Besondere Anforderungen in Meckesheim

Dass man Schlauchliner auch in groß dimensionierte Eiprofil-Kanäle einbauen kann, ist nun wahrlich nichts Besonderes mehr. Das Projekt Meckesheim, bei dem die Insituform Rohrsanierungstechniken GmbH, Ende Januar 2008 rund 225 Meter begehbarer Eiprofile unterschiedlicher Nennweiten sanierte, war dennoch ungewöhnlich. Die Beton-Eiprofile hatten als Besonderheit eine rechteckige Trockenwetterrinne aus Steinzeug-Elementen in der Sohle zu bieten: ein recht anspruchsvoller Fall für die Standsicherheitsberechnung des Liners, der mit Finite-Elemente-Methode gelöst wurde.

Hintergrund des Sanierungsvorhabens war die ober- und unterirdische Ortskern-Erneuerung in Meckesheim bei Heidelberg, die auch die überfällige Sanierung der Ortskanalisation umfasste. Schon seit einigen Jahren werden hier Haltung für Haltung die problematischen Abwasserkanäle des Ortes überwiegend in grabenloser Bauweise saniert. In diesem Rahmen fand vor knapp zwei Jahren bereits der sehr erfolgreiche Einbau von ca. 580 Metern Insituform-Schlauchlinern der Nennweiten DN300 bis 400 und DN400/600 bis 700/1050 statt. Im nächsten Sanierungsabschnitt standen nun ca. 272 Meter 50 Jahre alte Beton-Eiprofile der Nennweiten DN300 bis 500 und DN750/1050 bis 800/1200 an, die durch Risse und undichte Muffen geschädigt waren. Die Ausschreibung der Maßnahme erfolgte beschränkt durch das in Meckesheim ansässige Ingenieurbüro für Bauwesen Rabe.
Teil der Problematik und bautechnisch erschwerende Randbedingung war ein starker Grundwasserdruck, da aus einer nahe gelegenen Geländestufe ständig erhebliche Mengen Schichtenwasser in den Untergrund des Ortskerns einströmen. Dies machte nicht nur die Abdichtung des Kanals zu einem wichtigen Vorhaben, sondern stellte zudem erhebliche Anforderungen an die Wasserhaltung während der Projektdurchführung.

Der eigentliche planerische "Knackpunkt" des Meckesheimer Schlauchliners war aber dessen statische Auslegung. Muss man sich bei der Standsicherheitsberechnung von Eiprofilen ohnehin spezieller Annahmen bedienen, um zu einem zuverlässigen und nachvollziehbarem Ergebnis zu kommen, so wurde die Aufgabe hier zusätzlich erschwert durch einen exotischen, konstruktiven Sonderfall. Das Abwasser floss nämlich in einer kastenförmigen Steinzeug Trockenwetterrinne durch die Ortbeton-Profile. Diese systematische "Imperfektion" lässt sich nicht mit der am Markt üblichen Standardsoftware berechnen. Sie sprengt die geometrischen Annahmen einer konventionellen Standsicherheitsberechnung. Bei einem Standard-Eiprofil würde die schwächste Stelle bei einwirkendem Außendruck naturgemäß im Kämpferbereich liegen; in Meckesheim aber sind die Auflagepunkte des Liners auf dem Gerinne-Kanten der heikle Punkt. Somit schied eine herkömmliche, auf rohrgeometrischen Basisdaten beruhende Statikberechnung mittels Standardsoftware aus. Stattdessen führte man zur Ermittlung der erforderlichen Liner-Wandstärken eine Berechnung nach der Finite-Elemente-Methode durch. Hierbei wird der Liner in möglichst gleich große und ähnliche Einzelelemente zerlegt und diese einer Simulation unterschiedlicher Grundwasserstände bei unterschiedlichen Wandstärken unterzogen. Für jedes einzelne "finite" Element wird die resultierende Belastung bei unterschiedlichen Grundwasser-Außendrücken errechnet und grafisch dargestellt. Dabei werden Bereiche mit kritischen Deformationen oder Spannungen im Schnitt optisch sehr klar durch Färbung veranschaulicht. Zur Bemessung der notwendigen Linerwandstärke nähert man sich dem vorgegebenen Sollwert durch ein "iteratives" Vorgehen. Die Linerwandstärke wird in den Simulationen so lange millimeterweise erhöht, bis die gewünschten Werte auch an den kritischen Stellen - dem Auflager des Liners auf den Kanten des Fließgerinnes - mit der geforderten Sicherheit eingehalten werden.
Als Grundwasserstand wurden für die Eiprofile 1,5 Meter über Rohrsohle angenommen. Bei solchen Lastannahmen ist stets nicht nur der reale Grundwasserstand zum Ist-Zeitpunkt zu sehen, sondern auch die Veränderung des Grundwasserpegels infolge der Sanierung durch plausible Annahmen zu berücksichtigen.

Eine Gegenüberstellung der durch FE-Berechnung ermittelten Wandstärken mit den Werten, die sich bei identischen Lastannahmen für die gleichen Regel-Eiprofile mit Standardsoftware ergeben, zeigt jedoch nicht nur die Zuschläge für die ungewöhnliche Bauform der Meckesheimer Eiprofile:

Die nur geringen Mehrwandstärken der Sonderprofile mit Trockenwetterrinne von 0,8mm im Ei 700/1050, bzw. 1,0mm im Ei 800/1200 sind vor allem auch ein Resultat der deutlich genaueren Rechenergebnisse, die mit der FE-Simulation erzielt werden. Hätte man zum Vergleich auch die Standard-Eiprofile über FE-Simulation berechnet, wären die Unterschiede der jeweiligen rechnerischen Wandstärken sehr viel deutlicher ausgefallen.
Die Faltersoftware birgt im verwendeten Algorithmus für Standard-Eiprofile also durchaus noch Reserven gegenüber den tatsächlichen Verhältnissen.

Die hydraulische Installation der Liner über den Insituform-spezifischen, markanten Förderturm und die Aushärtung durch Heißwasser war, vor dem Hintergrund einer entsprechend dimensionierten Wasserhaltung, für die Insituform-Kolonnen eher eine Routineangelegenheit. Trotz einer dauerverregneten Nacht vor der Installation des letzten Liners konnte auch diese Maßnahme termingerecht und zur vollen Zufriedenheit des Auftraggebers durchgeführt werden. Nebenarbeiten wurden von Insituform an den vor Ort niedergelassenen Nachunternehmer Erles Umweltservice vergeben. Die Zusammenarbeit aller am Projekt Beteiligten führte letztendlich zu einem reibungslosen Baustellenablauf zur Zufriedenheit von Auftraggeber und Ingenieurbüro.
Die von einem unabhängigen Prüflabor im Rahmen der Qualitätssicherung durchgeführten Analysen an Probestücken der installierten Liner haben zwischenzeitlich belegt, dass die Meckesheimer Liner in jeder Hinsicht ein voller Erfolg waren.