A 8 Entwässerungsrinnen und Straßenabläufe in befestigten
Verkehrsflächen
A 8.1 Entwässerungsrinnen und
Straßenabläufe in befestigten Verkehrsflächen - Erläuterungen und Beispiele
Inhaltsübersicht
Seite
2. Erläuterungen zum
Tabellenwerk
3.1 Einzugsgebiet und Abflüsse
3.2 Leistungsfähigkeit des Gerinnes
4. Bemessung des
Gesamtsystems Gerinne-Straßenablauf
4.3 Vollständige Systemauslastung
4.4 Unvollständige Systemauslastung (100 %ige Ablaufleistung)
5.1 Ermittlung der Straßenablaufabstände
5.2 Ermittlung der Straßenablaufabstände – Bemessung im Vergleich
5.2.1 Pauschalierter Ansatz mit fester
Einzugsgebietsgröße
5.2.2 Unvollständige Systemauslastung,
jedoch 100 %ige Straßenablaufleistung
5.2.3 Vollständige Systemauslastung
5.3 Bestimmung der Straßenablaufabstände bei veränderlichen geometrischen
Bedingungen
5.4 Bemessung einer Pendelrinne
Bild 1: Aufsatz Typ I 300 x 500 nach DIN
19594
Bild 2: Aufsatz Typ II 500 x
500 nach DIN 19583
Bild 3: Aufsatz Typ III 500 x
780
Bild 4: Beispiel für eine
Straßenablaufbucht
Bild 5: Rinne-Abläufe,
Einzugsgebiet und Abflüsse
Bild 6: Entwurfselemente zum
Beispiel
Bild 7: Grafische Ermittlung
des Straßenablaufabstandes
Tabelle 3: Ergebniswerte einer Beispielrechnung:
Bemessung einer Pendelrinne
Der Abfluss im System von Straßenrinne und
Straßenabläufen hängt wesentlich von der Quer‑ und Längsneigung des
Gerinnes und von der zulässigen Wasserspiegelbreite ab. Rein analytisch lässt
sich das Schluckvermögen des Aufsatzes nicht bestimmen. Am Institut für
Wasserbau der Technischen Hochschule Darmstadt wurden auf der Grundlage von
Modellversuchen[1] Untersuchungen
zum Schluckvermögen durchgeführt. Hieraus sind Bemessungstabellen abgeleitet
worden. Zur Vereinfachung enthält diese CD-ROM Tabellen und ein Programm zur
Bestimmung von Straßenablaufabständen.
Für die Ermittlung der Straßenablaufabstände bei Brücken wird auf die
ZTV-ING[2]
Teil „Bauwerksausstattung“ Abschnitt 5 „Entwässerungen“ verwiesen.
Die Bemessungstabellen zu Entwässerungsrinnen und Straßenabläufen sind am Ende wiedergegeben. Sie sind derart aufbereitet, dass bei einer vorgegebenen maximalen Wasserspiegelbreite der maximal mögliche Zufluss im Gerinne neben dem zugehörigen Abfluss eines vorgegebenen Straßenaufsatzes steht. Die Tabellen sind in drei Gruppen unterteilt:
1. Dimensionierung von Bordrinne und Straßenablauf
2. Dimensionierung von Bordrinne und Straßenablaufbucht
3. Dimensionierung von Spitzrinne und Straßenablauf
In den Bemessungstabellen für die Bord‑ und Spitzrinne wurden drei Aufsatz-Typen I, II und III berücksichtigt. Für die Bordrinne-Straßenablaufbucht-Kombination wurde nur der Aufsatz vom Typ II bei Straßenablaufbuchtlängen LI= 1,8 m, LII = 2,7 m und LIII = 4,2 m untersucht und aufgenommen.
Bild
1: Aufsatz Typ I 300 x 500 nach DIN
19594
Bild
2: Aufsatz Typ II 500 x 500 nach DIN
19583
Bild
3: Aufsatz Typ III 500 x 780
Bild
4: Beispiel für eine
Straßenablaufbucht
Aus den Tabellen kann für die vorgegebenen Parameter der mögliche Gerinnezufluss QZ und der bei diesem Zufluss sich einstellende Straßenablaufabfluss QA entnommen werden.
Dem Tabellenwerk liegt ein Manning-Strickler-Rauheitsbeiwert von ungefähr kSt = 70 m1/3/s zugrunde.
Die Bemessungstabellen sind nur bis zu einem Gerinnedurchfluss von 70 l/s aufgestellt, da nur bis zu dieser Größenordnung Versuchsergebnisse vorliegen. Für den praktischen Gebrauch ist dieser obere Grenzwert ausreichend. Desweiteren sind die Abflüsse von drei Aufsatz-Typen aufgenommen. Aufsätze mit deutlich abweichender Geometrie können mit dem Tabellenwerk zwar nicht direkt erfasst, ihr Schluckvermögen jedoch abgeschätzt werden.
Bild
5: Rinne-Abläufe,
Einzugsgebiet und Abflüsse
Es bedeuten:
Bf |
[m] |
= |
Breite der Fahrbahn |
b |
[m] |
= |
Wasserspiegelbreite |
BR |
[m] |
= |
Breite der Rinne |
BSt |
[m] |
= |
Breite der Entwässerungsfläche, Fahrbahn, Straße, Rinne |
L |
[m] |
= |
|
LB |
[m] |
= |
Länge einer Straßenablaufbucht |
BB |
[m] |
= |
Breite einer Straßenablaufbucht |
L1 |
[m] |
= |
Abstand zwischen Pendelrinnenhochpunkt
und dem Straßenablauf |
L2 |
[m] |
= |
Abstand zwischen Pendelrinnenhochpunkt und dem
Straßenablauf |
hB |
[m] |
= |
maximale Auftrittshöhe bei Hochborden am Tiefpunkt |
hF |
[m] |
= |
freie verbleibende Bordhöhe nach Abzug der maximalen Wasserspiegelhöhe |
sf |
% [m/m] |
= |
Längsneigung
der Fahrbahn |
s |
% [m/m] |
= |
Längsneigung der Rinne |
smin |
% [m/m] |
= |
Mindestlängsneigung der Rinne |
qf |
% [m/m] |
= |
Querneigung der Fahrbahn |
q |
% [m/m] |
= |
Querneigung der Rinne |
qT |
% [m/m] |
= |
Querneigung der Pendelrinne im Tiefpunkt |
qH |
% [m/m] |
= |
Querneigung der Pendelrinne im Hochpunkt |
AEi |
[m²] |
= |
Größe der jeweiligen Entwässerungsfläche |
ysi |
- |
= |
zu AEi gehörender Spitzenabflussbeiwert |
rD,n |
[l/s/ha] |
= |
Regenspende der Dauer D und der Häufigkeit n |
- |
= |
Sicherheitsfaktor |
|
qs |
[l/s/m] |
= |
seitlicher spezifischer Gerinnezufluss je m Gerinne |
QE |
[l/s] |
= |
Gerinnezufluss aus der
Einzugsgebietsfläche AE |
QA |
[l/s] |
= |
Abfluss, der vom
Straßenablauf aufgenommen wird |
QZ |
[l/s] |
= |
Gerinnezufluss |
QGo |
[l/s] |
= |
Gerinnegrundlast
–
Abfluss im Gerinne, der vom oberhalb liegenden
Straßenablauf
nicht aufgenommen wird und dem nächsten Straßenablauf zuläuft |
QGu |
[l/s] |
= |
Gerinnegrundlast
–
Abfluss im Gerinne, der vom nächsten Straßenablauf nicht
aufgenommen wird und dem übernächsten Straßenablauf zufließt |
kSt |
[m1/3/s] |
= |
Manning-Strickler-Rauheitsbeiwert. |
Der spezifische Gerinnezufluss aus dem Einzugsgebiet beträgt:
qs = ys × rD,n × BSt × κ / 10000. (1)
In dieser Gleichung wurde ein Sicherheitsfaktor κ eingeführt, der u. a. Einengungen des Abflussquerschnittes durch Ablagerungen berücksichtigt. Es wird empfohlen, für den Bemessungsfall den Sicherheitsfaktor mit κ = 1,5 anzusetzen.
Die Bemessungsregenspende kann mit r15 angesetzt werden und kann dem KOSTRA-Atlas entnommen[3] werden. Der Spitzenabflussbeiwert von Fahrbahnen ist nach Ziffer 1.3.2.1 der RAS‑Ew mit y = 0,9 anzusetzen.
Der Gerinnezufluss aus dem Einzugsgebiet AE ist:
QE = qs × L . (2)
Die Bilanzierung der Abflüsse in einem Gerinneabschnitt führt zu der Gleichung
QA + QGu = QE + QGo = QZ. (3)
Werden diese Gleichungen zusammengefasst, lässt sich die allgemein gültige Beziehung für den Abstand zweier Straßenabläufe aufstellen:
. (4)
Offene Gerinne werden nach den RAS‑Ew, Ziffer 1.4.1, mit der Manning-Strickler-Formel nachgewiesen. Dem Tabellenwerk liegt ein Manning-Strickler-Rauheitsbeiwert von ungefähr kSt = 70 m1/3/s zugrunde.
Den im Anhang 8.2 aufgeführten Tabellen kann für die vorgegebenen Parameter
- Gerinnetyp und Querneigung q des Gerinnes,
- Längsneigung s des Gerinnes,
- Wasserspiegelbreite b für den Gerinnezufluss aus Einzugsgebiet einschließlich der Grundlast,
- Aufsatz-Typ bzw. Straßenablaufbuchtlänge,
der für das Gerinne maximal mögliche Gerinnezufluss QZ und der sich bei diesem Zufluss einstellende Straßenablaufabfluss QA entnommen werden. Der Parameter Wasserspiegelbreite b ist entsprechend Ziffer 1.4.3 der RAS‑Ew zu wählen.
Die Differenz der Tabellenwerte zwischen Gerinnezufluss QZ und Straßenablaufabfluss QA ist die sich einstellende Grundlast QG. QGo ist der von dem oberhalb liegenden Straßenablauf nicht aufgenommene Abfluss. QGu ist der Abfluss, der vom nächsten Straßenablauf nicht aufgenommen wurde. Die Grundlasten QGo und QGu sind gleich groß, wenn der Abflussvorgang in den „Normalzustand“ übergegangen ist. Bei gleichbleibenden geometrischen und hydraulischen Bedingungen ist dies in der Regel nach 5 bis 10 Straßenabläufen der Fall.
Die teilweise vorhandene Gerinnegrundlast erweist sich entgegen einer allgemeinen Auffassung als vollkommen unschädlich bezüglich der Einhaltung der vorgegebenen Sicherheiten.
Als Konsequenz dieses Sachverhaltes ergibt sich eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit infolge eines größer ansetzbaren Straßenablaufabstandes, der zu keinerlei sicherheitstechnischen Bedenken Anlass gibt. Nur in Tiefpunkten, vor Verwindungsstrecken und Einmündungen u. ä. ist sicherzustellen, dass der letzte Straßenablauf den gesamten ankommenden Zufluss aufnimmt (QGu=0).
Für die vollständige Systemauslastung wird nur der Straßenablaufabfluss QA aus der jeweiligen Tabelle benötigt, wenn bereits der „Normalzustand" eingetreten ist. Der Straßenablaufabstand bestimmt sich dann aus Gleichung (5) mit
. (5)
Sollte der „Normalzustand“ noch nicht eingetreten sein - z. B. weil sich die äußeren Bedingungen ändern (Querneigungsänderung infolge Verwindung, Änderung der Längsneigung) oder Existenz eines definierten Beginns der Entwässerung - dann müssen die unterschiedlichen Grundlasten QGo und QGu in Gleichung (4) Berücksichtigung finden.
Bei der unvollständigen Systemauslastung wird die in gewissen Bereichen durch die vollständige Systemauslastung hervorgerufene Grundlast verhindert. Vom System wird verlangt, dass der Straßenablauf den gesamten ankommenden Zufluss 100 %ig aufnimmt.
Eine Ablesung dieser 100 %igen Straßenablaufaufnahmewerte aus der jeweiligen Tabelle ist nicht mehr ohne Interpolation in der gesamten Tabelle möglich. Es werden deshalb bei Bord‑ und Spitzrinnen für vier und bei den Straßenablaufbuchten für drei verschiedene Querneigungen die maximalen Gerinnezuflüsse in einer separaten Tabelle 1 ausgewiesen, die die Straßenabläufe gerade noch aufnehmen.
Tabelle 1: Maximale Gerinnezuflüsse, die die
Straßenabläufe bzw. die Straßenablaufbuchten gerade noch aufnehmen
100 %iges Leistungsvermögen: QA = QZ
|
Gerinne-quer-neigung q |
Längsneigung sf [%] |
|||||||
|
|
0,0 |
0,2 |
0,5 |
1,0 |
2,0 |
4,0 |
6,0 |
8,0 |
|
% |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
Aufsatz |
2,5 |
2,5 |
2,6 |
2,6 |
2,4 |
2,4 |
2,4 |
2,4 |
2,4 |
300x500 |
6,0 |
5,4 |
5,6 |
5,8 |
5,8 |
7,2 |
6,4 |
6,4 |
3,4 |
DIN 19594 |
10,0 |
9,7 |
11,0 |
11,4 |
13,4 |
10,7 |
8,5 |
6,0 |
4,4 |
|
15,0 |
14,9 |
14,7 |
13,9 |
9,9 |
6,0 |
5,0 |
5,0 |
4,9 |
Aufsatz |
2,5 |
4,3 |
4,3 |
4,4 |
4,5 |
5,0 |
5,4 |
6,0 |
6,4 |
500x500 |
6,0 |
9,8 |
10,7 |
11,3 |
14,0 |
9,6 |
6,1 |
6,4 |
6,6 |
DIN 19583 |
10,0 |
17,3 |
17,8 |
17,2 |
14,6 |
10,2 |
7,2 |
6,8 |
7,0 |
|
15,0 |
16,1 |
14,4 |
12,9 |
11,2 |
8,8 |
6,5 |
6,0 |
6,0 |
|
2,5 |
5,0 |
4,7 |
4,6 |
4,3 |
5,1 |
5,5 |
5,4 |
5,2 |
Aufsatz |
6,0 |
12,5 |
12,4 |
13,4 |
14,4 |
16,8 |
19,7 |
19,5 |
19,4 |
500x780 |
10,0 |
28,0 |
27,6 |
27,4 |
27,9 |
30,0 |
25,3 |
20,0 |
16,1 |
|
15,0 |
35,3 |
35,2 |
34,8 |
34,0 |
32,4 |
22,8 |
13,0 |
8,0 |
Straßen- |
2,5 |
4,5 |
5,3 |
4,6 |
2,8 |
2,2 |
1,5 |
1,2 |
0,8 |
ablaufbucht LI |
4,0 |
9,1 |
8,4 |
6,7 |
5,2 |
3,6 |
2,4 |
1,9 |
1,0 |
LB = 1,8 m |
6,0 |
16,0 |
14,2 |
11,8 |
9,2 |
5,9 |
4,0 |
3,4 |
3,1 |
Straßen- |
2,5 |
7,0 |
8,0 |
8,8 |
8,0 |
5,8 |
3,5 |
2,0 |
1,6 |
ablaufbucht LII |
4,0 |
16,4 |
17,3 |
17,6 |
13,0 |
8,7 |
5,6 |
3,8 |
2,6 |
LB = 2,7 m |
6,0 |
29,0 |
28,4 |
26,9 |
24,0 |
16,5 |
9,4 |
7,1 |
5,7 |
Straßen- |
2,5 |
6,0 |
7,0 |
7,7 |
8,6 |
9,6 |
6,5 |
3,5 |
2,0 |
ablaufbucht LIII |
4,0 |
13,0 |
13,6 |
14,5 |
16,0 |
18,3 |
14,7 |
10,3 |
7,1 |
LB = 4,2 m |
6,0 |
28,0 |
27,6 |
26,2 |
22,0 |
13,0 |
8,4 |
7,0 |
6,2 |
Die Pendelrinne wird in Ziffer 3.4.3 der RAS-Ew beschrieben. Durch ihre Konstruktionsweise wird erreicht, dass die Längsneigung am Bordstein nach beiden Richtungen hin die Mindestlängsneigung von smin = 0,5 % nicht unterschreitet, indem die Rinne von einem Hochpunkt aus (mit geringer Querneigung qH, i. d. R gleich QF) zum Straßenablauf hin (Tiefpunkt mit größerer Querneigung qT) linear verwunden wird.
Außer den für ein Straßengerinne einzuhaltenden Bedingungen (Einhaltung einer vorgegebenen maximalen Wasserspiegelbreite) müssen der Pendelrinne weitere Restriktionen auferlegt werden, welche die Gerinnekonstruktion und somit den Ablaufabstand weitgehend festlegen:
- die Gerinnelängsneigung (am Hochbord) soll mindestens smin = 0,5 % betragen,
- die vorgegebene maximale Auftrittshöhe hB bei Hochborden (am Tiefpunkt) soll eingehalten werden (z. B. für Fußgänger, Schwerbehinderte oder Parken auf Gehwegen).
Bezeichnet man
qH [m/m] Querneigung am Hochpunkt
qT [m/m] Querneigung am Tiefpunkt
smin [m/m] Mindestlängsneigung der Rinne
sf [m/m] Straßenlängsneigung
BR [m] Breite der Rinne
hB [m] maximale Auftrittshöhe bei Hochborden am Tiefpunkt
hF [m] freie verbleibende Bordhöhe nach Abzug der maximalen Spiegelhöhe,
so ermöglicht Gleichung (6) zur Ermittlung der Abstandslängen L1 und L2 zwischen Hoch‑ und Tiefpunkt die Einhaltung der Mindestlängsneigung smin am Hochbord:
, (6)
wobei L1 mit „+sf“ den Abstand zwischen Hoch‑ und Tiefpunkt vom Straßenablauf in Richtung der Straßenlängsneigung und L2 mit „-sf“ den Abstand vom Straßenablauf entgegen der Längsneigungsrichtung bestimmt.
Der Gesamtabstand L zwischen zwei Straßenabläufen in einer Pendelrinne ergibt sich somit aus
L = L1 + L2. (7)
Er wird umso
größer, je kleiner die Neigungsdifferenz zwischen smin und sf
ist. Die Diagramme (Bild 7 und 8) ermöglichen bei
Kenntnis der Gerinnebreite und der Mindestlängsneigungen einen direkten Abgriff
der Gerinneteillängen l1 und l2.
Die Einhaltung der vorgegebenen Auftrittshöhe hB am Tiefpunkt wird durch Wahl von geeigneten Querneigungen qH und qT mit folgender Beziehung erfüllt:
hB = hF + BR × (qT - qH). (8)
Die entwässerungstechnischen Gesichtspunkte der Pendelrinne treten nur dann als Restriktionen in den Vordergrund, wenn infolge einer geringen Rinnenquerneigung an mindestens einer Stelle der bis hierher angekommene Zufluss eine zu kleine Querschnittsfläche vorfindet. Die Gleichung (9), die aus Gleichung (6) der RAS‑Ew abgeleitet ist und den Rauheitsbeiwert kSt = 70 m1/3/s enthält, dient als Prüfkriterium.
. (9)
Es bedeuten:
smin [m/m] Mindestlängsneigung
qs [l/(s×m)] spezifischer Rinnenzufluss
L2 [m] Abstand zwischen Hochpunkt und Straßenablauf
BR [m] Breite der Rinne.
Nachfolgend werden die Bemessungsverfahren anhand von numerischen Beispielen erläutert und die Handhabung der Formeln und Tabellen aufgezeigt.
Vorgegeben sei folgender Sachverhalt:
Die zu
betrachtende Straße besitzt ein gleichbleibendes Längsgefälle von sf = 2 %.
Die Straße entwässert in eine Spitzrinne mit einem Quergefälle von
q = 13 %. Die Entwässerung wird durch eine Querstraße
unterbrochen, d. h. es soll verhindert werden, dass Wasser über diese
Straße hinweg tritt. Die Spitzrinne weist eine Breite von BBR = 0,5 m
und Straßenabläufe mit Aufsätzen vom Typ II 500 x 500 auf.
Die Wasserspiegelbreite b soll die Breite BBR = 0,50 m
nicht überschreiten. Der seitliche spezifische Zufluss wurde mit qs = 0,2 l/(s×m)
ermittelt.
Aus Tabelle CD 8.2.29
ergeben sich folgende Werte:
QZ = 15,4 l/s
QA = 14,1 l/s.
Dies bedeutet:
- Das Gerinne kann bis zu 15,4 l/s abführen, ohne dass die vorhandene Gerinnebreite BR = 0,5 m überschritten wird.
- Der Straßenablauf ist jedoch bei diesen Voraussetzungen nur in der Lage 14,1 l/s aufzunehmen - 1,3 l/s werden somit dem nächsten Straßenablauf zugeschlagen.
Es ergibt sich hieraus entsprechend Gleichung (4) bzw. Bild 1 ein gleichbleibender Straßenablaufabstand
.
Hinweis: Es findet keine Veränderung der Grundlast von Straßenablauf zu Straßenablauf statt, da dieses Beispiel gleichbleibende geometrische Verhältnisse aufweist.
Entsprechend den o. g. Forderungen soll die Größe des letzten Einzugsgebietes bzw. dessen Straßenablaufabstand so beschaffen sein, dass der hieraus resultierende Zufluss vollständig aufgenommen werden kann (100 %ige Aufnahmeleistung).
Tabelle 1 liefert für vorgegebene Gerinnequerneigungen den Abfluss für eine vollständige Aufnahme. Für die hier maßgebende Gerinnequerneigung ermittelt sich ein interpolierter Straßenablaufwert von
l/s
und ein Straßenablaufabstand von
.
Es ergeben sich somit für eine optimale Entwässerung unter den vorgenannten Voraussetzungen Straßenablaufabstände von 70,5 m bzw. 40 m am Ende vor der Einmündung in eine Querstraße.
Im folgenden Beispiel sollen Ergebnisse der pauschalierten Bemessung entsprechend Ziffer 1.4.3 der RAS‑Ew der Feinbemessung mit Hilfe der Bemessungstabellen gegenübergestellt werden.
Es liege vor:
Straßenbreite BSt = 10 m = RQ 26
Breite der Spitzrinne BR = 0,5 m
Spitzrinne mit einer Querneigung q = 11 %
Gerinnelängsneigung s = 4 %
Straßenablauf-Aufsatz Typ II 500 x 500
Gerinne Rauheitsbeiwert kSt = 70 m1/3/s
Bemessungsregen rD,n = r15,1 = 115 l/(s×ha)
Spitzenabflussbeiwert ys = 0,9
Sicherheitsfaktor κ = 1,5 .
An das oberirdische Entwässerungssystem wird die Bedingung gestellt: Die Wasserspiegelbreite darf nicht größer als die festgelegte Breite der Spitzrinne bR werden!
Beim pauschalierten Ansatz wird in grober Näherung dem Straßenablauf
400 m² Straßenfläche bei Stadtstraßen oder
500 m² Landstraßen
zugeordnet. Für Stadtstraßen folgt damit ein Straßenablaufabstand von
L = 400 m²/10 m = 40 m.
Der spezifische Gerinnezufluss beträgt ohne Sicherheitsfaktor
qs = y × rD,n × BSt × κ / 10000 = 0,9 × 115 × 10 × 1,0/10000 = 0,104 l/(s×m).
Mit dem Straßenablaufabstand von L = 40 m ergibt sich vor dem Straßenablauf somit ein Gerinnezufluss aus dem Einzugsgebiet von
QE = qs × L = 0,104 × 40 = 4,2 l/s.
Die für dieses Beispiel maßgebende Bemessungstabelle CD 8.2.27 liefert für einen Gerinnezufluss von 4,2 l/s eine Wasserspiegelbreite
b = 0,3 m.
Nach Tabelle 1 ergibt sich durch Interpolation ein maximaler Zuflusswert von
QZ = QA100 % = 7,1 l/s
woraus, ebenfalls interpoliert aus der Bemessungstabelle CD 8.2.27, eine Wasserspiegelbreite von
b = 0,35 m
abgeleitet werden kann.
Der spezifische Gerinnezufluss einschließlich Sicherheitsfaktor beträgt:
qs = y × rD,n BSt × κ / 10000 = 0,9 × 115 × 10 × 1,5/10000 = 0,155 l/(s×m).
Der Straßenablaufabstand ergibt sich mit Gleichung (4) zu:
.
Dem Straßenablauf wird damit eine Entwässerungsfläche von
AE = BSt × L = 10 × 45,81 = 458,1 m²
zugeordnet.
Aus der für dieses Beispiel maßgebenden Bemessungstabelle CD 8.2.27 werden folgende Werte abgelesen:
QZ = 16,6 l/s
QA = 14,0 l/s.
Es ergibt sich somit eine Grundlast von 16,6 – 14,0 = 2,6 l/s, die vom jeweiligen Straßenablauf nicht aufgenommen wird.
Bei gleichbleibenden geometrischen Verhältnissen kann nun folgende Vorgehensweise eingeschlagen werden: Der erste (obere) Straßenablauf ist frei von einer Grundlast, so dass der Zufluss von 16,6 l/s insgesamt aus dem Einzugsgebiet kommen kann. Somit lässt sich folgende Straßenlänge und Einzugsgebietsfläche für den ersten Straßenablauf bestimmen:
AE1 = 10 × 107,1 = 1071 m².
Da der erste Straßenablauf bei dem Zufluss von 16,6 l/s nur 14,0 l/s aufnimmt, müssen dem nächsten Straßenablauf 2,6 l/s als Grundlast zugeschlagen werden. Es bleiben somit nur noch 14,0 l/s (= QA aus Bemessungstabelle), die aus dem Einzugsgebiet kommen dürfen, um das Gerinne wieder voll auszulasten.
Für die Einzugsgebietsfläche des unteren Straßenablaufs bzw. für den Abstand zwischen dem oberen und unteren Straßenablauf, ergibt sich:
AE2 = 10 × 90,3 = 903 m².
Dieses Ergebnis gilt bei unveränderten Straßenbedingungen auch für die nachfolgenden Straßenabläufe. Das Beispiel zeigt, dass es durchaus sicherheitstechnisch vertretbar ist, das Entwässerungssystem vollständig auszulasten, ohne obige Bedingung an irgendeiner Stelle zu verletzen.
Ohne
Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors (also bei κ = 1)
ergeben sich Straßenablaufabstände von L1 = 160 m
bzw. 135 m, ohne dass die WassersSpiegelbreite b = 0,5 m
überschritten wird.
Die vorangegangenen Beispiele zeigten die prinzipielle Verfahrensweise eines Bemessungsvorganges. Das folgende Beispiel soll dagegen den Übergang zwischen Straßenablauf- und Gerinnerestriktion infolge veränderlicher geometrischer Bedingungen verdeutlichen. Des Weiteren wird eine einfache grafische Methode zur Bestimmung der verschiedenen Straßenablaufabstände gezeigt.
Vorgegeben sei eine Stadtautobahn, die mit einer Entwurfsgeschwindigkeit ve = 80 km/h konzipiert ist (Bild 6). Ab dem Punkt A muss aufgrund örtlicher Gegebenheiten entwässert werden, bei Punkt B befindet sich eine Einmündung.
Für dieses Beispiel werden folgende Parameter vorgegeben:
Breite der Fahrbahn (RQ 26, eine Richtung) Bf = 10 m
Breite des Mittelstreifens BG = 3 m
Breite der Bordrinne BR = 0,70 m
Bemessungsregenspende rD r15 = 120 l/(s×ha)
Spitzenabflussbeiwert Straße ysSt = 0,9
Spitzenabflussbeiwert Mittelstreifen (begrünt) ysG = 0,1
Sicherheitsfaktor κ = 1,5
Straßenablauf-Aufsatz Typ II 500 x 500.
Die allgemeine Formel zur Ermittlung des spezifischen seitlichen Gerinnezuflusses lautet:
[
].
Bild
6: Entwurfselemente zum Beispiel
Somit ergibt sich
qs = 120 × 1,5 × (0,9 × 10 + 0,1 × 3) / 10000 = 0,167 l/(s×m)
für die gesamte zu entwässernde Fläche.
Entsprechend Bild 6 lässt sich die Aufgabenstellung in drei Abschnitte einteilen:
a) Kreisbogen
b) Übergangsbogen
c) Gerade.
Zu a) Kreisbogen
Die Entwässerungsbemessung des Kreisbogens mit q = 5 %, s = 4 % lässt sich analog zu Ziffer 5.2 durchführen. Aus der Bemessungstabelle CD 8.2.9 entnimmt man:
QZ = 11,2 l/s
QaA = 10,4 l/s
Die vollständige Systemauslastung führt somit zu folgenden Straßenablaufabständen:
Der Straßenablaufabstand L2 gilt auch für die nachfolgenden Straßenabläufe im Kreisbogen. Bei einer Gesamtlänge von 635 m ergeben sich somit insgesamt 10 Straßenabläufe und es verbleibt eine Restlänge von 7,3 m.
Zu b) Übergangsbogen
Für den Bereich
des Übergangsbogens, bei dem sich Quer‑ und Längsneigung linear ändern,
wird der jeweilige Straßenablaufabstand für mehrere Stützstellen in der Tabelle
2 bestimmt und anschließend in Bild 7 grafisch dargestellt. Es ist hierbei
wesentlich zu erkennen, dass sich der Abstand zwischen zwei Straßenabläufen als
Schnittpunkt der QzZ‑Linie mit der (hier im
Beispiel) linear des Weges x anwachsenden Linie des seitlichen Zuflusses
Qss = qs × x
ergibt.
Tabelle 2: Hilfswerte zur Erzeugung des Straßenablaufabstandes in
Bild 7 aus den Bemessungstabellen CD 8.2.4 bis CD 8.2.9
sf |
[%] |
4,0 |
3,6 |
3,2 |
2,8 |
2,4 |
2,0 |
q |
[%] |
5,0 |
4,5 |
4,0 |
3,5 |
3,0 |
2,5 |
QZ |
[l/s] |
11,2 |
9,0 |
7,0 |
5,2 |
3,8 |
2,5 |
Q |
[l/s] |
10,4 |
8,5 |
6,8 |
5,2 |
3,8 |
2,5 |
QG = QZ - Q |
[l/s] |
0,8 |
0,5 |
0,2 |
0,0 |
0,0 |
0,0 |
Bild
7: Grafische Ermittlung des
Straßenablaufabstandes
Die Qs‑Linie gibt an jeder Stelle des Gerinnes den aktuellen Durchfluss an. Den Straßenablaufabstand erhält man durch Ablesen an den erzeugten Schnittpunkten. Man erkennt in Bild 7, dass die Grundlast QG = 0 wird und somit die Restriktionen der einzuhaltenden Wasserspiegelbreiten in den Vordergrund treten.
Zu c) Gerade
Für das Geradenstück ist eine Grundlast im Gerinne nicht mehr vorhanden. Der Straßenablaufabstand ergibt sich zu
.
An dieser Stelle erlaubt das Tabellenwerk auch den Aufsatz-Typ I 300 x 500.
Folgende Vorgaben seien gegeben:
Fahrbahnlängsneigung sf = 0,2 %
Breite der zu entwässernden Fläche BSt = 12,5 m
Bemessungsregenspende rD,n r15,1 = 115 l/(s×ha)
Spitzenabflussbeiwert ys = 0,9
Fahrbahnquerneigung qf = 2,5 %
Sicherheitsfaktor κ = 1,5.
Gesucht ist eine Pendelrinne, die allen entwässerungs‑ und sicherheitstechnischen Anforderungen genügt.
Der Bemessungszufluss einschließlich des Sicherheitsfaktors beträgt:
qs = y × rD,n × BSt × κ / 10000 = 0,9 × 115 × 12,5 × 1,5 /
10000 = 0,194 l/(s×m).
Für
die Bestimmung der Gerinnelänge L ist es notwendig, Aussagen zumindest
über die Querneigungsdifferenz Dq zwischen Hoch- und Tiefpunkt zu treffen (vgl.
Gleichung (6)). Diese Festlegung erfordert das Einhalten von
sicherheitstechnischen Einschränkungen, d. h.: die Auftrittshöhe des
Hochbordes sollte in der Regel nicht mehr als 12 cm betragen,
in Ausnahmefällen bis zu 20 cm, abgesehen von Gehwegeinfahrten,
Fußgängerüberwegen an Mittelinseln, Radwegen, Busbuchten, Parkspuren, usw.
Wird eine anfängliche Querneigung am Hochpunkt qH = 2,5 % und am Tiefpunkt qT = 8 % festgelegt, erhält man nach den Gleichungen (6) und (7) die Gerinnelängen bzw. Straßenablaufabstände, welche aus rein geometrischen Vorgaben bzw. sicherheitstechnischen Ansprüchen resultieren.
Die Überprüfung dieser Ergebnisse aus entwässerungstechnischer Sicht erfolgt mit Hilfe der Gleichung (9). Die Werte sind in der Tabelle 3 zusammengestellt.
Tabelle 3: Ergebniswerte
einer Beispielrechnung: Bemessung einer Pendelrinne
Geometrische Vorgaben |
Entwässerungstechnische Vorgaben |
|||||
|
|
Gl. 6 |
Gl. 7 |
Gl. 9 |
|
|
|
smin |
|
|
L |
qTmin |
Bemerkung |
[m] |
[%] |
[m] |
[m] |
[m] |
[%] |
|
0,3 |
2,4 |
5,5 |
qTmin>qT unzulässig |
|||
0,5 |
0,5 |
3,9 |
9,2 |
13,1 |
5,2 |
qTmin<qT zulässig |
Der Tabelle 3 ist zu entnehmen, dass bei einer Gerinnebreite mit BR = 0,3 m die Kontrollgröße qTmin größer als qT ist. Das bedeutet, dass die Endquerneigung am Tiefpunkt qT = 8 % nicht ausreicht, den Gerinnezufluss
QZ = qs × L2 = 1,1 l/s
bei Einhaltung der vorgegebenen Breite der Rinne abzuführen. Abhilfemaßnahmen wären:
· Vorgabe einer größeren Endquerneigung – Nachteil: größere Auftrittshöhe am Hochbord
· Vergrößerung der Breite der Rinne - Nachteil: größere Auftrittshöhe am Hochbord
· Verringerung der Straßenablaufabstände.
Vorbemerkungen
Die Tabelle 1, vergleiche Ziffer 4.4 in A 8.1 „Unvollständige Systemauslastung (100 %ige Ablaufleistung)“, wird hier der Vollständigkeit halber neben in Ziffer 4.4 erneut beigefügt.
Tabelle 1: Maximale
Gerinnezuflüsse, die die Straßenabläufe bzw. die Straßenablaufbuchten gerade
noch aufnehmen
100 %iges Leistungsvermögen: QA = QZ
(siehe Ziffer 4.4 „Unvollständige Systemauslastung“)
|
Gerinne-quer-neigung q |
Längsneigung sf [%] |
|||||||
|
|
0,0 |
0,2 |
0,5 |
1,0 |
2,0 |
4,0 |
6,0 |
8,0 |
|
% |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
l/s |
Aufsatz |
2,5 |
2,5 |
2,6 |
2,6 |
2,4 |
2,4 |
2,4 |
2,4 |
2,4 |
300x500 |
6,0 |
5,4 |
5,6 |
5,8 |
5,8 |
7,2 |
6,4 |
6,4 |
3,4 |
DIN 19594 |
10,0 |
9,7 |
11,0 |
11,4 |
13,4 |
10,7 |
8,5 |
6,0 |
4,4 |
|
15,0 |
14,9 |
14,7 |
13,9 |
9,9 |
6,0 |
5,0 |
5,0 |
4,9 |
Aufsatz |
2,5 |
4,3 |
4,3 |
4,4 |
4,5 |
5,0 |
5,4 |
6,0 |
6,4 |
500x500 |
6,0 |
9,8 |
10,7 |
11,3 |
14,0 |
9,6 |
6,1 |
6,4 |
6,6 |
DIN 19583 |
10,0 |
17,3 |
17,8 |
17,2 |
14,6 |
10,2 |
7,2 |
6,8 |
7,0 |
|
15,0 |
16,1 |
14,4 |
12,9 |
11,2 |
8,8 |
6,5 |
6,0 |
6,0 |
|
2,5 |
5,0 |
4,7 |
4,6 |
4,3 |
5,1 |
5,5 |
5,4 |
5,2 |
Aufsatz |
6,0 |
12,5 |
12,4 |
13,4 |
14,4 |
16,8 |
19,7 |
19,5 |
19,4 |
500x780 |
10,0 |
28,0 |
27,6 |
27,4 |
27,9 |
30,0 |
25,3 |
20,0 |
16,1 |
|
15,0 |
35,3 |
35,2 |
34,8 |
34,0 |
32,4 |
22,8 |
13,0 |
8,0 |
Straßen- |
2,5 |
4,5 |
5,3 |
4,6 |
2,8 |
2,2 |
1,5 |
1,2 |
0,8 |
ablaufbucht LI |
4,0 |
9,1 |
8,4 |
6,7 |
5,2 |
3,6 |
2,4 |
1,9 |
1,0 |
LB = 1,8 m |
6,0 |
16,0 |
14,2 |
11,8 |
9,2 |
5,9 |
4,0 |
3,4 |
3,1 |
Straßen- |
2,5 |
7,0 |
8,0 |
8,8 |
8,0 |
5,8 |
3,5 |
2,0 |
1,6 |
ablaufbucht LII |
4,0 |
16,4 |
17,3 |
17,6 |
13,0 |
8,7 |
5,6 |
3,8 |
2,6 |
LB = 2,7 m |
6,0 |
29,0 |
28,4 |
26,9 |
24,0 |
16,5 |
9,4 |
7,1 |
5,7 |
Straßen- |
2,5 |
6,0 |
7,0 |
7,7 |
8,6 |
9,6 |
6,5 |
3,5 |
2,0 |
ablaufbucht LIII |
4,0 |
13,0 |
13,6 |
14,5 |
16,0 |
18,3 |
14,7 |
10,3 |
7,1 |
LB = 4,2 m |
6,0 |
28,0 |
27,6 |
26,2 |
22,0 |
13,0 |
8,4 |
7,0 |
6,2 |
Die nachfolgenden Bemessungstabellen liefern für die Kombination
Tabelle CD 8.2.1 - CD 8.2.11: Bordrinne - Straßenablauf
Tabelle CD 8.2.12 - CD 8.2.22: Bordrinne - Straßenablaufbucht
Tabelle CD 8.2.23 - CD 8.2.31: Spitzrinne - Straßenablauf
- bei vorgegebener maximaler Wasserspiegelbreite einen maximalen Gerinneabfluss QZ
- den für den Gerinneabfluss QZ ermittelten Straßenablaufabfluss QA
für Gerinnequerneigungen q = 1,0 % bis q = 6,0 % in Schritten von Dq = 0,5 % (Bordrinne) bzw.
für Gerinnequerneigungen q = 7,0 % bis q = 15,0 % in Schritten von Dq = 1,0 % (Spitzrinne).
Die Straßenabläufe sind gekennzeichnet durch:
Typ I: Straßenablauf-Aufsatz 300 x 500 DIN 19594
Typ II: Straßenablauf-Aufsatz 500 x 500 DIN 19583
Typ III: Bergstraßenaufsatz Total 500 x 780.
Die Tabellenwerte für die Kombination Bordrinne – Straßenablaufbucht wurden für den Straßenablauf-Aufsatz Typ II 500 x 500 aufgestellt. Der Straßenablaufbucht-Typ entspricht:
Typ LI: Straßenablaufbuchtlänge 1,80 m
Typ LII: Straßenablaufbuchtlänge 2,70 m
Typ LIII: Straßenablaufbuchtlänge 4,20 m.
[1] Thiele, F. (1983): Fahrbahnlängsentwässerung im Straßengerinne und ein Entwurf für zukünftige Richtlinien zur Bemessung. Technischer Bericht Nr. 31 des Instituts für Wasserbau der Technischen Hochschule Darmstadt.
[2] Bundesanstalt für Straßenwesen (2003): Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten - ZTV-ING, Verkehrsblatt-Sammlung Nr. S. 1056 - Vers. 01/03, Verkehrsblatt-Verlag.
[3] DWD (1997):
Starkniederschlagshöhen für die Bundesrepublik Deutschland - KOSTRA,
Teil 1 und 2; Selbstverlag des Deutschen Wetterdienstes. Offenbach/Main.