Kunststoffrohrsysteme: Kriterien für die Auswahl des Rohrsystems Dipl.-Ing. Rudolf Töws IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Gliederung - Gesamtübersicht Rohrwerkstoffe - Statik eines erdverlegten Rohres - Kriterien für die Werkstoffwahl - Fazit IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Rohrwerkstoffe Biegeweich GFK: EN 14364 PP-H: EN 1852 PP-MD: EN 14758 PE: EN 12666 PVC-U: EN 1401 PVC-U, PP-H, PE: EN 13476 Biegesteif / biegeweich Biegesteif Beton: EN 1916 Steinzeug: EN 295 Polymerbeton: EN 14636 Guss: EN 598 IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Biegesteif oder biegeweich? Ob sich ein Rohr biegesteif oder biegeweich verhält ist nach ATV Arbeitsblatt A 127 abhängig von dem Verhältnis der Rohrsteifigkeit SR zur horizontalen Bettungssteifigkeit des Bodens SBh, der so genannten Systemsteifigkeit VRB. Bei VRB < 1,0 (Boden „steifer“ als Rohr) wird das Rohr als biegeweich betrachtet, z.B. die gebräuchlichen Kunststoffe PVC-U, PP, PE und in den meisten Fällen auch Guss. Bei VRB > 1,0 (Rohr „steifer“ als Boden) wird das Rohr als biegesteif betrachtet, z.B. Steinzeug oder Beton. IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Statisches System Graben ~ 150 kN/m² ~ 150 kN/m² ~ 100 kN/m² ~ 100 kN/m² qv ~ 75 kN/m² biegeweich (Kunststoffe) qh = ~ 0,4 x 150 = 60 kN/m² Graben qv ~ 200 kN/m² ~100 140kN/m² kN/m² ~ 75 kN/m² 100 kN/m² ~ 140 kN/m² ~ 75 kN/m² biegesteif (Stz, B) qh = ~ 0,40 x 75 = 30 kN/m² Ein Betonrohr hat eine größere Steifigkeit als der Boden und "zieht" somit die Lasten an ? dadurch eine Lastkonzentration über dem Rohr. IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Eigenschaften von Rohrsystemen Hydraulik/ Abrieb Ringsteifigkeit Chemische Resistenz Schlagzähigkeit HD-Spülfestigkeit Ökologie Nutzungsdauer Kosten Einbau/ Material Dichtheit IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Nutzungsdauer Über welchen Zeitraum liegen Erfahrungen vor? Beton, Guss, Steinzeug > 100 Jahre PVC-U ca. 85 Jahre PP ca. 55 Jahre PE ca. 55 Jahre Nach den LAWA-Leitlinien beträgt die durchschnittliche Nutzungsdauer von Kanälen (Neubau) 50-80 (100) Jahre Nutzungsdauer Nutzungsdauer IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Abriebfestigkeit Abriebverhalten nach dem „Darmstädter Verfahren“ Abrieb Abrieb IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Hydraulik Bemessung nach DWA-A 110 Für die hydraulische Dimensionierung neu zu erstellender Abwasserkanäle wird in der Regel das Pauschalkonzept angewendet. Die verschiedenen Verlustbeiwerte werden in die betriebliche Rauheit kb eingerechnet. kb abhängig von - Wandrauhigkeit des Rohres (Werkstoffkennwert) - Lageungenaugkeit und –änderung (z.B. Richtungs- und Gefälleänderungen) - Rohrverbindungen (z.B. Muffenversätze) - Zulauf- und Formstücke - Schachtbauwerke Hydraulik Hydraulik IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Kriterium HD-Spülung DIN 19523, August 2008 HDSpülung HDSpülung IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Ökologie Rohr-Extrusion RohrThermoplast CO2-Equivalents, Total (kg) Nutzungsdauer angenommen 100 a Energiebedarf (MJ) PVC-U 0,336 9,38 PP 0,485 10,38 PE-HD 0,504 9,93 CO2-Equivalents The CO2-equivalent measures the global warming potential (following the IPCC 100 years standard) of a conversion process. As indicated by its name, this data is expressed in terms of kg CO2-equivalents. Gross Energy This gives an overview of the energy usage by electricity, oil and other energy types, in terms of MJ Ökologie Ökologie IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Schlagzähigkeit / Robustheit Kugelfallversuch DIN EN 744: Standardverfahren Für Verlegung bis 0°C DIN EN 1411: Stufenverfahren Für Verlegung bis -10°C Schlagzähigkeit Schlagzähigkeit IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Dichtheit Dichtheitsprüfung Langzeitdichtverhalten DIN EN 1277 und/oder DIN 4060 DIN EN 14741 Dichtung Dichtung IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Kriterium Materialkosten Quelle: Dr. Pecher Kosten Material Kosten Material IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Einbaukosten / -freundlichkeit Einbaukosten - Rohrgewicht - Rohrlänge - Handling - Verbindungsart IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Einbaukosten / -freundlichkeit Vollwand kerngeschäumt Kosten Einbau Wickelprofil Iy = 1240 mm^4/mm A = 7,1 mm²/mm Rippen Hohlkammer Hohlkammer Kosten Einbau IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Chemische Beständigkeit Chem. Resistenz Chem. Resistenz IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Ringsteifigkeit „Vielfalt“ der Rohrklassen SN PN SDR S FN Kl. A/B IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Ringsteifigkeit Biegesteif Belastung bis zum Bruch Ergebnis: FN in kN/m z.B. Betonrohr DN300: 30 kN/m Biegeweich dv = 3% Zwischenergebnis: F in kN y F S (0,0186 0,025 ) di L y Ergebnis: Ringsteifigkeit in kN/m² z.B. S = 8 kN/m² = SN8 IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Ringsteifigkeit / Klassifizierung Einfluss der Ringsteifigkeit auf die Rohrverformung Quelle: TEPPFA Ringsteifigkeit Ringsteifigkeit IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Ringsteifigkeit / Klassifizierung SN / SDR-Klassifizierung EI E s S 3 Dm 12 Dm SDR 3 (glattwandige Rohre) D Rohraussen durchmesse r s Rohrw anddicke Beispiel: Werkstoff PVC-U-Rohr, DN/OD 200, SN8 entspricht SDR 34 min e = 200/34 = 5,9 mm DIN EN E-Modul SN 2 SN 4 SN 8 [N/mm²] PVC-U 1401-1 3000 SDR 51 SDR 41 SDR 34 PP-H 1852-1 1250 SDR 41 SDR 33 SDR 23,4 IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Ringsteifigkeit / Klassifizierung Werkstoff PVC-U PP-H PE-HD DIN EN 1401-1 1852-1 12666-1 SN SDR 4 41 8 34 4 33 16 23,4 11,2 26 12,5 29 14 27,6 13,3 4 26 12,5 8 21 10 8 S - IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Kriechneigung Langzeit-Verformung von Kunststoffrohren IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Kriechneigung CONNEX-Rohr HS „SN12“ IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Kriechneigung Ergebnisse Verformung von PP u. PVC-U Rohren DN/OD 315 unter konstanter Last in Abhängigkeit der Zeit 60 Rohr nach DIN EN 14758 (PP-MD) Verformung in [mm] 50 40 30 Rohr nach DIN EN 1852 (PP-H) 20 Rohre i.A. a DIN EN 1401 (PVC-U) 10 0 0 100 200 300 400 500 600 Versuchsdauer lin. in [Std.] 700 800 900 1.000 IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Kriechneigung Ergebnisse Rohr nach DIN EN 14758 (PP-MD) Rohr nach DIN EN 1852 (PP-H) Rohre i.A. an DIN EN 1401 (PVC-U) IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Kriechneigung Langzeit-Verformung von Kunststoffrohren Graben ~ 150 kN/m² ~ 150 kN/m² ~ 100 kN/m² qv ~ 75 kN/m² ~ 100 kN/m² qh = ~ 0,4 x 150 = 60 kN/m² • Mit abnehmender Einbauqualität wächst die Bedeutung der Ringsteifigkeit • Bei „identischem“ Einbau erfährt das Rohr mit der größeren Kriechneigung langzeitig immer eine größere Verformung Kriechneigung Kriechneigung IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Längsbiegesteifigkeit Längsbiegesteifigkeit von Rohren Ringsteifigkeit E IR S Dm3 3 s IR 12 Längsbiegesteifigkeit B IL E IL 64 ( Da Di ) 4 4 IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Längsbiegesteifigkeit Rohreinbettung mit fließfähigen Verfüllmaterialien Rohre gegen Auftrieb sichern, dabei ist auf eine hohe Längsbiegesteifigkeit der Rohre achten! IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Längsbiegesteifigkeit Wofür ist die Längsbiegesteifigkeit noch wichtig? - Einsatz von fließfähigen Verfüllmaterialien - in Längsrichtung veränderliche Bodenbedingungen - in Längsrichtung veränderliche Lastbedingungen (z.B. auch infolge Radlasten bei geringer Überschüttung) - Bergsenkungen bei längskraftschlüssigen Rohrleitungen - Setzungen nach dem Verlegen infolge Dammschüttung - fortschreitendes Ziehen des Spundverbaus - Frei hängende Rohrleitungen IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Versuche, Längsbiegesteifigkeit w = 1,3 cm w = 1,2 cm Getestet: HS-Rohr DN/OD 250 – 500 CONNEX-Rohr DN/OD 315 – 500 10 Min / 24 h F l IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Längsbiegesteifigkeit Längsbiegesteifigkeiten im Vergleich Erdüberdeckung h = 3 m Annahme: Rohrauflager auf einer Länge von 1,8 m stark geschwächt Rohrflächenbelastung ca. pE = 0,75 x 3 x 20 kN/m³ = 45 kN/m² Rohrlinienbelastung DN/OD 315 ca. pE*= 0,315 x 45 = 14,18 kN/m Vollwandrohre nach DIN EN 1401 / 1852 / 12666 statische Annahme: Balken auf zwei Stützen ohne Einspannung Rohreigengewicht (0,1-0,15 kN/m) und Wasserfüllung (0,5 kN/m) sind nicht berücksichtigt Werkstoff PVC-U PVC-U PP-ML PP-H PP-MD PE-HD PP-H Profil Längsbiegesteifigkeit Ringsteifigkeit Wanddicke E-Modul Längsbiegesteifigkeit Durchbiegung SN (Kurzzeit) s E (Kurz-/ Langzeit) E x I (Langzeit) w (Langzeit) kN/m² 12 (HS) 8 12 10 8 8 8 mm 10,0 9,2 12,2 12,7 11,4 15,0 3,7 +Rippen N/mm² 3.000 / 1.500 3.000 / 1.500 2400/600 1.700 / 400 1500 / 375 800 / 160 1250 / 312 kNm² 198 123 81 59 49 25 13 mm 10 16 24 33 40 78 149 Längsbiegesteifigkeit IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Systemdurchgängigkeit Jede Kette ist nur so stark wie das schwächste Glied IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Systemdurchgängigkeit Bestimmung der Ringsteifigkeit Rohr (ISO 9969) Formteil (ISO 13967) Lastplatte IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Systemdurchgängigkeit System-Durchgängigkeit KG-Überschiebmuffe HS-Rohr KG-Abzweig HS-Rohr HS-Abzweig HS-Rohr IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Systemdurchgängigkeit, Materialmix Alles da! Ideale Baustelle??? IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Systemdurchgängigkeit, Materialmix PVC-U PP PVC-U Macht das Sinn? Darf man das? Was hat es für Konsequenzen? IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Systemdurchgängigkeit, Materialmix Verformung Rohr in [%] Verformung Abzweig in [%] HS- Abzweig DN/OD 250/160/45° 3,43 (PVC-U) 3,9 (PVC-U) PP- Abzweig DN/OD 250/160/45° 3,86 (PVC-U) 8,3 (PP) IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Systemdurchgängigkeit, Materialmix Argument: die Bauteile (z.B. PVC-Rohr + PP-Formteil) sind kompatibel, die Ringsteifigkeit ist auch in etwa gleich, wieso also nicht kombinieren? Einwand: „gleich“ ist die Ringsteifigkeit nach 3 Minuten, danach verhalten sich die Werkstoffe aber komplett unterschiedlich. Zusätzlich: Abweichungen bei der Bestimmung der Ringsteifigkeit und Unterschiede bei Temperaturänderungen! IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Systemdurchgängigkeit, Materialmix Systemkonsequenz Systemkonsequenz IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Eigenschaften von Rohrsystemen Hydraulik/ Abrieb Chemische Resistenz Ringsteifigkeit Schlagzähigkeit HD-Spülfestigkeit Ökologie Nutzungsdauer Kosten Einbau/ Material Längsbiegesteifigkeit Dichtheit Kriechneigung Systemkonsequenz IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Fazit • Es gibt einige gute Rohrsysteme aus Kunststoff, die sich in der Praxis seit Jahrzehnten bewährt haben • Es gibt kein „optimales“ Rohrsystem für alle Einsatzzwecke. Die Auswahl für die jeweilige Anforderung sollte nach den aufgeführten Kriterien erfolgen. ein Vorschlag für eine Entscheidungsmatrix ist aufgezeigt worden. • Bei glattwandigen Kunststoffrohren sind die Klassifizierungen SN und SDR üblich, bei profilierten Rohren ist die Klassifizierungen nach SN üblich, geringere SDR-Klasse bedeutet größere Mindestwanddicke • Die Einordnung in SN-Klassen ist die gängige Klassifizierung von Kunststoffrohren, jedoch nur eins von vielen Kriterien. Weitere wichtige sind - Ausreichende Längsbiegesteifigkeit, - geringe Kriechneigung und - komplettes Programm (wandverstärkte Formteile) - Konsequente Systemdurchgängigkeit • Die Rohrqualität hat neben der Verlegequalität großen Einfluss auf die Nutzungsdauer, deshalb ist ein geringer Mehrpreis für mehr Qualität in der Regel gut angelegt. IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! IBOS, 17. Informationsveranstaltung, 24.09.2014
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