Die Bedeutung der Statik in der Kanalsanierung

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1 Die Bedeutung der Statik in der Kanalsanierung 1

2 Dipl.-Ing. Roland Wacker ö.b.u.v. Sachverständiger für Instandhaltung und Sanierung von Entwässerungsnetzen (IHK Stuttgart) zertifizierter Kanalsanierungs-Berater stv. Vorsitzender des Vorstands im VSB e.v. Ingenieurbüro Wacker Im Höfle Auenwald 2

3 statisch überlasteter Kanal (biegeweich) 4

4 Statisch überlasteter Kanal (biegesteif) 5

5 Mögliche Ursachen für diese Schadensbilder: Statik falsch berechnet z.b. falsche Lastannahmen, falsches Rohrmaterial, usw. Falsche Ausführung z.b. unzureichende Verdichtung, breiterer Rohrgraben, usw. Statik und Ausführung passen nicht zusammen z.b. geänderte Ausführung Später geänderte Randbedingungen z.b. Geländeniveau wird verändert z.b. Aufgrabungen in der Nähe 6

6 Hauptlasten, die auf das Bauwerk Kanal wirken: 7

7 Beeinflussende Parameter, mit denen eine Statik schöngerechnet werden kann: Rohrgrabenbreite wird zu niedrig angesetzt Silowirkung wird angesetzt Wasseraußendruck wird zu hoch angesetzt Auflagerwinkel wird zu hoch angesetzt Innendruck wird nicht berücksichtigt 8

8 Beispiel: Betonrohr DN 600 mm, Wanddicke 80 mm, Überdeckung 5,0 m, SLW60 Bedingungen A4 / B4 Auflagerwinkel 120 Rohrgrabenbreite 1,5 m Grundwasserstand 3,0 m ohne Innendruck A1 / B1 1, ,08 3,0 m 1,46 ohne 1,87 2,0 m WS 1,78 Sicherheitsbeiwert: 2,39 alle 0,70 14

9 Umgang mit der Statik von Rohrleitungen: Statik ist Bauherrenaufgabe! Bauherr muss Anforderungen definieren Bauherr muss statische Randbedingungen vorgeben Bauherr muss gelieferte Statik überprüfen Bauherr muss Übereinstimmung der Ausführung mit der Statik prüfen Überprüfung der Statik bestehender Kanäle, wenn Auswirkungen aktueller Maßnahmen auf bestehenden Kanal zu erwarten sind z.b. Verlegung eines kreuzenden oder parallelen Kanals z.b. Rückstau für Abwasserlenkung 15

10 Umgang mit der Statik von Rohrleitungen: Tragfähigkeit des Altrohres kann durch Einbau eines Schlauchliners nicht verbessert werden Unzureichende Bettung des Altrohres kann durch Einbau eines Schlauchliners nicht verbessert werden Konsequenz: Statik des Schlauchliners ist an die vorhandene Situation anzupassen, so dass der Schlauchliner evtl. einen Teil der Erd- und Verkehrslasten übernehmen muss 16

11 ATV-M / DWA-A Ersterscheinungsdatum: Januar 2000 korrigierte Auflage: Juli 2010 anerkanntes Regelwerk durch Einführung Eurocode und Weiterentwicklungen bei Liningverfahren wurde Aktualisierung erforderlich November 2012 Gelbdruck DWA-A Juli 2015 Weißdruck DWA-A

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13 Altrohrzustände (DWA-M 143-2) Altrohrzustand I ausreichende Biegezugfestigkeit des Altrohres Altrohrzustand II Altrohr vierfach längs gerissen; mit seitlich stützendem Boden hat sich neuer Gleichgewichtszustand eingestellt Altrohrzustand III Bodenbewegungen durch Verkehrslasten bei geringer Überdeckung Überschüttungen, Bodenentzug, GW-Schwankungen System langzeitig nicht stabil 19

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17 Erforderliche Nachweise Montagezustand Beulnachweis für den Lastfall Verfüllen des Ringraums Verformungsnachweis Spannungs- und Beulnachweis beim Einziehen von Rohren Betriebszustand Stabilitätsnachweis für den Lastfall Wasseraußendruck Spannungsnachweis Verformungsnachweis Ermüdungsnachweis (Verkehrslasten z.b. unter Bahngleisen) 23

18 Erforderliche Nachweise Früher: Berechnung mit Bemessungslasten und Materialkennwerten, Ermittlung des Sicherheitsbeiwertes Jetzt: Abminderung der Materialkennwerte mit Teilsicherheitsbeiwert und Erhöhung der Bemessungslasten mit Teilsicherheitsbeiwert 24

19 Imperfektionen für Kreisquerschnitte Quelle: DWA-A

20 Stabilitätsnachweis,s GR,v s D = 2,62 (r L /t L ) 0,8 krit p a,d =,s D S L,d p a,d / krit p a,d 1,0 26

21 Abminderungsbeiwert Ringspalt Abminderungsbeiwert Örtliche Vorverformung ω s ω v Abminderungsbeiwert Gelenkringvorverformung ω GR,v 27

22 Abminderungsbeiwerte zusammengefasst 28

23 Teilsicherheitsbeiwerte F der Einwirkungen 29

24 Teilsicherheitsbeiwerte M der Widerstände 30

25 Rechenbeispiel Stabilitätsnachweis DN 600 E L = N/mm² (Langzeit) Grundwasserstand 3,0 m ω v = 2% vom Linerradius ω GR,v = 4% vom Linerradius ω s = 0,5% vom Linerradius Ansatz: t L = 6,0 mm r L /t L = (300-3) / 6,0 = 49,5 31

26 Stabilitätsnachweis,s GR,v s D = 2,62 (r L /t L ) 0,8 krit p a,d =,s D S L,d p a,d / krit p a,d 1,0 32

27 Abminderungsbeiwert Ringspalt Abminderungsbeiwert Örtliche Vorverformung 0,63 0,54 ω s ω v 0,68 Abminderungsbeiwert Gelenkringvorverformung ω GR,v 33

28 Stabilitätsnachweis,s 0,54. 0,68. 0,63 = 0,23 D = 2,62. 49,5 0,8 = 59,43 krit p a,d =,s D S L,d 34

29 Stabilitätsnachweis,s 0,54. 0,68. 0,63 = 0,23 D = 2,62. 49,5 0,8 = 59,43 krit p a,d = 0,23 59,43 0,00336 krit p a,d = 0,

30 Stabilitätsnachweis krit p = 0,0459 a,d p = p. 1,5 = 0,03. 1,5 = 0,045 a,d a p a,d / krit p a,d 1,0 0,045 / 0,0459 = 0,981 1,0 Nachweis erbracht 36

31 Einfluss der örtlichen Vorverformung 37

32 Einfluss der Gelenkringvorverformung 38

33 Einfluss der Spaltbildung 39

34 Einfluss des Grundwasserstandes 40

35 DIN (VOB/C) Statische Anforderungen an das Lining-Rohr und die daraus resultierende konstruktive DWA-M Wanddicke gemäß DWA- Merkblatt DWA-A Regelstatiken Auf Basis der Materialkennwerte der Materialkenngruppen wurden Regelstatiken für Regellastfälle des Altrohrzustands II gerechnet. Die so errechnete Gesamtwanddicke ist für das angebotene Produkt vertraglich vereinbart und dient als Kalkulationsbasis. 41

36 Beispiel Regelstatiktabelle (DWA-M 144-3) 42

37 Beispiel: Vorgaben zur Wanddicke in einer Ausschreibung Materialkenngruppe Langzeit-E-Modul [N/mm²] Biegespannung [N/mm²] Haltung K Haltung K Haltung K Haltung K Haltung K Haltung K entsprechend Regelstatiktabellen (DWA-M 144-3), Wasseraußendruck 3,0 m entsprechend Regelstatiktabellen (DWA-M 144-3), Wasseraußendruck 3,0 m entsprechend Regelstatiktabellen (DWA-M 144-3), Wasseraußendruck 3,0 m entsprechend Regelstatiktabellen (DWA-M 144-3), Wasseraußendruck 2,5 m entsprechend Regelstatiktabellen (DWA-M 144-3), Wasseraußendruck 3,5 m entsprechend Regelstatiktabellen (DWA-M 144-3), Wasseraußendruck 3,0 m Haltung K ,8 4,2 4,9 4,7 4,5 4,6 4,5 4,3 3,2 3,1 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 Haltung K ,8 4,2 4,9 4,7 4,5 4,6 4,5 4,3 3,2 3,1 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 Haltung K ,8 4,2 4,9 4,7 4,5 4,6 4,5 4,3 3,2 3,1 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 Haltung K Haltung K entsprechend Regelstatiktabellen (DWA-M 144-3), Wasseraußendruck 2,5 m 3,0 Haltung K ,1 5,4 6,7 6,4 6,1 6,2 6,0 5,9 4,3 4,1 4,0 3,9 3,8 3,7 3,6 3,5 3,5 3,4 3,3 3,3 3,2 3,1 3,0 Haltung K ,1 5,4 6,7 6,4 6,1 6,2 6,0 5,9 4,3 4,1 4,0 3,9 3,8 3,7 3,6 3,5 3,5 3,4 3,3 3,3 3,2 3,1 3,0 43

38 Zusammenfassung Die Statik ist Bauherrenaufgabe und ist im Rahmen der Sanierungsplanung vor der Ausschreibung durchzuführen Regelstatiktabellen ersetzen nicht diese Pflicht Regelstatiktabellen gelten nur, wenn die Imperfektionen nicht größer sind, als die dort zugrunde gelegten Mindestwerte 44

39 Zusammenfassung Vorhandene Kanäle, die durch Sanierungsmaßnahme beeinträchtigt werden, sind miteinzubeziehen Statik ist nicht trivial und sollte von einem Statiker erstellt werden Ein Kanal oder ein Liner erreicht nur seine ihm zugedachte Nutzungsdauer, wenn er statisch ausreichend bemessen ist 45