Verbundsystem-Brücke aus Douglasien-Rundholz
Das beschauliche Schönecken besitzt seit kurzem eine ganz besondere Brücke. Diese mag auf den ersten Blick unspektakulär aussehen, doch dieser Eindruck trügt gewaltig. Denn tatsächlich ist sie der Prototyp einer revolutionären neuen Holz-Verbund-Konstruktionsmethode.
Diese Methode ist das Ergebnis einer besonders spannenden holzbaulichen Forschungs- & Ingenieursleistung, bei der ein hoch innovatives neues Tragwerksystem aus Rundholz entwickelt wurde.
Das Ziel des Forschungsprojekts war, ein bisher nur im Stahlbau praktiziertes Steckbau-System auf den Holzbau und speziell auf die Rundholzbauweise zu übertragen.
Dabei ging zum einen darum, den in der Region reichlich verfügbaren Rohstoff Douglasienrundholz häufiger verwenden zu können, als das bisher der Fall ist. Zum anderen wollte man herausfinden, ob dieses Rundholz auch für Projekte im modernen Holz- und Ingenieurbau eingesetzt werden kann.
Das Holzbauunternehmen Floss hat eine lange Erfahrung mit diesem schnell- & gradwüchsigigen Holztyp, aus dem es bereits seit langem hochwertige Blockhäuser baut. Dabei verwendet Floss als geprüfter Produzent der Regionalmarke Eifel ausschließlich durch die regional zertifiziertes Douglasienholz aus der näheren Umgebung, das aus Winterfällung stammt.
Firmenchef Peter Floss ist von dem äußerst energieeffizienten Rohstoff überzeugt, der dank seiner guten mechanischen Eigenschaften und der Unempfindlichkeit gegen Witterungseinflüsse sehr leistungsfähig ist. Wie schön wäre es, diesen optimalen Baustoff einer vielfältigeren konstruktiven Nutzung zuführen zu können!
Aus diesem Wunsch heraus entstand nach Gesprächen zwischen dem Holzbau-Unternehmer und Prof. Dr. Wieland Becker von der Hochschule Trier das gemeinsame Projekt zur "Entwicklung eines Rundholz-Tragwerksystems (RTS) aus geschältem Rundholz mit Verbindungsknoten aus Sonderbeton zur Herstellung von Fachwerkbrücken in Holz-Beton-Verbundweise". Bei dem teilweise mit Mitteln aus dem EU-Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefürderten Entwicklungsprojekt wurden auch interessierte Studenten der Hochschule Trier beteiligt.
In dieser fruchtbaren Kooperation entstand die Idee eines neuartigen Tragwerksystem, bei dem einzelne Stammholzstücke durch mittels CADCAM-gefertigte Verbindungselemente aus Polymerbeton ergänzt werden, um in der Art eines Steckkastensystems unterschiedliche tragende Konstruktionen erstellen zu können.
Als Pilotprojekt wurde eben jene Fußgängerbrücke erstellt, die die Firma Floss am Ende der Erprobung des neuen Konstruktionssystems ihrer Heimatgemeinde schenkte.
Insgesamt dauerte es allerdings rund zwei Jahre, um von der Idee bis zur fertiggestellten Brücke zu kommen. Nach der ersten Ideensammlung in einem Workshop mit interessierten Studenten der Hochschule Trier waren etliche Material- und Bauteilprüfungen unter Laborbedingungen notwendig, die die Hochschule im Auftrag der Firma Floss durchführte.
Floss leistete dafür die Detail- und Werkplanung, erstellte die Teile und montierte am Ende die Brücke. Durch diese enge Zusammenarbeit zwischen Forschung und Handwerk — Theorie und Praxis —, konnten beide Seiten voneinander profitieren und einen direkten Mehrwert erzielen. Und eine Masterarbeit über den Einsatz besonderer Verbindungselemente in einem Brückentragwerk fiel auch noch dabei ab.
Neben den ökologischen Vorteilen, die die Nutzung von Stammholz gegenüber den bei solchen konstruktiven Elementen üblichen energieintensiven Materialien wie Stahl und Beton bieten, und die in einer Folgestudie genau beziffert werden sollen, dürfte die Kostenfrage ein Hauptargument für die langfristige Perspektive dieser neuartigen Konstruktionsweise sein: Douglasienholz ist schnellwüchsig und regional gut verfügbar. Die Polybetonverbindungen werden sehr kostengünstig in durch 3D-Drucker erstellten Formen gefertigt.
So hat das Projekt mit der Erstellung der Brücke als konstruktivem Prototypen (ohne anteilige Personalkosten der Firma Floss) lediglich 102.560 Euro gekostet. Davon entfallen circa 30 % auf die Forschung, der übrige Teil auf Personalkosten, Fremdleistungen und Material.
Als Resultat ist eine filigrane Holzbrücke entstanden, deren Tragwerk auf einem gebogenen und segmentierten Rundholzdruckgurt liegt. Der erinnert nicht nur optisch, sondern auch funktionell an das Rückgrat eines Vierbeiners. Das Brückendeck aus Massivholz erhielt eine Abdeckung mit Gussasphalt, welcher die Holzkonstruktion vor Nässe und Bewitterung schützt.
Dank der guten Lastverteilungs-Eigenschaften der Douglasie in Kombination mit der hohen Druck- und Biegezugfestigkeit des Polymerbetons hält die Konstruktion einer Belastung von mehr als 30 kN aus, was ca. drei Tonnen entspricht — selbst wenn in Schönecken demnächst einmal ein Waldelefant auf Bummeltour gehen sollte, wäre dies für die neue Brücke also kein Problem.
Für die Zukunft planen die Projektträger, das Stecksystem mit weiteren Verbindungselementen auszubauen, um möglichst viele konstruktiven Aufgabenstellungen gerecht werden zu können. Das Potential dazu hat die Innovation sicherlich, dessen war sich auch die Jury des Holzbaupreises Eifel 2016 einig und erkannte der Entwicklungsleistung eine der begehrten Preise zu.
In ihrer Würdigung stellte die Jury gerade auch die Zukunftsträchtigkeit der Entwicklung heraus:
Das eingereichte Brückenbauwerk resultiert aus einem Forschungsprojekt der Universität Trier in enger Kooperation mit der Firma Floss, das eine neuartige Nutzung für in der Eifel reichlich verfügbares Douglasienrundholz im modernen Holz- und Ingenieurbau gefunden hat. Ergebnis ist eine filigrane Tragwerkskonstruktion, die kurze Einzelstäbe gewachsener Rundhölzer mit Verbindungsteilen aus Poymerbetonknoten kombiniert. Sie ist hoch innovativ, da die verwendeten Polymerknoten in dieser Form bei einer Brücken zum ersten Mal Einsatz finden. Es handelt sich um eine Dreigurtbinder-Fachwerkkonstruktion, deren Knotenpunkte allesamt gelenkig sind. Der untere Bogen wird durch einen vorgespannten Stahlstab als reine Druckkonstruktion ausgelegt. Besonders zu betonen ist, dass die Knotenpunktelemente in ihrer Art und Struktur die Übertragung auf vielfältige andere Anwendungsmöglichkeiten auch außerhalb des Brückenbaues ermöglichen.
Man darf also gespannt sein, wo in den kommenden Jahre alles moderne und attraktive Douglasienstammholz-Polybeton-Konstruktionen an die Stelle von herkömmlichen Stahlbetonbauten rücken werden.
Patentbetreuung: Hochschule Trier. Gebrauchsmusterschutz: Firma Floss, eingetragene Marke floss.tec® Nummer: 30 2016 005 005 im deutschen Patent- und Markenamt. Fotos: www.flosstec.de.