66 GESCHIEDENIS VAN DE BOUWKUNST Hoofdstuk 6: IJZER EN STAAL
6.1. VAN GIETIJZER TOT STAAL De negentiende eeuw is de eeuw van het ijzer. Het verdrong goeddeels de traditionele steen- en houtconstructies, terwijl het gewapend beton eerst omstreeks 1890 als constructiemateriaal van betekenis werd. De snelle ontwikkeling van het gebruik van ijzer was vooral te danken aan de nieuw ontworpen techniek voor het smelten van ijzererts met behulp van cokes. Voorheen werd hiervoor houtskool gebruikt. Het gebruik van cokes maakte het mogelijk om ruwijzer in grote hoeveelheden te winnen en daardoor economisch bruikbaar te maken voor grote constructies, zoals machines, bruggen en ook gebouwen. Het voornaamste probleem in de ijzerfabricage bleef het verwijderen van onzuiverheden uit het ruwijzer (gietijzer). Dit werd bereikt door talrijke verbeteringen van de oventypes zoals o.m. de “puddeloven” waarmee welijzer (smeedbaar ijzer) kon bekomen worden. In 1860 werd nog een betere kwaliteit bekomen met de z.g. Bessemeroven dat staal (ijzer naar verwijderingen van de koolstof) opleverde. Later kwam nog de Siemens-Martinoven tot ontwikkeling waarbij schroot en erts gezamenlijk werden verwerkt. Het verwerken van ijzer tot halfproducten, geschikt voor het vervaardigen van constructies, geschiedde in de 18de eeuw nog door smeden. In de eerste helft van de 19de eeuw kwam het walsproces tot ontwikkeling. Gedurende de gehele 19de eeuw bleef het gietijzer van grote betekenis.
6.2. EERSTE VROEGE TOEPASSINGEN 6.2.1. IRONBRIDGE (1779) te Coalbrookdale (Eng) over de Severn -samengesteld uit vijf gelijke halfcirkelvormige boogspanten waarvan elke deel alleen op druk belast is, en afzonderlijk in de gieterij werd vervaardigd (vorm van prefabricage). Cirkelvorm is ideaal om alleen op drukkrachten te werken. Overspanning 30 meter -verbindingsconstructies zijn nog afgeleid uit de houtbouw. Wiggen en zwaluwstaarten (geen bouten).
6.2.2. PONT DES ARTS te Parijs (1803 -ir. Louis-Alexandre De Cessart ontwerpt deze voetgangersbrug over de Seine bij het Louvre. -Bij de restauratie in 1983 werden de originele negen overspanningen van 17 meter herleid tot zeven overspanningen van 22 meter in roestvrij staal.
6.2.3. BEURSHAL te Antwerpen (1848) Boven het neogotische interieur ontwerpt Arch Joseph SCHADDE een glazen dak op een ijzerconstructie met 51 op 41 m als grootste maten.
6.2.4. KONINKLIJKE SINT HUBERTUS-GALERIJ (1847) te Brussel Als een der eerste in Europa ontwerpt Arch J.P. Cluysenaer een overdekte winkelstraat. De 7,5 meter brede galerij wordt overspannen door een glazen tongewelf op metaalstructuur, centraal verhoogt met een zadeldak als ventilatiestrook.
Geschiedenis van de bouwkunst
IJZER en STAAL
67 6.2.5. CENTRALE HALLEN te Parijs (1853) Arch Victor Baltard ontwerpt op een modulatiesysteem van 2.00 x 2.00 m een reeks rechthoekige en vierkante ruimten. De structurele modulatie van 6.00 x6.00 m was samengesteld met een skelet uit gietijzeren elementen. In 1971 werden de hallen gesloopt, Momenteel is er nu een groot ondergronds winkelcentrum FORUM DES HALLES
6.2.6. BIBLIOTHEEK SAINTE GENEVIEVE te Parijs (1843-50) Architect Henri Labrouste overspant de rechthoekige leeszaal van 85.00 x 21.00 m door middel van een dubbel boogvormig gierijzeren gewelf, met centrale zuilen, eveneens in gietijzer. De gevels zijn nog in metselwerk, omwille van de omgevingsrelatie met het Pantheon (arch Soufflot) en ziet er uitwendig uit als een Florentijns paleis (integratie in de omgeving-achterliggende structuur is niet uit de gevel af te leiden..
6.2.7. BIBLIOTHEQUE NATIONALE te Parijs (1862-68) Hier overspant arch Henri Labrouste de vierkante leeszaal van 31.50 x 31.50 m door middel van negen sferische koepels uitgevoerd in gietijzeren boogspanten rustend op 16 kolommen in gietijzer. De gevel blijft in natuursteen.
6.2.8. KONINKLIJKE SERRES te Laken (1876-1910) In opdracht van Leopold II bouwt Arch Alphonse Balat de koninklijke serres bestaande uit 1700 m glasgalerijen en een centrale koepel opgebouwd uit 36 rijk versierde boogspanten met een diameter van 60 meter. Deze spanten steunen op een ring van 36 marmeren kolommen
Geschiedenis van de bouwkunst
IJZER en STAAL
68 6.3. DE VOORDELEN VAN STAAL Het voordeel van staal tegenover gietijzer is dat staal veerkrachtiger is en daarom in alle omstandigheden veel beter bestand is tegen alle soorten belasting (druk, trek, torsie,...) Gietijzer is alleen gelijkmatig sterk bij directe belasting, omdat het te bros is om andere soorten druk te verdragen. Het is ook minder betrouwbaar daar de weerstand van verschillende stukken aanmerkelijk verschilt. De vorm waarin staal gewoonlijk gebuikt wordt, als balk of als kolom, is de I-vorm, bestaande uit twee dikke flenzen verbondendoor een dunne plaat of een lijf. Deze vorm die vervaardigd wordt in walsmolens, waarbij het staal langs rollen geperst wordt, biedt weerstand aan de verschillende drukspanningen waar een balk aan bloot staat, terwijl een minimum aan materiaal wordt gebruikt. Het weglaten van onnodig materiaal is bij een stalen balk veel belangrijker dan bij een houten balk, niet zozeer omdat daardoor materiaal bespaard wordt, maar omdat aldus het eigengewicht van de balk tot het minimum wordt herleidt. Het meest voor de hand liggende voordeel van staal is de mogelijkheid om grote afstanden te kunnen overspannen. Voor de bruggenbouw bood zulks onvoorziene kansen. Ook grote ruimten kunnen aldus gemakkelijk en vrij voordelig overdekt worden. De belangrijkste experimenten uit het begin van de staalconstructie waren de enorme tentoonstellingsruimten die door de ingenieurs ontworpen werden voor de diverse wereldtentoonstellingen. Elke tentoonstelling was een gelegenheid om nieuwe records inzake overspanning en hoogte te bereiken.
6.4. CONFLICTSITUATIE Met deze evolutie van de bouwtechniek is een conflict ontstaan tussen de architect en de ingenieur. De architectbouwmeester voelde zich de voortzetter van een kunsthistorische traditie en bleek niet bekwaam om de traditionele architectuur te verenigen met de nieuwe constructie mogelijkheden. Bij vele bouwwerken uit deze periode -inzonderheid bij de stations- werd de metaalconstructie vaak verborgen achter een voorbouw in neostijl. :
6.4.1. NOORD-STATION te Parijs (1861-1864) Metaalstructuur met neoklassieke voorbouw van arch Jacob HITTORF
6.4.2. ST PANCRAS STATION te LONDON (1866) Door arch Sir Georges SCOTT gebouwde metalen hal krijgt een neogotische voorbouw
6.4.3. CENTRAAL STATION te Amsterdam (1881) Gebouwd door arch P.J.H. CUYPERS met een neogotische voorbouw
6.4.4. CENTRAAL STATION te Antwerpen (1905) Met een hal met 64 meter overspanning en een neobarok voorbouw gebouwd door Louis De la Censerie
Geschiedenis van de bouwkunst
IJZER en STAAL
69 6.5. WERELDTENTOONSTELLINGEN Ingevolge de ontwikkeling van de industrie worden talrijke tentoonstellingen georganiseerd om de productie en de handel te stimuleren. Tot 1850 worden haast uitsluitend nationale tentoonstellingen georganiseerd. Na 1850 komen ‘internationale’ of wereldtentoonstellingen’ tot stand ingevolge aangepaste invoertaksen.
6.5.1. LONDON 1581 eerste Wereldtentoonstelling CRYSTAL PALACE Joseph PAXTON tuinarchitect (1803-1865) -ontwerp: -materialen: ijzer glas en hout -plan: rechthoekige plattegrond afm 530 m lengte x126 m breedte, met vijf beuken van verschillende hoogte met vlakke daken met tonvormig dak waaronder de bomen van Hyde Park bewaard bleven.
-modulatiesysteem: basis is 8Ft; glaspanelen van 1 bij 4 ft hoog. -sterk doorgedreven standaardisatie en prefabricatie o.m. van de gietijzeren kolommen en de vakwerkliggers. Zulks maakte het mogelijk de opbouw in zes maanden uit te voeren. -rationele oplossingen van condensatie en waterafvoer. -Na de tentoonstelling werd het paviljoen afgebroken en heropgebouwd te Sydenham waar het in 1936 vernield werd door brand. Het CRYSTAL PALACE vertoont een volledig nieuwe bouwkunstige orde die de wonderste en meest bewonderenswaardige affecten bereikt met middelen van een ongeëvenaarde technische vaardigheid. (omschrijving door J. RUSKIN) Het CRYSTAL PALACE werd veel nagevolgd, o.m. te New York, Dublin, Munchen (Glass-Palast) en Amsterdam
6.5.2 PARIJS De eerste Londense wereldtentoonstelling kende in vele steden in Europa en Amerika navolging: New-York 1853, Munchen 1854, Wenen 1873, Philadelphia 1876, Amsterdam 1880, Antwerpen 1883, Barcelona 1885, Brussel 1888,... De meeste bekendheid verwierven evenwel de tentoonstellingen in Parijs, achtereenvolgens in 1855, 1867, 1878, 1889 en 1900, waarvoor telkens enorme hallen ontworpen werden waarin staal een steeds belangrijker rol in werd toebedeeld.
6.5.2.1. PARIJS 1867 Voor de wereldtentoonstelling van 1867 werd op de Champ de Mars een ovale constructie verwezenlijkt, samengesteld uit zeven concentrische galerijen.
Geschiedenis van de bouwkunst
IJZER en STAAL
70 6.5.2.2. PARIJS 1878 De steeds meer doorgedreven studies en berekeningen voor staalconstructies hadden vooral tot doel grotere overspanningen te verwezenlijken. De ‘GALERIE DES MACHINES voor de tentoonstelling van 1878 bereikte een overspanning van 35 meter bij middel van metalen spanten in boogvorm. De ontwerper J.B. KRANTZ deed voor de uitvoering beroep op de jonge ingenieur Gutave EIFEL, die hiervoor eveneens alle berekeningen deed. Op deze tentoonstelling werd o.m. de eerste hydraulische lift voorgesteld alsmede de ‘gewapend-beton-caissons’ ontworpen en gebrevetteerd door J. MOUNIER.
6.5.2.3. PARIJS 1889 De belangrijkste van alle Parijse tentoonstellingen was ongetwijfeld deze van 1889, honderd jaar na de Franse Revolutie. Ook deze tentoonstelling werd opgebouwd op de Champ de Mars en omvatte een aantal paleizen opgesteld in U-vorm met het PALAIS DES MACHINES en de 300 meter hoge Eiffeltoren in de as van de Seinebrug voor het Trocadero. Het PALAIS DES MACHINES was bedoeld om een overzicht te geven van de recente technische ontwikkeling. Het gebouw zelf was hiermede volledig in overeenstemming zowel door zijn constructie als door zijn uitrusting met o.m. de PONTS ROULANTS die de bezoekers toelieten vanuit de hoogte de geëxposeerde machines te bekijken. Het gebouw was ontworpen door architect CHARLES-LOUIS FERDINAND DUFERT. De hal had een oppervlakte van 115m x 240m met aan weerszijden 13 m brede galerijen in twee niveaus. De overspanning van ruim 110 m werd verwezenlijkt met driescharnier kniespanten met afgeronde hoeken. De spanten, uitgevoerd in vakwerkconstructie met kruisende diagonalen, bereikte een hoogte van 43.5 m. De dakconstructie was verwezenlijkt met vakwerkgordingen op 10.00 m afstand.. Dakbedekking en gevelkoppen waren volledig in glas uitgevoerd zodat het paleis een grote doorzichtigheid vertoonde. De constructie kende evenwel veel kritiek vooral in de Parijse conservatieve pers, zodat het Palais des Machines in 1910 gesloopt werd. Het pronkstuk van de tentoonstelling was evenwel de 300 m hoge EIFFELTOREN, die de felle kritiek van destijds heeft kunnen overleven. De hoofdvorm van de toren is gebaseerd op de krachten die erin optreden ingevolge de windbelasting, welke berekend is op een gemiddelde horizontale druk van 300 kg/m2. De ‘lichtheid’ van de toren is verbazingwekkend. Het totale gewicht van de constructie bedraagt 7.175.588 kg, wat uiterst gering is. Dit kon enkel verwezenlijkt worden dank zij de luchtige, haast doorzichtige constructie waar de wind haast geen vat op heeft.
Geschiedenis van de bouwkunst
IJZER en STAAL
71 6.6.1. GUSTAVE EIFFEL 1832-1923 Gustave Eiffel werd geboren te Dijon in 1832 uit een familie van handwerklieden afkomstig uit Duitsland (Eiffelgebied). Na vier jaar studies aan het Lycée Royal te Dijon gin hij naar Parijs waar hij mislukte in het toegangsexamen voor de Ecole Polytechnique. In 1855 behaalde hij het diploma in de Chemie aan de Ecole Centrale des Arts et Manufactures. Na zijn studies ging hij werken in een bedrijf dat stoommachines en spoorwegmateriaal produceerde. Eiffel leverde hier zijn eerste belangrijk ingenieurs werk bij de bouw van de spoorwegbrug over de Garonne te Bordeaux (1858-1860). In 1864 vestigde hij zich als zelfstandig raadgevend ingenieur terwijl hij in 1867een eigen constructieatelier oprichtte. Voor de wereldtentoonstelling te Parijs in 1867 leverde hij de ijzeren boogspanten voor de buitenste ring van het ovale gebouwencomplex en ook voor de tentoonstelling van 1878 was hij betrokken bij de bouw van de Galerie des Machines. In het Massif Central bouwde Eiffel een aantal hoge spoorweg viaducten o.m bij Busseau, Neuvial, Bouble, Rouzat en Bellon (18641871). Het waren constructies van ijzeren vakwerkliggers met parallelle randen op hoge piramidevormige ijzeren vakwerkpijlers. In 1875 volgde de Maria Pia-spoorbrug over de Douro te Oporto in Portugal. Van zijn ervaring hierbij opgedaan maakte Eiffel gebruik voor de bouw van de merkwaardige spoorwegviaduct over de Truyére bij GABARIT (1884). De bovenkant van dit viaduct ligt ongeveer 125 m boven het dal waar zeer sterke winden heersen. Voor de bouw van deze brug werd gerekend met een windbelasting van 300kg/m2 getroffen oppervlak voor stilstaande treinen en 165 kg/m2 voor bewegende treinen. De hoofdoverspanning van 162 m is gerealiseerd met vakwerkbogen met twee scharnieren aan de voeten. De pijl van de boog is 60 meter op de onderrand. De constructiehoogte in het midden van de boog is 10.00m. De spoorbaan wordt gedragen door vakwerkliggers met parallelle randen. De rijbaan ligt tussen de onder- en de bovenrand van deze vakwerkliggers, zulks om te voorkomen dat de trein bij ontsporing van de brug zou vallen. Eiffel maakte in de periode van 1865 tot 1890 vele bruggen, niet alle in Frankrijk maar ook in Spanje, Portugal, Hongarije, Roemenië, Algerije, Indochina en Peru. Hij bouwde verder een aantal spoorwegstations in Frankrijk, Spanje en Portugal; dat te Pest in Hongarije (1877) is het meest bekend geworden. Ook bouwde hij sluisdeuren, gashouders en een markthal te Bordeaux. Voor het observatorium te Nice, een ontwerp van Charles Garnier, bouwde hij in 1885 een roterende koepel met een diamater van 23 m, niet volgens de conventionele wijze op rollen maar drijvend in een goot waardoor hij uiterst licht was te bewegen. Voor het Vrijheidsbeeld, door Frankrijk aan de Verenigde staten geschonken, gebouwd naar een ontwerp van de beeldhouwer Fédéric Auguste Bartholdi, 46 m hoog, ontwierp Eiffel het inwendige ijzerskelet dat werd bekleed met 2.4 mm dikke koperplaat. Het beeld was in 1884 in Parijs gereed en werd in 1885 naar New-York verscheept. Sinds 1887 was Eiffel’s bouwonderneming opgetreden als hoofdaannemer van het reeds lang in uitvoering zijnde Panamakanaal, een onderneming van Ferdinand de LESSEPS. In 1888 ging de kanaalmaatschappij bankroet, het kapitaal opslorpend dat vele kleine spaarders erin gestoken hadden. De LESSEPS en Geschiedenis van de bouwkunst
IJZER en STAAL
72 vele anderen werden verdacht van fraude. Ook Eiffel werd in staat van beschuldiging gesteld, aanvankelijk tot twee jaar gevangenisstraf veroordeeld, doch in hoger beroep vrijgesproken, zij het op procedurele gronden. Het meest bekende werk van EIFFEL blijft ongetwijfeld zijn toren, gebouwd voor de Parijse wereldtentoonstelling van 1889. Het uitwerken van het ijzerskelet, samengesteld uit 12.000 verschillende elementen was bijzonder moeilijk. Meer dan 18.00 details dienden uitgetekend op ruim 4.000 plantekeningen. Alle onderdelen werden in het atelier geprefabriceerd en te Parijs gemonteerd door 250 arbeiders in minder dan 22 maanden. De 300 m hoge toren was EIFFEL laatste werk. Hij trok zich terug uit zijn bedrijf en wijdde zich aan proeven in zijn laboratorium, hoog in de Eiffeltoren. Vooral op het gebied van de windmetingen verrichtte hij belangrijk werk en bouwde hij windtunnels ten dienste van de opkomende luchtvaart.
Geschiedenis van de bouwkunst
IJZER en STAAL
73 6.6. AMERIKA ADLER EN SULLIVAN Beiden bouwen staalskeletconstructies vooral in Chicago. Hierdoor kon hoger gebouwd worden zonder dat er dikke muren nodig waren, De kantoorhoogbouw ontstond door de druk van de grondprijzen, maar om hoger te kunnen bouwen was een verticaal transport middel nodig (de lift). Ook werd een oplossing gegeven door staal te gebruiken aan de beperkte weerstand van gietijzer aan brand. De lift verdubbelde de hoogte van het kantoorgebouw, het staalskelet verdubbelde die hoogte nogmaals.
6.6.1. AUDITORIUM BUILDING (1886) Een operagebouw met twee torens, Hotel en keukens op het dak, Zaal met variabele omvang van 2500 tot 7000 zitplaatsen. Zaal met luchtconditionering.
6.6.2. WAINWRIGHT BUILDING (1891)
Vlakke gladde gevels met spaarzame decoraties.
6.6.3. GUARANTY BUILDING (1895) Het ornament is in- of uitgesneden, De kracht van de architectuur komt uit het materiaal (geornamenteerd terracotta hult de buitenkant.
Geschiedenis van de bouwkunst
IJZER en STAAL
