| Tagtäglich müssen insbesondere im städtischen Raum Baumaßnahmen in beengtem Umfeld ausgeführt werden. Oft ist es aus Platzgründen unvermeidbar, Baustraßen oder Baustellenlagerflächen in bestehenden Grünflächen zu errichten. Verschiedenste Normen und Regelwerke enthalten Vorgaben für Planer und Ausführende, wie in diesen Fällen der Boden und die Wurzeln zu schützen sind. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde die Frage gestellt, ob die am Markt verfügbaren und bisher angewendeten Bodenschutzsysteme und -aufbauten einen effektiven Bodenschutz im täglichen Baustellenbetrieb witterungsunabhängig und dauerhaft gewährleisten oder vielleicht doch nur Gewissensberuhigung sind? Zur Klärung dieser Fragestellung wurde auf dem Gelände des städtischen Gartenamtes Würzburg in Zusammenarbeit und der Bayerischen Landesanstalt für Garten- und Weinbau in Veitshöchheim auf einer Brachfläche eine Versuchsanordnung aufgebaut und dem Praxistest unterzogen.
Voruntersuchung der Versuchsfläche
Die Eigenschaften des Oberbodens unter der Teststrecke wurden sowohl durch Feldversuche als auch durch Laboruntersuchungen vor dem Versuchsaufbau detailliert ermittelt. Die Voruntersuchung der Fläche mit dem Bohrstock ergab, dass der Oberboden in einer relativ gleichmäßigen Mächtigkeit von 28 – 30 cm angedeckt war. Um Informationen über die Trockenrohdichte zu erhalten, erfolgte eine Untersuchung jeder Parzelle mit je 2 Ausstechzylindern in einer Tiefe von 2 – 14 cm und 20 – 32 cm. Hintergrund dieses Vorgehens war, bei der Nachuntersuchung der Fläche Erkenntnisse über die Eindringtiefe von möglichen Bodenverdichtungen zu erhalten. Daneben wurden zwei Untersuchungen zur Ermittlung der Versickerungsfähigkeit mittels Doppelring-Infiltrometer durchgeführt. Die Nasssiebung und die anschließende Sedimentationsanalyse ergaben als Bodenart einen stark schluffigen, schwach tonigen, schwach feinkiesigen Sandboden.
Versuchsaufbau und -anordnung
Insgesamt wurde der Versuch auf 8 Versuchsparzellen mit Schutzsystemen und einer unbehandelten Referenzfläche ausgelegt. Als Regelgröße für die Parzellen war in Bezug auf die Baustellenpraxis eine nutzbare Breite von 3,50 m und eine Länge von 3,00 m vorgesehen. Aufgrund der zum Teil vorkonfektionierten Schutzsysteme musste mehrfach leicht von der Regelgröße abgewichen werden. Unter alle Parzellen mit Ausnahme der Referenzfläche und des Holzhäckselaufbaues wurde ein Vlies der Klasse GRK 3 mit 150 g/m² Gewicht gelegt. Bei den verwendeten Schutzsystemen handelte es sich zum einen um Sechseck-Kunststoffwabenplatten mit einer Größe von ca. 0,25 m² (Abb. 1, Parzelle (P) 1). Die Platten wurden zum Ausgleich von Bodenunebenheiten auf einer ca. 5 cm starken Ausgleichsschicht aus Splitt 2/8 mm ohne Randfixierung verlegt. Zum anderen wurden Kunststoff-Riffelplatten in den Versuch miteinbezogen (Abb. 1, P 7). Die Elementgröße beträgt 2,44 x 1,22 m bei einer Dicke von 1,3 cm. Diese Platten werden mittels einfachen und doppelten Metallklammern in der Fläche zusammengehängt und mit U-förmigen Metallbügeln an den Außenkanten verschiebesicher im Boden befestigt. Ein weiterer Versuchsaufbau war eine Schotterschüttung aus 20 cm statisch verdichtetem korngestuftem Mineralgemisch 0/32 mm (Abb. 1, P 2). Das Kalkstein-Mineralgemisch war gütegesichert und stammte aus einem regionalen Schottersteinbruch. Daneben wurde als Schutzbelag auch eine Dränasphalt-Schicht mit 14 cm Dicke in Anlehnung an die Tafel 1, Zeile 1 Bauklasse IV der RstO 01 untersucht (Abb. 1, P 4). Als Mischgut wurde „AC 32trag 70/100 unter Pflaster“ eines ortsansässigen Asphaltmischwerkes verwendet. Außerdem wurden neuwertige Holzbohlen mit einem Querschnitt von 27 x 5 cm und einer Länge von 4,50 m in die Versuchsreihe einbezogen (Abb. 1, P 5). Weiterhin kamen Stahlplatten in 3 Versuchsparzellen zum Einsatz, einmal direkt auf dem Boden (Abb. 1, P 6) und zweimal auf Schüttkörpern aufgelegt. Das Format dieser Platten war 1,50 x 3,00, 2,00 x 3,00 m und 1,00 x 1,50 m bei einer Dicke von jeweils 20 mm. Bei den Schüttungen wurde zum einen Schotter der Körnung 2/32 mm in einer Dicke von 20 cm gewählt (Abb. 1, P 3), zum anderen Holzhäcksel der Körnung 10/40 mm in einer Dicke von 25 cm (Abb. 1, P 8). Die Dränschotter-Stahlplatten-Variante entsprach dem Normaufbau aus der DIN 18920 Kap. 4.12.
Der Boden war beim Versuchsaufbau sehr trocken. Die Beschickung aller Parzellen beim Aufbau erfolgte von der Seite aus, um sicherzustellen, dass der Boden der einzelnen Parzellen nicht ungleichmäßig belastet wird und keine Verfälschungen der späteren Bodenuntersuchungen auftreten.
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Schäden nach der 3. Befahrung
beim Sechseckwabenbelag. |
Versuchsdurchführung
Der Versuch wurde von Juni bis August 2009 durchgeführt. Bei den insgesamt sechs Befahrungseinheiten kamen 2-Achser-LKW’s mit ca. 16 – 18 Tonnen Gesamtgewicht zum Einsatz. Eine Befahrungseinheit bestand aus drei Fahrten in Schrittgeschwindigkeit mit versetzten Fahrspuren, einer Überfahrt im Stop-and-go mit fünf Minuten Standzeit der Hinterachse je Versuchsparzelle und zwei Rangierfahrten mit Lenkbewegungen vom rechten bis zum linken Rand der 3,50 m breiten Fahrbahn. Bei den ersten beiden Befahrungen lagen sehr trockene Bodenverhältnisse vor, ab der dritten Befahrung war der Boden frisch bis feucht, teilweise auch nass.
Nach jeder Befahrungseinheit wurde jede Parzelle anhand des optisch erkennbaren Zustandes mit Noten von 1 – 6 beurteilt und die Bewertungen dann zu einer Gesamtnote zusammengefasst. Eindeutiger Gewinner nach der Bonitierung ist der Aufbau Vlies + Dränasphalt, der erst nach den letzten beiden Befahrungen leichte Fahrspuren zeigte. Am schlechtesten schnitt der Vlies + Splitt + Sechseckwabenplatten-Belag ab, dieser musste nach jeder Befahrungseinheit in seine Ausgangslage zurückgezogen werden, aus der er nach den Zick-Zack-Fahrten immer um bis zu 25 cm verschoben war.
Nach der sechsten Befahrung wurde eine Untersuchung von Fahrspurtiefen und Unebenheiten in Anlehnung an die Abnahmekriterien für Oberflächenbeläge mit der 4-m-Latte durchgeführt. Bei den Schutzaufbauten mit Stahlplatten und Holzbohlen waren keine Fahrspuren oder Verbiegungen der Platten gegenüber dem Einbauzustand erkennbar. Alle Beläge mit Oberflächen aus Schüttgut oder Kunststoffsystemen zeigten beidseitig Fahrspuren. Die maximalen Stichmaße wurden in beiden Fahrspuren gemessen und gemittelt. Außerdem wurden alle Beläge auf visuell erkennbare Beschädigungen untersucht. Schäden wurden nur bei den Sechseck-Kunststoffplatten in Form von sechs am Rand eingerissen Platten festgestellt.
Versuchsabbau
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Boden unter Sechseckwabenplat-
ten. |
Der Abbau der meisten Versuchsparzellen gestaltete sich problemlos. Die Verwendung eines Vlieses auf dem Erdreich erleichterte den Abbau erheblich, da bei allen Belägen außer Kehren bzw. Abklopfen kein Reinigungsaufwand nötig war. Nicht erwartete Schwierigkeiten traten beim Rückbau des Dränasphaltbelages auf, der trotz des intensiven Vorwässerns beim Einbau fast vollflächig mit dem Vlies verklebt war. Auffällig war die Tatsache, dass im Bereich der Kippstelle auf dem Vlies beim Einbau eine undurchlässige Sperrschicht aus Bitumen entstanden und die Offenporigkeit nur in den Handeinbaubereichen vorhanden war. Bei den Kunststoff-Rechteckplatten ließen sind die Bodenanker nur mit Hilfe des Baggers lösen, da sie sich beim Einschlagen in den Untergrund stark verbogen hatten.
Nachuntersuchung der Versuchsfläche
Bei der visuellen Bestandaufnahme nach dem Abbau zeigten sich erhebliche Unterschiede zwischen den verschiedenartig geschützten Versuchsfeldern und der ungeschützten Referenzfläche. In der Referenzfläche waren deutliche Fahrspuren erkennbar. Der Bewuchs war im Befahrungsbereich reduziert, aber vorhanden und zwischen den Fahrspuren unverändert wuchsfreudig. Oberflächig war kein Bodenleben wahrnehmbar. Die Fläche war abgetrocknet. Der Zustand des Oberbodens unter den Schutzaufbauten variierte von feucht, sehr wellig mit stark verdichtet wirkender Oberfläche bei komplett abgestorbener Vegetation wie z. B. beim Vlies + Splitt + Sechseckplatten-Aufbau über verschiedene Abstufungen bis hin zu trocken, optisch leicht verdichtet, aber unverändert wirkender Oberfläche mit fortgesetztem Distelwachstum während der Überdeckung wie beim Vlies + Stahlplatten-Aufbau. Nach dieser visuellen Analyse wurden je Parzelle entsprechend der Voruntersuchung wieder Stechzylinderproben entnommen und im Labor untersucht. Weiterhin erfolgte auf jeder Teilfläche eine Ermittlung der Versickerungsfähigkeit mittels Doppelring-Infiltrometer.
Die Entnahmen der Bodenproben sowie die Untersuchungen zur Versickerung fanden als „Worst-Case-Betrachtungen“ an den optisch am meisten negativ beeinflussten Stellen statt. Die Versickerungsraten bestätigen im Wesentlichen den optischen Eindruck über den Verdichtungszustand der einzelnen Flächen. Auffällig ist die Verbesserung der Versickerungsfähigkeit bei den Aufbauten Vlies + Stahlplatten und Vlies + Dränasphalt trotz der Fahrzeugbelastung. Dies könnte auf das Weiterwachsen der Disteln und auf das aktive Bodenleben unter den Belägen zurückzuführen sein. Das Ergebnis beim Holzhäcksel + Stahlplattenaufbau ist fast identisch mit dem Ausgangswert. Bei allen anderen Flächen hat die Versickerungsrate zum Teil rapid abgenommen.
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Boden unter Vlies und Stahlplat-
tenaufbau. |
Beim Vergleich der Ergebnisse der Voruntersuchung zu den Werten der Nachuntersuchung stellt man fest, dass in einer Tiefe von 2 – 14 cm die Werte der Trockenrohdichte nach der Befahrung durchgängig höher sind als vorher. Die prozentualen Erhöhungen der Trockenrohdichten wurden gemittelt und in einer Rangliste zusammengeführt. Auch hier zeigt sich wieder, dass die Schutzsysteme mit den starren Stahlplatten die besten Ergebnisse liefern. Erstaunlich ist die Tatsache, dass die Referenzparzelle ohne jeden Aufbau im Mittelfeld platziert ist. Erklärbar ist dies dadurch, dass die Erdoberfläche nach den Niederschlägen während der Versuchsdauer immer wieder abtrocknen konnte, während bei den drei letztplatzierten Feldern die Feuchtigkeit unter dem Schutzbelag gehalten wurde und sich mit jeder weiteren Befahrung ein „Walk-Effekt“ eingestellt hat. Kritisch ist auch das Ergebnis für den Vlies + Dränasphalt-Aufbau zu sehen, da alle Befahrungen am Vormittag zwischen 7.00 und 10.00 Uhr durchgeführt wurden. Der Belag war zu dieser Zeit immer noch kühl und starr. Bei Befahrungen nach einer Aufheizung durch die Sonneneinstrahlung am Nachmittag müsste davon ausgegangen werden, dass sich die Gewichtsbelastungen in stärkerem Umfang in den Versuchsergebnissen niederschlagen würden.
Die Zweit-Analyse der Zylinder aus der Tiefe von 20 – 32 cm zeigte im Vergleich zur Erstuntersuchung ein völlig uneinheitliches Bild. Folglich wird auf eine Aussage über die Leistungsfähigkeit der einzelnen Schutzaufbauten, Bodenverdichtungen in tieferen Schichten zu verhindern, verzichtet.
Neben den Untersuchungen direkt im Anschluss an den Versuchsabbau, wurde der Zustand der einzelnen Versuchsparzellen 6 Wochen nach dem Abbau nochmals durch in Augenscheinnahme erfasst. Die höchste projektive Bodenbedeckung wiesen die Referenzfläche ohne Schutzaufbau, die Parzelle mit dem Aufbau Vlies + Stahlplatten und die Variante Holzhäcksel + Stahlplatten auf, bei denen nur noch die Eingriffsbereiche der Nachuntersuchung unbewachsen waren. Am schlechtesten war die Wiederbegrünung bei den Versuchsparzellen Vlies + Splitt + Sechseck sowie Vlies + Schotter, in denen nach 6 Wochen nur die Mittelachse bewachsen war. In allen 8 überbauten Versuchsfeldern bestand die Begrünung überwiegend aus Ackerkratzdistel und Quecke, in der nicht geschützten Referenz-Parzelle aus Vogelknöterich und Ackerkratzdistel.
Zusammenfassung der Ergebnisse
Im Laufe der Versuchsdauer wurden u. a. Aspekte wie Aufwand für Auf- und Abbau, Funktionalität/Befahrbarkeit der Schutzaufbauten sowie die Veränderung der Trockenrohdichte und der Wasserdurchlässigkeit des bedeckten Bodens untersucht und bewertet. Die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungen wurden gemäß der nebenstehenden Tabelle gewichtet, wodurch sich die nachfolgende Rangfolge ergab. Die Rangliste führt der Vlies + Stahlplatten-Aufbau an. Die Lösungen Vlies + Splitt + Sechseck-Kunststoffplatten und Vlies + Schotter liegen mit deutlichem Abstand am Ende der Rangliste. Der Versuch lieferte somit belastbare und eindeutige Ergebnisse.
Allerdings kann das Gesamtergebnis kann aufgrund der engen Rahmenbedingungen (Parzellengröße, streng definierter Befahrungsrhythmus, Testzeitraum, etc.) nicht als allgemeingültig für den Baustellenalltag angesehen werden. Der Versuch fand auf einem stark schluffigen Sandboden in voller Sonne im Hochsommer bei ausgiebigen Niederschlägen in einem Zeitraum von 8 Wochen mit Parzellengrößen von rund 11 m² statt. Eine Übertragung der Zeitansätze auf größere Bauvorhaben ist insbesondere bei den schüttgutbasierten Aufbauten nur eingeschränkt möglich, da der Transportaufwand zur Baustelle bis zu einer gewissen Flächengröße unverändert bleibt. Auch können aufgrund der stark differierenden Messergebnisse in der Bodenschicht von 20 – 32 cm keine Aussagen zum Schutz tieferer Bodenzonen getroffen werden.
Hinweise für die Baustellenpraxis
1. Aufbauten mit Stahlplatten als wirksamer Bodenschutz haben sich bewährt. Allerdings gilt es zwei Dinge zu bedenken: Zum einen können Stahlplatten ohne Schüttgutpolster bei oberflächennahen Wurzeln zu erheblichen Schäden und Quetschungen führen, zum anderen hat Schotter als Schüttgut ein hohes Eigengewicht, das alleine schon zu einer Verdichtung der obersten Bodenschicht führen kann. Der Normaufbau nach DIN 18920 wurde zwar bestätigt, die Variante mit Holzhäcksel stellt aber insbesondere in sehr empfindlichem Umfeld aufgrund des geringen Eigengewichtes eine echte Alternative dar.
2. Dränasphalt ist als Schutzaufbau insbesondere in schattigerem Umfeld und bei großflächigerem Einsatz gut geeignet, eine Analyse unter Hitzebedingungen steht allerdings noch aus.
3. Neuere Schutzaufbauten, wie zum Beispiel die großformatigen Rechteckplatten sind bei geringerer Belastung, wie z. B. für Fußgänger oder Radfahrer, sehr gut geeignet, um Behelfswege zu erstellen. Bei höherer Belastung, vor allem bei feuchten Bodenverhältnissen, muss mit erheblichen negativen Gefügeveränderungen des Bodens gerechnet werden.
4. Holzbohlen, auch in Verbindung mit Vlies, eignen sich bei Baustellen mit Schwerverkehr nicht als funktionierender Bodenschutz.
5. Nur durch gegenseitiges Einhängen verbundene Sechseck-Kunststoff-Wabenplatten, auch mit Vliesunterstützung, sind in Baustraßen und Baustellenrangierflächen nicht für eine LKW-Belastung geeignet. Ein effektiver Bodenschutz ist nicht gewährleistet.
6. Vlies + Schotter - Aufbauten bieten entgegen der bisher häufig angewandten Baustellenpraxis in den gerne verwendeten Schichtstärken von 20 – 25 cm keinerlei wirksame Bodenschutzfunktion.
Fazit
Boden- und Wurzelschutzmaßnahmen sind in der Praxis in bestehenden Grünflächen einzelfallbezogen festzulegen. Ein Teil der am Markt verfügbaren Systeme kann die negativen Einflüsse bei der Belastung des Bodens reduzieren, aber die Effizienz und Einsatzfähigkeit der Systeme kann noch weiter verbessert werden. Außerdem wurden mit der bisherigen Untersuchung nur physikalische Eigenschaften des Bodens beleuchtet, nicht aber die Auswirkungen auf Flora und Fauna, insbesondere bei längerfristiger Belastung.
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