A 8     Entwässerungsrinnen und Straßenabläufe in befestigten Verkehrsflächen

A 8.1   Entwässerungsrinnen und Straßenabläufe in befestigten Verkehrsflächen - Erläuterungen und Beispiele

 

Inhaltsübersicht

 

Seite

Verzeichnis der Bilder. 2

Verzeichnis der Tabellen. 2

1.    Vorbemerkungen. 3

2.    Erläuterungen zum Tabellenwerk. 3

3.    Grundlagen. 6

3.1     Einzugsgebiet und Abflüsse. 6

3.2     Leistungsfähigkeit des Gerinnes. 7

4.    Bemessung des Gesamtsystems Gerinne-Straßenablauf 8

4.1     Tabellenparameter. 8

4.2     Gerinnegrundlast 8

4.3     Vollständige Systemauslastung. 8

4.4     Unvollständige Systemauslastung (100 %ige Ablaufleistung) 8

4.5     Pendelrinne. 9

5.    Bemessungsbeispiele. 10

5.1     Ermittlung der Straßenablaufabstände. 11

5.2     Ermittlung der Straßenablaufabstände – Bemessung im Vergleich. 11

5.2.1    Pauschalierter Ansatz mit fester Einzugsgebietsgröße. 12

5.2.2    Unvollständige Systemauslastung, jedoch 100 %ige Straßenablaufleistung. 12

5.2.3    Vollständige Systemauslastung. 13

5.3     Bestimmung der Straßenablaufabstände bei veränderlichen geometrischen Bedingungen  13

5.4     Bemessung einer Pendelrinne. 17

 


Verzeichnis der Bilder

 

Bild 1:       Aufsatz Typ I 300 x 500 nach DIN 19594. 4

Bild 2:       Aufsatz Typ II 500 x 500 nach DIN 19583. 4

Bild 3:       Aufsatz Typ III 500 x 780. 5

Bild 4:       Beispiel für eine Straßenablaufbucht 5

Bild 5:       Rinne-Abläufe, Einzugsgebiet und Abflüsse. 6

Bild 6:       Entwurfselemente zum Beispiel 15

Bild 7:       Grafische Ermittlung des Straßenablaufabstandes. 17

 

Verzeichnis der Tabellen

 

Tabelle 1:          Maximale Gerinnezuflüsse, die die Straßenabläufe bzw. die Straßenablaufbuchten gerade noch aufnehmen  9

Tabelle 2:          Hilfswerte zur Erzeugung des Straßenablaufabstandes in Bild 7 aus den Bemessungstabellen CD 8.2.4 bis CD 8.2.9. 16

Tabelle 3:          Ergebniswerte einer Beispielrechnung: Bemessung einer Pendelrinne. 18

 


1.   Vorbemerkungen

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.

2.   Erläuterungen zum Tabellenwerk

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.

3.   Grundlagen

3.1  Einzugsgebiet und Abflüsse

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]

=

Abstand zwischen zwei Straßenabläufen

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

[]

=

Größe der jeweiligen Entwässerungsfläche

ysi

-

=

zu AEi gehörender Spitzenabflussbeiwert

rD,n

[l/s/ha]

=

Regenspende der Dauer D und der Häufigkeit n

κ

-

=

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)

3.2  Leistungsfähigkeit des Gerinnes

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.

4.   Bemessung des Gesamtsystems Gerinne-Straßenablauf

4.1  Tabellenparameter

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.

4.2  Gerinnegrundlast

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).

4.3  Vollständige Systemauslastung

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.

4.4  Unvollständige Systemauslastung (100 %ige Ablaufleistung)

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

4.5  Pendelrinne

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.

5.   Bemessungsbeispiele

Nachfolgend werden die Bemessungsverfahren anhand von numerischen Beispielen erläutert und die Handhabung der Formeln und Tabellen aufgezeigt.

5.1  Ermittlung der Straßenablaufabstände

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.

5.2  Ermittlung der Straßenablaufabstände – Bemessung im Vergleich

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!

5.2.1    Pauschalierter Ansatz mit fester Einzugsgebietsgröße

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.

5.2.2    Unvollständige Systemauslastung, jedoch 100 %ige Straßenablaufleistung

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.

5.2.3    Vollständige Systemauslastung

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.

5.3  Bestimmung der Straßenablaufabstände bei veränderlichen geome­trischen Bedingungen

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

QaA

[l/s]

10,4

8,5

6,8

5,2

3,8

2,5

QG = Q- QaA

[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.

5.4  Bemessung einer Pendelrinne

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

 

BBR

smin

lL1

lL2

L

qTmin

Bemerkung

[m]

[%]

[m]

[m]

[m]

[%]

 

0,3

0,5

2,4

5,5

7,9

8,7

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.

 


A 8.2   Entwässerungsrinnen und Straßenabläufe in befestigten Verkehrsflächen - Bemessungstabellen

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.