fatuk | Fachbereich Architektur Technische Universität Kaiserslautern
t-lab | Holzarchitektur und Holzwerkstoffe

Forschung

Lebensdauer und Monitoring bewitterter Holzkonstruktionen

Forschungsturm der Universität in Trippstadt

Bearbeiter

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Graf, Dipl.-Ing. Reiner Klopfer

Um den Biologen der Abteilung Pflanzenökologie und Systematik der Erforschung der in den Baumkronen lebenden Organismen einen möglichst offenen Zugang zum Kronenraum der zu untersuchenden Bäume einzurichten, wurde im Jahre 2011 ein Rahmentragwerk aus 15 cm dickem Fichten-Furnierschichtholz (Kerto) mit großen fensterartigen Öffnungen errichtet. Der Turm - entworfen durch KIRCHSPITZ .pg1 Architekten Kaiserslautern - besitzt eine Grundfläche von 3 x 3 m, ist 36,6 m hoch. Die Stahlbetonfundamentplatte ist mit Bohrpfählen im Waldboden verankert.

Um die biologischen Prozesse im Kronenbereich nicht zu beeinflussen, wurde auf vorbeugende, chemische Holzschutzmaßnahmen verzichtet. Da der Einsatz von nicht vorbeugend geschützten Holzwerkstoffplatten im Freien (Nutzungsklasse 3) nicht bauaufsichtlich geregelt ist, wurde hierzu eine Zustimmung im Einzelfall erwirkt mit der Auflage der regelmäßigen Überwachung und Überprüfung. Hierzu wird der Turm regelmäßig begangen um Veränderungen des Holzzustandes sowie der Holzverbindungen und Verbindungsmittel zu überprüfen.

Die frei bewitterte Holzkonstruktion ist dem Regen und Außenklima ausgesetzt. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt über einen längeren Zeitraum zu hoch wird, kann ein biologischer Abbau durch Holz zerstörende Pilze (Fäulnis) eintreten und die Lebensdauer des Turmes erheblich verkürzen. Die dauerhafte Erfassung der Holzfeuchte an repräsentativen Stellen durch ein Feuchtemonitoringsystem ist eine Möglichkeit das Risiko eines Pilzbefalls abzuschätzen und Aussagen zur Lebensdauer des Turmes zu treffen. Die einzelnen, jeweils 3 mm dicken Schälfurniere des hier eingesetzten Kerto-Furnierschichtholzes sind mit einem Phenolharz verklebt. Dieser Klebstoff ist elektrisch leitfähig, so dass die traditionelle Feuchteüberwachung durch die elektrische Widerstandsmessung zu erheblichen Messwertverfälschungen führen würde.

Ziel des angestrebten Forschungsprojektes

Mit der Erfassung der Schlüsselfaktoren Holzfeuchte und Holztemperatur an ausgewählten und kritischen Stellen sowie durch Auswertung der Klimadaten mit Regenereignissen am Turm soll das Risikopotenzial eines möglichen Pilzbefalls in Abhängigkeit der Holzfeuchte und der Zeitdauer der Befeuchtung erfasst und bewertet werden. Daher sind im Forschungsturm erste orientierende Feuchtemesseinrichtungen eingesetzt, die auch die Besonderheiten des Materials Furnierschichtholz berücksichtigen. Eigens hergestellte „Messdübel“, in denen sich Messplättchen mit Feuchte- und Temperatursensoren befinden, wurden in Bohrungen der Turmwände eingesetzt. Weiterhin wurde eine „Stellvertreter – Messplatte“ im Turm auf der oberen Turmplattform eingestellt, in der sich ebenfalls Feuchte- und Temperatursensoren befinden. Die Sichtseite der Messplatte ist nach Westen orientiert und frei bewittert. Alle Daten werden kontinuierlich mit Datenloggern aufgezeichnet und ausgewertet.

 

Bekanntermaßen ändert der Werkstoff Holz auch seine mechanischen und dynamischen Eigenschaften bei sich ändernden Holzfeuchten. Die Biegefestigkeit und der Biege-Elastizitätsmodul werden bei steigenden Holzfeuchtewerten geringer. In Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Bauingenieurwesen, Fachgebiet Statik und Dynamik der Tragwerke, Prof. Dr.-Ing. Hamid Sadegh-Azar, soll auch das Schwingungsverhalten von Furnierschichthölzern und des Turmes sowie die möglichen Änderungen des elastischen Verhaltens untersucht und modelliert werden. Mit den so erarbeiteten und validierten Prüfmethoden sollen bekannte und neuere Monitoring - Instrumente für eine Bauüberwachung bewitterter Holzbauwerke zur Verfügung gestellt werden. Voraussagen an Hand der Veränderungen berechneter Werte am Modell und den tatsächlich gemessenen Werten sollen für die Abschätzung der Lebensdauer heranzogen werden.