Wissenswertes

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Wurzelfestigkeit von duktilen Guss-Rohrverbindungen

„Wurzeleinwuchs in Abwasserkanälen“ wird im Rahmen der regelmäßig durchgeführten Kamerainspektionen von innen als Abflusshindernis erkannt. In privaten Abwasserleitungen fällt Wurzeleinwuchs spätestens beim Auftreten von Verstopfungen und Rückstau mit den daraus resultierenden Folgen auf. In öffentlichen Abwassernetzen ist Wurzeleinwuchs einer der häufigsten Schäden. Sowohl in privaten als auch in öffentlichen Abwassernetzen gelten diese Leitungsabschnitte als undicht.

Wurzelwachstum und Wurzeldrücke

Die Gründe für das Einwachsen von Baumwurzeln in Abwasserleitungen und Kanäle wurden in den letzten 15 Jahren erforscht. Als wichtige Ergebnisse des Forschungsvorhabens „Wurzeleinwuchs in Abwasserleitungen und Kanälen“ wurden Modelle entwickelt, mit denen das Wurzelwachstum im Bereich von Kanälen und Leitungen beschrieben werden kann. Basierend auf Ergebnissen von zahlreichen Aufgrabungen wurden das Dichtefallenmodell und das Sauerstoffmodell entwickelt. Diese eignen sich für die Beschreibung des Wurzelwachstums im unterirdischen Raum. Im Rahmen eines weiteren Forschungsvorhabens wurden Wurzeldrücke von Primärwurzeln und Anpressdrücke von Steckmuffen-Verbindungen an unterschiedlichen Rohrsystemen ermittelt. 

Wurzeln in einer Tiefe von 7m, die aufgrund der guten Sauerstoffversorgung bis in diese Tiefe gewachsen sind. Quelle: Schmiedener, H.

Feinwurzeln im Leitungsgraben einer Gasleitung. Quelle: Heidger, C.

Das Dichtefallenmodell

Die gesamte Umgebung von Gebäuden und ihrer Infrastruktur ist ein anthropogen geschaffener Bodenraum. Im Gegensatz zum gewachsenen Boden besitzt er häufig eine geringere Verdichtung bzw. größere Porenräume. Die Dichteunterschiede beeinflussen die Wachstumsrichtung der Wurzelspitze. Die Elastizität der Kalyptra (Wurzelspitze) führt dazu, dass die Wurzeln in die Richtung des leichter zu durchwurzelnden Substrates wachsen. Ein Zurückwachsen der Wurzeln in einen Bereich höherer Verdichtung bzw. schlechterer Durchwurzelbarkeit ist in der Regel ausgeschlossen. Die Wurzeln werden in Bodenbereichen mit großer Durchwurzelbarkeit „eingefangen“. Auch den Ringspalt bzw. Ringraum vor dem Dichtelement können sich die Wurzeln, je nach Rohrverbindung leicht erschließen. Sie können dort mehrere Jahre wachsen, bevor sie schließlich in eine Leitung einwachsen. Hierzu muss der Anpressdruck des Dichtmittels überwunden werden.

Das Sauerstoffmodell

Die Verfügbarkeit von Sauerstoff im Boden hat großen Einfluss auf die Ausbreitung von Wurzeln. Alle pflanzlichen Organismen benötigen Sauerstoff zur Aufrechterhaltung ihres Stoffwechsels. Die Versiegelung städtischer Böden hat zur Folge, dass der Eintrag von Sauerstoff in den Boden stark eingeschränkt ist. Abwasserleitungen werden meist als Freispiegelleitungen betrieben und ausreichend über Wartungs- und Inspektionsöffnungen (Schächte) belüftet. Der größte Anteil der Leitung ist mit Luft gefüllt. Bei vergossenen Dichtungen können im Vergussmaterial durch Schwinden Risse entstehen. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff kann so in der Umgebung von Rohren und Rohrverbindungen in den Boden gelangen. Bei der Planung von Abwassersystemen bleibt die Gasdurchlässigkeit von Rohren und Rohrverbindungen unberücksichtigt. Sie kann aber auch bei neu eingebauten Abwasserrohren das Wurzelwachstum beeinflussen. Bei nicht gasdichten Rohrwerkstoffen kann selbst bei intakten Leitungen Sauerstoff austreten. Nach dem Sauerstoffmodell wachsen Wurzeln der Sauerstoffquelle entgegen und finden so die Rohrverbindung.

Steckmuffen-Verbindung für duktile Guss-Rohrsysteme, System TYTON®

Rohrverbindungen

Kanalisationsrohre werden am häufigsten durch Steck-Verbindungen mit Elastomeren als Dichtmittel miteinander verbunden. Sie bieten gegenüber anderen Systemen den Vorteil, dass sie auch unter schwierigen Baustellenbedingungen vergleichsweise einfach zu montieren sind. Die Entwicklung dieser Verbindungen wurde in den letzten Jahrzehnten unter bautechnischen Gesichtspunkten vorangetrieben und optimiert. Die für duktile Gussrohre meistverwendete Muffen-Verbindung ist die TYTON® - Steckmuffen-Verbindung. Sie ist im Bereich DN 80 bis DN 1400 genormt. Seit ihrer Einführung auf dem deutschen Markt im Jahre 1957 hat sie sich millionenfach in Trinkwasser-, Rohwasser- und Abwasserleitungen bewährt. Die Dichtfunktion der TYTON® - Steckmuffen-Verbindung übernimmt eine profilierte Dichtung, die aus einer weicheren (Dichtteil) und einer härteren Gummimischung (Halteteil) besteht.

Im Rahmen des Dichtefallenmodells wurden an insgesamt elf unterschiedlichen Steckmuffen-Verbindungen der Nennweite DN 150 bzw. OD 160 die Anpressdrücke ermittelt. Darunter waren drei Steckmuffen-Verbindungen für Steinzeugrohre, vier für PVC-Rohre, drei für PP-Rohre und eine Steckmuffen-Verbindung für duktile Gussrohre. Als mittlerer Anpressdruck ohne die Einwirkung einer Scherlast wurde für die Steckmuffen-Verbindung System TYTON® ein Wert von 22,2 bar ermittelt. Unter Scherlast ergab sich an der entlasteten Seite der Steckmuffen-Verbindungen System TYTON® ein gemittelter Anpressdruck von 17,5 bar.

Einwuchsrisiko und Wurzelfestigkeit im Licht des Technischen Regelwerks

Die Wurzelfestigkeit von Rohrverbindungen galt in Deutschland nach DIN 4060 als nachgewiesen, wenn die Rohrverbindungen unter Scherlast eine Dichtheitsprüfung bei Über- bzw. Unterdruck bestanden hatten. Dies geschah unter der Annahme, dass Wurzeln lediglich in undichte Rohrverbindungen einwachsen können. 

In Kapitel 7 des fachübergreifenden Regelwerks „Bäume, unterirdische Leitungen und Kanäle“ werden das Einwuchsrisiko und die Wurzelfestigkeit genauer untersucht:

„Wurzeln können nicht nur in undichte Rohre bzw. Rohrverbindungen einwachsen, sondern auch in dichte Rohrverbindungen, die den Wurzeln keinen ausreichenden Widerstand entgegenstellen.“

Weiterhin wird ausgeführt: „Bei Neubau und fachgerechter Herstellung von Rohrverbindungen kann davon ausgegangen werden, dass die Gefahr des Einwachsens von Wurzeln in die Leitung gering ist. Zur Erhöhung des Widerstands gegen Wurzeleinwuchs können zusätzliche bauliche Sicherungsmaßnahmen ergriffen werden“.

Als zusätzliche bauliche Sicherungsmaßnahmen werden Maßnahmen beschrieben, die im direkten Bereich von unterirdischen Leitungen bzw. Leitungsgräben ergriffen werden, sogenannte passive Schutzmaßnahmen.
Zu diesen passiven Schutzmaßnahmen gehören:

• Einsatz porenraumarmer Verfüllstoffe im Rohr- oder Leitungsgraben,
• Einbau von Mantelrohren (Schutzrohren) um die Leitung,
• Einbau von Platten oder Folien im Leitungsgraben,
• Auswahl wurzelfester Rohrverbindungen,
• weitere Einbauten.

Starkwurzeln im Leitungsgraben einer Telekommunikationsleitung

Für die TYTON® - Steckmuffen-Verbindung DN 200 wurde ein Mittelwert von 7,67 bar nach 100 Jahren abgeschätzt und für die TYTON® - Steckmuffen-Verbindung DN 400 betrug der abgeschätzte Mittelwert 7,76 bar nach 100 Jahren.

Im Ergebnis werden die geprüften Steckmuffen-Verbindungen als wurzelfest eingestuft. Die Details der Messungen, Ergebnisse und Auswertung sind im Prüfbericht Nr.: G 32 980 vom 14.02.2013 der Iro GmbH Oldenburg enthalten. Er kann unter www.eadips.org/gutachten/ eingesehen bzw. heruntergeladen werden.

Duktile Guss-Rohrsysteme, inklusive ihrer Steckmuffen-Verbindungen sind nachweislich diffusionsdicht, sodass eine Sauerstoffversorgung des Wurzelwerks im Leitungsgraben ausgeschlossen werden kann und somit ein maßgeblicher Anreiz für das Wurzelwachstum fehlt. Außerdem wurde gezeigt, dass die Anpressdrücke und Anpressdruckflächen duktiler Guss-Rohrverbindungen weit oberhalb der ermittelten mittleren Wurzeldrücke liegen.

 

Autor: EADIPS®/FGR® e. V.