Bei unzureichender Tragfähigkeit des Baugrunds werden Pfähle eingesetzt, um Lasten in tieferliegende Bodenschichten zu übertragen. Am Lehrstuhl für Geotechnik der Universität Siegen wird derzeit mit Bauunternehmen ein Pfahlsystem entwickelt, das die Tragfähigkeit der einzelnen Pfähle erhöht. Dies ermöglicht kürzere Pfahllängen und reduziert den Betonverbrauch. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert das Vorhaben mit 1,5 Millionen Euro, wovon 407.000 Euro an die Universität Siegen gehen.
„Beton ist im Bausektor einer der größten CO₂-Treiber. Wenn es uns gelingt, kürzere Pfähle mit gleicher Tragfähigkeit zu entwickeln, könnten wir einen wichtigen Beitrag zum nachhaltigen und klimafreundlichen Bauen leisten", sagt Prof. Dr.-Ing. Kerstin Lesny. Erste Berechnungen an einem Modellprojekt mit 1.000 Pfählen zeigen ein Einsparpotential zwischen 20 und 50 Prozent CO₂ gegenüber konventionellen Systemen.
Das Projekt basiert auf der Technik der Vollverdrängungsbohrpfähle: Eine Bohrschnecke wird bis zur erforderlichen Tiefe eingedreht. Beim Rückzug wird Beton durch den hohlen Schaft eingepresst. Das Einschrauben verdrängt und verdichtet den Boden seitlich, wodurch die Tragfähigkeit steigt.
Für Laboruntersuchungen wurde ein Versuchsstand mit einem zwei Meter hohen Tank eingerichtet. Eine maßstabsgerechte Bohranlage und im 3D-Druck gefertigte Modell-Bohrwerkzeuge (Maßstab 1:10) der Projektpartner Jacbo Pfahlgründungen und Otto Quast kommen zum Einsatz.
„Die Bohrwerkzeuge werden wie auf der Baustelle in den Versuchstank eingedreht. Die Tragfähigkeit der Pfähle wird durch stufenweise gesteigerte Lastaufbringung mittels Hydraulikzylinder am Pfahlkopf geprüft", erläutert Johannes Kuhlmann vom Lehrstuhl für Geotechnik. Messtechnik erfasst die Lastaufnahme und die mechanischen Bodenveränderungen.
Parallel entwickelt das Team eine numerische Berechnungsmethode für Computersimulationen verschiedener Pfahlsysteme. „Basierend auf Simulationen und Tankversuchen können wir optimierte Pfahlvarianten modellieren", erklärt Kuhlmann. Erfolgversprechende Varianten werden zunächst im Labormaßstab, dann in Originalgröße unter Realbedingungen getestet.
