TES = Parametrisches Design + robotische Fertigung + Materialtechnologie
Das Forschungsprojekt Timber Earth Slab (TES) der TU München beschäftigt sich mit der Entwicklung von Deckenelementen aus Holz und Erde, die das Potenzial der beiden traditionellen Materialien mit den Möglichkeiten der digitalen Technologien kombinieren. Die Elemente sollen nicht nur präzise planbar, effizient realisierbar und zukunftsfähig sein, sondern zugleich alle strukturellen und bautechnischen Anforderungen des mehrgeschossigen Holzbaus erfüllen.
Dazu werden die Vorteile der beiden regenerativen Materialien sinnvoll miteinander kombiniert: Dabei wird das Holz gezielt dort eingesetzt, wo es statisch erforderlich ist, während die Erde für die fehlende Masse sorgt und so zusätzlich Funktionen wie den Brand- und Schallschutz sowie thermische Aktivierung übernimmt. Auf diese Weise entsteht ein materialeffizientes und ressourcenschonendes Bauteil, das gleichzeitig große Spannweiten ermöglichen kann.
Die Grundlage des TES-Systems ist eine aufgelöste Gitterstruktur aus kreuzweise angeordneten Holzlatten. Anders als beim herkömmlichen Brettsperrholz werden die einzelnen Holzlagen jedoch nicht vollflächig miteinander verleimt, sondern die Latten nach strukturellen Berechnungen mithilfe eines parametrischen Bauteilkonfigurators optimiert angeordnet. Dadurch wird der Material- und Klebstoffeinsatz reduziert, ohne die erforderliche Tragfähigkeit zu beeinträchtigen. Das Holzgitter wird im Anschluss mittels robotergestützter Fertigung hergestellt: Die Holzlatten werden zugeschnitten, vorbereitet und entsprechend dem digitalen Modell durch einen Roboter positioniert. Dabei werden sie verklebt und zusätzlich mit unter Aufbringung des erforderlichen Pressdrucks eingebrachten Holznägeln mechanisch gesichert.
Nach der Fertigung wird die Holzstruktur mit einer Erdmischung verfüllt. Die Mischung besteht aus Lehm, Sand, Kies, Wasser und Strohfasern und wird durch das von dem ETH-Spinoff Oxara entwickelte Zusatzmittel Oxacrete® Care bei einem vergleichsweise geringen Wasseranteil fließfähig. Der Verfüllvorgang erfolgt unter kontinuierlichem Rütteln, um eine gleichmäßige Verteilung zu erreichen, um Lufteinschlüsse zu vermeiden und das Material zu verdichten. Anschließend trocknet das Bauteil abhängig von den Witterungsbedingungen etwa zwei bis vier Wochen, bevor es transportiert und eingebaut werden kann. Im Unterschied zu Holz-Beton-Verbunddecken wird die Erdmischung bei TES direkt in die Holzkonstruktion eingebracht und bleibt zur Rauminnenseite hin sichtbar. Dadurch kann die Schicht ihre positiven bauphysikalischen Eigenschaften unmittelbar entfalten. Sie verbessert den Feuer- und Schallschutz, wirkt als thermische Speichermasse und kann zu einem ausgeglichenen Raumklima beitragen.
Terra Habita: Ein Holz-Erde-Pavillon für den Campus Garching, Quelle: Sebastian Schels
Die Leistungsfähigkeit des Timber Earth Slab-Systems wird im Forschungspavillon Terra Habita auf dem Campus Garching der Technischen Universität München erstmals im Maßstab 1:1 demonstriert. Der Pavillon zeigt, wie sich die natürlichen Materialien Holz, Erde und Stein mit digitalen Entwurfs- und Fertigungsmethoden zu neuartigen, nachhaltigen Bausystemen verbinden lassen. In dem rund 14 × 4,60 × 3,40 Metern großen Bauwerk spannen zwei TES-Elemente zwischen zwei U-förmigen Wänden aus Holz und Erde sowie vier Stützen. Ein von den Deckenelementen abgehängter Boden verstärkt den schwebenden Raumeindruck und macht die Tragwerkslogik sichtbar.
Als gebaute Demonstration liefert Terra Habita wichtige Erkenntnisse für die Weiterentwicklung und Skalierung des Systems hin zum mehrgeschossigen Holzbau. Zugleich zeigt der Pavillon das architektonische Potenzial regenerativer Materialien und schafft auf dem Campus Garching einen neuen Ort der Begegnung für Studierende und Forschende.
