Autofahrer dürfen mit weniger Baustellen rechnen
Von Niklaus Salzmann. Aktualisiert am 21.01.2012 4 Kommentare
Schweizer Ingenieure und ihre Werke
In der von Flüssen und Tälern zerfurchten Schweiz hat der Brückenbau Tradition. Wenige Jahre nach der Gründung des Bundesstaates im Jahr 1848 entstanden die Ingenieursschulen École spéciale de Lausanne (1853) und Polytechnikum Zürich (1855), aus denen später die Eidgenössischen Technischen Hochschulen hervorgingen. In dieser Zeit setzten sich auch die industriell verarbeiteten Baustoffe Stahl und Beton durch. Die drei wohl bekanntesten Schweizer Brückenbauingenieure haben allesamt am Polytechnikum beziehungsweise an der ETH Zürich studiert:
Robert Maillart (1872–1940) war einer der Pioniere im Bauen mit Stahlbeton.
Die von ihm erbaute Salginatobelbrücke bei Schiers aus dem Jahr 1930 wurde 1991 von der Amerikanischen Gesellschaft der Bauingenieure (ASCE) zum «World Monument» ernannt.
Othmar H. Ammann (1879–1965) wanderte kurz nach seinem Studium am Polytechnikum in die Vereinigten Staaten aus. Zu seinen Bauten gehören die Golden Gate Bridge in San Francisco und die George Washington Bridge in New York, eine mehr als einen Kilometer lange Hängebrücke über den Hudson River.
Der emeritierte ETH-Professor Christian Menn (geboren 1927) ist noch heute aktiv als beratender Ingenieur. Von ihm stammen zum Beispiel die 1998 fertiggestellte Sunnibergbrücke bei Klosters (siehe Bild) oder die Ganterbrücke als Teil der Simplonpassstrasse. (nsn)
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Die Sunnibergbrücke bei Klosters gehört zu den schönsten Brücken der Schweiz. In einer eleganten Kurve führt sie über die Landquart – und das ohne jegliche Fugen im Beton. Die Längenschwankungen im Tages- und Jahresverlauf gleicht die 526 Meter lange Brücke aus, indem sich der bogenförmige Fahrbahnträger nach aussen verschiebt. Das Bauwerk sieht zwar spektakulär aus – das Prinzip dahinter ist allerdings nicht neu. Ingenieure wendeten es schon beim Bau von Bogen-Staumauern an.
Erstaunlicher wäre es jedoch, wenn es gelänge, lange gerade Brücken ohne Fugen zu bauen. Dieses Kunststück wollen Wissenschaftler der ETH Lausanne vollbringen. Auf dem Campus haben sie eine Versuchsanordnung mit einem Brückenkopf im Massstab 1:1 aufgebaut: Ein 8 Meter langer Streifen Asphalt, darunter in einer Art Wanne vergraben eine 4 Meter lange Betonplatte, die von zwei hydraulischen Pumpen gestossen und gezogen wird. Die Pumpen simulieren die Längenschwankungen und die Verformung des Betons, welche die Brücke verkürzt. Bei einer 100 Meter langen Brücke machen diese Effekte in der Regel einige Zentimeter aus, der genaue Wert hängt von der Geometrie des Bauwerks sowie von ein paar weiteren Faktoren ab.
Erfolgreiche Versuche
In der Praxis werden Brücken bis etwa 40 Meter Länge ohne Fugen konstruiert. Bei längeren Übergängen müssen hingegen Fugen die Temperaturschwankungen ausgleichen. Zum Beispiel indem diese mit einer dehnbaren Mischung aus Kunststoff und Bitumen gefüllt werden. Das Bundesamt für Strassen (Astra) strebt nun an, möglichst viele Brücken ohne Fugen zu bauen. Denn Fugen sind stark belastet durch den Verkehr, durch die ständigen Dehnungen der Brücke und den Salzeinsatz im Winter. Etwa alle zwanzig Jahre müssen diese ersetzt werden. Und da es in der Schweiz unzählige Brücken gibt, führt die Abnutzung zu hohen Kosten und zahlreichen Baustellen. Insgesamt existieren laut Astra etwa 3700 Brücken im Schweizer Nationalstrassennetz, von diesen haben circa 1700 eine Länge unter 40 Metern und in der Regel keine Fugen. Anders die etwa 2000 Bauwerke, die grösser sind, 250 davon gar über 200 Meter lang. Insgesamt haben 60 Prozent aller Brücken Fugen.
Der Test einer neuen Bauweise durch die ETH-Forscher ist deshalb für das Astra von grossem Interesse. Es hat bereits eine Doktorarbeit am Labor für Massivbau der ETH Lausanne finanziert, aus der hervorging, dass mit einigen zusätzlichen Modifikationen in der Konstruktion weit längere Brücken als bisher ohne Fugen gebaut werden könnten. Nun wollen die Ingenieure die theoretischen Berechnungen verifizieren und genau messen, welch starke Längenschwankungen ein Brückenkopf ohne Fugen bei welcher Konstruktionsweise effektiv aufnehmen kann. Das Astra hat auch dieses Projekt mit 170'000 Franken finanziert.
Zwei erste Versuche führten die Ingenieure Anfang Dezember erfolgreich durch: Die Pumpen zogen die Betonplatte um 8 Zentimeter, entsprechend einer Verkürzung der Brücke. Danach fuhr eine 22 Tonnen schwere Walze ein Dutzend Mal auf dem Belag vor- und zurück, um die Einwirkungen des Schwerverkehrs zu simulieren. Anschliessend drückten die Forscher mit den Pumpen die Betonplatte in die andere Richtung, um eine Ausdehnung der Brücke, etwa im Sommer, zu simulieren. Und wieder fuhr die Walze darüber. Beim dritten Versuch, kurz vor Weihnachten, hatte das Team technischen Probleme. Der Druck der hydraulischen Pumpen war offensichtlich zu hoch. Die Belastung von fast 45 Tonnen pro Quadratmeter hatte ein Verbindungsstück weggesprengt. Solche Komplikationen überraschen die Ingenieure allerdings nicht sonderlich, zumal sie auf keine Erfahrungen aufbauen können. Sie müssen sich ausschliesslich auf theoretische Berechnungen abstützen.
Theorie und Praxis stimmen überein
Doch was steckt letztlich hinter dem neuen Prinzip? Zentrales Element der Konstruktion ist die 4 Meter lange Betonplatte in der Wanne unter dem Asphaltbelag. Sie überträgt und verteilt die Kräfte von der sich bewegenden Brücke auf den Untergrund. Eine solche Betonplatte ist auch bei Brücken mit Fugen vorhanden. Doch bei einer fugenlosen Bauweise bewegt sich die Platte weit stärker, was Komplikationen mit sich bringt. Zum Beispiel setzt sich mit der Zeit die Erde rund um die Platte. Dadurch entsteht an deren Ende eine Delle in der Strasse.
Wie tief diese Delle wird, hängt von der Neigung der Betonplatte ab. Das war das Resultat der Berechnungen. Im ersten praktischen Versuch war die Betonplatte mit einer Neigung von 6 Grad im Boden vergraben, wie es derzeit in der Praxis üblich ist. Beim zweiten mit 12 Grad etwas steiler, wie dies die theoretischen Berechnungen empfahlen. Die Versuche zeigten, dass Theorie und Praxis übereinstimmten. Ist die Platte stärker geneigt, wird die Delle flacher.
240-Meter-Brücken ohne Fugen
Normen des Schweizerischen Verbands der Strassen- und Verkehrsfachleute regeln, bis zu welcher Tiefe Unebenheiten in der Fahrbahn akzeptabel sind. Ausgehend von diesen Vorschriften, schätzen die ETH-Ingenieure aufgrund ihrer bisherigen Messungen, dass rund 120 Meter lange Betonbrücken ohne Fugen konstruiert werden könnten – beziehungsweise 240 Meter lange, wenn die Längenschwankungen auf beide Seiten der Brücke verteilt werden.
Noch sind die Ingenieure allerdings nicht zufrieden. Insbesondere tauchten bei den Versuchen Risse im Asphalt über dem Ende der Betonplatte auf. Auch hier zeigte sich, dass es sinnvoll ist, die Betonplatte stärker zu neigen. Möglich ist aber auch, dass Risse auftraten, weil die Bewegungen beim Experiment schneller abliefen als in der Realität. Trotzdem: Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend. Sollte sich die Bauweise durchsetzen, dürfen das Astra künftig mit geringeren Unterhaltskosten und die Autofahrer mit weniger Baustellen rechnen. (Tages-Anzeiger)
Erstellt: 21.01.2012, 19:43 Uhr
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In China hat man doch bereits sehr gute Erfahrungen, auch mittels der Technologien der ETH, als Beispiel bei der Shangpo - Brücke bei Shanghai! In China ist man bestimmt genauso weit wie in der Schweiz, vielleicht sogar noch ein wenig weiter, denn dort können im grossen Stil auch gebaut werden., nicht so in der Schweiz! Antworten
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