Das Ziel, die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren, stellt jeden Teil der Infrastruktur eines Landes vor unterschiedliche Herausforderungen.

Im Autobahnsektor, wo die Rohstoffe für Stra?en, Autobahnen, Brücken und Tunnel traditionell emissionsintensiv sind, ist die Herausforderung besonders gro? - sowohl bei der Neueinrichtung als auch bei der Instandhaltung bestehender Strukturen und Strecken. Es ist definitiv an der Zeit, neue und ungewohnte Ideen zu erkunden.

Angesichts des schieren Umfangs des Bestands an Stra?en und Bauwerken, die von einer typischen nationalen Autobahnbeh?rde betrieben und instandgehalten werden müssen - in den Niederlanden sind etwa 4.000 Brücken in Betrieb - und der Menge an Ressourcen, die diese Arbeit jedes Jahr erfordert, k?nnten selbst kleine Eingriffe potenziell zu einem erheblichen Nutzen führen.

Hier bei Arup haben wir in Zusammenarbeit mit Heijmans und Schaffitzel die Einsatzm?glichkeiten von Massivholz in Stra?enbrückenkonstruktionen untersucht, angeregt durch einen Aufruf von Rijkswaterstaat, der niederl?ndischen Beh?rde für Autobahnen und Wasserstra?en, nach Innovationen für die Kreislaufwirtschaft. Die Idee war, Wege zu finden, wie man im Zusammenhang mit Stra?enbrücken vom "Take-make-waste"-Modell wegkommt und die Emissionsreduktionsziele für 2030 erreicht. Unser Konzept für Brücken aus Brettschichtholz (Bridges of Laminated Timber, BoLT) bietet Eigentümern und Betreibern von Infrastrukturen eine M?glichkeit, die Ziele für die Emissionsreduzierung bis 2030 zu erreichen.

Zu Beginn gab es einige Beschr?nkungen. Wir wussten, dass Stra?enbrücken mit gro?er Spannweite nach wie vor auf Stahl und Beton angewiesen sind. Aber Brücken mit Spannweiten von bis zu 25 Metern machen in der Regel etwa 50 % der Autobahnüberg?nge im Stra?ennetz eines Landes aus - und in diesem Zusammenhang wird Holz zu einer praktikablen Alternative.

Our Bridges of Laminated Timber (BoLT)
Unser Konzept für Brücken aus Brettschichtholz (Bridges of Laminated Timber, BoLT) setzt auf Langlebigkeit, Modularität und Wiederverwendung.

St?rken und Schw?chen

In ganz Europa und Nordamerika müssen jedes Jahr Tausende dieser Stra?enbrücken, die vielleicht vor vier, fünf oder sogar sechs Jahrzehnten gebaut wurden, in erheblichem Umfang instand gesetzt werden. Mehr als die H?lfte der Autobahnbrücken in den Niederlanden sind beispielsweise mehr als 40 Jahre alt, und laut der Infrastructure Report Card 2017 ist dies bei den Anlagen in den USA ?hnlich. Diese Brücken geraten unter Druck, da sie viel st?rkeren und intensiveren Verkehrsbelastungen ausgesetzt sind, als ursprünglich vorgesehen war. Gleichzeitig führen die fortschreitende Verst?dterung und der wachsende Wohlstand zum Bau v?llig neuer Verkehrsinfrastrukturen, und das Problem des in diese Strukturen eingebetteten Kohlenstoffs ist ein immer gr??er werdendes Problem. Es liegt auf der Hand, dass alternative Materialien ben?tigt werden, und die Verwendung von Holz beim Bau neuer Infrastrukturen wird den eingebetteten Kohlenstoff jetzt reduzieren, was der Wiederverwendung von Material in der Zukunft vorzuziehen ist.

Die Vorteile von Holz als Baumaterial sind bekannt: Es ist reichlich vorhanden, kostengünstig und kannCO2 aus der Atmosph?re absorbieren. Wenn es richtig konstruiert ist, kann es 100 Jahre lang halten und am Ende seiner Nutzungsdauer in einer Brücke ausgetauscht und in einem anderen Zusammenhang wiederverwendet werden.

Aufgrund seines geringen Gewichts kann der überbau einer Brücke durch Holz ersetzt werden, w?hrend die Unterbauten erhalten bleiben. Eine wichtige Frage ist natürlich das Verh?ltnis von Holz zu Wasser - jedes Material in einer Stra?enbrücke muss seine Festigkeit behalten und langfristig gegen Witterungseinflüsse resistent bleiben. Der Schutz des Holzes vor direktem Kontakt mit Wasser ist entscheidend, um Pilzbefall und die daraus resultierende Zersetzung zu vermeiden. Auch die Belüftung ist für Holz wichtig, denn es muss nach feuchten Perioden trocknen k?nnen. Es muss auch inspiziert werden k?nnen, um eventuelle Besch?digungen im Auge zu behalten. Wenn wir diese Aspekte in unseren Entwurfsprozess einbeziehen, wird deutlich, dass Holz als Konstruktionselement, das nicht den Elementen ausgesetzt ist, lebensf?hig bleibt.

Der Brandschutz ist ein wichtiger Aspekt bei der Planung mit Holz. In vielen nationalen Vorschriften gibt es keine Anforderungen an die Brandlast, aber dennoch muss die Konstruktion in einer solchen Situation sicher sein und Unf?lle verhindern. Im Gegensatz zu Stahl wird die Festigkeit nicht von der Temperatur beeinflusst. Die Verbrennungsgeschwindigkeit von Brettschichtholz betr?gt etwa 0,7 mm/min. Das bedeutet, dass sich der Querschnitt eines gro?en Brückenbalkens aus Brettschichtholz (1x1,5 m) nach einer halben Stunde Branddauer nur um 4 % und nach einer Stunde um 10 % verringert. Diese Verringerung kann bei der Konstruktion für zus?tzliche Sicherheit berücksichtigt werden.

Hilfreich ist auch, dass Holz nicht wie Beton und Stahl durch Tausalze besch?digt wird. Und unser Entwurf sieht eine Demontage vor, so dass die Brücken in Zukunft leicht verbreitert oder wiederverwendet werden k?nnen. Dies ist das Konzept der Kreislaufwirtschaft, bei dem die Entwicklung einer Struktur berücksichtigt wird, anstatt eine nicht anpassungsf?hige, einmalige Wette auf Materialien einzugehen, bei der man sich auf das Prinzip "Benutzen - Abrei?en - Abfall - Wiederholen" festlegt.

Konzeptnachweis

Unser BoLT-Design bietet eine theoretische Lebensdauer von mindestens 100 Jahren, da es vollst?ndig vor Regen geschützt ist und den künftigen Eurocode-Normen für Holzbrücken entspricht. W?hrend bei Brückenüberbauten zunehmend Holz-Beton-Verbundwerkstoffe eingesetzt werden, geht unsere Version noch einen Schritt weiter, indem sie den traditionellen Betonüberbau durch einen Vollmassivholzüberbau ersetzt. Dies führt dazu, dass 75 % des Gesamtgewichts des überbaus (einschlie?lich des Fahrbahnbelags) aus einem erneuerbaren Material bestehen, was zu einem klimafreundlichen überbau führt.

Durch die Verwendung von Holz wird der überbau des ViaduktsCO2-negativ. Dies führt zu einer Senkung des Umweltkostenindikators (EKI) um 70 % und zu einer Verringerung des Einsatzes von abiotischem Prim?rmaterial um bis zu 90 %. Letztendlich k?nnen 95 % wiederverwendet werden.

Bart Smolders

Vorsitzender des Verwaltungsrats von Heijmans Infra

Natürlich würde ein Teil des Prototyps darin bestehen, zu testen, wie sich eine Demonstrationsbrücke unter realen Bedingungen verh?lt. Die Verm?gensverwalter müssen überzeugt werden, und wie bei jedem anderen Material ist auch hier eine Wartung erforderlich. In Anbetracht der nahenden Fristen ist es im Moment jedoch am wichtigsten, dass wir es versuchen.

Die ?ra der Holzbrücken beginnt

Heutzutage werden Brücken oft nach weniger als 50 Jahren abgerissen, um ver?nderten funktionalen Anforderungen gerecht zu werden. Für eine Ersatzbrücke werden dann neuer, emissionsintensiver Beton und Stahl hergestellt. Theoretisch kann dies eine Lebensdauer von 200 Jahren haben, aber es bedeutet, dass jetztCO2 in die Luft ausgesto?en wird, w?hrend wir versuchen, die Ziele des Pariser Klimaabkommens zu erreichen. Im Gegensatz dazu ist der Holzbau klimapositiv. Und in Zukunft kann es auch wiederverwendet, umgelagert und in einer neuen Form wiederverwendet werden, m?glicherweise als Fu?bodenbelag oder ein anderes inneres Bauelement.

Die Verwendung von Massivholz in Autobahnbrücken befindet sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Aber mit den richtigen Partnern sind wir davon überzeugt, dass es sich um eine skalierbare L?sung handelt, die unserer Stra?eninfrastruktur ein ganz neues Ma? an Nachhaltigkeit verleihen k?nnte.