Gewässer im GaLaBau: Wo sich Abdichtungen, Wurzeln und Rhizome begegnen

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Abb. 1: Versuchsanlage für die Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der Rhizomfestigkeit von Gewässerabdichtungen. Fotos: Martin Jauch

Bei künstlichen Gewässern zählen nicht nur das äußere Erscheinungsbild, sondern zugleich die inneren Eigenschaften, die eine dauerhafte Funktion des Gewässers sicherstellen. Eine grundsätzliche Voraussetzung ist dabei eine zielgerichtet an die Erfordernisse angepasste, beständige Abdichtung, soll das Gewässer nicht zum Fass ohne Boden werden. Das gilt im wörtlichen wie übertragenen Sinn, da die Sanierung einer defekten Gewässerabdichtung meist erheblichen Kosten nach sich zieht.

Es ist hinlänglich bekannt, dass bei Gewässerabdichtungen nicht nur mit einer physikalischen und chemischen Beanspruchung (zum Beispiel Dehnung, Hydrolyse), sondern auch mit einer zum Teil beidseitigen und hohen biomechanischen Belastung durch Wurzeln und Rhizome (unterirdische Sprossausläufer) zu rechnen ist. Dennoch werden bei der Abdichtung von Gewässern häufig Teichfolien verbaut, deren Qualität insbesondere im Hinblick auf Wurzel- und Rhizomfestigkeit kaum hinterfragt wird. Bestenfalls werden die Abdichtungen ohne Nahtverbindungen in einem kurzen, kleinformatigen Test nach DIN CEN/TS 14416 (vormals DIN 4062, "Lupinentest")¹ auf ihren Widerstand gegen Wurzeldurchdringungen geprüft (Tab .1). Allerdings wird diese Testmethode in Fachkreisen seit über 20 Jahren als wenig aussagekräftig bzw. unzureichend angesehen.²

Prüfung von Gewässer-abdichtungen auf Wurzel- und Rhizomfestigkeit

Auch wenn zahlreiche langjährige Erfahrungswerte beispielsweise zu hochwertigen PVC-P- und EPDM-Bahnen vorliegen, gilt es Folgendes zu bedenken: Bahnen aus dem gleichen Werkstoff können sich deutlich in ihrer Rezeptur (zum Beispiel Art und Menge der beigemengten Füllstoffe) unterscheiden, die wiederum von Zeit zu Zeit vom Hersteller verändert wird. Die hieraus resultierende Bandbreite bei den chemischen und physikalischen Eigenschaften ist beachtlich.³ Sie machen sich auch beim Widerstand gegen Wurzel- und Rhizomdurchdringungen bemerkbar. Die alleinige Werkstoffbezeichnung sagt daher wenig über die Eigenschaften einer Bahn und deren Eignung zur Gewässerabdichtung aus. Zudem bieten sich neue, im Vergleich zu PVC-P wesentlich umweltfreundlichere Werkstoffe an, wie zum Beispiel flexible Polyolefine (FPO), zu denen es noch keine langjährigen Erfahrungswerte gibt. Daher ist die rein empirisch begründete Auswahl einer Gewässerabdichtung problembehaftet - und heutzutage in einem anderen, mindestens ebenso sensiblen und schadensträchtigen Bereich, der Dachbegrünung, undenkbar.

Vorbild Dachbegrünung

Bereits 1990 wurde das Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstandes gegen Wurzeln nach der damaligen DIN 4062 aufgrund seiner geringen Aussagekraft als nicht anwendbar für Dachabdichtungen befunden.4 Es wurde ersetzt durch das 1984 entworfene, inzwischen mehrfach überarbeitete und dabei aktualisierte "Verfahren zur Untersuchung der Wurzelfestigkeit von Bahnen und Beschichtungen für Dachbegrünungen" der FLL (Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V.).5 Dieses auf eine hohe Beanspruchung der Bahnen durch Pflanzenwurzeln und -rhizome ausgerichtete Prüfverfahren dient dazu, vegetationsbedingte Schäden der Wurzelschutzbahn bzw. der wurzelfesten Dachabdichtung in der Praxis auszuschließen.

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Tab. 1: Zusammenfassende Gegenüberstellung von Prüfverfahren zur Bestimmung des Wurzel- bzw. Rhizomwiderstands von Abdichtungen. Fotos: Martin Jauch

Das Verfahren unterscheidet sich ganz wesentlich von der DIN 4062/DIN CEN/TS 14416, indem es mit einer großflächig angelegten, zwei Jahre dauernden Prüfung mit wurzel- und rhizomaggressiven Pflanzenarten (Pyracantha coccinea (Feuerdorn) und Agropyron repens (Quecke)) beabsichtigt strenge Maßstäbe anlegt (s. Tab 1). Das FLL-Verfahren hat sich sehr gut in der Praxis eingeführt und besitzt eine hohe Relevanz und Akzeptanz bei Herstellern von Dachdichtungs- und Wurzelschutzbahnen, Planern und ausführenden Betrieben. Der weltweit hohe Stellenwert des Verfahrens lässt sich auch durch die große Anzahl der bereits durchgeführten und der noch laufenden Prüfungen dokumentieren: allein am Institut für Gartenbau der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) haben bislang 87 Produkte (aus nahezu ganz Europa, sowie aus Singapur, der Türkei und den Vereinigten Arabischen Emiraten) die Untersuchung erfolgreich abgeschlossen. Bei 38 Produkten (rund 30 % aller geprüften Produkte) war das Testergebnis negativ. Das FLL-Verfahren wurde 2006 in reduzierter Form als Europäische Norm (EN 13948)6 übernommen.

Bei erfolgreichem Durchlaufen der Prüfung wird dem Produkt die Wurzelfestigkeit und die Rhizomfestigkeit gegen Quecke attestiert. Einschränkend wird darauf hingewiesen, dass das Ergebnis einer geprüften Bahn nicht übertragbar ist auf den Ein- und Durchdringungswiderstand gegen Pflanzen mit starkem Rhizomwachstum (z. B. Bambus- und Chinaschilf-Arten). Bei Verwendung derartiger Pflanzenarten werden über den befundenen Ein- und Durchdringungsschutz hinausgehende bauliche Vorkehrungen und besondere Pflegemaßnahmen gefordert.

Übertragung auf Gewässerabdichtungen?

Es liegt einerseits nahe, das bei Dachabdichtungen bewährte Verfahren auch zur Prüfung von Gewässerabdichtungen heranzuziehen, wie dies auch vom FLL-Regelwerksausschuss (RWA) "Abdichtung von Gewässern" empfohlen wird, wenn dauerhaft nur eine geringe Beanspruchung der Gewässerabdichtung (keine Einwirkung von Pflanzen mit starkem Rhizomwachstum, wie z. B. Schilf) gegeben ist. Andererseits liegen die Grenzen des Verfahrens klar auf der Hand, da es keine Übertragung des Ergebnisses auf Pflanzen mit starkem Rhizomwachstum, wie zum Beispiel Schilf zulässt. Der RWA hat daher die Prüfung nach diesem Verfahren lediglich als Mindestanforderung an die Wurzel- und Rhizomfestigkeit einer Abdichtung definiert. Für die Prüfung der Rhizomfestigkeit von Gewässerabdichtungen, die in engem Kontakt zu rhizombildenden Pflanzen mit hohem Aggressivitätspotenzial stehen, war bislang keine standardisierte Methode verfügbar. Folgerichtig wurde daher vom RWA, aber auch von Abdichtungsherstellern sowie Planern und Nutzern von künstlichen Gewässern angeregt, diese Lücke mit der Entwicklung eines geeigneten Verfahrens zur Bestimmung der Rhizomfestigkeit von Gewässerabdichtungen zu schließen.

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Abb. 2: Rhizom-Durchdringungen der verwendeten Pflanzenarten nach zwei Jahren bei PYE, EPDM und PVC-P. Fotos: Martin Jauch
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Abb. 3: Rhizome von Zizania caduciflora (Kanadischer Reis) mit relativ geringem Aggressivitätspotenzial. Fotos: Martin Jauch
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Abb: 4: Rhizomdurchdringung von Cyperus longus (Zyperngras) bei einer 1 mm dicken EPDM-Folie. Fotos: Martin Jauch
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Abb. 5: Rhizomdurchdringung von Phragmites australis (Schilf) bei einer 0,8 mm dicken PVC-P-Folie. Fotos: Martin Jauch

Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung der Rhizomfestigkeit von Gewässerabdichtungen

Das Verfahren beruht im Wesentlichen auf Erkenntnissen aus zahlreichen Versuchen mit unterschiedlichen Dichtungsbahnen und verschiedenen Pflanzenarten, die an der HSWT durchgeführt wurden. Wesentlicher Bestandteil der praxisorientierten Forschungsarbeiten war es, die Rhizom-Aggressivität bestimmter Testpflanzenarten (Phragmites australis (Schilf), Zizania caduciflora (Kandischer Reis), Cyperus longus (Zyperngras), Schoenoplectus lacustris (Binse), Pleioblastus pygmaeus var. distichus (kleinwüchsiger, bodendeckender Bambus) und Agropyron repens (Quecke)) unter Gewächshausbedingungen über zwei Jahre zu prüfen. Quecke wurde dabei in Kombination mit Feuerdorn (Pyracantha coccinea) verwendet, womit ähnliche Prüfbedingungen wie beim FLL-Prüfverfahren für Dachabdichtungen eingestellt wurden.

Die Rhizome der in Großgefäßen kultivierten Testpflanzen (Abb. 1) konnten dabei pro Gefäß auf ca. 2,1 m² Fläche und rund 5 m Nahtstrecke der folgenden drei Abdichtungen einwirken:

  • Polymerbitumen-Bahn, mit Wurzelhemmstoff, 5 mm (PYE),
  • Synthesekautschuk-Folie, 1,0 mm (EPDM) und
  • Polyvinylchlorid-Folie, 0,8 mm (PVC-P).

Je Abdichtungsmaterial kamen insgesamt 24 Gefäße zum Einsatz (jeweils vier Gefäße, bepflanzt mit einer der sechs Pflanzen-Arten).

Bei der Auswertung der Bahnen bzw. Folien nach zwei Jahren zeigten sich insgesamt 66,9 bzw. 27,6 Durchdringungen/m², bewirkt von Pleioblastus pygmaeus bzw. Phragmites. australis. Betroffen davon waren alle geprüften Abdichtungsmaterialien (PVC-P 0,8 mm, EPDM 1,0 mm und PYE 5 mm). Rhizome von Z. caduciflora von C. longus erzielten nur 1,8 bzw. 0,6 Durchdringungen/m² (bei EPDM und PYE), während S. lacustris bei den geprüften Materialein weder Ein- noch Durchdringungen bewirken konnte (Abb. 2-5).

Bei A. repens in Kombination mit P. coccinea wurden 8,5 von Rhizomen verursachten Perforationen/m² festgestellt (bei EPDM und PYE), während es den Gehölzwurzeln nicht gelungen war, die getesteten Produkte zu beschädigen, die sich somit durchgängig als wurzelfest, aber nur zum Teil als rhizomfest erwiesen haben.

Aufgrund der stark unterschiedlichen Wurzel- bzw. Rhizom-Aggressivität der geprüften Pflanzenarten war unverkennbar, dass der Auswahl einer Pflanzenart als funktionaler Bestandteil eines aussagekräftigen Prüfverfahrens eine besondere Bedeutung zukommt. Die hier nur auszugsweise dargestellten Ergebnisse der Forschungsarbeiten wurden 2007 auf der 44. Gartenbauwissenschaftlichen Tagung präsentiert,7 anschließend dem FLL-Regelwerksausschuss vorgestellt und in diesem Expertenkreis diskutiert. Gemäß der Zielsetzung, sehr hohe Anforderungen an die Widerstandsfähigkeit von Gewässerabdichtungen zu stellen, wurde vom RWA Phragmites australis (Schilf) als für das Verfahren geeignete rhizombildende Testpflanzenart gewählt. Darüber hinaus wurden alle weiteren wesentlichen Parameter zur Prüfung von Gewässerabdichtungen festgelegt.

Kurzbeschreibung des Verfahrens zur Bestimmung der Rhizomfestigkeit von Gewässerabdichtungen

Das Prozedere lehnt sich so weit wie möglich an das allgemein anerkannte FLL-Verfahren zur Untersuchung der Wurzelfestigkeit von Bahnen und Beschichtungen für Dachbegrünungen an. Insbesondere wurden dessen beabsichtigt strenge Maßstäbe bei der neuen Testmethode berücksichtigt und den spezifischen Gegebenheiten der Gewässerabdichtungen angepasst. In acht Großgefäßen (800 x 800 x 350 mm) wird der Durchdringungswiderstand von Gewässerabdichtungen gegenüber einwirkenden Schilf-Rhizomen (Phragmites australis) unter standardisierten Bedingungen geprüft. Die zwei Jahre dauernde Prüfung findet in einem klimatisierten Gewächshaus statt (Temperatur tagsüber 18 ±3 °C, nachts 16 ±3 °C). Von dem zu prüfenden Abdichtungsmaterial werden pro Gefäß jeweils zwei Prüfmuster eingebaut. Das äußere Prüfmuster, versehen mit Längsnähten, Ecknähten und zwei T-Nahtstößen wird unmittelbar am Gefäß anliegend (das heißt mit festem Widerlager) angebracht. Die rund 1,1 m² große Fläche des Prüfmusters ist nur mit einer Seite den Rhizomeinwirkungen ausgesetzt. Das innere Prüfmuster mit zwei Längsnähten und gefalteten Ecken ist allseitig umgeben von Substrat (das heißt Einbau ohne festem Widerlager), wird um 45° zum äußeren Teilstück versetzt eingebaut (Abb. 6 und 7). Die rund 0,5 m² große Fläche des Prüfmusters kann von zwei Seiten von Rhizomen attackiert werden, das heißt die effektiv geprüfte Fläche liegt bei ca. 1,0 m². Weitere drei Gefäße gehen ohne die zu prüfende Abdichtung in die Prüfung. Sie dienen als Kontrolle für das Pflanzenwachstum.

Durch eine dünne Vegetationstragschicht (gewaschener Sand 0-4 mm), eine dichte Bepflanzung (acht Schilfpflanzen pro Gefäß mit einer Grundfläche von 0,64 m²), eine maßvolle Düngung und günstige Wachstumsbedingungen wird ein gewünschter, hoher Rhizomdruck auf die zu prüfende Abdichtung erzeugt. Zum Ende der Prüfung wird die Vegetationstragschicht entnommen und die Abdichtung auf ein- und durchgedrungene Rhizome überprüft. Ein Produkt gilt als rhizomfest, wenn in allen Prüfgefäßen nach Ablauf der Prüfdauer keine Rhizomeindringungen und -durchdringungen festzustellen sind. Voraussetzung ist zudem, dass die in der Prüfung verwendeten Pflanzen in den Prüfgefäßen im gesamten Prüfungsverlauf eine ausreichende, mit den Kontrollgefäßen vergleichbare Wuchsleistung erbracht haben. Aufgrund der oben erwähnten Untersuchungen kann aus der nach diesem Verfahren festgestellten Rhizomfestigkeit auch auf die Wurzelfestigkeit des geprüften Produktes für Gewässerabdichtungen geschlossen werden.

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Abb. 6: Schematischer Aufbau der Versuchsgefäße (800 x 800 x 350 mm), Ansicht von oben.
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Abb. 7: Schnitt A-B durch die Versuchsgefäße. Fotos: Martin Jauch

Auch bei diesem Verfahren gilt einschränkend, dass das Ergebnis der geprüften Werkstoffe nicht übertragbar ist auf den Ein- und Durchdringungswiderstand gegen Pflanzen mit extrem starkem Rhizomwachstum, wie Bambus-Arten. Bambus-Rhizome übertreffen Schilf-Rhizome in ihrer Aggressivität deutlich. Dies gilt auch für Arten mir geringer Wuchshöhe, wie beispielsweise Pleioblastus humilis var. pumilus, und Pleioblastus pygmaeus var. distichus, deren zerstörerische Wirkung auf Abdichtungen meist unterschätzt wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass herkömmliche Wurzelschutzfolien und -bahnen gegen Durchdringungen von harten und zum Teil nadelspitzen Bambus-Rhizomen keinen ausreichenden Widerstand bieten. Dies gilt auch für hochwertige PVC-P-Bahnen mit einer Dicke von 2 mm.8

Das Prüfverfahren ist Bestandteil der "Empfehlungen für Planung, Bau und Instandhaltung von Abdichtungssystemen im Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau" (FLL, 2005, Anhang 12/2008).9

Bisherige Testergebnisse

Bislang wurden drei PVC-P-Bahnen in einer Dicke von 1,2 beziehungsweise 1,5 mm nach dem FLL-Verfahren zur Bestimmung der Rhizomfestigkeit von Gewässerabdichtungen geprüft. Zwei Bahnen erfüllten die sehr hohen Anforderungen des Testverfahrens, das heißt sie zeigten bei der Auswertung keine Beschädigung durch ein- oder durchgedrungene Schilf-Rhizome. Bei der dritten Bahn war ein Rhizom am Nahtstoß zwischen die beiden Schichten der duplierten Bahn eingedrungen und rund 30 cm im Bahnenmaterial weitergewachsen (Abb. 8). Somit stehen derzeit erst zwei getestete Produkte für die Gewässerabdichtung zur Verfügung, die sich auch bei dauerhaft hoher Beanspruchung als widerstandsfähig gegen Rhizome erwiesen haben. Weitere zwei Teichabdichtungen (PVC-P, 0,8 mm) wurden nach dem FLL-Verfahren zur Untersuchung der Wurzelfestigkeit von Bahnen und Beschichtungen für Dachbegrünungen erfolgreich auf Wurzelfestigkeit und Rhizomfestigkeit gegen Quecke geprüft und erfüllen somit die von der FLL definierten die Mindestanforderung an die Wurzel- und Rhizomfestigkeit einer Abdichtung.

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Abb. 8: Rhizom-Eindringung zwischen die beiden Schichten einer duplierten, 1,5 mm dicken PVC-P-Bahn. Fotos: Martin Jauch

Fazit

In Abhängigkeit von der Pflanzenauswahl und der Bauweise ist bei Gewässerabdichtungen zum Teil mit einer beidseitigen und hohen biomechanischen Belastung durch einwirkende Wurzeln und Rhizome zu rechnen. Es wäre daher wünschenswert, könnte man bei der Anlage eines künstlichen Gewässers auf Abdichtungsmaterialien zurückgreifen, die nach einem standardisierten Verfahren auf ihren Widerstand gegen Wurzel- und Rhizomdurchdringungen geprüft wurden.

Der zu diesem Zweck mitunter herangezogene Test nach CEN/TS 14416 (DIN 4062) ist wenig aussagekräftig, auch weil er aufgrund der festgelegten Testpflanzenart (Bitterlupine) die Einwirkung von Rhizomen nicht berücksichtigt.

Ein wesentlich strengerer Test, der auf eine hohe Beanspruchung der zu prüfenden Abdichtungen durch Pflanzenwurzeln und -rhizome ausgerichtet ist, steht mit dem FLL-Verfahren zur Untersuchung der Wurzelfestigkeit von Bahnen und Beschichtungen für Dachbegrünungen seit nahezu 30 Jahren zur Verfügung und wird in diesem Bereich auch erfolgreich angewandt. Dieses bei Dachabdichtungen bewährte Verfahren kann auch zur Prüfung von Gewässerabdichtungen herangezogen werden, wenn dauerhaft nur eine geringe Beanspruchung der Gewässerabdichtung gegeben ist. Allerdings ist das Ergebnis einer geprüften Abdichtung nicht übertragbar auf den Ein- und Durchdringungswiderstand gegen Pflanzen mit starkem Rhizomwachstum, wie zum Beispiel Schilf.

Ein spezielles, auf höhere Beanspruchung der Gewässerabdichtung ausgelegtes Prüfverfahren mit Schilf als Testpflanzenart steht seit 2008 zur Verfügung. Es ermöglicht mit seinen strengen Maßstäben eine aussagekräftige Bewertung der am Markt befindlichen bzw. weiterzuentwickelnden Produkte. Damit kann die Sicherheit bei der Planung und Ausführung von künstlichen Gewässern wesentlich erhöht werden. Die ersten Abdichtungsbahnen haben diesen Test bereits erfolgreich durchlaufen.

Literatur

1) DIN CEN/TS14416: 2006-1 Geosynthetische Dichtungsbahnen - Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstandes gegen Wurzeln (vormals DIN 4062)

2) Fischer, P., Meinken, E.: Durchwurzelungsfestigkeit von Dachbahnen, Bundesbaublatt 38, Nr.8, S. 412-417, Bauverlag, Gütersloh,1989

3) Ernst, W., M. Jauch, W. Spaniol, M. Burkhardt: Dachabdichtung-Dachbegrünung, Teil VI Abdichtungen - Über 100 Produkte im direkten Qualitätsvergleich, Eigenverlag, Pullach, 2009

4) FLL: Richtlinie für die Planung, Ausführung und Pflege von Dachbegrünungen, Bonn, 1990

5) FLL: Verfahren zur Untersuchung der Wurzelfestigkeit von Bahnen und Beschichtungen für Dachbegrünungen (Anhang 3 der Richtlinie für die Planung, Ausführung und Pflege von Dachbegrünungen), Bonn, 2008

6) DIN EN 13948: 2006-7 Abdichtungsbahnen - Bitumen-, Kunststoff- und Elastomerbahnen für Dachabdichtungen - Bestimmung des Widerstandes gegen Wurzelpenetration

7) Jauch, M., P. Kiermeier, P. Fischer, E. Meinken: Entwicklung eines Prüfverfahrens zur Bestimmung des Widerstands von Gewässerabdichtungen gegen Rhizome, BHGL-Tagungsband 25, S. 43, Erfurt, 2007

8) Jauch, M.: Bambus auf dem Dach - Möglichkeiten und Grenzen, Tagungsband, 10. Internationales FBB-Gründachsymposium, Fachvereinigung Bauwerksbegrünung, Ditzingen, 2012

9) FLL: Verfahren zur Bestimmung der Rhizomfestigkeit von Gewässerabdichtungen (Ergänzung zu den FLL-Empfehlungen für Planung, Bau und Instandhaltung von Abdichtungssystemen für Gewässer im Garten-, Landschafts- und Sportplatzbau), Bonn, 2005/2008

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