Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Abwasserkanälen und Schächten

Im Lehr- und Forschungsgebiet "Netzmanagement" werden u. a. Untersuchungen zu Planung, Bau und Betrieb leitungsgebundener unterirdischer Infrastrukturen durchgeführt.

Ein besonderer Schwerpunkt ist dabei die Instandhaltung von Entwässerungssystemen mit folgenden Themen:

·         Zustandserfassung und Zustandsbewertung von Kanalisationen

o    Optische Inspektion

o    Georadar

·         Strategisches Instandhaltungsmanagement

o    Prognosegestützte Sanierungsstrategien

o    Wassersensible Stadtentwicklung

·         Optimierungen im Kanalbetrieb

o    Kanalreinigung

o    Energieeffizienz von Abwasseranlagen und Abwasserwärmenutzung

 

Entwicklung eines Prototyps zur ressourcenschonenden Hochdruckspülung zur Reinigung von Abwasserkanälen - Ablagerungserfassung und Reinigungsmanagement –

 

Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Abwasserkanälen und Schächten

 

Nachhaltiger Substanzerhalt leitungsgebundener Infrastrukturen der Siedlungswasserwirtschaft

 

Entwicklung eines Georadar Roboters für den Einsatz im Kanalrohr

Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres

Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Angela Funke-Kleinken
Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
B.Sc. Mustafa Sariyildiz

Förderlinie:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie / WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen

Laufzeit:
01.2019 – 12.2020

Projektpartner:





SubKanS

Die Entwässerungssysteme unserer Städte und Gemeinden stellen aufgrund des enormen Bauvolumens den wesentlichen Anteil des kommunalen Anlagevermögens dar. Um im Sinne des Generationenvertrages die bauliche Substanz dieser Netze auch langfristig erhalten zu können, streben Netzbetreiber zunehmend nachhaltige Sanierungsstrategien an.
Voraussetzung hierfür ist eine Methodik zur Erfassung und Beurteilung von baulicher Substanz, Substanzwert oder Abnutzungsvorrat einer Kanalhaltung bzw. Schachtes. Dafür müssen ingenieurtechnische Beurteilungen zu oftmals komplexen Schadensbildern und Rahmenbedingungen in transparente Rechenalgorithmen umgesetzt und in Form einer Substanzklasse zusammengefasst werden.
In der Praxis existieren derzeit jedoch verschiedene Ansätze, bauliche Substanz, Substanzwert oder Abnutzungsvorrat von Kanalhaltungen zu ermitteln. In der Folge gibt es kein einheitliches Verständnis der Substanzklasse. Es besteht damit erheblicher Bedarf, diese Ansätze zu beschreiben und zu einem standardisierten Verfahren zusammenzuführen.
Ziel von SubKanS ist die Entwicklung eines einheitlichen und praxisrelevanten Verfahrens zur Substanzklassifizierung für Kanalhaltungen und Schächte mit folgenden Eigenschaften:
- Die Methodik zur Substanzklassifizierung weist Analogien zur Methodik der Zustandsklassifizierung gemäß DWA M-149-3 auf.
- Die Methodik passt sich Anforderungen an Praxistauglichkeit (verfügbare Daten) und Robustheit (unempfindlich gegenüber Datenqualitätsschwankungen) an.
- Die Methodik wird auch in Hinblick auf die Umsetzung einer Mehrspartenstrategie entwickelt und kann spartenübergreifend angepasst werden.
- Das Ergebnis der Substanzklassifizierung gibt Rückschlüsse auf technisch sinnvolle Sanierungshauptverfahren und zu erwartende Sanierungskosten.

Projekttitel:
Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Abwasserkanälen und Schächten

Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres

Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Angela Funke-Kleinken
Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
Mustafa Sariyildiz B.Eng.

Projektpartner:

FH Aachen, Fachbereich 2 Bauingenieurwesen
Fachbereich Bauingenieurwesen

HS Magdeburg Stendal, Fachbereich Siedlungswasserwirtschaft/Infrastrukturentwicklung
www.hs-magdeburg.de

Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH
www.kompetenz-wasser.de
 
S & P Consult GmbH, Bochum
www.s-u-p-consult.de

Franz Fischer Ingenieurbüro GmbH, Erftstadt
www.fischer-teamplan.de

Dr.-Ing. Pecher und Partner Ingenieurgesellschaft mbH, Berlin
www.pecherundpartner.de

3S Consult GmbH, Garbsen
www.3sconsult.de

SiwaPlan Ingenieurgesellschaft mbH, München
www.siwaplan.de

hanseWasser Bremen GmbH,  Bremen
www.hansewasser.de

Gelsenwasser AG, Gelsenkirchen
www.gelsenwasser.de

Förderlinie:

Bundeministerium für Wirtschaft und Energie
WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen
https://www.innovation-beratung-foerderung.de/INNO/Navigation/DE/WIPANO/wipano.html


Bundeministerium für Wirtschaft und Energie
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand
https://www.zim.de

Laufzeit:

01.2019 - 12.2020

Georadar - Entwicklung eines Georadar-Roboters für den Einsatz im Kanalrohr

Die öffentlichen Entwässerungssysteme in Deutschland haben gem. DWA 2009 derzeit eine Gesamtlänge von etwa 541.000 km. Etwa 17 % der Kanalhaltungen weisen Schäden auf, die kurz- oder mittelfristig zu sanieren sind. Aus der gleichen Umfrage kann in Deutschland ein jährlicher Sanierungsumfang von ca. 6.500 km abgeleitet werden.
Es ist Aufgabe der Kanalnetzbetreiber, Konzepte zu entwickeln, mit denen ein ordnungsgemäßer Kanalnetzzustand zunächst wiederhergestellt und anschließend nachhaltig gesichert werden kann. Grundlage für die Entwicklung solcher Konzepte bzw. für konkrete Kanalsanierungsplanungen sowie die Bauabnahme durchgeführter Kanalsanierungsmaßnahmen sind Zustandsbeschreibungen der Kanalhaltungen, die derzeit wiederum im Wesentlichen auf TV-Inspektionen, also Innenaufnahmen der Kanalwandung, basieren. Ergänzt werden diese TV-Inspektionen im Falle von Bauabnahmeuntersuchungen in aller Regel durch Dichtheitsprüfungen (Prüfung mittels Druckluft oder Wasser).
Die systemimmanenten Grenzen dieser Art der Zustandserfassung liegen darin, dass über den Zustand des die Kanalhaltung umgebenden Bodens i.d.R. keine Informationen verfügbar werden. Folgen sind, dass das statisch tragende Boden-Rohr-System nicht erfasst werden kann und somit ggf.
- falsche Sanierungsprioritäten bzw. nicht sachgerechte Sanierungsverfahren festgesetzt werden
- oder im Falle der Bauabnahmeprüfung Bettungsmängel, die im Lauf der Zeit zu Schäden an Kanal oder Straßenkörper führen können, unbemerkt bleiben.
Vor diesem Hintergrund ist die Erkundung des Erdaufbaus und Darstellung der oberen Erdschichten mittels Georadar eine wesentliche ergänzende Information zur optischen Inneninspektion. So kann z. B. erfasst werden, ob Undichtigkeiten im Leitungs- oder Entwässerungssystems zu Bodenausspülungen geführt haben und damit Statik der Leitung bzw. des Kanals oder auch des Straßenraums gefährdet sind. Der Einsatz eines von der Erdoberfläche messenden Georadars ist etabliert; in Einzelfällen (i.d.R Großrohrprofile) wird diese Technik auch dazu verwendet, ergänzende Informationen zur Lagerungsdichte des den Abwasserkanal umgebenden Erdreiches zu erfassen. Als Kanalinspektionsmethode hat sich der von der Oberfläche messende Georadar aufgrund der damit verbundenen Arbeitsschritte sowie der Beeinträchtigung des Verkehrsraums während der Messungen jedoch nicht durchgesetzt. Problematisch ist weiterhin,
- dass die Auflösung des Georadars mit zunehmender Eindringtiefe abnimmt und somit die statisch hoch bedeutsame Bodenzone, die sich unmittelbar am Kanalrohr i.d.R. in mehreren Metern Tiefe befindet, nur unbefriedigend erfasst werden kann sowie,
- dass das Erdreich unterhalb des Abwasserkanals in dessen Schatten liegt und ebenfalls nur unzureichend erfasst wird.
Es gibt derzeit jedoch kein Verfahren der Zustandserfassung insbesondere von nicht begehbaren Kanälen (Nennweite 200 – 800 mm); auch ist kein Verfahren bekannt, mit dem geophysikalische Messwerte in eine auf der DIN EN 13 508-2 basierendes Zustandsbeschreibung und -bewertung überführt werden könnten.
Die innovativen Kerne des Vorhabens bestehen also darin,
- dass erstmals eine rotierende Antenne eingesetzt werden soll, die den gesamten Bettungsbereich erfasst. Hierdurch wird es erstmals möglich, in einem Arbeitsgang ein optisches Bild des Kanalzustandes zu erhalten und Bodenanomalien, wie Lagerungsdefekte, Hohlräume oder andere Fehlstellen im den Kanal umgebenden Boden hochauflösend zu erfassen und bei der Zustandsbewertung bzw. Sanierungsplanung von Abwasserkanälen zu berücksichtigen. Letzteres ist Grundlage für eine nachhaltige Maßnahmenwahl, insbesondere dann, wenn es um die Entscheidung „Neubau“ oder Sanierung mittels grabenloser Verfahren, wie z.B. Inliner geht.
- dass erstmals eine rotierende Antenne eingesetzt werden soll, die die (Rest)Wandstärke der gesamten Kanalhaltung erfasst. Hierdurch wird es erstmals möglich, in einem Arbeitsgang neben den o.g. Informationen eine Grundlage zur statischen Nachbemessung bzw. zur Resttragfähigkeit der Kanalhaltung hochauflösend zu erfassen und auch dies bei der Zustandsbewertung bzw. Sanierungsplanung von Abwasserkanälen zu berücksichtigen.
- dass erstmals ein Ansatz entwickelt wird, mit dem komplexe Informationen, die geophysikalischen Messungen entstammen, normgerecht kodiert und somit in bekannte und bewehrte Verfahren der Kanalzustandsbeschreibung und -bewertung überführt werden können. Dies erscheint wesentlich für die Akzeptanz bzw. erfolgreiche Markteinführung dieser Technologie.

Projekttitel:
Entwicklung eines Georadar-Roboters für den Einsatz im Kanalrohr

Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres

Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Georg Heuer

Projektpartner:
JT-elektronik GmbH, Lindau
https://www.jt-elektronik.de/de

Paul Schulten + Sohn GmbH & Co. KG
https://www.schulten-sohn.de

Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft
an der RWTH Aachen (FiW) e.V., Aachen
https://www.fiw.rwth-aachen.de

Förderlinie:
Bundeministerium für Wirtschaft und Energie
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand
https://www.zim.de

Laufzeit:
06.2015 - 05.2019

KURIM - Projektitel

Entwicklung eines Prototyps zur ressourcenschonenden Hochdruckspülung zur Reinigung von  Abwasserkanälen - Ablagerungsfassung und Reinigungsmanagement

Die regelmäßige Reinigung der Abwasserkanäle gilt seit Jahrzehnten als eine der wichtigsten Aufgaben beim Betrieb städtischer Kanalisationen. Sie sichert den Entwässerungskomfort der Bürger*innen, z.B. durch Verhinderung von Geruchsbelästigungen und Verstopfungen, trägt aber auch wesentlich zum Werterhalt der Netze bei, z.B. durch Verringerung von Korrosionserscheinungen.
Als Standardmethode für die Reinigung von Abwasserkanälen hat sich weltweit die Hochdruckspülung (HD-Spülverfahren) bewährt. Hauptelemente eines solchen HD-Spülverfahrens sind die eigentlichen Spül- bzw. Hochdruckdüsen, welche mit einem Spülwassereinsatz von gewöhnlich 300 bis 500 l/min bei einem Hochdruck von 60 bis 120 bar betrieben werden und das dazu passende Spülfahrzeug.
Das von den Kooperationspartnern Gesamtkonzept zur Kanalreinigung umfasst eine steuerbare HD-Reinigungsdüse sowie eine Messwerterfassung samt zugehöriger Daten-auswertungen. Das Konzept stellt eine Alternative zur konventionellen Kanalreinigung mittels HD-Spülverfahren dar und ermöglicht u.a. die Einbindung der erfassten Daten in ein Betriebsführungssystem, sodass es möglich wird, einen bedarfsgerechten Spülplan zu entwickeln.
Die Konzeption und Evaluierung eines solchen Spülplans ist damit wesentlich für den innovativen Impuls des Gesamtkonzeptes und Projektkern.

 

 

Projekttitel:
Entwicklung eines Prototyps zur ressourcenschonenden Hochdruckspülung zur Reinigung von  Abwasserkanälen - Ablagerungsfassung und Reinigungsmanagement

Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres

Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
Dipl.-Ing. Georg Heuer

Projektpartner:

FH Aachen, Fachbereich 2 Bauingenieurwesen
Fachbereich Bauingenieurwesen

JT-elektronik GmbH, Lindau
https://www.jt-elektronik.de/de

bluemetric software GmbH, Griesheim
https://bluemetric.de/

Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft
an der RWTH Aachen (FiW) e.V., Aachen
https://www.fiw.rwth-aachen.de

Förderlinie:
Bundeministerium für Wirtschaft und Energie
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand
https://www.zim.de

Laufzeit:
06.2019 - 05.2021


 

 

 

SubKanS

Die Entwässerungssysteme unserer Städte und Gemeinden stellen aufgrund des enormen Bauvolumens den wesentlichen Anteil des kommunalen Anlagevermögens dar. Um im Sinne des Generationenvertrages die bauliche Substanz dieser Netze auch langfristig erhalten zu können, streben Netzbetreiber zunehmend nachhaltige Sanierungsstrategien an.
Voraussetzung hierfür ist eine Methodik zur Erfassung und Beurteilung von baulicher Substanz, Substanzwert oder Abnutzungsvorrat einer Kanalhaltung bzw. Schachtes. Dafür müssen ingenieurtechnische Beurteilungen zu oftmals komplexen Schadensbildern und Rahmenbedingungen in transparente Rechenalgorithmen umgesetzt und in Form einer Substanzklasse zusammengefasst werden.
In der Praxis existieren derzeit jedoch verschiedene Ansätze, bauliche Substanz, Substanzwert oder Abnutzungsvorrat von Kanalhaltungen zu ermitteln. In der Folge gibt es kein einheitliches Verständnis der Substanzklasse. Es besteht damit erheblicher Bedarf, diese Ansätze zu beschreiben und zu einem standardisierten Verfahren zusammenzuführen.
Ziel von SubKanS ist die Entwicklung eines einheitlichen und praxisrelevanten Verfahrens zur Substanzklassifizierung für Kanalhaltungen und Schächte mit folgenden Eigenschaften:
- Die Methodik zur Substanzklassifizierung weist Analogien zur Methodik der Zustandsklassifizierung gemäß DWA M-149-3 auf.
- Die Methodik passt sich Anforderungen an Praxistauglichkeit (verfügbare Daten) und Robustheit (unempfindlich gegenüber Datenqualitätsschwankungen) an.
- Die Methodik wird auch in Hinblick auf die Umsetzung einer Mehrspartenstrategie entwickelt und kann spartenübergreifend angepasst werden.
- Das Ergebnis der Substanzklassifizierung gibt Rückschlüsse auf technisch sinnvolle Sanierungshauptverfahren und zu erwartende Sanierungskosten.

Projekttitel:
Entwicklung eines Standards zur Bewertung und Klassifizierung der baulichen Substanz von Abwasserkanälen und Schächten

Gesamtprojektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Karsten Kerres

Mitarbeitende:
Dipl.-Ing. Angela Funke-Kleinken
Dipl.-Ing. Sylvia Gredigk-Hoffmann
Mustafa Sariyildiz B.Eng.

Projektpartner:

FH Aachen, Fachbereich 2 Bauingenieurwesen
Fachbereich Bauingenieurwesen

HS Magdeburg Stendal, Fachbereich Siedlungswasserwirtschaft/Infrastrukturentwicklung
www.hs-magdeburg.de

Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH
www.kompetenz-wasser.de
 
S & P Consult GmbH, Bochum
www.s-u-p-consult.de

Franz Fischer Ingenieurbüro GmbH, Erftstadt
www.fischer-teamplan.de

Dr.-Ing. Pecher und Partner Ingenieurgesellschaft mbH, Berlin
www.pecherundpartner.de

3S Consult GmbH, Garbsen
www.3sconsult.de

SiwaPlan Ingenieurgesellschaft mbH, München
www.siwaplan.de

hanseWasser Bremen GmbH,  Bremen
www.hansewasser.de

Gelsenwasser AG, Gelsenkirchen
www.gelsenwasser.de

Förderlinie:

Bundeministerium für Wirtschaft und Energie
WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen
https://www.innovation-beratung-foerderung.de/INNO/Navigation/DE/WIPANO/wipano.html


Bundeministerium für Wirtschaft und Energie
Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand
https://www.zim.de

Laufzeit:

01.2019 - 12.2020

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