Mit der Kraft der Faltung

Wie lässt sich Material einsparen und zugleich die Stabilität steigern? An dieser Frage wird in der Block Research Group der ETH Zürich geforscht. In dem Team von Professor Philippe Block entwickelte die Doktorandin Lotte Scheder-Bieschin gewölbte Deckenelemente, die ganz ohne Stahlbewehrung auskommen. Um die ausgeklügelte Geometrie in Beton zu gießen, entwarf sie Unfold Form, eine faltbare, wiederverwendbare Schalung aus Sperrholz und Textil.

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Stahlmatten und -körbe sorgen normalerweise dafür, dass die Betonbauteile Zugbeanspruchung standhalten. Um sie zu schützen, müssen die Bewehrungen allerdings mehrere Zentimeter überdeckt sein. Bräuchte man sie also nicht, ließe sich gleich doppelt Material einsparen. Ausgehend von diesem Gedanken, nahm das Züricher Forschungsteam Gewölbestrukturen in den Blick. Deren Schalungen werden jedoch oft aus erdölbasierten Materialien wie Styropor hergestellt. Sie sind darüber hinaus sperrig und es entsteht viel Abfall bei der Herstellung und beim Ausschalen – insbesondere bei Spezialanfertigungen.

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Inspiriert von Natur und Kunst

Unfold Form besteht aus dünnen, flexiblen Sperrholzstreifen, die mit Textilbahnen verbunden sind. So lassen sie sich wie ein Fächer auf- und zufalten. Vier dieser Fächer werden in einem Holzrahmen zu einem zickzackförmigen Gewölbe zusammengesetzt, auf das der Beton direkt gegossen werden kann. Ist er ausgehärtet, lässt sich die Schalung leicht von unten lösen, zusammenklappen und für den nächsten Einsatz verstauen. 

Die Zickzackstruktur stärkt sowohl die Schalung als auch den Beton, bei dem die unterseitigen Rippen die Lastabtragung unterstützen – ähnlich wie bei einer Muschelschale. Ihre Stabilität erhalten die Schalungsfächer durch die gebogenen Kanten an den Verbindungen. Inspiriert ist diese Curved-Crease-Folding (CCF) genannte Technik von der Origami-Kunst. Form und Faltung entwickelte die Doktorandin zunächst mit Papiermodellen, bevor sie die Struktur am Computer simulierte. Die endgültige Schalung wiegt gerade einmal 24 Kilogramm, doch sie kann bis zu einer Tonne Beton tragen.

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Robustes System, einfache Montage

Der erste Prototyp misst 3 x 1,8 m und befindet sich im Robotic Fabrication Laboratory (RFL) auf dem Campus Hönggerberg. Mark Hellrich, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt Unfold Form, transportierte die gefaltete Schalung dann nach Kapstadt, wo ein zweites Gewölbe mit ihr erstellt wurde. Der dortige Projektpartner NonCrete verwendete einen Bio-Beton mit geschredderten Pflanzenteilen.

Insgesamt kostete das Material für den Prototyp lediglich 650 Franken. Neben Holz und Textil bedarf es nur noch einer Schablone für die Form und eines Tackers. Für den Einsatz der Schalung sind außerdem weder Spezialkenntnisse noch Hightech-Geräte nötig. Das ist ein großes Plus für Regionen mit begrenzten Ressourcen. Wie einfach die Montage ist, demonstrierte Lotte Scheder-Bieschin während ihrer Schwangerschaft.

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