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Bäume und Leitungen – Untersuchungen zur Einwurzelung in moderne PVC- und Betonabwasserleitungen ^*
Trees and pipes – Investigation in penetration of tree roots in modern PVC- and concrete sewer pipes
von Don Ridgers, Kaj Rolf und Örjan Stål

Zusammenfassung

Funktionsfähige Abwassersysteme und ästhetische Baumumwelt sind beide wesentliche Elemente des modernen städtischen Aufbaus. Um Schäden durch das Eindringen von Wurzeln in das Kanalsystem effektiver vermeiden zu können, müssen heutzutage die Verantwortlichen in der Stadtplanung und im Städtebau ein höheres Bewusstsein und einen besseren Kenntnisstand entwickeln.

Besonders wichtig sind die Ausgestaltung des Baumstandorts, Unterschiede zwischen Baumarten in Bezug auf ihre Penetrationskraft, kritische Punkte im Abwassersystem, Bedeutung der Baumplatzierung in Relation zu Material, zur Tiefe und zur Verlegungstechnik von Rohrleitungen.

Summary

Functional sewage systems and aesthetic tree environments are both essential elements of modern urban construction. However, during the greater part of the 20th Century, urban environments were designed without regard to how trees and sewage pipes were positioned in relation to each other. The penetration of tree roots into sewage pipes has therefore become a problem that is creating an everincreasing financial burden for urban society.

Tobe more effective at preventing root intrusion into sewage systems, today’s planners and constructors of urban environments must improve their knowledge, be aware of and have an understanding of growing site conditions and their significance, of variations between tree species in their demands on growing site, of vulnerable points in the sewage system, of variations between tree species in their capacity to penetrate vulnerable points of sewage pipelines and of significance of tree placement in relation to the type, depth and placement of pipelines.

1 Einleitung

Sowohl die Funktionalität von Abwassersystemen als auch die Ästhetik städtischer Grünanlagen sind wesentliche Elemente des modernen Städtebaus. Während des weitaus größten Teils des 20. Jahrhunderts wurde jedoch in der Stadtplanung nicht berücksichtigt, in welcher Konstellation zueinander Stadtbäume und Abwasserleitungen positioniert werden sollten. Der Wurzeleinwuchs in Abwasserleitungen ist infolgedessen zu einem Problem geworden, das größere finanzielle Belastungen nach sich zieht. Generell ist das Bewusstsein für die Problematik des Wurzeleinwuchses in Abwassersysteme sowohl bei den Planern im Kanalbau als auch bei den Grünflächenplanern gering. Häufig mangelt es an Wissen um die begrenzte Widerstandsfähigkeit von Rohrleitungen gegenüber Wurzeleinwuchs, kombiniert mit einer unzureichenden Kenntnis der Besonderheiten des Baum- und Wurzelwachstums im urbanen Bereich.

Ältere Arten von Beton- oder Tonröhren sind häufig anfälliger für Wurzeleinwuchs als moderne Leitungen, weil ältere Rohrverbindungen nicht völlig dicht sind. Untersuchungen über den Wurzeleinwuchs in moderne Steinzeug- oder PVC-Leitungen haben jedoch gezeigt, dass auch diese Materialien nicht gänzlich wurzelfest sind. Die Gründe hierfür sind noch nicht völlig geklärt.

Um Schäden durch das Eindringen von Wurzeln in das Kanalsystem effektiver vermeiden zu können, müssen heutzutage die Verantwortlichen in der Stadtplanung und im Städtebau ein höheres Bewusstsein und einen besseren Kenntnisstand insbesondere auf folgenden Gebieten entwickeln:

 Wachstumsbedingungen am Baumstandort (bzw. am Pflanzstandort) und deren Bedeutung – Spezifische Anforderungen der einzelnen Spezies an ihren Standort.

 Anfällige Stellen für Wurzeleinwuchs im Kanalsystem.

 Artspezifische Unterschiede der Bäume in Bezug auf ihre Penetrationskraft von anfälligen Stellen im Kanalsystem.

 Artspezifische Unterschiede der Bäume in Bezug auf das Wurzelwachstum im urbanen Raum.

 Bedeutung des Baumstandorts in Relation zur Art, zur Tiefe und zur Verlegung von Rohrleitungen.

Gute Standortbedingungen für die Bäume verringern das Risiko des Wurzeleinwuchses in die Kanalisation. Wenn gefährdete Bereiche – wie Einstiegsschächte, Rohrverbindungen, Muffen, Materialübergänge und Übergänge zwischen Haupt- und Zuleitungen – geschützt werden und wenn bei der Verlegung der Leitungen besondere Sorgfalt angewandt wird, kann das Risiko noch weiter reduziert werden.

Ziel dieses Beitrags ist es, effektive Lösungen auf zuzeigen und das Verständnis für die Konfliktsituation, in der sich Baumwurzeln und Abwasserleitungen befinden, zu vertiefen.

Das Ziel der aktuellen Planungen ist es, das Problem des Wurzeleinwuchses soweit zu steuern, dass die Abwasser leitungen ihre technische Nutzungsdauer erreichen, d. h. ca. 100 Jahre. Ein gestiegenes Engagement für die Problematik sowie die verstärkte Zusammenarbeit zwischen Kanalbau und Grünflächenplanung haben zu effektiven Lösungen im Konflikt zwischen Leitungen und Bäumen geführt. Dieser Beitrag ist ein Auszug aus dem neuen Bericht, der im Rahmen der COST¹ Aktion C15 unter dem Titel „Verbesserung der Beziehungen zwischen technischer Infrastruktur und Vegetation“, veröffentlicht wurde, einer Gemeinschaftsarbeit zwischen dem Fachbereich Landschaftspflege und Garten bau der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften (SLU), der Thames Water UK, der Stadt Malmö und dem Schwedischen Wasser- und Abwasserverband.

2 Der Konflikt zwischen Baumwurzeln und Rohrleitungen
2.1 Bäume am Stadtstandort

Bäume und Kanalisationsleitungen konkurrieren um den begrenzten Raum, der ihnen im urbanen Bereich zur Verfügung steht – eine Situation, die zu kostenintensiven Konflikten führt. Im täglichen Sprachgebrauch wird jeder Baum im städtischen Umfeld als „Straßenbaum“ bezeichnet. Doch auch ein Straßenbaum ist ein Baum und er stellt dieselben Anforderungen an seinen Wuchsstandort, wie er dies in der freien Natur tun würde. Dieser Umstand wird häufig übersehen bei der Planung von Straßenbäumen. Die Wachstumsbedingungen im urbanen Umfeld unterscheiden sich jedoch erheblich von denen im natürlichen Habitat des Baumes.

Für einen Baum im urbanen Umfeld sind heutzutage die folgenden Wachstumsbedingungen typisch:

 Beschränkte Größe der vorhandenen Baumscheibe bzw. der Pflanzgrube.

 Versiegelte Oberflächen, die zu Sauerstoffunterversorgung und Kohlendioxidvergiftungen im Wurzelbereich führen.

 Reduzierte Oberflächendurchlässigkeit, was zu mangelnder Wasserversorgung führt.

 Fehlen der kontinuierlichen Zufuhr von organischem Material, was zu Nährstoffmangel und einer begrenzten Durchsetzung mit Mikroorganismen und Bakterien im Boden führt.

 Technische Arbeiten, wie Grabungen oder Boden - verdichtungsmaßnahmen im Wurzelraum ziehen direkte Verletzungen nach sich, haben aber auch indirekte Auswirkungen auf den Baum.

Die Folgen solcher Standortbedingungen können sein:

 Ältere Großbäume, bei denen das Baumumfeld verändert oder der Wurzelraum beschnitten wurde, stellen ihr Wachstum ein und sterben langsam ab; oder es kommt durch Verletzungen zu Infektionen mit holzzerstörenden Pilzen im Wurzelbereich mit der Folge, dass die Bäume nicht mehr standsicher sind.

 Neu gepflanzte Bäume haben Probleme beim Anwachsen, sie entwickeln sich schlecht oder sterben ab.

 Der Baum wächst an, hat aber eine reduzierte Lebensdauer.

 Der Baum wächst an und expandiert zum Nachteil der umliegenden unterirdischen Infrastruktur (Wurzeleinwuchs in Abwasserleitungen, etc.).

Im Inneren der Rohrleitungen findet der Baum ein reiches Vorkommen an sonst begrenzten Ressourcen, wie Sauerstoff, Wasser und Nährstoffe; daher werden die Wurzeln, die in die Rohre hinein gewachsen sind, zunächst ein vermehrtes Wachstum zeigen. Durch die Tendenz von Baumwurzeln, sich verstärkt dort zu entwickeln, wo günstige Bedingungen herrschen, haben sie die besondere Fähigkeit, den Weg in die Leitungsgräben zu finden, die oftmals lockeres und gut belüftetes Füllmaterial enthalten. Dort angelangt folgt die Wurzel der Kondensationsfeuchte auf der Rohroberfläche, bis sie auf eine Schwachstelle im Rohrsystem trifft – dies können Risse, Rohrverbindungen oder Spalten an Anschlüssen sein – an denen sie in die Leitung hinein wächst. Sind sie in die Leitung eingedrungen, wachsen die Wurzeln sehr schnell und verursachen Verstopfungen oder Rohrbrüche im Abwassersystem, die durch Rückstau zu Überflutungen von Kellern und Straßen führen können. Dann wird der Konflikt zwischen Rohrleitungen und Baumwurzeln zur Realität (ORVESTEN et al. 2003).

Langfristig kann es durch den Fließwiderstand innerhalb der Rohrleitung zu anaeroben Bedingungen kommen (Abbildung 1), insbesondere in den sich ansammelnden Sedimenten. Dadurch entstehen weniger günstige Bedingungen für das Wurzelwachstum, die dann meist langsam absterben.

Abbildung 1: Durch Sedimente am Boden der Rohrleitung können sich anaerobe Bedingungen entwickeln

Die Kommunikation zwischen den Betreibern der Kanalisationssysteme (z. B. Abwasserverbände) und den Eigentümern der Bäume (z. B. Grünflächen- oder Umweltämter) ist in vielen Bereichen noch immer sehr dürftig (STÅL 1996; STÅL 1998). Es werden nur sehr wenige Mittel bereitgestellt, um Lösungen für diese Konfliktsituationen zwischen Baumwurzeln und Abwasserleitungen zu finden. Bei Abwasserverbänden und Grünflächenämtern ist das gegenseitige Verständnis häufig nur begrenzt und es ist nicht selten, dass sie im Gegenteil viel Mühe darauf verwenden, der jeweils anderen Seite die Schuld zuzuschieben. Diese Situation ist auf die Dauer sehr unbefriedigend und teuer, und es sind die Bürger der entsprechenden Kommune oder Stadt, die die Rechnung für dieses Kommunikationsproblem zahlen müssen.

2.2 Ursachen des Wurzeleinwuchses

Die Erfahrung hat gezeigt, dass die artspezifischen Anforderungen und Charakteristika verschiedener Baumarten in Bezug auf ihren Wuchsstandort von hoher Bedeutung für das Problem der Wurzelschäden an Rohrleitungen sind. In diesem Zusammenhang ist der tatsächliche Standort eines Baumes entscheidend für den Zeitpunkt, zu dem seine Wurzeln mit der umgebenden Infrastruktur in Konflikt geraten, d. h., ob und wann die Baumwurzeln in das Leitungssystem eindringen.

Wenn der Wuchsstandort nicht den artspezifischen Anforderungen des Baumes entspricht, wird diese Zeitspanne verkürzt. Seine Wurzeln werden sich allmählich ihren Weg in die Leitungsgräben bahnen, in denen die Rohrleitungen verlaufen. Das lockere Füllmaterial ist leicht zu durchwurzeln und schließlich wird das Wurzelsystem jede Eintrittsmöglichkeit in die Rohrleitung „gefunden“ haben. Häufig beschleunigt die schlechte Bodenbeschaffenheit am Pflanzstandort den Wurzeleinwuchs. So haben Erfahrungen aus Schweden gezeigt, dass der Pflanzstandort von hoher Bedeutung dafür ist, wie schnell sich Baumwurzeln entwickeln und in eine Leitung vorgedringen. Bei schlechten Standortbedingungen finden die Wurzeln ihren Weg in die Rohrleitungen relativ schnell, bei guten Wachstumsbedingungen am Pflanzstandort geht dieser Prozess hingegen beträchtlich langsamer vonstatten.

2.3 Wie wird das Wurzeleinwuchsrisiko eingeschätzt

Einige Eigenschaften von Bäumen, wie artspezifische Wachstumsrate, Wurzelenergie und Wasserbedarf sind von entscheidender Bedeutung für die Einschätzung des Wurzeleinwuchsrisikos in die umgebende Infrastruktur (ORVESTEN et al. 2003).

Für den Städteplaner ist es daher wichtig, sowohl die Eigenschaften der verschiedenen Baumarten zu kennen als auch die Wachstumsbedingungen am geplanten Pflanzstandort. Bei Baumarten, die feuchte Standorte bevorzugen und eine hohe Wachstumsrate haben, kann man also davon ausgehen, dass diese eine verstärkte Tendenz zum Eindringen in Rohrleitungssysteme zeigen. Es muss allerdings betont werden, dass grundsätzlich alle Baumarten fähig sind, mit ihren Wurzeln in Leitungssysteme einzudringen; es geht hier allein um die Frage des Ausmaßes und des Zeitpunktes, wann dies geschieht. Im Allgemeinen zeigen erwachsene Bäume mit einem großen Kronendurchmesser und entsprechend hohem Wasserbedarf während der Wachstumsperiode das höchste Schadensrisiko durch Wurzeleinwuchs.

2.4 Schwachstellen im Rohrsystem

Ein Kanalisationssystem besteht aus vielen miteinander verbundenen Rohrleitungen. Diese Verbindungen oder Anschlussstellen sind für das Eindringen von Wurzeln besonders anfällig. Es gibt derzeit kein komplettes Rohrleitungssystem, dass garantiert wurzelfest ist. Baumwurzeln sind in der Lage, alle derzeit auf dem Markt erhältlichen Rohrtypen zu durchdringen (STÅL 1995). Durchgehende Grundleitungen halten zwar die Baumwurzeln für die jeweilige Rohrlänge ab, aber sie können trotzdem durch Einstiegsschächte o. ä. in die Leitung eindringen. Es hat sich erwiesen, dass gerade Hausanschlusskanäle oder Einstiegsschächte das Eindringen von Wurzeln in das Kanalsystem begünstigen. Die Übergänge zwischen Rohrleitungen aus verschiedenen Materialien, wie PVC und Beton, sind ebenfalls sehr anfällige Bereiche im Kanalsystem und häufig Eintrittsstellen für Baumwurzeln (ORVESTEN et al. 2003).

Baumwurzeln haben eine bemerkenswerte Fähigkeit, in die kleinsten Zwischenräume vorzudringen und sie zeigen auch eine hohe Sensibilität für potenzielle Nährstoff- und Wasserquellen. Die Wurzeln „testen aus“, wo das Kanalsystem seine Schwachstellen hat und die Wurzelspitzen wachsen dann in undichte Muffenverbindungen, Risse im Rohrmaterial oder in Übergangsbereiche hinein. Mit Übergangsbereich sind sowohl Übergänge zwischen Abwasserleitung und Einstiegsschacht als auch zwischen Hausanschluss- leitung und Grundleitung gemeint.

Baumwurzeln dringen auf unterschiedliche Weise ein, je nachdem, ob die Rohrleitung Schmutzwasser oder Regenwasser führt.

Durch Schmutzwasserkanäle fließt permanent Wasser mit hohem Nährstoffgehalt; gleiches gilt auch für die mancherorts noch vorhandenen Mischwasserleitungen. Dies macht solche Kanäle für Pflanzen besonders anziehend und deshalb befindet sich in Abwasserleitungen häufig auch ein von oben herunter hängender Vorhang von Wurzeln. Wenn an einer Abwasserleitung darüber hinaus an einem Leck Schmutzwasser austritt, bildet sich unterhalb des Lecks ein anaerober Bereich (Abbildung 2), in dem keine Wurzeln wachsen, was aber zu einem vermehrten Eindringen von der Seite und von oben in das Rohr führt, ausgehend von Substrat, das wahrscheinlich entweder feucht oder gesättigt, aber aerob ist. Mit dem Schmutzwasser können ebenfalls Phosphate oder andere Nährstoffe exfiltrieren, die das Wurzelwachstum stimulieren.

Abbildung 2: Im anaeroben Milieu unterhalb des Lecks ist kein Wurzelwachstum möglich

Reine Regenwasserleitungen führen nicht ständig Wasser und können in Perioden mit geringem Niederschlag komplett austrocknen. Daher dringen die Wurzeln häufig von der Unterseite in die Regenwasserleitung ein, da hier die Wachstumsbedingungen für die Wurzeln durch die Restfeuchtigkeit besonders günstig sind.

2.5 Alte und neue Rohrleitungen

Ältere Steinzeugrohre scheinen stärker von Wurzelwachstum befallen zu sein als neuere Rohrtypen. Es ist aber schwierig, den Einfluss der Materialermüdung bzw. des Alters von dem Einfluss der unterschiedlichen Dichtungstechnik in den früher verlegten Rohrverbindungen zu unterscheiden. Umfangreiche Kanalkontrollen mittels Kanal-TV, die bis 1999 in Großbritannien durchgeführt worden sind, haben ergeben, dass 12,5 % aller in Lehmböden verlegten Abwasser rohre und 15,1 % aller in sandigen Böden verlegten Abwasserrohre Wurzeleinwuchs aufwiesen. In fast allen Fällen waren die Wurzeln durch die Rohrverbindungen eingedrungen. Die Rohre wiesen ein durchschnittliches Alter von 80 Jahren auf, wobei einige neu und andere 120 Jahre alt waren.

Sowohl die Dauer der Beanspruchung als auch der Zeitpunkt der Verlegung beeinflussen den Wurzeleinwuchs. Dies bezieht sich hauptsächlich auf die Entwicklung der städtebaulichen Stile (Baumstandorte), auf die verwendeten Rohrverbindungen und auf die Fachkenntnisse der Monteure vor Ort.

Bis in die 60er Jahre des 20. Jahrhunderts war das vorherrschende Verfahren der Rohrverbindung das Abdichten mit Mörtel und Teerstrick (Abbildung 3).

Abbildung 3: Muffe mit Mörtel und Teerstrickdichtung

In den 60er und 70er Jahren ging man zu Elastomerdichtungen über, anfangs mit natürlichem Gummi in Form von Kautschuk-Elastomer-Ringen (Abbildung 4). Aufgrund der begrenzten Haltbarkeit von natürlichem Kautschuk verwendete man später EPDM-Dichtungen, die leichter vor Ort zu verarbeiten waren. Üblicherweise verwendete man Lippendichtringe oder Gleitringdichtungen (Abbildung 5).

Abbildung 4: Muffe mit Gummidichtung

Abbildung 5: Gleitringdichtung bzw. Lippendichtring

Die Hauptkriterien bei der Entwicklung der Dichtungstechnik waren:

 Einfache Handhabung auf der Baustelle

 Dichtigkeit

 Biologische/Chemische Beständigkeit.

Untersuchungen über den Wurzeleinwuchs in moderne Kanalrohre aus Beton oder PVC, wie sie zuletzt in Schweden, in Großbritannien und in Deutschland durchgeführt wurden, haben nahe gelegt, dass auch diese neuen Rohrtypen nicht völlig wurzelfest sind. Diese Vermutung beruht vor allem auf den Forschungsergebnissen aus Schweden (STÅL & ROSENLÖF 1995) und Deutschland (BOERESCH 1996; BENNER-SCHEIDT & SCHMIEDENER 2004) und Dänemark (RANDRUP 2000; RANDRUP et al. 2001). Hierbei wurden Untersuchungen an neuen Kanalrohren durchgeführt, die Wurzeleinwuchs aufwiesen. Diese Ergebnisse, die das ganze Ausmaß des Problems des Wurzeleinwuchses deutlich machen, haben Zweifel daran aufkommen lassen, dass moderne Rohrleitungstypen einen effektiven Schutz gegen Baumwurzeln bieten.

3 Bewertung und Prüfung von Beton- und PVC-Rohren
3.1 Bisherige Prüfverfahren

Früher ging es den Herstellern von Rohrverbindungen darum, wasserdichte Muffen zu produzieren, um Infiltrationen und Exfiltrationen zu verhindern; über das Wachstum von Baumwurzeln oder deren Durchwuchskraft hatten sie keinerlei Erkenntnisse. Einige Hersteller haben zwar in begrenztem Umfang ihre Produkte auf Wurzeldichtheit geprüft, aber diese Tests liefen häufig nur über kurze Perioden (meist 1 Jahr), und die verwendeten Pflanzenarten verhielten sich nicht so wie die Spezies, die in der Praxis die Probleme verursachen. So wurde sehr wahrscheinlich mit Grassorten und Lupinen getestet, während die meisten Wurzelschäden auf Weiden und Pappeln zurück zu führen sind.

Damit ein Prüfverfahren zur Produktionsnorm wird, muss es wiederholbar und einfach in der Durchführung sein. Tests auf Leckdichtigkeit sind simpel durchzuführen und können direkt gemessen werden. Tests auf biologische und chemische Beständigkeit sind schon schwieriger in der Durchführung, aber machbar. Bei Baumwurzeln allerdings gibt es einen beträchtlichen Zufallsfaktor, der eine direkte Auswertung problematisch macht (z. B. Sonnenlicht, Niederschlagsmenge, Temperatur, Stärke der Ursprungspflanze, etc.). Ein weiteres Problem ist das langsame Wachstum der Baumwurzeln.

Folglich gibt es bis heute in keiner technischen Norm für Kanalrohre einen direkten Test auf Wurzeldichtigkeit. Man verlässt sich auf Ersatzkriterien, die geeignet scheinen, um für Wurzeldichtigkeit herangezogen zu werden, hauptsächlich Dichtigkeit, Druckfestigkeit und Kontaktweite der Muffenkomponenten (Tabelle 1).

Die aktuellen technischen Anforderungen an die Druckfestigkeit von Kunststoffmuffen scheinen viel zu niedrig, um das Einwachsen von Wurzeln zu verhindern (BOERESCH 1996).

Man muss daher feststellen, dass die technische Entwicklung auch weiterhin – wie bisher – ohne hinreichende Kenntnis der biologischen Mechanismen erfolgt, die das Wurzelwachstum steuern. Im Laufe der Jahre haben mehrere Forscher nachgewiesen, dass Wurzelspitzen von Pflanzen Axialdrücke von über 2,6 MPa entwickeln können (PFEFFER 1893; TAYLOR & RATLIFF 1969; MATTHECK et al. 1996).

Tabelle 1: Druckfestigkeiten und Weiten nach verschiedenen Normen

Wurzeln sind darüber hinaus in der Lage, ihre Form zu verändern und sich radial auszubreiten, wenn sie auf Widerstand im Boden stoßen. Sie verjüngen sich dabei zunächst, um dann wieder ihre ursprüngliche Stärke zu erreichen (HETTAIRATCHI 1990). Dieses Verhalten konnte bei Versuchen mit Geotextilien als Wurzelsperre beobachtet werden (WAGAR & BAKER 1993, STÅL 1995). In diesen Versuchen reduzierten die Wurzeln ihren Durchmesser drastisch so stark, bis sie durch die feinen Poren der Geotextilien hindurch wachsen konnten, nach dem Hindernis verdickten sich die Wurzeln wieder bis fast auf ihren ursprünglichen Durchmesser. Anzumerken ist allerdings, dass die Tests der maximalen Axialdrücke von Wurzeln im Allgemeinen fast ausschließlich an den Wurzeln von einjährigen Sämlingen durchgeführt wurden und nicht an den Wurzeln erwachsener Bäume.

Es ist also von entscheidender Bedeutung, die Kenntnisse über die Mechanismen, die den Wurzeleinwuchs in Rohrleitungen steuern, zu vertiefen. Zu diesem Zweck hat der Fachbereich Landschaftspflege und Garten bau der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften einen Großversuch angelegt, bestehend aus Beton- und PVC-Rohren und Pappeln (Populus canadaensis var. robusta), die direkt über den Rohren gepflanzt wurden.

3.2 Ziele und Versuchsaufbau

Die Ziele dieses Versuchs waren erstens die Penetrationskräfte der Baumwurzeln zu bestimmen und zweitens wissenschaftlich zu untersuchen, wie effektiv handelsübliche Kunststoffmuffen für Abwasserrohre (aus Beton und aus PVC) einen Wurzeleinwuchs verhindern können. Im Mai 2004 wurde der Versuch beendet und die Rohrleitungen wurden ausgegraben und untersucht. Diese Arbeiten wurden gemeinsam mit Vertretern von Thames Water UK ausgeführt, und zwar im Rahmen der COST Aktion C15 „Verbesserung der Beziehungen zwischen technischer Infrastruktur und Vegetation“.

Von 1994 und 1997 wurden die Abwasserkanäle der Versuchsanlage mit einer Kanalfernsehanlage überprüft und die Bilder dokumentiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen an den Dichtungen und Verbindungen wurden in zwei Kategorien aufgeteilt: eine für Betonrohre und eine für PVC-Rohre. Die Anlage wurde im April 1993 als ein geschlossenes System von 32 m Länge eingebaut. Hierbei wurden Beton- und PVC-Rohre miteinander verbunden (12 Testverbindungen pro Material). Drei PVC- und drei Betonrohrverbindungen wurden als völlig unbeschädigte und einwandfrei verlegte Testverbindungen verlegt, andere wurden bestimmten Drücken ausgesetzt oder beschädigt verlegt, um das Material unter so unterschiedlichen Bedingungen wie möglich zu testen.

Einige Verbindungen waren mit einer weiteren externen Dichtung in Form eines selbstvulkanisierenden Tapes ausgestattet. Die verschiedenen getesteten Verbindungstypen sind in Tabelle 2 dargestellt. Die 1 m langen Rohre wurden gemäß den Schwedischen Verfahrensnormen durch erfahrene Kanalbauer des Wasserverbandes Malmö verlegt. Die Pappeln (Populus canadaensis ‘Robusta’) wurden direkt über jeder Rohrverbindung in Mutterboden gepflanzt und hatten optimale Wachstumsbedingungen (Abbildung 6). Das Wasser zirkulierte in etwa 70 cm Tiefe durch die Rohrleitungen, der Grundwasserspiegel in dem Gebiet stand bei ca. 1 m Tiefe.

Tabelle 2: Testverbindungen im Versuch

Abbildung 6: Versuchsanlage des Fachbereichs Landschaftspflege und Gartenbau der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften in Alnarp

Während der ersten fünf Wachstumsperioden waren die Rohre zu einem Drittel mit Wasser gefüllt, das während der Vegetationsperiode permanent in dem Rohrsystem zirkulierte. Von 1998 bis zum Ende des Versuchs im Jahr 2004 floss das Wasser nicht mehr permanent und es bestand kein konstanter Wasserspiegel mehr. Während dieser Phase war die Versuchsanlage eher als Regenwasserabflusssystem mit variierenden Durchflussmengen und Wasserständen anzusehen.

3.3 TV-Inspektion der Rohrleitungen

Die ersten Kontrollen mittels Kanal-TV wurden nach zwei Wachstumsperioden durchgeführt. Anhand dieser Videoaufzeichnungen konnte nur an einer Stelle eindeutig Wurzeleinwuchs diagnostiziert werden, und zwar an der Übergangsverbindung zwischen Beton und PVC-Rohr. Spätere TV-Kontrollen zeigten Wurzeleinwuchs an verschiedenen Rohrverbindungen, am deutlichsten zu erkennen war dies bei den Verbindungen, die vor der Verlegung manipuliert worden waren, so dass Wurzeln leicht eindringen konnten. Es wurde jedoch auch in einwandfreien und drucklos verlegten Verbindungen Wurzeleinwuchs beobachtet. Dies konnte aber nicht mit 100prozentiger Sicherheit bestätigt werden, so dass diese Beobachtungen mit dem Kommentar „Wurzeleinwuchs vermutet“ dokumentiert wurden.

Ein Grund für die unsichere Diagnose besteht darin, dass bei Rohrreinigungsarbeiten, die vor den TV-Kontrollen im Jahr 1996 und 1997 notwendig geworden waren, sehr wahrscheinlich kleine Wurzeln in den Rohrverbindungen abgefräst und entfernt worden sind. Zu dem Zeitpunkt war das eingedrungene Wurzelwerk so dicht geworden, dass man die Rohre reinigen und die Wurzeln kappen musste, damit der Kameraschlitten die Rohre überhaupt passieren konnte.

Wegen fehlender Forschungsgelder konnten ab 1997 keine TV-Kontrollen mehr durchgeführt und das Leitungssystem konnte nicht mehr konstant mit Wasser geflutet werden. Dies hat wahrscheinlich dazu beigetragen, dass die Rohre anschließend bis zum Ende des Experiments für die Pappelwurzeln nicht mehr so attraktiv waren. Darüber hinaus fanden die Pappeln an ihrem Standort äußerst günstige Wachstums bedingungen mit unbegrenztem Wurzelraum und genügend Wasser und Nährstoffen vor.

3.4 Ergebnisse der Untersuchung nach Ausgrabung der Rohre

Das Ausgraben der Rohre erfolgte per Bagger, unterstützt durch Druckluft, die mittels einer Lanze in das Erdreich gepresst wurde, um die Rohrverbindungen möglichst unbeschädigt bergen zu können. Danach wurden die Rohrverbindungen numeriert und als Ganzes zur späteren Untersuchung ins Labor verbracht. Sie wurden dafür mit Schraubbolzen gesichert, damit sich die Verbindungen während des Transports nicht lösen konnten.

Alle Verbindungen, die vorher manipuliert, eingesägt oder beschädigt worden waren, zeigten Wurzeleinwuchs, was niemanden überraschte. Für die drei einwandfrei verlegten Rohrverbindungen jedes Materialtyps wurden detaillierte Protokolle angefertigt, und zwar nach der Zifferblatt-Ansicht (12.00 Uhr = oben, 6.00 Uhr = unten) aus Querschnittperspektive (Tabelle 3).

Tabelle 3: Zusammenfassung – Einwuchsstellen der Baumwurzeln

Im allgemeinen hatten die Wurzeln, die in die PVC-Rohrverbindungen eingedrungen sind, nur 0,1 bis 0,3 mm im Durchmesser, während die Wurzeln in den Betonrohren meist dicker waren, bis 3 mm im Durchmesser.

Die Rohroberflächen in der Nähe der Verbindungen wurden eingehend auf Defekte, wie z. B. Risse, untersucht, denen die Wurzeln gefolgt sein könnten. In den PVC-Rohren wurden feine Haarrisse innerhalb der Rohrmuffen gefunden, meist parallel zur Rohrachse, aber an keiner dieser Stellen waren Wurzeln eingedrungen. Alle Stellen, an denen Wurzeln eingedrungen sind, waren scheinbar unbeschädigt. Die meisten Wurzeln sind anscheinend der Muffenverbindung (Falz) gefolgt, drei von den zwölf Wurzeln, die in die Rohrverbindung der PVC-Rohre eingedrungen sind, wuchsen jedoch außerhalb der Dichtung.

Die Tatsache, dass am gesamten Rohrumfang Wurzeln eingewachsen sind, zeigt, dass Exfiltration von Abwasser keinen Einfluss auf den Wurzeleinwuchs hat. Von den 17 Einwuchsstellen befanden sich nur 5 unterhalb des Wasserstandes, d. h. in zwölf Fällen sind sie von oben bzw. von den Seiten eingedrungen. Bei der TV-Kontrolle und bei der späteren Untersuchung einiger Rohrverbindungen konnte man die feinen Wurzelhaare, die sich innerhalb und außerhalb der Muffen an die Rohroberfläche angeheftet hatten, genau erkennen. Dies unterstützt die Theorie, dass Kondensationsfeuchte ein wichtiger Faktor ist. Das Auftreten von Kondensationsfeuchte dürfte mit zunehmender Entfernung zur Rohröffnung im Inneren des Rohrs und an der Außenseite immer unwahrscheinlicher werden.

Die Nummerierung der Testverbindungen entspricht im Übrigen ihrer jeweiligen Entfernung vom Rohrende in Metern.

Abbildung 7: Wurzeleinwuchs in Testverbindung B (Beton) – unveränderte Rohrverbindung

Abbildung 8: Wurzeleintritt in Testverbindung E (Beton) – Kanalbett mittig unter der Verbindung um 5 cm angehoben

Abbildung 9: Wurzeleinwuchs in Testverbindung B (PVC-Rohr) – unveränderte Rohrverbindung

4 Aspekte der Stadtplanung

Wurzelschäden an Abwasserkanälen führen zu hohen Kosten für die öffentlichen Kassen. Auch neue Abwasser rohre sind nicht wurzelfest. Es ist nicht immer möglich, Konflikte zwischen Stadtbäumen und Abwasserkanälen zu vermeiden, denn Städteplaner wollen zum einen städtebaulich attraktive Straßen mit Bäumen und viel Grün, gleichzeitig aber auch eine funktionierende Kanalisation (ORVESTEN et al. 2003).

Was ist zu tun? Müssen wir auf das eine oder andere verzichten – d. h., entweder keine Straßenbäume mehr pflanzen oder keine unterirdischen Leitungen mehr verlegen?

Auch in heutigen Bebauungsplänen für urbane Bereiche werden Bäume noch häufig nach ihrer ästhetischen Form ausgesucht und z. B. in von Pflaster umschlossene, nur 1,2 × 1,2 m große Pflanzlöcher eingesetzt, die höher liegen als die umliegenden Flächen und mit Holz- oder Metallgittern versehen werden. Gleichzeitig werden ohne Rücksicht auf bestehende oder zukünftige Vegetation unterirdische Leitungen geplant. Dieses Verhalten führt zu erschwerten Lebensbedingungen für Stadtbäume, was wiederum zu Wurzeleinwuchs und nachfolgend zu Schäden an der unterirdischen Infrastruktur führt.

Planer und Architekten sollten bei ihrer Arbeit mehr Augenmerk darauf richten, gleichermaßen gute Bedingungen für Bäume und für die technische Infrastruktur, in diesem Fall für das Abwassersystem, zu schaffen, so dass ein Konflikt erst so spät wie möglich auftritt; im Idealfall erst zum Ablauf der technischen Lebensdauer der Rohrleitungen. Die technische Lebensdauer eines Abwassersystems beträgt etwa 100 Jahre – und dies sollte auch für einen Baum gelten!

Nach heutigem Wissensstand wird der Zeitpunkt, zu dem Baumwurzeln in ein Kanalsystem eindringen, von folgenden Faktoren bestimmt:

 Welche Baumspezies gibt es an dem betreffenden Standort?

 Wie wird der Baumstandort vorbereitet?

 Wie groß ist der Abstand zwischen Baum und Rohrleitung?

 Welche Präventivmaßnahmen gegen Wurzeleinwuchs werden ergriffen?

 Welcher Rohrtyp, welches Rohrmaterial, welches Verlegeverfahren wird gewählt?

Der Städteplaner bzw. Architekt kann also großen Einfluss darauf nehmen, wann das Problem Wurzeleinwuchs auftritt, indem er beispielsweise folgende Präventivmaßnahmen ergreift:

 Planung von Bäumen nur an Standorten, an denen geeignete Bedingungen herrschen oder geschaffen werden können. Andernfalls Plan aufgeben!

 Geeignete Baumarten nach ihren artspezifischen Anforderungen auswählen.

 Die Baumscheibe bzw. die Pflanzgrube entsprechend den Anforderungen der ausgewählten Baumart gestalten.

 Präventive Maßnahmen vorsehen, wie z. B. Wurzelsperren, um zusätzlich Wurzeleinwuchs zu verhindern, wobei die alleinige Verwendung von Wurzelsperren nicht ratsam ist, da es zum „Blumentopf-Effekt“ kommen kann.

Es konnte nachgewiesen werden, dass der Zeitpunkt des Auftretens von Wurzelschäden verzögert werden kann, wenn der Stadtplaner/Architekt die oben beschriebenen Präventivmaßnahmen an den anfälligsten Stellen des Abwassersystems umsetzt (ORVESTEN et al. 2003).

5 Fallbeispiel: Folgen von Wurzeleinwuchs bei unterschiedlichen Planungsvarianten von Bäumen und Abwasserleitungen (Auszug aus ORVESTEN et al. 2003)

Das folgende Fallbeispiel hat nicht zum Ziel, exakte Maße und Daten zu liefern, vielmehr soll es ein vollständigeres Bild davon geben, welche finanziellen Konsequenzen Planungsentscheidungen, wie Baumwahl oder Standortwahl haben können.

Die vorliegende Analyse der Folgekosten von Wurzeleinwuchs basiert auf einer Kostenkalkulation, die für das Gebiet Vanåsgatan in Malmö, Schweden, erstellt wurde. Wir möchten darauf hinweisen, dass den dargestellten Kurven keine wissenschaftliche Datenbasis zugrunde liegt und dass die verzögernden Wirkungen der unten aufgezeigten Präventivmaßnahmen Schätzwerte darstellen.

Abbildung 10: Der hier abgebildete Baum wurde direkt über einer Regenwasserleitung gepflanzt: Der Rohrdurchmesser ist klein und das Rohr verläuft in einer Tiefe von 2,5 m; die Distanz zwischen Boden des Pflanzbettes und Oberseite des Kanalbetts beträgt nur 1,2 m; das Kanalbett besteht aus lockerem und leicht durchwurzelbarem Substrat (nach ORVESTEN et al. 2003).

Folgende Daten wurden für das Beispiel zu Grunde gelegt:

Pflanzstandort: Horizontale Distanz zwischen Baum und Rohrleitung verändert (s. u.)

Baumumfeld: Gepflasterte Umgebung mit kleinem Pflanzgrubenvolumen (ca. 4 m3)

Baumart (Beispiel): Baumart mit geringer Wurzelenergie (z. B. Holländische Linde (Tilia × europaea)) Geschätzte Baumlebensdauer: 150 Jahre

Rohrtyp: Regenwasserleitung aus Beton, Ø 400 mm

Geschätzte technische Lebensdauer: 100 Jahre

Rohrtiefe: 2,5 m

Alternative 1: Diese Kurve zeigt die tatsächlichen Kosten für das Projekt Vanåsgatan in Malmö mit der Spezies Silberweide (Salix alba), einer Pionierart mit hoher Wurzelenergie. Diese Kurve wurde hier als Basis für die Prognoserechnung herangezogen. Sie wird durch den Effekt verschiedener Präventivmaßnahmen in der Zeit verschoben (Alternativen 2 und 3). Wurzelprobleme traten in Vanåsgatan nach etwa 40 Jahren auf (ROLF & STÅL 1994).

Abbildung 11: Hier wurden dem Baum drei verschiedene Standorte zugewiesen: Durch eine vergrößerte Distanz wird der Zeitpunkt des Wurzeleinwuchses nach hinten verschoben; wenn horizontale und vertikale Wurzelsperren verlegt werden, wird dieser Zeitpunkt noch weiter nach hinten verschoben (nach ORVESTEN et al. 2003)

Alternative 2: Der Planer hat einen Baum mit geringer Wurzelenergie (Tilia × europaea) direkt über die Rohrleitung platziert ohne jegliche Präventivmaßnahmen. Dies führt zu raschem Wurzeleinwuchs, so dass das Wurzelproblem nach etwa 45 Jahren akut wird. Kanalsanierung und Baumverpflanzung oder Neuanpflanzung müssen erfolgen. Die ursprüngliche Investition hat eine kürzere Laufzeit, also höhere Kosten pro Zeiteinheit

Alternative 3: Bei dieser Variante hat der Planer vorgesehen, den Baum mit einer horizontalen Distanz von 2 m zur Rohrleitung zu pflanzen; Präventivmaßnahmen werden ergriffen. Weiterhin entscheidet sich der Planer für eine optimierte Pflanzgrube mit überdurchschnittlich großem Volumen von mindestens 10 m³ (verfüllt mit grobem Substrat, sofern erforderlich). Der erwartete Zeitpunkt des Wurzeleinwuchses wird weiter nach hinten verschoben.

Alternative 4: Der Planer hat hier die Möglichkeit, eine noch größere Distanz von 3 m zu wählen; alle anderen Faktoren entsprechen denen der Alternative 3.

Kommentar: Die Wahl des Baumstandortes und die Anwendung von Präventivmaßnahmen haben auf die Entwicklung künftiger Kosten entscheidenden Einfluss. Durch das Einhalten einer möglichst großen kritischen Distanz können Investitions- und Unterhaltungskosten gesenkt werden.

Der geschätzte Zeitpunkt des Wurzeleindringens wird noch weiter in die Zukunft versetzt. Diese Alternative verursacht die geringsten Investitions- und Unterhaltungs kosten pro Zeiteinheit.

Zusammenfassung der Beispiele

Stadtplaner haben unter bestimmten Umständen die Möglichkeit, das Problem des Wurzeleinwuchses hinauszuzögern und damit die Unterhaltskosten zu senken. Die Planungsparameter, die direkten Einfluss auf den Zeitpunkt des Wurzeleindringens haben, sind: Wahl der Baumart, Rohrtyp, Rohrdurchmesser, Standortbedingungen, standortverbessernde Maßnahmen, Distanz zwischen Baum und Rohrleitung und Wahl der Wurzelsperre. Die Graphik aus Abbildung 12 wird in Tabelle 4 zusammengefasst.

Abbildung 12: Finanzielle Auswirkungen der Platzierung von Bäumen in die Nähe von Abwasserleitungen (alternative Standortwahl, Wurzelsperre, etc.) (nach ORVESTEN et al. 2003)

Kommentar: Kleine Rohrdurchmesser sind erheblich anfälliger für Wurzeleinwuchs, daher sind in diesen Fällen die Baumwahl, die Standortfrage und Präventivmaßnahmen besonders wichtig. Daher müssen die Auswahl der geeigneten Baumspezies, der richtige Pflanzstandort, etc. sehr viel sorgfältiger durchgeführt werden, als dies bisher meist der Fall war. Dann kann Wurzeleinwuchs verhindert oder deutlich verzögert werden. Rohre mit kleinem Durchmesser verstopfen schnell, wenn die Wurzeln einmal eingedrungen sind, und die Situation kann rasch akut werden. Wenn ein Baum in nächster Nähe zu einem dünnen Rohr steht, ist die Gefahr des Wurzeleinwuchses extrem hoch, selbst wenn Wurzelsperren verlegt wurden und die richtige Baumart ausgewählt wurde. Daher sind bei solchen Planungen die das Baumwachstum bestimmenden Parameter, wie Pflanzgrubenvolumen und andere Standortbedingungen zu berücksichtigen, um Wurzeleinwuchs zu verhindern oder zu verzögern.

Tabelle 4: Bedeutung des Rohrdurchmessers für den Wurzeleinwuchs

Die Wahl der präventiven Maßnahmen muss auch in Abhängigkeit von der jeweiligen Baumart, den Standortbedingungen und dem Rohrtyp (nach ORVESTEN et al. 2003) erfolgen

Literatur

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Autoren

Bsc. Eng. Don Ridgers arbeitete 2005 bei Thames Water, Großbritannien und verfügt über eine 30jährige Erfahrung in der Wasserindustrie; sein Hauptarbeitsgebiet ist die Kanalisation.

Agr. Lic Kaj Rolf war 2005 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften (SLU) und hat dort den Komplex Boden und Wurzeln bearbeitet.

Dipl. Ing. Örjan Stål hat zeitweise ebenfalls als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der SLU gearbeitet und war 2005 bei der Firma SWECO VBB AB beschäftigt.

Kontakt: Orjan.stal@viosab.se

^* Nachdruck aus/Reprint from Jahrbuch der Baumpflege 2005

¹ COST = Coopération européenne dans le domaine de la recherche scientifique et technique = Europäische Zusammenarbeit auf dem Gebiet der wissenschaftlichen und technischen Forschung