subsidiary of the Dow Chemical Company). 

Traficguard EP35:  An epoxy‐based concrete overlay system manufactured by BASF.   

(NOTE:   The  research performed by Oregon DOT concluded  that a product using a urethane modified 

epoxy polymer  (URE‐FAST PF‐60 manufactured by URE‐FAST  Industries, Ontario, Canada)  yielded  the 

best combination of properties). 

All  three products  can be applied using a broom‐and‐seed method  in multiple  layers, or using  single 

application slurry method.     The epoxy resin is typically fast curing with typical cure times of 1.5 to 3.5 

hours,  depending  on  the  ambient  temperature,  which  is  advantageous  for  traffic  control  purposes 

where the roadway can be closed for only short durations (e.g. overnight closures).   The overlay  is not 

overly  sensitive  to  environmental  conditions with  a permissible  ambient  temperature  at  the  time of 

application typically between 50 and 100°F.  The overlay can typically be applied to a finished thickness 

of  1/4"  to  1/2”.    However,  in  order  to  minimize  the  added  weight  to  the  bascule  span,  it  is 

recommended that a maximum finished thickness of 1/4” be used, which corresponds to a unit weight 

of 3 to 4 pounds per square foot. 

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May 14, 2013  105  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Steel, aluminum and FRP composite  surface  to  receive  the overlays must be cleaned and  shot or grit 

blasted to the requirements of SSPC‐SP10, with a minimum 4 mil (0.2 mm) anchor profile.  If flash rust 

appears, the surface must be cleaned and blasted again. 

The coarse aggregate provides the skid‐resistance and wear resistance.  The coarse aggregates typically 

consist  of  clean,  dry  (less  than  0.2% moisture  content),  sharp,  angular,  sound,  non‐friable,  abrasion 

resistant, broken  stone  (e.g.  silica  (quartz) with Mohs  scale hardness of 7 or basalt with Mohs  scale 

hardness of 6) aggregate may be used. The coarse aggregate  is typically small (100% passing a #4 Size 

sieve) and to a specified gradation. 

The epoxy resins contain chemicals that can be considered hazardous (e.g. produce noxious fumes) and 

thus require care in handling per documented material‐safety data sheets.  Aggregates can include fines 

that produce dust that can be an irritant. 

The coarse aggregate  is combined with the epoxy resin by broadcasting  it onto already placed  layer of 

the epoxy resin with one of two methods: 

Broom‐and‐seed Method:   Usually  associated with  epoxy polymers,  in  this method,  the mixed  epoxy 

resin is typically spread onto the substrate with a notched squeegee at a prescribed application rate and 

in a continuous operation by applying the subsequent mixes  immediately behind the preceding mixes.The  aggregate  is  typically  broadcast  immediately  onto  the  already  placed  epoxy  resin  to  complete 

saturation until a dry surface  is  re‐established.   Additional  layers are applied  in a similar manner, but 

typically within no more than 24 hours of the preceding layer.  This method of application is susceptible 

to contamination between applications from moisture, dust and debris if the structure must be opened 

to  traffic between  layer  applications. Anything  trapped  in  the overlay between  layers  could  result  in 

premature overlay  failure. Multi‐layer overlay  systems also exhibit  some  level of porosity which may 

cause premature failure on either concrete or steel substrates. 

Slurry Method:   Usually associated with polysulfide epoxy polymers and MMA, slurry overlay systems 

are  made  up  of  specially  formulated  resins  having  excellent  physical  properties  and  a  uniquely 

formulated slurry powder component that allows the overlays to be  installed  in thicknesses of 3/8” to 

1/2” in a single application. This results in an overlay with virtually zero porosity preventing the egress of 

moisture, chlorides, salt and other corrosion‐inducing substances. This process includes the application 

of a primer coat on  the surface using  the same  resin as  the slurry component.  Immediately after  the 

primer is installed the overlay slurry can be applied to the surface. The slurry  is a mixture of the epoxy 

resin and the prepackaged slurry powder component that is spread over the surface using gauge rakes, 

preset  to a specified  thickness which will  result  in  the specified overlay  thickness  to meet  the project 

requirements.  The  slurry  is  formulated  so  that  it  self‐levels within minutes  after  the  gauge  raking  is 

completed resulting in a smooth uniform surface. Once the slurry has leveled the surface is then covered 

with  the  coarse  broadcast  aggregate.  A  seal  coat  is  recommended  with  MMA  to  lock  down  the 

aggregate. 

The  wearing  surface  is  usually  applied  in  the  field,  but  can  also  be  applied  in  a  shop  controlled 

environment.  Field application permits a continuously applied wearing surface with minimal cold joints.  

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May 14, 2013  106  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Shop application yields discontinuities  in  the wearing surface with small areas of  field patching at  the 

bolted panel splices. 

These products have been tested to meet a number of physical properties per various ASTM standards 

including  compressive  strength,  flexural  strength,  flexural modulus  of  elasticity, wet  skid  resistance, 

tensile  adhesion,  tensile  elongation,  hardness,  thermal  compatibility,  water  absorption,  chloride 

permeability,  abrasion,  viscosity,  gel  time  and  pot  life.    The  overlays  are  generally  impervious  and 

prevent  ingress of moisture,  chlorides,  salts and other  corrosion  inducing  substances, are  compatible 

with concrete,  steel, aluminum and FRP composites, exhibit  relatively good elasticity, are  resistant  to 

wear, have good bond with properly prepared and sound substrates, and are resistant to UV light.  The 

products have been used on concrete, steel and aluminum orthotropic, and FRP composite bridge decks. 

3.4  HOT SPRAY APPLIED METAL OVERLAYS 

Hot‐spray  applied metal  overlays  have  been  used  in  limited  applications within  the  bridge  industry.  

There  are  only  a  few  products  and  suppliers  (e.g.  Slip‐NOT  supplied  by W.S. Molnar  Company,  and 

Mebac  supplied  by  Harsco  Industrial).    Although  these  products  have  received  widespread  as  slip‐

resistant  surfaces  in  pedestrian‐bicycle  applications,  these  products  have  only  been  used  in  limited 

application  in roadway applications (e.g. SlipNOT has been applied to plates used to temporarily cover 

holes  in  the  roadway  or  bridge  decks).  The  hot‐spray  applied metal  overlay  products  in  this  report 

represent a sample of the products currently available in the market, and their inclusion with this report 

does not  imply  that  their products are  superior  to  the others  that have been excluded. Other metal 

coating products  that may have merit  for bridge wearing surfaces  include Carbinite  (manufactured by 

Carbinite  Metal  Coatings),  and  ALGRIP  metal  safety  flooring  (manufactured  by  Ross  Technology 

Corporation).   Similar to SlipNOT and Mebac, the  latter two products do not advertise as having been 

previously used as a bridge wearing  surface, but have properties  that make  them  similarly viable  for 

similar use.   For this report, the evaluation of hot‐spray applied metal overlays is based on the SlipNOT 

product. 

These products  typically consist of aluminum oxide or steel grit hot‐spray applied  to metal substrates 

(steel  or  aluminum).    Currently,  application  of  the  surface  coating  is  performed  only  at  the  surface 

coating supplier’s manufacturing facility to pre‐fabricated components.   Field application and repair of 

the surface coating is not currently available. 

For SPS deck, the surface application may need to be applied to the top faceplate, prior to injecting the 

elastomer core, to prevent damage to the core caused by heat from the hot‐spray application. It is not 

clear  what  surface  temperature  will  cause  damage  to  the  elastomer  core.  Testing  for  this  specific 

application has not been performed.  The pre‐fabricated SPS deck panels or top faceplate will need to be 

shipped  to  the  surface  coating  supplier  and  returned  to  the  SPS  deck  manufacturing  facility  for 

completion of the panel fabrication. 

For aluminum orthotropic deck, the deck panels will need to be shipped to the surface coating supplier 

after fabrication. 

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May 14, 2013  107  FINAL Deck Alternative Screening Report 

The hot‐spray applied metal overlay cannot be applied to an FRP composite due to the effect that the 

high heat from the hot‐spray application would have on the material. 

SlipNOT, manufactured by  SlipNOT Metal  Safety  Flooring  (a division of  the W.S. Molnar Company)  is 

available  in  three different grades, with each grade varying  in  the coarseness of  the metal aggregate.  

The  product  is  applied  to  the  substrate  using  a  patented  process  which  applies  a  plasma  stream 

deposition of molten metal to a metal substrate creating a surface that has a bond strength of at least 

4,000 psi and has a surface hardness of between 55 – 63 on the Rockwell “C” scale.  The SlipNOT metal 

surface can be steel, stainless steel, or aluminum, and is advertised as being applicable to either steel or 

aluminum substrates.  Grade 1 is a fine surface with a peak to valley surface depth of 0.010” to 0.012”, is 

used in light duty applications, and is available for all surface types.  Grade 2 is a medium surface with an 

average peak to valley surface depth of 0.020” to 0.025”, and is the maximum coarseness available for 

aluminum  and  stainless  steel  surfaces.   Grade  3  is  a  coarse  surface with  an  average  peak  to  valley 

surface depth of 0.032” to 0.038”, is used for heavy‐duty application such as vehicular traffic, and is only 

offered  as  a  steel  surface.    It  is  recommended by  the manufacturer  that  this product be hot dipped 

galvanized as well.  The galvanized steel, Grade 3 option appears to be the best option for typical Florida 

bascule bridges. 

SlipNOT has been used  in  limited  temporary  roadway 

applications  on  bridges  such  as  the  Ridgely  Avenue 

Bridge  over  Weems  Creek  in  Annapolis,  Maryland.  

Temporary steel plates with SlipNOT were  installed on 

the  bridge  to  temporarily  widen  the  bridge  deck  to 

accommodate  traffic  control  during  bridge 

construction.     The  steel plates were  removed after a 

couple  of  years  of  use,  and  installed  at  another  site. 

The  successful  use  of  this  product  in  a  temporary 

application  indicates  that  use  in  a  permanent 

application  may  be  practical.    Additional  testing  to 

demonstrate  the  long‐term  durability  and  frictional 

resistance  of  the  wearing  surface  is  warranted,  in 

recognition that the surfaces currently must be applied 

in  the  shop  (i.e.  the  deck  panels  would  need  to  be 

removed  from the bridge and sent to the shop  for re‐

coating if there is a significant loss in slip‐resistance or 

other concerns with the wearing surface.   

 

 

SlipNOT Road Plate on the Ridgely Avenue Bridge,  

Annapolis, MD 

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May 14, 2013  108  FINAL Deck Alternative Screening Report 

3.5  DECK OVERLAY PROPERTIES 

The various properties functional, safety and durability properties for the thin epoxy polymer overlays 

and hot‐spray applied metal coatings are described below. 

Unit Weight:   The unit weight of the wearing surface will have a significant effect on the bascule span 

balance and overall weight of the bascule span. 

Thin Epoxy Polymer Overlay:  A two‐layer, thin polymer epoxy overlay with a thickness of 1/4” (which is 

the minimum recommended thickness using a two‐layer application) typically yields a unit weight of 3 to 

4 psf.   A  three‐layer overlay with a  thickness of 3/8”  (which  is  the minimum  recommended  thickness 

using  a  three‐layer  application)  typically  yields  a unit weight of 5  to 6 psf.    The  two‐layer overlay  is 

recommended  in order  to  reduce weight.   However,  a  three‐layer  system will  typically have  greater 

durability and a longer service life. 

Hot Spray Applied Metal Overlay:  A hot‐spray applied metal coating (e.g. SlipNOT) will typically yield a 

unit weight of 0.5 to 1.5 psf, depending on the surface texture (Grade 1: Fine, Grade 2: Medium, Grade 

3: Coarse).  

Skid Resistance:   The skid resistance of a roadway surface  is an  important factor  in vehicle safety as  it 

affects  both  stopping  (braking)  distance  and  lateral  grip.  The  skid  resistance  of  the wearing  surface 

should preferably be similar to the skid resistance of typical asphalt and concrete pavements in both wet 

and dry conditions.  

Skid  resistance  is  tested  on  roadway  pavement  using  a  variety  of  standard  tests  that measure  the 

friction between  the  rubber  tire of  a  vehicle  and  the pavement  surface.   Typical  tests  include ASTM 

E1911  (“Standard Test Method  for Measuring Paved  Surface  Frictional Properties Using  the Dynamic 

Friction Tester), ASTM E2157 (“Standard Test Method for Measuring Pavement Macrotexture Properties 

Using  the  Circular  Track  Meter”),  ASTM  E2340  (“Standard  Test  Method  for  Measuring  the  Skid 

Resistance  of  Pavements  and  Other  Trafficked  Surfaces  Using  a  Continuous  Reading,  Fixed‐Slip 

Technique”), and ASTM E274 (“Standard Test Method for Skid Resistance of Paved Surfaces Using a Full‐

Scale Tire”).   The Florida Department of Transportation  typically has used ASTM E274  to  test  the skid 

resistance of steel grid decks in previous research. 

Thin  Epoxy  Polymer Overlay:    The  initial  skid  resistance  friction  number  (FN)  of  typical  thin  polymer 

epoxy overlay products tested per ASTM E274 for wet conditions is 40 to 55 (i.e. coefficient of friction of 

0.40 to 0.55).  The skid resistance of epoxy polymer overlays is known to reduce somewhat over time as 

the wearing surface is abraded and polishes. 

Hot  Spray Applied Metal Overlay:    Skid  resistance of  vehicle  tires on hot‐spray  applied metal  coated 

surfaces has not been tested to date. The specified minimum slip resistance typically is a coefficient of 

friction  of  0.60.   Measured  coefficients  of  friction  typically  exceed  0.85  (wet  and  dry)  but  can  vary 

slightly depending on the surface grade, material and test performed. 

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May 14, 2013  109  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Service Life:  The expected service life of the wearing surfaces is as follows: 

Thin Epoxy Polymer Overlay:   A properly specified and  installed thin epoxy polymer wearing surface  is 

generally expected to provide a service life of 15 years before removal and replacement is required. 

Hot Spray Applied Metal Overlay:   The  service  life of a hot‐spray applied metal overlay as a  roadway 

wearing surface is not clear as testing has not been performed to demonstrate the wear resistance and 

long‐term loss in skid resistance of the surface.  It is anticipated that the wear resistance will dictate the 

service  life  of  this wearing  surface.    Because  there  currently  is  no  available  field  application  of  the 

coating and panels must be removed to the coating supplier shop for re‐coating, a  long service  life for 

the wearing surface is needed to justify its use.   

Wear  Resistance:    The  ability  of  the  wearing  surface  to  resist  wear,  abrasion  and  polishing  from 

vehicular traffic is important to the safety and durability of the wearing surface. 

Thin Epoxy Polymer Overlay:   The coarse aggregate provides the  largest contribution to skid‐resistance 

and wear  resistance.   The  coarse aggregates  that are  relatively hard, angular,  sound, non‐friable and 

abrasion resistant (e.g. silica (quartz) with Mohs scale hardness of 7 or basalt with Mohs scale hardness 

of 6) exhibit good wear resistance.  Higher quality coarse aggregates will generally provide greater wear 

resistance  and  greater durability.   A  three‐layer  system will have  greater durability  than  a  two‐layer 

system  because  it  takes  a  longer  time  for  the  thicker  overlay  to  become worn  to  the  layer  of  the 

substrate.  The coarse aggregates are typically tested for absorption, abrasion resistance and soundness.Aggregates used in epoxy overlays have a low absorption since moisture in the overlay can cause a loss 

of adhesion between the epoxy and the aggregate and premature deterioration of the aggregate; a high 

abrasion  resistance  so  that  the  overlay  can  provide  a  high  skid  resistance  over  its  life;  and  a  high 

soundness to resist deterioration when subjected to cycles of freezing and thawing. 

Hot Spray Applied Metal Overlay: Wear  resistance of vehicle  tires on hot‐spray applied metal  coated 

surfaces has not been tested to date.  The file hard surface coating (Rockwell C Scale Hardness of 55 to 

63) is anticipated to yield good wear resistance. 

Bond Strength:  The strength of the bond between the wearing surface and the substrate is important to 

ensure that the wearing surface does not delaminate and spall under the flexural deformations. 

Thin Epoxy Polymer Overlay:  Typical bond (adhesive) strength between thin epoxy polymer overlay and 

the substrates is between 250 and 500 psi.  The bond strength is dependent on the surface preparation 

(SSPC‐SP10 surface finish for metal substrates) and anchor profile (shot or grit blast to minimum 4 mil 

(0.2 mm) surface roughness). 

Hot Spray Applied Metal Overlay:   Typical bond  (adhesive)  strength between hot‐spray applied metal 

coatings and steel substrates is greater than 4000 psi (except aluminum surface on aluminum substrates 

which is greater than 2000 psi). 

Ultraviolet Light Resistance:   The wearing surface will be directly exposed to sunlight and corresponding 

ultraviolet (UV) radiation that is known to cause degradation of many materials. 

Page 240: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  110  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Thin Epoxy Polymer Overlay:   The epoxy polymer  resins of  thin epoxy polymer wearing  surfaces have 

been  specifically  formulated  and  tested  to  demonstrate  to  resist  degradation  from  exposure  to  UV 

radiation.  The coarse aggregates are generally inert and do not degrade from exposure to UV radiation. 

Hot Spray Applied Metal Overlay:  The metals in the wearing surface of hot‐spray applied metal overlays 

do not degrade from exposure to UV radiation. 

Chemical Resistance and Corrosion:    

Thin Epoxy Polymer Overlay:   The dense epoxy polymer  resin binders are generally  impermeable and 

thus penetration of chemicals  including chlorides  from saltwater  to the metal substrate provided that 

the wearing surface is not breached. 

Hot Spray Applied Metal Overlay:  The applied metal coating may or may not fully coat the substrate and 

thus does not prevent chemicals  including chlorides  from saltwater  from accessing the substrate. The coating  itself  does  not  protect  from  rust  and  corrosion;  however  aluminum,  stainless  steel  and 

galvanized  steel  products  are  generally  corrosion  resistant.    Galvanized  of  steel  coatings  is 

recommended to prevent corrosion of the steel substrate. 

Tensile  (Flexural) Strength:   Good  flexural  strength and  flexibility of  the wearing  surface  is needed  to 

prevent development of cracking. 

Thin  Epoxy  Polymer Overlay:    The  epoxy  polymer  resins  are  typically  formulated with  good  physical 

properties  and  can  accommodate  some  flexural  deformations without  cracking.    Physical  properties 

range significantly from product to product with some products providing greater strength and flexibility 

than others.    

Hot Spray Applied Metal Overlay:  The hot‐spray applied metal coating does not significantly affect the 

tensile (flexural) strength and stiffness of the metal substrates and because the coating  is metallic  it  is 

highly flexible. 

Maintenance:  Future maintenance, repair and replacement of the wearing surface must be considered 

in the selection of the type of surface to be used.  

Thin  Epoxy  Polymer Overlay:    Complete  repairs  and  localized  repairs  to  thin  epoxy  polymer wearing 

surfaces can be performed using the same material and application procedure used to originally apply 

the material including surface preparation.  In making repairs, all unsound material surrounding the area 

to be repaired should be removed using mechanical means (e.g. scrapers and chippers).   

Hot  Spray  Applied Metal  Overlay:    Field  repair  of  hot‐spray  applied metal  coatings  using  the  same 

technology as the original supplier is not currently available.  Panels must be removed and shipped back 

to the coating supplier shop for repair or replacement.   It is not clear whether it is practical to remove 

the  existing  coating  from  the  substrate  or whether  a  new  coating  can  be  applied  over  the  existing 

coating or whether  the deck panel must be  replaced  in  the event of  loss of  skid  resistance, or other 

unacceptable deficiency. 

Page 241: Rapport mission Floride octobre 2015

 

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May 14, 2013  111  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Field repairs of the substrate can be performed with the hot‐spray applied coating remaining intact. The 

coating can be sheared, flame or torch cut or otherwise fabricated without harming the surface. Since 

the coating is an all‐metal surface it can be welded, either directly or from the opposite side, without the 

need of grinding or other surface preparation using the same standard metal welding rods. The coating 

can also be drilled, countersunk and formed. 

3.6  REFERENCES 

Alampalli  and  Kunin  (2001).    Load  Testing  of  an  FRP  Bridge  Deck  on  a  Truss  Bridge,  Report  No. 

FHWA/NY/SR‐01/137.  Special Report 137, Transportation Research and Development Bureau, New York 

State Department of Transportation. 

Alger,  Gruenberg,  and  Wegleitner  (2003).    Field  Performance  of  Polymer  Bridge  Deck  Overlays  in 

Michigan,    Research  Report  RC‐1422.    Michigan  Department  of  Transportation,  Construction  and 

Technology Division. 

Fowler  and Whitney  (2011).    Long‐Term Performance of Polymer Concrete  for Bridge Decks,   NCHRP 

Synthesis 423.  National Cooperative Highway Research Program, Transportation Research Board of the 

National Academies. 

Gama (1999).  Durability of Epoxy Polymer Concrete Overlays for Bridge Decks,  Master’s Thesis, McGill 

University (Montreal, Canada), Dept. of Civil Engineering and Applied Mechanics. 

Hall,  et.  al.  (2009).    Guide  for  Pavement  Friction,    NCHRP  Project  No.  01‐43.    National  Cooperative 

Highway Research Program, Transportation Research Board (TRB) of the National Academies. 

Izeppi,  Flintsch,  and  McGhee  (2010).    Field  Performance  of  High  Friction  Surfaces,    Report  No. 

FHWA/VTRC  10‐CR6.    Virginia  Tech  Transportation  Institute,  Center  for  Sustainable  Transportation 

Infrastructure. 

Krauss,  Lawler,  and  Steiner  (2009).    Guidelines  for  Selection  of  Bridge  Deck  Overlays,  Sealers  and 

Treatments,    NCHRP  Project  20‐07,  Task  234.    National  Highway  Research  Program,  Transportation 

Research Board. 

Liang  (2005).    Performance  of  Polymer  Concrete Wearing  Surfaces  on  FRP Decks,    Task  5.3.3,  FHWA 

Contract No. DTFH61‐01‐R‐00002.  Federal Highway Administration, Office of Acquisition Management. 

Pfeifer and Kowalski  (1999).   Evaluation of Thin  Lift Polymer Bridge Deck Overlays on  I‐57 Bridges at 

Clifton,  IL,    Report  No.  IL‐PRR‐132.    Illinois  Department  of  Transportation,  Bureau  of Materials  and 

Physical Research. 

Wilson and Henley (1995).  Thin Polymer Bridge Deck Overlays,  Report No. WA‐RD 374.1.  Washington 

State Department of Transportation, Bridge and Structures Office. 

Zhang  (1999).   An Evaluation of  the Durability of Polymer Concrete Bonds  to Aluminum Bridge Decks,  

Master’s Thesis, Virginia Tech University (Blacksburg, Virginia). 

Page 242: Rapport mission Floride octobre 2015

 

FPID 419497‐1‐B2‐01    Bascule Bridge Lightweight Solid Deck Retrofit Research 

May 14, 2013  112  FINAL Deck Alternative Screening Report 

Zimmer, Choubane, and Holzschuher  (2003).   A Friction Testing Method  for Open Grated Steel Bridge 

Decks,  Paper submitted for presentation at the 2003 Transportation Research Board Annual Meeting. 

Intelligent  Engineering  (2012).    IE  (Sandwich  Plate  System Bridge Decks) Home  Page,  http://www.ie‐

sps.com.  Accessed February 28, 2012. 

ZellComp  (2012).    ZellComp  (FRP  Bridge  Decks)  Home  Page,  http://www.zellcomp.com.    Accessed 

February 28, 2012. 

Sapa  (2012).    Sapa  (Extruded Aluminum Bridge Decks) Home  Page, http://www.Sapa.com.   Accessed 

February 28, 2012. 

 

Page 243: Rapport mission Floride octobre 2015

____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

Page 1

CONTRACT NUMBER ______________

LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

PROJECT BACKGROUND AND CONSIDERATIONS

In an effort to provide the traveling public of the State of __________ a cost effective, high

quality, transportation infrastructure, the _________________ Department of Transportation

(hereinafter referred to as the "Department") has adopted the following specifications for

performance based lightweight, prefabricated bridge decks. The Department intends to contract

for performance based prefabricated, lightweight bridge roadway and sidewalk flooring in order

to optimize various performance factors associated with the bridge deck. It is the intent of the

Department to solicit for competitive sealed proposals. Selection will be based upon a weighted

evaluation process that considers a written Technical Proposal and Price Proposal. The

Department intends to award this contract to the responsive and responsible Contractor that

receives the highest overall proposal score, calculated as the sum of the Technical Proposal

Score plus the Price Score.

OBJECTIVES

The Department is seeking to obtain durable, lightweight, prefabricated bridge roadway and

sidewalk flooring which meets or exceeds the Department's minimum performance standards,

and provides the best overall value.

(Insert the project description and limits here)

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________

The scope of this project includes the removal and disposal of the existing bridge roadway and

sidewalk flooring, and the acquisition and placement of new bridge roadway and sidewalk

flooring which meets or exceeds the Department's performance specifications.

Page 244: Rapport mission Floride octobre 2015

____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

Page 2

GENERAL REQUIREMENTS

All work shall be performed in accordance with the Department's ______ Road and Bridge

Standards and Specifications. The Contractor will manage all work within the project limits and

will perform work that produces end results in accordance with Department Specifications

(including all Supplemental Specifications and Special Provisions), Design Standards, including

the Manual on Uniform Traffic Control Devices (MUTCD), American Society for Testing and

Materials (ASTM), and Code of Federal Regulations (CFR), in effect at the time of the

performance of the specific work, and consistent with the Department's statewide practices.

The Contractor shall adhere to all federal, state and local laws pertaining to proper health and

safety measures to ensure safety for the traveling public, Department employees, Contractor

employees, and Subcontractor employees. All claims and disputes by the Contractor shall be

resolved in accordance with the Department Standard Specifications and revisions thereto.

LIGHTWEIGHT, PREFABRICATED, BRIDGE DECK SPECIFICATIONS AND

PERFORMANCE REQUIREMENTS

Section 1 Description

The work under this section consists of furnishing and erecting roadway and sidewalk flooring

on bridge spans, including movable bridges, and at other locations as shown in the plans. The

flooring shall meet or exceed all of the performance requirements listed below.

1.1 Roadway Floor: Construct the roadway floor using an approved lightweight material. Steel

grated flooring shall be open metal grated with rectangular openings. Place and weld the steel

grated floor to the floor stringers as shown in the plans. As an alternative, provide an extruded

aluminum deck with a solid surface that meets the performance requirements. If the flooring

requires secondary or supplemental stringers, the Department will consider these stringers and

their fastenings a part of, and included, in the materials to be furnished and erected under this

section, and will consider any advantages to composite construction capabilities of the deck to

enhance bridge strength and capacity.

1.2 Sidewalk Floor: Erect sidewalk floor using an approved metal or other lightweight material.

Steel grid flooring shall consist of a metal grid with rectangular openings. The clear distance in

any opening shall not exceed 5/8 inches in one direction, and the longest dimension of any

opening shall not exceed 3 inches. As an alternative, provide an extruded aluminum floor that

Page 245: Rapport mission Floride octobre 2015

____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

Page 3

has a solid surface and meets the performance requirements. Attach the floor to the supporting

members in accordance with the details shown in the plans, or in accordance with the

manufacturer's directions as approved by the Engineer.

1.3 Conformance with Manufacturer's Specifications: Meet the manufacturer's specifications

for material and construction methods, as approved by the Engineer, for the type of metal or

lightweight floor used.

1.4 Corrosion Protection: Metal bridge roadway and sidewalk floor materials shall be treated

with corrosion protection systems consistent with Department standards, and all coatings shall

be in accordance with Department standards. For steel grid flooring, all exposed areas of grid

floors shall have the same number, type, and thickness of paint coatings as are specified for

painted structural steel. Prepare the surface the same as required for painting structural steel.

If an extruded aluminum bridge floor is proposed, the Department will consider alternatives to

corrosion protection coatings when adequate material corrosion resistance can be

demonstrated by the Contractor and/or Manufacturer through recognized research and

documentation, to the Department's satisfaction.

1.5 Construction Details: Shop drawings shall be submitted to the Engineer for approval prior

to any fabrication or installation.

Section 2 Performance Criteria and Requirements

The Technical Proposal shall address the desired performance characteristics for the

lightweight bridge roadway and sidewalk flooring proposed for use under this specification,

including service life expectancy, enhanced live load carrying capability, structure dead load

characteristics, enhanced roadway width as a result of its lightweight and structural

characteristics, initial and long term quality, corrosion, ease of maintenance, speed of

construction, skid resistance/rideability, recyclability and safety.

2.1 Service Life Expectancy

The proposed bridge roadway and sidewalk floor shall meet Department standards and

specifications, and shall help to maintain the anticipated bridge service life. Materials and

methods that are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to help extend the bridge

service life through anticipated enhanced material performance and reduced corrosion are

encouraged. The Contractor's Technical Proposal may be awarded additional points if the

Page 246: Rapport mission Floride octobre 2015

____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

Page 4

proposed materials and methods are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to

help extend anticipated bridge service life.

2.2 Live Load Carrying Capability

The proposed bridge roadway and sidewalk floor shall meet Department standards and

specifications, and shall not in any way reduce the structure's original design live load carrying

capability. Materials and methods that are demonstrated, to the satisfaction of the Department,

to increase the anticipated live load carrying capability (such as the deck working compositely

with the steel girders or stringers) of the structure are encouraged. The Contractor's Technical

Proposal may be awarded additional points if the proposed materials and methods are

demonstrated, to the satisfaction of the Department, to increase the anticipated live load

carrying capability of the bridge.

2.3 Structure and Dead Load Characteristics

The proposed bridge roadway and sidewalk floor shall not increase the structure's dead load

characteristics. Materials and methods that are demonstrated, to the satisfaction of the

Department, to reduce the structure dead load characteristics while maintaining or enhancing

performance (such as the deck working compositely with the steel girders or stringers) are

encouraged. In the case of movable bridge decks, materials and methods that help to meet

loading requirements as well as weight and thickness characteristics for movable bridge decks

are also encouraged. The Contractor's Technical Proposal may be awarded additional points if

the proposed materials and methods are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to

reduce the structure's dead load and increase capacity rating.

2.4 Initial and Long Term Quality

The proposed bridge roadway and sidewalk floor shall provide initial and long term quality

through consistency in construction, functionality, ease of maintenance, and appearance.

Materials and methods that are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to

maximize product quality, consistent quality, environmental control (including end of life

recyclability or reuseability), and increased quality control are encouraged. The Contractor's

Technical Proposal may be awarded additional points if the proposed materials and methods

are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to increase the initial and long term

quality of the bridge floor.

Page 247: Rapport mission Floride octobre 2015

____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

Page 5

2.5 Corrosion

The proposed bridge roadway and sidewalk floor shall provide corrosion resistance and

protection in conformance with Department, ASTM, and manufacturer standards and

specifications. Materials and methods that are demonstrated, to the satisfaction of the

Department, to protect against and/or prevent corrosion of the bridge floor through enhanced

materials performance and reduced corrosion are encouraged. The Contractor's Technical

Proposal may be awarded additional points on a sliding scale to the degree that the proposed

materials and methods are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to help protect

against corrosion throughout the bridge service life.

2.6 Ease of Maintenance

The proposed bridge roadway and sidewalk floor shall at a minimum restore floor condition such

that maintenance is minimized over the anticipated bridge service life. Materials and methods

that are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to increase the ease of

maintenance through anticipated enhanced materials performance and reduced corrosion are

encouraged. The Contractor's Technical Proposal may be awarded additional points on a

sliding scale representing the comparative likelihood that the proposed materials and methods

are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to ease maintenance.

2.7 Speed of Construction

The proposed bridge roadway and sidewalk floor shall at a minimum be installed in a manner

that meets all Department, ASTM, CFR, and manufacturer standards and specifications.

Materials and methods that are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to minimize

on-site construction time; minimize traffic disruption; provide for less time spent on the site;

allow traditional tasks to be performed off-site; minimize impact from weather conditions; reduce

the need for detours, lane closures and narrow lanes; improve constructability through

prefabricated elements and systems; minimize impact from environmental constraints; relieve

constructability pressure; and/or reduce completion time are encouraged. The Contractor's

Technical Proposal may be awarded additional points if the proposed materials and methods

are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to help speed construction by

minimizing on-site construction time; minimizing traffic disruption; providing for less time spent

on the site; allowing traditional tasks to be performed off-site; minimizing impact from weather

conditions; reducing the need for detours, lane closures and narrow lanes; improving

Page 248: Rapport mission Floride octobre 2015

____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

Page 6

constructability through prefabricated elements and systems; minimizing impact from

environmental constraints; relieving constructability pressure; and/or reducing completion time.

2.8 Skid Resistance/Rideability

The proposed bridge roadway and sidewalk floor shall at a minimum meet Department and

ASTM standards and specifications for skid resistance/rideability. Materials and methods that

are demonstrated, to the satisfaction of the Department, to help improve skid

resistance/rideability are encouraged. The Contractor's Technical Proposal may be awarded

additional points if the proposed materials and methods are demonstrated, to the satisfaction of

the Department, to help improve skid resistance/rideability.

2.9 Safety

The proposed bridge roadway and sidewalk floor project shall meet Department, ASTM, and

CFR standards and specifications for safety. Materials and methods that are demonstrated, to

the satisfaction of the Department, to help improve work zone safety by minimizing work near

traffic and power lines, work at high elevations, and work over water, and/or improve safety for

the public, construction personnel, and inspectors are encouraged. The Contractor's Technical

Proposal may be awarded additional points if the proposed materials and methods are

demonstrated, to the satisfaction of the Department, to help improve project safety.

Section 3 Acceptance Criteria and Scoring 3.1 Contractor's Experience and Capabilities

The contractor's experience and capabilities will be evaluated and may be awarded up to a

maximum allowable score of 10 points.

3.2 Service Life Expectancy

The contractor's technical proposal may be awarded up to a maximum allowable score of 10

points based upon proposed materials and methods as demonstrated to help extend the

anticipated bridge service life.

3.3 Live Load Carrying Capability

The live load carrying capability shall be ___________ tons or better and the deck _______ feet

wider upon completion of the bridge deck project, as determined by signed and sealed

engineering calculations and as built drawings. A score of 7 points may be awarded for all

proposals meeting the minimum live load carrying capability. An additional point may be

Page 249: Rapport mission Floride octobre 2015

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Page 7

awarded for each 10% increase in live load carrying capability and/or increase of width up to a

maximum of three additional points.

Live Load Points

xx to xx tons 7

xx to xx tons 8

xx to xx tons 9

xx or greater tons 10

3.4 Structure Dead Load Characteristics

The maximum structure dead load upon completion of the bridge deck project shall be no more

than 36 pounds per square foot. A score of 7 points will be awarded for all proposals meeting

the 36 pounds per square foot requirement. An additional point will be awarded for each 10%

reduction in dead load up to a maximum of three additional points.

Dead Load Points

36 to 32.4 lbs. per s.f. 7

32.3 to 29.2 lbs. per s.f. 8

29.1 to 26.2 lbs. per s.f. 9

26.1 or less lbs. per s.f. 10

3.5 Initial and Long Term Quality

The contractor's technical proposal may be awarded up to a maximum allowable score of 10

points based upon proposed use of long term quality products to maximize functionally,

environmental sensitivity, and appearance.

3.6 Corrosion

The bridge roadway and sidewalk floor shall be free from visible and/or detectable corrosion

upon project completion, and for a period of ___ years. The contractor's technical proposal may

be awarded up to a maximum allowable score of 10 points based upon proposed use of long

term quality products that have reduced corrosive effects.

3.7 Ease of Maintenance

The contractor's technical proposal may be awarded up to a maximum allowable score of 10 points

based upon proposed use of long term quality products to maximize ease of maintenance, and

reduced life cycle maintenance costs.

Page 250: Rapport mission Floride octobre 2015

____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

Page 8

3.8 Construction

Lane closures, lane restrictions, and/or detours shall not exceed a combined total of ___ days

during construction, shall comply with all Department standards, and shall be approved in

advance by the Department. A score of 3 points will be awarded for all proposals meeting the

number of maximum allowable lane closure, lane restriction, and/or detour days identified

above. An additional point will be awarded for each 10% reduction in number of total lane

closure, lane restriction, and/or detour days up to a maximum of seven additional points.

Lane Closures, Lane Restrictions,

and/or Detours Days Points

Maximum Allowed 3

10% Less than Maximum 4

20% Less than Maximum 5

30% Less than Maximum 6

40% Less than Maximum 7

50% Less than Maximum 8

60% Less than Maximum 9

70% Less than Maximum 10

3.9 Skid Resistance/Rideability

Friction testing will be performed in accordance with American Society for Testing and Materials

(ASTM) standardized test method ASTM E-274. Minimum skid resistance shall be ____ as

measured at ___ mph using ASTM E-274. (Reference: Texas Transportation Institute. (2002) A

Method for Friction Testing of Open Grated Steel Bridge Decks. College Station, Texas: Richard

A. Zimmer)

Skid Resistance/Rideability Points

xx to xx Skid Number 7

xx to xx Skid Number 8

xx to xx Skid Number 9

xx or greater Skid Number 10

3.10 Safety

The contractor's technical proposal may be awarded up to a maximum allowable score of 10 points

based upon work zone safety plans, minimization of impacts on traffic, and worker safety plans.

Page 251: Rapport mission Floride octobre 2015

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Page 9

Section 4 Contractor Proposal and Evaluation

The Contractor's proposal will contain two components, a Technical Proposal and Price Proposal.

4.1 Summary of Requirements for Contractor's Technical Proposal: The Technical

Proposal will address the requirements of the RFP and the Contractor's plans for accomplishing

tasks and achieving performance. An omission of any of the following required plans from the

Contractor's Technical Proposal will cause the proposal to be considered non-responsive. The

Contractor's proposal will be organized and presented in the same order as listed below:

1. Contractor Experience and Capabilities

2. Service Life Expectancy

3. Live Load Carrying Capability

4. Structure Dead Load Characteristics

5. Initial and Long Term Quality

6. Corrosion

7. Ease of Maintenance

8. Speed of Construction

9. Skid Resistance/Rideability

10. Safety

4.2 Technical Proposal Evaluation Criteria: The following technical proposal criteria and

corresponding maximum attainable point values are established for scoring the Technical

Proposals:

Technical Proposal Criteria

Maximum

Value

1. Contractor Experience and

Capabilities

10

2. Service Life Expectancy 10

3. Live Load Carrying Capability 10

4. Structure Dead Load Characteristics 10

5. Initial and Long Term Quality 10

6. Corrosion 10

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____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

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7. Ease of Maintenance 10

8. Speed of Construction 10

9. Skid Resistance/Rideability 10

10. Safety 10

Maximum Technical Raw Score 100

The raw score for the Technical proposal will be calculated by added the values assigned to

each of the technical proposal components listed above, and will be weighted as follows:

Technical Proposal Score = Raw Score for Technical Proposal X 100 X 0.80*

*weighted factor for technical proposal 80% = 0.80

Failure to obtain 70% of the available points on the Technical Proposal will disqualify the

Proposing Contractor’s entire proposal from further consideration. Price information for

disqualified proposals will not be considered, and the disqualified proposal will not be further

evaluated in the proposal selection process.

4.3 Pricing: Price analysis is conducted through the comparison of submitted price quotations.

Prices will be scored using the following pricing evaluation method:

Price Score = (Lowest bid price/Proposer's bid price) X 100 X 0.20*

*weighted factor for price proposal 20%=0.20

4.4 Overall Best Value Selection: The Department intends to select the Contractor meeting all

required criteria and having the highest total Proposal Score, as calculated below:

Total Proposal Score = Technical Proposal Score + Price Score

Section 5 Measurement and Basis of Payment

5.1 Method of Measurement: The quantities to be paid for will be the plan quantity, in square feet,

installed, complete and accepted. Proper deduction for open joints in the floor will be made in

calculating plan quantity.

Page 253: Rapport mission Floride octobre 2015

____________________________________________________________________________________________________________________ LIGHTWEIGHT PREFABRICATED BRIDGE DECK SCOPE OF SERVICES

Page 11

5.2 Basis of Payment: Prices and payments will be full compensation for all work specified in this

Section, including furnishing and installing the complete floor above the tops of the main floor

members shown in the plans, furnishing and installing any secondary joists which are required in

addition to the main floor members, furnishing and installing all coating materials, and welding.

Payment will be made under:

Item No. xxx-xx-x Lightweight Roadway Floor - per square foot.

Item No. xxx-xx-x Lightweight Sidewalk Floor - per square foot.