Fra de eldste tider var tre og stein de naturlige byggematerialene. Tre var mange steder lett tilgjengelig og derfor hyppigst brukt til enkle broer. Siden trematerialer er lite holdbare, finnes det få levninger av de eldste trebroene. Men ifølge avbildninger fra Egypt fra 1650 år før vår tidsregning (fvt.), skal pælebyggeteknikk ha vært kjent langt tilbake i historien, og man har funnet flere rester etter pæleåkbroer.
Et høydepunkt i mesopotamisk brobyggingskunst ble markert med den store Eufratbroen i Babylon, trolig bygd av Nebukadnesar 2 cirka 600 fvt. Broen var 125 meter lang, hadde spenn på 7–9 meter, landkar og syv store pilarer av kvaderstein, forbundet med jerndybler innstøpt i bly. Overbygningen var av sypress og sedertre. Det midtre spennet på 19 meter kunne flyttes for passasje av skip og vern mot fiendtlige overfall og røvere.
De eldste intakte broene man har funnet i Europa og i Midtøsten er steinbjelkebroer. De hadde landkar og pilarer av stein og en lang steinbjelke eller steinhelle som dannet brospennet. Broer av denne typen fra cirka 2600 fvt. er funnet i Egypt. Også i England har man funnet førhistoriske steinbjelkebroer fra rundt 1000 fvt. De kjente Tarr Steps i Somerset er en 40 meter lang steinbjelkebro med mange korte spenn; antagelig fra om lag samme tid.
Den enkle steinbjelkebroen ble utviklet videre ved å mure ut en utkragning øverst fra landkar og pilarer for å korte inn det frie spennet. Med denne utkragingsteknikken kunne brokonstruksjonen nå over større spennvidder: 5–10 meter med innhengt midtspenn av tømmerstokker, og 3–4 meter med steinheller. Med korte spenn kunne utkragningen fra begge sider bygges sammen til en sterk utkragningsbue. Utkragningsteknikken dominerte steinbrobyggingen alene frem til romertiden, da den etter hvert ble avløst av ekte buer av tegl og stein.
Romerne ble de store brobyggerne i Europa. På sine hærferder bygde legionene trebroer over elvene. Mest kjent er Julius Cæsars pæleåkbro over Rhinen ved Koblenz i år 55 fvt. Etter hvert bygde romerne opp et enormt strategisk veinett med mer permanente broer for å holde sammen og styre det store riket. Da ble brobygging en meget viktig offentlig sak, som sammen med annen offentlig byggevirksomhet ble sterkt forankret på høyeste hold i det romerske styringsverket. Da Cæsars erfarne militæringeniør Vitruvius Pollio i år 31 fvt. utgav verket De Architectura stilet til den kommende keiser Augustus, ble det sterkt påpekt at byggverk skal være «trygge, nyttige og vakre». Denne strategien for offentlig byggevirksomhet ble også viktig for realiseringen av romernes store innsats innen brobygging.
Buen som bærende hvelv av teglstein var kjent i Mesopotamia alt rundt år 3000 fvt., og fra 200-tallet fvt. brukte grekerne kilsteinbuen i bygninger, men ikke i brobygging. De romerske broingeniørene arvet kunsten å bygge hvelv- og buebroer med korte spenn fra etruskerne. Men romerne gjorde selv store fremskritt i brobyggingskunsten. De oppfant bruk av fangdam av trepæler for å få grave ut bløte masser og bygge opp pilarfundamentet i tørr byggegrop. Videre fant romerne opp en betong og vannfast mørtel med pozzolan fra Pozzolani som bindemiddel for bropilarer under vann.
I sin brobygging utviklet romerne spesielt den tunge, solide brokonstruksjonen med halvsirkelformede hvelv og buer av hugd, kilformet stein. De brukte buespenn på opptil 20–30 meter og pilarer med bredde lik en tredjedel av spennvidden. Med sin store buehøyde passet denne brotypen best for å krysse over elver i dype daler, eller i kupert og uveisomt terreng.
Et staselig eksempel på en bro fra denne brobyggingsepoken er Alcántarabroen over elven Tajo i Spania, som stod ferdig i år 104. Den har seks spenn med halvsirkelformede granittbuer, og to midtspenn på 45 meter. Buene bæres av ti meter brede pilarer, som er høye nok til å tåle 40 meter stigning av vannstanden. Broen er fortsatt trafikkert. Den ble utbedret i år 866 og gjenoppbygd etter skader under en enorm flodbølge i elven i år 1257.
Romerne utviklet også lettere brokonstruksjoner for å krysse brede elver i flatlendte områder. Underbygningen bestod som regel av steinpilarer og overbygning av tømmerbuer med spennvidder på opptil 30 meter. Restene av pilarer for en slik bro over Donau er funnet ved byen Drobeta Turnu Severin i Romania.
Etter Romerrikets fall begynte en langvarig forfallstid for det romerske veinettet. Men de mest solide og godt fundamenterte broene og mange veistrekningene har tålt tidens tann.
I tidlig middelalder var det relativt lite nyutvikling og nybygging av broer i Europa. Brobyggerne holdt seg til den vel utprøvde romerske brobyggingsteknikken og følte seg sterkt bundet av at den bærende buen skulle være halvsirkelformet.
På slutten av 1200-tallet kunne Marco Polo berette om en tidlig, velutviklet brobygging i Kina med tre, stein og også jern som byggematerialer. Kineserne hadde bygd broer med flatere steinbuer alt på 600-tallet, funnet opp den smidde jernkjeden og bygd hengebroen Panho omkring 206 fvt.
Renessansen gav også mange impulser til fornying og videre utvikling innen brobygging. Fra først på 1200-tallet begynte man å frigjøre seg fra kravet om halvsirkelform for brobuespenn, og utviklet dristige, slanke buekonstruksjoner med segment- og ellipseform. Disse bueformene med meget lav pilhøyde gav mindre brohøyde og ble særlig ettertraktet i byområder. Denne utviklingen fortsatte frem til slutten av 1700-tallet og nådde sitt høydepunkt i 1791 med bygging av kjente broer som Pont de la Concorde over Seinen i Paris.
Fagverk ble brukt til avstiving av Cæsars bro over Rhinen allerede i år 55 fvt. Midt på 1500-tallet videreutviklet italienske renessanseingeniører fagverket som bærende konstruksjon for brospenn. Mest kjent er Andrea Palladios avhandling I quattro libri dell'architettura, og broen han bygde over elva Brenta i Nord-Italia i 1561.
Fagverkets utforming og bruk som bærende konstruksjon ble et av de viktigste bidrag fra renessansen til brobyggingskunsten. Til støtte for praktisk dimensjonering begynte broingeniørene å utføre forsøk på modeller. Men de viktigste kimene til videre utvikling lå i bruken av elementære fysiske eksperimenter som grunnlag for teoretiske analyser utført av Leonardo da Vinci og Galileo Galilei på 1500- og 1600-tallet. Dette gav etter hvert grunnlag for å forstå krefter og spenninger i staver, bjelker og rammer som viktige elementer i bærende brokonstruksjoner.
I Norge har det sannsynligvis eksistert enkle broer over små elver og bekker fra de eldste tider i historien. Etter påbud i Frostatingslova fra år 950 «skulle herredets menn bygge broer over alle tverrelver». Denne brobyggingen var viktig både for lokal samferdsel, og for fremkommelighet på hovedferdselsveiene fra Østlandet til Vestlandet og Trøndelag. Broene var oftest av tre med tømmerstokker som spente over elven. Etter hvert kom utkragnings-, hengverks- og sprengverksbroer i bruk.
De fleste gamle steinbroene er revet ned ved ombygging og nybygging eller tatt av flom og isgang. En utkraget steinplatebro i Ryfylke, som ble revet i 1898, regnes for å ha vært om lag 1000 år gammel. Den sannsynligvis eldste broen, som også er i bruk, er Smedbroen ved Kongsberg fra 1600-tallet, bygd etter påbud fra Christian 4 i forbindelse med driften av Kongsberg sølvverk.
Frem til siste halvdel av 1700-tallet var tre, stein og murverk fortsatt praktisk talt de eneste tilgjengelige konstruksjonsmaterialene. Brobygging var også mye et håndverk basert på erfaring og teknisk innsikt. Men med den industrielle revolusjon kom nye konstruksjonsmaterialer på markedet, spesielt jern.
Støpejern var det første nye materialet som kom i utstrakt bruk i brobygging. Prototypen på en støpejernsbro stod ferdig i Coalbrookdale i det sørlige England i 1779. Den gav stedet et nytt navn, Ironbridge, og står ennå som et symbol på den industrielle revolusjon. Det gikk 50 år før vi fikk den første støpejernsbroen i Norge, Løkke bro i Sandvika i Bærum og litt senere Fosstveit bru ved Tvedestrand. Støpejernet var det dominerende metallet frem til omtrent 1850. Fordi materialet er sprøtt og dermed ikke helt til å stole på bæremessig i en brokonstruksjon, overtok etter hvert smijernet med sin høye seighet og strekkstyrke når man skulle bygge store spenn. Et berømt eksempel fra 1850 er Britanniabroen for dobbeltsporet jernbane over Menaistredet i Wales.
Fra siste halvdel av 1800-tallet ble stål utviklet som hovedmateriale for brobygging. Nye industrielle fremstillingsmetoder som bessemerprosessen gjorde det tilgjengelig, og man kunne spare omtrent halve vekten i forhold til en bro av jern. Eadsbroen over Mississippi i St. Louis fra 1874 og Forth-broen i Skottland fra 1889 er imponerende jernbanebroer av stål fra denne epoken.
Samtidig med den vellykkede byggingen av disse første store stålbroene på siste halvdel av 1800-tallet, inntraff flere tragiske uhell med broer som styrtet med store tap av menneskeliv. Det førte til offentlige krav om bedre forskrifter med mer betryggende prøving og kontroll av stålmaterialer. Frem mot slutten av århundreskiftet utviklet man mer holdbare teoretiske metoder for analyser av statiske krefter og spenninger i brokonstruksjoner. Grundig forståelse av fysiske svingninger og vibrasjoner kom man imidlertid først frem til etter at Tacomabroen i USA falt ned under sterk vind i 1940.
Med forbedret kunnskap om dimensjonering og prøving av brokonstruksjoner har bygging av store stålbroer gått videre i akselerert tempo. Alt i 1931 ble tusenmetersgrensen passert med George Washington-broen i New York, og i 1998 stod Akashi Kaikyo-broen i Japan ferdig med et hengespenn på 1991 meter. Stål er fortsatt hovedmaterialet innen brobyggingen, selv om betongen er ledende når spennene er under 500 meter.
Romerne oppfant og brukte betong med suksess, men det var først med den moderne betongen basert på portlandsement at materialet for alvor ble tatt i bruk på slutten av 1800-tallet, først i uarmerte konstruksjoner. Omkring 1900, cirka 50 år etter stålet, kom den armerte betongen, etter å ha blitt patentert allerede i 1867 av franskmannen Joseph Monier. Den første som fullt ut forstod materialets muligheter innen brobygging, var sveitseren Robert Maillart. En annen pioner var franskmannen Eugène Freyssinet (1879–1972), «spennbetongens far». Fra 1950 skjøt utviklingen av spennbetongen fart.
Mange broer står på undervannsfundamenter. Som nevnt er prinsippene for den romerske fangdammen fortsatt i bruk, men nå med pæler av stålspuns som lettere går dypt nok ned. Omkring 1850 ble trykkluftkaissonen, en lufttett kasse med åpen bunn, tatt i bruk for å føre fundament ned på fast grunn. Arbeidet under trykkluft nede i kaissonen førte til at mange mistet livet på grunn av den da ukjente dykkersyken. Nå bygges undervannsfundamenter ofte ved hjelp av store betongkasser, senkekasser, som bygges i dokk, fløtes på plass og senkes ned. På denne måten reduseres omfanget av kompliserte undervannsarbeider.
Kommentarer
Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.
Du må være logget inn for å kommentere.