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Verlegung von Abwasserleitungen im Erdreich
Kanalrohrverlegung im ErdreichVerhaltensweisen von Rohrleitungssystemen gegenüber Bodenbelastungen | Kunststoffrohrverband e.V.
Entscheidend für die Güte der Rohrhalterung im Graben ist die Güte der Erdverlegung. Die Rohrleitungen ändern ihre Ausgangslage, was zu den so genannten "Hinterschneidungen" führt, s. Abb. 6 (mittlerer Lagenversatz 12 Schäden/1.000 Meter s. Abb. 1). Die Prüfung musste abgebrochen werden, da die unvermeidlichen Ungleichmäßigkeiten im Lager des Rohres zu erhöhten Radialbrüchen (Versagen in Querrichtung) durch das Bodenmaterial am Rohr führten.
Auf diese Beanspruchungen reagiert der jeweilige Rohrtyp anders, wie in Abb. 6 ersichtlich. Quelle: Lesch Consult, WürzburgRigide (starre) Rohrleitungssysteme können auf die Belastung nur mit Positionsversatz und gleichzeitigem Winkelausschlag im Gelenk ansprechen. Der Muffenanschluss muss dabei jedoch keine weiteren Lasten aus den eventuellen Verschiebungen der Rohrleitungslänge auffangen.
Man fragt sich, ob die verschiedenen Rohrtypen auf die Lasten mit verschiedenen Fluchtungsfehlern anspricht. Berücksichtigt man die Rohrlasten im Boden wie oben beschrieben: Das steife Rohr muss auf Unebenheiten im Träger mit größeren Positionsänderungen ansprechen. Die am Rohr auftretende Belastung kann, wie bereits gesagt, nur über die bei der Verlegung am Boden entstehenden Rohrhalterungen in den Baugrund eingeleitet werden.
Das biegsame Rohr verfolgt diese Prozesse nur mittelbar, da die Lasten besonders auf das laterale Lagerungsmaterial einwirken. Damit ist die selektive Beanspruchung des Rohres deutlich niedriger. Hinterschnitte können unter Umständen auch in Kunststoffleitungen auftreten, besonders wenn Setzbewegungen den Boden sinken lassen und das biegsame Rohr (ohne Bruch) unweigerlich dem umliegenden Boden nachfolgt.
Häufig ist, wie oben erwähnt, eine mangelhafte Präparation der Rohrhalterung (keine Bodenverdichtung nach den Verlegerichtlinien) die Folge für den daraus resultierenden Lagenversatz in Erdverrohrungen. Ein völlig anderer Grund kann zur Deformation und damit zur festgelegten und erlaubten ovalen Form des Kunststoffrohrs (elliptische Rohrform) beitragen. Der neben dem Rohr platzierte Grund hat dabei eine ausschlaggebende Bedeutung.
Zum besseren Verstehen und Erklären der Effekte sind zwei Perioden der Deformation von vergrabenen Kunststoffleitungen zu differenzieren (siehe Abb. 7): Bei der Verlegung und Kompaktierung des Versatzmaterials im Bereich des Rohres entstehen Deformationen am Plastikrohr, deren Ausdehnung vor allem von der Behandlung der Bodenverdichtung abhängt oder beeinflußt wird.
Die Dauer der Bodensetzung wird hauptsächlich durch den Grad der Bodenverdichtung bei der Verlegung und die Art des Erdreichs im Bereich der Einstreu beeinflusst. Weil die Fundamentsteifigkeit von Kunststoff-Rohrsystemen 20 bis mehr als 1000 mal höher ist als die Steifigkeit des Rohres, wird deutlich, dass das Kunststoff-Rohr kaum zur Lastabtragung beizutragen hat. Tragt der Umgebungsboden aus dem Plastikrohr nach der Setzung die Lasten, ruht das Plastikrohr nahezu belastungsfrei im Untergrund.
Eine weitere Erhöhung der Deformation des Kunststoffrohrs ist somit nahezu auszuschließen. Generell zeigen verlegte Kunststoff-Rohre (z.B. als Abwasser-Schwerkraftrohre) nach DIN EN 1610 (Verlegung und Überprüfung von Abwasserrohren und -kanälen) Deformationen zwischen 2% und 4% (90% Fraktil: Fraktil = Erwartungswert für einen bestimmten Prozentsatz - Fraktil = Überfrequenz), s. Abb. 7. Der europäische Studienwert ist mit etwa 6% bis 8% etwas größer.
Dies liegt daran, dass in anderen Staaten zum Teil wesentlich geringere Ansprüche an die Verlegung und Verdichtung des Bodens bestehen, während zugleich größere Deformationen zulässig sind, die weder die Funktionalität noch die Betriebssicherheit beeinträchtigen. Der in der bisherigen Norm 4033 (....) angegebene Verformungsgrenzwert von 6 Prozent ist eher gering.
Größte Betriebssicherheit für die Lebensdauer von Kunststoffkanalrohren ist die fachgerechte Verlegung nach der Werksnorm oder den speziellen Verlegerichtlinien des Herstellers. Daraus ergeben sich in der Regel neue Lasten, für die die Leitung über die entsprechenden mechanischen Rücklagen verfügen sollte. Durch das Eintreten solcher neuen Lasten werden im Bereich des Rohrbodens nahezu die selben Prozesse ausgelöst, die bei der Neuinstallation detailliert dargestellt wurden.
Mit biegsamen Schläuchen reagieren die Kunststoffschläuche auf diese Belastungen, indem sie die Deformation erhöhen und zugleich eine Lastübertragung in den umgebenden Boden wieder aufnehmen. In den USA und Nordeuropa werden seit vielen Jahren an PVC- und PE-HD-Kunststoffrohren untersucht, insbesondere zwei Prozesse, die an biegsamen Plastikrohren nach erfolgter Setzung stattfinden: die Entstehung der kurzfristigen Rohrsteifigkeit und damit des Elastizitätsmoduls dieser Plastikrohre nach längerer Lagerung mit solchen Dehnungen.
Die Hauptergebnisse dieser zum Teil über 10 Jahre dauernden Prüfungen waren: Kunststoffe halten diesen extremen Belastungen dauerhaft stand, die Eigenspannungen, die bei der Umformung in der Rohrwand entstehen, werden im Lauf der Jahre weitestgehend reduziert (Relaxation = Spannungsabbau), die Festigkeit der Kunststoffe und damit der Elastizitätsmodul des Materials (PVC oder PE-HD) hat sich über die Jahre nicht verringert, sondern nur leicht erhöht.
Zugleich bleiben sie stabil und steif (Verformungsbeständigkeit), um bei Bedarf neue Belastungen aufzunehmen. Je nach Baugröße können solche Zusatzbelastungen unerwünscht zu so hohen Deformationen führen, dass die zulässigen Werte übertroffen werden. Ausschlaggebend in solchen praktischen Fällen ist jedoch, dass auch unter diesen bei der Projektierung und Kalkulation nicht vorhersehbaren extremen Belastungen die erforderlichen Basiseigenschaften und damit eine große Funktionstüchtigkeit der Abwasserleitung sichergestellt ist:
Nach DWA Arbeitsblatt A 139 (Installation und Überprüfung von Kanälen) sind dies die maßgeblichen Entscheidungskriterien für städtische Kanäle und Grundstücksentwässerungsrohre. Viele Schadenstatistiken belegen immer wieder, dass eine fehlerhafte Installation die Ursache für entstandene Schadensfälle ist. Der Schaden kann vor allem durch ungleiche Lagerung und mangelnde Verdichtungen in der Pipelinezone verursacht werden.
Mit Flexrohren lassen sich auf einfachste Weise Aussagen über die Qualität der Verlegung treffen. Die sofortige Vermessung der Rohrdeformation (Deformationsmessung, z.B. mit dem Deformations- und Kaliber-Messgerät DKM von Optimess) nach Fertigstellung der Installation gibt Auskunft darüber. Insbesondere die Streuungen der Deformationswerte über die Gehäuselängen weisen auf eine gute, d.h. ebene oder mangelhafte Verlegung hin.
Die fachgerechte Montage sorgt für eine gleichmäßige Deformation über die ganze Länge der Haltung. Bei der Verlegung im Erdreich sorgt die große Elastizität der Kunststoffrohrsysteme für einen Lastenausgleich zwischen dem umliegenden Erdreich und dem Rohr. Die Kunststoffrohre entweichen den entstehenden Belastungen praktisch durch Deformation und zwingen so das Lagerungsmaterial zur Aufnahme der Belastungen, s. Abb. 5. Die Deformation ist daher keinesfalls als Anzeichen einer zu hohen Beanspruchung zu sehen, sondern als gezieltes und gewünschtes Reagieren auf die entstehenden Einwirkungen.
Dabei werden die Belastungen auf den Boden abtransportiert. Der Boden weist eine größere Festigkeit auf als alle genannten Rohrleitungssysteme.