Erneuerung von Eisenbahnbrücken

Fotos: Stål & Rörmontage AB

Das historische Zentrum von Stockholm, Schweden, erstreckt sich über 14 Inseln. Die Brücken, die diese Inseln miteinander verbinden, sind ständig in Betrieb, so dass jede Sperrung für Wartungsarbeiten lebenswichtige Verkehrsadern abschneidet. Eine Lösung, die künftige Generationen vor Unterbrechungen bewahrt, war daher wichtig für die Erneuerung der am meisten befahrenen Eisenbahnbrücken der Stadt: den vier Söderströms. Der neue Überbau aus molybdänhaltigem nichtrostendem Duplexstahl bietet genügend Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, um die geplante Lebensdauer von 120 Jahren bei minimaler Instandhaltung zu überdauern.

Ein Beitrag von Karlee Williston, International Molybdenum Association.

Der Stockholmer Schärengarten kann, wie viele Siedlungen auf dem Wasser, nicht ohne ein Netz von Brücken funktionieren. Über 340.000 Menschen bewegen sich täglich über die Söderström-Eisenbahnbrücken. Doch nach 60 Jahren intensiver Nutzung waren größere Reparaturen notwendig.

Im Jahr 2013 stellten die örtlichen Verkehrsbehörden fest, dass die Fundamente zwar in gutem Zustand, die Stahlkonstruktionen, die unter den Gleisen liegen, jedoch stark korrodiert waren. Außerdem hatten die Brücken ihre angegebene Lebensdauer überschritten. Daher wurde 2017 mit dem Austausch aller vier Kohlenstoffstahlkonstruktionen durch rostfreien 2404-Duplexstahl begonnen. Jede der Söderströms ist 192 Meter lang und besteht aus 12 vorgefertigten Abschnitten. Insgesamt sind die neuen Eisenbahnbrücken die längsten, die jemals aus rostfreiem Stahl gebaut wurden.

Duplexstahl im Bau – mehr als das Auge sieht

Als die ersten Brückenkonstruktionen aus rostfreiem Duplexstahl (DSS) errichtet wurden, lobte man sie für ihre Schönheit. Ausgefallene Entwürfe wie die Helix-Brücke in Singapur kommen einem in den Sinn.

Duplexstahl im Bau von Eisenbahnbrücken – mehr als das Auge sieht
Die neuen Gleise wurden nur wenige Meter von fahrenden Zügen entfernt verlegt.

Aber Planer denken bei DSS zunehmend über die Ästhetik hinaus. Sie nutzen die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials auch in nicht sichtbaren Anwendungen und schaffen so leichtere Konstruktionen, die weniger Material verbrauchen und weniger Wartung benötigen als ihre Vorgänger aus Kohlenstoffstahl.

Alle DSS-Sorten sind mindestens doppelt so fest wie Edelstahl des Typs 316. Sie sind gut schweißbar und eignen sich daher für eine breite Palette von Anwendungen. Die längere Lebensdauer und der geringere Wartungsaufwand, die DSS mit sich bringt, machen diese Anwendungen weltweit immer beliebter.

Auch wenn die Verwendung von DSS in Konstruktionsvorschriften weltweit anerkannt ist, dominiert Kohlenstoffstahl weiterhin den Markt für den Brückenbau. Brücken aus Kohlenstoffstahl werden als preiswerter wahrgenommen als solche aus Edelstahl. Es gibt sie seit über einem Jahrhundert und sie sind in der Brückenbau- und Instandhaltungsbranche etabliert. Der Bau von Stahlbrücken mit nichtrostenden Duplexstählen hingegen begann in den 2000er Jahren und gilt allgemein als kostspielig.

Die tatsächlichen Kosten einer „kostengünstigen“ Lösung

Der Stockholmer Schärengarten ist von Brackwasser umgeben und im Winter durch den Einsatz von Tausalz belastet – eine doppelte Gefahr für Korrosion. Ohne die antikorrosiven Eigenschaften von Chrom, Molybdän und anderen Legierungselementen, muss eine Brücke aus Kohlenstoffstahl gestrichen oder anderweitig geschützt werden, um solchen aggressiven Einflüssen zu widerstehen.

Auf den ersten Blick erscheint Kohlenstoffstahl mit zwei Millionen Euro für die vier Unterkonstruktionen günstiger – die Unterkonstruktionen aus rostfreiem Duplexstahl kosten mit vier Millionen Euro doppelt so viel. Aber diese Zahlen sind irreführend; sie berücksichtigen nur die anfänglichen Herstellungskosten. In Wirklichkeit werden die Konstruktionen aus Kohlenstoffstahl während ihres Lebenszyklus viel höhere Gesamtkosten verursachen, da sie alle 30 Jahre einen Neuanstrich benötigen – dreimal während der 120-jährigen Lebensdauer.

Die Kosten für den Neuanstrich und die Reparaturen, die nicht die indirekten Kosten für die Stilllegung von Gleisen enthalten, werden über diesen Zeitraum auf 60 Millionen Euro – das 30-fache der ursprünglichen Materialinvestition geschätzt. Betrachtet man die gesamten Lebenszykluskosten, ist die Duplex-Konstruktion erheblich günstiger.

Obwohl alle Stähle zu 100 % recycelbar sind, führt die nichtrostende Duplexstahlvariante zu einer geringeren Umweltbelastung. Der Zustand der Konstruktion wird sich im Laufe der Zeit nicht verschlechtern, wenn die Auswahl des rostfreien Stahls stimmt. Bei richtiger Pflege und Spezifikation kann rostfreier Stahl eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer erreichen. Er benötigt auch keine umweltschädlichen Oberflächenbehandlungen zum Schutz vor Korrosion. Solche Beschichtungen oder Anstriche zersetzen sich mit der Zeit und können die Umwelt verschmutzen, wenn sie abplatzen und abblättern. Sie müssen regelmäßig überprüft und alle paar Jahre nachgebessert werden, bis sie schließlich nach 25 bis 30 Jahren vollständig entfernt und neu aufgetragen werden.

Die tatsächlichen Kosten einer „kostengünstigen“ Lösung für Eisenbahnbrücken
Manuelles Schweißen eines vorgefertigten Brückenteils in der Werkstatt.

Das klingt einfach, bedeutet aber, die Brücke zu sperren, ein Gerüst zu errichten, sie vollständig zu umhüllen – um die Farbsplitter aufzufangen, die zur Vorbereitung der Oberfläche vor dem Auftragen der neuen Beschichtung entfernt werden – und die alte Farbe ordnungsgemäß zu entsorgen. Alle diese Wartungsarbeiten bergen auch ein gewisses Verletzungsrisiko für die beteiligten Personen. Duplex-Edelstahl eliminiert diese potenziellen Gesundheits- und Umweltkosten weitgehend.

Die schwedische Verkehrsbehörde Trafikverket schätzt außerdem, dass aufgrund des vorübergehenden Ausfalls der Infrastruktur während der Reparatur- und Wartungsarbeiten an einer Kohlenstoffstahlkonstruktion zusätzliche indirekte Kosten von 1,3 Milliarden Euro über den 120-Jahres-Zeitraum für die Öffentlichkeit entstehen. Dies macht die Abhängigkeit der Region von diesen Brücken deutlich und die immensen Beeinträchtigungen, die durch Sperrung für Instandhaltung und Reparaturen verursacht werden.

Konstruktion und Montage

Die Söderström-Brücken sind aus rostfreiem Duplexstahl 2404 gefertigt – die ersten Brücken, die in dieser Güteklasse ausgeführt wurden. Der in diesem Edelstahl enthaltene Anteil von 1,6 Prozent Molybdän trägt wesentlich zu seiner Beständigkeit gegen Spalt- und Lochkorrosion bei. Tatsächlich bietet der nichtrostende Duplexstahl 2404 nicht nur eine doppelt so hohe Streckgrenze wie Edelstahl des Typs 316, sondern auch eine verbesserte Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion.

Konstruktion und Montage der Eisenbahnbrücken
An den neuen Brücken wurde Tag und Nacht gearbeitet.

Da der Einsatz von rostfreiem Stahl in großen tragenden Anwendungen relativ neu ist, stellen die Stahlwerke in der Regel keine standardisierten Profile her, wie es bei Kohlenstoffstahl der Fall ist. Bei der Verwendung seriell gefertigter Profile wird jedoch oft mehr Material verbaut als nötig. Kundenspezifische Anpassungen ermöglichen es Ingenieuren und Konstrukteuren, die genauen Querschnittsabmessungen zu spezifizieren und so überflüssiges Material einzusparen. So ist jedes Teil der Söderström-Brücken maßgeschneidert für den Einsatz in den brackigen Schären.

Die einen Meter hohen I-Träger wurden im Servicezentrum für Bleche von Outokumpu hergestellt. Dort wurden die Teile mit dem Wasserstrahl aus Blechen geschnitten, unter Schutzgas geschweißt und anschließend gebeizt. Stål & Rörmontage schweißte die Brückenabschnitte manuell mit dem WIG/MIG Schweißverfahren aus den vorgefertigten I-Trägern. Die 48 Abschnitte mit einer Länge von 16 bis 24 Metern und einem Gewicht von bis zu 18 Tonnen wurden anschließend per Schiff zur Baustelle transportiert und montiert.

Um die Unterbrechungszeiten zu minimieren, wurden die Brücken nacheinander ersetzt. Die Pendler wurden auf ein Ersatzgleis umgeleitet. Es dauerte zwei Wochen, jeden der 12 Abschnitte pro Brücke auszutauschen. Nachts wurde die alte Konstruktion abgerissen und tagsüber die neue eingebaut. Insgesamt wurden für die neuen Brücken beeindruckende 600 Tonnen 2404 Duplexstahl verbaut.

Mit der Fertigstellung der Söderströms im Jahr 2021 hat sich der Betrieb auf Stockholms meistbefahrener Bahnstrecke wieder normalisiert. Dieser enorme Sanierungsaufwand in Schweden ist jedoch nicht einzigartig, denn viele Brücken auf der ganzen Welt nähern sich dem Ende ihrer Lebensdauer. Die zukunftsweisende Konstruktion in DSS verdeutlicht die Vorteile der Verwendung von rostfreiem Stahl für Brücken in Küstennähe oder an Orten mit Tausalzeinsatz. Zum Wohle der Umwelt und der Menschen, die auf diese Infrastruktur angewiesen sind, werden molybdänhaltige nichtrostende Duplexstähle eine immer größere Rolle bei dringend benötigten Sanierungen und Neubauten weltweit spielen.

Catrin ist Redakteurin bei Edelstahl Aktuell. Stahl zieht sich wie ein roter Faden durch ihr Berufsleben. Sie hat eine Ausbildung bei einem Großhändler für Rohr- und Rohrzubehör absolviert und in verschiedenen Funktionen bei einem Hersteller und Lieferanten von Analysegeräten für die Metallindustrie gearbeitet.

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