smartLiving Magazin Stuttgart | Ausgabe 05/2023

Architektur
smartLiving.
ARCHITEKTUR. IMMOBILIEN. WOHNEN. LIFESTYLE.
Rahmen der Promotion von Ferdinand Ludwig bei Prof. Gerd
de Bruyn (IGMA) und Prof. Thomas Speck (Plant Biomechanics
Group Freiburg, Universität Freiburg) in Zusammenarbeit mit
dem Bildhauer Cornelius Hackenbracht.
Der Baubotanische Steg in Wald-Ruhestetten wurde 2005 als ein experimentelles Bauwerk realisiert:
64 senkrecht und 16 diagonal angeordnete Bündelstützen aus Weide, die auf etwa 2,5 Metern Höhe eine begehbare Fläche tragen.
Schwertfeger und Oliver Storz mit Prof. Gerd de Bruyn. Ihr Ziel
ist es, lebende pflanzliche Strukturen als frei formbare, architektonische
Baum-Tragwerke in der Dimension ausgewachsener
Bäume zu konstruieren, um dabei in kurzer Zeit Grünräume zu
bilden, die die ästhetischen und ökologischen Qualitäten von
Bäumen mit baulichen Nutzungsfunktionen verbinden. Bereits
seit mehreren Jahren realisieren sie begehbare Objekte aus lebenden
Pflanzen, die mit einfachen Strukturen die räumlichen
Qualitäten der Baubotanik veranschaulichen.
AUF GLEICHBLEIBENDER HÖHE
Das erste größere Projekt ist ein Steg, der im Frühjahr 2005 realisiert
wurde und heute in Wald-Ruhestetten in der Nähe des
Bodensees begangen werden kann. Das Tragwerk besteht aus
64 Bündeln schnell wachsender Weidenarten, die auf über 2 m
Höhe einen 20 m langen Metallsteg tragen. Die vertikalen „Weidenstützen“
wurden derart um die technischen Bauteile herumgewunden
und über und unter den Bauteilen mit Kunststoffbändern
verbunden, dass es zu einer Verwachsung (Überwallung)
der Bauteile kommt. Durch diese Methode bilden sich relativ
rasch Strukturen, die von Anfang an die gewünschte Größe aufweisen
und bereits eingeschränkt begehbar sind.
Weil alle lasttragenden und aussteifenden Konstruktionselemente
aus lebenden Bauteilen bestehen, konnte auf die klassische
Verwendung eines Fundaments verzichtet werden: Das Bauwerk
verankert sich über das Wurzelwerk selbstständig im Boden.
Durch den Austrieb neuer Triebspitzen und Blätter entwickelte
der Steg nach seiner anfangs eher technisch anmutenden
Struktur eine lebendige Erscheinung. Während der Wachstums-
+prozesse verändern sich die Details durch Verwachsungen und
Überwallungen, das Tragwerk wird davon jedoch nicht beeinträchtigt:
Da Holzpflanzen nur an den Triebspitzen in die Höhe
wachsen, wächst die Stegplattform nicht mit, sondern bleibt in
ihrer Ausgangsposition.
SAFTFLUSS DURCH BYPASS
Im Rahmen dieses ersten und weiterer, pavillonartiger Projekte
konnten die Forscher bereits viele Erfahrungen über die Eigenschaften
lebender Tragkonstruktionen und deren Tragverhalten
sammeln. Erste Probleme traten v. a. in Verbindung mit dem
Verhalten auf Klimabedingungen sowie durch Auswirkungen
der Wachstumsprozesse auf Detailverbindungen auf. So zeigten
sich an den ersten Versuchsbauten Behinderungen des Saftflusses
infolge von Strangulation des Pflanzenmaterials. Die anfänglich
mit Kunststoffbändern zusammengehaltenen Triebe erfordern
gerade an diesen Detailpunkten eine besondere Vorsicht,
um den Saftfluss nicht einzuschränken. Bei dem Steg wurden
an einigen Stellen bereits „Bypässe“ angelegt, um ihn langfristig
sicherstellen zu können. Dazu wurden neue Triebe der
gleichen Pflanze in einer Art Pfropfen unterhalb und oberhalb
der Schwachstelle angesetzt, um den Saftstau zu überbrücken.
Ein weiteres Problem ergab sich daraus, dass die Pflanzen in den
Bündelstützen zu dicht standen: Es kam zu einem Konkurrenzkampf
um die lebensnotwendige Ressource Licht. Einige Pflanzenstränge
blieben in ihrer Entwicklung zurück oder starben
ab. Um dies zu vermeiden, muss jeder Pflanze ein adäquater
Kronenraum zugeordnet sein. In folgenden Versuchen konnten
viele dieser ersten Kinderkrankheiten behoben werden. Eine
Einschränkung bleibt bei der am Steg angewendeten Konstruktionsmethode
jedoch immer: Die Höhe möglicher Strukturen
ist schon allein durch die Größe der Pflanze auf wenige Meter
limitiert.
PFLANZE + PFLANZE = TURM
Mit einem 2009 realisierten Turm in einer Riedlandschaft in
Wald-Ruhestetten konnte diese Höhenlimitierung nun aufgehoben
werden. Das Bauwerk ist mit knapp 9 m und mit drei begehbaren
Aussichtsplattformen mit je rund 8 m 2 Grundfläche das
bisher anspruchsvollste der Baubotanik. Das Projekt entstand im
Zum ersten Mal kam eine neue Methode der Pflanzenverbindung
zum Einsatz, die auf einer alten botanischen Erfahrung
beruht: Pflanzen gleicher Art können ähnlich dem Pfropfen zu
einem einzigen Organismus verwachsen. Hierzu werden mehrere
Pflanzen mitsamt ihren Wurzelballen derart im Raum angeordnet
und miteinander verbunden, dass sie zu einem einzigen
Organismus zusammenwachsen.
Als Basis des Turms wurde eine fachwerkartige Struktur aus
mehreren einjährigen, 2 m großen Silberweiden angelegt, wobei
nur die untersten Pflanzen in den Erdboden gesetzt wurden.
Alle anderen wurzeln in Pflanzcontainern, die in sieben Ebenen
übereinander von einer temporären Gerüststruktur getragen
werden. Im Verlauf des Pflanzenwachstums entwickeln die untersten
Pflanzen ein leistungsfähiges Wurzelsystem im Erdboden
und die oberen können auf den unteren „anwachsen“. Nach und
nach sollen dann die Pflanzcontainer entfernt und die Wurzeln
der oberen Pflanzen gekappt werden. Die Pflanzen verwachsen
so zu einer physiologischen Einheit, die nicht nur mechanisch
belastbar ist, sondern auch den Austausch von Wasser und
Nährstoffen zwischen den ursprünglich getrennten Pflanzen ermöglicht.
Im Wachstumsverlauf entwickelt der so entstandene
Gesamtorganismus genügend Stabilität, um die drei eingewachsenen
Plattformen aus verzinktem Stahl und die Nutzlasten des
Bauwerks tragen zu können.
Das anfängliche Stützgerüst kann dann abgebaut werden. Aufgrund
dieser neuen Methode ist es möglich, baubotanische
Strukturen unmittelbar in der Dimension ausgewachsener
Bäume zu realisieren und auch andere, für urbane Räume besser
geeignete Baumarten einzusetzen, z. B. im Vergleich zu den
„lichtbedürftigeren“ und schnellwüchsigen Weiden langlebige
Platanen. Doch ist etwas Geduld erforderlich, das Verwachsen
benötigt seine Zeit: Für den gesamten „Fertigungsprozess“ sind
einige Vegetationsperioden notwendig, beim Turm voraussichtlich
fünf bis zehn Jahre.
EINE FRAGE DES TRAININGS?
Für die Realisierung dieser ersten Bauwerke waren viele Versuche
vonnöten. Dabei wurde u. a. die Elastizität von Holzpflanzen
bis zum Versagen (Brechen) getestet und die Reaktion der Tragstrukturen
auf Veränderungen der Umweltfaktoren detailliert
untersucht. Denn gerade die schwer vorhersehbaren Bedingungen
eines Bauplatzes spielen eine nicht zu unterschätzende Rolle
und sorgen oft für Überraschungen. So entwickeln sich nach Süden
orientierte Pflanzen meist kräftiger als die beschatteten auf
der Nordseite. Einerseits begrüßen die Botaniker diesen Einfluss
des Zufalls auf die Gestalt ihrer Bauten, andererseits sind sie aber
auch verpflichtet, die Entwicklung der Tragfähigkeit möglichst
genau zu kennen.
Der Platanenkubus Nagold wurde 2012 von Ferdinand Ludwig
und Daniel Schönle zur der Landesgartenschau entworfen.
Im Rahmen der Testreihen zeigt sich, dass Bäume, wenn sie an
Gerüsten fixiert werden, die „Motivation“ verlieren, stark in der
Dicke zu wachsen. Doch gerade diese ist für die Stabilität entscheidend.
Daher wird untersucht, ob sie sich durch einen zusätzlich
aufgebrachten künstlichen Biegestress „trainieren“ lassen:
In der Versuchsstation werden zusätzliche Gewichte an die
Pflanze gehängt, die sie über computergesteuerte Winden nach
einem ausgeklügelten System hin- und herwiegen. So werden
Wachstum und Stabilität angeregt.
Doch auch wenn die Stabilität im Lauf der Zeit durch Dickenwachstum
zunehmen kann – verglichen mit konventionellen
Konstruktionen ist die Lastaufnahme „natürlich“ begrenzt. Und
wie bei konventionellen Bauten bestimmen die Verbindungsdetails
die Tragfähigkeit: Versuche im Rahmen der Promotion von
Oliver Storz zum Druck-/Zug-Verhalten der Verbindungen haben
gezeigt, dass neben der Durchmesserzunahme der einzelnen
Stämme insbesondere der Grad der Überwallung die Tragfähigkeit
wesentlich beeinflusst.
Bei einfacheren Bauten könnte aufbauend auf diesen Daten die
Standsicherheit des lebenden Tragwerks rechnerisch nachgewiesen
werden. Für die gesamte Standfestigkeit des Bauwerks
ist aber auch das Wurzelwerk mit zu berücksichtigen, das sich
leider sowohl der visuellen Kontrolle als auch vielen Messungen
entzieht. Bei experimentellen Bauten wie dem Turm ist der Einfluss
zufälliger Entwicklungen so groß, dass auf Belastungstests
zurückgegriffen wird. Als lebende Konstruktionen unterliegen
botanische Bauwerke eben anderen Gesetzmäßigkeiten. Doch
gerade dies verleiht ihnen ihren Reiz – sie bleiben im Wandel.
Um sicherzugehen, werden aber auch hier Sicherheitszuschläge
vorgesehen. Das Tragwerk des Turms ist so geplant, dass ein bestimmter
Prozentsatz der Pflanzenstränge absterben kann, ohne
das Gesamtsystem zum Einsturz zu bringen.
Auf der Grundlage der bisherigen Forschungsergebnisse sind
bereits weitere Projekte in Planung.
©Autor: Dietmar Kern
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Foto: Cira Moro
Foto: Schwarzwald Tourismus GmbH
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