Die Verbesserung der Erdbebensicherheit von Wasserversorgungsleitungen verfolgt zwei Hauptziele: Zum einen soll die Wassertransportkapazität sichergestellt werden, um großflächigen Druckverlust zu vermeiden und im Notfall Feuerwehren und kritische Einrichtungen mit Wasser versorgen zu können; zum anderen sollen Schäden an der Leitung minimiert und eine schnelle Reparatur ermöglicht werden. Anders ausgedrückt: Bei Erdbebenkatastrophen sollte ein Wasserversorgungssystem eine höhere Anpassungsfähigkeit aufweisen.
Die Vermeidung von Wasserrohrbrüchen ist für den normalen Betrieb des Wasserversorgungssystems unerlässlich. Das Rohrsystem PE4710 (entspricht PE100) weist die geringste Bruch- und Leckagewahrscheinlichkeit aller Wasserleitungen auf und trägt so zur Erreichung aller oben genannten Ziele bei.
Wellenausbreitung und dauerhafte Bodenverformung sind die Hauptursachen für Schäden an vergrabenen Rohrleitungen. Aufgrund der vorhandenen Axialkräfte und Biegespannungen führt die Bodenbewegung zu Axial- und Biegespannungen in der Rohrleitung. Materialien mit hoher Steifigkeit (hohe zulässige Spannung) haben im Allgemeinen eine begrenzte Verformbarkeit. Die duktilen Materialien, wie Polyethylen (PE) (niedrige zulässige Spannung), weisen eine gute Verformbarkeit und Zähigkeit auf.
Die seismische Belastbarkeit eines Rohrleitungssystems spiegelt sich in seiner Anpassungsfähigkeit an Oberflächenspannungen wider. Seismische Erschütterungen oder die Ausbreitung seismischer Wellen können den Boden so stark belasten, dass selbst die anfälligsten Rohre beschädigt werden. Verwerfungsrisse, Erdrutsche, Bodenveränderungen zu Schlamm und die daraus resultierenden Setzungen und/oder seitlichen Ausbreitungen, Bodensenkungen und -hebungen können zu stärkeren Bodenspannungen führen und so große Bereiche vergrabener Rohrleitungen beschädigen. Tabelle B-1 listet weltweit beobachtete Bodenspannungen aufgrund dauerhafter Bodenverformungen auf.
Tabelle B-1 Beobachtete Bodenspannung aufgrund bleibender Bodenverformung
Der erforderliche Bodendehnungsbereich 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 angegeben. Bei einer Temperatur von 50 °F (10 °C) beträgt die durchschnittliche Zugfestigkeitsdehnung von PE4710-Rohren 9,9 %, während die durchschnittliche Zugfestigkeitsdehnung 206 % beträgt. Das Polyethylenrohr bewegt sich in Reaktion auf Bodenbewegungen, anstatt Belastungen standzuhalten, die zum Brechen starrer oder spröder Rohre führen könnten. Bei den meisten seismischen Ereignissen biegt sich das geschweißte (verschweißte) Rohr aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE), bricht oder trennt sich jedoch nicht (nicht dichte Verbindung), sodass eine normale Wasserversorgung aufrechterhalten wird. Es ist zu beachten, dass alle Verbindungen von PE-Rohren mit anderen Strukturen, Nebenanlagen und Komponenten höheren Differenzlasten ausgesetzt sein können. Die Verbindung dieser Teile muss sorgfältig geplant und konstruiert werden, um das Bruchrisiko zu minimieren.
Die Streckgrenze des PE4710-Rohrs ist etwa doppelt so hoch wie die durch die beobachtete maximale Magnitude verursachte Bodenspannung, und die Bruchspannung von PE4710 ist mehr als 40-mal so hoch wie die maximale Bodenspannung. Die theoretisch berechnete Leistung entspricht der Verwendung von Polyethylen-Rohrleitungen bei Erdbeben. Die geschweißte HDPE-Wasserversorgungsleitung zeigte im Erdbebenfall eine gute Leistung. Tabelle B-2 enthält einen Auszug aus Beobachtungen vergangener Erdbeben in Japan (Omuro und Himono, 2018).
Tabelle B-2 Daten, die bei vergangenen Erdbeben in Japan beobachtet wurden
Die seismische Leistung von Rohrleitungen sollte bewertet werden, einschließlich Belastbarkeit, axialer Dehnfähigkeit, zulässigem Biegeradius, Verbindungsfestigkeit, Stabilität und dem aktuellen Rohrleitungszustand. Zahlreiche seismische Erfahrungen zeigen, dass HDPE-Hauptwasserleitungen gemäß den ASTM-Rohrserienstandards unter den meisten seismischen Belastungsbedingungen normal funktionieren. Bei hohen Anforderungen an die seismische Leistung der Hauptwasserleitung sollte der Einsatz geschweißter HDPE-Rohre in Betracht gezogen werden, da diese zuverlässiger sind und sich an die unterschiedlichen Belastungen des Bodens durch Erdbeben anpassen und trotzdem normal funktionieren können.
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Beitragszeit: 06.03.2025
