Ponte Dom Luis I .... Stahlbrücken über den Rio Douro

Klaus-R

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Stahlbrücken über den Rio Douro .....

Hallo zusammen,

Die Stadt Porto (zweitgrößte Stadt Portugals) wird durch den Flusslauf des Rio Douro geteilt.
An beiden Flussufern erschwerten Steilhänge den Fußgängern das Leben bis zum Ende des 19. Jahrhunderts sehr.
Schon 1842 gab es eine Hängebrücke über den Rio Douro, die Ponte Pensil, die aber den Nachteil hatte, dass man beidseitig des Rio Douro zunächst mal zum Ufer des Rio Douros herunterlaufen musste, um dann auf der anderen Seite wieder den Steilhang heraufklettern zu müssen .... ein zeitraubendes und anstrengendes Unterfangen.
Die damals schon reiche und aufstrebende Stadt Porto wollte eine Stahlbrücke über den Rio Douro haben und schrieb das "gewaltige" Vorhaben weltweit aus.

Doch langsam .... die eigentliche Attraktion, um die es hier gehen soll, wurde die erst dritte Brücke über den Rio Douro .... eine (noch wichtigere) Eisenbahnbrücke sollte ihr noch zuvorkommen ... die Ponte Maria Pia, die vielleicht gewagteste Brücke ihrer Zeit und die weltweit längste Stahlbrücke des späten 19. Jahrhunderts .... gebaut von Gustave Eiffel.

Bild - 4.jpg
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ACHTUNG: Wer sich vielleicht nicht für historischen Stahlbau interessiert, sollte hier nicht weiterlesen und sich nur die Aufnahmen weiter unten ab Post 2 ansehen. Mich faszinieren ja nunmal Brücken und ich habe mir über die beiden Jahrhundert Brücken von Porto recht viel angelesen, das ich hier zusammenfassen will .... nur für Interessierte.
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Die zweite Brücke ist ganze neun Jahre jünger, schöner und IMHO noch genialer gebaut .... nicht von Eiffel, sondern von einem seiner Mitarbeiter Theophile Seyrig, der auch schon die Maria Pia Brücke mitgestaltet hatte.
Die Ponte DOM Luis I sieht der Maria Pia Brücke sehr ähnlich, steht aber etwa einen Kilometer weiter Flussab und unterscheidet sich vor allem dadurch, dass sie zwei Decks hat. Das Unterdeck liegt etwa 10m über dem Fluss, das Oberdeck überspannt den Rio Douro in etwa 60m Höhe.

Bild - 5.jpg

Historisches:

Die Maria Pia Brücke wurde 1877 fertiggestellt. Sie wurde bis 1991 als einspurige Eisenbahnbrücke genutzt. Seither ist sie ungenutzt und wurde von einem Ersatzbau (daneben erbaut) ersetzt. Sie soll erhalten werden, gehört, wie die Dom Luis I zum Weltkulturerbe. Über eine zukünftige Nutzung wird eifrig "nachgedacht", denn schon die Erhaltung kostet viel Geld.

Ein paar Worte über den "Wunderwerkstoff" Stahl, der erst zum ende des 19. Jahrhunderts in den benötigten Mengen zur Verfügung stand, um daraus Bauwerke zu erstellen ... ich versuch's kurz zu machen.

Stahl konnte schon in der Antike in kleinen Mengen und nur sehr mühevoll hergestellt werden. Die einzige Möglichkeit, Stahl zu verhütten, war bis in das späte 18. Jhdt. das sog, Rennverfahren bzw. der Bau und die Nutzung sog. Rennöfen:
"Rennen" kommt von "Rinnen". In gemauerten Öfen wurde dem Eisenerz durch die Verbrennung von Holzkohle der Sauerstoff entzogen. Dabei war man NICHT in der Lage, das reduzierte Eisen (Schmelzpunkt 1600 Grad) zu verflüssigen, man konnte aber etwa 1200 Grad erreichen, und so zumindest das sog. taube Gestein zu einer Schlacke aufschmelzen, die man unten am Ofen abstechen konnte und die dann aus dem Ofen "rann" ... deswegen Rennofen.
Übrig blieb dann eine sog. Luppe ... ein teigiger, aber fester Stahlklumpen, der aber von Schlacke und Kohlenresten durchsetzt war und so nicht zu gebrauchen war. Es war dann Aufgabe des Schmiedes, diesen Stahlklumpen immer und wieder auszuschmieden, um die Verunreinigungen bis auf ein Minimum aus der Luppe auszuhämmern ... eine Knochenarbeit, bei der durch Verzunderung (Abbrand) nochmal rund die Hälfte des Stahles verloren ging.

Hochinteressant finde ich die folgenden Videos zum Thema Rennofen:


Ganz genauso wird vom Prinzip auch hier Stahl erzeugt:


Die Aussage, im Ofen würden 1.500 Grad Hitze erzeugt ist definitiv falsch! Ich sage maximal 1.200 Grad, denn auch hier entsteht ja eine feste Luppe, die ja eben nicht aufgeschmolzen wird, sondern auch hier mühsam immer und immer wieder ausgeschmiedet werden muss.

Wichtig: Der Rennofen liefert im Gegensatz zum heutigen Hochofen DIREKT Stahl, also schmiedbares Eisen. Dadurch dass das Eisen aufgrund zu niedriger Temperaturen nicht wirklich geschmolzen werden kann, kann es aus der Holzkohle nicht zu viel Kohlenstoff aufnehmen und bleibt deswegen kohlenstoffarm. Heutige Hochöfen erzeugen keinen Stahl, sondern nur aufgekohltes und stark verunreinigtes Roheisen, das erst im Stahlwerk zu Stahl "gefrischt" werden muss .... ein Umweg, der im Zuge der Massenproduktion von Stahl während der Industrialisierung unumgänglich wurde.

Das 19. Jahrhundert wurde das Jhdt. der Industrialisierung und die Wiege des Maschinenbaus und des Bauingenieurwesens. Die Gier nach Eisen wuchs enorm
insbesondere der Bedarf am klasischen Schmiedeeisen (Der Begriff Stahl kam erst im frühen 20. Jhdt. auf).
Schon Mitte des 19. Jhdt's war kaum mehr an Holzkohle zu kommen, denn der Wald war schlichtweg ALLE.
Man kam auf die Idee, die reichlich vorhandene Steinkohle zu verkoken (Kokerei) und erfand die sog. Hochöfen.
Im Unterschied zum Rennverfahren erreichten die Hochöfen jetzt die notwendigen mindestens 1.600 Grad, um nicht nur die schlacke, sondern auch das Eisen zu schmelzen.
Es konnte so nicht nur die Schlacke, sondern auch das flüssige Roheisen "abgestochen" werden.
Das Problem nun aber .... Das Roheisen ist zwar in Massen verfügbar, aber leider mit Phosphor, Schwefel und viel zuviel Kohlenstoff angereichert. Was man Mitte des 19. Jhdts zunächst mal konnte, war, das Roheisen zu Grauguss (Gusseisen) zu verarbeiten und eben noch nicht zum zähen Schmiedeeisen, das man nach wie vor nur in geringen Mengen zur Verfügung hatte. Das sog. "Frischen" von Stahl, der "Kohlenstoffentzug" war noch schwierig.
Tatsächlich versuchte man aus Grauguss sogar Brücken zu bauen .... mit mäßigem Erfolg.
Gusseisen ist zwar druckfest, aber kaum zugfest und so auch nicht biegefest.
Dieses nicht entkohlte Eisen wurde z.B. dem Ingenieur Thomas Bouche zum Verhängnis, dessen Eisenbahnbrücke (Gusseisenbrücke) über den Tay in 1879
einstürzte und vielen Fahrgästen das Leben kostete.


Gusseisen war einfach gefährlich und spätestens seit diesem Unglück als Werkstoff für den Brückenbau aus dem Rennen.

Nicht so das damals ganz neue Schmiedeeisen, das seit der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts in Stahlwerken in immer größeren Mengen hergestellt werden konnte .... mehr oder weniger mühevoll ... endlich aber in großen Mengen.

Stahl ist ein sog. "gutmütiger" und sehr sicherer Baustoff! Stahl ist zäh, hat eine enorme Bruchdehnung, was heißt, dass Stahl sich erstmal sehr kräftig verformt (dabei sogar kaltverfestigt) bis er dann endlich irgendwann mal bricht oder reißt.

Wie aber wird aus Roheisen Stahl? Kurz gesagt, Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel müssen raus und diesen Vorgang nennt man "Frischen".

Ich habe es einfach nicht verifizieren können, bin mir aber sehr sicher, dass beide Brücken aus sog. "Puddelstahl" (von engl. to puddel = umrühren) gebaut wurden.

Das Puddel-Verfahren war das allererste Verfahren, um Roheisen in Stahl zu verwandeln.

Puddelverfahren – Wikipedia

Wie gesagt, Holzkohle war aus, weil die Wälder schon abgeholzt waren. Der Puddelofen aber konnte mit Steinkohle befeuert werden und erreichte endlich Temperaturen, die zumindest das Roheisen (Schmelzpunkt ca. 1200 Grad) verflüssigen konnten.
Die eigentliche Entkohlung wurde dadurch erreicht, dass Heißluft über das flüssige Roheisen strömte, während ein "Puddler" das flüssige Roheisen ständig umrühren musste. Mit fallendem Kohlenstoff-gehalt stieg dann der Schmelzpunkt des so entstehenden Stahles auf knapp 1600 Grad, was die Öfen aber nicht schafften. Es entstand so dann eine teigige Luppe, die mehrmals ausgewalzt werden musste. Dabei konnte man auch mehrere Luppen quasi "zusammenwalzen", was man in der Schmiedetechnik auch "Feuerverschweißen" nennt.

Puddelstahl (deswegen damals auch Schweißeisen genannt) ist im Gegensatz zu den damals auch schon erhältlichen Flussstählen (herdgefrischt nach dem Bessemer-Verfahren) nicht ganz schlackefrei zu machen gewesen, weil ja eben auch aus einer festen Luppe ausgewalzt.

Erst der Bessemer Konverter (Bessemer Birne) und später das sehr ähnliche Thomas Verfahren erzeugten sog. Flussstähle. Durch das Durchblasen von Luft (Wind) durch das flüssige Roheisen entstand eine exotherme Reaktion und damit Temperaturen, die flüssigen Stahl mit besseren mechanischen Eigenschaften möglich machten.

Weder Eiffel noch Seyrig vertrauten dem damals noch ganz neuen "windgefrischten" Massenstahl und verwendeten damals den besser erforschten Puddelstahl.

Ganz sicher ist, dass der Eiffelturm (später, nämlich 1889 fertiggestellt) komplett aus Puddelstahl gebaut wurde.

Ich bin mir deshalb sehr sicher, dass auch die beiden aus dieser Zeit stammenden Douro Brücken aus Puddel-Stahl (damals Schweißeisen genannt) gebaut wurden.

Eiffel und Seyrig konnten es nicht wissen .... aber die Entscheidung für den älteren Werkstoff sollte die richtige gewesen sein. Die späteren windgefrischten Baustähle haben sich leider nicht als so beständig erwiesen, wie alles, was noch aus Puddelstahl gebaut wurde.

Genau die billigen windgefrischten Stähle machen uns nämlich gerade in Deutschland große Sorgen. Unsere maroden Autobahnbrücken wurden noch bis in die späten 1960er Jahre aus windgefrischtem Thomas Stahl gebaut.

Windgefrischter Baustahl nimmt beim Frischen leider Stickstoff aus dem Wind (also der Blasluft) auf.
Der Stickstoff führt leider dazu, dass die windgefrischten Stähle eine nur geringe Dauerfestigkeit haben. Millionen von Lastwechseln führen dann leider zur Rissbildung, auch dann, wenn die Konstruktion eigentlich immer nur mit zulässigen Material-Spannungen betrieben wurde.

Erst der Oxygenstahl (Sauerstoff-Aufblasstahl oder LD-Stahl) der seit den frühen 1970er Jahren die windgefrischten Baustähle verdrängte, ist stickstofffrei und dem uralten Puddelstahl (Schweißeisen) tatsächlich in allen Punkten überlegen.

In 2005 hatten wir das sog. "Münsterländer Schneechaos"

Münsterländer Schneechaos – Wikipedia

Praktisch alle abgeknickten Strommasten waren noch aus dem alten Thomasstahl, praktisch alle Masten aus LD-Stahl haben gehalten. Deutlicher geht es nicht!

Die Dom Luis I Brücke wurde 1886 eröffnet und ist seither unverzichtbar und täglich im Dauereinsatz.

Sie trägt heute Verkehrslasten, an die damals niemand denken konnte. Das Auto war noch gar nicht erfunden .... gerade mal das Fahrrad!

Bild - 1.jpg

Moderne Studien sehen den Puddelstahl, den Eiffel und Seyrig damals nutzten in etwa bei dem viel späteren St-34 Baustahl.
Zulässige Zugspannungen wurden damals mit bis zu 70N/mm2 gerechnet .... ein durchaus hoher Wert. Die unvermeidbaren Schlackereste im Gefüge wurden in Walzrichtung gestreckt und damit fast unwirksam. Warmwalzstahl wird praktisch nur in Walzrichtung beansprucht.
Puddelstahl ist wesentlich korrosionsfester, als die moderneren windgefrischten Flussstähle späterer Jahrzehnte.
Warum das alte "Schweißeisen" deutlich weniger zum Rostfraß neigt, kann ich leider nicht ermitteln??! Wenn das hier jemand liest, der sich damit besser auskennt, als ich, bin ich für solche Informationen sehr dankbar.


Fügetechnik:

Es gab Ende des 19. Jhdts. und auch noch viele Jahre später nur eine einzige Möglichkeit, Stahlbauteile zu fügen, das Warmnieten.

Relativ kleine und damit leichte Bauteile wurden zu den riesigen und damals weltlängsten Bogenbrücken über den Rio Douro zusammengenietet.

Die Stahlnieten wurden auf der Baustelle passend abgelängt, in einer mobilen Esse auf 1050 Grad fast weißglühend erhitzt und dann einem "Arbeitertrio" wirklich zugeworfen, weil man ja nicht beliebig nahe mit der Holzkohlenesse an die Nietstelle herankommen konnte.

Der Fänger fing den Niet mit einem Blech-Fangeiner auf, der Setzer packte den Niet mit einer Feuerzange und steckte ihn glühend durch die Nietbohrung.
Mit einem massiven Gegenhalter wurde der schon fertige Nietkopf nun gegengehalten wärend der Kollege auf der Gegenseite mit einem Döpper (oder Kopfmacher) und einem schweren Hammer den Nietüberstand zum Gegenkopf ausschmiedete. Eine extrem anstrengende und gefährliche Arbeit, die (wie gesagt) drei Mann gebunden hat.
Erst viel später (in den 1920er Jahren) konnte man die Nieten mit einem Schweißbrenner erhitzen und mit einem Pressluft-Döpper den Vorgang erheblich vereinfachen.

Der glühende Niet kühlt ab, zieht sich zusammen und presst die zu vernietenden Bauteile mit großer Klemmkraft zusammen! Es entsteht eine kraftschlüssige und nicht nur eine formschlüssige Verbindung zwischen den warmgenietetem Bauteilen.

Halbzeuge:

1886 gab es noch kein einziges unserer heute genormten Warmwalzzeuge.

Guckt man genau, stellt man fest, dass beide Brücken einzig aus Flachstählen, Dickblechen und Winkelstählen bestehen. Andere Halbzeuge finden sich tatsächlich noch nicht.
Wurde ein Doppel-T Träger gebraucht, dann wurde er ganz einfach zusammengenietet.

Bild - 6.jpg

Bild - 7.jpg

Wie man hier gut erkennt, gab es damals auch noch keine gebogenen (walzgerundeten) Halbzeuge.
Beide Brücken sind aus unzähligen relativ kurzen (damit einfacher zu handhabenden) aber geraden Teilen quasi als Poligone zusammengenietet worden.

Bild - 2.jpg

Statik:

Nur ganz knapp: Beide Brücken sind sich statisch sehr sehr ähnlich. Die Basiskonstruktion sind sog. Doppel-Parabel Bögen, die als Stahl-Fachwerk ausgesteift sind.

Bei der älteren Gustave Eiffel-Konstruktion (Eisenbahnbrücke!) treffen sich beide Parabel-Gurte in den jeweiligen 4 Auflagern.

Bild - 94.jpg

Die Maria Pia Brücke von Eiffel neigt bei starker Windlast etwas zu seitlichen Schwingungen (für die Brücke absolut harmlos), was aber bei manchen empfindlichen Zugfahrgästen zu Angstzuständen geführt haben soll.

Seyrig entschied sich wohl deshalb dazu, das Bogenfachwerk der Dom Luis I weiter auseinander zu ziehen.

Nun sieht es so aus, als würde sich der Obergurt des Doppel-Parabelbogens oben an den gemauerten Pylonen abstützen, was aber nicht der Fall ist. Es gibt also keine Querkräfte auf die Pylone. Die Dom Luis I liegt ebenso, wie die Maria Pia von Eiffel auf insgesamt 4 Auflagern, die aber deutlich "breitbeiniger" ausgeführt wurden.

Bild - 112.jpg

Die Dom Luis I Brücke "buckelt" etwas .... will sagen, sie steigt zur Bogenmitte hin sichtbar an. Die Maria Pia Brücke hingegen ist gerade, wie mit dem Lineal gezogen??!

Bild - 3.jpg

Warum die Seyrig Konstruktion diesen Buckel hat, konnte ich leider nicht ermitteln??!

Ein Vermessungsfehler?! In einer Quelle konnte ich lesen, dass der Bogen wohl 35cm zu hoch gekommen sei .... völlig unerheblich natürlich. Tatsächlich erklärt das aber nicht den tatsächlichen Buckel, den ich nach Auge auf ca. 1,5 bis 2m Überhöhung schätzen würde.
Näheres fand sich (für mich unerklärlicherweise) zu diesem merkwürdigen Umstand leider nicht.

Soooo ... ich hoffe, dass bis hierhin wirklich nur die Technik-Freaks mitgelesen haben .... wer da keine Antenne für hat, gucke sich bitte einfach nur die Photos im zweiten Post an.

Ich finde die Dom Luis I einfach nur schön und es gibt eine Unmenge von Kamerastandpunkten, um diese Brücke bei unterschiedlichem Licht in Szene zu setzen .... ich hoffe, es ist mir gelungen...... gucken wir mal im Folgepost ..... 😊

Grüße und schöne Photos

Klaus
 
Zuletzt bearbeitet:
03.02.2020
#1

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Guest

Schau mal hier: Ponte Dom Luis I .... Stahlbrücken über den Rio Douro . Dort wird jeder fündig!
sun

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Die Brücke ist wirklich ein Hingucker und man sieht sie von von ganz vielen Aussichtspunkten in Porto.
Es war auch immer ein toller Ausblick von der Brücke selbst auf die Flußufer.
Faszinierend finde ich auch, dass diese Brücke immernoch steht und unsere Autobahnbrücken anfangen zu bröseln.

Porto ist eine Reise wert!

Sonja
 
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Brillianter Vortrag - ebenso die Photos. Chapeau! 👍👍👍👍

Solch wunderbare Stahlfachwerkbrücken sind natürlich ungleich schöner als ihre Stahlbetongeschwister aus der Jetztzeit. Heutzutage wollte und könnte man solch eine Filigranarbeit auch kaum noch bezahlen. Man sieht an jedem Teil, was für ein enormer Arbeitsaufwand dahinter steckt.

Im Vergleich ist die Ponte Dom Luis I eleganter, durchdachter und vertrauenerweckender. Da hat der Schüler seinen Meister in allen Bereichen übertroffen. 👍👍
 
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Vielen Dank für Euer Interesse! 😊 👍

Zum Schluss noch ein "Blitzpano", das ich mit "affenartiger"🤪 Geschwindigkeit aus einem fahrenden Boot heraus geknipst habe:

Bild - 8.jpg

Grüße und schöne Photos

Klaus
 
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Bubschki

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Sehr schönes Bild gefällt mir sehr gut. Ich denke ohne die Bugfahne wäre es noch schöner, aber leider hat man da nicht immer Einfluss auf die Gegebenheiten