Diplomarbeit fertig - Staatliche Studienakademie Glauchau

Diplomarbeit
Festigkeitsanalyse ausgewählter Schwerpunkte von historischem
Mauerwerk
Vorgelegt am: 19.08.2013
Von:
Patricia Horst
Spitzweg 3
01665 Klipphausen
Studiengang/
Studienrichtung:
Bauingenieurwesen/ Hochbau
Seminargruppe: BI 10/1
Matrikelnummer: 4100033
Praxispartner:
Henneker, Zillinger Ingenieure
Zschochersche Straße 44 - 46
04229 Leipzig
Gutachter:
Herr Dipl.Ing. (FH) Frank Helbig
(Henneker, Zillinger Ingenieure)
Herr Dipl.Ing. Hans Beczkowski
(Staatliche Studienakademie Glauchau)
I

Themenblatt
II

Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ........................................................................................... VI
Tabellenverzeichnis .............................................................................................. VIII
Gleichungsverzeichnis............................................................................................ IX
Abkürzungsverzeichnis .......................................................................................... XI
1
Einleitung und Zielsetzung ........................................................................... 1
2
Überblick Altes Seminar ................................................................................ 3
3
Baustoffe ........................................................................................................ 6
3.1 Naturstein ...................................................................................................... 6
3.1.1
3.1.2
3.1.3
Einteilung der Natursteine .............................................................................. 6
Eigenschaften von Natursteinen .................................................................... 7
Natursteine im Alten Seminar in Grimma ..................................................... 10
3.2 Ziegelsteine ................................................................................................. 11
3.2.1
3.2.2
Festigkeitseigenschaften von Ziegelsteinen ................................................ 11
Ziegel im Alten Seminar in Grimma ............................................................. 12
3.3 Historischer Mauermörtel ............................................................................ 12
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
Lehm- und Gipsmörtel ................................................................................. 12
Kalkmörtel .................................................................................................... 13
Festigkeitseigenschaften historischer Kalkmörtel ........................................ 13
Zementmörtel ............................................................................................... 15
Mauermörtel im Alten Seminar in Grimma ................................................... 15
4
Historische Wandbauweisen ...................................................................... 16
4.1 Natursteinmauerwerk .................................................................................. 16
4.1.1
Allgemein ..................................................................................................... 16
III

Inhaltsverzeichnis
4.1.2
4.1.3
Mauerwerksarten ......................................................................................... 16
Mauerwerksverbände .................................................................................. 18
4.2 Ziegelmauerwerk ......................................................................................... 23
4.2.1
4.2.2
4.2.3
Allgemein ..................................................................................................... 23
Mauerwerksverbände .................................................................................. 24
Steinformate ................................................................................................ 25
4.3 Lehmmauerwerk .......................................................................................... 27
4.4 Wandaufbau im Alten Seminar, Grimma ..................................................... 27
4.5 Mauerwerk im Bereich der Gründung .......................................................... 28
5
Mauerwerksschäden .................................................................................... 30
5.1 Allgemein ..................................................................................................... 30
5.2 Rissschäden ................................................................................................ 31
5.3 Feuchtigkeitsschäden .................................................................................. 32
5.4 Biologisch bedingte Schäden ...................................................................... 33
5.5 Chemisch bedingte Schäden ....................................................................... 33
5.6 Mauerwerksschäden am Alten Seminar ...................................................... 34
6
Tragverhalten von historischen Mauerwerk .............................................. 36
6.1 Allgemein ..................................................................................................... 36
6.2 Grundsätzliche Versagensmechanismen von mineralischen Baustoffen .... 38
6.3 Trag- & Versagensmechanismen einfacher Mauerwerksstrukturen ............ 40
6.3.1
Trag- & Versagensmechanismen unter Druckbeanspruchung .................... 40
6.3.1.1Spannungsdehnungslinie ............................................................................ 41
6.3.1.2 Einachsige Druckbeanspruchung (in der Lagerfuge) .................................. 43
6.3.1.3 Einachsige Druckbeanspruchung (in der Stoßfuge) ................................... 49
6.3.2
6.3.3
6.3.4
Trag- & Versagensmechanismen unter Zugbeanspruchung ........................ 50
Trag- & Versagensmechanismen unter Schubbeanspruchung .................... 51
Trag- & Versagensmechanismen unter Biegung mit Normalkraft ................ 53
6.4 Trag- & Versagensmechanismen mehrschaliger Mauerwerksstrukturen .... 53
6.4.1
6.4.2
Verbundmodell der Schalenfuge .................................................................. 55
Tragverhalten im Lasteinleitungsbereich ..................................................... 56
IV

Inhaltsverzeichnis
6.4.3
Trag- & Versagensmechanismen unter Biegung mit Normalkraft ................ 59
7
Bemessung von historischem Mauerwerk ................................................ 66
7.1 Hinweise zur Bemessung ............................................................................ 66
7.2 Bemessung von Ziegelmauerwerk .............................................................. 66
7.2.1
7.2.2
Bemessung von Ziegelmauerwerk unter Druckbeanspruchung ................... 67
Bemessung von Ziegelmauerwerk nach EC 6 ............................................. 68
7.3 Bemessungsansätze von Natursteinmauerwerk unter Verwendung von
Bruchmodellen ............................................................................................ 68
7.3.1
7.3.2
7.3.3
7.3.4
7.3.5
Bruchmodell nach Mann .............................................................................. 69
Bruchmodell nach Hilsdorf ........................................................................... 70
Bruchmodell nach Pöschel/Sabha ............................................................... 72
Bruchmodell nach Ebner .............................................................................. 74
Bruchmodell nach Berndt ............................................................................. 75
8
Anwendung am Beispiel: Altes Seminar ................................................... 77
8.1 Materialprüfung ........................................................................................... 77
8.1.1
8.1.2
8.1.3
Ergebnisse Mauerwerksgutachten ............................................................... 77
Ergebnisse weiterer Druckversuche ............................................................ 78
Auswertung der Prüfkörper .......................................................................... 79
8.2 Bemessung ................................................................................................. 83
8.2.1
8.2.2
8.2.3
Mauerwerksstruktur ..................................................................................... 83
Äußere Schale: Natursteinmauerwerk ......................................................... 86
Innere Schale: Ziegelmauerwerk ................................................................. 90
8.3 Zusammenfassung und Beurteilung der Berechnungsergebnisse .............. 91
9
Zusammenfassung ...................................................................................... 93
Literaturverzeichnis ............................................................................................... 96
Anhangsverzeichnis ............................................................................................... 99
V

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Altes Seminar: Grundriss, Ansichten, Schnitt ..................................... 3
Abbildung 2: Auszug aus der Liegenschaftskarte (Gemarkung: Grimma) ............... 4
Abbildung 3: Spannungs-Dehnungsverlauf einer Natursteinprobe .......................... 8
Abbildung 4: Verformungs- bzw. Bruchbilder im Druckversuch ............................. 10
Abbildung 5: Spannungs-Dehnungsverlauf einer Ziegelsteinprobe ....................... 12
Abbildung 6: Spannungs-Dehnungslinie von Kalkmörtel ....................................... 14
Abbildung 7: SDL eines historischen und eines modernen Kalkmörtels ................ 14
Abbildung 8: Trockenmauerwerk ........................................................................... 17
Abbildung 9: Trockenmauer ................................................................................... 17
Abbildung 10: Mehrschalige Mauerquerschnitte ...................................................... 18
Abbildung 11: Steinbearbeitungsstufen und Natursteinverbände ............................ 19
Abbildung 12: Findlingsmauerwerk .......................................................................... 19
Abbildung 13: Zyklopenmauerwerk ......................................................................... 20
Abbildung 14: Polygonalmauerwerk ........................................................................ 20
Abbildung 15: Orthogonale Mauerwerksverbände ................................................... 21
Abbildung 16: Römisches Ziegelmauerwerk............................................................ 23
Abbildung 17: Zweischaliges Mauerwerk im Alten Seminar .................................... 28
Abbildung 18: Mauerwerk im Bereich der Gründung ............................................... 29
Abbildung 19: Fassadenansicht: Rissschäden ........................................................ 35
Abbildung 20: Einaxiales Spannungs-Dehnungs-Diagramm von Beton .................. 39
Abbildung 21: Biaxiale Versagenkurve .................................................................... 39
Abbildung 22: Hauptspannungslinien im Kugelmodell ............................................. 40
Abbildung 23: SDL eines Sandsteines und eines historischen Kalkmörtels unter
DDruckbeanspruchung ........................................................................ 41
Abbildung 24: SDL von druckbeanspruchten Mauerwerk nach Jäger ..................... 43
Abbildung 25: Querverformung Mauerwerk ............................................................. 44
Abbildung 26: Mauerwerk unter Druckbeanspruchung ............................................ 45
Abbildung 27: Steinquerzugspannung aus behinderter Querdehnung .................... 45
Abbildung 28: Stabwerksmodell bei ausgebrochener Lagerfuge ............................. 47
Abbildung 29: Exemplarischer Trajektorienverlauf im Bruchsteinmauerwerk .......... 48
Abbildung 30: Druckspannungsverteilung in Abhängigkeit der Belastungsrichtung 50
Abbildung 31: Versagensformen zugbeanspruchten Mauerwerks - parallel zur
xILagerfuge ......................................................................................... 51
Abbildung 32: Versagensformen zugbeanspruchten Mauerwerks - senkrecht zur
diLagerfuge ......................................................................................... 51
Abbildung 33: Schubeinfluss nach DIN 1053 ........................................................... 52
Abbildung 34: Versagensformen schubbeanspruchten Mauerwerks ....................... 52
VI

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abbildung 35: Grenzdehnungs- und Spannungszustände am einschaligem
fgMauerwerk ........................................................................................ 53
Abbildung 36: Interaktionslinie (einschaliges Mauerwerk) mit rechteckigem
kiQuerschnitt unter Biegung mit Normalkraft ....................................... 53
Abbildung 37: Belastungsmodell mehrschaliges Mauerwerk ................................... 54
Abbildung 38: Geometrisches Modell eines Schalenverbundes .............................. 56
Abbildung 39: Tragverhalten im Lasteinleitungsbereich .......................................... 57
Abbildung 40: Spannungszustand bei Lasteinleitung in die mittlere
hiZwischenraumschale ........................................................................ 58
Abbildung 41: Spannungszustand bei Lasteinleitung in die äußeren Wetterschale. 59
Abbildung 42: Interaktionslinie in Abhängigkeit der Schalenfestigkeit ..................... 61
Abbildung 43: Tragverhalten mit einer nichtkohäsiven Innenschale ........................ 62
Abbildung 44: Inneren Kräfte einer nichtkohäsiven Innenschale ............................. 63
Abbildung 45: Tragverhalten im verschieblichem Schalenverbund ......................... 64
Abbildung 46: Lastabtragungsmodell im Schalenverbund ....................................... 65
Abbildung 47: Allgemeines Bruchbild Steinwürfel .................................................... 66
Abbildung 48: Spannungsverteilung nach Hilsdorf .................................................. 70
Abbildung 49: Bruchkurve für zentrische Druckbeanspruchung nach Hilsdorf ........ 71
Abbildung 50: Bruchkurve und Bruchkriterium für zentrische Druckbeanspruchung 73
Abbildung 51: Graphische Darstellung der Versuchsergebnisse ............................. 78
Abbildung 52: Definition des 5%-Quantil-Wertes einer Verteilungsfunktion ............ 79
Abbildung 53: Graphische Darstellung Steindruckfestigkeiten : Ziegel .................... 81
Abbildung 54: Graphische Darstellung Steindruckfestigkeiten : Naturstein ............. 82
Abbildung 55: Detailaufnahme der Außenwand (äußere Schale) ............................ 84
Abbildung 56: Detailaufnahme der Außenwand (innere Schale) ............................. 85
Abbildung 57: Repräsentative Mauerwerkssondierung ........................................... 86
Abbildung 58: Darstellung der Parameter nach DIN 1053-1, Tab. 13 ...................... 88
VII

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Bautechnisch bedeutende Gesteine ........................................................ 7
Tabelle 2: Mechanische Eigenschaften ausgewählter Natursteine ........................... 9
Tabelle 3: Anforderungen an Verbandsarten nach DIN EN 1996-1-1/NA ............... 22
Tabelle 4: Mittelalterliche Klosterformate ................................................................ 26
Tabelle 5: Spannungszustand und Charakteristisches Mauerwerksversagen ........ 31
Tabelle 6: Vergleich ausgewählter Parameter ........................................................ 37
Tabelle 7: Rechenfestigkeit und Grundwert der zul. Druckspannung in
hhhhAbhängigkeit der Mauerwerksnennfestigkeit ................................... 67
Tabelle 8:Ergebnisse Steindruckfestigkeit – Ziegel ............................................... 80
Tabelle 9: Werte für charakteristische Werte (5%-Fraktile) ............................... 82
Tabelle 10: Ergebnisse Steindruckfestigkeit – Naturstein ......................................... 82
Tabelle 11: Mauerwerksnennfestigkeit ............................................................... 87
VIII

Gleichungsverzeichnis
Gleichungsverzeichnis
(3-1) E-Modul Mörtel ............................................................................................... 15
(6-1) Steifigkeit von Mörtel und Stein ...................................................................... 42
(6-2) E-Modul Mauerwerk ....................................................................................... 42
(6-3) Hooke´sche Gesetz ........................................................................................ 42
(6-4) Steinquerzugspannung .................................................................................. 46
(6-5) Neigung der Druckkraft ................................................................................. 48
(6-6) Allgemeine Gleichung der Zugkraft ................................................................ 48
(6-7) Spannungsbelastung (1)................................................................................ 48
(6-8) Spannungsbelastung (2)................................................................................ 48
(6-9) Querzugspannung im Stein ............................................................................ 48
(6-10) E-Modul für Ziegelmauerwerk ........................................................................ 55
(6-11) E-Modul für eine kohäsive Innenschale ......................................................... 55
(6-12) Schubbeanspruchung der Schalenfuge ......................................................... 56
(6-13) Lasteinleitungslänge (allgemein).................................................................... 59
(6-14) Lasteinleitungslänge (der Zwischenraumschale) ........................................... 59
(6-15) Vereinfachten Berechnung der Schubspannung ............................................ 61
(6-16) Belastung der mittleren Zwischenraumschale (v) .......................................... 64
(6-17) Belastung der mittleren Zwischenraumschale (h) .......................................... 64
(6-18) Bruchmoment ................................................................................................. 65
(6-19) Allgemeine Gleichung der Schubspannung (v) .............................................. 65
(6-20) Allgemeine Gleichung der Normalspannung .................................................. 65
(6-21) Allgemeine Gleichung der Schubspannung ................................................... 65
(7-1) Rechenfestigkeit ............................................................................................ 67
(7-2) Charakteristische Druckfestigkeit nach SCHUBERT...................................... 68
(7-3) Mittlere Druckfestigkeit nach EC 6 ................................................................. 68
(7-4) Druckfestigkeit nach MANN ........................................................................... 69
(7-5) Querspannung im Stein ................................................................................. 71
(7-6) Querspannung im Mörtel ................................................................................ 71
(7-7) Bedingung zur vereinfachten Berechnung ..................................................... 71
(7-8) Horizontalspannung in Stein .......................................................................... 71
(7-9) Mauerwerksdruckfestigkeit nach PÖSCHEL/SABHA ..................................... 73
(7-10) Mauerwerksdruckfestigkeit nach EBNER ...................................................... 74
(7-11) Mauerwerksdruckfestigkeit nach BERNDT .................................................... 75
(8-1) Mittelwert (Ziegelsteinproben)........................................................................ 81
(8-2) Streuung (Ziegelsteinproben)......................................................................... 81
(8-3) Standartabweichung (Ziegelsteinproben) ...................................................... 81
(8-4) Variationskoeffizient (Ziegelsteinproben) ....................................................... 81
(8-5) 5% Quantil- Wert (Ziegelsteinproben)............................................................ 81
IX

Gleichungsverzeichnis
(8-6) Mittelwert (Natursteinproben)......................................................................... 83
(8-7) Streuung (Natursteinproben).......................................................................... 83
(8-8) Standartabweichung (Natursteinproben)........................................................ 83
(8-9) Variationskoeffizient (Natursteinproben) ........................................................ 83
(8-10) 5% Quantil- Wert (Natursteinproben .............................................................. 83
(8-11) Nennfestigkeit (Bruchsteinmauerwerk) .......................................................... 87
(8-12) Charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit nach EC 6 (Bruchstein) .......... 88
(8-13) Verhältnis der Fugenhöhe zur Steinlänge (Bruchsteinmauerwerk) ................ 88
(8-14) Neigung der Lagerfuge (Bruchsteinmauerwerk) ............................................ 88
(8-15) Übertragungsfaktor (Bruchsteinmauerwerk) .................................................. 89
(8-16) Mauerwerksdruckfestigkeit nach MANN (Bruchsteinmauerwerk) .................. 90
(8-17) Nennfestigkeit (Ziegelmauerwerk).................................................................. 90
(8-18) Charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit nach EC 6 (Ziegel) ................. 91
X

Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Große lateinische Buchstaben:
A
A MW
A st
E
EHS
E Mö
E St
F
FE
G
H
M0
MG
Mo
Mö
Mu
N
SDL
St
Fläche
Wandfläche in Grundriss
Steinfläche im Grundriss
E-Modul
Echter Hausschwamm
Mörtel-E-Modul
Stein-E-Modul
Kraft
Finite Elemente
Schubmodul
Horizontalkraft
Momentennullpunkt
Mörtelgruppe
Biegemoment am oberen Rand einer Wand
Mörtel
Biegemoment am unteren Rand einer Wand
vertikal wirkende Normalkraft
Spannungsdehnungslinie
Stein
Kleine lateinische Buchstaben:
c
Kohäsion
d
Wanddicke
d St
Steindicke
e
Lastausmittigkeit
f c
einaxiale Druckfestigkeit
f sz
Spaltzugfestigkeit
f t
einaxiale Zugfestigkeit
h
Wandhöhe
h St
Steinhöhe
t
Dicke der Lagerfuge
Griechische Symbole:
µ Reibbeiwert
µ Mö Mörtel-Querdehnzahl
µ ST Stein-Querdehnzahl
BZ,St Steinbiegezugfestigkeit
D
Druckfestigkeit des Mauerwerks
D,Mö Mörteldruckfestigkeit
D,St
Steindruckfestigkeit
SZ,St Steinspaltzugfestigkeit
Z,St
Steinzugfestigkeit
Dehnungen bzw. Stauchungen
Stabdrehwinkel
0 Grundwert der zulässigen Spannung nach DIN 1053-1
XI

Abkürzungsverzeichnis
I , II , III
v
v,u
Z
A
B
C
D
E
F
F
Hauptspannungen
Vertikalspannung
Bruchspannung
Zugspannung
Querdehnzahl
Ausdehnungsfaktor o. Versagenskennzahl
Relativverschiebung
Dichte
Normalspannung
Schubspannung
Formfunktion
Winkel der inneren Reibung
Kopf- und Fußzeiger:
Mö
Mörteleigenschaft
MW
Mauerwerkseigenschaft
St
Steineigenschaft
x,y,z Eigenschaft in Richtung x, y oder z
XII

Einleitung und Zielsetzung
1 Einleitung und Zielsetzung
Im Rahmen der Sanierung und der Umgestaltung historischer Bausubstanzen ist die
statische Einschätzung historischer Mauerwerke von großer Bedeutung. Besonders
unter der Voraussetzung der für unregelmäßiges Natursteinmauerwerk
unzureichenden Normung. In den heute gültigen Normen sind nur wenige Angaben
zur Ermittlung von historischem Natursteinmauerwerk gegeben. Für künstliches
Mauerwerk hingegen gibt die Norm hinreichend genaue Bemessungsregeln, auf
Grundlage empirischer Auswertungen, welche problemlos auch auf historische
Ziegelmauerwerke übertragen werden können.
Mauerwerk aus Natursteinen variiert in seinem Gefüge teilweise erheblich. Um
objektspezifische Kennwerte, wie Materialeigenschaften, Zustandsmerkmale oder
Geometrie der verwendeten Materialien, richtig bewerten zu können, sind in der
Regel umfangreiche Materialuntersuchungen notwendig. Das Tragverhalten sollte
dabei möglichst realistisch beschrieben werden.
Natursteinmauerwerk weist eine derart große Varianz der Material- und
Strukturparameter auf, dass keine hinreichend genauen, allgemeingültigen Formeln
angegeben werden können.
Die in den Normen enthaltenen Angaben zu regelgerechtem Natursteinmauerwerk
lassen sich üblicherweise nicht ausnahmslos auf historische Bauweisen übertragen.
Aufgrund dessen werden in der Berechnung hohe Sicherheitsfaktoren einbezogen.
Um die Standsicherheit bestehender Mauerwerke besser bewerten zu können, sind
Kenntnisse zum allgemeinen Tragverhalten erforderlich. In der folgenden Arbeit
werden grundlegende Trag- und Versagensmechanismen dargestellt.
Der Einfluss der Mauerwerksinhomogenität auf das Tragverhalten kann mithilfe von
experimentellen Bemessungsansätzen beurteilt werden. Im Folgenden werden einige
wichtige Forschungsergebnisse dargestellt und bewertet.
Der Betrachtung außenvorgelassen ist die Untersuchung der erdberührenden bzw.
erdumschließenden Mauerwerkswände im Gründungsbereich.
Der Diplomarbeit zugrunde liegend ist die Studienarbeit 1 mit dem Titel:
„Bestandsanalyse der historischen Bausubstanz: Altes Seminar Grimma“. Alle
theoretischen Ansätze werden mit objektspezifischen Angaben des Alten Seminars
verglichen.
1 vgl. [18]
1

Einleitung und Zielsetzung
Zielsetzung
Die vorliegende Arbeit „Festigkeitsanalyse ausgewählter Schwerpunkte von
historischem Mauerwerk“ soll einen Beitrag zum Verständnis des Tragverhaltens von
historischem Mauerwerk leisten.
Grundsätzliches Ziel dieser Arbeit ist es, das Tragverhalten und die Versagensmechanismen
von historischem Mauerwerk zu untersuchen, um allgemeingültige
Berechnungsverfahren ableiten zu können. Die grundsätzlichen Trag- und
Versagensmechanismen sollen erkannt und erläutert werden.
Zur Überprüfung der bereits gegebenen Materialkennwerte durch ein Gutachten 2
vom 20.01.2012 wurden weitere Laborversuche hinsichtlich der Druckfestigkeit des
Steinmaterials durchgeführt. Die Ergebnisse der beiden Laborprüfungen sollen als
Grundlage zur Berechnung verschiedener Bemessungsansätze dienen.
Abschließend werden Aussagen zur Bewertung der Bemessungsansätze hinsichtlich
ihrer Aussagequalität getroffen.
2 vgl. [13]
2

Überblick Altes Seminar
2 Überblick Altes Seminar
Das ehemalige Seminargebäude bildet gemeinsam mit der Klosterkirche, den
Gymnasium St. Augustin und dem Schloss die Ufersilhouette Grimmas. Das Alte
Seminar soll zum Zwecke der Erweiterung des benachbarten Gymnasiums St.
Augustin umgebaut werden.
Ansicht West
Ansicht Ost
Ansicht Süd
Grundriss EG
Schnitt A-A
A
A
Abbildung 1 : Altes Seminar: Grundriss, Ansichten, Schnitt
Die erste noch heute teilweise erhaltene Bebauung geht auf das 17. Jahrhundert
zurück und wurde in den folgenden Jahrhunderten mehrmals umgebaut und
erweitert. Die ursprüngliche Bausubstanz stellt vermutlich ein kurfürstliches Kornhaus
dar 3 . Es wird vermutet, dass die Längsmittelwand des vorhandenen Gebäudes in
Teilen der Außenwand des eben erwähnten Kornhauses entspricht.
Zuletzt wurde das Gebäude als Wohnhaus genutzt und steht letztendlich seit einigen
Jahren leer. Durch die mit diesem längeren Leerstand einhergehende mangelnde
Bauunterhaltung weist das Objekt massive Schäden auf.
Das Seminargebäude befindet sich im historischen Stadtzentrum von Grimma, in
direkter Nachbarschaft des ehemaligen Augustinerklosters, dem heutigen
Gymnasium, und der ehemaligen Schlossanlage, unmittelbar am Westufer der
Mulde.
Der Gebäudekomplex besteht aus dem Hauptgebäude, dem zur Mulde hin
gelegenen, bereits abgebrochenen Ostflügel und einem ebenfalls bereits
3
vgl. [25]
3

Überblick Altes Seminar
abgebrochenen Toilettenanbau. Entlang der Klosterstraße befinden sich zu beiden
Seiten des Haupteingangs die sogenannten Kavaliershäuser als auch das
Direktorengebäude. Des Weiteren steht zwischen Seminargebäude und Gymnasium
St. Augustin das derzeit ungenutzte Heizhaus des Gymnasiums. Im Norden grenzt
der Komplex direkt an die später als Etuisfabrik genutzte Schlossanlage an.
Der an der Ostseite angebaute Toilettentrakt wurde bereits abgerissen. Zu den
weiteren Abrissarbeiten gehört der Rückbau des Ostflügels, des Direktorengebäudes
und des ehemaligen Heizhauses.
Kavaliershäuser
Hauptgebäude
Toilettenanbau
Ostflügel
Direktorengebäude
Heizhaus
Abbildung 2 : Auszug aus der Liegenschaftskarte (Gemarkung: Grimma)
(eigene Darstellung in Anlehnung an [1])
In den nachfolgenden Ausführungen wird ausschließlich das Hauptgebäude
betrachtet. Dieses besteht aus zwei Vollgeschossen und einem ausgebauten
Dachgeschoss. Zusätzlich ist das Gebäude teilweise unterkellert.
Der Haupteingang befindet sich zur Straße hin an der Westfassade. Dem Eingang ist
außen eine Freitreppe mit einigen wenigen Stufen vorgelagert. Das Gelände in der
unmittelbaren Umgebung besteht derzeitig umlaufend aus unbefestigtem
Mutterboden. Es wird jedoch vermutet, dass zwischen Straßenzufahrt und
Haupteingang ehemals eine Bepflasterung ausgeführt war. Die Fassaden des
Gebäudes weisen massive Schäden auf. Unter anderem lassen sich im Putz große
Fehlstellen erkennen. Besonders im geländenahen Bereich fehlt der Putz fast
vollständig.
Die Fenstergewände bestehen aus Porphyrtuff. Die unterschiedliche Struktur des
Porphyrs ist ein Hinweis auf den Einbau in unterschiedlichen Zeitepochen. Die
Natursteingewände sind stark verwittert. Neben den starken Gefügeschäden und
dem teilweise deutlichen Substanzverlust sind zusätzlich Rissschäden zu erkennen.
Die Mauerwerksergänzungen an einigen Fenstergewänden und die Überwölbung
waagerechter Stürze sind ein weiterer Hinweis auf die Umbaumaßnahmen der
Vergangenheit.
4

Überblick Altes Seminar
Die Außenwände des Gebäudes bestehen überwiegend aus Bruchsteinmauerwerk
mit partiellen Mauerziegelbereichen. Dieser Wandaufbau setzt sich teilweise bei den
Innenwänden fort. Alle weiteren Innenwände sind vermutlich als gewöhnliches
Ziegelmauerwerk ausgeführt.
Die Decken sind im Keller und Erdgeschoss als Gewölbedecken und in den oberen
Etagen als Holzbalkendecken ausgebildet.
Die Dacheindeckung des Walmdaches besteht aus gebrannten Falzziegeln und
Biberschwänzen. Sie weist massive Fehlstellen auf. Die stärksten Schäden sind an
der Ostseite zu erkennen. Der Dachaufbau wird durch Gauben und Dachfenster
ergänzt. Die Dachentwässerung ist ebenfalls beschädigt. Die Regenrinnen fehlen
teilweise und sind durch Pflanzenbewuchs in ihrer Funktion beeinträchtigt. Somit
erfolgt die Wasserableitung derzeit unkontrolliert.
5

Baustoffe
3 Baustoffe
3.1 Naturstein
Bruchsteine stellen eines der ältesten Baumaterialien dar. Die bei der Herstellung
von Mauern benötigten Steine wurden in der Vergangenheit üblicherweise aus
naheliegenden Steinbrüchen bezogen, in denen sich das Gestein verhältnismäßig
leicht abbauen ließ. So wurde regional über Jahrhunderte überwiegend mit folgenden
Gesteinen gearbeitet: zunächst mit Tuffgestein und weichem Kalkstein, später mit
Sandstein, Syenit, Granit, Quarzit, Diorit, Basalt, Porphyr und Gipsstein 4 .
Um das Verhalten von Natursteinen besser bewerten zu können, ist es notwendig,
grundlegende Gesteinszusammensetzungen zu kennen. Gesteine sind grundsätzlich
feste Bestandteile der Erdkruste, die durch diverse geologische Prozesse, wie etwa
Erkalten und Kristallisieren flüssigen Magmas, Verwitterung, Erosion, Verwerfungen
und Ablagerungen entstanden. Auf diese Weise entstanden im Laufe der
Erdentstehung verschiedenen Gesteinsarten. Allen Gesteinsarten gemeinsam sind
Mineralien als deren Hauptbestandteil. Übliche gesteinsbildende Mineralien sind:
Feldspat, Quarz, Glimmer, Kalkspat, Dolomit, Gips, Anhydrit, Tonmineralien,
Steinsalze, Kalisalze und Graphit 5 . Daraus lassen sich anschließend
charakteristische Kennwerte der Gesteinsarten ableiten. Die für die
Tragwerksplanung wichtigsten Kennwerte sind:
- die Gesteinshärte und
- Dichte,
- die kristalline Form und
- die chemische Zusammensetzung des verwendeten Natursteinmaterials.
Von einem Zusammenspiel dieser Faktoren hängt im Wesentlichen deren spätere
Bewertung der im Bestandsgebäude vorhandenen Gesteine ab, mit dessen Hilfe
eine Festigkeitsanalyse durchgeführt werden kann. Zusätzlich können Rückschlüsse
zu wirkungsvollen, materialspezifischen Instandsetzungsmaßnahmen getroffen
werden.
3.1.1 Einteilung der Natursteine
Alle Gesteine lassen sich hinsichtlich ihrer Entstehung in drei Hauptgruppen
unterteilen.
Zum einen unterscheidet man in Gesteine, die bei der magmatischen Erstarrung der
Erdkruste entstanden. Abhängig von deren individuellen Entstehung unterscheiden
sich diese Gesteine entscheidend in ihrer Struktur und Erscheinungsform.
4 vgl. [26], S.13
5 vgl. [26], S.63
6

Baustoffe
Die durch eine natürliche Verwitterung und anschließende Verfestigung
entstandenen Gesteine werden als Sedimentgestein bezeichnet. Auch diese können
wiederum nach ihren unterschiedlichen Entstehungsmechanismen unterteilt werden.
Letztlich entstanden durch auf das Gestein wirkende Drücke und Temperaturen
sogenannte metamorphe Gesteine. Diese Gesteine, wie etwa Marmor,
Glimmerschiefer, Quarzit und Gneis haben für den Mauerwerksbau lediglich eine
untergeordnete Rolle 6 .
Von bautechnischer Bedeutung sind folgende in der Tabelle 1 aufgeführten
Gesteine.
Magmagestein
Tiefengestein
Ergussgestein
Ganggestein
Sedimentgestein
Klastische Sedimente
Ausfällungsgesteine
metamorphe Gesteine
nach Druck und Temperatur
Granit, Syenit und Diorit
Diabas, Quarzporphyr, Basalt,Trachyt
Granitporphyr, Syenitporphyr, Dioritporphyr
(Bimsgesteine und Tuffe)
Sandstein (Tonschiefer)
Kalkstein
Kristalliner Schiefer, Gneis, Marmor
Tabelle 1 : Bautechnisch bedeutende Gesteine
(eigene Darstellung nach [26], S. 74)
3.1.2 Eigenschaften von Natursteinen
Für die Bewertung der Tragfähigkeit von Natursteinmauerwerk sind folgende
mechanische Eigenschaften der Gesteine von Bedeutung:
- das Elastizitätsmodul ( )
- die Steindruckfestigkeit ( )
- die Steinzugfestigkeit ( ) und
- die Querdehnzahl (A )
In der folgenden Abbildung ist ein exemplarischer Spannungsdehnungsverlauf des
geprüften Natursteinmaterials (vgl. Anhang 3) dargestellt.
6 vgl. [26], S. 74
7

Baustoffe
Abbildung 3: Spannungs-Dehnungsverlauf einer Natursteinprobe
(vgl. Prüfungsergebnisse der Anlage 3)
Je nach Gesteinsart unterscheiden sich diese Parameter mitunter deutlich
voneinander. In der Regel sind die Steineigenschaften stark abhängig von der
Steinzusammensetzung. Besonderen Einfluss haben dabei der Mineralbestand, der
Porenraum und das Korngefüge.
Dabei lässt sich grundsätzlich feststellen, dass mit zunehmendem Porenanteil die
Druckfestigkeit und der E-Modul 7 sinken. Zusätzlich schwächt eine starke Porosität
des Gesteins die Verwitterungsbeständigkeit des Materials, Feuchtigkeit dringt
schneller in das Material ein. Schäden infolge von Wassereinlagerungen können die
Steinsubstanz zusätzlich schwächen.
Das Korngefüge kann in Abhängigkeit der Gesteinsentstehung variieren. Es wird
bestimmt durch die Korngröße, -form, -verteilung und der Kornbindung.
Im Folgenden sind Kenngrößen für die im Alten Seminar verwendeten Gesteine
angegeben.
Um die im Bestand verwendeten Steine nach ihren mechanischen Eigenschaften
einordnen zu können, ist es sinnvoll Gesteinsprüfungen vorzunehmen.
Die Prüfung der Festigkeiten von Natursteinen wird in der Regel nach DIN EN 772-1
durchgeführt.
Die Angabe des E-Moduls erfolgt häufig als Sekantenmodul bei einem Drittel der
Bruchspannung im Spannungsdehnungsdiagramm.
In Tabelle 2 sind Werte für ausgewählte mechanische Eigenschaften einiger
Gesteine dargestellt. Die Werte der Eigenschaften von Natursteinen weisen eine
hohe Streuung auf.
7 Elastizitätsmodul
8

Gesteinsart Druckfestigkeit Mindestdruckfestigkeit
nach DIN 1053
Baustoffe
Elastizitätsmodul
D in [kN/mm 2 ] D in [kN/mm 2 ] E dyn in [kN/mm 2 ]
Granit 80-300 120 35-80
Basalt 160-400 120 50-100
Vulkan, Tuffgestein 5-40 20 4-10
quarzitisch gebundener
Sandstein
60-250 80 10-70
tonig/karbon. Gebundener
Sandstein
15-150 30 5-30
poröser Kalkstein 20-90 20 5-20
dichter Kalkstein, Dolomit 80-90 50 15-80
Gneis 70-260 - 25-80
Marmor 40-300 50 15-80
Tabelle 2 : Mechanische Eigenschaften ausgewählter Natursteine
(eigene Darstellung in Anlehnung an [35])
Einaxiale Festigkeiten [5]
Um die Gesteinsfestigkeiten von Natursteinen im Bestand zu ermitteln, ist es
notwendig, Prüfungen an Probekörpern durchzuführen. Die Probekörper 8 ergeben
sich aus den Entnahmemöglichkeiten am bestehenden Bauwerk.
Aufgrund der sich somit unterschiedlich ergebenden Prüfkörpergeometrien müssen
die Druckfestigkeiten für eine normgerechte Bezugsgröße umgerechnet werden.
Weiterhin ist zu beachten, dass sich bei der Prüfung der Probekörper in den
Kontaktflächen zwischen Gestein und Prüfmaschine eine Behinderung der
Querdehnung einstellt. Der Stein wird in den Auflagerbereichen in einen mehraxialen
Druck-Druck-Druck-Spannungszustand versetzt. Dieser Spannungszustand führt zu
einem Anstieg der Bruchspannung in Abhängigkeit zum Probekörpervolumen.
Generell lässt sich feststellen, dass mit abnehmender Prüfkörperhöhe die zum Bruch
führende Spannung sinkt. Die Druckfestigkeit ist demzufolge anhängig von der
Schlankheit der Prüfkörper. Ein annähernd einaxialer Spannungszustand stellt sich
ab einer Probekörperabmessung von
ein.
Um bei der Prüfung von Natursteinen einen exakteren Wert ermitteln zu können, ist
es vorteilhaft, eine elastische Bettung (Abbildung 4-c ) ) auszubilden. Diese verhindert
weitestgehend die Querdehnungsbehinderung durch die starren Lastplatten.
In Abbildung 4 sind typische Verformungs- bzw. Bruchbilder an Würfelproben
dargestellt. Teilabbildung a), zeigt das Ausbeulen von Prüfkörpern, welche eine
einheitliche Druck- und Zugfestigkeit aufweisen. In der Regel jedoch verhalten sich
8 Entnahme Probekörper vgl. [13] und Anhang 2
9

Baustoffe
Natursteinmaterialien unter Druckbeanspruchung wie in b), und c), dargestellt. In
Teilabbildung b), ist eine drehbehinderte Randlagerung dargestellt.
Abbildung 4:
Verformungs- bzw. Bruchbilder im Druckversuch
([14])
Weiterhin gehören zu den Materialprüfungen die Prüfungen der Spaltzugfestigkeit,
der Biegezugfestigkeit und der Zugfestigkeit. Die Prüfung dieser
Materialeigenschaften wurde nicht vorgenommen. Allgemeine Angaben zur Prüfung
können aus den entsprechenden Normen entnommen werden. Auf eine exakte
Darstellung dieser Prüfverfahren wird im Rahmen dieser Diplomarbeit verzichtet.
3.1.3 Natursteine im Alten Seminar in Grimma
Im Alten Seminar in Grimma wurden durch ein Gutachten 9 vom 20.Januar 2012,
unterschiedliche Natursteinmaterialien festgestellt. Zum einen ließ sich feststellen,
dass alle Fenster- und Türgewände mit Porphyrtuff der Rochlitzer Varietät gefertigt
wurden. Auf eine weitere Ausführung des Natursteinmaterials wird verzichtet, da die
erwähnten Fenster- und Türgewände lediglich als Schmuckelemente dienen. Auf die
Tragfähigkeit des Mauerwerks haben diese keinen Einfluss.
Die im Mauerwerk, besonders im Außenmauerwerk, verbauten Natursteine stellen
Varietäten des Quarzporphyrs dar. Dies ist eine häufig vorkommende Gesteinsart im
sächsischen Raum. Sie zeichnet sich durch eine verhältnismäßig geringe Porosität
des Steingefüges aus. Des Weiteren kann dem Gutachten entnommen werden, dass
die geprüften Gesteinsproben eine verhältnismäßig hohe Dichte von im Mittel 2,4
N/mm 2 und demzufolge eine ebenfalls hohe Festigkeit aufweisen.
Festigkeitseigenschaften von Quarzporphyr
Quarzporphyr ist ein vulkanisches Gestein mit rhyolithischer Zusammensetzung. Als
Hauptbestandteil gilt grundsätzlich Quarz und Orthoklas 10 . Die Orthoklas-Verbindung
beinhaltet in der Regel in deren Grundmasse rötlichen Alkalifeldspat, helle
9 vgl. [13], S. 31ff
10 Orthoklas: ein gesteinsbildendes Mineral aus der Gruppe der Feldspate und der Mineralienklasse
der Silikate.
10

Baustoffe
Plagioklas 11 sowie Muskovit- oder Biotitglimmer. Weiterhin befinden sich häufig feinbis
mittelkörnige kristalline Einsprenglinge, vor allem von Quarz, in der
Gesteinsstruktur.
Quarzporphyr weist ausnahmslos eine dichte rötliche bis bräunliche feinstkörnige
Grundmasse auf.
3.2 Ziegelsteine
Das Rohmaterial eines jeden Ziegels ist Lehm. Lehm besteht grundsätzlich aus
Sand, Ton und Schluff, wobei der Tonanteil maßgeblich auf diverse
Ziegeleigenschaften wirkt.
Zu Beginn der Ziegelherstellung wurden zunächst lediglich luftgetrockneten Ziegel
verwendet. Da diese Steine eine geringe Festigkeit besaßen und zusätzlich durch
den Trocknungsprozess durch entstandene Risse an Festigkeit verloren, wurden
Zusatzstoffe beigemengt. Den Ziegeln wurden dabei meist zusätzliche Anteile von
Sand, pflanzlichen Fasern oder anderen Füllstoffen beigemengt.
Durch das spätere Brennen wird der Stein durch diverse chemische und
physikalische Abläufe in seinem ursprünglichen Gefüge verändert. Der
luftgetrocknete Ziegel gewinnt bei einer Brenntemperatur von etwa 950 bis 1150°C
an Festigkeit. Schon im Mittelalter wurden Zuschläge, wie Sand, Asche oder
Ziegelmehl der Lehmmasse zugefügt, um die Qualität des Endproduktes zu steigern.
Abhängig von Eisen- oder Kalkgehalt des abgebauten Lehmmaterials unterscheiden
sich die Steinfärbungen 12 .
3.2.1 Festigkeitseigenschaften von Ziegelsteinen
Analog zu der Bewertung der Tragfähigkeit von Natursteinmauerwerk können
ebenfalls Ziegel unter folgende mechanische Eigenschaften betrachtet werden:
- das Elastizitätsmodule ( )
- die Steindruckfestigkeit ( )
- die Steinzugfestigkeit ( ) und
- die Querdehnzahl (A )
Generell sind alle Angaben zu den Ziegelmaterialien in den Normen angegeben und
können in der Regel auf im Bestand verwendete Ziegel übertragen werden.
In der folgenden Abbildung ist ein exemplarischer Spannungsdehnungsverlauf des
geprüften Ziegelmaterials (vgl. Anhang 3) dargestellt.
11 Plagioklas: Klassifikation des Feldspates, auch als Kalknatronfeldspate bezeichnet.
12 vgl. [26], S 77 ff.
11

Baustoffe
Abbildung 5: Spannungs-Dehnungsverlauf einer Ziegelsteinprobe
(vgl. Prüfungsergebnisse der Anlage 3)
3.2.2 Ziegel im Alten Seminar in Grimma
Die durch das Gutachten 13 vom 20.Januar 2012 festgestellten Materialkennwerte
sind in folgenden Abschnitten zusammengefasst.
Das entnommene Ziegelmaterial besteht in der Regel aus ortsspezifischen
Lehmanteilen. Die verwendeten Ziegel weisen keine Besonderheiten auf und können
daher nach Eurocode eingeordnet werden.
3.3 Historischer Mauermörtel
3.3.1 Lehm- und Gipsmörtel
Das älteste Bindemittel für Mauermörtel stellt Lehm dar. Des Weiteren wurde Gips
als Bindemittel verwendet. Der abgebrochene Gipsstein wurde gebrannt und
zerkleinert, um anschließend zu Mörtel verarbeitet werden zu können. Im Mittelalter
wurde Gips als Bindemittel jedoch kaum mehr eingesetzt. Beide Bindemittel haben
einen massiven Nachteil; sie sind im besonderen Maße feuchtigkeitsempfindlich.
Generell lassen sich historische Mörtel in Mörtelgruppen nach DIN 1053-1 14 einteilen.
In der Regel erreichen historische Mörtel aufgrund deren geringen Festigkeiten
lediglich die Mörtelgruppe I. An Mörtelgruppe I werden nach Norm keinerlei
Anforderungen gestellt.
13 vgl. [13], S 30 ff.
14 vgl. [4]
12

Baustoffe
3.3.2 Kalkmörtel
Seit ca. 1000 v.Chr. begann der Einsatz von Kalk als Bindemittel. Historische
Kalkmörtel sind in der Regel Mörtel einer weichen Substanz. Der benötigte Kalk
wurde in Form von Kalkstein, Dolomit oder Kalkmergel in den jeweiligen
Steinbrüchen abgebrochen. Anschließend wurde das Gestein, zerkleinert, gebrannt
und abgelöscht. Die dabei entstandene teigähnliche Suspension, der Sumpfkalk,
wurde anschließend mit feinkörnigem Sand zu Mörtel vermengt. Im Mittelalter wurde
der Kalk lediglich trockengelöscht. Hydraulische Kalke enthalten Bestandteile, die im
Zusammenspiel mit Wasser zementähnlich aushärten. Um eine Verbesserung der
Festigkeit und der Feuchtigkeitsbeständigkeit zu bewirken, wurden hydraulische
Faktoren wie vulkanische Aschen (Puzzolanerde, Trass; Santorinerde) oder
Ziegelmehl oder Kalke mit hohem Kalziumaluminatanteil zugegeben. 15 Zudem
wurden häufig organische Zusätze verwendet, wie etwa Eier, Essig, Wein, Butter,
Milch oder Quark. Die eben erwähnten organischen Zusätze sollten den Kalkmörtel
in seinen Eigenschaften hinsichtlich der Plastizität des feuchten Materials und der
späteren Wetterfestigkeit verbessern.
3.3.3 Festigkeitseigenschaften historischer Kalkmörtel
Historische Kalkmörtel wurden in der Regel mit einem Trockenlöschverfahren
hergestellt. Dieses Herstellungsverfahren und ein meist unvollständiger
Brennvorgang führen in der Mörtelstruktur zu Klümpchen mit ungebrannten
Kalkresten. Diese meist rundlichen Einschlüsse reduzieren das
Kapillarporenvolumen und die Schwindneigung der Mörtelstruktur.
Generell lässt sich feststellen, dass die Druckfestigkeit des Mörtels abhängig von
dem Bindemittel, dem Mischungsverhältnis und der Porosität ist. Im Allgemeinen
steigt die Druckfestigkeit mit Zunahme der hydraulischen Anteile. Gleichzeitig steigt
der Elastizitätsmodul und die Duktilität sinkt. Wie schon in den beiden
vorangegangenen Kapiteln erläutert, lässt sich die Tragfähigkeit über die zuvor
erwähnten Eigenschaften bestimmen. Aufgrund der stark variierenden
Mörtelzusammensetzungen können keine einheitlichen Eigenschaftsangaben
getroffen werden. Eine umfangreiche Zusammenstellung von Untersuchungsergebnissen
an historischen Mauermörtel ist in [3] dargestellt.
In Abhängigkeit der gewählten Prüfmethode und des Prüfalters werden
unterschiedliche Bewertungen vorgenommen. Im Folgenden werden Spannungs-
Dehnungslinien von Kalkmörteln dargestellt.
15 vgl. [26], S. 83 ff.
13

Baustoffe
Abbildung 6:
Spannungs-Dehnungslinie von Kalkmörtel
([16])
Weitere Untersuchungen 16 von Kalkmörtel in Bruchsteinmauerwerk ergaben
Gesamtporositäten von 30 bis 45%. Dieser Wert liegt etwas über den heutigen
Kalkzement- und Zementmörteln. Es ergab sich eine Kapillarporosität von 70-90%
des Porenvolumens (heutiger Kalkzementmörtel = 50% des Porenvolumens).
Im Vergleich zu modernen Kalkzementmörteln kann folgende, in Abbildung 7
dargestellte allgemeine Annahme getroffen werden. Historischer Kalkmörtel weist
eine wesentlich weichere Struktur als heutige Mörtel auf. In der Regel erreicht reiner
Luftkalk eine Druckfestigkeit von 0,1-2 N/mm 2 .
Abbildung 7:
SDL eines historischen und eines modernen Kalkmörtels
(eigene Darstellung in Anlehnung an [35])
16 vgl. Untersuchungsergebnisse nach [35] / [12]
14

Baustoffe
Mörtel weist einen funktionalen Zusammenhang zwischen E-Modul und
Druckfestigkeit auf. Die Literatur gibt Gleichungen zur Berechnung des E-Modules
von Mörtel an.
Eine wesentliche Gleichung, die auf historischen Mörtel übertragen werden kann,
gibt HUSTER in [19] an. Sie basiert auf einem Regressionsansatz der
Untersuchungsergebnisse. Die Gleichung wurde für Mörtel alle Mörtelgruppen
entwickelt.
0,73
(3-1)
mit:
Mörteldruckfestigkeit in [N/mm 2 ]
3.3.4 Zementmörtel
Durch diverse Weiterentwicklungen wurde Ende des 18. Jahrhunderts der
Portlandzement entwickelt. Der Zementmörtel ist ein Gemisch aus Kalkmergel und
Ton, welches bis zur Sintergrenze gebrannt und anschließend gemahlen wird.
Diese Art von Mörtel wurde im Alten Seminar nicht verwendet. Aufgrund dessen wird
auf eine weitere Betrachtung nicht eingegangen.
3.3.5 Mauermörtel im Alten Seminar in Grimma
Im Alten Seminargebäude Grimma wurde überwiegend Kalkmörtel verwendet. Es
wurde ein Kalkmörtel mit geringen hydraulischen Anteilen verwendet. Dieser Mörtel
kann nach heutiger Norm als Mörtel der Mörtelgruppe I mit geringer Festigkeit
eingestuft werden. Das Mischungsverhältnis des vorgefundenen Mörtels kann laut
Gutachten 17 mit 1:4 oder 1:8 angegeben werden. Bei den Zuschlägen der Kalkmörtel
handelt es sich im Wesentlichen um Quarzsand mit einer Körnung von 0,2 bis 2 mm.
Des Weiteren ergaben die Mauerwerksuntersuchungen, dass besonders im
Obergeschoss Mörtel mit hohen Lehmanteilen verwendet wurde. Die Quer- und
Längswände sowie Teile der westlichen Außenwand weisen einen Lehmmörtel mit
geringen Kalkanteilen auf. Die Mörtelstruktur ist durchgängig gelockert. Für den
Lehmmörtel kann keine Angabe zur zulässigen Spannung gegeben werden.
17 vgl. [13], Mörteluntersuchug
15

Historische Wandbauweisen
4 Historische Wandbauweisen
4.1 Natursteinmauerwerk
4.1.1 Allgemein
Schon früh begannen Menschen, den überaus stabilen Baustoff in zunächst sehr
großen Steinblöcken lose übereinander zu schichten. Dabei entwickelten sich im
Laufe der Zeit zahlreiche Mauerwerksarten. Diese sind im Wesentlichen: das
Trocken-, Zyklopen- und Bruchsteinmauerwerk sowie diverse Schichten- und
Quadermauerwerke. Parallel zu den Entwicklungen der Mauerwerksarten,
entstanden zu jedem Mauerwerksverband unterschiedliche Regeln entsprechend der
Steinschichtung, der Gesteinsbearbeitung und der allgemeinen Gestaltung.
Bei der Verwendung des natürlichen Gesteins als Mauerwerk ist auf folgende
grundsätzliche Gesteinsmerkmale zu achten.
Von zentraler Bedeutung ist dabei die Gesteinsstruktur. Fehlstellen, Einschlüsse und
Ablagerungen im Gestein mindern verhältnismäßig stark die Festigkeit des
betreffenden Gesteins. So zum Beispiel sollten Steine mit einer lagenhaften Struktur,
wie etwa Sedimentgesteine, vermieden werden oder auf eine rechtwinklig zum Stein
treffende Lastrichtung geachtet werden. Bei einem fehlerhaften Einbau des
erwähnten Gesteins und folglich einer Belastung parallel zur Schichtlage sind
Abspaltungen zu erwarten. Generell sollten alle Steine des Mauerwerks analog ihrer
natürlichen Schichtung eingebaut werden.
Des Weiteren ist bei frei bewittertem Mauerwerk auf eine ausreichende
Witterungsbeständigkeit zu achten. Gerade kalkhaltige Gesteine weisen ein hohes
chemisches Reaktionspotenzial mit im Niederschlagswasser gebundenem
Kohlendioxid und Schwefeldioxid auf.
Durch die Natürlichkeit des Materials sind alle Steinabmessungen abhängig von der
materialspezifischen Spaltbarkeit des Gesteins. Die auf aktueller Normung
basierenden groben Regeln der Steinabmessungen lauten wie folgt: „Die
Steinlängen sollen das Vier- bis Fünffache der Steinhöhen nicht über- und die
Steinhöhe nicht unterschreiten“ 18 .
4.1.2 Mauerwerksarten
Eine der ältesten Mauerwerkstechniken stellt das Trockenmauerwerk 19 dar.
Trockenmauern werden aus übereinandergeschichteten, meist plattenförmigen
Gesteinen, ohne Verwendung von Bindemittel hergestellt. Die Steine wurden so
18 vgl. [4], S, 26
19 vgl. [14], S. 54 und [9], L.4.5
16

Historische
Wandbauweisen
angeordnet, dass ein möglichst geringer Fugen- und Hohlraumanteil entstand.
Unvermeidbare Hohlräume
wurden mit kleineren sogenannten
Zwickelsteinen
verfüllt. Nach heutigen Normungen dürfen Trockenmauerwerke lediglich für
Schwergewichtsmauerwerke, wie etwa Stützmauern, verwendet werden.
Abbildung 8 : Trockenmauerwerk
([4], S. 26)
Abbildung 9 : Trockenmauer
([32], S.189ff)
Weiterhin ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, dass historische Mauerwerke
in der Regel stark variierende Gefügestrukturen aufweisen.
Historische Mauerwerke verfügen häufig über Wandstärken bis etwa 2,0 Meter. Da
es bei diesen Abmessungen kaum möglich ist einen über den gesamten Querschnitt
durchgängigen Mauerwerksverband herzustellen, wurden häufig mehrschalige
Mauerwerke errichtet.
Lediglich bei regellosem Bruchsteinmauerwerk kann von einem annähernd
homogenen Verbund des Wandquerschnittes ausgegangen werden. Dieser Verbund
resultiert aus der Unregelmäßigkeit der Steinabmessungen, welche e eine Verzahnung
der einzelnen Steinelemente über den gesamten Mauerwerksquerschnitt erzeugt. In
diesem Fall kann von einem einschaligen Mauerquerschnitt
(Abbildung 10)
ausgegangen werden.
Im Allgemeinen wird mehrschaliges Mauerwerk durch einen Wechsel der
Gefügestruktur innerhalb des Mauerwerkquerschnittes charakterisiert. In Kapitel zwei
werden geschichtlich geprägt Schalengefüge dargestellt. Grundsätzlich können
folgende Mauerwerksstrukturen unterschieden werden.
17

Historische Wandbauweisen
Zweischaliges Mauerwerk (Abbildung 10) besteht in der Regel aus einer äußeren,
bearbeiteten Schale und einer inneren, unbearbeiteten Schale. Während die äußere
Schale für gewöhnlich verhältnismäßig schmal ausgeführt wurde, kann die innere
Schale Querschnittsabmessungen von bis zu 1,5 m aufweisen. Eine häufige
Verwendung fand diese Mauerwerksart im Mittelalter. Eine weitere Variante von
zweischaligem Mauerwerk stellt das sogenannte Mischmauerwerk dar. Es wurde mit
einer inneren Ziegelsteinschale und einer äußeren repräsentativen Natursteinschale
ausgeführt.
Dreischalige Mauerwerksstrukturen (Abbildung 10) wurden hauptsächlich bei
Natursteinmauerwerk angewandt. Die beiden äußeren Schalen wurden überwiegend
aus Werksteinen hergestellt. Die sich dazwischen befindende Zwischenschale wurde
entweder mit Bruchmaterial mit oder ohne Vermörtelung oder als Hohlraum
ausgebildet. Die folgende Abbildung zeigt schematische Darstellungen
mehrschaliger Mauerquerschnitte.
einschaliges Mauerwerks Zweischaliges Mauerwerk Dreischaliges Mauerwerk
Abbildung 10 : Mehrschalige Mauerquerschnitte
([32], S.189 ff)
4.1.3 Mauerwerksverbände
Die Verwendung eines Natursteinverbandes ist abhängig von der Qualität der
Steinbearbeitung, welche maßgeblich für die Festigkeit und Verformung des
Mauerwerks verantwortlich ist. Es werden drei Steinbearbeitungsqualitäten
unterschieden, der unbearbeitete Bruchstein, der spaltraue Hausstein und der
maßgenau behauene Werkstein (Abbildung 11). In diesem Zusammenhang ist zu
beachten, dass Bruchsteinmauerwerk einen Mörtelanteil in regellosen Verband von
bis zu 30% aufweist. Bei der Verarbeitung von Haussteinen ist der Mörtelanteil durch
eine durchschnittliche Fugenhöhe von 1,5cm geringer. Bei Werksteinmauerwerken
können Fugenhöhen von 0,5 bis 1,0cm erreicht werden 20 .
20 vgl. [35]
18

Historische Wandbauweisen
Abbildung 11: Steinbearbeitungsstufen und Natursteinverbände
([35])
Zu Beginn des Mauerwerkbaues in vorchristlichen Zeitepochen wurde überwiegend
Zyklopen- und Polygonalmauerwerk errichtet. Alle in dieser Zeit errichteten
Mauerwerke wurden als Trockenmauerwerk in einer zweischaligen Bauweise, mit
einer Zwischenraumverfüllung aus kleinerem Gesteinsmaterial und Erde errichtet.
Anfangs begann man lediglich, große polygonale Findlinge aufeinanderzuschichten.
Das sogenannte Findlingsmauerwerk 21 zeichnet sich durch die Verwendung
unbearbeiteter oder sehr gering bearbeiteter Steine aus (Abbildung 12).
Abbildung 12: Findlingsmauerwerk
(eigene Darstellung in Anlehnung [9], S. 56)
Mit der stetigen Entwicklung von Werkzeugen konnten schließlich Steine aus der
Erdkruste herausgebrochen und bearbeitet werden. Die beim Bruchstein-
Zyklopenmauerwerk verwendeten bruchrauen Steine wurden wiederum ohne
Verwendung von Mörtel oder mörtelähnlichen Substanzen aufeinandergeschichtet.
Das Zyklopenmauerwerk 22 zeichnet sich generell durch seine unregelmäßigen,
über- bzw. nebeneinander geschichteten, zumeist riesigen, vieleckigen
Gesteinsblöcke aus (Abbildung 13). Diese wurden nach ihrer ungefähren
Passgenauigkeit übereinandergestapelt. Dabei entstehende Unregelmäßigkeiten des
Mauerverbandes wurden durch zunächst kleinere Blöcke ausgeglichen.
21 vgl. [9], S. 56
22 vgl. [9], S. 56 und [26], S.12ff
19

Historische Wandbauweisen
Abschließend wurden alle noch übrigen Fehlstellen mit sogenannten Zwickelsteinen
verfüllt. Teilweise wurden die Fugen zusätzlich mit Erde oder Lehm verfüllt.
Abbildung 13:
Zyklopenmauerwerk
(eigene Darstellung in Anlehnung [9], S. 56)
Eine technische und ästhetische Weiterentwicklung stellt das
Polygonalmauerwerk 23 dar. Hierbei wurden die Gesteinsblöcke grob bearbeitet,
indem die Stoßflächen aneinander angeglichen wurden. Schräge Stoßfugen wurden
nicht mehr willkürlich, sondern nun aus ästhetischen Gründen radial um besonders
große, zentral liegende Blöcke angeordnet. Die dadurch entstehende zusätzliche
Verspannung der Steine gewährleistete eine höhere Festigkeit.
Abbildung 14: Polygonalmauerwerk
(eigene Darstellung in Anlehnung [9], S. 56)
Nach Beendigung der ersten frühen Zeitepochen schuf die Griechisch-Römische
Antike eine bautechnische Hochkultur. Viele der damaligen Mauerwerkstechniken
werden bis heute praktiziert.
Besonderer technischer und ästhetischer Wert wurde auf sakrale Bauten gelegt. So
wurden beispielsweise in Marmorblöcke, die ohne Mörtel knirsch aufeinander gesetzt
werden sollten, Eisenklammern und Bleidübel eingelassen. Es wurde jetzt Wert auf
winkelgerechte, sauber behauene Steine gelegt. Zudem verkleinerte sich das
Steinformat aus ökonomischen Gründen. Zusätzlich erkannte man, dass das
Mauerwerk, wenn es in den einzelnen Schichten mit versetzten Stoßfugen errichtet
wurde, eine höhere Verbundwirkung erreichte. Das Schichten- und
Quadermauerwerk entstand.
23 vgl. [9], S. 56 und [1], S.12ff
20

Historische Wandbauweisen
Bruchstein-
Unregelmäßiges
Regelmäßiges
Quadermauerwerk
Schichtenmauerwerk
Schichtenmauerwerk
Schichtenmauerwerk
Abbildung 15: Orthogonale Mauerwerksverbände
([4], S. 26)
Des Weiteren wurde nun, zunächst lediglich für profane Bauten, Kalk- oder
Lehmmörtel zur Steinstabilisierung benutzt. Zusätzlich wurden Verbesserungen an
der immer noch sehr beliebten zweischalige Mauerwerkstechnik vorgenommen. Man
erkannte sehr schnell, dass die Verfüllung des Zwischenraums mit losen Materialien
zu Ausbauchungen führte. Die Römer entwickelten zwei wesentliche Lösungen. Zum
einen wurden die beiden Mauerwerksschalen durch den Querschnitt übergreifende
Steine miteinander verbunden. Eine weitere Technik bestand darin, zwischen den
beiden Schalen einen in sich stabilen Kern auszubilden. Für dessen Umsetzung
wurden kleinere Steine oder Ziegel mit Mörtel zu einer annähernd homogenen
Masse verbunden und in den Zwischenraum gefüllt. Bei sehr hohen Mauern wurden
in gewissen Abständen Schichten aus Ziegelsteinen oder Eichenholzbalken ähnlich
eines Fachwerkes eingebaut. Dies bewirkte eine höhere Tragfähigkeit. Durch die
zunehmende Verwendung von Mörtel wurde auch dieser weiter entwickelt. Es
entstand ein Kalkmörtel mit hydraulischen Zusätzen, welcher eine betonähnliche
Struktur aufwies. In den Eckbereichen wurden meist große Werksteinblöcke
angeordnet.
Alle weiteren Epochen nutzten lediglich die Technologien der vorangegangenen
Antike. In den folgenden mittelalterlichen Stilepochen wurden kaum Neuerungen
entwickelt. Zweischaliges Mauerwerk mit Kalkmörtel wurde bevorzugt errichtet.
Durch einen zunehmenden Steinmangel wurden zunächst die Steinformate weiter
gemindert, bis schließlich Schichthöhen von 10- 18cm 24 erreicht wurden. Weitere
Einsparungsmaßnahmen bestanden aus dem Verbau ungeeigneten
Natursteinmaterials, Einlagen loser Schüttmassen als Füllmaterial von zweischaligen
Mauerwerken und schließlich der Errichtung eines Mischmauerwerks.
Das in der Renaissance entstandene Mischmauerwerk wurde mit einer Außen- und
einer Innenschale ausgeführt. Die äußere Mauerwerksschale wurde aus Werksteinen
ausgebildet. Die inneren Schalen jedoch galten als untergeordnete Wandflächen und
wurden daher analog des Füllmauerwerks aus Backsteinen gefertigt. In den
24 vgl. [26], S.29
21

Historische Wandbauweisen
anschließenden Zeitepochen wurden Natursteine nur noch als Schmuckelemente an
Fassaden verwendet.
Nach dem heutigen Stand der Technik werden folgende grundsätzliche
Anforderungen an Naturstein-Mauerwerksverbände nach DIN 1053-1 gestellt 25 .
Zum einen sind mehr als drei zusammenlaufende Fugen an den außen liegenden
Flächen des Mauerwerks zu vermeiden. Des Weiteren sollten Stoßfugen, die durch
mehr als zwei Schichtdicken führen, ausgeschlossen werden. Eine wechselnde
Binder- und Läuferschicht oder jedoch mindestens nach zwei Läuferformaten sollte
ein Binderformat folgen. In den Eckbereichen sollten besonders große Steine
angeordnet werden. Abschließend werden Anforderungen an Überdeckungen von
Stoßfugen und grobe Angaben zu Steinabmessungen gegeben.
Zusätzlich zu diesen in der alten Norm festgehaltenen Mauerwerksregeln, ist in der
gültigen Norm (DIN EN 1996-1) folgende Tabelle gegeben.
Tabelle 3 : Anforderungen an Verbandsarten nach DIN EN 1996-1-1/NA
([9], S.55)
25 vgl. [4], S. 26
22

Historische
Wandbauweisen
4.2 Ziegelmauerwerk
4.2.1 Allgemein
Um historisches Ziegelmauerwerk richtig bewerten zu können, ist es notwendig,
Kenntnisse über historische Herstellungstechnologien 26 zu besitzen, da diese
Einfluss auf die Tragfähigkeit besitzen.
Die ersten Entwicklungen n der Ziegel wurden zeitgleich mit der
Verwendung von
Natursteinen zur Errichtung von Mauerwerk begonnen. Doch zunächst wurden
lediglich oberflächennahe, e, ton- und lehmhaltige Erden zu Quadern geformt und
getrocknet. Um eine möglichst konstante Form einhalten zu können, wurde die
Tonerde in einfache Holzkästen gepresst und überstehendes Material abgestrichen.
Die sogenannten Luftziegel wurden anschließend, meist im Schatten gelagert und
getrocknet. Die bei der
Trocknung entstehenden Risse und das massive
Schwindverhalten der Steine beeinträchtigten stark deren Qualität. Aufgrund dessen
wurden luftgetrocknete Ziegel ausschließlich für untergeordnete Bauwerke
verwendet. Erst mit der Erfindung von Brennöfen wurde die keramische Ziegelmasse
zusehens stabiler. Die im Mittelalter gefertigten Steine wurden, ähnlich der Luftziegel,
vor dem Brennen in Formkästen gepresst und mit der Hand abgestrichen. Die für das
Mittelalter typischen Handstrichziegel mit der markanten Quetschfalte entstanden.
Die in der römischen Antike verwendeten gebrannten Ziegelsteine schwankten
wesentlich geringer in ihren
Abmessungen. Abweichungen entstanden hauptsächlich
durch das individuelle Brennen und Lagern der Steine. Analog des
Natursteinmauerwerkes
dieser Zeit wurde das Ziegelmauerwerk
ebenfalls
zweischalig im Kalkmörtel errichtet. Der Zwischenraum zwischen den
Mauerwerksschalen wurde mit Ziegelsteinen minderer Qualität oder
Ziegelbruchstücken ausgemauert. Um eine ausreichende e Stabilität der
Mauerwerkswand zu erreichen, wurden die Ziegel lagenweise um einen halben Stein
versetzt.
Halbsteinverband
Mauerwerksaufbau
Abbildung 16 : Römisches Ziegelmauerwerk
([26], S. 43)
26 vgl. [26], S.40 ff.
23

Historische Wandbauweisen
Die mittelalterliche Ziegelmauerwerk-Entwicklung war zunächst regional beschränkt.
Doch gerade natursteinarme Regionen bevorzugten das Ziegelmauerwerk. Während
eines Großteils dieser Zeitepoche gab es aufgrund der verhältnismäßig
kleinflächigen Herrschaftsgebiete kein einheitliches Steinformat. Die dabei genutzte
Mauertechnik ähnelt der heutigen. Anders als heute wurden damals jedoch
großzügige Mörtelfugen ausgebildet, um Unregelmäßigkeiten der Ziegel
auszugleichen. Der verwendete Mauerwerksverband richtete sich nach der
gewählten Mauerwerksstärke. Eine weitere Neuerung war das Einlegen von
geschmiedeten Eisenbändern in der letzten Steinschicht. Die Eisenbänder dienen als
Mauerwerksanker und sollten die Tragfähigkeit erhöhen und besonders den Verbund
von angrenzenden Bauteilen sicherstellen.
4.2.2 Mauerwerksverbände
Die im Mittelalter besonders häufig verwendete Mauerwerkstechnik stellt der
gotische oder Klosterverband dar. Hierbei folgen schichtweise auf einen Binder
mindestens zwei Läufer. Dies bewirkt ein unregelmäßiges Abwechseln von Läufern
und Bindern in den einzelnen Ziegelschichten. Zusätzlich wurde darauf geachtet,
dass sich der Läufer mittig über dem darunterliegenden Binder befindet. Eine
Besonderheit des gotischen Verbands stellt der Wechsel- oder Wendische
Verband dar. Er zeichnet sich durch einen Wechsel von Binder- und Läufersteinen in
jeder Schicht aus.
Bei der Analyse mittelalterlicher Mauerwerke können folgende mittelalterliche
Verbandsregeln festgestellt werden. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts und der
Einführung des Reichsformates wurden alle Mauerwerkskanten und -ecken mit
ganzen Steinen begonnen. Die durch den Beginn mit ganzen Steinen entstandene
Halbsteinüberdeckung wurde willkürlich durch das Einsetzen von Dreiviertel- oder
Einviertelsteinen zurück zur üblichen Viertelsteinüberdeckung geführt. Die Binder
wurden in der Regel so angeordnet, dass sie nicht über einer darunterliegenden
Stoßfuge, sondern oberhalb eines Läufers lagen. Bindersteine wurden in drei
verschiedenen Varianten eingebaut. So ergaben sich folgende Muster: zum einen ein
senkrechtes Streifenmuster, ein Zickzackmuster und ein Diagonalmuster. Weiterhin
wurden keine Binder in Mauerwerken zwischen zwei naheliegenden
Mauerwerksöffnungen eingesetzt 27 .
Ein besonders im 13. Jahrhundert verbreiteter Verband ist der sogenannte Wilde
Verband. Die Binder wurden schichtweise unregelmäßig zwischen die Läufer gelegt,
ebenso, wie es der Verbindung des zweischaligen Mauerwerks diente.
27 vgl. [26], S.48
24

Historische Wandbauweisen
Charakteristisch für diesen Mauerwerksverband ist die sorgfältig ausgeführte
Eckausmauerung.
Ab dem 16. Jahrhundert wurden Block- und Kreuzverbände üblich. Die durch die
neue Anordnung der Steine entstandene Homogenität des Mauerwerksgefüges
erlaubte fortan ein durch die gesamte Mauerstärke durchgehendes Mauerwerk,
welches das mittelalterliche Schalenmauerwerk ablöste. Eine weitere
verbandsspezifische Neuerung stellt die Notwendigkeit dar, bei einer ungeraden
Läufersteinanzahl, mit Dreiviertelsteinen zu beginnen und zu enden.
Sowohl das Block- als auch das Kreuzverfahren zeichnen sich durch eine
fortlaufende Binder- und Läuferschicht aus.
Der Blockverband wird mit einem Viertelsteinversatz ausgeführt. Der aus dem
Blockverband abgeleitete Kreuzverband wird so ausgebildet, dass sich in jeder
zweiten Schicht die Läufer um einen halben Stein versetzen. Das dadurch
entstehende Kreuzmuster ist charakteristisch für diesen Verbund.
Im 17.Jahrhundert entstand regional der Holländische oder Flämische Verband.
Die Binderschichten werden analog des Kreuz- oder Blockverbandes ausgeführt. In
der Läuferschicht jedoch wechseln Läufer und Bindersteine.
Ein weiterer nennenswerter Verband ist der Amerikanische Verband. Dieser wird
lediglich mit Binder und Läuferschichten gemauert, wobei nach mindestens jeder
dritten Läuferschicht eine Binderschicht folgt.
Neben den eben erwähnten Verbänden gab es noch zahlreiche Zierverbände. Diese
sind für die fortlaufenden Ausführungen jedoch nicht relevant.
4.2.3 Steinformate
Die zu Beginn der Ziegelherstellung erstellten Handstrichziegel wurden in beliebigen
Dimensionen hergestellt. Abhängig von den verwendeten Holzformen und diversen
Herstellungsprozessen schwankten die Steinformate immens. Erst mit der
Einführung genormter Holzformen konnten Mauern mit einem verhältnismäßig
gleichmäßigen Verband erstellt werden.
Das älteste Steinformat ist das sogenannte Klosterformat. Es wurde in der Regel
bis ins 16. Jahrhundert verwendet. Durch die im Mittelalter üblichen regionalen
Herrschaftsgebiete konnte kein gesamteinheitliches System entstehen. Die
gebrannten Ziegel wurden in ihren Abmessungen regional geringfügig voneinander
abweichend angefertigt. Im Mittel wurden Steine mit den annähernden Abmessungen
von 28,5 x 13,5 x 8,5 cm 28 verwendet. Die Steinlänge ergab sich aus der Fuß- bzw.
Schuhlänge, die im Mittelalter in der Regel zwischen 28 und 30 cm lag. Die
28 vgl. [26], S.88
25

Historische Wandbauweisen
Steinhöhe folgte aus einem Drittel oder einem Viertel der Steinlänge. In folgender
Tabelle sind einige Klosterformate erwähnt.
Gebäude
Klosterformat
Bauzeit
Länge
[cm]
Breite
[cm]
Dicke
[cm]
Speyer, Dom um 1150 30-32 16 5
Bad Segeberg, St. Marien um 1150 28-29 13-13,5 8,5-9
Schleswig, Dom um 1180 25-26,5 12,3-13,6 6,8-8,2
Lübeck, Dom um 1220 29 14 10
Lübeck, Heilig-Geist-Spital 1285 28 13,5 9
Jesenwang/Oberbayern, Pfarrkirche 1414 35-37 17-18 6,5-7,5
Stendal, Dom 1423 26 12 7,4-9
Nürnberg, Mauthalle 1498 30 14
Lübeck, Mengstraße 64 1544 28 13,5 8
Pegau/Sachsen, Alte Polizei 1559 29 12 8,5
Bamberg, Kutschenremise 1648 28-30 13-14 6-7
Tabelle 4: Mittelalterliche Klosterformate
([26], S. 78)
Mit der Einführung des Reichsformates (1872) wurde im gesamtdeutschen Raum
ein einheitliches Ziegelformat normiert. Durch eine Vereinheitlichung der
Steinabmessungen konnten nun im Zuge der zunehmenden Industrialisierung Ziegel
industriell gefertigt werden, wodurch deren Maßgenauigkeit zunahm. Die
Abmessungen wurden nicht mehr von Fußlängen abgeleitet, sondern so gewählt,
dass in Verbindung mit einer etwa einem Zentimeter dicken Mörtelfuge ein
oktametrisches System entstand. So ergaben 13 Mauerwerksschichten mit jeweils
einem Zentimeter Mörtelfuge exakt einen Meter Mauerwerkshöhe. Die Steine waren
wie folgt genormt: 25 x 12 x 6,5 cm.
Nach 1952 wurde das Reichsformat durch Steine der DIN 105 ersetzt. Diese wurden
in Normalformate (NF) und zunächst Dünnformate (DF) untergliedert.
Normalformate besitzen bis heute die Abmessungen 24 x 11,5 x 7,1 cm. Zwölf
Schichten ergaben mit einer ein Zentimeter dicken Mörtelfuge nun einen Meter
Wandhöhe, wobei vier Läufer mit einer ein Zentimeter dicken Stoßfuge wiederum
einen Meter Wandbreite ergeben. Dünnformate weisen lediglich eine Schichthöhe
von 5,2 cm auf. Alle weiteren Formate, wie jegliche großformatige Steine sind in
ihren Abmessungen lediglich ein Vielfaches der Normal- oder Dünnformat-Steine.
26

Historische Wandbauweisen
4.3 Lehmmauerwerk
Auf eine umfangreiche Ausführung wird an dieser Stelle verzichtet. Der
Vollständigkeit halber wird im Folgenden lediglich auf einzelne Punkte eingegangen.
Lehm ist das älteste Baumaterial und wurde über Jahrhunderte eingesetzt. Er ist in
historischen Bauweisen, vor allem in Fachwerkkonstruktionen oft zu finden. Doch
aufgrund der negativen Eigenschaften hinsichtlich der Tragfähigkeit und der
Feuchtigkeitsaufnahme wurden tragende Lehmmauerwerke schon in der Antike
ausschließlich für untergeordnete Bauwerke eingesetzt.
Tragende Lehmmauerwerke wurden in der Regel im Stampflehmbau errichtet.
Weitere regional verbreitete Bauweisen stellen der Lehmwellerbau, der
Lehmbatzenbau und der Lehmstragbau dar. Am häufigsten jedoch wurde Lehm als
Ausfachung von Holzfachwerken verwendet.
4.4 Wandaufbau im Alten Seminar, Grimma
Die erste noch heute teilweise erhaltene Bebauung geht auf das 17. Jahrhundert
zurück. Das Gebäude wurde in den folgenden Jahrhunderten mehrmals umgebaut
und erweitert.
Das Alte Seminar in Grimma wurde, wie in der Renaissance üblich und zuvor
beschrieben, als zweischaliges Mischmauerwerk errichtet. Dieses Mauerwerk ist eine
Kombination aus Ziegeln und Natursteinen. Diese Mauerwerksart wurde bevorzugt
aus einer äußeren Natursteinschale und einer inneren Ziegelschale gefertigt.
Die Sondierungen des Mauerwerkgutachtens 29 geben Aufschluss auf den
Wandaufbau des Gebäudes. Es wurden mehrere Sondierungen an den
Mauerwerkswänden vorgenommen. Grundsätzlich lässt sich folgender Wandaufbau
ermitteln.
Das Außenmauerwerk besteht aus einem mehrschaligen, kleinformatigen
Bruchsteinmauerwerk, welches ohne Zwischenraum ausgeführt ist. Die Natursteine
bestehen vorherrschend aus Quarzporphyr. In der Regel besteht die äußere Schale
aus größeren Natursteinen mit vereinzelten Mauerziegeleinschlüssen. Die innere
Schale dagegen besteht überwiegend aus einer 12 bis 15 cm dicken
Mauerziegelschicht. Im Obergeschoss dagegen wurden partiell für die innere Schale
großformatige Natursteine verwendet bzw. Fehlstellen im Ziegelmauerwerk mit
kleineren Natursteinen ausgefüllt.
Die Außenwände sind überwiegend mit einem gering hydraulischen Kalkmörtel
ausgeführt. Lediglich im Obergeschoss an der westlichen Außenwand wurde ein
Lehmmörtel mit geringem Kalkanteil benutzt.
29 vgl. [13], S. 48 ff.
27

Historische Wandbauweisen
Abbildung 17: Zweischaliges Mauerwerk im Alten Seminar
(eigene Darstellung)
4.5 Mauerwerk im Bereich der Gründung
Um eine vollständige Tragfähigkeitsanalyse durchführen zu können, ist es von
großer Bedeutung, Kenntnisse über die Fundamentausbildung und den
darunterliegenden Baugrund zu besitzen. Alle nachfolgenden Betrachtungen stützen
sich auf eine intakte Lastabtragung in den Baugrund.
Dieser Aspekt der Tragfähigkeitsanalyse ist in der Praxis von großer Bedeutung und
wird dennoch gerne vernachlässigt. Im Besonderen ist immer darauf zu achten, dass
nicht nur das oberirdisch liegende Mauerwerk und der Baugrund eine genügende
Tragfähigkeit ausweisen, sondern auch das unterirdisch liegende Mauerwerk der
Fundamente oder Sockelbereiche. Wenn diese keine genügende Tragfähigkeit
ausweisen, kann die Lastabtragung nicht ordnungsgemäß erfolgen. Es ist ratsam,
grundsätzlich ein Bodengutachten mit Schürfen zu erstellen, um Schäden des
unterirdischen Mauerwerkes zu erkennen.
Historische Gebäude weisen in der Regel kaum tragfähige Fundamte aus
Bruchsteinmauerwerk mit Kalkmörtel auf. Der Kalkmörtel wird im Laufe der Zeit,
durch die ständige Feuchtigkeitsbelastung aus den Fugen herausgewaschen. Das
Bruchsteinmauerwerk verliert infolge dessen seinen kraftschlüssigen Zusammenhalt.
Die Lastabtragung über das Fundament ist gestört (Abbildung 18).
Häufig wurde auf ein Fundament gänzlich verzichtet. Die Mauern stehen direkt auf
dem umgebenden Erdreich. Die Lastabtragung erfolgt direkt in den Baugrund.
Jedoch schließen die Mauerwerke in der Regel nicht mit der Oberkante des
Geländes ab, sondern sich im Baugrund verankert. Ähnlich wie bei den
Fundamenten kann durch die Feuchtigkeitseinwirkung die Lastabtragung gestört
werden.
Eine weitere Methode, die besonders bei repräsentativen Bauten eingesetzt wurde,
ist die Gründung durch ins Erdreich eingeschlagene unbehandelte Eichen-, Tannen-
28

Historische Wandbauweisen
oder Fichtenstämme. Solange diese sich in einem ausreichenden Feuchtigkeitsmilieu
befinden, sind diese Gründungen ausreichend tragfähig. Bei einem Absinken der
benötigten Feuchtigkeit beginnen die Stämme zu verfaulen und verlieren an
Tragfähigkeit.
Abbildung 18: Mauerwerk im Bereich der Gründung
(eigene Darstellung)
Bei der Bestandsuntersuchung 30 des Alten Seminars wurden zwei Schürfe erstellt.
Der sich daraus ergebende Mauerwerksquerschnitt ist in Anhang 5 dargestellt.
Nachfolgend wird auf die Fundamentausbildung nicht weiter eingegangen.
30 vgl. Bodentechnisches Gutachten [23]
29

Mauerwerksschäden
5 Mauerwerksschäden
5.1 Allgemein
Beschädigtes Mauerwerk kann grundsätzlich unter Zuhilfenahme sogenannter
Schadbilder optisch nach deren Schädigungsgrad klassifiziert werden. Die einzelnen
Schadbilder sind dabei immer in einem mauerwerksspezifischen, baukonstruktiven
Zusammenhang zu sehen.
Grundsätzliche baukonstruktive Mauerwerkszusammenhänge sind:
- Fundamentausbildung in Abhängigkeit zur Tragfähigkeit des Baugrundes
- Belastung aus Decken-, Gewölbe,- und/oder Dachlast
- Außen und/oder Innenputz.
Eine überblicksmäßige Kartierung der Materialzustände ist durch eine
Schadbilddokumentation zwingend erforderlich.
Zur Einstufung von Steinschäden wurde von der RWTH Aachen ein System
entwickelt 31 , welches eine präzise Einteilung der Natursteine nach deren
Verwitterungsformen zulässt. Die Klassifikation erfolgt nach der Erscheinungsform
der Natursteinmaterialien und kann in vier Stufen unterteilt werden.
- Stufe 1: 4 Gruppen der Verwitterungsformen
- Stufe 2: 25 Hauptverwitterungsformen
- Stufe 3: 75 Einzelverwitterungsformen
- Stufe 4: 75 Einzelverwitterungsformen mit Differenzierung nach Intensität
Dieses System ermöglicht eine genaue Zustandskartierung der einzelnen
Steinmaterialien im Mauerwerksgefüge.
Zur Klassifikation von Schäden an Ziegelsteinen kann das MDD-System (Masonry
Damage Diagnostic System) angewandt werden 32 . Das System berücksichtigt elf
verschiedene steinzerstörende Prozesse:
- Frost
- Umweltverursachte chemische Verschmutzung
- Oberflächenerosion
- Eindringen von Feuchtigkeit und der damit einhergehenden Salzkristallisation
- mechanische Zerstörungsprozesse
- Oberflächenablagerung ohne chemische Prozesse
- Kondensation
- Strukturzerstörung
- Rostsprengung
- biologisch bedingte Zerstörung
31 vgl. [11]
32 vgl. [34]
30

Mauerwerksschäden
5.2 Rissschäden
Risse entstehen grundsätzlich dann, wenn die Bruchfestigkeit der Baustoffe,
aufgrund verschiedener auf das Tragwerk einwirkender Einflüsse überschritten wird.
Im Folgenden werden belastungsspezifische Einflüsse aufgezeigt:
- Eigenlast,
- Verkehrslast,
- Wind-,Schnee-, Eislast,
- Temperatur,
- Feuchtigkeit,
- Setzung,
- Dynamische Einflüsse wie Erdbeben, Verkehr, Maschinen und
- Ausführungsfehler.
Im weiteren Verlauf wird nicht auf alle zum Mauerwerksversagen führenden
Belastungen eingegangen.
Spannungsdifferenzen [21]
Die im Mauerwerk entstehenden Risse werden infolge der belastungsspezifischen
Spannungen verursacht. Spannungen infolge Innerer Belastung werden als
Zwangsspannungen bezeichnet. Die durch äußere Belastung entstehenden
Spannungen werden als Lastspannungen bezeichnet. In Tabelle 5 sind typische
lastspezifische Rissbilder dargestellt.
Zug- Biegezugversagen
Vertikallast:
Versagen der Haftzugfestigkeit zwischen Mörtel und Stein (3) oder
Versagen der Steinzugfestigkeit (4)
Horizontallast: Treppenförmige Risse (5) oder Risse durch Stein (1)
Schubversagen
abscheren der Fugen (bei geringer vertikaler Auflast) (2)
Versagen der Hauptzugspannung schräger Steinriss (6)
vertikaler Steinriss (bei hoher vertikaler Auflast) (1)
Tabelle 5 : Spannungszustand und Charakteristisches Mauerwerksversagen
(eigene Darstellung in Anlehnung [21], S.82)
31

Mauerwerksschäden
Setzungsdifferenzen 33
Eine Weitere, für historische Mauerwerks bedeutende Quelle von Rissen, sind
Setzungen im Baugrund. Mauerwerk reißt, wenn sich der Baugrund unter ihm setzt.
Das geschieht insbesondere, wenn:
- sich die Baugrundzusammensetzung innerhalb einer Gebäudestandfläche
ändert,
- historische Fundamente aufgrund der jahrelangen Belastung versagen oder
- Grundwasserverhältnisse sich ändern.
Ein ungleichmäßiges Absinken der Gebäudestruktur verursacht dann Risse in den
Mauerwerken. Diese Risse verlaufen in der Regel treppenförmig, können aber auch
zum senkrechten Abreißen ganzer Gebäudeteile führen.
5.3 Feuchtigkeitsschäden
Feuchtigkeitsschäden in der Mauerwerksstruktur entstehen grundsätzlich durch in
das Mauerwerk eindringendes Wasser. Im Allgemeinen kann von drei wesentlichen
Feuchtigkeitseindringmechanismen ausgegangen werden.
- durch chemische oder physikalische Wirkungsmechanismen
- durch Feuchtigkeitsaufnahme über die Mauerwerksoberfläche
- durch Instandsetzungs- oder Nutzungsfehler.
Auf eine umfangreiche Ausführung der im Mauerwerk häufig auftretenden
Feuchtigkeitsschäden wird im Folgenden verzichtet. Im Wesentlichen werden
ausschließlich Schadensmechanismen infolge Feuchtigkeit betrachtet, welche
Einfluss auf das Tragverhalten des Mauerwerks ausüben 34 .
Schäden in der Mauerwerksstruktur treten verhältnismäßig häufig bei einer
dauerhaften Durchfeuchtung des Mauerwerkquerschnittes auf. Besonders betroffen
sind in diesem Fall erdberührende Mauerwerksbauteile aufgrund der mangelnden
Bauwerksabdichtung in historischen Bausubstanzen. Dauerhaft eindringende
Feuchtigkeit verursacht Schäden in der Mörtelstruktur.
Abhängig von dem verwendeten Bindemittel des Mörtels treten unterschiedliche
Schädigungsstufen auf.
Dauerhaft einwirkende Feuchtigkeit zermürbt kalkgebundene Mörtel. Es bilden sich
Risse in der Mörtelstruktur. Bei einer anschließenden Frostbelastung des
Mauerwerks bewirkt die im Mörtel gebundene Feuchtigkeit durch die Kristallbildung
beim Wechsel des Aggregatzustandes eine Sprengwirkung im Mörtelgefüge.
33 vgl. [26], S.105 ff.
34 vgl. [26], S.117 ff.
32

Mauerwerksschäden
Weiterhin wird bei einer dauerhaft einwirkenden Feuchtigkeit der Bindemittelanteil
aus dem Mörtelgefüge heraus gewaschen. Der Mörtel verliert seine Haftfähigkeit.
Eine Kombination dieser beiden feuchtigkeitsbedingten Mechanismen verursacht bei
einer vorherigen kraftschlüssigen Konstruktion, eine Auflockerung des Gefüges und
ein sich daraus ergebender Tragfähigkeitsverlust.
Mit den Feuchtigkeitsschäden einhergehend wird Mauerwerk grundsätzlich durch
Salze belastet. Durch eine Feuchtebelastung im Mauerwerk werden bauschädigende
Salze aus dem Gefüge herausgelöst und über den Verdunstungsweg des Wassers
an die Oberfläche transportiert.
5.4 Biologisch bedingte Schäden
Mauerwerk kann zusätzlich durch biologisch bedingte Prozesse zerstört werden. In
der Regel bauen diese Prozesse auf Vorschädigungen des Mauergefüges auf, wie
zum Beispiel:
- bereits vorhandene Feuchtigkeitsbelastung
- Hohlräume und Auflockerungen in der Gefügestruktur
Die Zerstörung durch ein Wurzelwachstum bewirkt eine weitere Zerstörung des
Mauergefüges. Zusätzlich bewirkt das freigesetzte CO 2 chemische Reaktionen mit
den Mauerwerkssteinen. Analog dieses chemischen Prozesses wirken an den
Oberflächen abgelagerte Algen und Moosbeläge.
Besonders ist in diesem Zusammenhang auf die Mauerwerkszerstörung durch den
Echten Hausschwamm einzugehen. Dieser holzzerstörende Pilz durchdringt auf der
Suche nach Feuchtigkeit alle angrenzenden Bauteile, auch das Mauerwerk. Die
zunächst feinen Myzelstränge wachsen im Laufe der Zeit zu einer erheblichen Größe
an und lockern infolge dessen das Mauerwerksgefüge auf.
Im Alten Seminargebäude wurde ein massiver Befall des Echten Hausschwammes
festgestellt. Die Innen- und Außenwände sind durchzogen mit den Strängen des
Pilzmyzels. Eine teilweise starke Lockerung des Gefüges, insbesondere in den mit
Lehmmörtel ausgeführten Wandbereichen mindert die Tragfähigkeit der
Wandstrukturen 35 .
5.5 Chemisch bedingte Schäden
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Schmutzkrusten generell Indizien für
chemische Zerstörungen der Maueroberfläche sind. Verkrustungen an der
Mauerwerksoberfläche können eine Bindemittelumlagerung bewirken, welche
35 vgl. [26], S.105 ff.
33

Mauerwerksschäden
systematisch in den Mauerwerksquerschnitt fortschreitet. Generell lassen sich
folgende Prozesse häufig an historischem Mauerwerk feststellen:
- Carbonatisierung von Kalk zu Gips
- Korrosion von Eisenanteilen
- Mikrobiologische Zerfallswirkung (Algen und Moosablagerungen)
5.6 Mauerwerksschäden am Alten Seminar
Infolge der Bestandsaufnahme des Alten Seminargebäudes sind einige
offensichtliche Schäden der Mauerwerksstrukturen festgestellt wurden. Eine
umfangreiche Bilddokumentation der im Gebäude aufgetretenen Schäden ist im
Anhang 1 aufgeführt.
Schon bei einer ersten Sichtung des Gebäudes fallen massive Schäden an den
Fassaden des Gebäudes auf. Es lassen sich ohne weiteres große Beschädigungen
des Fassadenputzes sowie massive Risse erkennen. Gegenwärtig weist der Putz
große Fehlstellen auf. Besonders im geländenahen Bereich fehlt der Putz fast
vollständig. Die Natursteingewände an den Fassadenfenstern sind stark verwittert.
Neben den starken Gefügeschäden und den teilweise deutlichen Substanzverlust
sind auch hier Rissschäden zu erkennen.
An den Außen-, aber auch an den Innenwänden sind unterschiedliche Rissschäden
sichtbar. Zahlreiche Risse verlaufen im Außenmauerwerk und durch die
Fensterstürze. Im Innenbereich ist ein teilweiser Abriss der Querwände von den
Außenwänden festzustellen.
In Abbildung 19 sind die Risse der Außenwände schematisch dargestellt.
Neben den eben erwähnten Rissschäden lassen sich weitere Schäden infolge von
Feuchtigkeit und bauschädigenden Salzen erkennen. Niederschlagswasser gelangte
in der Vergangenheit durch schadhafte Fenster, besonders im Dachgeschoss in den
Innenraum des Gebäudes. Dieser Niederschlagseintritt kann als Hauptursachen für
die Schäden im Innenbereich betrachtet werden. Eine weitere Feuchtigkeitsquelle
stellt zum einen die wahrscheinlich desolate Bauwerksabdichung im erdnahen
Bereich dar und die unkontrollierte Überflutung durch das Muldehochwasser im
Jahre 2002.
Einhergehend mit der eben erwähnten Feuchteentwicklung, besonders im
Dachraum, lassen sich an der Holzkonstruktion ebenfalls Schäden feststellen,
welche am stärksten im Bereich des Dachfußes (Anschlussbereich an Mauerkrone)
sind. Konstruktionshölzer sind durch Holz zerstörende Pilze und Insektenbefall stark
geschädigt. An einigen Konstruktionshölzern hat bereits Destruktionsfäule zur
völligen Zerstörung geführt.
34

Mauerwerksschäden
Ansicht West
Ansicht Süd
Ansicht Ost
Legende:
Abbildung 19: Fassadenansicht: Rissschäden
(eigene Darstellung)
Einhergehend mit der eben erwähnten Feuchteentwicklung, besonders im
Dachraum, lassen sich an der Holzkonstruktion ebenfalls Schäden feststellen,
welche am stärksten im Bereich des Dachfußes (Anschlussbereich an Mauerkrone)
sind. Konstruktionshölzer sind durch Holz zerstörende Pilze und Insektenbefall stark
geschädigt. An einigen Konstruktionshölzern hat bereits Destruktionsfäule zur
völligen Zerstörung geführt.
Bei einer genaueren Betrachtung lassen sich im Außenbereich am offen liegenden
Mauerwerk partielle Abschalungen, sowie sandender Mauermörtel mit teilweise
erheblichen Verluststellen erkennen. Zum Teil lassen sich zusätzlich kristalline
Ausblühungen feststellen.
Der Außen- und Innenputz weist in der Gesamtheit einen hohen Schädigungsgrad
auf.
Zusätzlich wurden sowohl im Erdgeschoss als auch im Obergeschoss Fruchtkörper
des echten Hausschwammes gefunden. Es ist von einem großflächigen
Schwammbefall am bzw. im Mauerwerk auszugehen.
35

Tragverhalten von historischem Mauerwerk
6 Tragverhalten von historischen Mauerwerk
6.1 Allgemein
Mauerwerk ist prinzipiell als Verbundbaustoff zu betrachten, welcher im
Wesentlichen aus den zwei Komponenten Stein und Mörtel besteht. In Abhängigkeit
der unterschiedlichen Stoffeigenschaften und der Verbundwirkung der Materialien
(z.B. Abmessungen und Geometrie der Steine; Mischungsverhältnis des Bindemittels
und der Zuschläge; Einbauverhältnisse) kann das Tragverhalten bestimmt werden.
Infolge der Verschiedenartigkeit der beiden Materialien weist Mauerwerk in der Regel
ein dreidimensionales, nichtlineares Verformungsverhalten auf, welches durch
diverse Faktoren beeinflusst wird. Maßgebende Faktoren sind im Wesentlichen:
- Hohlräume,
- die allgemeine Inhomogenität des Materialgefüges und
- die starke Rissneigung von Mauerwerk.
Das Trag- und Verformungsverhalten von Mauerwerk kann nur dann hinreichend
genau beschrieben werden, wenn die Verbundwirkung der beiden Materialien
entsprechend berücksichtigt wird.
Alle einwirkenden Vertikal- und Horizontallasten erzeugen über die
Querschnittsfläche der Mauerwerkswand Spannungen, die im Gleichgewicht zur
jeweiligen Belastung stehen. Die unterschiedlich einwirkenden Belastungen bewirken
Druck-, Zug-, Schub-, Scher- und Torsionsspannungen im Mauerwerk. Beim
Überschreiten einer bestimmten Spannungsgrenze kommt es zum Versagen des
Mauerwerks. Diese Grenzspannung wird als Bruchspannung bezeichnet. Sie ist nicht
nur abhängig von der jeweiligen Belastung, sondern auch von materialspezifischen
Eigenschaften, wie etwa zeitlich bedingten Materialveränderungen 36 .
Mauerwerk wird hauptsächlich durch Druck senkrecht zur Fuge belastet. Dem
untergeordnet, kann Mauerwerk weiterhin durch Schub- und Zugkräfte belastet
werden.
Das Tragverhalten von historischem einschaligem Mauerwerk weicht wesentlich von
modernem Mauerwerk aus industriell gefertigten Steinen und Mörtel ab. Eine
allgemeingültige Bewertung des Tragverhaltens von historischem Mauerwerk ist
nahezu unmöglich. Zu groß sind die Streuungen der einzelnen
Mauerwerkseigenschaften hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften der
Materialien, der Steingeometrie, der Stein- und Fugenhöhe, der Fugenanordnung
und des allgemeinen Mauerwerksverbandes. Eine Zusammenstellung ausgewählter
Eigenschaften, welche auf das Tragverhalten des Mauerwerkes erheblichen Einfluss
nehmen, befindet sich in Tabelle 6.
36 vgl. [30], S.22 ff.
36

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
mechanische
Eigenschaften - Stein
mechanische
Eigenschaften - Mörtel
Steingeometrie
Mauerwerk aus
künstlichen Steinen
geringe Streuung
geringe Streuung
gleichmäßige Quader
Historisches Mauerwerk,
insbesondere
Natursteinmauerwerk
große Streuung
große Streuung
gleichmäßige Quader bis
unregelmäßige Strukturen
Steinhöhe/Fugenhöhe konstant konstant bis unregelmäßig
Fugendicke konstant (dünn) konstant bis unregelmäßig
Richtung der Lagerfuge horizontal horizontal bis geneigt
Verband im Querschnitt
regelmäßig
regelmäßig bis regellos,
einschichtig bis mehrschichtig
Verband in der Ansicht regelmäßig regelmäßig bis regellos
Tabelle 6: Vergleich ausgewählter Parameter
(eigene Darstellung in Anlehnung an [19], S.23)
Die in Tabelle 6 dargestellten Parameter bewirken eine unterschiedliche Verteilung
der Spannungen im Mauerwerk. Aus diesen Spannungsverteilungen resultieren
unterschiedliche Versagensmechanismen.
Alle aufgeführten Eigenschaften dienen lediglich als Grundlage einer qualitativen
Berechnung. Eine quantitative und gleichzeitig allgemeingültige Berechnung der
Versagensspannung ist aufgrund der Vielzahl der unterschiedlich eingehenden
Parameter nahezu unmöglich. Besonders anspruchsvoll ist die Berechnung von
Natursteinmauerwerk, aufgrund der verhältnismäßig hohen Inhomogenität.
Die Berechnung von Ziegelmauerwerk kann nach Eurocode problemlos mithilfe
empirischer Gleichungen, nach MANN [28], unter Annahme eines homogenen
Mauerwerkverhaltens ermittelt werden. Historisches Mauerwerk, insbesondere
Natursteinmauerwerk, kann keine einheitlichen Gleichungen zugeordnet werden. Die
Berechnung erfolgt daher nur mit erhöhtem rechnerischen Aufwand, unter
Verwendung diverser Rechenansätze.
Um eine annähernd systemgetreue Berechnung durchführen zu können ist es
notwendig, die Trag- und Versagensmechanismen zu kennen. In den folgenden
Kapiteln werden verschiedene Versagensmechanismen in Abhängigkeit der
Spannungsverteilung dargestellt.
37

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Zusätzlich zu den eben erwähnten einschaligen Mauerwerkssystemen wurden in der
Vergangenheit häufig mehrschalige Mauerwerkssysteme mit vom
Rechteckquerschnitt abweichenden Geometrien errichtet.
Für das Tragmodell von historischem mehrschaligem Mauerwerk kann
näherungsweise ein im Stahlbetonbau bzw. Verbundbau genutztes Tragmodell
angenommen werden. Mehrschaliges Mauerwerk weist ein vergleichbares Verhalten
unter Biegedruckbeanspruchung auf.
6.2 Grundsätzliche Versagensmechanismen von mineralischen Baustoffen
Mineralische Baustoffe 37 bestehen generell aus einer Gesteinskörnung und einem
umgebenden Bindemittel. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen in der
Korngrößenverteilung der Gesteinskörnung. Im Allgemeinen jedoch weist die
Gesteinskörnung eine höhere Festigkeit auf als die umgebende Bindemittelmatrix.
Unabhängig von der Art des Bindemittels kann prinzipiell und qualitativ ein
Zusammenhang zu Versagensmechanismen von Beton hergestellt werden.
Insbesondere für die unregelmäßige Mauerwerksstruktur von Natursteinmauerwerk
können aus den folgenden Betrachtungen Annahmen für Trag- und
Versagensmechanismen abgeleitet werden. Die nachfolgenden Ansätze gelten in
der Regel nicht für künstliches Ziegelmauerwerk.
Mauerwerk weist, analog des Verbundbaustoffes Beton, eine zur Zugfestigkeit
verhältnismäßig hohe Druckfestigkeit auf. Die geringe Zugfestigkeit beträgt lediglich
ein Zehntel der Druckfestigkeit. Aufgrund dieses Festigkeitsverhältnisses werden
mineralische Verbundbaustoffe primär auf Druck belastet. Die in folgenden Text
betrachteten Mechanismen gelten daher vorrangig unter Druckbeanspruchung.
Mit zunehmender Belastung entstehen zunächst Mikrorisse zwischen den
Verbundmaterialien, also zwischen der Gesteinskörnung und der umgebenden
Bindemittelmatrix. Die entstehenden Mikrorisse sind dabei abhängig von:
- materialspezifischen Faktoren der Zuschläge,
- von der allgemeinen Verbundwirkung
- sowie der Bindemittelfestigkeit.
Bei einer weiteren Belastung und Erreichen der Druckfestigkeit bilden sich
Längsrisse, parallel zur Hauptdruckspannungsrichtung aus. Der Versagensmechanismus
ist demzufolge ein kontinuierlicher Prozess, welcher aufgrund der
eben erwähnten Rissbildung ein nichtlineares Spannungs-Dehnungs-Verhalten
aufweist (Abbildung 20).
37 vgl. [19], S. 24 ff. und [22]
38

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Abbildung 20: Einaxiales Spannungs-Dehnungs-Diagramm von Beton
([22])
Generell versagen druckbeanspruchte mineralische Baustoffe durch Zugspannungen
aufgrund der Verbundwirkung und der damit einhergehenden belastungsbedingten
Strukturänderung.
In den Bauteilen herrscht ein mehraxialer Spannungszustand. In Abbildung 21 ist
eine zweiaxiale Bruchumhüllende dargestellt. Die aufgezeigten Spannungskombinationen
je Quadranten zeigen das prinzipielle Bruchverhalten unter den
jeweiligen Spannungskombinationen 38 .
Abbildung 21: Biaxiale Versagenkurve
([22])
Unter der Annahme, dass die Natursteine eine höhere Festigkeit als der umgebende
Mörtel aufweisen, kann folgender Wirkungsmechanismus angenommen werden: Die
38 vgl. [19], S. 25 ff. und [22]
39

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Drucktrajektorien 39 breiten sich im Verbund bevorzugt über die Gesteine aus und
werden in ihrem Verlauf infolge dessen immer wieder umgelenkt. Diese Umlenkung
erzeugt Kräfte, die je nach Richtungswechsel in Querzug- und Querdruckkräfte
unterteilt werden können.
Unregelmäßiges Mauerwerk kann nach Abbildung 22 als sogenanntes Kugelmodell 40
idealisiert werden. Das Kugelmodell kann analog der vorangegangenen
Betrachtungen ebenfalls in eine Mauerwerksstruktur übertragen werden. Eine große
Bedeutung hat dieses Modell für das Tragverhalten von Bruchsteinmauerwerk.
Abbildung 22 : Hauptspannungslinien im Kugelmodell
([24], S. 17)
Ein Versagen wird in der Regel durch eine Kombination der Hauptspannungen
verursacht.
6.3 Trag- & Versagensmechanismen einfacher Mauerwerksstrukturen
6.3.1 Trag- & Versagensmechanismen unter Druckbeanspruchung
Tragende Außen- und Innenwände dienen primär der Aufnahme der in Summe
auftretenden Lasten eines Gebäudes. Sie werden überwiegend auf Druck
beansprucht und nehmen neben ihrer Eigenlast zusätzlich alle einwirkenden
vertikalen und ggf. horizontalen Lasten auf. Dabei müssen sie diese unter
Gewährleistung der erforderlichen Standsicherheit tragen und bis in den Baugrund
weiterleiten. Die Druckfestigkeit des Mauerwerkes ist daher von zentraler Bedeutung
für die Bewertung der Mauerwerksfestigkeit.
In dem folgenden Abschnitt wird der grundsätzliche Versagensmechanismus von
historischem Mauerwerk unter Druckbeanspruchung dargestellt.
39 Spannungstrajektorien: sind Bezeichnungen der Balkentheorie. Sie stellen als Vektoren infolge einer Belastung den optimalen
Verlauf der Hauptspannungsrichtungen (Druck/Zug) dar. Sie dienen in der Regel zur
Veranschaulichung des Tragverhaltens von Betonbauteilen.
40 vgl. [19], S. 33 ff. und [22]
40

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
6.3.1.1 Spannungsdehnungslinie
Mauerwerk weist unter Druckbeanspruchung wie bereits erwähnt eine annähernd
gleiche Spannungs-Dehnungsbeziehung wie Stahlbeton mit nicht linearem
Materialverhalten 41 auf.
Die beiden unterschiedlichen Mauerwerkskomponenten weisen unterschiedliche
Materialeigenschaften auf. Im Bezug auf das Spannungsdehnungsverhältnis
maßgebend, ist der Elastizitätsmodul (E-Modul), unter besonderer Berücksichtigung
der Druckfestigkeit und der Steifigkeit der beiden Komponenten. Im Allgemeinen
lässt sich feststellen, dass der Mörtel im Vergleich zum Gesteinsmaterial eine
wesentlich geringere Druckfestigkeit und Steifigkeit aufweist. In der folgender
Abbildung 23 ist eine exemplarische Darstellung eines Spannungsdehnungsdiagrammes
unter Druckbeanspruchung eines Sandsteines und eines
historischen Kalkmörtels dargestellt.
Abbildung 23: SDL eines Sandsteines und eines historischen Kalkmörtels unter
Druckbeanspruchung
([19], S. 26)
Die Spannungsdehnungsbeziehung verdeutlicht ein linear- elastisches Verhalten des
Sandsteines bis zum Bruch und ein duktiles Dehnverhalten des Mörtels. Die
Druckfestigkeit des Mauerwerkes liegt demzufolge zwischen der
Mörteldruckfestigkeit und der Steindruckfestigkeit Unter der Betrachtung
der Verbundwirkung der einzelnen Mauerwerkskomponenten lässt sich feststellen,
dass die Spannungsdehnungslinie in Abhängigkeit des Mörtelanteils unterschiedlich
gekrümmt wird.
41 vgl. [15], S. 6
41

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Das Dehnverhalten variiert je Gesteinsart in Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls.
Unter einer theoretischen Betrachtung des Mauerwerks, mit der Annahme einer
aufgehobenen Verbundwirkung der Mauerwerkskomponenten, bewirken die
unterschiedlichen Elastizitätsmodule und Querdehnzahlen eine materialspezifische
Querdehnung. Grundsätzlich ist die Querverformung des Mörtels aufgrund des
geringen E-Moduls größer als die des Steinmaterials.
Generell kann der Elastizitätsmodul als Sekantenmodul bei 1/3 der Druckfestigkeit
angesetzt werden.
Unter Annahme einer gleichen Vertikalspannungsverteilung sowohl im Gestein als
auch im Mörtelgefüge ( ), kann folgender Zusammenhang der Steifigkeit
von Mörtel und Stein angenommen werden 42 :
(6-1)
bzw. für linear elastisches Material
(6-2)
entspricht dabei der Steigung der Spannungsdehnungslinie.
Diese Beziehung gilt jedoch nicht unter Berücksichtigung der Verbundwirkung der
beiden Materialien.
Die im Stahlbetonbau übliche Grenzstauchung von u = -3,5 ‰ kann jedoch nur
begrenzt auf jegliches Mauerwerk übertragen werden.Unter Betrachtung allgemeiner
mechanischer Grundlagen kann das HOOKE´sche Gesetz in Abhängigkeit der
materialspezifischen Elastizitätsmodule angewandt werden.
(6-3)
Unter Berücksichtigung diverser materialspezifischer Grenzstauchungen gibt
JÄGER [20] charakteristische Spannungs-Dehnungs-Beziehungen an (Abbildung
24).
42 vgl. [19], S. 26
42

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Abbildung 24 : SDL von druckbeanspruchten Mauerwerk nach Jäger
([21], S. 88)
Danach lassen sich Mauerwerke grob in drei Verlaufskurven enteilen:
- linear- elastisch
- nicht linear- elastisch, spröde
- nicht linear- elastisch, duktil
6.3.1.2 Einachsige Druckbeanspruchung (in der Lagerfuge)
Eine einachsige Druckbeanspruchung senkrecht zu Lagerfuge bewirkt prinzipiell eine
Stauchung des gesamten Mauerwerkgefüges. Zusätzlich bewirkt die
Druckbeanspruchung einen dreiachsigen Spannungszustand der Steine und des
Mörtels infolge eines ungleichen Querdehnungsverhaltens der beiden Materialien,
der vorhandenen Inhomogenität der Mörtelfuge und des Verbundverhaltens der
beiden Mauerwerkskomponenten.
Regelmäßiges Mauerwerk 43
Die durch die Verbundwirkung behinderte Querausdehnung erzwingt eine
gleichmäßige Querverformung. In Abbildung 25 ist die behinderte Querausdehnung
(rechts) und zum Vergleich die ungehinderte Querausdehnung (links) dargestellt.
In der Regel weist der Mörtel eine höhere Querdehnung im Vergleich zum
Mauerwerksstein auf.
43 vgl. [19], S. 26 ff. und [30], S. 25 ff.
43

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Abbildung 25:
Querverformung Mauerwerk
([19], S. 28)
Unter der Voraussetzung eines schubstarren Verbundes der beiden
Mauerwerkskomponenten verursacht die behinderte Querausdehnung eine
Querdruckspannung in der Mörtelstruktur. Der Mörtel wird infolge dessen in einen
dreiaxialen Spannungszustand versetzt (Druck-Druck-Druck), welcher auf die
Mörtelstruktur festigkeitssteigernd wirkt. Dementsprechend ist die
Mauerwerksfestigkeit in der Regel immer größer als die reine
Mörteldruckfestigkeit Der Mauerwerksstein dagegen bildet, der
Gleichgewichtsbedingung folgend, an seinen Grenzflächen zur Mörtelschicht,
Zugspannung aus. Im Stein entsteht ein Druck-Zug-Zug Spannungszustand.
Die entstehenden Reibungskräfte bewirken aufgrund des Haftverbundes zwischen
Mörtel und Steinen in den Steinen eine Zugspannung in Querrichtung. Diese
Querzugspannung führt zum Steinversagen, aufgrund der Überschreitung der
Steinzugfestigkeit. Es bilden sich im Steingefüge vertikale Risse, der Stein wird
aufspalten.
Das Mauerwerk versagt demzufolge bei einer Druckfestigkeit, welche unterhalb der
Steindruckfestigkeit auftritt.
Generell beeinflussen weitere Bedingungen das Bruchverhalten von Mauerwerk:
- das Verhältnis von Querdehnungs- und Längsdehnungsverhalten des Mörtels
- Verhältnis der Zug- und Druckfestigkeit des Steines
- Fugendicke
- Steinabmessungen und - geometrie.
Das Druckversagen steht im direkten Zusammenhang mit der Höhe der Lagerfuge.
Denn umso schmaler die Fugen ausgebildet sind, desto mehr erhöht sich die
Druckfestigkeit des Mauerwerkes.
44

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Der sich einstellende dreiachsige Spannungszustand im Mauerwerk ist in Abbildung
28 dargestellt. Die Abbildung verdeutlicht den Wirkungsmechanismus der
Spannungsumlagerung in den beiden Materialschichten.
Abbildung 26 :
Mauerwerk unter Druckbeanspruchung
(eigene Darstellung in Anlehnung an [21], S.85 und [30] S.26)
Unter Annahme eines linear-elastischen Materialverhaltens kann der
Querspannungsverlauf im vertikalen Schnitt nach folgender Abbildung dargestellt
werden.
Abbildung 27 : Steinquerzugspannung aus behinderter Querdehnung
([19], S. 28)
Bezüglich des linear-elastischen Modellansatzes und der Annahme eines
unterschiedlichen Verbundes, wird der Querspannungsverlauf über die gesamte
Fugenhöhe als konstante Querdruckspannung und über die Steinhöhe als
parabelförmige Querzugspannung angenommen. Unter diesem theoretischen
45

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Materialverhalten lässt sich in Bezug auf die Gleichgewichtsbedingung eine Formel
für die Steinquerzugspannung ( ) herleiten. Diese ist Abhängig von folgenden
Parametern:
- der Vertikaldruckspannung ( )
- dem materialabhängigen E-Modul ( und )
- den Querdehnzahlen ( und )
- und dem Verhältnis zwischen Stein- und Fugenhöhe (
).
Die sich daraus ergebende Gleichung wird in (6-4) dargestellt.
(6-4)
Eine Übertragung dieser Gleichung in eine horizontale Schnittbetrachtung resultiert
aus der Annahme einer gleichen Querdehnung sowohl in x- als auch in y-Richtung.
Unregelmäßiges Mauerwerk 44
Die im vorherigen Abschnitt betrachteten Annahmen gelten nur für einen
regelmäßigen Mauerwerksverbund mit einer ausreichend dünn ausgeführten
Fugendicke und unter der Bedingung, dass die Haftscherfestigkeit des Mörtels die,
im Verhältnis hohe Schubspannung an den Kontaktflächen übertragen kann.
Die Tragfähigkeit von Natursteinmauerwerk kann mithilfe dieser Formeln aufgrund
der unregelmäßigen Fugenstruktur nicht ermittelt werden.
Um einen annähernd genauen Lösungsansatz darstellen zu können, werden
zunächst wesentliche allgemeine Naturstein-Mauerwerksstrukturen erläutert.
Historische Natursteinkonstruktionen weisen generell eine verhältnismäßig starke
unregelmäßige Fugenhöhenausbildung auf. Die Fugenhöhen überschreiten in der
Regel den für künstliches Mauerwerk üblichen Wert von
Weiterhin wurden die Mauerwerke in der Regel mit Kalkmörtel einer geringen
Festigkeit errichtet. Diese geringe Festigkeit des Mörtels bewirkt ein plastisches
Verhalten infolge einer Belastung. Generell lässt dich feststellen, dass mit steigender
Belastung proportional die Plastifizierung des Mörtels zunimmt.
Dieser Wirkungsmechanismus bewirkt eine Abnahme der Steifigkeit und eine
Zunahme der Querdehnung.
Im Allgemeinen nimmt mit zunehmender Fugenhöhe die Querdruckspannung in der
inneren Fugenfläche ab. Am freien Fugenrand wird die Querdruckspannung durch
die freie Verformbarkeit des Mörtels in horizontaler Richtung ebenfalls abgemindert.
44 vgl. [19], S. 26 ff. und [30], S. 25 ff.
46

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Eine Überschreitung der minimal benötigten Querdruckspannung am Fugenrand
bewirkt den Verlust der Steifigkeit. Der Mörtel bricht partiell aus dem Gefüge aus. Im
inneren der Lagerfuge kann der Mörtel sich der einaxialen Druckbeanspruchung
nicht entziehen. Es entsteht ein dreiaxialer Spannungszustand, welcher wie bereits
erwähnt, festigkeitssteigernd auf die Mörtelsubstanz wirkt.
Selbst unter der Annahme des Versagens der Mörtelsubstanz würde weiterhin eine
Lastabtragung erfolgen, da die Mörtelbestandteile durch Reibung in ihrer Lage
gesichert werden. Eine erhöhte Wassersättigung im Mauerwerk jedoch könnte ein
Auflösen der wasserlöslichen Mörtelbestandteile bewirken. Die Folge wäre der
Verlust der inneren Reibung und die somit eintretende freie Beweglichkeit der
Steinkomponenten.
Durch eine Verringerung der Fugenfestigkeit am äußeren Rand wird eine
Druckspannungsumlagerung auf innen liegende Mörtelflächen bewirkt. In der
folgenden Abbildung ist die theoretische Spannungsabtragung im Mauerwerk infolge
der Belastung dargestellt. Die Abbildung zeigt die Spannungsabtragung durch die
Ausbreitung von Druckspannungstrajektorien. Zusätzlich wird die zunehmende
Querzugspannung dargestellt, welche in der mittleren Steinhöhe ihr Maximum
erreicht.
Abbildung 28 : Stabwerksmodell bei ausgebrochener Lagerfuge
([19], S.30)
Die Abbildung zeigt eine Störung des Trajektorienverlaufes in Anlehnung des
Prinzips von ST. VENANT 45 .
45
Prinzip von ST. VENANT: eine Belastung, welche lediglich auf einem kleinen Teil der Gesamtfläche einwirkt, erzeugt
Spannungen und Verformungen nur in unmittelbarer Umgebung der Lastangriffsfläche. Entferntere Bereiche bleiben
spannungsfrei.
47

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
In Anlehnung an das Prinzip von ST. VENANT ergibt sich somit für die schräge
Druckkraft () eine Neigung in Abhängigkeit des Verhältnisses der Steinlänge () zur
Mörtelausbruchtiefe () von:
B
(6-5)
Die Ausbruchtiefe () entspricht in der Regel der Fugenhöhe ( ). Daraus folgt,
dass mit abnehmender Steinhöhe und zunehmender Fugenhöhe die
Querzugspannung ( ) im Material zunimmt.
Ebenso kann der horizontal angeordnete Zugstab () nach dem Prinzips von ST.
VENANT wie folgt berechnet werden:
Allgemeine Gleichung der Zugkraft:
(6-6)
In Abhängigkeit der jeweiligen Spannungsbelastung ergeben sich folgenden
Formeln (6-7) und (6-8)
(6-7)
(6-8)
Umgestellt und eingesetzt ergibt sich für die Querzugspannung im Stein:
(6-9)
Unregelmäßiges Bruchsteinmauerwerk kann mithilfe des in Kapitel 6.2 dargestellten
Kugelmodells beschrieben werden.
Analog dieses Modelles kann der Spannungsverlauf von Bruchsteinmauerwerk nach
Abbildung 31 dargestellt werden. Die zum Versagen führenden Mechanismen
entstehen aus einer Kombination der vorangegangenen Betrachtungen. Die in der
Abbildung dargestellten Drucktrajektorien verlaufen im Mauerwerk, den Materialien
der höhere Steifigkeit folgend.
Abbildung 29 : Exemplarischer Trajektorienverlauf im Bruchsteinmauerwerk
([19] S. 33)
48

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Zusammenfassung
Beiden Wirkungsprinzipien gemeinsam sind die Aufhebung der in Mörtel
(festigkeitssteigernd) wirkenden Querdruckspannung.
Allgemein lässt sich feststellen, dass bei einer gleichmäßigen Mauerwerksstruktur,
mit quaderförmigen Steinen und einer konstanten Lagerfuge mit einer geringen Höhe
das Mauerwerk infolge von vertikal verlaufenden Rissen im Steingefüge versagt.
Grundsätzlich entstehen diese Risse durch folgende, zuvor erläuterte Versagensmechanismen
infolge einer einaxialen Druckbelastung:
- Steifigkeitsverlustes im Mörtel
- Überschreitung der Haftscherfestigkeit des Mörtels, infolge einer hohen
Schubspannung in den Kontaktbereich
Mauerwerk dagegen, welches im unregelmäßigen Verbund mit hohen bzw.
geneigten Fugen ausgebildet ist, versagt durch Rissbildungen in der Mörtelstruktur.
6.3.1.3 Einachsige Druckbeanspruchung (in der Stoßfuge)
Für die Tragfähigkeitsuntersuchung ist es daher entscheidend, in welchen Bereichen
des Mauerwerksteines Zugkräfte entstehen. Die in den vorangegangenen
Abschnitten betrachteten Versagensmechanismen verursachten überwiegend
Zugspannungen in der Ebene der Lagerfuge.
Die sowohl im Querschnitt als auch in der Ansicht vorhandenen Stoßfugen
verursachen analog der Lagerfugen ebenso Querzugspannungen im Stein. Diese
Spannung wird in der Regel durch eine Umlagerung der Drucktrajektorien (die
Spannungsabtragung erfolgt vorrangig durch die Mauerwerkssteine und nicht über
die verhältnismäßig weiche Stoßfugensubstanz) erzeugt. Infolge dessen werden in
den Mauerwerkssteinen ober- und unterhalb der Stoßfuge horizontal wirkende
Zugspannungen gebildet.
Des Weiteren wird entsprechend der Verbundwirkung der Komponenten eine
Behinderung der Querdehnung in y-Richtung verursacht. Der Stein wird einem
Druck-Zug-Zug-Spannungszustand ausgesetzt. Der durch eine Querzugspannung in
der Stoßfuge verursachte Spannungsriss entsteht vertikal durch die Stoßfuge und
den Stein 46 .
46 vgl. [19], S. 31 ff. und [30], S. 25 ff.
49

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Abbildung 30: Druckspannungsverteilung in Abhängigkeit der Belastungsrichtung
([14])
6.3.2 Trag- & Versagensmechanismen unter Zugbeanspruchung
Aufgrund der starken Streuung der Haftzugfestigkeit zwischen Mörtel und Steinen
erreicht man durch die Ermittlung der Zug- und Biegezugfestigkeit keinen für die
Bemessung geeigneten Wert 47 .
Wie bereits dargestellt versagt Mauerwerk, welches auf Zug beansprucht wird,
analog der Versagensmechanismen der Druckbeanspruchung.
Die im Mauerwerk verlaufenden Zugspannungstrajektorien umgehen die weicheren
Stroßfugenbereiche. Die durch die Umlenkung entstehenden zusätzlichen
Spannungen bewirken eine Schubwirkung an den Kontaktflächen. Die
Haftscherfestigkeit der Mörtelfugen ist hierbei wesentlich von den Kohäsions- und
Reibungskräften abhängig.
In der Regel versagen zugbeanspruchte Mauerwerke durch eine Kombination der
Hauptspannungen.
Mauerwerk, welches senkrecht zur Lagerfuge auf Zug- und Biegezug beansprucht
wird, neigt generell zu einem Versagen in der Lagerfuge. Dieser Mechanismus ist
jedoch stark abhängig von der Qualität und Dicke der Mörtelfuge. Im Eurocode ist ein
Rechenwert gegeben. Dieser ist jedoch auf historisches Mauerwerk kaum
übertragbar. Häufiges Schadbild von zug- und biegezugbeanspruchtem Mauerwerk
ist das Verbundversagen zwischen Stein und Mörtel sowie bei weiterer Belastung
das Versagen der Steinzugfestigkeit, analog dem Wirkungsmechanismus unter
Druckbeanspruchung.
47 vgl. [19], S. 34 ff. und [30], S. 28 ff.
50

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
a, Versagen durch Überschreiten der
Haftzugfestigkeit zwischen Mörtel und
Stein
b, Versagen durch Überschreitung
der Steinzugfestigkeit
Abbildung 31 : Versagensformen zugbeanspruchten Mauerwerks - parallel zur
Lagerfuge
([21], S. 91)
Zusätzlich zu einer Belastung parallel zur Lagerfuge, kann Mauerwerk durch eine
Belastung senkrecht zur Fuge Versagen. Diese Belastung tritt häufig infolge Zwangs,
durch zusammenwirkende, im Verband gemauerter Mauerwerkswände auf. Die
entstehende Zugfestigkeit in der Stoßfuge kann vernachlässigt werden, da diese in
der Regel unvollständig vermörtelt sowie kaum verdichtet ist und somit deren
Haftzugfestigkeit gegen null verläuft.
b, Versagen durch
Überschreitung
der Steinzugfestigkeit
Abbildung 32 : Versagensformen zugbeanspruchten Mauerwerks - senkrecht zur
Lagerfuge
([21], S. 92)
6.3.3 Trag- & Versagensmechanismen unter Schubbeanspruchung
Häufig entsteht eine Schubbeanspruchung 48 bei aussteifenden Mauerwerkswänden.
Die Hauptspannungstrajektorien bilden sich in der Regel schräg entlang der
Lagerfugen aus. Schubbeanspruchte Mauerwerke können in drei,
belastungsabhängige Versagensmechanismen unterteilt werden (Abbildung 33):
- geringe Vertikallast: Mörtelfugenversagen auf Reibung
- mittlere Vertikallast: Steinversagen auf Zug
- überwiegend Vertikallast: Steinversagen auf Druck.
48 vgl. [19], S. 35 ff. und [30], S. 29 ff.
a, Versagen durch Überschreiten
der Verbundfestigkeit zwischen
Mörtel und Stein
51

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Abbildung 33: Schubeinfluss nach DIN 1053
([4], S.16)
In Abbildung 34 sind die allgemeinen Versagensmechanismen unter
Schubbeanspruchung dargestellt.
Abbildung 34 : Versagensformen schubbeanspruchten Mauerwerks
([19], S. 36)
Unter der Annahme der Schubtheorie nach MANN 49 , werden in der Stoßfuge keine
Schubkräfte übertragen. Die unter der allgemeinen Gleichgewichtsbedingung auf den
Stein wirkende Vertikalspannung verursacht eine entgegenwirkende Kraft.
49 vgl. [29], S. 110 ff
52

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
6.3.4 Trag- & Versagensmechanismen unter Biegung mit Normalkraft
Die Bruchschnittgrößen von einschaligem Mauerwerk unter Biegung mit Normalkraft
können in Abhängigkeit des Materialverhaltens als Interaktionslinien angegeben
werden. In Abbildung 35 ist eine Interaktionslinie für einen rechteckigen Querschnitt
dargestellt. Die Interaktionslinien sind vom E-Modul des Mauerwerkgefüges
abhängig. Infolge dieser Abhängigkeit ist die Biegedrucktragfähigkeit unabhängig von
der Grenzbruchdehnung 50 .
Abbildung 35 : Grenzdehnungs- und Spannungszustände am einschaligem
Mauerwerk
([35])
Abbildung 36 : Interaktionslinie (einschaliges Mauerwerk) mit rechteckigem
Querschnitt unter Biegung mit Normalkraft
([35])
6.4 Trag- & Versagensmechanismen mehrschaliger Mauerwerksstrukturen
Mehrschalige Mauerwerksstrukturen können, analog der einschaligen Bruchsteinmauerwerke,
auf das Tragmodell des Stahlbetonbaus übertragen werden.
Der Grenzzustand der Tragfähigkeit wird mithilfe von Grenzdehnungszuständen
beschrieben, welche aus den Baustoffeigenschaften der verwendeten Baustoffe
abgeleitet werden. Über eine Integration der Spannungszustände im Querschnitt
50 vgl. [35] und [30], S. 29 ff.
53

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
kann anschließend die Bruchschnittgröße ermittelt werden. Unter der Annahme eines
annähernd ähnlichen Bruchverhaltens kann mehrschaliges Mauerwerk analog des
Stahlbetonmodells unter Biegedruckbeanspruchung berechnet werden.
Der Nachweis des Grenzzustandes der Tragfähigkeit wird unter Ansatz diverser
Teilsicherheitsbeiwerte geführt. Generell ergeben sich die Teilsicherheitsbeiwerte
durch den Vergleich der Bruchschnittgrößen, Normalkraft und Biegemoment.
Bezüglich der hohen Inhomogenität des Mauerwerks und der lediglich
strichprobenartig ausgeführten Mauerwerkssondierungen müssen die
Teilsicherheitsbeiwerte weiter erhöht werden. Die Norm sieht keine reguläre
Erhöhung dieser Werte in Abhängigkeit der Materialstruktur vor.
Die Tragfähigkeit von mehrschaligem Mauerwerk wird in der Regel durch eine
separate Betrachtung der Mauerwerksschalen ermittelt. Maßgebende Faktoren für
die Berechnung sind die Druckfestigkeiten und die mechanischen Eigenschaften der
verwendeten Baustoffe jeder Mauerwerksschale. Zur Ermittlung der Druckfestigkeit
können diverse Bruchmodelle verwendet werden 51 .
Zentrische Belastung
exzentrische Belastung
Abbildung 37: Belastungsmodell mehrschaliges Mauerwerk
([35])
Mechanische Eigenschaften der Mauerwerksschalen
Grundsätzlich werden die Druckfestigkeiten der einzelnen Mauerwerksschalen nach
den folgenden Bruchmodellen ermittelt. Abhängig von den ermittelten
Druckfestigkeiten können für Ziegelmauerwerk und Natursteinmauerwerk die
jeweiligen Elastizitätsmodule ermittelt werden.
Für Ziegelmauerwerk gilt nach Norm, unter Annahme eines Mauerwerkes bestehend
aus einem hochfesten Steinen und einer hoher Mörtelgüte, ein linear-elastisches
Materialverhalten. Im Eurocode 6 ist für Ziegelmauerwerk ein Parabel-Rechteck-
51 vgl. [35]
54

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Diagramm mit einer festgelegten Grenzdehnung zwischen 2 und 3,5 Promille
gegeben.
Natursteinmauerwerk jedoch entwickelt unter Druckbelastung ein plastisches
Verformungsverhalten. Die Grenzdehnung ist abhängig von dem jeweiligen
Mauerwerksverband. Demzufolge kann für Natursteinmauerwerk in Abhängigkeit der
Mauerwerksstruktur nach WARNECKE 52 einem linear-elastischen oder einem idealplastischen
Materialverhalten angenommen werden.
Nach WARNECKE können die E-Module wie folgt ermittelt werden:
E-Modul für Ziegelmauerwerk
(6-10)
E-Modul für eine kohäsive Innenschale
(6-11)
mit:
Druckfestigkeit in [N/mm 2 ]
E-Modul Stein in [N/mm 2 ]
E-Modul Mörtel in [N/mm 2 ]
Volumenanteil Stein in [mm 3 ]
Volumenanteil Mörtel in [mm 3 ]
6.4.1 Verbundmodell der Schalenfuge
Die Schubtragfähigkeit der Schalenfuge ist ein weiterer wichtiger Parameter für die
Tragfähigkeitsanalyse mehrschaliger, zusammenwirkender Gefüge. Die Folgenden
Ausführungen stützen sich auf Thesen von WARNECKE nach [35].
Um die gemeinsame Tragwirkung der Schalen bewerten zu können, ist es
notwendig, den Grad der Verzahnung der Schalen zu berücksichtigen. Dieser
Verzahnungsgrad ist abhängig von der Geometrie der Schalenfuge. Er ist abhängig
von einer idealisierten, auskragenden Fläche der einbindenden Steine. Nach
WARNECKE wird in Abhängigkeit der Schalenfugenausbildung folgender
Flächenfaktor gegeben.
- bei ebener Schalenfuge ohne Verzahnung der Steine 0
- bei regelmäßiger Verzahnung der Steine 0,5
Ein weiterer Parameter zur Bestimmung der Schubtragfähigkeit der Schalenfuge
stellt der Hohlraumgehalt der Mauerwerksstruktur dar. Folgende Abbildung
verdeutlicht diese Parameter.
52 vgl. [35]
55

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Abbildung 38 : Geometrisches Modell eines Schalenverbundes
([35])
Unter Annahme der vorangegangenen Parameter kann anschließend die
Schubbruchspannung nach folgender Gleichung ermittelt werden. Sie ergibt sich aus
der Schubtragfähigkeit unter Berücksichtigung der jeweiligen Fugenausrichtung.
Bei einer vertikalen Druckbeanspruchung der vertikal ausgerichteten Stoßfugen wird
die Tragfähigkeit durch die im Mörtel wirkenden Kohäsionskräfte begrenzt. Diese
sind abhängig von der entsprechenden Mörtelgüte. Bei Belastung der horizontal
ausgerichteten Lagerfugen wird die Bruchgrenze durch die Mörteldruckfestigkeit
bestimmt. In Gleichung (6-12) ist die Schubbeanspruchung der Schalenfuge
dargestellt.
E B (6-12)
mit:
Druckfestigkeit des Schalengefüges in [N/mm 2 ]
Verzahnungsgrad
Druckfestigkeit Mörtel in [N/mm 2 ]
B Winkel der Mörtelfugen
6.4.2 Tragverhalten im Lasteinleitungsbereich
Generell treten im Lasteinleitungsbereich unter Annahme eines kohäsiven
Mauerwerkgefüges sogenannte Störzonen auf.
In diesen Störzonen werden die Dehnungsdifferenzen zwischen den einzelnen
Schalen bis zum Erreichen einer ebenen Dehnungsverteilung ausgeglichen.
WARNECKE 53 untersuchte die Grenzfläche zwischen Innen- und Außenschale unter
Annahme eines Verbundbruches, um die daraus resultierende Lasteinleitungslänge
zu ermitteln.
Auf Grundlage seiner Untersuchungen kann davon ausgegangen werden, dass
bezogen auf die Schwerachse der einzelnen Schalen die Verbundspannungen in der
Schalenfuge ausmittig wirken. Diese Exzentrizität der Spannung im
53 vgl. [35]
56

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Lasteinleitungsbereich muss anschließend mithilfe von Horizontalspannungen
ausgeglichen werden. Der Verlauf der Spannungsverteilungen kann aufgrund der
Inhomogenität des Gefüges nicht exakt bestimmt werden.
In Abbildung 39 ist ein mehrschaliger, kohäsiver Schalenaufbau unter exzentrischer
Normalkraft dargestellt.
Abbildung 39: Tragverhalten im Lasteinleitungsbereich
([35])
Generell können folgende Annahmen über den Spannungszustand in der
Schalenfuge nach dem Verbundmodell getroffen werden 54 :
- die Verbund- und Horizontalspannungen werden in der Regel über Haftung
bzw. Schubverzahnung von vertikalen und horizontalen Verbundflächen
übertragen
- die Verbund- und Horizontalspannung setzen sich jeweils aus einem Schubund
Normalspannungsanteil zusammen
- die Vereinheitlichung der Normal- und Schubspannungen in den Grenzfläche
werden über die Coulomb‘sche Reibungshypothese ermittelt
Weiterhin nehmen materialspezifische Gefüge-Eigenschaften Einfluss auf die
Spannungsverteilung.
Die Adhäsion kann bei Ziegelmauerwerk mit 0,24 bis 0,40 angenommen werden. Bei
Natursteinmauerwerk, unter der Annahme eines sehr dichten Gefüges, wird die
Adhäsion mit 0 angenommen. Der Reibungsbeiwert kann für Ziegelmauerwerk der
DIN entnommen werden. Er schwankt zwischen 0,51 und 0,75. Generell kann für alle
Mörtelzusammensetzungen ein Wert von 0,65 angenommen werden.
54 vgl. [35]
57

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Weiterhin wurden durch WARNECKE Annahmen für den Fall großer
Schalenverschiebung und den Bereich horizontaler Zugspannungen getroffen.
Es kann davon ausgegangen werden, dass die entstehenden Spannungen im
Allgemeinen durch die Konsolentragwirkung der Mauerwerksschalen aufgenommen
werden können.
Unter Annahme folgenden Mauerwerksaufbaus gibt WARNECKE 55 einen
Berechnungsansatz der unterschiedlichen Mauerwerksschalen an.
- dreischaliges Mauerwerksgefüge
- stoffliche und geometrische Symmetrie des Mauerwerksgefüges
- keinerlei Momentenbelastung außerhalb der Störzone
Mittlere Zwischenraumschale
Unter den vorangegangenen Voraussetzungen wird die Belastung generell über die
mittlere Zwischenraumschale abgetragen. Die Verbundspannung bewirkt horizontale
Druckspannungen am oberen Rand sowie horizontale Zugspannungen am unteren
Rand (Abbildung 40).
Abbildung 40: Spannungszustand bei Lasteinleitung in die mittlere
Zwischenraumschale
([35])
Bei einem linearen Normalkraftverlauf und einer linearen Verschiebung kann eine
konstante Verbundspannungsverteilung angenommen werden. Dieser starrplastische
Verbundansatz ergibt eine Lasteinleitungslänge nach der Gleichung
(6-13). Diese Lasteinleitungslänge wird mithilfe folgender Parameter bestimmt.
- Verzahnungsgrad
- Geometrie ( und )
Die Angaben über diese Parameter sowie weitere festigkeitsspezifische Parameter
müssen einer Mauerwerkssondierung entnommen werden.
55 vgl. [35]
58

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Die in der Schalenfuge zu übertragende Kraft ergibt sich aus der Belastung und der
Dehnsteifigkeit der Schalen.
B B (6-13)
Äußere Wetterschale
Der Wirkungsmechanismus der äußeren Wetterschalen erfolgt umgekehrt zum
vorangegangenen Wirkungsmechanismus. Es entsteht horizontale Zugspannungen
am oberen Rand und horizontale Druckspannungen am unteren Rand (Abbildung
41).
Abbildung 41: Spannungszustand bei Lasteinleitung in die äußeren Wetterschale
([35])
Unter Annahme einer ebenfalls starr-plastischer Verbundwirkung können folgende
Rechnungsansätze nach WARNECKE 56 gegeben werden.
Die Übertragung der Verbundspannung am oberen Rand erfolgt durch eine
Konsolwirkung. Die Spannungen am unteren Rand durch Haftung bzw.
Druckkontakt. Eine Belastung der Außenschale erreicht eine vergleichsweise
kleinere Lasteinleitungslänge gegenüber der Lasteinleitungslänge nach der
Gleichung (6-14) der Zwischenraumschale, da die horizontale Druckspannung über
Druckkontakt direkt abgetragen wird.
B B B B (6-14)
6.4.3 Trag- & Versagensmechanismen unter Biegung mit Normalkraft
Bei der Betrachtung mehrschaliger Mauerwerkssysteme unter Biegung mit
Normalkraft muss die Verbundwirkung der Schalen einbezogen werden. In
Abhängigkeit dieser Verbundwirkung ergeben sich unterschiedliche
56 vgl. [35]
59

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Berechnungsansätze. Historische Mauerwerke entsprechen in der Regel einem
verschieblichem Mauerwerksverbund. Generell unterscheidet man zwischen losem,
verschieblichem und unverschieblichem Schalenverbund.
Unverschieblicher Schalenverbund nach [35]
In der Regel wird dieser Schalenverbund für die theoretische Berechnung des
Mauerwerksgefüges angenommen. Bei mehrschaligen Mauerwerksgefügen mit
einem unverschieblichen Schalenverbund und einem kohäsiven Schalengefüge
können folgende Annahmen getroffen werden.
Der unverschiebliche Verbund der Mauerwerksschalen bewirkt grundsätzlich die
maximalen Bruchschnittgrößen des Verbundquerschnitts. Ein grundlegender
Parameter für den rechnerischen Nachweis ist die entsprechende Schubtragfähigkeit
der Schalenfuge.
Die Kraft wirkt ausschließlich als mittig angreifende Normalkraft ohne Querkraft.
Weitere grundlegende Annahmen sind:
- in der Nähe der Lasteinleitung entstehen Dehnungsdiskrepanzen zwischen
den Schalen
- außerhalb dieser Lasteinleitung herrscht grundsätzlich ein unverschieblicher
Schalenverbund
- das Mauerwerksgefüge ist horizontal nicht gezwängt
- die ebene Dehnungsverteilung liegt außerhalb der Lasteinleitung
- das Mauerwerksgefüge wirkt als Verbundquerschnitt.
Die anschließende Berechnung der Bruchschnittgrößen kann mithilfe diverser
Massivbauprogramme für beliebige Querschnittsgeometrie und Werkstofflinien
berechnet werden. Diese errechneten Bruchschnittgrößen können anschließend
mithilfe von Interaktionslinien, analog zu einschaligem Mauerwerk, bezogen auf die
Bruchkraft und das Bruchmoment dargestellt werden. Die folgende Abbildung 42
zeigt Interaktionslinien eines kohäsiven dreischaliger Mauerwerksgefüge in
Abhängigkeit von der Schalenfestigkeit.
60

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Abbildung 42 : Interaktionslinie in Abhängigkeit der Schalenfestigkeit
([35])
Bei einer zusätzlich einwirkenden Querkraft muss die gesamte, zusätzlich
einwirkende Schubspannung, die Schalenfuge aufnehmen. Dabei darf die
Biegedrucktragfähigkeit des Verbundquerschnittes nicht überschritten werden. Das
bedeutet, die Gesamtschubspannung in der Schalenfuge muss kleiner als die
maximale Schubbruchspannung sein.
Bei einer vereinfachten Berechnung der Schubspannung nach Gleichung (6-15)
muss die unterschiedliche Steifigkeit der Mauerwerksschalen berücksichtigt werden.
E
E
mit:
einwirkenden Querkraft in [N]
(6-15)
statische Moment in [cm 3 ]
Flächenträgheitsmoment in [cm 4 ]
Querschnittsdick in [cm]
E Schubbruchspannung in [N/cm 2 ]
Sicherheitsbeiwert
Loser Schalenverbund nach [35]
Bei kohäsiven Mauerwerksschalen ohne Schalenverbund wird die einwirkende
Vertikallast in der Regel hauptsächlich über die steifere Mauerwerksschale
abgetragen.
Die Vertikallast wird über eine Lastverteilung im Mauerwerk eingeleitet. Prinzipiell
kann bei einem Versagen einer Mauerwerksschale die Last umgelagert und so
unabhängig von der versagenden Einzelschale abgetragen werden. Die Bruchlast
der versagenden Mauerwerksschale addiert sich zu der Bruchlast des
61

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Mauerwerkgefüges. Generell versagt das Mauerwerk erst beim Bruch aller
Mauerwerksschalen.
Bei einer direkten Lasteintragung der Vertikallast in die Einzelschalen ist keine
Lastumlagerung möglich. Jede der Mauerwerksschalen wird gleichmäßig belastet.
Das Mauerwerk versagt bereits beim Bruch der ersten Einzelschale.
Bei der Berechnung der Bruchlast ist demzufolge immer der minimale
Sicherheitsbeiwert maßgebend. In Abhängigkeit dieses Beiwertes kann die
Gebrauchslast ermittelt werden. Diese abgeminderte Gebrauchslast stellt die
Bruchlast des Gefüges dar.
Unter der Annahme einer unabhängigen Schalenausbildung können die
Einzelschalen als momentenfrei erachtet werden. Das bedeutet, die Berechnung
erfolgt ohne Interaktionslinien.
In der Regel wird mehrschaliges Mauerwerk aus einer Kombination von Vertikal- und
Horizontallasten belastet. Die Vertikalbelastung aus der Dachlast wird im
Allgemeinen durch die kohäsive mittlere Zwischenraumschale abgetragen. Eine
nichtkohäsive mittlere Zwischenraumschale (Abbildung 43) ist jedoch nicht am
äußeren Lastabtrag beteiligt. Sie belastet lediglich die außen liegende Wetterschale
horizontal und vertikal.
Abbildung 43: Tragverhalten mit einer nichtkohäsiven Innenschale
([35])
Die innere raumseitige Schale wird in der Regel durch Gewölbelasten horizontal und
vertikal belastet, sowie vertikal aus Deckenlasten.
62

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
Die durch Windsog entstehende Horizontalbelastung hingegen wird grundsätzlich
von der äußeren Wetterschale aufgenommen. Weiterhin kann diese Schale durch
einen losen Mauerwerksverbund der Zwischenschale belastet werden. Diese
Belastung erzeugt neben den durch Windbelastung entstehenden äußeren
Schnittgrößen auch innere Schnittgrößen.
Die in das Mauerwerk eingeleitete Vertikallast wird schalenunabhängig weitergeleitet.
Die Horizontallast hingegen erzeugt Querkräfte im Mauerwerk. Diese Querkräfte
werden raumseitig über die Biegesteifigkeit der Schalen abgetragen. Die innere
raumseitige Schale erzeugt in dem gesamten Mauerwerksquerschnitt eine
Biegeverformung der Schalen.
Die Berechnung eines verschieblichen Schalenverbundes ist generell sehr ungenau.
Die Biegesteifigkeiten der Einzelschalen müssen in der Regel geschätzt werden. Die
Ermittlung der Verformung und Krümmung erfolgt unter der Annahme einer
identischen Kopfverschiebung der Mauerwerksschalen. Anschließend können die
Dehnungen und Schnittgrößen ermittelt werden.
Dabei ist darauf zu achten, dass die Bruchschnittgrößen nicht aus den
Interaktionslinien aufgrund der Biegeverformung der Schalen ermittelt werden
können.
Bei einer nichtkohäsiven Zwischenschale (Abbildung 44) ist zusätzlich auf die
unterschiedliche Schnittgrößenverteilung der äußeren Wetterschale zu achten.
Dabei gilt: die Summe der inneren und äußeren Schnittgrößen darf die gesamten
Bruchschnittgrößen der Schale unter Berücksichtigung der Schlankheit nicht
überschreiten.
Die abschließende Berechnung des Bruchzustandes ist nur interativ möglich.
Abbildung 44: Inneren Kräfte einer nichtkohäsiven Innenschale
([35])
Die Belastung der mittleren Zwischenraumschale kann als Streckenlast mit den
Gleichungen (6-16) und (6-17) auf die äußere Wetterschale umgerechnet werden.
63

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
D (6-16)
und
(6-17)
C
mit:
D Dichte in [N/mm²]
Krümmung in
Ausmittliger Lastangriff in [mm]
Abstand in [mm]
Verformung C F
C Lastangriffswinkel
Verschieblicher Schalenverbund nach [35]
Der in der Regel bei historischem Mauerwerk anzunehmende Verbund zwischen den
Schalen ist der verschiebliche Schalenverbund. Er liegt zwischen einer losen und
einer unverschieblichen Mauerwerksstruktur.
Eine Verschiebung der Schalenfuge wird prinzipiell behindert aber nicht vollständig
verhindert. In Abbildung 45 ist das Tragverhalten im verschieblichen Schalenverbund
dargestellt.
Abbildung 45 : Tragverhalten im verschieblichem Schalenverbund
([35])
Die Schubspannung ist gegenüber dem unverschieblichen Verbund generell geringer
anzunehmen. Das heißt, dass die Biegetragfähigkeit, gegenüber den
Bruchschnittgrößen abgemindert werden kann. Bei einer Schubbruchspannung,
64

Tragverhalten von historischen Mauerwerk
welche kleiner als die Schubspannung der Schalenfuge ist, müssen die
Bruchschnittgrößen zusätzlich abgemindert werden.
Ein vereinfachter Nachweis kann in Anlehnung an den Teilverbundnachweis im
Verbundbau erfolgen.
Grundsätzliche Parameter für die Berechnung der Bruchmomente sind die
Bruchschnittgrößen und die zugehörigen Schubspannungen.
Das zu ermittelnde Bruchmoment (6-18) liegt zwischen den Bruchmomenten für
unverschieblichen Schalenverbund und losem Schalenverbund. Der Wert kann linear
interpoliert werden.
mit:
Bruchmoment in [N cm]
Querkraftmoment in [N cm]
E Schubbruchspannung in [N/cm 2 ]
E Schubspannung in [N/cm 2 ]
E
E
(6-18)
Generell lassen sich folgende Lastabtragungsmechanismen Mauerwerksverbundes
annehmen:
Abbildung 46 : Lastabtragungsmodell im Schalenverbund
([35])
Allgemeine Gleichung der Schubspannung
E E
(6-19)
Allgemeine Gleichung der Normalspannung
E
(6-20)
Allgemeine Gleichung der Schubspannung
E
(6-21)
65

7 Bemessung von historischem Mauerwerk
Bemessung von historischen Mauerwerk
7.1 Hinweise zur Bemessung
Als anerkannte Regel der Technik in Bezug auf den Mauerwerksbau steht derzeit
generell der Eurocode 6 und die DIN 1053 zur Verfügung. Für die Berechnung von
Mauerwerk aus künstlichen Steinen liegen nach Eurocode 6 zahlreiche
Bemessungsgrößen vor. In der Regel können diese problemlos auf jegliches
Mauerwerk aus künstlichen Steinen übertragen werden.
Bei der Berechnung von Natursteinmauerwerk jedoch können die im Eurocode 6
gegebenen Bemessungsregeln in der Regel nicht auf inhomogenes Mauerwerk
übertragen werden. Im nationalen Anhang zum Eurocode 6 sind einzelne, auf
Erfahrungswerten basierende Bemessungsregeln für verschiedene, regelgerechte
Natursteinverbände dargestellt.
Bei der Betrachtung von historischem Mauerwerk können diese Gleichungen
aufgrund der Inhomogenität der Mauerwerksstruktur kaum angewandt werden.
Zusätzlich werden verhältnismäßig hohe Sicherheitsfaktoren berücksichtigt.
Um eine annähernd genaue Berechnung durchführen zu können, gibt die Literatur
einige Bemessungsansätze unter Verwendung diverser Bruchmodelle.
Die einer Berechnung zugrunde liegenden Werte stammen in der Regel aus
Mauerwerksuntersuchungen mit Labortechnischen Prüfverfahren. Die Prüfkörper
werden auf ihre Druckfestigkeit geprüft.
querdehnungsbehinderter Rand
Querdruck
Querzug
Querzug
Querdruck
querdehnungsbehinderter Rand
Abbildung 47: Allgemeines Bruchbild Steinwürfel
(eigene Darstellung)
7.2 Bemessung von Ziegelmauerwerk
Im Wesentlichen ist für die Bewertung der Tragfähigkeit die Bemessung von
Ziegelmauerwerk unter Druckbeanspruchung maßgebend.
66

Bemessung von historischen Mauerwerk
Aufgrund der bereits erwähnten untergeordnete Bedeutung der Zugbeanspruchung
und der Schubbeanspruchung auf das Mauerwerk werden diese im Folgenden nicht
weiter betrachtet.
7.2.1 Bemessung von Ziegelmauerwerk unter Druckbeanspruchung
Generell lässt sich künstliches Mauerwerk nach gültigen Normen berechnen. Diese
unterscheiden in Rezeptmauerwerk und Mauerwerk nach Eignungsprüfung.
Rezeptmauerwerk
Nach Norm 57 wird dem Rezeptmauerwerk zunächst in Abhängigkeit der
Steinfestigkeitsklasse und der Mörtelart ein Grundwert der zulässigen
Druckspannung ( ) zugeordnet. Dieser Grundwert bezieht sich auf den jeweiligen
Gebrauchszustand bei einer vorgegebenen Schlankheit von:
. Die in den
Normen gegebenen Werte stammen aus der Auswertung von Druckversuchen nach
MANN 58 .
Mauerwerk nach Eignungsprüfung
Gerade bei der Betrachtung von historischem Mauerwerk ist es sinnvoll, Mauerwerk
nach Eignungsprüfung 59 zu berechnen.
Die Prüfung erfolgt nach Norm an mindestens drei Probekörpern.
Aus den
Versuchsergebnissen wird eine Nennfestigkeit ( ) ermittelt. Sie entspricht einem
5%-Quantil-Wert. In Abhängigkeit eines weiteren Faktors für die theoretische
Schlankheit der Probekörper ( ), kann folgende Gleichung nach MANN angegeben
werden:
(7-1)
Der Zusammenhang zwischen der Nennfestigkeit und des Schlankheitsfaktors sind
in folgender Tabelle dargestellt.
Nennfestigkeit ( ) 1-9 MN/m 2 11-13 MN/m 2 16-25 MN/m 2
theoretische Schlankheit der
Probekörper ( )
Grundwert der zul. Druckspannung
( )
Tabelle 7 : Rechenfestigkeit und Grundwert der zul. Druckspannung in
Abhängigkeit der Mauerwerksnennfestigkeit
([27])
57 vgl. [4], S. 11 ff.
58 vgl. [27]
59 vgl. [4], Tab. 4c, S. 11 ff.
67

nach Schubert [33]
Bemessung von historischen Mauerwerk
Generell kann die Druckfestigkeit analog des empirischen Ansatzes von Schubert
berechnet werden.
Empirische Ansätze für die Bestimmung der Druckfestigkeit von einschaligem
Mauerwerk werden häufig, aufgrund der schematisierten Modellbildung angewandt.
Im Allgemeinen dient als grundlegender Ansatz die Gleichung nach SCHUBERT für
die charakteristische Druckfestigkeit von Mauerwerk:
mit:
Konstante
Konstanten
(7-2)
Druckfestigkeit Stein in [N/mm 2 ]
Druckfestigkeit Mörtel in [N/mm 2 ]
7.2.2 Bemessung von Ziegelmauerwerk nach EC 6
Der durch den Eurocode 6 60 gegebene empirische Rechenansatz wird analog der
Formel nach SCHUBERT ermittelt. Die verwendeten Konstanten werden in
Abhängigkeit der verwendeten Mörtelausführungen und Steinkategorie gewählt.
Die im Eurocode aufgeführten Konstanten gelten nur für einschaliges Mauerwerk im
Sinne der Norm. Aufgrund dessen stellt sich eine Druckfestigkeitsbewertung mithilfe
dieser Formel für historisches mehrschaliges Mauerwerk kritisch dar.
Im Allgemeinen, unter Verwendung des 5%-Quantil Wertes der Druckfestigkeit des
Mauerwerks, kann folgende Formel für die mittlere Druckfestigkeit ermittelt werden:
mit:
Normierte Mauersteindruckfestigkeit in [N/mm 2 ]
Druckfestigkeit Mörtel in [N/mm 2 ]
Abminderungsfaktor in Abhängigkeit der Steingruppe, Verband und Mörtelart nach EC6
Tab. 3.3 (i.M. = )
(7-3)
Aufgrund der einfachen Anwendung des Eurocodes wird auf eine ausführlichere
Darstellung der Berechnungsmechanismen im weiteren Verlauf verzichtet.
7.3 Bemessungsansätze von Natursteinmauerwerk unter Verwendung von
Bruchmodellen
Die Druckfestigkeit von Mauerwerk kann unterschiedlich ermittelt werden. Bei
Ziegelmauerwerk ist es üblich, die Druckfestigkeit mithilfe diverser empirischer
Rechenansätze zu ermitteln. Grundsätzlich stellt der Eurocode 6 für Mauerwerk aus
60 vgl. [8]
68

Bemessung von historischen Mauerwerk
Vollziegeln eine Funktion, mit deren Hilfe eine mittlere Stein- und Mörtelfestigkeit
ermittelt werden kann. Für eine statische Auswertung von Mauerwerksuntersuchungen
können ergänzend zum Eurocode 6 Formeln von MANN
angenommen werden. Die bei der Mörtelfestigkeitsberechnung ermittelten Werte
sind nach DIN 18555 für ein Normalprisma dargestellt. Diese Werte müssen
aufgrund abweichender Geometrie ggf. umgerechnet werden.
Natursteinmauerwerk kann in der Regel nicht mithilfe empirischer Rechenansätze
auf Druckfestigkeit nachgewiesen werden. Die Ermittlung der Druckfestigkeit erfolgt
mithilfe diverser Bruchmodelle.
Im folgenden Verlauf sind einige Bemessungsansätze aufgezeigt.
7.3.1 Bruchmodell nach Mann
Die Theorie nach MANN [28] wurde zur Ermittlung der Tragfähigkeit von
Bruchsteinmauerwerk entwickelt.
Der nach MANN beschriebene Rechenansatz basiert im Wesentlichen auf der
Grundlage, dass die Mörteldruckfestigkeit maßgebend für das Mauerwerksversagen
verantwortlich ist. Um die Mörteldruckfestigkeit einstufen zu können, stützt sich
MANN auf die MOHR‘sche Bruchhypothese. Diese Hypothese bildet die
Mörteldruckfestigkeit als Produkt aus der Normdruckfestigkeit des Mörtelprismas und
einem Formfaktor (). Dieser Formfaktor berücksichtigt die Festigkeitssteigerung des
Mörtels durch die dreiachsige Spannungsbelastung in Folge der
Druckbeanspruchung des Mauerwerks unter Beachtung des Neigungswinkels der
Lagerfuge.
Weiterhin wird ein sogenannter Übertragungsfaktor () in der Gleichung
berücksichtigt. Dieser Faktor stellt die Fugenfläche dar, welche an den oberhalb und
unterhalb liegender Steine grenzt, zum Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche.
Die verwendeten Natursteinmauerwerksverbände werden über die im Eurocode 6
angegebenen Güteklassen ermittelt.
Die folgende Gleichung gilt nur für Bruchsteinmauerwerk mit regellosen Verbänden
und zusätzlich hohem Mörtelanteil sowie mit geringer Mörtelfestigkeit.
Eine Übertragung der Gleichung auf andere Mauerwerksverbände oder Mörtelverteilungen
ist möglich.
B
mit:
Mörteldruckfestigkeit, in [N/mm 2 ]
(7-4)
Normdruckfestigkeit des Mörtelprismas in [N/mm 2 ]
69

Bemessung von historischen Mauerwerk
Formfaktor
Übertragungsfaktor,
in [mm 2 ]
Höhe der wirksamen Fuge in (Lagerfuge) [mm]
Länge der wirksamen Fuge in [mm]
B Fugenneigung (< 90°)
7.3.2 Bruchmodell nach Hilsdorf
Das Bruchmodell nach HILSDORF [17] nimmt für die Bruchursache das
Überschreiten der Steinzugfestigkeit an. Unter Annahme der vorangegangenen
Theorie der über den gesamten Querschnitt wirkenden dreiaxialen Spannung erhöht
sich über die gesamte Fugenfläche die Mörtelfestigkeit. Gleichzeitig nimmt die
Steinbelastung quer zur Vertikallast auf Zug zu. Die entstehende Querzugfestigkeit
der Steine entspricht somit der Druckbeanspruchung.
Abbildung 48 : Spannungsverteilung nach Hilsdorf
(eigene Darstellung in Anlehnung [17])
HILSDORF beschreibt den Bruchmechanismus mithilfe folgender Bruchkurve
(Abbildung 49). Dieser Bruchkurve liegen folgende Bedingungen zu Grunde:
- vollkommener Verbund
- Annahme eines homogenen und isotropen Mauerwerksgefüges
- linear- elastisches Materialverhalten
- konstante Verteilung der Horizontalspannungen über die gesamte Stein- und
Mörtelhöhe.
Die der Bruchtheorie zugrunde liegenden Bedingungen schließen Natursteinmauerwerk
aufgrund der Unregelmäßigkeiten des Mauerwerksverbundes aus.
Dieses Modell ist lediglich für homogenes Ziegelmauerwerk anwendbar.
70

Bemessung von historischen Mauerwerk
Bruch
Rissbildung
Abbildung 49: Bruchkurverve für zentrische Druckbeanspruchung nach Hilsdorf
(eigene Darstellung in Anlehnung [21], S.86)
In Anlehnung an die dargestellte Bruchkurve können folgende Gleichungen zur
Ermittlung der Mauerwerksdruckfestigkeit gebildet werden.
Um den Schnittpunkt ermitteln zu können, welcher zum Versagen des Mauerwerkes
führt, muss zunächst die Querspannung in Stein und im Mörtel berechnet werden:
- Querspannung im Stein
(7-5)
- Querspannung im Mörtel
Wird die Bedingung nach Gleichung (7-7) erfüllt, kann die Horizontalspannung im
Stein nach Formel (7-8) ermittelt werden.
(7-7)
- Horizontalspannung
in Stein
mit:
Querdehnzahl Stein
Querdehnzahl Mörtel
Steinhöhe in [mm]
Fugenhöhe (Lagerfuge) in [mm]
E-Modul Stein in [N/ N/mm 2 ]
E-Modul Mörtel in [N/mm 2 ]
Querzugspannung im Stein in [N/mm 2 ]
(7-6)
(7-8)
Die Tragfähigkeit kann nach HILSDORF anhand der Beziehung zweier Bruchkurven
zueinander abgeleitet werden. Die Linie eins (L1) gibt die Spannungsentwicklung im
71

Bemessung von historischen Mauerwerk
Stein an. Sie steigt kontinuierlich an, bis sie die Steinbruchlinie im Punkt A1 erreicht.
Dieser Schnittpunkt signalisiert das Versagen des Steines. Bildet sich zunächst ein
Riss im Steingefüge, wird die aus der behinderten Querdehnung entstandene
Zugbeanspruchung verringert. Durch eine weiter steigende Druckbeanspruchung
erfolgt eine erneute Spannungsentwicklung. Diese Entwicklung ist durch die Linie
zwei (L2) dargestellt.
Der eben erwähnte Vorgang kann sich bei einer kontinuierlichen Lasterhöhung so
lange wiederholen, bis der Schnittpunkt der beiden Materialbruchlinien (S) erreicht
ist. Dieser Schnittpunkt stellt die theoretische Druckfestigkeit des Mauerwerks nach
HILSDORF dar.
7.3.3 Bruchmodell nach Pöschel/Sabha
Zur Ermittlung der Druckfestigkeit von Quadermauerwerk kann die Gleichung nach
PÖSCHEL/SABHA [31] angenommen werden. Diese Gleichung beruht auf einer
Kombination von Druckversuchen an Quadermauerwerk aus Elbsandstein, mit
niederfestem Kalkmörtel und einer anschließenden FE - Analyse 61 .
Demnach kann die Spannungsverteilung nach Abbildung 49 nach PÖSCHEL/SABHA
[31] nur als vereinfachte Annahme dienen, da die Querdehnung zum Fugenrand hin
zunimmt. In den Randbereichen der Fugen wird somit, durch die ungehinderte
Querdehnung, kein dreiaxialer Spannungszustand erzeugt. In den
Fugenrandbereichen ist nun keine Festigkeitserhöhung mehr möglich. Wird die nun
wirkende einaxiale Mörteldruckfestigkeit in den Randfugenbereichen überschritten,
plastifiziert der Mörtel im diesem Bereich. Mörtelelemente neigen an
oberflächennahen Fugenbereichen zum Herausbrechen. Weiterhin werden
Spannungen auf innen liegende Bereiche umgelagert. Bei einer zunehmenden
Lasterhöhung reduziert sich die mehraxiale Fugeninnenfläche proportional zu
Lasterhöhung. Außerdem bewirkt die einaxiale Druckbeanspruchung keine
sachgemäße Abtragung der Last in den Randfugenbereichen. Dieser
Wirkungsmechanismus verursacht eine Zunahme der Teilflächenpressung.
Zusätzlich zu der bei HILSDORF betrachteten Querzugspannung, wirkt nun eine
Spaltzugspannung aus der Teilflächenpressung.
Zusammenfassend entstehen demnach unter anfänglicher Belastung, ausgehend
von der Lagerfuge, Risse in den Steinrandbereichen. Der Fugenmörtel neigt zu
einem Herausquellen und schließlich zum Herausbrechen. Das Mauerwerk versagt
infolge des senkrechten Aufreißens der Mauerwerkssteine.
61 Finite Elemente - Analyse
72

Bemessung von historischen Mauerwerk
Die Mauerwerksdruckfestigkeit wird prinzipiell grafisch, durch den Schnittpunkt einer
linearen Spannungslinie mit der dazugehörigen Steinbruchkurve ermittelt. In
Abbildung 50 ist die von PÖSCHEL/SABHA entwickelte Bruchkurve dargestellt.
Bruch
Abbildung 50: Bruchkurve und Bruchkriterium für zentrische Druckbeanspruchung
nach Pöschel/Sabha
([31])
Wichtige Parameter zur rechnerischen Bestimmung sind neben der
Mörteldruckfestigkeit nach DIN 18555, die Druck- und Spaltzugfestigkeit des
Steinmaterials sowie Mörtelfugenhöhe.
Die Gleichung der Mauerwerksdruckfestigkeit kann nach folgenden Annahmen
hergeleitet werden.
- Grundlage des Bruchmodelles ist das Steinversagen
- die Mörtelausbruchtiefe entspricht der Fugenhöhe (Ausbruch nach Erreichen
der doppelten Mörtelfestigkeit, vgl. Prismenfestigkeit nach DIN 18555-3 62 )
- der Restmörtel bleibt stabil
- die Berechnung basiert prinzipiell auf der vorangegangenen Bruchkurve.
Die Gleichung zur Ermittlung der Mauerwerksdruckfestigkeit ( ) lautet:
mit:
(7-9)
Mörteldruckfestigkeit nach DIN 18555-3 in [N/mm 2 ]
Steindruckfestigkeit in [N/mm 2 ]
Steinzugfestigkeit in [N/mm 2 ]
Fugenhöhe (Lagerfuge) in [mm]
Steinbreite (von freiem Rand zu freien Rand) in [mm]
62 vgl. [6]
73

Bemessung von historischen Mauerwerk
In der vorrangegangenen Gleichung wird das Verhältnis zwischen Fugen- und
Steinhöhe nicht beachtet.
7.3.4 Bruchmodell nach Ebner
Ein weiteres Bruchmodel, welches in seinen Grundlagen analog dem
vorangegangenen Modell gleicht, ist das Modell von EBNER [7]. Es beruht ebenfalls
auf der Theorie des Zugversagens der Steine infolge Querdehnungsbehinderung und
Teilflächenpressung und des Druckversagens des Mörtels. Die Mauerwerkskomponente,
welche eine geringere Druckbruchspannung aufweist, bestimmt die
gesamte Druckfestigkeit des Mauerwerkes.
Das Bruchmodel wurde numerisch für regelmäßiges werksteingefertigtes
Schichtenmauerwerk entwickelt. Bei der Übertragung dieses Modells auf
Bruchsteinmauerwerk ist ein entsprechender Abmilderungsfaktor zu wählen. EBNER
berücksichtigt in seinem Modell zusätzlich die Mauerwerksfläche, welche durch
Stoßfugenränder und nichttragende Lagerfugenränder eine verringerte
Druckfestigkeit bewirken würde. Diese Fläche wird von der gesamten Mauerfläche
abgezogen.
Weitere Parameter sind:
- Stein- und Fugenabmessungen
- Festigkeitswerte
- Kohäsion des Mörtels
- Winkel der inneren Reibung
- Steigung der Brucheinhüllenden des Steines
Das Bruchmodell nach EBNER kann durch folgende Gleichung [56] für die
Mauerwerksdruckfestigkeit beschreiben werden:
F
(7-10)
mit:
F Winkel der inneren Reibung
Kohäsion
Steinbreite (von freiem Rand zu freien Rand) in [mm]
Fugenhöhe (Lagerfuge) in [mm]
Spannung in y-Richtung in [N/mm²]
Übertragungsfaktor
Steinbreite in [mm]
Steinlänge in [mm]
Druckbruchspannung in [N/mm²]
74

Bemessung von historischen Mauerwerk
7.3.5 Bruchmodell nach Berndt
Ebenfalls für Schichtenmauerwerk entwickelte BERNDT [2] ein weiteres Bruchmodel.
Dieses Verfahren wurde ursprünglich für Schichtenmauerwerk aus Elbsandstein
entwickelt. Es lässt sich jedoch auf sämtliche regelmäßigen und unregelmäßigen
Schichtverbände aus Werksteinen übertragen. Dem Verfahren liegt das Zugversagen
des Natursteines unter einer Druck-Zug-Zug Beanspruchung zugrunde. Dabei wird
ein linear-elastisches Werkstoffverhalten angenommen. Parameter zur Bestimmung
der Gleichung sind:
- Zug- und Druckfestigkeit der Steine
- Querdehnungszahl des Mörtels
- Fugen und Steinhöhe
- geschätzte Ausbruchtiefe der Lagerfuge
Der Gleichung zugrunde liegend ist die Entwicklung einer Zugspannung im Stein,
aufgrund der behinderten Querdehnung und einer Spaltzugspannung im Stein. Die
beiden eben erwähnten Zugspannungen werden anteilig zusammengefasst. Dabei
wird in der Regel die aus der Querdehnung resultierende Querzugspannung voll und
die Spaltzugspannung lediglich mit 60% 63 angenommen.
Die Druckfestigkeit von Mauerwerk ( ) kann wie folgt nach Berndt berechnet
werden:
(7-11)
mit:
Einaxiale Steindruckfestigkeit in [N/mm 2 ]
Steinzugfestigkeit aus in [N/mm 2 ]
Fugenhöhe (Lagerfuge) in [mm]
min (Steinhöhe, 10 cm) in [mm]
Steinhöhe in [mm]
Steinbreite (von freiem Rand zu freien Rand) in [mm]
Ausbruchtiefe,
mit:
D für MG I
D für MG II
D für MG III
idealisierte Querdehnzahl
in [mm]
63 vgl. [19], S. 46
75

Bemessung von historischen Mauerwerk
mit:
für MG I
für MG II
für MG III
Abminderungsfaktor (i.d.R = 0,3)
Die vorangegangen Gleichung gilt grundsätzlich für einschaliges Quader- und
Schichtenmauerwerk, unter der Voraussetzung, dass das Gestein einen wesentlich
höheren Elastizitätsmodul als der Mörtels aufweist ( ). Weiterhin gilt die
Annahme für dünne Mörtelfugen, in Anlehnung an Ziegelmauerwerk, maximal bei
etwa 12 mm. Eine erhöhte Mörtelfuge ist bei der Berechnung unzulässig.
Weitere Bruchmodelle werden nicht berücksichtigt.
76

8 Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
8.1 Materialprüfung
8.1.1 Ergebnisse Mauerwerksgutachten
Um Aussagen über mechanische Materialkennwerte im Bestand treffen zu können,
ist es erforderlich, eine umfangreiche Zustandsanalyse durchzuführen.
Normative Faktoren einer jeden Bauwerksuntersuchung sind im Wesentlichen
Angaben zur Baugeschichte, der Gebäudeabmessungen und somit deren
eventuellen Verformungen, der Bausubstanz sowie der Schäden und deren
Schadursachen. Da in der Regel nicht alle notwendigen Informationen problemlos
verfügbar sind, muss in der Praxis eine umfangreiche Bestandserkundung und
Zustandsanalyse durchgeführt werden. Eine ausführliche Darstellung der
Bestandsanalyse der historischen Bausubstanz: Altes Seminar in Grimma wurde
bereits in der vorausgehenden Studienarbeit 64 vorgenommen.
Die durch eine umfangreiche Bestandsuntersuchung [13] gewonnenen Ergebnisse
sind nachfolgend hinsichtlich des Mauerwerkes zusammengefasst.
Die Gebäudestruktur des Alten Seminargebäudes ist stark geschädigt. Die Fassaden
weisen umlaufend große Riss-, Feuchte- und Putzschäden auf. Ebenso sind die
Innenwände stark geschädigt. Durch eine defekte Dacheindeckung und aufsteigende
Feuchte sind im gesamten Objekt, besonders aber an der Ostseite massive
Feuchteschäden vorhanden.
Ursache für die vorhandenen Mauerwerksrisse, vor allem auf der Nord-Westseite,
sind u.a. Setzungsunterschiede der Fundamente.
Die Außenwände und ein Großteil der Innenwände bestehen grundsätzlich aus
einem mehrschaligen, kleinformatigen Bruchsteinmauerwerk mit partiellen Ziegeleinschlüssen.
In den Untersuchungsbereichen wurden meist Kalkmörtel der
Mörtelgruppe MG I sowie teilweise Mörtel mit deutlichen Anteilen an Lehm und
Schluff vorgefunden.
Die weitere Mauerwerksuntersuchung ergab eine mittlere Ziegeldruckfestigkeit von
21,9 N/mm², welche gemäß DIN 1053-1 65 einer Druckfestigkeitsklasse MZ 12
zugeordnet werden kann. Bei der Betrachtung der teilweise vorhandenen raumseitig
äußeren Schale des Außenmauerwerks als separater Ziegelmauerwerksquerschnitt,
ergibt sich unter Berücksichtigung der Mörtelgruppe MG I, Kalkmörtel eine zulässige
Druckspannung im Ziegelmauerwerk von 0,8 MN/m².
Die mittlere Natursteindruckfestigkeit beträgt 91,8 N/mm². Die Rohdichte der
Natursteinproben beträgt im Mittel 2,40 kg/dm³ und spiegelt damit eine hohe Dichte
64 vgl. [18]
65 vgl. [4], Mauerziegel
77

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
und Festigkeit des Steingefüges wider. Nach DIN 1053-1 66 entspricht die
Mauerwerksstruktur der Außen- und Innenwände in ihrer Grundeinstufung dem
Bruchsteinmauerwerk, Güteklasse N1. Unter Berücksichtigung der nachgewiesenen
Druckfestigkeiten (50N/mm²) besitzt das Natursteinmauerwerk in Bereichen mit
Kalkmörtel der Mörtelgruppe MG I eine zulässige Druckspannung von 0,3 MN/m².
In Natursteinbereichen mit Lehm als Mauermörtel kann dem Mauerwerk keine
zulässige Druckspannung zugeordnet werden.
8.1.2 Ergebnisse weiterer Druckversuche
Eine detaillierte Zusammenstellung der einzelnen Druckversuche ist in Anhang 3
dargestellt.
Die aus der Druckprüfung gewonnenen Ergebnisse können folgendem Diagramm
entnommen werden.
Der Prüfung des Natursteinmaterials kann aufgrund der geringen Anzahl der
Prüfkörper und durch das Erreichen der Druckkraft der Prüfmaschine theoretisch
keine realistischer Wert entnommen werden.
Nichts desto trotz werden im Folgenden die Natursteinproben als regelgerecht
geprüft betrachtet, um eine Vergleichsrechnung anstellen zu können.
Steindruckfestigkeit in
[N/mm 2 ]
Ziegelsteine
Prüfkörper
Steindruckfestigkeit in
[N/mm 2 ]
Natursteine
Prüfkörper
Abbildung 51:
Graphische Darstellung der Versuchsergebnisse
Die vereinzelten Abweichungen der Werte können im Allgemeinen durch
strukturbedingte Unregelmäßigkeiten begründet werden.
Folgende Mittelwerte können anhand der Steinprüfung angegeben werden:
- Steindruckfestigkeit Ziegel: 12,1 N/mm 2
- Steindruckfestigkeit Naturstein: 75,5 N/mm 2
66
vgl. [4], Naturstein
78

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
8.1.3 Auswertung der Prüfkörper
Historisches Mauerwerk unterliegt in der Regel einer verhältnismäßig großen
Streuung der mechanischen Eigenschaften der Proben. Um eine
Festigkeitskenngröße zu ermitteln, wird eine normgerechte Anzahl an Probekörpern
untersucht (i.d.R mind. 10 Einzelprüfungen). Die materialspezifischen Eigenschaften
folgen grundsätzlich einer statistischen Verteilung. Die nachfolgende Abbildung zeigt
ein glockenförmiges Häufigkeitsdiagramm einer Normalverteilung.
relative Häufigkeit in [%]
5%-Quantil
Mittelwert
Häufigkeitsverteilung
(Gauß´sche Glockenkurve,
Normalverteilung)
Wendepunkte
Druckfestigkeit in [N/mm 2 ]
Abbildung 52 : Definition des 5%-Quantil-Wertes einer Verteilungsfunktion
(eigene Darstellung)
Der Mittelwert stellt den im Mittel von allen Prüfkörpern erreichten Wert dar. Er kann
prinzipiell als maximale Bruchlast angenommen werden.
Der 5%-Quantil-Wert dagegen stellt den charakteristischen Wert der
Festigkeitskenngrößen dar. Damit kann dieser Wert als unterer Grenzwert einer
Materialeigenschaft angenommen werden.
In den folgenden Erläuterungen wird auf eine Verteilungsfunktion der Messwerte
aufgrund der hohen Streuung der Steinproben verzichtet. Die Streuung und die
verhältnismäßig geringe Anzahl an Probekörpern bewirkt eine geringe
Häufigkeitsanzahl der einzelnen Messwerte. Aufgrund dessen bildet sich lediglich
eine flache Verteilungskurve aus.
Die Auswertung der Steindruckfestigkeits-Ergebnisse wird bei der anschließenden
Berechnung in der Regel durch einen 5%Quantil-Wert berücksichtigt. Die Ergebnisse
der Festigkeitsuntersuchung sind in folgenden Tabellen, für die Außenwände in
Abhängigkeit der Materialien dargestellt.
79

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Ergänzend zu den Druckfestigkeitsergebnissen des Gutachtens 67 vom 20.01.2012
wurden weitere Druckprüfungen vorgenommen. Die Laborergebnisse der
ergänzenden Druckfestigkeitsprüfung sind in Anhang 3 dargestellt.
Zusammenfassend können folgende Druckfestigkeiten angenommen werden.
Extremalwerte werden in der folgenden Betrachtung nicht berücksichtigt. Sie
resultieren aus Störungen im Versuchsablauf (Stein nicht planmäßig gesägt) und
verfälschen infolge dessen die reale Materialstreuung.
Mauerziegel:
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
S 1 - - - - - - 31,5*
S 4 - - - - - - 28,1*
S 7 - - - - - - 13,8
B1 552,7 68,6 64,9 70,5 1760,8872 58,40 12,8
B2 471 64,6 61,3 67,9 1750,206 51,97 12,5
B3 509 66,7 65,5 67,1 1737,3368 56,34 12,8
C1 592 68,7 67,6 73,4 1736,6896 57,15 11,5
C2 615 68,3 68,9 73,4 1780,1988 59,57 11,8
C3 584 67,7 68,4 70,6 1786,3369 29,90 6,2*
D1 533 63,3 66,9 68,8 1828,7147 57,71 12,5
D2 562 69,2 65,8 74,2 1663,4143 56,69 11,6
D3 510 67,7 66,9 67,4 1670,6885 56,17 12,5
E1 391 60,2 61,5 59,9 1761,7528 56,02 15,2
E2 386 60,4 58,6 62,6 1742,1214 45,89 12,5
F1 488 66,9 66,8 65,5 1667,1549 35,43 8,1
F2 501 66,8 68,3 67 1638,9502 48,43 10,6
F3 513 67,6 67,9 65,9 1695,9595 44,40 9,9
G1 527 65,3 66,5 68,4 1774,2699 68,73 15,1
G2 522 66,6 66,7 66,4 1769,711 68,49 15,5
G3 526 56,9 66,8 68,3 2026,172 59,02 12,9
* Extremalwerte bleiben bei der Berechnung unberücksichtigt
Tabelle 8:
Ergebnisse Steindruckfestigkeit – Ziegel
(eigene Darstellung in Anlehnung an [13] und [18])
67 vgl. [13]
80

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
In Abhängigkeit der Tabelle 8 kann folgendes Diagramm der Steindruckfestigkeiten
angenommen werden.
Abbildung 53: Graphische Darstellung Steindruckfestigkeiten : Ziegel
(eigene Darstellung in Anlehnung an [68] und [18])
In der folgenden Berechnung wird der 5% Quantil- Wert der Steindruckfestigkeiten
(Ziegelproben) ermittelt. In der Berechnung wurden die Extremalwerte nicht
berücksichtigt.
Nach Eurocode kann folgende Berechnung zur Ermittlung angegeben werden.
Bestimmung der Parameter der Steinproben:
(8-1)
Streuung der Stichproben:
(8-2)
Standartabweichung:
Variationskoeffizient:
(8-3)
A
Å (8-4)
Wahl der Verteilungsfunktion
- Vereinfacht würde eine Normalverteilung nach Gauss
angenommen
- Auf eine Überprüfung der Verteilungsfunktion wurde
verzichtet.
charakteristischer Wert:
A (8-5)
mit:
nach Tabelle D.1 (EC 0) als interpolierter Wert unter der Annahme,
dass die Standartabweichung der Grundeinheit unbekannt ist.
81

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Tabelle 9: Werte für charakteristische Werte (5%-Fraktile)
([10], S.102)
Naturstein :
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
S 4 - - - - - - 117,5
S 8 - - - - - - 86,0
H1 1061 76,5 73,8 77,9 2411,5505 59,02 12,9*
H2 1106 79,6 74,8 75,8 2450,5934 600,21 105,9
H3 1029 75,8 74,1 75,6 2422,5878 599,94 107,1
* Extremmalwerte bleiben bei der Berechnung unberücksichtigt
Tabelle 10: Ergebnisse Steindruckfestigkeit – Naturstein
(eigene Darstellung in Anlehnung an [13] und [18])
In Abhängigkeit der Tabelle 10 kann folgendes Diagramm der Steindruckfestigkeiten
angenommen werden.
Abbildung 54: Graphische Darstellung Steindruckfestigkeiten : Naturstein
(eigene Darstellung in Anlehnung an [68] und [18])
In der anschließenden Berechnung wurden wiederum die Extremalwerte nicht
berücksichtigt.
Nach Eurocode kann folgende Berechnung werden.
82

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Bestimmung der Parameter der Steinproben:
(8-6)
Streuung der Stichproben:
(8-7)
Standardabweichung:
(8-8)
Variationskoeffizient:
A
Å (8-9)
Wahl der Verteilungsfunktion
- Vereinfacht würde eine Normalverteilung nach Gauss
angenommen
- Auf eine Überprüfung der Verteilungsfunktion wurde verzichtet.
charakteristischer Wert:
A (8-10)
mit:
nach Tabelle D.1 (EC 0) als interpolierter Wert unter der Annahme, dass
die Standardabweichung der Grundeinheit unbekannt ist. (siehe Tabelle 9)
Der vorangegangene 5% Quantil –Wertes der Natursteinproben ist kritisch zu sehen,
da zur Ermittlung der charakteristischen Steindruckfestigkeit eine ausreichende
Menge an Einzelprüfungen voraussetzt wird. Die Mindestanzahl der Proben wird
wesentlich unterschritten.
8.2 Bemessung
8.2.1 Mauerwerksstruktur
Auf Grundlage der im Vorfeld vorgenommenen Bestandsaufnahme können die
zulässigen Druckspannungen angegeben werden.
Die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte vermerken einen
repräsentativen Querschnitt der Mauerwerksstruktur.
Quarzporphyr
68,53 N/mm² (5% Quantil-Wert)
104,13 N/mm² (Mittelwert)
Mauerziegel
9,03 N/mm²
12,45 N/mm²
(5% Quantil-Wert)
(Mittelwert)
83

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Mörtel (MG I)
MG I besitzt keinerlei Anforderungen und kann daher mit 1,0
angenommen N/mm² werden.
Fugenhöhen
Steinhöhe
Steinlänge:
Mauerwerksdicke
Natursteinmauerwerk:
Ziegelmauerwerk:
Natursteinmauerwerk:
Ziegelmauerwerk:
Natursteinmauerwerk:
Ziegelmauerwerk:
Innere Schale:
Äußere Schale:
1,0 - 3,5 cm (Querschnitt: i.M.= 2,25cm)
2,0 - 5,5 cm (Ansicht: i.M.= 2,25cm)
0,5 - 1,0 cm (Querschnitt: i.M.= 2,25cm)
0,5 - 1,0 cm (Ansicht: i.M.= 2,25cm)
Steinhöhen variieren stark (Steine in
Westansicht zwischen 10 und 20 cm)
7,0 - 8,0 cm
Steinlängen variieren stark
- Großformatige St.: max 28cm
- Kleinformatige St.: max 18cm; min 4 cm
7,0 - 8,0 cm
15 cm (Mittelwert über alle Geschosse)
87 cm (Mittelwert über alle Geschosse)
Die Versagensspannung des Mauerwerkes liegt laut Gutachten 68 zwischen = 0,3
N/mm² (Naturstein) und = 0,8 N/mm² (Ziegel). In der Praxis wird in der Regel der
minimale Wert für die Berechnung angenommen. In diesem Fall ist es der Wert für
die Bruchsteinmauerwerksschale. Dieser liegt bei zul. = 0,3 N/mm².
Exemplarisch werden im folgenden Abschnitt einige Berechnungen auf Grundlage
verschiedener Bruchmodelle durchgeführt.
Die äußere Schale besteht aus einem Natursteinmauerwerk. Nachstehende
Annahmen können hinsichtlich der für die Berechnung notwendigen Parameter
getroffen werden.
Abbildung 55 : Detailaufnahme der Außenwand (äußere Schale)
(eigene Darstellung [18])
68 vgl. [13]
84

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Die vorangegangene Abbildung zeigt einen Mauerwerksausschnitt der äußeren
Schale. Da die Fassade im Wesentlichen durch eine Putzschicht bedeckt ist, kann
nur partiell ein Einblick auf die dahinterliegende Mauerwerksstruktur gewonnen
werden. Durch eine Beschädigung des Fassadenputzes an der westlichen
Außenwand können folgende Annahmen über die in der Mauerwerksansicht
(Abbildung 55) dargestellten Struktureigenschaften getroffen werden.
Die Abbildung verdeutlicht die Unregelmäßigkeit der äußeren Natursteinschale. Im
Wesentlichen ist das Mauerwerk mit regelmäßigeren Natursteinquadern ausgeführt.
Zwischen diesen jedoch befindet sich ein großer Anteil an kleineren Naturstein- und
Ziegelsteinelementen.
Die kleineren ausfüllenden Steinmaterialien werden in der folgenden Bemessung
nicht berücksichtigt. Aufgrund dessen ist immer vom ungünstigsten Wert
auszugehen.
Die innen Schale wurde aus Ziegelmauerwerk errichtet. Wie zuvor bereits erwähnt
befindet sich auch raumseitig eine gleichmäßige Putzschicht. Partiell können
Einblicke auf das darunterliegende Mauerwerk gewonnen werden.
Das Ziegelmauerwerk scheint überwiegend gleichmäßig und intakt zu sein.
Abweichungen sind im Obergeschoss festgestellt wurden. Auf diese Abweichungen
wird im Folgenden nicht näher eingegangen.
Abbildung 56 : Detailaufnahme der Außenwand (innere Schale)
(eigene Darstellung [18])
Weiterhin können Angaben über die Mauerwerksstruktur den
Mauerwerkssondierungen entnommen werden. Diese geben grundsätzlich
Aufschluss über den Mauerwerksquerschnitt.
Die Ergebnisse der Mauerwerkssondierungen 69 schwanken stark. Das Objekt weist
aufgrund seiner Geschichte sowohl unterschiedliche Mauerwerksstärken innerhalb
eines Geschosses als auch starke Schwankungen der allgemeinen
Mauerwerksstrukturen auf. In der Regel wurde ein zweischaliges Mauerwerk, ohne
69 vgl. [13] S. 48 ff.
85

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Zwischenschale errichtet. Die Natursteinschale wurde in der Regel wetterseitigen
aus großformatigen Natursteinen (max= 28cm) errichtet. Im Inneren des
Wandquerschnittes jedoch wurden zumeist kleinformatige Steine (min = 4cm ; max=
18cm) verwendet. Die raumseitige Innenschale ist ca 15 cm dick.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass sich in der Mauerwerksstruktur
stellenweise größere Bereiche eines Mörtel-Bruchstückgemenges befinden. Weitere
Abweichungen zu diesem prinzipiellen Mauerwerksaufbau konnten im Obergeschoss
nachgewiesen werden. Die Abweichungen werden nachfolgend nicht berücksichtigt.
Weiterhin ist zu vermerken, dass das Mauerwerk in der Regel mit Kalkmörtel
ausgeführt wurde. Auch dieser Parameter unterliegt innerhalb des Gebäudes großen
Schwankungen.
Weitere grundsätzliche Festlegungen über Steinabmessungen können der
vorangegangen allgemeinen Zusammenstellung entnommen werden.
In der folgenden Berechnung wird von der repräsentativen Mauerwerkssondierung: S
4.1 (Außenwand Süd, Erdgeschoss) ausgegangen.
Abbildung 57: Repräsentative Mauerwerkssondierung
([13] S. 54)
8.2.2 Äußere Schale: Natursteinmauerwerk
Die äußere Schale besteht aus einem regellosen Quarzporphyr-Mauerwerk und
Mörtel der Mörtelgruppe I.
Grundsätzlich wird für die Berechnung der 5% Quantil-Wert angenommen, welcher
einen Eingangswert der Festigkeit aufgrund der großen Streuung der
Druckfestigkeiten darstellt. Dieser liegt für die Druckfestigkeit der Steine wesentlich
unter dem in der DIN 1053-1 vorgesehenen Wert von Quarzporphyrgestein
(
Qualität verbaut wurden.
). Es wird vermutet, dass Gesteine einer minderen
Nennfestigkeit ( ) des Mauerwerks nach DIN 1053-1
Der von der Mörtelgruppe abhängige maximale Grundwert der zulässigen Spannung
kann generell nach DIN 1053-1 70 , Tabelle 4a ermittelt werden. In Abhängigkeit der
Mörtelgruppe I und unter Annahme einer maximalen Steinfestigkeitsklasse von 20
70 vgl. [4], Tab. 4c, S.12
86

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
ergibt sich MN/m 2 . Für höhere Steinfestigkeitsklassen sind in der Tabelle
keine Werte gegeben.
Unter Annahme der Tabelle 11 von MANN kann anschließend eine Nennfestigkeit
von berechnet werden.
Nennfestigkeit ( ) 1-9 MN/m 2 11-13 MN/m 2 16-25 MN/m 2
theoretische Schlankheit der
Probekörper ( )
Grundwert der zul. Druckspannung
( )
Tabelle 11: Mauerwerksnennfestigkeit
([27])
N/mm 2 (8-11)
Grundwert ( ) der zulässigen Druckspannung für Natursteinmauerwerk nach
DIN 1053-1
Grundsätzlich sieht die Norm für regelloses Bruchsteinmauerwerk nach DIN 71 , Tab.
13 eine Güteklasse N1 vor.
Mit der Mörtelgruppe I kann aus Tabelle 14 der DIN 1053-1 ein maximaler Grundwert
der zulässigen Druckspannung für Natursteinmauerwerk mit Normalmörtel abgelesen
werden.
In Abhängigkeit der Güteklasse und einer Steinfestigkeit für Quarzporphyr von 68,53
N/mm² ( Æ MN/m 2 ) ergibt sich eine Gebrauchsspannung von N/mm 2 .
Charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit nach EC 6
Bei dem betrachteten Mauerwerkssystem handelt es sich um ein Einsteinmauerwerk
aus Vollsteinen. Die charakteristische Druckfestigkeit kann einerseits durch
Materialprüfungen oder Berechnung einer Potenzformel ermittelt werden. Die
Gleichung dieser Formel ist im Eurocode 6 72 Gleichung (3.2) dargestellt.
Die Mörtelfestigkeit kann nicht aus den Untersuchungsergebnissen des Gutachtens 73
entnommen werden. Da die Norm ebenfalls keinen Wert für einen Mörtel der
Mörtelgruppe I angibt, wird dieser in der folgenden Formel mit 1,0 N/mm 2
angenommen.
Um die verhältnismäßig großen Streuweiten in den Steinfestigkeiten zu
berücksichtigen, wird anstelle des Mittelwertes der 5% Quantil – Wert berücksichtigt.
71 vgl. [4]
72 vgl. [8] S.33
73 vgl. [13]
87

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
N/mm² (8-12)
mit:
nach EC 6 Tab. 3.3 ergibt sich i.M ein Wert von 0,40
Druckfestigkeit von Bruchstein nach MANN [28]
Zur Ermittlung von Bruchsteinmauerwerk kann die Berechnung nach MANN
durchgeführt werden. Der Übertragungsfaktor () kann nach WARNECKE 74 mit 0,6
angenommen werden. Weitere Angaben finden sich in der DIN 1053-1, Tab. 13. In
dieser wird für eine Güteklasse N1 ein Übertragungsfaktor (nach Norm ) von
angegeben. Weitere Parameter dieser Tabelle sind das Verhältnis der Fugenhöhe
zur Steinlänge () sowie die Neigung der Lagerfuge (B). In Tabelle 13 sind
Grenzwerte dieser Parameter in Abhängigkeit der Steingüteklasse angegeben. Unter
Annahme der bestehenden Mauerwerksstruktur des Alten Seminars, werden diese
Grenzwerte, wie im Folgenden dargestellt eingehalten.
(8-13)
B (8-14)
Die folgende Abbildung zeigt eine grafische Darstellung der in der Tabelle 13 ([4])
verwendeten Parameter.
Ansicht:
N
Grundriss
Wandspannung ()
a
Fugenhöhe (d St)
b
Steinhöhe (h St)
Fugenspannung ()
N
Abbildung 58: Darstellung der Parameter nach DIN 1053-1, Tab. 13
(eigene Darstellung in Anlehnung an [4] S.28)
Der Übertragungsfaktor kann auch über eine allgemeingültige Formel berechnet
werden. Diese Formel stellt generell das Verhältnis zwischen dem
Mörtelflächenanteil und der Querschnittsfläche dar. Um diese Formel anwenden zu
können, sind Kenntnisse über einen prinzipiellen Querschnittsaufbau der
Mauerwerksstruktur erforderlich.
74 vgl. [35]
88

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
In der folgenden Berechnung soll der Nachweis geführt werden, dass sich die Formel
nicht auf die Sondierungsabmessungen übertragen lässt.
Die in der Norm berücksichtigten Werte beziehen sich auf den Grundriss des
Wandquerschnittes. Analog dazu wird ebenfalls die Bohrung horizontal durch den
Wandquerschnitt geführt.
Die folgenden Angaben können aus der Mauerwerkssondierung 75 und einem daraus
repräsentativen Mauerwerksquerschnitt der Sondierung S 4.1 (Abbildung 57)
gewonnen werden.
Diese Sondierung wurde beginnend mit einer Kernbohrung 50 mm ausgeführt.
Anschließend wurde eine Spiralbohrung ( 20 mm) über 83 cm durchgeführt. Da in
der Natursteinschale überwiegend ein Bohrer des Durchmessers von 20 mm
verwendet wurde, wird dieser Wert als Gesamtwert angenommen. Des Weiteren
kann aus der Sondierung der Mörtelanteil abgelesen werden. Er ergibt sich aus der
Höhe der Bohrung und der Materialabfolge, welche in Abbildung 57 grafisch
dargestellt ist. Der Übertragungsfaktor kann wie folgt berechnet werden.
ü
(8-15)
Bei einer weiteren Prüfung der verbleibenden Sondierungen wurde festgestellt, dass
der Übertragungsfaktor lediglich einen Maximalwert von 0,24 und im Mittel einen
Wert von 0,21 annimmt. Diese Werte weichen von den Werten der Norm ab. Die in
DIN 1053-1, Tabelle 13 gegebenen Werte beruhen auf einer üblichen Ausführung
der Mauerwerksverbände.
Der in Abhängigkeit der Sondierung errechnete Wert liegt unterhalb des in der Norm
angegebenen Wertes für Bruchsteinmauerwerk. Da das vorliegende Mauerwerk
jedoch nicht als typisches Bruchsteinmauerwerk ausgeführt ist, können die beiden
Werte durchaus voneinander abweichen. Generell lassen sich die in der Norm
gegebenen Werte jedoch so interpretieren, dass mit zunehmendem mitwirkendem
Fugenanteil ebenfalls der Übertragungsfaktor steigt. Als wichtiger Kritikpunkt ist zu
sehen, dass in der vorangegangenen Berechnung der gesamte Fugenanteil im
Mauerwerksquerschnitt und nicht der mitwirkende Fugenanteil angenommen wurde.
Eine Übertragbarkeit auf die Sondierungsabmessungen ist demzufolge nicht möglich.
Bei der anschließenden Berechnung der Druckfestigkeit wird ein Übertragungsfaktor
nach WARNECKE 76 von 0,6 angenommen.
Die Mauerwerksdruckfestigkeit kann wie folgt berechnet werden. Weitere Parameter
für die Berechnung der Druckfestigkeit sind:
- eine Mörteldruckfestigkeit auf Grundlagen einer labortechnisch Untersuchung
liegt nicht vor
75 vgl. [13], S. 54
76 vgl. [35]
89

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
- die Mörtelgruppe 1 bleibt nach Norm unberücksichtigt (Unter Berücksichtigung
der fehlenden Werte wird ein Wert von 1,1 MPa gewählt)
- die wirksame Fugenhöhe beträgt i.M 2,25 cm
- Fugenlänge wird als Mittelwert aus allen Lagerfugen der Außenwand-
Sondierungen mit rund 20 cm angenommen.
Somit ergibt sich nach MANN 77 eine Mauerwerksdruckfestigkeit von:
B
(8-16)
Druckfestigkeit von Bruchstein nach Pöschel/Sabha [31]
Generell wird bei der anschließenden Berechnung die Steinbreite mit 20 cm
angenommen, analog der Mauerwerksdicke (20 cm).
Die durch PÖSCHEL/SABHA angegebene Gleichung basiert auf dem Verhältnis der
Steinzug- und der Steindruckfestigkeit. Da dieses Verhältnis mit den zur Verfügung
stehenden Werten nicht gelöst werden kann, kann ebenfalls die Mauerwerksdruckfestigkeit
nach PÖSCHEL/SABHA nicht berechnet werden.
8.2.3 Innere Schale: Ziegelmauerwerk
Die innere Schale besteht aus einem Ziegelmauerwerk. Durch ein
Mauerwerksgutachten 78 wurde dem Mauerziegel eine Druckfestigkeitsklasse von MZ
12 zugeordnet und dem Kalkmörtel die Mörtelgruppe I. Wie zuvor wird für die
Berechnung der 5% Quantil-Wert angenommen.
Nennfestigkeit ( ) des Mauerwerks nach DIN 1053-1
In Abhängigkeit der Mörtelgruppe I kann aus Tabelle 4a der DIN 1053-1 und unter
Annahme einer maximalen Steinfestigkeitsklasse von 12, mit 0,8 MN/m 2
entnommen werden.
Unter Annahme der Tabelle 11 von MANN 79 kann anschließend eine Nennfestigkeit
von berechnet werden.
N/mm 2 (8-17)
77 vgl. [28]
78 vgl. [13]
79 vgl. [27]
90

Charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit nach EC 6
Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Die Berechnung erfolgt analog der vorherigen Annahmen und einer Mauersteinart
der Gruppe 1 (gültig für alle Steine).
N/mm² (8-18)
mit:
nach EC 6 Tab. 3.3 ergibt ein Wert von 0,55.
8.3 Zusammenfassung und Beurteilung der Berechnungsergebnisse
In den vorangegangenen Berechnungen wurden die Mauerwerksschalen unabhängig
voneinander berechnet. Die Berechnung der zusammenwirkenden
Mauerwerksschalen im Verbund würde den Umfang dieser Arbeit sprengen.
Um das Zusammenwirken der beiden Mauerwerksschalen möglichst realitätsgetreu
berechnen zu können, müssen die Steifigkeiten der einzelnen Schalen ermittelt
werden. Die durch die bestehenden Untersuchungen 80 gewonnenen Werte sind für
diese Betrachtung zu ungenau. Es wurden lediglich Steinelemente und
Mörtelelemente getrennt voneinander betrachtet. Für die Berechnung der
Druckfestigkeit der zusammenwirkenden Mauerwerksschalen ist es sinnvoll, die
Verbundwirkung zwischen Stein und Mörtel zu untersuchen und die
Materialprüfungen entsprechend anzupassen.
Nichts desto trotz können Rückschlüsse in Bezug auf das Tragverhalten einschaliger
Mauerwerke gezogen werden. Die folgenden Ausführungen beziehen sich
hauptsächlich auf das Bruchsteinmauerwerk.
Die Bemessung nach DIN 1053-1 führt zu Ergebnissen, welche hohe Sicherheiten
aufgrund der unregelmäßigen Fugenausbildung beinhalten. Eine Abschätzung der
Differenz zwischen zulässiger Spannung und Versagensspannung 81 kann nicht
vorgenommen werden.
Die Ergebnisse, welche aus der Berechnung der Nennfestigkeit ( ) des
Mauerwerks nach DIN 1053-1 resultieren, liegen deutlich unter der ermittelten
Bruchlast der vorrangegangenen Materialprüfung 82 . Weiterhin stellt die Norm keine
sinnvollen Werte für die Berechnung von Natursteinen. Es muss eine minderfeste
Steindruckfestigkeit angenommen werden. Die Anwendung der Gleichungen auf
Bruchsteinmauerwerk ist nicht im Sinne der Norm und somit als nicht zulässig zu
bewerten.
80 Mauerwerksuntersuchungen nach [13] und [18]
81 Versagensspannung resultiert aus Bruchlast der Versuche nach [13] und [18]
82 Mauerwerksuntersuchung nach [13], sowie eigene Laboruntersuchungen (sh. Anhang 1)
91

Anwendung am Beispiel: Altes Seminar
Das gleiche gilt für die Ermittlung der charakteristischen Mauerwerksdruckfestigkeit
nach EC 6. Die Gleichung ist kritisch zu betrachten, da diese auf
Versuchsergebnissen von Ziegelmauerwerk beruht. Weiterhin werden in der Formel
keine mauerwerksspezifischen Abweichungen zwischen Fugenhöhe und
Steingeometrie berücksichtig. Somit kann die Formel nicht für Bruchsteinmauerwerk
angewandt werden.
Das Bruchmodell nach MANN erfolgt auf Grundlage experimenteller
Zusammenhänge von Bruchsteinmauerwerk mit niederfestem Mörtel. Im
Allgemeinen kann dieser Berechnungsansatz als sehr genau eingestuft werden. Im
Falle des vorangegangenen Berechnungsbeispiels jedoch ist das Ergebnis aufgrund
hoher Materialunstimmigkeiten kritisch zu bewerten.
Der Berechnungswert liegt deutlich unter den materialspezifischen
Einzelergebnissen der Versuchsauswertung. Die Gleichung ist stark abhängig von
dem Verhältnis der Fugenhöhe zur Fugenlänge sowie dem Übertragungsfaktor. Da
diese Werte für das vorliegende Objekt nicht genau bestimmt werden können bzw.
die Werte zu stark schwanken, wird das Ergebnis weiter verfälscht.
Der Berechnungsansatz nach PÖSCHEL/SABHA kann aufgrund fehlender
Materialangaben nicht angewendet werden.
Für den Nachweis der verbliebenen Bruchmodelle fehlen in diesem Fall
grundlegende Parameter, welche nicht geschätzt werden können. Aufgrund dessen
wird auf eine rechnerische Ausführung verzichtet.
Die Bruchmodelle nach EBNER, BERNDT, sowie HILSDORF wurden auf Grundlage
ebenmäßiger Quadermauerwerke entwickelt und können nicht für
Bruchsteinmauerwerk angewandt werden.
Wie zuvor erläutert ist im Falle des Alten Seminars keine genaue Berechnung
möglich. In der Praxis wird daher üblicherweise der nach Norm 83 errechnete
Minimalwert der getrennt voneinander betrachteten Einzelschalen angenommen. Im
Falle des Alten Seminars ist der Wert der Bruchsteinmauer (zul. = 0,3 N/mm²) für
die anschließende statische Berechnung maßgebend.
Aufgrund der verhältnismäßig geringen zulässigen Spannung sollte eine
Lasterhöhung vermieden werden. Wenn diese dennoch erforderlich wird müssen
Maßnahmen zur Mauerwerksertüchtigungen vorgenommen werden.
Auf eine Ausführung der Mauerwerksertüchtigungen wird in dieser Arbeit verzichtet.
Übliche Maßnahmen (partieller Mauerwerksaustausch, Verankerungen oder
Vernadelungen) können der entsprechenden Fachliteratur entnommen werden.
83 in diesem Fall wurde die zul. Spannung nach [4] ermittelt
92

Zusammenfassung
9 Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Festigkeitsanalyse ausgewählter
Schwerpunkte von historischem Mauerwerk. Sie soll einen Überblick über das
Tragverhalten verschiedener Mauerwerksstrukturen geben.
Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Betrachtung von druckbeanspruchtem
Mauerwerk.
Eine allgemeingültige Bewertung des Tragverhaltens von historischem Mauerwerk ist
nahezu unmöglich. Zu groß sind die Streuungen der unterschiedlichen
Stoffeigenschaften und der Verbundwirkungen der Materialien.
Einhergehend mit der Vielzahl dieser Kombinationsmöglichkeiten kann auch eine
quantitative und gleichzeitig allgemeingültige Berechnung der zum Versagen
führenden Druckspannungen nicht gegeben werden.
In der Arbeit werden gefügeabhängige Berechnungsansätze auf Grundlage diverser
Bruchmodelle dargestellt.
Diese Bemessungsansätze berücksichtigen unter Betrachtung der Inhomogenität
des historischen Mauergefüges und der verhältnismäßig großen Streuweite der
Materialkennwerte hohe Sicherheitsfaktoren.
Die in der Literatur angegebenen Berechnungsansätze lassen sich in der Regel nicht
auf alle Mauerwerksarten übertragen. In Hinblick auf eine zusammenfassende
Beschreibung dieser Modelle werden Anwendungsgrenzen ausgewählter Modelle
dargestellt.
Generell kann Ziegelmauerwerk nach aktuellen Normen berechnet werden. Die
Gleichungen des Eurocode 6 (Gleichung (7-3), S.68) beruhen auf experimentellen
Versuchsergebnissen von künstlichen Steinen. Sie sind nur teilweise übertragbar auf
Natursteinmauerwerke. Es ist jedoch eine Berechnung von Quadermauerwerk und
Schichtenmauerwerk mit verhältnismäßig dünnen Fugen möglich. Voraussetzung für
die Berechnung mittels normierten Gleichungen ist die Ebenmäßigkeit der Steine und
eine möglichst geringe Fugenhöhe.
Die Berechnung der Druckfestigkeit nach PÖSCHEL/SABHA (Gleichung (7-9), S. 73)
beschränkt sich ebenfalls auf gleichmäßiges Quadermauerwerk. Eine
Übertragbarkeit dieses Berechnungsansatzes auf andere Natursteinverbände ist
nicht gegeben. Des Weiteren wurde dieser Berechnungsansatz aus einer
Versuchsreihe eines Sandsteinmauerwerks mit niederfestem Kalkmörtel und der
anschließenden FE-Analyse entwickelt. Es ist davon auszugehen, dass bei der
Berechnung der Mauerwerksdruckfestigkeit eines bestehenden Quadermauerwerks
annähernd ähnliche Voraussetzungen eingehalten werden müssen.
93

Zusammenfassung
Der Berechnung von PÖSCHEL/SABHA zugrunde liegend ist die Bruchtheorie nach
HILSDORF (Gleichung (7-5) ff., S. 71). Diese schließt die Anwendung auf
Natursteinmauerwerk aus. Dieses Modell ist lediglich für homogenes
Ziegelmauerwerk anwendbar.
Ebenfalls für Quader oder Schichtenmauerwerk entwickelte BERNDT (Gleichung
(7-11), S.75) ein weiteres Bruchmodel. Dieses Verfahren wurde ursprünglich für
Schichtenmauerwerk aus Elbsandstein entwickelt. Es lässt sich jedoch auf sämtliche
regelmäßigen und unregelmäßigen Schichtverbände aus Werksteinen übertragen.
Die vorangegangene Gleichung gilt grundsätzlich für einschaliges Quader- und
Schichtenmauerwerk, unter der Voraussetzung, dass das Gestein einen wesentlich
höheren Elastizitätsmodul als der Mörtel aufweist ( ). Weiterhin gilt die
Annahme lediglich für dünne Mörtelfugen, in Anlehnung an Ziegelmauerwerk
(maximal bis etwa 12 mm). Stärkere Mörtelfugen können bei der Berechnung nicht
berücksichtigt werden.
Das Bruchmodel von EBENER (Gleichung (7-10), S.74) wurde für regelmäßiges
werksteingefertigtes Schichtenmauerwerk entwickelt. Bei der Übertragung dieses
Modells auf Bruchsteinmauerwerk ist ein Abminderungsfaktor zu wählen.
Bruchsteinmauerwerk kann generell nach MANN (Gleichung (7-4), S.69) bemessen
werden. In [28] wird darauf verwiesen, dass diese Bruchtheorie noch nicht
ausreichend durch Versuche gefestigt ist. Die Gleichung gilt nur für
Bruchsteinmauerwerk mit regellosen Verbänden und zusätzlich hohen Mörtelanteil,
mit geringer Mörtelfestigkeit. Eine Übertragung der Gleichung auf andere
Mauerwerksverbände oder Mörtelverteilungen ist nur beschränkt möglich. Für jeden
Mauerwerksabschnitt müssen die maßgebenden Parameter der Stoffeigenschaften
und Verbundwirkung einzeln ermittelt werden. Dies macht die Berechnung nach
MANN aufwendig. weiterhin ist darauf zu achten, dass die ermittelten Ergebnisse
immer mauerwerksspezifisch zu sehen sind und sich bei jedem Weiteren
Mauerwerksabschnitt ändern können.
Die vorangegangenen Berechnungsansätze werden problemlos für einschalige
Mauerwerksgefüge übertragen. Die Tragfähigkeit von mehrschaligem Mauerwerk
wird in der Regel durch eine separate Betrachtung der Mauerwerksschalen ermittelt.
In Abhängigkeit der unterschiedlichen Steifigkeiten der einzelnen
Mauerwerksschalen können folgende Annahmen getroffen werden.
Über eine Integration der Spannungszustände im Querschnitt kann grundsätzlich die
Bruchschnittgröße ermittelt werden. Eine anschließende Ermittlung der
Druckfestigkeit kann durch diverse Bruchmodelle erfolgen.
Die abschließende Betrachtung der zusammenwirkenden Schalen kann mithilfe
eines Finiten Elemente- Programms, in Abhängigkeit der unterschiedlichen
Steifigkeiten, durchgeführt werden.
94

Zusammenfassung
Abschließend ist zu vermerken, dass keine allgemeingültige Gleichung zur
Berechnung, besonders von Natursteinmauerwerk angegeben werden kann. Die
verschiedenen Berechnungsansätze sind kritisch anzuwenden, da diese in der Regel
aus experimentellen Versuchsanordnungen stammen. Trotz vielfältiger
Untersuchungen sind Ergebnisse immer nur bei gleichem Mauerwerkstyp mit
vergleichbaren Mauerwerksbaustoffen und gleichem Gefüge hinreichend
aussagekräftig.
95

Literaturverzeichnis
Literaturverzeichnis
[1] Auszug aus der Liegenschaftskarte, Vermessungsverwaltung des Freistaates
Sachsen: Landkreis Leipzig vom 12.03.2009
[2] Berndt, E.: Zur Druck- und Schubfestigkeit von Mauerwerk – experimentell
nachgewiesen an Strukturen aus Elbsandstein, In: Bautechnik 73 (1996) Heft
4, Ernst & Sohn, Berlin, (S.222-234)
[3] Bierwirth, H.: Dreiachsige Druckversuche an Mörtelproben aus Lagerfugen von
Mauerwerk. Dissertation, TU München, 1995
[4] DIN 1053-1: „Mauerwerk - Berechnung und Ausführung“, Nov. 1996
[5] DIN EN 1926: 03.00 „Prüfverfahren für Naturstein-Bestimmung der
Druckfestigkeit“, Beuth Verlag, Berlin
[6] DIN 18555-3: „Prüfung von Mörteln mit mineralischen Bindemitteln; Festmörtel;
Bestimmung der Biegezugfestigkeit, Druckfestigkeit und Rohdichte“, Sep. 1982
[7] Ebner, B.: Das Tragverhalten von mehrschaligen Bruchsteinmauerwerk in
regelmäßigem Schichtenverband, Berichte aus dem Konstruktivem
Ingenieurbau, Heft 24, TU Berlin, Dissertation, 1996
[8] EC 6 (DIN EN 1996-1-1): „Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbau –
Teil 1-1: Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk“, Feb.
2013
[9] EC 6 NA (DIN EN 1996-1-1/NA): „Bemessung und Konstruktion von
Mauerwerksbau – Teil 1-1: Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes
Mauerwerk“, Mai. 2012
[10] EC1 (DIN EN 1990): „Grundlagen der Tragwerksplanung“, Dez. 2010
[11] Fitzner, B., Heinrichs, K. & Kownatzki, R.:Verwitterungsformen - Klassifizierung
und Kartierung. - Denkmalpflege und Naturwissenschaft,
Natursteinkonservierung I: 41-88; Ernst & Sohn Verlag, Berlin,1995
[12] Franken, S.; Müller, H.S.; Eckert, H.: Historische Mörtel und Reparaturmörtel –
Untersuchungen, Bewertungen. Empfehlung für die Praxis,
Sonderforschungsbericht 315, Ernst & Sohn Verlag, Berlin, 2001
[13] Grigoleit, G.: Untersuchungsbericht – Bau- und Bauzustandsuntersuchung:
Altes Seminar in Grimma, vom 20.01.2012
[14] Haberland, D.: Historisches Mauerwerk und sein Gefüge. In: Tragwerksplaner
in der Denkmalpflege Reihe12 / Seminarblock1, 2006
[15] Hillemeier, B.: Skript BK I: Baustoffkunde und Baustoffprüfung. In: www.bau.tuberlin.de/uploads/media/Baustoffkunde_I_Diplom_.pdf
(25.07.2013)
96

Literaturverzeichnis
[16] Hilsdorf, H.K., Schäfer, J.: Struktur und mechanische Eigenschaften von
Kalkmörteln. In: Jahrbuch 1991, Sonderforschungsbereich 315, Ernst & Sohn
Verlag, Berlin, 2001
[17] Hilsdorf, H.: Untersuchungen über die Grundlagen der Mauerwerksfestigkeit,
Materialprüfamt für das Bauwesen der TH München, 1965
[18] Horst, P.: Bestandsanalyse der historischen Bausubstanz: Altes Seminar
Grimma. Studienarbeit, BA-Glauchau, 2013
[19] Huster, U.: Tragverhalten von einschaligem Natursteinmauerwerk untere
zentrischer Druckbeanspruchung – Entwicklung und Anwendung eines Finiten-
Elemente-Programms . Dissertation, Kassel University Press, Fachbereich
Bauingenieurwesen, 2000
[20] Jäger, W.; Vassilev, T.; Baier, G.; Pflücke, T.; Morlck, F.:Knicksicherheit von
Mauerwerk nach EC 6: Untersuchungen zur Knicksicherheit von
Mauerwerksbauteilen mit Berücksichtigung großer Exzentrizitäten und
nichtlinearer Spannungs-Dehnungs-Beziehung nach ENV 1996-1-1.
Forschungsbericht TU Dresden, Fakultät Architektur, Lehrstuhl
Tragwerksplanung. IRB Verlag, Stuttgart, 2002
[21] Kempfert, H.-G.: Interaktion zwischen Baugrund und Bauwerk-Zulässige
Setzungsdifferenz sowie Beanspruchungen von Bauwerk und Gründung. In:
Schriftenreihe Geotechnik der Universität Kassel, Heft 21, 2009
[22] Kupfer, H.: Das Verhalten des Betons unter mehrachsiger Kurzzeitbelastung
unter besonderer Berücksichtigung der zweiachsigen Beanspruchung. In:
DafStb Heft 229, Ernst & Sohn Verlag, Berlin, 1973
[23] Lehmert, S.: Geotechnisches Gutachten: Altes Seminar in Grimma, vom
12.01.2012
[24] Leonhardt, F.; u.a.: Vorlesung über Massivbau – Teil 1: Grundlagen zur
Bemessung in Stahlbetonbau, Springer Verlag Berlin, 3. überarb. u. erw. Aufl.
,Heidelberg 1984
[25] LORENZ, M. Christian Gottlob: Die Stadt Grimma im Königreiche Sachsen,
historisch beschrieben; Heft 7, Leipzig, 1856
[26] Maier, Josef: Handbuch Historisches Mauerwerk, Birkhäuser Verlag, 2002
[27] Mann, W.: Grundlagen der vereinfachten und der genaueren Bemessung von
Mauerwerk nach DIN 1053-1, Ausgabe November 1996, In:
Mauerwerkskalender 1997, Ernst & Sohn Verlag, Berlin 1997, (S.1 - 28)
[28] Mann, W.: Zum Tragverhalten von Mauerwerk aus Natursteinen , In:
Mauerwerkskalender 1983, Ernst & Sohn, Berlin, (S. 675 – 686)
[29] Mann, W.; Müller, H.: Bruchverhalten von Schubbeanspruchten Mauerwerk in
Theorie und Versuch, In Proceedings of 6th International Brick/Block Masonry
Conference, Washington 1979
97

Literaturverzeichnis
[30] Markmann, C.: Bemessung in Mauerwerksbau, Ernst & Sohn Verlag Berlin,
1998
[31] Pöschel, G.; Sabha, A.: Ein theoretisches Modell zum Tragverhalten von
Elbsandsteinmauerwerk. In: Jahrbuch 1993, Sonderforschungsbereich 315 –
Erhaltung historisch bedeutsamer Bauwerke, Ernst & Sohn Verlag Berlin
[32] Reichert, H.: Konstruktiver Mauerwerksbau, Rudolf Müller Verlag, Köln, 1992
[33] Schubert, P.: Beurteilung der Druckfestigkeit von ausgeführtem Mauerwerk
aus künstlichen Steinen und Natursteinen. Mauerwerkskalender 1995, Ernst &
Sohn, Berlin
[34] Van Hees, R.P.J.; Naldini, S.: The Masonry Damage Diagnostic System. In:
Bauinstandsetzung 1, Heft 6, 1995, (S. 461-473)
[35] Warnecke, P.: Tragverhalten und Konsolidierung von historischem
Natursteinmauerwerk. Dissertation TU Braunschweig, Fachbereich für
Bauingenieur- und Vermessungswesen, 1995
98

Anhangsverzeichnis
Anhangsverzeichnis
Anhang 1:
Bilddokumentation
Anhang 2:
Grundrisspläne Schadensdokumentation
Anhang 3:
Laboruntersuchung Druckfestigkeit
Anhang 4:
Auszug aus dem Mauerwerksgutachten
Anhang 5:
Auszug aus dem Bodengutachten
99

Ehrenwörtliche Erklärung
Ehrenwörtliche Erklärung
"Ich erkläre hiermit ehrenwörtlich",
1. dass ich meine Diplomarbeit mit dem Thema
Festigkeitsanalyse ausgewählter Schwerpunkte von historischem Mauerwerk
ohne fremde Hilfe angefertigt habe,
2. dass ich die Übernahme wörtlicher Zitate aus der Literatur sowie die
Verwendung der Gedanken anderer Autoren an den entsprechenden Stellen
innerhalb der Arbeit gekennzeichnet habe und
3. dass ich meine Diplomarbeit bei keiner anderen Prüfung vorgelegt habe.
Ich bin mir bewusst, dass eine falsche Erklärung rechtliche Folgen haben wird.
Ort, Datum
Unterschrift

Anhang 1:
Bilddokumentation

Anhang 1
Bild 1
Altes Seminar; Blick
auf die
Westfassade;
Bild 2
Altes Seminar; Blick
auf die Ostfassade;
in der Mitte war ein
Toilettenanbau vor
der ursprünglichen
Fassadenebene
angebaut; dieser
wurde bereits
abgerissen; linker
Hand befand sich
der ebenfalls bereits
abgerissene
Muldenflügel;
A 1.1

Anhang 1
Bild 3
Altes Seminar; Blick
auf die südliche
Außenwand;
Bild 4
Ansicht
Westfassade; in der
Mitte befindet sich
der Haupteingang
mit vorgelagerter
Treppe;
A 1.2

Anhang 1
Riss-
schäde
Fehlstellen
im Putz
Feuchte-
schäden
Bild 5
Straßenseitiger
Fassadenabschnitt;
teilweise abgelöster
Fassadenputz;
Risse verlaufen im
Mauerwerk und in
den Fensterstürzen;
Feuchteschäden;
Fehlstellen im
Putz
Bild 6
Detailaufnahme der
westlichen
Außenwand; im
Gelände nahen
Bereich sind deutlich
große Fehlstellen im
Putz zu sehen;
A 1.3

Anhang 1
Bild 7
Detailaufnahme der
westlichen
Außenwand; frei
bewittertes
Bruchsteinmauerwerk
mit partiellen
Ziegeleinschlüssen;
Bild 8
Detailaufnahme der
westlichen
Außenwand;
massive
Rissschäden;
A 1.4

Anhang 1
Bild 9
Detailaufnahme der
westlichen
Außenwand;
massive
Rissschäden;
Bild 10
Detailaufnahme der
westlichen
Außenwand/
Fenstergewände;
massive
Rissschäden;
A 1.5

Anhang 1
Riss-
schäden
Bild 11
Ansicht Südfassade;
vertikale Risse;
Riss-
schäden
Bild 12
Detailaufnahme der
südlichen
Giebelwand;
erkennbar
inhomogenes
Mauerwerk;
kleinformatige
Bruchsteine sowie
Ziegelsteine;
A 1.6

Anhang 1
Bild 13
Detailaufnahme der
südlichen
Außenwand;
massive
Rissschäden;
Bild 14
Detailaufnahme der
südlichen
Außenwand;
massive
Rissschäden;
A 1.7

Anhang 1
Bereits
abgerissener
Bereich
Bereich
abgerissener
Bereits
Fehlstellen
im Putz
Bild 15
Ansicht Ostfassade;
flächig hoher
Schädigungsgrad;
Schäden analog Bild
5; aber geringere
Rissschädigung;
Bild 16
Detailaufnahme der
muldenseitigen
Dachgauben; starke
Beschädigungen;
A 1.8

Anhang 1
Bild 17
Detailaufnahme
Ziegelmauerwerk;
Partielle
Abschalungen,
sandender
Mauermörtel mit
teilw. Verlust,
Ansatz von
kristallinen
Ausblühungen
Bild 18
Detailaufnahme
Natursteinmauerwerk;
braune
Verfärbungen am
Naturstein
verweisen auf
eisenhaltige
Bestandteile;
A 1.9

Anhang 1
Bild 19
Detailaufnahme
Natursteingewände;
stark verwittert;
Porphyrtuff Fenster-
/Türgewände mit
hohen
Substanzverlusten;
geschädigte
Putzflächen
Bild 20
Erdgeschoss;
Eingangsbereich;
umlaufend stark
geschädigte
Putzflächen;
A 1.10

Anhang 1
Bild 21
Erdgeschoss;
Eingangsbereich/
Treppenaufgang;
umlaufend stark
geschädigte
Putzflächen;
Bild 22
Erdgeschoss;
Eingangsbereich;
ausgemauerte
Fachwerkwände
A 1.11

Anhang 1
Bild 23
Erdgeschoss;
östlicher
Gebäudetrakt;
ehem. Küche;
umlaufend stark
geschädigte
Putzflächen;
Bild 24
Erdgeschoss; das
rauchgeschwärzte
Gewölbe über der
ehem. Herdstelle
A 1.12

Anhang 1
Bild 25
Erdgeschoss;
Rissschäden
Gewölbe;
im
Bild 26
Detailaufnahme
Gewölbe
Erdgeschoss;
massive
Rissschäden;
A 1.13

Anhang 1
Bild 27
Erdgeschoss;
teilweise massive
Rissschäden;
Bild 28
Erdgeschoss;
Gewölbe/Außenwand
Ost;
Fruchtkörper Echter
Hausschwamm;
A 1.14

Anhang 1
Bild 29
Keller;
Tonnengewölbe;
größtenteils aus
Ziegelmauerwerk;
Bild 30
Kellertreppe;
geschädigte
Treppenstufen;
teilweise kristalline
Ausblühungen;
A 1.15

Anhang 1
Bild 31
Keller;
Gewölbekeller mit
Schildwänden;
Bruchstein mit
Ziegelausmauerung;
visuell Feuchte- &
Schad-salzbelastet;
Bild 32
Keller;
Deckenkappe mit
partiell sandenden
Mauermörtel;
A 1.16

Anhang 1
Bild 33
Treppenaufgang;
Erdgeschoss/
Obergeschoss;
Holztreppe;
Myzel
Bild 34
Treppenaufgang;
Außenwand Ost;
massive Risse
zwischen Querwand
und Außenwand;
Myzel und Stränge
des EHS;
A 1.17

Anhang 1
defekte
Holzbalkendeck
e
Feuchteschäden
Fruchtkörper
EHS
Bild 35
Obergeschoss;
Außenwand Ost;
Fruchtkörper des
EHS; beschädigte
Holzbalkendecke;
visuelle
Feuchteschäden;
Bild 36
Obergeschoss;
Außenwand Ost;
Detailaufnahme
Fruchtkörper des
EHS;
A 1.18

Anhang 1
Bild 37
Obergeschoss;
Mauerwerk mit
Algen/Moosen;
Feuchteschäden;
stark geschädigte
Putzflächen;
Bild 38
Obergeschoss;
vorgenommene
abstützende
Maßnahmen;
A 1.19

Anhang 1
Bild 39
Obergeschoss;
Detailaufnahme;
Rissschäden;
Bild 40
Obergeschoss;
Detailaufnahme;
Rissschäden;
A 1.20

Anhang 1
Bild 41
Treppenaufgang;
Obergeschoss/
Dachgeschoss
Bild 42
Dachkonstruktion;
straßenseitige
Mittelpfette, örtliche
Schäden durch
Nassfäule
A 1.21

Anhang 1
Bild 43
Dachkonstruktion;
Sparren und
Stützen, teilweise
mit Algen/Moosen
durch Nassfäule
Bild 44
Dachkonstruktion;
Fußpfette mit
starken Schäden
durch Braunfäule
und Würfelbruch;
Myzel und Stränge
des EHS;
A 1.22

Anhang 1
Bild 45
Dachkonstruktion;
Deckenbalkenkopf
mit starken Schäden
durch Braunfäule
und Würfelbruch;
Myzel und Stränge
des EHS
Bild 46
Dachkonstruktion;
Sparren und Gaube
mit starken Schäden
durch Braunfäule
und Würfelbruch;
angrenzender
Deckenbalken
ebenfalls stark
beschädigt;
A 1.23

Anhang 2:
Grundrisspläne
Schadensdokumentation

Legende
Mehrschaliges Bruchsteinmauerwerk aus
Porphyrtuff/Quarzporphyr mit
Mauerziegelbereichen, Kalkmörtel
Fachwerkwand mit Ziegelausmauerung
Schad-/Befallbereich
Schad-/Befallbereich EHS
P(I)
P(C)
S3
UB VI
UB VII
an der Decke über EG:
FK EHS
EHS
Risse
Echter Hausschwamm
S5
UB X
NK & BF
(Stützenfuß)
S4
FK EHS
BKW
Fruchtkörper Echter Hausschwamm
Brauner Keller- & Warzenschwamm
NK & BF
(Stützenfuß)
BS 3 / Sch 2
P(B)
P(H)
BF
WB
NF
Braunfäule
Würfelbruch
Nassfäule
NK
Nagekäfer
13.50
BS 1 / Sch 1
NK, gering
(Schwelle & Stützenfuß)
NK, gering
(Stützenfuß)
BS 2
K
S2
NK & BF
(Schwelle & Stützenfuß)
UB VIII
K
NK & BF, gering
(Stützenfuß)
K
horizontaler Riss
am Wandfuß
K
Myzel BKW
im KG
K
BF, WB, NF
NK & BF
(Stützenfuß)
Gewölbe aus
verputzter Holzschalung
UB
BS
Sch
S
P
K
Untersuchungsbereich
Sondierbohrung Bodengutachten [23]
Schurf Bodengutachten [23]
Sondierungen Mauerwerk [13]
Entnahmestelle eigene Prüfkörper
geplanter Abbruch
unterkellerter Gebäudeteil
UB I
UB II UB III UB IV
P(A)
Myzel Nassfäule
S1
UB V
34.75
Grundriss Erdgeschoss Anhang 2.1
Objekt:
Diplomarbeit
Student:
Matrikelnummer:
Maßstab:
Altes Seminar, Grimma
Kloasterstraße 3-5
04668 Grimma
Patricia Horst
4100033
M 1:150
Datum:
08.04.2013
Seminargruppe:
BI 10/1

Legende
Mehrschaliges Bruchsteinmauerwerk aus
Porphyrtuff/Quarzporphyr mit
Mauerziegelbereichen, Kalkmörtel
Einschaliges Bruchsteinmauerwerk aus
Porphyrtuff/Quarzporphyr mit geringfügigen
Mauerziegelstücken,Lehmmörtel
BF, WB, EHS
Schad-/Befallbereich
BF, TK
NK, gering
BF, WB
EHS
Myzel & Stränge EHS
in Außenwand
an Wänden FK EHS
an Wänden FK EHS
Schad-/Befallbereich EHS
Risse
13.50
M
P (E)
M
M
S 7
S 6
M
S 9
P (G)
M
M
P (D)
P (J)
S 10
EHS
FK EHS
BKW
BF
WB
NF
NK
Echter Hausschwamm
Fruchtkörper Echter Hausschwamm
Brauner Keller- & Warzenschwamm
Braunfäule
Würfelbruch
Nassfäule
Nagekäfer
M
TK
S
Trotzkopf
Sondierungen Mauerwerk [13]
S 8
P (F)
P
Entnahmestelle eigene Prüfkörper
BF, WB
BF, TK, NK
Myzel NF an Balkenköpfen& Mauerlatte
BF, WB, TK, NK ,EHS
M
geplanter Abbruch
Massivdecke
34.75
Grundriss 1.Obergeschoss Anhang 2.2
Objekt:
Diplomarbeit
Student:
Matrikelnummer:
Maßstab:
Altes Seminar, Grimma
Kloasterstraße 3-5
04668 Grimma
Patricia Horst
4100033
M 1:150
Datum:
08.04.2013
Seminargruppe:
BI 10/1

Legende
Schad-/Befallbereich
Schad-/Befallbereich EHS
Risse
BF BF, WB, EHS im Mauerwerk Myzel, stränge EHS
BF, WB, EHS
NK, TK, BF
EHS
Echter Hausschwamm
FK EHS
Fruchtkörper Echter Hausschwamm
BKW
Brauner Keller- & Warzenschwamm
BF
Braunfäule
WB
Würfelbruch
13.50
BF
Treppe: BF,WB,MF
BF, WB, EHS
NF
NK
TK
MF
WF
Nassfäule
Nagekäfer
Trotzkopf
Moderfäule
Weißfäule
BF, WB, EHS
Anbau
BF, NF, TK, NK
örtlich WF
geplanter Abbruch
einzelne Balken
stärker BF
Mauerlatte BF, WB
BF, WB, EHS
alle Balkenköpfe mit geringer BF, WB
BF, WB
34.50
Grundriss Dachgeschoss Anhang 2.3
Objekt:
Diplomarbeit
Student:
Matrikelnummer:
Maßstab:
Altes Seminar, Grimma
Kloasterstraße 3-5
04668 Grimma
Patricia Horst
4100033
M 1:150
Datum:
08.04.2013
Seminargruppe:
BI 10/1

Anhang 3:
Laboruntersuchung Druckfestigkeit

Anhang 3
1 Bestimmung der Druckfestigkeit entnommener Ziegelstein- und
Natursteinproben
1.1 Bemerkung
Die nachfolgenden Prüfkörper resultieren aus der Entnahme (am: 25.02.2013)
einzelner Mauerwerkssteine aus der Außenwand im Erdgeschoss. In der Außenwand
wurden giebelseitig Durchbrüche geschaffen. Die abgebrochenen Steine konnten
anschließend geprobt werden.
Die Außenwände bestehen aus einem zweischaligen Mauerwerk. Die zwei Schalen
bestehen raumseitig aus Ziegelmauerwerk und wetterseitig aus
Bruchsteinmauerwerk ohne Zwischenraum.
Die Lage des Untersuchungsbereichs ist in den Geschossgrundrisse der Anlage 2
dargestellt. In der Fotodokumentation der Anlage 1 ist der Untersuchungsbereich in
Übersichtsfotos dokumentiert.
Die repräsentative Probenahme umfasst insgesamt 7 Mauerziegel- und etwa 10
Mauermörtelproben sowie 3 Natursteinproben. Diese Proben wurden
stichprobenartig und ohne den Zustand und die Qualität der ausgewählten Ziegelund
Natursteinproben zu berücksichtigen entnommen. Aufgrund des relativ hohen
Zerstörungsgrades der Steine konnte nur eine verhältnismäßig kleine Anzahl an
Proben gewonnen werden.
Die nach DIN EN 772-1 geforderte Mindestanzahl der Probekörper ist für die Prüfung
des Ziegelmauerwerkes, mit mind. 6 Probekörpern, eingehalten. Die Anzahl der
Natursteinprobekörper muss, laut DIN EN 771-6, mindestens 10 betragen.
Abweichend zur DIN konnten allerdings nur 3 Probekörper entnommen werden. Eine
weitere Einschränkung wurde aufgrund der Wahl der Prüfmaschine vorgenommen.
Diese lag lediglich im Prüfbereich von 1 bis 600 KN. Die Natursteinproben
überschritten diesen Wert. Die Bruchlast konnte nicht exakt bestimmt werden,
obwohl sich schon leichte Risse andeuteten.
Aus den entnommenen Mauerwerkssteinen wurden für die Bestimmung der
Druckfestigkeit würfelförmige Prüfkörper mit einer Kantenlänge von etwa 65 mm
herausgeschnitten. Pro Ziegel wurde eine Probekörper-Reihe von jeweils drei
Prüfkörpern angestrebt. Alle Seiten wurden planparallel und ebenflächig zugesägt.
Die Ziegel- und Natursteinproben wurden vor Prüfbeginn geometrisch ausgemessen
und gewogen. Die Messwerte und die Prüfergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 7
eingetragen. Nach der Bearbeitung bis zur Prüfung wurden die Prüflinge im
Trockenschrank auf ihre Massekonstanz getrocknet. Die Druckprüfung erfolgte nach
DIN EN 772-1.
A 3.1

Anhang 3
Die Prüfungen wurden in der Berufsakademie Glauchau durchgeführt. Die
Bestimmung der Druckfestigkeit erfolgte an einer Druckprüfmachine der
Genauigkeitsklasse 1 im Prüfbereich von 1 bis 600 kN.
1.2 Druckfestigkeitsergebnisse
1.2.1 Probe A
Die entnommene Ziegelprobe A konnte aufgrund der geringen Abmessungen und
der verhältnismäßig großen Querschnittsunregelmäßigkeiten nicht geprüft werden.
Abbildung 1 – Probe A, Mauerziegel
A 3.2

Anhang 3
1.2.2 Probe B
Die aus der Ziegelprobe B erzeugten würfelförmigen Proben wurden auf deren
Druckfestigkeit nach DIN EN 772-1 geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
zusammengestellt.
Die Prüfkörper weisen eine verhältnismäßig regelmäßige Gefügestruktur, mit partiell
angeordneten Poren und Einschlüssen auf. Des Weiteren besitzt der Ziegel eine
hellrote Färbung.
In den nachfolgenden Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 2 – Probe B, Mauerziegel, Strukturaufnahme
Abbildung 3 – Probe B, Prüfkörper, Druckversuch
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
B1 552,7 68,6 64,9 70,5 1760,8872 58,40 12,8
B2 471 64,6 61,3 67,9 1750,206 51,97 12,5
B3 509 66,7 65,5 67,1 1737,3368 56,34 12,8
Mittelwert 1749,4767 12,7
Tabelle 1 – Probe B, Prüfergebnisse
A 3.3

Anhang 3
A 3.4

Anhang 3
A 3.5

Anhang 3
A 3.6

Anhang 3
1.2.3 Probe C
Aus der Ziegelprobe C wurden drei würfelförmige Prüfkörper erzeugt. Die Ergebnisse
der Druckversuche sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Der Prüfkörper besitzt eine hellrote Färbung, sowie eine verhältnismäßig
regelmäßige Gefügestruktur, mit partiell angeordneten Poren und Einschlüssen,
ähnlich der Ziegelprobe B.
In den nachfolgenden Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 4 – Probe C, Mauerziegel
Abbildung 5 – Probe C, Prüfkörper
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
C1 592 68,7 67,6 73,4 1736,6896 57,15 11,5
C2 615 68,3 68,9 73,4 1780,1988 59,57 11,8
C3 584 67,7 68,4 70,6 1786,3369 29,90 6,2
Mittelwert 1767,7418 9,8
Tabelle 2 – Probe C, Prüfergebnisse
A 3.7

Anhang 3
A 3.8

Anhang 3
A 3.9

Anhang 3
A 3.10

Anhang 3
1.2.4 Probe D
Die Ziegelprobe D wurde analog der beiden vorrangegangenen Proben bearbeitet.
Die Ergebnisse der Druckversuche sind in Tabelle 3 dargestellt.
Die augenscheinlichen Struktureigenschaften weisen eine schlierenartige
Gefügestruktur mit einzelnen Poren auf. Des Weiteren besitzt der Ziegel eine hell
rote Färbung.
In den nachfolgenden Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 6 – Probe D, Mauerziegel
Abbildung 7 – Probe D, Prüfkörper
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
D1 533 63,3 66,9 68,8 1828,7147 57,71 12,5
D2 562 69,2 65,8 74,2 1663,4143 56,69 11,6
D3 510 67,7 66,9 67,4 1670,6885 56,17 12,5
Mittelwert 1720,9392 12,2
Tabelle 3 – Probe D, Prüfergebnisse
A 3.11

Anhang 3
A 3.12

Anhang 3
A 3.13

Anhang 3
A 3.14

Anhang 3
1.2.5 Probe E
Die Ziegelprobe E wurde beim Transport beschädigt, aufgrund dessen lediglich zwei
Prüfkörper erzeugt werden konnten. Die Ergebnisse der Druckversuche sind in
Tabelle 4 dargestellt.
Die Ziegelprobe weißt eine dunkelrote Färbung mit feinen und partiell größeren
Poren auf. Des Weiteren ist die Gefügestruktur grob körniger, mit verhältnismäßig
vielen Kieseinschlüssen.
In den nachfolgenden Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 8 – Probe E, Mauerziegel
Abbildung 9 – Probe E, Prüfkörper
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
E1 391 60,2 61,5 59,9 1761,7528 56,02 15,2
E2 386 60,4 58,6 62,6 1742,1214 45,89 12,5
Mittelwert 1751,9371 13,9
Tabelle 4 – Probe E, Prüfkörper
A 3.15

Anhang 3
A 3.16

Anhang 3
A 3.17

Anhang 3
1.2.6 Probe F
Aus der Ziegelprobe F konnten wie schon bei den vorrangegangenen Proben drei
Prüfkörper erzeugt werden. Die Ergebnisse der Druckversuche sind in Tabelle 5
dargestellt.
Die Ziegelprobe weist Gefügestruktur analog der Ziegelprobe D auf.
In den nachfolgenden Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 10 – Probe F, Mauerziegel
Abbildung 11 – Probe F, Prüfkörper
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
F1 488 66,9 66,8 65,5 1667,1549 35,43 8,1
F2 501 66,8 68,3 67 1638,9502 48,43 10,6
F3 513 67,6 67,9 65,9 1695,9595 44,40 9,9
Mittelwert 1667,3549 9,5
Tabelle 5 – Probe F, Prüfergebnisse
A 3.18

Anhang 3
A 3.19

Anhang 3
A 3.20

Anhang 3
A 3.21

Anhang 3
1.2.7 Probe G
Die Ziegelprobe G wurde analog der vorrangegangenen Probekörper durch drei
Prüfkörper repräsentiert.
Die Ergebnisse der Druckversuche sind in Tabelle 6 dargestellt.
Der Prüfkörper besitzt eine hellrote Färbung, sowie eine verhältnismäßig
regelmäßige Gefügestruktur, mit partiell angeordneten größeren Poren und
verhältnismäßig feinen Einschlüssen.
In den nachfolgenden Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 12 – Probe G, Mauerziegel
Abbildung 13 – Probe G, Prüfkörper
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
G1 527 65,3 66,5 68,4 1774,2699 68,73 15,1
G2 522 66,6 66,7 66,4 1769,711 68,49 15,5
G3 526 56,9 66,8 68,3 2026,172 59,02 12,9
Mittelwert 1856,7177 14,5
Tabelle 6 – Probe G, Prüfkörper
A 3.22

Anhang 3
A 3.23

Anhang 3
A 3.24

Anhang 3
A 3.25

Anhang 3
1.2.8 Probe H
Aus der Natursteinprobe H wurde analog der vorrangegangenen Probekörper drei
repräsentative Prüfkörper erzeugt und ebenfalls auf deren Druckfestigkeit nach DIN
EN 772-1 geprüft. Die Ergebnisse der Druckversuche sind in Tabelle 7 dargestellt.
Der Prüfkörper besitzt eine feine Materialstruktur. Das Probestück besteht aus einem
harten, geringporösen Quarzporphyr. Auffällig an den Proben ist eine partielle braune
Verfärbung. Diese Verfärbung kann Hinweise auf Eisenbestandteile.
In den nachfolgenden Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 14 – Probe H, Naturstein, Quarzporphyr
Abbildung 15 – Probe H, Prüfkörper
Bezeichnung
Masse Länge Breite Höhe Rohdichte
Bruchkraft
Druckfestigkeit
g mm mm mm kg/m³ kN N/mm²
H1 1061 76,5 73,8 77,9 2411,5505 59,02 12,9
H2 1106 79,6 74,8 75,8 2450,5934 600,21* 105,9
H3 1029 75,8 74,1 75,6 2422,5878 599,94* 107,1
Mittelwert 2428,2439 75,3
* Druckkraft der Maschine erreicht
Tabelle 7 – Probe H, Prüfergebnisse
A 3.26

Anhang 3
A 3.27

Anhang 3
A 3.28

Anhang 3
A 3.29

Anhang 3
1.2.9 Probe I
Aus Natursteinprobe I konnten aufgrund deren geringen Abmessungen keine
repräsentative Prüfkörper erzeugt werden. Die Natursteinprobe ist vermutlich ein
Porphyrtuff. Er weist partiell krustenhafte Verfärbungen an der Steinoberfläche auf. In
den nachfolgenden Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 16 – Probe J, Naturstein, Porphyrtuff
1.2.10 Probe J
Analog der Natursteinprobe I konnten auch bei dieser Steinprobe keine
repräsentativen Prüfkörper erzeugt werden. Es handelt sich bei diesem Probestück
vermutlich um einen Quarzporphr, analog der Probe H. In den nachfolgenden
Abbildungen ist die entnommene Steinprobe dokumentiert.
Abbildung 17 – Probe J, Naturstein, Quarzporphyr
A 3.30

Anhang 3
1.3 Auswertung
Die aus der Druckprüfung gewonnenen Ergebnisse können in folgenden
Diagrammen dargestellt werden.
Steindruckfestigkeit in [N/mm 2 ]
Ziegelsteine
Prüfkörper
Steindruckfestigkeit in [N/mm 2 ]
Natursteine
Prüfkörper
Der Prüfung des Natursteinmaterials kann aufgrund der geringen Anzahl der
Prüfkörper und durch das Erreichen der Druckkraft der Prüfmaschine keine
realistischen Werte entnommen werden.
Folgende Mittelwert können anhand der Steinprüfung angegeben werden:
- Steindruckfestigkeit Ziegel: 12,1 N/mm 2
- Steindruckfestigkeit Naturstein: 75,5 N/mm 2
Die vereinzelten Abweichungen der Werte können im Allgemeinen durch
strukturbedingte Unregelmäßigkeiten begründet werden.
A 3.31

Anhang 3
Bei der Untersuchung der Ergebnisse wurde festgestellt, dass in der Probenreihe D
vereinzelte Einschlüsse mit verhältnismäßig großem Gesteinsmaterial aufweist,
insbesondere die Probe D1.
Weiterhin wurde festgestellt, dass die Probenreihe E, kein vergleichbares
Strukturgefüge zu den anderen Ziegelproben aufweist. Die Ziegelstruktur erscheint
dichter. Es scheint, dass dieser Stein nicht zum Zeitpunkt der anderen Steine verbaut
wurde. Vermutlich stammt dieser Stein aus einer früheren oder späteren
Umbauphase. Dies würde die höheren Festigkeiten erklären.
Aufgrund des Alters der Steine können diese folgende Strukturunregelmäßigkeiten
aufweisen.
- Hohlräume
- Gesteinseinschlüsse
- Vorschädigungen aus Feuchtigkeits-, Salz-, und organischer (EHS) Belastung
Abschließend ist noch zu erwähnen, dass bei einer Unsauberkeit der Druckplatten
die Werte verfälscht werden können.
A 3.32

Anhang 4:
Auszug aus dem Mauerwerksgutachten
[13]

Anhang 4
Laborergebnisse Mörtelprüfung (exemplarisch
A 4.1

Anhang 4
A 4.2

Anhang 4
A 4.3

Anhang 4
A 4.4

Anhang 4
Mauerwerkssondierung Außenwände (exemplarisch)
A 4.5

Anhang 4
A 4.6

Anhang 4
A 4.7

Anhang 4
A 4.8

Anhang 4
Laborergebnisse Schadsalzbelastung
A 4.9

Anhang 4
A 4.10

Anhang 4
A 4.11

Anhang 4
A 4.12

Anhang 4
A 4.13

Anhang 4
A 4.14

Anhang 5:
Auszug aus dem Bodengutachten
[23]

Anhang 5
Die nachfolgenden Abbildungen stellen die grafischen Untersuchungsergebnisse der
vorgenommenen Schürfe dar.
A 5.1

A 5.2