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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Platten und Bahnen aus Kunststoff mit integrierten Verankerungselementen
(Bild: PE-HD-Stegplatten: BKU II Steckprofilformen [FI-Fried])
Als Alternative zur Auskleidung mit PVC-Stegplatten werden auch Stegplatten aus PE-HD unter der Bezeichnung "BKU II-Stecksystem" [FI-Fried] und "SLT-Platte T-Grip"angeboten [FI-SLT] . Das BKU II-Stecksystem wird in Standardlängen von 3,0 und 5,0 m (Sonderlängen sind möglich) mit einer Breite von 1 m geliefert. Wichtigster Bestandteil dieses Systems sind die Auskleidungssteckprofile, … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Platten und Bahnen aus Kunststoff mit integrierten Verankerungselementen Beim "System Polygrip" werden Platten aus PP oder PE-HD in Breiten bis zu 10 m, in Längen je nach Projektausführung und in Wanddicken von 2 bis 30 mm (üblicherweise 2 bis 8 mm) hergestellt und werkseitig mit bürstenähnlichen Streifen, den sogenannten Polygrips, versehen. Letztere bestehen aus ca. 6 bis 7 cm breiten Gewebestreifen, in die bis zu 10 mm lange Monofilamente (gereckte Polyethylenfäden) eingewebt sind (Bild 5.3.2.5.2.2.4) . Für normale … |
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Neben dem reinen BKU-Profil werden zu Sanierungszwecken auch vorgefertigte Verbundelemente aus BKU-Profilen und Glasfaserbeton eingesetzt [FI-Fried] . Die Elemente werden als Kreissegmente angeliefert, vor Ort zu einer Teilauskleidung geformt und an die Rohrwand montiert (Bild 5.3.2.5.2.3) . Zur Erzeugung eines Ringraumes werden Abstandhalter gesetzt.
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Zur Gruppe der Auskleidung mit Hohlkammersteckprofilen gehört das in Großbritannien entwickelte und 1985 patentierte (UK Patent Nr. 2094860B) Dunlop-Planks-Verfahren [WRC83] . Über den Rohrumfang verteilt werden abwechselnd Tragprofile, die gleichzeitig als Abstandhalter zur vorhandenen Kanalwandung dienen, und Hohlprofile aus PVC, PP oder PE-HD mit jeweils 6 m Länge angeordnet (Bild 5.3.2.5.2.4) (Bild 5.3.2.5.2.4) (Bild 5.3.2.5.2.4) (Bild 5.3.2.5.2.4) |
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Eine kostenaufwendigere Methode stellt die Auskleidung mit V4-A-Blechen mit Sicken dar. Bei einem Anwendungsfall in der Freien und Hansestadt Hamburg wurden die 1 mm dicken Platten auf Flachstähle aufgeschweißt und mit Dübeln und Schrauben im Beton verankert [Maidl82] . |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Auskleidungen aus montierten Einzelelementen (Montageverfahren) (Bild: Vollauskleidung mit PVC- Stegfolie. Lage der Entspannungsfuge bei radialer Steganordnung [FI-Fried]) Bei einer Vollauskleidung wird der gesamte Rohrinnenumfang der zu sanierenden Haltung mit einer Auskleidung versehen. Neben der Unterteilung mit/ohne Ringraumverfüllung kann unterschieden werden zwischen
Bei der erstgenannten Variante tritt … |
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Die Auskleidung von Kanälen unterschiedlichster Querschnittsformen mit bewehrten Spritzbetonelementen (Bild 5.3.2.5.3.1) wurde in Großbritannien entwickelt [FI-Rees] . Sie werden außerhalb des Kanals mit einer Mindestwanddicke von 40 mm auf einer entsprechenden Schalung hergestellt (Bild 5.3.2.5.3.1) , in den Kanal transportiert und dort positioniert (Bild 5.3.2.5.3.1) (Bild 5.3.2.5.3.1) .
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Elemente aus Faserbeton werden aus Zement und Feinsand im Verhältnis 3:1 sowie 5 Gew.-% alkaliresistenten Glasfasern in Längen zwischen 10 und 25 mm im Spritzverfahren hergestellt. Die Elementlänge beträgt i.a. 1,2 m, sie kann aber auch der jeweiligen Situation angepaßt werden. Die Verbindung der Elemente untereinander erfolgt durch Falz- und/oder Muffenverbindungen (Bild 5.3.2.5.3.2) , die zusätzlich durch Schrauben gesichert werden, um ein Verschieben … |
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Die Elemente aus Reaktionsharzbeton unterscheiden sich von den Elementen aus Spritzbeton und Faserbeton lediglich bezüglich des Bindemittels. Sie bestehen aus einem Gemisch aus Polyesterharz (10- 20 Gew.-%) und Quarzzuschlägen. Falls erforderlich, können auch Glasfasern zugegeben werden. Die relativ dicken (ca. 38 mm) und steifen Elemente erfordern während der Ringraumverfüllung keine stützenden Maßnahmen. Um einen Austritt des Verfüllmörtels zu … |
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Ein Vertreter dieser Verfahrensgruppe ist das in Großbritannien entwickelte und seit 1992 in Deutschland eingesetzte Channeline-Verfahren (Bild 5.3.2.5.3.4) (Bild 5.3.2.5.3.4) (Bild 5.3.2.5.3.4) .
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(Bild: Vollauskleidung mit Elementen aus Spezialglas - Glaselemente verlegt und mit Hydraulikschläuchen fixiert [FI-Flach]) Zu dieser Verfahrensgruppe gehört das in der Bundesrepublik Deutschland entwickelte TRANSPLUS-Glasauskleidungssystem [FI-Flach] . Hierbei werden Auskleidungssegmente aus einem chemikalienbeständigen, hochfesten und schlagunempfindlichen Spezialglas zur Vollauskleidung von Becken und Kanälen mit Kreis- oder Eiquerschnitt montiert |
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Wie bereits im Abschnitt 5.3.2.1 erwähnt, unterscheidet man im Zusammenhang mit Vollauskleidungen zwischen nichtselbsttragenden bzw. statisch nicht tragfähigen und selbsttragenden bzw. statisch tragfähigen Auskleidungssystemen. Die statisch nicht tragfähigen Vollauskleidungen können keine zusätzlichen Lasten aufnehmen und sind mit dem Tragquerschnitt, d. h. dem zu sanierenden Kanal mechanisch sicher zu verbinden. Im Gegensatz dazu können statisch … |
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Standsicherheitsnachweise für selbsttragende Inliner wurden in der Vergangenheit in Deutschland ausgehend vom ATV-M 143 Teil 3 [ATVM143-3] meist in Anlehnung an das ATV-A 127 [ATVA127:1997] geführt, obwohl die letztgenannte Richtlinie ausschließlich für Neuverlegungen entwickelt wurde und von einem Rohr-Boden-Tragsystem ausgeht (elastisch gebetteter Kreisring). Da dessen kinematisch zulässige Verformungsfiguren ebenso wie die resultierenden Beanspruchungen … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Statische Berechnungen selbsttragender Auskleidungen in Form von Rohren
(Bild: Darstellung verschiedener Pfade im Last-Verschiebungsdiagramm nach [Krätz94])
Bei der Versagensanalyse wird die Lastgröße berechnet, bei der die Struktur eine weitere Lasterhöhung nicht oder nur unter unzulässig großen Verformungen aufnehmen kann. Eine genaue Darstellung des theoretischen Hintergrundes wird z.B. in [Hibbi95] [Krätz94] [Mehlh95] [Steup66] gegeben. Folgende Begriffe sind von entscheidender Bedeutung (Bild 5.3.2.6.1.1) :
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Statische Berechnungen selbsttragender Auskleidungen in Form von Rohren In der Vergangenheit wurden verschiedene empirische und analytische Lösungsansätze zur Ermittlung des kritischen Beuldrucks kreisrunder Rohre unter Außendruckbelastung entwickelt [Guice94d] . Grundlegende Zusammenhänge zum Beulverhalten des freien Rohres wurden von Timoshenko in [Timos61] dargestellt. Darauf aufbauend beschreibt Gaube [Gaube74] das besondere Versagensverhalten gebetteter Kunststoffrohre durch halb-empirische Ansätze. Eine Beschreibung … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens (Bild: Beulen eines freien Ringes unter Außendruck [Guice94a]) Timoshenko beschreibt das Beulverhalten des freien, dünnen Ringes, der mit einem konstanten Außendruck radial belastet wird. Im Falle einer beliebig kleinen Anfangsverformung kommt es unter kritischer Belastung zum Beulen des Kreisringes, wie im Bild 5.3.2.6.1.2.1 dargestellt. Das Biegemoment M an einer beliebigen Stelle des Kreisringes kann dann aus den Gleichgewichtsbedingungen und … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Gaube hat ausgehend von Versuchen an freien und eingeerdeten PE-HD-Rohren unter Außenwasserdruck einen halb-empirischen Ansatz zum Standsicherheitsnachweis gebetteter Abwasserrohre aus Kunststoff entwickelt [Gaube74] . Dabei werden sowohl die Stützwirkung des Bodens als auch die von der Erdlast herrührende Verformung (Unrundheit) des Rohres berücksichtigt. Zunächst wird der Beuldruck des freien unverformten Rohres gegenüber äußerem Wasserdruck entweder … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Glock analysierte das Stabilitätsproblem eines starr ummantelten, linear elastischen Kreisrings unter Außenwasserdruck unter Verwendung geometrisch nichtlinearer Verformungsbeziehungen nach der Energiemethode. Reibung zwischen Rohr und Ummantelung, Imperfektionen der Belastung und Geometrie sowie nichtlineares Werkstoffverhalten wurden nicht berücksichtigt. Ein Ablösen des Rohres von der Ummantelung wird durch die aus den Umfangsspannungen resultierende … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Cheney [Chene71] untersuchte wie Glock das Beulverhalten eines von einer starren Ummantelung umschlossenen Ringes unter Außendruck unter der Voraussetzung linear elastischen Werkstoffverhaltens. Seine Analyse erfolgte in Anlehnung an die Stabilitätstheorie des Bogenträgers [Timos61] [Guice94c] . Für kleine Verhältnisse t/Dm ergibt sich der kritische Beuldruck demnach zu: (Formel: Kritischer Beuldruck (Cheney)) |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Auch Chicurel [Chicu68] untersuchte das Beulverhalten eines dünnen, elastischen ummantelten Ringes in Anlehnung an die Stabilitätstheorie des Bogenträgers [Timos61] . Er ging allerdings davon aus, daß der innere Ring die äußere Druckbelastung aufgrund einer Durchmesserverkürzung der reibungsfreien Ummantelung erfährt, wie sie z.B. durch Schwindvorgänge denkbar ist. Obwohl dieser Ansatz nicht exakt dem Verhalten eines Inliners unter äußerem Wasserdruck … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Lo und Zhang [Lo94] entwickelten in Anlehnung an die Stabilitätstheorie des Kreisbogenträgers [Timos61] ein Modell für das Beulen des kreisförmigen Inliners, welches auch den Einfluß eines kleinen Ringspaltes berücksichtigt. Die Gesamtspaltweite setzt sich aus zwei unterschiedlichen Anteilen zusammen, der Anfangsspaltweite Δ1 und der durch hydrostatischen Druck entstehenden Spaltweite Δ2. Es wird zwischen einer unsymmetrischen und einer symmetrischen … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Falter untersuchte das Tragverhalten von Inlinern anhand von nichtlinear geometrischen Berechnungen an Stabwerksmodellen [Falte94a]. Die Berechnungen erfolgten unter der Annahme einer über die Rohrlänge konstanten Belastung, vernachlässigbarer Reibung zwischen Altrohr und Inliner und richtungstreuer Lasten für "kleine Verschiebungen", wobei auch Vorverformungen und Spaltbildung Berücksichtigung fanden. Ausgangspunkt ist die Beulformel (5-14) (Bild … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Der Ansatz der American Society for Testing and Materials F 1216-93 [ASTMF121693] zur Berechnung des kritischen Beuldruckes geht auf Versuche an Schlauch-Inlinern in Stahlrohren zurück, bei denen der Durchmesser, die Wanddicke und der Elastizitätsmodul variiert wurden. Die Inliner wurden bis zum Versagen beansprucht und der Versuchsbeuldruck mit dem kritischen Beuldruck des freien Rohres nach Timoshenko (5-6) (Formel 5.3.2.6.1.2.1) über einen Steigerungsfaktor … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Wagner führte Kurzzeitbeulversuche durch, bei denen insgesamt 135 Insituform-Rohre der Länge 3,50 m durch Aufbringen eines radialen, äußeren Wasserdruckes bis zum Versagen belastet wurden. Als starre Ummantelung wurden nahtlos hergestellte Stahlrohre mit den Nennweiten DN 250 und DN 300 verwendet. Zur Ermittlung der Beullasten wurde von Wagner anhand der Versuchsergebnisse folgende in ihrer Gültigkeit auf den Bereich 15 < r/ws < 120 beschränkte Beulgleichung … |
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16.02.2011 Instandhaltung von Kanalisationen Empirische und analytische Ansätze zur Beschreibung des Stabilitätsversagens Zur Bemessung von Inlinern wird im allgemeinen von einem standsicheren Altsystem ausgegangen, da Aussagen über eine mittragende Wirkung bisher nicht zuverlässig möglich sind. Wie für das Rohr-Boden-System nach [ATVA127:1997] müssen auch für das Rohr-im-Rohr-System der Spannungsnachweis, Verformungsnachweis und Stabilitätsnachweis geführt werden. Nichtlineare FEM-Berechnungen sind einer Überlagerung analytischer Lösungen stets vorzuziehen. Für den … |
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