DE2248326A1 - Verfahren zur verdichtung der umbettung erdverlegter kunststoffrohre - Google Patents
Verfahren zur verdichtung der umbettung erdverlegter kunststoffrohreInfo
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Description
BE 15'421
ROLLMAPLAST AG, . Gerlafingen (Schweiz)
Verfahren zur Verdichtung der Umbettung erdverlegter
Kunststoffrohre
Die Funktionssicherheit erdverlegter Rohrleitungen für drucklosen oder druckarmen Betrieb hängt in hohem Mass
von deren Verhalten unter Aussenlast ab. Letztere wird bei erdverlegten Rohren durch das Gewicht des über der
Leitung liegenden Erdreiches und allfällige zusätzliche Auflast (Verkehrslast etc.) verursacht. Da sich Erddrücke
im -Gegensatz zu hydrostatischen Drücken nicht gleichmässig
nach allen Richtungen fortpflanzen, resultiert selbst bei homogener Umbettung eine über dem Rohrumfang variable'
Lastverteilung. Die Abhängigkeit der Erddruckausbreitung von der Art des Erdreiches und dessen Verdichtungsgrad
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sowie die reibungsbedingte Behinderung ausgleichender innerer Materialverlagerungen wirken sich unter praxisnahen
Bettungsbedingungen als zusätzliche Beeinflussung der Lastverteilung
aus. Die Tragfähigkeit erdverlegter Rohrleitungen hängt also nicht nur von deren Eigensteifigkeit, sondern
j auch von der Qualität der Umbettung ab.
Bei Rohrdeformationen baut sich als Folge von Rohrwandverschiebungen
ein sogenannter passiver Erddruck auf, v/elcher sich dem eingangs erwähnten (aktiven) Erddruck überlagert
und dadurch seinerseits die Lastverteilung über dem Rohrumfang beeinflusst. Der passive Erddruck wirkt über die Behinderung
der Rohrdeformation dem aktiven Erddruck entgegen und erhöht damit die Tragfähigkeit der Rohrleitung. Dieser
Versteifungseffekt entfällt selbstverständlich für Rohre aus verformungsarmen Werkstoffen, wie zum Beispiel Steinzeug
und Beton. Solche Rohre, die in der Vergangenheit für erdverlegte Leitungen mit geringer Innendruckbeanspruchung
die Regel v/aren, müssen so querschnittssteif dimensioniert werden, dass sie im Erdreich als starre, selbsttragende
Bauwerke wirken. Seit einigen Jahren gelangen nun aber für erdverlegte, druckarm oder drucklos betriebene Rohrleitungen
auch Kunststoffrohre zum Einsatz. Rohre aus Kunststoff,
speziell solche aus Polyäthylen, zeichnen sich durch eine relativ grosse Deformierbarkeit aus, verfugen aber wegen
ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer Neigung zu kaltem Fluss nur über eine bescheidene und zudem zeitabhängige
Eigensteifigkeit. Sie müssten deshalb unwirtschaftlich
dickwandig ausgeführt werden, um als selbsttragende Bauwerke gelten zu können. Aus diesem Grund drängt sich die
Ausnützung der versteifenden Wirkung des passiven Erddruckes
durch Tolerierung einer gewissen Querschnittsdeformation auf. Es liegt auf der Hand, dass eine Verlegungstechnik, welche
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mindestens- teilweise auf die Stützwirkung der Rohrumgebung
abstellt, noch weit stärker von der Qualität der Umbettung, abhängt, als dies bei starren, selbsttragenden Rohren der
Fall ist. Das bedeutet, dass der erdbauliche Aufwand über das für die,Einbettung starrer Rohre Uebliche hinausgehen
muss, sofern nach den herkömmlichen Bauregeln gearbeitet wird.' Letztere haben sich aufgrund jahrzehntelanger Erfahrungen
mit starren Rohren herauskristallisiert und sind in zahlreichen ähnlich lautenden Vorschriften und Merkblättern
fachtechnischer und nationaler Gremien festgehalten, zum Beispiel:
Normblatt SNV 40535 (Strassehentwässerung, Ausführungsvorschriften
für Grab-'· arbeiten)
Normblatt DIN 18300 (Allgemeine technische Vorschriften für Erdarbeiten)
Normblatt DIN 40 33 (Entwässerungskanäle und
-leitungen aus vorgefertigten Rohren)
Merkblatt der Forschungsgesellschaft für (üeber das Zufüllen von
das Strassenwesen e.V., ^itungsgräben)
Köln - · -
Die genannten Bauregeln werden heute im allgemeinen auch
für Kunststoffrohre als verbindlich betrachtet. In der Praxis wird jedoch sowohl für starre als auch für flexible
Rohre oft von diesen Vorschriften abgewichen, weil letztere einen erheblichen Aufwand an teurer Handarbeit verlangen.
Die Rechtfertigung wird aus praktischen Erfahrungen mit starren Rohren, die im allgemeinen eine beachtliche Festig-
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keitsreservc: aufweisen, abgeleitet. Die Uebertragung so]eher
Praktiken auf Kunststoffrohre kann aber verheerende Folgen haben. Deshalb müssen entweder die Kunststoffrohre so dickwandig
ausgeführt werden, dass auch unter praxisüblichen Bedingungen ausreichende Sicherheit gewährleistet ist, oder
es sind neue Wege zu beschreiten, die unter Ausnutzung spezifischer Eigenschaften der Kunststoffrohre ohne überdurchschnittlichen
erdbaulichen Aufwand zu ausreichend stützungsfähigen Rohrumbettungen führen. Eine Technik in
diesem Sinne bildet Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Diese betrifft ein Verfahren zur Verdichtung der Umbettung
erdverlegter Kunststoffrohre, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitungszone hierfür geeignetes Verfüllungsmaterial
durch Vibration komprimiert wird, indem für den Einsatz von Vibrationsverdichten! die üeberdeckungshöhe über dem Rohrscheitel
so limitiert wird, dass die Rohrleitung mit in das Vibrationssystem einbezogen wird, oder indem die Rohrleitung
durch einen im Rohrinnern angesetzten Vibrationserzeuger z,u Schwingungen angeregt wird.
Der Begriff Leitungszone umfasst den Grabenbereich ab Sohle
bis und mit Schutzschicht, die im verdichteten Zustand üblicherweise etwa eine über den Rohrscheitel hinausgehende
Höhe von 20 bis 30 cm aufweist. Es handelt sich also um jene Grabenpartie, die bezüglich Erdarbeiten am anspruchsvollsten
ist. Als Verfüllungsmaterial empfiehlt sich nichtbindiges Erdreich, das heisst Sand oder Kies, wobei letzterer eine
Korngrösse von ca. 20 mm nicht überschreiten sollte. Kies und Sand setzen ausgleichenden Verlagerungen relativ wenig
Reibungswiderstand entgegen und eignen sich vorzüglich für Vibrationsverdichtung. Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens
besteht darin, dass auf die vorschriftsgemässe, mühsame
Verdichtung mit Handstampfer unter schichtweiser
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Materialeinbringung in Lagen von- 10 bis 20 cm Höhe verzichtet
v/erden kann. Mithilfe von Vibrationsgeräten kann die
Leitungszone als Ganzes gründlicher und weniger aufwendig verdichtet werden, sofern die Einsatzhöhe über dem Rohrscheitel
so auf die verwendeten Vibrationsverdichter abgestimmt ist, dass der Querschnitt der unmittelbar darunterliegenden
Rohrleitungspartie in Schwingung versetzt wird. Dadurch wird die Vibrationswirkung in der Umgebung der
Rohrleitung so intensiviert, dass mit Sicherheit allfällig
vorhandene Hohlräume aufgefüllt werden. Ausserdem fällt die Verdichtung im allgemeinen regelmässiger aus als nach der
herkömmlichen manuellen Methode. Zudem entfällt das gewichtsbedingte
Problem des Auftriebes von Kunststoffrohrleitungen beim Unterstopfen. Als Vibrationsverdichter eignen
sich vor allem Vibrationsstampfer» Diese haben üblicherweise ein Eigengewicht zwischen 50 und 150 kp und eine Stampf-
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fläche zwischen etwa 1000 und 2000 cm '. Sie lassen sich somit ohne grosse Mühe in Leitungsgräben absenken, haben eine
handliche Grösse und eine statische Flächenpressung
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(ca. 0,05 bis 0,07 kp/cm )■, die selbst Rohren mit bescheidener Ringsteifigkeit bei nur lose aufgeschütteter Hinterfüllung
ohne weiteres zugemutet werden kann. Dank der schnellen Schlagfolge von ca. 400 bis 600 Schlägen pro
Minute ergibt sich eine Stampfverdichtung mit einer der Rüttelverdichtung ähnlichen Wirkung» Die Tiefenwirkung
liegt bei unverdichteten Schüttlagen etwa zwischen 40 und 60 cm. Durch die Verdichtung reduziert sich die Anfangshöhe
je nach Bodenart um ungefähr 15 bis 25 %. Um den durch Schwingungen des Rohrquerschnittes gegebenen Verdichtungseffekt möglichst wirkungsvoll zur Geltung bringen zu können,
sollte die als Ausgangslage für den Stampfereinsatz massgebende Höhe der losen Schüttung' über dem Rohrscheitel nur
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so gross gewählt werden, dass nach erfolgter Verdichtung lediglich noch eine minimale Schutzschichthöhe bestehen
bleibt. Diese Schutzschicht hat im vorliegenden Fall nur die Aufgabe, ein direktes Aufschlagen des Stampfers auf
Rohr oder Rohrleitungsteile zu vermeiden. Unter Berücksichtigung der über das glatte Rohr hinausragenden Verbindungsteile
und der maximalen Korngrösse des Verfüllungsmaterials ergibt sich beispielsweise für Rohre bis (400 mm Aussendurchmesser
eine minimal einzuhaltende Schutzschichtdicke von etwa 10 cm, was in loser Schüttung einer Rohrscheitelüberdeckung
von ca. 20 bis 30 cm entspricht. Damit kommen die Rohre - selbst bei noch grösseren Durchmessern - auf alle
Fälle in den Wirkungsbereich der beschriebenen Vibrationsstampfer zu liegen. Nach herkömmlichen Bauregeln muss beim
Einsatz gleichartiger Verdichtungsgeräte je nach Rohrart eine minimale (verdichtete) Schutzschicht von 40 bis 80 cm
Höhe über dem Rohrscheiteι eingehalten werden. Das bedeutet, dass bis zu einer im verdichteten Zustand gemessenen Rohrscheitelüberdeckung
von etwa 30 bis 50 cm von Hand gearbeitet werden muss, während sich nach der vorliegenden Erfindung
diese Handarbeit erübrigt. Der dadurch gegebene wirtschaftliche Vorteil ist offensichtlich.
Das Ansetzen eines Vibrationserzeugers im Innern der Rohrleitung erfordert gegenüber der erstbeschriebenen Variante
einen weiteren Arbeitsgang und einen zusätzlichen apparativen Aufwand. Daher ist die Beschreitung dieses Weges im allgemeinen
nur sinnvoll, wenn sich aufgrund spezieller Verlegungsbedingungen keine ausreichende Vibrationsenergie auf
die Rohrleitung übertragen lässt. Dies kann vor allem bei Rohrleitungen grossen Durchmessers zutreffen.
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Die GrabenverfüHurg oberhalb der Schutzschicht ist für die
Rohrleitung selbst von 'sekundärer Bedeutung. Deshalb kann dieser Teil der Arbeit nach den üblichen Bauregeln ausgeführt
werden. ■ Der erforderliche Aufwand hängt davon ab, inwieweit
spätere "Setzungen der Grabenverfüllung toleriert werden können.
Nach.dem Verfahren gemäss vorliegender Erfindung lässt sich
eine so hohe Verdichtung erzielen, dass nach der Verdichtungsoperation in der Leitungszone selbst unter der Wirkung
grosser Verkehrslasten höchstens noch unbedeutende Setzungsvorgänge zu erwarten sind. Dies hat den Vorteil, dass die
effektiv wirksame Eigensteifigkeit der Rohre von einem verhältnismässig
hohen Kriechmodul (= zeitabhängiges Verhältnis von Werkstoffspannung zu relativer Dehnung) profitieren kann,
indem als massgebende Zeitspanne nicht die gesamte Einsatzdauer der Rohre, sondern lediglich der zeitliche Aufwand
für die Verdichtungscperation ins Gewicht fällt.
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Claims (1)
- PatentanspruchVerfahren zur Verdichtung der Umbettung erdverlegter Kunststoffrohre, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitungszone hierfür geeignetes Verf üllungsinaterial durch Vibration komprimiert wird, indem für den Einsatz von VibrationsVerdichtern die üeberdeckungshöhe über dem Rohrscheitel so limitiert wird, dass die Rohrleitung mit in das .Vibrationssystem einbezogen wird, oder indem die Rohrleitung durch einen im Rohrinnern angesetzten Vibrationserzeuger zu Schwingungen angeregt wird.26.9.1972
My/li /309848/0332
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