Behaviour of rammed earth structures : Sustainable materials and strengthening techniques

Loccarini, Federica

The research work focused on the possibility of building and modeling a structural system made with rammed earth strengthened with jute fabric. Earth is a natural building material used all over the world and. It has always been used in accordance with local traditions that are based on empirical knowledge. The preservation of traditional earthen masonry, as well as the practice of new construction, needs scientific knowledge of techniques and of physical and mechanical material properties. Acting with suitable devices, earthen buildings can be used even in seismic areas, guaranteeing acceptable safety. This research fits in the field of Fiber Reinforced Composites as reinforcement method for masonry structures with the aim to extend and adapt to natural fibers, test methods and data treatment procedures, useful to interpret the parameters that rule the materials behaviour and the interaction between parts. In order to design a reliable experimental technique to determine the necessary properties for the step of reinforcement system design, preliminary tests were necessary to assess the materials characteristics. Mineralogical, geotechnical and mechanical earth characteristics were investigated. Tensile tests on jute yarns and jute strips were carried out. The results were statistically analyzed in order to interpret the basic laws of scale effects. After materials characterization, the adhesion capacity of the reinforcement package composed by jute fabric and earth-gypsum matrix was investigated. The determination of the adhesion properties is considered a fundamental issue to produce specific rules that adequately support designers. An experimental campaign of adhesion tests of jute fabric strips applied on prismatic earth specimens was carried out to evaluate the adhesion properties of the strengthening system. The results are interpreted with existing analytical models. In order to improve the knowledge concerning this reinforcing technique and to verify the reinforcing ability of the jute fabric, an experimental program was carried out concerning the analysis of the mechanical behaviour of the reinforcement package applied to rammed earth arches subjected to asymmetric load condition increasing up to incipient collapse. The biocompatible reinforcement made with jute fabric and earthen matrix showed that it is possible to significantly increase the bearing capacity and the kinematical ductility of structural elements made with rammed earth.

Die Forschungsarbeit untersucht die Möglichkeiten der Konstruktion und der Modellierung eines Struktursystems aus mit Jutegewebe verstärktem Stampflehm. Lehm ist ein natürliches Baumaterial, das auf der ganzen Welt verwendet wird. Es wurde immer im Einklang mit den örtlichen Traditionen verwendet, die auf empirischem Wissen basieren. Die Erhaltung existierender Lehmkonstruktionen sowie zukünftige Anwendungen des Baustoffs erfordern wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse über dessen Verarbeitungstechnik sowie seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Geeigneten Sicherheitsmaßnahmen vorausgesetzt, könnten Lehmbauten somit sogar in Erdbebengebieten gefahrlos eingesetzt werden. Die Forschungsarbeit ist auf dem Gebiet der faserverstärkten Verbundwerkstoffe als Verstärkungsmethode für Mauerwerksstrukturen verortet. Ziel ist es, Naturfasen und Testmethoden zu untersuchen und die gewonnenen Daten zu bewerten. Dafür werden die Parameter, die das Materialverhalten und die Wechselwirkung zwischen den Baustoffkomponenten bestimmen, variierend untersucht. Um ein reproduzierbares, experimentelles Verfahren zu entwickeln und die relevanten Eigenschaften des Bewehrungssystems zu bestimmen, waren Voruntersuchungen zur den Materialeigenschaften notwendig. So wurden mineralogische, geotechnische und mechanische Eigenschaften von Lehm untersucht, sowie Zugversuche an Jutegarnen und Jutestreifen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden statistisch ausgewertet, um die Gesetzmäßigkeiten der Skalierungseffekte zu interpretieren. Nach dieser Materialcharakterisierung wurde die Haftfähigkeit der Bewehrungselemente aus Jutegewebe und Lehmmatrix untersucht. Die Bestimmung der Adhäsionseigenschaften wird als grundlegende Voraussetzung betrachtet, um dem Konstrukteur ein präzises Regelwerk anbieten zu können. Daher wurde eine Serie experimenteller Adhäsionstests von Jute-Gewebestreifen durchgeführt, die auf Lehmproben aufgebracht wurden, um die Adhäsionseigenschaften des Bewehrungssystems bewerten zu können. Die Ergebnisse wurden mit einschlägigen Analysemethoden ausgewertet. Um diese Art der Bewehrung zu verbessern und das Potential des Jutegewebes zu überprüfen, wurde eine Serie von Experimenten zur Analyse des mechanischen Verhaltens der Bewehrungssystems durchgeführt, in der einer asymmetrisch aufgebrachten Druckbelastung bis zum Versagen auf Bögen aus Stampflehm aufgebracht wurde. Die Anwendung biokompatibler Bewehrung aus Jutegewebe in Kombination mit dem Baustoff Lehm konnte zeigen, dass es möglich ist, die Tragfähigkeit und Duktilität tragender Bauteile aus Stampflehm, deutlich zu erhöhen.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Loccarini, Federica: Behaviour of rammed earth structures. Sustainable materials and strengthening techniques. 2018.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Details anzeigen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export