Use of Marginal Materials in Earthwork Engineering – a Contribution to Resource Efficiency

DAkad. Dir. Dr.-Ing. D. Heyer,
Dipl.-Ing. C. Henzinger, München

Im Zusammenhang mit der aktuellen politischen Diskussion über den Ausstieg aus der Atomenergie und der
Förderung der erneuerbaren Energien steht momentan die Energieeffizienz im Vordergrund. Dabei ist ein sehr
wichtiges Thema, und zwar das der Ressourceneffizienz, etwas ins Hintertreffen geraten. Mit Beschluss des
Bundeskabinetts vom 29.2.2012 wurde das sogenannte Ressourceneffizienzprogramm (ProgRess) von der
Bundesregierung eingeführt – ein Programm zur nachhaltigen Nutzung und zum Schutz der natürlichen
Ressourcen. Eine Leitidee dabei ist es, die Wirtschafts- und Produktionsweisen in Deutschland schrittweise
von Primärrohstoffen unabhängiger zu machen, die Kreislaufwirtschaft weiterzuentwickeln und auszubauen.
Mit der Novellierung des Kreislaufwirtschaftsgesetzes wurde die neue 5-stufige Abfallhierarchie aus der
Europäischen Abfallrahmenrichtlinie umgesetzt:
➝ Vermeidung
➝ Wiederverwendung
➝ Recycling
➝ sonstige Verwertung (u. a. energetisch oder Verfüllung)
➝ Beseitigung.
Damit ist die bisher vielfach praktizierte Verfüllung gegenüber der Wiederverwendung und dem Recycling
eine nachrangige Verwertungsform. Dies hat weitreichenden Einfluss auf den Umgang mit mineralischen
Restmassen aus Bautätigkeiten (Bauschutt, Bodenaushub, Straßenaufbruch) und industriellen Nebenprodukten,
da bisher die Verfüllung, z. B. in Gruben und Brüchen, gleichrangig zu anderen Verwertungsmöglichkeiten
war. Um die Ziele des Kreislaufwirtschaftsgesetzes zu erreichen, sind mineralische Restmassen zukünftig in
technischen Bauwerken wiederzuverwenden und, falls erforderlich, durch Recycling für eine Wiederverwendung
aufzubereiten. Am Zentrum Geotechnik wurden im Zusammenhang mit verschiedenen Forschungs- und Bauvorhaben
Untersuchungen an erdbautechnisch schwierigen Böden und Baustoffen durchgeführt, die derzeit
vielfach nicht weiterverwendet, sondern verfüllt oder abgelagert werden, weil Zweifel an ihrer bautechnischen
Eignung bestehen oder eine Verbesserung der bautechnischen Eignung durch Behandlung nicht in Betracht
gezogen wird. In dem Beitrag werden hierfür ausgewählte Beispiele vorgestellt.

As Europe is publicly discussing renewable energies and the withdrawal from the production of atomic energy
another important issue is falling behind in public awareness; the sustainable use of resources is still one of
the major challenges we face in modern society. To meet this challenge the German Administration initiated
a programme (named German Resource Efficiency Program - ProgRess) with the aim of further developing
closed cycle management and thereby making the economy less dependent on primary resources. Principles like
the five-level hierarchy of waste stated in the Waste Management Act reflect this general effort: Prevention
before Preparation for recycling before Recycling before Other types of recovery, particularly use for energy
recovery before Disposal. This hierarchy plays an important role for the handling of marginal soils, recycled
aggregates from demolition waste and industrial by-products, as they often were landfilled or deposited. They
are now required by law to be used in the highest possible level of the given five-level hierarchy. To fulfill this
requirement these materials will have to be used to a considerable extent as building materials for technical
structures or, if necessary, be prepared for reuse. At the Technical University of Munich the use of marginal
soils like organic soils or soils of low consistency, recycled aggregates from demolition waste and industrial
by-products in earthworks was investigated, partly in the context of a broader research effort and partly in
the context of local construction projects. This paper summarizes the experiences and findings of working
with these materials. Special attention is paid to the possibilities of improving the properties of the respective
materials, with selected examples being presented.

Road construction in view of the area of conflict of the circular flow economy and the environmental protection

Dipl.-Ing. R. Hillmann, Bergisch Gladbach

Anforderungen an Straßenbauwerke, an den Umweltschutz und an die Kreislaufwirtschaft konkurrieren in
vielen Bereichen miteinander. Im Gesetzgebungsverfahren werden trotz Abstimmung zwischen den Ressorts
in diesem Spannungsfeld in relevanten Aspekten nicht immer Einigung oder von allen Betroffenen tragbare
Kompromisse erzielt. Diese Feststellung trifft auch auf die Verwertung sogenannter Ersatzbaustoffe zu. An einer
„Verordnung über Anforderungen an den Einbau von mineralischen Ersatzbaustoffen in technischen Bauwerken“
wird unter Federführung des Bundesumweltministeriums seit fast 10 Jahren gearbeitet. Die unterschiedlichen
Interessen von Umweltseite, Wirtschaft und Anwendern bei der Verwertung von Bodenmaterial, RC-Baustoffen
und industriellen Nebenprodukten liegen teilweise im Grundsätzlichen und teilweise im Detail. In dem
Beitrag werden Verwertungswege und -lösungen im Straßenbau aufgezeigt, bei denen die im Straßenkörper
vorhandenen Baustoffe z. B. bei Erhaltungsmaßnahmen oder bei Maßnahmen zur grundhaften Erneuerung
vor Ort wieder eingesetzt werden. Die Betroffenheit des Straßenbaus in dem o. g. Spannungsfeld besteht aber
insbesondere bei Maßnahmen mit Massenüberschuss oder -defizit, also bei der Abgabe von anstehenden Böden
oder gebrauchten Baustoffen aus Straßenbauwerken bzw. beim Einsatz von Bodenmaterial, RC-Baustoffen
oder industriellen Nebenprodukten in Straßenbauwerken. Zum umweltgerechten Einsatz dieser Baustoffe im
Straßenbau sind deshalb in den letzten Jahren vielfältige Forschungsaktivitäten durchgeführt worden oder
laufen noch, weitere Untersuchungen sind geplant. Konzepte und Ziele dieser Aktivitäten werden vorgestellt.

Demands on road construction, environmental flow protection, and the circular economy rival with each other
in many areas. Despite the fact that in Germany, the ministry responsible for a piece of legislation relating to
these areas consults with all relevant ministries as part of the legislative process, the ministries do not always
reach agreement on relevant aspects or arrive at compromises that are acceptable to all parties. This is also true
for the utilization of what are known as ‘substitute construction materials‘. For instance, the Federal Ministry
for the Environment, Nature Conservation, Building, and Nuclear Safety has been working on a ‘Regulation on
the requirements relating to the use of substitute mineral materials in technical civil engineering works‘ for
almost ten years now. The interests of the environmental protection sector, the economy, and users when it
comes to the use of soil material, recycled materials, and industrial by-products can differ both on fundamental
matters and in specific details. This article highlights utilization processes and solutions in the field of road
construction where the construction materials present in the road are recycled on site, e. g. for maintenance
or rehabilitation measures. However, nowhere are the conflicting interests in the field of road construction
so marked as in those cases where there is too much or too little material available, in other words in cases
where soil or construction materials used in road structures are disposed of or in cases where soil material,
recycled material, or industrial by-products are supplied in road structures. In order to ensure that this material
is used in an environmentally sound manner in the field of road construction, several research activities have
either been completed in recent years or are ongoing. Further studies are also planned. This article outlines
the concepts behind and the objectives of these activities.

CD Waste (Construction and Demolition Waste): Circular economy in conflict with groundwater protection, soil protection and climate protection

Dr.-Ing. G. Kohler, Duisburg
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) H. Kurkowski, Soest

Der Umgang mit Recycling-Baustoffen, Industriellen Nebenprodukten und aufbereitetem Bodenmaterial gehört
heute im Rahmen der gesetzlich geforderten Kreislaufwirtschaft bis auf Sonderfälle in den Bereich der
„ungefährlichen Abfälle“ und sollte daher „technisch einfach lösbar sein“. Das Spannungsfeld „Kreislaufwirtschaft
– Grundwasserschutz – Bodenschutz“ und damit die bis heute in Deutschland ungeklärte Frage zu bundesweit
einheitlichen umwelttechnischen Anforderungen für Recycling-Baustoffe lähmen aber seit Jahren die
weitere baustoffliche Entwicklung der Kreislaufwirtschaft bezüglich Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und
der gewünschten hohen Ressourceneffizienz. Ein bundesweit einheitliches Regelwerk lässt seit Jahren auf sich
warten. Es bleibt zu hoffen, dass alle Beteiligten in einem fachbereichsübergreifenden Kompromiss möglichst
bald eine für alle Seiten tragbare, rechtssichere und praktikable Lösung finden. Der neue „Klimaschutz-Impuls“,
der ebenfalls Ressourcenschonung und Ressourceneffizienz zum Nachweis der CO2-Reduzierung fordert, sollte
genutzt werden, um alle Beteiligten aus diesem Stillstand zu befreien. Die materialtechnologischen und bautechnischen
Regeln des Erd- und Straßenbaus sind im Rahmen der FGSV-Regelwerksarbeit hierzu frühzeitig
erarbeitet worden. Quantitative und qualitative Mengensteigerungen sind durch selektiven Rückbau und die
Umsetzung stoffspezifischer Subkreisläufe erzielbar.

Dealing and handling of recycled building materials, industrial by-products and recycled soils today belongs
under the legally circular economy up to special cases to the range of “harmless wastes” and therefore should
“be technically simply solvable”. The area of conflict of “circular economy – protection of groundwater – soil
protection” is up to now unsettled in Germany with respect to nationally standardized environmental requirements
for recycled building materials. This paralizes since years further developments of building materials in
circular economy concerning sustainability, resource conservation and the desired high resources efficiency. A
nationwide uniform set of rules takes time for years. It is hoped that all involved parties in a cross-disciplinary
compromise will as soon as possible find mutually portable, legally secure and workable solutions. The new
“climate protection impulse”, which also calls for resource conservation and resource efficiency for the proof
of CO2 reduction should be used to release all involved from this standstill. The fittings rules and regulations
for material technology and construction parties of earthworks and road construction have been drawn up
for this purpose at an early stage as part of the FGSV rules work. Practicable environmental regulations must
follow immediately. Quantitative and qualitative increase in volume can be achieved by selective retreating
and demolition and implementing material-specific “sub-circular-runs”.
Kreislaufwirtschaft, Grundwasser-, Boden- und Klimaschutz

Load-bearing capacity and water permeability of base courses without binder in Block Pavements

Dr.-Ing. M. Wolf, Dresden

Von besonderer Bedeutung für die Dauerhaftigkeit von Pflasterdecken ist die Qualität der Unterlage. In den
meisten Fällen werden für Pflasterdecken und Plattenbeläge Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) als Unterlage
verwendet. In Deutschland wird seit einigen Jahren ein intensiver Diskurs darüber geführt, welche Anforderungen
an diese ToB unter Pflasterdecken zu stellen sind. Insbesondere die Eigenschaften Tragfähigkeit
und Wasserdurchlässigkeit sind wegen ihrer vermeintlichen Unvereinbarkeit Gegenstand der Diskussionen.
Der Beitrag zeigt, wie ausgehend von der Wasserdurchlässigkeit konventioneller Pflasterdecken eine Anforderung
für die Wasserdurchlässigkeit der Unterlage formuliert werden könnte. Es wird außerdem anhand von
Forschungsergebnissen dargestellt, welche Anforderungen diesbezüglich mit ToB überhaupt erfüllbar sind. Es
wird versucht, einen Zusammenhang zwischen Tragfähigkeit und Wasserdurchlässigkeit von ToB zu finden.

Of particular importance for the durability of pavements is the quality of the base. Unbound granular materials
(UGM) are commonly used as base course for pavements surfaced with concrete blocks or slabs. For a number
of years now, the question of what are the requirements for these UGM has been a matter of debate in Germany.
In particular, the properties load-bearing capacity and water permeability are the subject of discussion
due to their supposed incompatibility. This article shows how the requirements of water permeability for subbases
consisting of UGM can be formulated based on the requirements of water permeability of conventional
pavements. Additionally, based on research results, it is discussed which requirements can be fulfilled by UGM
at all. Finally, an attempt is made to find a correlation between load-bearing capacity and water permeability.
Tragfähigkeit und Wasserdurchlässigkeit von ToB unter Pflasterdecken