Kompaktauflager für Steinzeug-Rohre für eine sichere, schnelle und kostengünstige Verlegung

12.05.2005

Seit dem Jahr 1990 werden erfolgreich Stahlbetonrohre DN > 800 auf Kasseler Verlegehilfen eingebaut. Rohrschäden kennt dieses Verlegeverfahren nicht. Seine Wirtschaftlichkeit ist dadurch gegeben, dass im erheblichen Maß Verlegezeit eingespart und die Grabenbreite nach DIN EN 1610 mit Zustimmung der Tiefbauberufsgenossenschaft München bis zu 0,75 m verschmälert werden kann. Die auf Verlegehilfen eingebaute Leitung wird anschließend mit flüssigem Beton bis zum Rohrauflagerwinkel von 150° vergossen (Detailangaben siehe unter www.lizenzen-pv.de).

Anwender und Planer sind überzeugt vom wirtschaftlichen Erfolg, Praktiker loben die schnelle und sichere Verlegeart. Diese positiven Erfahrungen beim Verlegen von Großrohren führten zu Anfragen nach einem ähnlich verlässlichen Verlegesystem für biegesteife Rohre kleinerer Nennweiten, insbesondere für den Einbau von Steinzeugrohren.
Mit der Erfindung des Kompaktauflagers, einem Bauteil aus Mischkunststoff, ist der Weg für ein modernes Verlegeverfahren kleinerer Nennweiten geebnet. Alle durchgeführten Härtetests hat dieses Auflager glänzend bestanden. Somit steht heute ein neues, innovatives Produkt zur Anwendung auf dem Markt, welches aus der Praxis für die Praxis konstruiert und für eine schadensfreie Rohrverlegung zugeschnitten worden ist.
Insbesondere für Kanalbetreiber, die Steinzeugrohre verlegen möchten, wird das Kompaktauflager richtig interessant. Erst der kombinierte Einsatz eines Rohres mit hohen Qualitätseigenschaften und einem Auflager mit optimalen Lagerungsbedingungen für das verlegte Rohr, lassen die außergewöhnlich lange Nutzungsdauer der Steinzeug-Kanäle intensiv zur Geltung kommen. Rohrschäden können bei diesem Verlegesystem nicht auftreten, so dass sich die Betreiber im Rahmen der langen Nutzung über umfangreiche Kosteneinsparungen freuen können.
Im Gegensatz dazu werden in der DIN?EN 1610 "Verlegung und Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen" immer noch Verlegehinweise gegeben, die in der praktischen Ausführung nicht umsetzbar sind und daher zwangsläufig zu Rohrschäden führen.
Neu hinzugekommen ist, dass die Berechnung der Erdlasten nach dem physikalischen Gesetz der geneigten Ebene erhebliche Mängel in dem derzeitigen ATV-Regelwerk A 127 "Richtlinie für die statische Berechnung ... " offenkundig gemacht hat, z.B:
  • 1. eine Reibung an den Grabenwänden gibt es nicht;
  • 2. Grabenformen beeinflussen nicht die Rohrbelastung;
  • 3. Verkehrslasten greifen in tiefere Bodenschichten ein, als bisher angenommen;
  • 4. Relative Ausladung hat keinen Einfluss auf die Rohrbelastung, eher auf den Lastabtrag;
  • 5. Rohrauflagerwinkel (2α > 180°) gibt es nicht, er wird von der Bodenart bestimmt (2α= 40°-60°);
  • 6. Seitendruck zur Rohrentlastung gibt es nicht.
Die neue Erddruck-Theorie hat das Fachorgan "tis" März 2005 als Kurzfassung veröffentlicht. Die vollständige Abhandlung erscheint in Kürze u. a. unter www.erddruck.de.
Das Kompaktauflager für Steinzeugrohre fängt bereits die Mängel in den derzeitigen Richtlinien und Normen auf und gewährt dem Rohr ein sicheres Auflager über die gesamte Länge und bis zum Auflagerwinkel von (2α=90°).
Lassen auch Sie sich über das patentierte Auflager ausführlich informieren. Ihr Gewinn liegt in der sicheren, schnellen und kostengünstigen Rohrverlegung. Ein baldiger Einsatz hilft Ihnen, Ihre Erträge deutlich zu steigern und noch konkurrenzfähiger zu werden.
Wo liegen die Vorteile von Kompaktauflagern?

Das Kompaktauflager ermöglicht eine neuartige Verlegeart, welches das Unterstopfen der Rohre in den Zwickelbereichen überflüssig macht, sichere Auflagerbedingungen für die Rohrleitung schafft, die Beweglichkeit der Muffenverbindungen fördert und den Einbau von steinfreiem Boden in der Bettungszone vermehrt zulässt. Zudem erspart es weitgehend die manuellen Arbeiten im Graben und vermeidet Verlegefehler. Rohrschäden, wie Abrisse von Anschlussleitungen, Riss- und Scherbenbildungen im Rohr, Undichtigkeiten in den Rohrmuffen sowie Lageabweichungen von der Solllinie wird es mit dem Kompaktauflager nicht mehr geben. Die Nachfragen über den Zustand der Kanalisation in der Bundesrepublik Deutschland werden endlich positivere Bilanzen als bisher ziehen können, siehe ATV Erhebungen über den Zustand der Kanalisation in der Bundesrepublik Deutschland (1984, 1990, 1997).

Mancher Kanalbetreiber hat längst erkannt, dass die Regelwerke (DIN EN 1610 u.a.) keine praktikablen Verlegeverfahren für biegesteife Rohre anbieten und erfinden deshalb eigene Bauverfahren, um Schäden an neuen Leitungen zu vermeiden. Der Trend geht hierbei eindeutig weg von der "weichen" Rohrauflagerung aus körnigen, ungebundenen Baustoffen und hin zum festen Rohrauflager oder Einbettungen mit Beton oder Dämmer. Andere Betreiber verzichten ganz auf den Einbau biegesteifer Rohre und bevorzugen biegeweiche Rohrmaterialien bei ihren Kanalbaumaßnahmen.
Mit dem Kompaktauflager ist eine Symbiose für den modernen Kanalbau entwickelt worden, welche die Hochwertigkeit der Steinzeugrohre mit einem verlässlichen Rohrauflager verbindet. Diese Produktkombination erfüllt alle bisher unerreichbaren Sicherheitsansprüche der Kanalbetreiber, weil insbesondere den Rohren ein "festes" Auflager geboten wird, auf dem Rohrschaft und Rohrmuffe gleichermaßen einen sicheren Platz finden. Dieser Qualitätsstand bleibt auf Dauer erhalten und unterstreicht damit die nachgewiesene Langlebigkeit von Steinzeugrohren.

Die beschriebenen Vorteile dieser Verlegeart sind hinter dem realistischen Hintergrund zu sehen, den uns derzeit die Regelwerke sowie die praktische Umsetzung dieser Vorgaben auf Baustellen bieten, s. DIN-EN 1610 und ATV-Arbeitsblatt A 127.
 
Vorgaben der DIN EN-EN 1610

Seit Jahrzehnten bestimmen die DIN-EN 1610 "Verlegung und Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen" und ihre Vorgängerin DIN 4033 die Bauabläufe im Kanalbau. Und seit Jahrzehnten muss beobachtet werden, dass die Einhaltung dieser Bestimmungen, falls dies überhaupt möglich ist, weder Schäden selbst an neuen Kanalleitungen mindern noch verhindern kann. Längst ist bekannt, dass die Vorgaben der DIN mit der Bauausführung uneins sind.
Für die Diskrepanz zwischen Regelwerk und praktischer Ausführung stehen folgende Arbeitsanweisungen der DIN EN 1610:
Zitat: Ziff. 8.5.2 Satz 2 - "Jede notwendige Nachbesserung der Höhenlage muss durch Auffüllen oder Abtragen der Bettung erfolgen, wobei sicherzustellen ist, dass die Rohre letztendlich über ihre gesamte Länge aufgelagert sind. Abschließende Verlegekorrekturen dürfen niemals durch örtliches Herummurksen erfolgen."
Die Forderung der DIN "dass die Rohre letztendlich über ihre gesamte Länge aufgelagert werden müssen", mag der Festlegung von statischen Rechengrößen dienlich sein, in der Praxis erhält ein biegesteifes Rohr mit außen liegender Glocke diese Lagerung fast nie. Geübte Arbeitsweise ist es, die untere Bettungsschicht über eine Länge größer als die Rohrlänge einzubauen und zu verdichten. Danach die Bettung an zwei Stellen über eine Länge von rd. 40 cm wieder aufzunehmen, um so einerseits Platz zu schaffen für die Einlagerung der Rohrmuffe und anderseits für das Entfernen des Gurtes, der für den Transport des Rohres, das Ablassen in den Graben und für das Einziehen des Rohres in die Muffe des voran verlegten Rohres in der Regel benötigt wird.
Bei dieser Bauart entstehen für ein 2,50 m langes Rohr als Auflager zwei Höcker von i. M. 85 cm Länge, die sich auch später im Zuge der Zwickelausbildung nicht verbreitern lassen.
Auch im weiteren Bauablauf, bleibt die Forderung der Regelwerke eher ein Wunsch, "Abschließende Verlegekorrekturen dürfen niemals durch örtliches Herummurksen erfolgen".
Die Forderung ist zweifelsfrei richtig, jedoch nicht praxisnah. Selbst bei sorgfältigster Arbeit im Graben lassen sich Unebenheiten innerhalb der unteren Bettungsschicht bis zu 2 cm nicht vermeiden. Fehlstellen unter dem Rohr werden erst erkannt, wenn das Rohr in die Muffe des zuvor verlegten Rohres eingezogen und höhenmäßig abgeglichen worden ist. Um die Unebenheiten unter dem Rohr nachbauen zu können, müsste nach DIN das verlegte Rohr wieder aus der Muffe des zuvor verlegten Rohres herausgezogen werden. In der Regel unterbleibt dieser Rückbau; denn die Befürchtungen des Rohrlegers sind zu groß, mit dem Rohrausbau die Dichtheit des gesamten Rohrstranges zu gefährden. Es bleibt daher geübte Praxis, das Rohrbett geringfügig tiefer anzulegen, das Rohr darauf einzubauen und den notwendigen Höhenabgleich damit zu schaffen, indem das Rohr mit der Brechstange an der Muffe angehoben und seitlich lagerndes Bettungsmaterial mit der Schaufel seitlich unter das Rohr geschoben wird.
Ferner fordert die DIN unter Ziffer 11.2 "die obere Bettungsschicht ist sorgfältig einzubauen um sicherzustellen, dass die Zwickel unter dem Rohr mit verdichtetem Material verfüllt sind". Auch dies bleibt eher eine Forderung, als eine ausführbare Leistung auf der Baustelle.
In Kenntnis der vorangestellten Bauweise (Querschläge in der Bettung und Rohrauflagerung) bleibt selbst das emsigste Bemühen erfolglos, die arbeitsbedingten Fehlstellen unter dem Rohr kraftschlüssig zu verschließen.
Zudem ist bei kleineren Rohrnennweiten (DN < 500) die obere Bettungsschicht (b) meist mit zu geringer Schichtdicke angelegt, um mittels Verdichtungsarbeit einen Materialfluss bis unter das Rohr zu erzeugen.
Beim Thema "weiche" Rohrbettung für biegesteife Rohre hat die Erfahrung gezeigt, dass die Lagerung in den körnigen, ungebundenen Baustoffen (DIN EN 1610 Anhang B) durch ihr Setzungsverhalten eher Schäden an Leitungen erzeugt, als verhindert.
Zu den typischen Setzungsschäden zählen: Abrisse der Anschlussleitungen, Riss- und Scherbenbildungen im Rohr, Undichtigkeiten in den Rohrmuffen, Verwurzelungen u.a.m.. Die Gefahr neuer Rohrschäden klingt erst ab, wenn das einst "weiche" Rohrbett sich in ein "festes" Endauflager umgebildet hat.
Auch wenn Befürworter der "weichen" Rohrbettung auf eine gewisse Rückläufigkeit der Schadenshäufigkeit bei neu verlegten Leitungen hinweisen, so belegt dies nicht die Richtigkeit der Regelwerke, sondern eher die Abkehr von den darin vorgegebenen Bauverfahren. Denn was sonst bewegt Kanalbetreiber dazu, ihre biegesteifen Rohre in Beton zu verlegen, mit Dämmer zu umhüllen oder Hochlastrohre einzubauen, obwohl statische Notwendigkeiten hierfür nicht vorliegen. Andere Anwender wenden sich ab von den biegesteifen Rohren und verlegen vermehrt biegeweiche Abwasserleitungen, um den sonst vorprogrammierten Ärger mit Rohrschäden an neuen Leitungen zu vermeiden.
Aber auch das Einbetten biegesteifer Rohre kleiner Dimensionen in Beton ist eher zu verdammen als zu befürworten. Der Beton verhindert die Beweglichkeit der Muffenverbindung und lässt bei Setzungen anderer Art Überspannungen im Rohr auftreten, die dann nicht selten zu Rohrrissen führen. Eine nachträgliche Änderung an der Rohrleitung (z.B. Einbau eines Abzweigs) setzt stets die Beseitigung des Betons voraus. Kleinste Unachtsamkeiten mit dem Abbruchhammer können dann Rohre beschädigen und zwangsläufig die geplante Strecke der Rohrauswechselung vergrößern.
Fließendes Wasser in der Bettungszone erhöht bekannter Weise die Gefahr der Schadensbildung erheblich. In den Kanalgraben eingebaute Kiese oder Splitte fördern das Absinken von oberflächennahem Regenwasser bis zur Grabensohle und wandeln die Bettungsschichten zu Vorflutern um. Die Folgen des Wasserflusses im Kanalgraben, die letztendlich Kanalleitungen zerstören und zu Straßeneinbrüchen führen, sind Aufweichungen des Baugrundes, Rohrsetzungen durch Ausschwemmen der Feinanteile aus dem Bettungsmaterial und dem anstehenden Boden sowie hieraus resultierende Unterspülungen der Rohrleitungen.
Was soll eigentlich der Hinweis DIN-EN 1610 Ziffer 11.2 bewirken: "Falls fließendes Grundwasser feine Bodenbestandteile transportieren kann, oder der Grundwasserspiegel sich senkt, sind geeignete Maßnahmen zu treffen"?
Die früher in der DIN 4033 angebotenen Querriegelarten werden in der Praxis eher als störende Faktoren bei der Rohrverlegung erkannt, als ein wirksames Mittel gegen den Wasserfluss in den filterwirksamen Bettungsmaterialien, wie Kiese oder Splitte von Hartgesteinen.
Jeder Materialwechsel in der Bettungszone zur Herstellung von Querriegeln erzeugt Gefahrenstellen für das Rohr, die zu Schäden führen können. Dem Praktiker ist dieser Umstand längst bekannt und baut am liebsten Pseudo-Querriegel oder lässt sie ganz weg.
Der beste Wasserstopper ist der Einbau von steinfreien bindigen Böden innerhalb des gesamten Grabenquerschnittes. Doch diese Bodenart bereitet dem Rohrleger e-hebliche Schwierigkeiten bei der Verwendung als Bettungsmaterial, siehe Artikel: "Beeinflusst der Rohrleitungsbau den Wasserhaushalt nachhaltig?" KA 5 /93 Seite 708 ff.
Die Verwendung des Kompaktauflagers bringt die Vorteile, ein sicheres Rohrauflager zu gewähren und seitlich der Leitung wieder vermehrt Boden einbauen zu können. So kann ein Wasserfluss im Graben nicht mehr entstehen und Maßnahmen gegen fließendes Wasser werden überflüssig.
Der Kanalbau in Rohrlängen, d.h. Graben öffnen, ein Rohr verlegen und Graben wieder schließen, ist ein weiterer Garant für eine mindere Ausführungsqualität zu einem hohen Preis.
Bei Baufirmen ist dieses Verfahren sehr beliebt, weil es eine fachtechnische Überprüfung des Baugrundes, der Rohrlage in Höhe und Flucht, der Dicke der Bettung sowie des Verdichtungsgrades der Verfüllung nicht zulässt.
Treten Schäden auf, fehlen erfahrungsgemäß meist die Beweismittel, diese Mängel eindeutig der unsachgemäßen Bauausführung zuzuschreiben. So verbleiben neben der Schadensbeseitigung der immense Zeitaufwand aller am Bau Beteiligten und die hohen Verfahrenskosten.
Die DIN fordert gemäß Ziffer 6.4 u. 7.3 richtiger Weise "Wo die Grabensohle instabil ist oder der Boden eine geringe Lastaufnahmekapazität aufweist, sind geeignete Vorkehrungen zu treffen" und "Übergänge zwischen verschiedenartigem Untergrund mit unterschiedlichen Setzungseigenschaften sollten bei der Planung und Herstellung berücksichtigt werden".
Beim Kanalbau in Rohrlängen entscheidet in der Regel allein der Baggerführer, ob Maßnahmen zur notwendigen Stabilisierung der Grabensohle eingeleitet werden sollen oder nicht. Bauleiter oder Planer können weder Unterschiede zur vorangegangenen Bodenschichtungen erkennen, noch rechtzeitig gemäß ihren Aufgaben die Tragfähigkeit des Baugrundes prüfen oder in den Baufortschritt gezielt eingreifen.
Sicherlich werden bei der Beurteilung der Stabilität des Baugrundes auch unternehmerische Gründe einfließen, wie der vorgegebene Zeitfaktor und die Möglichkeit lohnende Nachträge beim Auftragnehmer zu stellen.
Bei den neuzeitlichen Verlegearten, egal ob Steinzeugrohre auf Kompaktauflagern oder Stahlbetonrohre auf Kasseler Verlegehilfen eingebaut werden, gleichen die Bauteile geringe Stabilitätsunterschiede im Boden aus.
Die Behauptung, dass der Kanalbau in Rohrlängen Vorteile für den Auftraggeber bringt, ist eher ein Trugschluss als ein berechtigtes Argument für diese veralterte Bauweise. Oft wird hierzu auf den geringen Platzbedarf hingewiesen. Doch es ist eher richtig, dass diese Bauart einen äußerst langsamen Baufortschritt vorlegt und deshalb oft zum Ärgernis für Anlieger und Verkehrsteilnehmer wird. Bei einer Grabenöffnung über eine größere Distanz wird ein unwesentlich größerer Platzbedarf benötigt, dafür läuft das Baugeschehen insgesamt wesentlich schneller ab und behindert den Anlieger- und Individualverkehr entsprechend weniger. Es bleibt damit die Frage offen, wem hilft eigentlich der Kanalbau in Rohrlängen?
Vorgaben im ATV-Arbeitsblatt A 127

Das Regelwerk der ATV - A 127 "Richtlinie für die statische Berechnung von Abwasserkanälen und -leitungen" bedient sich der derzeitigen Erddrucklehre (Coulomb u. Marston) und ist überhäuft mit unbelegbaren Annahmen zum Bodenverhalten, Druckentstehung und Druckverteilung im Kanalgraben.
Zudem wurde dieses Regelwerk dazu benutzt, Innovationen für den Kanalbau eher zu verhindern als zu fördern.
Widersacher gegen das Bauen mit der Kasseler Verlegehilfe und dem Kompaktauflager sowie Unstimmigkeiten im Regelwerk gaben Anlass, über die statischen Vorgaben im ATV-Arbeitsblatt A 127 und die derzeitige Erddruck-Theorie gezielter nachzudenken. Die Überlegungen führten zu einer neuen Erddrucktheorie, die auf dem physikalischen Gesetz der geneigten Ebene aufbaut.
Die neue Erddruck-Theorie widerlegt u.a. folgende Vorgaben im ATV-Arbeitsblatt A 127:
Ziffer 5.2.1.1 Silotheorie
Die Reibungskräfte an vorhandenen Grabenwänden führen zu einer Abminderung der Bodenspannungen und rechtfertigen die Anwendung der Silotheorie.
Es dürfte bekannt sein, dass die Silotheorie nur anwendbar ist für die Bemessung von Silowänden; denn nur bei einer Teilentnahme des Füllstoffes am Behälterboden können die darüber liegenden Massen nachrutschen und Reibungskräfte an den Wänden erzeugen.
Im Kanalgraben gibt es keine dauerhaften Bodenbewegungen an den Grabenwänden und damit auch keine Wandreibung, keinen ansetzbaren Wandreibungswinkel.
Nach der Silotheorie erhält man die mittlere vertikale Spannung infolge Erdlast in einem horizontalen Schnitt der Grabenverfüllung im Abstand h von der Oberfläche (d.h. horizontale Kräfte in Rohrscheitelebene).
Nicht durch Reibung sondern durch die Erdanziehung können horizontale und vertikale Bodenspannungen entstehen, die wiederum abhängig sind von den spezifischen Eigenschaften der Bodenart (Wichte, Lagerungsdichte und Neigungswinkel). Kohäsion und innere Reibung des Bodens werden ausgedrückt durch den Neigungswinkel (ßB). Der Winkel entsteht, wenn Bodenmassen aus einer lotrechten Grubenwand abgleiten oder abrollen.

Die Grafik 1 ist aus der vollständigen Abhandlung zum Erddruck übernommen worden und soll zeigen, dass es Last verteilende (stehende) und Last tragende (liegende) Erdkeile in der Erdkruste der Erde gibt.
Zur Ermittlung der Rohrspannungen ist die Leitung in das Zentrum der gegenläufigen Erdkeile einzufügen. Hierzu sind die Neigungsebenen mit dem Winkel (ßB) tangential an die Leitung anzulegen.
In Grafik 2 werden die Rohrspannungen gezeigt. Die ausführliche Abhandlung zur Lastermittlung auf Rohrleitungen kann im Teil 1 "Bodenverhalten und neue Erddruck-Theorie" und im Teil 3 "Erddruck auf Kanäle und Leitungen" nachgelesen werden.
Ziffer 5.2.1.3.2 Graben mit geböschten Wänden

Im geböschten Graben ist bei gleicher Überdeckungshöhe und gleicher Grabenbreite in Rohrscheitelebene eine höhere Erdlast als im parallelwandigen Graben zu erwarten.
Diese These wird als unbelegbare Annahme vom Autor eingestuft, denn es gibt unter gleichen Voraussetzungen keine unterschiedlichen Rohrbelastungen. Es können jedoch für das Rohr bei parallelwandigen Gräben höhere Anforderungen entstehen, wenn der anstehende Boden keinen Gegendruck erzeugen kann (Erdwiderstand).
Ziffer 5.2.2 Verkehrslasten / Flächenlasten

Horizontale Spannungen im Boden infolge Verkehrslasten werden nicht berücksichtigt. Und Diagramm D 2a: Bodenspannungen p infolge SLW 60 bauen sich bis zur Tiefe von 2 m ab.
Die neue Erddruck-Theorie belegt, dass Auflasten den natürlichen Neigungswinkel (ßB) der Bodenart steiler stellen und damit die vorhandenen horizontalen Kräfte in der Grabenverfüllung reduzieren, d.h. die vertikale Rohrbelastung wird erheblich vergrößert. Dieses Bodenverhalten lässt sich an geöffneten Baugruben mit unve-bauten Wänden beobachten. Oft reicht eine zusätzliche Belastung des Grubenrandes aus und der sonst standfeste Boden stürzt schneller ein.
Verkehrslasten greifen in weit tiefere Bodenschichten ein, als bisher angenommen, siehe Grafik 3 hier Abtrag der Ersatzhöhe he.
Ziffer 6.2.1 Einbettungsbedingungen für Rohrleitung

Für die Einbettung in der Leitungszone werden vier Einbettungsbedingungen B1 bis B4 unterschieden.
Abgesehen davon, dass der Füllstoff in der Leitungszone ordentlich verdichtet werden muss, haben die aufgezählten Einbettungsbedingungen kaum Einfluss auf die Rohrspannungen (ausgenommen: Spundwandverbau, der später gezogen wird). Allein der Erdwiderstand des anstehenden Bodens (Reaktionskraft) bestimmt die Standfestigkeit der verdichteten Leitungszone.

Ziffer 6.2.4 relative Ausladung

Die relative Ausladung nimmt keinen Einfluss auf die Rohrbelastung. Sie ist eher den Auflagerbedingungen (Lastabtrag) zuzuordnen, auf die noch eingegangen wird.

Ziffer 6.4 Einfluss der relativen Grabenbreite

Dieser Einfluss wird als unbelegbare Annahme gesehen.

Ziffer 7.2.1 Auflagerreaktionen, Lagerungsfall I

Dieser Lagerungsfall gilt für den Spannungsnachweis und Dehnungsnachweis biegesteifer und biegeweicher Rohre. Kommen Auflagerwinkel < 180° in Betracht, dann gilt dieser Lagerungsfall auch für den Verformungsnachweis.
In der Rohrstatik werden für Kiesbettungen in der Regel Auflagerwinkel von 2α=120° angesetzt. Die neue Erddruck-Theorie aber zeigt auf, dass der Rohrauflagerwinkel vom anstehenden Boden bestimmt wird. Er ist also vom Statiker nicht frei wählbar.
Berechnungsbeispiele weisen bei einer Rohrverlegung in einem 4,50 m tiefen Graben für Kieseinbettungen einen Auflagerwinkel von 2α~50° auf. Unter Auflast (SLW 60) reduziert sich dieser Winkel auf 2α~46°, s. Grafik 2.
Der natürliche Auflagerwinkel einer Bodenart verändert sich nur, wenn bei einer Baugrund-Überlastung biegesteife Rohre in das Bettungsmaterial eingedrückt werden (Setzung der Leitung) oder biegeweiche Rohre durch Verformung ihr Auflager verbreitern. Beide Fälle verursachen Bewegungen in der Leitung, die vom Rohrmaterial zusätzlich aufzunehmen sind.
Übermäßige Bodenstabilisierungen (steinige Erde / Basaltsplitt) erhöhen wohl die Tragfähigkeit der Grabensohle, reduzieren aber im Gegenzug den Rohrauflagerwinkel. Kommen Verkehrslasten hinzu, kann die Bodenstabilisierung zur Linienlagerung der Rohre führen (Fels: Auflagerwinkel 2α~0°).
Feste Rohrauflager (Lagerungsfall II) übernehmen die Rohrlasten radial und führen sie über die Auflagerbreite des Bauteils in den Baugrund ab. Der Auflagerwinkel wird hier durch das Bauteil bzw. durch das Bauverfahren vorgegeben.
Beim Bauen mit der "Kasseler Verlegehilfe", wo die Leitung mit flüssigem Beton (B10) von Grabenwand bis Grabenwand eingebettet wird, ist ein Rohrauflagerwinkel von 150° vorzuhalten. Steinzeugrohre, die auf dem Kompaktauflager verlegt werden, erhalten eine Rohrunterstützung von 90°.
Das Kompaktauflager im Labor

Um statische Werte für das Verlegesystem "Steinzeugrohr auf Kompaktauflager" zu erhalten, wurden Scheiteldruckprüfungen vom e.V. "Güteschutzgemeinschaft Steinzeugindustrie" in Köln durchgeführt.
Die Scheiteldruckprüfungen brachten mit nachstehenden Prüfanordnungen folgende Ergebnisse:
Das Steinzeugrohr DN 250-FN 40-C
1. lose in das Kompaktauflager eingelegt = 61,31 kN/m
2. in das Kompaktauflager eingemörtelt = 75,64 kN/m
Zum Vergleich:

Nachstehend wird nach neuer Berechnungsart die Rohrbelastung bei einer Grabentiefe h=3,75 m ermittelt.
Bettungs- und Verfüllmaterial Sand-Kies, Wichte γB’=20 kN/m2, Verdichtungsgrad dB=96% →(19,2 KN/m3). Auflast SLW 60 - Ersatzlast 33,3 kN/m2: Ersatzlasthöhe he=33,3 / 20⋅96%∼1,70 m. Neigungswinkel ohne Auflast ßB’=59°, mit Auflast ßB∗=67°, Auflagerwinkel aB∗=90°-67°=23°. Über den Rohraußenradius (r) lassen sich errechnen, die Höhe hr=(cos 67°⋅ r=cos 67°⋅ 0,15)=0,06 m, die Breite br=(sin 67°⋅ r=sin 67°⋅0,15)=0,14 m und die "mittragende Breite" bm=(br+hr / tan 67°=0,14 + 0,03)=0,17 m.
Flächen:
A1 = 4,20 ⋅ 2,52 / 2 =
A1 = 5,29 m2
A2 = 1,70 ⋅ 2,52 / 2 =
A1 = 2,14 m2
Ao = 5,29+2,14 = 7,43
Lasten:
F1 = 5,29 ⋅ 19,2 =
F1 = 101,6 kN/m
F2 = 2,14 ⋅ 19,2 ⋅ 2 =
F2 = 82,2 kN/m
Fo = 101,6 + 82,2 =
Fo = 183,8 kN/m
Kräfte:
Nv = cos? ⋅ 183,8 = 28
Hv = sin? ⋅ 183,8 =
Hv = 155,8 kN/m
Hf = 66,1 kN/m
Durch die Verkehrslast verändert sich die Wichte des Füllstoffes aus Wichte γB’=19,2 kN/m? wird γB∗=(Fo / Ao=183,8 / 7,43)=24,74 kN/m3.
Der Divisor errechnet sich Div = bo ⋅ γB∗/ 2= 2,52 ⋅ 24,74 / 2=31,2 kN/m3/m.
Rohrbelastung bei Höhe 2,73 m multipliziert mit dem Div = 31,2 kN/m3 bringt in der "mittragenden Breite" 2bm = (2 ⋅ 0,17)=0,34 m eine Flächenlast von f∗ = 2,73 ⋅ 31,2 = 85,2 kN/m2. Das Rohr Stz. DN 250 N hat davon eine Last von F∗ = 85,2 ⋅ 0,34 = 29,0 kN/m zu tragen.
Aus der Verkehrslast ist der Lastanteil Fe∗ ∼ 0,30 ⋅ 19,2 ⋅ 0,56=3,2 kN/m noch zu übernehmen, so dass eine Gesamtlast von (29,0 + 3,2) ∼ 32,2 kN/m auf das Rohr entsteht.
Fazit:

Gemäß der Lastermittelung wäre hier bereits das Steinzeugrohr der "Hochlastreihe H" einzusetzen, da die Tragfähigkeit der normalwandigen Steinzeugrohre (N) mit 32,0 kN/m überschritten ist, zumal noch die Belastungen aus den Ansätzen des Sicherheitsfaktors (2,2 bis 1,8) sowie des geringeren Auflagerwinkels (bei Sand-Kies 2α=46°) zu addieren sind.
Reserven aber bietet das Kompaktauflager mit dem eingemörtelten Steinzeugrohr der "Normallastreihe N", das im Gegenteil zur Einbettung der Rohre in Beton die volle Beweglichkeit der Leitung in den Muffen zulässt.
Das Kompaktauflager in der Anwendung

Das Kompaktauflager befriedigt die Nachfrage der Kanalbetreiber nach einem verlässlichen Verlegesystem für biegesteife Rohre kleinerer Nennweiten und bietet den Bauunternehmungen eine vereinfachte Rohrverlegung an.
Kompaktauflager einschließlich Passstücke werden für Steinzeugrohre DN 200 - 400 N angeboten.
Diese Bauteile vereinfachen und minimieren die Verlegearbeit im Graben, gewähren dem Rohr optimale Auflagerbedingungen (2α=90°) und erhalten die Beweglichkeit der Muffenverbindungen auf Dauer. Rohrlänge und Auflagerlänge sind aufeinander abgestimmt, so dass auch die Rohrmuffe sicheren Halt auf dem Bauteil findet.
Die Kompaktauflager werden hintereinander auf verdichteter Grabensohle in ein Sand-Kiesbett verlegt und mit dem Laser ausgerichtet. Mit dieser Arbeit entfällt der Einbau der herkömmlichen Bettungsschicht, das Ausrichten der Rohre beim Einbau, das Nachbauen oder Abtragen der Bettung zur Anpassung der Höhenlage und das zeitaufwändige Unterstopfen der Rohrleitung in den Zwickelbereichen.
Um die Passgenauigkeit von Steinzeugrohren auf dem Kompaktauflager zu erhöhen, ist die Auflagerfläche im Sohlbereich unterbrochen. Eine etwa mittig in Längsrichtung des Auflager angeordnete Aussparung dient dazu, den Gurt unter dem Rohr hervorzuziehen, mit dem in der Regel das Rohr in den Graben abgelassen und in die Muffe des zuvor verlegten Rohres eingezogen wird. Durchgehende Schlitze im Bauteil dienen dazu, Werkzeuge mit Tragegurten durch einfaches Drehen zu verankern und so den Transport und das Ablassen des Kompaktauflagers in den Graben sicher zu bewerkstelligen.
Bei diesem Verlegeverfahren werden nicht die Rohre, sondern schon ihre Auflager höhen- und fluchtgerecht ausgerichtet. Diese Arbeit ist weniger aufwändig, als das herkömmliche Hantieren mit den schweren Rohren. Zudem lassen sich Fehlstellen unter dem Auflager leichter erkennen und beheben. Hierzu kann das Bauteil am Gurt hängend mit dem Bagger angehoben und aus dem Arbeitsbereich herausgeschwenkt werden.Geringere Unebenheiten in der Bettungsschicht werden durch das Kompaktauflager überbrückt.
Vor dem Rohreinbau ist eine dünne Mörtelschicht auf den Kontaktflächen des Auflagers aufzutragen, so dass in einem Arbeitsgang das Rohr am Gurt hängend in die Mörtelschicht abgelegt und in die Muffe des zuvor verlegten Rohres eingezogen werden kann. Die Rohrverlegung ist damit beendet.
Der Arbeitsraum kann nun mit steinfreiem Boden schichtweise eingebaut und verdichtet werden.
Das Kompaktauflager im Feldversuch

Um die Eignung des Kompaktauflagers auch im rauen Baubetrieb zu testen, wurde im Jahr 2000 auf dem Werksgelände des Herstellers ein Kanal aus Steinzeugrohren DN 250 Güteklasse N quer in eine Straße verlegt, über die der gesamte Schwerlastverkehr und der Ladebetrieb des Werkes mit schweren Hubladern abgewickelt wird.
Da insbesondere die Verkehrslasten auf den Testkanal wirken sollten, wurden eine Rohrüberdeckung von 1,10 m und eine Grabenbreite von 0,70 m gewählt. Am Tiefpunkt der 7,50 m langen Leitung wurde ein Kontrollschacht angeordnet, der die Zugänglichkeit zum verlegten Kanal auf Dauer sichern soll.
Der Baugrund bestand aus fest gelagertem Ton, der mehr oder weniger mit großen Steinen durchsetzt war. Die Grabensohle ließ sich nur grob mit dem Baggerlöffel abgleichen, so dass zunächst die größten Unebenheiten mit Kalkschotter der Körnung 0/48 mm aufgefüllt und danach die Bettungsschicht für die Kompaktauflager aus Kiesschicht 0/12 mm in rd. 5 cm Dicke eingebaut werden konnte.
Der Einbau der Auflager und der Rohre wurde von ungeschultem Betriebspersonal ausgeführt. Auch die für den Kanalbau üblichen Gerätschaften standen nicht zur Verfügung.
Nach dem Einbringen der Bettung wurden die Kompaktauflager mit dem Bagger am Traggurt hängend in den Graben abgelassen und durch den Rohrleger in Position gebracht. Wegen des Gewichts von rd. 70 kg lässt sich das Element auch von Hand bewegen.
Beim Testkanal wurde die Höhenlage des Auflagers mit der Wasserwaage kontrolliert, wobei die Möglichkeit genutzt worden ist, den optischen Abgleich der einzelnen Elemente über die höhengleichen Ausbildungen an den Enden des Auflagers durchzuführen, (s. weiße Markierungen im Stoßbereich der Auflager im nebenstehenden Foto).
Wie bereits vorgetragen, sind generell die Steinzeugrohre wegen ihrer zulässigen Maßtoleranzen in die Kompaktauflager einzumörteln. Hier aber wurden die Rohre lose eingelegt, d.h. am Gurt hängend in den Graben abgelassen, auf die Auflager abgelegt und in die Muffe des voran verlegten Rohres eingezogen. Mit dem Lösen des Trage-urtes durch den Rohrleger war die Verlegearbeit abgeschlossen.
Die Bauweise lässt bei einer Rohrverlegung mit dem Laser auch Bauabschnitte von je einer Rohrlänge zu, wobei diese Ausführungsart unwirtschaftlich und wenig empfehlenswert ist. Angeraten wird ein Auslegen der Bauteile über einen längeren Streckenabschnitt.
Beim Rohreinbau (DN 250 N, Typ CeraLong mit Steckmuffe K und 2,50 m Baulänge) sorgt die konkave Oberfläche des Kompaktauflagers dafür, dass sich das Rohr bereits beim Aufsetzen auf das Element in Längs-, Höhen- und Seitenlage ausrichtet. Diese stabile Lagerung erleichtert das Einziehen des Rohres in die Muffe des zuvor verlegten Rohres und macht Muffenverkantungen unmöglich.
Einbaufehler oder Unachtsamkeiten der Verlegemannschaft, die beim Kanalbau nach DIN schon manches Rohr zum Bersten gebracht haben, können bei dem neuen Verlegeverfahren nicht auftreten.
Wieder im Gegensatz zur herkömmlichen Rohrverlegung wurde aus Testzwecken die Seitenverfüllung nicht lagenweise eingebracht und verdichtet, sondern vom oberen Grabenrand maschinell bis 20 cm über Rohrmuffe eingefüllt, manuell abglichen und mit einer leichten Rüttelplatte verdichtet (BOMAG - BPR 25/40 D). Als Füllstoff wurde bis zur Hälfte des Grabens Kies der Körnung 0/12 mm und danach Kalksplitt 0/16 mm eingebaut.
Obwohl bei dieser Baumaßnahme Kies und Kalksplitt in die Leitungszone eingebaut worden ist, sollte dies nichts an den Bestrebungen ändern, zukünftig wieder vermehrt steinfreien Boden als Grabenverfüllung zu verwenden. Selbst schwach bindige Böden behindern die Dränagewirkung und damit den Wasserfluss im Graben. Fließendes Wasser auf der Grabensohle hingegen mindert die Tragfähigkeit des Baugrunds und macht Rohrleitungen instabil.
Die Hauptverfüllung des Testkanals wurde wegen des tonig steinigen Bodens mit Kalkschotter der Körnung 0/48 mm ausgeführt und lagenweise mit einer Rüttelplatte der Firma BOMAG - BPR 75/6-2 verdichtet. Der Straßenaufbruch wurde nur dünnschichtig mit bituminösem Mischgut geschlossen, so dass die hohen Radlasten ungestört auf die verlegte Rohrleitung einwirken können.
TV-Prüfung des Testkanals

Um festzustellen, ob Schäden am Testkanal durch das lose Einlegen der Rohre in das Auflager, das Weglassen der Verdichtung der Seitenverfüllung, die äußerst geringe Rohrüberdeckung und die hohe Verkehrsbelastung mögli-cher Weise entstanden sind, wurde nach 9-monatiger Liegezeit eine TV-Untersuchung durchgeführt. Es wurde danach bestätigt, der Kanal ist mängelfrei.
Die praktische Erprobung des Systems "Steinzeug-Rohre auf Kompaktauflager" hat damit den Beweis erbracht, dass auch unter extremen Randbedingungen verlegte Rohre schadensfrei bleiben können.
Vorzüge der neuen Verlegetechnik

Die neue Verlegetechnik ist den herkömmlichen Bauverfahren überlegen und zeichnet sich besonders aus durch:
  • schneller Baufortschritt, weil herkömmliche manuelle Arbeiten im Graben eingespart werden, wie Einbau der unteren Bettungsschicht und Unterstopfen der Rohre in den Zwickelbereichen.
  • sichere Auflagerbedingungen für das Rohr auf Dauer, weil die Rohrlagerung auf dem Kompaktauflager weder durch Wasser im Kanalgraben noch durch das Ziehen von Spundbohlen beeinflusst werden kann.
  • bequeme Rohrverlegung, weil die eingebauten Kompaktauflager das zeitaufwändige Nach- oder Ausrichten der Rohre überflüssig macht.
  • bewegliche Muffenverbindungen auf Dauer, weil Rohrschaft und Rohrmuffe auf dem Kompaktauflager Platz finden.
  • preisgünstigere Herstellung der Leitungszone, weil das Kompaktauflager die filterwirksamen Kiese und Splitte aus der Leitungszone verbannt und dafür vermehrt den Einbau von steinfreiem Boden ermöglicht.
  • hohe Beanspruchbarkeit der Leitung, durch die Sandwichbauweise macht die starre Rohreinbettung in Beton überflüssig.
  • die umweltneutralen, witterungsbeständigen Recyclingkunststoffe des Auflagers, welche selbst durch fließendes Wasser in der Leitungszone keinen Schaden nehmen können.
  • die Wiederverwendbarkeit aufgenommener Kompaktauflager, die vorher lediglich mit dem Hochdruckreiniger zu säubern sind.
  • die Zuführung unbrauchbar gewordener Kompaktauflager oder Sägeabschnitte dem Kreislauf des Dualen-Systems zur Aufarbeitung.
Das gute Ergebnis der Scheiteldruckprüfung und die Mängelfreiheit des Testkanals belegen, dass das Kompaktauflager tatsächlich die Auflagerbedingungen für biegesteife Rohre verbessert und bei diesem Verfahren Theorie und Praxis übereinstimmen.
Für Kanalbetreiber ist die hohe Qualität der Steinzeugrohre gepaart mit den optimalen Auflagerbedingungen richtig interessant; denn die hohe Investitionen für das Rohr und der gleichzeitige Einsatz des Kompaktauflagers erhöhen die Lebensdauer des Kanals und sparen eine Menge Geld.
Auch Bauunternehmungen können durch den Einsatz des Kompaktauflagers ihre Erträge deutlich steigern, haben eine zufriedene Mannschaft vor Ort und können nervige und teuere Reklamationen künftig ganz vergessen.
Das System "Rohr auf Kompaktauflager" hat unter extremen Bedingungen bewiesen, dass Steinzeugrohre einfacher, sicherer und schadensfreier im offenen Graben verlegt werden können, als nach dem herkömmlichen Verlegeverfahren auf Sand-Kiesbettung.

Literatur:

DIN EN 1610 u. DIN 4033 (alt)
ATV Erhebungen über den Zustand der Kanalisation in der Bundesrepublik Deutschland (1984, 1990, 1997) und Arbeitsblatt A 127 Statische Berechnung von Rohren
Artikel: "Beeinflusst der Rohrleitungsbau den Wasserhaushalt nachhaltig?" KA 5 /93 Seite 708 ff.
Artikel: Kanalbau in Rohrlängen, - "Vergraben oder Verbuddeln von Rohren"?! KA 4 /94 Seite 543 ff.

Kontakt

Dipl.-Ing. Norbert Giesler

34253 Lohfelden

Telefon:

05 61 / 51 49 29

Fax:

05 61 / 5 19 09 38

© 2024 visaplan GmbH, ein Unternehmen der Prof. Dr. Ing. Stein & Partner GmbH

UNITRACC 3.10.15.1