Leistung von in Gewebe gefassten Steinrammpfählen mit recyceltem Gummibeton und Asphaltkörnungen für nachhaltige Geotechnik

Aus Abfall wird tragfähigere Erde

Jedes Jahr produzieren Städte weltweit Berge von gebrochenem Beton, altem Asphalt und abgenutzten Reifen. Ein Großteil dieses Abfalls wird deponiert oder verbrannt, während gleichzeitig ständig neues Gestein und Kies für Straßen, Brücken und Gebäude auf weichem, schlammigem Untergrund gewonnen werden. Diese Studie stellt eine einfache, aber einflussreiche Frage: Kann man einen Teil dieses natürlichen Steins durch sorgfältig aufbereitete Abfallstoffe ersetzen und dennoch die Standsicherheit von Bauwerken gewährleisten?

Wie Steinpfeiler helfen, Gebäude auf weichem Boden zu tragen

Viele moderne Bauprojekte stehen auf weichen Tonböden, die unter Last nachgeben und einsinken würden. Ein verbreitetes Mittel ist die Einbringung von „Steinsäulen“ – vertikalen Schächten, die mit verdichtetem Kies oder ähnlichem Material gefüllt werden. Diese Säulen wirken wie steife Pfeiler im Boden: Sie tragen einen größeren Teil der Last, reduzieren Setzungen und schaffen Entwässerungspfade, durch die der Boden schneller verfestigt. Das Umwickeln der Säulen mit einer belastbaren Kunststoff- oder Gewebematte bringt einen zusätzlichen Vorteil: Das Gewebe umschließt die Säule und verhindert seitliches Aufweiten, sodass sie höhere Lasten mit geringerer Verformung aufnehmen kann.

Vom Abbruchmaterial zum brauchbaren Baustoff

Die Autor*innen prüften, ob Abfallströme aus dem Bau- und Reifenbereich sicher einen Teil des natürlichen Kieses in diesen in Gewebe gefassten Säulen ersetzen können. Sie verwendeten drei Hauptrecyclingsubstrate: gebrochenen Beton aus Abbruchmaterial, zerkleinerten Altasphalt und in kleine Stücke geschnittenes Reifen-Gummi. In einer großen Stahlversuchsbox, die mit weichem Ton gefüllt war, bauten sie 34 Modell­säulen mit unterschiedlichen Rezepturen. Einige bestanden nur aus Kies, Beton oder Asphalt; andere mischten diese Stoffe mit 10 % bzw. 20 % Gummi (Volumenanteil). Alle Säulen wurden mit derselben wandähnlichen Geosynthese umhüllt, hatten das gleiche Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis und wurden dann von oben belastet, bis sie versagten oder deutlich setzten.

Was die Tests über Tragfähigkeit und Setzung zeigten

Zur Bewertung konzentrierten sich die Forschenden auf drei Kennwerte: die maximale Spannung, die jede Säule aufnehmen konnte (Tragfähigkeit), das Einsinken unter dieser Last (Setzung) und das Verhältnis von Spannung zu Verschiebung, das Auskunft über Steifigkeit und Steuerbarkeit der Verformung gibt. Sie stellten fest, dass die Materialwahl viel entscheidender war als die Säulendimension. Säulen, die vorwiegend mit natürlichem Kies gefüllt waren, besonders wenn sie mit einem moderaten Anteil recycelten Betons gemischt wurden, zeigten die beste Kombination aus hoher Tragfähigkeit und geringer Setzung. In einigen Fällen übertrafen recycelte Mischungen reinen Kies leicht – mit bis zu etwa 2 % höherer Tragfähigkeit und einem deutlich höheren Spannungs‑zu‑Verschiebungs‑Verhältnis, also sowohl stark als auch relativ widerstandsfähig gegen Bewegung.

Das richtige Maß an Gummi und Asphalt finden

Zerkleinertes Reifen­gummi spielte eine sensiblere Rolle. Bei nur 10 % Gummi in einer Mischung mit Kies oder recyceltem Beton verbesserte sich die Performance oft, indem die Säule etwas flexibler wurde, ohne viel Tragfähigkeit einzubüßen. Das führte zu gleichmäßigeren, kontrollierteren Bewegungen unter Last und konnte das Spannungs‑zu‑Verschiebungs‑Verhältnis um rund 16 % erhöhen. Ließ der Gummianteil jedoch auf 20 % ansteigen, wurden die Säulen meist zu weich: die Tragfähigkeit sank und die Setzungen nahmen zu, besonders in ohnehin flexibleren Mischungen. Reiner recycelter Beton erwies sich tendenziell als am schwächsten mit den größten Setzungen, während vorwiegend aus Altasphalt hergestellte Säulen nur mäßige Werte zeigten. Asphalt‑Gummi‑Mischungen waren am wenigsten geeignet, wenn hohe Tragfähigkeit und geringe Verlagerung erforderlich sind, könnten aber dort sinnvoll sein, wo die Lasten geringer sind und Nachhaltigkeit im Vordergrund steht.

Was das für nachhaltigere Gründungen bedeutet

Für Nicht‑Spezialisten ist die Schlussfolgerung klar: Mit durchdachter Mischungsplanung lassen sich Teile des unterirdischen Tragsystems eines Bauwerks aus Materialien errichten, die sonst auf der Deponie landen würden. In Gewebe gefasste Stein­säulen, gefüllt mit einer Mischung aus Kies, etwas recyceltem Beton und einem geringen Anteil Reifen­gummi, können die Leistung traditioneller Kies­säulen erreichen oder leicht übertreffen und dabei den Bedarf an neuem Naturstein reduzieren. Zu viel Gummi macht den Untergrund jedoch zu nachgiebig. Die Studie zeigt, dass recycelte Materialien sicher in Bodenverbesserungssysteme integriert werden können, sofern Ingenieure die Grenzen beachten und ihre Entwürfe prüfen. Richtig umgesetzt verwandelt sich der Abfall von gestern in die Stütze für sicherere, nachhaltigere Infrastruktur von morgen.

Zitation: Hassanzadeh, M., Zad, A., Ramesht, M.H. et al. Performance of wall mesh encased stone columns using recycled rubber concrete and asphalt aggregates for sustainable geotechnics. Sci Rep 16, 6941 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38535-2

Schlüsselwörter: Steinrammpfähle, recycelte Zuschlagstoffe, Altreifen-Gummi, Bodenverbesserung, nachhaltige Geotechnik