Brückenbau am Goldenen Horn: Hätte Leonardos Idee funktioniert?

Die von Leonardo da Vinci vorgeschlagene Brücke am Goldenen Horn wäre die längste im Brückenbau der Renaissance gewesen. Untersuchungen am MIT zeigen, ob sich die Konstruktion auch in der Praxis bewährt hätte.

Im Jahr 1502 hat Sultan Bayezid II das Renaissance-Äquivalent einer öffentlichen Ausschreibung für den Plan einer Brücke versandt, die Istanbul mit der Nachbarstadt Galata verbinden sollte. Leonardo da Vinci, zu jener Zeit bereits ein bekannter Künstler und Erfinder, legte ein kühnes Konzept für die Brückenkonstruktion vor, das sich neben drei weiteren Vorschlägen in einem Brief an den Sultan sowie in Form einer kleinen Zeichnung in seinen Skizzenbuch wiederfindet.

Den Auftrag bekam er nicht. Doch 500 Jahre nach seinem Tod fasziniert der Bauplan für eine Brücke mit der bis dahin größten Spannweite immer noch die Wissenschaft, darunter auch die Forscher am MIT, die sich gefragt haben, wie durchdacht Leonardos Konzept wirklich war und ob es tatsächlich funktioniert hätte.

Leonardo wusste, was er tat

Um dieser Frage nachzugehen, haben Graduate Studentin Karly Bast, MEng 19, Professor John Ochsendorf und Undergraduate Michelle Xie die verfügbaren Dokumente, die möglichen Baustoffe, die damals genutzten Bauverfahren und die geologischen Verhältnisse am Goldenen Horn, einem Meeresarm am Bosporus, analysiert. Schließlich haben die Wissenschaftler ein detailliertes, maßstäbliches Modell konstruiert, um die Fähigkeit des Bauwerks zu testen, Gewicht zu tragen und stabil zu stehen und sogar dem Absinken des Baugrunds zu widerstehen.

Die Ergebnisse der Arbeit wurden kürzlich an der Konferenz der International Association for Shell and Spatial Structures in Barcelona vorgestellt.

Nur ein abgeflachter Bogen auf 280 Metern

In der Zeit Leonardos bestanden die meisten gemauerten Stützkonstruktionen für Brücken aus konventionellen Bögen, die bei einer derart langen Brücke, wie sie vorgesehen war, über die gesamte Spanne 10 oder mehr Pfeiler erfordert hätten. Leonardos Ansatz war jedoch ein vollkommen anderer: ein abgeflachter Bogen, der, wie in der Skizze zu sehen, mit 43 Metern nicht nur hoch genug gewesen wäre, um ein Segelboot darunter passieren zu lassen, sondern der auch allein die gesamte Spanne überwölbt hätte.

Die Brücke wäre rund 280 Meter lang gewesen, wobei allerdings Leonardo eine andere Bemaßung nutzte, weil das metrische System noch einige Jahrhunderte entfernt war (braccia – 0,61 Meter). Wäre sie gebaut worden, hätte sie mit einer damals unerreichten Spannweite aufwarten können, die ungefähr dem zehnfachen der typischen Brücken dieser Zeit entsprochen hätte, wie Karly Bast anmerkt.

Nicht nur das: Den Plan zeichnet auch ein ungewöhnliches Konzept für die Stabilisierung gegen Querbewegungen aus, eine Idee aus der Erfahrung des Zusammenbruchs vieler Brücken geboren. Leonardo schlug auf jeder Seite auswärts gerichtete Streben vor, in der Form vergleichbar einem U-Bahn-Passagier, der im schwankenden Wagen einen festen Stand sucht.

Brückenbau ohne Mörtel

Die Forscher untersuchten die zu jener Zeit verfügbaren Baustoffe, über die sich Leonardo nicht ausließ, und kamen zu dem Schluss, dass die Brücke nur aus Stein hätte gebaut werden können. Holz oder Ziegel wären der Last des langen Bogens nicht gewachsen gewesen. Wie die klassischen gemauerten Brücken, etwa im antiken Rom, so hätte auch diese ihre Stabilität allein der Schwerkraft zu verdanken gehabt, ohne dass Mörtel oder Befestigungen den Stein zusammengehalten hätten.

Um das zu beweisen, galt es, ein Modell zu bauen, an dem sich die Stabilität zeigen ließ. Die Forscher mussten die komplexe Form so in einzelne Blöcke aufteilen, dass diese sich schließlich zur endgültigen Form zusammensetzen ließen. Während jedoch die Brücke in realen Größenverhältnissen aus tausenden von Steinblöcken bestanden hätte, entschied man sich beim Modell für eine Ausführung mit 126 Blöcken im Maßstab von 1:500 (81 Zentimeter Länge). Die einzelnen Blöcke fertigte man, um die sehr komplexe Geometrie exakt nachbilden zu können, mit einem 3D-Drucker, was pro Block ungefähr 6 Stunden dauerte.

Wäre der Entwurf für den Brückenbau realisierbar gewesen?

Es handelt sich nicht um den ersten Versuch, Leonardos Brückenkonstruktion physisch nachzubilden. Architekten ließen sich davon inspirieren, wie etwa Vebjørn Sands Fußgängerbrücke über die Autobahn E 18 im norwegischen Ås, nur dass in all diesen Fällen moderne Werkstoffe wie Stahl und Beton zum Einsatz kamen. Somit konnten die Bauwerke auch keinen Aufschluss über die Umsetzbarkeit von Leonardos Konzepten liefern.

Was das Material betrifft, so gilt dies auch für das Modell, doch das von der Schwerkraft zusammengehaltene Mauerwerk entspreche den Planungen des Originals und ermögliche damit Aussagen über die Stabilität der intendierten Brückenkonstruktion.

Wie im modernen Brückenbau mit gemauerten Bögen, werden die Steine beim Zusammenbau von Gerüsten gestützt. Sind alle Steine am vorgesehenen Ort, ist die Struktur idealerweise tragfähig und die Gerüste können entfernt werden.  

Auch das Modell hat sich in dieser Weise als stabil erwiesen, für Karly Bast das Ergebnis der ausgefeilten Geometrie. Man könne davon ausgehen, dass Leonardo seinen Entwurf sorgfältig und bedacht ausgearbeitet habe. Offensichtlich sei er sich auch der Erdbebengefahr in der Region bewusst gewesen, wie die aufgeständerte Konstruktion beweise, die zusätzlich für Stabilität sorge. Um die Belastbarkeit der Konstruktion zu prüfen, befestigten Bast und Xie das Brückenmodell auf zwei beweglichen Plattformen, die sich voneinander wegbewegten und auf diese Weise zum Beispiel nachgiebigen Boden imitierten. Das Modell verformte sich, bis zum Punkt der Überdehnung, die es schließlich kollabieren ließ, nur wenig.  

Was das für den heutigen Brückenbau bedeutet

Zwar habe, so Bast, das Konzept für den heutigen Brückenbau wohl kaum noch praktische Konsequenzen, weil die Materialien und Methoden viel mehr Optionen für leichtere und stärkere Konstruktionen eröffnen. Doch das diese Idee bewiesenermaßen realisierbar gewesen sei, werfe ein Licht darauf, welche ambitionierten Bauprojekte allein mit den Werkstoffen und Verfahren der frühen Renaissance schon möglich gewesen wären.

Bild oben: Leonardo da Vincis Originalzeichnung (oben links) mit Vogelperspektive und Seitenansicht sowie Segelboot unter der Brücke. Seitlich und darunter die Zeichnungen von Karly Bast und Michelle Xie, die zeigen, wie die sich die Struktur in 126 Einzelblöcke zerlegen lässt, die maßstäblich 3d-gedruckt wurden. Bild: Karly Bast und Michelle Xie

Weitere Informationen: http://congress.cimne.com/formandforce2019/admin/files/fileabstract/a870.pdf

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