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Bei Bodenverdrängungsverfahren, die mit Überschnitt ausgeführt werden, erfolgt die Unterteilung der Berechnung nach bindigen (Abschnitt 14.6.2.1.1) und nicht-bindigen Böden (Abschnitt 14.6.2.1.2). |
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Beim Vortrieb in bindigen Böden muss davon ausgegangen werden, dass sich der Überschnitt durch Konsolidierung und Kriechvorgänge im Boden wieder schließt, so dass er bei der Berechnung der Rohrbelastung nicht berücksichtigt werden darf. Die Ermittlung der Belastung quer zur Rohrachse erfolgt in diesem Fall analog Abschnitt 14.6.1.1. Als Maß der Hohlraumaufweitung, d.h. der Bodenverdrängung, ist der Außenradius bzw. Außendurchmesser des Rohres einzusetzen. |
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(Bild: Ausbildung von Bruchkörpern im Boden bei Bodenverdrängungsverfahren mit Überschnitt in nichtbindigen Böden [Falk97b])
In diesem Anwendungsfall gelten die Lastannahmen nach ATV-A 161 [ATVA161]. Bei biegeweichen Rohren bzw. Rohrwerkstoffen, wie Kunststoff oder Stahl, kann von einer Erhöhung des Bettungsreaktionsdruckes infolge der Verdichtung des Bodens in der unmittelbaren Rohrumgebung mit der Folge einer Erhöhung der Bodensteifigkeit ausgegangen … |
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Aufgrund des Überschnittes ist der aufgefahrene Hohlraum in vielen Fällen im Bauzustand standsicher, so dass die eingezogene, eingeschobene oder eingepresste Rohrleitung zunächst keine Belastung erfährt. Diese temporäre Standsicherheit wird bei bodenverdrängenden Verfahren im Vergleich zu Bodenentnahmeverfahren begünstigt durch:
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Nach DIN V ENV 1998-1-1 [DINENV1998-1-1] sollen Bauwerke so entworfen, bemessen und konstruiert werden, dass bei Erdbeben:
Aufgrund des Zufallscharakters der seismischen Einwirkungen und der begrenzten finanziellen und technischen Möglichkeiten zur generellen erdbebensicheren Planung … |
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Erbeneinwirkungen können nach [DINENV1998-4] [Klein01] [Bachm95] [ORour95] in folgende Hauptgruppen für Untergrundversagen oder konzentrierte Untergrundstörungen unterteilt werden:
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Durch die Erdbebenerregung wird im Boden Energie durch Wellen übertragen. Es entstehen Partikelbewegungen und damit Verformungen im Boden, die ihrerseits wieder Verformungen und Spannungen in der Rohrleitung hervorrufen und in Abhängigkeit der Bewegungsmöglichkeit des Rohrstranges zu mehr oder weniger großen Schäden führen können. Die unter diesen Bedingungen in Rohrleitungen auftretenden maximalen Verformungen und entsprechenden Spannungen werden … |
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Während des Erdbebens können durch die Bodenbewegungen Brucherscheinungen im Untergrund als Folge von Oberflächenverwerfungen oder Geländerutschungen hervorgerufen werden. Verwerfungen (Verschiebung der seismischen Bruchfläche) treten in Form von Horizontalverschiebungen, Abschiebungen oder Überschiebungen auf (Bild 14.7.1.2) (Bild 14.7.1.2) (Bild 14.7.1.2).
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Die größte seismische Gefährdung von unterirdischen Rohrleitungen ist durch die lokalen erdbebeninduzierten Bodenverformungen (z.B. Bodenverflüssigungen, Rutschungen) gegeben, die in der englischsprachigen Literatur häufig PGD (Permanent Ground Deformation) genannt werden. Unter Bodenverflüssigung wird im folgenden der Verlust der … |
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Das Versagen der Rohrleitung erfolgt durch Aufschwimmen der Rohre infolge von Bodenverflüssigung, Verdrehung in der Rohrverbindung, Herausziehen aus der Rohrverbindung oder Versagen der Vortriebrohre durch Überschreiten der aufnehmbaren Spannungen sowie Stabilitätsversagen (Beulen oder Knicken) der Rohrleitung. Welche dieser Versagensarten eintritt ist abhängig von der Art der Rohrverbindung. Das Ausziehen der Rohre aus der Rohrverbindung und die … |
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Aufgrund des komplexen Rohr-Boden-Systems sind zur Ermittlung der seismischen Beanspruchung Berechnungsmodelle auf der Grundlage von Idealisierungen und Annahmen notwendig. Diese Berechnungsmodelle sollen die Ermittlung der zur erdbebensicheren Bemessung relevanten Größen in Form von Dehnungen, Verdrehungen und entsprechenden Spannungen als Antwort auf die Erdbebenerregung ermöglichen. In Abhängigkeit der gewünschten Genauigkeit und des tolerierbaren … |
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24.11.2005 Näherungsansätze sind Verfahren, die zur Abschätzung der zulässigen Grenzwerte der Dehnungen und Krümmungen dienen. Ihre Genauigkeit ist im Vergleich zu den dynamischen und quasi statischen Methoden akzeptabel. Das folgende, vereinfachte Berechnungsverfahren nach [Wang80] [Newma67] geht von der Annahme aus, dass die seismischen Wellenmuster sich nicht verändern und die Rohr- und Bodenbewegungen gleichgroß sind. Es entstehen Rohrdehnungen und Krümmungen … |
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24.11.2005 Die quasi statische Berechnungsmethode nach [Wang79] gilt für die Berechnung der relativen Verschiebungen von biegesteifen Rohren mit beweglichen Verbindungen. Die Druckübertragungsringe werden bei dem verwendetem Modell als Federn idealisiert. In der dynamischen Bewegungsgleichung können die Trägheits- und Dämpfungsterme entfallen, da die Wirkung der Rohrträgheitskräfte auf das Antwortverhalten unterirdischer Rohrleitungen vernachlässigbar klein … |
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24.11.2005 |
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Die Antwortspektrummethode stellt eine Kombination der dynamischen und quasi statischen Berechnungsmethoden dar. Sie kann eingesetzt werden, wenn die Rohrleitung auf Grund ihrer großen Steifigkeit als Stabtragwerk idealisiert und das Rohr-Boden-System durch Federn und Ersatzmassen modelliert werden kann [Kraus84] # [Flesc97]. In diesem Fall werden, basierend auf den dynamisch berechneten Bodenverformungen, die Rohrquerschnittsgrößen quasi-statisch … |
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Bei der Zeitverlaufsanalyse wird ein dynamisches Rohr-Boden-System durch die Massen-, Steifigkeits- und Dämpfungsmatrizen beschrieben. Die Berechnung wird dann mit räumlichen Finite-Elemente-Modellen oder mit diskreti-sierten Modellen durchgeführt. Mit dem so ermittelten Verschiebungsvektor und der Steifigkeitsmatrix lassen sich dann die Schnittkräfte aus den dynamischen Belastungen berechnen. (Bild: Dynamisches Berechnungsmodell zur Bestimmung der … |
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Nach DIN V ENV 1998 [DINENV1998-4] sind Rohrleitungen in Erdbebengebieten so zu bemessen und zu konstruieren, dass die Sicherheitsanforderungen an den Grenzzustand der Tragfähigkeit und den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit erfüllt werden. Für die Einwirkungsarten seismische Wellenausbreitung und erdbebeninduzierte, permanente Boden Verformungen ist es ausreichend, die Anforderungen an den Grenzzustand der Tragfähigkeit zu erfüllen. Für die … |
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Bei der Planung von Rohrleitungen oder Rohrleitungssystemen sollten Gebiete mit hohem seismischem Schadenspotential möglichst umgangen werden. Dazu zählen z.B. Bereiche:
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Obwohl der Rohrvortrieb zu den verformungsarmen und oberflächenschonenden Verfahren zählt, können bei der Ausführung unvermeidbare und vermeidbare Bodenverformungen entstehen. Um Schäden an der angrenzenden Bebauung oder an der Geländeoberfläche zu vermeiden, muss angestrebt werden, diese in bestimmten, minimalen Grenzen zu halten. Unter Bodenverformungen versteht man allgemein die horizontale oder vertikale Lageänderung der Bodenoberfläche oder … |
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Vorlaufende Senkungen oder Hebungen entstehen vor der Durchfahrt der Vortriebs-/Schildmaschine durch die Entspannung des Bodens an der Ortsbrust oder infolge eines falsch eingestellten Stützdruckes oder Bohrkopfanpressdruckes zur Stabilisierung der Ortsbrust (Abschnitt 14.2.1.1). Der Abstand der beginnenden Bodenverformung von der Ortsbrust entspricht in der Regel dem 3-fachen Durchmesser der Vortriebs-/ Schildmaschine, bei steifen, bindigen Böden … |
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Die Senkungen über der Vortriebs-/Schildmaschine entstehen, wenn überhaupt, durch Verformungen des Schildmantels und sind in der Regel vernachlässigbar. In stark wechselnden inhomogenen Böden mit teilweise hohem Lehmanteil sind auch Fälle bekannt geworden, in denen es zu Bodenverformungen durch Mitnahme von stark klebrigem Bodenmaterial am Schildmantel und der anschließenden partiellen Verdichtung an konzentrierten Punkten gekommen ist. Dabei wurden … |
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Nachlaufende Senkungen entstehen z.B. infolge des durch den Überschnitt erzeugten Ringspaltes, fehlender oder fehlerhafter Ringspaltverpressung, durch Steuerung oder Kurvenfahrt verursachte Bodenverdrängungen, Vibrationen und Verformung biegeweicher Vortriebsrohre [Jancs01]. Die nachlaufenden Senkungen sind beim Rohrvortrieb sehr gering, da der ausgeführte Überschnitt sehr klein und das Verformungsmaß der Vortriebsrohre relativ gering sind (bei … |
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Zur Bestimmung von Bodenverformungen im Zusammenhang mit dem Rohrvortrieb stehen empirische (Abschnitt 15.2.1), analytische (Abschnitt 15.2.2) und numerische (Abschnitt 15.2.3) Berechnungsverfahren zur Verfügung. Die empirischen und analytischen Berechnungsverfahren wurden für Tunnelvortriebe entwickelt und teilweise durch entsprechende Anpassung auch für Rohrvortriebe anwendbar gemacht. Sie reichen in den meisten Fällen zur groben Abschätzung … |
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