Schülerversuch zu Auftriebsproblemen im Kanalbau

Die Problematik des Auftriebs von Becken, Schächten und Rohren u.a. durch Grundwasser kann in einem einfachen Modellversuch gezeigt werden. Dabei wird eine das Schacht- bzw. Rohrmodell umgebende Schale mit Wasser befüllt und der Zeitpunkt (Wasserstand) festgehalten, bei dem es zum Auftrieb des Modells kommt.

Die naturwissenschaftlichen Grundlagen (Archimedes, Newton), die mathematischen Berechnungen (Algebra, Geometrie, Verhältnisrechnung) und ingenieurtechnischen Versuche (Messgrößen: Gewicht, Abmessungen, Wasserstände) eignen sich gut für Schüler*innen der gymnasialen Mittelstufe. Die im Modellversuch gemessenen Größen sind mit der theoretischen Berechnung zu vergleichen. Der Versuch kann für unterschiedliche Objekte (Rohrmaterialien, Schächte, leer, befüllt, beschwert etc.) durchgeführt werden. Die Handberechnung kann mit MS-Excel durchgeführt werden. Die Übertragbarkeit vom Modell zur Praxis ist zu diskutieren, ebenso die Verwendung von Ingenieurtools (Auftriebsrechner von Rohrherstellern) und Maßnahmen gegen die Problematik.

Video "Schachtauftrieb" zum Schülerversuch 07./08.05.2025.

Ergebnis am Beispiel: Die Berechnung ergibt ein "Aufschwimmen" des Kunststoffschachtes (170 g) bei ca. 4 cm Wasserstand. Dies bestätigt der Modellversuch. Durch Beschweren des Schachtes wird das "Aufschwimmen" verhindert. Das Thema "Auftrieb" betrifft auch Rohre, allerdings unterschiedlich je nach Rohrmaterial. Leere und leichte Rohre schwimmen "eher" auf. Die Dichte der Flüssigkeit hat auch einen Einfluss.

Bilderdokumentation: "Rohrauftrieb bei unterschiedlichen Rohren / Randbedingungen"

 Bildaufnahmen: Mai 2025

 Der Bezug zum Fach kann sich aus hohen Grundwasserständen und bei Hochwasser/Überflutung ergeben. Betroffen sind insb. die nicht ständig gefüllten Becken (RÜBs/RRBs), auch Schächte und Rohre aus Kunststoff. Im Kanalbau ist der Auftrieb bei der Verwendung von Flüssigboden zu berücksichtigen.