Link to English version: Riccardo Morandi – Pioneer of Bridge Design or bad engineer?
Morandi’s Polcevera-Viadukt
Der über einen Kilometer lange Polcevera-Viadukt, gebaut in den Jahren 1963-1967, führte die Autobahn A10 in rund 40 m Höhe über den Fluss Polcevera, die Bahnlinie Turin-Genua, zwei Rangierbahnhöfe und ein Industriegebiet. Die drei markanten, 90 m hohen Pylone im Bereich der rund 220 m langen Hauptspannweiten machten den Viadukt nach seiner Einweihung (zur Bildergalerie) innert Kürze zu einem Wahrzeichen Genuas und einer der bekanntesten Brücken von Riccardo Morandi.
Der damals grösste Viadukt Europas (zum Video) war in verschiedener Hinsicht innovativ, auch wenn Morandi vieles von seiner 1962 fertiggestellten Brücke über den Maracaibo-See in Venezuela übernahm. So sind beispielsweise die Hauptspannweiten beider Viadukte als mehrfeldrige Schrägseilbrücken ausgebildet, ihre Pylone sehr ähnlich gestaltet und die Regelspannweiten bestehen aus vorfabrizierten Elementen. Beim Polcevera-Viadukt verwendete Morandi jedoch erstmals vorgespannte Betonzugglieder als Schrägseile, um deren Steifigkeit zu erhöhen, und die Hauptspannweiten wurden mit Hilfe temporärer Spannglieder frei vorgebaut, was bei den grossen Spannweiten auch heute noch eine Herausforderung wäre.
Durch den hohen Vorfabrikationsgrad und den Freivorbau konnte der Polcevera-Viadukt sehr schnell gebaut werden. Da die Plangenehmigung durch die Bahnbetreiber einige Zeit in Anspruch nahm, dauerte die Ausführung zwar länger als bei der über acht Kilometer langen Brücke über den Maracaibo-See, die in einer Rekordzeit von nur 40 Monaten (!) gebaut wurde. Ohne die genannten Verzögerungen hätten die Hauptspannweiten aber in nur 23 Monaten ausgeführt werden können [1].
Der Polcevera-Viadukt war zudem ein äusserst wirtschaftliches und effizientes Bauwerk, das beispielsweise pro Quadratmeter Brückenfläche nur gerade einen Drittel des (damals teuren) Spannstahls verbrauchte wie die zur gleichen Zeit ausgeführte Bendorfer Brücke, die den Rhein bei Koblenz mit vergleichbarer Hauptspannweite quert. Im Vergleich zur inzwischen fertiggestellten, von Renzo Piano entworfenen neuen Brücke waren der Ressourcenverbrauch und die Treibhausgasemissionen von Morandi’s Polcevera-Viadukt trotz seiner wesentlich grösseren Spannweiten signifikant geringer; Der Ersatzneubau ist durch das gewählte statische System (Aufnahme eines grossen Teils der Lasten als Einfeldträger) und die Querschnittsausbildung (viel Material im Bereich der Neutralachse) statisch ineffizient. Während ersteres durch die notwendige schnelle Montage der einfeldrigen Stahlträger gerechtfertigt werden kann, ist die rein gestalterisch begründete Querschnittsausbildung (sie soll anscheinend an ein Schiff erinnern) schwer nachvollziehbar: Ein statisch effizienter, leichter Querschnitt wäre viel wirtschaftlicher und klimaschonender gewesen und auch für die schnelle Montage vorteilhaft, und hätte gewiss ebenso ansprechend gestaltet werden können.
Einsturz
Vor ziemlich genau drei Jahren, am 14. August 2018, stürzte ein rund 250 m langer Abschnitt im Bereich des westlichen Pylons ein und riss 43 Menschen in den Tod. Nach heutigem Kenntnisstand [2] wurde der Einsturz durch den Bruch eines Schrägseils ausgelöst, was zum Kollaps des gesamten Pylons mit dem zugehörigen Teil des Überbaus, inklusive der angrenzenden Einhängeträger, führte. Das Schrägseil brach dabei nahe der oberen Verankerung infolge gravierender Korrosion, verursacht durch die mangelhafte und teils sogar fehlende Injektion der Hüllrohre in diesem Bereich.
Schwachpunkte des Tragwerkskonzepts
Nach dieser Tragödie kritisierten verschiedene Berufskollegen das Konzept der Brücke und Riccardo Morandi als Ingenieur. Einige der vorgebrachten Kritikpunkte sind dabei schlicht falsch, und zeugen teilweise von mangelnder Fachkompetenz der Kritiker. So wurde beispielsweise angeführt, das Konzept der Brücke sei grundsätzlich schlecht, was man daran erkenne, dass weltweit nur drei solche Brücken gebaut worden seien. Tatsächlich gibt es sehr viel mehr solcher Brücken – sowohl von Morandi als auch von anderen Projektverfassern – insbesondere in Deutschland, wo sie als “Zügelgurtbrücken” bekannt sind. Konkreter wurde bemängelt, dass die Pylone viel zu steif seien, wodurch viele Dilatationsfugen notwendig wurden – offenbar in Unkenntnis der Tatsache, dass mehrfeldrige Schrägseilbrücken entweder steife Pylone oder einen sehr steifen Überbau benötigen [3]. Auch die Ausführung der Schrägseile als vorgespannte Betonzugglieder anstelle nackten Stahls wurde bemängelt, ohne zu realisieren, dass Morandi diese Lösung bewusst gewählt hatte, da durch die Vorspannung des Betons eine rund fünfmal höhere Steifigkeit erreicht wurde als mit dem Spannstahl alleine.
Dass solche für Fachleute offensichtlich falsche Argumente den Weg in die Nachrichten schaffen, geschieht leider nach allen grossen Schadenereignissen, die eine breite Öffentlichkeit interessieren: Journalisten der Tagespresse lassen jeweils nichts unversucht, um möglichst schnell pointierte Aussagen von Experten zu Ursachen und Schuldigen abdrucken zu können. Diese Aussagen stammen aber selten von wirklich kompetenten Fachleuten, da diesen bewusst ist, dass ohne detaillierte Kenntnisse von Objekt und Einsturzhergang (was Wochen oder Monate dauert) über Ursachen höchstens spekuliert werden kann.
Ein Kritikpunkt, der grundsätzlich zutrifft, bezieht sich auf die durch Morandi unterschätzten Langzeiteffekte des Betons, insbesondere des Kriechens. Mit heutigen Berechnungsmethoden können wir relativ gut aufzeigen, dass ein grosser Teil der Vorspannung der Schrägseile des Polcevera-Viadukts im Laufe der Zeit verloren ging, so dass der Beton dekomprimierte und schliesslich riss, wie dies in verschiedenen Zustandsuntersuchungen auch tatsächlich festgestellt wurde. Diese Risse – und das damit einhergehende wechselfeuchte Milieu direkt am Spannstahl – beschleunigten mutmasslich die Korrosion des Spannstahls der Schrägseile. Die Langzeiteffekte verursachten zudem Durchbiegungen des Überbaus, die den Fahrkomfort beeinträchtigten.
In verschiedener Hinsicht entsprach auch das Tragwerkskonzept der Brücke tatsächlich nicht dem heutigen Stand der Technik, insbesondere hinsichtlich Robustheit: Offensichtlich waren die Folgen des Versagens eines einzigen Schrägseils beim Polcevera-Viadukt unverhältnismässig gross. Moderne Schrägseilbrücken werden hingegen so bemessen, dass einzelne Schrägseile ohne Konsequenzen für das Tragwerk ausfallen können. Zudem sind Schrägseile heute mehrfach korrosionsgeschützt und so ausgebildet, dass Schäden frühzeitig erkannt und betroffene Litzen ausgetauscht werden können; beim Polcevera-Viadukt war die Betonüberdeckung hingegen sehr gering, und der Spannstahl war nur teilweise durch Hüllrohre geschützt. Der Durchmesser der Hüllrohre war zudem aus heutiger Sicht für eine zuverlässige Injektion, die wegen der grossen Höhe der Pylone ohnehin sehr anspruchsvoll war, zu klein gewählt. Aufgrund von Korrosionsschäden wurden denn auch bereits 1993 die Schrägseile von zwei der drei Pylone verstärkt – nur der westliche Pylon, bei dem die Korrosion damals am wenigsten fortgeschritten war, wurde nicht verstärkt, was den Einsturz 2018 zur Folge hatte.
Beurteilung
Aus heutiger Sicht beurteilt wies das Tragwerkskonzept des Polcevera-Viadukts also tatsächlich Schwächen auf. War Morandi also kein Pionier des Brückenbaus, sondern vielmehr ein schlechter Ingenieur – wie von einigen Kritikern behauptet? Meine Meinung dazu ist klar: Es ist unfair, ein Bauwerk, das vor mehr als einem halben Jahrhundert gebaut wurde, an heutigen Ansprüchen zu messen. Als Morandi seine Brücken entwarf, wurden Brücken primär an ihren Kosten und an der Bauzeit gemessen – und diesbezüglich war der Polcevera-Viadukt kaum zu übertreffen.
Robustheit war dagegen damals schlicht kein prioritäres Entwurfsziel, so dass Defizite in dieser Hinsicht bei Bauwerken aus dieser Zeit eher die Regel sind als eine Ausnahme. Als Beispiel seien statisch bestimmte Fachwerkbrücken erwähnt, wie sie damals vor allem in Nordamerika üblich waren: Versagt ein einziger Fachwerkstab oder ein Knotenblech, stürzt die gesamte Brücke ein – so geschehen leider im Jahr 2007 bei der Interstate 35W-Brücke über den Mississippi (Baujahr 1967 wie der Polcevera-Viadukt).
Auch hinsichtlich Dauerhaftigkeit weisen sehr viele Brücken aus der damaligen Zeit Probleme auf, da sehr kleine Betonüberdeckungen üblich waren. So sind auch Brücken von zweifellos herausragenden Brückenbauern von schwerwiegenden Korrosionsschäden betroffen, beispielsweise die Crestawaldbrücke von Christian Menn. Einen Vorwurf kann man den Projektverfassern aber kaum machen, da die Problematik der Korrosion durch Chloride damals weitgehend unbekannt war. Erstaunlich ist vielmehr, dass die Betreiber beim Polcevera-Viadukt trotz klarer Anzeichen schwerer Korrosionsschäden keine Massnahmen ergriffen, um den westlichen Pylon zu verstärken – analog zur Verstärkung der anderen Pylone 25 Jahre vor dem Einsturz.
Verbleibt noch die Unterschätzung der Langzeiteinflüsse des Betons, die einen Kritiker gar dazu verleitete zu behaupten, Morandi habe eine gute Intuition gehabt, aber nicht viel Übung im Berechnen (“aveva grandi intuizioni, pero non grande pratica di calcolo”). Diese Kritik ist komplett unangebracht: Aus den Publikationen von Morandi ist ersichtlich, dass er auch analytisch ein Meister seines Fachs war. Dass er die Kriechumlagerungen unterschätzte lag vielmehr daran, dass dieses Phänomen zum Zeitpunkt der Projektierung des Polcevera-Viadukts schlicht noch nicht hinreichend erforscht war [4,5].
Beurteilt man seine Brücken im Kontext der Zeit ihrer Projektierung und Erstellung, bleibt Riccardo Morandi zweifellos der Pionier des Brückenbaus, als der er vor der Tragödie von Genua anerkannt war. Dass seine Brücken nicht an heutigen Massstäben gemessen werden sollen bedeutet aber nicht, dass wir bei der Beurteilung der Tragsicherheit bestehender Bauwerke andere Massstäbe ansetzen dürfen als bei Neubauten: Zwar können die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit reduziert und Einwirkungen sowie Baustoffkennwerte aktualisiert werden, da sie im Unterschied zu einem Neubau bekannt sind. Ein höheres Einsturzrisiko ist jedoch inakzeptabel. Wird bei der Untersuchung einer bestehenden Brücke ein solch erhöhtes Risiko erkannt, sind vertiefte Untersuchungen, Verstärkungsmassnahmen oder Lastbeschränkungen unumgänglich – so teuer und/oder unpopulär diese auch sein mögen.
Hierin unterscheiden sich Brücken von Autos: Wer einen Oldtimer mit Baujahr 1967 fährt – beispielsweise einen der Alfa Romeo GT1300 Junior auf dem Titelbild dieses Blogbeitrags – nimmt in Kauf, dass sein Fahrzeug weder ABS noch Airbags hat, ja nicht einmal ein Zweikreisbremssystem (das Alfa Romeo erst 1968 beim 1750 GT Veloce anbot). An ein solches Fahrzeug die gleichen Ansprüche wie an ein modernes Auto zu stellen oder gar moderne Sicherheitssysteme nachzurüsten, käme wohl kaum jemandem in den Sinn.
Walter Kaufmann
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Literatur
[1] Morandi, R.: “Il Viadotto Polcevera dell’Autostrada Genova-Savona,” L’Industria Italiana del Cemento, No. 12, 1967, pp. 849– 872.
[2] Nutini, A.M, Rapporto della giudice per le indagini preliminari, 22.12.2020, 476 pp.
[3] Virlogeux, M., “Recent evolution of cable-stayed bridges,” Engineering Structures, Vol. 21, 1999, pp. 737–755
[4] Einfluss von Kriechen und Schwinden des Betons auf die Schnittgrößen und Spannungen, TH München, 1966
[5] Trost, H., “Folgerungen aus Theorien und Versuchen für die baupraktische Untersuchung von Kriech- und Relaxationsproblemen in Spannbetontragwerken”, IABSE Symposium Madrid, Vol. 5, 1970