Von der Hauswand zur Brücke

Was wäre, wenn jedes überholte Betonbauteil nicht entsorgt, sondern in Blöcke geschnitten und wiederverwendet werden würde? Eine solche Vision steckt hinter einem Projekt von Forschenden der Schweizer Hochschule École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFPL). In den Hallen des Structural Xploration Labs (SXL) in Freiburg bauten sie für das Projekt RE:CRETE einen Prototypen für eine Fußgängerbrücke. Dafür verwendeten sie Stahlbetonblöcke, die aus den Wänden eines als renovierungsbedürftig erklärten Gebäudes stammen.

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Die Herstellung von Beton ist alles andere als umweltfreundlich: Fast ein Zehntel der von Menschen verursachten Treibhausgasemissionen sind auf die Herstellung von Zement, dem Hauptbestandteil von Beton, zurückzuführen. Zugleich macht der Baustoff rund die Hälfte des Abbruchabfalls aus. Abfall? Gängige Praxis ist, sogenannten Altbeton zu Zuschlagstoffen zu zerkleinern, die in neuen Betonmischungen verwendet werden – doch das verbraucht viel Energie. Hingegen zögern viele Mitarbeitende in der Baubranche, Betonteile wiederzuverwenden. Ihre Bedenken möchte das Forschungsteam ausräumen. Das zur Fakultät für Architektur, Bau- und Umweltingenieurwesen gehörende Institut sitzt am Smart Living Lab in Freiburg, einer gemeinsamen Forschungsstätte der EFPL, der lokalen Hochschule für Technik und Architektur und der Universität Freiburg. Hier werden seit 2016 Möglichkeiten untersucht, den CO₂-Fußabdruck der Bauindustrie durch Methoden der Kreislaufwirtschaft zu verkleinern. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler befassten sich bereits mit der Wiederverwendung von Metallbauteilen und Fernstrommasten. Im Rahmen des Projekts RE:CRETE steht nun Beton im Fokus.

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Brücke aus Blöcken
Um zu zeigen, dass Betonelemente in ihrem zweiten Leben genauso zuverlässig wie in ihrem ersten sind, baute das Team des SXL mit ihnen einen Prototypen für eine Fußgängerbrücke. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiteten mit einem Abbruchunternehmen zusammen, das just einen Auftrag in der Region erhalten hatte. Das Unternehmen sägte die Blöcke aus den Wänden und Decken eines kaum 10 Jahre alten Gebäudes und bohrte anschließend Löcher für die Spannkabel. An der EFPL setzte das Forschungsteam 25 Stücke auf einer provisorischen Holzkonstruktion zu einem 10 Meter langen Bogen zusammen. Zwischen die etwa 20 cm dicken Blöcke gleicht Mörtel die leichten Unterschiede in den Abmessungen aus. „Bögen sind im Grunde die ideale Tragstruktur für die Wiederverwendung von Betonblöcken, da das Material nur Druckkräften ausgesetzt ist“, sagt Jan Brütting, der das Projekt initiierte. Er und Maléna Bastien Masse führten die Forschung im Rahmen ihres Postdoktorats durch. Zusammen mit Julie Devènes und Maxence Grangeot haben sie die Brücke entworfen. Dreizehn weitere Menschen haben bei der Umsetzung und Dokumentation des Projekt geholfen.

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Umkehr der Beton-Entwurfspraxis
Das Vorgehen am SXL stellt den herkömmlichen Entwurfsansatz auf den Kopf: Anstatt frischen Beton entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Projekts zu gießen, gerät bestehende Bausubstanz in den Blick und die Gestaltungsmöglichkeiten, die sich aus ihrer Form und Materialität ergeben. Allerdings können die Eigenschaften vorhandener Elemente variieren. Nicht immer sind sie im Voraus bekannt. Um Ingenieurbüros bei der praktischen Umsetzung neuer Planungsmethoden zu unterstützen, entwickelte das SXL die Software Phoenix 3D (siehe Surftipps), mit der wiederzuverwendende Bauteile automatisiert aus einem vorhandenen Bestand ausgewählt werden. Die Software ist ein Plug-In für Grasshopper3D, die interaktive parametrische Umgebung innerhalb von Rhino3D – eine in Architektur- und Konstruktionsbüros weit verbreitete Modellierungssoftware.

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Bewährungsprobe im Freien
Nach erfolgreich abgeschlossenen Belastungsprüfungen wurde die Brücke im Oktober 2021 schließlich feierlich eingeweiht. Ein halbes Jahr später installierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Brücke über einem Fluss im Kanton Wallis. Hier soll sie über zwei Jahre hinweg für den Fußverkehr zur Verfügung stehen, während das Forschungsteam den Verwitterungsprozess überwacht. Ursprünglich war die Brücke nicht für den Einsatz im Freien konzipiert. Ein paar einfache Maßnahmen schützen sie nun vor Wasser und gewährleisten, dass sie sicher betreten werden kann: Angeschnittene Bewehrungsstäbe wurden mit Korrosionsschutzfarbe überzogen. Die Ein- und Austrittsstellen der Spannseile wurden mit Mörtel verfüllt. Die Blockfugen wurden mit Klebeband abgedichtet, das mit einer rutschfesten Schicht bedeckt ist. Natürlich erhielt die Brücke auch ein Geländer: Es besteht aus Metallrohren ausgedienter Festzelte und Stahldrahtgewebe aus dem Ladenausbau.

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Fachwissen zum Thema

Surftipps

• www.epfl.ch > Zur Webseite des Forschungsprojekts
• www.epfl.ch > Zur Software Phoenix3D
• www.vimeo.com > Video zum Einsatz der Brücke im Kanton Wallis