Lehmbau 2.0: Lehmbau der Zukunft - Handwerkskunst nach ingenieurwissenschaftlichen Ansätzen

Ausgangssituation und Motivation

Der Bausektor ist einer der größten CO2-Emittenten weltweit, weshalb die Reduzierung von Emissionen in diesem Bereich entscheidend für die Erreichung globaler Nachhaltigkeitsziele ist. Der Einsatz von Lehm als Baumaterial bietet eine vielversprechende Lösung, um den CO2-Ausstoß und den Verbrauch von grauer Energie zu senken.

Lehm ist nicht nur aufgrund seiner umweltfreundlichen Eigenschaften wie der einfachen Verfügbarkeit und der Wiederverwendbarkeit attraktiv, sondern bietet auch ökonomische Vorteile, indem er als Abfallprodukt von Baustellen genutzt werden kann. Trotz dieser Vorteile wird Lehm in der modernen Architektur selten verwendet, was unter anderem auf das Fehlen standardisierter Bemessungs- und Berechnungsmethoden zurückzuführen ist.

Inhalte und Zielsetzungen

Das Forschungsprojekt fokussiert auf die Eignung faseroptischer Sensoren (FOS) zur Messung der Formänderungsverhaltens von Stampflehmwandelementen unter verschiedenen Bedingungen. Dabei werden die Effekte von Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen, bekannt als Schwinden, sowie die Formänderung durch Auflasten, bekannt als Kriechen, untersucht.

Durch den Einsatz von FOS sollen diese Formänderungen zerstörungsfrei und langfristig gemessen werden. Die gewonnenen Daten fließen in die Entwicklung eines Finite-Elemente-Modells (FEM) ein, das den Versagensmechanismus unter Last simulieren soll.

Ziel ist es, das langzeitige Formänderungsverhalten von Stampflehmbauten besser zu verstehen und in die Tragwerksplanung zu integrieren. Dies verbessert die Sicherheit und ermöglicht eine realitätsnahe Berechnung und Dimensionierung von lastabtragenden Stampflehmwänden in 3D-Gebäudemodellen.

Das Projekt umfasst drei Forschungsfragen:

1. die Eignung und Integrierbarkeit der aus Kleinproben experimentell ermittelten Materialeigenschaften für FEM,
2. die Anwendbarkeit von FOS zur Langzeit-Überwachung in Stampflehmwandelementen,
3. die Messgenauigkeit von FOS bei Stampflehmwandelementen.

Methodische Vorgehensweise

Die methodische Herangehensweise gliedert sich in zwei Hauptbereiche: experimentelle Untersuchungen und theoretische Modellierung. Experimentell wird das feuchte- und temperaturabhängige Formänderungsverhalten mittels verteilter faseroptischer Sensoren (DFOS) untersucht. Im theoretischen Teil werden die experimentellen Daten genutzt, um ein numerisches Modell mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) zu entwickeln, welches das Trag- und Versagensverhalten von Stampflehmbauteilen unter Belastung simuliert.

Erwartete Ergebnisse

Das Forschungsprojekt untersucht die Möglichkeit einer langfristigen, zerstörungsfreien Überwachung des Schwind- und Kriechverhaltens von Stampflehmwandelementen mittels faseroptischer Sensoren (FOS), um deren Eignung für Langzeit-Messungen in situ zu bestimmen.

Die Praxistauglichkeit dieser Sensoren zur genauen Erfassung von Formänderungen unter verschiedenen Belastungsbedingungen wie Feuchtigkeits- und Temperaturänderungen, sowie mechanische Lasten wird ebenfalls bewertet. Die gewonnenen experimentellen Erkenntnisse fließen in ein Finite-Elemente-Modell ein, das zur Simulation des Versagensverhaltens unter Last dient.

Durch diese Forschung wird zur Entwicklung präziserer Berechnungsmethoden für die Tragwerksplanung von Stampflehmkonstruktionen beigetragen und dadurch die Sicherheit und Zuverlässigkeit dieser Bauweise erhöht. Insgesamt soll das Projekt ein tiefgreifendes Verständnis des Langzeitverhaltens von Stampflehm unter realen Bedingungen ermöglichen und die Basis für fortschrittlichere Bau- und Überwachungstechniken legen.

Projektleitung

Technische Universität Graz – Institut für Tragwerksentwurf

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

• Technische Universität Graz – Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme
• Technische Universität Graz – Labor für Konstruktiven Ingenieurbau

Technische Universität Graz – Institut für Tragwerksentwurf
Assoc.Prof. Dipl.-Ing. Dr.nat.techn. Andreas Trummer
Technikerstraße 4/4
A-8010 Graz
Tel: +43 (316) 873 6211
E-Mail: andreas.trummer@tugraz.at
Web: www.ite.tugraz.at