Mensch, Natur und Kultur Thema: Brücken

Pädagogische Hochschule Weingarten - Sommer Semester 2007
Mensch, Natur und Kultur
Thema: Brücken
Von René Brix
Datum: 1.6.2007
1 Inhaltsverzeichnis
1 Inhaltsverzeichnis.................................................................................................... 1
1 Einleitung ................................................................................................................ 2
2 Sachanalyse............................................................................................................ 2
2.1 Brücken als Symbol ..........................................................................................2
2.2 Geschichte des Brückenbaus ...........................................................................3
2.3 Brücken können nach mehreren Kriterien eingeteilt werden: ............................5
2.3.1 Feste und bewegliche Brücken...................................................................5
2.3.2 Nach dem Material .....................................................................................5
2.3.3 Nach dem statischen System .....................................................................8
2.3.4 Nach Bestimmungszweck.........................................................................11
2.3.5. Nach der Grundrissgestaltung .................................................................12
2.3.6. Gesetzliche Definition ..............................................................................12
3 Didaktische Analyse .............................................................................................. 12
3.1 Bezug zum Bildungsplan.................................................................................12
3.2 Exemplarische Gegenwartsbedeutung ...........................................................14
3.3 Zukunftsbedeutung .........................................................................................14
4 Brückenbauen im Unterricht .................................................................................. 15
4.2 Bogenbrücke aus Holzern ohne Verbindungsmaterial ....................................15
4.2 Brücke in Fachwerkkonstruktion .....................................................................19
5 Links zu Brücken ................................................................................................... 20
5.1 Informationen für Lehrer ..............................................................................20
5.2 Kindgerechte Seiten Zum Thema ................................................................21
5.3 Allgemeine Informationen zu Brücken: ........................................................22
7 Literatur zu Brücken ...........................................................................................23
1
1 Einleitung
Kinder haben in ihrer Umgebung, sicher schon vielfältige Kontakte mit Brücken als
Bauwerken gehabt. Brücken haben darüber hinaus noch vielfältige andere Aspekte.
Dadurch eignet sich das Thema Brücken sehr gut für fächerverbindenden Unterricht.
Im Folgenden soll das Thema Brücken aus fachlicher Sicht beleuchtet werden und
Experimente zum Thema zum Thema Brücken vorgestellt werden. Durch die
handelnde Beschäftigung mit dem Thema können speziell auch die schwächeren
Kinder der Klasse angesprochen werden. Gerade diese Kinder können in solchen
Lernsituationen entscheidende Impulse für Partner- bzw. Gruppenarbeit liefern.
2 Sachanalyse
„Bei allen technischen Leistungen die Menschen immer wieder vollbringen, geht von
Brücken eine ganz besondere Faszination aus. Das liegt zum einen natürlich an der
verbindenden Funktion die Brücken haben und wegen der sie ja schließlich auch
gebaut werden. Denken sie an Brücken über reißende Ströme oder tiefe Schluchten,
ohne die ein Ziel auf der anderen Seite entweder gar nicht oder nur mit wesentlich
größerem Aufwand zu erreichen wäre.
Manche Brücken verbinden aber nicht nur Örtlichkeiten miteinander, sondern sogar
Völker oder Kulturen wie z.B. die beiden Bosporusbrücken in Istanbul, die Europa mit
Asien verbinden oder anders gesagt, den Orient mit dem Okzident.“1
2.1 Brücken als Symbol
Durch die Funktion der Brücke als verbindendes und überbrückendes Bauwerk ist
die Brücke auch ein Symbol für Volkerverständigung und Freundschaft.
1
Bernd Nebel, Brücken
2
2.2 Geschichte des Brückenbaus
Die ersten Brücken waren sicher hölzerne Planken, umgestürzte Bäume und
gelegentlich Steine, die mit nur geringer Spannweite nur kurze Distanzen wie Bäche
überwanden.
Die erste Eisenkettenhängebrücke entstand in China um 65 n.Chr. bei der Stadt
King-tung-fu in der Provinz Yünnan.
In Südamerika verlief eine 4.800 km lange Inkastraße auf Schwindel erregender
Höhe über hohe Berggrate von bis zu 5.000 m Höhe, überwand tiefe Schluchten z.T.
mit Hängebrücken keshwa chacas (quechua = Brücken) aus 7.000 m handgefertigter
Seile, darunter die 60 m lange Hängebrücke über den Río Apurímac, an anderen
werden Holz- und Steinbrücken auf steinernen Stützpfeilern errichtet. Ihre
Hängebrücken bestanden aus Seilen und Schilfmatten, deren Spannbreite auch
schon einmal 30 Meter betragen konnte. Einzelne waren eher für die Schnellläufer,
die Chasquis gedacht und bestanden aus nur wenigen Seilen, andere mussten die
Überquerung einer Lamaherde ermöglichen, was bei einer Brücke, durch die Tiere
nach unten in die Schlucht sehen können, ausgeschlossen ist. In der Umgebung der
legendären Inkastadt Machu Picchu ist an einem schmalen Inkatrail sogar noch eine
Klappbrücke erhalten.
Die Etrusker und Römer waren in Europa die Ersten, die Brücken und Aquädukte
bauten, von denen heute noch einige zeugen, weil sie bereits Beton benutzten, um
Natursteine in Bogenbrücken zusammenzufügen. Durch Beton konnten sie die
unterschiedliche Belastbarkeit verschiedener Natursteine erhöhen.
Nachdem im Mittelalter die Brückenzölle als Einnahmequelle und die Bedeutung von
Verkehrswegen für den Handel auf Märkten erkannt worden war, ließen Fürsten,
Bischöfen und Äbten an Straßen vielfach Holzbrücken errichten, die teilweise als
gedeckte Brücken ausgeführt wurden. Der bayrische Brückenfrevel, bei dem 1158
der bayerische Herzog Heinrich der Löwe die zu Freising gehörende Zollbrücke bei
Föhring abreißen ließ, um die Salzstraße durch sein Besitztum, die neu gegründete
Stadt München, verlaufen zu lassen und damit Geld zu verdienen, zeigt das
finanzwirtschaftliche Interesse mancher Landesherren, das zum Brückenbau führte.
So wurde die Steinerne Brücke 1135 bis 1146 in Regensburg errichtet, die über 16
Bögen über die Donau führt.
Die 1325 errichtete originelle Krämerbrücke in Erfurt über die Gera weist erstmals
Ladenzeilen auf einer Brücke nördlich der Alpen auf, ein Konzept, das 1333 in
3
Florenz Nachahmung fand, als anstelle einer durch Hochwasser zerstörten
Holzbrücke eine steinerne mit einer Ladenzeile gebaut wurde, die den Namen Ponte
Vecchio trägt und anfangs von den Metzgern für Schlachtungen benutzt wurde, von
wo sie ihre Abfälle in den Arno entsorgen konnten.
Die älteste erhaltene Steinbogenbrücke der Welt mit einer Spannweite von nahezu
516 m und einer Breite von 9,5 m ist die 17 Bögen umfassende Karlsbrücke in Prag
über die Moldau, die 1357 unter Kaiser Karl IV. in Auftrag gegeben wurde. Diese
Brücke erhielt durch ihre Brückentürme und ihre Statuen ihr unverwechselbares
Aussehen.
Der osmanische Architekt Mimar Hajrudin baute 1566 bis 1567 in Mostar die Stari
Most, die alte Brücke, als Einbogenbrücke über die Neretwa.
Während des 18. Jahrhunderts wurden einige Innovationen in der Konstruktion von
Plankenbrücken entwickelt.
Die Ironbridge über den Severn zwischen England und Wales markiert ein neues
Zeitalter im Brückenbau. Sie wurde 1779 aus Gusseisen errichtet. 1796 folgte in
Laasan in Schlesien die erste deutsche Gusseisenbrücke.
Ein weiterer Meilenstein im Brückenbau stellt die Göltzschtalbrücke als die größte
Ziegelbrücke der Welt dar, die die Sächsisch-Bayrische Eisenbahn im Elstertal 1846
bis 1851 bauen ließ. Sie wendete noch die Technik der Bogenbrücke an, bei der im
Laufe des Baus die Spannweite der Bögen variiert wurde und erinnert ein wenig an
römische Aquädukte.
Während der Industriellen Revolution im 19. Jahrhundert trug geschmiedetes Eisen
zur Entwicklung von Kettenbrücken größerer Spannweite bei, aber Eisen hat keine
so große Zugfestigkeit, um sehr viel größere Brücken zu tragen.
Mit dem Aufkommen von Stahl, der höhere Zug- und Druckfestigkeit besitzt, wurden
größere Brücken gebaut, wovon viele die Ideen von Gustave Eiffel aufgreifen. 1871
bis 1877 entstand die Fith-of-Tay-Brücke, mit der erstmals im Eisengussbau in einer
Höhe von 30 m über der Hochwassermarke als Fachwerkbrücke gebaut, die
allerdings bereits 2 Jahre nach der Einweihung bei einem Sturm zusammenbrach
und 76 Menschen das Leben kostete.
1867 plante John August Roebling die Brooklyn Bridge, als zu ihrer Zeit längste
Stahlbrücke. Mit einer Gesamtlänge von 1.091 m und einer Spannweite von 486 m
verband sie erstmals Brooklyn mit Manhattan.
4
Ein Meilenstein im Brückenbau stellte die Golden Gate Bridge dar, mit deren Planung
bereits 1872 begonnen wurde. In den 1920er Jahren entwickelte der Ingenieur Josef
B. Strauss den Plan, den Eingang der Bucht von San Francisco, Kalifornien mit einer
Kombination aus Fachwerk-, Bogen- und Hängebrücke zu überspannen. Dieser Plan
wird bis zu seiner Realisierung 1938 mehrfach heftig überarbeitet. Heute überspannt
die 2,73 km lange und bis zu 235 m hohe Hängebrücke in ihrem markanten
Rostschutzrot die Bucht.
Das
Wahrzeichen
von
Sydney,
die
Harbour-Bridge
wurde
1932
als
Bogenfachwerkbrücke mit einer Spannweite von 495,6 m eingeweiht.
Im November 1962 begann in Lissabon der Bau einer 2.278 m langen Hängebrücke
über den Tejo, die an zwei 190 m hohen Pylonen aufgehängt im August 1966 als
längstes hängendes Bauwerk unter dem Namen Salazar-Brücke eingeweiht und bei
der Nelkenrevolution in Ponte 25 de Abril umbenannt wurde.
2.3 Brücken können nach mehreren Kriterien eingeteilt werden:
2.3.1 Feste und bewegliche Brücken
Feste Brücken sind Brücken, die sich nicht bewegen lassen. Sie stellen einen
Großteil der Brücken dar.
Bewegliche Brücken werden eingesetzt, wenn sich aus den örtlichen Gegebenheiten
ergibt, dass sich eine feste Brücke nicht einsetzen lässt. Dies kann sein, wenn zum
Beispiel in flachen Gebieten eine Anrampung zu teuer wäre und ohne Anrampung
eine zu geringe Durchfahrtshöhe für die untenliegende Verkehrslinie bliebe.
Dabei wird die Brücke durch die Art der Bewegung genauer beschrieben. Man
unterscheidet dabei: Klappbrücken, Drehbrücken, Hubbrücken, Zugbrücken.
2.3.2 Nach dem Material
Holz
Holz ist in Form von einem über ein Tal oder Gewässer gefallenen Baumstamm das
älteste Brückenbaumaterial. Größere Holzbrücken wurden häufig mit einer
Verkleidung und einem Dach gegen Witterungseinflüsse geschützt (gedeckte
Brücke).
5
Auch heute verwendet man noch Holz bei:
Fußgängerbrücken
untergeordneten Brücken wie Güterwegbrücken oder Hauszufahrten
Stegen
als Geländer
Selten wird Holz auch für größere Brücken verwendet. In der Nähe des finnischen
Mäntyharju wurde 1999 die höchste für den Straßenverkehr zugelassene Holzbrücke
der Welt fertig gestellt.
Stein
Ebenfalls schon früh wurde Stein als Brückenbaumaterial eingesetzt und zwar in
Form von Naturbrücken (Steinbögen) oder auch später in bearbeiteter Form
(Bogenbrücken, Viadukte). Heute ist Stein beim Brückenbau nur noch von
untergeordneter Bedeutung in Form von Verkleidungen.
Seil
Mehrere Arten der Verwendung von Seilen:
2-Seilbrücke: besteht aus einem Tragseil (unten) und einem Halteseil (oben). Dies ist
eine sehr wackelige Angelegenheit, weil sich Trag- und Halteseil horizontal
zueinander verschieben können.
3-Seilbrücke: Verbesserung der 2-Seilbrücke durch ein weiteres Halteseil und
Verbindungen zwischen Halteseilen und Tragseil. Dadurch erreicht man eine höhere
Stabilität und das Benutzen der Brücke wird sicherer.
4-Seilbrücke: Verbesserung gegenüber der 3-Seilbrücke durch ein weiteres Tragseil.
Dabei wird zwischen den beiden Tragseilen ein Belag (meistens aus Holz) befestigt.
Dies erhöht den Komfort bei Benutzung.
Brücken aus Seil sind heute in Europa nur mehr als Hängebrücke oder
Schrägseilbrücke in Verwendung. Reine Seilbrücken findet man bei Völkern in Afrika,
Südamerika
und
Mikronesien
noch
heute
in
Verwendung.
Das Seil besteht meistens aus Naturfasern, manchmal auch aus Stahl.
Beton
Beton ist ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung (Sand und Kies) und Wasser.
Er kann außerdem Betonzusatzstoffe und Zusatzmittel enthalten. Dieses Material
eignet sich hervorragend, um Brücken zu bauen, weil er sich flüssig in jede Form
gießen lässt und nach Aushärtung (ca. 24 Tage) einen gut auf Druck
6
beanspruchbaren künstlichen Stein ergibt. Leider ist Beton (wie auch Stein) in der
Lage, große Druckkräfte und nur sehr geringe Zugkräfte aufzunehmen.
Gusseisen
Gusseisen ist eine Eisen-Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt als Stahl und ist
daher leichter verarbeitbar. Aufgrund der geringeren Stabilität hat Gusseisen bei
Konstruktionsbauten keine Bedeutung mehr und wurde von Stahl abgelöst. Viele
Brücken wurden früher aus Gusseisen gebaut, zum Beispiel die Gußeisenbrücke
über den Severn.
Die meisten der Gusseisenbrücken waren der steigenden Belastung nicht
gewachsen und wurden daher durch Stahlbrücken ersetzt.
Stahl
Stahl ist eine Veredelung des Roheisens in Form von Legierungen. Dabei weist er
eine sehr gute Aufnahmefähigkeit gegenüber Druck- sowie Zugkräften auf. Ein
entscheidender Nachteil ist jedoch das Rosten (Korrosion), was zu einem hohen
Wartungsaufwand führt.
Stahlbeton
Stahlbeton vereint in sich die Vorteile von Beton und Stahl. Dabei umschließt der
Beton den Stahl normalerweise (außer bei einigen Spannbetonsystemen) und
schützt ihn so vor Korrosion. Der Stahl bringt seine Zugfestigkeit in diese Verbindung
mit
ein.
Sie
ist
nur
möglich,
weil
beide
Stoffe
einen
sehr
ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.
Es gibt mehrere Arten von Stahlbeton:
Stahlbeton: In eine Schalung wird die Bewehrung gelegt und diese dann mit Beton
ausgegossen. Diese Stahlbetonart wird auch als schlaff-bewehrt bezeichnet.
Spannbeton: Hier wird ein Teil der Bewehrung vorbelastet (gezogen). Dadurch ergibt
sich eine Entlastungsreaktion.
Interne Vorspannung: Die interne Vorspannung wird im Betonquerschnitt geführt. Sie
ist nicht auswechselbar.
Externe
Vorspannung:
Die
externe
Vorspannung
wird
außerhalb
des
Betonquerschnittes geführt. Sie ist auswechselbar.
7
Verbundtragwerk
Bestehen aus mehreren Baustoffen, die räumlich getrennt sind (vergleiche
Stahlbeton).
Zum Beispiel:
Stahlträger, auf denen eine Stahlbetonplatte liegt. Der Verbund zwischen den
Stahlträgern und der Stahlbetonplatte wird über Dübel gewährleistet. Dadurch kommt
es zu einer kraftschlüssigen Verbindung.
Pontonbrücken
Ein Ponton ist ein Schwimmkörper, der über keinen eigenen Antrieb verfügt. Da bei
einer solchen Brücke die Pontons sehr eng beieinander stehen müssen, ist kein
Verkehr auf dem Wasser mehr möglich. Daher werden sie im Notfall eingesetzt, um
eine zerstörte Verkehrsverbindung, wie durch ein Hochwasser, schnell wieder
herzustellen.
2.3.3 Nach dem statischen System
Das statische System beschreibt, wie eine Brücke zu berechnen ist und davon
abhängig zum Beispiel, welche Materialen in Frage kommen.
Balken
Statisch bestimmte Balkenbrücke
Statisch unbestimmte Balkenbrücke
Der Balken, der eine Sonderform der Platte mit einer sehr geringen Breite darstellt,
ist eine der einfachsten Brücken. Um eine entsprechende Breite zu erreichen, muss
man mehrere Balken nebeneinander legen. Dabei überträgt sich die Belastung nur
auf
dem
Balken,
der
gerade
belastet
wird.
Je nach Auflageranzahl und -art unterscheidet man zwischen statisch bestimmten
Balken und statisch unbestimmten Balken. Statisch bestimmte Balken besitzen 1
festes Auflager und beliebig viele bewegliche Auflager. Statisch unbestimmte Balken
besitzen
beliebig
viele
feste
und
bewegliche
Auflager.
8
Als fest bezeichnet man ein Auflager dann, wenn es horizontal gehalten wird, es sich
also nicht bewegen kann. Ein bewegliches Auflager hingegen kann sich horizontal
bewegen. Diese Bewegungsmöglichkeit ist nötig, da sich sonst die Ausdehnung
einer Brücke durch Wärmeeinfluss nicht abbauen kann. Diese Bewegung wirkt dann
als zusätzliche Belastung auf die Brücke und es kann im schlimmsten Fall zum
Einsturz der Brücke kommen.
Platte
Die Platte ist vom statischen System her ähnlich einem Balken. Der Vorteil
gegenüber dem Balken ist jedoch, dass sich die auftretenden Kräfte über eine
größere Fläche verteilen (Verteilungswirkung). Daher kann die Platte im Regelfall
dünner ausgeführt werden. Dabei muss jedoch auf die Ecken besondere Rücksicht
genommen werden, da dort stärkere Belastungen auftreten.
Plattenbalken
Der Plattenbalken ist eine Verbindung von den positiven Eigenschaften einer Platte
und denen des Balkens. Da bei Brücken mit großer Länge eine Platte sehr dick wird,
werden unter die Platte ein oder mehrere Balken eingefügt. Dadurch leitet die Platte
die Belastungen nur die kurze Strecke zu den Balken (anders als alleine, die weite
Strecke zum Auflager). Dadurch kann die Platte wiederum dünner ausgeführt
werden. Die Balken leiten dann die Belastungen zu den Auflagern.
Hohlkasten
Ergänzt man den Plattenbalken mit einer unteren Platte, so hat man einen
geschlossenen Querschnitt, den Hohlkasten. Insbesondere bei Balkenbrücken mit
mittleren und größeren Spannweiten oder bei gekrümmter Linienführung werden
Hohlkastenquerschnitte eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine große Biege- und
Torsionssteifigkeit aus, wodurch große Schlankheiten und rationelle Bauverfahren
wie das Taktschiebeverfahren möglich sind.
Rahmen
Ein Rahmen ist eine Brücke, die keine bauliche Trennung zwischen dem Tragwerk
und den Widerlagern (siehe Punkt C) vorsieht. Daher ist sie sehr wartungsarm.
9
Fachwerke
Fachwerke sind aufgelöste Tragwerke. Diese weisen den Vorteil auf, dass sie einen
geringeren Materialverbrauch haben, als vergleichbare Brücken aus Platten oder
Balken. Dabei werden die Stäbe des Fachwerks vorwiegend auf Zug und Druck
belastet.
Ein Fachwerk verbirgt sich in der Regel auch unter der Verkleidung von gedeckten
Holzbrücken.
Es gibt mehrere Arten von Fachwerken (auf den Brückenbau bezogen):
parallelgurtiges Fachwerk nicht parallelgurtiges Fachwerk pfostenloses Fachwerk
Fachwerk mit untenliegender Fahrbahn Fachwerk mit oben liegender Fahrbahn
Ein berühmtes Beispiel einer großen Fachwerkbrücke, das zudem ohne Strompfeiler
auskommt, ist das 1893 fertig gestellte Blaue Wunder in Dresden.
Bogenbrücken
Eine Bogenbrücke besteht aus einem Bogen, der Fahrbahn und den Hängern bzw.
Stehern. Ein Bogen hat den Vorteil, dass er nur durch Druckkräfte belastet wird.
Daher kann man Materialen verwenden, die keine Zugkräfte aufnehmen können, wie
Stein und Beton. Daher ist diese Art der Konstruktion bei vielen alten Brücken zu
sehen.
Spannbandbrücke
Das tragende Element einer Spannbandbrücke sind mehrere Spannbänder, die eine
Fahrbahn tragen und an den Auflagern auf Zug befestigt sind. Charakteristisch ist
das konkave Durchhängen, denn je größer der Krümmungsradius ist, desto stärker
wird die Zugspannung aufgrund des (Eigen-) Gewichts. Zur Begrenzung der
Durchhängetiefe können Zwischenpfeiler eingefügt werden, wobei dann die
10
Spannbandbrücke ein schlangenlinienförmiges Höhenprofil einnimmt. Ein bekannter
Vertreter dieser Brückengattung ist die Holzbrücke bei Essing über den Rhein-MainDonau-Kanal, die neben der ungewöhnlichen Verwendung von verleimten Holzlatten
als Spannband mit 193 m zugleich die längste Holzbrücke Europas ist.
Schrägseilbrücken
Eine Schrägseilbrücke aus den Pylonen, der Fahrbahn und den Seilen. Sie eignet
sich gut, um weite Strecken freitragend zu überwinden. Alle Kräfte der Brücke
werden über die Seile in den Pylon eingebracht, der diese dann senkrecht als reine
Druckkräfte in den Untergrund ableitet. Da die Seile im Pylon umgelenkt werden,
entsteht
ein
Gleichgewicht,
dass
die
Fahrbahn
trägt.
Sie sind jedoch bei weiten Spannweiten sehr gegen Windschwingungen anfällig.
Hängebrücke
Die Hängebrücke ist ähnlich der Schrägseilbrücke und der Bogenbrücke mit
untenliegender Fahrbahn. Bei der Hängebrücke wird zwischen Pylonen ein Tragseil
aufgehängt. An diesem Tragseil werden Hänger befestigt, senkrechte Seile, welche
die Fahrbahn tragen.
Berühmtes Beispiel einer Hängebrücke ist die Golden Gate Bridge in San Franzisko
USA.
Sie sind jedoch bei weiten Spannweiten sehr gegen Windschwingungen anfällig, wie
es der Einsturz der Tacoma-Narrows-Brücke in den USA am 1. Juli 1940 gezeigt hat.
2.3.4 Nach Bestimmungszweck
Verkehrsmittel
Brücken werden nach der wichtigsten Verkehrs- oder Transportlast unterteilt, z.B.
Straßenbrücken
Autobahnbrücke
Hangbrücke
Behelfsbrücke
Pionierbrücke
Eisenbahnbrücken
Radwegbrücken
Fußgängerbrücken
Förderbandbrücken
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Leitungsbrücken
Trogbrücke - ein Brücke für Schiffe (Flussbrücke)
2.3.5. Nach der Grundrissgestaltung
Da sich bei einer Straßenbrücke die Straße und das Gewässer unter verschiedenen
Winkel kreuzen, wird unterschieden in:
gerade Brücken
schiefe Brücken
Weites ist es auch möglich, dass sich die Straße in einer Kurve befindet, man spricht
dann von einer gekrümmten Brücke.
2.3.6. Gesetzliche Definition
"Als Brücken gelten alle Überführungen eines Verkehrsweges über einen anderen
Verkehrsweg, über ein Gewässer oder über tiefer liegendes Gelände, wenn ihre
lichte Weite zwischen den Widerlagern 2,00 m oder mehr beträgt. (...)"
(Definition nach DIN1076 aus Verkehrsblatt-Dokument Nr. B 5276 Vers. 07/97)
(vgl. www.wikipedia.de Stand 8.7.2005)
3 Didaktische Analyse
3.1 Bezug zum Bildungsplan
„II. Kompetenzen und Inhalte
Klasse 2“2
„7.
NATUR
MACHT
NEUGIERIG:
FORSCHEN,
EXPERIMENTIEREN,
DOKUMENTIEREN, GESTALTEN
Die Schülerinnen und Schüler können
über Naturphänomene staunen;
2
Ebenda, S.100
12
[…]
die Erscheinungen der belebten und unbelebten Natur gezielt wahrnehmen;
Fragen zu Naturphänomenen stellen; einfache Experimente mit und ohne
durchführen,
beobachten
und
dokumentieren;
Naturerfahrungen
miteinander
vergleichen ordnen, Regelmäßigkeiten aufspüren;
[…]
Gegenstände
aus
dem
Alltag,
spielerischer
experimenteller
Umgang
mit
Naturmaterialien, Vergleich nach Ordnungsgesichtspunkten der Kinder und
Materialeigenschaften.
Natur und Naturphänomene aus dem Erfahrungsbereich der Kinder“ 3
„8.
ERFINDERINNEN,
ERFINDER,
KÜNSTLERINNEN,
KÜNSTLER,
KOMPONISTINNEN UND KOMPONISTEN ENTDECKEN, ENTWERFEN UND
BAUEN, STELLEN DAR
Die Schülerinnen und Schüler
[…]
kennen Beispiele wichtiger technischer Erfindungen aus ihrem Alltag.
[…]
einfache Gegenstände selbst herstellen und Werkzeuge sachgerecht benutzen;
einfache technische Funktionszusammenhänge erkennen;
[…]
Vorbilder für Erfindungen in der Natur entdecken und beschreiben.
Inhalte
[…]
• Künstlerinnen, Künstler, Handwerkerinnen und Handwerker als Tüftlerinnen, Tüftler,
Erfinderinnen und Erfinder
[…]
• einfache Modelle mit Materialien und Naturmaterialien
• Brücken, Türme, Bauwerke
• Hebel als Helfer, bei Wartung und Reparatur, bei Balance
und Gleichgewicht.“ 4
3
Ebenda, S.102
4
Bildungsplan, S.100-103
13
3.2 Exemplarische Gegenwartsbedeutung
Brücken begegnen den Schülern im Alltag häufig, ohne dass sie es bewusst
wahrnehmen. Anhand von Brücken lassen sich elementare Bedingungen für die
Stabilität von Bauwerken besonders anschaulich darstellen. Je nach Brückenart
müssen unterschiedliche Dinge berücksichtigt werden.
Die Kenntnisse über Brücken stellen also für die Kinder eine entscheidende
Grundlage dar, um sich viele Alltagsvorgänge erklären zu können.
Besonders wichtig ist, dass die Kinder erkennen welche Vorteile und Nachteile eine
Brücke im Vergleich zu Transportsystemen z.B. Fähren Seilbahnen,… hat, um sich
erklären zu können warum an die verschiedenen Stellen die jeweiligen Systeme
eingesetzt werden.
3.3 Zukunftsbedeutung
Grundlegende Kenntnisse, die mit der Beschäftigung mit Brücken erworben werden
können, können den Schülern helfen sich in ihrer Umwelt besser zurechtzufinden
bzw. sie sich zu erklären. Besonders auch in Bezug auf die spätere Schulzeit können
diese Erkenntnisse den Kindern helfen. So sind zum Beispiel die Kenntnisse über
Statik für die Fächer Technik und Physik von grundlegender Bedeutung.
14
4 Brückenbauen im Unterricht
4.2 Bogenbrücke aus Holzern ohne Verbindungsmaterial
Mit dieser Konstruktion ist es möglich eine beeindruckende Bogenbrücke, aus
einfachen Holzbrettchen nur einer Sorte, zu bauen. Besonders schon ist, dass diese
Art der Konstruktion ohne weitere Verbindungselemente (Nagel, Klebstoff, …) erstellt
wird und trotzdem sehr stabil ist.
Konstruktionsart ist oft unter dem Namen
Leonardo-Brücke zu finden und soll auf den Erfinder Leonardo da Vinci zurückgehen.
Allerdings ist sie vermutlich schon viel älter. So gibt es in China Zeichnungen aus der
Sung-Dynastie, von Brücken dieses Typs, die über 900 Jahre alt sind. Erst vor
wenigen Jahren wurde in der Nähe von Shanghai eine Brücke diesen Typs als
Fußgängerbrücke über einen Vielbefahrenen Kanal gebaut und wird bis heute
benützt. Über den Bau dieser Brücke gibt es auch einen sehenswerten
Dokumentarfilm aus der Reihe: „Rätsel der Vergangenheit“ mit dem Titel: „Die
chinesische Brücke“.
Das Verhältnis von Länge und Hohe der verwendeten Hölzer ist ausschlaggebend
wie stark gebogen die Brücke ist.
In der Schule lassen sich beispielsweise Hölzer mit 30cm länge und 0,5cm Höhe
sehr gut einsetzen um einen flachen Bogen zu erstellen, der trotz der filigranen
Brettchen schon eine erstaunlich tragfähige Brücke ergibt. Für weitere Experimente
mit der Brücke lassen sich sehr gut Hölzer mit 40cm Länge und 1cm Höhe einsetzen.
Die Breite der Hölzer kann dabei jeweils ca. 2cm betragen.
15

Für eine stärker gebogene Brücke muss man die Höhen der Hölzer größer
oder die
Länge kleiner machen.
Um die Tragkraft der Brücke zu erhöhen, können die Brettchen auch „hochkant“
verwendet werden (dazu eignen sich die Hölzer mit 40cm auf 1cm besser). Diese
Veränderung erhöht die Tragkraft der Brücke sehr stark, da die Hölzer so viel stabiler
sind. Dies kann man an jedem Haus beobachten, dass die Hölzer in Dachstuhl
„Hochkant“ verwendet werden.
16
Um eine Brücke zu bauen die stabil und groß genug ist um über sie laufen zu können
kann man eine Brücke aus Latten abschnitten und Brettchen nach demselben Prinzip
bauen.
Um die Gefahr, dass die Brücke durch Verschieben der Hölzer einstürzen könnte
kann man die Hölzer durch Metallstifte, die in vorbereitete Börungen in den Hölzern
gesteckt werden verhindern. Diese Metallstifte (z.b. größere Nägel) sicher die Brücke
aber nur ab und haben nichts mit der eigentlichen Tragkraft der Brücke zu tun.
Für diese Brücke lassen sich gehobelte Dachlatten (mit ca. 4cm auf 2cm) aus dem
Baumarkt sehr gut verwenden. Die jeweils auf ca. einem Viertel der Gesamtlänge der
17
Latten gebohrt werden (ca. 2-3mm Luft lassen) der Durchmesser der Bohrung sollte
so gewählt werden das die Metallstifte leicht einzustecken sind und gut halten.
20 cm
20 cm
81 cm
Die Querstreben lassen sich aus Brettchen oder Lattenstückchen mit ca. 40-50cm
länge verwenden.
Zur Sicherheit können auf beiden Seiten der Brücke jeweils die Hölzer doppelt
verwendet werden. Schwachstellen im Holz wie Astlöcher können so überbrückt
werden.
18
4.2 Brücke in Fachwerkkonstruktion
Brücken aus Fachwerkträger lassen sich aus Holzstäbchen und Rundstäben (z.B.
Abschnitte von Schaschlikstäbchen mit der Länge von 12cm) herstellen.
Die Holzstäbe können ca. 10 cm lang, 1cm Hoch und 0,5cm breit sein. Sie müssen
ca. 0.5cm von den Enden entfernt mit einer Bohrung in stärke der Rundstäbe
versehen werden.
10 cm
19
5 Links zu Brücken
5.1 Informationen für Lehrer
Eine fächerübergreifenden Unterrichtseinheit zum Thema Brücken in der es um die
Grundbegriffe der Statik geht finden sie unter:
http://www.lehrer-online.de/dyn/9.asp?url=594886.htm
Die Klasse 4b der "Grundschule im Einrich" stellt hier eine Auswahl ihrer selbst
gebastelten Brücken vor.
http://gs-katzenelnbogen.bildung-rp.de/bruecken.htm
20
Eine viele Bilder von Brücken aus Baden-Württemberg
und eine Übersicht zur
Berliner Luftbrücke finden sie auf:
http://sesam.lmz-bw.de/start.php
5.2 Kindgerechte Seiten Zum Thema
Wie überquert man einen Fluss?
Hier zeigt Christoph von "Die Sendung mit der Maus" mehr oder weniger
erfolgversprechende Varianten der Flussüberquerung.
http://www.wdrmaus.de/sachgeschichten/flussueberquerung/index.phtml?Seite=alle
Die Geschichte einer der berühmtesten Brücken der Welt können Sie auf dieser
Seite nachlesen:
http://www.medienwerkstatt-online.de/lws_wissen/vorlagen/showcard.php?id=627
Wissenswerte Fakten über den Bau und die Instandhaltung der Golden Gate Bridge
finden Sie auf dieser Website:
http://www.medienwerkstatt-online.de/lws_wissen/vorlagen/showcard.php?id=523
Diese Brücke hat alle Rekorde gebrochen. Zahlen und Fakten zum Bau der
Rekordbrücke finden Sie hier:
http://www.wasistwas.de/technik/alleartikel/artikel.html?tx_ttnews%5Bpointer%5D=2&tx_ttnews%5Btt_news%5D=5196&t
x_ttnews%5BbackPid%5D=58&cHash=3a9e31fb3b
Was im Löwenzahn-Lexikon zum Thema "Brücken" verzeichnet ist, können Sie auf
dieser Seite nachlesen:
http://www.affenterz.de/loewenzahn/starter.asp?page=http://www.affenterz.de/loewe
nzahn/thema/ausgabe18/home.asp
21
5.3 Allgemeine Informationen zu Brücken:
Eine private Homepage welche, die größten und bekanntesten Brücken auflistet und
um die Storys und die Hintergründe, die mit dem Bau oder dem Betrieb der
Bauwerke verbunden sind enthält:
http://www.bernd-nebel.de/bruecken/
Umfassende Informationen zu Brücken finden sie unter:
http://de.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BCcke
Das RDZ Gossau der Pädagogischen Hochschule St. Gallen bietet zum Thema
Brücken eine Lerngarten an. Weitere Informationen dazu finden sie unter:
http://www.phs.unisg.ch/org/phs/phsweb.nsf/f7a7e7f55334dc39c1256d0b003c3cae/c
a5381e20e37b38bc12572a6004809b8?OpenDocument&Highlight=2,br%C3%BCcke
n
Seite mit sehr viele Informationen, einem Online-Shop und sehr umfangreicher
Linkliste zum Thema Brücken. Leider ist die Seite etwas unübersichtlich:
http://www.brueckenweb.de/homepage.php
Eine schöne Seite mit Brücken Lexikon und Bildergalerie von Brücken:
http://www.karl-gotsch.de/
Webseite mit Informationen zu Ingenieurbauwerken und anderen Bauwerken des
Bauingenieurwesen oder der Architektur aus aller Welt und im Verlauf der
Geschichte.
www.structurae.de
Umfangreiche Site zum Thema Brücken. Für die Schule ist vor allem das
Brückenverzeichnis interessant um Brücken einer bestimmten Region zu finden:
www.brueckenbau-links.de
Brücken verbinden 2007. Nach den großen Erfolgen der Schülerwettbewerbe
„Brücken
verbinden“
aus
den
letzten
beiden
Jahren
laden
die
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Südwestingenieurkammern aus Baden-Württemberg, Hessen, Rheinland-Pfalz und
Saarland, zur Teilnahme an einem Wettbewerb unter Realschulen, Gymnasien und
Berufsschulen in den o.g. Bundesländern ein:
http://www.ingkbw.de/dateien/bruecken_verbinden_2007.asp
http://www.deutsche-bruecken.de/
7 Literatur zu Brücken
Lüftner, Werner: Handelndes Lernen im Sachunterricht. Beispiele und Anregungen.
Diesterweg (Broschiert - 1983), ISBN: 3425014978
Michalski, Tilman & Ute: Werkbuch Papier. Ravensburger Buchverlag; Auflage: 2
(Februar 2001) ISBN: 3473378046
Weidig, Ingo: Bogenbrücken - ein Beispiel zu Parabeln in der Technik
In:
Ingo
Mathematik Lehren, Dezember
Weidig
schildert
1989
vielschichtige,
Nr.37 S.11-16;
unterrichtliche
ISSN 0175-2235
Möglichkeiten,
die
in
parabolischen Bogenbrücken stecken. An einer Brücke der Superlative, der
Müngstener Brücke bei Remscheid, werden diese exemplarisch erörtert.
Buerger, W.:
In:
Bild
Die
Leonardo-Brücke.
Wissenschaft,
Mai
1990
Ein
Universalgenie
Nr.5
S.
136-137;
als
Brückenbauer.
ISSN
0006-2375
Eine Brücke ist über einen Fluss zu bauen, mit Brettern, die zu kurz sind, einzeln den
Fluss zu überspannen - ohne Holzleim, Nägel und Werkzeug. Diese schier unlösbar
erscheinende Aufgabe lässt sich aber doch lösen.
23