Bauausführung

1. Tragender Stampflehm

 

Ein betonverwandtes Konglomerat mit Vergangenheit und Zukunft

 

Auszüge aus: Avak, R.; Goris, A. Stahlbeton Aktuell 2002, Berlin 2001
Autoren: Prof. Dr.-Ing. Klaus Dierks und Dipl.-Ing. Christof Ziegert

 

1. Teil: Was haben Stampflehm und Beton gemein?

Vor der Antwort auf die Frage, was Stampflehm mit Beton gemein hat, sollte vielleicht erklärt werden, warum denn überhaupt eine Beschäftigung mit dem "doch vorgeschichtlichen Lehmbau" für Bauingenieure zeitgemäß ist.


Nun, man muss zur Kenntnis nehmen, dass nicht nur regenerative Energiegewinnung die Gemüter bewegt, sondern dass auch energiearme Bauverfahren mit naturnahen, die Behaglichkeit fördernden Baustoffen mehr und mehr gefragt sind. Das zunehmende Interesse an dem Bauen mit Lehmbaustoffen hatte 1992 zur Gründung eines Dachverbandes Lehm geführt. Der Verband widmet sich der Wiederbelebung in Vergessenheit geratener Lehmbautechnologien und betreibt ihre Weiterentwicklung hinsichtlich moderner Anforderungen an Standsicherheit, Bauphysik und Wohnkomfort. Der Dachverband Lehm hat Lehmbau Regeln herausgegeben, die in die beim Deutschen Institut für Bautechnik geführte Musterliste der Technischen Baubestimmungen aufgenommen wurden. Mit Ausnahme der Länder Bremen, Hamburg, Niedersachsen, Saarland und Sachsen haben die übrigen Bundesländer die Lehmbau Regeln bauaufsichtlich eingeführt. Der Lehmbau ist damit eine anerkannte Bauart der Gegenwart.

 

In den Lehmbau Regeln werden drei Techniken für das Errichten von tragenden Lehm-wänden behandelt:

  • das Mauern mit Lehmsteinen
  • das Schütten von Stampflehm in eine Wandschalung mit lagenweisem Verdichten durch Stampfen
  • das Errichten von Lehmwellerwänden durch freihändiges Aufsetzen einer schweren Mischung aus Stroh und Lehm mit Gabeln in Lagen von etwa 80 cm Höhe, die später fluchtgerecht mit einem Spaten abgestochen oder mit einem Beil abgearbeitet werden. Diese früher weit verbreitete Technik wird nur noch zur Instandsetzung und Ergänzung von historischen Lehmwellerwänden verwendet.

 

Fundamentbau Stahlbeton

Fundamentbau Stahlbeton

Fundamentbau

Fundamentbau

Lehmmischung

Lehmmischung

Stampflehmwand

Stampflehmwand

 

Von den drei Techniken hat der Stampflehmbau eine Affinität zu dem Betonbau.
Der Baustoff Stampflehm ist ein Gemisch aus mehr oder weniger grobkörnigen Mineralen mit einem verhältnismäßig kleinen Tonanteil. Der Tonanteil ist hauptsächlich in Lehm enthalten, der aus natürlichen Lagern gewonnen wird. Eventuell sind zusätzlich Tonzugaben erforderlich. In einem verdichteten Stampflehm wirken die Tonpartikel als Bindemittel. Sie geben dem Baustoff die Plastizität im feuchten Zustand und die Festigkeit nach der Austrocknung. Die Bindefähigkeit des Tones beruht überwiegend auf elektrostatischen Anziehungskräften. Die Bindung ist reversibel.

 

Der Tonanteil beträgt beim Stampflehm nur bis zu 15 % der Trockenmasse. Stampflehm ist wegen seines Korngerüstes aus Mineralen unterschiedlicher Körnung und der Tonbindung offensichtlich ein tongebundenes Konglomerat. Aufgrund der Wechselwirkung von Bindemittel und Zuschlag ähnlich wie bei dem zementgebundenen Konglomerat Beton zeigen Stampflehm und Beton auch ähnliche Bruchfiguren. Im Übrigen ist der Stampflehmbau eine monolithische Bauart wie der Ortbetonbau. Damit liegen die Gemeinsamkeiten von Stampflehm und Beton auf der Hand. Keiner anderen Bauart ist der an Schalungssysteme gebundene Stampflehmbau näher verwandt als dem Betonbau.

 

Sowohl aus technisch-wissenschaftlichem Interesse wie auch zur Vorbereitung auf mögliche Anforderungen der Baupraxis ist es daher nicht gar so abwegig wie es zunächst scheinen mag, den modernen Stampflehmbau in einem Almanach des Stahlbetonbaus vorzustellen.

 

2. Teil: ... Stampflehm, Materialkennwerte, Zusammensetzung

Der Baustoff Stampflehm ist ein Gemisch aus Baulehm, Zuschlag und eventuell Zusatz-stoffen wie z.B. Fasern.

 

Die Lehmbau Regeln bezeichnen mit Baulehm einen zur Herstellung von Lehmbaustoffen geeigneten Lehm. Baulehm für Stampflehm soll nach seiner Bindekraft mindestens als mager zu klassifizieren sein. Eine zu geringe natürliche Bindekraft muss gegebenenfalls durch Zugabe von Tonmehl und eine entsprechende Aufbereitung verstärkt werden. Besonders geeignet ist von Natur aus gemischtkörniger bis steiniger Lehm, z.B. Berg- oder Gehängelehm. Diese Lehme können gegebenenfalls ohne weitere Zugaben als Stampflehm verwendet werden. In der Regel müssen geeignete Mischungen zusammengestellt werden. Dazu eignen sich besonders fette Lehme, weil sie eine weitgehende Freiheit für die Wahl der Zuschläge geben.

 

Als Zuschlag eignen sich Kies, Schotter, Splitt, aber auch Recyclingmaterial aus geschreddertem Mauerwerk oder Beton. Scharfkantiges Material mit rauen Oberflächen führt zu höheren Festigkeiten des Stampflehms als gerundete und glatte Steine. Dieser Effekt spielt bei Stampflehm eine noch größere Rolle als bei Beton. Die Druckfestigkeit des Zuschlags muss nicht hoch sein, weil der Bruch eines Stampflehmkörpers durch das Erreichen der Bindefestigkeit des Baulehms ausgelöst wird bevor die Festigkeit eines "vernünftig" gewählten Zuschlags erreicht ist - vernünftig im Sinne von "nicht offenkundig brüchig und zerfallend".

 

Materialherstellung im Mischwerk

Materialherstellung im Mischwerk

Schaltstand Mischwerk

Schaltstand Mischwerk

M. Rauch, C. Ziegert, M. Klempnow

M. Rauch, C. Ziegert, M. Klempnow

fertige Mischung

fertige Mischung

 

Die Zugabe von Fasern kann die Druckfestigkeit des Stampflehms merklich erhöhen, weil das Versagen im Bruchzustand wie bei Beton auf das Erreichen der Querzugfestigkeit zurückgeht, Fasern wirken in Richtung des Querzuges wie eine Bewehrung. Bewährt haben sich Flachsfasern von 2 bis 4 cm Länge. Wichtig ist, dass die Fasern eine raue Oberfläche haben. Glatte Fasern sind ungeeignet.

 

Auf eine Normierung der Zusammensetzung von Stampflehmen wird zur Zeit noch verzichtet. Bei einer Ausweitung des Stampflehmbaus werden aber wahrscheinlich Mischwerke Stampflehme mit garantierten Festigkeiten anbieten, so wie heute schon Lehmputze mit garantierten Qualitätsmerkmalen auf dem Markt sind. Eine Normierung ist insofern schwierig, da sie die Verwendung von baustellennahen Grubenlehmen nicht ausschließen sollte, deren Zusammensetzung von Grube zu Grube sehr unterschiedlich sein kann. Für jenen Teil der Bauvorhaben, für die der Stampflehm individuell zusammengestellt wird, werden deshalb Eignungsprüfungen wie bisher erforderlich sein.

 

Erfahrene Lehmbauer stellen meist unterschiedliche Mischungen her, um dann durch die Eignungsprüfung die optimale Zusammensetzung unter den angesetzten Versuchen zu finden. Die Eignungsprüfung sollte mindestens folgende Messungen enthalten:

  • Rohdichte
  • Druckfestigkeit
  • Trockenschwindung.

 

Für Bauvorhaben, die wegen ihrer Abmessungen oder Formgebung nicht mehr in den Geltungsbereich der Lehmbau Regeln fallen, sind auch der Druck-E-Modul, die Biegezugfestigkeit, die Scherfestigkeit und der Schubmodul von Interesse.  ...

 

Der wichtigste Wert, die Druckfestigkeit, kann durch eine Änderung des Mischungsverhältnisses stark beeinflusst werden. Deshalb neigen Hersteller von Stampflehmmischungen dazu, die Zusammensetzung ihres Stampflehms als Betriebsgeheimnis zu behandeln. Da ein Standsicherheitsnachweis bei Vorliegen der Materialkennwerte auch ohne die detaillierte Kenntnis der Zusammensetzung des jeweiligen Stampflehms geführt werden kann, wurde dem Wunsch nach Geheimhaltung der Rezeptur verschiedentlich stattgegeben. Das wissenschaftliche Interesse bleibt dabei natürlich auf der Strecke.

 

Es ist anzunehmen, dass die für Beton geltenden optimalen Körnungslinien des Zuschlags auch für Stampflehm zutreffen. Entsprechende systematische Versuche stehen noch aus.

 

Eine Materialkomponente des Stampflehms wurde noch nicht erwähnt: die Feuchte.
Der Stampflehm ist nur mit einer bestimmten Feuchte einzubauen. Der Toleranzbereich ist dabei klein. Zu viel Feuchte bewirkt ein seitliches Ausweichen des Materials unter dem Verdichtungsgerät ohne Verdichtungseffekt und bei noch größerem Feuchtegehalt ein Festkleben des Lehms an dem Verdichtungsgerät.

 

Zu trockener Stampflehm kann nur schwer verdichtet werden und geht keine Bindung ein. Anders als beim Betonieren besteht daher kaum die Versuchung aus verarbeitungstechnischen Gründen von dem optimalen Feuchtegehalt abzuweichen.

Die optimale Einbaufeuchte ist von der Art und Menge der vorhandenen Tonminerale abhängig. Sie bestimmen den zum Erreichen der optimalen Einbaukonsistenz benötigten Wasseranteil. In der Praxis wird der Feuchtegehalt durch Formung in der Hand kontrolliert.

 

Die händische Probe ist hinreichend zuverlässig. Sie kann deshalb Labormessungen ersetzen. Die hier behandelten Stampflehme weisen einen Einbaufeuchtegehalt von 7 % bis 8,2 % auf. ...

 

3. Teil: Bauphysikalische Kennwerte

Wärmeschutz
Wände aus Stampflehm verfügen aufgrund ihrer hohen Dichte und der technologisch und konstruktiv bedingten Dicke über ein hohes Wärmespeichervermögen jedoch auch über einen hohen Wärmedurchgang.

 

Die Dichte von Stampflehmen lässt sich durch mineralische Leichtzuschlagstoffe reduzieren. Ein großer Anteil dieser Zuschlagstoffe bewirkt jedoch eine Minderung der ohnehin nur geringen Druckfestigkeit. Lehmbaustoffe mit hohen Anteilen an Leichtzuschlagstoffen werden deshalb nur im nicht tragenden Lehmbau erfolgreich eingesetzt.

 

Die aus gestalterischen Gründen oftmals gewünschten einschaligen, nach außen und innen sichtbaren Stampflehmkonstruktionen erfüllen erst bei den ... angegebenen erheblichen Dicken den Mindestwärmeschutz nach DIN 4108-2. Ist der Mindestwärmeschutz des Bauteils erfüllt, kann der Wärmeschutz des Gebäudes nach \/VSVO 1995 bzw. nach Energieeinsparverordnung nachgewiesen werden. Dazu sind eine stärkere Dämmung anderer Bauteile und eine umweitfreundliche Energieerzeugung heranzuziehen. Man sollte aber für Stampflehmwände eine außenseitige Dämmung mit diffusionsoffenen Dämmstoffen vorziehen.

 

Martin Rauch

Martin Rauch

Architekten und Dr. Ziegert

Architekten und Dr. Ziegert

Materialmischung

Materialmischung

Detail Stampflehmwand

Detail Stampflehmwand

 

Feuchteschutz
Da die Tragfähigkeit von Stampflehm feuchteabhängig ist, muss auf den Feuchteschutz ein besonderer Wert gelegt werden. ...


Stampflehm gehört mit einer Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl von 5/10 zu den diffusionsoffenen Massivbaustoffen. Das Diffusionsverhalten ist mit dem von Ziegelmauerwerk vergleichbar und unterscheidet sich wesentlich von dem von Beton mit geschlossenem Gefüge (70/150). Der Unterschied zum Feuchteverhalten von Ziegelmauerwerk besteht in der stärker ausgeprägten Sorptionsfähigkeit. In Lehmbaustoffen findet der Feuchteausgleich zur Umgebung zusätzlich zur Kapillarkondensation über Wasserdampfsorption an den Oberflächen der Tonminerale statt. Die Intensität dieses Effektes ist abhängig von der Art und Menge der vorhandenen Schichtsilikate. Wegen der Begrenzung des Schwindens soll der Schichtsilikatanteil bei Stampflehmen relativ gering sein. Er bewirkt aber trotzdem eine um den Faktor 3 bis 5 höhere Sorptionsfähigkeit als bei Ziegelmauerwerk. Ist eine Stampflehmsichtigkeit auf den Wandinnenseiten nicht erwünscht, sollten nur diffusionsoffene Putze und Anstriche verwendet werden, um die Sorptionsgeschwindigkeit der Stampflehmwand nicht einzuschränken.

Der Tauwasserausfall stellt bei Bauteilen aus Stampflehm in der Regel kein Problem dar. Die Tauwasserbildung auf Oberflächen kann durch die Einhaltung der Mindestanforderun-gen an den Wärmeschutz nach DIN 4108-2 verhindert werden (siehe Wärmeschutz). Im Inneren einer Stampflehmwand ist bei einem einschaligen Wandaufbau oder einem Aufbau mit diffusionsoffener Außendämmung die Tauwasserbildung minimal oder nicht vorhanden. Gegebenenfalls anfallendes Tauwasser wird von Stampflehm als kapillaraktivem Baustoff entsprechend schnell wieder abgeführt. Dämmstoffe, Außenputze und Anstriche mit hohen Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen sind deshalb wegen der Gefahr einer vermehrten Tauwasserbildung und einer Verdunstungsbehinderung grundsätzlich zu vermeiden. Die Erhöhung des massebezogenen Feuchtegehaltes infolge Tauwasserbildung darf 0,6 % nicht übersteigen, weil sonst die Gefahr eines unzulässigen Abfalls der Tragfähigkeit des Stampflehms besteht. Eine entsprechende Einschränkung verhindert bei Holzbaustoffen den Befall mit pflanzlichen und tierischen Schädlingen.

 

Brandschutz
In historischen Baukonstruktionen wurde Lehm vielfältig für den vorbeugenden Brandschutz eingesetzt. Die feuerhemmende Wirkung von Lehmbaustoffen ist mit der von Gips vergleichbar. Im Brandfall wird bei Gipsbaustoffen das kristallin gebundene Halbhydrat freigesetzt und erzeugt Verdunstungskälte. Bei Lehmbaustoffen entweicht bei Temperaturerhöhung das an den Oberflächen der Tonminerale angelagerte Absorbtionswasser sowie das in der Kristallstruktur gebundene Strukturwasser.

 

Stampflehm als mineralisches Stoffgemisch ist nicht brennbar. Werden dem Lehm organische Stoffe beigemengt, so gelten diese Stoffgemische in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien bis zu einer bestimmten Dichte ebenfalls als nicht brennbar im Sinne der DIN 4102. Die im tragenden Stampflehmbau eingesetzten geringen Fasermengen führen zu keiner wesentlichen Reduzierung der Dichte. Die Mischungen sind deshalb ohne Ausnahme der Baustoffklasse A zuzuordnen. ...

 

Schallschutz
Wände aus Stampflehm haben aufgrund ihrer hohen Dichte sowie der technologisch und konstruktiv bedingten großen Dicke ein gutes Schalldämmvermögen. Der niedrige Elastizitätsmodul von Stampflehm bewirkt nach den bisher vorliegenden Versuchsergebnissen unter sonst gleichen Bedingungen ein etwas höheres Schalldämm-Maß als es andere Massivbaustoffe aufweisen. Die bisherigen Versuchsergebnisse reichen jedoch noch nicht aus, um diesen Effekt rechnerisch berücksichtigen zu können. ...

 

4. Teil: Verträglichkeit mit anderen Baustoffen

Einbauteile
Aus konstruktiven Gründen und zur Gewährleistung der Standsicherheit werden in Stampflehmwände Bauteile aus anderen Materialien wie Holz, Stahlbeton, Stahl und gegebenenfalls auch Kunststoffe eingebaut. Dabei stellt sich die Frage nach der Materialverträglichkeit von Stampflehm mit den verwendeten Werkstoffen.

Stampflehm ist chemisch neutral oder leicht basisch. Es ist kein Fall einer chemischen Reaktion zwischen Stampflehm und eingebautem Material bekannt. Bleibt die Frage, inwieweit der verdichtete Stampflehm Einbauteile vor Feuchte und mit vor Zersetzung oder Korrosion schützen in. Von jahrhundertealten Lehmwellerbauten Thüringen und Sachsen ist bekannt, dass die dem Wellerlehm eingebetteten Strohhalme bis heute keine Verrottungsmerkmale zeigen. Sie scheinen vielmehr goldgelb wie am Tag des Einbaus. Dieser Sachverhalt ist nach den oben erwähnten Versuchen zur Feuchteaufnahme bei hoher relativer Luftfeuchte erklärbar. ...

 

Anders als Beton bietet Stampflehm keinen chemisch aktiven Schutz für eingelegte Stahlteile. Die im Querschnitt einer Stampflehmwand vohandenen geringen Feuchten führen jedoch anscheinend zu einem weitgehenden Schutz gegen Korrosion. Hierzu liegen jedoch noch keine ausreichenden Erfahrungen vor. Deshalb sind vorerst die üblichen Maßnahmen zum aktiven und passiven Korrosionsschutz zu empfehlen.

 

Schalung

Schalung

Schalungsaufbau

Schalungsaufbau

Schüttung

Schüttung

Verdichtung (Stampfarbeiten)

Verdichtung (Stampfarbeiten)

 

Oberflächenmaterialien
aus gestalterischen Gründen bleiben Stampflehmwände heute meistens unverputzt. Wenn z.B. aus Gründen des Wärme- und Feuchhutzes eine Bekleidung der Oberfläche erwünscht ist, müssen die verwendeten Baustoffe auf die Eigenschaften des Stampflehmes abgestimmt werden. Dämmstoffe, Putze und Anstriche mit hohen Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahlen sind auf der Wandaußenseite grundsätzlich zu vermeiden (siehe Abschnitt Feuchteschutz). Putze sollen außerdem einen kleineren E-Modul aufweisen als der Untergrund. Im Falle der Stampflehmwand als Putzuntergrund kann diese Regel nur durch den Einsatz eines Lehmputzes erfüllt werden, der jedoch keine höhere Wetterbeständigkeit aufweist als die Lehmwand selbst. Deshalb ist notgedrungen auf Putze der Putzgruppe P1 auszuweichen, die bei geringfügig höheren E-Moduln eine höhere Wetterfestigkeit geringen Dampfdiffusions-Widerstandszahlen aufweisen.

 

Zu bevorzugen sind Luft- und Wasserkalke. Gegebenenfalls kann mit hydraulisch wirkendenden Zusätzen, wie z.B. Ziegelmehl, die Wetterfestigkeit erhöht werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die mechanische Festigkeit nicht wesentlich erhöht wird. Entsprechende Systeme sind am Markt erhältlich. In den Lehmbau Regeln werden für die Wetterseite Putze der Putzgruppe P II (Mörtel mit hochhydraulischem Kalk oder Kalkzementmörtel) empfohlen. Diese Putze sind jedoch für den Stampflehm zu hart und neigen auf Lehmbauteilen zur Schalenbildung. Besser ist, bei Bedarf auf die Putzgruppe P 1 c (Mörtel mit hydraulischem Kalk) auszuweichen, die in ihren Eigenschaften zwischen den Putzen der Putzgruppe P 1 a/b und P II liegen.

 

Da Kalk- oder Kalkzementputze mit Lehm keine Haftung eingehen, müssen mechanische Haftbrücken geschaffen werden. In den historischen Konstruktionen hat sich die Einlage von Dachziegeln oder Mörtelleisten aus Kalkmörtel an den Wandrändern bewährt. Alternativ dazu kann die Stampflehmoberfläche stark aufgeraut werden, so dass die Körner des Zuschlags als Haftbrücke dienen.

 

Die Wahl eines Außenputzes ist außerdem auf die Schlagregen-Beanspruchungsgruppe des jeweiligen Standortes abzustimmen. ...

 

5. Teil: Technologie des Stampflehmbaus

Mischen
Das einwandfreie Aufbereiten der Materialkomponenten eines Stampflehms zu einer homogenen Mischung ist von grundlegendem Einfluss auf die erreichbaren Materialeigenschaften und damit auf die Qualität des Bauwerks.

 

Weder mit Handmischung noch mit Freifallmischern lässt sich die erforderliche Homogenität der Mischung erzielen. Geeignet sind ausschließlich Zwangsmischer, am besten mit elektronisch gesteuerter Dosiereinrichtung. Wenn Zuschläge vor der Zugabe in die Endmischung mit einer Lehmschlämme ummantelt werden, lässt sich die Bindung steigern. Bei den hier beschriebenen Stampflehmen I und II wurde wegen des damit verbundenen Aufwandes auf diesen zusätzlichen Arbeitsgang verzichtet.

 

Eine hinreichend gute Verteilung von Fasern in einer Stampflehmmischung ist am ehesten zu erreichen, wenn die Fasern zunächst einem Lehmpulver untergemischt werden und dieser Mischung dann über die Zwangsmischanlage der Endmischung beigegeben wird. Zur Gewährleistung der optimalen Homogenität des Baustoffs ist zu empfehlen, die erforderlichen Mengen der Materialkomponenten für das ganze Bauvorhaben auf Lager zu nehmen, in einem Mischprozess Charge für Charge zu dem Stampflehm zu verarbeiten und die fertige Mischung insgesamt vorzuhalten.

 

Lagerung
Der fertige Stampflehm ist während der Lagerung bis zum Einbau vor Niederschlägen und Austrocknung zu schützen. Langes Lagern im erdfeuchten Zustand erhöht die Bindekraft des Tones, weil die bindenden Schichtsilikate mit der Zeit zunehmend aufgeschlossen werden.

 

Ausschalung

Ausschalung

Ausschalung 2

Ausschalung

Materialeinbringung

Materialeinbringung

Materialeinbringung 2

Materialeinbringung

 

Einbau und Verdichtung
Im einbaufähigen Zustand ist Stampflehm erdfeucht und schüttfähig. Der Stampflehm 11 2 hatte dabei einen Feuchtegehalt von 7 bis 8 %.

 

In der Praxis wird der Feuchtegehalt durch Kneten in der Hand kontrolliert. Die händische Probe ist hinreichend zuverlässig. Sie kann deshalb aufwendige Laboruntersuchungen ersetzen.

 

Der Stampflehm kann wie Beton -vom Kübel in die Wandschalung geschüttet werden. Für die gleichmäßige Verteilung zu einer 10 cm bis 15 cm dicken Lage stehen zur Zeit noch keine anderen Geräte als Schaufel und Harke zur Verfügung. Für die Verdichtung werden sehr erfolgreich schmale Vibrations-Schaffußwalzen eingesetzt. Die Ränder zur Schalung müssen zusätzlich mit pneumatisch oder elektrisch betriebenen Handstampfern verdichtet werden, um eine hinreichend geschlossene Wandoberfläche zu erzielen.

 

Als Anhalt für die hinreichende Verdichtung dient das Setzungsmaß der zunächst lockeren Schicht. An der Schalung ist zu erkennen, wann das Stampfen keine weitere sichtbare Setzung mehr bewirkt. Unmittelbar nach dem Verdichten kann die Wandschalung entfernt werden. Die durch die Verdichtung erreichbare Druckfestigkeit erlaubt den Aufbau von geschosshohen Wänden in einem Arbeitsgang und das unmittelbar anschließende Aufsetzen des nächsten Geschosses.

Bei höheren Wänden muss die Entwicklung der Tragfähigkeit in Abhängigkeit von der Trocknung der unteren Wandabschnitte kontrolliert werden.


Dazu können stationäre Feuchtefühler in den Kern der Wand eingebaut werden. Damit ist dann zu jedem beliebigen Zeitpunkt die Tragfähigkeit der Wand zerstörungsfrei zu beurteilen. Wie der gelagerte Stampflehm, so ist auch der frisch ein gebaute Stampflehm vor Niederschlägen zu schützen.

 

Dazu sind übliche Planen oder Folien durchaus geeignet. Sie müssen nur gegen Wind hinreichend gesichert sein und das durch die Abdeckung gesammelte Niederschlagswasser muss zuverlässig abgeleitet werden.

 

6. Teil: Konstruktion von Stampflehmwänden

Abmessungen
Die Mindestdicke einer Stampflehmwand hängt von statischen, technologischen und eventuell von bauphysikalischen Bedingungen ab.

 

Zur Gewährleistung einer einwandfreien Fertigung sollte die Wanddicke mindestes 20 cm betragen.

 

Einen Aspekt für die Festlegung der Wanddicke liefert auch das einzusetzende Verdichtungsgerät. So kann es zum Beispiel zweckmäßig sein, die Wanddicke nach dem Arbeitsraum zu wählen, der zur Führung einer Vibrationswalze zwischen der Schalung erforderlich ist. Dazu wird eine Wanddicke von etwa 60 cm benötigt.

 

Die Lehmbau Regeln enthalten keine Angaben zur Knicksicherheit. Sie setzen für Geschossbauten eine Raumzellenstruktur voraus und geben Grenzwerte für Wanddicken, Geschosshöhen und Querwandabstände an, bei deren Einhaltung die räumliche Steifigkeit auf Erfahrung beruhend gewährleistet ist.

 

1.Bauabschnitt

1.Bauabschnitt

Luftaufnahme 1.Bauabschnitt

Luftaufnahme 1.Bauabschnitt

Verdichtungsarbeit

Verdichtungsarbeit

Nahaufnahme

Nahaufnahme

 

Aussteifende Querwände können auch in Lehmsteinbauweise ausgeführt werden. Sie sollen eine Mindestdicke von 11,5 cm besitzen und sind in die Stampflehmwand einzubinden. ...

 

Ergänzende Tragelemente
Als Träger über Wandöffnungen haben sich Ortbetonträger bewährt. Bewehrung und Beton können dabei in den Stampflehm eingebettet werden, so dass sich die Stahlbetonbauteile in der fertigen Wand nicht abzeichnen und die homogene Struktur der Wand gewahrt bleibt. Als sichtbare Sturzträger sind selbstverständlich auch Stahlbetonfertigteile sowie Holz- und Stahlträger geeignet.

 

Die beim Betonieren in den Stampflehm eindringende Feuchte hat keine nachteiligen Folgen. Der mitgeführte Zementleim bewirkt einen vorteilhaften Verbund zwischen Beton und Stampflehm. Auf Wandkronen und zur Auflagerung von Geschossdecken sind in der Regel Ringanker oder Ringbalken anzuordnen. Auch hierfür ist Stahlbeton gut geeignet.

 

Senkrechte Einbauteile sollten nach Möglichkeit vermieden werden. Sie behindern das Verdichten und das Setzen des Stampflehms infolge Trocknung und zunehmender Last. Sofern in Ausnahmefällen hohe Lasten auf Stützen abgesetzt werden müssen, sollten die Stiele außerhalb der Wand angeordnet werden. Dabei kann die Wand gut zur Knicksicherung der Druckglieder herangezogen werden.

 

Nach dem Austrocknen sind keine nennenswerten weiteren Verformungen zu erwarten, so dass für den Ausbau (Zargen, Türfutter u.s.w.) die erforderlichen Maße am Bau genommen werden können.

 

Konstruktiver Feuchteschutz

Stampflehm ist gegen nur benetzende Feuchte wie Tau, Nieselregen, Wasserdampf weitgehend resistent. Unbedingt zu vermeiden ist dagegen eine Beanspruchung durch rinnendes Wasser, zum Beispiel infolge defekter Dachentwässerung, fehlerhafter Abdeckungen, Rohrbrüchen und ähnlicher Havarien.

 

Die Abdichtung gegen aufsteigende Feuchte ist mit den üblichen Maßnahmen zu gewährleisten. Horizontale Sperrschichten müssen mit einer mindestens 5 cm dicken Schutzschicht versehen werden, um sie gegen Beschädigung beim Verdichten der ersten Stampflage zu schützen.

 

Bei ein- bis zweigeschossigen Gebäuden bietet der übliche Überstand von geneigten Dächern einen ausreichenden Schutz gegen normalen Regen. Im Übrigen sind unverputzte Stampflehmwände auch gegen Schlagregen relativ resistent. So weisen 200 Jahre alte unverputzte Stampflehmbauten in Gebieten mit mittlerer Schlagregenbeanspruchung nur geringe Abwitterungen auf. ...

 

7. Teil: Baurechtliche Grundlagen

Lehmbau Regeln
In den Bundesländern, die die Lehmbau Regeln bauaufsichtlich eingeführt haben, ist der Lehmbau, soweit er in den Anwendungsbereich der Lehmbau Regeln fällt, eine technisch anerkannte Bauart und bedarf weder einerallgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung noch einer Zustimmung im Einzelfall.

 

In den Anwendungsbereich der Lehmbau Regeln fallen im wesentlichen Geschossbauten mit bis zu zwei Vollgeschossen bei Geschosshöhen von =3,25 m und einer maximalen Wandhöhe einschließlich Kniestock von 4 m. Ferner gelten Höchstabstände für aussteifende Querwände von 4,5 m bis 7,0 m in Abhängigkeit von den Wanddicken der aussteifenden Wände. Wandöffnungen dürfen nur eine Breite bis 1,25 m haben.

 

Die Anweisungen und Festlegungen der Lehmbau Regeln stehen in der Tradition der früheren Lehmbaunorm DIN 18 591 und der zurückgezogenen Vornormen DIN 18 952 bis DIN 18 955. In diesen Normen waren die überlieferten Erfahrungen des Lehmbaus kodifiziert, ergänzt um erste ingenieurwissenschaftliche Untersuchungen zum Beispiel zur Bestimmung der Bindekraft von Baulehm und zum Schwinden. Somit gleichen die Lehmbau Regeln ihrem Charakter nach der alten DIN 1053-1 (2.90) für Mauerwerk, die auch im Wesentlichen auf Erfahrungswerten beruhte. Für Lehmbauten, die nicht in den engen Anwendungsbereich der Lehmbau Regeln fallen, müssen Zustimmungen im Einzelfall eingeholt werden.

 

M. Rauch bei Retuschearbeit

M. Rauch bei Retuschearbeit

Retuschearbeit

Retuschearbeit

Baukörper

Baukörper

nach Schalungsabnahme

nach Schalungsabnahme

 

Zustimmungen im Einzelfall
Die Zustimmungen im Einzelfall werden u.a. an folgende Auflagen gebunden (z.B. [Sen VerwBln - 99], [MinBauWohn - 99]):

  1. Für den vorgesehenen Stampflehm ist eine Eignungsprüfung durchzuführen, die folgende Materialkennwerte liefern muss:
    • Dichte
    • Einbaufeuchte
    • Schwindmaß
    • Druckfestigkeit
    • Scherfestigkeit
    • Druck-Elastizitätsmodul

     

  2. Der einzubauende Stampflehm muss der Zusammensetzung des Stampflehms der Eignungsprüfung entsprechen.

  3. Der Hersteller hat im Rahmen einer werkseigenen Produktionskontrolle für den Stampflehm die Einhaltung der Mindestdruckfestigkeit nachzuweisen. Die Probewürfel sind unmittelbar nach dem Mischen des einzubauenden Stampflehms zu fertigen und nach Erreichen der Ausgleichsfeuchte zu prüfen. Wenn die Festigkeiten denen der Eignungsprüfung entsprechen, wird der Stampflehm zum Einbau freigegeben. Der Probenumfang beträgt etwa je 50 m 3 verdichtetem Stampflehm eine Serie zu 5 Würfein.

  4. Die erreichte Festigkeit des eingebauten Stampflehms ist durch Pendelschlaghammer-Prüfung nachzuweisen. Die Prüfungen sind analog zu Kugelschlaghammer-Prüfungen von Festbeton nach DIN 1048-2 durchzuführen. Je 20 m² Wandfläche Stampflehm ist eine Messstelle vorzusehen.

  5. Die zulässige Druckspannung beträgt 1/7 des geringsten Prüfwertes der Druckfestigkeit nach Eignungsprüfung.

  6. Die zulässige Druckspannung muss an allen Steilen der Stampflehmwände eingehalten werden. Dies gilt auch für die örtlichen Pressungen im Bereich von Einzellasteintragungen aus Dachkonstruktionen, Deckenauflagern und Stürzen. Die Einzellasten sind durch ausreichend steife lastverteilende Bauteile auf genügend große Auflagerflächen zu verteilen. Die Vertikallasten sind mittig in Stampflehmwände einzutragen.

  7. Der statische Nachweis der aussteifenden Wirkung von Stampflehmwänden infolge der Belastungen aus Wind und horizontalen Abstützungskräften aus der Schrägstellung einzelner Bauteile hat ohne Inanspruchnahme einer Zugfestigkeit in den Lehmwänden zu erfolgen. Im Querschnitt dürfen an keiner Stelle Zugspannungen auftreten. Eine klaffende Fuge in Sohlflächen ist auszuschließen.

  8. Die Belastung von Stampflehmwänden darf erst erfolgen, wenn sie eine ausreichende Festigkeit besitzen. Der früheste Belastungszeitpunkt bedarf der Bestätigung durch die Überwachungsstelle.

  9. Der zeitliche Verlauf des Schwindverhaltens am Bauwerk ist durch begleitende Horizontal- und Vertikalmessungen zu verfolgen. Auflager von Durchlaufträgern sind erforderlichenfalls nachzujustieren. Die Festlegung von Lasteintragszeitpunkten und die Notwendigkeit von Auflagernachjustierungen sind mit der Überwachungsstelle und dem für das Bauvorhaben zuständigen Prüfingenieur abzustimmen.

  10. Die Stampflehmwände sind während der Bauzeit gegen Feuchteeinwirkung zu schützen. Neben der oberen und seitlichen Abdeckung der Lehmwand gegen starke Regeneinwirkung in der Bauzeit ist im Besonderen auch auf eine für den Stampflehm schadlose Ableitung des ablaufenden Wassers am Wandfuß zu achten.

  11. Die Stampflehmwände sind während der gesamten Standzeit gegen aufsteigende Feuchtigkeit durch entsprechende Sperrmaßnahmen zu schützen.

  12. Die Stampflehmwände können brandschutztechnisch in die Baustoffklasse A1 (nicht brennbar) und bei einer Wanddicke von 60 cm ohne weiteren Nachweis in die Feuerwiderstandsklasse F 90 eingestuft werden.

  13. Das Bauprodukt und die Bauart bedarf der Bestätigung der erforderlichen Übereinstimmung mit der Zustimmung im Einzelfall durch eine Übereinstimmungserklärung des Herstellers auf der Grundlage einer werkseigenen Produktionskontrolle.

  14. Zusätzlich ist das Bauprodukt und die Bauart durch eine geeignete Prüfstelle zu überwachen (Überwachungsstelle). Der Bauherr hat mit der Überwachungsstelle einen entsprechenden Vertrag zu schließen.

  15. Die herstellende Firma hat für die Übereinstimmungserklärung zu bestätigen, dass die Bauart hinsichtlich aller Einzelheiten fachgerecht und unter Einhaftung aller Bestimmungen der Zustimmung im Einzelfall hergestellt und eingebaut wurde.

  16. Eigentümer und Betreiber sind während der gesamten Standzeit verpflichtet, regelmäßig den Zustand der Stampflehmwänd zu kontrollieren. Die Stampflehmwände sind dauerhaft gegen die Einwirkung von Feuchte zu schützen. Ursachen für mögliche Feuchteeinwirkungen sind sofort zu beseitigen.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass die an die Zustimmung im Einzelfall gebundenen Auflagen ohne Komplikationen zu erfüllen sind. Als Überwachungsstellen stehen einschlägig erfahrene MaterialprüfanstaIten, Hochschulinstitute und Beratende Ingenieure zur Verfügung.

 

8. Teil: Planungs- und Bauablauf

Allgemeines
In den Entwurf und in die Bauplanung eines Stampflehmbauvorhabens sollten von Beginn an Architekt, Tragwerksplaner und Hersteller des Stampflehms eingebunden sein. Damit wird am ehesten gewährleistet, dass die konstruktiven Möglichkeiten der Bauart erschöpfend genutzt, aber überzogene Vorstellungen über die Leistungsfähigkeit korrigiert werden.

 

Möglichst frühzeitig sind eine geeignete Lehmgrube, ein Lieferant für den Zuschlag und ein Mischwerk auszuwählen. Für die Eignungsprüfung des Stampflehms sollte eine Zeitspanne von mindestens 6 Wochen angesetzt werden, weil die Probekörper bei Normklima abtrocknen sollen. Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass sich eine Schnelltrocknung im Trockenschrank negativ auf die Festigkeit auswirkt.

 

Bei Bauvorhaben, die eine Zustimmung im Einzelfall erfordern, sind von allen Beteiligten erhebliche Vorleistungen zu erbringen.

 

Einem Antrag auf Zustimmung im Einzelfall sind beizufügen:

  • Entwurfsunterlagen des Architekten
  • Standsicherheitsnachweis des Tragwerksplaners
  • Zeugnis der Eignungsprüfung des Stampflehms
  • Vorschlag einer Überwachungsstelle
  • detaillierte Beschreibung des Bauablaufs zur Herstellung der Stampflehmkonstruktion von der beauftragten Lehmbaufirma.

 

Holzschalung

Holzschalung

Schalungssystem

Schalungssystem

Retuschearbeiten

Retuschearbeiten

letzter Bauabschnitt

letzter Bauabschnitt

 

Die Bearbeitung und Erteilung einer Zustimmung im Einzelfall kann unter Umständen mehrere Monate in Anspruch nehmen. ...

 

Auf offenen Baustellen ohne Schutzdach muss der Einbau von Stampflehm bei Regenfällen unterbrochen werden. Deshalb ist die Kalkulation der Bauzeiten mit einer relativ hohen Unsicher heit belegt.

 

Es ist zweckmäßig, einen Stampflehmbau über dem vollen Grundriss gleichmäßig aufzubauen und lange senkrechte Arbeitsfugen zu vermeiden. Dadurch erreicht man ein annähernd einheitliches Setzen der Wände, und das Schwin den in horizontaler Richtung verteilt sich auf viele Mikrorisse.

 

Bauüberwachung

Die Überwachung einer Stampflehmbaustelle sei hier am Beispiel der Kapelle der Versöhnung beschrieben. Die Wand aus Stampflehm wurde in den Monaten August bis Oktober 1999 errichtet.

 

Die Untersuchungen der Überwachungsstelle begannen mit Druckfestigkeitsprüfungen von Probekörpern, die aus dem Stampflehm der Baustelle gefertigt wurden. Da die Fortführung des Baus von den Prüfungsergebnissen abhängig war, mussten die Proben in diesem Fall schnell getrocknet werden. Die unter diesen Umständen ermittelten Druckfestigkeiten betragen etwa 70 % der Druckfestigkeiten bei natürlicher Trocknung. Der Einfluss der Temperatur- und Luftfeuchtebedingungen während der Abtrocknung auf die Druckfestigkeit wird zur Zeit an der TU Berlin näher untersucht.

 

Zur Einschätzung der aktuellen Tragfähigkeit einer Wand muss ihr Feuchtegehalt gemessen werden. In der Bauphase lässt sich die Baufeuchte - solange noch Rüstungen bereit stehen - einfach durch die Entnahme von Bohrproben gravimetrisch messen. Das Bohrgut wurde aus jeweils 3 von der Oberfläche bis in die Wandmitte verteilten Stellen eines Bohrloches entnommen, Während des Austrocknungsvorganges stellt sich ein Feuchteprofil mit dem Maximum in Wandmitte ein. Die trockeneren oberflächennahen Bereiche sind dann tragfähiger als der feuchtere Wandkern.


Zur Einschätzung der Tragfähigkeit der Wand wurde der Kern als maßgebend angesehen. Etwa ein halbes Jahr nach Baubeginn konnte die Wand der Kapelle nach dem Ermessen der Überwachungsstelle zur Belastung freigegeben werden. Ein Jahr nach Baubeginn war die Wand auch im Kern abgetrocknet und damit die Austrocknungsphase abgeschlossen.

 

Für eine zerstörungsfreie Feuchtemessung kann ein elektronisches Messsystem installiert werden. Dieser Aufwand ist allerdings nur gerechtfertigt, wenn Langzeitbeobachtungen zur dauernden Überwachung eines Bauwerks angezeigt sind. Die Druckfestigkeitsprüfungen am Bauwerk wurden nach abgeschlossener Trocknung zerstörungsfrei mit einem Pendelschlaghammer durchgeführt.

 

Das Prinzip, die Festigkeit eines Baustoffs zerstörungsfrei durch den Rückprall eines auf die Oberfläche prallenden Massekörpers zu bestimmen, ist ein bei anderen Baustoffen übliches und anerkanntes Prüfverfahren. Hier wurde das Verfahren erstmals bei einem Lehmbaustoff angewendet. Dabei wurde ein Rückprallgerät verwendet, das üblicherweise zur Festigkeitsbestimmung von Putzen und Estrichen eingesetzt wird. Die Festigkeit dieser Materialien liegt im Bereich der von Lehmbaustoffen üblichen Werte. Da für Stampflehm keine Eichkurven zur Interpretation des gemessenen Rückpralls vorlagen, wurde für das verwendete Material durch Vergleichsmessungen an den Probewürfeln eine Eichkurve ermittelt. ...

 

9.Teil: Schluss

Neue Stampflehmbauten

Außer dem genannten Projekt einer Stampflehmwand in Düsseldorf und der Kapelle der Versöhnung in Berlin wurden in den letzten Jahren weitere tragende Wände und Gebäude aus Stampflehm errichtet. Von einer Auswahl, die sich auf Mitteleuropa beschränkt (ohne auf die große Zahl neuer Bauten in Amerika und Australien einzugehen), seien die wichtigsten Daten mitgeteilt.

 

Selbsttragende Wand im Landeskrankenhaus, Feldkirch
Als Kunst am Bau wurde 1992 von Martin Rauch eine 7 m hohe, 133 m lange Stampflehmwand für das Landeskrankenhaus Feldkirch, Vorarlberg, entworfen und gebaut. Die Wand dient als Wärmespeicher zur natürlichen Regulierung des Raumklimas. Gleichzeitig bildet sie mit ihren warmen Brauntönen und der rauen Oberfläche einen reizvollen Kontrast zu der glatten Glas-Stahl-Konstruktion der Fassade.

 

Landeskrankenhaus Feldkirch

Landeskrankenhaus Feldkirch

Friedhofsmauer

Friedhofsmauer

Besuch aus Indien auf der Baustelle

Besuch aus Indien auf der Baustelle

fertige Kapelle nachts

fertige Kapelle nachts

 

Kapelle der Versöhnung, Berlin
Die Kirche der Evangelischen Versöhnungsgemeinde in Berlin-Wedding lag seit 1961 unerreichbar für die Gemeinde unmittelbar hinter der Mauer auf dem Grenzstreifen in Berlin-Mitte. 1985 wurde das Gebäude als unliebsames Hindernis gesprengt und abgeräumt.


10 Jahre nach dem Fall der Mauer hat die Gemeinde an gleicher Stelle eine Kapelle aus tragendem Stampflehm errichten lassen. Sowohl die Last aus dem Holztragwerk des Daches als auch die Windlasten werden von der zylinderförmigen Wand abgetragen und in den Baugrund geleitet.

 

Haus Estoscha, Zoologischer Garten Basel
Das Haus Etoscha im Zoologischen Garten Basel umfasst mehrere Tiergehege und eine Pflanzenhalle. Neun Schiefwinkelig zueinander stehende 70 cm dicke Wände aus Stampflehm bilden im wesentlichen die Tragstruktur.

 

Selbsttragende Wand im Informationsgebäude Wanglin / Mecklenburg
Das Informationsgebäude Wanglin ist das Zentrum des Lehr- und Erlebnisgartens Wanglin. Das Gebäude öffnet sich durch eine großflächige Verglasung auf der Südseite zum Garten. Zur Klimaregulierung dienen mehrere selbsttragende L- oder U-förmige Stampflehmwände.

 

Zusammenfassung

Aufgrund der Tatsache, dass Bauwerke und tragende Bauteile aus Lehmbaustoff nicht nur außerhalb Europas sondern auch in Europa gefragt werden, ist es angezeigt sich mit dem Lehmbau ingenieurwissenschaftlich zu beschäftigen. Wegen der Affinität von Stampflehm und Beton wird hier in einem Stahlbetonjahrbuch über Grundlagen des Stampflehmbaus berichtet. Im Mittelpunkt des Interesses stehen die für die Standsicherheit der Bauwerke relevanten Materialkennwerte der Lehmbaustoffe. ...

 

Ein Gedanke zum Abschluss
Etwa 1/3 der Menschheit lebt in Lehmbauten. Gerade dieser Teil der Erdbevölkerung wächst um 3% pro Jahr und verdoppelt sich in etwa 20 Jahren. Um den nächsten Generationen ausreichende Wohnstätten zu geben, müssen alle denkbaren Baustoffresourcen erschlossen werden.


Dabei sind jene die besten, die das Material mit geringem Energieaufwand liefern und deren Baustoff das Leben in einem behaglichen Wohnklima mit geringer Bertriebsenergie gewährleistet. Lehmbaustoffe erfüllen diese Kriterien im hohem Maße. Eine zukunftsorientierte Baustoffforschung darf deshalb Lehmbaustoffe nicht außer Acht lassen, sondern muss sich ihrer intensiv annehmen.
Lehmbauforschung kann zur Bewältigung der Probleme beitragen, die global aus der anhaltenden Bevölkerungsexplosion erwachsen.

 

Auszüge aus: Avak, R.; Goris, A. Stahlbeton Aktuell 2002, Berlin 2001 Tragender Stampflehm Ein betonverwandtes Konglomerat mit Vergangenheit und Zukunft

 

Autoren: Prof. Dr.-Ing. Klaus Dierks und Dipl.-Ing. Christof Ziegert

 

 

2. Die Kapelle der Versöhnung


in der Bernauer Strasse in Berlin Mitte
EIN KONSTRUKTIONSBERICHT von Andreas Schulz*

 

*Autor: Dipl.Ing. Andreas Schulz,
PICHLER Ingenieure GmbH, Beratende Ingenieure VBI, Giesebrechtstraße 13, D-10629 Berlin-Charlottenburg


1. Teil: The Chapel of Reconciliation in Berlin - The Konstruction of the chapel.
We are reporting here on our experiences with the construction of the Chapel of Reconcitiation in Berlin. The structural walls of the chapel are built of rammed loam. The construction with loam has some tradition in Eu-rope (Cointereaux 1793 up to the Bauhaus in Weimar 1947) and gains in importance during this century for ecological reasons.


Es wird über die Erfahrungen beim Bau der Kapelle der Versöhnung in Berlin-Mitte berichtet, deren tragende und aussteifende Wände in Stampflehm errichtet wurden. Der Lehmbau hatte auch in unseren Breitengraden eine gewisse Tradition (von Cointereaux 1793 bis zum Weimarer Bauhaus 1947) und gewinnt im 21. Jahrhundert unter ökologischen Gesichtspunkten eine neue Bedeutung.

 

Auf den noch vorhandenen Fundamenten der alten Versöhnungskirche entstand der Neubau der Kapelle der Versöhnung. Die erste, 1894 eingeweihte Versöhnungskirche war im neugotischen Stil als Ziegelbau errichtet. Sie erlitt bei Bombenangriffen im November 1943 schwere Schäden. Mit dem Mauerbau 1961 wurde die Versöhnungskirche zu einem unzugänglichen Wahrzeichen der geteilten Stadt Berlin, denn sie stand auf dem "Todesstreifen" zwischen den Bezirken Wedding und Mitte, zwischen dem französischen und dem sowjetischen Sektor der Stadt Berlin. Die Bilder der Sprengung der Versöhnungskirche im Jahr 1985, nur wenige Jahre vor dem Fall der Berliner Mauer, gingen um die Welt. Noch heute ist der Weg der Grenzsoldaten ablesbar, der über mehr als 20 Jahre einen Bogen um die alte Versöhnungskirche machte.

 

Alte Versöhnungskirche eingemauert

Alte Versöhnungskirche eingemauert

Kapelle aussen

Kapelle aussen

Kapelle innen

Kapelle innen

Bau der Ringfundaments für die Kapelle

Bau der Ringfundaments für die Kapelle


An diesem durch die jüngste Geschichte stark geprägten Ort steht heute die neue Kapelle der Versöhnung. Der Entwurf der Berliner Architekten Reitermann und Sassenroth besteht aus einem massiven, aus Stampflehm errichteten Innenraum. Er lädt gleichermaßen zur Andacht als auch zu anderen kirchlichen Gemeindeaktivitäten ein. Über dem ovalen Grundriss erheben sich die 7 m hohen und 60 cm dicken Stampflehmwände. Die orthogonale Ausrichtung der alten Versöhnungskirche an das Straßenraster und die traditionelle Ost-West-Ausrichtung von Sakralbauten bilden die Hauptachsen des Ovals. Umhüllt wird dieser Baukörper von einer Holzlamellenfassade. Der 2 m bis 5 m breite Raum zwischen der Lehmwand und der leichten Holzkonstruktion bildet den Wandelgang. Er stellt eine Übergangszone zwischen der Außenwelt und dem sakralen Innenraum dar. Gleichzeitig garantiert die Fassade den erforderlichen Wetterschutz für die tragende und sichtbare Lehmwand.

 

2. Teil: Lehm als Baustoff eine uralte Tradition
Der Baustoff Lehm ist der älteste Baustoff der Menschheit. Wir erinnern uns an Karl May und an den stolzen Winnetou, der mit seinem Volk in einem Pueblo am Rio Pecos lebte. Die spanische Bezeichnung Pueblo steht für wehrhafte Indianersiedlungen, die aus luftgetrockneten Lehmsteinen errichtet wurden. Noch heute zählt der Besuch eines Pueblo zu dem Standardprogramm eines jeden USA-Touristen. In Afrika trifft man auf eine noch vielfältigere Lehmtradition. Die Wulsttechnik (Banco) der Dogon in Westafrika wird als eine der frühesten Lehmbautechniken bezeichnet. Bei dieser Technik werden aus Lehmwürsten ca. 10 cm dünne Schalen geformt. Vorwiegend in islamisch und orientalisch geprägten Zentren finden sich neben dieser Technik hier auch der Lehmsteinbau und der Stampflehmbau. Bei all diesen Bautechniken wird der Lehm als tragender Baustoff eingesetzt. Damit geht die Verbreitung des Baustoffs Lehm weit über die allgemein bekannte Anwendung als Ausfachung von Fachwerkswänden oder als Lehmschlag in Holzbalkendecken hinaus. Auch in unseren Breitengraden besitzt der massive, tragende Lehmbau Tradition. Hier sind neben der Stampflehmbauweise noch die Wellerbauweise und der Bau mit Lehmsteinen (Grünlinge) bekannt. Dem französischen Architekten und Baumeister Francois de Cointereaux (1740-1830) verdanken wir die Wiederentdeckung und Verbreitung der Stampflehmbauweise, der Pisé-Baukunst. Nach eigenen Angaben entdeckte Cointereaux diese Bauweise in Spanien und konnte eine Vielzahl von Pisé-Bauten, Wohnhäuser und landwirtschaftlich genutzte Gebäude, in Südfrankreich errichten.


Cointereaux veröffentlichte 1790 seine Erkenntnisse in der "Schule der Lehmbaukunst". Die zunehmende Verknappung an Bauholz führte zu einer schnellen Verbreitung der Stampflehmbauweise. Die Tatsache, dass die Veröffentlichungen von Cointereaux bereits 1793 in Deutschland herausgegeben wurde, spricht für die große Nachfrage. In Hessen übernahm der Regierungs-Advokat W. J. Wimpf die Pisé-Technik. Er errichtete in Weil-burg an der Lahn in der Zeit von 1799 bis zu seinem Tod 1839 elf Fabrikgebäude und ein Wohnhaus in Stampflehmtechnik, die heute noch in gutem Zustand sind. Das Wohnhaus, eine fünfgeschossige Hangbebauung, gilt als eines der höchsten Stampflehmhäuser Deutschlands. Der königlich-preußische Oberbaurat Gilly verbreitete in Preußen die Lehmbauweise. Auch wenn Gilly selbst nicht mit Lehm baute, so übernahm er jedoch die Grundlagen von Cointereaux und veröffentlichte den Lehmbau in der Zeitschrift "Sammlung nützlicher Aufsätze und Nachrichten, die Baukunst betreffend" (1797-1806). Gilly war der erste, der die hervorragenden brandhemmenden Eigenschaften des Lehms erkannte. Auch diskutierte er erstmalig die Wärmedämmung von Stroh- und Leichtlehm.

 

Plan Alte Versöhnungskirche

Plan Alte Versöhnungskirche

Pisé Baukunst

Pisé Baukunst

Fundament Glockenstuhl

Fundament Glockenstuhl

Schnitt durch die Kapelle

Schnitt durch die Kapelle

 

Die Industrialisierung und die Entwicklung der Zementherstellung führten schnell zu einer Verdrängung der Lehmbauweise. Seine letzte Blüte erfuhr der Lehmbau nach dem 2. Weltkrieg. Erneut herrschte Mangel an Baustoffen. 1944 entstand die "Reichslehmbauordnung", 1956 wurden für den Lehmbau die DIN-Vorschriften 18952, 18953 und 18954 eingeführt. In Ost- und West-deutschland entstand ein eng verzweigtes Netz von Prüfstellen, die Lehm auf seine Eignung als Baulehm prüften.


1947 wurde im Universitätsverlag der Bauhaus-Universität Weimar die "Lehm-baufibel" herausgegeben, zu der Hermann Henselmann ein Vorwort schrieb. Die Publikation bot eine praktische Anleitung zu den Lehmtechniken und förderte den Selbstbau mit Lehm. 1971 wurden alle DIN-Vorschriften zum Lehmbau ersatzlos zurückgezogen. Der Lehmbau hatte seine Bedeutung für die Bauwirtschaft verloren. Heute stehen uns die "Lehmbau-Regeln", 1998 vom Dachverband Lehm herausgegeben, neben den historischen Grundlagen für die Planung von Lehmbauwerken zur Verfügung. Diese Regeln gelten jedoch noch nicht als baurechtlich eingeführte Bestimmungen, so dass für die konstruktive Anwendung des Baustoffes Lehm eine so ge-nannte Zustimmung im Einzelfall beantragt werden muss.

 

3. Teil: Lehmbau heute
Die Baustoffwahl - Lehm und Holz - für den Neubau der Kapelle der Versöhnung fiel den Bauherren und den Planern nicht leicht. Nachdem anfänglich eine kostensichere Stahlbetonkonstruktion entwickelt wurde, folgte ein Umdenken zur traditionellen Lehmbauweise. Diese Planungsphase war durch Abwägung der erheblichen Risiken beim Bau und durch Fragen der erhöhten Finanzierung geprägt. Die ökologischen Vorteile des Lehms, die in vielen Veröffentlichungen in der Fachliteratur dokumentiert sind, führten zu der Entscheidung, in Lehm zu bauen.


Der natürlich anstehende Lehmboden bildet die Grundlage für den Baulehm. Diese Lehme sind im allgemeinen für den Stampflehmbau zu "fett". Um ausreichende Festigkeiten zu erreichen und um vor allen Dingen das Schwindverhalten günstig zu beeinflussen, muss der Lehm abgemagert werden.


In Herzfelde, nordöstlich von Berlin, fand sich eine geeignete Lehmgrube und die nötige Infrastruktur in Form von großen Zwangsmischern zur Aufbereitung des Lehms. Der Lehm wurde mit Bruchsand, Ziegelsplitt und Granitschotter in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen abgemagert und teilweise mit Flachsfasern versetzt. Die Wasserbeigabe wurde auf 8 % (bezogen auf die Trockenmasse) begrenzt. Bei den Zuschlagstoffen wurde, ähnlich wie im Betonbau, auf eine günstige Sieblinie geachtet, um eine ausreichende Verdichtung zu gewährleisten. Die Korngröße lag bei 0 bis 5mm.

 

Martin Rauch und Lehmmischung

Martin Rauch und Lehmmischung

Schalungsbau

Schalungsbau

Architekten

Architekten

Probewürfel für Materialprüfung

Probewürfel für Materialprüfung

 

Der Regierungs-Advokat Herr W. j. Wimpf empfahl praktisch jeden bindigen Boden. Aber auch er warnte vor dem Schwindverhalten von zu fetten Lehmen, denen man Sand beimengen sollte. Er berichtet 1836: ".. werden Fenster und Thüren bis zu ihrer Höhe aufgestampft, so muß man 2 Zolle wegen der Schwindung zugeben ..." bei einer lichten Türöffnung von ca. 2 m bedeuten 2 Zoll - ist ca. 6 cm - ein Schwindmaß von 3 %. Dieses hohe Schwindmaß ist damit zu begründen, dass die alten Meister wesentlich mehr Wasser als wir heute zur Aufarbeitung und zur Verdichtung des Lehms benötigten. Wimpf und Cointereaux sprechen von einer Austrocknungszeit ihrer Ge-bäude von bis zu drei Jahren.


Aus den Lehmmischungen für die Versöhnungskapelle wurden in Herzfelde Probekörper gestampft. Sie wurden unter Laborbedingungen getrocknet und auf ihre Druckfestigkeit, sowie ihr Schwindverhalten von der TU Berlin untersucht.


Es zeigte sich schnell, dass sich die Beimengungen von Flachsfasern positiv auswirkten. Sie wirkten als Querzugbewehrung und steigerten die Druckfestigkeit des Lehms um bis zu 30 %. Die Bruchlast lag bei 0,315 kN/cm2. Das Schwindmaß des Lehms betrug nur 0,15 %.


Nachdem nun die geeignete Lehmmischung gefunden war, die Zustimmung im Einzelfall beantragt, und mit Auflagen zur Fremdüberwachung erteilt wurde, konnte der Bau beginnen.

 

4. Teil: Die Bauausführung
Die erste Überraschung ereilte die Planer beim Ausheben der Fundamente. Es zeigte sich, dass der Chor der alten Kirche der Versöhnung unterkellert war. Bei der Sprengung im Jahr 1985 wurde der Keller mit dem Schutt der Kirche verfüllt. Schnell war ein genialer Gedanke geboren und umgesetzt.


Der Ziegelschutt der alten Kirche wurde den notwendigen Zuschlägen für den Lehm der neuen Kapelle beigemischt. Wenn wir heute die Lehmwände betrachten, erkennen wir neben dem teilweise lasierten Ziegelbruch auch Fliesen und Glasscherben, die an die Geschichte der Kirche und Berlins erinnern.


Die nächste Überraschung folgte kurz darauf mit einem Bombenfund aus dem 2. Weltkrieg. Für die Berliner Presse war es nur eine kleine Meldung. Aber wir, die diese Bombe praktisch auf dem Arm hatten werden sie so schnell nicht vergessen. Sie liegt heute, natürlich entschärft, in einem Schaukasten neben den Fundamenten der alten Kirche.


Die Lehmwände stehen auf einem Fundamentbalken, der wiederum auf Brunnenfundamenten und auf den Fundamenten der alten Kirche ruht. Bald waren die Gründungsarbeiten beendet, und im Frühsommer 1999 begann die Arbeit an den Lehmwänden. Für die Ausführung konnte eine Firma gewonnen werden, die in Österreich und in der Schweiz bereits Erfahrung im Stampflehmbau gesammelt hatte.


Insgesamt 400 t Lehm, für dessen Herstellung im Vergleich mit herkömmlichen Baustoffen ein Minimum an Primärenergie nötig ist, standen zur Verarbeitung bereit. Der Lehm lagerte direkt neben der Baustelle und war als Schutz vor dem Austrocknen mit Folie abgedeckt.

 

Flachsfaserzumischung

Flachsfaserzumischung

Schalungssystem

Schalungssystem

Materialaufnahme

Materialaufnahme

Materialschüttung

Materialschüttung

 

Hinsichtlich der Baustelleneinrichtung wurden "moderne" Maßstäbe angesetzt, die Schalung stammte aus dem Betonbau. Sie hatte eine Höhe von ca. 2,5 m und umschrieb einen Halbkreis des Kirchengrundrisses. Im Laufe der Arbeiten wurde sie neunmal eingesetzt. Ei kleiner Kran unterstützte die Baustellenbewegungen. Die Schalung wurde mit Lehm in Lagen von 15 bis 20 cm gefüllt, der dann auf 2/3 seines Volumens verdichtet wurde. Auch wenn die Verdichtung mithilfe eines mechanischen Grabenverdichters aus dem Tiefbau erfolgte, der problemlos in der Schalung fuhr, so war noch erhebliche körperliche Arbeit erforderlich, wenn die Randzonen mit Hilfe von pneumatischen Handverdichtern nachgestampft wurden. Das lagenweise Einbringen und Verdichten des Lehms zeichnet sich heute in der wirkungsvollen Bänderstruktur der ausgeschalten Wand ab.

 

Das Lehmbauprojekt hatte sich herumgesprochen. Aus allen Himmelsrichtungen kamen Bauhandwerker und Architekturstudenten, die ihre Hilfe anboten. Im Rahmen eines Sommerseminars konnten viele Helfer Erfahrung im Lehmbau sammeln.


Aber die Nachfrage überstieg bei weitem das Angebot an Plätzen. Die Stimmung auf der Baustelle war euphorisch, und jeder "gab sein Letztes" für den Lehmbau.

 

Mitten in diese Phase, die Hälfte der Lehmwände stand, platzte eine Nachricht, die uns als "Super-GAU" erschien: Der Lehm erreichte die geforderten Festigkeiten nicht. Im Rahmen der Fremdüberwachung wurden von der tatsächlichen Lehmmischung erneut Probekörper gestampft, diesmal unter Baustellenbedingungen. Nach Trocknung und Prüfung der Probekörper wurde der Mangel festgestellt und eine fieberhafte Suche nach den Ursachen begann. Waren es die neuen Zuschläge der "Alten Kirche", stimmte der Anteil der Flachsfasern mit dem Anteil im Rezept überein, war der Abbauzeitraum des Lehms im Frühjahr kurz nach der Frostperiode - die Ursache, wurde der Lehm ausreichend lange gemaukt, d. h. vor der Verarbeitung gelagert oder wirkte sich die beschleunigte Trocknung negativ auf die Festigkeit aus?

 

Die Ursachen wurden nie restlos geklärt, und die Herren Cointereaux'und Wimpf konnten nicht mehr befragt werden. Die Tragwerksplanung zeigte die Lösung auf. Entgegen aller Technikgläubigkeit wurden in diesem besonderen Fall die zulässigen Druckspannungen bei der Bemessung der Lehmwände nicht voll ausgenutzt. Die vor Ort tatsächlich erreichte Bruchlast der Probekörper liegt bei ßD = 0,23 kN/cm²; die vorhandenen Druckspannungen liegen bei sD = 0,034 kN/cm². Damit ergibt sich immer noch eine ausreichende Sicherheit gegen Versagen von ?= 6,7. Die genehmigenden Behörden hatten ein Einsehen, und in Tagesfrist wurde ein neuer Antrag auf Zustimmung im Einzelfall gestellt und erteilt. Der drohende Abriss der Lehmwände konnte somit verhindert und die Arbeiten fortgeführt werden.

 

Stampfarbeiten Vogelperspektive

Stampfarbeiten Vogelperspektive

Schaffusswalze (Verdichter)

Schaffusswalze (Verdichter)

In der Schalung

In der Schalung

Lehmwand fast fertig

Lehmwand fast fertig

 

Am 9. November 1999, dem 10. Jahrestag des Falls der Berliner Mauer, sollte das feierliche Richtfest sein. Die Arbeiten an den Lehmwänden waren abgeschlossen, die Festigkeitsentwicklung des Lehms verläuft linear zur Austrocknung. Dies bedeutet, die endgültige Festigkeit konnte sich in den Lehmwänden erst nach dem Erreichen der Ausgleichsfeuchte einstellen. Daher stand die Dachkonstruktion zunächst auf Hilfsstützen. Der Zimmermann stand unter hohem Zeitdruck, die Rohbauarbeiten mussten bis zum Richtfest abgeschlossen sein. In dieser Hektik wurden die Holzwerkstoffplatten im Dach nicht ordnungsgemäß versetzt, so dass keine Dachscheibe ausgebildet werden konnte.

 

5. Teil:

 

fertiger Lehmkörper

fertiger Lehmkörper

Aufstellung der Holzständerkonstruktion

Aufstellung der Holzständerkonstruktion

Holzständeraufbau

Holzständeraufbau

Holzständeraufbau 2

Holzständeraufbau

 

Am 8. November, ein Tag vor dem Richtfest, war die Stabilität der Holzkonstruktion infrage gestellt. Eine nächtliche Krisensitzung waren die Folge und ein Arbeitseinsatz, der bis zum Mittag des 9. November dauerte. Dachdecker, Zimmerleute, Bauherrenvertreter, Architekten und Tragwerksplaner legten mit Hand an, um den Termin des Richtfestes nicht zu gefährden. Weitere Gefahren für den Lehm mussten abgewandt werden. Neben einigen Leckagen im Notdach, die immer wieder zu Wassereinbrüchen und einer Gefährdung der Lehmwände führten, entstand die Frage nach der Frostempfindlichkeit der Lehmwände.


Die Lehmwände trocknen von außen nach innen ab, und es bilden ich somit drei Schalen: trocken - feucht - trocken. Konnte ein plötzlicher Dauerfrosteinbruch diese Schalen voneinander sprengen? Eine provisorische Ölheizung wurde installiert, aber der Frosteinbruch blieb glücklicherweise aus. Im Sommer 2000 hatte die Lehmkonstruktion ihre Ausgleichsfeuchte erreicht. Die Dachkonstruktion konnte auf die jetzt tragenden -Lehmwände abgesetzt werden.

 

Holzständerkonstruktion

Holzständerkonstruktion

Aufbau der Dachscheibe

Aufbau der Dachscheibe

Aufbau der Dachscheibe 2

Aufbau der Dachscheibe

Aufbau der Dachscheibe und Orgelempore

Aufbau der Dachscheibe und Orgelempore

 

Rückblicke und Ausblicke Schlussbemerkung
Pfarrer Fischers unerschütterlicher Glaube an die Errichtung eines Neubaus der Kapelle der Versöhnung prägte die gesamte Planungs- und Bauzeit. Das Projekt hatte Höhen und Tiefen. Alle Risiken, die ein solcher Experimentalbau mit sich bringt, konnten nicht im Voraus abgeschätzt werden.


Nach der Einweihung am 9. November 2000 erhielt der Bau viel Lob. Nicht nur Lehmbauer, sondern auch Architekten und Bauherren, die noch keine Erfahrung mit Lehm hatten, erkannten die Qualität des Entwurfs und der Konstruktion.


Im Laufe der Planung an der Kapelle der Versöhnung lernten wir Francis Keré kennen, einen Architekturstudenten der TU Berlin. Er stellte uns den Entwurf für eine Schule vor, die in seiner westafrikanischen Heimat in Burkina Faso, im Dorf Gando, in Lehm gebaut werden sollte.


Nicht zuletzt durch den Bau der Kapelle der Versöhnung bestätigt, trieb er mit seinen Kommilitonen die Planung voran. Wir unterstützten das Projekt mit Tragwerksberatung und statischer Berechnung. Im Sommer 2001 stellte er das erste fertig gestellte Gebäude der Schulanlage vor, das mit einheimischen Baustoffen und in Selbsthilfe mit der Dorfbevölkerung in fünf Monaten entstanden ist. Eine bemerkenswerte und sehr schöne Konstruktion, über die noch zu berichten sein wird.

 

Literatur und Quellen:

  • Cointereaux,F. de: die Pisé-Baukunst. Das klassische Buch über die Kunst des Lehmbaus, Zentralantiquariat der DDR, Reprint, Leipzig 1989.
  • DIN 18951, Blatt 2, Lehmbauten. Vorschriften für die Ausführung, Januar 1951.
  • DIN 18952, Blatt 1 bis 2, Lehmbau. Baulehm, Oktober 1956.
  • DIN 18953, Blatt 1 bis 5, Lehmbau. Baulehm, Lehmbauteile, Mai 1956.
  • DIN 18954, Lehmbau. Ausführung von Lehmbauten, Richtlinien, Mai 1956.
  • Lauber, W. (Hrsg.): Architektur der Dogon. Traditioneller Lehmbau und Kunst in Mali. Prestel-Verl. München 1998.
  • Miller, T, Grigutsch, E., Schulze, K W.: Lehmbaufibel. Darstellung der reinen Lehmbauweisen. H. 3/1947 der Schriftenreihe der Forschungsgemeinschaften Hochschule/Weimar, hrsg. v. Hermann Henselmann, Universitätsverl. BauhausUniversität Weimar, Reprint 1999.
  • Schick, W: Der Pisd-Bau zu Weilburg an der Lahn, hrsg. v. Bürgerinitiative"Alt-Weilburg" e.V, Weil-burg 1987.
  • Senatsverwaltung für Bauen, Wohnen und Verkehr, Zustimmung im Einzelfall Nr. 225/99-1, Bauvorhaben Neubau Kapelle der Versöhnung, 1999.
  • Technische Universität Berlin, Kapelle der Versöhnung - Schlußbericht zur Fremdüberwachung, hrsg. v. Institut für Entwerfen, Konstruktion, Bauwirtschaft und Baurecht, Fachgebiet Tragwerkslehre und Baukonstruktion, Berlin, Juli 2000.
  • Volhard, F, Röhlen, U.: Lehmbau, Regeln, Begriffe, Baustoffe, Bauteile, hrsg. v. Dachverband Lehm e.V Weimar, Vieweg & Sohn, Braunschweig 1999.
  • Vom Schönen und Nützlichen. David Gilly (1748-1808), hrsg. v. Fachhochschule Potsdam und Stiftung Preußische Schlösser und Gärten, Berlin-Brandenburg 1998.