Das Projekt verfolgt das Ziel, die seit Jahrzehnten bestehende Wissenslücke zum effizienten Umgang mit Holzschutzbauten gegen Steinschlag zu schliessen. Dabei wird das Potential des Einsatzes von Holzschutzbauten bei dynamischen Belastungen aufgezeigt und wissenschaftlich untermauert. Durch die Erarbeitung eines Bemessungs- und Prüfverfahrens soll eine vermehrte Nutzung von regionalen und nachhaltigen Baustoffen verstärkt werden.

Steinschlagschutzbauten aus Holz bieten eine nachhaltige Lösung zum Schutz vor Steinschlag. Das volle Potenzial von Holz bleibt jedoch ungenutzt, obwohl die Anforderungen an das Management von Naturgefahren in einem sich ändernden Klima steigen. Der Einfluss des sich ändernden Klimas auf die Steinschlaggefahr sorgt für eine regional unterschiedliche Nachfrage nach Baulösungen zum Schutz von Verkehrswegen und Siedlungen. In der Schweiz wurden die ersten Steinschlagschutzbauten aus alten hölzernen Eisenbahnschwellen gebaut, um historische Verkehrswege und Siedlungen zu schützen.

In den letzten Jahrzehnten wurde die Verwendung von Holzelementen in Steinschlagschutzbauten jedoch von Technologien mit Stahldrahtnetzen abgelöst, die so dimensioniert und zertifiziert werden können, dass sie gezielten Aufpralllasten standhalten. Die Verwendung von Stahl in Steinschlagschutzbauten hat jedoch ihren Preis für die Umwelt, denn der hohe CO2-Fussabdruck und die Verwendung von Zinkbeschichtungen für den Korrosionsschutz stellen eine zusätzliche Belastung dar. Holzelemente in Steinschlagschutzbauten bieten eine nachhaltige, umweltfreundliche Alternative zur Verwendung von Standard-Steinschlagschutzbauten aus Stahlnetzen. Der Mangel an grundlegenden Daten über die Bruchschlagarbeit von Holzbalken unter dynamischen Steinschlagbelastungen und die Dominanz der Stahlnetzindustrie haben die Verwendung von Holzelementen in Steinschlagschutzbauten jedoch fast überflüssig gemacht (Glover et al., 2023. Wooden rockfall barrier assessment and impact analysis).

Dieses Forschungsprojekt zielt darauf ab, die grundlegenden Daten und die Wissensbasis zu schaffen, die für die Dimensionierung, Zertifizierung und Weiterentwicklung von Steinschlagschutzbauten mit Holzelementen erforderlich sind.

In Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Holz des Instituts für Baustatik und Konstruktion (IBK) an der ETHZ planen wir, eine Reihe von Steinschlagversuchen an gebrachten und neuen Holzbalken. Dafür soll der an der ETH vorhandene Schlaghammer verwendet werden (Cao et al., 2022, Pendulum Impact Hammer Tests on Spruce Glued Laminated Timber). Die Versuche an Holzbalken können in voller Grösse (Massstab 1:1) durchzuführt werden. Der speziell entwickelte Schlaghammer wiegt 3.5 Tonnen mit einem Pendelarm von 4.0 m und kann auf Holzbalken Schläge von bis zu 150 kJ abgeben.
 

Mit Unterstützung des Amtes für Wald und Naturgefahren haben wir bereits 100 Kastanienholzbalken aus einer 30 Jahre alten hölzernen Steinschlagschutzbauten gesichert, die im Gruobenwald ausserhalb von Klosters GR montiert war. Die grosse Anzahl von Proben ist erforderlich, um die statistische Streuung der dynamischen Bruchschlagfestigkeit zu bestimmen und die Versagensmechanismen der Balken unter Stossbelastung zu beschreiben. Die Ergebnisse werden auch mit Testreihen verglichen, bei denen frische Holzbalken untersucht werden. Dies wird Aufschluss über die Auswirkungen von Verwitterung und Alterung des Holzes auf den Schutzniveau vor Steinschlag geben, den die Holzbalken im Laufe der Zeit bieten.

Interesse und Bedarf an dieser Forschungsarbeit wurde vom Amt für Wald und Naturgefahren (AWN/GR), der RhB und dem Tiefbauamt GR gezeigt. In einer gemeinsam mit der ETH und der Uni Innsbruck durchgeführten Fachtagung im November 2024 an der FHGR wurden erste Ergebnisse dieser Arbeit publiziert. Damit soll das Interesse der Holzindustrie sowie der Bauunternehmungen geweckt werden, Holzpalisaden wieder zu etablieren.

Darüber hinaus dienen die Experimente und das Forschungsthema im Rahmen unseres BSc-Moduls über Naturgefahren für Bauingenieure an der FH-Graubünden dazu, das interaktive Lernen der Studenten im Bereich der Naturgefahren zu stärken. Durch die Integration dieser Forschung in den Unterricht profitieren die Studenten von praktischen Experimenten zu den dynamischen Einwirkungen von Steinschlägen auf hölzerne Steinschlagschutzbarrieren.
 

Beteiligte

Institut für Baustatik und Konstruktion (IBK)
ETH Zürich; Experimentelle Forschung (expRES@IBK)

• Dr. Alex Sixie Cao - ETHZ
• Gioele Montalbetti -ETHZ

Glover et al., 2023, Wooden rockfall barrier assessment and impact analysis, EGU23

Cao et al., 2022, Pendulum Impact Hammer Tests on Spruce Glued Laminated Timber