Druckfestigkeit und E-Modul parallel zur Faserrichtung und Einfluss der Holzfeuchte
WHFF Projekt: 2020.11
Projektleitung: Prof. Dr. Andrea Frangi
Das Kurzvideo zum Projekt auf Youtube kann unter folgendem Link angesehen werden: https://youtu.be/rpt8Mb2Troo
Das Wichtigste in Kürze
Die relevanten Eigenschaften für Brettschichtholz (BSH) aus Buche (Fagus sylvatica L.), Eiche (Quercus robur L), Esche (Fraxinus excelsior L.) und Kastanie (Castanea sativa Mill.) sowie für Furnierschichtholz (FSH) aus Buche wurden für den Einsatz in Stützen untersucht.
Es wurde der Einfluss der Holzfeuchte auf die Druckfestigkeit und den Druck-Elastizitätsmodul parallel zur Faserrichtung quantifiziert, Modelle für deren Berücksichtigung erarbeitet sowie für sämtliche untersuchte Laubholzprodukte Bemessungswerte für die Druckfestigkeit (fc,0,d) und den Druck-Elastizitätsmodul parallel zur Faserrichtung (Ec,0,mean und Ec,0,05) in Feuchteklasse 1 und Feuchteklasse 2 abgeleitet.
Durch die Ergebnisse kann eine Mitwirkung bei der Normierung auf europäischer Ebene gewährleistet werden (Besonders prEN 14080-2 & EN 1995-1-1).
Auf nationaler Ebene sollen die Ergebnisse in die Norm SIA 265 Eingang finden.
Projektbeschreibung
Die Nutzung von Laubholz im konstruktiven Holzbau bietet die Antwort auf zwei grosse Herausforderungen der kommenden Jahrzehnte. Einerseits erlaubt das generell höhere Leistungspotential von Laubholz im Vergleich zu Nadelholz die Erweiterung des Anwendungsbereiches des konstruktiven Holzbaus insgesamt. Dadurch lassen sich mineralische und metallische Baustoffe substituieren und damit die Emissionen von Treibhausgasen im Bausektor reduzieren. Grösstmögliche Einsparungen ergeben sich dann, wenn lokale Ressourcen verwendet und die Bearbeitung und letztlich die Nutzung ohne grosse Transportwege erfolgen.
Andererseits befindet sich der Schweizer Wald, bedingt durch den Klimawandel, gegenwärtig stark im Umbau. Eine Konsequenz daraus wird aller Voraussicht nach sein, dass der heutige Brotbaum der Holzindustrie, die Fichte, in Zukunft in geringerem Umfang zur Verfügung steht. Es ist das Gebot der Stunde, jene Holzarten, die vom Klimawandel profitieren – oder zumindest weniger stark darunter leiden – hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz im konstruktiven Holzbau zu untersuchen und damit die Weichen zu stellen für eine künftige ökologisch wie ökonomisch sinnvolle Nutzung des Schweizer Holzvorrates.
Im diesem Projekt wurden für Brettschichtholz (BSH) aus Buche (Fagus sylvatica L.), Eiche (Quercus robur L), Esche (Fraxinus excelsior L.) und Kastanie (Castanea sativa Mill.) sowie für Furnierschichtholz (FSH) aus Buche jene Eigenschaften systematisch untersucht, die für den Einsatz in Stützen relevant sind. Es handelt sich hierbei um die Druckfestigkeit parallel zur Faserrichtung (fc,0), den Druck-Elastizitätsmodul parallel zur Faserrichtung (Ec,0) sowie den Einfluss der Holzfeuchte (u) auf die genannten Eigenschaften. Als «Referenzprodukt» wurde in dieser Studie BSH aus Fichte (Festigkeitsklasse GL 28h) geprüft.
Insgesamt wurden 300 Druckprüfungen zur Bestimmung der Druckfestigkeit und des Druck- Elastizitätsmoduls parallel zur Faser durchgeführt. Der untersuchte Holzfeuchtebereich reichte von 6 bis 18%. Die Holzfeuchte sämtlicher Prüfkörper wurde mit der Darrofenmethode bestimmt. Auch die Dichte der Prüfkörper sowie das Quell- bzw. Schwindmass wurden im Rahmen des Projektes ermittelt.
Schlussfolgerungen
Basierend auf den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen wurde der Einfluss der Holzfeuchte auf die Druckfestigkeit und den Druck-Elastizitätsmodul parallel zur Faserrichtung quantifiziert, Modelle für deren Berücksichtigung erarbeitet sowie für sämtliche untersuchte Laubholzprodukte Bemessungswerte für die Druckfestigkeit (fc,0,d) und den Druck-Elastizitätsmodul parallel zur Faserrichtung (Ec,0,mean und Ec,0,05) in Feuchteklasse 1 und Feuchteklasse 2 abgeleitet.
Die umfangreichen und systematischen Untersuchungen dieser Studie erlauben eine Mitwirkung bei der Normierung auf europäischer Ebene und damit die durch Daten abgesicherte Vertretung Schweizerischer Interessen. Insbesondere sei in diesem Hinblick auf die derzeit im CEN/TC 124 laufende Erarbeitung einer Produktnorm für Brettschichtholz aus Laubholz (prEN 14080-2) sowie auf die Überarbeitung des Eurocode 5 (EN 1995-1-1) hingewiesen. Auf nationaler Ebene sollen die Ergebnisse im gegenwärtig in Erarbeitung befindlichen Bemessungshandbuch «Lignatec Laubholz» sowie langfristig in die Norm SIA 265 Eingang finden.
Nachfolgend wir eine Übersicht der Anpassungsvorschläge aus dem Projekt gegeben:
Definition von Nutzungsklassen bzw. Feuchteklassen – Anpassungen in den Normen EN 1995-1-1 und SIA 265
Überprüfung der in der Norm SIA 265 definierten Faktoren ηw zur Berücksichtigung des Holzfeuchteeinfluss auf den Tragwiderstand und die Steifigkeit
Umrechnung von Prüfergebnissen auf die Referenzholzfeuchten – Anpassungen in der Norm EN 384
Ermittlung der Holzfeuchte – Anpassungen in der Norm EN 13183
Klimatisierung und Prüfung – Anpassungen in der Norm EN 408
Das Projekt wurde von der Wald- und Holzforschungsförderung Schweiz WHFF-CH des Bundesamtes für Umwelt BAFU und der Konferenz für Wald, Wildtiere und Landschaft KWL der Kantone unterstützt.