Universität Stuttgart
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Item Open Access Beanspruchung eingeerdeter Rohrleitungen infolge Austrocknung bindiger Böden(2006) Fischer, Markus; Giesecke, Jürgen (Prof. em. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E. h.)Rohrnetze stellen meist das größte Anlagevermögen eines Versorgungsunternehmens dar. Ihr Zustand bestimmt die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Versorgung wesentlich. Der Analyse von möglichen Schadensursachen und der Identifikation von Schwachstellen im Netz, die sich aus einem schlechten Leitungs- oder aus einem kritischen Beanspruchungszustand ergeben können, kommt aus diesen Gründen eine große Bedeutung zu. Eine dieser Schadensursachen ist die Beanspruchung von Rohrleitungen infolge der Austrocknung bindiger Böden. Das aus Festsubstanz und Porenraum bestehende Volumen eines bindigen Bodens ist innerhalb bestimmter Ober- und Untergrenzen abhängig von dessen Wassergehalt: Austrocknung führt zum Schrumpfen, Feuchtezunahme zum Quellen des Bodens. Trocknet ein Boden unterhalb einer Rohrleitung aus, führt dies infolge der ausgelösten Setzungsbewegungen zum Absinken dieser Leitung. Ist dieses Absinken an einer oder mehreren Stellen durch Festpunkte behindert, wird die Leitung als Träger beansprucht und somit belastet. Festpunkte, welche die Vertikalbewegung von Rohrleitungen örtlich behindern, sind insbesondere Leitungskreuzungen, Bauwerkseinführungen, Schachtbauwerke und Stellen nichtbindiger Böden sowie große Steine und Mauerwerksbestandteile. Sie sind teilweise das Resultat einer heute als nicht mehr sachgemäß erkannten Verlegeweise. Manche Arten von Festpunkten, beispielsweise Gebäudeeinführungen, sind jedoch prinzipiell nicht vermeidbar. In der vorliegenden Arbeit wird die Größenordnung der aufgrund der beschriebenen Vorgänge unter definierten Randbedingungen auftretenden Belastungen für Rohrleitungen älterer Baujahre aus Grauguss und Stahl rechnerisch untersucht. Die Betrachtungen erstrecken sich dabei auf Festpunktlagerungen, bei denen eine starre Einspannung der Rohrleitung gegeben ist. Außer der Entwicklung der Berechnungsgrundlagen erfolgt eine Beschreibung und Quantifizierung der Einflussgrößen mit Bezug auf die in städtischen Verteilnetzen gegebenen Randbedingungen. Das Schrumpfungsverhalten bindiger Böden und eine Abschätzung des möglichen Ausmaßes der resultierenden Setzungen wird anhand von Informationen aus der Fachliteratur behandelt. Auf der Basis der genannten Grundlagen wird eine Parameterstudie durchgeführt. Im Rahmen der Parameterstudie werden Berechnungsreihen gebildet, bei denen jeweils ein Einflussfaktor geändert wird, während die übrigen Parameter konstant bleiben. Ausgangspunkt der Parameterstudie ist die Betrachtung einer Graugussrohrleitung der Nennweite DN 200, die als Ausgangsbasis für die meisten Berechnungsreihen dient. Bei allen Berechnungen betrugen die Umfangsspannungen nur einen Bruchteil der Längsspannungen. Die maximalen Vergleichsspannungen traten immer in Scheitel und Sohle an der Außenseite des Rohrquerschnitts auf. Die größte Spannungskomponente war jeweils eine Längsspannung, die am Scheitel positiv (Zug) und an der Sohle negativ (Druck) war. Die durchgeführte Parameterstudie gibt weitere Hinweise zum Einfluss wesentlicher Parameter, die unter Berücksichtigung der örtlichen Betriebserfahrungen für eine differenzierte Risikobewertung verwendet werden können. Auf Basis dieser Risikobewertung kann eine Entscheidung über die Notwendigkeit von Rehabilitationsmaßnahmen erfolgen und eine zeitliche Reihenfolge für die Durchführung der als erforderlich betrachteten Maßnahmen festgelegt werden.