Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden 11 Rohrverbindungen ausgewählt, um ihren geometrischen Aufbau und die aktivierbaren Anpressdrücke näher zu untersuchen. Die Betrachtung beschränkte sich grundsätzlich auf Rohre, die vorwiegend im Bereich der Grundstücksentwässerung eingesetzt werden (ca. DN 150). Rohre kleiner Nennweite verstopfen bei Wurzeleinwuchs vergleichsweise schnell und stellen daher einen Problemschwerpunkt dar. Darüber hinaus existieren hier zahlreiche unterschiedliche Verbindungssysteme, die mit einem ähnlichen Versuchsaufbau untersucht werden können.

In der Regel wurden die Rohrverbindungen aufgeschnitten, um den Verbindungsquerschnitt sichtbar zu machen und so die Funktionsweise beschreiben zu können. Fünf unterschiedliche Rohrverbindungen wurden weitergehend untersucht. Zum einen wurde mit Hilfe drucksensitiver Folien (Druckfolien) die Anpressdruckverteilung der eingebauten Elastomerdichtungen bestimmt. Zum anderen wurden die Anpressflächen aus Querschnittbildern ermittelt. Die betrachteten Rohrverbindungssysteme und die durchgeführten Untersuchungen sind in Tabelle 8 zusammengefasst.

Tabelle 8: Untersuchungen an Rohrverbindungen, Art und Umfang

Für die Bestimmung der Anpressdrücke sowie der korrespondierenden Dichtflächen wurden die mit Druckfolien [105] bestückten Rohrverbindungen in einem für Rohrquerschnitte bis ca. DN 150 konzipierten Scherlastversuchsstand untersucht (Abb. 160). Die Position der Druckfolie ist in Abb. 161 A und B dargestellt. Eine in den Scherlastversuchsstand eingebaute Rohrverbindung mit Druckfolie zeigt Abb. 161 C. Die Druckfolien wurden auf dem Spitzende befestigt, in die Muffe eingeschoben, in den Scherlastversuchsstand eingebaut und nehmen ausschnittsweise die im Kreisring wirkende Anpressdruckverteilung zwischen Spitzende und Elastomerdichtung auf. Es können Drücke bis 34,5 bar (500 psi) auf einer Fläche von 82,5´ 306 mm gemessen werden. Die Daten werden in eine Matrix von 34´ 44 Messpunkten umgesetzt. Die einzelnen Zellen der Druckfolie haben jeweils eine Größe von 2,54 x 6,99 mm. Die Anpressflächentiefe wird somit mit einer Auflösung von 2,54 mm gemessen und ergibt sich aus der Summe aller Messzellen, die den messbaren Schwellenwert von 0,1 bar überschreiten. Der an einer Stelle des Rohrumfangs über die Anpressflächentiefe maximal messbare Anpressdruck wird als „maßgelicher Anpressdruck“ definiert, da er von einer einwachsenden Wurzel an dieser Stelle des Rohrumfangs mindestens überwunden werden muss. Als kritische Bereiche des Rohrverbindung sind dann diejenigen Bereiche des Rohrumfangs zu bewerten, an denen der maßgebliche Anpressdruck vergleichsweise gering ist.

Im Versuch wurden auf die Rohrverbindungen stufenweise Scherlasten bis zu den in den jeweiligen Rohrnormen geforderten Scherlasten FS aufgebracht (vgl. Tabelle 1) und die Messdaten insbesondere hinsichtlich der Anpressdruckverteilung, kritischen Verbindungsbereiche und maßgeblichen Anpressdrücke bzw. Anpressflächentiefen an diesen Stellen ausgewertet.

Abb. 160: Versuchstand zur Messung des Anpressdruckes an einer Rohrverbindung. Die Scherlast wird durch Gewichte erzeugt und mittels Hebel auf das Spitzende gelenkt.

Abb. 161: Messung des Anpressdruckes bei Einwirken einer Scherlast. A Druckfolie auf dem Spitzende einer Rohrverbindung, Querschnitt. B Druckfolie auf dem Spitzende einer Rohrverbindung, Ansicht. C In den Scherlastversuchsstand eingebaute Rohrverbindung.

Im Folgenden sind die Anpressdruck- und Anpressflächenverteilung beispielhaft für eine Rohrverbindung ohne Scherlast (Abb. 162) und mit Scherlast (Abb. 163) dargestellt. Die in Abb. 164 dargestellte Farbskala spiegelt die gemessenen Druckwerte wider.

Abb. 162: Anpressdruckbild einer Rohrverbindung von der Rohrsohle bis zum Rohrscheitel ohne Scherlast.

Abb. 163: Anpressdruckbild einer Rohrverbindung von der Rohrsohle bis zum Rohrscheitel unter Scherlast.

Abb. 164: Farbskala zur Darstellung der Anpressdrücke.

Begleitend zu den Druckmessungen wurden zusammengefügte Rohrverbindungen gleicher Bauart längs aufgeschnitten und vermessen, um die Anpressflächentiefen, die mit Hilfe der Druckfolien ermittelt worden sind, auf Plausibilität zu überprüfen. Dabei wurde die Anpressflächentiefe optisch abgeschätzt (Abb. 165) und berücksichtigt, dass es aufgrund der Schnittführung (Kreisringöffnung) auch zu nicht realistischen Verformungsbildern kommen kann. Eine besondere Bedeutung kommt den Schnitten mit Blick auf die möglichen Angriffspunkte von Wurzeln zu. Hierbei sind die Abmessungen und Ausbildung des Ringspaltes, des Ringraumes und des Zwickels von Bedeutung (Abb. 165).

Abb. 165: Bestimmung der Anpressdruckfläche durch optischen Vergleich [mm]. Hier beträgt die Anpressflächentiefe 6,6 mm.