Ulf Helbig

Lufteintrag — Eine Herausforderung bei physikalischen und numerischen Modellierungen

Lufteinmischung an Überfallrücken tritt häu g auf, wobei die physikalischen Eigenschaften des abströmenden Fluids verändert werden. Eine genaue Quanti zierung des Lufteintrags am reellen Bauwerk ist jedoch äußerst schwierig bzw. unmöglich. Bei vielen Projekten stellt sich daher die Frage, welchen Ein uss Lufteinträge bzw. verschiedene Belüftungsgrade besitzen und inwiefern ein solcher modelltechnisch umgesetzt sowie eine Belüftung simuliert werden können.

Wärme- und Kälteschutz bei Rohrleitungen

Werden Warme oder Kalte leitungsgebunden verteilt, mussen die Medienleitungen so gedammt sein, dass so wenig wie moglich Verluste auftreten. Grundsatzlich sind Dammstoffe so zu konzipieren, dass sie minimale Warmeleitfahigkeiten und Dichten, hohe Form- und Strukturbestandigkeiten sowie je nach Anwendungsfall hohe Temperaturbestandigkeiten aufweisen. Auserdem sollen sie unempfindlich gegenuber temporarer Durchfeuchtung sein und bei korrosionsempfindlichen Rohrmaterialien nicht korrosionsfordernd wirken. Das Kapitel gibt zunachst Ausfuhrungen zu Warmeverlusten sowie zu typischen Rohrdammstoffen. Einen grosen Teil umfassen die thermische Analyse sowie die Berechnung des Warmeaustausches bzw. der Warmeverluste von frei, erd- bzw. kanalverlegten Einzel- und Doppelleitungen. Im Anschluss werden Hinweise zur Auswahl und zu Berechnungsansatzen der erforderlichen Starke der Rohrdammung erlautert. Die relevante Literatur sowie die entsprechenden Normen und Regelwerke sind aufgefuhrt.

Korrosion und Korrosionsschutz von Rohrleitungen

Reagiert ein metallischer Werkstoff mit Umgebungsmedien, kommt es zu dessen Korrosion. Insbesondere verlegte Guss- und Stahlrohrleitungen sind einer Korrosionsgefahr im Betrieb ausgesetzt, so dass bei diesen auf einen hohen und umfangreichen Korrosionsschutz geachtet werden muss. Das folgende Kapitel erlautert die grundlegenden Vorgange sowie die auftretenden Formen der Korrosion. Hierbei wird v. a. auf Korrosion infolge Umhullungsschaden, Elementbildung sowie Streustrom- und Wechselstrombeeinflussung eingegangen. Des Weiteren werden Masnahmen des passiven (Beschichtungen, Umhullungen) sowie des aktiven Korrosionsschutzes (KKS-Systeme) vorgestellt und erlautert. Der Fokus liegt dabei auf KKS-Systemen mit Fremdstrom sowie mit galvanischen Anoden. Die Ermittlung der erforderlichen Schutzstromdichten, der Gesamtanzahl sowie der Lebensdauer von galvanischen Anoden wird erortert. Die relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgefuhrt.

Düker- und Heberleitungen

Mussen Gerinne- oder Freispiegelleitungen Flusse, Kanale, Bahnlinien, Strasen, Deiche, Kabel- oder Pipelinetrassen usw. queren, so werden diese als Duker im Sinne eines Unterbogens unterfahren. Als Heber werden hingegen Druckleitungen als Uberbogen bezeichnet, deren Scheitelpunkt uber dem Wasserstand eines oberen Beckens oder Behalters liegt, von dem eine Flussigkeit in ein tieferes Becken oder in einen tieferen Behalter befordert werden soll. Das folgende Kapitel beschreibt die wichtigsten Begriffe, Funktionsweisen und Anforderungen an Duker und Heber. Des Weiteren werden verschiedene Bauausfuhrungen, Verlegungen und Bauweisen von Dukern und Hebern erlautert. Die relevante Literatur sowie die gultigen Normen und Regelwerke sind aufgefuhrt.

Löschwasserleitungen und -systeme

Loschwasserleitungen und Loschwassersysteme dienen der Bereitstellung von Loschwasser zur Brand- und Feuerbekampfung durch die Feuerwehr. Feuerloschleitungen sind haufig an die zentrale Trink- bzw. Brauchwasserversorgung, der sogenannten abhangigen Loschwasserversorgung, angeschlossen und werden durch diese gespeist. Das folgende Kapitel gibt einen Uberblick zum Loschwasserbedarf, zur unterschiedlichen Loschwasserbereitstellung und erlautert die wichtigsten Begriffe und Bestandteile solcher Loschwassersysteme. Des Weiteren werden die typischen Arten von Steigleitungen (nass, nass/trocken, trocken) in und an baulichen Anlagen in kompakter Form erortert und beschrieben. Weiterhin wird auf Loschwasseranlagen in Tunnels (Bahntunnel, Strasen- und Autobahntunnel) sowie deren Besonderheiten eingegangen. Die relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgefuhrt.

Hydraulik und Gasdynamik

Fur den Transport von Flussigkeiten und Gasen ist es grundlegend notwendig, die erforderlichen Rohrleitungen hinsichtlich auftretender Flies- und Stromungsverluste infolge Rohrreibung und ortlicher Verluste sowie bezuglich erforderlicher Rohrquerschnitte zu dimensionieren. Der folgende Beitrag behandelt die Flies- und Stromungsverluste in Druckleitungen, sowohl fur inkompressible (Flussigkeiten) als auch kompressible (Gase) Medien. Weiterhin werden das Druckstosphanomen bei Flussigkeitsleitungen sowie dessen Erscheinungsformen und Berechnungen diskutiert. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die hydraulische Dimensionierung von Vakuum- und Unterdruckleitungen sowie von unbelufteten und belufteten Hebern. Abschliesend erfolgt die Darstellung der hydraulischen Konzipierung von Freispiegelleitungen nach dem Teilfullungsprinzip.

Verlegung von Rohrleitungen im Wasser

Eine direkte Verlegung von Rohrleitungen ist immer dann angebracht, wenn die landseitige Umgehung eines Gewassers, Sees oder auch Meeres praktisch nicht umsetzbar bzw. wirtschaftlich nicht vertretbar ware. Auch mussen sehr haufig Kuhlwasserleitungen von Kraftwerken zur sicheren Wasserentnahme und -abgabe ausreichend in ein Gewasser eingebunden werden, was eine Wasserverlegung notig macht. Daruber hinaus empfiehlt sich eine wasserbasierte Verlegung in Tunnels und Stollen, wenn deren ursprungliche Funktion uneingeschrankt beibehalten und sichergestellt werden muss. Das Kapitel beschaftigt sich mit Rohrleitungen in Seen und maritimen Gewassern. Es wird neben allgemeinen Anforderungen auf den Einschwimmvorgang und die Absenkverfahren sowie auf die Verlegung von Offshore-Leitungen auf dem Grund oder im Wasser frei schwebend eingegangen. Daruber hinaus wird gezeigt, wie das wasserbasierte Einschwimmen in Stollen und Tunnels vorgenommen werden kann.

Drainage- und (Ver-)Sickerleitungen

Drainage- und Sickerleitungen sowie Versickerungs- und Verrieselungsleitungen dienen der Regulierung des Bodenwasserhaushaltes bzw. der Bodenwasserbewirtschaftung, indem sie Wasser dem Boden entziehen oder zufuhren. Das folgende Kapitel erlautert die wichtigsten Begriffe und Bestandteile solcher Anlagen. Des Weiteren werden die eingesetzten Rohrformen und zugehorigen Anforderungskriterien beschrieben. Typische Einsatzfelder von Dran- und Sickerleitungen wie Melioration, Grundmauerschutz im Hoch- und Ingenieurbau, Entwasserung bei Verkehrs- und Tunnelanlagen und Deponieentwasserung werden im Uberblick erortert und beschrieben. Erganzend erfolgt die Beschreibung der wichtigsten Anforderungen an Verrieselungs- und Versickerungsanlagen. Es wird auf die Phanomene der Verockerung, Versinterung und Verschluffung eingegangen. Samtliche relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgefuhrt.

Hydraulische Dimensionierung von Sicker- und Versickerleitungen

Drainage- und Sickeranlagen dienen dem Entzug von Bodenwasser. Als Umkehrprozess zum Drainieren/Sickern gelten die Versickerung bzw. die Verrieselung, die dem Boden Wasser zufuhren (Infiltration). Das folgende Kapitel beschaftigt sich mit der hydraulischen Dimensionierung von Drain-/Sickerleitungen sowie von Versicker-/Verrieselungsleitungen. Dabei wird auf den Drain- bzw. Sickerwasserandrang fur Leitungen bei stationarer Zustromung im Grundwasser liegend, sowie fur parallele Drain- und Sickerleitungen im Grundwasser mit Dranabstand eingegangen. Es werden verschiedene Bodenprofile sowie freies und gespanntes Grundwasser berucksichtigt. Ebenso werden der Versickerungs- und Verrieselungsvolumenstrom ermittelt. Des Weiteren erfolgt die hydraulische Dimensionierung der Rohrquerschnitte fur verschiedene, ubliche Rohrtypen. Die relevanten Regel- und Normenwerke sind aufgefuhrt.

Erdverlegte Rohrleitungen unter alpinen Bedingungen

Die grundlegenden Eigenschaften sowie die Standsicherheit alpin verlegter Rohrleitungen (u. a. Turbinenleitungen) bei flexibler, festpunktfreier Verlegung werden im nachfolgenden Kapitel dargestellt. Diese einfache und daher sehr wirtschaftliche Verlegemethode wurde bereits vor Jahren fur Rohre aus duktilem Gusseisen entwickelt und in der Praxis erprobt [7]. Sie kann aber auch bei Druckrohren aus allen anderen Rohrwerkstoffen angewandt werden, sofern sich der Untergrund fur eine Erdverlegung eignet. Die dargelegten Ausfuhrungen beruhen auf einer fruheren Arbeit des Autors [3]. Die Bemessung der Rohrwanddicke zur Aufnahme der Belastung durch Erddruck, Verkehrslast und Innendruck ist in zahlreichen Richtlinien und Normen festgelegt und wird hier daher nicht naher beleuchtet. Hingegen ist der Nachweis der Standsicherheit der gesamten im Gelande mit unterschiedlichen Hangneigungen verlegten Leitung Gegenstand der folgenden Ausfuhrungen. Dabei zeigen die Ausfuhrungen, dass eine ausreichende Standsicherheit erzielt werden kann, wenn das Verhaltnis der Ruckhaltekrafte zu den Abtriebskraften groser als ≥ 1,5 nachgewiesen wird.