Geschüttelt, nicht gerührt

Im Labor kann man vieles nachbauen. Forschende aus aller Welt lassen künstliche Organe in der Petrischale wachsen und studieren Ozeane im Reagenzglas. In der Bauhalle, dem grössten Labor der Empa in Dübendorf, haben Forschende nun ein Naturphänomen im Modell nachgestellt, das sich mit Glaswaren in der Regel schlecht verträgt: Erdbeben.

Dübendorferinnen und Dübendorfer brauchen sich indes keine Sorgen zu machen: Die Erde bebt bei den Experimenten der Empa nicht. Die künstlichen Erdbeben beschränken sich auf eine grosse gelbe Maschine. Dieser sogenannte Horizontalschwinger – die Forschenden nennen ihn auch einfach nur «Shaker» – kann Massen von bis zu einer Tonne kontrolliert in Schwingung versetzen. Dank präziser Steuerung lassen sich so Schwingungen simulieren, wie sie bei kleinen Erdbeben oder bei starken Windstössen auftreten.

Wozu das Ganze? Die Empa-Forschenden aus dem Labor «Ingenieur-Strukturen» nutzen den Shaker, um das Schwingungsverhalten von Holzbauten besser zu verstehen. Damit starker Wind oder Erdbeben einem mehrgeschossigen Holzhaus nichts anhaben können, muss das Tragwerk steif genug sein – aber nicht zu steif, denn das kann ebenfalls zu Schäden führen.

Bauingenieurinnen und -ingenieure haben verschiedene Möglichkeiten, ein Holzgebäude zu versteifen: dickere Wände, mehr tragende Wände, Zusatzmaterialien. Welche dieser Möglichkeiten aber die beste ist, ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Hier setzt die Forschung der Empa an. Die Forschenden spannen ein Tragwerksmodell in den Shaker und untersuchen, wie es sich bei verschiedenen Erschütterungen verhält.

Einmal haben sie sogar ein ganzes Holzgebäude «geschüttelt». Dafür wurde der Shaker per Kran in den obersten Stock gehievt, mit 1000 Kilogramm Gewicht beladen und in Bewegung versetzt. Die Schwingungen wurden in allen Stockwerken des Holzhauses gemessen – und zwar zu verschiedenen Zeitpunkten, während der Bau des Gebäudes voranschritt. Dank den Daten aus den Versuchen können Architekten, Ingenieurinnen und Bauherren die beste Lösung für ihr Bauvorhaben finden und somit sicherer, kosteneffizienter und nachhaltiger bauen.