Seit letzter Woche steht im Remstal bei Stuttgart ein einzigartiges Holzgebäude: ein Turm aus selbst geformten Fichtenplatten. Die an der Empa und ETH Zürich entwickelte Methode nutzt das natürliche Quellen und Schwinden von Holz unter Einwirkung von Feuchtigkeit und ermöglicht so eine neue und unerwartete Architektur für den Bau mit der erneuerbaren und nachhaltigen Ressource Holz.
Der 14 Meter hohe Turm bei Urbach thront mitten im Remstal als Ausstellungsstück im Rahmen der Remstal Gartenschau 2019. Er besteht aus insgesamt zwölf Holzpaneelen und verdankt seine geschwungene Form einer Methode, die an der Empa, der ETH Zürich und der Universität Stuttgart entwickelt wurde. Gekrümmte Holzkonstruktionen an sich sind nicht neu; doch wie die Einzelteile dieses Bauwerks entstanden sind, ist bahnbrechend. Die zwei Forscher Markus Rüggeberg und Philippe Grönquist der Empa-Abteilung „Cellulose and Wood Materials“ nutzen das natürliche Verhalten von Holz und dessen Reaktion auf Luftfeuchtigkeit.
Bereits vor rund 100 Jahren wurde eine erste Formel zur Biegung von Holz ausgetüftelt, erklärt Rüggeberg. Die Hochskalierung auf metergroße Bauteile stellte das Team jedoch vor Herausforderungen – die sie inzwischen erfolgreich gemeistert haben: „Nun können wir sogar voraussagen, wie stark sich solch große Holzelemente unter Einwirkung von Feuchtigkeit krümmen“, so Grönquist, der seine Doktorarbeit diesem Thema widmet. Diese Erkenntnisse nutzte das Empa-ETH-Team zusammen mit Kollegen der Universität Stuttgart, um genau zu berechnen, wie sich welches Holz in der Trocknungsphase verkrümmen wird. Das Prinzip sei eigentlich einfach, so Rüggeberg. Zwei Holzschichten werden zusammengeklebt. Wichtig dabei ist die Ausrichtung der Fasern. Wenn sich der Feuchtigkeitsgehalt im Holz ändert, quillt oder schrumpft die eine Schicht, während die andere starr bleibt. Da jedoch beide Lagen fest miteinander verbunden sind, biegt sich das Holz. Und je nachdem, in welchem Winkel die Fasern des Holzes aufeinanderliegen, ergibt sich eine andere Biegung.
Ohne Druck von außen
Holz zu verformen ist nicht neu. Im Gegensatz zur „natürlichen“ Methode der Empa und ETH Zürich kommen dabei jedoch in der Regel schwere Maschinen zum Einsatz, die das Holz unter großem Energieaufwand in die gewünschte Form pressen. Im Rahmen des Architekturprojektes Urbachturm überlassen die Forschenden das Biegen dagegen dem Holz selbst, also ganz ohne zusätzliche Krafteinwirkung. Dabei werden die entsprechenden Holzteile so dimensioniert und zusammengeklebt, dass gemäß Berechnung bei der Trocknung die gewünschte Krümmung entsteht. Nach der Trocknung – und wenn das Holz „in Form“ gebracht wurde – werden mehrere gekrümmte Bauteile laminiert. Diese zweite Verklebung verhindert eine weitere Verformung und sorgt gleichzeitig für die nötige Wandstärke der Elemente.
Die revolutionäre Methode entstand an der Empa im Rahmen eines Innosuisse-Projekts zusammen mit der Firma Blumer-Lehmann AG und Forschenden des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung der Universität Stuttgart. Das Projekt läuft noch bis Ende August; weitere Ergebnisse sollen Ende des Jahres veröffentlicht werden. „Der Turm zeigt in einzigartiger Weise, welche Innovationen im Holzbau möglich sind“, so Rüggeberg. „Holz als nachhaltige und ökologische Ressource gewinnt dadurch immer mehr Beachtung.“ Ideen für Nachfolgeprojekte seien bereits etliche vorhanden.
Text: Cornelia Zogg, Empa
Fotos: Universität Stuttgart/ICD/ITKE
