Ein Ring trägt den Krei­sel

Der neue Halbanschluss Bellinzona Centro ersetzt eine Überführung von Autobahn A2 und Ticino, deren Leistungsfähigkeit hinsichtlich Verkehrsverteilung, Sicherheit und Kapazität zunehmend an Grenzen stiess. Statt eines klassischen Brücken­ersatzes entstand eine Neuorganisation des gesamten Knotens: Die Verkehrsströme werden auf einer erhöhten Ebene über der Autobahn gebündelt und über einen Kreisverkehr, eine neue Brücke und Rampen mit dem Autobahn- und dem Strassennetz verbunden. 

Autobahn, städtische Verkehrsachsen und die Querung des Ticino treffen auf engem Raum zusammen. Entsprechend anspruchsvoll war die Baustellenlogistik. Sowohl die A2 als auch die Verbindung zwischen Bellinzona und Monte Carasso mussten während der Bauzeit in Betrieb bleiben. Gleichzeitig galt es, die Eingriffe in den Bestand möglichst gering zu halten. Diese Randbedingungen bestimmten nicht nur die Ausführung, sondern bereits die Wahl des Tragwerks: Kreisel, Brücke und Rampen wurden als durchgehendes Stahl-Beton-Verbundsystem aus geschlossenen Corten-Kastenträgern entwickelt, das nicht nur im Endzustand funktionieren musste, sondern bereits während seiner Entstehung den Verkehr übernehmen konnte.

Die Verbundbauweise antwortet gleichzeitig auf mehrere Anforderungen: Die geschlossenen Stahlkästen ermöglichen grosse Spannweiten bei vergleichsweise geringer Bauhöhe, besitzen eine hohe Torsionssteifigkeit und lassen sich weitgehend vorfertigen. Vor allem aber sind sie bereits während der Montage und Betonage eigenständig tragfähig. Erst mit dem Erhärten der Ortbetonplatte und ihrer Aktivierung über aufgeschweisste Schubverbinder entsteht der Verbundquerschnitt. Im Endzustand wirkt die Betonplatte als Druckgurt und erhöht die Biegesteifigkeit, während der Stahl insbesondere Zug-, Schub- und Torsionsbeanspruchungen übernimmt.

Damit waren grundsätzlich unterschiedliche Tragzustände zu bemessen: zunächst das reine Stahltragwerk unter Eigengewicht und Frischbetonlast sowie das Verbundtragwerk unter Betriebsbeanspruchung, aber auch die Bauzustände dazwischen, bei denen der Verkehr bereits über Teile des neuen Tragwerks geführt wurde – ein zusätzliches Projekt im Projekt, wie es Franco Lurati, diplomierter Bauingenieur ETH, Projektleiter und Präsident des Verwaltungsrats Lurati Muttoni Partner SA, erläutert. Das insgesamt 238.85 m lange Bauwerk mit einer maximalen Spannweite von 69.9 m ist somit ebenso aus seinen Bauzuständen wie aus seinem Endzustand heraus entwickelt.

Ring als Herzstück des Tragwerks

Der Kreisverkehr hat einen Durchmesser von 60 m – ebenso der Ring aus einem Stahlträger, der als durchgehender geschlossener Stahlhohlkasten mit variablem Querschnitt ausgebildet ist. Seine Höhe folgt den jeweils vorherrschenden Biege- und Torsionsbeanspruchungen. Getragen wird er von nur vier neuen, kreisförmigen Stahlbetonpfeilern mit 1.8 m Durchmesser, die auf Bohrpfählen fundiert sind. Die geringe Zahl der Auflager und die entsprechenden grossen Stützweiten halten die Autobahn darunter weitgehend frei. Ausserdem entsteht ein ausgeprägtes räumliches Tragverhalten des geschlossenen Rings. Anders als bei einer Geraden treten im Ring neben Biegemomenten infolge der gekrümmten Geometrie, der diskreten Lagerung und der wechselnden, teilweise exzentrischen Verkehrslasten erhebliche Torsionsbeanspruchungen auf. 

Die Wahl eines geschlossenen Stahlkastens ist deshalb keine gestalterische Entscheidung, sondern folgt unmittelbar den statischen Anforderungen. In seinen Wänden kann sich umlaufender Schubfluss ausbilden, wodurch der Kasten eine hohe Torsionssteifigkeit besitzt und die Verdrehungen begrenzt. 

Rund 60 radiale Konsolen übertragen die Lasten der Verbundplatte über Biegung und Schub in den Ringkasten. Ihre Anschlussbereiche wurden mit lokalen FE-Modellen untersucht, insbesondere hinsichtlich Spannungskonzentrationen und Ermüdungsbeanspruchung der Schweissnähte. Zugleich übernahmen die Konsolen eine temporäre Funktion: Während der Betonage trugen sie die Schalung, danach wurden sie Bestandteil des endgültigen Tragwerks. Bau- und Endzustand griffen damit auch im konstruktiven Detail ineinander.

Drei Längskästen für Bau und Betrieb

Das Prinzip der geschlossenen Querschnitte setzt sich bei der Hauptbrücke über den Ticino fort. Drei parallel verlaufende Längskästen aus Cortenstahl tragen die zwischen 16.4 m und 21.3 m breite Fahrbahn. Über Querträger und Betonplatte wirken sie im Endzustand als räumliches Verbundsystem. 

Die Wahl von drei getrennten Kästen statt eines einzigen breiten Hohlkastens ist auch hier durch den Bauablauf begründet. Die Dreiteiligkeit liess eine kluge, etappenweise angepasste Verkehrsführung zu: Zunächst wurden die bestehenden Pfeiler und Widerlager weitgehend erhalten, verstärkt und verbreitert. Die vergrösserten Fundationen boten Platz für temporäre Stützen, die während der Bauphase die vorerst getrennten Teile des neuen Überbaus abstützten. 

Beidseits der weiterhin befahrenen bestehenden Brücke wurden anschliessend die beiden äusseren neuen Längskästen erstellt. Nach dem Betonieren der Fahrbahnplatten standen damit zwei zunächst voneinander getrennte Teile des endgültigen Tragwerks für den Verkehr zur Verfügung. Der Verkehr wurde entsprechend auf diese beiden äusseren Fahrbahnen umgeleitet. Eine zusätzliche Hilfsbrücke war nicht erforderlich. Nach der Verlegung des Verkehrs auf die beiden neuen Brückenteile konnte der bestehende Überbau dazwischen schrittweise rückgebaut werden. Anschliessend wurden der mittlere Längskasten eingebaut, die Stahlkonstruktion geschlossen und die noch fehlende Betonplatte hergestellt. Die Bauphasen wurden damit nicht nachträglich an das Tragwerk angepasst, sondern waren bereits in dessen Konzeption angelegt.

Die Geometrie vorwegnehmen

Die Stahlkonstruktion wurde aus schweissgeeigneten Blechen mit variablen Stärken gefertigt. Ihre Dimensionierung folgte den auftretenden Biege-, Torsions- und Schubbeanspruchungen, wodurch Material gezielt dort eingesetzt wird, wo es statisch erforderlich ist. Dieses Prinzip reicht vom Ringkasten über die Längskästen bis zu den Rampen und führt zu einer effizienten, wirtschaftlichen Materialverteilung über das gesamte Bauwerk.

Die Fertigung erfolgte weitgehend im Werk. Dort entstanden transportfähige Makroelemente – etwa der Ring aus vier 160 t schweren Segmenten –, die anschliessend auf der Baustelle durch Schweissverbindungen zusammengefügt wurden. Besondere Aufmerksamkeit galt den Schweissverformungen. Gerade bei den gekrümmten Elementen des Hochkreisels hätten sich thermisch bedingte Verzüge über den Umfang addieren und den späteren Ringschluss beeinträchtigen können. Schweissreihenfolge und definierte Vorverformungen wurden deshalb bereits bei der Fertigung festgelegt und die Geometrie fortlaufend mittels 3D-Vermessungen kontrolliert. Dies ermöglichte es, die erforderlichen Toleranzen einzuhalten und auch die konstruktive Kontinuität zwischen Ring, Brücke und Rampen sicherzustellen.

So folgt der weithin sichtbare Ring aus selbstpatinierendem Cortenstahl zwar der Geometrie des Verkehrs, seine konstruktive Gestalt aber entstand ebenso aus dem statischen System, das auf die einwirkenden Kräfte abgestimmt ist, wie auch aus der Antwort auf die Frage, wie sich eine neue Brücke bei laufendem Verkehr an die Stelle der alten setzen lässt. Ein schlüssiges Infrastrukturbauwerk.

Auszeichnung Prix Acier 2026 – Autobahnanschluss als Halbanschluss Bellinzona Zentrum, Autobahn A2, 
Ausfahrt Bellinzona Centro, 2024

Bauherrschaft: Bundesamt für Strassen ASTRA, Bellinzona 

Vergabeform: Wettbewerb, 2008 

Architektur: Studio d'architettura Martino Pedrozzi, Mendrisio

Tragwerksplanung, Gesamtprojektleitung: Consorzio GM-TOS (Lurati Muttoni Partner SA, Mendrisio; AFRY Svizzera SA, Bellinzona)

Ausführung / Bauunternehmen: Consorzio Torretta (Matteo Muttoni Costruzioni SA, Bellinzona; CSC Costruzioni SA, Lugano 

Bauleitung: Consorzio 4Belli (Lombardi SA, Giubiasco; Ingegneri SPP SA, Bellinzona)

Stahlbau: Consorzio Officine Ghidoni SA, Ferriere Cattaneo SA, Riazzino

Tragsystem: Stahl-Beton-Verbundtragwerk mit geschlossenen Cortenstahl-Kastenträgern

Stahlbauprinzip: Stahlbetonverbundbauweise

Nutzung: überführtes Autobahnkreuz mit Kreisverkehr Ø 60m 

Gesamtlänge: 238.85 m

Kreisverkehr: Ø 60 m

Stahlsorten: selbstpatinierender Cortenstahl

Tonnage Stahl: 1730 t

Korrosionschutz: selbstpatinierender Cortenstahl 

Ausführung: 2022–2024