Holzmastenbauart

Unter Holzmastenbauart versteht man eine Konstruktionsart, bei der druckimprägnierte Holzmasten als tragende Stützen ohne Fundament aber mit Betonummantelung im Boden eingespannt werden. Dies hat den Vorteil, dass alle vertikalen und horizontalen Einwirkungen direkt in den Boden abgeleitet werden und auf zusätzliche Stabilitätsmaßnahmen, wie der Aussteifung gegen Horizontalschub durch Wandscheiben oder entsprechende Diagonalstreben, verzichtet werden kann.

In Deutschland findet diese Konstruktionsweise ihre Anwendung hauptsächlich in der Landwirtschaft, da es sich um eine sehr kostengünstige Variante handelt, um Vieh und landwirtschaftliche Güter unterzubringen. Zudem stellt die direkt in den Baugrund eingespannte Stütze die simpelste Art der Unterstützung für eine Überdachung dar.

Diese Bauweise mit der einfachen Holzstütze als tragendes Element und der Gründung von Bauwerken auf Pfählen ist eines der ältesten Verfahren zur Erstellung von Bauwerken in der menschlichen Geschichte. Schon in der Vorgeschichte um 1100 v. Chr. wurden Rundholzpfähle für den Bau von Wohnsiedlungen verwendet (siehe: Pfahlbaumuseum Unteruhldingen). Die Holzmastenbauart greift auf Erfahrungen von 7 – 8 Jahrzehnten vor allem aus Nordamerika und Skandinavien zurück; in Deutschland begann Entwicklung vor ca. 40 – 50 Jahren.

Die Entstehung der Norm, die DIN 18900, ließ jedoch weitere zwanzig Jahre auf sich warten. Diese Norm lässt nur eingeschossige Bauten für Landwirtschaft und Gewerbe zu, z.B. Ställe, Scheunen, Schuppen, Lagerhallen, Mehrzweckhallen, aber auch Freisitze und Unterstellplätze. Mit ihrer einfachen Bauweise gestattet es die Holzmastenbauart, solche Gebäude kostengünstig zu erstellen. Hierbei wird die Wirtschaftlichkeit vor allem durch den Wegfall von Streifenfundamenten, Windverbänden und aufwendigen Anschlusskonstruktionen zwischen Betongründung und Holzkonstruktion erreicht. Vorteilhaft ist darüber hinaus die durch die Einzeleinspannung der Maste problemlose Erweiterungsmöglichkeit von Gebäuden.

Holzschutz

Als tragende Maste kommen gemäß DIN 18900 nur Holzmaste der Gruppe Kiefer und der Gruppe Fichte zum Einsatz. Voraussetzung für die bedenkenfreie Verwendung dieser Maste ist jedoch der chemische Holzschutz, da der Mast im Erdreich der Bodenfeuchtigkeit und über dem Erdreich den unterschiedlichsten Witterungseinflüssen sowie Pilzen und tierischen Schädlingen ausgesetzt ist. Die übliche Variante für die Imprägnierung von Masten ist die Verwendung von Steinkohleteeröl. Dieses Verfahren ist für den Holzmastenbau auch das einzig zulässige Holzschutzverfahren mit hydrophoben Imprägnierungsmitteln. Als Einbringverfahren von Steinkohleteeröl ist bei Holzmasten nur die Kesseldrucktränkung gestattet. Bei diesem großtechnischen Verfahren wird das Holz in verschließbaren druckdichten Kesseln mit Über- und Unterdruck getränkt und so das Schutzmittel in die Hohlräume des Holzes gedrückt. Die Eindringtiefe ist je nach Holzart unterschiedlich.

Bei den im Holzmastenbau häufig verwendeten Kieferrundhölzern wird bis zum Kern imprägniert. Bei Verwendung von Fichtenrundhölzern ist es etwas problematischer. Da das Steinkohlteeröl nicht so gut eindringen kann, werden hier nur Tiefen bis 15 mm erreicht. Aus diesem Grund wird für Fichte und Tanne nur die Kesseldrucktränkung mit wasserunlöslichen Präparaten gestattet. Zur Verbesserung des Eindringverhaltens schreibt die DIN 18900 deshalb vor, dass die Rundhölzer im besonders beanspruchten Erd-Luft-Bereich mechanisch vorzubehandeln sind. Dieser kritische Bereich beschränkt sich auf in etwa 500 mm unter und 400 über der späteren Erdgleiche. Als Vorbehandlung wird verstanden, dass das Holz kleine Einschnitte und Schlitze erhält, damit das Schutzmittel tiefer eindringen kann. Dies erfolgt mechanisch oder laseroptisch, wobei es dabei lediglich das Schlitzperforationsverfahren zu industrieller Anwendungsreife geschafft hat. Sind die Hölzer vorbehandelt, kommen sie in die Kesseldruckimprägnieranlage. Über einen Kompressor bzw. eine Vakuumpumpe wird im Imprägnierkessel der Überdruck respektive der Unterdruck erzeugt. Die sich im Messgefäß bzw. im Vorratsbehälter befindenden Teerölpräparate werden dann direkt in Lieferform verarbeitet. Dabei dringt das Schutzmittel über winzige Risse, angeschnittenen Zellen und über Markstrahlen in das Holz ein. Zudem wirken sich hierbei auch die Kapillardruckkräfte des Kessels positiv aus und drücken die Öle durch die Zell- und Zellwandhohlräume in das Holzinnere. Wenn für die Flüssigkeit aufgrund nachlassender Kapillarkräfte keine Bewegungsmöglichkeit mehr besteht, bleibt sie in den Hohlräumen des Holzes stehen. Ein weiteres Vordringen erfolgt nicht, denn Teeröle sind praktisch wasserunlöslich und können daher nicht diffundieren. Da Teeröle aber auch nie austrocknen, bleiben sie als äußerst zähe Flüssigkeit für immer im Holz bestehen. Durch Temperaturschwankungen wird sich nur die Viskosität des Öles ändern; bei hoher Temperatur wird es dünnflüssiger; bei niedriger Temperatur wird es zäher. Dies führt letztlich dazu, dass das Öl im Laufe der Zeit im Holzmast langsam nach unten wandert und dort später auch besonders stark konzentriert sein wird.

Gemäß Norm sind neben der am häufigsten angewandten Kesseldrucktränkung auch noch die Wechseldruck-Tränkung und die Schwenkkesseldruck-Tränkung für den Fußbereich des Mastes gestattet.

Die Gründung

Die einfachste Variante der Gründung wäre die Rundholzstütze in das Bohrloch zu stellen und den Hohlraum zwischen Mast und Bohrlochwandung mit verdichtetem Kies aufzufüllen. Auch wenn dies früher die übliche Methode war, stellte sich heraus, dass nach dem Verdichten nur eine wenig steife Einspannung vorliegt, die durch Konsolidierung des Kies-Sand-Gemisches zwar steifer wird, aber auch im Endzustand nicht die Steifigkeit erreicht, als dass die Standsicherheit des Tragwerks und vor allem die Einhaltung der Verformungsbegrenzungen vollständig gewährleistet wäre.

Aus diesem Grund stellt DIN 18900 die Forderung an eine Betonummantelung. Diese muss mit einem verdichteten Beton der Festigkeitsklasse B 10 (heute: C 8/10) ausgeführt und kraftschlüssig mit dem Erdreich verbunden werden. Die Dicke der Mantelwandung sollte mindestens 10 cm stark und die Konsistenz mindestens erdfeucht K1 sein. Zudem werden gesonderte Ansprüche an Baugrund und Bohrlochtiefe gestellt, das heißt, der Baugrund muss eine mindestens mitteldichte Lagerung bei nichtbindigen Böden und eine mindestens steife Konsistenz bei bindigen Böden aufweisen.