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 - JOUR A1 - Wiehle, Philipp A1 - Simon, Sebastian A1 - Baier, J. A1 - Dennin, L. ED - Forde, M. T1 - Influence of relative humidity on the strength and stiffness of unstabilised earth blocks and earth masonry mortar N2 - Aim of this study is to provide information about moisture dependent material behaviour of unstabilised loadbearing earth blocks and mortars. Compressive strength and Young’s modulus were investigated after conditioning in varying relative humidity reaching from 40 % up to 95 %. The material composition and physical properties were investigated to understand the influence of relative humidity onto the mechanical properties. A normalisation of strength and stiffness by the values obtained at 23 ◦C and 50 % relative humidity reveals a linear dependence of compressive strength and Young’s modulus that is regardless of the material composition. Thus, it is possible to describe the influence of relative humidity onto the load-bearing behaviour of unstabilised earth masonry materials in a generally valid formulation. KW - Earth block masonry KW - Load-bearing behaviour KW - Compressive strength KW - Moisture content KW - Sorption isotherm PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128026 SN - 0950-0618 VL - 342 IS - Part A SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-54949 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Brinkmann, M. A1 - Wiehle, Philipp T1 - Correlation between relative humidity and the strength and deformation characteristics of unstabilised earth masonry N2 - The mechanical properties of unstabilised earthen building materials are distinctively influenced by changes in material moisture content. However, this moisture-dependency often remains unconsidered in the calculation of the load-bearing capacity of earth constructions. This paper aims to derive a convenient way to sufficiently consider the impact of different material moisture contents on the mechanical properties of unstabilised earth masonry. Therefore, the influence of relative humidity and temperature on the strength and deformation characteristics of unstabilised earth blocks, earth mortar and earth masonry is evaluated by conducting compression tests under various climate conditions. The results show that the compressive strength and the modulus of elasticity are linearly correlated with the relative humidity, whereas changes in temperature at constant relative humidity have no significant influence. To account the distinct moisture-dependency, a general applicable modification factor for unstabilised earthen materials is provided, which enables the adjustment of the compressive strength and the modulus of elasticity in dependency of arbitrary hygroscopic material moisture contents. KW - Earth masonry KW - Earth blocks KW - Relative humidity KW - Modulus of elasticity KW - Moisture KW - Compressive strength KW - Stress–strain-relation PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.130048 SN - 0950-0618 VL - 366 IS - 22 SP - 1 EP - 11 PB - Elsevier BV AN - OPUS4-56732 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wiehle, Philipp A1 - Brinkmann, M. T1 - Material behaviour of unstabilised earth block masonry and its components under compression at varying relative humidity N2 - block and mortar types is analysed with particular regard to the influence of varying relative humidity. The uniaxial compressive strength and deformation characteristics of unstabilised earth blocks and mortars as well as of unstabilised earth block masonry are studied in detail and compared to conventional masonry to evaluate whether the structural design can be made accordingly. An increase of 30 % points in relative humidity leads to a reduction of the masonry´s compressive strength between 33 % and 35 % whereas the Young´s modulus is reduced by 24–29 %. However, the ratio between the Young´s modulus and the characteristic compressive strength of earth block masonry ranges between E33/fk = 283–583 but is largely independent of the relative humidity. The results show that the mechanical properties of the investigated unstabilised earth block masonry are sufficient for load-bearing structures, yielding a masonry compressive strength between 2.3 MPa and 3.7 MPa throughout the range of moisture contents investigated. In general, the design concept of conventional masonry can be adapted for unstabilised earth masonry provided that the rather low Young´s modulus as well as the moisture dependence of both, compressive strength and Young´s modulus, are sufficiently taken into account. KW - Compressive strength KW - Earth block masonry KW - Compression tests KW - Stress-strain relation KW - Relative humidity KW - Moisture content PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-562417 DO - https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01663 SN - 2214-5095 VL - 17 SP - 1 EP - 15 PB - Elsevier B.V. CY - Netherlands AN - OPUS4-56241 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Stolpe, Heiko A1 - Wiehle, Philipp T1 - Moisture diffusion affected by the Knudsen effect in temporal changing pore networks N2 - Almost all building materials in civil engineering have an open porosity and interact with or are affected by the environmental conditions. Structures might suffer from effects such as moisture adsorption, carbonation, corrosion, penetration of salt ions and chemical substances, etc. In the hygroscopic range, these processes are mostly driven by diffusion. Due to the confinement of small pores (< 1 µm), the Knudsen effect reduces the molecular diffusion. This reduction can become more significant in case of temporal changing pore systems because of physisorption of water vapor, carbonation, or chemisorption. In this study, unstabilised earth blocks and earth masonry are investigated. In a first step, the pore size distribution of the blocks is measured and sorption isotherms are recorded in experiments. Besides the ordinary physisorption, the involved clay minerals undergo swelling or shrinking due to chemisorption. The following two effects must be considered: first, the reduction of the available pore space by the adsorbed water layer. For this, the Hillerborg sorption theory is used, which is a combination of the well-known Brunauer-Emmett-Teller sorption theory and the Kelvin equation. This allows the computation of adsorbed water layers even in curved pore geometries. Second, the variation of the initial pore size distribution due to chemisorption needs to be modelled. Based on these two models, the effective diffusion coefficient can be predicted. For validation, arrays of relative humidity sensors were embedded into a free-standing earth masonry wall. This monitoring was carried out over more than a year to have a broad variety of environmental conditions and was located in Berlin, Germany. The prediction of the effective diffusion coefficient can also be transferred to other processes and allows the investigation of materials having temporarily changing pore systems. Examples are the carbonation of cementitious materials, alkali silica reaction, calcium leaching of long-lasting structures, etc. This effect becomes most prominent in the meso-pore range and might alter the effective diffusion coefficient by more than 100 %. T2 - 4th International Congress on Materials & Structural Stability CY - Rabat, Morocco DA - 08.03.2023 KW - Earth masonry KW - Material moisture KW - Molecular diffusion KW - Chemisoprtion KW - Knudsen effect KW - Physisorption PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-571391 SP - 1 EP - 8 PB - RILEM CY - Champs-sur-Marne AN - OPUS4-57139 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Stolpe, Heiko A1 - Wiehle, Philipp T1 - Moisture diffusion affected by the Knudsen effect in temporal changing pore networks N2 - Almost all building materials in civil engineering have an open porosity and interact with or are affected by the environmental conditions. Structures might suffer from effects such as moisture adsorption, carbonation, corrosion, penetration of salt ions and chemical substances, etc. In the hygroscopic range, these processes are mostly driven by diffusion. Due to the confinement of small pores (less than1 µm), the Knudsen effect reduces the molecular diffusion. This reduction can become more significant in case of temporal changing pore systems because of physisorption of water vapor, carbonation, or chemisorption. In this study, unstabilised earth blocks and earth masonry are investigated. In a first step, the pore size distribution of the blocks is measured and sorption isotherms are recorded in experiments. Besides the ordinary physisorption, the involved clay minerals undergo swelling or shrinking due to chemisorption. The following two effects must be considered: first, the reduction of the available pore space by the adsorbed water layer. For this, the Hillerborg sorption theory is used, which is a combination of the well-known Brunauer-Emmett-Teller sorption theory and the Kelvin equation. This allows the computation of adsorbed water layers even in curved pore geometries. Second, the variation of the initial pore size distribution due to chemisorption needs to be modelled. Based on these two models, the effective diffusion coefficient can be predicted. For validation, arrays of relative humidity sensors were embedded into a free-standing earth masonry wall. This monitoring was carried out over more than a year to have a broad variety of environmental conditions and was located in Berlin, Germany. The prediction of the effective diffusion coefficient can also be transferred to other processes and allows the investigation of materials having temporarily changing pore systems. Examples are the carbonation of cementitious materials, alkali silica reaction, calcium leaching of long-lasting structures, etc. These effects are prominent in the meso-pore range and might significantly alter the effective diffusion coefficient. KW - Earth material KW - Material moisture KW - Physisoprtion KW - Chemisorption PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-583811 DO - https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.09.034 SN - 2214-7853 SP - 1 EP - 8 PB - Elsevier Ltd. CY - Amsterdam, Niederlande AN - OPUS4-58381 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wiehle, Philipp A1 - Härder, M. A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Moisture behaviour of earth block masonry under natural climate conditions – experimental and numerical studies N2 - The compressive stength of unstabilised earth masonry depends on the moisture content. Knowledge of the moisture content is necessary in order to be able to account for the impact of moisture on the structural design of earth block masonry. For conventional building materials it is possible to precisely forecast the component moisture according to the layered structure on the basis of hygrothermal simulations. However , it is still not clear to what degree these numerical calculations can offer valid results for earth building materials. Earth building materials have a number of special properties related to moisture storage and moisture transport that differ significantly from the physical simplifications that are a component of existing material models. The swelling and shrinking of earth materials and their organic components results in changes to the pore space, the sorption behaviour exhibits a clear hysteresis, and the experimental determination of hygrothermal parameters in continuous contact with liquid water is almost impossible. To adequately forecast the moisture content of earth block masonry under natural climate conditions, extensive investigations of the moisture behaviour of load-bearing earth block masonry have been carried out within the framework of this project. These efforts began with the performance of magnetic resonance spectroscopic tests on two load-bearing earth blocks, in order to quantify the adsorption and desorption processes at relative humidities of between 50 % and 90 % under controlled, isothermal laboratory conditions. Once this had been done, a modified test setup was used to determine the water absorption coefficient , from which the liquid transport coefficients were derived. Based on the hygrothermal parameters values that were thus determined, the model was calibrated using the WUFI software program [7]. Finally, long-term moisture measurements were conducted on an earth block masonry wall that was ex-Increasing shortages of raw materials and rising energy prices are resulting in continuous growth in the demand for earth construction. In comparison to conventional building materials, earth building materials offer three significant advantages that have become even more important in light of the energy crisis in 2021 and the associated increase in the price of building supplies by approx. 40 percent [1]. Firstly, water solubility makes it possible to fully separate and recover all of the material components, and in particular the sand component. Secondly, energy-intensive firing processes, such as those required for cement production or brick manufacture, are eliminated. And thirdly, earth is a local raw material that is available in large quantities [1]. However, the load-bearing capacity of earth building materials is very much dependent on the moisture content. An increase in the relative humidity results in a reduction in the clay mineral cohesion , and this in turn results in a decline in both the compressive strength and the modulus of elasticity. In this regard, the mechanical properties of earth block masonry change in inverse proportion to the relative humidity. In other words, with every percentage point increase in relative humidity, both the compressive strength and the modulus of elasticity decline by one percent [2] [4]. The internal walls of heated living areas are generally only subject to relatively small fluctuations in relative humidity (between 40 % and 60 %) [5], and short periods in excess of these levels (such as in bathrooms or kitchens) only lead to a significant increase in the moisture content of the uppermost layers [6]. Exterior walls, on the other hand, are subject to large seasonal fluctuations in temperate climates, with a relative humidity in excess of 90 % in winter months. However, the exterior walls of heated living areas must be insulated in accordance with the German Buildings Energy Act (GEG), and with masonry this is generally done us T2 - LEHM 2024 – 9. Internationale Fachtagung für Lehmbau CY - Weimar, Germany DA - 27.09.2024 KW - Earth stone KW - Masonry KW - Material moisture KW - Moisture monitoring KW - Hygrothermal simulations PY - 2024 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-61220 LA - eng 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 - TY - JOUR A1 - Wiehle, Philipp A1 - Baier, Johanna A1 - Thiele, Marc T1 - Structural Design of Earth Masonry in Accordance with Eurocode 6 – Considering Moisture Content and E/fk Ratio N2 - The load‐bearing behaviour of earth masonry is similar to conventional masonry, with two key differences: compressive strength and Young's modulus are dependent on moisture content, and the ratio between Young's modulus and characteristic compressive strength (E/fk) is significantly lower. The current design concept according to the Lehmbau Regeln does not explicitly address these factors, relying instead on a general safety margin, leading to an underestimation of the load‐bearing capacity of modern earth masonry.Compression tests on small‐scale masonry specimens and storey‐high walls revealed that compressive strength and Young's modulus decrease inversely proportional to the increase in relative humidity. Additionally, it was found that conventional masonry design guidelines overestimate the buckling resistance of earth masonry due to its low E/fk ratio of ∼440. However, this ratio remains independent of moisture content, simplifying structural design, as the load‐bearing capacity is only influenced by wall slenderness.The study's findings form the foundation for the newly published German design standard DIN 18940, which explicitly considers moisture content through service classes with moisture factors and addresses the low E/fk ratio with a bilinear adaptation of the reduction factor considering the slenderness. Along with the introduction of the semi‐probabilistic design concept and rigid‐plastic determination of cross‐sectional load‐bearing capacity, modern earth masonry can now be applied in buildings up to four storeys. T2 - Earth Builder Summit CY - Biberach, Germany DA - 06.03.2025 KW - Service class KW - Earth masonry KW - Structural design KW - Moisture PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-637803 DO - https://doi.org/10.1002/cepa.3287 SN - 2509-7075 VL - 8 IS - 1 SP - 9 EP - 21 PB - Ernst & Sohn GmbH AN - OPUS4-63780 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Baier, Johanna A1 - Wiehle, Philipp A1 - Thiele, Marc ED - Nille-Hauf, Konstantin T1 - Structural design of rammed earth – Influence of manufacturing parameters on the compressive strength N2 - At present, no structural design code for rammed earth exists that is based on the semiprobabilistic safety concept and adequately reflects the mechanical performance of modern rammed earth structures. This research aims to establish a scientifically grounded design framework for load-bearing rammed earth walls, incorporating the semi-probabilistic safety approach to ensure reliability and structural integrity. As a first step within the research project the influence of the manufacturing parameters of rammed earth on its mechanical properties are investigated. Compressive strength tests are carried out on cylinders produced with varying initial moisture contents and different compaction energies. Moreover, it is investigated whether the Proctor test according to DIN 18127 is suitable for determining the optimal moisture content (OMC) of rammed earth production. T2 - Earth Builder Summit EBS 2025 CY - Biberach, Germany DA - 06.03.2025 KW - Rammed earth KW - Structral design KW - Mechanical parameters PY - 2025 SP - 41 EP - 44 PB - Hochschule Biberach CY - Biberach AN - OPUS4-64343 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wiehle, Philipp A1 - Härder, Michelle A1 - Strangfeld, Christoph T1 - Quantification of moisture content in earth block masonry under natural climatic conditions N2 - The aim of this study is to accurately predict the moisture content in earth block masonry exposed to natural climatic conditions, which is a key factor in assessing its load-bearing capacity. Nuclear magnetic resonance relaxometry and humidity sensor measurements were carried out to quantify the moisture content. In addition, a customised test setup was developed to determine the capillary water absorption of earth blocks. This approach takes into account the deceleration of water absorption due to the swelling of clay minerals and organic additives, which leads to realistic transport coefficients in the hygroscopic range. This allows the moisture content of earth block masonry to be predicted accurately. With regard to the moisture behaviour of typical exterior wall constructions in living spaces, it was found that the equilibrium moisture content in earth block masonry is always lower than 65 % relative humidity, which corresponds to the permissible limit of the recently published German design standard for load-bearing earth block masonry. KW - Earth block masonry KW - NMR relaxometry KW - Hygrothermal simulation KW - Load-bearing capacity KW - Moisture content KW - Embedded humidity sensors PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-623518 DO - https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.139513 VL - 459 SP - 1 EP - 10 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-62351 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Strangfeld, Christoph A1 - Wiehle, Philipp T1 - Closure of "Quantification of moisture content in earth block masonry under natural climatic conditions" N2 - In January 2025, the research paper “Quantification of moisture content in earth block masonry under natural climatic conditions” was published in Construction and Building Materials. The central theme was the moisture monitoring of a masonry wall made of unstabilised earth blocks over a period of around 18 months. The experimental results were compared to WUFI simulations, and the moisture transport in layered wall constructions was eventually studied in WUFI. Prof. Janssen discussed this publication in Construction and Building Materials. He raised concerns about the experiments and modelling of moisture transport. In this closure, the capillary adsorption coefficient was recalculated, and deviations from the initial value were quantified. Sensitivity analyses were conducted in WUFI to evaluate the influence of different water vapour resistances and water adsorption coefficients. The resulting moisture transport was then compared to material moisture profiles measured using 1H NMR relaxometry. Finally, the water adsorption behaviour of different earth materials is discussed in respect to material moisture and corresponding relative humidity. KW - Earth masonry KW - Moisture transport KW - Capillary water absorption KW - Embedded humidity sensors KW - NMR KW - WUFI KW - Material moisture KW - Water vapour diffusion resistance KW - Sustainable building materials PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-637569 DO - https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.142552 SN - 0950-0618 VL - 491 SP - 1 EP - 6 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-63756 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -