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Autor(en): Christian Rickli, Frank Graf
Redaktion: WSL, Schweiz
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Festigkeit von Holzsperren im Wildbachverbau

Sperrentreppe Steingraben bei Hergiswil (NW) im November 2010
Sperrentreppe Steingraben bei Hergiswil (NW) im November 2001
Abb. 1 - Sperrentreppe "Steingraben" bei Hergiswil im November 2010 (oben) und im November 2001 (unten).
Fotos: Christian Rickli, Frank Graf (beide WSL)

1996 wurde ein Seitengerinne des berüchtigten Steinibaches in Hergiswil (Kanton Nidwalden) mit 15 Holzsperren verbaut. Als Baumaterial diente Fichten- und Tannenholz, sowohl in Rinde als auch entrindet. Seither dokumentiert die Forschungsanstalt WSL die Besiedlung der Bauwerke durch holzabbauende Pilze und die Entwicklung der Holzfestigkeit.

Im Wildbachverbau wird als Baustoff gelegentlich auch Holz eingesetzt. Die Lebensdauer von Holzsperren ist allerdings insbesondere durch den Befall von holzabbauenden Pilzen meist kürzer als von Werken aus Stein oder Beton. Es ist deshalb wichtig, den Zustand von Holzverbauungen in regelmässigen Abständen neu zu beurteilen. Die Zusammenhänge zwischen Holzart, Bauausführung und Lebensdauer sind wenig bekannt, und es gibt in der Verbaupraxis daher immer noch offene Fragen.

Vor diesem Hintergrund wurde vor 17 Jahren bei Hergiswil im Kanton Nidwalden eine Sperrentreppe erstellt (Abb. 1). Das Forstamt stützte sich dabei massgebend auf die Art und Anordnung der Werke ab, welche die Eidgenössische Forschungsanstalt WSL zuvor vorgeschlagen hatte. Teil des Verbauungsprojektes war, den zeitlichen Verlauf der Holzfestigkeit und die Besiedlung der Sperren mit holzabbauenden Pilzen zu beschreiben.

Die Verbauung "Steingraben" in einem Seitengerinne des berüchtigten Steinibaches besteht aus insgesamt 15 Holzsperren, die abwechslungsweise aus Fichten- und Tannenholz sowie in Rinde und entrindet gebaut sind. Es handelt sich dabei um zweiwandige Holzkasten mit Ausfachung zwischen den Längshölzern und Zangen aus Holz sowie Sperrenflügeln aus Drahtsteinkörben (Abb. 2). Alle untersuchten Sperren befinden sich auf einem kurzen Abschnitt des Gerinnes und sind gleichzeitig entstanden. Damit treten wichtige Einflussfaktoren auf die Lebensdauer wie zum Beispiel die Höhenlage, Exposition oder das Sperrenalter in den Hintergrund.

Aufbau einer Sperre
Abb. 2 - Aufbau einer Sperre und Versuchsanordnung. Die Befunde der qualitativen Beurteilung der Holzfestigkeit und der Bohrwiderstandsmessungen wie auch die Pilzfunde wurden den in der Grafik angegebenen Zonen 1 bis 7 zugeordnet. Anklicken zum Vergrössern.
 

Holzfestigkeit periodisch untersucht

Nach Abschluss der Bauarbeiten im Frühjahr 1997 erhoben Fachleute der WSL in Abständen von ein bis drei Jahren den Werkzustand. Gleichzeitig inventarisierten sie die holzabbauenden Pilze. Dabei erfassten sie zum einen die von Auge sichtbaren Pilzfruchtkörper und hielten deren Position an der Sperre fest (Abb. 2). Zum anderen beurteilten sie die Holzfestigkeit an allen Bauteilen in einem Abstand von etwa einem halben Meter, indem sie prüften, wie weit sich ein Schraubenzieher ins Holz einstechen liess.

Im Herbst 2010 erfassten die Wissenschaftler zudem im Rahmen einer einmaligen Messkampagne den Holzzustand mittels Bohrwiderstandsmessungen mit einem Resistografen. Dieses Messgerät zeichnet den Stromverbrauch beim Einbohren einer dünnen Nadel in den Holzkörper über die Eindringtiefe auf. Der gemessene Wert hängt stark mit der Holzdichte und damit auch mit der Festigkeit zusammen. Festgehalten wurde dabei die Länge der Bohrung mit reduziertem Widerstand im Vergleich zu gesundem Holz.

Besiedlung mit Fäulepilzen

Alle Werke waren bei der letzten Erhebung im Jahr 2013, also 16 Jahre nach dem Bau, immer noch voll funktionstauglich. Die Rinde der Fichten- und Tannenhölzer hatte sich bereits fünf Jahre nach dem Bau grösstenteils gelöst. Drei Jahre nach dem Bauabschluss entstanden an den Sperren die ersten Fruchtkörper von Fäulepilzen (Gemeiner Spaltblättling und Zaunblättling, Abb.3 ). In den nachfolgenden Jahren kamen insbesondere im Einbindungsbereich des obersten Längsholzes weitere Pilze dazu (Hallimasch, blauender Saftporling, Zaunblättling und Fenchelporling, Abb. 3). Im Verlaufe der Zeit liessen sich insgesamt 18 verschiedene Pilzarten unterscheiden.

Auf Totholz stellt man üblicherweise eine zeitliche Abfolge der Fäulepilze fest. Über Initial-, Optimal- und Finalphase schreitet der Holzabbau voran, und die Festigkeit des Holzes nimmt entsprechend ab. Diese sogenannte Sukzession konnte an den untersuchten Holzsperren ebenfalls beobachtet werden.

Allerdings traten an zwei Sperren schon drei Jahre nach Fertigstellung der Sperrentreppe erste Vertreter potenzieller Holzabbauer der Optimalphase auf. Auf diesen beiden Sperren war somit die Initialphase mit Vertretern von Schimmel- und Schleimpilzen sowie Schlauch- und Schichtpilzen nur von kurzer Dauer. Bereits sieben Jahre nach dem Bau der Sperren erschien mit dem Steifporling eine Weissfäuleart, die möglicherweise bereits zur Finalphase gehört.

     
Hallimasch Saftporling  
Zaunblättling Fenchelporling  
Abb. 3 - Holzabbauende Pilze an den untersuchten Holzsperren in Hergiswil: a) Hallimasch (Armillaria cf. borealis),
b) Saftporling (Postia caesia), c) Zaunblättling (Gloeophyllum sepiarium) und d) Fenchelporling (Gloeophyllum odoratum).

Fotos: Frank Graf (WSL)

 

Messung der Holzfestigkeit

Die Beurteilung des Eindringwiderstandes mit dem Schraubenzieher ergab bereits vier Jahre nach dem Bau erste begrenzte Anzeichen von Holzabbau. In den folgenden Jahren nahm die Vermorschung langsam zu. Nur zwei Sperren wiesen bei der letzten Erhebung im August 2013 keine Faulstellen auf. In den Randbereichen der übrigen Sperren war die Holzfestigkeit weitaus häufiger reduziert (80%) als in den ständig benetzten Abflussbereichen (20%). Generell traten die Faulstellen überwiegend am oberen Sperrenbereich auf. Der wassergesättigte Sperrenfuss hingegen war praktisch frei von Fäulen.

Nach 15 Jahren liess sich zwischen Werken aus Fichten- und Tannenholz kein deutlicher Unterschied in der Festigkeit erkennen. Sperren aus entrindetem Holz hatten mehr Faulstellen als solche in Rinde, insbesondere bei Fichte.

Im Rahmen der Bohrwiderstandsmessung wiesen nur 29 von 315 Bohrungen (6%) eine verringerte Festigkeit auf. Lediglich sechs davon befanden sich im Ablussbereich. Bei den obersten Längshölzern fielen 90% der gesamten Bohrlänge mit reduziertem Widerstand in die Randbereiche. Am stärksten reduziert war der Bohrwiderstand bei Fichtensperren ohne Rinde, am wenigsten bei Fichte in Rinde. Tannensperren in Rinde sind tendenziell stärker von Fäule betroffen als ohne Rinde. Die Bohrdaten weisen auf einen besseren Holzzustand am Sperrenfuss hin als im obersten Längsholz. Trotz geringer Unterschiede sind die Sperren aus Fichten- und Tannenholz insgesamt in einem ähnlichen Zustand.

     
Holzsperre mit einseitigem Abfluss Holzsperre mit gleichmässigem Abfluss  
Abb. 4 - Holzsperre mit einseitigem Abfluss. Der zu trockene Randbereich wird schneller von Pilzen besiedelt.
Abb. 5 - In voller Breite gut benetzte Holzsperre (Gasenzenbach, Gams SG).
 
     
Fotos: Christian Rickli (WSL)
   

Wo gibt es weitere geeignete Holzsperren?

Die Untersuchung zur Besiedlung mit holzabbauenden Pilzen und der Entwicklung der Holzfestigkeit zeigt, dass eine vollständige Benetzung des Sperrenkörpers die Entwicklung von Fäulepilzen deutlich einschränkt (Abb. 5). Nicht eindeutig sind jedoch die Ergebnisse zu den Fragen, ob Fichte oder Tanne und ob mit oder ohne Rinde die bessere Wahl ist. Wenn man die Daten der Beurteilung der Holzfestigkeit und die Bohrwiderstandsmessungen für den gesamten Sperrenkörper betrachtet, so zeigt sich, dass die Entrindung tendenziell einen negativen Einfluss auf die Holzfestigkeit hat.

Für eine statistisch gesicherte Aussage sollten die Sperren über eine längere Zeitdauer beobachtet und auch Holzverbauungen an anderen Orten mit einbezogen werden. Dafür eignen sich besonders Verbauungen, die über mindestens ein Dutzend Sperren verfügen. Wenn Sie solche Verbauungen kennen, so sind die Autoren für eine Mitteilung dankbar.

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