Anhang 2
Ermittlung der Dimensionierung einer Ausschubsicherung mittels Kanthölzern

Beispielhaft wurde eine Berechnung der notwendigen Kräfte zur Sicherung eines Rohrabsperrgerätes DN 1000 gegen Ausschub durchgeführt. Die sich ergebenden Kräfte werden über zwei Querriegel verteilt und durch vier Stützen aufgenommen.

Die sich hierbei ergebende Dimensionierung der einzubauenden Hölzer können Sie auf alle anderen Fälle übertragen, bei denen die nachfolgenden Annahmen unterschritten werden:

• Der Rohrdurchmesser muss kleiner oder gleich 1000 mm sein
• Die Wassersäule darf nicht größer als 5,00 m sein
• Die Knicklänge (somit im Allgemeinen der Schachtdurchmesser) muss kleiner oder gleich 4,00 m sein

Wenn diese Randbedingungen eingehalten werden, können die hier gewählten Dimensionierungen und die Anzahl der Kanthölzer übernommen werden.

Ermittlung der ankommenden Kraft in einem Rohr DN 1000 bei 5,00 m Wassersäule:

Rohrdurchmesser DN: 1000 mm
Tiefe der Rohrsohle unter Geländeoberkante (GOK): 5,0 m

Hydrostatischer Wasserdruck (GOK bis Mitte Absperrblase hier: 4,50 m):
4,50 m × 0,1 bar = 0,45 bar ≙ 0,45 kg/cm²

Fläche des Rohres:
π × d² / 4 = π × 100² / 4 = 7853,98 cm²

Masse Wasser mit 5 m Wassersäule welche auf dem Rohr lastet:
0,45 kg / cm² × 7853,98 cm² = 3534,29 kg
Umrechnung in die wirksame Kraft ≈ 35,34 kN

Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors von 1,5 (wie unter 4.4 der DGUV Information 201-022 "Handlungsanleitung für die Arbeit mit Geräten zur provisorischen Rohrabsperrung" beschrieben):
35,34 kN × 1,5 = 53,01 kN

Konstruktiv wird die ankommende Kraft über zwei Querriegel in die Druckstäbe eingeleitet.

Die Konstruktion soll baustellennah mit Handelsware aus Kanthölzern Vollholz NH Sortierklasse 10 erfolgen. Es werden zuerst die beiden Querriegel, welche auf Biegung beansprucht werden, bemessen. Anschließend werden die Druckstäbe bemessen.

Es wird davon ausgegangen, dass zwei Querriegel zur Aufnahme der Kräfte benötigt werden. Diese sollten so dicht wie möglich zum Mittelpunkt des Absperrorgans eingebaut werden.
53,01 kN / 2 Querriegel = 26,505 kN, diese Kraft wirkt als Linienlast auf die Querriegel. In unserem Fall ist der Durchmesser 1000 mm also 1,00 m. Die Gesamtlänge der Querriegel wird mit max. 1,40 m angenommen, d.h. die Querriegel ragen nach rechts und links 0,20 m über die Rohreinbindung hinaus.

Abb. 3  Statisches System

Ermittlung der Gleichstreckenlast:
26,505 [kN] / 1,00 [m] = 26,505 [kN/m] = q

Ermittlung der Auflagerkräfte:
A = B = 0,5 × 26,505 [kN/m] × 1,00 [m]
A = B ≈ 13,26 [kN]

Ermittlung des maximalen Biegemomentes:
max. M = q × b/8 × (2 × l-b)
= 26,505 × 1,0 [m]/8 × (2 × 1,40 [m] -1,0 [m])
max. M ≈ 5,96 [kNm]

Nachweis der zulässigen Biegespannung:
Vollholz NH Sortierklasse 10 Spannungsnachweis: zul. δ = 10 [kN/cm²]
erf. W = max. M / zul. δ
= 596 [kNcm] / 10,0 [kN/cm²] ≈ 59,6 [cm³]

Nachweis der Durchbiegung:
Durchbiegung f = l/200

Es wurde der ungünstige Lastfall mit einer gleichmäßig verteilten Streckenlast auf einem Einfeldträger gewählt. Dann ergibt sich a für zul. f = l/200 zu a = 208 [dimensionslos, Konstante welche sich aus der Festigkeitslehre ableitet, hier aus einschlägigen Tabellenbüchern]. Bei Berücksichtigung des maximalen Momentes in [kNm] und der Länge des Balkens (hier des Querriegels) in [m] ergibt sich
erf. I [cm⁴] = a × max. M [kNm] × l [m]
= 208 × 5,96 [kNm] × 1,40 [m]
= 1735,6 [cm⁴]

gewählt Vollholz NH Sortierklasse 10:
2 x 10/14 mit vorh. Iy = 2287 cm⁴
vorh. Wy = 327 cm³
erf. I < vorh. Iy hierbei muss jedoch die Belastung der Hölzer über die "starke" Achse erfolgen.

Abstützung oder auch Längsverbau:
Die beiden Auflagerkräfte ergeben sich zu A = B = 13,26 kN. Gewählt wird handelsübliches Kantholz 10/10 cm. Da zwei Querriegel vorhanden sind, diese beidseitig gestützt werden müssen, ergeben sich vier Stützen 10. Da bei schlanken Holzstützen die Knicklänge maßgebend ist, darf diese bei den vorhanden Randbedingungen max. 4,0 m betragen.
Gewählt: 4 x Holzstützen 10 mit einer Knicklänge ≤ 4,00 m

Wenn von den Rahmenbedingungen abgewichen wird, z. B. größerer Durchmesser, höhere Wassersäule, längere Stützen, muss ein entsprechender statischer Nachweis durchgeführt werden!

Abb. 4  Prinzipskizze eines Rohrabsperrgerätes DN 1000