LEHMBAUFORSCHUNG IN DER REGION MADRID

Seit 1994 werden in der Abteilung Baukonstruktion und -technologie (Departamento de Construcción y Technologia arquitectónicas) an der Fakultät für Architektur der Universität Madrid verschiedene regionale Bauweisen erforscht. Die Untersuchungen umfassen auch Lehr- und Forschungsaktivitäten zur Verwendung von Lehm als Baumaterial, die sich folgendermaßen zusammenfassen lassen:

Seminar "Bauliche Analyse von Kapellen in der autonomen Gemeinde Madrid"
Seminar "Lehmbauweise in der autonomen Gemeinde Madrid"
Seminar "Lehmbauweise in der Nordwest-Region von Segovia".

Diese Lehrveranstaltungen gehören zum Fachgebiet Konstruktion IV, das während des letzten Semesters des Architekturstudiums angeboten wird. Als Angebote für Promovierende gibt es die "Doktoratskurse"

Landschaftstypische Baumethoden der spanischen Architektur
Architektur, Archäologie und Erbe
Nichthistorische Architekturen - Bauliche Analyse prähistorischer, primitiver und landschaftstypischer Architekturen.

Die Untersuchungen zu landschaftstypischen Bauweisen umfassen Analysen

der Stampflehmbauweise (Tapial) in der autonomen Gemeinde Madrid: Klassifizierung der Verfahren und Experimentalbau mit monolithischem Stampflehm
des traditionellen Bauens mit Lehmziegelwänden (Adobe) und Fachwerk
zur Klassifizierung des Lehmbauerbes in der autonomen Gemeinde Castilla-La Mancha.

Vom Spanischen Nationalplan wurden folgende Forschungsarbeiten finanziert:

September 1995 bis Mai 1997: "Geeignete Bauverfahren zur Wiederherstellung und Restaurierung von Stampflehmwänden des architektonischen Erbes von Madrid"
September 1997: "Die Bestimmung der energetischen Kosten und Leistung bei Lehmziegeln, Stampflehmblöcken und Fachwerk zur Anwendung in Entwicklungsprojekten und in der Umweltpolitik".

Die Autoren dieses Beitrags sind Gründer und Mitglieder von Institutionen und Workshops wie C.I.A.T. (Centro de Investigación de Arquitectura Tradicional = Zentrum zur Untersuchung der traditionellen Architektur) und GEINOS, einer Gruppe zur Wiederbelebung und Verbreitung der Lehmbauweise.


Die Stampflehmbauweise in der Region Madrid

Die Verwendung von Lehm als Baumaterial ist in einem großen Teil der Region Madrid verbreitet. Sie ist in verschiedenen Anwendungen und Baumethoden nachweisbar. Im südlichen Teil der Provinz Madrid reihen sich entlang der Flußtäler von Taj˝a, Henares und Jarama viele Lehmbauwerke. Stampflehmwände findet man ehesten im Südosten, während im Westen häufig mit Lehmziegeln ausgefülltes Fachwerk anzutreffen ist.

Während der oben erwähnten Forschungen zur Klassifizierung der Bauverfahren wurde auch eine Studie zur Dokumentation und Analyse des Architekturerbes in der Region Madrid angefertigt, um die Ergebnisse der Dirección General de Arquitectura (Generaldirektion für Architektur) und der Dirección General de Patrimonia Histórico Immueble (Generaldirektion für das immobile historische Erbe) der Region zu übermitteln. Bei dieser Arbeit halfen uns Studenten des Abschlußsemesters, die am Seminar über Lehmbauweisen teilnahmen. Eine Arbeitsgruppe dokumentierte die Dörfer, in einer zweiten beschäftigten sich die Studenten vor Ort mit Merkmalen, Schäden und Restaurierungsverfahren.

Wir beschränken uns in diesem Beitrag auf die Ergebnisse dieser Arbeit, die die regionale weit verbreitete Stampflehmbauweise (Tapia) betreffen. Wir unterscheiden grundsätzlich zwei Hauptgruppen. (1.) Monolithische Wände: Hier ist das Mauerwerk trotz Unterschieden in der Zusammensetzung des Lehms und bei der Ausführung der Verbindungsstellen homogen. (2.) Gemischte Wände mit Stampflehmteilen zwischen vertikalen Verstärkungen ("machones") aus anderem Material.

In der ersten Gruppe finden sich Tapia aus natürlichem Bodenmaterial, Tapia verstärkt mit Kies, Bruchstein oder anderem Material, Tapia mit verstärkten Vorderseiten, Tapia mit verstärkten Verbindungsstellen und Tapia mit verstärkten gekrümmten Verbindungsstellen ("brencas"). Die zweite Gruppe umfaßt Tapia mit Ziegel- oder Lehmziegelverstärkungen, Tapia mit Gipsverstärkungen und Tapia mit Rundhölzern.

Nach Erstellung des dokumentarischen Nachweises dieser unterschiedlichen Tapia-Bauweisen analysierten wir die vorgefundenen Details. Die gebräuchlichen Bauelemente bei Lehmbauwerken sind tragende Wände. Fundamente sind immer als eine Verlängerung der Wand unter dem Bodenniveau ausgeführt. Die Wanddicke ist gleichmäßig und liegt normalerweise zwischen 60 und 80 cm. Grundmauern sind meist als Steinmauerwerk ohne Fugen oder mit einem Kalk- oder Lehmmörtelbett gebaut. Oft ist dem Mauerwerk Steinschutt aus Ziegeln oder Dachziegeln zugesetzt.

Die Grundmauern erheben sich zumeist als Sockel über das Bodenniveau. Das ist eines der wichtigsten Elemente bei Lehmwänden zum Schutz vor aufsteigender Feuchtigkeit und Spritzwasser. Der Sockel ist 50-100 cm hoch und erstreckt sich mitunter bis zur Höhe des ersten Geschosses, so daß die Wand erst in ihrem oberen Teil in Lehmbauweise übergeht. In Wänden mit vertikaler Verstärkung aus Ziegeln besteht häufig auch der Sockel aus diesem Material. Mitunter werden Ziegel auf dem Natursteinmauerwerk verwendet, um eine ebene und waagerechte Unterlage für den gestampften Lehm zu erhalten.

Ecken sind infolge ihrer geringen Beständigkeit gegenüber Erosion sehr anfällig und werden daher mit seltenen Ausnahmen verstärkt. Es war üblich, Ecken aus Mauerwerk in gleicher Weise wie das Fundament oder den Sockel zu bauen, nämlich mit Gips, Ziegeln oder Lehmziegeln. Im Unterschied zu den verstärkten Wänden sind sie jedoch sehr erosionsanfällig. Seltener wurden die Ecken aus großen Natursteinen geformt.

Die Fußböden sind bei der traditionellen Bauweise recht einfach ausgeführt. Holzbalken tragen mit Steinschutt oder Lehm bedeckte Bretter oder Gipswölbungen. Allerdings ist die Verbindung zwischen Balken und Wänden wegen der geringen Festigkeit unter Punktlasten häufig eine gefährliche Stelle. Um dieses Problem zu lösen, wird ein die Last verteilender Ringträger längs der Wand angebracht. Der Träger liegt, um hn vor jahreszeitlich bedingtem Wechsel von Feuchtigkeit und Temperaturen zu schützen, an der Innenseite der Wand. Bisweilen wird er durch eine Kalk-Lehm-Mörtelbettung ersetzt, die nicht nur die Last verteilt, sondern auch die Wandoberfläche glättet, um die Balken richtig zu stützen. In Stampflehmwänden mit eingezogenen Rundhölzern ist es üblich, die Balken zwischen zwei Trägern anzubringen. Der erste, über der Wand angebrachte Träger stützt die Balken, der über den Balken liegende zweite die oberen Rundhölzer.

An der Verbindungsstelle zwischen Wänden und Dach treten zwei Probleme auf. Sie betreffen, wie die Verbindung Fußboden-Wand, die Lastübertragung. Zwischen Wand und Dach verursacht die Neigung des Daches einen horizontalen Druck in der Wand, der schwerlich auf die Fundamente zu übertragen ist. Um ihm entgegenzuwirken, werden Ringträger oder Träger mit hölzernen Spannriegeln oben auf den Wänden angebracht. Eine anderes Problem stellt sich am Giebelende, das das Regenwasser ableiten und die Durchfeuchtung der Wände verhindern muß. Dafür finden sich verschiedene Lösungen. Entweder werden die Balken oder Balkenroste ("grider") so angebracht, daß sie über die Wandfläche hinausragen, oder es werden spezielle Holzelemente ("canecillos") über den Ringträgern angebracht, die aus der Wand herausragen. In diesem Fall werden Ziegel- oder Dachziegelreihen einander überlappend angeordnet.

Öffnungen in den Lehmwänden werden - ähnlich wie die Ecken - mit festem Material verstärkt. Es gibt eine Vielfalt von Verfahren dafür. Die üblichste Praxis bei monolithischen Wänden ist, das Fenster in der Außenfläche anzubringen und so den inneren Fensterbankwinkel der Öffnung zu schützen. Stürze und Schwellen sind aus Holzplanken oder Wulstleisten, manchmal aus einem großen Naturstein. Es ist üblich, Seile oder Schnüre um die Holzelemente zu wickeln, um die Haftung des meist mit Kratzmustern verzierten Putzes zu verbessern.

Putz ist notwendig, um die Wände vor Erosion und Wasser zu schützen. Traditionell war Schlick, vorzugsweise von einem Tonboden, das Material für einen gut wasserbeständigen Putz. Dieses Material wurde mit Stroh vermischt, um die Haftung zu verbessern und ein Schrumpfen oder Reißen zu verhindern. Kalk ist ein weiteres typisches Material, das entweder als Mörtel gemischt oder als Schlämme auf den Schlick aufgetragen wurde.


Typische Bauschäden an traditionellen Lehmbauwerken

Der von uns zusammengestellte Katalog typischer Schäden an traditionellen Lehmbauwerken - z.B. Risse, Erosionsschäden, Feuchtigkeit, Verlust der Putzschichten - umfaßt im einzelnen:

Risse bringen die Gefahr der Wasserinfiltration mit sich und erscheinen an den Verbindungsstellen zwischen verschiedenen gestampften Blöcken oder zwischen diesen und den Verstärkungen aus anderen Materialien. Sie werden durch Schrumpfung des gestampften Lehms beim Trocknen verursacht, durch Setzung oder wärmebedingte Veränderungen der Wände. Eine weitere charakteristische Stelle, an der Risse auftreten, sind Stürze oder Fensterbrüstungen.

Erosion: Wenn Wände keinen Putz haben, sind sie besonders erosionsgefährdet. Die durch Regen oder Wind verursachte Erosion ist wegen der Unterschiede in der Verfestigung der Schichten zwischen dem oberen und unteren Teil jeder Lage leicht feststellbar. Auch Pflanzen oder Insekten, die sich in den Wänden festsetzen, sobald die Putzschicht gerissen ist, verursachen Erosionen, was ebenfalls typisch ist.

Feuchtigkeit: Wegen der hohen Wasserdurchlässigkeit der Wände treten häufig Feuchtigkeitsflecken als Folge aus dem Boden aufsteigender oder anders zugeleiteter Feuchtigkeit (Kapillarität und Infiltration) auf. Die Kapillarität beginnt unten an der Wand, setzt sich in waagerechter Linie fort und führt zum Verlust der Putzschicht. Das Problem wird oft mit einem Zementputz behandelt. Dringt jedoch weiter Wasser ein, wird es in die Wände eingeschlossen und steigt bis zur früheren Höhe, so daß neue Flecke erscheinen. Die Wasserinfiltration durch Regen, Risse in der Wand oder Schäden der Dachrinnen führt zum Zerfall des Materials, zu reduzierter Festigkeit und zum Abbröckeln.

Verlust der Putzschichten kann durch Verwendung ungeeigneter Materialien oder achtlose Ausführung auftreten und zieht mangelnde Elastizität oder Haftung nach sich, was zu Schäden in den tragenden Wänden führen kann (z.B. Risse). Auch sind Zementmörtel wesentlich starrer als der Lehmgrund und lösen sich daher leicht, wenn sie nicht in mehreren Lagen aufgetragen werden.


Tests und Verfahren zur Stabilisierung von Stampflehm

Die Forschungen zu diesem Thema wurden in Kopperation mit der nichtstaatlichen Organisation "Interaccion" durchgeführt. Ihr Hauptziel war es, experimentell eine spezifische Methode zur Restaurierung der Lehmbauwerke in ganz Spanien zu entwickeln. Schwerpunkt war die Entwicklung neuer Verfahren zur Restaurierung von Stampflehmgebäuden. Dafür werden neue Materialien und traditionelle Verfahren auf ihre Praxistauglichkeit geprüft, und zwar wird erstens in einer vergleichenden Analyse die Verträglichkeit verschiedener Materialien und das Verhalten von Lehm getestet, der mit verschiedenen wasserbeständigen Materialien stabilisiert wurde. Zweitens werden in Laborversuchen Modelle von ehmwänden geprüft, um festzustellen, ob die erzielten Ergebnisse den realen Baubedingungen genügen.

Frühere Untersuchungen erhalten gebliebener Gebäude haben erwiesen, daß Wasser die Hauptursache für die Verwitterung der Lehmbauwerke ist. Darum konzentriert sich das Prüfprogramm auf Tests, bei denen Wasser wirkt, was eine erste Klassifizierung der Produkte je nach ihrer Reaktion auf Wassererosion erlaubt. In anderen Prüfungen (z.B. Festigkeit) wurde verglichen, ob die Anwendung dieser spezifischen Produkte nachweisbare Veränderungen im Verhalten von Wänden bewirkten, die mechanischen Einflüssen ausgesetzt sind. Grundlage der Tests war die von der Architektin M. Nava Hung in ihrer Dissertation (Lehmbaumaterial-Verfestigung durch Verwendung wasserbeständiger Produkte. Experimente im historischen Stadtzentrum von Alcalá de Henares) verwendete theoretische Methodik und Dokumentation. Die Arbeit entstand unter Prof. Dr. Juan Monjo in unserer Abteilung.

Die Laboruntersuchungen wurden in der Abteilung Baukonstruktion und -technologie entwickelt und umfassen:

Befeuchtungs- und Trocknungstest (Prismen, 4 x 4 x 16 cm)
Gefrier- und Auftautest (Zylinder, 12 cm Durchmesser x 15 cm Höhe)
Druckfestigkeit (Würfel, 7 x 7 x 7 cm)
Tropftest (Ziegel, 20 x 20 x 2,5 cm).

Die Anfertigung der Musterstücke und der Wände erfolgte in Navapalos, dem Versuchszentrum von Interaccion, ebenso die Freilanduntersuchung zum

Wettererosionstest (Ziegel, 20 x 20 x 2,5 cm) und zu einem
beschleunigten Regenerosionstest (Wände, 50 cm Stärke x 100 x 100 cm).

Für den beschleunigten Erosionstest wurden 22 Wände in zwei Kreisen von 5 m Durchmesser aufgestellt, in deren Mitte sich jeweils ein die Oberflächen der Wände stetig besprühender Regner befand. Beim Errichten der Wände stellte man vier unterschiedliche Konservierungsniveaus her. In Gruppe 1 wurden Stabilisatoren mit dem Bodenmaterial gemischt, in Gruppe 2 die Produkte aufgelöst oder mit Wasser gemischt. Die Prüfung der Produkte zum Oberflächenputz erfolgte in Gruppe 3; in Gruppe 4 sollte der Schutz durch das traditionelle Bausystem selbst geschaffen werden (eine Kalkschicht zwischen den Lagen). Die meisten der ausgewählten wasserbeständigen Produkte stammen wegen der weltweiten Verbreitung von der Firma SIKA, obwohl auch seltener verwendete Produkte geprüft wurden, z.B. Olivenöl und andere Substanzen, Dodigen und auch Estabiram, die aus Erdöl gewonnen werden.

Die Tests erfolgten gemäß den ASTM-Normen D-557 "Befeuchtungs- und Trocknungstest für verdichtete Boden-Zement-Mischungen" und D-560 "Gefrier- und Auftautest". Für andere, nicht genormte Tests gibt es einige empirische Festlegungen.

Als Konsequenzen für den praktischen Lehmbau können festgehalten werden:

1. Die traditionellen Gebäude zeigen, daß Wassererosion in unserer Region die Hauptursache von Schäden an Lehmwänden im allgemeinen und an Stampflehmbauten im besonderen ist. Verglichen damit stellt mangelnde Festigkeit kein Problem dar, weil Stampflehmwände so gestaltet sind, daß sie ihre Stabilität behalten. Schäden infolge übermäßiger Belastung oder mangelnder Festigkeit werden selten beobachtet. Wir haben deshalb jenen Testergebnissen, die sich auf die Wirkungen von Wasser beziehen (z.B. Nässen und Trocknen, Gefrieren und Auftauen, Betropfen oder Beregnen) höhere Bedeutung eingeräumt als den auf Festigkeitsleistungen bezogenen.
2. Es ist möglich, bestimmte Handelsprodukte zu verwenden, um eine bessere Leistung von Stampflehmwänden zu erzielen, obwohl diese Produkte ursprünglich nicht für diesen Zweck hergestellt wurden (es handelt sich meist um Zement- und Betonstabilisatoren).
3. Um die Festigkeit von Stampflehmwänden zu verbessern, ist es ratsam, diese Produkte vor dem Stampfen mit dem Lehm zu vermischen. Für denkmalpflegerische Zwecke reicht es aus, die Wasserbeständigkeit durch Auftragen von Schutzschichten zu verbessern.
4. Die im Labor mit einigen Produkten erzielten Ergebnisse ähneln sich sehr stark. Allerdings müssen die erzielten Verbesserungen durch länger andauernde Beobachtung bestätigt werden, bevor sie auf Bauwerke angewendet werden können. Dies gilt für Sikalatex, ein Produkt, das man dem Wasser zugibt, um Lehm mit einem Volumenverhältnis 1 Teil Sikalatex auf 15 Teile Wasser zu mischen. Sikalatex mindert die Wasserabsorption und -erosion und erhöht leicht Druckfestigkeit und Härte. Ein anderes Produkt ist Dogiden, das in einem Verhältnis von 1 Teil Dodigen und 9 Teilen Wasser zugemischt wird. Es erhöht die Festigkeit, hat aber nur geringe Leistung gegen Wassererosion. Andere geprüfte Produkte, wie Sikacem, Sika 1, Sikalite oder Estabiram, haben eine gute Leistung bei der Festigkeit, zeigen aber eine starke Erosion. Sie verringern die Wasserabsorption nicht, so daß sie nicht als empfehlenswert zur Stabilisierung von Stampflehm angesehen werden können.

Produkte und Gemische, die in geprüften Wänden verwendet wurden, führten zu folgenden Ergebnissen:

Kalk, Zement und Kalk-Zement-Mischungen, dem Lehm vor dem Stampfen zugesetzt, ergeben eine größere Festigkeit. Zudem erodieren sie unter versprühtem Wasser nicht zu stark, obwohl die Absorption ziemlich hoch ist, besonders in Verbindung mit Zement. Wir können sagen, daß ihre Anwendung nicht angebracht ist, wenn Wände über längere Zeit der Einwirkung von Wasser ausgesetzt sind.
Eine mit Schwefel, Kalk und Paraffin in Verbindung mit Wasser stabilisierte Spezialwand zeigte ein extrem gutes Verhalten. Dies steht im Gegensatz zu Laboruntersuchungen, bei denen Schwefel-Lehm-Gemische eine sehr geringe Druckfestigkeit und hohe kapillare Absorption zeigten. Es kann vorkommen, daß Paraffin Schwefel stabilisiert und deshalb bessere Ergebnisse erzielt werden. Doch fehlen dazu weitere Untersuchungen, die eine praktische Anwendung rechtfertigen könnten.
Gips hat eine starke Wasserabsorption, so daß seine Verwendung im Gemisch mit Lehm nicht empfohlen wird, obwohl er bei traditionellen Verfahren als Mörtel erforderlich ist, um Steine und Steinschutt zur Herstellung von Verstärkungen zu verbinden.
Olivenölzusatz verringert die Wasserabsorption, verändert jedoch nicht die Erosion und Festigkeit. Die Ergebnisse sind nicht ausreichend gesichert, so daß eine Anwendung zur Verbesserung von Stampflehmwänden vorerst nicht empfohlen werden kann.

Luis Maldonado Ramos
Fernando Vela Cossio
Francisco J. Castilla Pascual
(aus dem Spanischen)

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