Grundlagen ökologischer Dimensionierung von Straßen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Grundlagen der ökologischen Dimensionierung von Straßen. Ziel dieser Arbeit ist es, anhand umfassender Literaturrecherche den Beitrag des Straßenbaus zur Umwelt- und Gesundheitsbelastung zu ermitteln und das Reduktionspotential verschiedener Bauweisen und -materialien aufzuzeigen. Demensprechend lautet die Forschungsfrage: Wie können Straßenbauprojekte dimensioniert werden, sodass nicht nur die infrastrukturellen Anforderungen erfüllt, sondern auch potenzielle Folgen für die menschliche Gesundheit und die Umwelt berücksichtigt werden?Um diese Frage zu beantworten, werden unterschiedliche zentrale Aspekte, wie Lärmemissionen, urbane Hitzeinseln, Flächenversiegelung, Luftschadstoffe und Baustoffrecycling, betrachtet. Zu jedem Thema werden mehrere Bauweisen oder -materialien, wie dichte und offenporige Asphalt- bzw. Betondeckschichten, vorgestellt und ihre Auswirkungen verglichen. Im Kontext der Schall- und Wärmeentwicklung liegt ein besonderes Augenmerk auf offenporigen Deckschichten. Es zeigt sich, dass poröse Fahrbahndecken einen wichtigen Beitrag zur Lärm- und Hitzereduktion leisten können. Der Verbesserung des städtischen Mikroklimas und des akustischen Umfelds stehen jedoch eine geringe Dauerhaftigkeit und kurze Lebensdauer gegenüber. Dies reduziert nicht nur den ökologischen Vorteil, da der Ressourcen- und Energieverbrauch durch die regelmäßigen Instandhaltungsarbeiten verglichen mit der herkömmlichen Bauweise erheblich steigt, sondern führt auch zu erhöhten Kosten.Die Arbeit thematisiert weiters die Flächenversiegelung durch Straßen. Auch hier werden offenporige Deckschichten behandelt. Darüber hinaus werden versickerungsfähige Pflasterdecken betrachtet, die sich für den Einsatz auf Flächen mit geringer Verkehrsbelastung eignen. Ihre Anwendung kann eine Annäherung an den natürlichen Wasserhaushalt bewirken, die Grundwasserneubildung fördern, das bestehende Kanalsystem entlasten und Überflutungen bei Starkregen vermeiden. Bei der Planung sind jedenfalls wasserrechtliche Vorgaben zu berücksichtigen. Die Recherche ergibt wieder, dass die geringe Dauerhaftigkeit poröser Straßenbeläge ein Problem darstellt.Ein weiterer Schwerpunkt dieser Diplomarbeit liegt auf Luftschadstoffen, ihren Folgen für Mensch und Umwelt und inwiefern straßenbauliche Entscheidungen die Schadstoffemissionen beeinflussen. Betrachtet werden Feinstaub, flüchtige organische Verbindungen, polyzyklische aromatische Kohlen-wasserstoffe und Kohlenstoffdioxid. Es zeigt sich, dass sowohl in der Materialproduktion als auch in der Straßenerrichtung sowie im -betrieb Verbesserungen möglich sind. Zum einen können die Reduktion des Zementanteils im Beton und Niedrigtemperaturasphalte einen wichtigen Beitrag leisten. Zum anderen spielen die Straßenerhaltung, die -reinigung und der Winterdienst eine entscheidende Rolle.Darüber hinaus wird das Recycling von Straßenbaustoffen behandelt. Eine effiziente Wiederverwertung von Abfällen kann einen erheblichen Beitrag zur Ressourcenschonung leisten, wobei vor allem im Bereich des Aushubmaterials noch großes Potenzial liegt.Die Arbeit zeigt, dass bereits eine Vielzahl von technischen Lösungen für die ökologischen Herausforderungen des Straßenbaus existiert. Ihre Anwendung ist jedoch aufgrund verschiedener Wechselwirkungen oft schwierig. Eine nachhaltige Planung muss daher immer ganzheitlich unter Betrachtung aller ökologischen, wirtschaftlichen und infrastrukturellen Randbedingungen passieren.

This thesis deals with the basics of the ecological dimensioning of roads. The aim of this work is to determine the contribution of road construction to environmental and health pollution on the basis of comprehensive literature research and to demonstrate the reduction potential of different construction methods and materials. Accordingly, the research question is: How can road construction projects be dimensioned so that not only infrastructural requirements are met, but also potential consequences for human health and the environment are taken into account?To answer this question, various key aspects such as noise emissions, urban heat islands, land sealing, air pollutants and building material recycling are considered. For each topic, several construction methods or materials, such as dense and porous asphalt or concrete surfaces, are presented and their effects compared. In the context of noise and heat generation, particular attention is paid to porous wearing courses. It is shown that porous road surfaces can make an important contribution to noise and heat reduction. However, the improvement of the urban microclimate and the acoustic environment is offset by low durability and a short service life. This not only reduces the ecological advantage, as the consumption of resources and energy increases considerably due to regular maintenance work, but also leads to increased maintenance costs.The thesis also addresses the sealing of surfaces by roads. Open-pored surface courses are also dealt with here. In addition, infiltration-capable paving surfaces are considered, which are suitable for use on areas with low traffic loads. Their application can bring about an approximation to the natural water balance, promote groundwater recharge, relieve the existing sewer system and prevent flooding during heavy rainfall. In any case, water law requirements must be taken into account during planning. The research again shows that the low durability of porous road surfaces is a problem.Another focus of this thesis is on air pollutants, their consequences for people and the environment and the extent to which road construction decisions influence pollutant emissions. Particulate matter, volatile organic compounds, polycyclic aromatic hydrocarbons and carbon dioxide are analysed. The results show that improvements are possible in material production as well as in road construction and operation. On the one hand, reducing the cement content in concrete and low-temperature asphalts can make an important contribution. On the other hand, road maintenance, especially in winter, and road cleaning play a decisive role.The recycling of road construction materials is also being investigated. Efficient recycling of waste can make a significant contribution to conserving resources, whereby there is still great potential in the area of excavated material in particular.The thesis shows that a large number of technical solutions for the ecological challenges of road construction already exist. However, their application is often difficult due to various interactions. Sustainable planning must therefore always take a holistic approach into account, considering all ecological, economic and infrastructural boundary conditions.