Die „Pneumatic Wedge Methode“ für Freiform-Betonschalen zum Aufblasen

(24.6.2014) Große Schalenbauten aus Beton oder Stein werden heute kaum noch er­richtet. Das liegt u.a. daran, dass man für ihren Bau üblicherweise aufwändige Stütz­konstruktionen benötigt. Am Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien wurde nun von Prof. Johann Kollegger und Dipl.Ing. Benjamin Kromoser ein neues Bauverfahren entwickelt, das ganz ohne Gerüst auskommt.

Der Kunststoff-Pneu unter dem Beton wird aufgeblasen - die Kuppel hebt sich; © TU Wien (Bild vergrößern)

„Man kann sich das so ähnlich vorstellen wie eine Orangenschale, die man regelmäßig einschneidet, und dann flach auf dem Tisch ausbreitet“, sagt Prof. Johann Kollegger. „Wir machen es eben umgekehrt, wir beginnen in der Ebene und stellen daraus eine gekrümmte Schale her.“

• Zunächst wird eine Betonplatte mit gewöhnlichem Beton flach am Boden gegos­sen und ausgehärtet. Die Spezialität dieser Platte liegt in ihrer geometrischen Form: Die Platte ist in mehrere Segmente unterteilt. Abhängig von der Form, die letztendlich entstehen soll, müssen bei der Herstellung der Betonfläche ge­nau passende keilförmige Stücke ausgespart werden.
• Anschließend wird die Betonplatte mit einen aufblasbaren Luftpolster in Form gebracht. Gleichzeitig wird ein außen um die Betonplatte verlaufendes Stahlseil zusammengezogen, so dass der Beton innen gehoben und außen zusammenge­drückt wird.

Um sicherzustellen, dass sich alle Teile der Betonplatte gleichmäßig heben, sind die Segmente der Betonplatte mit Metallschienen verbunden. Bei dem Experiment auf dem Aspanggründen in Wien war dieser Arbeitsschritt nach etwa zwei Stunden ab­geschlossen; die Betonschale hatte dann eine Innenhöhe von 2.90 m:

Während sich der Beton verbiegt, entstehen unzählige kleine Risse - doch für die Stabilität der Schale sei das kein Problem: „Man kennt das ja von alten Steinbögen“, erklärt Johann Kollegger. „Wenn die Form stimmt, hält jeder Stein den anderen fest und die Konstruktion hält.“ Am Ende wird das Bauwerk noch verputzt, danach hält es genauso großen Belastungen stand wie eine auf herkömmliche Weise errichtete Kuppel.

Die Kuppel von innen; © TU Wien (Bild vergrößern)

Neue Methode bietet vielfältige architektonische Möglichkeiten

„Wir haben uns ganz bewusst dafür entschieden, nicht bloß eine einfache, rotations­symmetrische Halbkugel zu bauen“, erklärt Benjamin Kromoser. „Unser Bauwerk ist langgezogen, sie lässt sich geometrisch gar nicht so leicht beschreiben. Damit woll­ten wir beweisen, dass sich mit unserer Technik auch komplexere Freiformen herstel­len lassen.“ In der Architektur spielen spielerische freie Formen heute eine wichtige Rolle. Durch eine sorgsame Planung der Betonplatte und des aufblasbaren Pneus soll­te bei der „Pneumatic Wedge Methode“ eine große Vielfalt von Formen möglich sein. Etwa die Hälfte der Baukosten können durch die Luftpolstertechnik eingespart wer­den, schätzt Kromoser - bei besonders großen Bauten sogar noch mehr.

Anwendungsmöglichkeit: Musik-Pavillon; © TU Wien (Bild vergrößern)

Freiformflächen aus Beton

„Kuppeln mit 50 Metern Durchmesser wären auf diese Weise problemlos machbar“, er­wartet Johann Kollegger. Die wahre Herausforderung liege eher bei komplizierten For­men mit engen Krümmungsradien. Im Versuchslabor an der TU Wien wurde getestet, wie sehr sich Beton im Extremfall mit dieser Methode verformen lässt. Lokale Krüm­mungsradien von lediglich drei Metern ließen sich demnach realisieren.

Das Team hofft, dass sich die neue Betonbaumethode nun bald durchsetzt. Mit Un­terstützung des Forschungs- und Transfersupports der TU Wien wurde die Technik bereits patentiert.