Vorwort
Aufbau und Randbedingungen von Kanalisationen
Sanierung
Belastung mittels des Berstverfahrens verlegter Rohrleitungen
Durch dynamisches Berstverfahren initiierte Tragwirkung des Bodens im Sekundärzustand II (schematische Darstellung) [Falk95b]
Die Bestimmung der erforderlichen Berstkraft, insbesondere der zur Bodenverdrängung erforderliche Anteil derselben, sowie Aussagen über Form und Radius der plastischen Zone sind nicht nur zur Überprüfung möglicher Auswirkungen auf die Leitungstrasse von Bedeutung sondern tragen wesentlich zur Definition der Belastungsannahmen der neuen Leitung bei, wobei die Art der Scherbenbildung während des Berstvorganges mit berücksichtigt werden muß. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn großflächige Bruchstücke entstehen, die während des Verdrängungsvorganges nicht weiter zerkleinert werden und damit ihrerseits Einzel- und Linienlasten in die neue Leitung eintragen. Erste diesbezügliche theoretische Untersuchungen ergaben für unterschiedlich ausgebildete Bruchkörper bei gleicher angenommener Bodenspannung Spannungsunterschiede im Rohr von bis zu 400% [Naneg88] .
Aussagen über die Belastung von mittels des dynamischen Berstverfahrens verlegten Rohrleitungen ermöglichen Untersuchungsergebnisse der Ruhr-Universität Bochum aus den Jahren 1993-95 [Falk95b] . Nach einer Modellvorstellung von Falk [Falk95b] ist der Sekundärzustand II gekennzeichnet durch vertikale, nach unten gerichtete Bodenverschiebungen innerhalb einer begrenzten Bodenzone über der Leitung, die als Bruchbereich bezeichnet werden kann (Bild 5.4.3.5.4-1) . Hieraus ergibt sich eine Erddruckbelastung, die mit einem analytischen Berechnungsverfahren ermittelt werden kann. Grundlagen dieser Modellvorstellung sind neben den Ergebnissen der oben angeführten Großversuche an der Ruhr-Universität Bochum experimentelle und theoretische Untersuchungen von Fagerer [Fager80] , Bolton [Bolto79] , Feder [Feder82] und Vavrovsky [Vavro87] .
Die Belastung der neuen Leitung wird hierbei in zwei Schritten ermitttelt. Im Schritt 1 erfolgt die Ermittlung der Erddruckbeanspruchung. Diese liegt deutlich unterhalb der Primärspannung:
pv = g × H + po
ph = Ko × pv
mit:
pv - Vertikalspannung im Boden mit einer Überdeckungshöhe Hph - Horizontalspannung im Boden mit einer Überdeckungshöhe H
g - Wichte des Bodens
p0 - Auflast auf der Geländeoberfläche
K0 - Erdruckbeiwert.
Die Ursache ist eine mittragende Wirkung des Baugrundes in Form einer Gewölbebildung über dem Bruchbereich. Voraussetzungen sind
- ein Überschnitt zwischen Berstkörper und Mantel- oder Produktrohr,
- ein verdichtungsfähiger Boden und
- ein dilatantes Verhalten des Bodens im Bruchzustand.
Werden keine der o. a. Schutzmaßnahmen für die neue Leitung getroffen, wird in einem zweiten Schritt des Rechenganges die Erddruckbelastung zu Einzel- und Linienlasten infolge der Scherbenwirkung umgerechnet. Ein Algorithmus zur Berechnung der sich durch das so veränderte Lastbild ergebenden Mehrbeanspruchung, gemessen an der maximalen Spannung in der Rohrwandung, wurde durch Falk [Falk95b] entwickelt. Die Beanspruchungserhöhung kann, gemessen an der maximalen Spannung im Rohrquerschnitt der neuen Leitung, eine Spannungserhöhung um einen Faktor von ca. 1,2-3,0 (in ungünstigen Fällen auch darüber) im Vergleich zur reinen Erddruckbelastung ergeben. Dieser Faktor hängt maßgeblich von der Scherbengröße, aber auch von der Wanddicke, Nennweite und dem Werkstoff der zu erneuernden Leitung ab.
