Mock-up Sitterwerk St. Gallen

Bauen mit Erde erfordert ein Verständnis für den präzisen, spezifischen Umgang mit dem Material und ein Umdenken im Hinblick auf Konstruktionsprinzipien. Uns interessiert, wie innovative Hybridkonstruktionen die künftigen Anwendungsmöglichkeiten des Lehmbaus erweitern und vereinfachen können. Entsprechende Fragen wurden im Rahmen der Gastprofessur an der EPFL Lausanne untersucht. Ziel war es, mit intelligenten Hybridlösungen gängige Standards der heutigen Bauindustrie zu hinterfragen und Massstabssprünge im Stampflehmbau zu ermöglichen.

Aus 15 Studierendenarbeiten wurde der Entwurf von Yannick Claessens und Mattia Pretolani für einen Versuch am Mock-up ausgewählt. Unkonventionell ist vor allem die mit Unterstützung des Ingenieurs Jürg Conzett entwickelte Idee, durch eine Vorspannung dem Stampflehm eine zusätzliche Druckbelastung zu geben, die den Tragwiderstand gegen Horizontallasten vergrössert. Dies erlaubt, eine erdbebensichere Lehmwand von annähernd sechs Metern Höhe zu realisieren, welche über ein Rahmensystem (Bodenplatte, Lehmwände, Betonriegel) in Querrichtung ausgesteift wird. Solcherart vorgespannte Hybridkonstruktion ermöglichen die Erdbebensicherheit von Stampflehmkonstruktionen sowie Materialeinsparungen, sodass künftig wahrscheinlich wesentlich höhere Gebäude aus Lehm realisiert werden können.

Das Mock-up wurde von Studierenden im Rahmen einer Summer School auf dem Areal des Sitterwerks St.Gallen gebaut. Die Stampflehmelemente wurden Ende August 2017 in weniger als zwei Wochen fertiggestellt. Der untere Teil der Wand ist konventionell auf einem Betonsockel gestampft. Zwei Stahlrohre, in denen die Vorspannung verläuft, sind in die Wand integriert. Parallel wurde der obere Teil der Wand, bestehend aus vier Lehmpfeilern, in Form von acht vorfabrizierten Elementen gestampft. Wie auch im unteren Teil der Wand, sind bei jeder Lehmsäule Trasskalkschichten als Erosionsbremsen eingestampft. Nach einer Trocknungszeit von sechs Wochen konnten die vorfabrizierten Elemente auf den unteren Teil der Wand versetzt werden.
Betonriegel bilden eine Zwischenlage sowie den oberen und unteren Abschluss und nehmen die Verankerungen für die Vorspannung auf. Der oberste Betonriegel ist mit Gewindestäben und Muttern mit dem Fundament verschraubt, was für die Aussteifung der Tragstruktur sorgt. Um zu untersuchen, inwiefern die Vorspannung mit der natürlichen Setzung des Lehms zusammenhängt, begann im November 2017 ein Testversuch. Seine Resultate zeigen, dass sich die Setzung über die Zeit gegen Null bewegt, sodass die Nutzung der Vorspannung im Lehmbau in Zukunft möglich sein wird.

Building with earth requires an understanding of the precise, specific handling of the material and a rethinking of structural principles. We are interested in how innovative hybrid structures can add to and simplify future possibilities of building with earth. Questions were examined in the context of the guest professorship at the EPFL Lausanne. The aim was to use intelligent hybrid solutions to examine common standards in today’s construction industry and to enable leaps of scale in rammed earth construction.

The design by Yannick Claessens and Mattia Pretolani was chosen from fifteen student projects for a mock-up trial. Particularly unconventional is the idea, developed with the support of engineer Jürg Conzett, of prestressing the material to give the rammed earth additional pressure load so as to increase horizontal bearing capacity. In this way it is possible to build an earthquake-resistant rammed earth wall roughly six meters high, stiffened transversely by a frame system (bottom slab, earth walls, concrete beams). Prestressed hybrid structures of this kind enable earthquake resistance of rammed earth structures and material savings, so that it will probably be possible to build far taller earth buildings in the future.

The mock-up was built by summer school students on the site of the Sitterwerk in St. Gallen. The rammed earth elements were completed in less than two weeks at the end of August 2017. The lower part of the wall is rammed on a concrete base in the conventional manner. Two steel tubes housing the prestressed elements are embedded in the wall. Parallel to this, the upper part of the wall consisting of four earth pillars was rammed in the form of eight prefab elements. As in the lower part of the wall, layers of trass lime are rammed into each earth column as erosion checks. After a six-week drying time, the prefabricated elements were mounted on the lower part of the wall.
Concrete beams form an intermediate layer as well as the top and bottom row and absorb the prestressing anchors. The top concrete beam is screwed to the foundation with threaded bars and nuts, thus stiffening the load-bearing structure. Trials began in November 2017 to investigate the link between prestressing and the natural settling of earth. The results show that settling approaches zero over time, so that it will be possible to use prestressing in rammed earth construction in the future.