«Es fühlt sich an wie Pionierarbeit»

Forschung und Lehre

Die Forschungsarbeit an Ihrer Professur heisst ‹Von der zirkulären Stütze zu wiederverwendbaren Bausystemen in Naturstein›. Dort behandeln Sie die zwei Gesteinsarten Gneis und Sandstein. Warum gerade diese beiden?
Elli Mosayebi: In unserem Studio haben wir alle grossen Gesteinsgruppen – Kalk, Granite, Gneise und Sandsteine – angeschaut und dabei 34 Schweizer Steinbrüche porträtiert. Wir haben unsere Forschung mit Gneis und Sandstein begonnen, weil wir mit zwei Steinbrüchen schon länger im Austausch stehen: mit einem am Bodensee und einem aus dem Tessin. Hinzu kommt, dass es für Gneis und Sandstein in der Architektur aktuell weniger zeitgenössische Beispiele gibt als für Kalk. Dieses Semester widmen wir uns aber gezielt dem Kalkstein.

Was sind die Erkenntnisse?
Zunächst einmal erkannten wir, wie schön und verschieden Naturstein ist. In den Adern und Schichtungen zeigen sich unzählige zarte und kräftige Farbtöne. Von Rosa über Gelb, Grün und Grau bis zu Schwarz – im Stein schimmert die Urgeschichte des Planeten. Zudem hat uns erstaunt, wie klein die Ausbeute dieses kostbar wirkenden Materials ausfällt. Je nach Abbauart wird kaum die Hälfte weiterverarbeitet und verkauft. Schliesslich haben wir gelernt, dass Stein in erster Linie drei Hauptverwendungen kennt: als schützende Oberfläche in Küchen, für Böden oder Fassaden, als Zuschlagstoff wie Schotter und Kies für die Bauindustrie sowie im Garten- und Wasserbau für Uferverbauungen, Schüttungen oder Dämme. Diese drei Bereiche folgen eigenen Vorgaben, schöpfen das architektonische Potenzial des Steins jedoch nur unzureichend aus.

Was war das Ziel der Forschung?
Wir wollen die Ausbeute erhöhen und neue Einsatzfelder in der Architektur gewinnen. Anstatt die Abhängigkeit von aufwendig und teuer veredelten Produkten weiter zu verstärken, suchen wir nach Möglichkeiten, auch minderwertigeres oder bislang ungenutztes Material konstruktiv einzusetzen, und zwar tragend. Es ist eine angewandte Forschung und wurde von Innosuisse im Rahmen einer Machbarkeitsstudie gefördert. Ziel ist die Entwicklung konkreter Produkte im Rahmen eines grösseren Forschungsprojekts.

Was hat die Auseinandersetzung der Studierenden im Entwurfsstudio gebracht?
Dort haben wir zwei Strategien für den Einsatz von Naturstein als tragendes Bauteil untersucht. Die erste Strategie setzte auf grosse, möglichst unbearbeitete Blöcke, die mit wenigen Schnitten aus dem Steinbruch gewonnen werden. Sie kamen als Stützen zum Einsatz und wurden so gefügt, dass sie sich später wieder trennen lassen. Dabei spielten Gewicht, natürliche Bruchkanten und die Abbauhöhen im Steinbruch eine zentrale Rolle. Die zweite Strategie nahm sich der kleineren Bruchstücke an, die beim Abbau anfallen und im Steinbruch oft ungenutzt bleiben. Diese wurden auf Stahlrohre aufgefädelt und vorgespannt, zu Trockenmauern verarbeitet oder in grössere Verbundelemente integriert. So entstand ein konstruktiver Einsatz für Material, das sonst liegenbliebe.

Was haben die Steinbrüche zu den Entwürfen gesagt?
Grundsätzlich haben sie sich gefreut, dass das grosse Potenzial der Steine erkannt wird. Je nach Entwurf waren sie natürlich mehr oder weniger enthusiastisch. Aber es war ihnen auch bewusst, dass wir als Studio die Grenze zwischen Realistischem und Visionärem ausloten.

Zir­kuläres Auffädeln

Die beim Zuschneiden der Rohblöcke anfallenden Reststücke des Tessiner Maggia-Gneises werden sortiert, gebohrt, auf Stahlkabel aufgefädelt und vorgespannt. So verbindet sich die Druckfestigkeit des Steins mit der Zugfestigkeit des Stahls. Die Elemente dienen als Stützen oder Träger eines Exoskeletts, werden vorgefertigt geliefert und über Stahlknoten verschraubt.

Haus als Steinlager

Rohe Natursteinblöcke bilden die tragende und räumliche Struktur eines Gebäudes. Die bis zu 3×1,5×2 Meter grossen Blöcke werden im Steinbruch halbiert oder gedrittelt und auf der Baustelle gestapelt. Fixiert durch Eigengewicht und Stahlverbindungen, tragen die Blöcke die Holzdecken. Die massive Struktur bildet ein Steinreservoir für zukünftige Projekte.

Praxis

Was haben Sie in Ihrem eigenen Architekturbüro mit Naturstein gebaut?
Nur Böden, Küchen oder einen Brunnen. Bisher hatten wir nicht die Gelegenheit, Grösseres mit Stein zu erstellen oder Stein sogar tragend einzusetzen.

Nun aber! Sie haben ein Haus mit tragenden Sandsteinstützen entworfen und fangen demnächst an zu bauen. Wie weit sind die Erkenntnisse Ihrer Forschung eingeflossen?
Beim Haus an der Winterthurerstrasse stehen wir vor der Baubewilligung. Wie in der Forschung möchten wir tragende Betonstützen durch Sandstein ersetzen. Die Steinstütze ist dabei schlank, hat aber eine grosse Tragfähigkeit, sie kann also hervorragend auf Druck beansprucht werden. Die Vorspannung soll zudem das Knicken verhindern. Obwohl Stein ein uraltes Baumaterial ist, fühlte sich das Entwerfen wie Pionierarbeit an.

Die Stützen aus Sandstein sind in den unteren Geschossen kräftiger als in den oberen. Sie bestehen aus sechs Steinblöcken pro Geschoss, der zweitoberste steht seitlich über und wird so zur Konsole für die Holzbalkendecke. Diese Konsolen sind architektonisch nicht weiter hervorgehoben. Hat es euch nicht gereizt, sie stärker als Kapitell auszubilden?
Die Konsolen bilden mit den Köpfen der Holzträger Kapitelle. In der Fassade tritt die Tragstruktur hervor und wird tektonisch lesbar. Das ist sehr direkt und hat mit der Schönheit des Materials zu tun: Wir exponieren das einzelne Element, die Stütze, und inszenieren den Stein. Ansonsten ist es eine sehr einfache Grundstruktur: drei Stützen pro Achse, zwei am Rand und eine in der Mitte. Die Holzbalken liegen auf den Konsolen auf und bilden Unterzüge, die die Geschossplatten aus Brettstapelholz tragen. Ein schlichtes und effizientes System, auch um den Einsatz von Stein zu minimieren. Zugleich ging es um Flexibilität: ein Wohnhaus, das später auch umgebaut und anders genutzt werden kann.

In Ihrem Forschungspapier schreiben Sie von einer «neuen Ästhetik des Steins». Wie zeigt sich die bei diesem Haus?
In der Visualisierung zu sehen ist ein tektonisches Bild aus tragenden und bekleidenden Elementen. Wir möchten aber noch weiter gehen und das Material mit seinen Einschlüssen, Farbverschiebungen und Brüchen zeigen. Lange Zeit waren ästhetische Unregelmässigkeiten unerwünscht – heute begreifen wir diese als Qualität, die den Stein von einem industriell hergestellten Produkt unterscheidet. Aus diesem Grund wollen wir auch die Qualitätsstufe 3 nutzen. Gemäss einer Branchenstatistik ist mehr als die Hälfte des abgebauten Steins entweder Rest oder aufgrund visueller Eigenschaften nicht für Fassaden und Innenausbau geeignet.

Bei manchen aktuellen Bauten, die Stein zum Beispiel als Stützen einsetzen, muss man schon genau hinschauen, um zu erkennen, dass es sich nicht um Beton handelt. Lohnt sich der Aufwand dafür?
Man könnte den Stein durchaus mehr als solchen inszenieren: Der Reiz liegt darin, dass er nicht makellos oder uniform ist. Seit wir uns mit Naturstein beschäftigen, gehe ich mit anderen Augen durch die Stadt. In der Zürcher Altstadt ist zum Beispiel der Bollinger Sandstein sehr präsent. Er hat eine graublaugrüne Oberfläche und weiche Kanten. Das sind alles Qualitäten, die wir jetzt erst wiederentdecken. Vielleicht denken wir in Zukunft sogar wieder über kleinere Steinmetzarbeiten in der Fassade nach. So wie das Travertin-Bein in der Laibung der Casa il Girasole in Rom von Luigi Moretti.

Was kostet das Bauen mit tragendem Naturstein?
Es ist teurer als bei der herkömmlichen Bauweise. Eine normale Betonstütze kostet 1000 Franken, eine aus Sandstein drei bis vier Mal mehr. Aber weil wir im Projekt den Stein auf die Stützen beschränkt haben, steigen die Gesamtkosten nicht enorm.

Haus aus Naturstein

Bei diesem Wohnhaus möchten die Architektinnen Sandstein zirkulär einsetzen. Die Tragstruktur gleicht derjenigen eines Bürohauses mit drei Stützen pro Achse. Die Stützen sind nicht aus Beton gefertigt, sondern aus Stein. Der zweitoberste Steinblock dieser Stützen bildet seitlich Konsolen aus. Darauf liegen die primären Holzträger, die wiederum die Brettstapeldecke tragen. Diese Konstruktion zeichnet sich an der Fassade ab.

Winterthurerstrasse, Zürich
– Bauherrschaft: ohne Angabe
– Auftragsart: direkt, 2023
– Architektur: EMI Architekt*innen, Zürich

Nachhaltigkeit

Wie sieht die Ökobilanz von tragendem Naturstein gegenüber anderen Materialien aus?
Interessant ist allein schon, dass es sich um ein regionales Produkt handelt. Die Emissionen eines weiten Transportwegs fallen weg, und der lokale Markt wird gestärkt. Hinzu kommt: Je unbehandelter der Stein bleibt, desto nachhaltiger ist er. Geschliffene oder polierte Oberflächen benötigen viel Energie, während weitgehend belassene Steine ökologisch vorteilhaft sind. Mein Kollege Guillaume Habert hat den Unterschied von Stein und Beton schön aufgezeigt. Bei Beton gilt: je mehr Material, desto mehr CO₂-Emissionen. Bei Stein ist es umgekehrt: je grösser die Stücke, desto kleiner der Fussabdruck. Schliesslich eröffnen wir auch eine zirkuläre Perspektive: Bei wiederverwendeten Bauteilen geht kein Material verloren.

Stein ist eine gute Antwort auf die Ressourcenfrage?
Stein wäre im Alpenland Schweiz reichlich vorhanden. Noch um das Jahr 1900 zählte man mehr als 700 Steinbrüche. Doch mit der Industrialisierung wurde der Stein von Beton und Backstein verdrängt. Heute existieren lediglich noch um die 70 Steinbrüche, die effektiv Werksteine herstellen. Nachhaltig ist der Einsatz von Naturstein aber vor allem, wenn er tatsächlich den Beton ersetzt – wenn er also trägt und nicht nur vorgehängt wird. Natürlich dürfen wir die Eingriffe in die Landschaft durch die Steinbrüche nicht ausblenden. Auch wenn die Ressource fast unbegrenzt erscheint, verlangt sie einen sorgsamen Abbau. Letztlich ist Stein ein weiteres und wichtiges Material, das uns helfen kann, die CO₂-Emissionen im Bauwesen deutlich zu senken.