Schlauchliner: Diplomarbeit mit Praxisnähe

Das IKT nutzt seine Netzwerkfunktion zwischen Hochschule, Industrie und Kanalnetzbetrieb. Im Rahmen der IKT-Forschung wurde aktuell eine Diplomarbeit, diesmal mit interessanten Ergebnissen zu Werkstofffragen von Schlauchlinern, erarbeitet.

Ein Beispiel für eine Diplomarbeit von Lars Waade, Fertigstellung 08/2003:
Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Bernd Nolting, Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft und Abwassertechnik der Fachhochschule Bochum

Diplomarbeitsthema:
Untersuchung der Materialqualität von Schlauchlinern

"In dieser Diplomarbeit wurde die Qualität von Linern beurteilt, die seit mehreren Jahren im Betrieb sind. Für mich war es dabei sehr interessant, praktische und vor allem berufsnahe Tätigkeiten selbständig durchführen zu können. Hervorragend war auch die Unterstützung des IKT.“

Ziel der Diplomarbeit war es, einen umfassenden Überblick über die qualitätsbestimmenden Faktoren eines Liners zu gewinnen. Darüber hinaus wurden die Anforderungen an das Linermaterial infolge der Beanspruchungen aus Betrieb, wie z.B. Kanalreinigung, Abrieb durch Sedimente, etc. betrachtet. Zur Klärung dieser Fragestellung war es notwendig, Materialproben aus in Betrieb befindlichen Linern zu entnehmen. Insgesamt wurden acht Proben entnommen.

Gealterte Linerproben aus Kanalnetz ausgegraben

Für die Entnahme der Rohrproben erfolgte eine Einmessung der Entnahmestelle in der entsprechenden Strasse des Stadtgebietes. Aus den vorhandenen Inspektionsdaten ergaben sich die Stellen, an denen es interessant war, Aufgrabungen zu machen.

Bild 1: Entnahmebaustelle für die Probenkörper aus in Betrieb befindlichen Haltungen

Umfangreiche Materialprüfungen zur Qualitätssicherung

Es wurde ein Untersuchungsprogramm aufgestellt und zur besseren Übersicht in folgende Gruppen gegliedert:

• Betriebliche Kennwerte:   Abriebfestigkeit
                                    Chemische Beständigkeit
                                    Hochdruck-Spülfestigkeit

• Werkstoffkennwerte:      E-Modul aus 3-Punkt-Biegeversuch
                               E-Modul aus Kurzzeit-Scheiteldruckversuch
                               E-Modul aus Langzeit-Scheiteldruckversuch

Liner ohne Einbußen bei den betrieblichen Kennwerte

Die betrieblichen Kennwerte zeichnen die Haltbarkeit von Schlauchlinern aus. In Betrieb befindliche Schlauchliner sind u.a. mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt. Um diesen Beanspruchungen Stand zu halten, muß die Haltbarkeit von Linern gewährleistet sein.

Ein Kennwert ist die Abriebfestigkeit des Linermaterials. Abrieb erfolgt durch Sedimenttransport im Kanal. Dieser Sedimenttransport wurde in der Darmstädter Kipprinne simuliert und die Abriebfestigkeit konnte so beurteilt werden.

Bild 2: Linerprobe in der Darmstädter Kipprinne; Messprotokoll

Da kommunale Abwässer auch aggressive Inhaltsstoffe beinhalten können, muß das Linermaterial auch eine Beständigkeit gegen chemische Angriffe aufweisen. Zur Beurteilung der chemischen Beständigkeit wurden Proben in 10 %iger Schwefelsäure eingelegt. Vor und nach der Einlagerung sowie nach der Trocknung der Proben wurden die Veränderungen begutachtet.

Zum ordnungsgemäßen Betrieb eines Kanalnetzes gehört auch die regelmäßige Reinigung. Dies geschieht durch Spülung mit Hochdruck-Wasserstrahlen. Auch dieser Belastung muß das Linermaterial standhalten. Die Prüfung der Hochdruck-Spülfestigkeit erfolgte mit zwei Verfahren:

• Prüfung nach dem Hamburger Spülversuch
• Prüfung mit dem Pipe-Tester

Alle untersuchten Linerproben wiesen eine hohe Abriebfestigkeit sowie Hochdruck-Spülfestigkeit auf. Nach den Versuchsdurchführungen konnten keine Beschädigungen an den Innenseiten der Linerwandungen festgestellt werden. Auch die Beständigkeit gegen chemische Angriffe war gegeben. Veränderungen bzgl. Farbe oder Form an der Linerwandung wurden nicht festgestellt.

Genauigkeit von Baustellenprüfungen untersucht

Die Werkstoffkennwerte (E-Moduln) von Linern können durch zwei Versuche ermittelt werden. Eine schnelle Ermittlung der in der Linerstatik geforderten Werte erfolgt mit dem 3-Punkt-Biegeversuch (Bild 3). Dieser Versuch ist ein Baustellenversuch und dient zur Qualitätsüberwachung von mit Schlauchlining durchgeführten Sanierungsmaßnahmen.

Bild 3: Linerprobe für 3-Punkt-Biegeversuch; Seriengrafik von Linerproben   

Mit dem Kurzzeit-Scheiteldruckversuch werden die zu erwartenden Kennwerte eines Liners ermittelt. Dieser Versuch dient in erster Linie als Eignungsprüfung für Schlauchliner. Als Abnahmeprüfung von Sanierungsmaßnahmen wird der Kurzzeit-Scheiteldruckversuch selten durchgeführt.

Gute Korrelation der E-Moduln aus 3-Punkt-Biegeversuch und Kurzzeit-Scheiteldruckversuch

Da es in diesem Forschungsprojekt möglich war, vollständige Rohrabschnitte auszubauen, konnte eine vergleichende Betrachtung der Ergebnisse aus 3-Punkt-Biegeversuch und Kurzzeit-Scheiteldruckversuch durchgeführt werden. Im Rahmen der Diplomarbeit wurde u.a. festgestellt, dass die Werte aus dem Scheiteldruckversuch i.M. über den Werten aus dem 3-Punkt-Biegeversuch lagen. Damit wird die Vermutung unterstützt, dass der 3-Punkt-Biegeversuch als baubegleitende Qualitätsprüfung ausreichend genaue Ergebnisse liefern kann. Die Korrelation der E-Moduln aus beiden Versuchen wird in Bild 4 dargestellt. Es zeigt sich, dass eine gute Korrelation beider E-Moduln gegeben ist.

Bild 4: Korrelation der E-Moduln

Schlußfolgerungen

Die Einflußfaktoren auf die Qualität von Schlauchlinern können im wesentlichen in zwei Gruppen unterteilt werden:

• betriebliche Einflüsse (Abrieb, chemische Beständigkeit, Hochdruck-Spülfestigkeit)

• Baustelleneinflüsse (Geometrie, Dichtheit)

Die Prüfergebnisse lassen vermuten, dass die betrieblichen Einflüsse die Linerqualität wenig beeinträchtigen. Diese Ergebnisse können ein Hinweis dafür sein, dass die Werkseigenschaften der geprüften Liner als ausreichend anzusehen sind.

Dem gegenüber ist der Baustelleneinfluss auf die Linerqualität sehr groß. Hier zeigt sich anhand der ermittelten Ergebnisse, dass erhebliche Abminderungen der Qualität verursacht werden können. Eine Nichteinhaltung der geforderten geometrischen Kennwerte (Wanddicke, Spaltweite, Vorverformung) hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Stabilität eines Liners.

Für die wertvollen Anregungen und Hilfestellungen bei Problemlösungen sowie für die Betreuung während der Diplomarbeit möchte ich dem IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur, Gelsenkirchen und dem Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Abwassertechnik der Fachhochschule Bochum meinen Dank aussprechen.
Lars Waade

Ansprechpartner IKT:

Dipl.-Ing. Marco Schlüter
IKT – Institut für Unterirdische Infrastruktur
Exterbruch 1
45886 Gelsenkirchen
Tel.: 0209 17806-31
Fax: 0209 17806-88
Email: schlueter@ikt.de
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