Mensch, Natur und Kultur Thema: Brücken

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1 Pädagogische Hochschule Weingarten - Sommer Semester 2007 Mensch, Natur und Kultur Thema: Brücken Von René Brix Datum:

2 1 Inhaltsverzeichnis 1 Inhaltsverzeichnis Einleitung Sachanalyse Brücken als Symbol Geschichte des Brückenbaus Brücken können nach mehreren Kriterien eingeteilt werden: Feste und bewegliche Brücken Nach dem Material Nach dem statischen System Nach Bestimmungszweck Nach der Grundrissgestaltung Gesetzliche Definition Didaktische Analyse Bezug zum Bildungsplan Exemplarische Gegenwartsbedeutung Zukunftsbedeutung Brückenbauen im Unterricht Bogenbrücke aus Holzern ohne Verbindungsmaterial Brücke in Fachwerkkonstruktion Links zu Brücken Informationen für Lehrer Kindgerechte Seiten Zum Thema Allgemeine Informationen zu Brücken: Literatur zu Brücken

3 1 Einleitung Kinder haben in ihrer Umgebung, sicher schon vielfältige Kontakte mit Brücken als Bauwerken gehabt. Brücken haben darüber hinaus noch vielfältige andere Aspekte. Dadurch eignet sich das Thema Brücken sehr gut für fächerverbindenden Unterricht. Im Folgenden soll das Thema Brücken aus fachlicher Sicht beleuchtet werden und Experimente zum Thema zum Thema Brücken vorgestellt werden. Durch die handelnde Beschäftigung mit dem Thema können speziell auch die schwächeren Kinder der Klasse angesprochen werden. Gerade diese Kinder können in solchen Lernsituationen entscheidende Impulse für Partner- bzw. Gruppenarbeit liefern. 2 Sachanalyse Bei allen technischen Leistungen die Menschen immer wieder vollbringen, geht von Brücken eine ganz besondere Faszination aus. Das liegt zum einen natürlich an der verbindenden Funktion die Brücken haben und wegen der sie ja schließlich auch gebaut werden. Denken sie an Brücken über reißende Ströme oder tiefe Schluchten, ohne die ein Ziel auf der anderen Seite entweder gar nicht oder nur mit wesentlich größerem Aufwand zu erreichen wäre. Manche Brücken verbinden aber nicht nur Örtlichkeiten miteinander, sondern sogar Völker oder Kulturen wie z.b. die beiden Bosporusbrücken in Istanbul, die Europa mit Asien verbinden oder anders gesagt, den Orient mit dem Okzident Brücken als Symbol Durch die Funktion der Brücke als verbindendes und überbrückendes Bauwerk ist die Brücke auch ein Symbol für Volkerverständigung und Freundschaft. 1 Bernd Nebel, Brücken 2

4 2.2 Geschichte des Brückenbaus Die ersten Brücken waren sicher hölzerne Planken, umgestürzte Bäume und gelegentlich Steine, die mit nur geringer Spannweite nur kurze Distanzen wie Bäche überwanden. Die erste Eisenkettenhängebrücke entstand in China um 65 n.chr. bei der Stadt King-tung-fu in der Provinz Yünnan. In Südamerika verlief eine km lange Inkastraße auf Schwindel erregender Höhe über hohe Berggrate von bis zu m Höhe, überwand tiefe Schluchten z.t. mit Hängebrücken keshwa chacas (quechua = Brücken) aus m handgefertigter Seile, darunter die 60 m lange Hängebrücke über den Río Apurímac, an anderen werden Holz- und Steinbrücken auf steinernen Stützpfeilern errichtet. Ihre Hängebrücken bestanden aus Seilen und Schilfmatten, deren Spannbreite auch schon einmal 30 Meter betragen konnte. Einzelne waren eher für die Schnellläufer, die Chasquis gedacht und bestanden aus nur wenigen Seilen, andere mussten die Überquerung einer Lamaherde ermöglichen, was bei einer Brücke, durch die Tiere nach unten in die Schlucht sehen können, ausgeschlossen ist. In der Umgebung der legendären Inkastadt Machu Picchu ist an einem schmalen Inkatrail sogar noch eine Klappbrücke erhalten. Die Etrusker und Römer waren in Europa die Ersten, die Brücken und Aquädukte bauten, von denen heute noch einige zeugen, weil sie bereits Beton benutzten, um Natursteine in Bogenbrücken zusammenzufügen. Durch Beton konnten sie die unterschiedliche Belastbarkeit verschiedener Natursteine erhöhen. Nachdem im Mittelalter die Brückenzölle als Einnahmequelle und die Bedeutung von Verkehrswegen für den Handel auf Märkten erkannt worden war, ließen Fürsten, Bischöfen und Äbten an Straßen vielfach Holzbrücken errichten, die teilweise als gedeckte Brücken ausgeführt wurden. Der bayrische Brückenfrevel, bei dem 1158 der bayerische Herzog Heinrich der Löwe die zu Freising gehörende Zollbrücke bei Föhring abreißen ließ, um die Salzstraße durch sein Besitztum, die neu gegründete Stadt München, verlaufen zu lassen und damit Geld zu verdienen, zeigt das finanzwirtschaftliche Interesse mancher Landesherren, das zum Brückenbau führte. So wurde die Steinerne Brücke 1135 bis 1146 in Regensburg errichtet, die über 16 Bögen über die Donau führt. Die 1325 errichtete originelle Krämerbrücke in Erfurt über die Gera weist erstmals Ladenzeilen auf einer Brücke nördlich der Alpen auf, ein Konzept, das 1333 in 3

5 Florenz Nachahmung fand, als anstelle einer durch Hochwasser zerstörten Holzbrücke eine steinerne mit einer Ladenzeile gebaut wurde, die den Namen Ponte Vecchio trägt und anfangs von den Metzgern für Schlachtungen benutzt wurde, von wo sie ihre Abfälle in den Arno entsorgen konnten. Die älteste erhaltene Steinbogenbrücke der Welt mit einer Spannweite von nahezu 516 m und einer Breite von 9,5 m ist die 17 Bögen umfassende Karlsbrücke in Prag über die Moldau, die 1357 unter Kaiser Karl IV. in Auftrag gegeben wurde. Diese Brücke erhielt durch ihre Brückentürme und ihre Statuen ihr unverwechselbares Aussehen. Der osmanische Architekt Mimar Hajrudin baute 1566 bis 1567 in Mostar die Stari Most, die alte Brücke, als Einbogenbrücke über die Neretwa. Während des 18. Jahrhunderts wurden einige Innovationen in der Konstruktion von Plankenbrücken entwickelt. Die Ironbridge über den Severn zwischen England und Wales markiert ein neues Zeitalter im Brückenbau. Sie wurde 1779 aus Gusseisen errichtet folgte in Laasan in Schlesien die erste deutsche Gusseisenbrücke. Ein weiterer Meilenstein im Brückenbau stellt die Göltzschtalbrücke als die größte Ziegelbrücke der Welt dar, die die Sächsisch-Bayrische Eisenbahn im Elstertal 1846 bis 1851 bauen ließ. Sie wendete noch die Technik der Bogenbrücke an, bei der im Laufe des Baus die Spannweite der Bögen variiert wurde und erinnert ein wenig an römische Aquädukte. Während der Industriellen Revolution im 19. Jahrhundert trug geschmiedetes Eisen zur Entwicklung von Kettenbrücken größerer Spannweite bei, aber Eisen hat keine so große Zugfestigkeit, um sehr viel größere Brücken zu tragen. Mit dem Aufkommen von Stahl, der höhere Zug- und Druckfestigkeit besitzt, wurden größere Brücken gebaut, wovon viele die Ideen von Gustave Eiffel aufgreifen bis 1877 entstand die Fith-of-Tay-Brücke, mit der erstmals im Eisengussbau in einer Höhe von 30 m über der Hochwassermarke als Fachwerkbrücke gebaut, die allerdings bereits 2 Jahre nach der Einweihung bei einem Sturm zusammenbrach und 76 Menschen das Leben kostete plante John August Roebling die Brooklyn Bridge, als zu ihrer Zeit längste Stahlbrücke. Mit einer Gesamtlänge von m und einer Spannweite von 486 m verband sie erstmals Brooklyn mit Manhattan. 4

6 Ein Meilenstein im Brückenbau stellte die Golden Gate Bridge dar, mit deren Planung bereits 1872 begonnen wurde. In den 1920er Jahren entwickelte der Ingenieur Josef B. Strauss den Plan, den Eingang der Bucht von San Francisco, Kalifornien mit einer Kombination aus Fachwerk-, Bogen- und Hängebrücke zu überspannen. Dieser Plan wird bis zu seiner Realisierung 1938 mehrfach heftig überarbeitet. Heute überspannt die 2,73 km lange und bis zu 235 m hohe Hängebrücke in ihrem markanten Rostschutzrot die Bucht. Das Wahrzeichen von Sydney, die Harbour-Bridge wurde 1932 als Bogenfachwerkbrücke mit einer Spannweite von 495,6 m eingeweiht. Im November 1962 begann in Lissabon der Bau einer m langen Hängebrücke über den Tejo, die an zwei 190 m hohen Pylonen aufgehängt im August 1966 als längstes hängendes Bauwerk unter dem Namen Salazar-Brücke eingeweiht und bei der Nelkenrevolution in Ponte 25 de Abril umbenannt wurde. 2.3 Brücken können nach mehreren Kriterien eingeteilt werden: Feste und bewegliche Brücken Feste Brücken sind Brücken, die sich nicht bewegen lassen. Sie stellen einen Großteil der Brücken dar. Bewegliche Brücken werden eingesetzt, wenn sich aus den örtlichen Gegebenheiten ergibt, dass sich eine feste Brücke nicht einsetzen lässt. Dies kann sein, wenn zum Beispiel in flachen Gebieten eine Anrampung zu teuer wäre und ohne Anrampung eine zu geringe Durchfahrtshöhe für die untenliegende Verkehrslinie bliebe. Dabei wird die Brücke durch die Art der Bewegung genauer beschrieben. Man unterscheidet dabei: Klappbrücken, Drehbrücken, Hubbrücken, Zugbrücken Nach dem Material Holz Holz ist in Form von einem über ein Tal oder Gewässer gefallenen Baumstamm das älteste Brückenbaumaterial. Größere Holzbrücken wurden häufig mit einer Verkleidung und einem Dach gegen Witterungseinflüsse geschützt (gedeckte Brücke). 5

7 Auch heute verwendet man noch Holz bei: Fußgängerbrücken untergeordneten Brücken wie Güterwegbrücken oder Hauszufahrten Stegen als Geländer Selten wird Holz auch für größere Brücken verwendet. In der Nähe des finnischen Mäntyharju wurde 1999 die höchste für den Straßenverkehr zugelassene Holzbrücke der Welt fertig gestellt. Stein Ebenfalls schon früh wurde Stein als Brückenbaumaterial eingesetzt und zwar in Form von Naturbrücken (Steinbögen) oder auch später in bearbeiteter Form (Bogenbrücken, Viadukte). Heute ist Stein beim Brückenbau nur noch von untergeordneter Bedeutung in Form von Verkleidungen. Seil Mehrere Arten der Verwendung von Seilen: 2-Seilbrücke: besteht aus einem Tragseil (unten) und einem Halteseil (oben). Dies ist eine sehr wackelige Angelegenheit, weil sich Trag- und Halteseil horizontal zueinander verschieben können. 3-Seilbrücke: Verbesserung der 2-Seilbrücke durch ein weiteres Halteseil und Verbindungen zwischen Halteseilen und Tragseil. Dadurch erreicht man eine höhere Stabilität und das Benutzen der Brücke wird sicherer. 4-Seilbrücke: Verbesserung gegenüber der 3-Seilbrücke durch ein weiteres Tragseil. Dabei wird zwischen den beiden Tragseilen ein Belag (meistens aus Holz) befestigt. Dies erhöht den Komfort bei Benutzung. Brücken aus Seil sind heute in Europa nur mehr als Hängebrücke oder Schrägseilbrücke in Verwendung. Reine Seilbrücken findet man bei Völkern in Afrika, Südamerika und Mikronesien noch heute in Verwendung. Das Seil besteht meistens aus Naturfasern, manchmal auch aus Stahl. Beton Beton ist ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung (Sand und Kies) und Wasser. Er kann außerdem Betonzusatzstoffe und Zusatzmittel enthalten. Dieses Material eignet sich hervorragend, um Brücken zu bauen, weil er sich flüssig in jede Form gießen lässt und nach Aushärtung (ca. 24 Tage) einen gut auf Druck 6

8 beanspruchbaren künstlichen Stein ergibt. Leider ist Beton (wie auch Stein) in der Lage, große Druckkräfte und nur sehr geringe Zugkräfte aufzunehmen. Gusseisen Gusseisen ist eine Eisen-Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt als Stahl und ist daher leichter verarbeitbar. Aufgrund der geringeren Stabilität hat Gusseisen bei Konstruktionsbauten keine Bedeutung mehr und wurde von Stahl abgelöst. Viele Brücken wurden früher aus Gusseisen gebaut, zum Beispiel die Gußeisenbrücke über den Severn. Die meisten der Gusseisenbrücken waren der steigenden Belastung nicht gewachsen und wurden daher durch Stahlbrücken ersetzt. Stahl Stahl ist eine Veredelung des Roheisens in Form von Legierungen. Dabei weist er eine sehr gute Aufnahmefähigkeit gegenüber Druck- sowie Zugkräften auf. Ein entscheidender Nachteil ist jedoch das Rosten (Korrosion), was zu einem hohen Wartungsaufwand führt. Stahlbeton Stahlbeton vereint in sich die Vorteile von Beton und Stahl. Dabei umschließt der Beton den Stahl normalerweise (außer bei einigen Spannbetonsystemen) und schützt ihn so vor Korrosion. Der Stahl bringt seine Zugfestigkeit in diese Verbindung mit ein. Sie ist nur möglich, weil beide Stoffe einen sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Es gibt mehrere Arten von Stahlbeton: Stahlbeton: In eine Schalung wird die Bewehrung gelegt und diese dann mit Beton ausgegossen. Diese Stahlbetonart wird auch als schlaff-bewehrt bezeichnet. Spannbeton: Hier wird ein Teil der Bewehrung vorbelastet (gezogen). Dadurch ergibt sich eine Entlastungsreaktion. Interne Vorspannung: Die interne Vorspannung wird im Betonquerschnitt geführt. Sie ist nicht auswechselbar. Externe Vorspannung: Die externe Vorspannung wird außerhalb des Betonquerschnittes geführt. Sie ist auswechselbar. 7

9 Verbundtragwerk Bestehen aus mehreren Baustoffen, die räumlich getrennt sind (vergleiche Stahlbeton). Zum Beispiel: Stahlträger, auf denen eine Stahlbetonplatte liegt. Der Verbund zwischen den Stahlträgern und der Stahlbetonplatte wird über Dübel gewährleistet. Dadurch kommt es zu einer kraftschlüssigen Verbindung. Pontonbrücken Ein Ponton ist ein Schwimmkörper, der über keinen eigenen Antrieb verfügt. Da bei einer solchen Brücke die Pontons sehr eng beieinander stehen müssen, ist kein Verkehr auf dem Wasser mehr möglich. Daher werden sie im Notfall eingesetzt, um eine zerstörte Verkehrsverbindung, wie durch ein Hochwasser, schnell wieder herzustellen Nach dem statischen System Das statische System beschreibt, wie eine Brücke zu berechnen ist und davon abhängig zum Beispiel, welche Materialen in Frage kommen. Balken Statisch bestimmte Balkenbrücke Statisch unbestimmte Balkenbrücke Der Balken, der eine Sonderform der Platte mit einer sehr geringen Breite darstellt, ist eine der einfachsten Brücken. Um eine entsprechende Breite zu erreichen, muss man mehrere Balken nebeneinander legen. Dabei überträgt sich die Belastung nur auf dem Balken, der gerade belastet wird. Je nach Auflageranzahl und -art unterscheidet man zwischen statisch bestimmten Balken und statisch unbestimmten Balken. Statisch bestimmte Balken besitzen 1 festes Auflager und beliebig viele bewegliche Auflager. Statisch unbestimmte Balken besitzen beliebig viele feste und bewegliche Auflager. 8

10 Als fest bezeichnet man ein Auflager dann, wenn es horizontal gehalten wird, es sich also nicht bewegen kann. Ein bewegliches Auflager hingegen kann sich horizontal bewegen. Diese Bewegungsmöglichkeit ist nötig, da sich sonst die Ausdehnung einer Brücke durch Wärmeeinfluss nicht abbauen kann. Diese Bewegung wirkt dann als zusätzliche Belastung auf die Brücke und es kann im schlimmsten Fall zum Einsturz der Brücke kommen. Platte Die Platte ist vom statischen System her ähnlich einem Balken. Der Vorteil gegenüber dem Balken ist jedoch, dass sich die auftretenden Kräfte über eine größere Fläche verteilen (Verteilungswirkung). Daher kann die Platte im Regelfall dünner ausgeführt werden. Dabei muss jedoch auf die Ecken besondere Rücksicht genommen werden, da dort stärkere Belastungen auftreten. Plattenbalken Der Plattenbalken ist eine Verbindung von den positiven Eigenschaften einer Platte und denen des Balkens. Da bei Brücken mit großer Länge eine Platte sehr dick wird, werden unter die Platte ein oder mehrere Balken eingefügt. Dadurch leitet die Platte die Belastungen nur die kurze Strecke zu den Balken (anders als alleine, die weite Strecke zum Auflager). Dadurch kann die Platte wiederum dünner ausgeführt werden. Die Balken leiten dann die Belastungen zu den Auflagern. Hohlkasten Ergänzt man den Plattenbalken mit einer unteren Platte, so hat man einen geschlossenen Querschnitt, den Hohlkasten. Insbesondere bei Balkenbrücken mit mittleren und größeren Spannweiten oder bei gekrümmter Linienführung werden Hohlkastenquerschnitte eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine große Biege- und Torsionssteifigkeit aus, wodurch große Schlankheiten und rationelle Bauverfahren wie das Taktschiebeverfahren möglich sind. Rahmen Ein Rahmen ist eine Brücke, die keine bauliche Trennung zwischen dem Tragwerk und den Widerlagern (siehe Punkt C) vorsieht. Daher ist sie sehr wartungsarm. 9

11 Fachwerke Fachwerke sind aufgelöste Tragwerke. Diese weisen den Vorteil auf, dass sie einen geringeren Materialverbrauch haben, als vergleichbare Brücken aus Platten oder Balken. Dabei werden die Stäbe des Fachwerks vorwiegend auf Zug und Druck belastet. Ein Fachwerk verbirgt sich in der Regel auch unter der Verkleidung von gedeckten Holzbrücken. Es gibt mehrere Arten von Fachwerken (auf den Brückenbau bezogen): parallelgurtiges Fachwerk nicht parallelgurtiges Fachwerk pfostenloses Fachwerk Fachwerk mit untenliegender Fahrbahn Fachwerk mit oben liegender Fahrbahn Ein berühmtes Beispiel einer großen Fachwerkbrücke, das zudem ohne Strompfeiler auskommt, ist das 1893 fertig gestellte Blaue Wunder in Dresden. Bogenbrücken Eine Bogenbrücke besteht aus einem Bogen, der Fahrbahn und den Hängern bzw. Stehern. Ein Bogen hat den Vorteil, dass er nur durch Druckkräfte belastet wird. Daher kann man Materialen verwenden, die keine Zugkräfte aufnehmen können, wie Stein und Beton. Daher ist diese Art der Konstruktion bei vielen alten Brücken zu sehen. Spannbandbrücke Das tragende Element einer Spannbandbrücke sind mehrere Spannbänder, die eine Fahrbahn tragen und an den Auflagern auf Zug befestigt sind. Charakteristisch ist das konkave Durchhängen, denn je größer der Krümmungsradius ist, desto stärker wird die Zugspannung aufgrund des (Eigen-) Gewichts. Zur Begrenzung der Durchhängetiefe können Zwischenpfeiler eingefügt werden, wobei dann die 10

12 Spannbandbrücke ein schlangenlinienförmiges Höhenprofil einnimmt. Ein bekannter Vertreter dieser Brückengattung ist die Holzbrücke bei Essing über den Rhein-Main- Donau-Kanal, die neben der ungewöhnlichen Verwendung von verleimten Holzlatten als Spannband mit 193 m zugleich die längste Holzbrücke Europas ist. Schrägseilbrücken Eine Schrägseilbrücke aus den Pylonen, der Fahrbahn und den Seilen. Sie eignet sich gut, um weite Strecken freitragend zu überwinden. Alle Kräfte der Brücke werden über die Seile in den Pylon eingebracht, der diese dann senkrecht als reine Druckkräfte in den Untergrund ableitet. Da die Seile im Pylon umgelenkt werden, entsteht ein Gleichgewicht, dass die Fahrbahn trägt. Sie sind jedoch bei weiten Spannweiten sehr gegen Windschwingungen anfällig. Hängebrücke Die Hängebrücke ist ähnlich der Schrägseilbrücke und der Bogenbrücke mit untenliegender Fahrbahn. Bei der Hängebrücke wird zwischen Pylonen ein Tragseil aufgehängt. An diesem Tragseil werden Hänger befestigt, senkrechte Seile, welche die Fahrbahn tragen. Berühmtes Beispiel einer Hängebrücke ist die Golden Gate Bridge in San Franzisko USA. Sie sind jedoch bei weiten Spannweiten sehr gegen Windschwingungen anfällig, wie es der Einsturz der Tacoma-Narrows-Brücke in den USA am 1. Juli 1940 gezeigt hat Nach Bestimmungszweck Verkehrsmittel Brücken werden nach der wichtigsten Verkehrs- oder Transportlast unterteilt, z.b. Straßenbrücken Autobahnbrücke Hangbrücke Behelfsbrücke Pionierbrücke Eisenbahnbrücken Radwegbrücken Fußgängerbrücken Förderbandbrücken 11

13 Leitungsbrücken Trogbrücke - ein Brücke für Schiffe (Flussbrücke) Nach der Grundrissgestaltung Da sich bei einer Straßenbrücke die Straße und das Gewässer unter verschiedenen Winkel kreuzen, wird unterschieden in: gerade Brücken schiefe Brücken Weites ist es auch möglich, dass sich die Straße in einer Kurve befindet, man spricht dann von einer gekrümmten Brücke Gesetzliche Definition "Als Brücken gelten alle Überführungen eines Verkehrsweges über einen anderen Verkehrsweg, über ein Gewässer oder über tiefer liegendes Gelände, wenn ihre lichte Weite zwischen den Widerlagern 2,00 m oder mehr beträgt. (...)" (Definition nach DIN1076 aus Verkehrsblatt-Dokument Nr. B 5276 Vers. 07/97) (vgl. Stand ) 3 Didaktische Analyse 3.1 Bezug zum Bildungsplan II. Kompetenzen und Inhalte Klasse NATUR MACHT NEUGIERIG: FORSCHEN, EXPERIMENTIEREN, DOKUMENTIEREN, GESTALTEN Die Schülerinnen und Schüler können über Naturphänomene staunen; 2 Ebenda, S

14 [ ] die Erscheinungen der belebten und unbelebten Natur gezielt wahrnehmen; Fragen zu Naturphänomenen stellen; einfache Experimente mit und ohne durchführen, beobachten und dokumentieren; Naturerfahrungen miteinander vergleichen ordnen, Regelmäßigkeiten aufspüren; [ ] Gegenstände aus dem Alltag, spielerischer experimenteller Umgang mit Naturmaterialien, Vergleich nach Ordnungsgesichtspunkten der Kinder und Materialeigenschaften. Natur und Naturphänomene aus dem Erfahrungsbereich der Kinder 3 8. ERFINDERINNEN, ERFINDER, KÜNSTLERINNEN, KÜNSTLER, KOMPONISTINNEN UND KOMPONISTEN ENTDECKEN, ENTWERFEN UND BAUEN, STELLEN DAR Die Schülerinnen und Schüler [ ] kennen Beispiele wichtiger technischer Erfindungen aus ihrem Alltag. [ ] einfache Gegenstände selbst herstellen und Werkzeuge sachgerecht benutzen; einfache technische Funktionszusammenhänge erkennen; [ ] Vorbilder für Erfindungen in der Natur entdecken und beschreiben. Inhalte [ ] Künstlerinnen, Künstler, Handwerkerinnen und Handwerker als Tüftlerinnen, Tüftler, Erfinderinnen und Erfinder [ ] einfache Modelle mit Materialien und Naturmaterialien Brücken, Türme, Bauwerke Hebel als Helfer, bei Wartung und Reparatur, bei Balance und Gleichgewicht. 4 3 Ebenda, S Bildungsplan, S

15 3.2 Exemplarische Gegenwartsbedeutung Brücken begegnen den Schülern im Alltag häufig, ohne dass sie es bewusst wahrnehmen. Anhand von Brücken lassen sich elementare Bedingungen für die Stabilität von Bauwerken besonders anschaulich darstellen. Je nach Brückenart müssen unterschiedliche Dinge berücksichtigt werden. Die Kenntnisse über Brücken stellen also für die Kinder eine entscheidende Grundlage dar, um sich viele Alltagsvorgänge erklären zu können. Besonders wichtig ist, dass die Kinder erkennen welche Vorteile und Nachteile eine Brücke im Vergleich zu Transportsystemen z.b. Fähren Seilbahnen, hat, um sich erklären zu können warum an die verschiedenen Stellen die jeweiligen Systeme eingesetzt werden. 3.3 Zukunftsbedeutung Grundlegende Kenntnisse, die mit der Beschäftigung mit Brücken erworben werden können, können den Schülern helfen sich in ihrer Umwelt besser zurechtzufinden bzw. sie sich zu erklären. Besonders auch in Bezug auf die spätere Schulzeit können diese Erkenntnisse den Kindern helfen. So sind zum Beispiel die Kenntnisse über Statik für die Fächer Technik und Physik von grundlegender Bedeutung. 14

16 4 Brückenbauen im Unterricht 4.2 Bogenbrücke aus Holzern ohne Verbindungsmaterial Mit dieser Konstruktion ist es möglich eine beeindruckende Bogenbrücke, aus einfachen Holzbrettchen nur einer Sorte, zu bauen. Besonders schon ist, dass diese Art der Konstruktion ohne weitere Verbindungselemente (Nagel, Klebstoff, ) erstellt wird und trotzdem sehr stabil ist. Konstruktionsart ist oft unter dem Namen Leonardo-Brücke zu finden und soll auf den Erfinder Leonardo da Vinci zurückgehen. Allerdings ist sie vermutlich schon viel älter. So gibt es in China Zeichnungen aus der Sung-Dynastie, von Brücken dieses Typs, die über 900 Jahre alt sind. Erst vor wenigen Jahren wurde in der Nähe von Shanghai eine Brücke diesen Typs als Fußgängerbrücke über einen Vielbefahrenen Kanal gebaut und wird bis heute benützt. Über den Bau dieser Brücke gibt es auch einen sehenswerten Dokumentarfilm aus der Reihe: Rätsel der Vergangenheit mit dem Titel: Die chinesische Brücke. Das Verhältnis von Länge und Hohe der verwendeten Hölzer ist ausschlaggebend wie stark gebogen die Brücke ist. In der Schule lassen sich beispielsweise Hölzer mit 30cm länge und 0,5cm Höhe sehr gut einsetzen um einen flachen Bogen zu erstellen, der trotz der filigranen Brettchen schon eine erstaunlich tragfähige Brücke ergibt. Für weitere Experimente mit der Brücke lassen sich sehr gut Hölzer mit 40cm Länge und 1cm Höhe einsetzen. Die Breite der Hölzer kann dabei jeweils ca. 2cm betragen. 15

17 Für eine stärker gebogene Brücke muss man die Höhen der Hölzer größer oder die Länge kleiner machen. Um die Tragkraft der Brücke zu erhöhen, können die Brettchen auch hochkant verwendet werden (dazu eignen sich die Hölzer mit 40cm auf 1cm besser). Diese Veränderung erhöht die Tragkraft der Brücke sehr stark, da die Hölzer so viel stabiler sind. Dies kann man an jedem Haus beobachten, dass die Hölzer in Dachstuhl Hochkant verwendet werden. 16

18 Um eine Brücke zu bauen die stabil und groß genug ist um über sie laufen zu können kann man eine Brücke aus Latten abschnitten und Brettchen nach demselben Prinzip bauen. Um die Gefahr, dass die Brücke durch Verschieben der Hölzer einstürzen könnte kann man die Hölzer durch Metallstifte, die in vorbereitete Börungen in den Hölzern gesteckt werden verhindern. Diese Metallstifte (z.b. größere Nägel) sicher die Brücke aber nur ab und haben nichts mit der eigentlichen Tragkraft der Brücke zu tun. Für diese Brücke lassen sich gehobelte Dachlatten (mit ca. 4cm auf 2cm) aus dem Baumarkt sehr gut verwenden. Die jeweils auf ca. einem Viertel der Gesamtlänge der 17

19 Latten gebohrt werden (ca. 2-3mm Luft lassen) der Durchmesser der Bohrung sollte so gewählt werden das die Metallstifte leicht einzustecken sind und gut halten. 20 cm 20 cm 81 cm Die Querstreben lassen sich aus Brettchen oder Lattenstückchen mit ca cm länge verwenden. Zur Sicherheit können auf beiden Seiten der Brücke jeweils die Hölzer doppelt verwendet werden. Schwachstellen im Holz wie Astlöcher können so überbrückt werden. 18

20 4.2 Brücke in Fachwerkkonstruktion Brücken aus Fachwerkträger lassen sich aus Holzstäbchen und Rundstäben (z.b. Abschnitte von Schaschlikstäbchen mit der Länge von 12cm) herstellen. Die Holzstäbe können ca. 10 cm lang, 1cm Hoch und 0,5cm breit sein. Sie müssen ca. 0.5cm von den Enden entfernt mit einer Bohrung in stärke der Rundstäbe versehen werden. 10 cm 19

21 5 Links zu Brücken 5.1 Informationen für Lehrer Eine fächerübergreifenden Unterrichtseinheit zum Thema Brücken in der es um die Grundbegriffe der Statik geht finden sie unter: Die Klasse 4b der "Grundschule im Einrich" stellt hier eine Auswahl ihrer selbst gebastelten Brücken vor. 20

22 Eine viele Bilder von Brücken aus Baden-Württemberg Berliner Luftbrücke finden sie auf: und eine Übersicht zur 5.2 Kindgerechte Seiten Zum Thema Wie überquert man einen Fluss? Hier zeigt Christoph von "Die Sendung mit der Maus" mehr oder weniger erfolgversprechende Varianten der Flussüberquerung. Die Geschichte einer der berühmtesten Brücken der Welt können Sie auf dieser Seite nachlesen: Wissenswerte Fakten über den Bau und die Instandhaltung der Golden Gate Bridge finden Sie auf dieser Website: Diese Brücke hat alle Rekorde gebrochen. Zahlen und Fakten zum Bau der Rekordbrücke finden Sie hier: x_ttnews%5bbackpid%5d=58&chash=3a9e31fb3b Was im Löwenzahn-Lexikon zum Thema "Brücken" verzeichnet ist, können Sie auf dieser Seite nachlesen: nzahn/thema/ausgabe18/home.asp 21

23 5.3 Allgemeine Informationen zu Brücken: Eine private Homepage welche, die größten und bekanntesten Brücken auflistet und um die Storys und die Hintergründe, die mit dem Bau oder dem Betrieb der Bauwerke verbunden sind enthält: Umfassende Informationen zu Brücken finden sie unter: Das RDZ Gossau der Pädagogischen Hochschule St. Gallen bietet zum Thema Brücken eine Lerngarten an. Weitere Informationen dazu finden sie unter: a5381e20e37b38bc12572a b8?opendocument&highlight=2,br%c3%bccke n Seite mit sehr viele Informationen, einem Online-Shop und sehr umfangreicher Linkliste zum Thema Brücken. Leider ist die Seite etwas unübersichtlich: Eine schöne Seite mit Brücken Lexikon und Bildergalerie von Brücken: Webseite mit Informationen zu Ingenieurbauwerken und anderen Bauwerken des Bauingenieurwesen oder der Architektur aus aller Welt und im Verlauf der Geschichte. Umfangreiche Site zum Thema Brücken. Für die Schule ist vor allem das Brückenverzeichnis interessant um Brücken einer bestimmten Region zu finden: Brücken verbinden Nach den großen Erfolgen der Schülerwettbewerbe Brücken verbinden aus den letzten beiden Jahren laden die 22

24 Südwestingenieurkammern aus Baden-Württemberg, Hessen, Rheinland-Pfalz und Saarland, zur Teilnahme an einem Wettbewerb unter Realschulen, Gymnasien und Berufsschulen in den o.g. Bundesländern ein: Literatur zu Brücken Lüftner, Werner: Handelndes Lernen im Sachunterricht. Beispiele und Anregungen. Diesterweg (Broschiert ), ISBN: Michalski, Tilman & Ute: Werkbuch Papier. Ravensburger Buchverlag; Auflage: 2 (Februar 2001) ISBN: Weidig, Ingo: Bogenbrücken - ein Beispiel zu Parabeln in der Technik In: Mathematik Lehren, Dezember 1989 Nr.37 S.11-16; ISSN Ingo Weidig schildert vielschichtige, unterrichtliche Möglichkeiten, die in parabolischen Bogenbrücken stecken. An einer Brücke der Superlative, der Müngstener Brücke bei Remscheid, werden diese exemplarisch erörtert. Buerger, W.: Die Leonardo-Brücke. Ein Universalgenie als Brückenbauer. In: Bild Wissenschaft, Mai 1990 Nr.5 S ; ISSN Eine Brücke ist über einen Fluss zu bauen, mit Brettern, die zu kurz sind, einzeln den Fluss zu überspannen - ohne Holzleim, Nägel und Werkzeug. Diese schier unlösbar erscheinende Aufgabe lässt sich aber doch lösen. 23