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Schwerlastbrücken aus Holz
20.05.2022
Der Infrastrukturbau zählt zu den grössten CO₂-Emittenten der Schweiz. Durch den vermehrten Einsatz von Holz könnte er zur Dekarbonisierung beitragen. Im Rahmen der ICTB wurde an der Berner Fachhochschule ein vorgespanntes Hohlkastenelement für Schwerlastbrücken eingeweiht. Hier finden Sie einen Rückblick zum gelungenen Anlass.
Die Motion «Erforschung und Innovation des Werkstoffs Holz für den Einsatz im Infrastrukturbau als Dekarbonisierungs-Beitrag» wurde im Ständerat und im Nationalrat angenommen
(Mehr dazu).
Nun gilt es, im Infrastrukturbau den Stahlbeton durch CO₂-speichernde Materialien wie Holz zu ersetzen. Dazu hat die Berner Fachhochschule zusammen mit TS3 und weiteren Wirtschaftspartnern eine Forschungsstrategie ausgearbeitet und einen Prototypen eines Brückenelements gebaut. Dieses wurde im Rahmen der ICTB eingeweiht.
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Hier ein paar Impressionen vom Einweihungsanlass.
Holz im Infrastrukturbau
Die Zementproduktion trägt mit einem jährlichen CO₂-Ausstoss von etwa 2,5 Millionen Tonnen über 5 Prozent zum nationalen CO₂-Ausstoss bei. Wenn das Pariser Klimaabkommen erreicht werden soll, dann muss die Baubranche weitgehend auf den Einsatz von Stahlbeton verzichten. Für den Bau von Infrastrukturen, im Gebäude-, aber auch in anderen Bereichen wie beispielsweise im Strassensektor, liegen heute bereits verschiedene Lösungen mit Materialien vor, die bei der Herstellung nicht CO₂ produzieren, sondern speichern. Ein gutes Beispiel ist Holz.
Erste vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten von Holz im Infrastrukturbau gibt es bereits. Die gebauten Lärmschutzwände, Brücken und Wildtierüberführungen sind gute Beispiele dafür. Damit grosse Brücken, insbesondere Brücken in der Achse der Fahrtrichtung, gebaut werden können, braucht es weitere Forschung.
Schwerlastbrücken aus Holz
Die Berner Fachhochschule führt unter der Leitung von Prof. Dr. Steffen Franke eine Machbarkeitsstudie zu Schwerlastbrücken in Holz für Schweizer National- und Kantonsstrassen durch. Von Januar 2022 bis im Sommer 2023 wird die Ausbildung der bekannten Hohlkastenquerschnitte aus dem Betonbau in Verbindung mit der Vorspanntechnologie in Holz übertragen. Dabei werden Spannweiten von bis 50 Metern und hauptsächlich Autobahnbrücken längs zur Achse betrachtet. Nach Projektabschluss sollen die Hohlkastengeometrie, der Spanngliedverlauf und die lokalen Krafteinleitungsdetails geklärt sein. Weiter wird der Bauprozess analysiert.
Brückenelemente im Re-Use Gedanke
Die TS3-Technologie ermöglicht Grossflächen aus Holz. Zehn Jahre Forschung zusammen mit der Berner Fachhochschule und der ETH Zürich waren nötig, um die Technologie zu entwickeln. Ein wichtiger Meilenstein war der Langzeitprüfstand im Innenhof der Berner Fachhochschule in Biel. Er wurde im Mai 2018 offiziell eingeweiht und drei Jahre später rückgebaut, da die nötigen Erkenntnisse gewonnen werden konnten. Die TS3-Technologie ist heute marktreif und wird im Hochbau und bei einem ersten Untergeschoss in Holzbauweise erfolgreich eingesetzt.
Ganz im Sinne der Kreislaufwirtschaft entstand eines der zwei Hohlkastenelemente für Schwerlastbrücken aus dem Brettsperrholz des Langzeitprüfstandes. Die mit der TS3- Technologie verbundenen Brettsperrholzplatten eignen sich bestens für die Kreislaufwirtschaft. Sie können beim rückzubauenden Objekt einfach in der gewünschten Grösse aufgetrennt werden und beim neuen Projekt wieder verwendet werden.
Mit der TS3-Technologie verbunden
Die Brückenelemente sind für eine Brücke quer zur Achse geplant. Damit kann beispielsweise eine Kantonsstrasse über eine 6-spurige Autobahn mit einer Mittelabstützung ausgeführt werden. Die einzelnen Platten der Elemente sind mit der TS3-Technologie biegesteif verbunden, dadurch wird die Torsionssteifigkeit erhöht und die einzelnen Platten wirken effizient zusammen. Für die Erstellung einer Brücke werden mehrere Elemente aneinandergereiht, mit der TS3-Technologie verbunden und anschliessend vorgespannt.
Die Brückenelemente zeigen exemplarisch die Bohrungen für die Spannkabel. Weitere Spannkabel werden im Feldbereich im unteren Flansch eingefügt und im Bereich des Mittelauflagers im oberen Flansch. Die Simulationen für die Brücke quer zur Achse wurde mit Vorspannkabeln ohne Verbund modelliert. Wie der Verbund der Vorspannlitzen mit dem Holz hergestellt werden kann, wird zurzeit erforscht. Die Elemente sind deshalb als ein Arbeitsmodell zu verstehen, welches nicht die endgültigen Lösungen zeigt. Die Elemente sollen die Möglichkeit schaffen im laufenden Forschungsprojekt neue Lösungen auszuprobieren.