metaalmagazine 9 200934 www.metaalmagazine.nl

Reinold Tomberg

Hoogoven met cokes's Werelds eerste, grote ijzerenbrug is de Iron Bridge over derivier de Severn vlakbijCoalbrookdale in West-Engeland. De Iron Brigde is eengietijzeren boogbrug, gegotenvan ruwijzer. Het is een brugmet een cirkelvormige bogen.De overspanning bedraagt 30,5 m en de hoogste doorgangonder de brug is 18 m. De totalebruglengte is 60 m. Sinds dejaren dertig van de vorige eeuwis de brug alleen nog toeganke-lijk voor voetgangers. De brug, het daarbij onstanedorp Iron Bridge en het rivierdalIronbridge Gorge bij Coalbrook-dale zijn opgenomen op dewerelderfgoedlijst van Unesco.'Birthplace of the IndustrialRevolution' noemen de Engelsendat gebied op de grens metWales. Nu een mooi gebied omte bezoeken, maar enkele tien-tallen jaren geleden, nadat desteenkool- en ijzerwinning uit-geput waren, was het een ver-woest maanlandschap. Ten tijdevan de steenkoolwinning enijzerbereiding werd IronbrigdeGorge gekarakteriseerd als 'dehel van Dante': een weerzin-wekkende concentratie vanvuur, rook, stank, stof en lawaai.

BoogconstructieDe Iron Bridge is een zuivereboogbrug, geheel gegoten vanruwijzer. Het rijdek bestond oor-spronkelijk uit gietijzeren platen die werden ondersteunddoor vijf boogconstructies. Anno 2009 zien we tijdens onsbezoek echter een geasfalteerdbrugdek met een slijtagelaagvan steenslag. Jammer, dat pasthelemaal niet bij dit indrukwek-kende industriële monument.

materialen

Cokes als alternatief voor houtskool: medio september was het 300 jaar geleden dat de Engelsman Abraham Darby I als eerste in'The Old Furnace' in Coalbrookdale ontgaste steenkool gebruikte bijde bereiding van ruwijzer. Het startschot voor de Industriële Revolutie.Zijn kleinzoon Abraham Darby III onderstreepte zijn baanbrekendewerk met de bouw van de eerste ijzeren brug ter wereld: 'The IronBridge'. Reden voor Metaal Magazine om eens te neuzen in deIronbridge Gorge in het Verenigd Koninkrijk.

De vijf boogconstructies van

de Iron Bridge zijn opgebouwd

uit drie concentrische ringen.

Alleen de onderste ring is

precies een halve cirkel, de

andere twee zijn cirkelsegmenten

(foto's: Reinold Tomberg)

maakte de weg vrij voor de gietijzeren Iron Bridge

09MEK009 materialen_Iron_Bridge.qxp 10/15/09 7:50 PM Page 14

metaalmagazine 9 2009 35www.metaalmagazine.nl

R u w - e n g i e t i j z e r

Ruwijzer zoals gebruikt voor de Iron Bridge is het ijzerdat door middel van reductie bij een hoge temperatuurvrijgemaakt wordt uit ijzererts. Als we tegenwoordig praten over gietijzer, dan bedoelen we ruwijzer dat ineen oven omgesmolten is. Dit ter verbetering van deeigenschappen. Ruwijzer is altijd grijs ijzer. Grijs verwijstnaar de kleur van het breukvlak. De koolstof is in devorm van grafiet aanwezig, Dit in tegenstelling tot witgietijzer waarbij alle koolstof in gebonden toestandaanwezig is. IJzer in zuivere vorm wordt voor construc-ties niet gebruikt. Er zijn altijd andere elementen opge-nomen, waarvan koolstof het belangrijkste element is.De grondstof voor ijzer, en ook voor staal, is ijzererts. De winning van ijzer uit ijzerertsen berust op het vermogen van koolstof om bij hoge temperaturen het ijzeroxide te reduceren. In ertsen komt ijzer meestal als Fe3+ voor, doorgaans als oxide of carbonaat. In hoogovens wordt koolstof als reductor toegevoegdwaardoor het metaal ijzer ontstaat. In deze ovens wordtcokes gebruikt. Erts, cokes en een toeslag vormensamen de lading van een hoogoven. Ruwijzer is hetproduct van een hoogoven.

Gelet op de zwaluwstaart- en wigver-bindingen in de brug is de bouwtech-nologie van de Iron Bridge afgeleid vande bruggenbouw met hout. Er zijnschroefboutverbindingen gebruikt omde halfribben bovenaan de boog aanelkaar te bevestigen. In de boogvorm isde traditionele bouwvorm van stenenboogbruggen goed te herkennen.

GietwerkIn totaal werd voor de Iron Bridge 379ton ruwijzer gebruikt. Er werden meerdan 800 onderdelen gegoten in twaalfverschillende basisvormen. De grootsteonderdelen zijn de halfribben van elk5,25 ton zwaar.Het gietwerk is uitgevoerd bij wat nuheet 'The Old Furnace' in Coalbrook-dale. Dit is een hoogoven uit 1550waarvoor Abraham Darby I in 1708 eenlease-overeenkomst tekende. Dezehoogoven is tot 1810 in gebruikgeweest.De onderdelen voor de brug werdendirect vanuit de hoogoven in het zandvan de gietvloer gegoten. Het ruwijzeruit de hoogoven heeft dus geen bewer-kingen als hameren of walsen onder-gaan en het ijzer is voor het gieten ookniet hersmolten in een andere oven.Dit betekent, dat de brugonderdelengemaakt zijn van een gietijzer met eenbehoorlijk hoog koolstofgehalte en datde brugcomponenten zeer bros zijn.Om die reden zijn er ook historici diebeweren dat de brugdelen onmogelijkin Coalbrookdale gegoten kunnen zijn,

omdat ze vanwege die hoge brosheidhet transport naar het dal bij de rivierde Severn onmogelijk hadden kunnenoverleven. In de visie van die mensenmoet er een (tijdelijke?) hoogoven heb-ben gestaan in de buurt van de bouw-plaats bij de rivier.De eerste ijzeren brug in de wereld isontworpen door de architect ThomasPritchard in 1775 en Abraham Darby IIIbegon met de bouw in 1775. Een bordbij de brug vertelt, dat de brug eigen-lijk een advertentie was waarmee deironmasters uit Coalbrookdale wil-den laten zien wat mogelijk was metgietijzer. De locatie van de eerste gietijzerenbrug is bijna vanzelfsprekend:Coalbrookdale was een centrum van deijzervervaardiging. Kolen warenbeschikbaar in dagbouw. Het ijzerertsen de toeslagstoffen voor de hoogovenwerden gewonnen in de heuvels rond-om Coalbrookdale en de rivier deSevern leverde de waterkracht voor deaandrijving van de blaasbalgen voor dehoogovens.Financieel gezien was de bouw van deIron Bridge geen succes voor AbrahamDarby III. De begroting voor de brug

De concentrische ringen van de Iron

Bridge zijn massief uitgevoerd en aan

elkaar verbonden met radiaal gerichte

gietijzeren staven die met zwaluw-

staarten en wigverbindingen aan de

drie bogen zijn bevestigd

was destijds in de achttiende eeuw3200 Engelse ponden. De uiteindelijkekosten bedroegen meer dan 6000pond. De familie Darby kwamdaardoor in financiële moeilijkheden.De bouwers van bijvoorbeeld deNoord/Zuidlijn, om maar eens eendwarsstraat te noemen, hadden dusgewaarschuwd kunnen zijn.

CokesHout en steen waren tot aan het beginvan de industriële revolutie de klassie-ke materialen voor bruggenbouw maarook voor ander constructiewerk in demachinebouw. Textiel-, hout- enmetaalbewerkingsmachines bijvoor-beeld hadden ook frames van hout.Maar juist aan het begin van deIndustriële Revolutie ontstond eenenorme schaarste aan hout. Met namein de mijnbouw was veel hout nodig.

Het gietwerk voor de Iron Bridge is uitgevoerd bij 'The Old Furnace' in Coalbrookdale. Zichtbaar is de opening

voor de blaasbalg van deze hoogoven

09MEK009 materialen_Iron_Bridge.qxp 10/15/09 7:51 PM Page 15

metaalbewerken

metaalmagazine 9 200936

constructies als bruggen.Al eerder in 1707 verkreeg AbrahamDarby I een patent voor het gieten vangrote, gietijzeren kookpotten.Doorslaggevend voor zijn succes warenzandgiettechnieken die hij ontleendhad aan het messinggieten, de finan-ciële faciliteiten die de Quakers hemboden en het gebruik van cokes in zijnhoogoven.Cokes, ook wel kooks genoemd, is heteindproduct van thermolyse (pyrolyseoftewel droge destillatie) van steenko-len bij temperaturen tussen de 900 °Cen 1100 °C. Behalve de reductiefunctiedient cokes ook als dragermateriaal ineen hoogoven. Het gebruik van cokesmaakt het ook mogelijk om hoogovenshoger te bouwen; de draagkracht vancokes is veel hoger dan die van houts-kool. De derde functie is het doorlaat-baar houden van de lading van dehoogoven, zodat de blaaswind door dehoogoven kan stromen zonder grootdrukverschil.

DrukkrachtenGietijzer is een constructiemateriaaldat goed drukkrachten kan opnemen,maar minder geschikt is voor het opne-men van trekkrachten. Dit geldt zekervoor het brosse ruwijzer dat gebruikt isvoor de constructie van de Iron Bridge.Bij gietijzeren boogbruggen zoals deIron Bridge vindt het krachtenspel inde brugconstructie plaats door middelvan drukbelastingen. Om die reden ver-tonen de eerste gietijzeren boogbrug-gen ook zoveel overeenkomsten met de klassieke stenen en houten boog-vormige bruggen. Probleem dat bij gietijzeren boogbrug-gen kan optreden, is dat de drukspan-ning in de boog niet hoog genoeg isom te voorkomen dat er trekspannin-gen ontstaan. Dit als gevolg van deoptredende buigwerking door debelasting. Deze trekspanningen kun-nen resulteren in scheurvorming. Ditheeft alles te maken met de structuurvan het ruwijzer (dit geldt ook voorgrijs gietijzer). De koolstof in het ijzeris opgenomen in de vorm van grafiet,veelal in de vorm van grafietlamellen.Bij belasting op trek is het grafiet tebeschouwen als een (micro)scheurtje:het grafiet kan geen trekkrachtenopnemen. Grafiet bestaat atomair

In de vorm van houtskool werd houtook gebruikt voor de bereiding vanijzer uit ijzererts. Het maken van houts-kool is echter een tijdrovend proces enje kunt een gebied maar één keer ontbossen. Toen de vraag naar ijzersteeg, werden innovatieve procédésvoor het maken van ijzer ontwikkeld.Een belangrijke mijlpaal was hetgebruik van cokes. Dit maakte hetmogelijk om de productie van ruwijzergroot aan te pakken.Het ijzerbedrijf van de familie Darbydichtbij de grens met Wales, was heteerste bedrijf dat cokes inzette voor hetsmelten van ijzererts. Cokes bevat dekoolstof die nodig is voor de reductievan het ijzererts. In 1709, om precies tezijn 300 jaar geleden op 17 september2009, lukte het Abraham Darby I voorhet eerst om ruwijzer te winnen metalleen cokes. Het werd toen mogelijkom gietijzer in grote hoeveelheden teproduceren en daardoor kwam hetbeschikbaar voor grote metalen

Het is opmerkelijk dat de Iron Bridge, na ruim

200 jaar nog in goede staat is. Het oude gietijzer

is kennelijk goed bestand tegen corrosie

E e s t e N e d e r l a n d s e b r u g

Het boek 'Bruggen in Nederland' informeert dat de eerste ijzeren brug in Nederland vermoedelijk deStokkenbrug over de Zalmhaven in Rotterdam was, een dubbele basculebrug. Deze kwam gereed in 1837,dus bijna zestig jaar na de Iron Bridge.

N e d e r l a n d s I J z e r m u s e u m

Metaal Magazine maakte de reis naar de IronbridgeGorge op uitnodiging van de gemeente OudeIJsselstreek. In Ulft, één van de kernen van OudeIJsselstreek, worden plannen uitgewerkt voor eenNederlands IJzermuseum op het voormalige terrein vanijzergieterij DRU. Deze maand is in Ulft het Cultuurclusterofficieel geopend. Dit was oorspronkelijk het portiers-gebouw van de DRU (zie ook ons vorig nummer,www.nederlandsijzermuseum.nl en www.dru-fabriek.nl).

F o t o r e p o r t a g eOp onze site www.metaalmagazine.nlis in de sectie 'Foto' (linkernavigatie)een fotoreportage opgenomen van onsbezoek aan de Ironbridge Gorge (UK).

materialenGietijzeren boogbruggen zoals de

Iron Bridge nemen de belasting op

door middel van drukkrachten

gezien uit lagen die gemakkelijk vanelkaar af kunnen schuiven. Reeds bijkleine belastingen gaan deze scheur-tjes openstaan en treedt in eersteinstantie een grote elastische rek op.Door spanningsconcentraties resul-teert dit vervolgens in scheuren. Dit isdan ook de reden om gietijzer zoals datvan de Iron Bridge alleen op druk tebelasten. Overigens zijn in de IronBridge ook scheurtjes te vinden, maardit zijn waarschijnlijk scheurtjes alsgevolg van het gietprocédé. ■

Bronnen:- Bruggen in Nederland, 1800 - 1840,Vaste bruggen van ijzer en staal,Nederlandse Bruggen Stichting- Wikipedia- Kennis der Metalen, Metallogie, deel I,prof. ir. P. Jongenburger

De Iron Bridge was klaar was in 1779 en werd

geopend op nieuwjaarsdag 1781

www.metaalmagazine.nl

09MEK009 materialen_Iron_Bridge.qxp 10/15/09 7:51 PM Page 16