3R Grabenloser Leitungsbau (Vorschau)

FACHBERICHT ABWASSERENTSORGUNG
Statische Berechnung von
Abwasserleitungen und -kanälen - Teil 1
Die fachgerechte statische Berechnung von Abwasserleitungen und -kanälen ist eine der Grundvoraussetzungen für eine
lange Betriebszeit dieser Anlagen. In der 3R erscheinen zwei Artikel zu diesem Thema. Teil 1 in dieser Ausgabe widmet sich
den Grundlagen der statischen Berechnung und der statischen Berechnung für die offene Bauweise von Rohrleitungen.
Teil 2, der in Ausgabe 9/2014 erscheinen wird, behandelt das Thema der statischen Berechnung für die geschlossene
Bauweise und gibt einen Überblick über die relevanten Normen, Richtlinien und Regelwerke. Die Artikel basieren auf dem
umfangreichen Informationspaket, das die Fachvereinigung Betonrohre und Stahlbetonrohre e.V. (FBS) zum Thema „Planung,
Bauausführung und Betrieb von Abwasserleitungen und -kanälen“ erarbeitet hat. Dies wird u.a. für die Wissensvermittlung
an Studenten im Fachbereich Bauingenieurwesen im Rahmen der Hochschulinitiative der FBS genutzt.
Grundlagen der statischen Berechnung
Nach statistischen Erhebungen der Deutschen Vereinigung
für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. (DWA)
beträgt die Gesamtlänge der öffentlichen Abwasserkanäle
gegenwärtig rund 500.000 km. Hinzu kommen die privaten
Leitungen mit einer Gesamtlänge von ca. 900.000 km.
Ihre statische Tragfähigkeit stellt eine für die Sicherheit
des öffentlichen Gemeinwesens entscheidende Funktion
dar. Diese ist dauerhaft und ohne die Beeinträchtigung
anderer baulicher oder sonstiger Güter, sicherzustellen.
Es gilt Undichtigkeiten und Verformungen des Baukörpers
sowie damit einhgergehende Beeinträchtigungen der
bestehenden Infrastruktur, von benachbarten Leitungen
und Gebäuden sicher zu vermeiden. Aus diesen Gründen
sind Abwasserleitungen und -kanäle aus vorgefertigten
Rohren als Ingenieurbauwerke zu betrachten, für die eine
statische Berechnung erforderlich ist. Hierbei werden alle
auftretenden Beanspruchungen des Rohres, die z. B. infolge
von Bodeneigengewicht, Verkehr und Grundwasser, mit
den Tragwiderständen – jeweils unter Berücksichtigung
von Teilsicherheitsbeiwerten – verglichen. In Abhängigkeit
von den jeweiligen Rohrwerkstoffen und des (entweder
biegeweichen oder biegesteifen) Verformungsverhaltens
der Rohre stellen sich unterschiedliche Belastungen ein,
die differenzierte Nachweise erfordern. Hierfür existieren
genormte Berechnungsverfahren, deren Gültigkeit zwingend
die Einhaltung der genormten Werkstoffeigenschaften
der Rohre sowie die korrekte normgemäße Bauausführung
bedingen.
Folgende Aspekte sind bei der statischen Berechnung von
Abwasserkanälen generell zu berücksichtigen:
»»
Unterirdisch verlegte Rohre müssen für Einwirkungen
aus dem Bau- und dem Betriebszustand bemessen
werden
»»
Der Bauzustand unterscheidet sich von dem Betriebszustand
vorrangig in der Art der Einwirkungen und
Auflagerbedingungen
»»
Eine Unterteilung der Einwirkungen erfolgt unabhängig
vom Einbauverfahren in ständige und veränderliche
sowie innere und äußere Einwirkungen
»»
Die zu führenden statischen Nachweise sind abhängig
von der Rohrsteifigkeit und können neben dem Spannungs-/Dehnungsnachweis
weitere Nachweise erforderlich
machen.
Die erforderlichen statischen Nachweise sind zudem vom
Zusammenwirken der Rohrsteifigkeit und des Bodenverformungsverhaltens
abhängig, sodass eine Unterteilung
der Rohre in „biegesteife“ und „biegeweiche“ Systeme
erfolgt. Gemäß dem aktuell gültigen Arbeitsblatt
ATV-DVWK-A 127 für die statische Berechnung von
Abwasserkanälen und -leitungen gilt: „Biegesteif sind
Rohre, bei denen die Belastung keine wesentlichen Verformungen
hervorruft und damit keine Auswirkungen
auf die Druckverteilung hat (…). Zu ihrer Bemessung ist
der Spannungs-/Dehnungsnachweis (...) zu führen. Biegeweich
sind Rohre, deren Verformung die Belastung und
Druckverteilung wesentlich beeinflusst, da der Boden
Bestandteil des Tragsystems ist (...). Zu ihrer Bemessung
sind der Spannungs-/Dehnungs-, der Verformungs- und
der Stabilitätsnachweis zu führen“.
Einwirkungen auf im Erdreich verlegte Rohre
Die Einwirkungen auf im Erdreich verlegte Rohre können
sehr unterschiedliche Ausprägungen aufweisen. Eine
Unterscheidung erfolgt hinsichtlich ständiger Einwirkungen
(Eigengewicht, Erdlasten und Flächenlasten, wie z. B.
Schüttungen, Auffüllungen und Fundamentlasten) und
veränderlicher Einwirkungen (Verkehrslasten, Wasserfüllung
und Vortriebskräfte). Ebenso wird zwischen äußeren
(Erdlasten, Flächenlasten wie z. B. Schüttungen, Auffüllungen
und Fundamentlasten, Verkehrslasten und Vortriebskräften)
und inneren Einwirkungen (Wasserfüllung
und Innendruck bzw. Druckluft) unterschieden.
Regelwerke für die offene Bauweise
Mit der DIN EN 1295 wurde im Rahmen der europäischen
Normung versucht ein übergeordnetes Regelwerk
mit europaweiter Gültigkeit für die statische Berechnung
von Abwasserkanälen zu schaffen. Teil 1 dieser Norm
wurde 1997 verabschiedet und regelt allgemeine Anfor-
62 07-08 | 2014