Erdbebensichere Verrohrung

Erdbebensicheres Bauen

Erdbebensicheres Bauen von Tragkonstruktionen ist seit ca. 14 Jahren in den Schweizer SIA-Normen genügend geregelt und mittlerweile ein etabliertes Kriterium für die Tragwerksplanung geworden. Die Erdbebenzone, die Bauwerksklasse und die Baugrundklasse werden in der Nutzungsvereinbarung definiert und die Tragwerkskonstruktionen dementsprechend auf den Lastfall Erdbeben dimensioniert.

Sekundäre Bauteile

Dringender Nachholbedarf besteht jedoch bei den sekundären Bauteilen [1]. Hierzu gehört u. a. die Verrohrung in Anlagen zur Trinkwasserversorgung (Aufbereitungen, Reservoire). Bei einem Erdbeben können infolge differenzieller Verschiebungen grosse Schäden an Rohren, Rohrhalterungen, Wanddurchführungen (Mauerstücke), Verzweigungen wie T- oder TT-Stücke und Anschlüssen/Stutzen an Pumpen oder Druckschlagkessel entstehen.

Betriebssicherheit im Erdbebenfall

Gemäss Norm SIA 261 [2] muss «für sämtliche Bauteile, die im Falle des Versagens Personen gefährden, das Tragwerk beschädigen oder den Betrieb wichtiger Anlagen beeinträchtigen können, (…) die Bemessungssituation Erdbeben berücksichtigt werden.»

Für Trinkwasserversorgungsanlagen, die als Lifeline-Anlage (überlebenswichtige Anlage) gelten, ist demzufolge ein Nachweis der Erdbebensicherheit erforderlich, damit die Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Spannungsanalyse

Vier Lastfälle

Um in Trinkwasser-Versorgungsanlagen die Verrohrung auf ihre Betriebsicherheit zu untersuchen, wird unter Berücksichtigung von verschiedenen Lastfällen eine Spannungsanalyse durchgeführt. Die Betriebssicherheit muss für alle möglichen Kombinationen von Lastfällen gegeben sein.

Die nachfolgenden Lastfälle werden im Rahmen der Spannungsanalyse berücksichtigt, wobei immer die kritischste Lastfallkombination (alle Lastfälle kombiniert) ausschlaggebend ist:

– Eigengewicht (der Rohre und der Ausrüstung)

– maximaler Druck (verursacht durch dynamische Druckstossbelastung)

– Temperatur (Ausdehnung /Kontraktion durch Temperaturänderung)

– Erdbeben (unter Berücksichtigung eines seismischen Bemessungswerts für Primärwellen, Sekundärwellen und Oberflächenwellen)

Einfluss der Erdbeben auf die Spannungs- und Kräftesituation

Die kritischste Lastfallkombination gibt u. a. vor, wie stark Formstücke (Verzweigungen, Bögen usw.) und Rohre verstärkt werden, und welchen Kräften Rohrhalterungen und Stutzen standhalten müssen, damit ein sicherer Betrieb der Anlage möglich ist.

In Projekten bei Schweizer Wasserversorgungen hat sich gezeigt, dass Erdbeben das Ausmass der erforderlichen Verstärkungen, das Ausmass der Kräfte auf Stutzen und Mauerstücke sowie die Spannungssituation innerhalb der Verrohrung massgebend bestimmen. Demzufolge ist die Betriebssicherheit einer Trinkwasserversorgungsanlage nur dann gegeben, wenn auch die Erdbebensicherheit entsprechend geltender Norm SIA 261 vorliegt.

Resultate aus der Spannungsanalyse

Die Verrohrung einer im Hinblick auf ein Erdbeben sicher ausgelegten Trinkwasserversorgungsanlage ist derart zu realisieren, dass sie so flexibel wie möglich und nur so steif wie nötig ist. Die bei einem Erdbeben entstehende Kräfte und Momente können so gleichmässig auf die Anlage verteilt und an kritischen Stellen minimiert werden. Auf diese Weise können die Kosten für eine erdbeben- bzw. betriebssichere Anlage aufgrund nachfolgender Aspekte reduziert werden:

– Minimierung der Anzahl Rohrhalterungen

– Reduktion der kräftemässigen Anforderungen an die einzelnen Rohrhalterungen

– weniger ausgeprägte Verstärkungen der Rohre und der Formstücke (T-, TT- Stücke, Bögen usw.)

– Reduktion der kräftemässigen Anforderungen an die Anschlüsse (Stutzen) an Pumpen und Druckstosskessel