TY - CONF A1 - Wiehle, Philipp A1 - Brinkmann, M. T1 - Tragfähigkeit von Lehmmauerwerk - Experimentelle und numerische Analyse T1 - Load-bearing capacity of earth masonry – An experimental and numerical analysis N2 - Die Bemessung von tragendem Lehmmauerwerk erfolgt in Deutschland auf Basis der Lehmbau Regeln. Das dort verankerte Nachweisverfahren beruht auf einem globalen Sicherheitskonzept, welches aus zuverlässigkeitstheoretischer Sicht nicht mehr dem Stand der Technik entspricht. Auf Grund dessen wird das Bemessungskonzept für Lehmmauerwerk vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) voraussichtlich 2023 außer Kraft gesetzt. Ein statischer Nachweis von tragenden Lehmbauten wäre in Deutschland dann ausschließlich mit einer Zustimmung im Einzelfall (ZiE) oder vorhabenbezogener Bauartgenehmigung (vBg) möglich. Beides ist mit erheblichem Mehraufwand und höheren Kosten verbunden, was für den Lehmmauerwerksbau einen entscheidenden Nachteil im Vergleich zum konventionellen Mauerwerksbau darstellt. Um eine unkomplizierte Praxisanwendung von Lehmmauerwerk zu ermöglichen, werden innerhalb eines Forschungsvorhabens, welches von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), dem Institut für Massivbau der Technischen Universität Darmstadt sowie dem Ingenieurbüro ZRS durchgeführt wird, auf Basis der Produktnormen für Lehmsteine und Lehmmauermörtel Grundlagen für ein aktualisiertes Bemessungskonzept entwickelt. Im Rahmen des Projekts wird ebenfalls untersucht, inwiefern die Bemessungsregeln nach den vereinfachten Berechnungsmethoden für unbewehrtes Mauerwerk gemäß DIN EN 1996-3 / NA auf den Lehmmauerwerksbau übertragbar sind. Falls eine Anwendung des normativen Nachweisverfahrens bei Lehmmauerwerk möglich ist, wäre zukünftig eine Aufnahme von Lehmsteinen und Lehmmauermörtel in den nationalen Anhang des Eurocode 6 denkbar, was eine bedeutsame Erweiterung des Anwendungsbereichs von Lehmmauerwerk zur Folge hätte. Diverse wissenschaftliche Untersuchungen konnten zeigen, dass bemessungsrelevante Festigkeits- und Verformungseigenschaften von Lehmmauerwerksbaustoffen stark von der vorherrschenden Materialfeuchte abhängen, welche im hygroskopischen Wassergehaltsbereich im Wesentlichen von der relativen Luftfeuchte (RLF) bestimmt wird. Auch die Zwischenergebnisse des laufenden Forschungsvorhabens zur Entwicklung eines Bemessungskonzepts für Lehmmauerwerk ergaben eine deutlich erkennbare Abhängigkeit zwischen der Materialfeuchte und den relevanten Festigkeits- und Verformungseigenschaften. Eine detaillierte Kenntnis des feuchteabhängigen Materialverhaltens von Lehmsteinen, -mörtel und -mauerwerk ist zwingend erforderlich, um ein konsistentes und zuverlässiges Bemessungskonzept für Lehmmauerwerk zu entwickeln. Im Rahmen des laufenden Forschungsprojektes werden deshalb umfangreiche Versuche zum Drucktragverhalten von Lehmsteinen und -mörtel sowie Lehmmauerwerk nach Konditionierung bei unterschiedlichen RLF durchgeführt und analysiert. Weiterhin werden auf Basis der experimentellen Ergebnisse numerische Modelle kalibriert, welche die detaillierte Analyse der Biegedrucktragfähigkeit von Lehmmauerwerk ermöglichen. In diesem Beitrag werden zunächst die bisherigen Zwischenergebnisse bezüglich der experimentell ermittelten feuchteabhängigen Materialkennwerte von Lehmsteinen, -mörtel und -mauerwerk dargelegt. Darauf aufbauend werden numerische Untersuchungen zur Bestimmung der Systemtragfähigkeit von Lehmmauerwerk unter Feuchteeinflusses durchgeführt und erläutert. N2 - The structural design of load-bearing earthen masonry in Germany is based on the Lehmbau Regeln. The verification procedure outlined in these regulations is based on a global safety concept that no longer corresponds to the state of the art from a reliability theory perspective. As a result, the structural design concept for earthen masonry will most likely be discontinued by the German Institute for Building Technology (DIBt) in 2023. A structural verification of load-bearing earthen buildings would then only be possible in Germany with an approval for individual cases (ZiE) or a project-related permit type (vBg). Both methods are associated with considerable additional work and higher costs, which is a decisive disadvantage for earthen masonry construction compared to conventional masonry construction. In order to enable a straightforward practical application of earthen masonry, the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM), the Institute for Solid Construction of the Technical University of Darmstadt and ZRS Engineers are laying the groundwork for an updated structural design concept based on the product standards for earth blocks and earthen masonry mortar. The project will also investigate the extent to which the design rules based on the simplified calculation methods for unreinforced masonry according to DIN EN 1996-3 / NA can be transferred to earthen masonry construction. If the normative verification procedure can be applied to earthen masonry, it would be conceivable to include earth blocks and earthen masonry mortar in the national appendix of Eurocode 6 in the future, which would result in a significant expansion of the field of application of earthen masonry. Various scientific studies have shown that the strength and deformation properties of earthen masonry building materials relevant to structural design are strongly dependent on the prevailing material moisture level, which is essentially determined by the relative humidity (RH) in the hygroscopic water content range. The interim results of the current research project for the development of a structural design concept for earthen masonry also showed a clearly recognisable dependency between the material moisture level and the relevant strength and deformation properties. Detailed knowledge of the moisture-dependent material behaviour of earth blocks, earthen mortar and masonry is absolutely essential to developing a consistent and reliable structural design concept for earthen masonry. Within the framework of the current research project, extensive tests on the pressure load bearing capacity of earth blocks and earthen mortar as well as earthen masonry after conditioning at different RH levels are therefore being carried out and analysed. Furthermore, numerical models are being calibrated on the basis of the experiment results, which facilitate a detailed analysis of the bending pressure bearing capacity of earthen masonry. This paper presents, firstly, the interim results obtained so far concerning the experimentally determined moisture-dependent material characteristics of earth blocks, earthen mortar and masonry. Based on this material, numerical investigations for determining the system bearing capacity of earthen masonry under the influence of moisture are carried out and explained. T2 - LEHM 2020 CY - Weimar, Germany DA - 30.10.2020 KW - Lehm KW - Earth KW - Tragfähigkeit KW - Mauerwerk KW - Feuchte KW - Load-bearing KW - Moisture KW - Strength PY - 2020 SP - 1 EP - 12 PB - Dachverband Lehm CY - Weimar AN - OPUS4-53231 LA - mul AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wiehle, Philipp T1 - Feuchteverhalten von Lehmsteinmauerwerk unter natürlichen Klimabedingungen N2 - Druckfestigkeit und Elastizitätsmodul von Lehmsteinmauerwerk nehmen mit steigendem Feuchtegehalt ab, weswegen die Mauerwerksdruckfestigkeit bei der Bemessung gemäß DIN 18940 in Abhängigkeit der maximal zu erwartenden Ausgleichsfeuchte abgemindert wird. Da bisher allerdings keine Messdaten zum Feuchtegehalt von Lehmsteinmauerwerk unter natürlichen Klimabedingungen vorliegen, stellen die normativen Grenzwerte lediglich eine konservative Abschätzung dar. Um die Feuchtegehalte von Lehmsteinmauerwerk und somit die Tragfähigkeit realitätsnah einschätzen zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit sowohl experimentelle als auch numerische Untersuchungen zum feuchtetechnischen Verhalten durchgeführt. Dabei wurden erstmalig magnetresonanzspektroskopische Untersuchungen an tragenden Lehmsteinen unterschiedlicher Herstellungsmethoden angewandt Weiterhin wurden Luftfeuchtesensoren in Lehmsteinmauerwerk eingebettet, um hygrische Langzeitfeuchtemessungen unter natürlichen Klimabedingungen durchzuführen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde schließlich ein numerisches Modell kalibriert und Parameterstudien durchgeführt, um den unter realen Klimabedingungen tatsächlich auftretenden Feuchtegehalt im Lehmmauerwerk sowie dessen Verteilung über den Querschnitt einschätzen zu können und die normativen Grenzwerte zu überprüfen. Gezeigt wurde, dass die realitätsnahe instationäre Berechnung des Feuchtetransports mit üblichen hygrothermischen Simulationsprogrammen auf Basis einfacher feuchtetechnischer Kennwerte auch bei Lehmbaustoffen möglich ist. Der Einfluss des Quellens und Schwindens der enthaltenen Tonminerale und organischen Bestandteile wurde durch eine Modifikation bei der Ermittlung des Wasseraufnahmekoeffizienten explizit berücksichtigt und ist somit auch in den daraus abgeleiteten Transportkoeffizienten enthalten. Darüber hinaus wurde die Feuchtespeicherfunktion im überhygroskopischen Bereich auf Grundlage der Porenvolumenverteilung abgeschätzt. Die Approximation der Transportkoeffizienten und der Feuchtespeicherfunktion stellt dabei eine wesentliche Vereinfachung für Lehmbaustoffe dar, da ihre experimentelle Bestimmung aufgrund des Kontaktes mit Flüssigwasser kaum möglich ist. In Bezug auf das Feuchteverhalten üblicher Außenwandaufbauten von Wohnräumen konnte festgestellt werden, dass die Ausgleichsfeuchte im Lehmsteinmauerwerk stets unterhalb des in Nutzungsklasse 1 gemäß DIN 18940 zulässigen Grenzwertes von 65 % liegt. Je nach Putzsystem und Dämmstoff reduziert sich die Ausgleichsfeuchte auf Werte unter 60 %, wobei sich eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Feuchte über den Mauerwerksquerschnitt hinweg einstellt. Bei Außenwänden von unbeheizten Räumen ergab sich eine maximale Ausgleichsfeuchte, die über weite Teile des Querschnitts unterhalb von 80 % lag. Der Ansatz einer maximalen Ausgleichsfeuchte von 90 % in Nutzungsklasse 2 ist folglich zu hoch angesetzt. Die zulässige Ausgleichsfeuchte bzw. der Umgebungsfeuchtefaktor in Nutzungsklasse 2 sollte dementsprechend angepasst werden. T2 - LEHM 2024 - 9. Internationale Fachtagung für Lehmbau CY - Weimar, Germany DA - 27.09.2024 KW - Lehm KW - Mauerwerk KW - Feuchte KW - Tragverhalten KW - Bemessung PY - 2024 AN - OPUS4-61904 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wiehle, Philipp A1 - Härder, M. A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Feuchteverhalten von Lehmsteinmauerwerk unter natürlichen Klimabedingungen – Experimentelle und numerische Untersuchungen N2 - Druckfestigkeit und Elastizitätsmodul von Lehmsteinmauerwerk nehmen mit steigendem Feuchtegehalt ab, weswegen die Mauerwerksdruckfestigkeit bei der Bemessung gemäß DIN 18940 in Abhängigkeit der maximal zu erwartenden Ausgleichsfeuchte abgemindert wird. Da bisher allerdings keine Messdaten zum Feuchtegehalt von Lehmsteinmauerwerk unter natürlichen Klimabedingungen vorliegen, stellen die normativen Grenzwerte lediglich eine konservative Abschätzung dar. Um die Feuchtegehalte von Lehmsteinmauerwerk und somit die Tragfähigkeit realitätsnah einschätzen zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit sowohl experimentelle als auch numerische Untersuchungen zum feuchtetechnischen Verhalten durchgeführt. Dabei wurden erstmalig magnetresonanzspektroskopische Untersuchungen an tragenden Lehmsteinen unterschiedlicher Herstellungsmethoden angewandt Weiterhin wurden Luftfeuchtesensoren in Lehmsteinmauerwerk eingebettet, um hygrische Langzeitfeuchtemessungen unter natürlichen Klimabedingungen durchzuführen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde schließlich ein numerisches Modell kalibriert und Parameterstudien durchgeführt, um den unter realen Klimabedingungen tatsächlich auftretenden Feuchtegehalt im Lehmmauerwerk sowie dessen Verteilung über den Querschnitt einschätzen zu können und die normativen Grenzwerte zu überprüfen. Gezeigt wurde, dass die realitätsnahe instationäre Berechnung des Feuchtetransports mit üblichen hygrothermischen Simulationsprogrammen auf Basis einfacher feuchtetechnischer Kennwerte auch bei Lehmbaustoffen möglich ist. Der Einfluss des Quellens und Schwindens der enthaltenen Tonminerale und organischen Bestandteile wurde durch eine Modifikation bei der Ermittlung des Wasseraufnahmekoeffizienten explizit berücksichtigt und ist somit auch in den daraus abgeleiteten Transportkoeffizienten enthalten. Darüber hinaus wurde die Feuchtespeicherfunktion im überhygroskopischen Bereich auf Grundlage der Porenvolumenverteilung abgeschätzt. Die Approximation der Transportkoeffizienten und der Feuchtespeicherfunktion stellt dabei eine wesentliche Vereinfachung für Lehmbaustoffe dar, da ihre experimentelle Bestimmung aufgrund des Kontaktes mit Flüssigwasser kaum möglich ist. In Bezug auf das Feuchteverhalten üblicher Außenwandaufbauten von Wohnräumen konnte festgestellt werden, dass die Ausgleichsfeuchte im Lehmsteinmauerwerk stets unterhalb des in Nutzungsklasse 1 gemäß DIN 18940 zulässigen Grenzwertes von 65 % liegt. Je nach Putzsystem und Dämmstoff reduziert sich die Ausgleichsfeuchte auf Werte unter 60 %, wobei sich eine annähernd gleichmäßige Verteilung der Feuchte über den Mauerwerksquerschnitt hinweg einstellt. Bei Außenwänden von unbeheizten Räumen ergab sich eine maximale Ausgleichsfeuchte, die über weite Teile des Querschnitts unterhalb von 80 % lag. Der Ansatz einer maximalen Ausgleichsfeuchte von 90 % in Nutzungsklasse 2 ist folglich zu hoch angesetzt. Die zulässige Ausgleichsfeuchte bzw. der Umgebungsfeuchtefaktor in Nutzungsklasse 2 sollte dementsprechend angepasst werden T2 - LEHM 2024 – 9. Internationale Fachtagung für Lehmbau CY - Weimar, Germany DA - 27.09.2024 KW - Lehmstein KW - Mauerwerk KW - Materialfeuchte KW - Feuchtemonitoring KW - hygrothermische Simulation PY - 2024 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-61217 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Brinkmann, M. A1 - Wiehle, Philipp A1 - Thiele, Marc A1 - Graubner, C.-A. ED - Schermer, D. ED - Brehm, E. T1 - Grundlagen zur Bemessung druckbeanspruchten Lehmmauerwerks N2 - Lehmmauerwerk bietet sich aufgrund seiner zahlreichen ökologischen Vorteile für die Errichtung klimafreundlicher und ressourcenschonender Gebäude an. Um den Anwendungsbereich tragenden Lehmmauerwerks durch eine zeitgemäße Nachweisführung zu erweitern, werden in diesem Beitrag Grundlagen für die Entwicklung eines eurocodekonformen Bemessungskonzepts erarbeitet. Hierzu werden die Ergebnisse umfangreicher experimenteller Untersuchungen an Lehmmauerwerk sowie Lehmsteinen und -mörteln nach Konditionierung bei unterschiedlichen Klimata vorgestellt. Darauf aufbauend erfolgt eine Traglastanalyse druckbeanspruchter Lehmmauerwerkswände mittels numerischer und analytischer Methoden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden abschließend in einen an DIN~EN~1996-3/NA angelehnten Bemessungsvorschlag überführt, welcher die materialspezifischen Besonderheiten von Lehmmauerwerk berücksichtigt und eine fundierte Grundlage für eine wirtschaftliche und zuverlässige Nachweisführung darstellt. KW - Druckfestigkeit KW - Lehm KW - Mauerwerk KW - Bemessung KW - Feuchte PY - 2023 SN - 978-3-433-03373-9 DO - https://doi.org/10.1002/9783433611142.ch4 VL - 48 SP - 79 EP - 110 PB - Ernst & Sohn GmbH CY - Berlin ET - 1 AN - OPUS4-57509 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Wiehle, Philipp T1 - Einfluss der Feuchtigkeit auf das Tragverhalten von Lehmmauerwerk N2 - Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht der Einfluss der Feuchte auf die mechanischen Eigenschaften von Lehmmauerwerk. Der Wissensstand zum feuchteabhängigen Tragverhalten von Lehm(mauerwerk) ist bisher lückenhaft, sodass keine explizite Berücksichtigung der Bauteilfeuchte bei der Bemessung tragender Konstruktionen erfolgt. Aktuelle und verlässliche Daten zum Einfluss der Feuchte auf die mechanischen Kenngrößen moderner Lehmbaustoffe fehlen bisher ebenso wie Messwerte in Bezug auf die Bauteilfeuchte unter natürlichen Klimabedingungen. Deswegen wurden im Rahmen dieser Arbeit umfangreiche Untersuchungen zum mechanischen und hygrothermischen Verhalten von Lehmmauerwerk durchgeführt. Die experimentellen Untersuchungen bestehen im Wesentlichen aus Druckversuchen an Lehmsteinen, -mörteln, kleinformatigen Lehmmauerwerksprobekörpern und geschosshohen Lehmmauerwerkswänden. Um das Feuchteverhalten beschreiben zu können, fanden außerdem erstmalig magnetresonanzspektroskopische Messungen an Lehmsteinen statt und es wurden die tatsächlich auftretenden Feuchtegehalte an einer Lehmmauerwerkswand unter natürlichen Klimabedingungen in Form von Langezeitmessungen ermittelt. Es konnte festgestellt werden, dass ein linearer Zusammenhang zwischen Druckfestigkeit und relativer Luftfeuchte besteht, wobei sich die Druckfestigkeit umgekehrt proportional zur relativen Luftfeuchte verhält. Je Prozent Steigerung der relativen Luftfeuchte kommt es zur Abnahme von einem Prozent der Druckfestigkeit. Gleiches gilt für das Elastizitätsmodul. Weiterhin konnte auf Basis der feuchtetechnischen Untersuchungen ein numerisches Modell zur Berechnung des instationären hygrothermischen Verhaltens für Lehmbaustoffe kalibriert werden. Anhand dieses Modells gelang es die bemessungsrelevanten Feuchtegehalte unter Berücksichtigung des instationären hygrothermischen Verhaltens realitätsnah zu berechnen. Die maximalen Feuchtegehalte im Lehmmauerwerk konnten somit in Form einer Parameterstudie in Abhängigkeit des Anwendungsfalls ermittelt werden, wodurch eine explizite Berücksichtigung des Feuchtegehaltes bei der Bemessung ermöglicht wurde. Die Verknüpfung der Erkenntnisse aus den mechanischen und hygrothermischen Untersuchungen dieser Arbeit bildet die Grundlage für das Bemessungskonzept der im Juni 2023 veröffentlichten DIN 18940: Tagendes Lehmsteinmauerwerk. KW - NMR KW - Lehm KW - Mauerwerk KW - Druckfestigkeit KW - Feuchtigkeit PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-637794 DO - https://doi.org/10.14279/depositonce-20800 SP - 1 EP - 114 CY - Berlin AN - OPUS4-63779 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -