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Brückenbau: Die Brücken des Robert Maillart

Der Schweizer Bauingenieur Robert Maillart löste mit viel Intuition ein grundlegendes Problem: Wie lassen sich Betonbrücken für große Lasten schlank und elegant bauen?


Die die Eisenbahn im 19. Jahrhundert prägte das Automobil die Landschaften Europas im 20. Eine besondere Herausforderung bildeten dabei Brücken, die gleichermaßen tragfähig als auch kostengünstig sein sollten. Dabei mussten Straßenbrücken durchaus anderen Anforderungen genügen als Brücken für die Eisenbahn: Die zu bewältigende Last ist meist kleiner, die Streckenführung folgt aber oft scharfen Kurven und kann auch steile Rampen aufweisen. Als geeigneter Baustoff erschien um die Jahrhundertwende der stahlbewehrte Beton. Ein Künstler im Umgang damit war der Schweizer Bauingenieur Robert Maillart, dessen Entwürfe weit über den Stand der Zeit hinausgingen.

Geboren 1872 in Bern studierte Maillart an der damaligen Eidgenössischen Polytechnischen Hochschule in Zürich. Schon früh entwickelte er eine eigene Entwurfsmethode für Betonbauten: Er verwarf die komplexe Berechnung von Lasten und Spannungen, die gerade bei seinen Kollegen so en vogue war, wie auch den so genannten Dekorationsansatz vieler Brückenbauer.

Er widerstand der Imitation von architektonischen Stilen ebenso wie dem Hinzufügen von Designelementen, die lediglich der Zier dienen, wie die Verkleidung von Beton durch Natursteinmauerwerk. Stattdessen setzte er auf kreative Intuition und ersann neue Modellformen für klassische Ingenieurprobleme. Und da er dabei sehr auf Wirtschaftlichkeit achtete, schlug er bei Ausschreibungen und Wettbewerben oft die Konkurrenz durch niedrigere Baukosten.

Der Einsatz mathematischer Verfahren zur Analyse und Bewertung von Konstruktionen jedweder Art ist ein Merkmal moderner Ingenieurwissenschaft. Die Grundsätze der Mechanik helfen beispielsweise, die Spannungen und Dehnungen zu berechnen, die in einer Brücke entstehen, wenn Fahrzeuge sie passieren, oder in einem Wolkenkratzer bei starkem Wind. Ob solche Bauwerke Stürme und Erdbeben überstehen, vermögen Ingenieure immer besser vorauszusagen. Allerdings hat diese große Chance auch einen vielleicht nicht immer erwünschten Effekt: Was nicht durchkalkuliert werden kann, darf auch nicht gebaut werden.

Schlanker Betonbau durch Vertikalwände


Dieser Einschränkung musste sich auch Maillart mit seiner ersten wichtigen Brücke stellen: Die Überquerung des Inn nahe der kleinen Ortschaft Zuoz im Engadin). Die lokalen Behörden wünschten sich anfänglich eine Stahlbrücke, um den 30 Meter breiten Fluss zu überwinden. Aber der Ingenieur, damals in der Züricher Bauunternehmung Froté und Westermann beschäftigt, überzeugte sie von einer eleganteren, dabei nicht teureren Brücke aus bewehrtem Beton. Seine Pläne enthalten einen Bogen mit Gelenken bei den Widerlagern und im Scheitel der Brücke; auf diese Weise wollte Maillart Biegemomente in diesen Bereichen vermeiden.

Entscheidend neu aber war vor allem die Verbindung von Bogen und der Fahrbahnplatte durch drei Wände zu zwei Hohlkästen. Bei einer konventionellen Bogenbrücke wird das Fahrbahngewicht durch Stützen auf den Bogen übertragen, der dann recht massiv sein muss, um die Biegespannungen unter der Last des Verkehrs zu halten. In Maillarts Entwurf sollten die drei Komponenten der Kästen – Platte, Bogen und Wände – die auftretenden Kräfte über den größten Teil der Spannweite gemeinsam tragen (in der Nähe der Widerlager werden sie im Bogen und den Gelenken konzentriert). Nun brauchte der Bogen nur noch ein Drittel so stark zu sein – das sah eleganter aus und sparte Beton.

Maillart benutzte ein vereinfachtes grafisches Verfahren, um die Machbarkeit abzuschätzen: Er zeichnete maßstäbliche Lage- und Kräftepläne, um die äußeren Kräfte, die inneren Schnittkräfte und Spannungen in einem Bauwerk zu bestimmen. Die Methoden der Grafischen Statik wurden vor allem durch die beiden ETH-Professoren Carl Culmann und Karl Wilhelm Ritter in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts begründet und erinnern an das Zeichnen von Kräftedreiecken aus dem Physikunterricht. Eine strenge Berechnung der Baustatik war ihm nicht möglich, denn die Spannungen in einem Betonhohlkasten waren damals nicht zu modellieren. Das bekundete auch der als Berater zum Zuoz-Projekt hinzugezogene Wilhelm Ritter, eine Koryphäe in Sachen Baustatik. Dennoch hielt er Maillarts Ansatz für geeignet und empfahl den Bau. Die Brücke wurde 1901 vollendet und bestand eine Belastungsprobe mit Volllast: Die Ingenieure maßen die Durchbiegung, als schwer beladene Pferdewagen darüberrollten. Zwar bildeten sich in den folgenden zwei Jahren Risse in den Wänden nahe der Auflager, sie minderten aber nicht die Belastbarkeit. Die Risse entstanden, weil die Konstruktion nicht gleichmäßig austrocknete: Die Wände schrumpften schneller als der mehr Feuchtigkeit ausgesetzte Bogen, sodass Spannungen entstanden.

Mit Intuition und grafischen Berechnungen


Maillart berücksichtigte dieses Problem 1905 bei seinem ersten Meisterwerk, der Brücke über den Vorderrhein bei Tavanasa, einem Ort in den Bündner Alpen nahe Chur. Weil die Vertikalwände in der Nähe der Auflager keine Last aufzunehmen hatten, ließ er sie dort schlicht weg. Das machte den Bogen noch schlanker. Die äußere Form traf perfekt die konstruktiven Erfordernisse: Die Brücke war flach im Scheitel und bei den Widerlagern, stark aber jeweils zwischen diesen Punkten, also dort, wo beim Dreigelenksbogen die Belastungsspannungen durch den Verkehr am größten sind. Leider zerstörte eine Lawine dieses wegweisende Bauwerk im Jahre 1927.

Die Innovationen des Bauingenieurs erfuhren zunächst wenig Aufmerksamkeit oder wurden sogar abschätzig beurteilt: Die Brücke von Tavanasa entsprach beispielsweise nicht den ästhetischen Vorstellungen der Behörden, die eine Naturstein-Verkleidung begrüßt hätten. Maillart, der 1902 seine eigene Firma gegründet hatte, erhielt kaum noch weitere Brückenaufträge und konzentrierte sich deshalb auf Gebäude, Wasserreservoirs und andere Beton-Konstruktionen.

Das war keineswegs Neuland für seine Firma – sie hatte bereits die zylinderförmigen Unterbauten für zwei große Gastanks in St. Gallen errichtet. Um gegen Gaslecks abzudichten, wurden sie mit Wasser gefüllt. Maillart berechnete die Statik, als wären diese Konstruktionen gewöhnliche Wasserfässer mit vertikalen Fassdauben und runden Fassringen: Druck auf die Dauben wird beim Fass von der Umfangsspannung in den Reifen kompensiert. Der Ingenieur übertrug diese Funktion auf die Bewehungsstäbe im Stahlbeton. Auf diese Weise konnte er die Wände des Unterbaus vergleichsweise dünn gestalten und kam mit einem Viertel des Betonvolumens aus, das die originalen Pläne der Stadt vorgesehen hatten.

Seine grafische Berechnungsmethode, 1907 veröffentlicht, vermied mathematische Komplexität und ließ sich auf jeden zylindrischen Wasserbehälter unabhängig von seiner speziellen äußeren Form anwenden. Allerdings erschien im gleichen Jahr auch ein genaueres mathematisches Verfahren, das sich bei den Fachleuten durchsetzte, obwohl es nur auf wenige einfache Fragestellungen anwendbar war.

Die Firma erschloss neue Arbeitsgebiete mit dem Bau von Fabriken und Lagerhäusern. Dort stellte sich ein neues technisches Problem: Das Abstützen schwer belasteter Betondecken. Herkömmlich legte man sie auf Unterzüge genannte, horizontal verlaufende Elemente, um ihr Gewicht auf Gebäudestützen zu übertragen. Maillart ersann eine Konstruktion ohne diese Hilfen. Auch diesmal verzichtete er auf mathematische Verfahren und erprobte seine Ideen lieber im Experiment.

Bewehrte Geländer


Für seinen ersten Flachdeckenbau 1910, einem Lagerhaus in Zürich, weitete er die Pfeilerköpfe der Stützen zu Kapitelen auf, die dann im Beton der Decke aufgingen. Auf diese Weise verringerte er deren freie Spannweite, also die jeweils nicht unterstützten Bereiche, und konnte wieder Baumaterial einsparen. Darüber hinaus sahen diese Konstruktionen auch ästhetisch aus: Maillart entwarf die Kapitele so, dass sie einer sanften hyperbolischen Kurve folgend von der Decke in die achteckigen Säulen "flossen". Ähnlich baute er 1912 ein Filtergebäude für die Wasseraufbereitung in Rorschach am Bodensee.

Im Jahre 1912 erhielt Maillarts Firma lukrative Aufträge im zaristischen Russland, das gerade am Anfang seiner Industrialisierung stand. Doch der Ausbruch des Ersten Weltkrieges 1914 hielten ihn und seine Familie zunächst in Petersburg, später in Charkow fest. Während der Oktoberrevolution 1917 verlor er sein Vermögen und beinahe auch sein Leben. Zwei Jahre später konnte er in die Schweiz zurückkehren. Bald begann er wieder Überquerungen zu konstruieren und entwickelte 1923 mit der Flienglibach-Brücke im Kanton Glarus die so genannte Stabbogenbrücke, die aus einem Bogen und einer ausgesteiften Fahrbahnplatte besteht.

Die Idee entsprang seinen Berechnungen zum Einfluss der ständig wechselnden Gewichtsbelastung, die der fließende Verkehr dem Eigengewicht der Brücke hinzufügt. Der Druck im Bogen einer Brücke leitet zunächst ihre eigene, konstante Gewichtslast ab. Die Verkehrslast im Betrieb wechselt ständig und kann auch asymmetrisch sein, also eine Seite stärker betreffen als eine andere. Dementsprechend musste man den Bogen stärker auslegen.

Um dennoch aus ästhetischen Gründen schlank und elegant zu bleiben, verband ihn Maillart über Querwände mit der Fahrbahnplatte und versteifte diese zudem durch zusätzliche Stahlbewehrungen in den beidseitigen Geländerbrüstungen. Da sich Bogen und Platte nun gemeinsam verbiegen mussten, wurden die Kräfte im Verhältnis ihrer Steifigkeiten aufgeteilt. Das Biegemoment wirkte vor allem auf die Platte, der Bogen konnte wieder dünner ausfallen.

Zwar gelang es dem Ingenieur, das Verhalten der Brücke unter Belastung genau vorauszusagen, wie Tests bestätigten, doch maßgebende Professoren der Eidgenössischen Polytechnischen Hochschule hielten seine Berechnungsmethoden 25 Jahre lang für frech und gefährlich. Sie beharrten auf der Notwendigkeit mathematischer Modellierung aller Wechselwirkungen von Fahrbahnplatte, Wänden und Bogen. Ein solches Verfahren lässt sich in der Realität aber oft nur schwer anwenden, da sich schon bei kleinen Brücken eine enorme Zahl verknüpfter Gleichungen ergibt. Heute vermögen Computer solche Systeme zwar näherungsweise zu lösen, doch der Fokus auf die theoretische Behandlung kann der Kreativität im Design durchaus abträglich sein.

Während der nächsten zehn Jahre konzentrierte sich Maillart darauf, die Anmutung seiner Konstruktion zu verbessern. So erscheint die 1925 im Bündnerland gebaute Valtschielbach-Brücke zwar schlank, weist aber einen nur leicht gekrümmten Bogen und eine gerade Fahrbahnplatte auf, dazu noch romanische Widerlager aus Naturstein; während die 1933 nahe Bern errichtete Schwandbach-Brücke einen polygonalen Bogen, eine im Grundriss gekrümmte Platte und keine solchen Widerlager aufweist.

80 Meter über der Schlucht – ein Meilenstein des Ingenieurbaus


Maillarts vollendete 1930 sein wohl bekanntestes Bauwerk, die Salginatobel-Brücke bei Schiers im Kanton Graubünden. Im Grunde eine Hohlkastenbrücke wie die von Tavanasa war sie in wichtigen Details verfeinert, beispielsweise gab es keine Bezüge zu älteren Stilen mehr wie dem romanischen Natursteinwiderlager. Er gewann die Ausschreibung, da seine Konstruktion von den 19 eingereichten die preiswerteste war – sie kostete nur 700000 Schweizer Franken (heute entspräche das etwa dem Zehnfachen). Mit 90 Metern hatte sie unter seinen Werken die größte Spannweite; auch der Unterbau war besonders interessant: Ein Bogengewölbe, 80 Meter über der Schlucht des Salginabaches. Diese Betonbrücke wurde 1991 als erste zum Meilenstein des internationalen historischen Ingenieurbaus erkoren.

Der Ingenieur selbst sah sie kritischer und bedauerte einige Jahre später, die Unterseite des Bogens gegen den Brückenscheitel ausgerundet zu haben, da dies ein unnötiger Bezug zu einem veralteten Stil sei. Bei der Felsenegg-Brücke über der Thur bei Will im Kanton St. Galen 1933 und später bei der Brücke von Vessy nahe Genf sah er deshalb einen "gebrochenen" Bogen vor. Bei letzterer betonte er den Knick, indem er die Widerlagergelenke in die Spannweite hinein verschob und im Mittelgelenk einen Vertikalschnitt hinzufügte. Zudem gab er den Querwänden eine X-Form. Das hatte freilich nicht allein optische Gründe. Erwärmt sich die Fahrbahnplatte, dehnt sie sich aus; es entstehen Biegemomente, die jeweils oben und unten an den Querwänden am größten, in deren Mitte am kleinsten sind – die X-Form folgt also der Verteilung der Belastung.

Als Dekoration der Betonoberfläche verwenden Baumeister gern den Abdruck der Schalungsbretter. Ein Jahr vor seinem Tod, 1939, nutzte Maillart dieses Verfahren in Lachen am Südende des Zürichsees, um die Schlankheit eines Brückenbogens zu betonen.

Maillart mied es nach Möglichkeit, mit Architekten zusammenzuarbeiten, weil diese den Bauwerken häufig ein monumentales Aussehen verliehen. Doch gerade dieser Berufsstand honorierte die hohe Qualität seiner Konstruktionen, noch bevor es Ingenieure taten. Sieben Jahre nach Maillarts Tod, 1947, präsentierte die Architekturabteilung des Museums für Moderne Kunst in New York sein Lebenswerk im Rahmen einer größeren Ausstellung.

Nach dem Zweiten Weltkrieg setzte sich der Hohlkastenbogen für mittlere und längere Spannweiten von Betonbrücken durch. An der Eidgenössischen Technischen Hochschule wurden Maillarts Ideen gelehrt und beeinflussten eine neue Generation von Ingenieuren. Einer der prominentesten Nachfolger ist der Schweizer Christian Menn, der ab den späten fünfziger Jahren viele auffallende Stabbogenbrücken konstruiert hat. Zu Beginn der Siebziger verbreitete sich deren Bauweise dann auch in den USA.

Wie John Roebling, der Planer der Brooklyn-Brücke, und Gustave Eiffel, dem Projektleiter des nach ihm benannten Turms in Paris, stand der Entwurf bei Maillart am Anfang eines Vorhabens. Diese Meister der Ingenieurskunst ersonnen zunächst die Formen und Umrisse, die ihre Visionen am besten auszudrücken vermochten; dann wendeten sie einfache Berechnungsverfahren an, um die Projekte weiter zu entwickeln. Ihre Botschaft an den Ingenieur von heute lautet: Nur wenn künstlerisches Feingefühl, Bauerfahrung und technische Fertigkeiten zusammen kommen, können großartige Bauwerke entstehen.

Literaturhinweise

Robert Maillart – Betonvirtuose. Katalog zur Ausstellung des Instituts für Baustatik und Konstruktion der ETH Zürich. Gesellschaft für Ingenieurbaukunst (Hrsg.), Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, 2. unveränderte Auflage, 1998.

Robert Maillart: Builder, Designer and Artist. Von David P. Billington. Cambridge University Press, 1997.

Robert Maillart and the Art of Reinforced Concrete. Von David P. Billington. MIT Press, 1991.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 11 / 2000, Seite 54
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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