>> KNICKVERSUCHE AN ROBINIENHÖLZERN

Robinie, ein unterschätztes Bauholz?

Knickversuche an Robinienhölzern

Robinienholz (Scheinakazie, Robinia pseudoacacia) wurde schon seit jeher im Bereich des Wasser- und Erdbaus eingesetzt. Trotz seiner äußerst hohen Widerständigkeit gegen jegliche Art der Holzfäule und bester Festigkeitseigenschaften, geriet dieses Holz zwischenzeitlich fast in Vergessenheit. Erst durch das verstärkte Umweltbewußtsein und das Bestreben, ökologisch verträgliche Baustoffe zu verwenden, wurde dieses Holz wieder häufiger eingesetzt. Die Robinie wird in der ÖNORM B 3012 als einzige heimische Holzart in die Resistenzklasse I gereiht und ist damit mindestens gleichwertig zum kesseldruckimprägniertem Kiefern- oder Lärchenholz. Robinienhölzer sind meist auch in der kritischen Tag/Nacht-Zone nach jahrzehntelangem Einsatz noch in bestem Zustand.

Der Anlaß für eine praxisnahe Untersuchung der Festigkeitseigenschaften wurde vordringlich, da bei der Verwendung von Robinienstämmen im Landschaftsbau immer wieder Zweifel an deren Knickfestigkeit auftraten. Bei einem ersten Eindruck vom Wuchs und der Stammform sind die tatsächlichen Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften der Robinie nicht leicht erkennbar. Der stets krummwüchsige und astige Stammverlauf vermittelt dabei nicht den Eindruck eines der hochwertigsten heimischen Bauhölzer. In der ÖNORM B 3012 wird die mittlere Biegebruchfestigkeit mit sb = 150 N/mm2 (z.B. Fichte sb = 95 N/mm2) angegeben. Da diese Normkennwerte unter Laborbedingungen ermittelt werden, stellt sich natürlich die Frage, ob eine Übertragung dieser Festigkeiten auf den gesamten Stamm mit der gesamten Anzahl seiner Inhomogenitäten zulässig ist.

Diese Frage nach der tatsächlichen Belastbarkeit des Holzes tritt verstärkt dann auf, wenn davon die Sicherheit von Menschen, wie z.B. bei Lawinenverbauungen, abhängt. Betroffen ist hier einerseits der Holzlieferant, der für die Lieferung qualitativ hochwertigster Stämme verantwortlich ist, andererseits der Statiker, der eine entsprechende Dimensionierung der Bauwerke vornehmen muß.

 
Erstellung eines Versuchsprogrammes mit dem Österreichischen Holzforschungsinstitut

Um eine größere Sicherheit im Umgang mit diesem Holz zu erhalten, wurde gemeinsam mit dem ÖHFI (Österreichisches Holzforschungsinstitut) ein Versuchsprogramm erstellt, daß die technologischen Eigenschaften und in der Folge die Knickfestigkeit der Robinie untersuchen soll. Die Vorgabe für diese Untersuchung war, daß die Meßergebnisse eindeutig in den Bereich der Lawinenverbauung übertragbar sein müssen. Durchgeführt wurde diese Untersuchung anhand von 50 Stk. Rundhölzern, eine besondere Vorsortierung der zu prüfenden Stämme wurde nicht vorgenommen. Das Prüfgut war mindestens _ Jahr abgelagert und entsprach der bisher üblichen Qualität für den Einsatz in der Lawinenverbauung. Grundlage der zu prüfenden Holzstützen bildete ein Lawinenwerk mit der wirksamen Rosthöhe von Dk = 3,50 m und 6,0 m Bedielungslänge mit einer Stützenlänge von L = 3,80 m und Stützendurchmesser von 19-22 cm.

Im Rahmen dieses Versuches wurde speziell die Knickfestigkeit der Stützen der Lawinenwerke einer genauen Prüfung unterzogen. Als Vorarbeiten zur Festigkeitsprüfung wurden vom ÖHFI für jeden Stamm folgende Kriterien ermittelt:

xx Ermittlung der Holzeigenschaften (Holzfeuchte, Rohdichte, Splintholzanteil, mittlere Jahrringbreite).

Ermittlung der Holzqualität und der Abmessungen (Abholzigkeit, Drehwuchs, Krümmung, Einzeläste).

Erarbeitung von Sortiervorschlägen für Akazien-Rundhölzer für den Lawinenverbau.



Durchführung von Knickversuchen an Robinienhölzern

Zur Durchführung der Knickversuche wurde die Schweißtechnische Zentralanstalt beauftragt, welche über geeignete Prüfeinrichtungen verfügt, um diese hohen Drücke aufzubringen. Bei dem unterstellten Lawinen-Stützwerk Dk = 3,50 m ist im voll eingeschneiten Zustand eine Stützenlängskraft von ca. 240 kN zu erwarten (Berechnung gemäß den Schweizer Richtlinien für den Stützverbau, 1990).

Bei dieser Druckprüfung sollte das Verhalten der Holzstämme bezüglich Ausbiegung unter Lasteinwirkung dokumentiert und die maximale Belastbarkeit bis zum Bruch festgestellt werden.


Folgende Kriterien wurden bei der Knickprüfung erhoben:

xx Ermittlung der Ausbiegung bis zu einem Druck von 250 kN.

Ermittlung der Knickkraft bis zum Bruch.

Beschreibung des Bruches und Dokumentation des Bruchbildes.



Versuchsaufbau:

Die Prüfeinrichtung wurde den realen Verhältnissen der Stützverbauung angepaßt. Im Bereich der Stützen-Trägerverbindung wurde ein bewegliches Lager erstellt, die Bodenplatte wurde als feststehendes Lager ausgebildet (nicht eingespannt). Zwischen diesen beiden Lagern erfolgte der horizontale Einbau der 3,80 m langen Prüfstücke. Für die Messung der Ausknickung in y- bzw. z- Richtung wurde eine verstellbare Vorrichtung angefertigt, welche die Wegmeßsensoren immer in der Mitte des Stammes abtasten ließ.


Durchführung der Prüfung:

Die Prüfstücke wurden in die Vorrichtung horizontal eingebaut. Danach wurden die Wegmeßsensoren für die Ausknickung in y- und z- Richtung in Position gebracht. Der Einbau der Stämme erfolgte unabhängig von Krümmung, Astquirl, etc. in beliebiger Lage. Nach dem Start der Messung wurden die Holzstämme bis zu der geforderten Nennlast von 250 kN belastet und danach wurden die Meßsonden abgebaut. Anschließend wurde der Prüfling weiter bis zum Bruch belastet.

Die Messung der Daten erfolgte über Druck- und Wegaufnehmer, welche anschließend digital in einem Datenerfassungsgerät gespeichert und ausgewertet wurden. Damit ließen sich sämtliche Meßdaten dokumentieren und graphisch darstellen.


>> Ergebnisse des Prüfprogrammes

 
Prüfergebnis der Schweißtechnischen Zentralanstalt

Bei der an 50 Stk. Robinienhölzer durchgeführten Knickprüfung wurde festgestellt, daß die Robinien-Holzstützen einer Nennbelastung von 250 kN ohne Bruch standhalten. Außerdem ist keiner der geprüften Stämme schlagartig gebrochen (Schweißtechnischen Zentralanstalt; 1997).


Beschreibung des Ausbiegung bis zu 250 kN

Die Messungen der Ausbiegung unter Lasteinwirkung ergaben, daß sich auch bei einer Belastung von 250 kN, wie sie auch bei einem Lawinenstützwerk im Gelände auftreten kann, der Stamm nur äußerst geringfügig ausbiegt. Das Mittel der Ausbiegung lag bei 10,5 mm (Maximum 38,3 mm; Minimum 2,4 mm).


Beschreibung des Bruchverhaltens

Von den 50 Stk. untersuchten Stämmen brach kein Stamm bei einer Nennbelastung von 250 kN. Bei diesem Wert wurden die Wegaufnehmer zur Messung der Ausbiegung entfernt, und der Stamm unter Dokumentation des Kraft-Weg-Verhältnisses bis zum Bruch belastet.

Die Meßergebnisse ergaben, daß über 90% der untersuchten Stämme einer Belastung von über 500 kN problemlos standhielten. Im Mittel lag die Belastbarkeit der 50 Stämme bei 671 kN, den Maximalwert von 955 kN (95,5 to) erreichte ein Stamm mit 19 cm Durchmesser. Die geringste Festigkeit wurde mit 310 kN gemessen, bei einem Durchmesser von 20 cm.

Aufschlußreich war das Bruchverhalten des Holzes. Entgegen der Annahme, der Bruch müßte bei einer deutlich sichtbaren Inhomogenität des Stammes, z.B einem Ast oder einer markanten Stammkrümmung eintreten, konnte dieses Verhalten nicht festgestellt werden. Vielmehr trat der Bruch hauptsächlich im Mittenbereich des Stammes auf, ohne strenge Korrelation zu Holz-inhomogenitäten.

Bei zunehmender Belastung nahm auch die Stauchung in Stammlängsrichtung gleichmäßig zu, beim Zeitpunkt des Bruches entstand ein zähes Verformen des Stammes mit einem Aufreißen der Holzfasern in axialer Richtung. Ein deutliches Brechen des Stammes konnte an keinem Stamm festgestellt werden.


Prüfergebnis des Österreichischen Holzforschungsinstitutes

Vom ÖHFI wurde versucht, nach Ermittlung der Bruchbelastung eine statistische Abhängigkeit einzelner Holzeigenschaften und Holzqualitäten auf die Festigkeit herzustellen.

Die erreichten Bruchkräfte liegen mit Werten von 310 bis 955 kN über den vom INGENIEURBÜRO DI CHRISTIAN KLENKHART gemäß der "Richtlinien für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet, Ausgabe 1990" geforderten Werten.

Daher sind prinzipiell alle Rundhölzer für den Einsatz in der Lawinenverbauung geeignet. Es hat sich herausgestellt, daß ein Einflußfaktor allein die Festigkeit nicht wesentlich beeinflußt. Man muß daher davon ausgehen, daß die Kombination aller Einflußfaktoren das Tragverhalten bestimmt.

Die Versuche haben gezeigt, daß sich eine große Abholzigkeit negativ auf die Festigkeit auswirkt. Bei der Krümmung, dem Drehwuchs und der Astigkeit konnte nur ein geringer bis kein Einfluß festgestellt werden. Um eine Mindestfestigkeit garantieren zu können, sollten bestimmte Werte nicht überschritten werden (ÖHFI; 1997)


Als Ergebnis der Datenauswertung wurden vom ÖHFI folgende Mindestanforderungen für Akazien-Rundholz zum Einsatz in der Lawinenverbauung vorgeschlagen:

1. gesund, kein Befall von holzzerstörenden Pilzen

2. Abholzigkeit maximal 15 mm/m

3. mittlere Jahrringbreite maximal 4 mm

4. maximale Krümmung 500 mm/2 m

5. Drehwuchs maximal 30 mm/m

6. Einzeläste bis zu 1/3 des Zopfdurchmessers, maximal 60 mm

7. Beschädigungen des Stammes (Rindeneinwüchse usw.) dürfen

maximal 1/10 des Stammumfanges betreffen

 
Trockenrisse wirken sich auf die Festigkeit im allgemeinen nicht aus. (ÖHFI; 1997)

 
>> Resümee

Da die Versuchsanordnung sehr genau den Verhältnissen im Gelände angepaßt wurde, sind die unterstellten Festigkeits- und Druckverhältnisse aller Wahrscheinlichkeit nach auch im praktischen Einsatz zu erwarten.

Von insgesamt 50 Stk. einer Knickprüfung unterzogenen Robinienhölzern hielten alle Stämme einem Druck von mindestens 250 kN stand, lediglich 4 Stk. wiesen eine Belastbarkeit von unter 500 kN auf. Bereits diese untersten Meßwerte liegen um ca. das 2-fache über den zu erwartenden Schneedrücken. Die mittlere Bruchlast aller untersuchten Robinienstämme lag bei 671 kN (Min. 310 kN; Max. 955 kN).

Ein wesentliches Ergebnis der Druckprüfung liegt darin, daß der Einfluß der Stammform, soweit diese innerhalb der vom ÖHFI beschriebenen Grenzen liegt, keine signifikanten Wirkungen auf die Festigkeitseigenschaften ausübt. Dies betrifft sowohl den mittleren Stammdurchmesser als auch die Ausmittigkeit, Astigkeit, Stammkrümmung sowie Holzeinschlüsse. Für die tatsächlichen Festigkeitseigenschaften sind vielmehr die Inhomogenitäten, die für den Baustoff Holz charakteristisch sind, wesentlich. Dies wird auch in der großen Streuung der Festigkeiten von 310 kN bis 955 kN deutlich, obwohl sich die einzelnen Stämme äußerlich nicht wesentlich in der Qualität unterschieden.

Für den praktischen Einsatz des Robinienholzes in der Lawinenverbauung ist daher die Einhaltung einer hohen Holzqualität unumgänglich. Die vom Österreichischen Holzforschungsinstitut erstellten Sortiervorschläge zur Auswahl der geeignetsten Robinienstämme sollen die Holzsortierung für den Holzlieferanten erleichtern, und damit auch die Sicherheit der Bauwerke garantieren.

 

Wien, April 1998



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