Bericht. Ausgeführte integrale Brücken. Autorin Marianne Haditsch. Forschungsbereich Fakultät für Bauingenieurwissenschaften

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1 Bericht Ausgeführte integrale Brücken Autorin Marianne Haditsch Forschungsbereich Fakultät für Bauingenieurwissenschaften Betreuerin Dipl.-Ing. Regina della Pietra Vorstand O. Univ.-Prof. Dr. Ing. habil. Viet Tue Nguyen Institut für Betonbau Technische Universität Graz, Österreich

2 Einleitung 1 EINLEITUNG Im Rahmen des Projekts Rio+20 Wissenschaftler/innen und Jugendliche ziehen Bilanz durfte ich zwei Monate am Institut für Betonbau an der TU Graz verbringen und bekam dadurch einige Einblicke in verschiedenste Bereiche der Bautechnik. Rio+20 ist eine internationale Organisation, die ihren Ursprung im Weltgipfel in Rio de Janeiro hat und aus Organisationen und Regierungsmitgliedern verschiedener Nationen besteht. Ziel von Rio+20 ist es, die soziale Gerechtigkeit und den Umweltschutz zu fördern sowie die Armut zu verringern. Im Besonderen geht man hier auf die Themen Nachhaltigkeit, Ressourcen und Klimawandel ein Themen, welchen auch ich persönlich sehr zugetan bin. Zwar wird immer häufiger über Nachhaltigkeit gesprochen und diskutiert, doch erkennen nur wenige den Ernst der Lage. Nachhaltiger zu leben bedeutet, nachhaltiger zu konsumieren, die Ressourcen unseres Planeten so zu nutzen, dass sich die Generationen nach uns nicht darum sorgen müssen, wovon sie leben sollen. Wir müssen mit unseren Rohstoffen sparsamer umgehen, denn momentan bräuchten wir, würde die gesamte Menschheit so leben wollen wie wir Europäer, drei Erden. Viele von uns setzen sich mit dem Thema auseinander, die Lebensweise wird jedoch nur selten umgestellt oder nachhaltiger veranlagt. Während meiner Zeit am Institut lernte ich einiges über Infrastruktur, Brücken und das Bauen an sich. Ich beschäftigte mich intensiv mit dem Brückenbau und erfuhr, dass es auch hier möglich ist, nachhaltiger und sparsamer vorzugehen. Momentan erlangen vor allem integrale, also lager- und fugenlose, Brücken zunehmend an Bedeutung. Im Gegensatz zum konventionellen Brückenbau werden mithilfe dieser Technik, Erhaltungs- und Baukosten gesenkt sowie der Wartungsaufwand verringert. Neben diesen und vielen weiteren Vorteilen ist die erhöhte Lebensdauer integraler Brücken wohl eines der Hauptargumente für den Bau solcher Tragwerke. Durch den Entfall von Lagern und Fugen ist es möglich, nachhaltiger und wirtschaftlich vorteilhafter zu arbeiten, da Verkehrsbehinderungen und somit auch die direkte Belastung der Umwelt reduziert werden. Bereits im Altertum entstanden integrale Brücken, die sich ursprünglich aus den Steinbogenbrücken der Römerzeit entwickelten. Zu jener Zeit diente ausschließlich 1

3 Einleitung Naturstein als Baustoff. Erste Betonbrücken gab es bereits vor etwa 2000 Jahren. Die Römer verwendeten damals einen Grobmörtel, der eine große Ähnlichkeit mit dem heutigen Baumaterial aufweist. Auf die fugenlose Bautechnik wurde im 19. Jahrhundert wieder zurückgegriffen, jedoch beschäftigt man sich erst seit einigen Jahren wieder intensiv mit dieser Technik. Abb. 1-1: Pont du Gard, 1. Jh. n. Chr. Vor allem in den USA ist die integrale Bauweise bereits Standard. Momentan werden rund lager- und fugenlose Bauwerke gezählt, davon 9000 integrale und 4000 semiintegrale. Die erste integrale Brücke in den USA war die 1938 erbaute Teens Run Bridge Nähe Ohio. Hingegen wurden erste integrale Tragwerke in Japan oder Südkorea erst 1996 bzw errichtet. Aber auch in Europa nimmt der Anteil integraler Tragwerke erheblich zu. So wurden beispielsweise 2004 in Großbritannien mehr als 60 % aller Bauten mit dieser Technik errichtet, in der Schweiz gibt es zurzeit schon 1650 integrale Brücken. Die Anteil integraler Bauwerke nimmt zwar stets zu, aber der konventionelle Brückenbau überwiegt immer noch, weil dafür Richt- und Leitlinien existieren, die für die integrale Bauweise bislang noch nicht vollständig vorhanden sind. Die Ziele des nachhaltigeren Bauens liegen in der Minimierung des Verbrauchs von Energie und Ressourcen. Berücksichtigt werden dabei alle Lebenszyklusphasen eines Gebäudes/Bauwerkes (Dietrich Schwarz, Zürich). Die lager- und fugenlose Bautechnik ermöglicht uns eine solche Bauform. Konventionelle Tragwerke hingegen bedeuten höhere Lebenszykluskosten sowie einen größeren Wartungsaufwand. Demzufolge erlangen Integralbrücken immer mehr an Bedeutung. In der folgenden Arbeit werde ich einige Beispiele für integrale Bauwerke in der Schweiz und Deutschland geben, diese auch näher beschreiben sowie den internationalen Stand integraler Brücken erläutern. 2

4 2 TRAGWERKE IN EUROPA Der größte Anteil an internationalen integralen Tragwerken wird Europa zugeschrieben. Eine genaue Zahl kann jedoch nicht genannt werden. Auf lager- und fugenlose Brücken trifft man vor allem in Großbritannien, Skandinavien und Schweden, die meisten dieser Bauwerke 90 % aller europäischen Bauten wurden allerdings in Deutschland errichtet. Im folgenden Abschnitt werde ich jeweils drei Beispiele für integrale Brücken in der Schweiz und Deutschland anführen und diese näher beschreiben. 3

5 2.1 IN DER SCHWEIZ SUNNIBERGBRÜCKE Straßenbrücke Tragsystem Überspannte Balkenbrücke / fünffeldrig / Grundrisskrümmung Stützweite [m] L i = 59,0 m + 128,0 m + 140,0 m + 134,0 m + 65,0 m; L max = 140,0 m; L ges = 526,0 m B ges = 12,37 m Fahrbahnquerschnitt Plattenbalkenquerschnitt mit 2 Randträgern H K 1,0 m Material/Bauweise Spannbeton Gründung Pfahlgründung an den Stützen/ Schachtgründung an den Widerlagern Land/Ort Schweiz/Klosters Baujahr 1998 In einem weiten Bogen überbrückt die Sunnibergbrücke das Tal der Landquart, 62 Meter über dem Boden wurde sie eröffnet und stellt seitdem eine Verbindung zwischen dem Dorf Bühl und dem Drostobel dar. Abb : Sunnibergbrücke 4

6 SALGINATOBELBRÜCKE Straßenbrücke Tragsystem Bogenbrücke Stützweite [m] L ges = 132,30 m B ges = 3,80 m Material/Bauweise Stahlbeton Land/Ort Schweiz/Schiers Baujahr 1930 Das im Jahr 1930 erbaute Tragwerk von Robert Maillart, einem der bekanntesten Ingenieure des deutschsprachigen Raums, ist wohl das bekannteste seiner Bauwerke. In eleganter Form überbrückt es das Tal der Salgina und lässt seine Umgebung in vollem Glanz erstrahlen. Abb : Salginatobelbrücke 5

7 SCHWANDBACHBRÜCKE Straßen- und Fußgängerbrücke Tragsystem Stabbogenbrücke Stützweite [m] L ges = 55,65 m B ges = 4,9 m Material/Bauweise Stahlbeton Land/Ort Schweiz/Hinterfultigen Baujahr 1933 Zwischen Hinterfultigen und Schönentannen findet man die Schwandbachbrücke, die, wie aus ihrem Namen hervorgeht, den Schwandbach überbrückt. Zusammen mit der Salginatobel- und der Ziggenbachbrücke zählt sie zu den bekanntesten Tragwerken des 19. Jahrhunderts. Abb : Schwandbachbrücke 6

8 2.2 IN DEUTSCHLAND NESENBACHTALBRÜCKE Straßenbrücke und Fußgängerbrücke Tragsystem Fachwerkbrücke / sechsfeldrig / Grundrisskrümmung / Widerlagereinspannung (100 %) Stützweite [m] L i = 8,25 m + 16,50 m + 24,75 m + 49,50 m + 35,75 m + 15,86 m L max = 49,50 m; L ges = 150,61 m B ges = 11,50 m Fahrbahnquerschnitt Plattenquerschnitt auf darunterliegendem Raumfachwerk / H K = 2,28 m Material/Bauweise Stahlbeton / Stahl (Fachwerk und Stützen) Gründung Pfahlgründung bei Innenstützen (ø = 0,90 m) Flachgründung im Widerlagerbereich Land/Ort Deutschland/Stuttgart-Vaihingen Baujahr 1999 Die Balkenbrücke mit einer Länge von knapp 151 Metern verbindet mit ihrer geschwungenen Konstruktion Österfeld mit Vaihingen. Fußgängern und Radfahrern bietet sie Lärmschutz sowie einen einmaligen Blick ins Kaltental. Abb : Nesenbachtalbrücke 7

9 LA-FERTÉ-STEG Fußgängerbrücke Tragsystem Balkenbrücke / mehrfeldrig / Grundrisskrümmung / Widerlagerspannung (100 %) Stützweiten [m] L max = 28,5 m; L ges = 119,0 m B ges = 3,50 m Fahrbahnquerschnitt Plattenbalkenquerschnitt H K = 0,75 m Material/Bauweise Stahlbeton / Stahlstützen Gründung Pfahlgründung an den Widerlagern und Innenstützen Land/Ort Deutschland/Stuttgart-Zuffenhausen Baujahr 2001 Die Fuß- und Radwegbrücke, die 2001 in Stuttgart-Zuffenhausen errichtet wurde, schafft durch ihre dynamische, schwungvolle Form eine harmonische und zugleich edle Atmosphäre. Mit einer Länge von 119 Metern und einem Radius von 53,70 Metern werden Wohngebiet, Festplatz und Hallenbad durch eine Kreisbogenlinie verbunden. Abb : La-Ferté-Steg 8

10 BRÜCKE ÜBER DIE GAHLENSCHE STRASSE Fußgängerbrücke Tragsystem Hängebrücke / eine Seilebene Stützweite [m] L 70,0 m (Pylonabstand) L ges = 132,0 m B ges = 3,0 m Fahrbahnquerschnitt Plattenquerschnitt / Verbundplatte H K 1,15 m Material/Bauweise Stahlbeton bei der Platte / Stahl (Pylon, Seile, Querträger) Gründung Pfahlgründung an den Widerlagern und Pylonen Ø = 1,20 m, l pf = 25,0 m Land/Ort Deutschland/Bochum Baujahr 2003 Die im Jahr 2003 erbaute Fußgängerbrücke stellt eine der ersten doppelt gekrümmten, einseitig gestützten Hängebrücken weltweit dar. Durch die Form ihrer S-Kurve werden zwei versetzt laufende Fußgängerwege miteinander verbunden. Dipl.-Ing. Kurt Göppert entwickelte diese Konstruktion im Rahmen eines Wettbewerbs und schaffte es, sie auch kostengünstig umzusetzen. Abb : Brücke über die Gahlensche Straße 9

11 Tragwerke weltweit 3 TRAGWERKE WELTWEIT Vor allem in den USA ist, wie bereits erwähnt, die integrale Bauweise bereits weit verbreitet. Unterschiedlich sind allerdings die Anzahl integraler Brücken in den verschiedenen Bundesstaaten es sind beispielsweise 50 integrale Tragwerke in 59 % und rund 1000 integrale Brücken in 15 % der Bundesstaaten in Betrieb sowie die Richtlinien, etwa über die maximal zulässige Spannweite und Gesamtlänge. 10

12 Tragwerke weltweit 3.1 USA BRIDGE ON ROUTE OVER BLUE SPRING RUN Straßenbrücke Tragsystem Balkenbrücke/ einfeldrig / schief α = 45 Gesamtlänge [m] L ges = 33m B ges = 13m Material/Bauweise Stahlbetonverbund Gründung Pfahlgründung Land USA Baujahr 2005 Abb : Bridge on Route over Blue Spring Run 11

13 Modell- und Gruppenfotos 4 MODELL- UND GRUPPENFOTOS Modell Integralbrücke Gruppenfoto Betriebsausflug am