Risse in Holzkonstruktionen

INHALTE DES BEITRAGS

Die häufigste Rissart ist der Schwindriss
Holzfeuchte als entscheidender Faktor
Qualitätsstandard und Sortierung
Risse können mehr als das optische Empfinden beeinflussen
Sonderfall Leimholz und Leimbinder

Holz ist im Vergleich zu beispielsweise Metall oder Kunststoff kein homogenes Material, das an allen Stellen gleiche Eigenschaften aufweist. Als gewachsenes biologisches Material besitzt jeder Stamm individuelle Merkmale in seiner Struktur, die durch die Holzart, den Standort und Umweltfaktoren beeinflusst werden. Standortfaktoren sind beispielsweise die Klimazone und die Bodenbedingungen. Individuelle Umwelteinflüsse hingegen können Blitzschlag, mechanische Schäden, Frostsprengungen oder Pilzbefall sein. Auch Änderungen der Wind- und Lichtverhältnisse tragen zu Veränderungen im Wachstum bei. Die Liste der Einflussfaktoren könnte noch um einige Punkte erweitert werden. Alle diese Faktoren beeinflussen den Faserverlauf im Holz und somit auch die individuellen Eigenschaften des Stamms und späteren Baumaterials. Daher ist für das Verständnis der Rissbildung ein kurzer Ausflug in die Holzanatomie notwendig:

In Längsrichtung besteht Holz aus Fasern, in Querrichtung aus Jahrringen, die sich in Frühholz (hell) und Spätholz (bei den gängigen Bauhölzern dunkel) aufteilen. Frühholz wird im Frühjahr und am Beginn des Sommers gebildet und dient dem Baum zur Versorgung mit Nährstoffen. Spätholz wird im Sommer gebildet, besitzt eine höhere Dichte und wird zur Stabilisierung des Baums angelegt. Von Herbst bis Frühjahr ruht das Baumwachstum. Klima- und Standortfaktoren zeigen sich somit bei jedem Stamm individuell in den Jahrringen. Schnell wachsende Bäume besitzen einen höheren Frühholzanteil in den Jahrringen und deshalb eine geringere Rohdichte.

Zusätzlich gliedert sich der Stammquerschnitt bei den in Europa hauptsächlich zum Holzbau verwendeten Hölzern in Kern- und Splintholz. Das Kernholz bildet das Skelett des Baums, da in seinen Jahrringen keine Nährstoffe mehr transportiert werden und durch Einlagerung von diversen Zusatzstoffen eine Art Aussteifung der Zellen erfolgt. Das Splintholz wird durch die äußeren Jahrringe gebildet und dient zum Wasser- und Nährstofftransport. Wegen seines hohen Nährstoff- und Feuchtegehalts ist Splintholz sehr anfällig für Fäulepilze und Insekten. Es trocknet schneller als das Kernholz und reißt daher schnell auf. Ein Riss kann bis tief in den Kern dringen. Daher wird das Splintholz in der Regel entfernt.

Zwischen den Fasern und in den Zellen ist Wasser eingelagert, das nach dem Fällen des Baums entweicht. Hierbei schrumpfen die Zellen und verlieren ihr Volumen. Im Gegensatz zu den Faserzwischenräumen kann in den Zellen nicht erneut Wasser eingelagert werden.

 

Die häufigste Rissart ist der Schwindriss

Durch die Volumenänderungen kommt es im Holz zu Spannungen, die dann an entsprechenden Stellen zu Schwind- bzw. Trockenrissen führen können (Bild 1). Diese Volumenänderung ist tangential zum Jahrring am größten, während sie in axialer Richtung des Stamms am geringsten ist. An Schwachstellen wie Asteinschlüssen kann eine solche Rissbildung wiederum begünstigt werden, da hier eine Faserabweichung besteht und der Astansatz wiederum ein eigenes Schwindverhalten hat. Rissbildung wird sich folglich aufgrund der Inhomogenität des Materials niemals gänzlich vermeiden lassen. Ein erster Punkt zur Vermeidung von Rissen ist deshalb die Verwendung von vorgetrocknetem Holz. Technisch getrocknetes Holz hat Vorteile in Bezug auf die Anfälligkeit gegenüber Insektenbefall, da durch die technische Trocknung für Insekten relevante Stoffe umgewandelt werden. Die Alternative zur technischen Trocknung ist die traditionelle Ablagerung.

 

Holzfeuchte als entscheidender Faktor

Holz besitzt eine Ausgleichsfeuchte. Das heißt, das Holz passt sich der Luftfeuchte in der Umgebung an. Dabei wird zwischen den Fasern entweder Wasser wieder eingelagert oder es wird Wasser abgegeben. Durch diese hygroskopische Anpassung ändert sich das Volumen – das Holz quillt oder schwindet. Im Vorfeld ist deshalb bei der Bestellung und Auswahl der Hölzer darauf zu achten, in welchem bauklimatischen Umfeld sie eingebaut werden sollen. So gibt die (zurückgezogene) DIN 1052-1:1988-04 Holz-bauwerke; Berechnung und Ausführung die Einbaufeuchte vor und orientiert sich daran, welche Holzfeuchte die Hölzer in verbautem
Zustand über längere Zeit im Durchschnitt haben. Prinzipiell sollte Bauschnittholz (Nadelholz) nicht mit einem Holzfeuchtewert > 20 % verbaut werden, da die Anfälligkeit für Fäulepilze und Insektenbefall steigt und durch ein Nachtrocknen die Rissbildung deutlich erhöht ist. Die Werte in Tabelle 2 können als Richtwert für die Planung und den Einkauf von Bauholz dienen. Sie orientieren sich an der DIN 1052-1.

Wird Holz z. B. für den Einbau im beheizten Wohnraum getrocknet, aber über längere Zeit in einer zugigen, unbeheizten Scheune gelagert, nimmt es fast die doppelte Holzfeuchte an, was wiederum zu einem Quellen des Holzes führt. Auch die Maßhaltigkeit der Bauteile ist von falscher Einbaufeuchte betroffen, was sich vorwiegend bei Hölzern im Innenausbau sichtbar auswirken kann. Beim Bau ist daher darauf zu achten, Holz
bereits im Einkauf beim Holzhändler mit der vorgesehenen und in der DIN 1052-1 vorgegebenen Holzfeuchte zu bestellen und liefern zu lassen. Dieser Wert sollte zur Qualitätssicherung vom verarbeitenden Unternehmen bei der Anlieferung und während der Bauphase regelmäßig nachkontrolliert werden, denn falsche Lagerung kann die Holzfeuchte nachträglich stark verändern. In der Praxis sieht man leider sehr oft vorgetrocknet geliefertes Bauholz unzureichend geschützt und der Witterung ausgesetzt längere Zeit auf der Baustelle liegen – und letztendlich wird feuchtes Holz verbaut.

Auch bei der Montage darf das Holz der Witterung nicht ungeschützt ausgesetzt werden. Holzständerwerke oder Dachstühle, die im strömenden Regen errichtet werden, sorgen für eine Durchfeuchtung des Baumaterials, und die Holzfeuchte entspricht somit nicht mehr den geforderten Werten. Schäden wie Schimmel und Pilzbefall stellen sich darauf recht früh ein – Verformungen, Risse und Insektenschäden weitaus später.

 

Qualitätsstandard und Sortierung

Zu Rissen kann es aber auch durch andere Faktoren im Holz kommen. Eine zu hohe Ästigkeit, Drehwuchs, Pilzbefall, Druckholz und andere Störungen in der Faser- und Jahrringstruktur können ursächlich sein.

Im modernen Holzbau wird die Qualität der unterschiedlichen Hölzer durch die Einteilung in Sortierklassen geregelt. Die visuelle Sortierung (auch apparativ unterstützt) ist in der Normenreihe DIN 4074 Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit geregelt. Hier wird festgelegt, wie viel Waldkante, Äste, Faserabweichung und Schwundrisse Bauholz haben darf. Auch andere individuelle Faktoren wie die erlaubte Jahrringbreite sind darin festgelegt. Die maschinelle Sortierung des Holzes ist in der DIN EN 14081 Holzbauwerke – Nach Festigkeit sortiertes Bauholz für tragende Zwecke mit rechteckigem Querschnitt geregelt; diese greift aber im Wesentlichen auf die DIN 4074 zurück. Die Sortiernorm DIN 4074 wurde gleichzeitig als Produktnorm in die Bauregelliste eingeführt. Das früher benutzte Ü-Zeichen (Übereinstimmungszeichen) für entsprechend sortierte Hölzer ist im Zuge der europäischen Vereinheitlichung mittlerweile weggefallen, und es ist nur noch die CEKennzeichnung gültig. Trotz sorgfältiger Sortierung kann aber nicht endgültig ausgeschlossen werden, dass sich nach dem Einbau unter Umständen weitere Risse bilden. Durch die genannten Maßnahmen wie zielgerichtete Planung, Einkauf, Lagerung und Einbau kann die Wahrscheinlichkeit aber im Vorfeld minimiert werden.

 

Risse können mehr als das optische Empfinden beeinflussen

Risse im verbauten Holz müssen nicht zwangsläufig auf Schwund oder Qualitätsmängel zurückzuführen sein. Sie können auch ein Anzeichen für ein statisches Problem sein. Quetschungen (Bild 5) und Brüche kündigen sich ebenfalls durch das Lösen des Faserverbunds im Holz an und gehen meistens mit einer Verformung des Bauteils einher. Ursächlich sind Lastveränderungen in den angrenzenden Bereichen, nachträgliche mechanische Schwächungen oder eine Unterdimensionierung des Bauteils. Risse im verbauten Holz müssen daher immer in Bezug auf ihre Ausdehnung, Lage sowie Tiefe betrachtet werden, um Rückschluss auf die statische Relevanz und die Ursache zu bekommen.

Verstärkter Rissbildung oder gar Absplitterungen an Auflagern oder Knotenpunkten sollte besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Bei tragenden Bauteilen ist ein Fachmann hinzu zu ziehen. Kleine Risse im Holz sind meist nicht tief und schwächen den Querschnitt nicht elementar, dienen aber Insekten wie dem Hausbock als Ablageplatz für ihre Eigelege und können Ausgangspunkt für Folgeschäden sein (Bild 4).

Einen speziellen Fall bilden Hölzer mit Drehwuchs (Bild 6). Drehwuchs ist eine genetische Besonderheit bei manchen Bäumen, die dazu führt, dass die Fasern nicht senkrecht im Stamm verlaufen, sondern spiralförmig in einer Torsionsbewegung wachsen. Zwar fallen diese Hölzer bei der Vorsortierung normalerweise aus, doch bei weniger starkem Drehwuchs ist dieser Qualitätsmangel nicht leicht erkennbar. Bei der Trocknung im Bauwerk kann es daher vorkommen, dass sich solches Holz in Richtung seines Faserverlaufs dreht und diagonale, den Fasern folgende Risse bildet. Das Holz verwindet  ich dadurch meist etwas. Ein gewisser Grad an Drehwuchs (Faserneigung) ist aber nach DIN 4074 erlaubt.

Auch Korrosion an metallenen Verbindungselementen kann – vorwiegend im Außenbereich – zu Rissbildung führen, wenn die Metallteile nicht dem Einbauzweck entsprechen oder mangelhaft sind und Rost den Faserverbund sprengt. Oft kann das bei Verbindungselementen ohne bauliche Zulassung beobachtet werden.

Im Außenbereich werden Risse an bewitterten Hölzern häufig zu Eintrittsportalen für holzzerstörende Pilze, wenn der Riss im Holz nach innen abfällt und sich so Wasser ansammelt, das nur langsam abtrocknen kann. Im Bauholz bereits vorhandene Risse dürfen beim Einbau nicht in Richtung von Regen oder Schlagregen eingebaut werden. Ist dies nicht möglich, muss das Eindringen von Wasser durch konstruktiven Holzschutz verhindert werden.

Beim Brandschutz bilden Risse in Hölzern Eintrittspunkte für Flammen, über die der Brand recht schnell ins Innere des Holzes führen kann. Diese Problematik tritt vorwiegend bei der Altbausanierung auf und kann mit geeigneten, den Regeln des Brandschutzes entsprechenden Maßnahmen behoben werden.

Die Sanierung von Rissen in Bauschnittholz kann bei kleineren Rissen oft durch Überstreichen oder Auffüllen mit einer Mischung aus Sägemehl und Holzleim erfolgen; hier handelt es sich im Normalfall um ein reines optisches Empfinden. Größere Risse können durch ein Ersatzholz ausgespant werden. Speziell im Außenbereich ist besonders darauf zu achten, dass der Verschluss des Risses mit einem diffusionsoffenen Material erfolgt, welches das Entweichen von Feuchte aus dem Holzinneren ermöglicht. Stoffe wie Silikon, Acrylmasse, Polyesterspachtel oder Bauschaum sind dafür gänzlich ungeeignet, da vorhandene Nässe nicht entweicht und Fäulepilze somit die idealen Bedingungen finden, um im Holzinneren ihre zerstörerische Wirkung zu entfalten (Bild 7). Wenn Risse in ihrer Ausdehnung und Größe bereits die Tragfähigkeit des Bauteils beeinflussen, muss eine Ertüchtigung bzw. ein Ersatz des Bauteils erfolgen.

 

Sonderfall Leimholz und Leimbinder

Einen Sonderfall bilden Leimhölzer oder Leimbinder. Sie bieten die Möglichkeit, große Spannweiten und unterschiedlichste Formen durch das Verkleben von einzelnen Brettern herzustellen. Bei der Produktion werden bereits mögliche Fehlerquellen minimiert. Neben der Vorsortierung und dem entsprechenden Verleimen der einzelnen Schichten nach dem Verlauf ihrer Jahrringe werden auch einzelne kleine, eventuell noch vorhandene Astansätze oder Harzgallen ausgebohrt und durch Holzdübel verleimt. Um ein Verziehen der einzelnen Lagen zu vermeiden, werden ab ca. 20 cm Breite Nuten in die Bretter eingefräst, damit die Spannungen herausgenommen werden.

Dennoch können sich in Leimhölzern nach dem Einbau Risse bilden, die man nicht ignorieren darf. Hier kommt es nämlich darauf an, ob sich der Riss in der Lamelle, das bedeutet im Holz selber, oder an der Leimfuge bildet. Risse in der Lamelle selbst sind meist Schwindrisse und überwiegend im Außenbereich zu finden oder in Hallen mit wechselndem Klima und starker Beheizung oder sehr trockener Luft (Sporthallen, Eishallen und auch Schwimmbäder). Sie sind auf die bereits beschriebenen Wechsel der Holzfeuchte zurückzuführen. Speziell im Außenbereich kann man an den der Sonne ausgesetzten Seiten höhere Rissaufkommen finden als an den beschatteten Seiten. Als Beispiele können hier Holzbrücken genannt werden (Bild 8).

Risse in der Leimfuge deuten auf eine schlechte Verklebung oder ein Nachlassen der Klebkraft des Klebers hin. Sie können recht schnell zu einem Versagen führen, wodurch die Tragfähigkeit des Leimbinders unter Umständen nicht mehr gegeben ist. Hier muss ein geeigneter Sachverständiger zurate gezogen werden, der eine umfangreiche und handnahe Untersuchung durchführt und eine Riss- und Schadenskartierung anfertigt, die den Verlauf, die Ausdehnung und auch die Tiefe der Risse genauestens darstellt. Zusätzlich muss eine aussagekräftige Anzahl an Bohrkernen über den Querschnitt der verleimten Lamellen genommen werden, welche in einem geeigneten Labor untersucht werden. Nur so lassen sich Aussagen über die Qualität, Festigkeit und Eignung des Klebers für den jeweiligen Einsatzzweck treffen. Es gibt hier signifikante Unterschiede, wann beispielsweise ein Kleber für Leimhölzer im Außenoder Innenbereich geeignet ist und wann nicht. Gleichzeitig muss hier bei tragenden Bauteilen in jedem Fall ein Tragwerksplaner hinzugezogen werden.

Leimbinderkonstruktionen sollten daher regelmäßig einer fachmännischen Prüfung unterzogen werden, um Probleme rechtzeitig zu erkennen und eventuell eine Sanierung in die Wege zu leiten. Bei Holzbrücken im öffentlichen Straßenverkehr ist eine solche Prüfung in regelmäßigen Intervallen auf Bundesund Landesebene Vorschrift. Für Hochbauten (auch öffentliche) gibt es nur Empfehlungen für solche Intervalle, z. B. in der VDI Richtlinie 6200 Standsicherheit von Bauwerken – Regelmäßige Überprüfung oder in der Richtlinie Wiederkehrende Bauwerksprüfung im Hochbau des Bau-Überwachungsvereins e. V. (BÜV) sowie Empfehlungen und Ministerialerlasse von einzelnen Bundesländern (z. B. Bayern, Rheinland-Pfalz). Eine einheitliche Verpflichtung zu solchen Überprüfungsintervallen gibt es jedoch nicht. Allerdings muss jedem Verantwortlichen eines solchen Gebäudes klar sein, dass eine regelmäßige Begutachtung nicht nur auf längere Sicht die Kosten von umfangreichen Sanierungen reduzieren kann, sondern ein sicherheitsrelevanter Faktor ist. Die Landesbauordnungen schreiben die Verkehrs- und Standsicherheit von Gebäuden vor, woraus sich eigentlich eine solche Verpflichtung zur Überprüfung durch den Eigentümer bzw. Verantwortlichen ergibt.

Leimbinder lassen sich in der Regel gut sanieren, wenn eine vorhergehende Kartierung der Schäden durch einen Sachverständigen erfolgt ist und die Maßnahmen durch einen Tragwerksplaner festgelegt wurden. Risse werden hierzu bei entsprechender Größe und Tiefe ausgefräst und mit geeignetem Kunstharz verpresst. Kleinere Schäden in einzelnen Lamellen werden durch Ersatzhölzer ausgebessert.

Für die Sanierung von Leimbindern benötigt das ausführende Unternehmen einen gültigen Befähigungsnachweis der Eignung zum Kleben von tragenden Holzbauteilen (kurz: Leimgenehmigung), über die mindestens einer der anwesenden Mitarbeiter des Unternehmens verfügen muss. Eine solche Genehmigung wird beispielsweise durch die Teilnahme an einem Sanierungslehrgang an der MPA Stuttgart oder bei der Studiengemeinschaft Holzleimbau e. V. erworben.