Hybridkonstruktionen in Holz-Granit-Verbundbauweise (HGV)

Im Projekt HGV (Hybridkonstruktionen in Holz-Granit-Verbundbauweise) entwickelt die Hochschule Koblenz ein statistisch abgesichertes Bemessungskonzept für eine Verbundbauweise aus Granit und Holz, die insbesondere für Geh- und Radwegbrücken oder stark genutzte Bereiche in Gebäuden infrage kommt und den gängigen Verbundbauweisen (Stahl und Beton, Holz und Beton) ökologisch und ökonomisch überlegen ist. Geleitet wird das Projekt von Prof. Tim Göckel.

Herausforderung

Holz hat als Baustoff in den vergangenen Jahren ein Comeback erlebt und wird heute gerne als kostengünstiger, nachwachsender und ökologisch nachhaltiger Baustoff eingesetzt. Einen Nachteil hat das Material allerdings: Es muss vor Witterungseinflüssen geschützt werden. Eine Lösung sind zum Beispiel Verbundbauweisen aus Holz und einem weiteren Material, typischerweise Beton. Allerdings hat Beton – ebenso wie Stahl als ebenfalls beliebter Baustoff – eine wesentlich schlechtere CO2-Bilanz, da beide keine Naturmaterialien sind und industriell gefertigt werden müssen. Der Naturstoff Granit hingegen weist wie Holz eine sehr gute Ökobilanz auf, sofern er regional bezogen wird. Allerdings ist Granit wegen seiner Eigenschaften nur begrenzt als reines Baumaterial einsetzbar; im Verbund mit Holz jedoch kann dieser Rohstoff neue Möglichkeiten eröffnen.

Ziele und Vorgehen

Im Projekt HGV soll genau dieser Verbund aus Holz und Granit untersucht und auf seine möglichen Einsatzgebiete hin geprüft werden. Das Projektteam hat den Holz-Granit-Verbund (HGV) vor allem für den Einsatz bei Fußgänger- oder Radwegbrücken im Blick. Hier könnten sich die Eigenschaften der beiden Werkstoffe ideal ergänzen: Nachhaltiges Holz wird als leistungsstarkes Element im Biegezugbereich eingesetzt und reduziert so das Eigengewicht der Gesamtkonstruktion; der gegenüber physikalischen und chemischen Einwirkungen unempfindliche Granit ist im Biegedruckbereich materialgerecht verbaut und übernimmt außerdem den erforderlichen Witterungsschutz für das Holz. Im Projekt werden die einzelnen Materialeigenschaften bestimmt und darauf basierende Simulationen des Verbundmittels erstellt, um die Bauteile später sicher und wirtschaftlich dimensionieren zu können.

Innovationen und Perspektiven                          

Die wichtigste Innovation der HGV-Bauweise sind ihre ökonomischen und ökologischen Vorteile gegenüber herkömmlichen Verbundbauweisen: Sowohl Holz als auch Granit können deutlich ressourcenschonender verarbeitet werden als Stahl oder Beton. Zusätzlich ist das HGV-Projekt auch aus wissenschaftlicher Sicht hochrelevant: Es leistet einen wichtigen Beitrag zur ingenieurwissenschaftlichen Forschung, da die Kombination von experimentellen Untersuchungen einer neuartigen Hybridbauweise mit Finite-Elemente-Simulationen als Forschungsmethode dazu beiträgt, bestehende Verbundtheorien anzupassen und zu erweitern. Außerdem erwartet das Projektteam neue Erkenntnisse zur tragfähigen Verbindung von Werkstoffen: Anders als bei Beton, der um das Verbundmittel herum gegossen werden kann, ist Granit nicht fließfähig und muss daher auf andere Weise – zum Beispiel über Klebe- oder Schraubverbindungen – mit dem Holz verbunden werden. Dieser Ansatz wird zwar bereits vereinzelt bei anderen Verbundbauweisen genutzt, ist aber noch nicht umfassend untersucht.