Untersuchungen zu neuartigen und gängigen Methoden der Baugrundertüchtigung

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Einführung
Die Arbeit behandelt neuartige und gängige Methoden der Baugrundertüchtigung. Die Notwendigkeit einer Baugrundertüchtigung ergibt sich, wenn der anstehende Baugrund nicht in der Lage ist, den beabsichtigten Einwirkungen einen ausreichenden Widerstand entgegenzusetzen. Hierbei kann es sich um Einwirkungen einer geplanten Baumaßnahme handeln, wobei diese Lasten statischer oder auch dynamischer Natur sein können. Auch wenn es sich um Hilfsmaßnahmen handelt, beispielsweise an Baustraßen, so müssen diese während der geplanten Bauzeit ihre Funktion sicher erfüllen. Als weiteres Beispiel sei die Verarbeitbarkeit eines Bodens genannt, wenn dieser als Baustoff bei der Errichtung eines Dammbauwerkes verwendet wird. Letztendlich unterliegen Erdbauwerke nicht nur mechanischen Belastungen, sondern können auch durch Erosionsvorgänge einer Beanspruchung ausgesetzt sein. Wird der Baustoff Boden diesen Anforderungen nicht in ausreichendem Maße gerecht, so muss er entweder gegen ein geeignetes Material ausgetauscht werden oder es werden beispielsweise aufwändige Ergänzungsmaßnahmen erforderlich.
Um diese Maßnahmen zu umgehen, bieten sich in geeigneten Situationen die Ertüchtigung der vorgefundenen Böden an. Hierbei handelt es sich nicht nur um eine ressourcenschonende Vorgehensweise, oftmals ist diese Vorgehensweise auch die wirtschaftlichere. Der anstehende Boden muss nicht verfrachtet, möglicherweise deponiert und ein neues Material beigefahren werden. Die in situ Bearbeitung erfordert lediglich die Beistellung entsprechender Bauhilfsstoffe zur Ertüchtigung.
Welche Art an Bauhilfsstoffen zum Einsatz kommt, richtet sich vorrangig nach den vorgefundenen Bodenverhältnissen. Als traditionelles und längst etabliertes Verfahren hat sich die Beimischung geeigneter Bindemittel hervorgetan. Zu nennen sind hier die beiden hydraulischen Bindemittel Kalk und Zement. Für die Anwendung dieser Stoffe existieren Regelwerke, die Prüfungs- und Kontrollmethoden vor und während des Einbaus solcher Boden-Bindemittel-Mischungen beschreiben.
Trotz des seit langer Zeit bewährten Einsatzes, ist auch bei den beiden genannten Bauhilfsstoffen zu berücksichtigen, dass es sich letztendlich um Rohstoffe handelt, obwohl auch hier insbesondere bei den Kompositzementen
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bereits ein erhebliches Recyclingpotential genutzt wird. Jedoch fällt ins Gewicht, dass bei der Herstellung der Produkte klimaschädliches Kohlendioxid freigesetzt wird. Unter diesen Gesichtspunkten stellt die Verwendung von Industrieabfällen, die in gleichbleibender Güte anfallen, eine interessante Alternative dar. Neben diesen sogenannten by-products können auch recyclingfähige Materialien verwendet werden, sofern deren Eignung nachgewiesen werden kann. Eine gewisse Hürde bei der Verwendung der letztgenannten Alternativen stellen umweltrechtliche Fragestellungen dar. Zum einen handelt es sich um Abfälle und damit um Produkte, die rechtlich einer gänzlich anderen Würdigung und Bewertung unterliegen. Zum anderen müssen entsprechende Wechselwirkungen zwischen den Stoffen und der umgebenden Biosphäre berücksichtigt und bewertet werden.
In der vorliegenden Habilitationsarbeit werden im ersten Kapitel zunächst als Ausgangspunkt die wesentlichen Merkmale und Eigenschaften beim Einsatz traditioneller Kalk- und Zementbeimischungen untersucht. Das Kapitel 2 schließt an mit Betrachtungen zu dem Baustoff Tonbeton. Hierbei handelt es sich um einen ebenfalls schon lange Zeit bekannten Baustoff, der zwar aufgrund seines eng begrenzten Anwendungsspektrums nur wenig verbreitet ist. Aufgrund seiner Ähnlichkeit zu aktuellen Baustoffen, den zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen, gewinnt das Produkt jedoch an Bedeutung. Dies gilt umso mehr, als Prüf- und Kontrollmethoden aufgrund des ähnlichen rheologischen Verhaltens im frühen Zustand derzeit nur ansatzweise vorliegen.
Die Kapitel 3 bis 5 umfassen neuartige Methoden der Bodenertüchtigung. Zu allen Verfahren liegen bereits Erfahrungen aus mehr als zwei Jahrzehnten vor. Diese Erfahrung beruht jedoch vorrangig auf exemplarischen Laborstudien.
Zu nennen sind hier zunächst die Epoxidharze in Kapitel 3. Epoxide werden im Konstruktiven Ingenieurbau vermehrt eingesetzt. Auch in der Geotechnik finden sich neben Laboruntersuchungen bereits praktische Anwendungsfälle, die eine wirksame Ertüchtigung von Festgestein dokumentiert. Eigene Untersuchungen bestätigen die Wirksamkeit dieser Methode.
Mit den Untersuchungen zu Boden-Gummi-Mischungen in Kapitel 4 werden Recyclingprodukte in die Ertüchtigungsmethoden mit einbezogen.
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Recyclinggummi steht in den unterschiedlichsten Formen zur Verfügung. Je nach Aufwand werden entweder komplette Reifen verbaut, zu Paketen verschnürt oder als Schreddergut in unterschiedlichen Siebfraktionen bis hin zu Pulver verbaut. Dementsprechend vielfältig ist auch das Anwendungsspektrum. Während insbesondere in den USA und einigen europäischen Ländern dieser „Baustoff“ bereits eine gewisse Akzeptanz besitzt, führen in Deutschland rechtliche und umwelttechnische Belange dazu, dass dieses Produkt derzeit nicht vermehrt eingesetzt wird.
In dem letzten Kapitel 5 wird als Ertüchtigungsmethode die Verwendung von Enzymen vorgestellt. Die Untersuchungen belegen, dass dieses biologische Verfahren für bestimmte Anwendungen durchaus seine Berechtigung hat und auch konkurrenzfähig zu bestehenden Methoden auftreten kann.