620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Das Stabilitätsproblem eines radial elastisch gebetteten Kreisringes unter gleichmäßiger Temperaturerhöhung wird mit der klassischen Stabilitätstheorie einer geometrisch nichtlinearen Theorie und durch Versuche untersucht. Die Ergebnisse für die kritische Temperatur, das Verhalten im überkritischen Bereich und den Einfluss von Vorverformungen werden in Diagrammen in Abhängigkeit von den Steifigkeitsparametern angegeben. In Versuchen mit starr und elastisch gebetteten Hostaphan-Ringen werden die Vorverformungen systematisch variiert.
Im Rahmen eines USA-Praxissemesters der erstgenannten Autorin an der Tulane University in New Orleans wurden im Jahr 1995 in Zusammenarbeit mit Pipe Liners, Inc. Außendruckversuche an PE-HD-Linern durchgeführt. Bei diesen Versuchen sollte der maximale Beuldruck unter Variation von Randbedingungen des Liners im Altrohr (hier: Längsversatz und Ovalisierung) ermittelt werden. Außerdem war die Ermittlung des Zeitstandverhaltens der mit konstantem Außendruck beaufschlagten Versuchskörper ein wichtiges Versuchsziel. Die experimentellen Ergebnisse werden unter Verwendung der vom Zweitverfasser entwickelten nichtlinearen Theorie ausgewertet.
Statische Berechnung von Abwasserkanälen und -leitungen nach ATV-DVWK-A 127, 3. Auflage 08.2000
(2001)
Mit der 3. Auflage des Arbeitsblattes ATV-DVWK-A 127 vom August 2000 werden die folgenden Ziele verfolgt: Für den Rohrleitungsbau wichtige Neuentwicklungen werden berücksichtigt, z. B. neue Werkstoffe, profilierte Rohre, Erweiterung auf Druckentwässerungen usw. Zwar ist damit auch der Umfang der Vorschrift angewachsen, die Änderungen bleiben jedoch auch bei Handrechnungen überschaubar und plausibel. Beispiele sind die Abminderungsfaktoren beim Beulnachweis oder die einfach zu ermittelnden Vergrößerungsfaktoren, wenn ein nichtlinearer Nachweis geführt werden muss. In der Praxis sind Berechnungen mit dem PC üblich - dort fällt der Mehraufwand nicht ins Gewicht. Neben den gewohnten Handrechenverfahren (also die Verwendung von Beiwerten und geschlossenen Formeln) werden durch eine Öffnungsklausel auch EDV-Verfahren unter der Bedingung zugelassen, dass die bodenmechanischen Grenzzustände beachtet werden. Als Berechnungsmodell kann der elastisch gebettete Kreisring oder ein Stabwerk im Kontinuum verwendet werden. Wie in der 2. Auflage werden einfache und nachvollziehbare Formeln angegeben, mit deren Hilfe z. B. Einzeleinflüsse auf die Nachweise leicht überprüft werden können (Beispiel: die Verringerung der Beullast aufgrund der Vorverformungen des Rohres). Durch Diagramme werden die Auswirkungen von Parametern transparent gemacht.
Schadhafte Abwasserkanäle und -leitungen können durch Einziehen eines flexiblen Liners oder durch Teilauskleidung mit Platten saniert werden. Der Ringraum zwischen Rohr und Liner wird häufig mit Dämmer verfüllt. Die Standsicherheit muss für die Lebensdauer des sanierten Bauwerks unter den während der Sanierungsarbeiten und beim Betrieb des Abwasserkanals herrschenden Bedingungen gewährleistet sein. Das bedeutet, dass konservative Annahmen bezüglich des System- und Belastungsverhaltens zu treffen sind. Für einige wichtige Lastfälle (hydrostatischer Druck mit Auftrieb, Eigenlasten, Temperaturänderungen usw.) werden Lösungsansätze diskutiert und Durchschlagbeiwerte alpha D angegeben. Von besonderer Bedeutung für die Sicherheitsnachweise ist der richtige Ansatz der Vorverformungen: Sie müssen sowohl die Verformungen des Kanals repräsentieren als auch stabilitätstheoretischen Erkenntnissen entsprechen.
Konstruktionen aus dem Werkstoff PE-HD haben sich in besonderer Weise für den Einbau in einer Deponie bewährt. Zur Berücksichtigung der Einflüsse während des Betriebs wie Wärmeentwicklung, Chemikalieneinwirkung und hohe Belastungen ist eine sichere Dimensionierung mit analytischen und numerischen Verfahren möglich (Merkblatt ATV-M 127-1 und Finite Element Methode). Im Anschlussbereich Schachtmantel/-boden und Speicherrohr/Kopfschacht sind analytische Modelle auf der Grundlage der Schalentheorie zur Beurteilung von Randbedingungen vorteilhaft. Ferner liefern sie bei Anwendung der FEM Informationen für die an solchen Stellen er-forderliche Elementverfeinerung. Mit analytischen Verfahren lassen sich die relevanten Ein-flüsse von Imperfektionen der Konstruktion und von Grenzzuständen im Boden auf das Trag-verhalten systematisch aufzeigen. Bei zutreffender Modellierung kann das Tragverhalten von Rohren und Schächten in Deponien mit der Finite Element Methode gut angenähert werden. So muss mit geeigneten Schalenelementen der Einfluss von Schubverformungen erfasst werden. Bei Mitnahme des Bodens im Modell müssen Zugspannungen ausgeschlossen und die Schubspannungen im Boden be-grenzt werden. Bei profilierten Querschnitten ist eine Untersuchung der in Rohr- und Schachtanschlüssen auftretenden Spannungen von besonderer Bedeutung - die Schnittgrößen müssen in den inneren Wandaufbau verfolgt werden. Messprogramme an ausgeführten Bauwerken sind erfor-derlich, um die verwendeten Rechenmodelle weiter abzusichern.
Es werden die Verzweigungslasten von Kreisringen, die auf der Außenseite elastisch gebettet sind, nach der klassischen Stabilitätstheorie ermittelt und das Verhalten im überkritischen Bereich untersucht. Im Hinblick auf praktische Anwendungen werden sowohl Kreisringe mit Momentengelenken bzw. Momentenfedergelenken als auch biegesteife Ringe betrachtet. Als Ergebnisse werden die kritischen Lasten mitgeteilt und Hinweise für ihre Anwendung bei der Berechnung von Tunnelauskleidungen und unterirdischen Behältern gegeben.
Statische Berechnungen von Linern zur Sanierung von Abwasserkanälen und -leitungen werden in Deutschland nach dem Merkblatt ATV-M 127-2 durchgeführt. Hierfür ist der Zustand der Altleitung durch die Altrohrzustände I, II und III zu beschreiben, die für die anzusetzenden Belastungen und Imperfektionen maßge-bend sind. Für den in der Praxis bedeutsamen Fall einer Störung der Kreisgeometrie (oder der Geometrie des Ei-querschnitts) durch eingebaute Telekommunikationskabel existiert noch keine gesonderte Berechnungsvor-schrift. Im folgenden werden hierfür auf der Grundlage der Vorgehensweise in ATV-M 127-2 und unter Be-rücksichtigung von Verfahrensprüfungen Nachweismöglichkeiten fortentwickelt und Vergleichsrechnungen dis-kutiert. Die Untersuchungen beschränken sich auf den Altrohrzustand I (keine Längsrisse), da dieser Fall für den Einbau von Kabeln eher geeignet ist
Das Stabilitätsproblem eines radial elastisch gebetteten Kreisringes unter gleichmäßiger Temperaturerhöhung wird mit der klassischen Stabilitätstheorie einer geometrisch nichtlinearen Theorie und durch Versuche untersucht. Die Ergebnisse für die kritische Temperatur, das Verhalten im überkritischen Bereich und den Einfluss von Vorverformungen werden in Diagrammen in Abhängigkeit von den Steifigkeitsparametern angegeben.
Die statische Berechnung von erdgebetteten Abwasserleitungen und -kanälen erfolgt in Deutschland seit 1984 nach dem Arbeitsblatt ATV-A 127 [V1]. Im Rahmen der CEN/TC165/WG12 wurden zwar zwei Optionen für eine europäische Rohrstatik erarbeitet, es konnte jedoch keine Einigkeit auf ein gemeinsames Verfahren erzielt werden. Die Ergebnisse werden daher lediglich in Form eines Technischen Berichtes TR 1295-3 [V4] veröffentlicht. Zur Berücksichtigung von Weiterentwicklungen bei der Rohrherstellung und beim Rohreinbau sowie der Notwendigkeit einer Anpassung an europäisch übliche Regelungen zur Standsicherheit wird daher in der DWA-Arbeitsgruppe ES 5.4 eine 4. Auflage des Arbeitsblattes A 127 vorbereitet. Dabei können auch neuere Erkenntnisse bezüglich der Tragwirkung des Rohr-Boden-Systems einbezogen werden. Flache Überdeckungen sind für die Praxis von besonderer Bedeutung, da solche Anwendungen einerseits zunehmen, andererseits auf die Rohrleitungen hohe Bodenspannungen aus Verkehrslasten einwirken. Im Rahmen eines durch das Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz des Landes NRW unterstützten Forschungsvorhabens, an dem die Fachhochschule Münster, das Institut für Unterirdische Infrastruktur Gelsenkirchen, die Leibniz Universität Hannover und die Ruhr-Universität Bochum beteiligt sind, sollen mit Hilfe von Versuchen im Maßstab 1:1 und Finite Element-Simulationen eine Reihe von Fragen geklärt werden, die bei der Dimensionierung von Abwasserkanälen mit flacher Überdeckung auftreten. Die Untersuchungen sollen außerdem Aussagen über die Reststandsicherheit von geschädigten Kanälen und die Berechnung von Sanierungssystemen bei nicht mehr allein tragfähigen Altrohren liefern.
Während über die Erfassung und Bewertung des Bauzustands kleinformatiger Abwasserkanäle inzwischen umfangreich berichtet wurde, liegen über begehbare Kanäle nur wenige Veröffentlichungen vor. Als Teil einer umfassenden Bestandsaufnahme werden Methoden vorgestellt, wie bei Mauerwerkskanälen die Bauzustandserfassung durch Begehungen und ergänzende Untersuchungen erfolgen kann. Ferner werden Verfahren zur Bewertung des Kanalmilieus, der Baustoffverhältnisse und insbesondere der statischen Tragfähigkeit aufgezeigt. Diese Methoden sind teilweise auf begehbare Kanäle aus anderen Baustoffen übertragbar.