TerraTimber stellt eine innovative Methode für das digitale Upcycling von Altholz vor, um kreislauffähige Bausysteme zu schaffen, die eine nachhaltige Umwandlung von wiedergewonnenen Materialien in Strukturelemente ermöglichen.

Dieser Ansatz nutzt computergestützte Werkzeuge und Augmented Reality (AR)-Fertigungsprozesse, um die Komplexität verschiedener, nicht standardisierter Altholzmaterialien zu bewältigen. Ausgehend von der Erstellung digitaler Bestandsaufnahmen durch Bildverarbeitung werden die Holzstücke dann rechnerisch zu großen Strukturelementen zusammengesetzt, die schließlich mit Nägeln aus Holz und mit Hilfe von AR zusammengefügt werden. Der Lehm wird zur Realisierung eines hybriden Materialsystems integriert, das den Bau nachhaltiger Deckenplatten aus natürlichen und recycelbaren Materialien ermöglicht.

Die Gesamtstruktur ist ein Beispiel für einen Auszug eines mehrstöckigen Gebäudes, das nach den Grundsätzen des „Design for Disassembly“ entworfen wurde und ein ineinandergreifendes, metallfreies Verbundsystem für das primäre Pfosten-Riegel-Gerüst verwendet.

TerraTimber zeigt, wie die Wiederverwendung von Abfällen aus Gebäudeabbrüchen und Rückständen industrielle Praktiken verändern kann, indem sie von einem linearen zu einem zirkulären Wirtschaftsmodell übergeht, während sie Abfall als wertvolle Ressource im Bauwesen betrachtet.

Holz-Lehm-Hybrid-Bausystem

Das Herzstück des Demonstrators ist ein Deckenplattensystem, das aus einem Holz-Lehm-Hybrid besteht. Dieses Konzept nutzt die einzigartige Anordnung von unregelmäßigen Holzresten, um eine raue Oberfläche zu schaffen, die, wenn sie mit Lehm gefüllt wird, eine metallfreie strukturelle Schubverbindung zwischen den beiden Materialien bildet. Der Lehm kann als ökologischer und wiederverwertbarer Betonersatz betrachtet werden, der sowohl die Tragfähigkeit des hybriden Baumaterials erhöht, als auch thermische Masse in das Bauteil einbringt und einen guten Schall- und Brandschutz gewährleistet.

Digitales Upcycling: Computergestütztes Design und Augmented Reality für das Upcycling von Holzabfällen nutzen

Digitale Techniken und computergestütztes Design erweisen sich dank ihrer Fähigkeit, mit der Komplexität und Variabilität von Abfallmaterialien umzugehen, als entscheidende Werkzeuge für den Übergang zum Kreislaufbau. Diese Forschungsarbeit stellt einen speziell zugeschnittenen Ansatz vor, um die Komplexität von Holzabfällen zu bewältigen. Sie beschreibt einen gemeinsam entwickelten Arbeitsablauf, der die Digitalisierung von Materialien, die iterative rechnergestützte Konstruktion für die Zusammenstellung von Holzabfällen, das strukturelle Design und den Transfer von digitalen Modellen in die physische Fertigung umfasst.

Dieser „Digitale Upcycling“-Ansatz, bei dem digitale Methoden im Vordergrund stehen, um kleine Abfallmaterialien in große Konstruktionselemente umzuwandeln, verkörpert eine Bottom-up-Designstrategie, bei der die verfügbaren Ressourcen den Gestaltungsprozess leiten.

Professur Digital Design and Fabrication (DDF)

Tenure-Track Prof. Moritz Dörstelmann, Daniel Fischer, Vincent Witt, Erik Zanetti.

Professur Design of Structures (dos)

Prof. Dr.-Ing. Professor Riccardo La Magna, Tamara Haußer.

Das Projekt wurde in Zusamenarbeit mit Architekturstudierenden der Fakultät für Architektur am KIT realisiert:

Jeremy Brachat, Tobias Dillmann, Alexander Geiser, Maximilian Gilbert, Tim Hahnemann, Annika Heesen, Niklas Carl Maximilian Hetzel, Moritz Karkossa, Yelda Kayihan, Emil Kasimir Leyens, Ian Lülfing, Oskar Philipp Müller, Domagoj Radic, Julia Rauch, Paula Schmidt, Fynn Schmidt-Rohr, Jonas Schückle, Rebecca Steinbach, Elissa Sukar, Sebastian Vix, Niklas Walter, Monika Weiß, Niklas Wittig.

Mit Unterstützung durch:

Bässler Holz- und Fensterbau GmbH 

Kuhmann & Dill Holzahandel GmbH

Raimund Beck KG

KME Karlsruhe Marketing und Event GmbH​

TerraTimber introduces an innovative method for the digital upcycling of waste wood to create circular construction systems enabling the sustainable transformation of reclaimed materials into structural elements.

This approach utilizes computational tools and Augmented Reality (AR) fabrication processes to manage the complexity of diverse, non-standard waste wood materials. Starting from the generation of digital inventories through image processing, the wood pieces are then computationally assembled into large structural elements, which are finally physically assembled with nails made of wood and with the aid of AR. Earth is integrated to form a hybrid material system, enabling the construction of sustainable floor slabs from natural and recyclable materials.

The overall structure exemplifies a fragment of a multi-story building designed with Design for Disassembly principles, employing an interlocking, metal-free joinery system for the primary post-and-beam framework.

TerraTimber demonstrates how repurposing waste from building demolitions and industrial residues can transform industrial practices, shifting from a linear to a circular economic model by viewing waste as a valuable resource in construction.

Wood-earth Hybrid Construction System

The core of the demonstrator is a floor slab system made from a wood-earth hybrid. This concept utilizes the unique arrangement of irregular leftover wood pieces to create a rough surface that, when filled with earth, forms a metal-free structural shear interface between the two materials. Earth can be seen as an ecological and recyclable concrete substitute that increases the load-bearing capacity of the hybrid building material, but also brings thermal mass into the component and ensures good sound and fire protection.

Digital Upcycling: Leveraging Computational Design and Augmented Reality to Upcycle Waste Wood

Digital techniques and computational design emerge as crucial tools in the transition towards circular construction thanks to their ability to navigate the complexity and variability found in waste materials. This research presents a specifically tailored approach to tackle the complexities of waste wood, delineating a co-developed workflow that includes material digitization, iterative computational design for aggregating the waste wood pieces, structural design, and the transfer from digital models to physical fabrication. 

This “Digital Upcycling” approach, where digital methods are at the forefront to repurpose small scale waste materials into large construction elements, embodies a bottom-up design strategy where the available resources guide the creation process.

Professur Digital Design and Fabrication (DDF)

Tenure-Track Prof. Moritz Dörstelmann, Daniel Fischer, Vincent Witt, Erik Zanetti.

Professur Design of Structures (dos)

Prof. Dr.-Ing. Professor Riccardo La Magna, Tamara Haußer.

​The project was realised in collaboration with architecture students from the Faculty of Architecture at KIT:

Jeremy Brachat, Tobias Dillmann, Alexander Geiser, Maximilian Gilbert, Tim Hahnemann, Annika Heesen, Niklas Carl Maximilian Hetzel, Moritz Karkossa, Yelda Kayihan, Emil Kasimir Leyens, Ian Lülfing, Oskar Philipp Müller, Domagoj Radic, Julia Rauch, Paula Schmidt, Fynn Schmidt-Rohr, Jonas Schückle, Rebecca Steinbach, Elissa Sukar, Sebastian Vix, Niklas Walter, Monika Weiß, Niklas Wittig.