Traditionelle Werkstoffe,wie Steinzeug,

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1 Leitungsbau Grabenlose Verlegung mit PE Leitungsrehabilitation Hauptaufgabe für die Betreiber der Rohrleitungsnetze ist es, die Substanz der Infrastruktur auf konstant hohem Niveau zu halten bzw. wieder auf einen hohen technischen Standard zu bringen. Rehabilitationsstrategien unter Einbeziehung der vorhandenen Substanz sind gefordert. Grabenlose Verfahren sind hier auf dem Vormarsch. Je nach Verfahren gilt es, in Abhängigkeit vom Einsatzgebiet Materialentscheidungen zu treffen. Mittlerweile nimmt die Kunststoffpenetration über alle Anwendungen stetig zu. Da Kunststoff aber nicht gleich Kunststoff ist, gilt es hier zu sortieren. Traditionelle Werkstoffe,wie Steinzeug, Beton, Stahl oder Guss gaben jahrzehntelang den Ton an. Die Verdrängung dieser traditionellen Werkstoffe durch leistungsfähige Kunststoffe steigt jedoch stetig. Zusammen mit dem Institut für Rohrleitungsbau Oldenburg (IRO) führt die Wavin GmbH daher eine Seminarreihe durch, bei der über den Werkstoff Polyethylen und grabenlose Einbauverfahren in Theorie und Praxis berichtet wird. Grabenlose Einbauverfahren für Polyethylenrohre Für den grabenlosen Rohrleitungsbau werden unterschiedlichste Verfahren angeboten. Die Verfahren beinhalten unterschiedliche Anforderungen an Rohre und deren Werkstoffeigenschaften. Im Folgenden sind die gängigsten Einbauverfahren mit dem jeweiligen Anforderungsprofil für PE-Rohre dargestellt. Den Verfahrensbeschreibungen sind Verweise auf das jeweilige DVGW-Merkblatt beigefügt. Weitere Details für Planung, Ausführung und Qualitätssicherung können den jeweiligen DWA- und RSV-Merkblättern entnommen werden. und kann es dementsprechend wie bei einer Neuverlegung abschreiben. Bei der Planung ist für dieses Verfahren die erforderliche Rohrhydraulik zu prüfen, da der Rohrquerschnitt verringert wird. Der Platzbedarf für eine Langrohrlining-Maßnahme ist relativ groß. Für den Einzug sind Baugruben zu errichten, damit der Rohrstrang unter Beibehaltung der maximal möglichen Biegeradien eingezogen werden kann. Bei den Vorarbeiten ist durch eine Kalibrierung sicherzustellen, dass der innere Querschnitt an jeder Stelle in der vorhandenen Trasse groß genug ist. Die Lining-Rohre werden entweder auf Ringbunden oder als Einzelrohre geliefert. Ringbunde stehen derzeit bis maximal DN 180 Millimeter zur Verfügung. Der Einzug erfolgt mit einer Zugwinde. Die Zugkraft ist dabei auf die maximal zulässige Zugkraft des einzuziehenden Rohres zu begrenzen und kontinuierlich zu dokumentieren. Am Rohrstrang können Gleitkufen angebracht werden, die für einen definierten Ringraum sorgen und die Mantelreibung verringern. Nach dem Einzug wird der vorhandene Ringraum in der Regel verfüllt, um die Lage des Rohres zu sichern und um die äußeren Kräfte kraftschlüssig zu übertragen. Langrohrlining Das älteste Verfahren für die grabenlose Sanierung von Rohrleitungen ist das Langrohrlining (Abb. 1). Beim Langrohrlining wird über eine Baugrube ein neuer Rohrstrang in die alte Rohrleitung eingezogen. Dabei können Rohre aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden. Vorraussetzung sind zugfeste Verbindungen innerhalb des Rohrstranges. Der Betreiber der Leitung bekommt im Ergebnis ein eigenständiges tragfähiges neues Rohr Abb. 1 Beim Langrohrrelining wird über eine Baugrube ein neuer Rohrstrang in die alte Rohrleitung eingezogen. Quelle: Glanert, Wavin GmbH 22

2 Für das Verfahren sollten Polyethylenrohre mit Schutzeigenschaften verwendet werden. So können etwaige Beschädigungen an der äußeren Oberfläche während des Einziehvorganges und Schäden durch langfristig entstehende Punktbelastungen vermieden werden. Weitere Details zu dem Verfahren können dem DVGW-Merkblatt GW 320/1 entnommen werden. Berstlining Beim Berstlining wird die alte Rohrleitung zerstört und mit einem Aufweitkörper radial verdrängt. Im gleichen Arbeitsgang wird ein neues Rohr in die alte Trasse eingezogen. Es wird zwischen statischen und dynamischen Berstverfahren unterschieden. Bei dem dynamischen Berstverfahren unterstützt die Zugkraft einer Seilwinde den Berst- und Einziehvorgang. Die Berstmaschine wird pneumatisch betrieben und zertrümmert das Altrohr. Bei dem statischen Berstverfahren erfolgt die Krafteinleitung für den Berst- und Einziehvorgang in Rohrlängsrichtung mit einer hydraulisch betriebenen Zugeinrichtung. Die Berstlafette ist über ein Gestänge mit dem Aufweitungs- und Berstkörper verbunden. Beim Berstprozess wird in der Regel mit einem so genannten Überschnitt gearbeitet, um erstens die Mantelreibung zu reduzieren und zweitens ein möglichst gleichmäßiges Anlagern des umgebenden Erdreiches um die neue Rohrleitung zu erreichen. Ein großer Vorteil des Berstlinings ist, dass bei der Installation ein neues, für sich eigenständig-tragfähiges Rohr verbaut wird. Weiterhin bleibt bei diesem Verfahren mit dem neu eingebrachten Rohr der volle hydraulische Querschnitt erhalten, da das Altrohr verdrängt wird. Oftmals ist es sogar möglich, den verfügbaren Querschnittsbereich durch einen weiteren Arbeitsschritt zu erweitern. Dabei wird im Anschluss an das Bersten, das Produktenrohr hinter einem größeren Aufweitkörper angebracht. Die Anforderungen an ein Neurohr sind vergleichsweise hoch. Während des Einziehens können jedoch Altrohrsegmente äußere Beschädigungen wie z. B. Riefen hervorrufen. Langfristig können außen anliegende Altrohrsegmente zu Punktlasten führen. Das neue Rohr wird dabei auf der Innnenseite der Rohrwandung durch Spannungen beschädigt. Ein Polyethylenrohr, das für das Berstlining eingesetzt wird, sollte deshalb hierfür ausreichende Spannungsrissbeständigkeiten aufweisen. Weitere Details zum Verfahren liefert das DVGW-Merkblatt GW 323. Pflugverfahren Pflugverfahren eignen sich für den Einbau von Druckrohren (Abb. 2). Die Verfahrensgruppe beinhaltet das Verlegepflugverfahren mit Einbaukasten und das Nachziehpflugverfahren. Der Boden wird dabei mit einem Pflugschwert statisch oder dynamisch verdrängt. Das Pflugverfahren kann nur in verdrängungsfähigen Böden verwendet werden. Es wird zwischen selbstfahrenden Pflügen und seilgezogenen Pflügen unterschieden. Beim Verlegepflugverfahren wird der Rohrstrang über einen Einbaukasten direkt auf der Sohle des hergestellten Schlitzes abgelegt. Beim Nachziehpflugverfahren wird der Rohrstrang direkt am Pflugschwert angekoppelt und in gleichem Arbeitsgang eingezogen. Beim Verlegepflugverfahren besteht nur bedingt die Möglichkeit, die eingebauten Rohre mit einer definierten Bettung zu umhüllen. Zur Vermeidung von Langzeitschäden durch eventuelle Punktlasten, empfiehlt sich hier der Einsatz von Rohren mit Schutzeigenschaften. Beim Nachziehpflug-Verfahren besteht zusätzlich die Gefahr von Riefenbildungen. Hier sollten Rohre mit ausreichenden Spannungsriss- und Punktlastbeständigkeiten verwendet werden. Nähere Details zum Pflugverfahren sind im DVGW-Merkblatt GW 324 enthalten. Fräsverfahren Das Fräsverfahren gehört nicht zu den grabenlosen Verlegeverfahren. Es ist in diesem Fachbericht aufgeführt, da die durch das Fräsen hergestellten schmalen Rohrgräben nicht betreten werden können. Auf Grund der nicht definierten Bettung entstehen daher zusätzliche Belastungen für das eingebaute Rohr. 23

3 Leitungsbau Abb. 2 Pflugverfahren mit PE RC Quelle Abb. 2: R. Mrva, Wavin GmbH; Abb. 3: Wavin GmbH Abb. 3 Compact Pipe Kanalsanierung Das Fräsverfahren kann bei steinigen bzw. felsigen Baugründen (Bodenklasse 3-6 nach DIN 18300) eingesetzt werden. Das Verfahren erlaubt die Herstellung sowohl von Gefälle- als auch von Druckleitungen. Es wird zwischen Verfahren mit Einbaukasten und Verfahren ohne Einbaukasten unterschieden. Bei den automatisierten Verfahren mit Einbaukasten wird mit der Fräsund Verlegeeinheit zunächst ein schmaler Rohrgraben hergestellt. Das Rohr wird danach mit Hilfe eines Einbaukastens installiert. Mit der nachfolgenden Wiederverfüll- und Verdichtungseinheit wird der Graben verfüllt und verdichtet. Bei dem Fräsverfahren ohne Einbaukasten wird die Fräseinheit als Baggerersatz verwendet. Die beim Fräsen hergestellten schmalen Rohrgräben können nicht betreten werden. Damit kann eine vollständige Sandümhüllung nicht kontrolliert werden und es besteht langfristig die Gefahr von Punktlasten. Es empfehlen sich daher Rohre mit Schutzeigenschaften, die entsprechend spannungsrissbeständig sind. Das Fräsverfahren ist im DVGW-Merkblatt GW 324 näher beschrieben. HDD Horizontales Spülbohrverfahren Beim Horizontal Directional Drilling (HDD) wird ein Rohrstrang in eine vorher geplante Trasse grabenlos eingebaut. Das Verfahren ist exakt steuerbar und ermöglicht den in offener Bauweise schwierigen Einbau, z. B. unterhalb von Flussbetten oder in geschützten Räumen wie Naturschutzgebieten. Im ersten Arbeitsgang wird ein Bohrgestänge in den Boden entlang der geplanten Trasse eingespült. Im Folgenden erweitern ein oder mehrere Aufweitvorgänge den Bohrkanal, sodass genügend Platz für den zukünftigen Rohrstrang vorhanden ist. Der Bohrkanal wird dabei mit einer Spülflüssigkeit (In der Regel Bentonit mit einigen Additiven) gestützt. Mit dem letzten Aufweitvorgang wird gleichzeitig das Produktenrohr eingezogen. Insbesondere bei Richtungsänderungen wird das Rohr an der Bohrlochwand entlang gezogen. Daher kann es zu Riefenbildungen und damit zu Beschädigungen an der äußeren Seite kommen. Langfristig können Punktlasten auf die Rohre einwirken und diese dann zusätzlich belasten. Daher sollten für dieses Verfahren Polyethylenrohre mit Schutzeigenschaften eingesetzt werden, die ausreichend rissund punktbelastungsbeständig sind Punktbelastungstest FNCT (Full Notch Creap Test) Quelle: H. Dokters, Würzburg 10/2006, Wavin GmbH Stunden MD/PE 80 HD/PE 80 PE/PP PE 100 Wavin TS PE 100 Wavin TS Quelle: H. Dokters, Würzburg 10/2006, Wavin GmbH Abb. 4 Ergebnisvergleich aus Punktlastversuchen Abb. 5 Ergebnisvergleich aus FNCT 24

4 (Abb ). Weitere Verfahrensinformationen können dem DVGW- Merkblatt GW 321 entnommen werden. Close-fit-Verfahren Es wird zwischen werkseitig vorverformten Rohren (Compact Pipe) und vor Ort im Querschnitt reduzierten Rohren (Swagelining) unterschieden. Bei beiden Verfahren wird ein vorverformtes, selbsttragendes PE-Rohr in eine vorhandene Leitung eingezogen. Das vorverformte PE-Rohr legt sich nach dem Einziehen ganz eng (close fit) an die alte Leitung an. Es entsteht kein zu verfüllender Ringraum. Das Compact Pipe wird im Werk als Standard PE-Rohr unmittelbar nach der Extrusion in C-Form gefaltet. Der im Vergleich zum runden Rohr verringerte Querschnitt führt zu einem einfachen Einziehen des Rohres in die Altleitung. Druck und Wärme sorgen im Anschluss dafür, dass sich das in C-Form gefaltete Rohr über den Memory-Effekt des PE-HD Materials aufweitet und sich close fit an die Altleitung anschmiegt. Durch das Falten verringert sich der Querschnitt um ca. 35 Prozent. Alle einragenden Hindernisse innerhalb der alten Leitung sind vor dem Einzug zu entfernen. Die Gefahr von äußeren Beschädigungen bzw. nachträglichen Punktlasten besteht hier nicht. Daher wird Compact Pipe aus Standard PE 80- bzw. PE 100-Material gefertigt. Während des Einziehvorganges ist die Zugwinde auf die maximal zulässige Zugkraft zu begrenzen. Bei der Sanierung von Kanälen werden die vorhandenen Schächte für den Einzug genutzt, bei Druckrohrleitungen sind Baugruben erforderlich. Durch das Einziehen von der Trommel eignet sich Compact Pipe besonders bei beengten Platzverhältnissen (Abb. 3). Beim Swagelining wird der einzuziehende kreisrunde Querschnitt vor Ort durch ein Gesenk hindurch gezogen. Dieses befindet sich unmittelbar vor der Baugrube. Bei Wegnahme der Zugkraft entspannt sich das Rohr durch Zurückdehnen auf die Ursprungsgröße. Für den Einbau ist die kontinuierliche Kontrolle der Temperatur, der Zuggeschwindigkeit und der Zugkraft entscheidend. Die Gefahr von äußeren Beschädigungen wie Kratzer der Riefen oder langfristigen Punktlasten besteht beim Swagelining. Auch hier empfehlen sich Rohre mit Schutzeigenschaften, da der kreisrunde Lining-Rohr- Querschnitt nur geringfügig verjüngt wird und die Gefahr von Riefenbildungen gegeben ist. Zu den Close-fit- Einbauverfahren liefert das DVGW- Merkblatt GW nähere Informationen. Grundlagen zu Polyethylenrohren Polyethylenrohre werden seit 50 Jahren hergestellt. Bis vor wenigen Jahren fanden sie ausschließlich Anwendung in Versorgungsleitungen. Später kam der Einsatz in Freispiegelleitungen dazu. Dem Markt stehen heute PE-Rohre mit unterschiedlichen Eigenschaften und in verschiedenen Rohrkonstruktionen für nahezu alle Anwendungen im Bereich der Ver- und Entsorgungstransportsysteme zur Verfügung. Die Vorteile des Werkstoffes sind so vielfältig, wie seine unterschiedlichen Verwendungen im PE Rohrbereich. Das leichte Gewicht bringt Handlingvorteile. Die Festigkeitseigenschaften führten dazu, dass PE ein Standardwerkstoff in der Versorgung geworden ist. Die chemische Resistenz gegenüber den meisten Laugen und Säuren führt zu Vorteilen bei Industrieanwendungen. Die Verschweißbarkeit von PE bringt dauerhaft dichte Systeme. Der Werkstoff PE wird in Festigkeiten klassifiziert. So sind schon durch die Namensgebungen, die Festigkeiten für PE 80 (mit einer Biegezugfestigkeit von 8N/mm 2 ) bzw. PE 100 (mit einer Biegezugfestigkeit von 10 N/mm 2 ) angegeben. Da Thermoplaste wie Polyethylene auch Kriecheigenschaften zeigen, galt lange Zeit die fehlende Spannungsrissbeständigkeit als Nachteil. Standard-Polyethylenrohre sind deshalb grundsätzlich mit einer Sandumhüllung zu versehen. Seit einigen Jahren stehen nunmehr spezielle PE-100-Typen zur Verfügung, die auf Grund ihrer Molekülstrukturen ausreichend spannungsrissbeständig sind. Für alle Einbauvarianten, bei denen während der Installation Riefen entstehen können oder es während des Betriebs zu Punktlasten auf dem Rohr kommen kann, empfehlen sich die so genannten 25

5 Leitungsbau PE-RC (Resistance to crack) -Werkstoffe (Abb ). Abb. 6 Beim Schweißen von PE werden die Schweißflächen durch Temperatur und Druck stoffschlüssig verbunden. Lebensdauer von PE Rohren Zur Prüfung der Festigkeit wird eine Rohrprobe im Zeitstand-Innendruckversuch getestet. Dabei wird der Prüfling unter Innendruck-Belastung in ein 80 C heißes Wasserbad gebracht. Während des Versuchs wird dann der Druckverlust über die Zeit gemessen. Der Versuch erlaubt die Prognostizierung der Lebensdauer des geprüften PE-Rohres unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Maßgebliche Einflussfaktoren sind dabei Temperatur und Innendruck. Die DIN 8074 bietet als Grundlage für die Bemessung von Druckrohren entsprechende Tabellenwerke, in denen für unterschiedliche Belastungen die voraussichtliche Lebensdauer abgelesen werden kann. Die Prognostizierung der Lebensdauer mit Hilfe von Zeitstand-Innendruckversuchen ist durch die Praxis bewiesen worden [KRV Nachrichten Ausgabe , 50 Jahre Polyethylen]. Rohre mit Schutzeigenschaften müssen nicht nur dem Innendruck standhalten, sondern zusätzlich verhindern, dass ein Riss über einen äußeren Einfluss entsteht bzw. sich fortpflanzt. Mit dem FNCT (Full Notch Creep Test) werden genau diese Eigenschaften getestet. Eine Rohrprobe wird dabei umlaufend mit einer Kerbe versehen. Unter Einwirkung von einer 80 C warmen Arkopallösung wird die Probe nun unter konstanter Zugspannung gehalten. Der FNCT wird grundsätzlich im so genannten TypeTest (einmalig) durchgeführt. Bei Rohren für die so genannten Black Box-Verfahren (z. B. Berstlining, HDD), sollte darauf geachtet werden, dass zusätzlich jede Rohstoff-Charge diesem Test unterzogen wird (siehe lückenlose Qualitätsüberwachung bei Wavin TS DOQ ). Quelle: K. D. Stanko, Wavin GmbH Belastungs-Bereiche LOW MIDDLE HIGH Rohraufbau Einschicht Zweischicht Dreischicht (spez. Wavin Produkte) Schutzeigenschaften Nein Ja Ja Qualitätssicherung nicht chargenbezogen nicht chargenbezogen chargenbezogen Typetest Typetest FNCT Prüfung mit mit FNCT Folgeprüfung Abnahmezeugnis 3.1- interne QS- 2700/3300 Std. 2700/3300 Std. Überprüfung Verlegeverfahren offene Verlegung Close-fit-Lining Pflügen, Fräsen, Berstlining, im Sandbett im Altrohr Relining, Horizontalspülsandbettfreie Bohrverfahren, sand- Verlegung bettfreie Verlegung Sandeinbettung nötig ja nein nein nein Bewegung im Boden nein nein nein ja Produkt PE-Classic Compact Pipe SafeTech RC n TS DOQ Querschnitt kreisförmig c-förmig kreisförmig kreisförmig Material PE 80/100 PE 100/ PE 100 RC PE 100/PE 100 RC Markteinführung Ca.1970 Ca Nennweiten DA [mm] SDR (unter Beachtung W 400-2) Lebensdauer [Jahre] Medien Abwasser, Trinkw., Gas Abwasser, Trinkw., Gas Abwasser, Trinkw., Gas Anlieferung 12 m, 20 m und 100 m Trommel-Ware 12, 20 m und 100 m 12 m, 20 m und 100 m Ringbunde bis 600 m Ringbunde Ringbunde Preisfaktoren/Meter ca. 1,0 ca. 1,5 ca. 1,5 ca. 2,0 Tabelle 1 Zuordnung von PE-Rohren für unterschiedliche Verlegeverfahren 26

6 Verbindungstechnik Thermoplastische Kunststoffe schmelzen bei Erwärmung auf und erstarren wieder bei Abkühlung. PE-Rohre können daher geschweißt werden. Da sich PE aber grundlegend von anderen (metallischen) Werkstoffen unterscheidet, bestehen erhebliche Unterschiede zu sonst üblichen Schweißund Verlegetechniken. Beim Schweißen von PE werden die Fügepartner (Schweißflächen) unter Anwendung von Temperatur und Druck stoffschlüssig verbunden. Grundsätzlich wird zwischen dem Heizelemente- Stumpfschweißen und dem Heizwendelschweißen unterschieden. Die wesentlichen Einflussgrößen auf das Schweißen sind Schweißtemperatur, Schweißkraft und Schweißzeit. Alle drei Größen müssen auf den jeweiligen Werkstoff und das verwendete Rohr bzw. den Fitting abgestimmt werden. Für das Heizelemente-Stumpschweißen gelten die Richtwerte nach DVS Heizwendelschweiß-Fittinge wie Muffen oder Anbohrarmaturen werden mit einem Barcode ausgeliefert. Dieser enthält alle Parameter des verwendeten Fittings. Der Barcode wird vor dem Schweißen eingelesen und direkt an den Schweißautomaten weitergeleitet. Geschweißte Polyethylenrohre gelten als längskraftschlüssig (Abb. 6). Für Liningmaßnahmen wird grundsätzlich das Heizelemente- Stumpfschweißen angewendet, damit ein glattwandiger Rohrstrang ohne Überstand im Muffenbereich entsteht. Das richtige Polyethylenrohr für das richtige Verfahren Für jede Anwendung von PE-Rohren sind die Anforderungen unterschiedlich. Die Industrie hat daher Polyethylenrohre mit unterschiedlichen Konstruktionen entwickelt und diese klassifiziert. In Tabelle 1 ist die Zuordnung von PE-Rohren für unterschiedlichste Verlegeverfahren zu sehen. Entsprechende Beanspruchungsklassen helfen zu unterscheiden: die Belastungsklassen Low für normale, niedrige Ansprüche, Middle für mittlere Ansprüche und High für höchste Ansprüche an das verwendete Rohr. Zusammenfassung Die genannten grabenlosen Bauverfahren werden sich weiter durchsetzen. Durch diese neuen, sandbettfreien Verlegetechniken reduzieren sich die Beeinträchtigungen für Anwohner erheblich. Langfristige, offene Baumaßnahmen mit entsprechendem LKW- Verkehr werden dabei vermieden. Auch die direkten finanziellen Aufwendungen, z. B. für Baustraßen oder für einen Bodenaustausch können entfallen. Die aufgeführten Bautechniken erfordern jedoch auch belastungsfähige PE- Rohre, die unter den geforderten Bedingungen ihre volle Lebenserwartung bringen. Die Wavin GmbH berücksichtigt kurz- und langfristige Belastungsfaktoren für PE-Rohre durch die Einsortierung der Produkte in die Belastungsklassen Low Middle High. Dem vor Ort einzusetzenden Bauverfahren ist damit eindeutig das richtige PE-Rohr zuzuordnen, um eine langfristige Betriebssicherheit zu sichern. Literatur [1] Dr. Alain Ritter, Georg Fischer Rohrleitungssysteme AG: 50 Jahre Kunststoff-Know-How [2] Wavin GmbH, Twist: Technisches Handbuch Druckrohrsysteme, Sept [3] Dipl.-Ing. Schulte: 50 Jahre Rohrsysteme aus HDPE, KRV Nachrichten, 1/2007 Pressbohranlagen Thrust Boring Machines Rohrberstanlagen Pipe Bursting Units Verkauf / Vermietung / Service Sales / Hire / Service Alle Böden Frischwasser Abwasser Rohr verlegen und sanieren Pressbohren Steuerung auch für große Entfernungen All soils Fresh water Sewage Pipe installation and repair Thrust boring Long distance control Autoren: Dipl.-Ing. Ralf Glanert Wavin GmbH Industriestr Twist Tel.: Fax: ralf_glanert@wavin.de Internet: Dipl.-Ing. Frederik Lipskoch Wavin GmbH Industriestr Twist Tel.: Fax: frederik_lipskoch@wavin.de Internet: Kleine Baugrube Small pit PERFORATOR GmbH Bei dem Gerichte D Walkenried Telefon / Telefax / info@sk-walkenried.de Internet: 27