ERDBEBEN Fachgebiet: Verkehrswegebau Referent: Fabian Schlömer

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Dirk Berg
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1 ERDBEBEN Fachgebiet: Referent: Verkehrswegebau Fabian Schlömer

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3 Gliederung 3 1. Plattentektonik 2. Erdbeben 2.1 Entstehung von Erdbeben 2.2 Typologie von Erdbeben 2.3 Erbebenstärke 3. Erdbebenvorkommen 3.1 Tohoku 3.2 Deutschland 4. Erdbebennormen 5. Bemessung

4 4 1. Plattentektonik

5 Plattentektonik 5 Lithosphäre keine durchgehende Schale, sondern besteht aus 20 starren Platten Kontinentalplatten km dick schwimmen auf weichem Magma Bewegung der Platten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit von ca. 2,5 15 cm/jahr relativ zueinander Plattengrenzen Divergente Plattengrenze Platten bewegen sich voneinander weg -> Grabenstruktur (Rift) Konvergente Plattengrenze Platten stoßen gegeneinander -> Sea Floor Spreading Transformplattengrenze Platten gleiten aneinander vorbei (ruckartig) z.b. San-Andreas-Graben

6 6 Kontinentalplatten

7 7 Plattengrenzen

8 8 2. Erdbeben

9 9 Entstehung von Erdbeben Stricke Slip Mechanismus: 90 % aller Erdbeben entstehen dadurch, dass die Kontinentalplatten aneinander vorbeirutschen oder sich übereinander schieben (Subduktion) Durch einen Zustand der Haftreibung wird Spannung aufgebaut ruckartige Spannungsentladung durch Gleiten / Verschieben wellenartige Fortpflanzung des Rucks -> Erdbeben

10 10 Typologie von Erdbeben Wellentypen nach Fortpflanzungsgeschwindigkeit Primärwellen, P - Wellen Longitudinalwellen, die sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 6000 m/s ausbreiten Sekundärwellen, S- Wellen Transversalwellen oder Scherwellen, die sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3400 m/s ausbreiten Rayleigh Wellen, R Wellen Oberflächenwellen mit einer elliptischen Bewegung ähnlich Meereswellen, mit relativ großen Amplituden Ausbreitungsgeschwindigkeit noch geringer als bei S - Wellen

11 11 Typologie von Erdbeben - Video

12 12 Erdbebenstärke Richterskala (Charles Francis Richter 1935) Maß für die gesamte freigesetzte Schwingungsenergie Richter-Magnitude ist der 10er Logarithmus des Maximalausschlags (gemessen in 1/1000 mm) eines Standard Seismographen -> Ausschlag von 100 mm entspricht einer Magnitude von mm entspricht einer Magnitude von 6 EMS Skala (Europäische Makroseismische Skala) Maß für die Intensität eines Bebens nach Wahrnehmung und Grad der Schäden beschreibt Auswirkungen des Erdbebens in 12 festgelegten Stärkegraden I bis XII Im Vergleich zu Richterskala nach oben nicht offen; Messung nicht instrumentell Vorteil der Einstufung historischer Beben Grundlage für Werte der DIN 4149:2005

13 13 Erdbebenstärke

14 14 3. Erdbebenvorkommen

15 15 Erdbeben Tohoku Japan liegt auf der seismisch aktivsten Zone der Erde dem Ring of Fire Schnittpunkt dreier Kontinentalplatten Epizentrum befindet sich in einer Subduktionszone, in der sich die Pazifische Platte unter die Ochotskische Platte schiebt

16 16 Erdbeben Tohoku

17 17 Erdbeben Tohoku

18 18 Erdbeben Tohoku Daten: Datum: Herdzeit: 06:46:24 Uhr MEZ Breite: N Länge: E Tiefe : 32 km Magnitude: 9.0 Schäden: Tote Vermisste Häuser und Gebäude beschädigt Häuser und Gebäude zerstört $309 Milliarden Schaden Stärkstes Erdbeben in Japan! 4 stärkstes weltweit seit 1900!

19 19 Erdbeben Deutschland Historische und jüngere Beben in Deutschland und den Nachbarsländern Erdbeben bei Jahr Lokal - Magnitude Intensität Todesopfer/ Schaden Herzogenrath ,9 VIII n.b. Tollhausen 1878 n.b. VIII Tote Albstadt ,1 VIII n.b. Saulgau ,8 VII - VIII 0,75 Mio RM Albstadt ,6 VIII n.b. Euskirchen ,0 VII - VIII n.b. Albstadt ,7 VII - VIII 75 Mio. EUR Roermond ,9 VII Verletzte Waldkirch ,4 VI 3 Mio. EUR Erdbeben - Häufigkeit in Deutschland Magnitude (MW) Anzahl/Jahr , ,2

20 20 Erdbeben in Deutschland

21 21 4. Erdbebennormen

22 Erdbebennormen 22 DIN EN : (EC8) DIN 4149:

23 23 Erdbebengerechter Entwurf Einfachheit des Tragwerks Wahl von aussteifenden Tragwerksteilen ähnlicher Steifigkeit und Tragfähigkeit Vermeidung von Steifigkeitssprüngen zwischen übereinanderliegenden Geschossen Wahl von torrsionssteifen Konstruktionen Wahl duktiler Konstruktionen mit der Fähigkeit zu Energiedissipation Vermeidung großer Massen in oberen Geschossen falls erforderlich, Aufteilung des Tragwerks mittels Fugen in dynamisch unabhängige Einheiten

24 24 Anforderungen und Belastungsansatz Anforderungen an das Tragwerk Bauliche Anlagen sind so zu bemessen und zu konstruieren, dass sie einem definierten Bemessungserdbeben widerstehen können und nach dem Erdbeben eine ausreichende Resttragfähigkeit besitzen. Für nichttragende Bauteile muss das Risiko der Gefährdung von Personen ausgeschlossen werden Erdbebeneinwirkung Erdbebenlasten resultieren aus einer Horizontalbeschleunigung des Bodens, der das Bauwerk aufgrund seiner Massenträgheit nicht folgen will. Vereinfachend stellt man sich vor, die Bauwerksmasse würde in folge einer äußeren Last horizontal beschleunigt werden.

25 25 5. Bemessung

26 26 Bemessungsansatz Für die maximale Querbeschleunigung gilt: S,d = a,g * γi * S * β,0 / q mit : a,g = Bemessungswert der Bodenbeschleunigung γi = Bedeutungsbeiwert S = Untergrundparameter q = Verhaltensbeiwert β,0 = Verstärkungsbeiwert = 2,5 für eine Dämpfung von 5 %

27 27 Bemessungswert der Bodenbeschleunigung Erdbebenzonenkarte Deutschland 1. Wahl des Ortes 2. Ablesen der Erdbebenzone 3. Ablesen des Bemessungsbeiwertes 1. Albstadt 2. Zone 3 3. a,g = 0,8 m/s 2

28 28 Bedeutungsbeiwert Abhängig von der Bedeutung für den Schutz der Allgemeinheit Einteilung in 4 Bedeutungskategorien Bedeutungsfaktor entspricht einem Sicherheitsfaktor

29 Untergrundparameter S abhängig von der Beschaffenheit des: Baugrundes oberflächennahe Untergrund bis 20 m geologischen Untergrundes Bereich ab einer Tiefe von 20 m Untergrundklassen R:

29 29 Untergrundparameter S abhängig von der Beschaffenheit des: Baugrundes oberflächennahe Untergrund bis 20 m geologischen Untergrundes Bereich ab einer Tiefe von 20 m Untergrundklassen R: Fels, Festgestein T: Flache Sedimentbecken und Übergangszonen S: Tiefe Sedimentbecken Baugrundklassen A: Feste bis mittelfeste Gesteine B: Lockergesteine, grobkörnig C: Lockergesteine feinkörnig

30 30 Untergrundparameter S Bestimmung der vorliegenden Kombination Ablesen des Parameterwertes Die geringeren Werte für C-S (0,75) gegenüber C-R (1,50) lassen sich mit der Absorptionswirkung der tiefen Sedimentbecken erklären

31 Verhaltensbeiwert q Berücksichtigung der nichtlinearen dissipativen Tragwerkseigenschaften Voraussetzung ist ein duktiles Verhalten (plastische Verformbarkeit)

31 31 Verhaltensbeiwert q Berücksichtigung der nichtlinearen dissipativen Tragwerkseigenschaften Voraussetzung ist ein duktiles Verhalten (plastische Verformbarkeit) konstruktions- und bauartspezifisch Je höher die gewählte Duktilitätsklasse desto geringer die Erdbebenersatzlast Aber desto höher die Anforderung an die konstruktive Ausbildung

32 32 Bestimmung der Erdbebenersatzlast S,d = a,g * γi * S * β,0 / q mit a,g = 0,8 m/s 2 ; γi = 1,0; S = 1,50; q = 1,0; β,0 = 2,5 S,d = 3,0 m/s 2 enspricht 30% von g

33 33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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