Schutz gegen das Aufschwimmen
Bei einer geplanten Gewässerverlegung müssen Rohrleitungen gegen das Aufschwimmen gesichert werden. Auch als Schutz gegen das Auftreiben in hochwassergefährdeten Gebieten finden Ballastierungsmaßnahmen Anwendung.
Das Eigengewicht einer Rohrleitung reicht ab einer bestimmten Nennweite nicht aus, um der Auftriebskraft entgegenzuwirken. Dieses Phänomen tritt bei Kunststoffleitungen eher auf als bei Stahlleitungen. Der Auftrieb wird durch Erdauflasten verhindert, allerdings kann deren dauerhaftes Vorhandensein nicht prinzipiell sicher gestellt werden, da der Erdboden durch Regenfälle oder Überschwemmungen abgetragen werden kann.
Als präventive Maßnahme und zur Verhinderung des Auftriebs der Gasleitungen können daher vor allem Betonreiter und Betonummantelungen eingesetzt werden. Diese weisen zudem einen Schutz gegenüber mechanischen Einwirkungen auf.
Betonummantelungen
Betonreiter haben in der Regel spezifische Standardmaße und bieten daher weniger Flexibilität im Einsatz. Betonummantelungen hingegen bieten den Vorteil, dass aufgrund der maßgerechten Anfertigung der Ummantelung eine Überdimensionierung der Auflast vermieden wird.
Entwicklung eines Berechnungstools
Um eine korrekte Auslegung dieser Sicherungsmaßnahmen zu gewährleisten, wurde ein Berechnungstool entwickelt. Unter Eingabe von Rohr-, Gas- und Bodendaten wird die notwendige Auflast ermittelt. Das Tool gibt dann entweder die Anzahl an benötigten Betonreitern oder die geforderte Wanddicke des Betonmantels aus.
Die Präsenz von Bodenlasten hat einen wesentlichen Einfluss auf die Notwendigkeit von Auftriebssicherung.
Berechnungsergebnisse
Die Funktionsweise des Rechentools wurde anhand von drei beispielhaft gewählten Rohrleitungen durchgeführt, wovon zwei als Stahl- und eine als Kunststoffrohr angenommen wurden. Dabei hat sich gezeigt, dass die Präsenz von Bodenlasten – unabhängig vom Material – einen wesentlichen Einfluss auf die Notwendigkeit für Ballastierungsmaßnahmen hat. Besteht jedoch die Gefahr, dass die Erdlast keine dauerhafte Einwirkung auf die Leitung hat, kann das Rohr mit einer stärkeren Wanddicke ausgeführt werden. Dies erhöht das Eigengewicht und kann in Grenzfällen bereits einen ausreichend hohen Schutz bieten. Allerdings tritt dieser Effekt lediglich bei Stahlrohren auf. Darüber hinaus sind prinzipiell Auftriebssicherungen zu verbauen.
Weiterhin wurde der Einfluss auf das Ballastierungsgewicht im Rahmen eines Austausches des Tranportgases untersucht. Wird die Leitung anstelle von Erdgas mit deutlich leichterem Wasserstoff betrieben, verringert sich die Gewichtskraft des Systems. Die Auswirkungen sind dabei jedoch so gering, dass sie durch die ausreichend hohen Toleranzen der Auflast kompensiert werden. Zusätzlich nimmt der prozentuale Einfluss mit steigender Rohrnennweite ab.
Die Auftriebssicherung ist eine einfache Methode, um den umfänglichen Schutz von Rohrleitungen zu gewährleisten. Wasserstoff als Transportmedium hat dabei kaum Auswirkungen.
