Broer har folk laget helt siden vi begynte å vandre, gå på jakt og sanke sopp, bær og røtter. Først gikk vi på en stein eller en trestamme – en klopp – over bekken, så bygget vi større og større saker. Som ble broer. 2000 meter lange.
Bildet øverst: Gode gamle Forth of Firth i Skottland – nærmest – er en av de eldste store stålbroer som står; den er bygget som fagverk og minner om et liggende Eiffeltårn. Vedlikeholdet er enormt, og broene har faste arbeidslag. (Foto: Scottish Tourist Board)
Av Stein Bekkevold
Akkurat som vi gjør med veier og tunneler, tar vi broer for gitt. Men det kan umulig være enkelt å beregne og bygge en bro? Nei, det er sikkert. Mye av utviklingen kom da vi oppdaget nye materialer, etter steinkloppen og trestammene – og fordi vi lærte oss mer om naturens krefter; for flom og ras og jordskjelv og orkaner er krevende læremestre.
Helt til slutten av 1700-tallet var fortsatt tre, stein og mur de mest tilgjengelige materialene, mens romerne brukte betong to tusen år tidligere ….
Brobygging var hele tiden håndverk basert på erfaring og innsikt. Med den industrielle revolusjonen som startet i England – der ingeniørvitenskap tidlig ble oppmuntret av Royal Society – innviet i 1660 av kong Charles 2 – kom helt nye materialer; først støpejern som raskt ble bedre og bedre, med økt renhet og reduserte forurensninger av kull og svovel – særlig så fort naturfilosofene (ingeniørene) hadde innsett at det var kullbitene som svekket jernet.
Den første broen laget av det ekstra rene og sterke støpejernet sto klar i Coalbrookdale i England i 1779, raskt fikk stedet sitt nye navn Ironbridge, som i dag er et symbol på den industrielle revolusjonen.
Det gikk 50 år før vi fikk den første av støpejern i Norge, Løkke bro ved Sandvika i Bærum. Støpejern var det mest brukte stoffet helt til 1850. Fordi det kan være sprøtt og ikke fullt pålitelig særlig ved vekslende laster, ble smidd jern med økt seighet og fasthet etter hvert foretrukket, særlig for lengre broer. Dette var da smeden fortsatt var landsbyens helt, noe han hadde vært siden jernalderen ….
Det bygges stadig hengebroer med enorme spenn, noen ganger med søyler der sundet er grunt – og sjøbunnen fast nok til at du kan sette søylene. Det mest krevende er ofte få det lange spennet stivt og lett, derfor bygges det ofte som en fly-vinge, med skott (spant) og det hele. (Foto: Statens Vegvesen)
STÅL
Sakte men sikkert skjønte jernfolkene at det de måtte finne fram til, var enda renere jernmed særlige egenskaper: Stål. Navnet kommer av et gammelt ord for sterk og stiv (stal). Også dette kom først i England, der H Bessemer og et par til ble søkkrike på sine nye smelteovner, først bessemer-konverteren og så de enda bedre versjonene.
Nå kunne de BLÅSE jernet rent for forurensninger ved å sende luft (oksygen) inn i smelten, så urenhetene dannet slagg på toppen av det flytende jernet og kunne rakes av.
Den første stor-broen av det nye stoffet står fortsatt ved Forth of Firth i Skottland. Den står og troner, men må males jevnlig, for miljøet er salt og krevende.
Samtidig med de store stålbroene på slutten av 1800-tallet, kom flere hendelser med broer som klappet sammen, med store tap av liv. Det ga bedre regelverk med tøffere testing av stål.
Fra 1890-årene kom bedre teoretiske metoder for analyse av spenninger i ulike brotyper. Bedre forståelse av vindtrykk og egensvingninger – og miljøutsatthet – kom etter at Tacomabroen i USA falt etter utmatting, i 1940.
Bedre viten gjorde at bygging av store stålbroer fortsatte i økt fart. I 1931 ble tusenmeter-grensen nådd, med George Washington-broen i New York. I 1998 var Akashi Kaikyo-broeni Japan ferdig, med et hengespenn på enorme 1991 meter. Og stål er fortsatt det mest brukte materialet i broer, mens betong gjerne vinner om broen er kortere enn 500 m.
Betong
Betonglignende materialer har vi hatt siden oldtiden. Egypterne blandet gips med sand og vann, og bygget pyramidene. Så kom grekere og romere og brente kalk til murmørtel, og oppfant pulveret sement, som blandet med vann blir et lim, som herder og blir vannfast.
Romerne brukte betong til bygg, badeanlegg og vannledninger. Betongen var av vulkansk aske og knust tegl. Pantheonkuppelen i Roma sto klar ca. 140 e. Kr. Den er et eksempel på romersk betong – og står fortsatt!
Moderne sement lages ved å brenne leire og kalk, og ble utviklet på 1800-tallet i UK. Den kalles portlandsement fordi ferdig betong ligner stein fra Portland i England. Moderne betong med slik sement kom raskt i bruk – mot slutten av 1800-tallet, først i ikke-armerte anlegg. Rundt år 1900, altså 50 år etter moderne bessemer-stål, kom stålarmert betong, patentert i 1867 av franske J Monier. Fra 1950 kom slik spennbetong for fullt.
Kreftene som virker på en bro er strekk, trykk og bøy. Broen beregnes etter dette. Derfor ser broer ut som de gjør, alt etter hvor stort spenn de må ha – styrt av geografien og topografien, og hvordan de festes i fjell, landmasser eller i sjø- og elvebunn.
Noen er nesten bare stålbjelker som hviler på hver side av gapet, andre er hengebroer der ståldekk henger i tykke wirebunter på stående master. Noen broer flyter, ankret på hver side av sundet – andre flyter UNDER vann, ankret til flytere, strand og sjøbunn. De er vel egentlig tunneler …
Moderne materialer har sammen med nye dataprogrammer gjort dagens brobygging smartere og sikrere. Spørsmålet er om den er billigere. Stort sett er kanskje boret tunnel fortsatt billigst, nå som dataprogrammene og de steinetende gigantmaskinene gjør jobben til en lek, for fagfolk.
Flytebro eller -tunnel av solid betong kan brukes der sundet er for bredt og trafikken for liten til en dyr hengebro. Da gjelder det at innfestingen holder i grov sjø, og at skjøtene er potte tette … (Foto: Statens Vegvesen)
Spesialstål
Stål er et krystallinsk stoff og kan lages seigt – diamanter er også harde og krystallinske, men stive – du kan knuse dem med slegge. Metallurgene styrker med saker som danner utfellinger; stål er rent, krystallinsk jern med lure tilsettinger.
Moderne stål kan inneholde litt karbon pluss nikkel, kobolt, aluminium, molybden, og krom. Poenget er å skape evne til forlengelse under last, seighet. Da kan stålet svelge slag og støt.
Det skjer fordi ett atomsjikt glir på sjiktet under – i en dislokasjon, en gitter-anomali – slik at lasten tas som nanometer-bevegelse; en nanometer er en milliarddels meter …
Fenomenet avhenger av hvor smidig sjiktene kan røre seg. Vil vi øke fastheten kan vi hemme dette, og stålet herdes. Det er komplisert å senke antall bevegelser, det beste blir å påvirke bevegelsen. Dette går ved å redusere kornstørrelsen eller å legge inn særlige urenheter. Vi vil hele tiden skape en seig kjerne – som beskyttes av et ytre sjikt – norske Jotun leverer tonnevis i året ….
Derfor, god tur og kos deg på de flotte broene!
