Technische, ökologische und ökonomische Kriterien für die Wahl von Gesteinskörnungen zum Bau und zur Erhaltung von ungebundenen Deckschichten im Waldwegebau:
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Clausthal-Zellerfeld
Papierflieger
2001
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| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zugl.: Göttingen, Univ., Diss., 2000 |
| Beschreibung: | VIII, 165 S. Ill., graph. Darst. : 21 cm |
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| adam_text | Titel: Technische, ökologische und ökonomische Kriterien für die Wahl von Gesteinskörnungen zum Bau und
Autor: Barge, Uwe
Jahr: 2001
Inhaltsverzeichnis
0. einleitung...................................................................................................................................1
0.1. Zur Entstehung der Untersuchung....................................................................................1
0.2. Zur Gliederung......................................................................................................................3
1. TECHNISCHER TEIL......................................................................................................................4
1.1. Problemstellung...................................................................................................................4
1.2. Zielsetzung............................................................................................................................9
1.3. Stand der Kenntnisse..........................................................................................................10
1.3.1. Anforderungen an Gesteinskömungen im Straßen- und Wegebau..................................10
1.3.2. Anforderungen an Gesteinskörnungen im Waldwegebau.................................................13
1.3.3. Beanspruchungen der ungebundenen Waldwegedecken................................................ 15
1.3.4. Die Bedeutung des Feinmaterials für ungebundene Wege..............................................19
1.4. Prüfverfahren zur Schlag- und Schlagabriebresistenz................................................21
1.4.1. Schotter- und Splittschlagprüfung.....................................................................................22
1.4.2. Micro-Deval-Test...............................................................................................................24
1.4.3. Los Angeles-Versuch........................................................................................................25
1.4.4. Vergleich und Korrelationen zwischen den Verfahren......................................................27
1.5. Los Angeles-Versuche an Waldwegematerialien.............................................................29
1.5.1. Materialherkunft und Probenahme....................................................................................30
1.5.2. Siebanalysen der Baustoffe...............................................................................................34
1.5.3. Durchführung der LA-Versuche.........................................................................................35
1.5.4. Ergebnisse der LA-Versuche.............................................................................................37
1.5.5. Komzertrümmerung und Materialverfeinerung..................................................................38
1.5.6. Vergleich der Ergebnisse..................................................................................................40
1.6. Versuche zur Widerstandsfähigkeit gegen Frost...........................................................43
1.6.1. Beschreibung des FTW-Versuches...................................................................................45
1.6.2. FTW- Versuche an Waldwegebaumaterial......................................................................47
1.7. Diskussion der Ergebnisse des .Technischen Teils .........................................................51
2. ÖKOLOGISCHER TEIL................................................................................................................55
2.1. Stand des Wissens...............................................................................................................55
2.1.1. Wege- und Straßenbegleitflächen in der Literatur............................................................55
2.1.2. Ökologische Bedeutung der Waldwege............................................................................57
2.1.3. Der Begriff .Bodenveränderung .......................................................................................60
2.1.4. Die quantitative Bedeutung des Materialverschleißes......................................................6t
2. f.5. Untersuchungen zur Staubausbreitung im Umfeld von Straßen und Wegen...................62
2.2. Vegetationskundliche Untersuchungen der Bodenveranderung..................................64
2.3. Vegetationsuntersuchung an Waldwegen im Harz..........................................................65
2.4. Vegetationsuntersuchung an Waldwegen im Solling.....................................................68
2.5. Vegetationsuntersuchung an Waldwegen im Bramwald.................................................72
2.5. f. Einleitung und Zielsetzung................................................................................................72
2.5.2. Material und Methoden......................................................................................................74
Inhaltsverzeichnis
2.5.3. Ergebnisse.........................................................................................................................76
2.5.4. Diskussion..........................................................................................................................89
2.6. Chemisch, bodenkundliche Untersuchung der Wegebau-Deckschichtmateriauen.......93
2.6.1. Zielsetzung.........................................................................................................................93
2.6.2. Material und Methoden......................................................................................................93
2.6.3. Ergebnisse.........................................................................................................................97
2.6.4. Diskussion........................................................................................................................104
2.7. Bewertung der Ergebnisse und Folgerungen für den Waldwegebau..........................108
3. BETRIEBSWIRTSCHAFTLICHE ASPEKTE DER WEGEERHALTUNG..................................109
3.1. Stand der Kenntnisse........................................................................................................109
3.1.1. Methodik: Die Investitionsrechnung im Waldwegebau....................................................111
3.2. Vergleich der gebundener und ungebundener Balivarianten.......................................112
3.2.1. Kostendes Wegeausbaus...............................................................................................112
3.2.2. Kosten der Wegeerhaltung..............................................................................................113
3.2.3. Vergleich anhand der Kapitalwerte..................................................................................114
3.3. Instandsetzungskosten in Abhängigkeit der Nutzungsdauer.......................................116
3.3.1. Ankauf von Gesteinskörnungen - Mengen und Ausgaben..............................................116
3.3.2. Instandsetzungskosten für ungebundene Wegedecken..................................................117
3.3.3. Kapitalwerte für Gwndinstandsetzungen........................................................................118
4. EXKURS: RECYCLINGBAUSTOFFE UND INDUSTRIELLE NEBENPRODUKTE..................121
4.1. Einleitung und Begriffsbestimmungen.............................................................................121
4.2. Rechtliche Rahmenbedingungen für die Verwendung von RC-Baustoffen.................123
4.2.1. Das Kreislaufwirtschafts-und Abfallgesetz.....................................................................123
4.2.2. Bauschutt, RC-Baustoffe und künstliche Gesteine im Abfallrecht...................................124
4.2.3. Bodenschutz....................................................................................................................126
4.2.4. Wasserschutz..................................................................................................................127
4.3. Umweltgerechte Verwendung künstlicher Gesteine und RC-Baustoffe....................128
4.4. Technische Eignung von Recyclingbaustoffen als Deckschichtmaterial...................134
4.4.1 Verwitterungsbeständigkeit von RC-Material..................................................................735
4.4.2. RC-Baustoffe in der Schlagbeanspruchung....................................................................137
4.4.3. Industrielle Nebenprodukte als Deckschichtmaterial.......................................................138
4.5. Diskussion...........................................................................................................................139
5. SYNOPTISCHE DISKUSSION....................................................................................................142
6. ZUSAMMENFASSUNG..............................................................................................................148
7. LITERATUR- UND QUELLENVERZEICHNIS / VORSCHRIFTEN UND RICHTLINIEN_____151
8. ANHÄNGE 1 - 9..............................................................................................................._.........165
Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen____________________________________VI
Abbildungsverzeichnis
Abbildungen im Technischen Teil:
Abbildung 1-1: Arbeiten am Hang mit „getutetem Planierschild (Quelle: Ausbildunganweisung der
Bundeswehr, VS)...........................................................................................................4
Abbildung 1-2: Modernes Uhrglas-oder Graderprofil (schematisch)......................................................5
Abbildung 1-3: Nutzungsdauer bindemittelfreier ländlicher Wege (nach Ergebnissen von Schmuck
Krause, 1994).................................................................................................................8
Abbildung 1-4: Beanspruchung von Gesteinskörnungen in einer Wegebefestigung (aus Quervain,
1957)............................................................................................................................18
Abbildung 1-5: Schlagprüfgerät aus TP Min-StB 94 Teil 5.1 (links) und Krzemien (1975)...................23
Abbildung 1-6: Mikro-Deval Prüftrommeln im Institut für Straßenwesen Braunschweig.....................24
Abbildung 1-7 : Los Angeles Trommel (Institut für Stralienwesen, BS und TP Min-StB 94 Teil 5.4.1) 26
Abbildung 1-8: Sieblinien des untersuchten Diabas..............................................................................35
Abbildung 1-9: LA-Werte der Wegebaumaterialien graphisch..............................................................38
Abbildung 1-10: Kornverfeinerung und -Zertrümmerung nach Dienemann und Dao............................39
Abbildung 1-11: Kornverteilungslinien nach dem LA-Versuch..............................................................40
Abbildung 1-12: Korrelation zwischen LA- und SZ-Wert (nach Ballmann, 1996)..................................41
Abbildung 1-13: Schematische Darstellung der Frostwirkung (nach Quervain)....................................44
Abbildung 1-14: Temperaturverlauf beim Dosenfrostversuch nach TP Min StB 94..............................46
Abbildung 1-15: LA-und FTW-Werte der Wegematerialien.................................................................49
Abbildung 1-16: Absplitterung nach FTW-Versuch (prozentual)...........................................................50
Abbildungen im ökologischen Teil:
Abbildung 2-1 Prozentuale Verteilung der von Tamm (1955) erfaßten Immissionsmengen zur
Entfernung von der Straße...........................................................................................63
Abbildung 2-2: pH-Werte an einem Weg mit Diabas-Deckschicht und an einem naturfesten Weg nach
Glowienka(1994).........................................................................................................66
Abbildung 2-3: Einteilung des Wegerandbereiches in Bankette (Ba), Seitenstreifen (Sei), Graben (Gra)
Böschung (Bö) und Waldrand (WR) (Wagner 1997)...................................................68
Abbildung 2-4: pH-Werte der Wege: A (Devonkalk-Deckschicht), B (Dolomit-DS), C (Asphaltfahrbahn),
D (Diabas-DS) und E (naturfeste DS) W5 und W5 sind 5 bzw. 15 m vom Weg
entfernte Transekte (Wagner 1997).............................................................................69
Abbildung 2-5: pH-Werte an einem Weg mit Devonkalk Deckschicht im Solling (Wagner, Bärge, 1998)
.....................................................................................................................................70
Abbildung 2-6: Mittlere Reaktionszahlen der Wege A (Devonkalk-Deckschicht), B (Dolomit-DS), C
(Asphalt), D (Diabas-DS) und E (naturfeste DS) (Wagner 1997)................................70
Abbildung 2-7: Mittlere Zahl an Pflanzenarten (Wagner, Bärge 1998).................................................71
Abbildung 2-8: Mediane sowie Minimum und Maximum der Artenzahlen in den einzelnen Transekten
der vier untersuchten Varianten, (n = 3)......................................................................79
Abbildung 2-9: Mediane sowie Minimum und Maximum der Reaktions-Zeigerwerte in den einzelnen
Transekten der vier untersuchten Varianten (n = 3)....................................................81
Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen_____________________________________________VH_
Abbildung 2-10: Mediane sowie Minimum und Maximum der Stickstoff-Zeigerwerte in den einzelnen
Transekten der vier untersuchten Varianten, (n = 3)...................................................83
Abbildung 2-11: Relative Anteile der soziologischen Artengruppen in den verschiedenen Varianten
nach Ellenberg et al. (1992) getrennt in Unter- und Oberhang. (N =
Buntsandsteinmaterial; K = Muschelkalk; h = „hell ; d = »dunkel )..............................85
Abbildung 2-12: Mediane sowie Minimum und Maximum des mittleren relativen Lichtgenusses in den
einzelnen Transekten der vier Varianten, (n = 3)........................................................87
Abbildung 2-13: Mediane sowie Minimum und Maximum der mittleren pH(H20)-Werte im oberen
Mineralboden (0-3 cm) in den einzelnen Transekten der vier untersuchten Varianten
(n = 3 bzw. 2)...............................................................................................................88
Abbildung 2-14: Fraktionierung des Feinmaterials aus dem LA-Versuch.............................................95
Abbildung 2-15: Ca und Mg Gehalte (mg/kg) im Wegebaumaterial im Vergleich zu den
Waldbodentypen (sortiert nach Ca Gehalt).................................................................98
Abbildung 2-16: K und P Gehalte (mg/kg) im Wegebaumaterial im Vergleich zu den Waldbodentypen
(sortiert nach P Gehalt)................................................................................................98
Abbildung 2-17: Austauschbare Elementvorräte in Waldböden nach Ergebnissen der BZE...............99
Abbildung 2-18: Vergleich der wässerigen Eluate von Ca und Mg mit dem HNO3-Druckaufschluß. 103
Abbildung 2-19: Vergleich der wässerigen Eluate von K und P mit dem HNO3-Druckaufschluß......103
Abbildungen im ökonomischen Teil:
Abbildung 3-1: Ausbaustandard und Kosten aus Hirt (1977)..............................................................109
Abbildung 3-2: Erhaltungskosten im Wegenetz des südniedersächsischen Berglandes (aus
Schutzendorff1985)..................................................................................................110
Abbildung 3-3: Jährliche Gesamtkosten der Wegeerhaltung in zwei Inspektionen des
südniedersächsischen Berglandes. Aus Bertram, 1997............................................113
Abbildung 3-4: Modellbetrachtung zur Instandsetzung bei unterschiedlicher Nutzungsdauer...........118
Abbildung 3-5: Kapitalwerte für die Instandsetzung (unterschiedliche Nutzungsdauer).....................119
Abbildungen im Exkurs RC-Baustoffe und Industrielle Nebenprodukte:
Abbildung 4-1: Stoffliche Zusammensetzung von RC-Baustoffen (aus Guth, 1993)..........................136
Abbildung 4-2: FTW-Ergebnisse an natürlichen Gesteinskörnungen und RC-Baustoffen nach
Ergebnissen von Tabbert (1996)...............................................................................137
Abbildung 4-3: Schlagzertrümmerungswerte SZs/12 an Basalten und RC-Baustoffen nach Ergebnissen
von Tabbert (1996)....................................................................................................138
Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen____________________________________VIII
Tabellenverzeichnis
Tabellen im Technischen Teil:
Tabelle 1-1: Herkunft und Bezeichnung der untersuchten Gesteinsarten............................................31
Tabelle 1-2: Geologisch, petrographische Kurzbeschreibung der Gesteine.........................................32
Tabelle 1-3: Zusammensetzung der Korngemische und Reibmittelladung...........................................36
Tabelle 1-4: Ergebnisse der Los Angeles-Prüfung................................................................................37
Tabelle 1-5: Vergleich der ermittelten LA-Werte mit Angaben aus der Literatur...................................42
Tabelle 1-6: Ergebnisse der FTW- Versuche am Waldwegematerial...................................................47
Tabelle 1-7: LA- und SZ- Kategorien der prEN 13242 mit Einschätzung der Eignung für ungebundene
Wegedeckschichten..........................................................................................................53
Tabellen im ökologischen Teil:
Tabelle 2-1: Transportentfernung des Materials (nach Werten von Tamm, 1995)...............................63
Tabelle 2-2: Die Auswirkungen der Deckmaterialien auf den pH-Wert der Umgebung (aus Glowienka
1994).................................................................................................................................65
Tabelle 2-3: Aufteilung der 11 Untersuchungsflächen auf die vier Varianten.......................................74
Tabelle 2-4: Grundsätzliche Anforderungen an die Probeflächen.........................................................74
Tabelle 2-5: Stetigkeitstabelle. Arten, die einen deutlichen Schwerpunkt innerhalb einer der vier
untersuchten Varianten haben (Trennarten).....................................................................77
Tabelle 2-6: Herkunft und Probenbezeichnung der im IBW untersuchten Materialien.........................94
Tabelle 2-7: Bewertung der Ca, Mg und K Vorräte in Waldböden durch den Arbeitskreis
Standortskartierung...........................................................................................................99
Tabelle 2-8: Jährliche Elementaufnahme typischer Waldgesellschaften (Beese, 2000)....................107
Tabellen im Ökonomischen Teil:
Tabelle 3-1: Kosten verschiedener Bauweisen nach Mischkalkulationen (Bielka, 1998)...................112
Tabelle 3-2: Kapitalwerte der Ausbauvarianten bei variablen Erhaltungskosten................................114
Tabelle 3-3: Jährlich höhere Belastung der Asphaltdecke (Kapitaldienst)..........................................115
Tabelle 3-4: Ankauf (t) und Kosten der Wegebaustoffe......................................................................116
Tabelle 3-5: Kosten und Nutzungsdauer verschiedener Gesteinskömungen.....................................117
Tabelle 3-6: Instandsetzungskosten und Kostenzuschlag (bei einem Bemessungszeitraum von 25
Jahren)............................................................................................................................120
Tabellen im Exkurs RC-Baustoffe und Industrielle Nebenprodukte:
Tabelle 4-1: Wasserwirtschaftliche Anforderungen an Recycling-Baustoffe nach TL Min-StB 2000.. 130
Tabelle 4-2: Schutzwirkung der Grundwasserüberdeckung gemäß RAwas-StB................................132
Tabelle 4-3: Einsatzmöglichkeiten für Hochofenschlacke-1 (HOS-1)aus RAwas-St..........................133
Tabelle 4-4: Einsatzmöglichkeiten für Recycling-Baustoff-1 (RC-1)aus RAwas-StB..........................134
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