Beanspruchung durch Auftriebskräfte

Bei der Verfüllung des Ringraumes zwischen altem Rohr und eingezogenem PE-HD-Rohr mit einem Dämmer vom spezifischen Gewicht γ_D > γ_R (γ_R = spezifisches Gewicht des Rohres) wird das ungefüllte PE-HD-Rohr durch die Kraft F_v (Formel 5.3.2.6.3.2.1) beansprucht (Bild 5.3.2.6.3.2.1-1).

Formel 5.3.2.6.3.2.1-1:

Beanspruchung des PE-HD-Rohres durch die Ringraumverfüllung

F_A = Auftrieb [N]
G_R = Rohrgewicht [N]
q_R = Rohrgewicht/Längeneinheit [N/mm]
l_R = Rohrlänge [mm].

Bild 5.3.2.6.3.2.1-1:

Auftriebskraft F_v in Anlehnung an [FI-Hoech] [Koch85] [Quelle: STEIN Ingenieure GmbH]

Für ein wassergefülltes Rohr mit dem Gewicht des Wassers G_W gilt:

Formel 5.3.2.6.3.2.1-2:

Beanspruchung des wassergefüllten PE-HD-Rohres durch die Ringraumverfüllung

Daraus resultiert für das seitlich nicht gestützte Rohr, das am Scheitel des alten Rohres anliegt, näherungsweise eine Vertikalverformung von:

Formel 5.3.2.6.3.2.1-3:

Vertikalverformung für das seitlich nicht gestützte, am Scheitel des Altrohres anliegende Rohr

Der Kriechmodul E_R des Kunststoff-Rohres ergibt sich in Abhängigkeit von der Abbindezeit des Dämmers nach (Bild 5.3.2.6.3.2.1-2) und (Bild 5.3.2.6.3.2.1-3).

Bild 5.3.2.6.3.2.1-2:

Biege-Kriechmodule E_R [FI-Hoech] [Koch85] - Biege-Kriechmodul E_R von PE-HD (Hostalen GM 5010 T2) s = 2 N/mm²

Bild 5.3.2.6.3.2.1-3:

Biege-Kriechmodule E_R [FI-Hoech] [Koch85] - Biege-Kriechmodul E_R von PP (Hostalen PPH 2222) s = 2 N/mm²

In der Regel steht das wassergefüllte Rohr unter Innendruck. Die dadurch hervorgerufenen geometrisch-nichtlinearen Rückstellkräfte wirken der Verformung infolge Auftrieb entgegen, so daß die Vertikalverformungen wesentlich kleiner sind als die berechneten Verformungen δ_V.

Sofern ein Aufschwimmen der Rohre vermieden werden soll, sind die Rohre mit Abstandhaltern zu zentrieren. Die Abstände auf dem Rohr richten sich nach der zulässigen Durchbiegung (Bild 5.3.2.6.3.2.1-4) (Abschnitt 5.3.2.2.1) .

Bild 5.3.2.6.3.2.1-4:

Belastung eines Rohrabschnittes zwischen Abstandhaltern in Anlehnung an [FI-Hoech] [Quelle: STEIN Ingenieure GmbH]

Für die Berechnung der mittleren Durchbiegung ω gilt die Beziehung:

Formel 5.3.2.6.3.2.1-4:

Mittlere Durchbiegung ω

l_R - Freilänge [mm]
J_R - Flächenträgheitsmoment [mm⁴] nach DIN 8074 [DIN8074a] bzw. DIN 8077 [DIN8077] .

Der maximale Abstand l_R zwischen den Abstandhaltern errechnet sich nach der Formel [Bröms87] :

Formel 5.3.2.6.3.2.1-5:

Abstand zwischen den Abstandhaltern

W = Moment of inertia [mm³]
σ_b,perm = Permissable bending stress [N/mm²] = ε_b,perm ⋅ E_R
q = Loading (e.g. pipe + water) [N/mm].

Bei nicht verdämmten PE-HD-Leitungen mit einer Nutzungsdauer von 50 Jahren bei Betriebstemperaturen von 20° C ergeben sich zulässige Biegespannungen von σ_b,zul = 0,6 N/mm² [Menge69] . Die errechneten Abstände sind bei Betriebstemperaturen von 40° C um den Faktor 0,7 zu verkürzen [Bröms87] .