Technik

Holzbrücke mit Gehbelag aus Carbonbeton

Kohlefaser hält schlank und rostfrei

Dieses Jahr fand im baden-württembergischen Remstal eine Gartenschau statt. In diesem Zusammenhang wurden die ersten drei integralen Holzbrücken – weltweit – realisiert. Ihnen wird aufgrund der neuartigen Bauweise eine weitaus längere Lebensdauer vorhergesagt als herkömmlichen Stegen aus Holz. Und auch beim Gehbelag schlugen die Planer neue Wege ein: Sie entschieden sich für Carbonbeton. Er wurde mit Produkten des Herstellers Solidian bewehrt.

Holzbrücke
Im Zusammenhang mit einer Gartenschau im baden-württembergischen Remstal wurden die ersten drei integralen Holzbrücken – weltweit – realisiert.

Das Remstal ist ein knapp 80 Kilometer langes Flusstal, das östlich von Stuttgart liegt. Von Mai bis Oktober 2019 fand hier in 16 Städten und Ortschaften die erste interkommunale Landesgartenschau statt. In diesem Zusammenhang wurden in den Gemeinden Urbach und Weinstadt drei Fuß- und Radwegbrücken aus Holz gebaut. Die lichte Öffnungsweite ihrer Spannweiten liegt zwischen 16 und 38 m. Das Besondere daran: Die drei Stege sind die weltweit ersten Massivholzbrücken in integraler Konstruktionsweise. Integral bedeutet in diesem Fall, dass der hölzerne Brückenkorpus monolithisch mit den Betonwiderlagern verbunden ist. Diese Bauweise basiert auf der sogenannten „Stuttgarter Holzbrücke“, mit deren Hilfe die Planungsbeteiligten den nachhaltigen Werkstoff Holz wieder in den Fokus rücken wollen. Der Grund: Holzbrücken gelten vielfach als nicht dauerhaft und wartungsaufwendig. Doch ein Forschungsprojekt der Materialprüfanstalt (MPA) an der Universität Stuttgart zeigte: Die häufigste Schadensursache ist stauende Nässe im Auflagerbereich und unterhalb undicht gewordener Abdichtungen. Zudem haben bewitterte Anschlusskonstruktionen, die nach der Durchfeuchtung nicht ausreichend trocknen können, eine geringe Lebensdauer. Kurz gesagt: Schadensursache sind häufig Mängel im konstruktiven Holzschutz. Auf der Basis dieser Erkenntnis entwickelten die Forscher der MPA gemeinsam mit dem Ingenieurbüro Knipplers Helbig, Cheret Bozic Architekten und einem Holzbauer die „Stuttgarter Holzbrücke“.

Stuttgarter Holzbrücke

Bei diesem Bauwerk handelt es sich um eine Fußgänger- und Radwegbrücke mit blockverklebtem Holztragewerk aus Fichten-Brettschichtholz, das sich im Querschnitt nach unten hin verjüngt. In das Holz sind Gewindestangen eingeklebt (Einklebelänge = 1,20 m), die am Ende des Brückenträgers überstehen. Sie enden in der Armierung der Widerlager und werden dort fest einbetoniert. Der Biegedruck wird über entsprechend ausgebildete Kontaktflächen eingeleitet. Ein Stahlwinkel, der schon während des Einsetzens des vorgefertigten Überbaus auf die Widerlager genutzt werden kann, überträgt die vertikalen Querkräfte. Die derart ausgebildete Rahmenkonstruktion ist auf Pfahlgründung im Dammbereich aufgesetzt. Insgesamt entsteht so ein lager- und fugenloser Anschluss. Mehrere Kunststoffdichtbahnen schützen das Holz ferner vor Nässe. Zudem wird die Feuchtigkeit des Holzes mithilfe von Sensoren konstant überwacht. Obwohl bei den vorhergegangenen Forschungsarbeiten Holz als Material für den Gehbelag im Gespräch war, entschieden sich die Planer bei den drei realisierten Brücken letztendlich für einen weiteren sehr modernen Baustoff: Carbonbeton.

Holzbrücke
Die drei integralen Brücken sind eine Kombination aus Holz und Beton. Dank ihrer neuartigen Bauweise wird ihnen eine weitaus längere Lebensdauer vorhergesagt als herkömmlichen Stegen aus Holz.

Neu in allen Details

Bei diesem Beton wird nicht, wie sonst üblich, mit Stahl, sondern mit Carbon bewehrt. Dies bringt zahlreiche Pluspunkte mit sich. Die Vorteile von Carbonbeton gegenüber Holz: Zum Beispiel kann es bei Regen passieren, dass Holz rutschig wird. Die Oberfläche von Carbonbeton hingegen bleibt griffig. Und Holz saugt sich bei Nässe mit Feuchtigkeit voll, dies passiert bei Carbonbeton nicht. Die Vorteile von Carbonbeton gegenüber herkömmlich armiertem Beton: Anders als Stahl rostet Carbon nicht. Dies hat zur Folge, dass die Betonüberdeckung wesentlich dünner ausfallen kann, womit sich auch das Gewicht der einzelnen Elemente reduziert. Zusammen mit den bis zu sechsmal höheren Festigkeiten im Vergleich zum Bewehrungsstahl bietet dieser innovative Baustoff also neue Gestaltungsmöglichkeiten bei der Planung von filigranen Elementen.

Sieben Zentimeter Dicke

Gemeinsam mit Solidian legten die Planer fest, dass die Gehschicht in Form von Fertigteilelementen aufgebracht wird – was dem gesamten Konzept der Brücke entsprach, deren Körper ja ebenfalls in der Holzbauwerkstatt vorgefertigt worden war. Sie bestimmten, dass die Betonfertigteile 2,40 m breit und 8,00 m lang sein sollten und eine Dicke von nur 7 cm aufweisen. Zudem entschieden sie, dass die Platten mit Solidian GRID, einem epoxidharzgetränkten Carbongitter (Q95/95-CCE-38), bewehrt werden. Dieses bietet der Hersteller in den maximalen Abmessungen 1,2 m x 5,0 m oder als Rollenware an, wobei er bei den Öffnungsweiten auf die Anforderungen des Kunden eingeht. Darüber hinaus fertigt solidian auch dreidimensional geformte Bewehrungen. Auch sie kamen bei den Brücken im Remstal zum Einsatz.

Zustimmung im Einzelfall

Da carbonbwehrter Beton nicht unter die eingeführte technischen Baubestimmungen fällt und keine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung hat, ist (derzeit noch) die Zustimmung im Einzelfall erforderlich. Dabei gelang es den Verantwortlichen, die Zustimmung lediglich auf Grundlage von Erfahrungswerten und vorhandenen Bemessungsmodellen zu erlangen, wobei die Gutachten des Instituts für Massivbau der RWTH Aachen sehr hilfreich waren. Versuche mussten nicht durchgeführt werden – was in Deutschland bisher einmalig ist. Dies sparte Kosten und verkürzte die Zeit, die für die Zustimmung erforderlich war. Die Lebensdauer der Stuttgarter Brücke kann auf rund 80 Jahre veranschlagt werden. Sie soll damit deutlich älter werden als so manche andere, herkömmliche Holzbrücke. So können die Bewohner und Urlauber des Remstals sie also noch sehr lange nutzen.

Holzbrücke
Die Fertigteilplatten, die den Gehbelag der Brücke bilden, sind 2,40 m breit und 8,00 m lang.
 
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