Die Verbesserung der Erdbebensicherheit von Wasserversorgungsleitungen verfolgt zwei Hauptziele: Erstens soll die Wassertransportkapazität sichergestellt und ein großflächiger Druckverlust verhindert werden, um im Notfall die Wasserversorgung von Feuerwehr und anderen kritischen Einrichtungen zu gewährleisten. Zweitens sollen Schäden an der Leitung minimiert werden, um eine schnelle Reparatur zu ermöglichen. Anders ausgedrückt: Ein Wasserversorgungssystem muss im Falle von Erdbebenkatastrophen eine höhere Anpassungsfähigkeit aufweisen.
Die Verhinderung von Wasserrohrbrüchen ist unerlässlich für den reibungslosen Betrieb der Wasserversorgung. Das Rohrsystem PE4710 (entspricht PE100) weist die geringste Wahrscheinlichkeit für Rohrbrüche und Leckagen aller Wasserleitungen auf und trägt somit zur Erreichung all dieser Ziele bei.
Wellenausbreitung und bleibende Bodenverformung sind die Hauptursachen für Schäden an erdverlegten Rohrleitungen. Aufgrund von Axialkräften und Biegespannungen führt die Bodenbewegung zu axialen und Biegebeanspruchungen in der Rohrleitung. Materialien mit hoher Steifigkeit (hohe zulässige Spannung) weisen im Allgemeinen eine begrenzte Verformbarkeit auf. Duktile Materialien wie Polyethylen (PE) (niedrige zulässige Spannung) zeichnen sich hingegen durch gute Verformbarkeit und Zähigkeit aus.
Die Erdbebenbeständigkeit von Rohrleitungssystemen zeigt sich in ihrer Anpassungsfähigkeit an Oberflächenverformungen. Seismische Erschütterungen oder die Ausbreitung seismischer Wellen können so starke Bodenverformungen verursachen, dass selbst die empfindlichsten Rohrleitungen beschädigt werden. Rissbildung an Verwerfungen, Erdrutsche, die Umwandlung von Boden in Schlamm und die daraus resultierenden Setzungen und/oder seitlichen Ausbreitungen, Bodensenkungen und -hebungen können zu größeren Bodenverformungen führen und dadurch großflächige Schäden an verlegten Rohrleitungen verursachen. Tabelle B-1 listet weltweit beobachtete Bodenverformungsdaten aufgrund permanenter Bodendeformationen auf.
Tabelle B-1 Beobachtete Bodenverformung aufgrund bleibender Bodenverformung
Der erforderliche Bereich der Bodenverformung für Rohrleitungen liegt zwischen 0,05 % und 4,5 %. In einem Bericht des American Electric Power Research Institute aus dem Jahr 2008 wurden die Dehnungskapazitätsmessungen des Materials PE4710 veröffentlicht. Bei einer Temperatur von 10 °C (50 °F) beträgt die durchschnittliche Streckgrenze von PE4710-Rohren 9,9 %, die durchschnittliche Bruchdehnung hingegen 206 %. Das Polyethylenrohr reagiert auf Bodenbewegungen mit einer Bewegung, anstatt Lasten zu widerstehen, die bei starren oder spröden Rohren zum Bruch führen könnten. Bei den meisten Erdbeben biegt sich das geschweißte HDPE-Rohr (Hochdichtes Polyethylen) zwar, bricht aber nicht und trennt sich auch nicht (bei nicht dichten Verbindungen), sodass die Wasserversorgung aufrechterhalten wird. Es ist zu beachten, dass alle Verbindungen von PE-Rohren mit anderen Bauwerken, Nebenanlagen und Bauteilen höheren Differenziallasten ausgesetzt sein können. Die Verbindungen dieser Teile sollten sorgfältig geplant und konstruiert werden, um das Risiko eines Bruchs zu minimieren.
Die Zugdehnung des PE4710-Rohrs ist etwa doppelt so hoch wie die durch die beobachtete maximale Magnitude verursachte Bodenverformung, und die Bruchdehnung von PE4710 ist mehr als 40-mal so hoch wie die maximale Bodenverformung. Die theoretisch berechneten Ergebnisse stimmen mit der Verwendung von Polyethylenleitungen bei Erdbeben überein. Die geschweißte HDPE-Wasserleitung hat sich während des Erdbebens bewährt. Tabelle B-2 enthält einige Beobachtungen vergangener Erdbeben in Japan (Omuro und Himono, 2018).
Tabelle B-2: Daten, die bei vergangenen Erdbeben in Japan beobachtet wurden
Die seismische Leistungsfähigkeit von Rohrleitungen sollte bewertet werden. Dabei sind unter anderem Zähigkeit, axiale Dehnfähigkeit, zulässiger Biegeradius, Verbindungsfestigkeit, Stabilität und der Zustand der bestehenden Rohrleitung zu berücksichtigen. Zahlreiche seismische Erfahrungen zeigen, dass HDPE-Wasserversorgungsleitungen gemäß den ASTM-Rohrnormen unter den meisten seismischen Belastungen einen normalen Betrieb gewährleisten. Bei hohen Anforderungen an die seismische Leistungsfähigkeit der Wasserversorgungsleitung empfiehlt sich der Einsatz von geschweißten HDPE-Rohren. Diese bieten eine höhere seismische Zuverlässigkeit und können sich an die durch Erdbeben verursachten unterschiedlichen Bodenverformungen anpassen, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten.
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Veröffentlichungsdatum: 06.03.2025
