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This study presents diagnostic techniques to assess the structural vulnerability of earthen buildings. Medieval structures at Ambel (near Zaragoza, Spain), once a preceptory or monastic house belonging to the Military Orders, provide a useful case study. After more than a thousand years of construction, failure and repair from the 10th century to the present day, Ambel preceptory today is characterised by marked inhomogeneities: construction materials and structural typologies are juxtaposed, with structural discontinuities at the interfaces between construction phases. This paper argues that, while static analysis is an essential prerequisite before a suitable maintenance program can be defined, no evaluation of the structural behaviour of any historic building can ignore an understanding of the building’s history.
Both in developed and developing countries, modern building materials tend to be preferred to traditional earthen construction. Reasons include low durability, inadequate performance under seismic loading and, in developing countries, a wish to replace what is perceived as 'poor' with what is perceived as 'rich'. In an age when building permissions and construction standards are a must, particularly in seismic areas, even when an owner is willing to build in earth, construction approval needs to be granted: we rely on values and standards to build, but the necessary data on material properties and structural performance of earthen building techniques is scarce if compared to the abundance of data for other materials (clay brick masonry, concrete, steel) available to the engineer. At the same time, traditional builders' skills, knowledge and confidence in earthen building techniques are decreasing if not disappearing. A wallette testing campaign was thus carried out with the aim of filling this knowledge gap. Prior to the wallette campaign, material properties, including composition and physical-mechanical parameters, were determined. Compression and diagonal compression (shear) tests were then performed, and a basic analysis of the mechanical behaviour of structural elements built in cob is provided in relation to earth block (adobe) masonry and rammed earth elements. Cob, shown to have low compressive resistance, has a relatively ductile post-peak behaviour if compared to earth block masonry specimens which, as expected, show a marked brittle behaviour. In terms of shear strength, cob performs relatively well in view of its low compressive strength. The study is part of our work within the framework of the ongoing project NIKER funded by the European Commission dealing with improving the structural performance of Cultural Heritage assets in order to limit earthquake hazards.
Lehm ist ein seit Jahrtausenden bewährter, weit verbreiteter und heute ein moderner Baustoff. Für vordringliche Bauaufgaben in der Altbausanierung, dem energieeffizienten Neubau sowie dem Bauen in Entwicklungs- und Schwellenländern ist Lehm hervorragend geeignet. Der Baustoff Lehm ist zu einem Material für anspruchsvolle Bauvorhaben geworden. Seine Ästhetik und Ausstrahlung, seine Wirkung für Raumklima und Wohlbefinden werden von vielen Menschen geschätzt. Besonders zukunftsrelevant sind die umweltspezifischen Eigenschaften des Materials, z.B. die unerreichbar günstige Energiebilanz vieler Lehmbaustoffe. Lehmsteine werden im Neubau überwiegend für die Ausmauerung von Holzständerkonstruktionen verwendet (Bild 1). Die Anwendung für tragende Wände ist derzeit noch untergeordnet, gewinnt aber an Bedeutung.
In der Altbausanierung und Denkmalpflege wird Lehm als historisch authentischer Baustoff und aufgrund seiner bauphysikalischen Qualitäten vielfältig eingesetzt.
Im Rahmen des EU-Forschungsvorhabens [H]house wurden Holz, Lehm und Naturfasern in Bezug auf Feuchtesorption und Schadstoffe untersucht und mit konventionellen Materialien verglichen. Weiter entwickelte Innenwandsysteme und Innendämmungen wurden ebenfalls untersucht. Auf dieser Basis wurden Holz- und Lehm-Bausysteme ohne Lüftungsanlage entwickelt und angewendet.
Die Anwendung von modernen Lehmbaustoffen hat in den letzten Jahren überdurchschnittliche Wachstumsraten erreicht. Für Bauherren und Planer ausschlaggebend ist häufig ihr extrem niedriger CO2-Äquivalentkennwert. Entsprechend wurden Lehmplatten in einem Projekt mit Pilotcharakter für den Umbau des alten Abgeordnetenhauses in Bonn zum Gebäude des Klimareferats der Vereinten Nationen verwendet. Bei der Entscheidung für die Bauweise mit Lehmplatten standen vor allem raumklimatische und schallschutztechnische, das heißt gesundheitliche Aspekte, aber auch der Wunsch nach erhöhter Nachhaltigkeit im Vordergrund. Durch das Fehlen einer Norm entstehen im Vergleich zu geregelten Bauprodukten jedoch noch deutliche Wettbewerbsnachteile für Produzenten von Lehmplatten. Planer und Anwender sehen aufgrund fehlender Prüfzertifikate nicht selten von der Anwendung dieser Lehmbaustoffe ab. Wie schon für Lehmsteine und Lehmmörtel sollen deshalb jetzt auch für Lehmplatten an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in dem Projekt StandardBoard Grundlagen für eine Produktnorm geschaffen werden. Darin ist als Projektpartner der Hersteller Conluto beteiligt. Zweck des in Erarbeitung befindlichen Regelwerks ist es, über die Festlegung von Qualitätsanforderungen und Prüfvorschriften die Gebrauchstauglichkeit von Lehmplatten sicherzustellen und somit einerseits Sicherheit für Planer und Anwender und andererseits Vergleichbarkeit und damit Konkurrenzfähigkeit zu konventionellen Plattenprodukten für gleiche Einbaubereiche zu erreichen. Darüber hinaus stellt sie ein Instrument dar, um die besonderen ökologischen und bauphysikalischen Eigenschaften der Lehmbaustoffe hervorzuheben. Die Erarbeitung des Regelwerks erfolgt in enger Abstimmung mit dem Dachverband Lehm e. V. (DVL).
The main aim of the research was the development of a first valid database for material parameters of earth block masonry (EBM) with particular regard to statistical characteristics. A solid database is needed for the determination of the materials partial safety factor. Therefore, compressive strength tests were carried out with two types of earth blocks and two types of prefabricated earth mortar.
The evaluation has shown that the mean variation of the compressive strength was remarkably less than expected, which indicates high quality standards of the components earth block and mortar with regard to industrial production. Using the reliability method, a partial safety factor for EBM subjected to compression was determined on the basis of these test results. The findings have shown that a common calculation method for EBM based on partial safety factors following the valid masonry construction standard is feasible.
In August 2013, the German National Institute for Standardization DIN published three national standards for industrially-produced earth building materials without the use of chemical stabilizers:
DIN 18945 Earth blocks definitions, building materials, requirements, test procedures DIN 18946 Earth masonry mortars definitions, building materials, requirements, test procedures DIN 18947 Earth plaster mortars definitions, building materials, requirements, test procedures The development of these standards was initiated by the Dachverband Lehm e.V. (DVL), the German umbrella organisation for building with earth. These standards are in accordance with the requirements of the EU Regulation No. 305/2011 which came into force in Germany on 1 July 2013. These basic requirements introduce provisions relating not only to the safety of buildings and other construction works but also to health, durability, energy economy, protection of the environment and other important aspects in the public interest. The basic requirements are defined by essential characteristics expressed by levels or classes, or in a description. The relevant essential characteristics define the performance of the construction product.
The DIN 18945, 46 and 47 outline unified test procedures describing the relevant essential characteristics of the earth building products as well as systems for assessing and verifying the constancy of their performance. The relevant systems of verification are determined by a national Technical Assessment Body (TAB), which in Germany is the Deutsches Institut für Bautechnik DIBt.
This study assesses the structural vulnerability of part of a later medieval earthen building at
Ambel (near Zaragoza, Spain), once a preceptory or monastic house belonging to the Military
Orders. An inspection of its morphology and materials coupled with the results of an extensive
campaign of static monitoring reveals marked structural inhomogeneities, the product of more
than a thousand years of construction, failure, and repair from the 10th century to the present
day. Building materials are inappropriately juxtaposed, there are discontinuities between construction
phases and fundamental concerns remain over the long-term stability of the structure.
The current condition of the structure is mainly influenced by structural discontinuities introduced
at the time of construction, the unintended consequences of repair and modification and the
material decay that has affected the base of the rammed earth walls. The overall findings of the
static monitoring show that there is no related damage, variations in crack widths are related to
the building seasonal cycle. While static analysis is an essential prerequisite before a suitable
maintenance program can be fully defined, this study argues that no evaluation of the structural
behavior of any historic building can afford to ignore its archaeological “biography” of modification
and repair.
Ziel der vorliegenden Untersuchung war es zu überprüfen, inwiefern eine Bemessungsvorschrift auf Basis von Teilsicherheitsbeiwerten im Lehmmauerwerksbau möglich ist. Bemessungsvorschriften im konventionellen Mauerwerksbau und im Lehmmauerwerksbau waren aufgrund des prinzipiell gleichen Tragverhaltens stets eng miteinander verknüpft. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Druckversuche an Lehmmauermörtel, Lehmsteinen und Lehmmauerwerk konnten zeigen, dass die Streuungen der Festigkeiten von Lehmbaustoffen aufgrund der industriellen Herstellung sehr gering sind. Es konnte festgestellt werden, dass eine Bemessung auf Grundlage des semiprobabilistischen Bemessungskonzeptes in Anlehnung an den konventionellen Mauerwerksbau möglich ist. Neben einem ersten Vorschlag des Teilsicherheitsbeiwertes für den Lastzustand Druck werden Vorschläge für Prüfvorschriften im Lehmbau beziehungsweise deren Modifikation unterbreitet und künftige Forschungsschwerpunkte herausgearbeitet.