Urban runoff is known to transport a significant pollutant load consisting of e.g. heavy metals, salts and hydrocarbons. Interactions between solid and dissolved compounds, proper understanding of particle size distribution, dissolved pollutant fractions and seasonal variations is crucial for the selection and development of appropriate road runoff treatment devices. Road runoff at an arterial road in Augsburg, Germany, has been studied for 3.5 years. A strong seasonal variation was observed, with increased heavy metal concentrations with doubled and tripled median concentrations for heavy metals during the cold season. Correlation analysis showed that de-icing salt is not the only factor responsible for increased pollutant concentrations in winter. During the cold period, the fraction of dissolved metals was lower compared to the warm season. In road dust, the highest metal concentrations were measured for fine particles. Metals in road runoff were found to show a significant correlation to fine particles SS63 (<63 μm). Therefore, it is debatable whether treatment devices only implementing sedimentation processes provide sufficient removal rates.

Im Gegensatz zu anderen Bereichen des Straßenbaus fehlen für den Unterbau/Untergrund (Erdbau) von Straßen zz. noch eigene Technische Lieferbedingungen sowie die zugehörige Güteüberwachung. Diese Lücke soll durch die derzeit in Erarbeitung befindlichen "Technischen Lieferbedingungen für Böden und Baustoffe für den Erdbau im Straßenbau" (TL BuB E-StB) geschlossen werden. Diese werden stoffspezifische, erdbautechnische und umweltrelevante Anforderungen an Böden und Baustoffe, die zur Herstellung von Erdbauwerken verwendet werden, enthalten. In den TL BuB E-StB werden die Anforderungen an industrielle Nebenprodukte und RC-Baustoffe, die derzeit im Wesentlichen auf der Ebene von Merkblättern bzw. Hinweisen geregelt sind, zusammengefasst.

Bei Verwendung von Ersatzbaustoffen für die Herstellung von Böschungen haben unter anderem die Sickerwassermengen und deren Verweildauer in den Baustoffen wesentlichen Einfluss auf die Menge der möglichen austragbaren Schadstoffe. Im "Merkblatt über Bauweisen für technische Sicherungsmaßnahmen beim Einsatz von Böden und Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen im Erdbau - M TS E" [FGSV 2009] der FGSV sind unterschiedliche Sicherungsmaßnahmen zur Reduzierung der Sickerwassermengen aufgeführt. Zur praxisnahen Bewertung der Prinzipien einiger dieser Maßnahmen wurden großmaßstäbliche Lysimeteruntersuchungen durchgeführt, um daran Sickerwasserraten und -mengen wie auch Schadstoffkonzentrationen zu quantifizieren. Dazu wurden in einer bereits bestehenden Lysimeteranlage in Augsburg (Derchinger Strasse) durch die BASt in acht Lysimeter der Ausschnitt einer Straßenböschung einschließlich eines etwa ein Meter breiten Bankettstreifens eingebaut. Diese werden seit Juli 2010 von der Hochschule Augsburg in Zusammenarbeit mit der BASt untersucht. Auf den Böschungen wurden unterschiedliche technische Sicherungsmaßnahmen eingesetzt. Zusätzlich wurden zum Vergleich auch Varianten ohne technische Sicherungsmaßnahme realisiert. Für den Aufbau der Böschungskerne wurde für vier Lysimeter feinkörniges (schwach durchlässiges) und für die anderen vier grobkörniges (durchlässiges) Bodenmaterial ausgewählt und mit Schadstoffen (Cadmiumacetat, Kaliumferrocyanid und Kupfersulfat) dotiert. Gemessen wurden die Sickerwasser- und Oberflächenabflussmengen, die Menge des Straßenabflusses und der Niederschlag an der Versuchsanlage sowie in jedem Lysimeter die volumetrische Feuchte, Temperatur und Salinität an jeweils zwei Punkten der eingebauten Böschungskörper. Ergänzend zu den hydraulischen Größen (Niederschlag, Menge von Sickerwasser und Oberflächenabfluss der Lysimeter), wurden Konzentrationen der zudotierten Schadstoffe und weiterer Parameter im Sickerwasser der Lysimeter und im Straßenabfluss bestimmt, die für den Einsatz von Ersatzbaustoffen (z.B. RC-Baustoffe und industrielle Nebenprodukte) und für die Straßenentwässerungsplanung relevant sein können. Dabei handelte es sich um Chlorid, Sulfat, Cyanid (ges.), Arsen, Blei, Cadmium, Chrom (ges.), Kupfer, Nickel, Quecksilber, Zink, Thallium, Molybdän, Antimon und Vanadium sowie pH-Wert, Temperatur und elektrische Leitfähigkeit. Das Sickerwasser und der Straßenabfluss wurden als Mischprobe gesammelt und regelmäßig analysiert. Qualitativ konnte für den Untersuchungszeitraum von September 2010 bis März 2013 festgestellt werden: - Die Auswahl des Dammbaustoffes hat den wesentlichen Einfluss auf den Anteil des Sickerwassers. Dieser betrug, bezogen auf die gesamte erfasste Wassermenge, bei den Becken mit bindigem Boden zwischen 4% und 16%, bei den Becken mit kiesigem Boden zwischen 45 % und 71 %. - Beim kiesigen Boden konnte gezeigt werden, dass ein hoher Anteil des Wassers bereits im Bankett versickert. - Eine Bitumenanspritzung als technische Sicherungsmaßnahme bewirkt bei beiden Bodenarten keine Verminderung des Sickerwasseranteils. - Die Möglichkeit einer gut wasserleitenden Schicht zeigte die größte Reduzierung der Sickerwassermengen. Sie wurde auf den Böschungen mit bindigem Boden im Böschungskern eingesetzt. Hinsichtlich der chemischen Parameter konnte im Untersuchungszeitraum (Juli 2010 bis November 2013) im Ergebnis festgestellt werden: - Die während des Messzeitraumes aus jedem Lysimeter ausgetragenen Stoffmengen sind relativ gering. Dies gilt auch für gut lösbare Stoffe wie Cyanid. - Hohe Chloridkonzentrationen im Sickerwasser haben eine mobilisierende Wirkung auf mehrere Schwermetalle. - Die ungleichmäßige Verteilung der Zuflüsse zu den Lysimetern hat auch auf die im Versuchszeitraum angefallenen Frachten wesentlichen Einfluss. Die Ergebnisse der Frachtermittlung zeigen - wie auch die gemessenen Konzentrationen - deutlicher den Unterschied zwischen den beiden eingebauten Böden als zwischen den realisierten technischen Sicherungsmaßnahmen. - Die mittleren Konzentrationen im Sickerwasser der Lysimeter ähneln sich bei gleichem eingebautem Boden sehr stark. Damit paust sich die Qualität des Zulaufes direkt auf die Frachtberechnung durch und diese erlaubt keine endgültigen Schlüsse auf die Wirkung der technischen Sicherungsmaßnahmen. Die Verringerung der die Böschung durchsickernden Wasseremenge bewirkt jedoch eine entsprechende Verringerung der ausgetragenen Stoffmenge. Es ist seitens der BASt ein Folgeprojekt geplant, um bisher noch offene Fragen mit Bezug zum Wasserhaushalt der Lysimeter zu beantworten.

Bei Straßenbaumaßnahmen werden im Erdbau große Massen bewegt. Nicht immer gelingt der Massenausgleich innerhalb einer Baumaßnahme, so dass dann andere Baustoffe zur Herstellung der Erdbauwerke benötigt werden. Hierfür können Ersatzbaustoffe, wie Recycling-Baustoffe, industrielle Nebenprodukte oder aufbereitetes Bodenmaterial verwendet werden, um natürliche Ressourcen zu schonen. Neben der bautechnischen Eignung der Ersatzbaustoffe spielt der Schutz von Boden und Grundwasser mittlerweile bei der Auswahl der Baustoffe eine wesentliche Rolle. Um diesen zu gewährleisten, ist bei Ersatzbaustoffen zu prüfen, ob umweltrelevante Inhaltsstoffe mit dem Sickerwasser in relevanten Mengen in Boden und Grundwasser ausgetragen werden können. Die Bundesanstalt für Straßenwesen widmet sich diesem Themenbereich in der Forschungslinie „Ressourcenschonender und umweltverträglicher Straßenbau“. Das übergeordnete Ziel der verschiedenen Forschungsprojekte ist dabei, den Einsatz von Ressourcen zu optimieren und gleichzeitig die Auswirkungen auf die Umwelt zu bewerten. Aus Sicht des Straßenbauingenieurs reicht das Wissen über Wasser im Straßenbauwerk für die Beurteilung der Gebrauchstauglichkeit vollkommen. Für die hydrogeologische Beurteilung der Durchsickerung im Hinblick auf den Boden- und Grundwasserschutz ist der heutige Wissensstand jedoch noch unzureichend. Insbesondere sind dazu folgende Fragen offen: Wie viel Wasser gelangt in das Straßenbauwerk und wie viel Wasser durchsickert die Straßenböschung? Zum Schutz von Boden- und Grundwasser wurden für den Einsatz bestimmter Ersatzbaustoffe im Erbau Bauweisen für technische Sicherungsmaßnahmen (TSM) entwickelt. Durch diese Bauweisen kann die Menge des Sickerwassereintrags in das Bauwerk reduziert und damit der Austrag an umweltrelevanten Inhaltsstoffen verringert oder sogar ganz vermieden werden. Ziel der Forschungsarbeiten zum Thema Durchsickerung von Straßenböschungen ist es, eine belastbare Datengrundlage zum Wasserhaushalt von Straßenböschungen zu schaffen. Daraus werden Instrumente entwickelt, um die Wirksamkeit der unterschiedlichen technischen Sicherungsmaßnahmen zu beurteilen. So sollen Ersatzbaustoffe durch ökonomisch und ökologisch optimierte Bauweisen weiter für den Erdbau des Straßenbaus genutzt werden. In diesem Projekt „Effizienz technischer Sicherungsmaßnahmen im Erdbau – Lysimeteruntersuchungen unter Laborbedingungen“ wird der Forschungsansatz der großmaßstäblichen Versuche verfolgt, mit dem Ziel die Wirksamkeit von TSM zu beurteilen. Hierzu wurden Lysimeter und eine zugehörige Beregnungseinheit entwickelt. Mit der Anlage wurde ein Instrument geschaffen, um unter vergleichbaren, kontrollierten und zeitgerafften Bedingungen verschiedene Kombinationen aus TSM und Ersatzbaustoffen am Ausschnitt einer Böschung im Maßstab 1:1 zu prüfen. Um klimatische Einflüsse weitestgehend auszuschließen, ist die Anlage in einer Versuchshalle aufgestellt, so dass die Lysimeteruntersuchungen unter gleichbleibenden Laborbedingungen durchgeführt werden können. Die Vorteile der Lysimeteruntersuchungen unter Laborbedingungen liegen in einer gut erfassbaren Wasserbilanz und der Möglichkeit, regelmäßig Wasserproben für die chemischen Untersuchungen zu gewinnen. Zu den Schwächen gehören, dass Umwelteinflüsse und Straßenabfluss nicht berücksichtigt werden und ggf. nicht erfassbare Randeinflüsse vorhanden sind. Zudem sind die Versuchsdauern lang und die Versuche sind betreuungsintensiv. Aufgrund der Abmessungen des Lysimeterkastens sind nicht alle TSM realisierbar. In dieser zweiten Versuchsserie wurden eine Hausmüllverbrennungsasche (HMVA), ein Recycling-Baustoff (RC) ein Gießereirestsand (GRS) und eine Steinkohlenkesselasche (SKA) untersucht. Als TSM wurden drei verschiedene Dränmatten und eine Vergleichsvariante ohne TSM eingesetzt, so dass insgesamt zehn Versuchsreihen durchgeführt worden sind. Die Lysimeterversuche wurden von April 2013 bis Dezember 2016 durchgeführt. Während den 15-wöchigen Versuchsreihen wurde an jedem Arbeitstag das Gewicht des Lysimeters und des Oberflächenabfluss ermittelt. Das Sickerwasser wurde ebenfalls gewogen und analysiert. Während dieser Zeit wurden in jeder Woche ein bis drei Regenereignisse aufgebracht. Abschließend wurde für die Materiealien RC und SKA noch die Sensitivität der Versuchsergebnisse gegenüber der Regenmenge untersucht. Die wesentlichen Erkenntnisse zur Effizienz der technischen Sicherungsmaßnahmen sind: 1. Für alle Materialien lässt sich durch die Verwendung von Dränmatten eine Reduktion der Sickerwassermenge um mindesten 40 % erzielen. 2. Bei der Effizienz der Bauweise kommt es zu einer Überlagerung verschiedener Eigenschaften, wie • den hydraulischen Eigenschaften der Dränmatte sowie • der Wasserdurchlässigkeit, • dem Verdichtungsgrad und • der kapillaren Saugspannung des in der Böschung untersuchten Materials. Die Menge an umweltrelevanten Inhaltstoffen wird von den beiden Faktoren Konzentration im Sickerwasser und Menge des Sickerwassers bestimmt. Der entscheidende Faktor bei den aufsummierten Frachtkurven ist in den meisten Fällen die Sickerwassermenge, diese wird von der TSM beeinflusst. Es ist also möglich, mit einer geeigneten TSM den Austrag von umweltrelevanten Inhaltsstoffen aus einer Straßenböschung zu verringern. In zukünftige Simulationsrechnungen sollten die unterschiedlichen Charaktere der Regen und die Trocknungsphasen berücksichtig werden. Keinesfalls darf von einem gleichmäßigen Dauerregen ohne Trocknungsphasen ausgegangen werden. Es konnte gezeigt werden, dass dies die Menge von Oberflächen- und Sickerwasserabfluss beeinträchtigt. Für eine wirkungsvolle Reduzierung der Sickerwassermenge muss die Bauweise mit dem Material und den Einbaubedingungen abgestimmt werden. Dafür steht mit dem Hallenlysimeter ein Instrument zur Verfügung, das unter vergleichbaren, kontrollierten und zeitgerafften Bedingungen die Beurteilung der Effizienz von TSM erlaubt.