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Ein Ingenieur, der den Bogen raus hatte
Im Alter von 90 Jahren starb 2017 Giovanni Lombardi, der Gründer des gleichnamigen Tessiner Ingenieurbüros. Seine grössten Projekte waren von Bögen geprägt: Berühmte Bogenstaumauern tragen seine Handschrift, und gebogene Linienführungen von Tunneln bescherten ihm auch mit 80 Jahren noch Erfolge.
Das Problem in den 1960er-Jahren ist ein altes: Zwischen Göschenen und Airolo soll ein neuer Tunnel entstehen, diesmal für die Nationalstrasse. Der geradlinige Eisenbahntunnel von Louis Favre ist bereits seit 1882 in Betrieb. Mit einer durchschnittlichen Überdeckung von 1100 m stellt er die direkte Verbindung Uris mit dem Tessin dar. 1965 werden vier Ingenieurbüros eingeladen, ihre Entwürfe für den noch heute längsten Strassentunnel der Alpen vorzulegen. Drei davon nehmen die gerade Linienführung der Eisenbahn auf; eines aber, das Ingenieurbüro von Giovanni Lombardi, schlägt einen bis zu 2.4 km nach Westen ausholenden Bogen vor. Lombardi ist sehr erfahren in der Geologie, er kennt die Gegend und das Gelände – baut er in dieser Zeit doch die vier wichtigsten Viadukte der neuen Gotthard-Passstrasse, darunter die Fieud-Serpentine (tornante di Fieud), die westlichste Kurve an der Südauffahrt zum Pass. Mit ihr löst sich die Strasse kurzzeitig vom Hang und führt scheinbar in die Leere, um sich nachher sogleich wieder an den Bergrücken zu schmiegen.
Lombardis Vorschlag der gekrümmten Tunnelführung erhält den Zuschlag: Zwischen 1970 und 1980 entsteht unter seiner Leitung der Gotthard-Strassentunnel. Die Vorteile seines «Um-die-Ecke-Denkens» – in diesem Fall «Um-den-Bogen-Denkens» – lagen auf der Hand: Durch die Verlegung des Tunnels in Richtung der Furche des Gotthardpasses standen einem etwas längeren Strassentunnel bedeutend kürzere Lüftungsschächte gegenüber, die auch noch von der Passstrasse her leichter erreichbar waren. Zudem konnte eine geologische Störung umgangen werden. Dieses geniale, aus heutiger Sicht vielleicht logisch banal erscheinende Konzept war damals mindestens innovativ, womöglich sogar revolutionär und vergünstigte das Projekt um 100 Millionen Franken.
Folgender Satz Lombardis passt nicht nur zum Gotthard-Strassentunnel, auch aus anderen seiner Grossprojekte ist Innovationsgeist und Aufgeschlossenheit gegenüber neuartigen Lösungen und Methoden ablesbar: «Der Ingenieur muss sich auch Lösungen vorstellen können, die vom traditionellen Schema abweichen – er muss sie dann aber in Ruhe analysieren und bewerten können, ohne sich durch übermässige Begeisterung, die die Originalität seines Vorschlags auslösen mag, beirren zu lassen.»
Lombardis Karriere: geradlinig nach oben
Schon zu Beginn seiner Ingenieurslaufbahn zeichnete sich ab, dass Lombardis Arbeitsleben von Bogengebilden geprägt sein würde: Sein Dissertation, die er 1955 an der ETH Zürich veröffentlichte, trug den Titel «Les barrages en voûte mince» und befasste sich mit der statischen Untersuchung schlanker Bogensperren. Zuvor, nach Abschluss seines Studiums, ebenfalls an der ETH, hatte der gebürtige Leventiner, der in Südfrankreich aufgewachsen war und aufgrund des Zweiten Weltkriegs in die Schweiz zurückkehrte, im Freiburger Ingenieurbüro von Henri Gicot und bei Arnold Kaech in Bern gearbeitet. Gicot und Kaech machten sich weltweit als Talsperrenbauer einen Namen. In der Schweiz war Gicot an der 1921 fertiggestellten Staumauer Montsalvens und an der Rossens-Bogenstaumauer (1948) beteiligt, Kaech an der Spitallamm-Mauer, die 1932 am Grimselpass entstand.
Kurz nach seiner Promotion eröffneten Giovanni Lombardi und sein Studienfreund Giuseppe Gellera (1925–1976) in Locarno ihr eigenes Ingenieurbüro, Lombardi & Gellera. Das Unternehmen mit über 100 Mitarbeitenden spaltete sich jedoch 1964 auf.
Es waren die Boomjahre nach dem Weltkrieg, in denen sich Wirtschaftsaufschwung und Grosswasserkraft die Hand gaben. Veranschaulichend seien hier einige Zahlen aus Italien, dem Land mit dem grössten Alpenanteil, aufgeführt. Bis 1920 gab es dort ungefähr dreissig Stauseen. Bis zum Zweiten Weltkrieg waren es bereits 200 – der Faschismus wollte dank der «weissen Kohle» möglichst energieautark sein, aber auch die landwirtschaftliche Bewässerung spielte eine Rolle. Seit 1950 wurden allein in Italien etwa zehn Talsperren pro Jahr gebaut, sodass sich die Zahl bis 1970 annähernd verdoppelte.
Der Ausbau der Wasserkraft in diesen Jahren betraf aber nicht nur Italien, sondern alle hierfür geeigneten Gebiete, insbesondere die Alpen und die Pyrenäen. Von 25 grossen Staudämmen, die im Sommer 1964 bei einer Ausstellung im New Yorker Museum of Modern Art unter dem Titel «Twentieth Century Engineering» gezeigt wurden, standen sieben in den französischen Bergen, vier in Italien und vier in der Schweiz.
Im Tal des grünen Wassers: die Contra-Staumauer
Am Aufschwung der Grosswasserkraft nimmt das Büro Lombardi & Gellera regen Anteil: Zwischen 1957 und 1966 entwirft und baut es die Contra-Bogenstaumauer, die den Lago di Vogorno im Verzascatal aufstaut.
Die doppelt gekrümmte Bogenkonstruktion hat eine Kronenlänge von 380 m und ist mit 220 m Höhe die vierthöchste der Schweiz. Mit ihrem geringen Betonvolumen von 660 000 m3 – ihre Mauerdicke variiert von 25 m an der Basis bis zu 7 m an der Krone – stellt sie eine der kühnsten Konstruktionen der Schweiz dar. In späterer Zeit sollte sie weltweit bekannt werden – springt James Bond doch im Prolog von «Goldeneye» von ihr herab. Heute kann es ihm auf einer Bungee-Sprunganlage jeder nachtun.
Die Taten des Entwerfers wurden zwar nie in Szene gesetzt, dafür sind sie echt, beeindruckend – und reich an Anekdoten: Da beim Freilegen des Felsens für die zukünftigen Fundamente schlechtes Gestein zum Vorschein kam, wurde die Mauer kurzerhand von Lombardi und dem Bauunternehmer einige Meter versetzt weitergeplant und gebaut. Die Behörden erfuhren erst nachträglich von der Änderung.
Computer für die Contra-Sperre
Als erste Talsperre der Welt wurde die Contra-Bogenstaumauer mit Computerhilfe berechnet (vgl. «Warum schauen wir nicht mal, was diese Computer machen?»). Ein Rechner stand in Zürich, der andere in Lausanne; aufgrund spezifischer Leistungsgrenzen der Maschinen wurden sie in unterschiedlichen Berechnungsphasen eingesetzt. Somit können Lombardi und sein Büro als Vorreiter in Sachen Staumauerberechnung angesehen werden. Wie üblich wurden aber auch Modellversuche durchgeführt, einer am Ismes (Istituto Sperimentale Modelli e Strutture) in Bergamo, ein zweiter an der VAW (heute: Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich).
Das Contra-Modell am Ismes wurde im Massstab 1 : 66.6 hergestellt und war etwa 3.5 m hoch. Als Material kam sogenannter Mikrobeton zum Einsatz, eine Mischung aus Zement und Bimsstein. Er weist ein ähnliches physikalisch-mechanisches Verhalten auf wie der unbewehrte Beton, mit dem die tatsächliche Mauer gebaut werden sollte.
Die Modelluntersuchungen gestalteten sich aufwendig: Ein Vormodell aus Holz half bei der Dimensionierung der Abmessungen, Schalungen aus verstärkten Gipsblöcken mussten erstellt werden, und eingesetzte Ankerstäbe dienten der Simulierung des Eigengewichts. Das Modell bildete nur zwölf vertikale Fugen (die Hälfte der realen) sowie die inneren Inspektionstunnel und vertikalen Schächte ab. Um eine originalgetreue Darstellung des hydrostatischen Schubs zu erhalten, belasteten 102 Hydraulikzylinder, die jeweils auf Stahl- und Betonverteilerplatten mit einer Korksohle drückten, das Modell. Ein komplexes System von Messgeräten (elektroakustische und mechanische Komparatoren und Dehnungsmessstreifen) diente dazu, auftretende Verformungen und Verschiebungen zu erkennen.
Erst beim 5.8-fachen Wert des normalen hydrostatischen Wasserdrucks erfolgte der Bruch im Modellversuch. Am kleineren hydraulischen Modell der VAW wurden unter anderem die Form der Überläufe und deren korrekte Anströmung untersucht.
Bogenstaumauern um den ganzen Erdball
Die Talsperre im Verzascatal bildete den Auftakt zu vielen weiteren Talsperrenprojekten Lombardis. 1965 wurde die Doppelbogenstaumauer von Roggiasca in Graubünden fertiggestellt, 1969 die Kops-Staumauer in Vorarlberg. Wie später beim Gotthard-Strassentunnel gelangte Lombardi hier mit einem Bogen als Alternative zum Auftrag. Er schlug vor, eine 600 m lange, zu kostspielig geplante Schwergewichtsstaumauer durch eine kürzere zu ersetzen, und fügte dieser eine Doppelbogenstaumauer bei, was den Betonverbrauch und damit die Kosten senkte.
Das Wissen und die Erfahrung Lombardis wurden zunehmend auch international geschätzt. So wurde Österreichs höchste Talsperre, die 200 m hohe Kölnbreinsperre, die erst wenige Jahre alt war, nach einem Entwurf Lombardis von 1989 bis 1992 instandgesetzt. Neben zahlreichen weiteren Mauerertüchtigungen war der Wasserbauexperte, der zwischen 1979 und 1985 auch Präsident des Schweizerischen Talsperrenkomitees war und anschliessend drei Jahre die Präsidentschaft der Icold (International Commission on Large Dams) innehatte, immer noch an Neubauten beteiligt, nun aber weltweit. In der Türkei entstand am Euphrat die Karakaya-Talsperre (1987); auch in Algerien war Lombardi vor Ort, etwa mit dem Vorprojekt der Bogenstaumauer Tichi-Haf, und in Mexiko wurden 1995 die Staumauern von Huites und Zimapán fertiggestellt.
Theorien aus der Praxis, für die Praxis
Bei der Planung und Umsetzung seiner Grossprojekte stiess Lombardi immer wieder an die Grenzen des damals Möglichen. Die Berechnungsbeschränkungen konnten zwar mithilfe der Computer im Lauf der Zeit immer weiter nach oben verschoben werden, jedoch erkannte Lombardi schnell, dass eine alleinige Berechnung noch keine Problemlösung darstellte. Vielmehr kann sein Schaffen als ein beständiges Verstehenlernen der komplexen Zusammenhänge zwischen Umgebung und Bauwerk und ihrer besseren Erfassung gesehen werden, um letztlich der Problemstellung eine geeignete Lösung entgegenstellen zu können. « (…) Denn die Intuition des Ingenieurs, die auf einer tiefen und soliden Kenntnis der Gesetze der Physik, Mechanik, Geologie und Geotechnik oder der Naturwissenschaften im Allgemeinen beruht, sollte es ihm ermöglichen, die Lösung des Problems schon vor der Berechnung zu erahnen. Nur dann kann er die Gültigkeit der erzielten Ergebnisse beurteilen», schrieb Lombardi 2004.
Zur Unterstützung dieser «Intuition» entwickelte Lombardi mehrere Ansätze und Methoden, die mittlerweile gängige Praxis im Ingenieurwesen sind: Dank der Methode der Kennlinien zur Stabilitätsanalyse von Untertagebauwerken etwa kann rasch der Einfluss einer Änderung der Randbedingung (z. B. andere Felseigenschaft) beim Tunnelvortrieb abgeschätzt werden. Das FES-Modell (Fissured Elastic Saturated rock mass model) beinhaltet ein nicht lineares, hydraulisch gekoppeltes Materialgesetz und steht zur Analyse von geklüftetem, wassergesättigtem Gestein zur Verfügung. Die Methode der Grouting Intensity Number (GIN) hilft bei der Umsetzung abdichtender Injektionen. Der Schlankheitskoeffizient c von Bogensperren setzt verwendetes Betonvolumen ins Verhältnis zur Sperrenfläche und erlaubt einen Vergleich verschiedener Staumauern. Zur Überwachung von Talsperren entwickelte Lombardi gleich noch das MIC-Modell (Modello Interpretativo Combinato). Lombardis Name hat auch als «Werkzeugmacher» für Ingenieure einen guten Klang.
International unter Tage
Klangvoll tönen auch die Namen auf der Projektliste des zweiten grossen Standbeins Lombardis, des Tunnelbaus: Ortsumfahrungen von Hergiswil, Neuenburg, Locarno und Luxemburg stehen dort neben ganz grossen Projekten mit internationalem Renommee: Die Hightech-Forschung in den unterirdischen CERN-Anlagen bei Genf (ab 1981) und in den Labors für Elementarteilchenphysik unter dem Gran Sasso im Appenin finden in Stollen statt, an denen Lombardi und sein Unternehmen beteiligt waren. Die Machbarkeitsstudien zum Gotthard-Basistunnel tragen die Handschrift Lombardis, und sein Büro war an nahezu allen Ingenieuraktivitäten dieses Jahrhundertprojekts massgeblich beteiligt. Lombardis letzte, gigantische Projektierung schliesslich möchte sogar zwei Kontinente miteinander verbinden: 2006 gewann Lombardi im Joint Venture den Planungswettbewerb zum Gibraltar-Tunnel zwischen Europa und Afrika. Und wie könnte es anders sein? Der Tunnel soll wegen der Meerestiefe von 900 m nicht geradlinig verlaufen, sondern einen Bogen in den Atlantik hinaus machen, um einem unterseeischen Rücken mit nur 300 m Wassertiefe zu folgen.
Die Überlegungen Giovanni Lombardis, des Virtuosen des Bogens, sind auch heute noch relevant. Der Kreis schliesst sich.
Dieser Artikel hat seinen Ursprung in mehreren Texten aus Archi 3/2018:
- Tullio Iori, Ilaria Giannetti, «Giovanni Lombardi nella storia dell ingegneria strutturale»;
- Andrea Debernardi, «Una figura emblematica in un eppoca di grandi trasformazioni»;
- Giovanni Barla, «Il contributo di Giovanni Lombardi alla comprensione della Statica delle Opere in Sotterraneo».
Ausserdem:
- «Hommage an Giovanni Lombardi» vom Schweizerischen Talsperrenkomitee;
Nachruf:
- Thomas Isler, «Ingenieur für Gigantisches» NZZ online
- Alexander Grass, «Über 1000 km Tunnel, ungefähr», Sommerserie SRF (22. Juli 2014).
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