Im Zentrum der Untersuchung von den Wissenschaftlern Vertr.-Prof. Dr.-Ing. Martin Drieschner, Fachgebiet Statik und Dynamik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU), und Dipl.-Ing. Mike Schnelle, Außenstelle Sanaa des Deutschen Archäologischen Instituts (DAI), steht der Palast Grat Be'al Gibri in Yeha, im äthiopisch-eritreischen Hochland gelegen. Mit einer Grundfläche von etwa 60 mal 60 Metern gilt er als der größte bekannte Palastbau seiner Zeit in Südarabien und Ostafrika. Datiert auf etwa 800 v. Chr. wurde er bereits in der Antike durch einen Brand zerstört. Erhalten sind heute nur Teile des Erdgeschosses und des Podiums.

Holz-Mauerwerk-Verbund als Bauprinzip

Was den Bau geschichtlich besonders macht, ist sein Wandsystem: In das vermörtelte Bruchsteinmauerwerk wurden systematisch Holzbalken eingelegt und ausschließlich horizontal, abwechselnd in Längs- und Querrichtung der Wand verlegt. Diese und ähnliche Konstruktionsarten, “timber-laced masonry” genannt, sind im ersten Jahrtausend vor Christus in Südarabien und im nordöstlichen Afrika für mehrgeschossige Bauten weit verbreitet gewesen. Sie erinnern an moderne Hybridkonstruktionen unter Verwendung von Holz, wie sie heute etwa in Sydney, Hamburg oder Berlin beim nachhaltigen Hochhausbau eingesetzt werden oder in Planung sind.

3D-Modell unter Berücksichtigung von Materialunschärfe

Bislang beruhten Aussagen zur Höhe solcher Bauten vor allem auf historischen Quellen und bildlichen Darstellungen: Arabische Geschichtsschreiber berichten von Palästen mit bis zu 20 Stockwerken, südarabische Fels- und Wandmalereien zeigen turmartige, mehrgeschossige Gebäude. Eine ingenieurtechnische Überprüfung dieser Überlieferungen fehlte jedoch. Genau hier setzt die Kooperation zwischen dem DAI und der BTU an.

Für die Studie erstellten die Forschenden ein virtuelles 3D-Modell zweier exemplarischer Wandbereiche des Palastes – einer Wandecke und eines Türdurchgangs – und untersuchten deren Tragfähigkeit mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM). Da viele Materialeigenschaften der antiken Baustoffe nicht exakt bekannt sind, kam ein Verfahren zur Berücksichtigung polymorpher Unschärfe in den Materialparametern zum Einsatz. Für die Berechnung wurde das selbstentwickelte Software-Tool PolyUQ verwendet.

Mindestens 19 Stockwerke statisch möglich

Das Ergebnis: Die Variation der Holzeigenschaften hat nur geringen Einfluss auf die Tragfähigkeit der Wände. Das untersuchte Wandsystem funktionierte robust. Nach ersten Berechnungen wäre eine Bebauung mit mindestens 19 Stockwerken statisch möglich gewesen. Damit hätte der Palast von Yeha durchaus Wolkenkratzer-Dimensionen erreicht. Aus den verbleibenden Tragreserven schließen die Autoren zudem, dass ein außergewöhnliches Ereignis – vermutlich der überlieferte Großbrand – für den Einsturz des Gebäudes verantwortlich gewesen sein muss.

Bauforschung trifft Ingenieurwissenschaft

„Das Projekt zeigt exemplarisch, welchen Erkenntnisgewinn interdisziplinäre Zusammenarbeit bringen kann", so Vertr.-Prof. Dr.-Ing. Martin Drieschner, Fachgebiet Statik und Dynamik an der BTU. „Für uns als Statiker ist besonders spannend, dass sich unsere Methoden aus dem modernen Ingenieurbau – etwa die Anwendung der FEM und die Modellierung unscharfer Materialparameter – eins zu eins auf eine 2.800 Jahre alte Konstruktion übertragen lassen. Das unterstreicht, wie leistungsfähig numerische Simulation auch jenseits klassischer Bauingenieur-Anwendungen ist."

Die Kooperation zwischen dem Fachgebiet Statik und Dynamik und der Außenstelle Sanaa des DAI ist Teil eines langfristig angelegten, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten äthiopisch-deutschen Forschungsprojekts zur Untersuchung des Fundplatzes Yeha im Norden Äthiopiens.

Publikation: Drieschner, M.; Schnelle, M. (2026): Numerical Investigations of Timber-Reinforced Wall Constructions with Uncertain Material Parameters for the Ancient Palace Grat Be'al Gibri in Yeha, Ethiopia. Heritage, 9(7), 270.