Fachbeitrag Emmenbrücke

Konstruktionsplanung Projekt Emmenbrücke Bätterkinden 1. Vorgeschichte In der Nacht vom 22. auf den 23. August 2005 zogen sintflutartige Regenfälle (teilweise regnete es bis 220 l/m2 in 24 h) über die Schweiz. In vielen Regionen traten Flüsse über die Ufer und die Wassermassen richteten grosse Schäden an.

In Kräiligen bei Bätterkinden wurde das Fundament der bestehenden Stahlseilbrücke so stark unterspült, dass die direkte Verbindung zwischen Kräiligen und Utzenstorf, die bisher Fussgänger und Velofahrer grössere Umwege erspart hatte, gesperrt wurde. Durch Treibholz war nämlich auch die Konstruktion stark in Mitleidenschaft gezogen worden.

Das Ende des im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts erbauten Stegs?

Der Gemeinderat von Bätterkinden entschloss sich Ende Februar 2006 einen Projektwettbewerb für eine neue Fussgängerbrücke durchzuführen. Das Ingenieurbüro Baumberger + Weyermann AG in Koppigen im April 2006 gewann den Wettbewerb mit dem Projekt einer Hauptbrücke von 47 m Spannweite und Vorlandbrücken West und Ost von je 30 m Länge. Die Ausführung dieser Konstruktion in der Gesamtlänge von 107 m sollte in Holz realisiert werden.

Bestehende Stahlseilbrücke nach dem Hochwasser

Gesperrte Stahlseilbrücke

An der Gemeindeversammlung Bätterkinden im Juni 2006 wurde der 420 000-Franken-Kredit für den Bau eines neuen Stegs genehmigt. Die letzten Tage der Stahlseilbrücke rückten näher, als sich der Berner Heimatschutz im Frühherbst desselben Jahres zu einer Einsprache entschloss, da die Brücke «eine wichtige Zeugin» für die industrielle Entwicklung des unteren Fraubrunnenamtes im ersten Drittel des 20.

Jahrhunderts sei. Nach langem Hin und Her zogen sie sie dann aber wieder zurück. Ende September lief die Ausschreibung für die Holzbauarbeiten, welche schlussendlich Ende Oktober an die Firma Baumberger Bau AG aus Koppigen vergeben wurden. Während der Planungsphase für den Holzbau sowie der nachfolgenden Produktion der Vorlandbrücken liefen die Vorbereitungsarbeiten auf der Baustelle. Anfang Januar 2007 wurde die alte Stahlseilbrücke abgebrochen und entsorgt. Ein Stück Geschichte verschwand und machte Platz für eine neue.

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2. Nutzungsvereinbarungen (Auszug) Verwendete Baustoffe – Holzkonstruktion entsprechend der SIA Norm 265 – Tragkonstruktionen BSH Fichte/Tanne – Fahrbahnbelag Vollholz C-24 – Verbindungsteile Baustahl verzinkt (SIA Norm 263) – Tragende Bauteile aus Holz konstruktiv vor Regen geschützt Berechnungsgrundlagen – SIA Norm 260 Grundlagen Projektierung Tragwerke – SIA Norm 261 Einwirkungen auf Tragwerke – SIA Norm 263 Stahlbau – SIA Norm 265 Holzbau – SIA Norm 265.1 Holzbau: Ergänzende Festlegungen Vereinbarte Nutzung – Die Nutzungsvereinbarung vom August 2006 definiert eine Fuss- und Radwegbrücke mit einer lichten Breite von 2 m.

– Das Lastmodell 1 beinhaltet eine Nutzlast von qk = 4 kN/m2 – Nach dem Lastmodell 2 muss die Brücke auch für ein Gemeindefahrzeug von P = 20 kN befahrbar sein.

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– Die Lastmodelle 1 + 2 sind voneinander unabhängig und treten nicht gleichzeitig auf – Die Einwirkungen wurden gemäss der SIA-Norm 261 (2003) festgelegt Nutzungsdauer: – Die Nutzungsdauer für das Tragwerk beträgt 80 Jahre und für die austauschbaren Teile (Brückenbelag) 25 Jahre Klimatische Einwirkungen – Höhenlage 470.00 Meter über Meer – Schneelast sk = 1.1 kN/m2 – Windlast qpo = 0.9 kN/m2 (Staudruck) Erdbeben – Gefährdungsklasse Z1 – Bauwerksklasse BWK I – Der erforderliche Tragfähigkeitsnachweis nach SIA 261 wird ausgeführt – Die konzeptionellen und konstruktiven Massnahmen nach SIA 261 16.4 sind einzuhalten. Überwachungs-und Unterhaltsplan – Überwachung der Tragkonstruktion: Periodisch (alle 2 Jahre) ist die Konstruktion durch den Bauingenieur visuell kontrollieren zu lassen

Ansicht 3-Gelenkbogen Hauptbrücke mit einer Spannweite von 47 m und einer Stichhöhe von 6,7 m

Längskraft im Zuggurt (pro Bogen) beträgt Z = 545 kN unter der massgebenden Lastkombination (Bemessungsniveau).

Tragwerk der Hauptbrücke in 3D

3. Hauptbrücke 3.1 Tragkonstruktion Die Hauptbrücke überspannt das Flussbett der Emme mit einer Spannweite von knapp über 47 m. Die Stichhöhe (vertikale Höhe des Bogens) beträgt 6,4 m, was angesichts der Spannweite als relativ gering bewertet werden kann. Dies war ein Kompromiss mit dem Heimatschutz, welcher darauf bestand, dass sich die Brücke so wenig wie möglich ins Landschaftsbild drängen sollte, analog der bestehenden Stahlseilbrücke. Der Bogen ist nach der Stützlinie als Parabel ausgelegt mit einer recht steilen Neigung. Bei dieser (gewählten) Bogenform ist der Winkel gegen die Horizontale beim Auflager grösser, was zu kleineren Abminderungen der Schraubenkräfte führt.

Damit dem Setzmass, welches im Laufe der ersten Betriebsjahre sicherlich einsetzen wird, Rechnung getragen wird, wurde die Fahrbahn in der Mitte 200 mm überhöht. Auf eine Spannweite von mehr als 47 m sicherlich kein schwieriges Unterfangen, dennoch musste die Überhöhung von Anfang an beachtet und ihre Auswirkung auf Bohrungen, Lage der Querschotten und die Länge der Zugstäbe eingeplant werden.

Die Hängepfosten wurden zwischen den beiden Zugbalken durchgehend mit Bauschrauben angeschlossen, zudem wurde in dieser Verbindung auch gleich der Anschluss der IPETräger integriert, auf welchen der Windverband in Form von Flachstahlprofilen geschraubt wurde.

Der gewählte Dreigelenkbogen aus BSH GL 24h mit einem Querschnitt von 180/1200 mm entstand aus logistischen Gründen und wegen der vorherrschenden engen Platzverhältnisse.

Mittelstoss der Zugbalken mit Anschluss an Hängepfosten und IPE-Träger

Die eleganten und schlanken Zugbalken, 120/300 mm im Querschnitt, wurden ermöglicht durch den geringen Abstand der Hängepfosten (180/180 mm) von genau 3 m. Sie übernehmen die Zugkräfte des Bogens und tragen zudem die Fahrbahn. Im Gegensatz zum Bogen und den Querschotten bestehen sie aus BSH GL 28h (wie die Hängepfosten) und schliessen in der Brückenmitte zangenähnlich an ein Mittelholz in gleicher Holzqualität an. So verbindet dieser Stoss die beiden Brückenhälften. Die

Beim Auflager reichten die Anschlussflächen für eine Holz-Holz-Verbindung nicht. Dies, weil das Verhältnis Bogen / Zugbalken relativ gross war und die anfallenden Zugkräfte, trotz dem parabelförmig gewählten Bogenfuss mit steilem Anstieg, schlichtweg zu gross waren. Mit zwei Stahlblechen, welche beidseitig der Hauptträger bündig eingelassen (wegen dem Anschluss der Zugbalken) sind, und mit einer Stahlplatte untendurch verbunden wurden, bot sich auch gleich die Gelegenheit, einen kompletten Stahlfuss 17

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anfertigen zu lassen, um die Brücke nach der Fertigstellung auf den beiden Hauptfundamenten horizontal beweglich zu verankern.

Nun konnte auch das Auflager für die anschliessende Vorlandbrücke problemlos integriert werden.

3.2. Aussteifung Die Fahrbahn wird, wie oben bereits angetönt, zwischen den Zugbalken durch einen Verband aus quer laufenden feuerverzinkten IPE-Trägern, auf welchen diagonal entgegenlaufende und ebenfalls feuerverzinkte Flachstahlstäbe aufgeschraubt wurden, ausgesteift. Um die einwirkenden Kräfte aufnehmen zu können, bedurfte es auf der Aussenseite der Zugbalken eine Gegenplatte mit einer Dicke von 6 mm.

Stahlteil Hauptauflager vor dem Eingiessen

Gegenplatte bei Anschluss Windverband

Montage der Auflagerstahlteile am Binder

Der Bodenbelag der Hauptbrücke besteht aus Vollholz C-24 in der Dimension 100/140 mm, welche von oben mit Schrauben Ø = 8 mm auf die Zugbalken geschraubt wurden. Damit die Bohlen nicht vollflächig auf der Abdeckung aufliegen, wurde ein Neoprenband mit einer Dicke von 10 mm dazwischengelegt.

Die Bogenebene wird durch keinen eigentlichen Verband ausgesteift. Zentrisch belastete Druckbögen dieser Art stabilisieren sich nämlich längs zur Bogenebene selbst. Somit bezog sich das Augenmerk lediglich auf die seitliche Stabilität, d. h. auf das Kippen der beiden Bögen. Durch Querschotten (140/900 mm) in BSH GL 24h, welche biegesteif mit den Bögen verbunden wurden, konnte die Stabilität gewährleistet werden. An den Stahlschuh zum Anschluss der Querschotten wurde zudem unten ein Stahlblech aufgeschweisst, sodass die Zugstäbe oben nur eingeschlitzt und mit Passbolzen angeschlossen werden mussten.

Die Geländer bestehen aus einem Handlauf aus Holz und 4 in der Höhe abgestuften InoxStahl-Längseilen, welche durch die Zugstäbe durchgeführt werden.

Geländer und Brückenbelag

Querschotten als aussteifende Scheiben 19

4. Konstruktiver Holzschutz Chemischer Holzschutz sollte generell wenn möglich sowieso vermieden werden. Wenn, dann nur gezielt und in möglichst geringer Menge. Da auf der Utzenstorfer Seite ein Naturschutzgebiet ist und zudem ausgewaschene Chemikalien die Emme belasten würden, war der Einsatz von Holzschutzmitteln bereits im frühen Projektstadium kein Thema.

So wurde dem konstruktiven Holzschutz ein sehr hoher Stellenwert zuteil, angepasst auf die Nutzungsdauer gemäss Vereinbarung. Der Binderbogen wurde zuerst mit einer wasserdichten und UV-beständigen Folie umzogen, auf welcher dann ein vertikaler Lattenrost von 40 mm angebracht wurde. Eine offenen Fugenschalung aus Lärche, welche sichtbar mit rostfreien Befestigungsmitteln montiert wurde, bildete die äusserste Schicht und somit den Abschluss.

Hängepfosten sowie beim Auflager stellte sich die Frage, wie ein effektiver Holzschutz erreicht werden konnte. Mit Blick auf die gewählte Nutzungsdauer erwies sich die zuerst vorgesehene Lösung mit Distanzscheiben zwischen den Holz-Holz-Kontaktflächen sowie einer aufgeklebten Folie über jeden einzelnen der vier Zugbalken als ungenügend.

Gewählt wurde schliesslich folgende Lösung: Über die beiden Zugbalken, beidseitig 100 mm überstehend, wurde zuerst eine OSB-25-mmPlatte genagelt, welche anschliessend mit einer EPDM-Folie abgedeckt wurde. Die 1,6 mm dicke Folie wurde in der Werkstatt vorkonfektioniert, d. h. bei den Durchdringungen der Hängepfosten wurde je eine runde Manchette aufvulkanisiert. Einzig die Aufbordung rund um das Auflager wurde später auf dem Bau angebracht.

Bei den Posten ist die Folie bis unter die Verkleidung (aus MHP 20 mm) gezogen, sodass ein Eindringen von Wasser von oben ausgeschlossen werden kann.

Schnitt durch Bogen mit Verschleissschicht

Die obere Bogenkante wurde durchgehend mit einem CNS-Blech abgedeckt und ist ebenfalls 100% geschützt. Um beim Übergang UK-Bogen / Zugstab das Eindringen von Wasser in das Stirnholz zu verhindern, wurde vor der Montage je Seite ein abgekröpftes Blech, ebenfalls aus CNS, befestigt. Da die Zugstäbe am Schluss auch noch verkleidet werden mussten, musste dem mit einem grösseren Überstand Rechnung getragen werden.

Anschluss Zugstab 20

Auch für den Anschluss der Fahrbahn an die

Unterer Zugstabanschluss an Zugbalken, mit EPDMFolie über dem OSB und um den Hängepfosten

Beim Auflager erfolgte dies «Überlappung» anstelle einer hölzigen Verkleidung mit der auf dem Bogenträger aufgebrachten Folie. Da die Fahrbahn leicht überhöht wurde und zudem zwischen der EPDM-Folie und dem Bodenbelag aus Vollholz C 24 noch ein Neoprenband eingelegt wurde, musste auch mit «fliessendem» Wasser auf dieser Schicht gerechnet werden.

Mit 3 Abläufen je Bogenhälfte wurde auch dieses Problem sauber gelöst.

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Die Querschotten wurden vorerst nur von oben abgedeckt, mit einer sogenannten Blechkappe, ähnlich dem der Bogenträger. Eine Verkleidung analog der übrigen Ausführung kann aber nachträglich jederzeit angebracht werden.

5. Montage Die Brücke wurde auf dem extra eingerichteten Montageplatz neben der Emme im Vorlandbereich zusammengestellt. Nach der Materialanlieferung am 20. März 2006 wurde die Brücke Schritt für Schritt zusammengebaut. Auf genau erstellte Auflager wurden zuerst die Zugbalken paarweise ausgelegt und der Stoss in der Mitte

Anlieferung des Materials

Einer der 3 Abläufe je Bogenhälfte

Auslegen der Zugbalken

Zugstab unten 22

Montage und Verkleidung der Bögen

aufgrund schlechten Wetters bereits einmal verschoben werden müssen. Das Warten hatte sich gelohnt. Ein wunderschöner Morgen bescherte dem Montageteam und Hunderten von Schaulustigen ein unvergessliches Erlebnis.

Vom Moment an, als der Montageleiter um 08.00 Uhr ins Horn stiess und so den Startschuss gab, dauerte es noch genau 40 Min., bis der 250-t-Kran die Brücke um 180° gedreht und über das Hornusserhaus hinweg auf die Emme hinaus geschwenkt hatte und sie auf den Betonfundamenten verankert war. Die Freude am einmaligen Bauwerk sowie der Applaus der Zuschauer und diverse Berichte in den Medien war der verdiente Lohn für das Team der Baumberger Bau AG (Holzbau) und der Baumberger + Weyermann AG (Bauingenieur/ Bauführung) aus Koppigen.

Montage der Stahlteile

verbunden. Nun bedarf es erst der OSB-Abdeckung plus EPDM-Folie, ehe die Hängepfosten montiert, und mit den Zugbalken und dem Windverband fest verbunden werden konnten.

Parallel dazu wurden die Stahlteile an die Bogenträger montiert, welche dann parallel neben der Fahrbahn zusammengebaut wurden inkl. Verkleidungen.

In einem weiteren Schritt wurden die beiden Bogenhälften nun mit dem Kran auf das Skelett gehoben und zu einer Einheit verbunden. Diese erste grössere Montage dauerte etwa 4 – 5 Stunden.

Am 22. April war es war es dann soweit und die Hauptbrücke stand nun fertig neben ihrem künftigen Platz an der Emme. Der Termin hatte

Montage Windverband 23

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Versetzen der Hauptbrücke mit einem 250-t-Pneukran

6. Vorlandbrücken Die Vorlandbrücken weisen je eine Länge von 30 m auf. Die Brückenteile sind alle 6 m auf Betonscheiben aufgelagert. Auf 3 Längsträgern in BSH GL 24h von 120/360 mm Querschnitt liegt der Brückenbelag aus Vollholz C-24 in der Dimension 50/140 mm. Das Brückengeländer entspricht demjenigen der Hauptbrücke. Die Pfosten wurden oben abgeschrägt und mit einem Brett abgedeckt um das Stirnholz vor

eindringendem Wasser zu schützen. Die Vorlandbrücken wurden komplett in der Werkstatt vorgefertigt, wobei das längste Element eine Länge von 18 m aufwies. Auf der Utzenstorfer Seite war die Zufahrt infolge des Naturschutzgebietes sehr eingeschränkt, weshalb diese Vorlandbrücke dann in 3 Teilen vorgefertigt wurde, um mit einem kleineren Fahrzeug operieren zu können.

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7. Zahlen zum Emmensteg Dreigelenkbinder in BSH, GL 24h Zugbänder in BSH, GL 28h Hängestäbe in BSH, GL 28h Querschotten BSH, GL 24h Stahlteile, verzinkt (o. Schrauben) Gewicht (Hauptbrücke) Spannweite

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m 22.0 m3 7.5 3 m 4.5 3 5.0 m kg 3000 kg 35 000 m1 47.00

8. Schlussbemerkung Vieles ist nun gesagt, geschrieben und gezeigt worden, und dennoch ist man nie am Ende. Das Projekt Emmenbrücke bietet eine Vielzahl an interessanten Detaillösungen. Wie immer in der heutigen Zeit geht es meist um die Kosten resp. das vorgegebene Budget muss eingehalten werden. Je sauberer das Vorprojekt, desto

Emmensteg nach der Fertigstellung der Holzbauarbeiten 26

einfacher die Aufgabe. Es ist jedoch sehr schwierig, diese Kosten im Voraus genau abzuschätzen. Vor allem die zum Teil aufwendigen Details bezüglich einer sauberen Lösung beim konstruktiven Holzschutz drücken die Kosten schnell nach oben. So gilt es immer abzuschätzen was wirklich notwendig ist und was eher «Luxus». Der konstruktive Holzschutz ist eine der wichtigsten Komponenten und da sollten auch keine Abstriche gemacht werden zugunsten der Ästhetik. Wir schaden so nicht nur dem Image des eigenen Betriebes, sondern vor allem auch dem der ganzen Holzbaubranche.

Ich denke, uns ist hier eine gute und solide Lösung gelungen, welche ihre Anforderungen in jeder Weise erfüllen wird und ein gutes Beispiel für den Holzbau präsentiert.

9. Projekt und Ausführung Wettbewerb und Bauprojekt: bsp Ingenieure und Planer AG Greppenstrasse 85 6403 Küssnacht Urs Baumberger, dipl. Ing. ETH/SIA www.bspag.ch Bauleitung/Projektierung Fundation: Baumberger + Weyermann AG Hauptstrasse 29 3425 Koppigen Urs Bill, dipl. Ing. FH Hans Weyermann, dipl. Ing. FH www.bwbauing.ch

Ingenieurholzbau Brückenoberbau Werkstattpläne: Baumberger Bau AG Hauptstrasse 6 3425 Koppigen Marco Baumberger, dipl. Ing. FH www.baumberger-holzbau.ch www.emmensteg.ch

10. Quellenverzeichnis – Bauen mit Holz, Heft Nr. 5/2007 – Tec 21, Heft Nr. 23/2007 (Vorabzug des Berichts von Urs Baumberger) – Projektvortrag: Michael Baumgartner 27