Seite 44 TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

das Gegengewicht hinreichend abbildet, ist nicht klar. Es ist davon auszugehen, dass die setzungsemp-
findliche Torfschicht unterhalb der Arbeitsebene stark belastet wurde und sich dadurch deutlich verformt
hat. Diese Vorverformung hat vor und während der Probebelastung stattgefunden, was die Messungen
sicher beeinflusst hat.

Weiterhin war die Messung der Säulenkräfte bei den Gruppenprobebelastungen der CSV-Säulen mangel-
haft. Die Gesamtkraft wurde über eine zentrale Kraftmessdose gemessen und dann in der Auswertung
über die jeweiligen Abstände zum Lastmittelpunkt aufgeteilt. Ob diese rechnerische Verteilung der tatsäch-
lichen Krafteinleitung entspricht, muss hinterfragt werden, denn schließlich handelt es sich hier um ein
statisch unbestimmtes System. Nachrechnungen analog zum tiefen Pfahlrostsystem bei vereinfachter An-
nahme unverschieblicher Säulenfüße zeigen deutliche Abweichungen der Säulenkräfte zu der in den Pro-
tokollen vorgenommenen Aufteilung. Hier wird nämlich nicht nur die Geometrie berücksichtigt, sondern
auch noch die jeweiligen Säulenlängen in Form von Ersatzfedern. Da die Unterschiede der Säulenlängen
innerhalb einer Gruppenprüfung in beispielsweise Block 37 etwa 1,9 m betragen, hat dies einen erhebli-
‚chen Einfluss auf die Kraftverteilung.

Da bei der Gruppenprobebelastung des für die Schadstelle relevanten Blocks 37 auch noch die Säulenab-
stände in der Auswertung vertauscht wurden, ist neben der angesprochenen fragwürdigen Lastaufteilung
keine Interpretation oder eine Kalibrierung von numerischen Modellen anhand dieser Unterlagen möglich.

Für derartige Verhältnisse ist es für Probebelastungen empfehlenswert, die Abstände der Widerlager zu
den getesteten Säulen größer vorzusehen und eine Kraftmessung je Säule einzuplanen. Weiterhin.sollten
horizontale Probebelastungen von zwei Säulen gegeneinander durchgeführt werden, um das Verhalten
und die Beanspruchbarkeit der Säulen in dieser Richtung zu ermitteln.

6.2.5 Weiterführende Untersuchungen im geplanten Spundwandkasten

Am 24./25.07.2018 erfolgte eine Entnahme von Säulenresten während der Herstellung der Bohrpfähle für
die Behelfsbrückengründung. Der Säulendurchmesser wurde an insgesamt 15 Probestücken wie folgt er-
mittelt:

>  Arbeitsebene: i.M 17,1 cm

> Torf: i. M. 22,5 cm

> Mudde / Ton (sehr weich): i. M. 21,7 cm
> Ton (weich bis steif): i. M. 16,1 cm

Im Januar 2020 wurden im Überbohrverfahren weitere 9 Säulen geborgen. Das Aufmaß von drei an die TU
Berlin angelieferten Säulen ergab folgende Säulendurchmesser:

> Arbeitsebene:i. M 18,2 cm
> Torfi.M.22,3cm
> Mudde / Ton (sehr weich):i. M. 19,4 cm

Teilweise zeigte sich das Säulenmaterial als sehr innomogen (Bild 29).

TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik . Seite 45
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

 

 

Bild 29 Querschnitt einer CSV-Säule (entnommen während Bohrpfahlherstellung am 24.07.2018)

Im Bereich des Torfes wurden Säulendurchmesser bis ca. 27 cm gemessen. Einschlüsse von größeren
Holzstücken konnten im Torf auch festgestellt werden (Bild 30).

 

Bild 30 CSV-Säule mit Holzeinschluss (entnommen während Bohrpfahlherstellung am 24.07.2018)

Im Rahmen der Untersuchungen zur Erklärung des Schadensfalls sollte eine kleine begehbare Grube in
Form eines Spundwandkastens in der Nähe des geschädigten Bereichs hergestellt werden. Ziel war es,
den Zustand der CSV-Säulen, die zur Baugrundverbesserung hergestellt wurden, zu untersuchen. Für den
_Spundwandkasten war eine Aushubtiefe von 6 m vorgesehen. Der Spundwandkasten wurde aus baube-

Seite 46 TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
mm mm  ——— —  |[|[|[|1717 jo
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

trieblichen Gründen an Station Betriebskilometer 167+667, also außerhalb des Schadensbereichs, ausge-

führt. Vor dem Einbringen der Spundwände wurde ein Baggerschurf zu Freilegung der Säulenköpfe aus-
geführt (Bild 31).

    
 

Set u Tu as

Bild 31 Baggerschurf am Betriebskilometer 167+667 mit freigelegten Säulenköpfen (August 2019)

Die Säulenköpfe wurden lagemäßig eingemessen. Das entsprechende Aufmaß ist in Bild 32 dargestellt.

Kante Betonplatte

Bild 32 Aufmaß Säulenköpfe am Betriebskilometer 167+667 (August 2019)

TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik Seite 47
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

Der Baggerschurf befindet sich im ehemaligen Randbereich des Autobahndammes. Die geplanten Säulen
sind vorhanden. Die Maßhaltigkeit der Lage der Säulen gegenüber den Planunterlagen kann als wenig
übereinstimmend eingeschätzt werden. Aufgrund von zu erwartenden Setzungen der organischen Schich-
ten im Zuge der von der ausführenden Firma gewählten Einbringmethode der Spundbohlen mittels Vibra-
tionsverfahren konnte nach Abstimmung mit dem geotechnischen Sachverständigen der Spundwandkas-
ten nicht hergestellt werden.

Als Alternative zu dem geplanten Spundwandkasten wurde dann vorgeschlagen, einige CSV-Säulen im
Bereich des rückgebauten Straßendammes westlich der Schadstelle durch Überbohren zu bergen und zu
untersuchen. Dafür wurden drei Standorte ausgewählt (siehe Übersicht in Anlage 12.1):

> Standort 1: Betriebskilometer 167+670 (am geplantem Spundwandkasten)
> Standort 2: Betriebskilometer 167+552
> Standort 3: Betriebskilometer 167+836

Für die Bergung wurden die CSV-Säulen mit einem Bohrrohrdurchmesser von 419 mm und Ringbohrkrone
bis maximal ca. 8 m Länge überbohrt. Die zunächst eingesetzte Rohrtour mit Durchmesser 324 mm war
aufgrund der relativ dicken Säulenabschnitte im Bereich der organischen Schichten zu klein.

 

Bild 33 Bergung von CSV-Säulen durch Überbohren (Januar 2020)

Wie in Bild 33 zu erkennen ist, eignet sich diese Vorgehensweise nicht, um die CSV-Säulen ungestört aus
dem Boden zu bergen. Eine Beurteilung der Integrität der Säulen, zumal diese außerhalb des Schadenbe-
reichs entnommen wurden, war damit nicht möglich.

Die Säulen wurden stückweise geborgen und ausgelegt (Bild 34). Wie hier bereits gut zu erkennen ist, sind
die Säulenquerschnitte sehr variabel. Gemäß Aufmaß dieser Säulen variieren die Durchmesser von ca.
11 cm bis maximal 35 cm (Anlage 12.3).

Seite 48 TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

 

Bild 34 Geborgene CSV-Säulen (Januar 2020)

Die geborgenen Säulen wurden in Kisten verpackt und zur weiteren Untersuchung an die Labore der TU
Berlin (3 Stück: Nr. 13, 18 und 21) und der BASt (2 Stück: Nr: 11 und 17) geschickt.

Eine Fotodokumentation mit zugehörigem Aufmaß befindet sind in Anlage 12.3

6.2.6 Untersuchungen zur Druckfestigkeit

Als Säulenmaterial wurde ein Trockengranulat eingebaut. Aus den Bestandsunterlagen geht hervor, dass
für das Trockengranulat unterschiedliche Zusammensetzungen hinsichtlich Zementart und -anteil einge-

setzt wurden. Als Zementarten wurde CEM | 32,5 R, 42,5. R und 52,5 R verwendet. Der Anteil im Trocken-

granulat wurde mit 20, 25 und 30% variiert. Als Gesteinskörnung wurde ein Sand 0/4 eingesetzt.

Die Bestandsunterlagen geben ein eher diffuses Bild über durchgeführte Untersuchungen an den CSV-
Säulen ab. Hier wird nur das Probefeld 1 aufgelistet. Für dieses Feld stehen lediglich Ergebnisse mit den
dazugehörigen Versuchsprotokollen/-diagrammen zur Verfügung. Die Prüfung erfolgte an 21 Tage alten
Proben. Für ein Trockengranulat mit 20% CEM I 32,5 und 80% Sand 0/4 wurden einaxiale Druckfestigkei-
ten von 8,3 N/mm? bis 10 N/mm? festgestellt. Aus den Versuchsergebnissen wurden Verformungsmoduln
von 1.020 MN/m? bis 1.720 MN/m? abgeleitet. An einer zweiten Mischung mit 25% CEM I 42,5 und 75%
Sand 0/4 wurden einaxiale Druckfestigkeiten von 16,9 N/mm? bis 19,56 N/mm? ermittelt. Die Verformungs-
moduln wurden zu 2.160 MN/m? bis 2.250 MN/m? abgeleitet.

Im Rahmen der Eigenüberwachung konnten für den Block 36 (nahe der Schadstelle) Untersuchungsergeb-
nisse gefunden werden. Die Dichte des Säulenmaterials wurde mit 2,11 bis 2,47 g/cm? und die Druckfes-
tigkeit mit 34,4 N/mm? bis 51,8 N/mm? bestimmt. Als Mischung wurde 25% CEM I 42,5 und 75% Sand 0/4
verwendet.

In [14] wurden im Jahr 2017 Proben aus den CSV-Säulen auf ihre Festigkeit untersucht. Angaben zu Ent-
nahmeort und -tiefe liegen nicht vor. Die Prüfung erfolgte an zylindrischen Probekörpern mit H/D = 1. Die
Dichte des Säulenmaterials wurde mit 1,954 g/cm? bis 2,162 g/cm? und die Druckfestigkeit mit 11,2 N/mm?
bis 32,7 N/mm? bestimmt.

TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik Seite 49
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3 -

Am 24.125.07.2018 erfolgte eine Entnahme von Säulenresten während der Herstellung der Bohrpfähle für
die Achsen 180 und 200 der Behelfsbrückengründung westlich und für die Achse 10 östlich der Trebelbrü-
cke. Die Untersuchung der Proben erfolgte bei der BASt [32], der Beuth-Hochschule Berlin [33] und im
Auftrag der TU Berlin bei der KIWA GmbH MPA Berlin-Brandenburg [34]. Das Probenalter betrug > 17
Jahre. Die Ausgangsmischung für das Säulenmaterial ist nicht bekannt.

Aus den 2020 geborgenen Säulen wurden durch die BASt Probekörper ausgebohrt und im Rahmen der E-
Modul-Bestimmung durch die ABE Bauprüf- und -beratungsgesellschaft mbH [35] auch die Zylinderdruck-
festigkeit (Probekörper H/D = 2) geprüft.

In Bild 35 sind die Versuchsergebnisse für die ermittelten Druckfestigkeiten dargestellt. Die Prüfungen er-
folgten an zylindrischen Probekörpern mit H/D = 1 bis 2. Der Durchmesser lag zwischen 100 und 200 mm.

160,00

140,00

’,

120,00 &

100,00
e BASt
80,00 s
a® e Beuth-Hochschule
60,00 % o KIWA
o ®
| a ® ®,
40.00 ® De 2 ®ABE

Zylinderdruckfestigkeitf. .,ı [N/mm?]

20,00 |

0,00
18 ..19° 2 2,1 2,2 2,3 2,4
Rohdichte [g/cm?]

Bild 35 Zylinderdruckfestigkeit in Abhängigkeit von der Rohdichte [32][33][34][35]

Die festgestellten Druckfestigkeiten liegen zwischen 25 und 143 N/mm?. Teilweise erreichen die Druckfes-
tigkeiten Werte von hochfestem Beton bei gleichzeitig sehr hohen Dichten. Die Druckfestigkeit von Betonen
ist neben der Zementsorte sehr stark vom w/z-Wert abhängig. Die eingesetzten Mischungen mit 25% Ze-
ment und 75% Sand 0/4 haben einen sehr hohen Zementgehalt gegenüber normalen Betonen. Werden
die ermittelten Dichten von bis zu 2,4 g/cm? als Ausgangstrockendichte angenommen und wird daraus das
Porenvolumen und daraus wiederum die Wassermenge, welche dort eindringen kann, ermittelt, ergibt sich
ein w/z-Wert von ca. 0,2. Mit dem w/z-Wert von ca. 0,2 können sehr hohe Druckfestigkeiten erreicht wer-
den. Auffallend in Bild 35 ist, dass zwischen 80 und 120 N/mm? keine Werte ermittelt wurden. Dies kann
dafürsprechen, dass bei den hohen Festigkeiten größere Zementmengen, eine höherwertigere Zements-
orte verwendet und/oder das Einbringverfahren geändert wurde.

Bei den Druckfestigkeitsprüfungen an der Beuth-Hochschule wurden teilweise Sandnester in den Prüfkör-
pern festgestellt [33]. Hier bildeten sich die Bruchflächen aus. Weiterhin wurden an den gebrochenen Pro-
bekörpern pulverförmige Bestandteile festgestellt, welche auf nicht abgebundenes Bindemittel schließen
lassen.

In Bild 36 sind die bei Dreipunktbiegeversuchen ermittelten Würfeldruckfestigkeiten in Abhängigkeit der
Rohdichte dargestellt. Auch diese Ergebnisse bestätigen die relativ hohen Festigkeiten des Säulenmateri-
als.

Seite 50 TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

90
= 80 = ®
E y = 105,98x - 174,17 0 * *®
5; R? = 0,5815 er,
3 are,
„” . ER 120.%%- 211,23
= 50 . ae #ER BERSENHIEE gm
5 Se ., f}
240 we ss ee ® « BASt
< ET Tri Linear (TUB)
© 30 “. “ o
3 & Er ” Linear (BASt)
> 20 ee‘
=
ges
= 10 '.

0

1,8 2 2,2 2,4
Rohdichte [g/cm?]

Bild 36 Würfeldruckfestigkeit in Abhängigkeit von der Rohdichte (Anlage 12.2)

Zur Untersuchung des Abbindeverhaltens und der Entwicklung der Druckfestigkeit über die Zeit wurden
Probekörper im Labor hergestellt. Bei den Versuchen wurde ein Trockengranulat mit 25 M.-% CEM 142,5
R und 75 M.-% Sand 0/4 verwendet. Als Schalung für die Probekörper wurden Vollsickerrohre DN 100 und
DN 150 verwendet (Bild 37). Das Verhältnis H/D betrug 2. Durch Veränderung der Probengeometrie sollte
der Einfluss des Säulendurchmessers auf den Abbindevorgang untersucht werden, bei dem das Trocken-
granulat der Umgebung Wasser entzieht und auf diese Weise erhärtet. Somit wird die Dauer des Eindring-
bzw. Durchdringungsvorgangs des Wassers in das Trockengranulat geprüft.

perforiertes
Drainagerohr
Wasserbehälter

=
=
| N BR | .
| en tr i |
| -> 259 cam 142,5 R4 75% Sand on. tz 5 H Trockengranulat
|

Versuchsaufbau:

 
 

 
  

hprobe

 

Bild 37° Versuchsaufbau zur Herstellung der Probekörper

TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik Seite 51

U BET" TACNIE IST TANTE SEE SR ee N U m nn TH
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

Als Zugabewasser wurde eine Versuchsserie mit Leitungswasser und eine Versuchsserie mit Wasser ge-
wonnen im Bereich des Torfes der Trebelniederung verwendet. Das Trockengranulat wird in dem vorgege-
benen Mischungsverhältnis in das Vollsickerrohr eingebracht und lagenweise verdichtet, da bei der Her-
stellung der CSV-Säulen der Verpresskopf an der Spitze der Förderschnecke im erzeugten Verdrängungs-
loch das Material verpresst, so dass dieses ebenfalls verdichtet eingebracht wird.

Anschließend wurden die Probekörper in das jeweilige Wasser gestellt, wobei der Wasserstand über der
Probenoberkante lag. Das Wasser kann dann seitlich durch die Öffnungen des Vollsickerrohres vom Tro-
ckengranulat aufgenommen. Die Proben wurden anschließend im Klimaschrank bei 10°C gelagert.

Die planmäßige Prüfung der Druckfestigkeit sollte nach 7, 28, 56, und 112 Tagen erfolgen. Die Versuchs-
serie mit Leitungswasser wurde so auch abgeschlossen. Die Versuchsreihe mit dem Wasser der Trebel-
niederung wurde im Januar 2020 begonnen. Die 7- und 28-Tage Druckfestigkeit wurde planmäßig be-
stimmt. Aufgrund von Zugangsbeschränkungen zum Labor der TU Berlin wurden abweichend zum Ver-
suchskonzept die Druckfestigkeiten nach 247 und 356 Tagen bestimmt. An den Proben mit 150 mm Durch-
messer wurde eine Spaltzugprüfung durchgeführt. Daher liegen keine Ergebnisse zur Drucktesüigkeit nach
356 Tagen vor. In Bild 38 sind alle Versuchsergebnisse dargestellt.

50
45
E " i
SZ 40
Ess ' : -
„s .* . 8 © d = 100 mm
530 |-® Leitungswasser
x ® °
225 _e |» ® ed = 150 mm
8 0 8 I: . Leitungswasser
© °. © d = 100 mm Moorwasser
5 |
o 15 ' “
3 10 ® d = 150 mm Moorwasser
Q 5

0
0 100 200 300 400
Prüfalter [Tage]

Bild 38 Zylinderdruckfestigkeit in Abhängigkeit vom Prüfalter (Probekörper TU Berlin, Anlage 12.2)

Seite 52 TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

50

E 45 . z

S 40
. 335 0 .°

us .ı* ° d = 100 mm

7 30 re Leitungswasser

x . .. ;

825 L ° d= 150 mm

v fo 00, Leitungswasser

S ® .° © d = 100 mm Moorwasser
3 15 oe © % .r ”

2 10 ” © dl = 150 mm Moorwasser
gi

o|

1,7 18 . 1,9 2 2,1 2,2
Rohdichte [g/cm?]

Bild 39 Zylinderdruckfestigkeit in Abhängigkeit von der Rohdichte (Probekörper TU Berlin, Anlage 12.2)

Die im Labor erreichten Einbautrockendichten der Proben mit Leitungswasser liegen zwischen 2,03 und
2,22 g/cm?. Im Gegensatz hierzu wurden bei den mit Moorwasser hergestellten Probekörpern trotz Anwen-
dung des gleichen Einbauverfahrens und desselben Bearbeiters sehr unterschiedliche Rohdichten erreicht.
Die Ursache hierfür konnte nicht geklärt werden.

Der eingesetzte Zement zeichnet sich durch eine hohe Anfangsfestigkeit aus. Bereits nach einer Woche
werden unabhängig vom Zugabewasser Zylinderdruckfestigkeiten von mehr als 12 N/mm? auch bei relativ
geringen Trockendichten ermittelt. Die Versuchsserie mit dem Wasser der Trebelniederung zeigt etwas |
geringere aber dennoch recht hohe Festigkeiten.

TU Berlin - Fachgebiet Grundbau und Bodenmechanik Seite 53
Wissenschaftliche Beurteilung des Schadenfalls an der BAB A 20 bei Tribsees Abschlussbericht Rev.3

180
S8 160 ®
oe
x 140° & z
c D
= ®
=8120° ° ,. * M ed = 100 mm
2.0 © Leitungswasser
o ©» 100 ©
N 0 ed = 150 mm
a0 80 8 Leitungswasser
35 MM © d = 100 mm Moorwasser
o N 60
53
35 40 © d = 150 mm Moorwasser
3
Ss? 2

0 |
0 100 200 300 400

Prüfalter [Tage]

Bild40 Mittelwerte der erreichten Zylinderdruckfestigkeit zur 28-Tage-Zylinderdruckfestigkeit in Abhän-
gigkeit vom Prüfalter (Probekörper TU Berlin, Anlage 12.2)

Bild 40 zeigt, dass nach 7-Tagen etwa 60% der Zylinderdruckfestigkeit beim Moorwasser und ca. 80% beim
Leitungswasser zur 28-Tage Zylinderdruckfestigkeit erreicht sind. Über einen längeren Zeitraum (hier 247
und 356 Tage) nimmt dann die Festigkeit beim Moorwasser deutlich zu und erreicht die Werte der Proben
mit Leitungswasser bei 112 Tagen.

Das Wasser der Trebelniederung ist demnach geeignet um ausreichend festes Säulenmaterial herzustel- .
len. Die Ergebnisse der Prüfungen von Säulenresten, entnommen während der Herstellung der Bohrpfähle,
bestätigen dies (Bild 35).

6.2.7 Untersuchungen zur Zugfestigkeit

Untersuchungen zur Zugfestigkeit des Säulenmaterials wurden mittels Dreipunktbiegeversuchen und Ver-
suchen zur Bestimmung der Spaltzugfestigkeit ausgeführt.

Die Dreipunktbiegeversuche wurden nach DIN EN 196-1:2016-11 ausgeführt. Das Verfahren ist für Mör-
telprismen vorgesehen. Beim Säulenmaterial ist ein Größtkorn von 4 mm vorhanden, so dass dieses Prüf-
verfahren mit Probekörperabmessungen von 40/40/160 mm geeignet ist. Die Untersuchung größerer Pro-
bekörper — wie in der Betonnorm angegeben — wäre bei den vorhandenen Säulenstücken nicht möglich
gewesen. Die Untersuchungen erfolgten an aus den Säulen ausgesägten Prismen an der TU Berlin und
der BASt und an im Labor der Hochschule für Wirtschaft und Recht Berlin (HWR) mit Leitungswasser her-
gestellten Probekörpern.