Brú til Afríku

Verði Gíbraltarbrúin að veruleika, mun hún kosta um 1.000 milljarða. Og hún verður svo löng að menn hafa þurft að sameina tvær ólíkar aðferðir brúarsmiða, hengibrú og skástagabrú.

Eitt sinn litu Evrópumenn á Gíbraltar sem enda veraldar. Síðar varð þessi hái klettahöfði mikilsmetið kennileiti. Þegar landkönnuðir á heimleið komu auga á höfðann, vissu þeir að heimahagarnir voru í nánd. Og á næstu áratugum gæti Gíbraltar enn öðlast nýtt hlutverk - ef þaðan verður lögð brú yfir sundið til Afríku.

Gíbraltarsund er ekki nema 14 km þar sem það er mjóst og því óneitanlega freistandi að reyna að brúa það. Að meðaltali er sundið um 275 m að dýpt en þar sem það er mjóst fer dýpi þó allt niður í 900 metra. Við þetta bætist svo að hér ríkja miklir sjávarstraumar, oft verður bálhvasst og skipaumferð er mikil. Þessar upplýsingar koma flestum brúarsmiðum til að hrista höfuðið og snúa sér að öðru - en ekki alveg öllum.

Brúarstólpar 1 km að hæð

Í þeim fámenna hópi er einn af allra fremstu brúarhönnuðum heimsins, T.Y. Lin prófessor við Kaliforníuháskóla. Hugmynd hans er vissulega alveg á mörkum hins mögulega í tæknilegu tillit og verði hún að veruleika verður þar með skrifaður alveg nýr kafli í sögu brúarsmíða. Haf milli stólpa verður hvergi jafnlangt í veröldinni og stólparnir sem eiga að bera brúna uppi, munu skaga um 1 km upp í loftið. Til samanburðar eru brúarstólparnir í Stórabeltisbrúnni í Danmörku 254 m háir.

Í sem stystu máli er hugmynd Lins sú að sameina tvær algengar aðferðir, hengibrú og skástagsbrú jafnframt því sem hann hyggst nýta sér reynslu manna af vinnslu olíu og gass á miklu dýpi. Sú þekking kemur að haldi þegar byggja á brúarstöpla upp af miklu dýpi. Brúin verður sem sé svo löng að ekki verður hjá því komist að skipta henni upp í sjálfstæðar einingar sem hver um sig hvílir á eigin undirstöðum. En til allrar hamingju hafa menn uppgötvað allhátt neðansjávarfjall nálægt miðju sundinu þar sem hægt er að koma miðstöplunum fyrir.

Aðalhöfin verða tvö og hvort um sig verður um 5 km að lengd. Svo langar hengibrýr er því aðeins mögulegt að byggja með því að nota ný glertrefjaefni sem eru stórum mun léttari en þau efni sem nú eru notuð í brýr, nefnilega járn og stál.

Hin erfiðu tæknilegu vandamál hafa það í för með sér að brúin verður óhemjulega dýr. Bráðabirgðaáætlun gerir ráð fyrir um 1.000 milljörðum króna. Þessi kostnaður getur einn og sér orðið til þess að slá brúarsmíðinni á frest um nokkra áratugi. Svo má heldur ekki gleyma pólitískri andstöðu, því ekki eru allir jafn hrifnir af þeirri hugmynd að byggja brú milli Evrópu og Asíu.

Slíkrar andstöðu gætir á hinn bóginn ekki þegar um er að ræða annað þrekvirki í brúarsmíðum, nefnilega brú yfir Messínasund milli Ítalíu og Sikileyjar. Sú brúargerð hefur einnig fram að þessu talist vera á sviði draumóranna en ekki raunveruleikans, enda þarf lengsta hafið hér að vera heilir 3,3 km eða 1,3 km lengra en það haf sem nú er lengst - í Akashi Kaiko-brúnni við borgina Kobe í Japan.

En brúin yfir til Sikileyjar verður byggð. Undirbúningur er vel á veg kominn og ef allt gengur vel verður umferð hleypt á þessa brú árið 2011. Brúin verður 60 m breið og þrískipt. Á henni verða tvær akbrautir og ein járnbraut. Það þarf þó vissulega nokkra áræðni til að ráðast í þessa framkvæmd, ekki aðeins vegna þess hve lengsta hafið án undirstöðusúlna þarf að vera langt, heldur einnig vegna þess að hér er mikið jarðskjálftasvæði og það gerir miklar kröfur til öryggist í öllum undirstöðum.

En brúin yfir Messínasund er jafnframt tákngerfingur þess að brúarsmiðirnir verða sífellt áræðnari og kjarkaðri. Mannkynið er komið um langan veg frá því að fyrstu brýrnar voru gerðar. Þær hafa að líkindum verið trjábolir sem látnir voru falla yfir vatnsföll. En reyndar byrjuðu menn mjög snemma að byggja mun þróaðri brýr. Fyrstu yfir sprungur og ár en síðar yfir stærri fljót og mjórri sund. Nú eru menn teknir að byggja brýr um langan veg, jafnvel milli landa eins og Eyrarsundsbrúin er gott dæmi um.

Elstu ummerki um brú sem fundist hafa eru í Englandi. Þetta hefur verið alllöng brú úr timbri og þess vegna er unnt að ákvarða aldur hennar af mikilli nákvæmni. Við aldursákvörðunina var einnig stuðst við árhringi í trénu og niðurstaðan varð sú að brúin hefði verið byggð árið 3806 f.Kr. Elsta þekkta steinbogabrúin fannst í Írak og er talin byggð um 1800 f.Kr. Í Kína er meira en 1.000 ára gömul hengibrú enn í notkun.

Brýr Rómverja standa enn

Rómverjar voru afar góðir brúarsmiðir og margar af brúm þeirra standa enn. Steinbogabrýr hafa þann stóra kost að þurfa engan utanaðkomandi stuðning og séu steinarnir höggnir nákvæmlega rétt til þarf ekki einu sinni steinlím á milli þeirra. Gallinn er aftur á móti sá að steinbogabrýr verða ekki mjög langar og henta því best yfir litlar ár eða annars staðar yfir tiltölulega litlar hindranir.

Á miðöldum voru brýr einkum reistar úr timbri og þessar brýr eru yfirleitt fyrir löngu orðnar að engu. Nýþróun í brúarbyggingum hófst ekki fyrr en 1779 þegar tekið var að byggja brýr úr pottjárni. Pottjárnið þolir þó ekki nema takmarkað átak og það var því ekki fyrr en stálið kom til sögunnar sem fyrir alvöru var unnt að byggja brýr úr málmi. Og samtímis því tóku verkfræðingarnir að þróa brúarsmíðina út í alveg nýja fræðigrein. Fram að þessum tíma höfðu menn í bókstaflegri merkingu byggt á reynslunni. Brúarsmiðir skoðuðu verk fyrirrennarar sinna og gerðu svo eins. En þegar verkfræðingarnir tóku að öðlast skilning á þeim öflum sem hafa áhrif á brýr, öðluðust þeir jafnframt kjart til tilraunastarfsemi og nú fylgdi hvert meistaraverkið á fætur öðru.

Og þannig er það enn í dag. Aldrei fyrr í sögu mannkynsins hafa verið byggðar jafn stórfenglegar brýr og meðal þeirra verkfræðinga og arkitekta sem fást við hönnun brúa er nú orðin íþrótt að yfirbjóða hver annan. Það er þó einkum lengsta haf - eða lengsta samfellda bil milli stöpla - sem veldur mönnum erfiðleikum. Það er í sjálfu sér ekki vandasamt að byggja langar brýr ef alls staðar er hægt að byggja stöpla eða súlur til að halda henni uppi. Lengsta brú í heimi er einmitt af þessari gerð. Þetta er Pontchartrain-brúin við New Orleans, sem er 38,6 km löng og byggð á 9.000 steinsúlum.

Í sumum tilvikum ganga menn líka aðeins lengra en nauðsyn ber til. Þannig er lengsta haf í nýju brúnni yfir höfnina í New York 1.298 metra langt. Það hefði mátt vera styttra en með þessu móti er lengsta hafið 18 metrum lengra en í Golden Gate-brúnni í San Francisco.

Vindur versta ógnin

Í langflestum tilvikum standa brýrnar sig eins og hönnuðirnir ætluðust til, en einstaka sinnum fer þó illa. Þann 28 desember 1879 lét Tay-brúin í Skotlandi - sem þá var lengsta brú í heimi - undan þunga járnbrautarlestar sem fór í vatnið og 76 manns fórust. Rannsókn á slysinu leiddi í ljós að við hönnun brúarinnar hafði ekki verið gert ráð fyrir álagi af völdum vinds, en þennan dag var einmitt nokkuð hvasst.

Vindur átti einnig hlut að máli í því brúarslysi sem líklega hefur orðið frægast. Þetta slys varð árið 1940 þegar öflugur vindur í óheppilegri átt kom Tacoma Narrows-brúnni í vesturhluta Bandaríkjanna til að sveiflast. Sveiflurnar urðu sífellt stærri uns þar kom að þessi hengibrú féll.

Öll brúarslys eru vandlega rannsökuð og verkfræðingar hafa lært mikið af þeim. Eftir að Tacoma Narrows-brúin hrundi, var t.d. tekið að hanna hengibrýr á alveg nýjan hátt. Þær eru nú byggðar þannig að vindurinn geti ekki haft nema takmörkuð áhrif á þær og áður en hafist er handa eru gerðar tilraunir með líkan í vindgöngum.

En þrátt fyrir mikla reynslu og kynstrin öll af útreikningum geta mistök enn orðið. Þetta kom berlega í ljós þegar “The Millennium Bridge”, göngubrú yfir Thames-ána í London var opnuð árið 2000. Tíu mínutum eftir að brúin var opnuð tók 144 metra langur miðkaflinn að sveiflast harkalega og fólk neyddist til að halda sér dauðahaldi í handriðin. Eftir tvo daga var brúnni lokað. Við skoðun á myndbandi kom í ljós að brúin gæti tekið að sveiflast ef fólk færi af einhverri ástæðu að ganga í takt. Það var ekki fyrr en eftir gagngera endurhönnun og breytingar sem brúin var opnuð aftur.

Brú á að standa í 100 ár

Það eru margvíslegar hættur sem taka þarf tillit til þegar ný brú er hönnuð. Sums staðar stafar mest hætta af jaðrskjálftum, annars staðar eru það storma, ísing eða kannski hættan af umferð skipa. Álag sem myndast af umferð um brúna er nú oft í hópi smærri vandamála sem leysa þarf. Ástæðan er sú að þungi umferðarinnar er yfirleitt tiltölulega lítill í hlutfalli við þunga brúarinnar sjálfrar. Álag af völdum umferðar getur þó lagst misjafnlega á brúna. T.d. segir sig sjálft að 3.000 tonna flutningalest veldur miklu álagi.

Til að öðlast vissu um að brúin standi undir álaginu er gengið út frá því versta sem hugsanlega gæti komið fyrir. Að þessu loknu eru allar styrkleikatölur margfaldaðar með 1,5 og þegar um er að ræða þá strengi sem halda hengibrú eða skástagabrú er gengið enn lengar. Þessir strengir eru yfirleitt gerðir til að þola tvöfalt mesta hugsanlega álag.

Stórum brúm er ætlað að endast a.m.k. í heila öld. Þær eru sem sagt þannig byggðar að fyrstu 100 árin á ekki að þurfa að skipta um t.d. neina strengi, burðarvirki né súlur. Engu að síður þarf brúin mikið og stöðugt viðhald og reglubundið er skipt um ýmsa hluti sem mikið reynir á. Þegar kostnaðurinn er reiknaður, er viðhaldskostnaðurinn því alltaf stór hluti þess reikningsdæmis. Við stærstu brýrnar er þannig fastráðið starfslið sem sér t.d. um að mála alla hluta brúarinnar reglubundið.

En ekki endast þó allar brýr jafn lengi og til stóð. Þannig fór t.d. um sænsku brúna frá Kalmar til Ölands í Eystrasalti. Í henni reyndist steypan svo gölluð að strax eftir 20 ár þurftu menn að fara út í dýrar viðgerðir og endurbætur sem að lokum kostuðu meira en brúin sjálf.

Lyftibrýr valda vandræðum

Þegar brýr eru lagðar yfir siglingaleiðir er um tvo möguleika að ræða: Hægt er að byggja lága brú sem þá þarf að vera unnt að opna fyrir skipum með því lyfta brúarflekum. Þetta er oftast ódýrasta lausnin en hún veldur jafnframt vandræðum bæði fyrir umferð skipa og bíla. Það er sjaldnast vinsælt að láta hundruð eða þúsund bíla bíða meðan stór fraktari þokast hægt og silalega framhjá. Hinn kosturinn er sá að hafa brúna nægilega háa til að jafnvel stór skip komist undir hana. Gallinn við þetta er sá að miklar byggingarframkvæmdir þarf á landi, þar eð umferð bíla og lesta þarf að leggja um langar upphækkanir.

Svo sérkennilegt sem það kann að virðast eru ekki til neinir alþjóðlegir staðlar um hæð undir brýr þegar skipaumferð er annars vegar. Þegar Danir byggðu Stórabeltisbrúna var hæðin undir hana ákvörðuð 65 metrar. Þetta dugði vel stærstu skipum sem þá sigldu um höfin. En engu að síður bárust kvartanir frá Finnum. Þeir byggðu sem sé olíuborpalla sem voru allt að 250 m á hæð og nú var ekki lengur hægt að draga þá út á heimshöfin. Úr þessu varð rimma sem endaði með því að Danir þurftu að greiða Finnum stórfé í bætur fyrir að hafa að hluta lokað þessari mikilvægu siglingaleið.

Og skipin verða sífellt hærri. Í Hong Kong hafa menn því ákveðið að ný brú sem þar er verið að byggja, “Stonecutters Bridge”, verði í 73,5 m hæð og undir nýja brú yfir Panamaskurð verða 80 metrar.

Ímyndunaraflið virkjað

Báðar þessar brýr verða svonefndar skástagabrýr en sú byggingaraðferð er tiltölulega ný af nálinni. Þessi aðferð nýtur nú mjög aukinna vinsælda, ekki síst þar eð hún gefur ímyndunarafli hönnuðanna mun meira svigrúm en áður þekktist.

Fyrsta brúin af þessari gerð er þó orðin hálfrar aldar gömul. Við fyrstu sýn minna þessar brýr óneitanlega mjög á hengibrýr en munurinn er sá að hér er ekki þörf á þeim stóru akkerisblokkum sem eru nauðsynlegar við hengibrýrnar. Þetta auðveldar mjög bygginguna og verkfræðingum tekst nú stöðugt að lenga lengsta mögulega haf milli stöpla. Eyrarsundbrúin á nú heimsmetið í hópi þeirra skástagabrúa sem bæði ber járnbrautir og bílaumferð. Lengsta haf er 490 metrar.

En þetta met verður slegið innan tíðar. Á næsta ári verður opnuð skástagabrú yfir Kórintuflóa í Grikklandi, Gefyrabrúin, og þar verður á þrem stöðum 560 metra haf milli stöpla. Þessi lengd er þó engin ógnun við lengsta haf í hengibrúm. Það met á nú Tatarbrúin í Japan, tæpa 900 metra.

Langur aðdragandi

Það getur oft liðið mjög langur tími áður en hugmynd að stórri brú verður að veruleika. Það geta liðið 50 ár frá því að brúargerðin er tæknilega framkvæmanleg þar til hún verður að veruleika. Langmestur tími fer í pólitíska umræðu, fjárhagslegar vangaveltur og skoðanaskipti út frá umhverfissjónarmiði og mjög oft reynast íbúar í grennd við brúarstæðið hörðustu andstæðingarnir. Reynslan sýnir þó að nágrannarnir skipta um skoðun þegar brúin er á annað borð komin í gagnið. Þá hljóðnar gagnrýnin og í staðinn má heyra fólk velta því fyrir sér hvernig það hafi eiginlega verið hægt að búa hér áður en brúin kom. Stundum fer staðbundið tímatal að miðast við opnun brúarinnar. “Var það áður eða eftir að brúin kom?” á fólk til að spyrja.

Ferja tengir - brú sameinar

Slíkar spurningar undirstrika þá þýðingu sem brúin hefur - ekki aðeins fyrir næsta nágrenni heldur stór landsvæði. Brýr sameina landssvæði en ferjurnar sem brýrnar leysa oft af hólmi, geta aldrei gert betur en að tengja þau saman. Ferjur eru óhjákvæmilega flöskuhálsar í umferðinni en um brúna flæðir umferðin stöðugt og án fyrirhafnar.

Ný brú skapar undantekningarlítið mikla umferðaraukningu. Þannig fóru um 5 milljónir bíla með ferju yfir Bosporussund við Istanbúl í Tyrklandi árið 1973 áður en sundið var fyrst brúað. Árið 1978 var umferðin yfir brúna komin í 30 milljónir bíla. Í Lissabon, höfuðborg Portúgals mátti sjá alveg sömu þróun. Í gegnum borgina fellur áin Tejo og meðan taka þurfti ferju yfir hana fóru þar yfir um 2 milljónir bíla á ári. Svo voru byggðar brýr og umferðin fór upp í 25 milljónir bíla árlega.

Umferðaraukninguna er auðvelt að mæla og hún er líka nokkuð glöggur mælikvarði á notagildi brúarinnar. Hin dýpri þýðing brúargerðarinnar felst þó í því alveg nýja samspili sem nú myndast milli þeirra landssvæða sem brúin tengir og iðulega lenda bæði í mikilli efnahagsuppsveiflu. En á öllum peningum er líka bakhlið og þar sem brú tengir saman mjög missterk svæði, t.d. borg og eyju, er það sterkara svæðið sem hefur betur. Atvinnutækifærin geta t.d. flust úr eyjunni inn í borgina þegar brúin kemur.

Oft reynist ávinningur af brúarsmíðinni svo mikill að byggja þarf fleiri brýr. Þannig geta brýr getið af sér fleiri brýr. Víða um heim má sjá brýr sem annað hvort hafa verið tvöfaldaðar eða nýjar brýr hafa verið byggðar í næsta nágrenni. T.d. eru nú komnar tvær brýr yfir Bosporussund og sú þriðja er á teikniborðinu. Yfir San Franciscoflóa liggja nú 5 brýr en Golden Gate-brúin er þó enn sú langsamlega best þekkta.

Golden Gate-brúin var opnuð 1937 og er út af fyrir sig afar gott dæmi um ákveðin hliðaráhrif margra brúa. Brýr eru sem sé alloft mikil meistarastykki bæði frá verkfræðilegu og fagurfræðilegu sjónarmiði og geta þannig orðið eins konar vörumerki fyrir heil landssvæði. Þannig er Golden Gate-brúin fyrir löngu orðin að helsta tákni San Francisco, rétt eins Brooklyn-brúin er ákveðið vörumerki fyrir New York, Karlsbrúin fyrir Prag og Ríaltóbrúin fyrir Feneyjar.

Brúarsmiðir skoða bein

Margar brýr ná þó aldrei neinni frægð og hljóta kannski ekki einu sinni ákveðið nafn. Langflestar brýr í vegakerfum heimsins láta ósköp lítið yfir sér og liggja kannski aðeins yfir lítið vatnsfall. Engu að síður gegna þær veigamiklu hlutverki við að auðvelda okkur skjótar samgöngur milli staða.

Og þessum yfirlætislausu brúm fjölgar stöðugt. Þegar nútíma hraðbrautir eru lagðar er brúargerð oftast stærsti einstaki kostnaðarliðurinn. Og nýjar járnbrautir fyrir háhraðalestir þurfa að vega svo beinar að lausnin felst oft í því að leggja járnbrautina á brú upp í loftið, jafnvel þótt ekki sé beinlínis yfir neinn farartálma að fara. En þannig má leggja brautina beinni en ella og lestirnar geta því farið mun hraðar. Ódýr er þessi lausn þó ekki. Það er talið 5 - 10 sinnum dýrara að byggja járbrautir á stólpum en á jörðu niðri.

Brýr framtíðarinnar kunna að verða byggðar úr allt öðrum efnum en nú eru notuð. Um þessar mundir eru t.d. vísindamenn við Bath-háskóla á Englandi að gera tilraunir með ný efni sem bæði eru mjög létt og mjög sterk og að byggingu minna að sumu leyti á bein. Erfiðasta vandamál sem brúarsmiðir samtímans þurfa að glíma við, felst í þeim eðlisfræðilegu takmörkunum sem haf milli stöpla getur lengst orðið. Þessi eðlisfræðilegu mörk liggja nú við 8 km. Þá eru burðarvírarnir sem sé orðnir svo þungir að þeir halda aðeins sjálfum sér en ekki brúnni sjálfri - hvað þá umferð. Með nýjum efnum í burðarvíra og brúargólf, léttari og sterkari, má þenja þessi mörk verulega. Koltrefjaþræðir vega t.d. aðeins fjórðung af þunga stálþráða sem nú eru notaðir í burðarvíra og takist að nýta slík léttvigtarefni opnast möguleikar á nýjum og stórfenglegum brúarmannvirkjum.

Og hugmyndir um nýjar og stórfenglegar brýr skortir ekki. Það eru ekki bara Gíbraltar- og Messínasund sem menn langar að brúa. Í Danmörku og Þýskalandi eru t.d. uppi hugmyndir um að byggja brú milli Lálands og Fermern. Í Malasíu láta menn sig dreyma um lengstu brú í heimi, 42 km brú yfir Malakkasund til Súmötru. Um þetta sund er talsverð skipaumferð en víðast er það þó fremur grunnt. Enn aðrir eiga sér þann draum að tengja saman Ameríku og Asíu með brú yfir Beringssund. Sundið er 88 km breitt en í því eru eyjar sem gætu hugsanlega auðveldað þetta stórvirki. Yrði brú yfir Beringssund einhvern tíma að veruleika, yrði þar með mögulegt að aka á samfelldri hraðbraut um nánast allan heim, allt frá Nordkap í Noregi til Eldlands, syðst í Suður-Ameríku, án þess að þurfa nokkurs staðar að taka ferju.