15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 75 Tragverhalten von Gründungskörpern aus Abbruchmaterial - ein Beitrag zur Ressourceneffizienz und Reduktion von Kohlendioxidemissionen im Bauwesen Dr.-Ing. Tunç Kendir Technische Universität Berlin, Fachgebiet Architektur und Tragwerk Hakan Gülay HG Ingenieure Prof. Dr.-Ing. Kerstin Wolff Technische Universität Berlin, Fachgebiet Architektur und Tragwerk Zusammenfassung Der Beitrag stellt die Idee einer alternativen Gründungskonstruktion vor, die weitgehend neuen Beton und mit stark reduziertem Stahlanteil auskommt. Ziel dabei ist es, Kohlendioxidemissionen zu senken, Primärrohstoffe zu schonen und eine Rückführbarkeit der eingesetzten Materialien zu ermöglichen. Die vorgestellte Konzeption beruht auf einem starren Körper aus umschnürtem Abbruchmaterial, der den Einsatz neuen Zements herkömmlicher Gründungskörper vollständig ersetzt und reversibel konstruiert werden kann. Anhand der planerischen Überlegungen und der im Rahmen des Realisierungsprojekts „TULIUM“ der Technischen Universität Berlin entwickelten Ansätze wird erläutert, welche konstruktiven und bemessungstechnischen Fragen derzeit untersucht werden. 1. Einleitung Das Bauwesen ist weltweit für etwa vierzig Prozent der energiebedingten Emissionen verantwortlich [1]. In Europa entfallen rund ein Drittel des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen auf Gebäude [2]. Etwa ein Viertel dieser Emissionen entsteht bereits vor der Nutzungsphase durch die Herstellung von Baustoffen, Transporte und Bauprozesse [3]. Zement zählt dabei zu den größten Einzelfaktoren. Die globale Zementproduktion verursacht jährlich mehr als zweieinhalb Milliarden Tonnen Kohlendioxid, was etwa sieben bis acht Prozent der gesamten Emissionen entspricht [3]. Diese Werte verdeutlichen, dass eine Reduktion des Zementanteils im Bauwesen unvermeidlich ist. Während in Europa leichte Rückgänge bei Neubauten und Emissionen verzeichnet werden, steigt der Ressourcenbedarf in anderen Weltregionen deutlich an. Der anhaltende Urbanisierungsprozess kompensiert technologische Fortschritte und führt global weiterhin zu steigenden Gesamtemissionen [3]. Damit gewinnt die Entwicklung neuer Baukonzepte an Bedeutung, die den Einsatz von Primärwerkstoffen begrenzen und gleichzeitig tragfähige und dauerhafte Lösungen ermöglichen. 2. Fehlender Materialkreislauf Der Bausektor funktioniert überwiegend linear [4], [3]. Rohstoffe werden abgebaut, genutzt und entsorgt. In Deutschland stammen mehr als fünfzig Prozent des gesamten Abfallaufkommens aus Bau- und Abbruchmaßnahmen [4]. Zwar wird ein großer Teil davon rechnerisch als verwertet geführt, tatsächlich handelt es sich aber in der Regel um Downcycling, bei dem Betonbruch beispielsweise als Füllmaterial im Straßenbau endet. Ein geschlossener Kreislauf existiert derzeit nicht. Tragende Bauteile, insbesondere Fundamente, können bislang kaum sortenrein zurückgebaut oder wiederverwendet werden [3]. Dadurch gehen enorme Mengen grauer Energie dauerhaft verloren. Ziel zukunftsweisender Forschung ist es, Konzepte zu entwickeln, bei denen Materialien nach Ende der Nutzungsphase wiederverwendet oder als Sekundärrohstoffe in neue Bauteile integriert werden können. Der vorgestellte Ansatz eines Gründungskörpers aus Abbruchmaterial ist ein Beitrag zu dieser Entwicklung. 3. Kohlendioxid und Ressourceneinsatz in der Gründung Fundamente sind zentrale, aber bislang wenig beachtete Quellen grauer Emissionen. Untersuchungen zeigen, dass sie zwischen fünfzehn und dreißig Prozent der gesamten Emissionen eines Gebäudes ausmachen können [3]. Bei tiefen Gründungen und schlechten Baugrundverhältnissen steigt der Anteil weiter an. Die Ursache liegt im hohen Zementklinkeranteil des Betons, im Verbrauch von Stahl und im Umstand, dass Fundamente in der Regel nicht rückgebaut werden. Ein einzelnes Fundament mit fünf Kubikmetern Beton der Festigkeitsklasse C25/ 30 verursacht etwa eine Tonne Kohlendioxid [3]. Da jedes Bauwerk eine Gründung benötigt, bietet gerade dieser Bauteil ein erhebliches Potenzial zur Verringerung der Emissionen. Eine Substitution von Beton 76 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Tragverhalten von Gründungskörpern aus Abbruchmaterial - Ein Beitrag zur Ressourceneffizienz und Reduktion von Kohlendioxidemissionen durch rezyklierte mineralische Stoffe könnte den Ausstoß von Treibhausgasen im Fundamentbereich deutlich senken. 4. Forschungskontext TULIUM der Technischen Universität Berlin Anhand des Realisierungsprojekts „TULIUM“ auf dem Campus der Technischen Universität Berlin, werden in Kooperation mit dem Natural Building Lab und dem Fachgebiet für Entwerfen und Konstruieren - Verbundstrukturen Ansätze für die Entwicklung und Umsetzung kreislaufgerechter Tragkonstruktionen aus Sekundärmaterialien untersucht. Das Bauvorhaben und Reallabor der Technischen Universität Berlin wird im Rahmen der Gemeinschaftsaufgabe „Verbesserung der regionalen Wirtschaftsstruktur“ (GRW) mit zweckgebundenen Bundes- und Landesmitteln gefördert. [3]. Abbildung 1 - Visualisierung des Museums-Pavilons „TULIUM“ der Technischen Universität Berlin (© ZRS Architekten) Im Rahmen des begleitenden Forschungsprojekts, gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt, wurde die Idee einer betonarmen beziehungsweise betonfreien Gründung erstmals konzeptionell ausgearbeitet. Sie stellt eine mögliche Alternative zu klassischen Fundamenten aus neuem Stahlbeton dar. Die Grundidee besteht darin, die Lasten über einen kompakten Körper aus grobem mineralischem Füllmaterial abzutragen, der über äußere Verspannungen zu einem tragfähigen Verbund zusammengehalten wird. Die Konstruktion soll ohne Bindemittel auskommen und im Rückbau vollständig demontierbar bleiben. Die Gründungskörper ähneln somit dem Auf bau von Gabbionen, die aktuelle insbesondere bei oberirdischen Konstruktionen Anwendung finden. Abbildung 2: geschosshoher, einteiliger Gabbion, hier: Anwendung als Fassadenelement bei einem Parkhaus (© AUT) Die bisherige Arbeit konzentriert sich auf die theoretische Auslegung, auf Materialuntersuchungen und auf die Vorbereitung von großskaligen Versuchen. Praktische Belastungstests stehen noch aus. 5. Aufbau und Funktionsprinzip des geplanten Gründungskörpers Der Gründungskörper ist als zylindrischer Verbundkörper aus mineralischem Füllmaterial vorgesehen, der von einem äußeren Stahlkorb, bestehend aus Einzelstäben, umschlossen wird. Die äußeren Umschnürungen und vertikalen Stäbe dienen der Vorspannung und sorgen für eine mehraxiale Druckbeanspruchung des Füllmaterials [5]. Abbildung 3: Schematische Ansicht des Gründungskörper mit Lasteinleitungsstempel im Kopf bereich [5] 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 77 Tragverhalten von Gründungskörpern aus Abbruchmaterial - Ein Beitrag zur Ressourceneffizienz und Reduktion von Kohlendioxidemissionen Abbildung 4: Grundrissdarstellung des Gründungskörpers [5] Das Füllmaterial kann aus gebrochenem Naturstein, recyceltem Beton oder Mischgranulat bestehen. Die Maschenweite des Korbs muss gewährleisten, dass kein Stein durch die Öffnungen gedrückt wird. Der geometrische Nachweis erfolgt über das Verhältnis aus Maschenweite und kleinster Steingröße. Der Durchmesser des Gründungskörpers liegt im Bereich von etwa einem Meter, die Einbindetiefe bei rund achtzig Zentimetern. Das nachfolgend dargestellte Stabwerkmodell zeigt den prinzipiellen Lastabtrag im Gründungskörper. Die Druckkräfte werden über das Füllmaterial aufgenommen, die Zugkräfte über die Umschnürungen. Durch die Vorspannung entsteht eine gleichmäßige Kompression, die das Füllmaterial zu einem stabilen, nahezu starren Körper zusammenfügt. Für den Nachweis der äußeren Standsicherheit können somit die bekannten Nachweisformen angewendet werden. Abbildung 5: Prinzip Kraftflussverlauf vertikal und horizontal [5] 78 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Tragverhalten von Gründungskörpern aus Abbruchmaterial - Ein Beitrag zur Ressourceneffizienz und Reduktion von Kohlendioxidemissionen Im Gegensatz zu Betonfundamenten werden keine chemischen Bindungen benötigt. Das System folgt einem rein mechanischen Wirkprinzip. Die Konstruktion erinnert an die Tragmechanismen von Trockenmauerwerken, wird jedoch durch definierte Vorspannung technisch kontrollierbar gemacht. 6. Geplanter Versuchsansatz und Nachweisführung Um die Tragfähigkeit und die innere Standsicherheit des beschriebenen Systems künftig rechnerisch erfassen zu können, ist ein großmaßstäblicher Versuch vorgesehen [5]. Der geplante Auf bau umfasst einen Rundstahlkorb mit einer Maschenweite von etwa zehn Zentimetern und einer Füllung aus Bruchstein mit einer kleinsten Korngröße von neunzig Millimetern. Die Belastung soll zentrisch über eine Druckplatte erfolgen. Ziel des Versuchs ist es, folgende Parameter zu ermitteln: - den Zusammenhang zwischen Vorspannkraft und Verformung, - die Lagesicherheit der Bruchsteine unter Druck, - das Setzungsverhalten des Füllmaterials, - und die Ausbildung von inneren Drucktrajektorien. Für den rechnerischen Nachweis wird ein Stabmodell aus Druck und Zuggliedern vorgesehen. Die Druckglieder repräsentieren die Lastpfade im Füllmaterial, die Zugglieder die vorgespannten Umschnürungen. Die resultierenden Druckkräfte aus der Vorspannung werden theoretisch als Umlenkkräfte beschrieben, die sich radial auf das Füllmaterial verteilen. Der entsprechende Nachweis soll künftig experimentell überprüft werden. 7. Erwartete Erkenntnisse und offene Fragen Auf Basis der theoretischen Untersuchungen wird erwartet, dass der Gründungskörper bei ausreichender Vorspannung ein quasi monolithisches Tragverhalten aufweist. Offen ist bislang, wie stark die Vorspannung über die Zeit abnimmt und welche Kornformen eine stabile Verkeilung begünstigen. Auch das Setzungsverhalten des Füllmaterials und die Interaktion zwischen Stahlkorb und Gestein müssen noch untersucht werden. Die geplanten Versuche sollen diese Fragen klären und eine Grundlage für die Entwicklung eines vereinfachten Bemessungsmodells liefern. Ökobilanzielle Vorabschätzungen deuten darauf hin, dass das System weniger als ein Viertel der Treibhausgasemissionen eines herkömmlichen Betonfundaments verursachen könnte [5]. Diese Werte müssen jedoch durch belastbare Daten aus den zukünftigen Untersuchungen bestätigt werden. 8. Ausblick Das vorgestellte Konzept beschreibt eine mögliche Alternative zu herkömmlichen Fundamenten. Die Idee basiert auf der Nutzung lokal verfügbarer mineralischer Reststoffe, die durch Vorspannung in eine tragfähige Form gebracht werden. Die nächsten Arbeitsschritte umfassen Materialversuche, die Ermittlung von Steifigkeitskennwerten und die Entwicklung eines numerischen Modells. Auf dieser Basis soll ein experimenteller Prototyp entstehen, an dem die theoretischen Annahmen überprüft werden können. Langfristig ist das Ziel, ein Bemessungsmodell zu entwickeln, das die innere Standsicherheit und das Tragverhalten solcher Gründungen nachweist. Damit könnte ein Fundamenttyp entstehen, der vollständig rückbaubar, emissionsarm und ressourceneffizient ist. Danksagung Das Forschungsprojekt ist gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt. Literatur [1] International Energy Agency, Global Status Report for Buildings and Construction, Paris: IEA, 2023. [2] Umweltbundesamt, Bauwirtschaft und Materialkreisläufe in Deutschland, Dessau Rosslau: UBA, 2022. [3] Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Neubau des Museums Pavillons der Technischen Universität Berlin als Reallabor Bauen, Abschlussbericht, Az-38392-01, 2024. [4] Umweltbundesamt, Bauwirtschaft und Materialkreisläufe..., Dessau Rosslau: UBA, 2022, S. 6. [5] H. Guelay, Entwicklung und Untersuchung eines vorgespannten Stahlkorbs aus Naturstein- oder Betonrecyclingmaterialien für nachhaltige Hochbauanwendungen. Dissertation in Vorbereitung, Fachgebiet Architektur und Tragwerk, TU Berlin, voraussichtlich 2026.