Een brug is een bouwwerk of constructie als vaste of beweegbare verbinding voor het verkeer over een obstakel zonder de doorgang onder de verbinding te belemmeren. De hindernis kan onder meer bestaan uit een rivier, kanaal, zee, kloof, dal, weg of een spoorweg. Een brug kan ontworpen zijn om een spoorweg, rijbaan, kanaal (kanaalbrug) of waterleiding (aquaduct) te dragen. Een lange brug wordt, als hij over een andere weg of spoorlijn loopt, ook wel een viaduct genoemd.
Materialen en evolutie van bruggen
Bruggen worden in de regel van gewapend beton, metselwerk, staal (eerder gietijzer) geconstrueerd. Voor korte en kleinere bruggen kunnen andere materialen zoals hout en bamboe gebruikt worden. De eerste bruggen waren eenvoudige houten stammen of planken die een kleine beek overspanden. Daarna werden exemplaren van steen gemaakt, maar in eerste instantie alleen om het hout te ondersteunen. De boogbrug van natuursteen met cement werd voor het eerst door de Romeinen geconstrueerd. Veel van deze bruggen hebben de eeuwen doorstaan; de bekendste is wellicht het aquaduct Pont du Gard in Frankrijk.
Met de industriële revolutie verscheen in 1779 de eerste gietijzeren brug, de Iron Bridge (Verenigd Koninkrijk), maar pas na de uitvinding van staal werd het mogelijk echt grote overspanningen te maken. Sinds het begin van de 20e eeuw worden ook veel bruggen gemaakt van beton en sinds het einde van de 20e eeuw zelfs van vezelversterkte kunststof. In de twintigste eeuw zijn veel bruggen over grachten in binnensteden verdwenen. Op veel plaatsen waar verkeer het water kruist, is het niet mogelijk een vaste brug zo hoog te maken dat al het waterverkeer onder de brug door kan.
Bewegende bruggen en hun reden
Verder kan het nodig zijn (vanouds bij kastelen en steden) dat men de toegangsweg afsluit voor indringers. Vandaar dat er beweegbare bruggen zijn ontwikkeld. Er zijn bruggen die horizontaal blijven, zoals schuifbruggen, hefbruggen en draaibruggen. En er zijn bruggen die niet horizontaal blijven, waarvan het wegdek om een as draait evenwijdig met het water en min of meer loodrecht op de verkeersrichting. Omstreeks 2000 is de eerste (kantel)brug gebouwd die draait om de x-as (dwars op de vaarweg).
Andere typen zijn hefbrug, tafelbrug, afzinkbare brug. Een schipbrug bestaat uit een overbrugging (meestal) over een rivier waarbij de overspanningen rusten op bootjes. De hele brug kan zijwaarts worden verplaatst als er een schip moet passeren. Behalve deze bruggen, die om of langs een van de assen bewegen, zijn er tijdelijke bruggen, die bijvoorbeeld gebouwd worden door de genie van het leger als er geen mogelijkheid bestaat een rivier over te steken. Beweegbare bruggen zullen in het algemeen in de ruststanden geborgd zijn tegen niet-voorziene bewegingen door een vergrendeling. In de open stand mag de brug de vrije doorvaart niet belemmeren als gevolg van bijvoorbeeld winddruk of wegvallen van de aandrijfkracht.
Constructie-materialen door de tijd
Eenvoudige bruggen, maar ook de oude ophaalbruggen, zijn veelal van hout gemaakt. De ontwikkeling van bruggen houdt gelijke pas met de beschikbaarheid van de constructiematerialen. De Romeinse aquaducten zijn opgebouwd uit steen en keramiek. Rond 1840 gebruikte men gietijzer. Dit materiaal is zeer bros, heeft een lage treksterkte, maar een hoge druksterkte. Gietijzeren producten worden geproduceerd in mallen. Het element dat men wenst te construeren, moet eerst in hout gemaakt worden. Deze houten kopie van het element drukt men in een mal gevormd met zand. Indien het gietijzer in de zandvorm wordt gegoten, wordt de gewenste vorm verkregen. Er kunnen dus een grote verscheidenheid aan vormen worden geproduceerd. Uitwendig heeft gietijzer een korrelige structuur, omdat het in zand gevormd werd.
Vanaf 1860 werden constructie-elementen van smeedijzer gebruikt. Het voordeel van smeedijzer is de hogere treksterkte, maar het heeft een lagere druksterkte dan gietijzer. Smeedijzer werd eerst gebruikt ter vervanging van de gietijzeren balken, daar waar deze op buiging belast werden (zowel druk als trek). Voor de kolommen werd langere tijd gebruikgemaakt van gietijzer, omdat kolommen idealiter alleen op druk belast worden. Vanaf 1880 breekt staal als constructiemateriaal door. Staal heeft een grote druksterkte en treksterkte. Het is ook zeer ductiel. Vanaf het laatste decennium van de 19e eeuw worden bruggen uit gewapend beton gebouwd. Een pionier op dit vlak was François Hennebique, die vooral in België en Frankrijk actief was. In de jaren zeventig van de 20e eeuw is beton een populair bouwmateriaal voor bruggen over rivieren en kanalen geworden. Bruggen kunnen sinds omstreeks 2000 ook geheel of gedeeltelijk worden gemaakt van vezelversterkte kunststof, ook wel aangeduid met 'composiet'. Dit materiaal kent een zeer hoge sterkte, voor zowel druk als trek. Bruggen kunnen daardoor relatief licht en slank worden uitgevoerd.
Technieken en productietechnieken
Er worden grofweg twee technieken gebruikt voor het vervaardigen van vezelversterkte kunststof in de bruggenbouw: vacuüminjectie en pultrusie. Pultrusie wordt het meest geleverd in planken, toegepast als dek op stalen liggers. Producten voorkomend uit vacuüminjectie (hetgeen in een mal gebeurt) zijn in de bruggenbouw meestal gebaseerd op het sandwichprincipe en kunnen, afhankelijk van de opbouw, hoogwaardiger eigenschappen halen dan pultrusieplanken. Een brug kan in principe eindeloos lang worden gemaakt. Er zijn wel grenzen aan de lengte van een enkele overspanning, het gedeelte tussen twee pijlers.
Voorbeelden en locaties
Enkele bekende voorbeelden en locaties zijn Gent - Sint-Michielsbrug, bekend door het zicht op de drie belangrijkste torens van Gent: de Sint-Niklaaskerk, het Belfort van Gent en de Sint-Baafskathedraal; Luik - Pont des Arches en Pont de l'Observatoire; Storstrømbrug, brug over de Storstrøm van Deense eilanden Seeland en Falster; Tacoma Narrows Bridge, in Washington; Verrazzano-Narrows Bridge, New York.
Technische geschiedenis: Bruggen
Overzicht van belangrijkste brugtypen
- Overbruggingsbruggen voor rivieroverschrijding
- Schuifbruggen, hefbruggen en draaibruggen (horizontaal bewegend)
- Kantel- en draaitbruggen (beweging langs x- of y-as)
- Schipbruggen en mobiliteitsbruggen (zijwaarts verplaatsbaar)
- Beperkte en tijdelijke bruggen voor militaire operaties
Voordelen van moderne materialen
Vezelversterkte kunststof biedt hoge sterkte bij licht gewicht, wat slanke en lange overspanningen mogelijk maakt. De combinatie van vacuüminjectie en pultrusie maakt diverse constructies mogelijk met verbeterde eigenschappen afhankelijk van de opbouw.