15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 341 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen Michael Ried, M. Eng. OTH Regensburg, Geotechnisches Labor der Fakultät Bauingenieurwesen Florian Leusink, B. Eng. OTH Regensburg, Geotechnisches Labor der Fakultät Bauingenieurwesen Sebastian Hussendörfer, M. Eng. OTH Regensburg, Geotechnisches Labor der Fakultät Bauingenieurwesen Prof. Dr.-Ing. Thomas Neidhart OTH Regensburg, Geotechnisches Labor der Fakultät Bauingenieurwesen Zusammenfassung In den vorliegenden Untersuchungen wurde ein neuartiges Bodenmischverfahren untersucht, bei dem die Baustoffeigenschaften des Erdbetons in den Kontext eines Betons gesetzt wurden. Es wurden sowohl Verfahrensspezifika als auch baustofftechnische Herstellparameter und deren Auswirkungen auf die Erdbetonqualität untersucht. Für die Bewertung dienten zwei geeignete großmaßstäbliche Versuchsbaustellen als Grundlage. Durch die Analyse verschiedener mechanischer Kennwerte konnten Erkenntnisse über die Einflüsse der Herstellung gewonnen werden. Insbesondere einaxiale Druckfestigkeit, E-Modul und Spaltzugfestigkeit wurden untersucht. Die mechanischen Kennwerte wurden einerseits anhand kleinmaßstäblicher Kern- und Rückstellproben gewonnen und andererseits anhand originalmaßstäblicher Großversuche im Labor. Die Druckfestigkeit des Materials wurde teils mit mehr als 40-N/ mm² ermittelt. Auch der E-Modul erreichte mit 18.000-N/ mm² - 33.000-N/ mm² Steifigkeiten, die in den Bereich eines Ortbetons fallen. Es konnte unter Berücksichtigung der Herstellparameter gezeigt werden, wie sich die mechanischen Kennwerte des Baustoffs verändern und wie sich die Qualität des Erdbetons optimieren lässt. 1. Einführung Seit einigen Jahrzenten halten zunehmend Bodenmischverfahren im Spezialtief bau Einzug. Das Verwenden des anstehenden Bodens als Zuschlagsstoff, der mit einer Bindemittelsuspension vermischt wird, kann bedeutende Vorteile gegenüber klassischem Beton bieten [1]. Im Zuge stärker schwindender Ressourcen wie Sand und Kies sowie klimaökologischer Nachhaltigkeit wird es zunehmend erforderlich, Baustoffe und Bauverfahren im Sinne der Kreislaufwirtschaft zu optimieren [2]. Bei der Herstellung von Tief bauwerken in herkömmlicher Ortbetonbauweise fallen große Mengen Aushubmaterial an. Der Aushub muss in vielen Fällen deponiert oder aufwendig auf bereitet werden [1]. Gleichermaßen entstehen in Abhängigkeit des Ortes der Baustelle und auch der Abfallklasse große Transportwege. Durch die großen Massen sind die Transportwege des Abfalls ein wesentlicher Treibhausemittent. Nicht nur der Transport des Aushubs geht hierbei in die Bilanzierung ein, sondern auch der Transport des Ortbetons aus entfernten Betonwerken auf die Baustelle [3]. Eine Möglichkeit die Abfallmengen und die emittierte CO 2 -Menge zu reduzieren, besteht in der Verwendung eines Erdbetons. Erdbeton stellt dabei allerdings einen den natürlichen Gegebenheiten unterworfenen Baustoff dar. Der anstehende Baugrund bestimmt maßgeblich die Produkteigen schaften und die damit verbundene Qualität [4]. Bei der Herstellung eines Tief bauelementes mit einem Erdbeton wird der anstehende Boden als Zuschlagsstoff verwendet und mit einer Bindemittelsuspension zu einer möglichst homogenen Masse vermischt. Nach DIN 4093 stellt die obere Bemessungsgrenze eines Erdbetons oder „Verfestigten Bodenkörpers“ eine maximale einaxiale Druckfestigkeit von f m,k -≤-12-N/ mm² dar. Kommen hohe Zementmengen zum Einsatz, kann die Druckfestigkeit des Erdbetons diesen Grenzwert weit übersteigen. Das Materialverhalten über Festigkeit und Steifigkeit nähert sich hierbei dem eines Betons an. Geotechnische Tief bauelemente aus Erdbeton nach DIN 4093 werden damit teilweise massiv unterschätzt und der Ressourceneinsatz ineffizient genutzt. Durch diesen Grenzbereich wurde innerhalb dieser Untersuchung das Material einerseits unter geotechnischen und andererseits unter betontechnologischen Gesichtspunkten gesehen und bewertet. 2. Bodenmischverfahren Durch das Einmischen einer Bindemittelsuspension in den anstehenden Baugrund entsteht ein Erdbeton. Für den dafür notwendigen Homogenisierungsprozess stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Über Schnecken, Fräsen, rotierende Paddel oder durch (Hochdruck)-injektionen ist es möglich einen Erdbetonkör- 342 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen per herzustellen [1]. Das Verfahren ist für die Qualität des Baustoffs von großer Bedeutung. Für unterschiedliche Homogenbereich sind unterschiedliche Werkezuge zweckdienlich [5], [6]. Das Ziel bei der Herstellung eines Erdbetons ist ein möglichst einheitliches Stoffgemisch, sodass die planerischen und wirtschaftlichen Anforderungen erfüllt werden können. Für die Beurteilung kann die Mischungsenergie oder der Mischungsfaktor herangezogen werden [7]. Starke Inhomogenitäten wie Kiesnester, Hohlräume oder Agglomerate vermindern den mechanischen inneren Widerstand bzw. die innere Tragfähigkeit des Tief bauelementes [1]. Nur durch eine adäquate Homogenisierung kann ein annähernd gleichmäßiges Stoffgemisch erzeugt werden und das Materialverhalten über punktuelle Qualitätsprüfungen einheitlich beschrieben werden [8]. Das Materialverhalten des Baustoffs hängt im Wesentlichen von Zuschlagsstoff, Bindemittel, w/ b-Wert und Verfahrensspezifika ab [9]. Bindige Böden lassen sich aufgrund der Kohäsion schwerer homogenisieren als nichtbindige Böden. Die große spezifische Oberfläche oder das Quellvermögen des Bodens nimmt gleichermaßen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des späteren Erdbetons [10]. Hydraulische, latent-hydraulische oder puzzolanische pH-Wert abhängige Reaktionen führen zur Festigkeit des Baustoffs, weshalb das Bindemittel in Verbindung mit dem anstehenden Boden und seinen Bestandteilen zu sehen ist. Der Einsatz einer Luftspülung zur Reduktion der Viskosität während des Mischens oder das anstehende Grundwasser bestimmen den Porenraum und die spätere Festigkeit des Erdbetons [1], [11]. Parameter wie die Suspensionsdichte nehmen dabei nicht nur Einfluss auf die Qualität des Baustoffs, sondern auch auf den Herstellprozess. Eine geringere Suspensionsdichte führt zu einer geringen Viskosität und damit zu geringeren Drehmomenten von rotierenden Mischwerkzeugen. Sie führt aber auch zu geringeren Festigkeiten durch einen erhöhten w/ b-Wert und zu geringeren Bindemittelzugaben pro Kubikmeter Erdbeton [9]. Während durch eine geringe Suspensionsdichte hohe überflüssige Zementzugaben vermieden werden, kann sich im Herstellprozess durch die geringe Viskosität ein starker Suspensionsverlust in durchlässigen Böden einstellen [12]. Es wird dabei ersichtlich, dass baustoffliche und verfahrenstechnische Aspekte gleichermaßen Einfluss auf das mechanische Verhalten des Tiefbauelements nehmen. Entsprechend der Anforderungen lässt sich damit das Materialverhalten durch baustoff- und verfahrenstechnische Stellschrauben steuern. Eine baustoff- und verfahrenstechnische Konzeptionierung muss daher immer in enger Verzahnung gesehen werden. Zur Eignung und Bewertung des Erdbetons können hierbei einaxiale Druckfestigkeit [13], Spaltzugfestigkeit [14], E-Modul nach [15], E-Modul nach [13], Dichte und Porengehalt nach [16] und weitere Parameter herangezogen werden. Bei dem für die hier vorzustellenden Versuchsbaustellen verwendeten Verfahren kam ein Mischwerkzeug zum Einsatz, das eine gewendelte spezielle Endlosschnecke verwendet. Die Schnecke ist dabei nicht wie normalerweise im Doppelkopf bohrverfahren ein Förderwerkzeug, sondern vielmehr ein Mischwerkzeug. Die Homogenisierung soll durch spezielle Mischelemente über die Länge des Werkzeugs gewährleistet werden. Abbildung 1: Erdbetonmischwerkzeug mit Verrohrung und Unterteilung in Misch- und Förderbereiche, Fa. Gollwitzer Spezialtief bau GmbH Die Durchmischung wird über ein Bohrgerät erreicht, dessen gewendelte Anbauschnecke verrohrt abgeteuft wird. Durch die Zugabe einer Bindemittelsuspension durch das Seelenrohr wird im Bohrvorgang das Bindemittel eingebracht. Die eingebrachte Suspension vergrößert das zu durchmischende Volumen. Gleichzeitig verdrängt das Mischwerkzeug den Erdbeton, weshalb eine Bevorratung am Kopf des Systems notwendig ist - vgl. Abbildung 1. In der Mischphase wird die Drehrichtung der Schnecke immer wieder geändert und ein homogenes Stoffgemisch angestrebt. Durch die Verrohrung wird eine klar vom anstehenden Boden abgegrenzte Erdbetonsäule mit bekanntem Volumen hergestellt. Hierdurch lässt sich das zu mischende Bodenvolumen genau definieren, wobei der Zementgehalt pro Kubikmeter über den Durchfluss gesteuert werden kann. 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 343 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen 3. Versuchsbaustelle zur verfahrenstechnischen Untersuchung 3.1 Versuchsfeld Berlin Spandau Auf einem Testfeld in Berlin im Stadtteil Spandau wurden Pilotversuche im Maßstab 1: 1 zur Untersuchung und Weiterentwicklung des Bodenmischverfahrens angestellt - vgl. Kap. 2. Hierbei wurden in einem bestimmten Raster 29 Erdbetonsäulen (d-=-750-mm) hergestellt, bei denen verschiedene Parameter variiert wurden. Diese sollten nach Kap. 2 Einflüsse der Verfahrenstechnik aber auch der Baustofftechnik abbilden. Zuvor wurde eine Eignungsprüfung des anstehenden Bodens durchgeführt und verschiedene Mischungsrezepturen für den Erdbeton entwickelt. Der enggestufte homogene Mittelsand des Warschau-Berliner-Urstromtals eignet sich aufgrund seiner Korngrößenverteilung und Homogenität über eine Tiefe von 10-m für systematische Parametervariationen in situ. Die untersuchten Einflussparameter beschränkten sich auf folgende Variationen: • Mischdauer • w/ b-Wert der Suspension • Suspensionsmenge und Zementgehalt • Verwendung zusätzlicher Luft im Mischvorgang • Einfluss des Bodens durch künstliche Bodenschichtungen • Vergleich Rückstellproben und Bohrkernproben Die anschließende Bewertung im Labor wurde an Rückstellproben, die im Herstellprozess entnommen wurden, durchgeführt aber auch an Bohrkernen der später ausgehärteten Erdbetonsäulen. Hierdurch konnten Einflüsse der Hydratationsbedingungen untersucht werden, die für das Materialverhalten des Erdbetons einen signifikanten Faktor darstellen [17]. Die Qualifizierung und Quantifizierung der Einflussparameter wurden über die einaxiale Druckfestigkeit, die Steifigkeit, die Trockendichte sowie der Porosität vorgenommen. Abbildung 2: Versuchsfeld Berlin Spandau 3.1.1 Luftspülung Zur Unterstützung der Homogenisierung des Erdbetons wurde bei den meisten Säulen eine Luftspülung eingesetzt. Durch die verringerte Viskosität lässt sich der Erdbeton besser verarbeiten, wodurch für den Homogenisierungsprozess eine geringere Suspensionsmenge erforderlich ist [18]. Um den Boden ausreichend mit der Zementsuspension vermischen zu können, werden zum Herabsetzen der Viskosität alternativ hohe Flüssigkeitsmengen benötigt, die in der Regel mit einem hohen Bindemittelsuspensionsvolumen erreicht werden. Hierdurch werden in Abhängigkeit des w/ b-Wertes der Suspension hohe Bindemittelmengen eingebracht, welche die klimaökologische und wirtschaftliche Bilanz verschlechtern. Der Nachteil des Einsatzes einer Luftspülung kann allerdings ein höherer Luftporenraum sein, der sowohl Festigkeit als auch Steifigkeit beeinflusst. Beim Ziehen des Mischwerkzeugs entweicht zwar ein Teil der eingeblasenen Luft, ein gewisser Anteil verbleibt jedoch als Luftporen im Erdbeton. Aufgrund der hohen Viskosität der Erdbetonmischung und einer mangelnden Verdichtungsenergie kann das Gasgemisch nicht entweichen [19]. Eine der untersuchten Säulen wurde ohne Luftspülung hergestellt. Zur Ermittlung der Porosität der mit und ohne Luftspülung hergestellten Säulen wurde zunächst die Trockendichte der Proben bestimmt. Anschließend wurden die Proben vollständig gesättigt und deren Sättigungsdichte bestimmt. Durch die Massendifferenz und der bekannten Dichte des Wassers konnte auf die Porosität rückgeschlossen werden. Die Porosität der mit Luftspülung hergestellten Säulen betrug im Mittel 32,08-Vol.-%. Die ohne Luftspülung hergestellte Säule 4 wies eine Porosität von 26,79-Vol.-% auf, eine Verminderung des Porenraums um 16-%. Der E-Modul nach geotechnischer Normung [13] der Säule 4 erreichte trotz gleichen w/ b-Wertes einen überdurchschnittlichen Wert von 1000-N/ mm², was den Einfluss der Luftspülung auf die Erdbetonherstellung unterstreicht. Die Festigkeit fm nach DIN 17892 betrug 13-N/ mm². Das komprimierfähige Gasgemisch provoziert ein weicheres Materialverhalten. Optisch zeigte sich bei den Kernproben mit Luftspülung i. d. R. ein deutlich vergrößerter Porenraum - vgl. Abbildung 3. Abbildung 3: erhöhte Porosität links durch den Einsatz einer Luftspülung, rechts geringe Porosität ohne den Einsatz der Luftspülung; Probendurchmesser d-=-120-mm 3.1.2 Bodenfeuchte und Grundwasser Beim Herstellen von Bodenmischsäulen liefert der Wassergehalt des Bodens bzw. das anstehende Grundwasser einen erheblichen Teil des Wassers der Erdbetonmischung. Das Wasser geht damit in den w/ b-Wert der Erdbetonmischung ein und hat signifikanten Einfluss auf die Festigkeit des Materials. Liegt der Boden unterhalb des Grundwasserspiegels, ist der Effekt besonders ausgeprägt, da der Porenraum des Bodens vollständig mit Wasser gefüllt ist (Sr-=-1). Durch den großen Massen- 344 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen anteil des Porenwassers gelangt während des Mischvorgangs eine größere Wassermenge in den Erdbeton, was ohne adäquate vorherige Berücksichtigung den w/ b-Wert deutlich erhöht und den späteren Materialwiderstand negativ beeinflusst. Vor diesem Hintergrund wurden der w/ b-Wert der Erdbetonmischung über den Wassergehalt des Bodens und den w/ b-Wert der Bindemittelsuspension rechnerisch ermittelt. Für den Boden oberhalb des Grundwasserspiegels wurde der in der Eignungsprüfung ermittelt Wassergehalt von 8,0-% angenommen. Für den Boden unterhalb des Grundwasserspiegels ein ermittelter Wassergehalt von 15-% des gesättigten Sandes. Die vorangegangene Betrachtung bezieht sich auf den Zustand während der Herstellung, solange die Außenverrohrung noch im Boden verbleibt. Ist zusätzlich strömendes Grundwasser vorhanden, besteht insbesondere für stark durchlässige Böden nach dem Zeihen der Verrohrung die Gefahr, dass Zementsuspension ausgewaschen wird. Im Extremfall können sich Zementfahnen bilden, die die Integrität der Säule beeinflussen [20]. Aus den Untersuchungen ging hervor, dass im unteren Teil der Bodenmischsäulen eine verminderte Trockendichte und Druckfestigkeit bestand. Es erscheint hierbei so, dass der Erdbeton nicht vollständig über die Höhe homogenisiert werden konnte, sodass sich ein erhöhter w/ b-Wert über die Tiefe der Säulen ergab. Durch das in 3,5-m anstehende Grundwasser wies der Erdbeton ein ungünstiges Wasser zu Bindemittelverhältnis auf, was die Trockendichte reduzierte und damit die Porosität des Materials erhöhte. Die Trockendichte eines bindemittelversetzten granularen Stoffes steht in engem Zusammenhang mit der Druckfestigkeit. Bei den Versuchen der Kernproben, die in unterschiedlichen Tiefen entnommen wurden, konnte damit ein deutlicher Abfall der Druckfestigkeit festgestellt werden - vgl. Abbildung 4. Die einaxiale Druckfestigkeit der Proben nahe der GOK wiesen konsequent höhere Festigkeiten als die tieferliegenden Kernproben auf. Nachdem nicht nur der w/ b-Wert in die Festigkeit einfließt, sondern auch die Zementmenge pro Kubikmeter Erdbeton wurde innerhalb dieser Untersuchung ein Verhältniswert der Zementmenge zm [kg/ m³] und der einaxialen Druckfestigkeit f m [MN/ m²] eingeführt. Mithilfe dieses Verhältnisses lässt sich der Ressourceneinsatz bewerten. Große Zementmengen bei niedriger Druckfestigkeit lassen auf baustofftechnologische und verfahrenstechnische ungünstige Randbedingungen schließen. Ein niedriges Verhältnis zm/ fm bedeutet einen effizienten Einsatz des Bindemittels. Hierdurch lassen sich sowohl wirtschaftliche als auch klimaökologische Aspekte besser bewerten. Aus dem vorliegenden Fall geht hervor, dass in dem Verhältniswert auch der w/ b-Wert mit eingeht, da ein hoher w/ b-Wert eine niedrige Festigkeit und damit ein ungünstigeres z m / f m -Verhältnis bedeutet. Abbildung 4: Darstellung des z m / f m -Verhältnisses in Beziehung zu Tiefe und w/ b-Wert Der in situ w/ b-Wert der zugrundeliegenden Erdbetonsäulen der Versuchsbaustelle in Berlin Spandau wurde aufgrund der Verfahrenstechnik und des Grundwasserspiegels rückgerechnet und inhomogen angenommen. In die Berechnung floss die Suspensionsmenge, der w/ b- Wert der Bindemittelsuspension, der Boden und dessen Wassergehalt ein. Entsprechend des Hauptmisch- und der Förderbereiche nach Abbildung 1 wurde ein erhöhter w/ b- Wert unterhalb des Grundwasserspiegels angenommen. Gleichermaßen wurde die absolute Suspensionsmenge fkür den Hauptmischbereich gemittelt und in Beziehung zu Wassergehalt und w/ b-Wert gesetzt. Ein klassischer Ortbeton mit optimierter Sieblinie und Wasser-Bindemittel-Verhältnis weist ein Verhältnis von 10--- 20 auf. Die untersuchten Kernproben oberhalb des Grundwasserspiegels liegen hierbei zwischen 15---50. Die Kernproben unterhalb des Grundwasserspiegels zeigen deutlich erhöhte Ergebnisse von teils über 100. Das Bindemittel wurde hierbei ineffizient eingesetzt. 3.1.3 Rückstellproben Unmittelbar nach der Herstellung der Erdbetonsäulen wurde mithilfe eines Tiefenschöpfers Rückstellproben entnommen. Rückstellproben stellen ein wesentliches Instrument der Qualitätssicherung und Überwachung dar, vergleichbar mit der Prüfung von Betonprobewürfeln im Hoch- und Ingenieurbau, die den Anforderungen der Betonüberwachungsklasse 2 oder 3 unterliegen. Nach der Entnahme wurden die Schöpfproben luftdicht verschlossen und so bis zur Druckprüfung vor Austrocknung geschützt gelagert. Die Kernproben hingegen wur- 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 345 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen den nach der Entnahme ohne weitere Schutzvorkehrungen gegen Feuchtigkeitsverlust in Kernkisten gelagert. Die Hydratation des Zementes, die maßgeblich für die Festigkeitsentwicklung des Erdbetons verantwortlich ist, kann nur in wassergefüllten Kapillaren stattfinden. Trocknen diese Kapillaren aus, ohne dass Feuchtigkeit nachgeführt wird, kommt die Hydratation zum Erliegen [21]. Dadurch steigt die Porosität und die erreichbare Festigkeit wird reduziert. Durch Luftzutriff insbsondere bei stark porösen Strukturen ein Festigkeitsdefizit entstehen, gleichermaßen können allerdings auch Karbonatisierungsprozesse in Anwesenheit von CO 2 die Festigkeit steigern. Die unterschiedlichen Hydratationsbedingungen spiegeln sich auch in den Wassergehalten der Proben zum Zeitpunkt der Druckfestigkeitsprüfung wider. Bei den Rückstellproben betrug der mittlere Wassergehalt 14,9-%, die Bohrkernproben wiesen lediglich durchschnittlich 8,6-% auf. Die Lagerungsbedingungen von Rückstellproben sollte daher im Kontext der Umgebungsbedingungen in Boden gesehen und darauf abgestimmt werden. Andernfalls können die inneren Widerstände des Tief bauelements unterschätzt oder überschätzt werden. 4. Versuchsbaustelle zur Untersuchung der Gleichwertigkeit von Beton und Erdbeton 4.1 Versuchsfeld Oldenburg Die innere Tragfähigkeit der Säulen hängt im Wesentlichen vom anstehenden Boden, den verwendeten Bindemitteln, dem w/ b-Wert und der Verfahrenstechnik ab - vgl. Kap 3. Für die Bewertung der inneren Tragfähigkeit und dem Materialverhalten einer Erdbetonsäule dienen bislang ausschließlich Probemischungen aus in situ Beprobungen und Eignungsprüfungen. Diese Untersuchungen lassen sich zwar auf das punktuelle Materialverhalten der Säule implizieren, jedoch können Maßstabseffekte und Fehlstellen die Gesamttragfähigkeit der Säule beeinflussen. Vor diesem Hintergrund wurde eine Pilotbaustelle im Oldenburger Sand konzeptioniert, auf der nicht nur Kernbohrungen aus den hergestellten Erbetonsäulen gezogen wurden, sondern auch ganze Säulenabschnitte geborgen wurden und anschließend labortechnisch untersucht werden sollten. Masseanteil Steine, Blöcke nach DIN EN ISO 14688-1 ≤ 2 % Bodengruppe DIN 18196 SE, (SU) Lagerungsdichte lD nach DIN EN ISO 14688-1 ≥ 0,35 mittel bis sehr dicht Für die Herstellung der Säulen wurde ein CEM II/ B-V 42,5 verwendet. Dieser wurde mit einer Suspensionsmenge von ca. 310 l/ m und einer Zementleimdichte von 1,91 kg/ l in den anstehenden Boden eingemischt [4]. 4.2 Grundlagen 4.3 Versuchsaufbau und Methodik Zur Untersuchung des mechanischen Verhaltens der Erdbetonsäulen wurden einerseits kleinmaßstäbliche Laborversuche und anderseits originalmaßstäbliche Großversuche durchgeführt. Säulenversuche E-Modulprüfung, Kriechversuche, zyklische Belastung Bohrkernproben E-Modulprüfung, einaxiale Druckfestigkeit, Spaltzugversuche, Kriechversuche, zyklische Belastung Abbildung 5: Messeinrichtung (OTH Regensburg) zur Ermittlung des E-Moduls der Erdbetonsäulen mit drei in den Drittelspunkten radial angebrachten Dehnungsmesser Für die Säulenprüfung standen fünf zylindrische Probekörpersäulen mit einer Länge von ca. 120-cm und einem Durchmesser von ca. 80-cm zur Verfügung. Diese Probekörper wurden mit Kopfplatten aus Stahlbeton ergänzt. Hiermit sollte eine gleichmäßige Krafteinleitung sichergestellt werden. Die Kopfplatten sind dabei exakt planparallel betoniert worden. Die vorbereiteten Probekörper wurden in einem horizontale Versuchstand der OTH Regensburg geprüft - siehe Abbildung 5. Die Stauchung der Erdbetonsäule, während der einaxialen Belastung wurde mit Messuhren mit einer Messgenauigkeit von 1/ 1000-mm aufgezeichnet. Dabei wurde die Messlänge L 0 in Anlehnung an DIN EN 12390-13 [15] gewählt. Sie wurde über drei Punkte radial (a-=-120°) während der Versuchsdurchführung gemessen. Die Längenänderung wurde anschießend geprüft und gemittelt. 346 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen Abbildung 6: Messeinrichtung zur Ermittlung der Stauchung; radial 3x in Drittelspunkten zur Ermittlung der durchschnittlichen Dehnung Nach den Untersuchungen der origialmaßstäblichen Säulenprobekörper wurden zur Überprüfung der Ergebnisse Kernproben axial und radial ausgebohrt. Hierfür wird analog zu [22] der Säulenquerschnitt in drei Zonen eingeteilt, um Inhomogenitäten durch die Säulenherstellung zu bewerten. Abbildung 7: Querschnittseinteilung für die Beprobung der Erdbetonsäulen Die entnommenen Kernproben wurden analog den Säulenversuchen zunächst hinsichtlich ihres E-Moduls untersucht. 4.3.1 E-Modulprüfung in Anlehnung an DIN EN 12390-13 Für die Bemessung der Erdbetonsäulen dienen nach aktueller Normung u. a. die DIN 4093 und der EC7. Die wichtigsten Materialparameter von mit bindemittelbefestigten Baugruben- und Gründungselementen sind neben der Druck- und Zugfestigkeit auch der Elastiziätsmodul. Der Elastizitätsmodul ermittelt nach [13] ist allerdings ein stark vereinfachtes Verfahren, um die Steifigkeit des Materials zu ermitteln. Nachdem die Erdbetonsäulen einen Vergleich zu klassischem Beton zulassen sollten, wurde sich daher auf die Konvention in der Betontechnologie berufen. Die normative Grundlage zur Ermittlung des E-Moduls stellt DIN EN 12390-13 dar. Hierbei wird in eine E-Modulermittlung nach Variante A und B unterschieden. Abbildung 8: Belastungsregime, [23]. Die beiden Varianten stellen hierbei den anfängliche E- Modul in den Vorbelastungszyklen und den stabilisierte E-Modul während den eigentlichen Belastungszyklen mit einer höheren Unter- und Oberspannung. Der anfängliche E-Modul E c,0 lässt sich mit folgender Gleichung ermitteln: Gl. 1 Der stabilisierte E-Modul E c,s : Gl. 2 Mit: E c,0 anfänglicher E-Modul [N/ mm²] E c,s stabilisierter E-Modul [N/ mm²] σ a obere Prüfspannung: f c / 3 σ b untere Prüfspannung: 0,10 × f c ≤ σ b ≤ 0,20 × f c σ p Vorbelastungsspannung: 0,5 MPa ≤ σ p ≤ σ b ε x Dehnung bzw. Längenänderung während der aufgebrachten Spannung (Index) Der Messwert der Stauchung ε a,3 für den stabilisierten E-Modul wird durch die Verformung während der letzten Belastungsstufen und ε b,2 durch die Verformung während der letzten Entlastungsstufe ermittelt. Analog hierzu wird ε a,1 und ε b,2 während den jeweils letzten Be- und Entlastungen der Vorbelastungsstufe ermittelt. Aufgrund der Limitation in der Belastungseinrichtung von 1500-kN wurden die Prüfspannungen über die Maximalspannung der Prüfeinrichtung gewählt, wobei σ a - =- 2,98- N/ mm², σ b -=-1,34 N/ mm², σ p -=-0,50 N/ mm² galt. Die Haltephasen wurden aufgrund beobachteter Kriechprozesse mit 120-s und 240-s länger gewählt als der normative Grenzwert. Daher wurden in der Vorbelastung überdies 4 Belastungszyklen mit einer Oberspannung σ b -=-1,34-MPa durchgeführt. 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 347 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen Abbildung 9: exemplarische Versuchsdurchführung mit definierten Krafthaltephasen von 120-s in der Vorbelastung und 240-s und der Hauptbelastung Die Ergebnisse der Versuche sind in Abbildung 10 dargestellt. Der anfängliche und stabilisierte E-Modul unterschied sich teilweise signifikant, was mit Spannungsumlagerungen und Mikrorissbildungen erklärt werden kann. Insbesondere bei Säule 4 konnte in der Ermittlung des stabilsierten E-Moduls mit einer Oberspannung von 2,96- N/ mm² ein Längsriss durch den Erdbetonkörper beobachtet werden, was zu einem signifikanten Spannungsabfall führte. Die Versuche im Maßstab 1: 1 zur E-Modulermittlung ergaben Steifigkeitskennwerte von mindestens 18.581-N/ mm² und erreichten im Maximum 35.559-N/ mm². Den Versuchen lagen konsequent mindest drei Versuchsdurchführungen zugrunde, aus denen ein Mittelwert gebildet wurde. Abbildung 10: anfänglicher E-Modul E c,0 und stabilisierter E-Modul E c,s der großmaßstäblichen Säulenversuche Für den Vergleich der Steifigkeit im Maßstab 1: 1 zu punktuellen E-Modulen wurden die entnommenen Kernproben ebenfalls nach DIN EN 12390-13 Variante A geprüft. Die Steifigkeitswerte aller Erdbetonkernproben lagen hierbei über 20-GPa. Der Mittelwert der stabilisierten E- Module aller 20 Kernproben nach drei Versuchsdurchführungen lag bei 24.615-N/ mm². Die anfänglichen Steifigkeitswerte lagen mit durchschnittlich 26.602-N/ mm² annähernd exakt bei dem durchschnittlichen stabilisierten Wert für E c,s . Abbildung 11: exemplarischer Versuchsauf bau zur E- Modul Ermittlung an Erdbetonkernproben Der Vergleich der originalmaßstäblichen Säulenversuche zeigt, die grundsätzliche Korrelation der Großversuche mit den kleinmaßstäblichen Laborversuchen. Es wird allerdings deutlich, dass die Großversuche in ihrer Tendenz etwas geringere E-Modulen aufwiesen. Diese Tendenz kann einerseits auf Maßstabeffekte zurückgeführt werden, andererseits auf die Unterschiede der Spannungsniveaus. Die Niveaus wurden entsprechend Abbildung 8 (f m - =- 24 mit σ a - =- 13,34- N/ mm², σ b - =- 8 N/ mm², σ p - =- 4N/ mm²) definiert und lagen damit deutlich über den Spannungsniveaus der Versuche im Maßstab 1: 1, die durch die Prüfeinrichtung limitiert waren. Auch Effekte aus der großmaßstäblichen Vorbelastung können die Messwerte an den Kernproben beeinflusst haben. Abbildung 12: anfänglicher E-Modul E c,0 und stabilisierter E-Modul E c,s der Versuche an Bohrkernproben der Erdbetonsäulen 348 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen Zusammenfassend ergibt sich sowohl für die großmaßstäblichen als auch kleinmaßstäblichen Steifigkeiten der Erdbetonsäulen ein sehr steifes Materialverhalten, das dem eines Ortbetons gleicht. Ein signifikanter Unterschied über den Säulenquerschnitt nach Abbildung 7 konnte über die Abschnitte I-III nicht festgestellt werden. 4.3.2 Zyklische Belastung An zwei Säulen wurden zyklische Versuche mit Be- und Entlastungsphasen durchgeführt. Die Periodenlänge eines Belastungszyklus war dabei durch die Großtechnik auf 480-s limitiert. Die obere Prüfspannung wurde mit 2,98-N/ mm² und die untere Prüfspannung mit 1,34-N/ mm² definiert, analog der E-Modulprüfung. Das Ziel der Versuche war das Steifigkeitsverhalten unter zyklischer Belastung zu untersuchen. Die wiederholte Lastbeanspruchung dient der Charakterisierung der Rissbildung, Rissausbreitung und letztendlich auch des Materialversagens [24] [25]. Abbildung 13: Lastzyklen an zwei großmaßstäblichen Säulen mit unterschiedlichem E-Modul - vgl. Kap. 4.3.1 Abbildung 13 zeigt deutlich das zyklenabhängige Materialverhalten mit steigender Periodenzahl. Säule 2 wies nach Kap. 4.3.1 einen deutlich höheren E-Modul auf als Säule 5, was zu einem unterschiedlichen steifigkeits- und dämpfungsverhalten führt. Der weichere Probenkörper lässt ein nicht-lineares Materialverhalten erkennen. Sowohl in Beals auch Entlastung können Kriech- und Relaxationstendenzen erkannt werden. Die drei Messbereiche in den Drittelspunkten um den Probekörper ergaben hierbei den gleichen Verlauf, wobei leichte Unterschiede in der radialen Materialsteifigkeit festgestellt wurden. Die Kurven stellen analog Kap. 4.3.1 den Mittelwert der drei radialen Messpunkte dar. Vergleicht man den E-Modul über die Versuchsdauer ergab sich eine Verminderung der Steifigkeit. Der im vorherigen Kapitel ermittelte stabilisierte E-Modul E c,s -=-20.487-MPa sank auf 18.886-MPa. Vergleicht man den Anfangszyklus mit dem Endzyklus erkennt man deutlich eine Verschiebung der Hysterese und damit plastische Verformungen, die auf eine Entfestigung schließen lassen. Die Hysteresefläche der Säule 2 nimmt mit Anzahl der Zyklenzahl deutlich ab. Damit versteifte sich die Erdbetonsäule, was auch in den verminderten Dehnungsamplituden erkannt werden konnte. 4.3.3 Druckfestigkeit Die Druckfestigkeit ist ein wesentlicher Kennwert von Beton und Erdbeton. Zur Einordnung der Belastungsfähigkeit der Erbetonsäulen wurden an kleinmaßstäblichen Kernbohrproben eine einaxiale Druckprüfung durchgeführt. Die Druckfestigkeit lag hierbei konsequent über 25-N/ mm² und erreichte im Maximum über 40-N/ mm². Insbesondere Säule 2 mit einem der höchsten gemessenen E-Modulwerte wies bei der Prüfung dreier Probeköper im Mittel 40,4-MPa auf. Die durchschnittliche Bruchlast aller 14 Kernproben belief sich auf 34,42-MPa. Die stirnseitig gebohrten Proben der Säule 1 wiesen sandige vertikale Einschlüsse auf und ergaben vergleichsweise niedrige Festigkeiten. Die radialen Probekörper D1 dieser Säule ergaben einerseits deutlich höhere einaxiale Druckfestigkeiten und andererseits überdies eine deutlich höhere Steifigkeit. Es kann damit ein richtungsabhängiges Festigkeits- und Steifigkeitsverhalten gezeigt werden. Abbildung 14: Durchschnittliche einaxiale Druckfestigkeit f m,mittel und der dazugehörige stabilisierte E-Modul E c,s der Kernproben Der Einfluss kann mit dem Homogenisierungsprozess erklärt werden. Es können überdies auch Einflüsse aus dem umgebenden horizontalen Erddruch bzw. dem Suspensionsdruck innerhalb der Säule während des Erstarrens eine Rolle spielen. Der charakteristische Festigkeitswert f m,k nach DIN 4093 kann für das Erdbetonmaterial mit 25,6-N/ mm² angegeben werden. Es wird ersichtlich, dass sowohl Festigkeit und die dazugehörige Steifigkeit dem Widerstand eines Betons C25/ 30 ähneln. 4.3.4 Spaltzugfestigkeit Die Zugfestigkeit von Beton ist eine wesentliche mechanische Kenngröße zur Bemessung von Beton- und Stahlbetonbauteilen. Besonders für die Rissbreitenbegrenzung 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 349 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen bei wasserundurchlässigen Bauteilen und zur Berechnung einer notwendigen Bewehrung in biegebeanspruchten Bauteilen kann die versuchstechnische Abschätzung der Zugfestigkeit von Bedeutung sein. Die Zugfestigkeit von Beton kann über den Spaltzugversuch abgeschätzt werden, der über DIN EN 12390-6: 2025-05 normativ geregelt ist. Innerhalb des Versuchs werden die zylindrischen Probekörper radial bis zum Bruch belastet. Gl. 3 Über die Bruchlast F [N] und die Mantelfläche [mm²] lässt sich nach Gl. 4 die Spaltzugfestigeit f ct berechnen. Abbildung 15: Versuchsauf bau Spaltzugversuch mit zylindrischer Probe d-=-100-mm Der Auswertung der Spaltzugfestigkeit liegen sechs Versuchsergebnisse zu Grunde. Die Spannweite der Ergebnisse liegt zwischen 3,57-N/ mm² und 1,42-N/ mm². Das für die Bemessung relevante 5 %---Quantil konnte mit 1,59 N/ mm² ermittelt werden - vgl. Abbildung 16. Die ermittelten Spaltzugfestigkeiten lagen trotz auffälliger optischer Inhomogenitäten im Bereich von Ortbeton [26]. Abbildung 16: Auswertung der Spaltzugfestigkeit fct des Erdbetons der unterschiedlichen Säulen 5. Fazit Die Versuchsbaustellen lassen eine umfassende und detaillierte Bewertung des verwendeten Bodenmischverfahrens und der Erbetonherstellung zu. Es wurde ersichtlich, dass durch planerische und konzeptionelle Vorbereitungen sich der Ressourceneinsatz deutlich optimieren lässt. Durch einen adäquaten Einsatz des Bindemittels können Festigkeitsgrößen des Erdbetons denjenigen eines Ortbetons entsprechen. Für die hohen Steifigkeiten und Festigkeiten waren teils deutlich größere Bindemittelmengen als in herkömmlichen Beton notwendig. Durch eine Optimierung der Verfahrenstechnik aber auch der baustofftechnischen Planung lassen sich signifikant Ressourcen einsparen und dabei ausreichende mechanische Widerstände des Tief bauelementes mobilisieren. So kann beispielsweise durch den Einsatz von Fließmittel die Viskosität herabgesetzt werden und das w/ b-Verhältnis verbessert werden. Mit den Erfahrungen und den zugrundliegenden Untersuchungen besteht zur Weiterentwicklung der Bodenmischtechnik in der breiten Bauausführung weiter ein hoher Erkenntnisbedarf. 6. Literatur [1] H.-G. Haugwitz und M. Pulsdorf, „Pfahlwände, Schlitzwände, Dichtwände,“ in Grundbau Taschenbuch Teil 3: Gründungen und geotechnische Bauwerke, K. J. Witt, Hrsg., Berlin, Ernst & Sohn, 2018, pp. 823-907. [2] Kreislaufwirtschaft Bau c/ o Bundesverband Baustoffe - Steine und Erden e.V., „Mineralische Bauabfälle Monitoring 2022 - Bericht zum Aufkommen und zum Verbleib mineralischer Bauabfälle im Jahr 2022,“ Berlin, 2022. [3] F. Spirkl, M. Ried und T. Neidhart, „CO2-Einsparpotenzial alternativer Bauverfahren am Beispiel von Spezialtiefbau und Rohrgrabenverfüllung,“ in Neue Herausforderungen in der Geotechnik - Nachhaltigkeit, Energiewende & Klimawandel; Beiträge zum 38. Christian Veder Kolloquium, Graz, 2024. 350 15. Kolloquium Bauen in Boden und Fels - Februar 2026 Untersuchungen zur mechanischen Gleichwertigkeit von Erdbeton und Beton - Analyse zweier Versuchsbaustellen [4] F. Reinhold, „Elastic Behavior of Soil-Cement Mixtures,“ Highway Research Board, Nr. 108, pp. 128-137, 1955. [5] BAUER Maschinen GmbH, „CSM - Cutter Soil Mixing,“ Schrobenhausen, 2023. [6] BAUER Maschinen GmbH, „SCM und SCM-DH - Einzelsäulenmischen,“ Schrobenhausen, 2017. [7] DIN - Deutsches Institut für Normung, „DIN EN 14679: 2005-07 - Ausführung von besonderen geotechnischen Arbeiten (Spezialtiefbau) - Tiefreichende Bodenstabilisierung,“ DIN Media GmbH. [8] DIN - Deutsches Institut für Normung, „DIN 4093: 2015-11 - Bemessung von verfestigten Bodenkörpern - Hergestellt mit Düsenstrahl-, Deep- Mixing- oder Injektions-Verfahren,“ DIN Media GmbH. [9] S. Gupta und S. Kumar, „A state-of-the-art review of the deep soil mixing technique for ground improvement,“ Innovatie Infrastructure Solutions, p.-8: 129, 26 03 2023. [10] D. Verastegui, W. F. Van Impe und G. Di. Emidio, „Small-Strain Seahr Modulus and Strength Increase of Cement-Treated Clay,“ in Geotechnical Testing Journal, 2014. [11] X. He, Y. Chen, X. Tan, S. Wang und L. Liu, „Determining the water content and void ratio of cement-treated dredged soil from the hydration degree of cement,“ Engineering Geology, 07 11 2020. [12] T. Triantafyllidis, Planung und Bauausführung in der Schlitzwand- und Dichtwandtechnik, 1. Auflage Hrsg., Berlin: Ernst & Sohn, 2024. [13] DIN - Deutsches Institut für Normung, „DIN EN 12390-6: 2024-05 - Prüfung von Festbeton - Teil 6: Spaltzugfestigkeit von Probekörpern,“ DIN Media GmbH. [14] DIN - Deutsches Institut für Normung, „DIN EN 12390-13: 2021-09 - Prüfung von Festbeton - Teil 13: Bestimmung des Elastizitätsmoduls unter Druckbelastung (Sekantenmodul),“ DIN Media GmbH. [15] DIN - Deutsches Institut für Normung, „DIN EN ISO 17892-7: 2018-05 - Geotechnische Erkundung und Untersuchung - Laborversuche an Bodenproben - Teil 7: Einaxialer Druckversuch (ISO 17892- 7: 2017),“ DIN Media GmbH. [16] DIN - Deutsches Institut für Normung, „DIN 18126: 2022-10 - Baugrund, Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Dichte nicht bindiger Böden bei lockerster und dichtester Lagerung,“ DIN Media GmbH. [17] B. H. Vo, H. L. Dinh und N. L. Dang, „Materials Characteristics of Soil-cement Samples under Various Maintenance Conditions,“ in IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 1289, 2023. [18] Deutsche Gesellschaft für Geotechnik, Empfehlungen des Arbeitskreises Numerik in der Geotechnik - EANG, Berlin: Ernst & Sohn, 2014. [19] S. Yoon und M. Abu-Farsakh, „Laboratory investigation on the strength characteristics of cementsand as base material,“ KSCE Journal of Civil Engineering, pp. 15-22, 01 2009. [20] C. Fierenkothen, F. Grebien, M. Pulsfort und M. Herten, „Einfluss von strömendem Grundwasser auf die Frischbeton-Integrität von Ortbetonpfählen,“ in Geotechnik und Wasser - Planung, Berechnung und Ausführung: Tagungsband zum 11. Ruhr- Geo-Tag am 26.03.2020 in Essen, Essen, 2020. [21] A. M. Neville und J. J. Brooks, Concrete Technnology - Second Edition, Harlow, England: Pearson, 2010. [22] J. J. Hessouh, J. Eslami, A.-L. Beaucour, A. Noumowe, F. Mathieu und P. Gotteland, „Physical and mechanical characterization of deep soil mixing (DSM) materials: Laboratory vs construction site,“ Construction and Building Materials, 03 03 2023. [23] DIN - Deutsches Institut für Normung, DIN 1054: 2021-04 - Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergänzende Regelungen zu DIN EN 1997.1, DIN Media GmbH. [24] Heidelberg Materials AG, Betontechnische Daten, 2022. [25] J. Hegger, T. Roggendorf, C. Goralski und W. Roeser, Ermüdungsverhalten von Beton unter zyklischer Beanspruchung aus dem Betrieb von Windkraftanlagen, Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2014. [26] F. Spirkl, „Untersuchungen und Analyse des Verhaltens von Böden und Boden-Bindemittel-Gemischen unter zyklischer Belastung,“ in Promotionszentrum integrales Bauen - Forschungskolloquium, Landshut, 2025. [27] J. Bonzel, „Über de Spaltzugfestigkeit des Betons,“ Betontechnische Berichte, Bd. 3, pp. 59-96, 1964. [28] M. Viktoria, Ermittlung der Betonzugfestigkeit aus dem Spaltzugversuch an zylindrischen Betonproben, Karlsruhe: Karlsruher Instiut für Technologie (KIT), 2011.