MaBo - Materialeinsparung bei Bohrpfählen - Ein Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen im Bauwesen

Ausgangssituation/Motivation

Das Forschungsprojekt zielt auf die Reduktion von CO2-Emissionen im Bauwesen ab. Erreicht werden soll dies durch eine Materialeinsparung bei Gründungskörpern im Hochbau, wobei im Projekt der Fokus auf der Materialeinsparung bei der Herstellung von Bohrpfählen liegt.

Der Bausektor ist für rund 40% der globalen CO2-Emissionen verantwortlich. Über ein Viertel dieser Emissionen werden direkt durch die Bauindustrie verursacht – Transportemissionen von Rohstoffen sind hierbei noch nicht berücksichtigt.

Gründungen sind ein wesentlicher Bestandteil von Bauwerken, welche nach den gültigen Regeln der Technik überwiegend aus Stahlbeton hergestellt werden. Vor allem bei Tiefengründungen, aber auch bei Baugrubensicherungen, kommen dabei regelmäßig Bohrpfähle zum Einsatz.

Allein in Österreich werden jährlich zirka 80.000 bis 90.000 Laufmeter Bohrpfähle mit Durchmessern zwischen 90 und 120 cm hergestellt, wodurch ein durchschnittlicher Materialbedarf von rund 74.000 Kubikmetern Beton pro Jahr entsteht. Etwa die Hälfte dieser Bohrpfähle sind nach Schätzungen der Industrie für eine Optimierung hinsichtlich des Betonverbrauches geeignet. Hierin ist auch die Motivation zur

Durchführung des Projektes "MaBo - Materialeinsparung bei Bohrpfählen - Ein Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen im Bauwesen" begründet, mit dem Ziel die Herstellung von Bohrpfählen nachhaltig zu verbessern im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Klimaauswirkungen.

Inhalte und Zielsetzungen

Die Entwicklung eines sehr zeitnah in der Praxis anwendbaren Konzeptes ist das direkte Ziel des Forschungsprojektes. Praxistaugliche Lösungen sollen Tragwerksplaner:innen bereits im Entwurfsprozess von Bohrpfahlgründungen unterstützen, um Bauaufgaben mit geringerem Materialeinsatz zu lösen. Dies könnten beispielsweise Leitfäden/Tabellen sein, welche die Anordnung von Hohlkörpern innerhalb der Gründungskörper in einer frühen Planungsphase festlegen.

Ein geringerer Materialbedarf bei Bohrpfählen hat nicht nur eine positive Klimawirkung und Dekarbonisierung zur Folge, sondern eine effiziente Nutzung von Ressourcen führt ebenso zu einer effizienten Nutzung der benötigten Energien in der Herstellung von Beton.

Methodische Vorgehensweise

Hierzu werden zunächst numerische Untersuchungen (FEM) zur Bestimmung nicht benötigter Querschnittsbereiche der konventionellen Bohrpfähle durchgeführt. Die reduzierten Bauteile werden hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit und Interaktion mit dem Baugrund erneut berechnet und mittels Bauteilprüfungen verifiziert. D.h.: "Gleiches Lastabtragungsverhalten bei reduziertem Materialaufwand".

In einem zweiten Teil des Projektes wird der Herstellungsprozess betrachtet, ein Prototyp entwickelt und getestet. Dabei werden die Schritte Bohrlochherstellung, Einbringen der Bewehrung, Einbau von Verdrängungskörpern, Betonieren und Ziehen der Rohre berücksichtigt.

Die Aussparungs- bzw. Verdrängungskörper stellen 3D-betongedruckte Hohlkörper dar. Somit kann in der Lebenszyklusphase des Abbruchs von einem Stahlbetonbauwerk, ohne Bestandteile aus Kunststoff, ausgegangen werden.

Bei der Herstellung der Aussparungskörper ist besonders auf eine geeignete Geometrie zu achten. Diese soll den inneren Kraftfluss des Bohrpfahles nicht, beziehungsweise nicht negativ, beeinflussen. Außerdem soll die Kubatur des Aussparungskörpers ein größtmögliches Volumen aufweisen, um die maximale Ressourceneffizienz zu gewährleisten.

Erwartete Ergebnisse

Erwartet werden, in Abhängigkeit von Gründungstyp und Bodenbeschaffenheit, Materialeinsparungen hinsichtlich des Betons von bis zu 40%.

Die im Forschungsprojekt erarbeiteten Leitfäden/Tabellen zur Materialeinsparung ermöglichen eine praxistaugliche Vorgehensweise bei der Auslegung von Gründungskörpern - hier im Speziellen bei Bohrpfählen. Somit wird ein notwendiger Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen im Bauwesen geleistet.

Projektleitung

Technische Universität Graz – Institut für Tragwerksentwurf

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

• FH Kärnten gemeinnützige Gesellschaft mbH
• Keller Grundbau Ges.mbH

Technische Universität Graz – Institut für Tragwerksentwurf
Univ.Prof. Dr.-Ing. Stefan Peters
Technikerstraße 4/4
A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 873 6211
E-Mail: stefan.peters@tugraz.at
Web: ITE - Home (tugraz.at)