Biokomposite: Neue Werkstoffe für den Brückenbau

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Biokomposite bieten große Formfreiheit und ermöglichen strukturell optimierte und ressourceneffiziente, aber dennoch elegante Designs (Bild: BioMat at ITKE/University of Stuttgart)

Im Rahmen eines EU-Projekts werden drei Brücken aus Biokompositen gebaut. Natürliche Pflanzenfasern und Biopolymere können nun für tragende Strukturen verwendet werden. Damit eröffnen sich spannende Perspektiven auf Nachhaltigkeit und Materialzirkularität für zukünftige Brückenkonstruktionen. Ein Structural Health Monitoring System wird die Tragsicherheit gewährleisten und neue Erkenntnisse über die Verwendung der Materialien in Tragwerken liefern.

Die Bekämpfung des Klimawandels und das Streben nach Kreislaufwirtschaft werden in der Bauindustrie immer wichtiger. Insbesondere Tragwerke bieten ein großes Potenzial, vor allem wenn sie auf erneuerbaren, nicht fossilen Materialien basieren. Im Rahmen eines EU-Projekts werden derzeit drei Fußgänger- und Fahrradbrücken in Deutschland und den Niederlanden mit Bio-Verbundwerkstoffen geplant. Die erste Brücke wird im Frühjahr 2021 in Almere (Niderlande) realisiert. Diese Brücke wird Teil der Gartenbau-Weltausstellung Floriade 2022 sein, die im folgenden Jahr unter dem Thema „Städte der Zukunft“ stattfinden wird. Zwei weitere Brücken werden in Ilsfeld (Deutschland) und Bergen op Zoom (Niederlande) platziert.

Große Formfreiheit, elegante Designs

Die sogenannten „Smart Circular Bridges“ sind aus Biokompositen hergestellt. Wie herkömmliche Verbundwerkstoffe bestehen sie aus zwei Materialien: Naturfasern wie Flachs und Hanf sorgen für die Steifigkeit und Festigkeit, das Bio-Harz verbindet die Fasern miteinander, sodass ein fester und leichter Werkstoff entsteht. Biokomposite bieten große Formfreiheit und ermöglichen strukturoptimierte und ressourcenschonende, aber dennoch elegante Designs.

Die innovativen Brücken entstehen im Rahmen der Bio-Wirtschaftsstrategie der Europäischen Union und werden durch das Interreg-Programm Nordwesteuropa gefördert. Das Projekt wird von der Technischen Universität Eindhoven geleitet, die mit insgesamt 14 Partnern aus Wissenschaft, Industrie und lokalen Behörden zusammenarbeitet, um die drei Brücken bis 2023 fertigzustellen. Die Universität baut auf umfangreichen Erfahrungen mit biobasierten Materialien auf. In einem früheren Forschungsprojekt im Jahr 2016 realisierte sie mit anderen Partnern eine Brücke in den Niederlanden über die Dommel mit einer Spannweite von 14 Metern.

Monitoringsystem erkennt strukturelle Veränderungen und mögliche Materialdegradation

Bei den Smart Circular Bridges kommt ein ausgefeiltes Monitoringsystem zum Einsatz. Durch den Einsatz von faseroptischen Sensoren (FBG-s) wird die Struktur und der Materialzustand sowie das Niveau der strukturellen Sicherheit ständig überwacht. Das Structural Health Monitoring System erkennt strukturelle Veränderungen und mögliche Materialdegradation, wie zum Beispiel Ermüdung. Es kann eine Frühwarnung ausgeben, falls voreingestellte Grenzwerte erreicht werden.

Bis 2023 werden drei Fahrrad- und Fußgängerbrücken in den Niederlanden und Deutschland gebaut – die erste bereits im Frühjahr 2021 in Almere/Niederlande (Bild: BioMat at ITKE/University of Stuttgart)

Die vor Ort gesammelten Daten der Brücken des Projekts werden mit umfangreichen Forschungs- und Labortestdaten verglichen (unter Verwendung beschleunigter Bewitterungs- und Kriechverformungstests). Das Überwachungssystem sammelt Informationen über mechanische Reaktionen, Dimensionsänderungen sowie Umwelteinflüsse wie Temperatur und Feuchtigkeit. Durch die Kombination der Labortests mit konstanten in-situ-Überwachungsdaten wird nicht nur ein Höchstmaß an Nutzungssicherheit gewährleistet, sondern es werden auch umfangreiche wertvolle Informationen für die Planung und Optimierung weiterer Brücken und anderer Bauwerke gesammelt.

Um eine maximale Materialzirkularität zu erreichen, ist die Rückgewinnung der Materialien aus den Biokompositen Teil der Forschung. Das Projekt nutzt nachwachsende Rohstoffe auf innovative Weise. Über den Brückenbau hinaus zeigt es das Potenzial einer klimafreundlichen Bio-Wirtschaft in der Bauwirtschaft auf.

Quelle: Proesler Kommunikation

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