Stari Most Rekonstruktion der historischen Brücke

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1 Stari Most Rekonstruktion der historischen Brücke Dipl.-Ing. Gregor Stolarski, Nürnberg, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Norbert Meyer, Clausthal-Zellerfeld Infolge der Kriegshandlungen wurde im November 1993 die historische Neretvabrücke in Mostar (Stari Most), Bosnien, zerstört. Der Brückenbogen mit dem Komplex der umliegenden Gebäude ist von unschätzbarem historischem Wert. Die Bautechnik mit Verbindung der Blöcke untereinander mittels eiserner Dübel und Klammern ist einmalig auf der Welt. Die Brücke soll originalgetreu mit den gleichen Materialien und der historischen Bautechnik wieder aufgebaut werden. Auseinandersetzungen in Bosnien im Jahr 1993 zerstört. Sie prägte nicht nur das Stadtbild, sondern war ein bekanntes Wahrzeichen der ganzen Region. Die noch vor dem Krieg gut erhaltene Altstadt von Mostar mit der Brücke als einem der zentralen architektonischen Merkmale wurde von der UNESCO als ein Teil des Weltkulturerbes nominiert. Aktuell führt die Stadt Mostar unter der Mitwirkung der internationalen Organisationen ein aus kultureller und technischer Sicht herausragendes Vorhaben zum Wiederaufbau des historischen Ensembles durch. Eine wichtige Rolle kommt dabei der Rekonstruktion des Brückenbauwerks der Stari Most zu. Die bei einer Spannweite von 28,7 m ausgeführte Bautechnik mit Verbindung der Blöcke untereinander mittels eiserner Dübel und Klammern ist einmalig auf der Welt. Der verwendete örtlich anstehende Kalkstein weist technische Besonderheiten auf, welche in dieser Form noch nicht für ein Bauwerk umfassend untersucht werden mussten: Porosität, Festigkeit Steifemodul. Die Rekonstruktion der Brücke wird von der UNESCO fachtechnisch überwacht und stellt eine große Herausforderung dar: Der neue Bogen muss sicher in das alte an den Widerlagern verbliebene Mauerwerk eingefügt werden. Die Problematik der Mauerwerksstatik liegt dabei in der Verformung des neuen Bogens und den Deformationen im Bereich des historischen Widerlagers. Es liegt kein Referenzobjekt mit vergleichbaren Erfahrungswerten vor. Mit dem Projekt werden Grundlagen für Rekonstruktionsprojekte von Denkmälern geschaffen. Einleitung Mit 28,7 m Spannweite und 4 m Breite gehört die 1566 erbaute Stari Most zu den größten damals ausgeführten Spannweiten für Natursteinbögen. Als Architekt und Erbauer der Brücke ist Mimar Hajrudin, ein Schüler des großen Mimar Sinan, überliefert. Die Brücke wurde an einem durch die historische Stadtentwicklung vorgegebenen, geologisch schwierigen Standort errichtet. Der Name der Stadt, welcher frei übersetzt als Wächter der Brücke interpretiert werden kann, unterstreicht die Rolle dieses historisch wichtigen Übergangs über die Neretva. Im Laufe der früheren Geschichte mehrfach beschädigt und repariert, wurde die Brücke im Zuge der kriegerischen 1 Die historische Brücke vor der Zerstörung 33

2 Geschichte In Mostar öffnet sich das sonst im oberen Lauf des Flusses schmale Tal zu einer weiträumigen, einige Kilometer langen Senke. Die Neretva behält aber auch hier ihren Charakter eines kräftigen Gebirgsstroms. Bei der Schneeschmelze im Frühjahr steigt der Wasserspiegel stark an, obwohl oberhalb der Stadt mehrere Stauseen große Wassermengen fassen können. Die starke Strömung erodiert beständig das anstehende Felsgestein, und der Fluss hat sich bereits mehrere Meter tief in das Relief des Tals eingeschnitten. Eine Schlucht mit mächtigen unterhöhlten und unter Eigengewicht scharfkantig abgebrochenen Felsplatten aus Breca, einem porösen Konglomerat aus zementiertem Geröll und Kies, prägt hier das Erscheinungsbild der Neretva. Die abgestürzten Felsbänke und das brüchige Felsmaterial der Ufer stellten für den Brückenbau eine Herausforderung dar. Nach den aktuellen Nachforschungsergebnissen wurde zunächst im Zuge des durch die Stadt führenden Handelsweges eine Hängebrücke errichtet. Sie musste hoch genug positioniert werden, um nicht alljährlich vom Hochwasser zerstört zu werden. Reste der aus Stein ausgeführten Widerlager markieren ihren Standort zwischen zwei kleinen mittelalterlichen Festungen knapp oberhalb der Mündung des Baches Radobolja. Von dieser ersten Brücke berichten die Legenden, dass sie im Wind sehr instabil wurde und mit schweren eisernen Ketten behängt werden musste. Es ist verständlich, dass ein so gefährlicher Flussübergang bei zunehmendem Handel durch ein größeres Bauwerk ersetzt werden musste. Dieses wurde vom Sulejman dem Großen in Auftrag gegeben. Von der Entstehung des außergewöhnlichen Bauwerkes erzählen die Legenden, dass 2 Die alte Brückenfahrbahn die Anwohner der damals zum Ottomanischen Reich gehörenden Stadt den Bau eines festen Übergangs in Istanbul gefordert haben. Danach soll Sinan, einer der bedeutendsten Baumeister seiner Zeit, selbst in Mostar gewesen sein und sich sehr skeptisch über die Möglichkeit geäußert haben, an dem schwierigen Standort eine Steinbogenbrücke zu errichten. Aus gesicherten historischen Archivquellen und aus den auf der Brücke erhaltenen Inschriften ist abzuleiten, dass Mimar Hajrudin, ein bekannter Schüler von Sinan, das Bauvorhaben geleitet hat. Das Brückenbauwerk wurde knapp oberhalb der Hängebrücke errichtet und verband die von ihren halbrunden Türmen Halebija und Tara überragten Uferfestungen. Das Bauwerk Derzeit schafft eine Behelfsbrücke an der Oberstromseite die notwendige Verbindung an dieser wichtigen Stelle der Altstadt. Der historische Baumeister hat solide geplant und seine Handwerker haben gut gearbeitet. Der Bogen hat sich gut in die Felsbänke eingefügt. Sichtbare Risse in den Widerlagern verdeutlichen die schwierigen Baubedingungen. Die elegante Linienführung der Brücke über die Neretva in Verbindung mit dem hell leuchtenden Stein machten die Stari Most zu einem weltweit bekannten vielfach beschriebenen Symbol. Das Bogenmauerwerk und die Brüstungen wurden aus einem leichten und porösen, elfenbeinfarbenen Kalkstein (Ooidkalk) ausgeführt. Unter dem Namen Tenelija in Mostar bekannt, wurde diese Steinart vielfach beim Bau von historischen Gebäuden eingesetzt. Neben der Stari Most sind vor allem viele historische Moscheen mit ihren filigranen Minaretttürmchen aus dem schnitzbaren Stein errichtet worden. Der Ooidkalk ist, bedingt durch seine Entstehungsgeschichte, in der Region von Mostar nur in einem sehr begrenzten Vorkommen verfügbar. Bei einer geneigten Abbaufront im Steinbruch und mit einer geringen Schichtdicke, die 1 m nicht wesentlich überschreitet, ist die Suche nach geeignetem Rekonstruktionsmaterial erschwert. Die Fugen im Mauerwerk wurden mit zusätzlichen Klammern gesichert. Der schlanke Bogen selbst besteht aus massiven Kalkstein-Quadern, die in mehreren Lagen untereinander nicht nur geklammert, sondern auch gedübelt wurden. Die hohen Flügelwände der Widerlager wurden aus dem direkt vor Ort gewonnenen Breca (Konglomerat) errichtet. Breca bildet die Uferbänke der Neretva in der Stadt. Das Konglomerat entstand durch eine nachträgliche Zementation von aus den benachbarten Bergen antransportierten Geröllmassen. Breca ist grobkörnig und stark porös. Er lässt sich leicht als Baustein abbauen, muss aber relativ auf- 34

3 wändig bearbeitet werden, wenn gleichmäßige Quaderformen erforderlich sind. Durch die Verwendung von Breca entstand ein natürlicher Bezug der Brücke zum Standort. Das Mauerwerk scheint mit den am Ufer sichtbaren Felsbänken verwachsen. Die Gesteinsvarietäten werden noch eine große Rolle bei der Rekonstruktion der Bauwerke spielen. Die Brückenfestungen, die deutlich älter als Stari Most sind, wurden aus grob gebrochenem Kalkstein und Konglomerat errichtet. Für den Belag der Brücke wurden harte Kalksteinplatten verwendet, die in einer Mörtelmischung aus feinem Splitt und spezieller roter 3 Geschmiedete Klammern zum Verbinden der Bogenquader Erde verlegt wurden. Diese Abdichtungsschicht sollte das Bogenmauerwerk vor Feuchtigkeit schützen. Die Brückenfahrbahn ist treppenförmig gebaut und eignet sich nicht unbedingt für Wagen und Karren. Sie steigt von beiden Seiten nahezu gleichmäßig zur Mitte der Brücke. Die Widerlager der Brücke wurden für die ingenieurtechnischen und denkmalpflegerischen Untersuchungen eingerüstet. Viele der Originalsteine des Bauwerkes konnten aus dem Fluss geborgen werden. Sie werden sorgfältig auf einer hochwassersicheren Plattform zwischen Radobolja und Neretva aufbewahrt. Nach einer ersten Untersuchung konnte die ursprüngliche Funktion der meisten Steine bestimmt werden. Durch den direkten 35

4 Beschuss und nach dem Sturz aus großer Höhe sind die fragilen Quader stark beschädigt. Die Steinoberflächen wurden teilweise vom Flusssediment geschliffen und verändert. Die Option zur Wiederverwendung dieser Steine ist daher mit umfangreichen Überlegungen und Untersuchungen verbunden. Eiserne Bewehrung des Mauerwerks Das markanteste technische Detail des Bogens stellen die eisernen Verbindungen zwischen den Steinen dar. Über den Bogenrücken liefen in der Längsrichtung vier parallel geführte Bänder aus aneinander grenzenden Klammern. Die handgeschmiedeten Klammern folgten der Krümmung des Bogens und wurden in die Steinoberfläche eingesenkt. Die im Winkel von 90 gebogenen Enden der Klammern wurden trapezförmig aufgeweitet (Schwalbenschwanzform) und in Nischen im Stein mit flüssigem Blei fixiert. Zwei benachbarte Klammern teilen sich dabei jeweils eine Nische. So entstanden die durchlaufenden, nur an den Enden der Klammern unterbrochenen Eisenbänder. Nach der Verlegung einer kompletten Reihe der Bogenquader auf dem Lehrgerüst wurden in den Stirnseiten der Steine zusätzliche Klammern über die vertikalen Fugen gesetzt. Als vertikal bezeichnet man dabei die Fugen, die in senkrecht gerichteten Ebenen in der Bogenrichtung verlaufen. Der als Halbkreis geplante Bogen hat sich sicherlich bereits während der Bauzeit und speziell in den späteren Jahrhunderten verformt. Die Steinflächen der Bogenquader, die auf gedachten verlängerten Ebenen in Richtung der Mittelpunkte der polyzentrischen 4 Bleigefüllte untere Nische einer Dübelverbindung 5 Original Dübelverbindung Bogenrundung weisen, bilden die radialen Fugen. Für die Verbindung der Steine in diesen Fugen sorgte der Baumeister Hajrudin auf besondere Weise. Eiserne handgeschmiedete Verdübelungen wurden dort als das dritte Bewehrungselement in die Bogenstruktur eingefügt. Die in der Mitte verjüngten und im Querschnitt nahezu quadratischen Dübel wurden in der Baustellenschmiede gefertigt. Die Quaderverbindung wurde in zwei Etappen hergestellt. Zunächst wurde der Dübel in einem Quader am Ufer einseitig mit Blei befestigt. Nach dem Transport des Quaders auf das Lehrgerüst wurde am vorher platzierten Quader auf der nach oben weisenden Seite Maß genommen und eine Nische gemeißelt. Die Nischen wurden dabei mit der gleichen Aufweitung, wie bei den Dübelenden vorhanden (Schwalbenschwanz), mit hoher Genauigkeit und in einem sauberen Schnitt gefertigt. Von der Nische zum Bogenrücken wurde ein fingerdicker gerader Kanal in die Oberfläche des Steines geschnitzt und poliert. Nachdem die Steine zusammengefügt waren, haben die Handwerker die untere Kammer mit flüssigem Blei gefüllt und den Dübel fixiert. Das Bild 5 zeigt einen Schnitt durch eine bleigefüllte untere Nische einer Dübelverbindung. Diese Technologie soll bei dem Wiederaufbau zur Anwendung kommen. Materialtechnische Untersuchungen für den Wiederaufbau Um die materialtechnischen Grundlagen für den Wiederaufbau der Brücke zu erhalten, wurden in Deutschland zahlreiche Untersuchungen zur Identifikation der historischen Baumaterialien wie Steine, Mörtel, Metalle und vergleichende Studien zur Wahl von adäquaten Materialien für die Rekonstruktion durchgeführt. Im Einzelnen umfassten die Untersuchungen: die Analyse der Blöcke aus dem Tenelija-Steinbruch die Untersuchungen der Oberflächenschäden der Steine in den noch stehenden Wänden die Probenahme und Untersuchung von allen Ge- 36

5 steinsvarietäten des historischen Bauwerkes mineralogische, metallografische und physikalische Untersuchungen der Baumaterialien Studien im Maßstab zum Tragverhalten des Mauerwerks technologische Experimente mit historischen Bautechniken (Steinverbindungen, Blei) Studien zur historischen steinmetzmäßigen Fertigung der Steinflächen in Fugen, insbesondere im Bogenbereich; Nachbau von Geräten anhand von Spuren im Stein digitalisierte Katalogisierung der neuen Blöcke aus dem Steinbruch Impact-Echo Spezialuntersuchung der Schäden an historischen Quadern, Ortung von nicht sichtbaren Rissen und Schäden Entwurf eines Systems zur Beobachtung des Last-Verformungsverhaltens des Mauerwerks und des Bogens während und nach der Fertigstellung. Ein erster Wiederaufbau hat bereits im Labor mit einem modellhaften Aufbau des Mauerwerks stattgefunden, wobei der Ablauf für die Herstellung der Verbindungen untersucht wurde. Es wurden im Maßstab 1 : 4 Tenelija-Blöcke mit der Dübeltechnik verbunden, um sie später in zerstörenden Belastungsuntersuchungen als Mauerwerkselemente zu verwenden. Die Experimente dienten der Bestimmung des Aufwandes, welcher bei manueller Technik mit den Arbeiten verbunden ist. Ferner wurde dokumentiert, welchen Einfluss die Temperatur, die Wassersättigung der Steine sowie die Länge und die Neigung des Gießkanals im Stein auf die Qualität der erreichten Bleiumhüllung des Dübels haben. Besonderes Augenmerk wurde auf die möglichen thermischen Einflüsse des Bleimaterials auf die Kontaktfläche zum Tenelija gerichtet. Das Meißeln der Nischen (Zapflöcher) und die Gusstechnik mit Blei wurden in Anlehnung an den Befund ausgeführt. Detaillierte metallurgische und metallografische Studien dienten der Bestimmung der Parameter des historischen Eisens für die Dübel und Klammern. Das Bild 6 zeigt eine Original- Dübelverbindung, wie sie zur Entnahme von Blei- und Eisenproben im Labor zerlegt wurde. Im Zuge der Mauerwerksuntersuchungen wurden die Dauerhaftigkeit und die Funktion der Klammerund Dübelverbindungen im Mauerwerk sichtbar. Die generelle Festigkeit des Mauerwerks wird bei den sehr dünnen Fugen maßgebend von der Festigkeit der Steine selbst bestimmt. Die beobachteten Bruchmechanismen zeichneten sich vor allem durch die von den Bewehrungselementen 37

6 6 Schertests an verdübelten Mauerwerkssteinen (Fotos: die Autoren) herrührenden großen erreichten Verschiebungen aus. Scherversuche an den Mauerwerksdübeln Im Zuge der Untersuchungen für die Rekonstruktion der Brücke über die Neretva wurden 3 Scherversuche an Originalproben des Tenelija von cm durchgeführt. Der Wassergehalt der Blöcke betrug beim Test ca. 3 %, die Druckfestigkeit betrug im Mittel 23 MN/m 2. Beim Impact-Echo-Versuch zeigten sie keine Risse. Für die Versuche wurden zahlreiche Voruntersuchungen durchgeführt, um die Eigenheiten des Werkstoffes kennen zu lernen: komplexe Studien zum Gießverfahren des geschmolzenen Bleis (verschiedene Gießwinkel, Oberflächenvariationen des Vergusskanals) Mörtel muss mit Sicherheitsabstand zum Vergusskanal aufgebracht werden Temperatureffekte auf Stein und Eisen und die Qualität der Verbindung. Die Dübel bestehen aus nicht korrosivem Stahl und haben Abmessungen von 4 4 cm und 10 cm Länge und entsprechen damit ungefähr den ursprünglichen Dübeln der Brückenkonstruktion. Auf Grund der Abmessungen der Probekörper und der Schmiedbarkeit des verwendeten Stahls für die Dübel kann die Originalform nicht maßstabsgerecht (1:1) aufgebaut werden. Alle anderen Werte entsprechen denen, die bei der Rekonstruktion verwendet werden sollen. Sie wurden im Stein durch Eingießen von Blei fixiert und bilden dadurch einen festen Verbund, die Lage des Dübels ist nach dem Eingießen des Bleis nicht mehr veränderbar. Die zentrale axiale Lage wurde durch endoskopische Betrachtungen überprüft. An Mörtelproben von cm mit einem Größtkorn von 1,5 mm (2/3 des Sandes war Original Tenelija- Sand) wurde nach 28 Tagen eine einaxiale Druckfestigkeit von 3,2 MN/m 2 gemessen. Zur festen Verbindung von Mörtel und Stein wurden die Oberflächen, auf die der Mörtel aufgebracht wurde, vorgenässt, um ein zu schnelles Austrocknen des Mörtels zu verhindern. Zu viel Wasser an der Kontaktfläche von Blei und Stein verhindert jedoch einen ausreichenden Kontakt, sodass behutsam vorgegangen werden musste. Nach dem Vornässen wurde der Mörtel mit ausreichendem Sicherheitsabstand zur Aushöhlung um den Dübel herum aufgebracht. Danach wurden die Steine zusammengefügt. Zum Aushärten wurden die Proben 28 Tage gelagert. Das Modell wurde so gewählt, dass mit Ausnahme der Größe des Dübels der Versuch ähnlich der realen Belastung beim Einbau in der Brücke ist. Der Versatz der Steine untereinander wurde so gewählt, dass große Deformationen des mittleren Steins möglich sind. Während des Tests wurden die auf den mittleren Stein aufgebrachte Last sowie die vertikale Verschiebung des mittleren Steins gemessen. Die Last wurde weggesteuert mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/min bis zum Bruch der Probe aufgebracht. Während des Tests wurden die Blöcke kontinuierlich beobachtet, um die Fehlermechanismen zu ermitteln. Durch die hohe Qualität der Steine ergeben sich ähnliche Versuchsergebnisse. Die Versagenscharakteristik besteht aus unterschiedlichen Typen: Unter dem Dübel führen die extremen Druckspannungen zu einem Versagen, sichtbar durch einen Riss unter 45 am unteren Rand des Dübels. Bei symmetrischer Anordnung der Steine und nahezu gleicher Qualität der Bleifüllung ergibt sich eine Vertikalverschiebung; die Last wird 38

7 einheitlich zum tieferen Teil des Steines bis zum Versagen geleitet. Dabei ergeben sich symmetrische Bruchrisse in beiden Steinen, mit zwei Rissen unter jedem Dübel. Kleine Inhomogenitäten im Stein, asymmetrische Ausbildungen der Bleifüllung sowie kurze, harte Dübel führen zu einem translatorischen oder rotationsähnlichen Versagen. Bei diesem Versagen treten diagonale Risse über dem Dübel auf. Bei den Tests konnten große Verformungen erreicht werden, da der Kontakt zwischen Stein, Blei und Dübel sehr gut war. Selbst bei zahlreichen Rissen im Stein hält der Dübel die Steine zusammen. Der Mörtel hat auf die Tragfähigkeit der Verbundkonstruktion so gut wie keinen Einfluss, das Gleiche trifft für das für den Dübel verwendete Material zu, da das Versagen zwischen Dübel und Stein das Gesamtversagen der Konstruktion bestimmt. Messtechnische Überwachung der Brücke Wie beschrieben, muss der neue Bogen sicher in das alte an den Widerlagern verbleibende Mauerwerk eingefügt werden. Die Problematik der Mauerwerksstatik liegt dabei, neben vielen herstellungstechnisch bedingten Unwägbarkeiten, in der Verformung des neuen Bogens und den Deformationen im Bereich des historischen Widerlagers. Geplant ist daher eine messtechnische Überwachung des Bauwerkes im Sinne der Beobachtungsmethode, da bisher kein Referenzprojekt mit vergleichbaren Erfahrungswerten vorliegt. Mit dem Projekt können so Grundlagen für Rekonstruktionsprojekte von Denkmälern geschaffen werden. Es ist eine umfangreiche Messinstrumentierung des Bauwerkes vorgesehen, so dass die Verschiebungen und Setzungen des Widerlagers, die Verformungen des neuen Brückenbogens, die Spannungen und Verformungen im Inneren des Mauerwerks sowie die Bewegungen der Risse erfasst werden können. Schlussbemerkung Der Umfang der in Mostar von verschiedenen Experten für Architektur, Denkmalpflege, Archäologie, Baumaterialien, Ingenieurwesen durchgeführten Untersuchungen ist sehr groß und stellt eine einmalige Möglichkeit dar, ein Objekt von so hohem Rang detailliert zu studieren. Die vorgestellten Untersuchungen sind nur als ein Mosaiksteinchen in der gesamten Struktur dieses Großprojektes zu betrachten. Ein multinationales Committee of Experts führt unter der Leitung der UNESCO Regie bei den Vorbereitungs- und Rekonstruktionsarbeiten. Die Stadt Mostar verwaltet und koordiniert das Projekt über eine eigens zu diesem Zweck ins Leben gerufene PCU (Project Coordination Unit). Beide Gremien berichten über das Internet über die aktuellen Arbeiten. 39