Im Wesentlichen gibt es in der Praxis zwei unterschiedliche Reaktionen:

1. Lageversatz – relevant für alle Rohrwerkstoffe und Rohrarten

Die Qualität des Rohrauflagers im Rohrgraben hat eine ganz entscheidende Auswirkung auf die Qualität der erdverlegten Rohre. Das gilt für alle Rohrwerkstoffe und Rohrarten. Auf der Rohrleitung lastet alleine ein Gewicht des Verfüllmaterials im Graben von rund 20kN/m3 (oder 2 Tonnen/m3). Befinden sich im Rohrauflager Unterschiede im Bodenmaterial, z. B. wechselnde Bodenarten bzw. Verdichtungsgrade, so werden die Rohre durch die Erdlasten zwangsläufig in die weicheren Bodenstellen hineingedrückt. Dabei verändern die Rohre ihre ursprüngliche Lage, es entstehen die sogenannten „Unterbögen", siehe Bild 6 (Lageversatz im Mittel 12 Schäden/1.000 m siehe Bild 1).

Schon vor Jahren hat die Betonindustrie in Nordeuropa versucht, als Antwort auf die 5m langen Kunststoffrohre längere Betonrohre auf den Markt zu bringen. Man hat den Versuch aufgeben müssen, da die unvermeidbaren Unebenheiten im Rohrlager verstärkt zu radialen Brüchen (Versagen in Querrichtung) geführt haben, aufgrund des auf dem Rohr lastenden Bodenmaterials. Die verschiedenen Rohrarten reagieren unterschiedlich auf diese Belastungen, wie im Bild 6 dargestellt.

Bild 6: Unterbögen bei erdverlegten Rohren
Quelle: Lesch Consult, Würzburg

Biegesteife (starre) Rohrsysteme können auf die Belastungen nur mit Lageversatz und gleichzeitiger Abwinklung in der Muffe reagieren. Die Muffen-Verbindung muss damit nicht nur die Dichtigkeit gewährleisten, sondern Muffe und Spitzende müssen gleichzeitig dabei die auftretenden hohen mechanischen Kräfte aufnehmen. Dabei weiß man aus den Baustellenschäden in der Praxis, wie empfindlich gerade die Spitzenden dieser Rohre sind.

Biegeweiche (Flexible Rohre) passen sich automatisch den Ungleichmäßigkeiten im Auflager an. Das geschieht, je nach Auflagerbeschaffenheit, sowohl im Rohrschaft als auch im Muffenbereich. Die Muffenverbindung muss bei diesen Vorgängen allerdings keine zusätzlichen Belastungen aus den möglichen Bewegungen der Rohrlänge aufnehmen. Daher können Kunststoffrohrsysteme in der Erdverlegung 5 m, 6 m und 12 m Baulängen haben, wenn sie nicht gleich von der Trommel (Ringbund) geliefert werden.

Es stellt sich die Frage, ob die unterschiedlichen Rohrarten mit unterschiedlichem Lageversatz auf die Belastungen reagieren.

Betrachtet man die Rohrbelastungen im Erdreich, wie sie vorher beschrieben wurden:
 

2. Die Verformung (= Sicherheit) von Kunststoffrohren als Reaktion auf die Belastungen

Wie vor beschrieben, ist eine schlechte Vorbereitung des Rohrauflagers (keine Verdichtung des Bodens gemäß den Verlege-Richtlinien) oft die Ursache für den entstehenden Lageversatz bei den erdverlegten Rohrleitungen.

Eine ganz andere Ursache kann zur Verformung und damit zur definierten und zulässigen Ovalität des Kunststoffrohres (eliptische Rohrform) führen. Hierbei spielt der seitlich neben dem Rohr eingebrachte Boden die entscheidende Rolle. Für ein besseres Verständnis und Erklärung der Auswirkungen sollte man der Verformung von erdverlegten Kunststoffrohren zwischen zwei Zeiträumen unterscheiden (siehe Bild 7):

Bild 7: Rohrverformung (= Sicherheit) während der Verlegung und Bodensetzungen
Quelle: Lesch Consult, Würzburg
 

Auch das Ausmaß der Bodensetzungen ist primär von Bodenart und Bodenverdichtung abhängig. Dabei stellt sich die Frage, welche weitere Verdichtung des seitlichen Verfüllmaterials durch Setzungen nötig ist, damit es die anstehenden Auflasten an den Untergrund weiterleiten kann.

Da bei Kunststoffrohrsystemen die Bettungssteifigkeit um einen Faktor 20 bis über 1000 über der Rohrsteifigkeit liegt, wird klar, dass das Kunststoffrohr kaum zur Lastübernahme beitragen kann. Damit bestimmt sich die Höhe der Rohrverformung praktisch aus der erforderlichen Bodenverdichtung. Wenn das umgebende Erdreich vom Kunststoffrohr nach Abschluss der Setzungen die Belastungen trägt, liegt das Kunststoffrohr praktisch lastfrei im Boden.
Das bedeutet eine weitere Zunahme der Verformung des Kunststoffrohres kann quasi ausgeschlossen werden. Was sich in der Praxis bestätigt hat, wie vielzählige langjährige Verformungsmessungen an Kunststoffrohren beweisen.

Ausmaß der Verformung bei Kunststoffrohren in der Praxis

Im Allgemeinen weisen erdverlegte Kunststoffrohre (z. B. als Abwasser Freispiegelleitungen), die gemäß der DIN EN 1610 (Verlegung und Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen) verlegt sind, Verformungen in der Größenordnung zwischen 2 % und 4 % auf (90 % Fraktile: Fraktilwert = Erwartungswert für eine vorgegebene % - Fraktile = Überschreitungs -Häufigkeit), siehe Bild 7. Der Wert einer europäischen Studie liegt mit etwa 6% bis 8% etwas höher. Das ist darauf zurückzuführen, dass in anderen Ländern zum Teil deutlich niedrigere Anforderungen an die Verlegung und Bodenverdichtung gestellt werden, gleichzeitig auch höhere Verformungen zugelassen sind, die zu keiner Beeinträchtigung von Funktion und Sicherheit führen.

Die in der alten DIN 4033 (...) festgelegte Obergrenze für Verformung von 6 % ist ein recht niedriger Wert. Dieser Wert wurde in der Vergangenheit nicht etwa aufgrund der Belastungsfähigkeit der flexiblen Kunststoffrohre, sondern eher willkürlich festgelegt. In Nordeuropa beispielsweise, wo Kunststoff-Abwasserkanalrohre heute einen Marktanteil von über 70 % haben, liegt der erlaubte Verformungswert bei 15 %. Sicherlich ist eine Anhebung der Verformungsgrenzwerte nicht das Ziel. Die höchste Sicherheit für die Langlebigkeit von Kunststoff-Abwasserkanalrohren ist die fachmännische Verlegung nach Norm bzw. den spezifischen Verlege-Richtlinien der Hersteller.

Verhalten der Kunststoffrohre bei Veränderungen im umgehenden Erdreich

In der Praxis bleibt die Rohrleitung während der Nutzungsdauer nicht immer unberührt im Boden liegen. Es ist damit zu rechnen, dass sich der umgebende Boden durch äußere Einflüsse verändert. Das kann z. B. durch neue Bauarbeiten in der Rohrleitungsnähe, durch Grundwasserveränderungen oder durch Bodenverschiebungen und Bergsenkungen (insbesondere in Bergsenkungsgebieten) verursacht werden. Dabei entstehen i. a. neue Belastungen, für die die Rohrleitung entsprechende mechanische Reserven besitzen sollte. Das Auftreten solcher neuen Belastungen löst im Rohr-Bodenbereich die praktisch gleichen Vorgänge aus, die für die Neuverlegung ausführlich beschrieben wurden.

Seit vielen Jahren hat man Untersuchungen an PVC- und PE-HD Kunststoffrohren in USA und in Nordeuropa durchgeführt, vor allem wurden dabei zwei Vorgänge näher betrachtet, die am flexiblen Kunststoffrohr nach Beendigung der Setzungen ablaufen:

Um Extrembelastungen zu simulieren, hat man in diesen Versuchen Rohre bei aufgezwungenen Verformungen von 10 % bis 50 % gelagert. Als wesentliche Erkenntnisse dieser zum Teil über 10 Jahre durchgeführten Untersuchungen konnte folgendes festgestellt werden, dass:

Selbst bei erhöhten Verformungen bauen also erdverlegte Kunststoffrohre die entstandenen Spannungen in der Rohrwand über die Jahre ab. Gleichzeitig behalten sie ihre Stabilität und Steifigkeit (Widerstandskraft gegen Verformung) zur Aufnahme neuer Lasten, wann immer erforderlich.

Sicher können bei solchen zusätzlichen Bodenbelastungen, je nach Größe, ungewollt so hohe Verformungen auftreten, dass die erlaubten Grenzwerte überschritten werden. Entscheidend ist jedoch in solchen Praxisfällen, dass selbst unter diesen bei der Planung und Berechnung nicht vorhergesehene Extrembelastungen die geforderten Grundeigenschaften und damit eine hohe Funktionssicherheit der Abwasserkanal-Rohrleitung gewährleistet wird:

Gemäß dem DWA-Arbeitsblatt A 139 (Einbau und Prüfung von Abwasserleitungen und -kanälen) sind das die entscheidenden Kriterien für kommunale Abwasserkanäle sowie Grundstücksentwässerungsleitungen.

Verformung als Indikator für Verlegequalität

Die vielen Schadensstatistiken zeigen immer wieder, dass eine schlechte Verlegung Hauptursache für auftretende Schäden ist. Die Schäden können vor allem durch ungleichmäßige Bettung sowie durch eine schlechte Verdichtung in der Rohrleitungszone entstehen. Bei biegeweichen (flexiblen) Rohren ergibt sich eine einfache Methode, frühzeitig Informationen zur Verlegequalität zu erfahren. Eine unmittelbare Messung der Rohrverformung (Deformationsmessung z. B. mit dem Deformations- und Kalibermessgerät DKM von Optimess) nach Abschluss der Verlegung gibt hierüber Aufschluss. Dabei gibt vor allem die Streuung der Verformungswerte über die Haltungslängen den Hinweis auf gute, d. h. gleichmäßige oder eine schlechte Verlegung. Eine fachmännische Verlegung führt zu einer gleichmäßigen Verformung über die gesamte Haltungslänge.

Verformung ist Sicherheit

Die hohe Flexibilität von Kunststoffrohrsystemen führ bei der Erdverlegung Lastausgleich zwischen dem umgebenden Erdreich und dem Kunststoffrohr. Das Kunststoffrohr entzieht sich quasi den auftretenden Lasten durch Verformung und zwingt damit das Bettungsmaterial die Auflasten zu tragen, siehe Bild 5.

Die Verformung ist damit keineswegs als Zeichen von zu hoher Belastung zu verstehen, sondern als eine gezielte und gewünschte Reaktion auf die auftretenden Kräfte. Die Lasten werden dabei auf das Erdreich übertragen. Die höhere Steifigkeit des Erdreichs erweist sich dabei stärker als alle beschriebenen Rohrsysteme.