Projektart:
Anfrage:
Objekt:
Striatus 🔗
Typ:
Begehbare Treppenskulptur
Ort:
Venedig [Satellit]
Staat:
Italien
Architekt:
Zaha M. Hadid † 🔗, London
Materialien:
3D-Druck von Beton
Publiziert:
baublatt 13/2022
Seiten:
20 - 20
Inhalt:
[Artikel]      
 

"Striatus"-Brücke an Biennale

Material sparen mit 3D- Betondruck

Die temporäre Treppenskulptur "Striatus" auf der letztjährigen Biennale von Venedig war ein im 3D- Betondruck entstandener Massivbau, der materialreduziert produziert und obendrein zerlegbar war. In einer verbesserten, permanenten Version wird er in Frankreich demnächst wieder aufgebaut.
Im Giardino della Marinaressa, einem südlich des Arsenals gelegenen Außengelände der Architekturbiennale von Venedig war die 16 x 12 Meter große Treppenskulptur der raumgreifende Blickfang. Unverkennbar zeigten deren expressiv fliessende Formen die Handschrift ihres kreativen Ursprungs – nämlich des weltbekannten Londoner Büro Zaha Hadid Architects (ZHA), dessen gleichnamige und unvergessene Gründerin mittlerweile vor sechs Jahren verstorben ist.
"Striatus" hatten seine Schöpfer Dr. Shajay Bhooshan von ZHA und Prof. Philippe Block von der ETH Zürich das Werk getauft. Sie wollten mit dem Namen auf die strukturelle Logik des Herstellungsprozesses anspielen, einem 3D- Druck, der aus zahllosen, weitgehend parallel zueinander angeordneten, dünnen Betonlagen besteht.
Aber das Gebäude wollte weit mehr sein als ein dekoratives Kunstwerk. Sobald man unter das insgesamt 3,50 Meter hohe Gebilde trat, offenbarte sich dessen Bauweise aus ausgedrucktem Beton. Tatsächlich gab es davon, insbesondere im Jahr 2021, nicht wenige: Wir denken u.a. an das White- Tower Projekt im Bündener Mulegns oder an das Wohnhaus im deutschen Beckum (beide vorgestellt im baublatt 2/2022). Auch der Umstand, dass es sich zumindest oberirdisch um einen reinen, bewehrungsfreien Massivbau handelt, erscheint angesichts des Betondruckverfahrens als vorteilhaft, aber wenig spektakulär. Revolutionär wird es jedoch bei dem Wissen um die Logik, wie gedruckt wurde und wie die einzelnen Druckebenen angelegt waren: Denn die insgesamt 53 Betonblöcke bestanden mitnichten aus einer Struktur horizontaler, aufeinander abgelegter Spritzbetonschichten. Vielmehr waren diese mit Hilfe eines 6-Achsen- Roboterarms grundsätzlich senkrecht zu der Richtung der final im Bauwerk verlaufenden Druckkräfte angelegt worden. Damit konnte der Betonbedarf auf nur 30 % von dem regulären Bedarf reduziert werden, der für einen vergleichbaren, konventionell errichteten Betonbau erforderlich ist. Durch den Betonauftrag in spezifischen Winkeln und seine senkrechte Anordnung zu den auftretenden Druckkräften wird erreicht, dass sich diese 4 - 14 Millimeter starken Schichten gegenseitig stabilisieren. Die vorausgehende, grundlegende Erkenntnis ist, dass in konventionellen Betonkonstruktionen eine lineare Geometrie den kurvenförmigen Verlauf einer Belastung aufnimmt, wodurch jedoch immer statisch ineffiziente Füllbereiche entstehen.
Hängemodell
Der statische Aufbau von Striatus ist so angelegt, dass in dem gesamten sichtbaren Bauwerk nur Druckkräfte auftreten, die schräg nach außen wirkend in die drei Fundamente der Brückenköpfe eingeleitet werden. Nur diese Fußpunkte sind im Erdreich mit Zugseilen gegeneinander verspannt, so dass diese durch die einwirkenden Gewichtskräfte nicht auseinanderdriften können. Tatsächlich betrug die hier verbaute Stahlmenge nur 10 % des Armierungseisenbedarfs einer vergleichbaren, konventionellen Konstruktion.
Das zugrundeliegende, statische Wissen ist das so genannte Hängemodell, das nach dem Prinzip der Umkehrung von Druck- und Zugkräften arbeitet: ein Steinbogen und ein Seil weisen einen identischen Kraftverlauf auf - nur in gegensätzlichen Kraftrichtungen. Um also die Geometrie eines Gewölbes zu ermitteln, kann man ein Seilmodell erstellen. Die von oben auf ein Gewölbe einwirkenden Masselasten, wie etwa Turmaufbauten, werden in dem Modell durch zusätzliche, daran hängende Gewichte ersetzt. Die so entstehende Seilkurve entspricht dabei dem Grad der erforderlichen Gewölbewölbung.
Das Prinzip der so genannten Kettenlinie (auch. Katenoide) war schon in antiker Zeit bekannt. Die alten Römer entwickelten damit etwa ihre Viadukte und Steinbrücken. Noch in der Renaissance und in der Barockzeit finden sich Zeichnungen, die eine Kenntnis dieses Prinzips belegen. Danach ging jedoch dieses Wissen verloren und wurde erst 1908 von Antoni Gaudí im Rahmen seines Entwurfs für die Sagrada Família wiederentdeckt.
Präzise zusammengesteckt
Auch bei der Ausführung bediente man sich bewährter Techniken: Ähnlich wie bei den Eisenbahnviadukten der räthischen Eisenbahn wurde ein hölzernes Lehrgerüst gestellt (baublatt 8/2022). Auf diesem wurden dann die computergedruckten Betonfertigteile abgelegt, die sich erst mit dem Einfügen des mittleren Schlusssteines und dem Absenken des Gerüstes zu einem sich selbst tragenden System stabiliserten.
Die optimierte Drucktechnik erbrachte - wie erwähnt - verbesserte statische Eigenschaften, was wiederum gestattete, dass ein Recyclingbeton als "Drucktinte" verwendet werden konnte. Die von dem Zementhersteller Holcim eigens für dieses Projekt entwickelte Betontinte ist im Vergleich zu "normalem" Beton besonders arm an CO2-Emissionen, weist aber auch ein geringeres Elastizitätsmodul als dieser auf. Die Verwendung des recycelten Baustoffs erbrachte aber auch eine nicht unbedeutende Gewichtsersparnis, da alle 53 Betonblöcke nur zwischen 200 und 800 Kilogramm wogen. Somit konnte der Aufbau der insgesamt 24,5 Tonnen schweren Treppenskulptur im Rahmen einer Kleinbaustelle erfolgen. Dies geschah mit nur fünf Monteuren sowie einem Spinnenkran und benötigte inklusive vorbereitender Tiefbauarbeiten nur 35 Tage.
Wie beschrieben, wurden die einzelnen Blöcke nicht miteinander verbunden, vielmehr wurde sogar eine Neoprenlage lose in diese Bauteilstöße gelegt. Diese bildete keine Trennschicht, vielmehr diente das Neopren einer gleichmäßigen Lastverteilung der auftretenden Druckkräfte über die gesamte Stoßflächen hinweg.
In früheren Zeiten war diese Art von Detail mittels weicher Mörtelarten oder auch mit Bleiplatten ausgeführt. Die dünnen Neoprenkissen kompensieren aber nur geringfügige Oberflächenunebenheiten, weshalb die einzelnen Bausteine so präzise wie möglich auszudrucken waren. Erreicht wurde dies mit dem bereits erwähnten 6-DOF- Roboter in 84 Stunden. Erstellt wurde in dieser Zeit ein Druckweg von 58 Kilometern, der sich exakt auf 7883 Druckebenen verteilt. Hervorzuheben bei diesen "Layern" ist, dass deren Stärke nicht durchgehend linear sein musste, sondern entsprechend ihrer individuellen statischen Anforderungen auch mal zu- oder abnahmen.
Eine sich selbst fixierende Bauweise wurde auch für die Montage der seitlichen Brüstungen angewandt. Um Horizontalkräfte aufzufangen, wie sie etwa sich dagegen lehnende Personen verursachen, wurde das Bogenprinzip mit dem fixierenden Schlussstein auch in der Horizontalen angewandt. Dem Grundriss kann man anschaulich entnehmen, dass die Brückenabschnitte zwischen den drei Treppenaufgängen Bogenabschnitte waren. Wie in der Vertikalen werden dabei die nunmehr horizontalen Druckkräfte zur Seite geleitet und schließlich in die Fundamente der drei Brückenköpfe eingeführt.
Entstehungsgeschichte
Betreut wurde das Striatus- Projekt von Dr. Shabay Bhooshan, heute Associate Director bei Zaha Hadid Architects in London. Während seines Studiums an der ETH Zürich promovierte er im Forschungsgebiet "Computergestützte Formfindungsmethoden und Optimierung von Tragwerken" bei Prof. Dr. Philippe Block. Initiiert wurde die Idee von Prof. Block, dem von den venezianischen Biennale- Kuratoren die Möglichkeit offeriert wurde, ein Ergebnis seiner aktuellen Forschungen dort zu präsentieren.
Auf die Frage, ob zunächst der Entwurf oder die Statik existierte, entgegnete Prof. Block, dass das Projekt ganzheitlich von vielen Partnern zugleich entwickelt wurde. Gearbeitet wurde dazu in dem Forschungsverbund incremental3D, der rund um das Thema 3D- Druck mit Beton entstanden ist, auf der Computer- Plattform compas. So konnten verschiedene Teams parallel an Optimierungen am Design, der Statik, der Überführung in eine Robotersteuerung und der Werkstofftechnik arbeiten und ihre Ergebnisse miteinander abgleichen.
Recycling und Zukunft
Die Treppenskulptur Striatus fand großen Anklang auf der Biennale und führte zu einem erheblichen Besucheranstieg im Giardino della Marinaressa, einem vielleicht 40 x 30 Meter großen Garten, der durch einen brusthohen Zaun von der großen Uferpromenade entlang des Canale Grande abgetrennt ist. Obwohl man sich in Venedig durchaus auch eine Verstetigung von Striatus hätte vorstellen können, war für Prof. Block die Beibehaltung des temporären Charakters dieses Objektes sehr bedeutsam. Das Vergängliche, verbunden mit einem schonenden Recycling seiner Bauteile gehörte für ihn zwingend zu dem Gesamtkonzept dieses Kunstobjektes.
So wurde die Treppenskulptur nach Beendigung der großen Kunstschau zerlegt und anschließend die 53 Betonbauteile zunächst klein gemahlen. Der Hintergrund ist, dass die Brücke das nächste Mal eben nicht als temporäres Bauwerk, sondern dann dauerhaft errichtet werden soll. Dazu gibt es tatsächlich auch schon konkrete Vereinbarungen und eine entsprechende Planung. Wo und in welchem Kontext genau, ist jedoch noch streng geheim. Nur so viel wird verraten: Es wird in Frankreich und auch noch in diesem Kalenderjahr sein. An dieser baulichen Reinkarnation sind allerdings einige Verbesserungen vorgesehen. Als anschauliches Beispiel dafür nennt Prof. Block die Lauffläche, die künftig ebenfalls Bestandteil der monolithischen Konstruktion werden soll. In Venedig war dies noch eine aufgelegte Holzkonstruktion.
https://www.baublatt.ch/baupraxis/striatus-bruecke-an-biennale-material-sparen-mit-3d-betondruck-32877