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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Flüssigkeitsverwaltungssystem
und insbesondere auf ein Regenwasser-Einschließungssystem, das sich unter
einem Parkplatz verwenden lässt.
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Hintergrund der Erfindung
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Da
in Städten
und speziell in großen
Ballungsräumen
ein zunehmender Teil der Landfläche
mit Gebäuden
bedeckt oder mit Straßen,
Parkplätzen
und dergleichen befestigt wird, existiert in Bezug auf die Entsorgung
des Abflusses des Wassers, das bei schweren Regenfällen auftritt,
ein bedeutendes Problem. Parkplätze
und Straßen
werden normalerweise mit Neigungen zu den Abflüssen der Straßenabläufe hin
gebaut, die sich in die unterirdischen Regenwasserkanäle entleeren.
Um mit Sturmfluten so fertig zu werden, dass einer Überlastung
von städtischen
Kanalnetzen entgegengewirkt und der Schadstoffeinlass in das Drainagesystem
verringert wird, verlangen Regierungen jetzt normalerweise, dass
neue Baustellen ein Drainage-Verwaltungssystem
umfassen.
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Üblicherweise
wird die Regenwasserableitung häufig
dadurch angegangen, dass künstliche
Teiche, große
Becken oder dergleichen zur Anwendung kommen, die aus Beton konstruiert
sind und dazu hergestellt wurden, um als erbaute Feuchtgebiete zu
fungieren. Weil diese Becken zur Atmosphäre hin offen sind, sind sie
in vielfältiger
Weise einer Überflutung
und Trocknung ausgesetzt, wobei die extensive Verdunstung häufig zur
Austrocknung und zum Tod der Feuchtgebietsanlagen führt. Ein
zusätzliches
Problem bei diesen Becken besteht darin, dass sie einen Teich, d.
h. stehendes Oberflächenwasser,
bilden. Leider hat stehendes Wasser häufig einen Moskitolebensraum
zur Folge, der sowohl eine Belästigung
als auch möglicherweise
ein öffentliches
Gesundheitsrisiko darstellen kann. Da außerdem davon ausgegangen werden
kann, dass die Schadstoffkonzentrationen in diesem stehenden Wasser
hoch sein können,
sind die Moskitos und die sonstige Tierwelt erhöhten Niveaus von Bakterien,
Viren, Metallen und Kohlenwasserstoffen ausgesetzt. Dies kann zu
akuten und chronischen Auswirkungen auf die Tierwelt führen.
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Alternativ
dazu wurden große
Schichten aus Kies, die ein perforiertes Rohr umgeben, verwendet.
Bei dieser Ausführungsform
werden große
Rohre (mit Durchmessern von 24 bis 60 Zoll) im gewünschten
Entwässerungsgebiet
in Tiefen von bis zu ungefähr
4 Fuß (1,22
m) horizontal angeordnet. Regenwasser aus dem Umgebungsgebiet wird
zu dem und durch das Rohr umgeleitet, falls dies erforderlich ist.
Aus dem Dokument
US 4
360 042 A1 ist eine bogenförmige Leitung mit verbessertem
Wellenprofil bekannt, die einen im Allgemeinen halbelliptischen
bogenförmigen
Teil und eine flache Basis aufweist. Der parabolische bogenförmige Teil
besteht aus zwei Seitenwänden,
die mit einem Scharnier verbunden sind. Weitere bogenförmige Leitungen
sind aus den Dokumenten
US
5 366 017 A1 ,
US
980 442 A1 und
US
5 419 838 A1 bekannt, worin eine Leitung als Kreisbogen
ausgebildet ist. Außerdem
ist eine trapezförmige
Sickergalerie aus dem Dokument
US 5 087 151 A1 bekannt. Eine wieder andere
Form einer bogenförmigen
Drainage ist aus dem Dokument
US 3 681 925 A1 bekannt, wobei die Drainage
eine dreieckige Geometrie aufweist. Alle diese bekannten Geometrien
weisen einen guten Widerstand in Bezug auf Druckkräfte auf,
aber es ist vorteilhaft, den Widerstand durch eine andere Geometrie
zu verbessern, um ein noch widerstandsfähiges Gebilde zu erhalten.
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Was
im Fachgebiet benötigt
wird, ist ein bautechnisch sicheres Regenwasser-Verwaltungssystem, das
keinen Bebauungsraum, wie z. B. eine Parkplatzfläche, verbraucht und das mit
den Gezeiten des Regenwassers fertig wird.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Regenwasser-Einschließungssystem.
Dieses System umfasst: eine Kammer, die eine Gesamt-Querschnittsgeometrie
mit im Wesentlichen stetiger Krümmung aufweist,
wobei die Kammer eine Basis mit einem Flansch aufweist, der sich
von der Basis aus nach außen erstreckt;
und eine Vielzahl von Vorsprüngen,
die eine Vielzahl von Bergspitzen und Täler bilden, wobei die Wellenprofile
senkrecht zu einer Hauptachse der Kammer angeordnet sind.
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Die
oben erläuterten
und die sonstigen Merkmale werden dem Fachmann anhand der folgenden
detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen verdeutlicht und
verständlich
gemacht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Jetzt
wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die einen illustrativen,
aber keinen einschränkenden
Charakter haben sollen und wobei vergleichbare Bauelemente in den
jeweiligen Figuren mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen sind.
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1 ist
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
einer Regenwasserkammer;
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2 ist
eine Draufsicht der Regenwasserkammer von 1;
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3 ist
eine Vorderansicht einer Ausführungsform
einer Endplatte für
eine Regenwasserkammer;
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4 ist
eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform von Wellenprofilen
längs der
Schnittlinie 12-12 von 2;
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5 ist
eine grafische Darstellung des Anteils der Oberflächendruck-Verteilung in der
Längs-
und der Quer-(Umfangs-)Richtung für eine Ausführungsform der Kammer, wobei
die Boussinesq-Methodologie eingesetzt wird;
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6 ist
eine auseinander gezogene, perspektivische Darstellung des Bereiches 6 von
der 2, die eine weitere Ausführungsform des Stützbauelementes
und der Verbindungselemente zeigt;
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7 ist
eine perspektivische Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform
einer Endplatte, die einen bogenförmigen oder konvexen Teil aufweist;
und
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8 ist
eine perspektivische Rückansicht
der Endplatte von 7, die einen bogenförmigen oder konvexen
Teil aufweist.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Das
Regenwasser-Verwaltungssystem umfasst: eine Kammer, die einen stetigen
Krümmungsquerschnitt
aufweist, mit, falls gewünscht,
einer möglichen
Flüssigkeitskommunikation
zwischen benachbarten Kammern und optionalen Strukturelementen (z.
B. Vorsprüngen,
Stützen
und/oder Bauelementen) und einer Eingriffslippe zum Ermöglichen
von Überlappungskammern.
Da diese Systeme speziell für
den unterirdischen Einsatz, unterhalb der Parkplätze und dergleichen, ausgelegt
sind, weisen sie eine ausreichende Strukturintegrität auf, um
den damit verbundenen typischen Drücken standzuhalten. Folglich
wurden diese Systeme so ausgelegt, dass sie die Rohrnormen einhalten,
nämlich
die H-20-Norm der AASHTO-(American Association of State Highway
and Transportation Officials) Normvorschriften für Straßenbrücken, Abschnitt 18.
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Die
Kammer kann jedes Material umfassen, das in der Umgebung von Regenwasser
(z. B. Einwirkung von saurem Regen, Kohlenwasserstoffen, Öl und sonstigen
Abflussschadstoffen und dergleichen) beständig ist und das die gewünschte Strukturintegrität bereitstellt.
Diese Materialien umfassen insbesondere Metalle (wie z. B. Edelmetalle,
Titan, Eisenwerkstoffe und dergleichen); Thermoplast- und Duroplastmaterialien
(wie z. B. Polypropylen, Polyolefine, Polyetherimid, Polyethylen,
insbesondere Polyethylen hoher Dichte usw. und dergleichen); sowie
Verbundstoffe, Legierungen und Mischungen, die mindestens eins der
zuvor genannten umfassen. Einige Beispiele, aus Polyethylen hoher
Dichte umfassen Paxon® HDPE, (mit einer Rohdichte
von etwa 590 kg/m3) (im Handel erhältlich bei
Exxon Chemical), und Marlex HMX 50100 (im Handel erhältlich bei Phillips
Chemical Company, Houston, Texas, USA). Die spezifischen mechanischen
Eigenschaften der Kammermaterialien werden so gewählt, dass
die gewünschten
AASHTO-Rohrvorschriften erfüllt
werden. Da die Eigenschaften voneinander abhängen, versteht sich, dass verschiedene
Eigenschaftsanforderungen in dem Maße, wie andere Eigenschaften
sich ändern
und in dem Maße,
wie die physikalischen Daten der Kammer modifiziert werden, abgeglichen
werden. Beispielsweise kann eine dünnere Kammerwand bei einem
höheren
Biegemodul angemessen sein. Einige bevorzugte Materialqualitäten umfassen
Folgendes: Streckzugfestigkeit (bei Verwendung des ASTM-Verfahrens
D-638) von ungefähr
20 Megapascal (MPa) oder größer, wobei
ungefähr
22 MPa oder größer bevorzugt
wird; Bruchdehnung (bei Verwendung des ASTM-Verfahrens D-638) von größer als
oder gleich ungefähr
500%, wobei größer als
oder gleich ungefähr
800% bevorzugt wird; Biegemodul (bei Verwendung des ASTM-Verfahrens
D-790) von ungefähr
500 MPa, wobei ungefähr
800 MPa bis ungefähr
3.000 MPa bevorzugt und ungefähr
900 bis ungefähr
2.300 MPa besonders bevorzugt wird; Schlagzugzähigkeit (bei Verwendung des
ASTM-Verfahrens D-1822) von ungefähr 20 Joule pro Quadratzentimeter (Joule/cm2) oder größer, wobei ungefähr 23 Joule/cm2 oder größer bevorzugt
wird; Schlagzugzähigkeit
bei –40°C (bei Verwendung
des ASTM-Verfahrens D-1822) von ungefähr 15 Joule/cm2 oder
größer, wobei
ungefähr
20 Joule/cm2 oder größer bevorzugt wird; eine Formbeständigkeitstemperatur
(Belastung: 66 pound per square inch (psi); 455,5 kPa), bei Verwendung
des ASTM-Verfahrens D-1525) von ungefähr 40°C oder größer, wobei ungefähr 60°C oder größer bevorzugt
wird; und eine Rohdichte (bei Verwendung des ASTM-Verfahrens D-1895)
von ungefähr
400 Kilogramm pro Kubikzentimeter (kg/m3)
oder größer, wobei
ungefähr
500 kg/m3 oder größer bevorzugt wird. Ein Material,
das eine oder mehrere der obigen Materialspezifikationen erfüllt, lässt sich mit
der bautechnisch sicheren Geometrie der Kammer verwenden.
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Außerdem werden
neben der Auslegung zur Erfüllung
der gewünschten
Strukturanforderungen die Größe und Geometrie
der Kammer so ausgelegt, dass die gewünschte Kapazität (z. B.
das Volumen) erreicht wird. Die Kammer übertrifft vorzugsweise die
Rohrnormen sowohl der Rohrvorschriften der CPPA (Corrugated Plastic
Pipe Association) als auch der AASHTO für H-20-Lasten (ständige Lasten,
nicht ständige
Lasten und sonstige Kräfte
wie z. B. Längs-,
Flieh-, thermische, Erddruck-, Auftriebskräfte, Eis-, Erdbebenbelastungen
und dergleichen) sowie die Anforderungen für unterirdische Rohrleitungen.
Mögliche
Gesamt-Kammergeometrien umfassen eine Bogenform, mit einem stetigen,
das heißt
ununterbrochenen, gekrümmten
Querschnitt in der Richtung senkrecht zur Mittelachse „a" (2),
bevorzugt (anders ausgedrückt,
einem Querschnitt (in der Richtung senkrecht zur Mittelachse) ohne
Spannungserhöher
(d. h. ohne Verbindungsstücke
und dergleichen, vor allem längs
des oberen Teils der Kammer (d. h. außer dem Verbindungsstück von der
Kammer zum Flansch))). Der Krümmungsquerschnitt
ist ein abgeschnittener halbelliptischer stetiger Krümmungsquerschnitt,
der außerdem
asymmetrisch ist, wobei die Asymmetrie in Bezug zur Symmetrie mit
der anderen, ungleichen „Hälfte" der Krümmung (z.
B. des anderen Teils der Ellipse 14, wie sie in Phantomdarstellung
auf der 3 dargestellt ist) vorliegt
und der Querschnitt in der Richtung senkrecht zur Mittelachse zugrunde
gelegt wird. Der Mittelpunkt der Ellipse, die durch die halbelliptische
Geometrie der Kammer gebildet wird, liegt bis zu ungefähr 10% unterhalb
der Basis der Kammer. In 3 liegt der Mittelpunkt 4 der
Hauptachse (Am) unterhalb der Basis 16 der
Kammer. Mit anderen Worten: Normalerweise bildet die Geometrie ein
Verhältnis
der inneren Breite (wi) zu der inneren Höhe (hi) von größer als
oder gleich ungefähr
0,5, wobei größer als
oder gleich ungefähr
1,0 bevorzugt und größer als
oder gleich ungefähr
1,5 besonders bevorzugt wird. Vorzugsweise ist das Verhältnis von
Breite (wi) zu Höhe (hi)
kleiner als oder gleich ungefähr
3,0, wobei kleiner als oder gleich ungefähr 2,5 mehr bevorzugt und kleiner
als oder gleich ungefähr
2,0 besonders bevorzugt wird. Besonders bevorzugt wird eine Höhe (hi), die bis zu ungefähr 49% der Hauptachse (Am) der Ellipse beträgt, wobei eine Höhe (hi), die gleich ungefähr 44% bis ungefähr 48% der
Hauptachse (Am) beträgt, bevorzugt wird.
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Obwohl,
was die Länge
der Kammer angeht, eine Kammer mit einer beliebigen Länge verwendet
werden kann, sind diese Kammern normalerweise ungefähr 2 Fuß (60,96
cm) bis ungefähr
10 Fuß (304,8
cm) lang, wobei Kammern von ungefähr 4 Fuß (121,92 cm) bis ungefähr 8 Fuß (243,84
cm) normalerweise, um die Herstellung, den Versand, die Handhabung
und den Einbau zu erleichtern, bevorzugt werden. Da diese Kammern
vorzugsweise dafür
ausgelegt sind, untereinander in Serie geschaltet zu werden, lässt sich
die gewünschte
Gesamtlänge
des Kammersystems lediglich durch die Verbundlänge einstellen.
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Um
die Strukturintegrität
weiter zu erhöhen,
umfasst die Kammer eine Vielzahl von in Längsrichtung angeordneten, im
Wesentlichen parallelen Wellenprofilen 3, die eine Serie
von Bergspitzen 5 und Tälern 7 bilden.
Diese Wellenprofile 3 können
jede geeignete Querschnittsgeometrie längs der Schnittlinie 12-12
(siehe 2 und 4) aufweisen, wie z. B. ganz
oder abgeschnitten bogenförmig
(z. B. halbkreisförmig,
halbelliptisch, halbsechseckig, halbachteckig, abgeschnitten dreieckig
und dergleichen), ganz oder abgeschnitten mehrseitig (z. B. dreiseitig,
quadratisch, viereckig, trapezförmig,
sechseckig, achteckig und dergleichen). Wobei außerdem eine Querschnittsgeometrie
längs der
Schnittlinie 8-8 (d. h. in der Richtung senkrecht zur Mittelachse „a"), mit einer stetigen
Krümmung
und bikonkaven Form bevorzugt wird. (Siehe 2.) Die
Seiten der Wellenprofile 3 weisen vorzugsweise einen solchen
Winkel θ und
eine solche Größe auf,
dass die Lastaufnahmeeigenschaften optimiert werden. Im Allgemeinen
können
die Seiten der Wellenprofile 3 einen Winkel θ von bis
zu ungefähr
45° aufweisen,
wobei ein Winkel θ von
ungefähr
3° bis ungefähr 35° bevorzugt
und ein Winkel θ von
ungefähr
5° bis ungefähr 25° besonders
bevorzugt wird.
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Es
können
an den Bergspitzen 5 und/oder Tälern 7 Flüssigkeitsdurchlassbohrungen 9 durch
die Kammer hindurch angeordnet werden, wobei eine Schauöffnung 15 am
Oberteil der Kammer oder in dessen Nähe optional angeordnet ist.
Die Flüssigkeitsdurchlassbohrung 9 kann
jede Größe und Geometrie
umfassen, mit denen sich jeweils die gewünschten Sickerfähigkeiten
erreichen lassen, ohne einen wesentlichen negativen Einfluss auf
die Strukturintegrität
der Kammer zu haben. Einige mögliche
Geometrien umfassen Kreise, Rechtecke und sonstige mehrseitige Formen,
jedoch netzähnliche
Geometrien und dergleichen, sowie Kombinationen, die mindestens
eins der zuvor genannten umfassen.
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Die
Kammer kann mit einer zusätzlichen
Strukturintegrität
ausgestattet werden, indem ein oder mehrere Stützbauelement(e) 11 und/oder
Verbindungselement(e) 13 eingesetzt werden. Die Stützbauelement(e) 11,
die in Längsrichtung
an oder in der Nähe
der Basis der Kammer 1, im Wesentlichen senkrecht zu den
Wellenprofilen 3, angeordnet sind und ein oder mehrere,
vorzugsweise zwei oder mehr, Bergspitzen 5 und Täler 7, überspannen,
verleihen dem Flansch 10 in einer Richtung parallel zur
Länge der
Kammer 1, d. h. in der Längsrichtung, eine Strukturintegrität. Zur Abstützung des
Flansches 10 in der Richtung senkrecht zur Länge der
Kammer 1 können
ein oder mehrere Verbindungselemente 13 optional an dem
Flansch 10 angeordnet werden, die sich von der Kammer 1 aus
nach außen
erstrecken. Wenn die Stützbauelement(e) 11 eingesetzt
werden, können
die Verbindungselement(e) 13 zwischen der Kammer 1 und
dem (den) Stützbauelement(en) 11 angeordnet
werden oder sich von dem (den) Stützbauelement(en) 11 nach
außen
erstrecken. Vorzugsweise sind die Verbindungselement(e) 13 mit
sowohl dem (den) Stützbauelement(en) 11 als
auch der (den) Bergspitze(n) 5 und/oder dem Tal (den Tälern) 7 der
Kammer 1 in direktem Kontakt, wobei zwei, in direktem Kontakt mit
einem Wellenprofil 3 angeordnete Verbindungselemente 13 bevorzugt
werden. (Siehe 6.)
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Sowohl
das (die) Stützbauelement(e) 11 als
auch das (die) Verbindungselement(e) 13 können massiv ausgeführt oder
hohl; homogen, gefüllt
oder ein Verbundstoff sein; und können jede Geometrie aufweisen,
die die gewünschte
Strukturintegrität
bereitstellt. Einige mögliche
Geometrien umfassen jene, die für
die Wellenprofile 3 eingesetzt wurden. Außerdem kann
die Größe des (der)
Stützbauelement(e)s 11 und
des (der) Verbindungselement(e)s 13 ähnlich sein, wobei das (die) Stützbauelement(e) 11 vorzugsweise
eine Höhe
aufweist (aufweisen), die gleich der oder kleiner als die Höhe der Verbindungselemente 13 ist.
Eine Höhe
des Verbindungselementes von ungefähr 100% bis ungefähr 600%
der Höhe
des Stützbauelementes
wird bevorzugt, wobei eine Höhe
von ungefähr
300% bis ungefähr
500% der Höhe
des Stützbauelementes
besonders bevorzugt wird. Obwohl eine Höhe des Verbindungselementes
von bis zu ungefähr
15% der Höhe
der Kammer und eine Breite von bis zu ungefähr 95% oder mehr der Breite
des Flansches 10 verwendet werden können, werden normalerweise
eine Höhe
von ungefähr
2% bis ungefähr
12% der Höhe
der Kammer und eine Breite von bis zu ungefähr 80% der Breite des Flansches 10 verwendet,
wobei eine Höhe
von ungefähr
5% bis ungefähr 10%
der Höhe
der Kammer bevorzugt wird.
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Die
Länge des
(der) Stützbauelement(e)s 11 sollte
ausreichend sein, um dem Flansch 10 die gewünschte Strukturintegrität zu verleihen.
Im Allgemeinen beträgt
die Länge
des (der) Stützbauelement(e)s 11 bis
zu ungefähr
100% der Länge
der Kammer 1, wobei eine Länge von bis ungefähr 70% der
Länge der
Kammer 1 normalerweise ausreichend ist. Alternativ dazu
kann das (können
die) Stützbauelement(e) 11 eine
Vielzahl von in Längsrichtung,
mit Unterbrechungen entlang der Länge des Flansches 10,
angeordneten Bauelementen umfassen, wobei jedes Bauelement vorzugsweise
eine Länge
aufweist, die mindestens eine Bergspitze oder ein Tal überspannt
und wobei eine Länge,
die mehrere Bergspitzen und Täler überspannt,
bevorzugt wird.
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Obwohl
das (die) Stützbauelement(e) 11 über die
Breite des Flansches 10 hinweg an jeder Stelle angeordnet
werden kann (können),
wird es bevorzugt, dass das (die) Stützbauelement(e) 11 in
einer Abstandsbeziehung zur Basis der Bergspitzen und Täler angeordnet
wird (werden), wobei das (die) Verbindungselement(e) 13 zwischen
denselben angeordnet wird (werden). Bei dieser Ausführungsform
weist das (weisen die) Verbindungselement(e) 13 vorzugsweise
eine Länge
auf, die im Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen dem (den) Stützbauelement(en) 11 und
der Basis der Bergspitzen 5 und/oder Täler 7 ist. Alternativ
dazu kann das (können
die) Verbindungselement(e) 13 eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen
gleich der Breite des Flansches 10 ist, wobei entweder
das (die) Stützbauelement(e) 11 nicht
verwendet würde(n)
oder das (die) Stützbauelement(e) 11 an
dem Flansch 10 mit Unterbrechungen und in Längsrichtung
angeordnet würde(n). Im
Allgemeinen beträgt
die Länge
des (der) Verbindungselement(e)s 13 bis zu ungefähr 5 Zoll
(12,7 Zentimeter (cm)), wobei ungefähr 0,5 Zoll (1,27 cm) bis ungefähr 4 Zoll
(10,16 cm) typisch sind.
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Für eine 7,5-(228,6
cm) bis 8-Fuß-(243,8
cm) Kammer beispielsweise, die eine Höhe von ungefähr 20 Zoll
(50,80 cm), eine Breite von ungefähr 38 Zoll (96,52 cm) und eine
halbkreisförmige
stetige Krümmungs-Kammergeometrie
aufweist, kann das (können
die) Stützbauelement(e) 11 eine
Höhe von
ungefähr
0,6 Zoll (1,52 cm), eine Breite von ungefähr 0,7 Zoll (1,78 cm) und eine
Länge von
ungefähr
5 Fuß (152,4
cm) bis ungefähr
5,5 Fuß (167,6
cm), mit einer Dreiseiten-Viereckgeometrie, aufweisen. Ebenso kann
das (können die)
Verbindungselement(e) 13 eine Dreiseiten-Viereckgeometrie,
mit einer Höhe
von ungefähr
0,3 Zoll (0,76 cm), einer Breite von ungefähr 0,5 Zoll (1,27 cm) und einer
Länge von
ungefähr
0,53 Zoll (1,35 cm) aufweisen. Alternativ dazu kann das (können die)
Stützbauelement(e) 11 für eine andere
7,5-(228,6 cm) bis 8-Fuß-(243,8 cm)
Kammer, die eine Höhe
von ungefähr
20 Zoll (50,80 cm), eine Breite von ungefähr 38 Zoll (96,52 cm) und eine
halbkreisförmige
stetige Krümmungs-Kammergeometrie
aufweist, eine Höhe
von ungefähr
0,5 Zoll (5,08 cm), eine Breite von ungefähr 0,3 Zoll (0,76 cm) und eine
Länge von
ungefähr
5 Fuß (152,4
cm) bis ungefähr 5,5
Fuß (167,6
cm), mit einer Dreiseiten-Viereckgeometrie, aufweisen. Ebenso kann
das (können
die) Verbindungselement(e) 13 eine Dreiseiten-Viereckgeometrie,
mit einer Höhe
von ungefähr
2,5 Zoll (6,35 cm), einer Breite von ungefähr 0,188 Zoll (0,478 cm) und
einer Länge
von ungefähr
0,53 Zoll (1,35 cm) aufweisen. (Siehe 6.) Eine
weitere Erhöhung
der Strukturintegrität
lässt sich
durch die Verwendung einer Endplatte, einer Prallplatte oder dergleichen
erreichen. Die Endplatte 17, die optional an einem oder
an beiden Enden der Kammer oder einer Serie von Kammern und/oder
an verschiedenen dazwischenliegenden Stellen angeordnet ist, umfasst
vorzugsweise ein Material und eine Geometrie, die der Kammer und
der Endplatte die gewünschte Strukturintegrität verleihen.
(Siehe 3.) Die Querschnittsgeometrie der Endplatte 17 ist
vorzugsweise im Wesentlichen der Geometrie der Kammer ähnlich,
an der die Endplatte 17 so angebracht wird, dass dem Eindringen
des Erdreiches bei unterirdischem Einbau entgegengewirkt wird. Folglich
ist die Endplatten-Querschnittsgeometrie senkrecht zur Achse (A)
vorzugsweise eine Geometrie mit im Wesentlichen stetiger Krümmung (z.
B. eine halbelliptische Geometrie oder dergleichen, wie dies für die Kammer
beschrieben wurde), während
die Querschnittsgeometrie parallel zur Achse (A) eine halbabgerundete
Ausführung
ist (z. B. eine bogenförmige,
halbkugelförmige,
plankonvexe, konvexkonkave, bikonvexe Ausführung und dergleichen, wobei eine
konvexkonkave und eine plankonvexe Ausführung bevorzugt werden) (siehe 7 und 8).
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Die
geometrischen Abmessungen der Endplatte 17 können dabei
beliebig sein, sofern nur die gewünschte Strukturintegrität dadurch
verliehen wird. Beispielsweise kann die Endplatte 17 in
das Ende der Kammer 1 passen, das die Kammer mit dem Vorsprüngen (nicht
dargestellt) verbindet, die in die Ausnehmungen oder Öffnungen
in der Kammer 1 eingreifen. Alternativ dazu kann die Endplatte 17 einen
Flansch oder eine Barriere umfassen, die um deren Umfang herum angeordnet
ist. Am Flansch können
ein oder mehrere Schnappverbinder angeordnet sein, die in eine Lippe
an der Öffnung
der Kammer eingreifen. Die Abmessungen der Endplatte 17 bilden
vorzugsweise ein Verhältnis
von Breite (w) zu Höhe
(h) von bis zu ungefähr
3,0, wobei ein Verhältnis
von bis zu ungefähr
2,0 bevorzugt und ein Verhältnis
von bis zu ungefähr
1,75 besonders bevorzugt wird. Außerdem wird ein Verhältnis von
Breite (w) zu Höhe
(h) von größer als
oder gleich ungefähr 1,0
bevorzugt, wobei größer als
oder gleich ungefähr
1,25 mehr bevorzugt und größer als
oder gleich ungefähr 1,5
besonders bevorzugt wird.
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Die
Stirnfläche 21 der
Endplatte 17 kann genauso jede Geometrie und jede Ausführung aufweisen,
die dem Verwaltungssystem die gewünschte Strukturintegrität verleiht.
Vorzugsweise ist die Endplatte 17 dafür ausgelegt, als eine Endplatte
(an einem oder an beiden Enden des Verwaltungssystems) oder als
eine Stütze und/oder
eine Prallplatte (in dem Verwaltungssystem) verwendet zu werden.
Normalerweise ist mindestens eine Endplatte (Prallplatte) an oder
in der Nähe
von jedem Ende einer jeden Kammer angeordnet. Obwohl demzufolge
nachgeschaltete Kammern miteinander verbunden werden, würde eine
Stütze
an dem oder in der Nähe
des Verbindungspunkt(es) verwendet werden, um die gewünschte Strukturintegrität des Systems
sicherzustellen. Optional kann eine Endplatte in einem oder mehreren
der Wellenprofile 3 entlang der Länge der Kammer angeordnet werden,
um die Strukturintegrität
der Kammer noch weiter zu verbessern.
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Eine
oder beide Seiten der Endplatte 17 können einen oder mehrere Flüssigkeitskanäle aufweisen,
die der Flüssigkeit,
d. h. dem Regenwasser und sonstigen Abflusswasser (nachfolgend als
Regenwasser bezeichnet), gestattet, in die Kammer 1 oder
zwischen verbundene oder benachbarte Kammern zu strömen. Außerdem können Absätze 23, 25, 27 und
sonstige Elemente optional an der Stirnfläche 21 für die Aufnahme
und die Abstützung
einer Leitung, wie z. B. eines Entwässerungsrohres oder dergleichen,
angeordnet werden. Folglich weisen die Absätze 23, 25, 27 vorzugsweise
einen im Wesentlichen konkaven oberen Teil mit einer allgemeinen
Geometrie auf, die mit der der Endplatte vergleichbar ist. Alternativ
dazu lassen sich Rohrkerben verwenden, um ein einfacheres Schneiden
der Endplatte zu ermöglichen,
um dadurch die Aufnahme einer Leitung zu gestatten.
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Die
Endplatte 17 kann außerdem
sonstige Merkmale zur Vereinfachung der Handhabung und/oder der Verbesserung
des Gebrauchs umfassen. Mögliche
zusätzliche
Merkmale umfassen: Leitungsanschläge, um entgegenzuwirken, dass
die Leitung an einer zweiten Seite der Endplatte anliegt und den
Durchfluss blockiert, wodurch das Abfließen des Regenwassers durch
die Leitung hindurch, in die Endplatte, durch die Endplatte hindurch
und in die Kammer hinein bewirkt wird; eine Spritzplatte, die an
der Basis der Endplatte angeordnet ist, die sich in die Kammer erstreckt,
um die Erosion des Erdreiches in der Kammer infolge des Einlasses
von Regenwasser aus der Leitung und/oder der Endplatte zu verhindern;
einen inneren Kanal für
den Regenwasserstrom durch die Endplatte; Stützstationen an einer oder beiden Seiten
der Endplatte, um der Endplatte die Strukturintegrität bereitzustellen;
und dergleichen sowie konventionelle Endplattenmerkmale.
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Obwohl
die Endplatte 17 aus jedem Material gefertigt werden kann,
das in der Regenwasserumgebung beständig ist und die gewünschte Strukturintegrität bereitstellt,
besteht die Endplatte 17 zur Erleichterung der Herstellung,
zu Einsparungszwecken, zur Verbesserung der Leistung infolge der
Anpassung der Wärmedehnzahlen
usw. vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Kammer 1.
Im Allgemeinen besteht die Endplatte aus einer Hohlstruktur, obwohl
der Innenraum optional ein Schaummaterial oder sonstiges Verstärkungsmaterial
umfassen kann.
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Darüber hinaus
können
die Kammern und die Endplatten getrennt bzw. an Ort und Stelle geformt
werden, wobei verschiedene Presstechniken, wie z. B. Spritzgießen, Vakuumformen,
Pressformen, Rotationsformen, Blasformen, Formpressen und dergleichen,
zur Anwendung kommen. Aus Einsparungs-, Lagerhaltungs- und Handhabungszwecken
werden die Kammern und die Endplatten vorzugsweise an Ort und Stelle
geformt, wobei die Endplatten einstückig mit den Kammern geformt
werden. Eine oder beide Endplatten lassen sich anschließend entfernen
(entweder in der Fertigungseinrichtung, an der Lagerstätte, vom
Endanwender, oder anders) oder als eine einzige Einheit beibehalten.
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Die
Kammern können
unterirdisch, unterhalb der Parkplätze und sonstiger Bereiche,
wo die Regenwasserverwaltung gewünscht
wird, eingebaut werden. Beispielsweise wird ein ungefähr 4 Fuß (121,92
cm) tiefes Loch, das eine Breite und eine Länge aufweist, die mit der gewünschten
Anzahl von Kammern vereinbar ist, hergestellt. Die Kammern werden
anschließend
in dem Loch platziert, wobei nachgeschaltete Kammern an die vorherigen
Kammern mittels einer Flüssigkeitsleitung
oder durch bloßes Überlappen
von einer oder mehreren Bergspitzen und/oder Tälern in der Nähe eines
Endes einer Kammer und dem Beginn der nachfolgenden Kammer angeschlossen
werden. Unterhalb des Überlappungsabschnitts
wird vorzugsweise eine Stütze
oder eine Prallplatte (z. B. Endplatte) angeordnet, um die gewünschte Strukturintegrität zu erreichen.
Normalerweise würde
der größte Absatz
bzw. die größte Rohrkerbe von
der Stütze
entfernt, um den leichten Durchlass des Regenwassers zwischen den
nachgeschalteten Kammern zu ermöglichen.
-
Das
Regenwasser-Verwaltungssystem der vorliegenden Erfindung beseitigt
die Probleme, die mit konventionellen Systemen mit Wasserbecken
verbunden sind, die Probleme des stehenden Wassers und den Landverbrauch
durch die Becken einschließen.
Das System, das eine ununterbrochene, stetige Krümmungs-Querschnittsgeometrie
verwendet, die die Spannungserhöher
von konventionellen Ausführungen
beseitigt, erfüllt
die Rohrnormen sowohl der AASHTO-Normvorschriften für Straßenbrücken, Abschnitt 18,
als auch der CPPA-(Corrugated Polyethylene Pipe Association) Vorschriften,
wie dies in der nachstehenden Tabelle ersichtlich ist. Die Tabelle
legt die Sicherheitsprüfdaten
(Spezifikation AASHTO H-20) für
eine Kammer der vorliegenden Erfindung dar, die eine Materialdicke
von ungefähr
0,100 Zoll (0,254 cm) bis ungefähr
0,425 Zoll (1,08 cm) und einen Biegemodul von ungefähr 1.070
MPa (ungefähr
155.000 pounds per square inch) aufweist.
-
Die
Prüfung
der Kammern erfolgte in einer kontrollierten Feldumgebung. Die über das
Erdreich übertragenen
Lasten wurden in den Druck umgewandelt, der auf eine eingegrabene
Struktur einwirkt, indem die Last variiert wurde, basierend auf:
der Tiefe des Erdreiches, dem Verdichtungsgrad, dem Wassergehalt
und der Bodenart. Da es unpraktisch (und fast unmöglich) ist,
ein Fahrzeug zu nutzen, das eine H-20-Last mal dem gewünschten
Sicherheitsfaktor von zwei (2) übertragen
könnte,
wurde der wirksame Druck auf die eingegrabene Struktur extrapoliert,
und zwar unter Verwendung des Boussinesq-Formelausdruckes (siehe
Druckzwiebeln (pressure bulbs) in: Bowles, J. E., Foundation Analysis
and Design, 5
th Edition, McGraw-Rill, NY
(1996),
5–
4, p. 292).
Um folglich den Druck (d. h. die Last) zu bestimmen, die auf eine
eingegrabene Struktur mit einer H-20-Last einwirkt, wurde eine Boussinesq-Kurvenverteilung
zur Berechnung des Einflusses auf die Struktur benutzt.
| TABELLE |
| Tiefe
(in Zoll) | 6 | 12 | 18 | 20 | 24 |
| q/q° Peak (%) | 0,9 | 0,62 | 0,3 | 0,35 | 0,3 |
| Stoß | 1,3 | 1,3 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| last | | | | | |
| 14.100
lb/ft2 (20,98 kPa) | 1+ | 1,45 | 2,5 | 2,79 | 3,25 |
| 16.000
lb/ft2 (23,81 kPa) | 1+ | 1,28 | 2,20 | 2,45 | 2,86 |
-
In
der Tabelle bezieht sich die q/q°-Beziehung
auf den Druck, der bei einer gegebenen Abdeckung auf die Struktur
ausgeübt
wird. Beispielsweise werden bei einer Abdeckung von 6 Zoll (15,72
cm) 90% der Last von den Fahrzeugen auf die eingegrabene Struktur übertragen.
Außerdem
kommt eine Stoßzahl
bzw. ein Schwingbeiwert zur Anwendung, um die dynamische Kraft des
Fahrzeuges zu berücksichtigen.
Durch Belastung der Kammer bei einer 6-Zoll-(15,72 cm) Abdeckung
mit einer H-20-Last lässt
sich mithilfe der Boussinesq-Berechnung die wirksame Last berechnen,
die sich bei ihrer Einwirkung im Falle von 18 Zoll (45,72 cm) ergeben
hätte.
-
Wie
sich aus der Tabelle entnehmen lässt,
erreicht die Kammer eine hohe Strukturintegrität, z. B. eine Sicherheitsbemessung
von größer als
oder gleich ungefähr
1 für AASHTO
H-20, mit einer Bemessung von größer als
oder gleich ungefähr
2 für verdichtete
Erdabdeckungen von mindestens ungefähr 18 Zoll (45,72 cm), wobei
die Verdichtung gemäß ASTM D2321
und D2487 sowie AASHTO M43 erfolgt. Tabelle 2 gibt einige beispielhafte
Materialien und Normen vor.
| TABELLE
2 |
| | ASTM D2321 | ASTM D2487 | M433 | Verdichtung/Dichteanf
orderung |
| N2 | Beschreibung | N2 | Beschreibung | N2 |
| Gewasch enes Brechkorn 1 | IA | Lose rein hergestellte
Grobzuschlag stoffe | GW | Kantiges
Kiesbrechkorn, Brechkies, zerkleinerte Schlacke; große Hohlräume mit kleinem
oder keinem Feinkorn4 | 5
56 | Sohle:
mindestens 2 senkrechte Walzgänge
der Vibrationswalze mit voller dynamischer Kraft.
Abdeckung:
Verdichtet mit einer geführten
Rüttelplatte
oder einer Vibrationswalze, dynamische Kraft kleiner als 10.000
lbs (4535,92 kg). |
| abgestuft
er körniger Boden | II | Reine
grobkörnige Böden | GW - GM | Kies, Kies-Sand-Mischungen < 5 % Feinkorn | 57
6
67 | Abdeckung:
Verdichtet auf einen Mindestwert der 95-%-Standard-Proctordichte in
Hubhöhen
von 6 Zoll (15,24 cm). Verwendung einer Vibrationswalze mit einem
max. Fahrzeuggesamtgewic ht von 12.000 lb (5443,11 kg) und einer
max. dynamischen Kraft von 20.000 lb (9071,85 kg). |
| | 11
1 | Grobkörnige Böden mit
Feinkorn | GW - GC | Kies
mit Sand-SchluffMischungen 5–12% Feinkorn4 | Kies und San d mit < 10 % Feinkorn 4 | |
| Sand | N/A | N/A (= Nicht verfügbar) | SW | Sande,
kiesige Sande; < 5% Feinkorn4 | N/A | Abdeckung: Verdichtet auf einen Mindestwert
der 95-%-Standard-Proctordichte
in Hubhöhen
von 6 Zoll (15,24 cm). Verwendung einer Vibrationswalze mit einem
max. Fahrzeuggesamtgewic ht von 12.000 lb (5443,11 kg) und einer
max. dynamischen Kraft von 20.000 lb (9071,85 kg). |
| SW - SM | Sand
mit Kies-Schluff-Mischungen
5–12% Feinkorn4 |
| SW - SM | Sand
mit Mischungen aus Ton (oder schluffigem Ton) und Kies 5–12% Feinkorn4 |
- 1Größe: 1,5
bis 2 Zoll (3,81 bis 5,08 cm)
- 2Bezeichnungsweise
- 3AASHTO
- 4Feinkorn bezieht sich auf Erdreich,
das bei Nr.-200-Siebanalysen durchgelassen wird.
-
Wenn
beispielsweise die Kammern im Erdboden angeordnet sind, wobei eine
verdichtete Abdeckung (z. B. Sand, Ton, Erdreich, Kies, Gestein
oder eine Kombination, die mindestens eine der zuvor genannten Abdeckungen
umfasst) von mindestens ungefähr
18 Zoll (45,72 cm) über
den Kammern angeordnet ist, weist das Flüssigkeits-Verwaltungssystem
bei Zugrundelegung von AASHTO H-20 eine Sicherheitsbemessung von
größer als
oder gleich ungefähr
1,95 auf.
-
Konventionelle
Systeme dagegen, die häufig
eine Geometrie verwenden, die eine gekrümmte obere Fläche mit
im Wesentlichen geraden Seiten aufweisen, erfüllen keine solchen strengen
Strukturintegritätsnormen
und/oder halten keine solche Strukturintegrität über eine bei diesen Anwendungen
erforderliche Zeitdauer, d. h. bis zu ungefähr 30 Jahren, aufrecht. Bei
den Prüfungen
wie sie oben dargelegt wurden, kamen zwei Kontrollproben zur Anwendung,
wobei die Kontrollprobe A eine konventionelle Faulsystem-Sickerkammer mit Spannungserhöhern war
und die Kontrollprobe B ein doppelwandiges Wellrohr mit einem Durchmesser
von 36 Zoll war. Alle beiden Kontrollproben versagten, d. h. sie
fielen zusammen, wie dies durch eine Sichtprüfung nachgewiesen wurde, die
Verformungen und/oder einen Bruch zeigten. Die Kontrollprobe A fiel
bei einer Achslast von 22.750 pounds (lbs.) (11.380 lbs. pro Reifen)(1
lb = 0,45359237 kg) zusammen, wobei eine Abdeckung von 12 Zoll (30,48
cm) vorhanden war. Unterdessen fiel die Kontrollprobe B bei einer
Achslast von 28.220 pounds (lbs.) (14.100 lbs. per Reifen) zusammen,
wobei eine Abdeckung von 6 Zoll (15,24 cm) vorhanden war.
-
Jetzt
wird auf 5 Bezug genommen, die außerdem den
Anteil der Oberflächen-Druckverteilung
in der Längs-
und der Quer-(Umfangs-)Richtung veranschaulicht, wobei eine Boussinesq-Methodologie
eingesetzt und ein quadratisches Fundament von 20 Zoll × 20 Zoll
(50,80 cm × 50,80
cm) für
die Last angenommen wird. Wie sich allgemein erkennen lässt, nimmt
der Anteil der auf die Kammer einwirkenden Last ab, wenn man sich
vom Mittelpunkt aus wegbewegt.
-
Bei
konventionellen Kammern sind die Stellen, an denen die Seiten auf
den gekrümmten
oberen Teil stoßen,
Anfangsdurchbiegungsbereiche (d. h. Spannungserhöher), die zu Spannungsrissen
und zum Versagen führen.
Die hier in diesem Dokument offenbarten Kammern des Regenwasser-Verwaltungssystems
halten die AASHTO-Rohrnormen über
eine Zeitdauer von mehr als ungefähr 30 Jahren ein oder übertreffen
dieselben, wobei bis zu 50 Jahre und mehr erreichbar sind.
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Es
ist dabei deutlich zu machen, dass das Regenwasser-Verwaltungssystem
bei anderen Flüssigkeitsverwaltungs-Anwendungen,
die insbesondere Faulsystemsickerfelder umfassen, zur Anwendung
kommen kann.