Werkstoffe 23.09.2005, 18:40 Uhr

Elsa bringt Beton zum Bersten  

VDI nachrichten, Ispra, 23. 9. 05 – Kühne Konstruktionen und neue Materialien lassen die Europäische Gemeinschaft zusammen rücken. Damit Züge auf den neuen Transeuropäischen Netzen (TEN) mit Tempo 200 über Brücken rasen können, müssen Seile und Tragkonstruktionen extreme Belastungen aushalten. In der gemeinsamen EU-Forschungsstelle im italienischen Ispra werden Seile zum Zerreißen und Beton zum Bersten gebracht. Neuartige Kohlefasermodule lösen die herkömmliche Stahlbetonbauweise ab.

Nach dem historischen Brückenschlag über den Belt zwischen Dänemark und Schweden wollen Europas Bauingenieure Ende des Jahrzehnts die Straße von Messina zwischen der Apenninenhalbinsel und Sizilien auf einer Länge von 3,3 km mit einer Hängebrücke überspannen.

Dieses im Erdbebengraben liegende und extremen Strömungsverhältnissen ausgesetzte Jahrhundertprojekt befasst seit einem Jahr auch die Testingenieure des Europäischen Labors für Strukturelle Aufgabenstellungen (Elsa). Elsa bringt Beton zum Bersten. In der Lombardei am Lago Maggiore steht Europas größte Versuchsanlage zur Simulation von Erdbeben sowie für Tests von Brückenteilen und Baumaterialien unter Extrembedingungen.

Ein drückend heißer Augusttag in Oberitalien: Im tiefen Kiefernwald gelegen fällt die wie eine herkömmliche Industriehalle anmutende Versuchsanlage auf dem 160 ha großen Gelände nicht weiter auf. In der Dimension eines Flugzeughangars würde jedoch auch der neue Super-Airbus unproblematisch im Bauch des Gebäudes Platz finden. Im Innern dominiert eine 16 m hohe und 4 m dicke Wand die Szenerie auf einer 20 m mal 50 m großen und ebenso mehr als 4 m dicken Betonplatte vertikal aufgerichtet.

Die dynamische Elsa-Reaktionswand hat es in sich: Riesige Kompressoren bringen fünfstöckige Stahlbetonkonstruktionen mit einer Kraft von bis zu 2 000 Kilonewton (kN) zum Wackeln und Krachen. Nicht der völlige Einsturz ist das Ziel der bis zu vierstündigen Rütteltests, sondern die Erfassung von Daten zur Bruch- und Reißfestigkeit unterschiedlicher Baumaterialien sowie konstruktiver Verbindungselemente. Alles wird aufgezeichnet per Video und auf Festplatte gespeichert.

„Bestehen in Japan und den USA vergleichbare Versuchsanlagen aus horizontal angeordneten Rütteltischen, verfügt die Ispra-Anlage über eine in der Welt einzigartige dynamische vertikale Reaktionswand“, erklärt Elsa-Versuchsleiter Vito Renda. Wie an einer Raketenstartrampe mit Schläuchen, Drähten und Stahlankern verbunden stehen die Versuchsaufbauten neben der riesigen Rüttelwand.

„Wir wollen derzeit herausfinden, wie von Erdbeben beschädigte, aber nicht zerstörte Industriebauten wieder kostengünstig in Stand gesetzt werden können“, beschreibt Bauingenieur Eugenio Gutierrez Tenreiro die aktuelle Versuchsaufbauten.

Das Herz des 45-jährigen Spaniers schlägt jedoch für neue Materialien. Als Versuchsleiter für angewandte Verbundmaterialien in Ispra sieht er einen Paradigmenwechsel in der konstruktiven Architektur eingeläutet: Statt Stahl und Beton gehört Kohle- und Glasfasermaterialien die Zukunft. „Architekten und Brückenbauer stehen vor einer Gezeitenwende“, sagt der Wissenschaftler und eilt mit forschem Schritt auf den Hof hinaus. Hier finden sich zwischen Betonblöcken und Stahlseilen 4 m mal 10 m große Sandwichmodule eher unauffällig vor einer Wand gestapelt: Brückenteile aus Kohlefaser, dem Stoff, dem die Zukunft gehört, wie der Wissenschaftler überzeugt ist.

Die erste in Europa konstruierte Autobahnbrücke aus tragenden Kohle- und Glasfasermodulen überspannt seit 2004 die neue vierspurige Flughafenautobahn im nordspanischen Asturien nahe dem Flughafen Oviedo. Mit den in Ispra erfolgreich getesteten Bauteilen wiegt die nahezu 50 m lange Autobahnbrücke an der Costa Verde mit 200 t gerade mal die Hälfte einer herkömmlichen Beton-Stahl-Konstruktion.

„Vor allem wurde sie in weniger als zwei Tagen komplett aufgebaut“, schwärmt Gutierrez. Für eine derartige Brücke müsste sonst eine Autobahn wochenlang gesperrt bleiben, führt der Ingenieur die erhebliche Kostenersparnis an. Auch der Unterhaltungsaufwand und die Lebensdauer sprächen für diese neue Brückentechnologie. Vor allem bei dem immensen Renovierungs- und Brückenneubaubedarf in den neuen EU-Mitgliedstaaten werde der heute noch deutlich höhere Kostenaufwand sich sehr bald rechnen.

Unübersehbare Kosten erfordert das als Jahrhundertprojekt apostrophierte Projekt über die Straße von Messina. Der Brückenschlag zwischen der Stiefelspitze Italiens und Sizilien soll die geologisch auseinander gedriftete Nation erneut einen.

Für die 3,3 km lange Hängebrückenkonstruktion bedarf es neuartiger wind- und wetterfester Stahlseildrähte. Brückenseile von diesem Beanspruchungsprofil unterziehen die Wissenschaftler auf ihrer 40 m langen Zug- und Streckvorrichtung Extrembedingungen außerhalb des Laborgebäudes.

Auf der in Europa einzigartigen Testvorrichtung werden ab Oktober erstmals aus 91 separaten Zügen gefertigte Brückenseile auf Herz und Nieren geprüft. Diese auf drei Monate ausgelegte Testserie ist auch ausschlaggebend für den Baubeginn der 400 m langen Eisenbahnbrücke, die bei Piacenza den Po überspannen soll. Ein Schlüsselprojekt auf der Strecke Mailand-Bologna, das dem italienischen Treno ad Alta Velocità (TAV-Hochgeschwindigkeitszug) eine neue Bahn brechen wird. Ohne das Okay von Elsa in Ispra wird die italienische Baugenehmigungsbehörde kein grünes Licht für den Zugverkehr mit Tempo 200 über die auf zwei Ständern stehende Hängeseilbrücke geben.

Auch beim Ausbau der Transeuropäischen Hochgeschwindigkeitsnetze in den neuen EU-Mitgliedsländern Mittel- und Osteuropas sollen die in Ispra erprobten neuen Kohlefasermaterialien im Brückenbau sowie höchsten Beanspruchungen gerecht werdende Brückenseile rasch schnellere Verbindungen im Ost-West-Verkehr ermöglichen.

THOMAS A. FRIEDRICH/ber

Ziel ist nicht der Einsturz, sondern die Erfassung von Bruch- und Reißfestigkeit

Von Friedrich/Bettina Reckter
Von Friedrich/Bettina Reckter

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