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Steinbrücken

[153] Steinbrücken (stone bridges; ponts en maçonnerie; ponti in pietra). Brücken, deren zwischen den Widerlagern oder zwischen Pfeilern gebildete Öffnungen mittels gewölbter Bogen aus Quader-, Bruchstein- oder Ziegelmauerwerk überspannt sind. Die auch hierher gehörenden Brücken mit Bogen aus Stampfmauerwerk werden gesondert unter Betonbrücken besprochen.

Die ersten Ausführungen von S. sind mit den Anfängen der Brückenbaukunst verknüpft. Die vorrömischen Völker kannten nur die Überdeckung kleinerer Öffnungen mit Steinbalken oder Platten nach Art unserer heutigen Plattendurchlässe oder mittels ausgekragter Steine. Erst bei den Römern gelangte der Gewölbebau in zahlreichen Aquädukten, Strom- und Talbrücken zu hoher Entwicklung. Diese römischen Brücken sind ausschließlich im Halbkreis aus Hausteinen gewölbt mit kurzen, dicken, stromauf- und -abwärts zugeschärften Pfeilern, die auf großen Steinwürfen, z.T. auch schon auf Beton zwischen Pfahlwänden gegründet sind. Die Fahrbahn ist in der Regel gegen die Brückenmitte stark ansteigend, um die nötige Höhe für den vollen Bogen zu gewinnen.

Die aus dem Mittelalter stammenden S., von denen noch manche bis heute erhalten sind,[153] zeigen noch die massigen Verhältnisse und den großen Baustoffaufwand, aber nicht die gleiche Vollkommenheit in der Ausführung des Mauerwerks wie die römischen Brücken. Der volle Halbkreisbogen wird aber schon vielfach verlassen und der Segment- und auch schon der Korbbogen angewandt. Jedoch erst in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts sind Ansätze zu einer Fortentwicklung und wissenschaftlichen Ausgestaltung des Steinbrückenbaues wahrzunehmen, und man kann wohl sagen, daß davon die Tätigkeit des Bauingenieurs ihren Ausgang genommen hat. Insbesondere konnte Frankreich und England schon zu Anfang des 19. Jahrhunderts auf zahlreiche bemerkenswerte Ausführungen von S. hinweisen. Der vor etwa 5 Jahrzehnten mächtig zum Aufschwung kommende Eisenbrückenbau drängte zwar den Bau der S. eine Zeitlang wieder etwas in den Hintergrund. In neuerer Zeit erkannte man aber die großen Vorzüge des Steinbaues und richtete das Bestreben darauf, den Gewölbebau durch technisch richtige Ausbildung sparsamer und wirtschaftlicher zu gestalten. Damit wurde der Erfolg erzielt, daß die S. unter Umständen heute mit Eisenbrücken in Wettbewerb treten können, ja daß man geneigt ist, ihnen mit Rücksicht auf ihre zweifellos längere Dauer und auf ihre einfachere Überwachung wieder ein größeres Feld einzuräumen. Für Eisenbahnbrücken spielt auch das wichtige Moment mit, daß S. eine Zunahme der Verkehrslasten ohne merkliche Einbuße an ihrer Sicherheit vertragen und daher in diesem Fall nicht, so wie Eisenbrücken, einer nachträglichen Verstärkung bedürfen.

Hinsichtlich der Spannweite ist den S. allerdings eine engere Grenze gesteckt als den Brücken mit eisernem Überbau, u.zw. sowohl durch die Ausführungsschwierigkeiten sehr weit gespannter Gewölbe wie auch durch die mit zunehmender Spannweite ganz bedeutend anwachsenden Kosten, die durch die Widerlager, insbesondere aber durch das erforderliche Lehrgerüst bedingt sind. Die wirtschaftliche und technisch vervollkommnete Ausbildung des neuzeitlichen Steinbrückenbaues hat aber diese Grenze erweitert. Während noch vor wenig Jahren S. mit mehr als 60 m Spannweite nur ganz vereinzelt bestanden, hat die Zahl großer gewölbter Brücken, von den Betonbrücken abgesehen, im letzten Jahrzehnt erheblich zugenommen. Nachstehende Zusammenstellung (auf S. 155) enthält die Hauptabmessungen und Kosten einiger der größten S.

Mit der Fortentwicklung des Baues der S. hat auch die Ausbildung der Theorie in der Neuzeit Schritt gehalten. Der heutige Standpunkt kennzeichnet sich dahin, daß das Gewölbemauerwerk, ob es nun regelmäßig gefugt ist oder aus einer mehr weniger gleichartigen Masse (Stampfbeton) besteht, als elastisch anzusehen und daß sonach auf das Gewölbe die Theorie des elastischen Bogens unter bestimmten Voraussetzungen anzuwenden ist (s. Bogenträger). Beobachtungen und Versuche an ausgeführten Bauwerken, insbesondere die 1892–1893 vom Österreichischen Ingenieur- und Architekten-Verein durchgeführten Bruchversuche mit Gewölben von 23 m Spannweite aus Bruchstein-, Ziegel- und Stampfmauerwerk haben diese Anschauung bekräftigt.

Form und Stärke der Brückengewölbe. Während man früher fast ausschließlich nur den Halbkreis- oder Kreissegmentbogen, zuweilen bei flachen Gewölben aus Schönheitsrücksichten auch den Korb- oder elliptischen Bogen, bei hohen Pfeilern auch den überhöhten elliptischen Bogen zur Anwendung brachte, ist man jetzt bemüht, dem Gewölbe eine solche Form zu geben, bei der es mit der geringsten Stärke ausgeführt werden kann. Dies ist dann der Fall, wenn die Bogenachse mit der Stützlinie, d.i. der Mittelkraftlinie der Belastung, zusammenfällt, da dann alle Querschnitte gleichmäßig verteilte Pressung erfahren. Nun wechselt aber die Stützlinie mit der Verkehrslaststellung und es ist daher die Mittellage aller möglichen Stützlinien für die Form der Bogenachse maßgebend. Diese wird annähernd bei Vollbelastung der Spannweite mit der halben Größe der gleichmäßig verteilt angenommenen Verkehrslast erhalten. Ist ein Gewölbe mit gegebener Lage der Kämpfer und des Scheitels zu entwerfen, so wird man zunächst die Gewölbestärke nach den später gegebenen Regeln annehmen und kann damit die Eigengewichtslast (Gewölbe samt Brückenbahn) im Scheitel g₀ und über den Kämpfern g₁ berechnen. Als gleichmäßig verteilte Verkehrslast in t f.d. m² kann angenommen werden:

für Hauptbahnbrücken

für Straßenbrücken

worin für leichte, mittelschwere und schwere Fuhrwerke a = 4, 10, 20 zu setzen ist. l bezeichnet die Spannweite, u die Überschüttungshöhe im Scheitel.

Die Form der Bogenachse bestimmt sich damit, wenn x und y die auf den Scheitel bezogenen Koordinaten sind und f die Pfeilhöhe bezeichnet, annähernd aus der Gleichung

[155] Es genügt auch, bloß den Scheitelkrümmungsradius aus

und die Ordinate im Viertel der Spannweite zu berechnen, um daraus die Stützlinienform abzuleiten. Für gleiche Auflast vom Scheitel bis zum Kämpfer ergibt sich dafür eine Parabel, für gegen den Kämpfer zunehmende Auflast wird die Krümmung eine mehr gleichmäßige oder gegen die Kämpfer zu verschärft. Häufig, bei flachen Bogen wohl immer, kann die theoretische Stützlinienform ohne erhebliche Verstärkung des Gewölbes durch einen Kreissegmentbogen ersetzt werden, der demnach auch für Brückengewölbe von mittlerer Spannweite und Stichverhältnissen unter ¹/₅ die zweckmäßigste und üblichste Form ist. Auch bei großen Gewölben (Brücken der österr. Staatsbahnen, Taf. IV,[156] Abb. 1) findet man den Kreisbogen beibehalten, da er bei Hausteinen den Vorteil gleichmäßigen Steinschnitts bietet, doch ist hier bei größerem Unterschied der Belastung im Scheitel und Kämpfer eine der Stützlinie sich besser anschmiegende Korbbogenform vorzuziehen (Addabrücke bei Morbegno [Taf. IV, Abb. 2], Syratalbrücke [Taf. IV, Abb. 3], Gutachbrücke u.a.). Talbrücken erhalten zur Verminderung der Pfeilerhöhe tief gelegte Bogenanläufe und für die gewöhnlichen Weiten bis zu 25 m im Halbkreis gewölbte Brückenbögen, deren Gewölbe aber etwas höher, mit einer unter 10–15° geneigten Kämpferfuge ansetzen (Taf. IV, Abb. 5). Für größere Spannweiten und große Viadukthöhen wird sich aber der der Stützlinie angepaßte überhöhte Korbbogen als günstiger erweisen. Beim Wiesener Viadukt (Abb. 152) wurde beispielsweise durch Wahl des überhöhten Korbbogens gegenüber dem Halbkreisbogen eine Ersparnis an Mauerwerk des Gewölbes und der Hauptpfeiler von etwa 10% erzielt.

Die Gewölbestärke hat der Bedingung zu entsprechen, daß im Gewölbe bei ungünstigster Belastung nirgends unzulässige Pressungen auftreten. Zugspannungen sollen in einem Gewölbe aus gefugtem Mauerwerk unter der Belastung überhaupt nicht vorkommen. Letzteres wird erfüllt, wenn die Stützlinien für alle Belastungsfälle durchwegs im mittleren Drittel der Gewölbestärke bleiben. Dies liefert für die Scheitelgewölbestärke die annähernde Bestimmungsgleichung

a)

Damit aber die zulässige Pressung im Gewölbemauerwerk nicht überschritten wird, muß

b)

gemacht werden. Es bezeichnet darin w die Auflast über dem Gewölbe im Bogenscheitel + 1/2 p (Verkehrslast) in t/m², γ das Gewicht des Gewölbemauerwerks (t/m³), ρ₀ den Scheitelkrümmungshalbmesser, s die zulässige Pressung in t/m². Dabei ist eine günstigste Stützlinienform des Gewölbes vorausgesetzt. Abweichungen von dieser bedingen eine Vergrößerung der Gewölbestärke. Für s kann gesetzt werden:

für Gewölbe aus hart gebrannten Ziegeln 150–200 t/m²,

für Bruchsteingewölbe aus mittelfesten Steinen 200–300 t/m²,

für Gewölbe in Schichtmauerwerk aus druckfesten Steinen 300–400 t/m²,

für Quadergewölbe aus Granit 500–600 t/m².

In der Regel ist die Einhaltung der Druckspannungsgrenze, sohin Formel b für die Gewölbestärke maßgebend; es kann jedoch bei Bogen mit größerem Stich Verhältnis, geringer Eigen- und hoher Verkehrslast die Vermeidung der Zugspannungen nach Formel a eine größere Stärke ergeben. In diesem Fall würde ein Gewölbemauerwerk von hoher Druckfestigkeit, also die Ausführung in harten Quadern keinen Gewinn bringen, da diese Druckfestigkeit nicht zur Ausnützung kommt.

Gewölbe, die als gelenklose eingespannte Bogen wirken, sind in den Kämpfern zu verstärken. Das notwendige Maß dafür ergibt die statische Untersuchung, die sich auch auf den Einfluß der Wärmeänderungen zu erstrecken hat. Allerdings wird es ohne ungewöhnliche Kämpferverstärkung meist nicht zu erreichen sein, das Auftreten von Zugspannungen bei niedrigen Temperaturen und gleichzeitig ungünstigster Belastung ganz zu vermeiden. In der Ausführung wird eine solche Zunahme der Gewölbestärke vom Scheitel gegen die Kämpfer angewandt, daß die lotrechten Projektionen der radialen Fugen bei Bogen mit einem Stichverhältnis bis ¹/₄ mindestens gleich der Scheitelstärke sind. Im Kämpfer geht die Verstärkung auf das 1∙3–1∙8fache der Scheitelstärke.

Von empirischen Formeln für die Scheitelgewölbestärke seien hier angeführt:

nach Desjardin d = 0∙3 + 0∙045 l,

nach Desnoyers d = 0∙15 + 0∙1765 l,

neuere französische Formel

d = 0∙4 + 0∙035 (l – 10),

Formel der österr. Staatsbahnen für Spannweiten über 30 m . . . . d = 0∙1 + 0∙0325 l.

Zur Ausführung der Brückengewölbe werden gewöhnliche Bruchsteine, lagerhafte Bruchsteine, in den Lagerflächen bearbeitete Steine (Schichtmauerwerk) oder behauene Werksteine (Quader), seltener und jetzt wohl nur für kleinere Gewölbe oder, wo gute natürliche Bausteine schwer zu beschaffen sind, hart gebrannte Ziegel verwendet. An Stelle von natürlichem Steinmaterial sind in einigen Fällen bei neueren Ausführungen (Wiesener Viadukt) auch Betonsteine verwendet worden. Unregelmäßige Bruchsteine sind zur Ausführung von Wölbemauerwerk nicht gut geeignet, allenfalls nur unter Verwendung kleinerer plattiger Steine und reichlichen Mörtels, wie es der Bauweise der Firma Liebold & Co. entspricht, in der der Syratalviadukt (Taf. IV, Abb. 3), einige Brücken der Eisenbahn Ilsenburg-Harzburg u.a. hergestellt wurden. Lagerhaftes Bruchsteinmauerwerk in gutem Verband und Schichtmauerwerk kann bei richtiger Bemessung und Formgebung des Gewölbes anstandslos auch für große Spannweiten[157] Verwendung finden. Auf den österreichischen Staatsbahnen wird diese Ausführungsart für alle Brückengewölbe bis zu 40 m Spannweite angewandt. Hausteingewölbe, die früher auch für kleine und mittlere Spannweiten ausgeführt wurden, beschränkt man ihrer höheren Kosten wegen jetzt meist nur auf Brücken, von denen ein besonders gutes Aussehen verlangt wird, oder auf solche von großer Spannweite. Man verwendet für die Gewölbemauerung Quader von 0∙2–0∙7 m³ Inhalt und gibt bei kleineren Gewölbestärken lauter durchbindende Steine, bei größeren Stärken abwechselnd Läufer und Binder, die in Verband stehende Ringe bilden. Die Mörtelfugen macht man 1 cm, wenn sie mit Stampfmörtel ausgefüllt werden sollen, mindestens 1∙5 cm stark. Für die Ausführung großer Gewölbe (von mehr als 40 m Spannweite) kann an Stelle schwer zu beschaffender Quader auch die Verwendung von aus Bruchsteinen gemauerten Blöcken, denen aber mindestens 0∙7 m³ Inhalt zu geben ist, in Betracht kommen. Sie sind der Mauerung auf dem Lehrgerüst vorzuziehen, weil sie am Werkplatz sorgfältig hergestellt werden können und günstigere Arbeitseinteilung gestatten. Sie müssen zur Zeit der Aufbringung auf das Lehrgerüst aber bereits eine genügende Druckfestigkeit besitzen.

Eine häufig beobachtete Erscheinung ist das Auftreten von Rissen am Gewölberücken in der Nähe des Kämpfers, u.zw. entweder noch am Lehrgerüst vor dem Schließen des Gewölbes oder nach dessen Ausrüstung. Diese Risse sind zwar meist ungefährlich, aber doch insofern nachteilig und unerwünscht, als sie den nutzbaren Querschnitt des Gewölbes vermindern und die wasserdichte Abdeckung zerstören können. Ihre Ursache liegt in einem Heraustreten der Stützlinie aus dem Kern des Gewölbes, herbeigeführt durch eine Formveränderung des Lehrgerüstes, Ausweichen der Widerlager, größere örtliche Preßbarkeit des Wölbematerials oder der Mörtelbänder bei noch nicht voller Erhärtung, also zu frühem Ausrüsten u.s.w. Man wird natürlich trachten, diese störenden Einwirkungen möglichst einzuschränken und insbesondere wird man Senkungen des Lehrgerüstes während der Ausführung des Gewölbes tunlichst hintanhalten oder unschädlich zu machen suchen. Dies wird durch gewisse Vorsichtsmaßregeln und Anordnungen bei der Ausführung erzielt, u.zw.

1. durch ein möglichst festes unnachgiebiges Lehrgerüst;

2. durch tunlichst gleichmäßige Belastung desselben während der Ausführung der Gewölbemauerung;

3. durch Aussparen von Lücken und Schließen des Gewölbes an mehreren Stellen;

4. durch nicht zu frühes Ausrüsten;

5. neuestens auch durch Anwendung des unten beschriebenen sog. Gewölbe-Expansions-Verfahrens.

Die gleichmäßige Belastung des Lehrgerüstes von Anfang an ist eine immer zu beobachtende Regel. Durch Aufbringen der Baustoffe auf das Lehrgerüst und Vorbelastung des Bogenscheitels wird man verhindern können, daß stärkere Senkungen erst während der Ausführung der Gewölbemauerung eintreten. Bei größeren Gewölbebogen wird überdies mit der Mauerung nicht bloß von den Kämpfern aus, sondern auch von zwei oder mehreren symmetrisch liegenden Stellen der Gewölbeschenkel begonnen. Dadurch wird das Gewölbe in kürzere Segmente zerlegt, die leichter den allfälligen Formänderungen des Lehrgerüstes folgen können; auch werden dadurch mehr Arbeitsstellen geschaffen. Die in den Gewölbeschenkeln beginnende Mauerung erfordert provisorische Widerlager durch Abpölzung, gewöhnlich in Form von auf das Lehrgerüst aufgesetzten Böcken. Der Gewölbeschluß erfolgt gleichzeitig an mehreren Stellen. In dieser Art erfolgt jetzt die Ausführung aller größeren Bruchsteingewölbe. Bei Hausteingewölben verbindet man damit auch noch das trockene Versetzen des untersten, auf der Lehrgerüstschalung liegenden Quaderrings. So wurde beispielsweise der 85 m weit gespannte Bogen der Isonzobrücke bei Salcano (Taf. IV, Abb. 8) in 8 Wölbungsabschnitte geteilt und baute man zu diesem Zweck an den Stellen der künftigen Gewölbeschlüsse provisorische, mit dem Lehrgerüst fest verbundene hölzerne Widerhalter ein. Es wurden dann die Steine des ersten Quaderrings trocken versetzt, wobei auf der Schalung zwischen den Lagerflächen der Steine Holzleisten von der Stärke der Mörtelfugen (16 mm) eingelegt oder in den stärker geneigten Gewölbepartien die Steine durch eiserne Trennungskeile in richtigem Abstand gehalten wurden. Die 7 Lücken zwischen den Gewölbesegmenten blieben offen. Nach dem Ausstampfen der Fugen mit Mörtel erfolgte das Aufbringen der Steine des zweiten und dritten Ringes in Mörtellage und schließlich der Gewölbeschluß gleichzeitig an den 7 offen gelassenen Stellen in der ganzen Gewölbestärke. Den gleichen Ausführungsvorgang hätte man bei Verwendung gemauerter Blöcke anstatt Quader anzuwenden.

Nachträgliche Verlagerungen der Stützlinie, die im fertigen Gewölbe beim Ausrüsten, ferner durch Temperaturwirkung oder infolge Widerlagerverschiebung eintreten können und ungünstige[158] Spannungsverteilungen, allfällig Zugrisse in der Nähe der Kämpfer und im Scheitel hervorrufen können, werden aber durch diese Ausführungsart nicht hintangehalten. Hierzu müßte das Gewölbe als Dreigelenkbogen ausgeführt werden, doch wird die Notwendigkeit und Nützlichkeit von Gelenken in Mauerwerksgewölben nicht in dem Maße zugegeben, wie bei Betonbogen, bei denen Gelenke denn auch viel häufiger zur Anwendung gekommen sind (s. Betonbrücken). Gemauerte Bogen sind auch bei großen Spannweiten bisher selten mit Gelenken ausgeführt worden. Bei der Addabrücke zu Morbegno (Taf. IV, Abb. 2) wurden in den 70 m weit gespannten Granitsteinbogen im Scheitel und in den Kämpfern Stahlgelenke eingebaut, die aber einige Wochen nach dem Ablassen des Bogens ausgemauert und mit Zementmörtel vergossen wurden, so daß die Dreigelenkbogenwirkung nur für das Eigengewicht und für die Senkungen nach dem Ausrüsten zur Geltung kam, Temperatur und Verkehrslast aber ihre Wirkung auf das gelenklose Gewölbe äußern. Dagegen erhielten die Münchener Brücken, sowohl jene in Stampfbeton wie auch die in Muschelkalkquader ausgeführten, frei liegende, bleibend wirkende Stahlgelenke. Über die Ausbildung der Gelenke s. Betonbrücken. Man ist wohl berechtigt, die Anwendung von Gelenken bei Mauerwerksgewölben auf große Spannweiten mit kleinen Stichverhältnissen und auf Fälle, wo ein nicht ganz sicherer Baugrund Widerlagerbewegungen befürchten läßt, zu beschränken. Bei Dreigelenkbogen entfällt die Verstärkung am Kämpfer und es erhält das Gewölbe seine größte Stärke im Gewölbeschenkel.

Bei Weglassung von Gelenken läßt sich durch die Anwendung des schon erwähnten sog. Gewölbe-Expansions- oder Gewölbespreizverfahrens, System Buchheim und Heister, den Scheitelsenkungen beim Ausrüsten, die das Auftreten von Kämpferrissen bewirken könnten, vorbeugen. Bei diesem Verfahren, das schon mehrfach, insbesondere für Bogen von 15–20 m vorteilhaft Anwendung gefunden hat, wird das Gewölbe nicht durch Absenken des Lehrgerüstes in Spannung gesetzt, sondern dadurch, daß die Scheitelkraft in bestimmter Größe durch Wasserdruckpressen, die in offen gelassene Lücken im Gewölbescheitel eingesetzt werden, erzeugt wird. Diese Lücken werden dann durch Ausfüllung mit Baustoff und Ausmauerung geschlossen. (In der Anwendung auf Brücken des Eisenbahndirektionsbezirkes Frankfurt a.M. beschrieben in »Armierter Beton«, 1917, H. 3 u. 4.)

Die Brückengewölbe werden zur Herstellung einer ebenen Brückenbahn mit Erde überschüttet oder es wird die Brückenbahn durch Pfeiler auf den Bogen gestützt. Die Erdüberschüttung ist für Bogen von geringer Höhe das Einfachste und Billigste, da es sich bei einem nur auf Druck bemessenen Mauerwerksgewölbe nicht, wie bei einem Eisenbetonbogen, um tunlichste Verminderung der Eigenlast handelt, vielmehr die Überschüttung günstig für die Stabilität und für die Verteilung konzentrierter Lasten wirkt.

Über dem Gewölbescheitel soll die Höhe der Überschüttung, einschließlich der Stärke der Fahrbahnkonstruktion, bei Straßenbrücken mindestens 30–50 cm, bei Eisenbahnbrücken mindestens 70 cm betragen. Seitlich wird diese Überschüttung durch Stirnmauern begrenzt, die auf den Gewölbestirnen aufruhen, u.zw. entweder ohne Verband auf dem Gewölberücken sitzen oder aber durch treppenartige Absätze der Stirnwölbequader mit dem Gewölbe in Verband gebracht sind.

Bei größerer Pfeilhöhe des Gewölbes und demnach auch großer Überschüttungshöhe an den Kämpfern werden die gegen den Erddruck zu berechnenden Stirnmauern sehr stark. Halbkreisbogen von mittlerer Spannweite und nicht allzu großer Breite, wie sie die typische Ausführung der gewölbten Eisenbahnviadukte zeigt, erhalten dann eine volle Ausmauerung bis auf Bettungshöhe (Taf. IV, Abb. 5), wodurch auch die Anordnung der Entwässerung begünstigt wird. Bei breiteren Brücken hat man aber häufig auch Hohlmauerwerk, sog. Spandrillmauern, angeordnet und dadurch eine Verringerung des auf dem Gewölbe lastenden Gewichts und eine Ersparnis an Mauerwerk erzielt. Diese Spandrillen (Taf. IV, Abb. 9) bestehen aus einzelnen, den Stirnmauern parallelen Zungenmauern, die oben mit Platten überdeckt oder mit Stich- oder Halbkreisgewölben überspannt sind. Ihr Abstand wird mit 1–1∙5 m gewählt. Bei sehr großer Höhe hat man zuweilen diese Zungenmauern noch durch Quermauern oder in verschiedener Höhe durch Gewölbe verbunden und die Spandrillräume zugänglich gemacht. Gegenwärtig zieht man aber den gegen den Luftzutritt abgeschlossenen Spandrillräumen die Anordnung offener Hohlräume vor, deren Achsenrichtung parallel zu jener des Brückenbogens ist. Diese sog. Sparbogen oder Sparöffnungen werden durch auf dem Brückenbogen aufstehende Pfeiler oder Mauern gebildet, die durch kleine Gewölbe (Abb. 152 sowie Taf. IV, Abb. 1, 2, 3, 4, 6, 8) oder durch gerade Überdeckungen in Eisenbeton überspannt sind. Mit dem Wegfall der vollen Stirnmauern ist der Vorteil der Freilegung des Brückenbogens und einer architektonisch günstig wirkenden Gliederung der Stirnflächen verbunden.[159] Man wählt die Spannweite der Sparbogen entsprechend der Größe des Hauptbogens mit 2–5 m. Gewöhnlich werden sie im Halbkreis überwölbt und in den Bogenzwickeln durch Füllmauerwerk bis auf Scheitelhöhe abgeglichen, so daß die wasserdichte Abdeckung und Entwässerung über sie hinweggeführt werden kann. Bei Brücken mit Mittelpfeilern hat man zuweilen auch nur eine einzige Sparöffnung in den über den Pfeilern liegenden Gewölbezwickeln angeordnet, um die Stirnmauern an ihren höchsten Stellen in ihrem Ausmaß zu vermindern.

Das Streben nach Verminderung der Mauerwerksmassen einer gewölbten Brücke hat bei großer Brückenbreite auch zu einer Längsteilung des Brückengewölbes und auch der Pfeiler geführt. Es werden zwei, allenfalls auch mehr parallele, schmale Brückenbogen in einem Abstand voneinander ausgeführt und es wird der dazwischen verbleibende Spalt durch eine sich auf die Bogen stützende Querkonstruktion überspannt. Beispiele für diese Anordnung geben die Straßenbrücke über das Tal la Petrusse bei Luxemburg (Taf. IV, Abb. 6), und die Armidoniersbrücke in Toulouse; sonst ist diese gegliederte Ausführungsart besonders durch Beton- und Eisenbetonbrücken vertreten.

Entwässerungsanlagen. Die Oberfläche der Brückengewölbe und ihrer Übermauerung ist, soweit sie mit dem Erdreich in Berührung steht, gegen die eindringende Feuchtigkeit durch eine möglichst wasserdichte Abdeckung zu schützen. Als Unterlage für die Deckschicht dient eine 8–10 cm hohe Beton- oder schwächere Zementmörtelschicht, die die unebene Oberfläche des Mauerwerks ausgleicht. Ein Zementverputz allein bietet aber nicht genügende Sicherheit für bleibende Wasserdichtheit. Man verwendet heute zur Abdeckung vorzugsweise Asphalt in Form von Gußasphalt oder mit Asphalt imprägnierter filziger Gewebe. Der Naturasphalt wird als heißer Anstrich in doppelter Lage von zusammen 25–30 mm aufgetragen, in der oberen Lage mit etwa 20% Kieszusatz. Die Asphaltfilzplatten haben 2¹/₂–4 mm Stärke; sie werden an den Stößen 10 cm breit überlappt und mit Asphalt verkittet. Die auf den österreichischen Staatsbahnen verwendeten Leiß-Zufferschen Platten enthalten eine 2–3fache Jutegewebelage mit dazwischengestrichenem Asphaltgoudron. Anstatt der Verwendung fertiger Platten hat man auch abwechselnde Lagen von heißem Goudronanstrich und Juteleinwand unmittelbar aufgebracht. Eine gute, aber teure Abdeckung geben die Siebelschen Bleiisolierplatten, die eine dünne Bleieinlage zwischen einem beiderseitigen Überzug von Dachpappe enthalten.

Die Abführung des in die Überschüttung eingedrungenen Wassers erfolgt am einfachsten über den Widerlagern; bei Brücken mit mehreren Öffnungen ist dies aber nicht gut möglich und geschieht hier die Ableitung des Wassers entweder durch den Gewölbescheitel, durch die Gewölbeschenkel, durch die Kämpfer des Gewölbes, durch die Pfeiler oder durch die Stirnmauern. Eine Entwässerung durch den Gewölbescheitel ist natürlich nur bei vollständiger Ausmauerung der Gewölbezwickel oder bei der Anordnung von Spandrillmauerwerk oder Sparbogen möglich.

Die Abdeckung erhält ein Längs- und Quergefälle von ¹/₆₀–¹/₂₀, so daß sich 4 in der Mitte des Scheitels zusammentreffende Rinnen bilden. Hier wird das Wasser mittels eines gußeisernen Abfallrohrs durch das Gewölbe geführt. Dieses hat einen Teller angegossen, auf den eine mit Löchern versehene Haube gestülpt wird (Abb. 153). Letztere ist mit einer Packung aus Steinen zu umgeben. Bei überschütteten Gewölben ist über den Mittelpfeilern eine Rinne auszubilden, die das Wasser zu den Abfallrohren leitet. Diese Rinne ist entweder bloß ein mit Steinen ausgepackter Sickerkanal oder ein gemauerter Kanal, dessen Seitenwände Schlitze für den Wassereintritt erhalten.

Erfolgt die Entwässerung durch die Stirnmauern, so erhält der in den Gewölbezwickeln anzulegende Kanal ein Gefälle nach den beiden Stirnmauern zu und mündet daselbst in einer kreisförmigen, mit einem auskragenden Rinnstein versehenen Öffnung oder in einem entsprechend weit ausladenden Rohr. Bei dieser Anordnung entstehen aber durch das ablaufende Wasser auf den Stirnmauern und Pfeilern leicht nasse Flecken und bei tonigen Steinarten Flechten- und Moosbildung.

Man hat endlich auch, um das Wasser ohne Schädigung des Bauwerks und Belästigung des unter der Brücke stattfindenden Verkehrs abzuführen, die Entwässerung durch die Zwischenpfeiler mittels senkrechter, unten seitwärts abgezweigter Abzugkanäle oder Röhren bewerkstelligt. Die Abfallschläuche sollen aber entweder schliefbar sein oder es sind in sie Rohre einzusetzen, die zur Reinigung herausgehoben werden können (Stadtbahnviadukte).

Widerlager und Pfeiler. Im allgemeinen wird die Mauerwerksmasse am kleinsten, wenn man das Gewölbe selbst bis zum Baugrund fortsetzt, in welchem Fall für das Widerlager[160] nur ein kleiner Mauerkörper benötigt wird, der nur den Zweck hat, den Druck auf eine so große Grundfläche zu verteilen, als es die Beschaffenheit des Baugrunds erfordert. Man nennt diese Anordnung verlorene Widerlager, Druckwiderlager, auch natürliche Widerlager. Sie eignet sich vorzugsweise bei Gründung auf festem, gegen das Widerlager ansteigendem Baugrund, also zur Überbrückung von Schluchten, Einschnitten in festem Boden, zu Anschlüssen an Berglehnen u.s.w. Bei festem Felsen kann man das Gewölbe direkt gegen den Felsen stemmen, während bei erdigem Boden der Druck auf eine größere Fläche verteilt werden muß, wozu eine, entsprechend verbreiterte Fundamentplatte nach Erfordernis aus Beton oder Eisenbeton oder aus Beton mit Einlage eines eisernen Trägerrostes (Salcanobrücke) herzustellen ist. In den meisten Fällen wird aber das Gewölbe nicht bis zum Baugrund geführt, sondern gegen einen größeren Mauerwerkskörper mit mehr oder weniger senkrechter Vorderfläche gestützt. Man nennt diesen dann ein Standwiderlager oder künstliches Widerlager.

Die Stärke der Widerlager ist mit Rücksicht auf die angreifenden Kräfte: Gewölbeschub, Erddruck und Mauergewicht zu bestimmen. Es sind dabei 2 Belastungsfälle zu berücksichtigen: belastetes Gewölbe und unbelastete Hinterfüllung und umgekehrt; für S., deren Gewölbe vor der Hinterfüllung der Widerlager vollendet wird, was bei S. unter Dämmen in der Regel der Fall ist, ist außerdem noch eine Berechnung auf den durch das Eigengewicht des Gewölbes veranlaßten Schub ohne Berücksichtigung des Erddrucks durchzuführen. Für jeden Belastungsfall soll die Mittelkraft aus den angreifenden Kräften im mittleren Drittel des Mauerquerschnitts bleiben, damit keine Zugspannungen auftreten. Überdies darf an der Fundamentsohle die zulässige Bodenpressung nicht überschritten werden.

Der Anschluß der Brücke an die natürliche Bodenfläche kann nach verschiedenen Anordnungen erfolgen, die z.T. bei den Durchlässen (s.d.) eine Besprechung gefunden haben. Liegt das Widerlager im gewachsenen Boden, so werden einfach die Stirnmauern oder zu ihnen gleichlaufende Stirnflügelmauern bis zum Anschluß an das natürliche Bodengelände fortgesetzt.

Schließt aber die Brücke an einen Damm an, so können Stirnflügel in Verbindung mit vorgelegten Erd- oder Steinkegeln oder schräge Flügelmauern (Böschungsflügel) in Anwendung kommen. Bei großer Höhe werden aber die als Stützmauern zu berechnenden Flügel sehr stark und sind dann bei druckhafter Hinterfüllung oder zu Rutschungen geneigtem Boden Bewegungen schwer hintanzuhalten. Stirnflügel müssen dann wenigstens in ihrem unteren Teil zu einem zusammenhängenden Mauerklotz verbunden und es muß der zwischen ihnen verbleibende Raum mit Steinen ausgepackt werden. Man schließt diesen Raum wohl auch durch eine schwache Quermauer ab, die die rückwärtigen Enden der Stirnflügel verbindet. Anstatt den so entstehenden kastenförmigen Raum auszufüllen, hat man ihn auch überwölbt, u.zw. entweder gleichlaufend oder senkrecht zur Brückenachse. Im letzteren Fall können dann die Stirnflügelmauern auch weggelassen werden, und man gelangt so zu jener Lösung, bei der der Endabschluß der Brücke durch eine in die Dammschüttung hineinragende Bogenstellung bewerkstelligt wird, bei Viadukten die billigste und häufigst angewendete Anordnung.

Die Mittelpfeiler gewölbter Brücken erhalten gewöhnlich eine solche Stärke, daß sie nur so lange standsicher sind, als beide Bogen, die von einem Mittelpfeiler getragen werden, vorhanden sind. Nur bei längeren S. werden einzelne Pfeiler stärker als Standpfeiler ausgeführt, so daß sie auch dem einseitigen Gewölbeschub widerstehen. Diese Standpfeiler teilen die Brückenöffnungen in Gruppen zu je 3–5. Die Gewölbe einer Gruppe sind bei der Ausführung gleichzeitig einzurüsten. Bei ausgeführten Brücken beträgt die obere Pfeilerdicke bei Segment- und gedrückten Bogen 0∙11–0∙23 l, im Mittel 0∙15 l, bei Viadukten mit Halbkreisbogen 0∙15–0∙31 l, im Mittel 0∙20 l, für die Standpfeiler 0∙26–0∙47 l, im Mittel 0∙35 l. Die Stärke der Mittelpfeiler von Strombrücken kann mit 0∙55 √l angenommen werden.

Die Seitenflächen der Pfeiler erhalten in der Regel einen Anzug, der bei Landpfeilern mit ¹/₂₀–¹/₅₀ und bei Strompfeilern über NW mit ¹/₃₀–¹/₅₀ gewählt wird. Hohe Pfeiler für Talbrücken hat man zuweilen mit konkaven Seitenflächen oder in mehreren Abstufungen mit verschiedenem, nach unten zunehmendem Anzug ausgeführt (Albulabahn). Die Anlage der Ansichtsflächen der Pfeiler ist meist ebenso groß, bei hohen Brücken oft größer als jene der Seitenflächen, um die erforderliche Standfestigkeit gegen Winddruck zu erhalten. Bei Brücken in Bogen hat man den Anzug auf der äußeren Seite bei hohen Pfeilern wegen der Fliehkraft meist größer gewählt (bis 0∙1). Die Strompfeiler erhalten bis auf Hochwasserhöhe Vorköpfe von halbkreisförmiger, elliptischer, spitzbogiger oder 3eckiger Form.

Die Pfeiler sehr hoher Talbrücken sind früher häufig durch sog. Spannbogen verstärkt[161] worden. Letztere sind schmale flache Segmentbogen, die in einem oder bei großen Höhen auch in mehreren Geschossen die Pfeiler verbinden (Göltschtal- und Elstertalviadukt der sächsischen Staatsbahnen). Über den Spannbögen sind in den Pfeilern meist Durchgänge angeordnet. Werden die Bögen in derselben Breite wie die Pfeiler ausgeführt, so gewinnen die S. das Aussehen von Stockwerksbrücken (s. beispielsweise die Viadukte der Semmeringbahn). Die Pfeiler dieser älteren S. sind aber so stark, daß sie auch ohne Spannbögen standsicher wären. Jetzt läßt man die Spannbogen auch bei hohen Viadukten weg und zieht es vor, die Pfeiler so stark auszuführen, daß sie standsicher sind.

Schiefe gewölbte Brücken werden des schwierigen und teueren Steinschnitts wegen jetzt gerne vermieden. Man ersetzt sie besser durch die leichter auszuführenden Wölbungen in Stampfbeton oder umgeht die Ausführung eines schiefen Gewölbes dadurch, daß man es aus einzelnen, gegeneinander verschobenen, geraden Bogen zusammensetzt.

Gewölbte Viadukte. Bei der Anordnung einer gewölbten Talbrücke ist vor allem die Frage der Zahl und Weite der Einzelöffnungen und dann der Form und Höhe der Bogen zu beantworten. Für die endgültige Wahl ist hauptsächlich nur der Kostenvergleich entscheidend. Für Viadukte nach den üblichen Typen der Eisenbahnen (Halbkreisbogen in Bruchsteinmauerwerk, Abb. 154) kann man bei der Viadukthöhe h (in m) für die zu wählende Öffnungsweite etwa setzen l = 6 + 0∙4 h, doch gibt diese Regel nur eine beiläufige Richtschnur. Hohe Pfeilerkosten, die sich z.B. durch ungünstige Gründungsverhältnisse ergeben können, oder die Überbrückung; tiefer Schluchten (Taf. IV, Abb. 4), werden zur Anwendung größerer Lichtweiten führen. An den Tallehnen werden sich, entsprechend der abnehmenden Höhe des Viadukts, kleinere Öffnungsweiten als zweckmäßig herausstellen. Man wird aber nicht jede Öffnung; verschieden weit machen, sondern gruppenweise gleiche Öffnungen, durch stärkere Pfeiler getrennt, anordnen.

In den nachstehenden Tabellen werden die Hauptabmessungen der im Halbkreis gewölbten Viadukte nach den Typen der österreichischen Staatsbahnen (Taf. IV, Abb. 5) und der schmalspurigen Albulabahn (1 m Spurweite) (Taf. IV, Abb. 7) gegeben.

Viadukte der österreichischen Staatsbahnen.

[162] Viadukte der Albulabahn.

Die Kosten der eingleisigen Viadukte betrugen für 1 m² Ansichtumgrenzungsfläche:

Albulabahn (1 m Spur), Öffnungen von

Melan.

Abb. 152. Viadukt bei Wiesen der Schmalspurbahn Davos-Filisur. (Nach einer photogr. Aufnahme von Hermann Wolf in Konstanz.)

Abb. 153.

Abb. 154. Waldbachviadukt der Bodensee-Toggenburg-Bahn in Degersheim. (Nach einer photogr. Aufnahme von Hermann Wolf, Konstanz.)

Tafel IV.