Projekt 17296/01

Untersuchungen zur Erfassung der Lasteinwirkungen auf Rohre aus Polyethylen hoher Dichte und Erarbeitung der statischen Berechnungsverfahren bei Umwelt entlastender und grabenloser Rohrverlegung mit dem Raketenpflug (Pflugschwert mit Aufweitkörper)

Projektträger

Frank Föckersperger GmbH
Wirtshöhe 2
91086 Aurachtal
Telefon: 09132/7844-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In den 90er Jahren wurde durch die Fa. Föckersperger GmbH das Raketenpflugverfahren auf der Grundlage des für den Fernmeldekabel- und Rohrleitungsbau bereits seit langem bewährten Rohrpfluges entwickelt.
Das Raketenpflugverfahren erweitert die Anwendungsgrenzen des Rohrpfluges in den Bereichen Rohrdurchmesser und Rohrmaterialien. Erfahrungen aus Bauprojekten zeigten, dass Fehler in der Bauaus-führung v. a. in der Überschreitung der zulässigen Zugkräfte von Rohren aus Polyethylen hoher Dichte mit viskoelastischem Verformungsverhalten auftraten. Ziel dieses Projektes war es deshalb, die auftretenden Zugbelastungen auf das Rohr in Abhängigkeit der geometrischen-, Einbautechnischen- und geo-technischen Einflussgrößen abzuschätzen. Außerdem sollte ein realitätsnaher Modellansatz zur Be-schreibung des Tragverhaltens von mit dem Raketenpflugverfahren verlegten Rohren entwickelt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt war in vier Arbeitspakete gegliedert. Hauptziel des ersten Arbeitspaketes war die Durchführung von Feldversuchen mit dem Raketenpflugverfahren. Diese wurden im ersten Quartal des Jahres 2001 an vier verschiedenen Standorten in Zusammenarbeit zwischen der Fa. Föckersperger und der Universität der Bundeswehr München durchgeführt. Diese umfassten Zugkraftmessungen mittels Zug/Druckkolben sowie Messungen der Rohrdehnungen aus den Belastungskomponenten Zug, Erddruck und Verkehr mittels Dehnmessstreifen. Das zweite Arbeitspaket umfasste die Entwicklung eines Modells zur Beurteilung der Trageigenschaften von mit dem Raketenpflugverfahren verlegten Kunststoffrohren mit Hilfe numerischer Berechnungsverfahren durch das Ingenieurbüro Stein&Partner. Das Arbeitspaket wurde unterteilt in die Bereiche geotechnische Modellentwicklung, numerische Untersuchungen, Formulierung eines praxisorientierten Berechnungsverfahrens und Durchführung von Parameterstudien. Anhand der im ersten Arbeitspaket erzielten Messergebnisse wurde die Anwendbarkeit des entwickelten Berechnungsverfahrens überprüft. Die Bearbeitung des zweiten Arbeitspaketes erfolgte im Jahr 2001. Das dritte und vierte Arbeitspaket umfasste den Schlussbericht und die Erststellung einer Broschüre, die die wichtigsten Ergebnisse des Schlussberichtes anschaulich dokumentieren soll. Die Broschüre befindet sich derzeit in der Planung.


Ergebnisse und Diskussion

Das Forschungsprojekt hatte einerseits zum Ziel, die Technik des Raketenpflugverfahrens genauer zu untersuchen und aus den Ergebnissen für Auftraggeber und Ingenieurbüros Hinweise für die Planung und Bauaus-führung abzuleiten, andererseits sollte durch eine Modellentwicklung die computergestützte Berechnung von mit dem Raketenpflugverfahren eingebauten Kunststoffrohren ermöglicht werden. Durch den Einsatz des Raketenpflugverfahrens entstehen Umweltentlastungen gegenüber einer offenen Bauweise durch wesentlich kürzere Bauzeiten u. den daraus folgenden geringeren Schadstoff- und Lärmemission, minimale Erdbewegungen, ungestörte Grundwasserverhältnisse und geringere Baufeldbreiten.
Besonderes Augenmerk wurde auf die Bestimmung der auftretenden Zugkräfte beim Raketenpflugverfahren gelegt, einerseits da noch keine Möglichkeit zur Bestimmung vorlagen und andererseits da eine Überschreitung der zulässigen Zugkräfte ein erhebliches Schadensrisiko für die betriebliche Funktion der Rohrleitung darstellt. Außerdem kann durch die Bestimmung der Rohrstranglänge der Baustellenablauf optimiert werden und damit die Wirtschaftlichkeit des eingesetzten Verfahrens erhöht werden. Die insitu Versuche und die Praxiserfahrungen zeigten, dass dickwandigere Rohre (SDR 11) gegenüber dünnwandigeren Rohren (SDR 17) wegen der höheren zulässigen Zugkraft zu bevorzugen sind. Auch sollte auf den Einsatz einer Einsandung auf Grund der dabei auftretenden erhöhten Zugkräfte verzichtet werden. Als Verbindungsart sollte einer Heizelementstumpfschweißverbindung gegenüber einer Heizwendelschweißverbindung der Vorzug gegeben werden. Durch den Einsatz von Bentonit kann die Zugkraft minimiert werden. Im Falle ungünstiger geologischer Randbedingungen sollten dickwandige Standardrohre oder Spezialrohre aus PE-HD mit einem zusätzlichen, gegen äußeren mechanischen Abrieb widerstandsfesten Schutzmantel verwendet werden. Um den bodenmechanisch recht komplexen Vorgang der Bodenverdrängung durch den Pflugkörper und der anschließend infolge des Überschnitts ermöglichten ungehinderten Rückverformung des Baugrundes bis zum Kontakt mit dem Produktrohr rechnerisch zu erfassen, wurde ein spezieller Berechnungsalgorithmus inklusive der zugehörigen Formeln entwickelt bzw. abgeleitet. Für die Berechnung quer zur Rohrachse entstand so ein numerisches Modell unter Einbeziehung von Finite-Element-Analysen, das die signifikanten bauverfahrenstechnischen Besonderheiten des Verfahrens berücksichtigt. Über einen Vergleich der in dieser Weise ermittelten Berechnungser-gebnisse mit den im Rahmen von InSitu-Versuchen gemessenen Rohrbeanspruchungen konnte nachgewiesen werden, dass der entwickelte Berechnungsalgorithmus mit Hilfe eines handelsüblichen FEM-Programms anwendbar ist und eine sowohl sichere als auch wirtschaftliche Bemessung der Rohre erlaubt. Statische Vergleichsrechnungen mit den in den Regelwerken ATV-A 161 und ATV-A127 dokL,lmentierten Algorithmen lieferten Rohrbeanspruchungen, die nicht mit den Messergebnissen korrelieren. Für die praktische Anwendung erlaubt die Parametrisierbarkeit der Randbedingungen die Erstellung von Bemessungshilfen in Form von Tabellen oder Typenstatiken, wodurch die Einzelstatik für jedes Bauvorhaben entfallen kann und eine schnelle und kostengünstige Planung ermöglicht wird. Die Leistungserbringung war durch die gewährte Förderung un-ter Einbeziehung des Eigenanteils des Antragstellers und der Kooperationspartner möglich. Der Zeitrahmen konnte eingehalten werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Erste Ergebnisse des Forschungsvorhabens konnten bereits im Mai 2001 auf der Baumaschinenmesse (Bauma) in München präsentiert werden, an der die Fa. Georg Föckersperger GmbH mit einem eigenen Stand vertreten war. Auf der IFAT 2002 konnten sich Messebesucher auf dem Stand des Instituts für Wasserwesen der UniBwM über das Forschungsvorhaben informieren. Dazu wurde ein Flyer gestaltet und verteilt. Im Rahmen des auf dem Gemeinschaftsstand Umweltkompetenz Bayern zu diesem Anlass stattfindenden Forums wurde über das Projekt berichtet. Die Ergebnisse sollen außerdem in einer von der DBU geförderten Broschüre zusammengestellt und veröffentlicht werden. Weitere Veröffentlichungen in Fachzeitschriften sind geplant.


Fazit

Bei kleinen Anschlussgrößen wurde bisher davon ausgegangen, dass die dezentrale Entsorgung von Abwasser die ökonomischte Möglichkeit darstellt. Die zentrale Lösung unter Verwendung des Pflugver-fahrens stellt jedoch nicht nur eine ökonomische Möglichkeit durch die geringen Investitionskosten, den niedrigeren Betriebskosten für die Abwasserreinigung und den Wegfall der Kosten für Entsorgung der Fäkalschlämme, sondern auch eine ökologische durch die wesentlich betriebssichere Führung dar. Der Einsatz dieses wirtschaftlichen Verfahrens wird auch langfristig erforderlich sein, da einerseits die Kommunen unter einem finanziellen Druck stehen und andererseits nicht nur die Verbesserung, sondern auch der Erhalt der Ver-und Entsorgungsstruktur (Leitungssanierung) notwendig ist. Nur so kann der hohe Standard mit wirtschaftlichem Mitteleinsatz auch künftig gesichert werden. Die in diesem Forschungsvorhaben erzielten Erkenntnisse konnten bereits in das Ende 2002 erscheinende ATV-DVWK-M 139 Fräs-und Pflugverfahren für den Einbau von Abwasserleitungen und -kanälen integriert werden. Mit diesem Merkblatt wird das Pflugverfahren als a.a.R.d.T etabliert. Die im Rahmen der statischen ModelIierung gewonnenen Erkenntnisse sollten in das sich zur Zeit in Überarbeitung befindliche Regel-werk ATV-A 161 eingebunden werden.