Bereits 1998 zeigte Stefan Zöllig in einem Grundlagenbericht auf, dass Holz als einheimischer Rohstoff eine kostengünstige und ökologische Alternative für Wildtierbrücken ist. Über 20 Jahre später bauen wir solche Bauwerke in Holz. Auch bei Lärmschutzwänden und weiteren Infrastrukturbauten wird Holz heute erfolgreich eingesetzt. Wir sind überzeugt, dass Holz im Infrastrukturbau einst standardmässig eingesetzt wird.
Timbatec engagiert sich in Forschungsprojekten und auf politischer Ebene, damit Holz im Infrastrukturbau künftig mehr eingesetzt wird. Wir glauben daran, dass die politischen Rahmenbedingungen und neue Erkenntnisse aus der Forschung dem Baustoff Holz den Durchbruch im Infrastrukturbau bringen.
Der Ständerat und der Nationalrat hat die Motion „Erforschung und Innovation des Werkstoffs Holz für den Einsatz im Infrastrukturbau als Dekarbonisierungs-Beitrag“ angenommen. Nun ist der Bundesrat beauftragt, in Zusammenarbeit mit den Hochschulen und den einschlägigen Normenkommissionen die Möglichkeiten zur Dekarbonisierung des Infrastrukturbaus zu erforschen. Insbesondere ist zu prüfen bzw. anzustreben, Stahlbeton durch CO₂-speichernde Materialien zu ergänzen bzw. zu ersetzen. Die Erforschung und Innovation des Werkstoffs Holz für den breiten Einsatz im Infrastrukturbau steht im Vordergrund.
Beton ist das mit Abstand häufigste verwendete Baumaterial. In der Schweiz verbauen wir jährlich rund 40 Millionen Tonnen davon. Das hat einen grossen Einfluss auf das Klima. Allein die Zementproduktion trägt mit einem jährlichen CO₂-Ausstoss von etwa 2,5 Millionen Tonnen über 5 Prozent zum nationalen CO₂-Ausstoss bei.
Holz hingegen ist ein CO₂-Speicher. Ein Kubikmeter Holz entlastet die Atmosphäre um etwa eine Tonne CO₂, denn Bäume wandeln beim Wachstum dank der Fotosynthese CO₂ in Sauerstoff und Kohlenstoff um.
In jedem Kubikmeter Bauholz ist so rund eine Tonne CO₂ gespeichert. Holzbauten werden so zum langfristigen CO₂-Speicher, denn das CO₂ bleibt solange im Holz gespeichert, bis es verbrannt wird oder verrottet. Dann geht genau die gleiche Menge CO₂ zurück in die Luft, wie beim Wachstum des Holzes einst gespeichert wurde. Wird das Holz wiederverwendet, bleibt das CO₂ während eines weiteren Lebenszyklus gespeichert.
Timbatec hat zusammen mit der Berner Fachhochschule eine Forschungs- und Umsetzungs-Strategie ausgearbeitet. Dabei eruierten wir neun Bereiche, wo Holz künftig vermehrt Einsatz finden könnte. 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, wie zum Beispiel Holz. Wildtierüberführungen, Lärmschutzwände oder Brücken quer zur Achse werden bereits heute in Holzbauweise erstellt.
Damit Holz einst bei Tunnelbauprojekten und Schwerlastbrücken eingesetzt wird, sind noch verschiedene Forschungsfragen zu klären. Dazu sind wir in engem Kontakt mit den führenden Hochschulen.
Die Forschungs- und Umsetzungs-Strategie der Berner Fachhochschule zu den möglichen Bereichen, wo künftig Holz eingesetzt und damit Stahl und Beton substituiert werden kann. Die dadurch eingesparte Menge CO₂ leistet einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz.
Ein grosses Potenzial für den Einsatz von Holz im Infrastrukturbau liegt im Brückensektor, insbesondere bei Brücken über Autobahnen. Das knapp 2255 Kilometer lange Nationalstrassennetz der Schweiz umfasst 4270 Brücken – das sind rund zwei Brücken pro Strassenkilometer. Gebaut sind diese grösstenteils aus Stahl und Beton. Holz hingegen ist aktuell in nur rund drei Prozent in der Tragstruktur enthalten. Dabei hat der vielseitige Werkstoff grosses Potenzial, auch für den Bau von Brücken für grosse Lasten wie beispielsweise 40-Tonnen-Lastwagen.
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Forschende vom Institut für Holzbau, Tragwerke und Architektur IHTA der Berner Fachhochschule BFH erarbeiten zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft eine Machbarkeitsstudie, wie künftig Schwerlastbrücken standardmässig mit Holz gebaut werden können. Timbatec engagiert sich stark in diesem Projekt, denn wir sind überzeugt, dass solche Brücken bald realisiert werden können.
Arbeitsmodell der Machbarkeitsstudie
Die gezeigten Brückenelemente sind für eine Brücke quer zur Achse geplant. Damit kann beispielsweise eine Kantonsstrasse über eine 6-spurige Autobahn mit einer Mittelabstützung ausgeführt werden (2 x 22.5 Meter Spannweite als Zweifeldträger und 40 Tonnen Nutzlast).
Die einzelnen Brückenelemente sind rund drei Meter lang und besehen aus einem Hohlkasten-Querschnitt aus Brettsperrholzplatten. Die TS3-Technologie verbindet die einzelnen Brückenelemente biegesteif miteinander, das erhöht die Torsionssteifigkeit und die einzelnen Platten wirken effizient zusammen.
Die Brückenelemente sind ein Arbeitsmodell, das die Möglichkeit schafft, die aktuellen Details direkter zu bewerten, um im laufenden Forschungsprojekt neue Lösungen auszuprobieren.
WHFF-Projekt 2021.15
Weitere Informationen zum Projekt www.bfh.ch/ahb
Ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung von der TS3-Technologie war der Langzeitprüfstand im Innenhof der BFH in Biel. Er wurde im Mai 2018 offziell eingeweiht und drei Jahre später rückgebaut, da die nötigen Erkenntnisse gewonnen wurden. Ganz im Sinne der Kreislaufwirtschaft wurde das Brettsperrholz des Langzeitprüfstandes für den Bau der Brückenelemente weiterverwendet.
Die Grenzen sind im Kopf. Holz kann heute fast alles, was Stahl und Beton auch können. Besonders effizient sind Holzbrücken bei Spannweiten bis zu 30 Metern, also genau im Bereich, den die meisten Schweizer Brücken überspannen. Die Einsatzmöglichkeiten von Holz im Brückenbau gehen weit über die üblichen Spannweiten hinaus.
Timbatec hat bereits 2005 gemeinsam mit der Kissling und Zbinden AG, den Bauart Architekten und der Technischen Universität Graz im Rahmen eines Wettbewerbs eine Holzvariante für die 240 Meter lange Innbrücke Vulpera im Unterengadin erarbeitet. Das Konzept basiert auf vier nebeneinander verlaufenden Hohlkastenbögen.
Ein Arbeitsmodell der 240 Meter langen Holzbrücke Vulpera mit einer Bogenspannweite von 120 Metern und einer Höhe von 70 Metern.
Weitsicht ist gefragt
Leider konnte das Projekt die Gunst der Jury nicht gewinnen. Die Planung der Innbrücke hat selbstredend alle Anforderungen erfüllt. Die Jury sah jedoch eine «Überschreitung der Grenzen des materialgerechten Entwurfes» – eine Enttäuschung für das Team. Alle technischen Voraussetzungen für Grossprojekte wie die Innbrücke Vulpera sind heute gegeben. Es fehlt allein an der breiten Akzeptanz und an der Weitsicht der Entscheidungstragenden. Neue Ideen müssen manchmal lange auf ihren Einsatz warten.
Holz wird bereits heute in verschiedenen Infrastrukturbauten eingesetzt. Schallschutzwände entlang von Zugstrecken, Autobahnen und grossen Strassen schirmen störenden Lärm ab. Wildtierbrücken ermöglichen den Rehen und Hirschen die Überquerung solcher Strassen. Und Brücken aus Holz gibt es schon seit vielen hundert Jahren. Wir stellen gelungene Infrastrukturbauten vor.
Wenn die Rehe ab Sommer 2021 zur Paarung die Autobahn A1 überqueren, werden sie nicht merken, dass sie über die schweizweit erste Wildtierbrücke aus Holz gehen. Für sie ist wichtig, dass ihre Gebiete jenseits der Autobahn wieder erschlossen sind. Weil Verkehrswege die Lebensräume der wildlebenden Tiere durchtrennen, legt das Bundesamt für Umwelt Wildtierkorridore von überregionaler Bedeutung fest. Herkömmliche Wildtierbrücken sind Stahlbetonkonstruktionen. Sie dienen den Tieren, sind aber alles andere als klimafreundlich. Die beiden Umweltaspekte lassen sich durchaus verbinden: Der Korridor «AG6» verbindet das Juragebiet mit dem Mittelland und führt zwischen Gränichen und Suhr über die A1. Hier ermöglicht neu die 50 Meter breite Holzkonstruktion den Wildtieren das sichere Überqueren der Autobahn.
Schweizer Holz
Für die Herstellung der 156 Bogenträger verarbeitete die Hüsser Holzleimbau AG in Bremgarten rund 850 Kubikmeter Bauholz. Eine grosse Leimpresse drückte die Fichtenbretter in die gewünschte Form, bis sie nach dem Aushärten des RF-Klebstoffes formstabil waren.
Über 1000 Tonnen CO₂ eingespart
Ein Kubikmeter Holz entlastet die Atmosphäre um rund eine Tonne CO₂, denn Bäume wandeln beim Wachstum dank der Fotosynthese CO₂ in Sauerstoff und Kohlenstoff um. Die Herstellung eines Kubikmeters Stahlbeton hingegen verursacht rund 500 Kilogramm CO₂. Die Ausführung des Wildtierbrückenüberbaus in Beton hätte bei der Herstellung, der Montage und dem Transport einen Ausstoss von 480 Tonnen CO₂ verursacht. Mit der Holzvariante wurden bei der Produktion des Brettschichtholzes und für die Herstellung der Stahlgelenke nur 182 Tonnen CO₂ ausgestossen.
Gleichzeitig speichert das verbaute Holz dank der Fotosynthese 775 Tonnen CO₂. Netto sind 593 Tonnen CO₂ in der Wildtierbrücke Rynetel gespeichert. Die Differenz zwischen der Holz- und der Betonvariante sind somit 1073 Tonnen CO₂. Das entspricht dem Ausstoss von über drei Millionen Autokilometern. Holz hat damit bei der Klimafrage deutlich die Nase vorn. Wenn wir die Pariser Klimaziele erreichen wollen, müssen wir auf Stahl und Beton verzichten. Die Wildtierbrücke mit ihrem Holzüberbau ist ein erster Schritt in diese Richtung.
Vergleich der Treibhausgasemissionen der Holzüberdeckung mit einer Betonüberdeckung. Verglichen wurde das Überführungstragwerk ohne Fundationen und ohne Aufbauten anhand des Vorprojektes. Berechnung gem. KBOB 2009/1:2022. Die Betonüberdeckung wurde gemäss Vorprojekt mit einer Querschnittsfläche von 28.64 m² und einer mittleren Länge von 73.19 m gerechnet, Dicke am Scheitelpunkt 40 cm. Das ergibt 2400 t Beton und 144 t Armierungsstahl. Die Holzüberdeckung wurde wie realisiert berechnet mit 382 t Brettschichtholz und 54 t Stahlgelenke.
Konstruktion und Montage
Die 850 Kubikmeter Bauholz für die Wildtierüberführung in Suhr wuchsen im Schweizer Wald, unter Berücksichtigung der Holzart und des Verschnitts, innerhalb von 3 Stunden und 26 Minuten. Daraus wurden 156 Brettschichtholzbogen vorgefertigt und formstabil verklebt.
Die jeweils zwei Tonnen schweren Träger haben eine Spannweite von 17.4 Meter, einen Querschnitt von 24 mal 76 Zentimetern und sind mit Stahlgelenken auf den Ortbetonwänden montiert.
Im Scheitelbereich wird so die Konstruktion mit 70 Zentimeter Erdreich und Sickerkies überdeckt, bei den Aussenmauern und dem Mittelauflage (rechts im Bild) ist die Erdschicht über 4 Meter hoch!
Ein zwei Meter hoher Blendschutz grenzt die Brücke ab. Seitlich der Brücke wird der Blendschutz mit dem Wildschutzzaun zusammengeschlossen, so dass keine Tiere auf die Autobahn gelangen. Der Blendschutz ist ein wichtiges Element, welcher vor Scheinwerferlicht schützt, damit die Tiere möglichst ungestört die Brücke queren können.
Die Montage der Träger erfolgte ausschliesslich in Nachtarbeit. Während 24 Nächten jeweils von 21.30 Uhr bis 5 Uhr morgens wurde der Verkehr auf je eine Spur pro Fahrtrichtung reduziert und auf einer Fahrbahn zusammengeführt. So konnte jeweils über der anderen Fahrbahn gearbeitet werden. Eine Totalsperrung der Autobahn wurde von Beginn weg ausgeschlossen.
Holz ist die bessere Lösung
In der Vorprojektphase der Wildtierbrücke Rynetel stellte die Bauherrschaft zusammen mit dem Planungsteam die Ausführungen in Beton und Holz einander gegenüber. Nebst der Wirtschaftlichkeit sollte die Konstruktion wartungsarm und beständig sein und 100 Jahre lang halten. Ein späterer Ausbau der Autobahn von zwei auf drei Spuren muss möglich sein, und der Verkehrsfluss auf der Autobahn muss auch während der Bauzeit jederzeit gewährleistet werden können. Diese Anforderungen sind kein Problem für Holz.
Baudaten
- Spannweiten: 2 x 17.4 Meter
- Länge: 35.6 Meter (quer zur Fahrbahn)
- Breite: 54 Meter (längs zur Fahrbahn)
- Brückenfläche: 1'922 m²
- Bauholz: 850 m³ Fichte
- Herkunft Schweiz
Baukosten
- 13.9 Mio. Franken
Leistungen Timbatec
- SIA Phase 31 Vorprojekt
- SIA Phase 32 Bauprojekt
- SIA Phase 41 Ausschreibung und Offertenvergleich
- SIA Phase 51 Ausführungsprojekt
- SIA Phase 52 Ausführung
- SIA Phase 53 Inbetriebnahme
- Fachplanung Brandschutz
Bauherrschaft
Bundesamt für Strassen ASTRA
4800 Zofingen
Holzbau
Häring AG
5074 Eiken
Fotografie
NILS SANDMEIER
2501 Biel/Bienne
Planung
Ingenieurgemeinschaft WUEF;
Bänziger Partner AG, 5400 Baden und
Timbatec Holzbauingenieure
Baumeister
Aravia Bau AG
5303 Würenlingen
Lieferant Brettschichtholz
Hüsser Leimbau AG
5620 Bremgarten
In Neuenkirch baute das Bundesamt für Strassen ASTRA nach der Wildtierüberführung Rynetel die zweite Wildtierüberführung mit einer Holzüberdeckung. Wie beim Bauwerk in Rynetel mussten auch in Neuenkirch die Montagearbeiten in der Nacht durchgeführt werden. Während zehn Nächten montierten Zimmerleute die 17.5 Meter langen, 1.24 Meter hohen und 8 Tonnen schweren Holzträger.
Rund 2500 Kubikmeter, grösstenteils Fichtenholz aus dem Entlebuch, wurden dafür verbaut. Dass das Holz in den umliegenden Wäldern geschlagen und in regionalen Betrieben weiterverarbeitet wurde, ist ein Gewinn für die hiesige Wirtschaft. Auch die Umwelt freuts. Denn: Lokales Holz ist aus ökologischer Sicht deutlich vorteilhafter als Holz aus dem Ausland.
Konstruktion und Montage
Auch in Neuenkirch wurde die Brücke zur Sicherstellung des Autobahnbetriebs komplett in Nachtarbeit aufgerichtet. Während 21 Nächten leitete die Polizei den Verkehr auf die Gegenfahrbahn um, damit die Fahrbahnen unterhalb der Überführung für die Montagearbeiten genutzt werden konnten.
Im Vergleich zu der Überführung Rynetel konnten die aufwändigen Stahlbauteile stark reduziert werden. Auf den Widerlagern und der Mittelmauer in Ortbeton liegen Eichenschwellen (gelb) und horizontale Kontakthölzer, ebenfalls aus Eichenholz, zur Lagerung der 17 Meter langen und rund 8 Tonnen schweren Fichtenträger.
Die Träger aus Brettschichtholz GL24k sind als Einfeldträger mit einer Überhöhung von 10 Zentimeter ausgebildet. Sie weisen eine Abmessung von 720 x 1240 Millimetern auf und sind in einem Sprungmass von rund 1.15 Meter angeordnet. Das Sekundärtragwerk besteht aus 100 Millimeter dicken Brettsperrholzplatten, die direkt auf die Längsträger befestigt sind und als Untergrund für die mehrlagige Abdichtung dienen.
Auch beim Bauwerk in Neuenkirch überdecken mehrere Schichten für die Dichtigkeit und den Wurzelschutz das Holztragwerk. Anders als bei der Überführung Rynetel konnten die Portale ohne Böschung ausgeführt werden. Der Blendschutz wurde direkt in die Portalgestaltung miteinbezogen und an der Brüstung montiert.
Wer heute auf der A2 zwischen Sursee und Luzern unterwegs ist, passiert die Wildtierbrücke unmittelbar nach der Autobahnraststätte Neuenkirch – oft ganz ohne zu merken, mit welchen Materialien die Brücke konstruiert ist.
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Baudaten
- Breite 50 Meter
- Länge 36 Meter
- Lichte Höhe 4.80 Meter
- 2500 m³ Fichtenholz aus der Region
Baukosten
- BKP 1-9: 10.7 Millionen Franken
- BKP 214: ca. 2.7 Millionen Franken
- Planungshonorar: 198'000 Franken (als Subplaner des Bauingenieurs)
Leistungen Timbatec
- SIA Phase 31 Vorprojekt
- SIA Phase 32 Bauprojekt
- SIA Phase 41 Ausschreibung und Offertenvergleich
- SIA Phase 51 Ausführungsprojekt
- SIA Phase 52 Ausführung
- SIA Phase 53 Inbetriebnahme
- Statik und Konstruktion
- Kostenschätzung
- Fachbauleitung und Baustellenkontrollen
Bauherrschaft
Bundesamt für Strassen ASTRA
4800 Zofingen
Holzbauingenieur
Timbatec Holzbauingenieure (Schweiz) AG Bern
3012 Bern
Holzbau
HUSNER AG Holzbau
5070 Frick
Bauingenieur
IG 2B Ingenieurgemeinschaft
3000 Bern 15
GU/TU
Anliker AG
6021 Emmenbrücke
Wir sind überzeugt, dass der Werkstoff Holz im Infrastrukturbau Einzug hält, weil er die umweltfreundlichste Variante ist. Darum entwickeln wir mit unseren Partnern laufend neue Konstruktionslösungen, berechnen die Statik und stellen den Brandschutz von Infrastrukturbauten sicher. Wer heute einen Beitrag zum Klimaschutz leisten will, der baut heute mit Holz – auch im Infrastrukturbereich.