De smeedijzeren hangbrug in Bazel Ine Wouters, Michael de Bouw
In 1824 gaf burggraaf Philippe Vilain XIIII de opdracht aan ingenieur JeanBaptiste Vifquain zijn kasteel in Bazel uit te breiden en een voetgangersbrug te bouwen over de kasteelvijver. Vifquain, die in 1814 afstudeerde aan de Ecole Polytechnique in Parijs, had op dat moment reeds een reputatie verworven op het gebied van openbare gebouwen, stadsplanning en aanleg van waterwegen. Vifquain overspande de 23 meter tussen de oevers met een elegante smeedijzeren hangbrug. Nu is deze brug de oudste nog bestaande smeedijzeren hangbrug in België, en één van de oudste in Europa.
Figuur 1: Smeedijzeren brug over de parkvijver van kasteel Wissekerke, in 1824 ontworpen door J.B. Vifquain Foto M. de Bouw, 2002
Figuur 2: Het kasteel Wissekerke in Bazel, gezien van op de brug Foto I. Wouters, 2002 Het kasteel van Bazel (ten Zuidwesten van Antwerpen) dateert van de 14de eeuw. Gedurende de daaropvolgende eeuwen werden delen van het kasteel gesloopt, heropgebouwd, verbouwd of vernield tijdens de oorlogen. In de 16de eeuw werden de achthoekige slottoren en de duiventoren toegevoegd. De ijskelder en het neerhof dateren van de 17-18de eeuw. In de 19de eeuw kwam het kasteeldomein in handen van de adellijke familie Vilain XIIII. Ze lieten het park in Engelse stijl aanleggen en gaven ingenieur Jean-Baptiste Vifquain (17891854) de opdracht het kasteel uit te breiden en een brug over de parkvijver te bouwen. Jean-Baptiste Vifquain was op dat moment geen onbekende meer. Na het behalen van zijn ingenieursdiploma aan de Ecole Polytechnique in Parijs in 1814 werd hij aangenomen als assitent-ingenieur bij de dienst Waterstaat. Hij spitste zich toe op kanalen, wateren en bossen. Zo werd hij onder andere belast met de aanleg van het kanaal Brussel-Charleroi. Om zijn kennis bij te schaven reisde hij regelmatig naar Engeland om er de waterwegen en de spoorwegen te bestuderen. Hij zette als eerste stoompompen in voor de wateraanvoer. Voor zijn vernieuwende bijdragen kreeg Vifquain in 1825 de titel van ‘Hoofdingenieur 1ste klasse door Koninklijk Besluit’. Later werd hij Algemeen Inspecteur van Bruggen en Wegen en schreef in 1842 het boek ‘Waterwegen in België’ dat een unieke verzameling is van de toenmalige kennis. Maar ook als architect en stedenbouwkundige heeft hij naam gemaakt. Het ontwerp van het Barricadeplein, de verlenging van de Koningstraat en de creatie van de Nieuwstraat vallen binnen zijn plannen om de stad Brussel te verfraaien, te vergroten en verbindingsassen te creëren. Vifquain werd gevraagd door koning Willem I om een monument te ontwerpen om de overwinning van de slag bij Waterloo te vereeuwigen. Uiteindelijk werd de opdracht aan architect Charles van der Straeten toegewezen, maar Vifquain had naambekendheid verworven en zag zijn klantenbestand aangroeien.
Het brugontwerp dat Vifquain in 1824 voor de parkvijver in Bazel maakte was vernieuwend. Om dit te verduidelijken plaatsen we zijn ontwerp binnen de tot dan toe gerealiseerde brugontwerpen. Daarna gaan we dieper in op de constructiedetails van de brug. Met de bouw van de Iron Bridge over de Severn in Coalbrookdale in 1779 deed gietijzer, naast hout en steen, zijn intrede als constructiemateriaal. Net zoals steen is gietijzer goed bestand tegen drukkrachten en de ideale vorm voor een gietijzeren brug is dus een boogbrug. Het smeedijzer daarentegen, dat even goed (of zelfs beter) bestand is tegen trekkrachten dan tegen drukkrachten, leidt tot een andere brugtypologie, namelijk die van de hangbrug. Bij het bespreken van de evolutie van hangbruggen is de materialisatie en de vormgeving van de hangconstructie belangrijk. Vooral de draagkabel (dit is de bovenste kabel van een hangbrug die het brugdek draagt) is bepalend. Afhankelijk van de materialisatie van de draagkabel zal men spreken van een kettinghangbrug of een kabelhangbrug. De eerste hangbrug, met een draagkabel uit smeedijzeren kettingen, werd in 1741 in Durham in Engeland gebouwd over de River Wear. Toch wordt de Amerikaan James Finley genoemd als grondlegger van de ijzeren kettinghangbruggen. Niet alleen omdat hij in 1801 de eerste ijzeren hangbrug in Amerika bouwde en in 1808 een systeem patenteerde, maar vooral voor zijn correct inzicht in de werking van de structuur. Finley gebruikte de kettinglijn om de vorm en de grootte van de kettingelementen te bepalen. Hij deed suggesties voor de dimensionering van de kettingschakels en het verstijven van het dek. Tussen 1801 en 1824 bouwde Finley 11 bruggen volgens zijn patent. De draagkabel die Finley gebruikte is vormgegeven als een ketting, opgebouwd uit schakels. In Engeland werden geen schakels gebruikt maar platte of ronde staven die eindigen in een oog, de zogenaamde oogstaven. Deze opeenvolgende oogstaven werden in elkaar gehaakt of verbonden door bouten. De hoofdkabel bestond dus uit korte staven die scharnierend verbonden waren. Vanaf 1815 ontwierpen de Engelse ingenieurs Sir Samuel Brown en Thomas Telford verscheidene hangbruggen met smeedijzeren staafelementen. In 1820 bouwde Brown de ‘Union Chain Bridge’ en in 1826 realiseerde Telford de ‘Menai Strait Bridge’ in Wales met een overspanning van 175 m. De bruggen van Isambard Kingdom Brunel zijn van latere datum.
Figuur 3: Union Chain Bridge, in 1820 ontworpen door Samuel Brown. Draagketting en borstwering overlappen elkaar. Foto uit referentie [2]
Figuur 4: Union Chain Bridge 1820, verbinding tussen oogstaven en verticale stijl Foto uit referentie [2]
Figuur 5: Voetgangersbrug in Bazel 1824, verbinding tussen oogstaven en verticale stijl Foto M. de Bouw, 2002 Ook in Frankrijk werden eerst hangbruggen met staven gebouwd. Maar onder invloed van ingenieur Claude Navier, Henri Dufour en Marc Seguin kwam men tot het besef dat kabels die samengesteld zijn uit getrokken draad veel sterker zijn dan staven. In Frankrijk werd vanaf 1827 overgestapt naar kabelhangbruggen. Ingenieur Maarschalkerwaart beschrijft in een eerder verschenen artikel (3) hoe Marc Seguin deze kennis in Frankrijk introduceerde. De eerste brug die de Fransman Marc Seguin op zijn eigen fabrieksdomein in Annonay in 1822 bouwde was een hangende voetgangersbrug. Het betrof een kabelhangbrug met een overspanning van 18 m. Seguin merkte de grote bewegingen op bij het bewandelen van de brug. Het verstijven van de brug werd daarom een belangrijk punt van onderzoek. Een jaar later, in 1823-1824, kreeg Seguin zijn eerste officiële opdracht: een voetgangersbrug met een overspanning van 30 m over de Franse rivier Galloire in St. Vallier. Het voorstel van Seguin is afgebeeld in figuur 6. De krachtenwerking in de brug is duidelijk afleesbaar. Het houten brugdek wordt via smeedijzeren staven opgehangen aan de draagkabel. In totaal worden er aan elke zijde 36 staven voorzien, met een tussenafstand van 80 cm. De trekkrachten in de draagkabel worden via twee massieve brugpijlers afgeleid naar de ondergrond. Bij de bouw van de brug werd getracht om de brug zó stijf te maken dat er geen waarneembare vervormingen optraden wanneer 20 personen over de brug liepen. De verstijving werd gerealiseerd door de houten borstwering uit te voeren in de vorm van een vakwerk. Uit latere berekeningen blijkt dat Seguins intuïtieve oplossing voor de verstijving veel beter was dan de theoretische oplossing van Navier, die beweerde dat het volstaat dat de ketting en het brugdek gewoon voldoende zwaar moesten zijn.
Figuur 6: De 30 m lange hangbrug die Marc Seguin in 1823-1824 bouwde in St. Vallier (boven) en de 23 m lange hangbrug te Bazel in 1824 ontworpen door Vifquain (onder) Tekening uit referentie [2] en I. Wouters
Figuur 7: Detail van de borstwering. Het houten vakwerk dat Seguin gebruikt voor de brug van 1823-1824 in St. Vallier (boven) oogt zwaarder dan de elegante smeedijzeren borstwering die Vifquain ontwerpt (onder) Tekening uit referentie [2] en I. Wouters
De ontwerpopgave die in 1824 aan de Belgische ingenieur Vifquain gesteld werd is vergelijkbaar met het brugontwerp van Seguin over de Galloire. Vifquain kreeg namelijk de opdracht een voetgangersbrug te ontwerpen die een parkvijver van 23 m overspande. Ook Vifquain koos voor een smeedijzeren hangbrug. Hoewel de vorm van de brug veel gelijkenissen vertoont met de hierboven beschreven Franse brug, zijn de uitvoeringsdetails eerder Engels. Het houten brugdek, 190 cm breed, wordt via dunne smeedijzeren staven aan de draagketting bevestigd. De draagketting is, naar Engels voorbeeld, opgebouwd uit platte smeedijzeren oogstaven (Figuur 7). De brugpijlers zijn in gietijzer. In tegenstelling tot de brug van de fransman Seguin, is ook de borstwering uit smeedijzer. Hierdoor oogt de brug licht en transparant. Opmerkelijk is het scheiden van de draagketting en de borstwering. Deze scheiding vereenvoudigt de detaillering aanzienlijk. Anderzijds verkleint de kromming in de hangketting: de hoogte varieert van 2,20 m aan de brugpijler tot 1,00 m in het midden van de brug. De hangketting loopt door de brugpijler en is scharnierend in het landhoofd verankerd. De kleine kromming zorgt voor grote krachten in de verankeringspunten. De draagketting wordt verdeeld in 23 delen. De platte oogstaven zijn dus ongeveer 100 cm lang. In elk knooppunt komen twee oogstaven van de draagketting en één verticale stijl samen. De krachten moeten dus via het verbindingselement doorgegeven worden van het ene stuk ketting naar het andere. In vergelijking met de doorsneden van de oogstaven (1,5 cm x 3 cm) en de stijl (1,5 cm x 1,5 cm) is het verbindingselement zwaar uitgevoerd (2 platen van 1,4 cm x 7,5 cm). En toch blijkt, uit de herberekening van de brug, dat deze verbinding maatgevend is voor de sterkte van de brug. De trekkrachten in de draagketting worden in het verbindingselement immers omgezet naar schuifkrachten in de bouten en hiertegen is smeedijzer minder goed bestand. In die zin zijn de verbindingen waarbij de draagkabel kan doorlopen van de ene brugpijler tot aan de andere brugpijler veel efficiënter. De verbinding tussen draagkabel en verticale stijl wordt dan uitgevoerd in de vorm van een haak of lus die rond de draagkabel grijpt. Uit hardheidsmetingen en een trekproef, uitgevoerd op proefmonsters afkomstig van de brugstijlen, is gebleken dat de sterkte van het gebruikte smeedijzer vergelijkbaar is met dat van modern staal: de vloeigrens bedraagt 250 N/mm², treksterkte 350 N/mm². De rek bij breuk is wel groter (17%). Sinds 1824 zijn er nauwelijks wijzigingen aangebracht aan de brugconstructie. Vermoedelijk is de constructie die het houten brugdek draagt gewijzigd. Nu ondersteunen metalen Uvormige balken, die via een tussenconstructie (halve cirkel) door de verticale stijlen gedragen worden, het houten brugdek. Hierdoor worden de stijlen asymmetrisch belast. De brug werd geklasseerd als beschermd monument in 1981. Tot 1989 woonde de familie Vilain XIIII in het kasteel. Daarna versnipperde het geheel. De neerhoeve en de duiventoren kwamen in het bezit van particulieren, het kasteel werd verkocht aan de gemeente. Het omliggende park en de brug bleven in de familie en werden verhuurd aan de gemeente, die ze vanaf 1989 open stelde voor het publiek. In september van dat jaar werd de brug voor het publiek gesloten omdat het draagvermogen niet langer gegarandeerd kon worden. Na een klein onderhoud (verven en vervangen van het houten brugdek) werd de brug drie jaar later weer opengesteld. Maar omdat het landhoofd en de voortschrijdende corrosie niet aangepakt werden, bleef de brug verzwakken. Sindsdien zijn er geen onderhoudswerken ondernomen met alle gevolgen van dien. Enkele stijlen zijn doorgeroest en gebroken waardoor er torsie is opgetreden, met het uitknikken van de staven in de borstwering tot gevolg. We hopen dat na de restauratie van het kasteel, nu ook de brug in ere hersteld wordt. Het afstudeerwerk van Michael de Bouw, dat in 2003 afgerond werd aan de departementen architectuur, materiaalkunde en bouwkunde binnen de Faculteit Toegepaste Wetenschappen
van de Vrije Universiteit Brussel is alvast een eerste aanzet. In dit onderzoek werd de historische en structurele waarde van de brug onderzocht, werden de materiaalsterktes bepaald en restauratieopties voorgesteld. Bezoekersinformatie: De smeedijzeren hangbrug ligt op het kasteeldomein ‘Wissekerke’ in Bazel, deelgemeente van Kruibeke. Het kasteeldomein is toegankelijk voor het publiek. De ingang van het park ligt aan het Koningin Astridplein te 9150 Bazel (België). http://www.kruibeke.be/bezienswaardigheden/bazel/kasteel/frame.html Referenties (1) de Bouw, M., Restauratiestudie van de ijzeren hangbrug van het kasteel Wissekerke, Licentiaatsverhandeling VUB, 2003, 132 p. (2) Graefe, R., Zur Geschichte des Konstruierens, Stuttgart: Deutsche Verlags-Anstalt, 1989, 248 p. (3) Maarschalkerwaart, H.M.C.M., De in de 19de eeuw in Frankrijk toegepaste hangbruggen en andere typen ijzeren bruggen, Erfgoed van Industrie en Techniek, 2002, 4, p. 112-119 (4) Ruddock, T., Some iron suspension bridges in Scotland 1816-1834 and their origins, Structural Engineer, 81, 2003, p.23-29 (5) De Wilde P., Kruibeke, Bazel-Rupelmonde, Sutton, België, 2002, 128 p. (6) Lederer, A., Jean-Baptiste Vifquain, grand patriote et grand ingénieur méconnu, Mons: Hainaut Tourisme, 1986, 30p. Info over de auteurs Ine Wouters studeerde in 1996 af als burgerlijk ingenieur architect. In 2002 behaalde ze een doctoraat over de ‘Structurele renovatie van de fireproof mill in Brussel: bouwtechniek – draagvermogen – brandweerstand’. Vanaf 2003 is ze professor aan de vakgroep Architectuur van de Vrije Universiteit Brussel. Michael de Bouw studeerde in 2003 af als burgerlijk ingenieur architect aan de Vrije Universiteit Brussel. Hij werkte enkele maanden bij het Brussels studiebureau ORIGIN Engineering and architecture dat gespecialiseerd is in restauraties en renovaties. Vanaf 2004 is hij assistent op de vakgroep Architectuur van de Vrije Universiteit Brussel.
