Schadenanalyse Unwetter Untersuchungen zur Verletzlichkeit von Gebäuden und der Wirksamkeit des Objektschutzes

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1 Schadenanalyse Unwetter 2005 Untersuchungen zur Verletzlichkeit von Gebäuden und der Wirksamkeit des Objektschutzes

2 Impressum Herausgeber: Egli Engineering AG Lerchenfeldstrasse 5 CH St. Gallen Auftraggeber: Bundesamt für Umwelt BAFU Worblentalstrasse 68 CH Ittigen Autoren: Dr. Pierre Vanomsen und Dr. Thomas Egli Egli Engineering AG Bern Egli Engineering AG St. Gallen Gutenbergstrasse 20 Lerchenfeldstrasse 5 CH Bern CH St. Gallen Tel: Tel: Fax: Fax: vanomsen@naturgefahr.ch egli@naturgefahr.ch Grafische Umsetzung: Tobias Meyer, Egli Engineering AG, St. Gallen 2

3 Inhaltsverzeichnis Impressum 2 Inhaltsverzeichnis 3 Vorwort 4 Einleitung und Fragestellung 5 1 Verletzlichkeit der Gebäude Übersicht der Prozesse Fallbeispiel Oey Siedlung Fallbeispiel Kien Siedlung Fallbeispiel Brienz Siedlung Fallbeispiel Vitznau Schreinerei Fallbeispiel Gersau Wohngebäude Fallbeispiel Alpnachstad Wohngebäude Fallbeispiel Schüpfheim Wohngebäude Fallbeispiel Entlebuch Wohngebäude und Stallung Fallbeispiel Wohlhusen Schweinestall, Diemtigtal Wohngebäude Schlussfolgerung zum Kapitel Verletzlichkeit der Gebäude 25 2 Objektschutz an Gebäuden Übersicht der Fallbeispiele Fallbeispiel Stansstad Mehrfamilienhaus Fallbeispiel Gwatt (Thun) Mehrfamilienhäuser Fallbeispiel Gwatt (Thun) Uhrenfabrik Fallbeispiel Dallenwil Wasserkraftwerk Fallbeispiel Bern Wohnhaus Fallbeispiel Stans Spital Fallbeispiel Kanton Nidwalden Schlussfolgerung zum Kapitel Objektschutz an Gebäuden 46 3 Umnutzung von Räumlichkeiten im Gebäude Übersicht der Fallbeispiele Fallbeispiel Luzern Büro- und Geschäftshaus Fallbeispiel Sarnen Bank Fallbeispiel Stans Spital Fallbeispiel Bern Wohnhaus Schlussfolgerung zum Kapitel Umnutzung von Räumlichkeiten im Gebäude 50 4 Literatur 51 3

4 Vorwort Die Unwetter 2005 forderten Todesopfer und katastrophale Ausmasse von Sachschäden. Dies veranlasste den Bund die Ursachen in Form einer grossen Ereignisanalyse näher zu analysieren. Das vorliegende Dokument stellt das Ergebnis dieser Detailanalyse zu Fragen der Gebäudeverletzlichkeit und der Wirksamkeit von Objektschutzmassnahmen dar. Die Untersuchungen zur Verletzlichkeit von Tragwerken durch Hangmuren legen die vielen offenen Fragen dar, mit welchen der Ingenieur bei einer Bemessung konfrontiert ist. Es sind weitere Detailanalysen notwendig, um den noch wenig erforschten Prozess des Impacts von Hangmuren auf Tragwerke besser zu verstehen und praxisgerechte Unterlagen für die Bemessung bereitstellen zu können. Die Wirksamkeitsanalyse zum Objektschutz ermittelt die bedeutenden Faktoren für erfolgreichen Objektschutz. Die Festlegung des Schutzziels, wie auch die Betrachtung des Überlastfalles stellen hierbei wesentliche Entscheide im Planungsprozess dar. Die Kenntnis der Szenarien ist ebenso unabdingbar, wie die Kenntnis der Verhaltensweise von Schutzmassnahmen unter den statischen und dynamischen Belastungen. Dr. Ing. ETH, Dipl. Kulturing. ETH Thomas Egli (Geschäftsführer Egli Engineering AG) 4

5 Einleitung und Fragestellung Beim Hochwasserereignis 2005 wurden zahlreiche Gebäude beschädigt, denn nur wenige Gebäude waren auf die Einwirkungen konstruktiv vorbereitet. Ein wichtiger Grund dafür stellt das fehlende Wissen im Bereich des Gebäudeschutzes dar: Betreffend der Grössen der Einwirkungen sind viele Unbekannte vorhanden und eine Dimensionierung der Objektschutzmassnahme ist schwierig. In dieser Untersuchung soll die Verletzlichkeit von Gebäuden in Bezug auf die aufgetretenen Intensitäten der Gefahrenprozesse überprüft werden (Kapitel 1). Weiter werden bereits vor dem Hochwasser 2005 bestehende Objektschutzmassnahmen auf ihre Funktionstüchtigkeit beim Ereignis 2005 geprüft und die Schlüsselfaktoren für einen erfolgreichen Objektschutz ermittelt (Kapitel 2). Zu den Objektschutzmassnahmen zählen auch Umnutzungen von gefährdeten Räumen. Umnutzungen werden auf ihre Wirksamkeit untersucht und die auslösenden Faktoren bestimmt (Kapitel 3). 5

6 1 Verletzlichkeit der Gebäude Die Verletzlichkeit von Gebäudetragwerken wird in Bezug auf die aufgetretenen Einwirkungen durch die Gefahrenprozesse überprüft. Die Einwirkung wird anhand der Intensitätskarte für ganze Siedlungen dargestellt. Oder bei entsprechender Datengrundlage wird die Einwirkung für Einzelgebäude ermittelt. Bei Einzelgebäuden wird die Prozesseinwirkung Überschwemmung bei Wildbächen: Die Einwirkung beinhaltet neben der statischen und dynamischen Überschwemmung speziell Geschiebeverfrachtungen und Treibholz. Schäden an der Tragkonstruktion sind bei angepasster Bauweise selten [1]. Als Fallbeispiel dienen die Siedlungen Oey und Kien. mit verschiedenen einfachen Modellen abgeschätzt und die maximalen Belastungen der Tragkonstruktion des Gebäudes ermittelt. Daraus ergibt sich eine Bandbreite der möglichen Belastungen. Murgang: Ein Murgang unterscheidet sich von der Wildbachüberschwemmung durch die plötzliche, schubartige Einwirkung. Die hohe Dynamik führt in der Regel zu sehr hohen Intensitäten und zu starken 1.1 Übersicht der Prozesse Schäden an der Tragkonstruktion von Gebäuden [1]. Als Fallbeispiel wird die Siedlung Brienz näher untersucht. Überschwemmung bei Seen (statische Überschwemmung): Die Einwirkung besteht aus hydrostatischem Druck. Schäden an der Tragkonstruktion können durch Druck und Auftrieb bei dichten Gebäuden (Wannenkonstruktionen) entstehen [1]. Aus dem Hochwasser 2005 sind keine Fälle betreffend Schäden an der Tragkonstruktion bekannt. Hangmure: Die Einwirkung beinhaltet eine dynamische und eine statische Komponente, welche zu Schäden am Tragwerk führen können [1]. Das Projekt umfasst Einzelgebäude in Vitznau, Gersau, Schüpfheim und Alpnachstad. Überschwemmung bei Flüssen (dynamische Überschwemmung): Die Einwirkung ergibt sich aus den Faktoren Überschwemmungstiefe und Fliessgeschwindigkeit. Das Tragwerk wird häufig durch Unterkolkung des Fundamentes betroffen [1]. Schäden sind in der Schweiz wegen der soliden Bauweise selten. In diesem Projekt wird kein Fallbeispiel zur dynamischen Überschwemmung untersucht. Rutschung: Die Einwirkung weist eine geringe Dynamik auf, dennoch sind Tragwerksschäden an den betroffenen Gebäuden häufig [1]. Als Fallbeispiel wird ein Wohngebäude mit Stallung im Entlebuch untersucht. Ufererosion und Gerinneverlagerung: Durch die Ufererosion und die Gerinneverlagerung kann das Gebäudefundament wegerodiert werden. Das Gebäude rutscht in das Flussbett ab [1]. Als Fallbeispiel werden Einzelgebäude in Wohlhusen und im Diemtigtal untersucht. Die gewählten Fallbeispiele in Tabelle 1 umfassen aufgetretene Gefahrenprozesse, welche durch das Unwetter 2005 verursacht wurden. Ort Objekt Prozess Oey Siedlung Überschwemmung Wildbach Kien Siedlung Überschwemmung Wildbach Brienz Siedlung Murgang Vitznau Schreinerei Hangmure Gersau Wohngebäude Hangmure Alpnachstad Wohngebäude Hangmure Schüpfheim Wohngebäude, Stallung Hangmure Entlebuch Wohngebäude, Stallung Rutschung Wohlhusen Stallung Ufererosion Diemtigtal Wohngebäude Ufererosion, Gerinneverlagerung Tabelle 1: Übersicht der Fallbeispiele im Kapitel Verletzlichkeit der Gebäude 6

7 1.2 Fallbeispiel Oey Siedlung Ausgangslage Im Einzugsgebiet des Chirels fielen zwischen dem 20. bis 22. August 2005 gegen 170 mm Niederschlag. Der Niederschlag führte zu einem Hochwasserstand des Chirels und massiven Geschiebeverlagerungen. Die Folge war ein Rückstau des Chirels bei der Einmündung in die Simme. Durch die Geschiebeablagerung wurde sukzessive das schmale, kanalisierte Gerinne des Chirels flussaufwärts bis auf eine Länge von 1.3 km gefüllt, was zu einer grossflächigen Überschwemmung und Übersarung des Dorfes Oey führte (Abbildung 1) [7]. Abbildung 1: Übersarung in Oey. Knapp sichtbar sind die Autodächer (Foto: Egli Engineering). 7

8 1 Verletzlichkeit der Gebäude Methode Da eine detaillierte Berechnung der Einwirkung auf Einzelgebäudeebene nicht möglich ist, wird die Analyse auf Siedlungsebene graphisch durchgeführt. Dabei wird die Intensitätskarte der Überflutung und Übersarung durch das Ereignis 2005 mit den Gebäuden mit Schäden am Tragwerk ergänzt. Gebäude mit einem Tragwerksschaden weisen eine verkippte, fehlende oder gerissene tragende Mauer auf. Die Intensitätskarte stammt aus [7] Ergebnis Die Übersarung führt zu Wasser, Sand- und Kiesablagerungen in Erdgeschoss und Kellerräumen, der Geschiebetrieb beschädigt zusätzlich die Gebäude. Doch Schäden an der Tragkonstruktion sind selten; in Oey weisen nur 3 Gebäude Tragwerksschäden auf (Abbildung 2). Diese beschädigten Gebäude stehen in der Zone der hohen Intensität mit rund 50 weiteren Objekten, welche unbeschädigt blieben. Der Grund für das geringe Schadenmass liegt in der sukzessiven Einwirkung der Übersarung, welche keine hohe Beanspruchung an die solide Gebäudehülle darstellt. Leichte Nebenbauten aus Holz und Fahrnisbauten auf dem Campingplatz sind jedoch zahlreich beschädigt. Abbildung 2: Intensitätskarte der Überflutung und Übersarung mit den Tragwerksschäden an den Gebäuden in Oey durch den Chirel. Intensitätskarte aus [7]. 8

9 1.3 Fallbeispiel Kien Siedlung Ausgangslage Die hohe Menge der Niederschläge zwischen dem 19. und dem 22. August im Kandertal haben eine Wiederkehrperiode von rund 200 Jahren [8]. Die hochwasserführende Kiene führte sehr viel Geschiebe und Schwemmholz, was zur Auflandung des Gerinnes und Verklausung bei den Brücken führte. In der Folge kam es zu massiven Überschwemmungen und Übersarung des Dorfes Kien, ein Teil des Wassers floss in Richtung Reichenau ab. Die Überschwemmung und Übersarung wurde durch eine Flutwelle ausgelöst, die vermutlich durch einen Murgang eines Seitenbaches mit temporärer Gerinneverklausung der Kiene verursacht worden war [8] Ergebnis Die Tragwerksschäden an den Gebäuden in Kien aufgrund der Übersarung sind selten. Lediglich zwei Objekte links und rechts der Kiene in Brückennähe weisen Schäden an der Tragkonstruktion auf (Abbildung3). Das Gebäude orographisch rechts ist die Sägerei, wo es zu Geschiebeablagerung von bis zu 4 m gekommen ist [8] (Abbildung 5). Die Schäden an den beiden Objekten sind auf Setzung und Verkippung der Grundmauer zurückzuführen. Dadurch wurde die darüberliegende Holzkonstruktion verschoben (Abbildung 4). Die Verkippung der Mauer ist auf einseitige Einschotterung durch Geschiebe zurückzuführen. Die beiden Gebäude befinden sich in der mittleren Intensitätszone, in unmittelbarer Nähe zum Bereich der hohen Intensität. Die rund 13 Gebäude in der Zone mit der Methode hohen Intensität weisen keinen Schaden an der Tragkonstruktion auf, der Grund liegt in der soliden Bauweise. Untersucht wird die Einwirkung der Kiene durch Übersarung und Überschwemmung im Dorf Kien. Die Untersuchung umfasst eine gebietsweise Analyse aufgrund der Intensitätskarte des Ereignisses und den Gebäuden mit Tragwerksschäden. Gebäude mit einem Tragwerksschaden weisen eine verkippte, fehlende oder gerissene tragende Mauer auf. Die Intensitätskarte stammt aus [8]. Abbildung 3: Intensitätskarte der Übersarung in Kien mit den Tragwerksschäden an den Gebäuden. Intensitätskarte aus [8]. 9

10 1 Verletzlichkeit der Gebäude Abbildung 4: Setzung und Verkippung der Grundmauer eines Wohnhauses in Kien (Foto: Egli Engineering). Abbildung 5: Die vollständig zerstörte Sägerei in Kien (Foto: Egli Engineering). 10

11 1.4 Fallbeispiel Brienz Siedlung Ausgangslage Die starken Niederschläge im August 2005 führten zu Rutschungen im Einzugsgebiet des Glyssibaches. In der Folge kam es in der Nacht vom 22. auf den 23. August zu einem Murgang, der das Dorf Brienz schwer traf [6] Methode Da eine detaillierte Berechnung der Einwirkung nicht möglich ist, wird die gebietsweise Analyse aufgrund der Intensitätskarte und der beschädigten Gebäude durchgeführt. Die Darstellung umfasst den vom Glyssibach beeinträchtigten Dorfteil von Brienz. Die Intensitätskarte ist eine Abschätzung aufgrund von Feldkenntnissen und Bildern [18]; es wurde keine unmittelbare Feldkartierung durchgeführt. Als Gebäudeschaden interessiert nur der Tragwerksschaden, das heisst das Gebäude weist eine verkippte, fehlende oder gerissene tragende Mauer auf. Die Gebäude werden nach Baumaterial in Gebäude mit Mauer und Holz oder in Gebäude mehrheitlich mit Mauer unterschieden. Die Einteilung der Gebäude mit und ohne Tragwerksschaden erfolgte nach Ergebnis Die Abbildung 6 zeigt, dass eine gute Übereinstimmung zwischen der Intensitätskarte und den Tragwerksschäden herrscht. Einzelne beschädigte Gebäude befinden sich am äusseren Rand des Intensitätsbereichs und im Bereich der erwarteten Genauigkeit, da es sich bei der Intensitätskarte um eine Abschätzung handelt. Die Art des Baumaterials hat keinen Einfluss auf die Tragwerksschäden sowohl Gebäude, welche mehrheitlich gemauert waren als auch Gebäude aus Mauer und Holz sind schwer beschädigt worden. Die nicht beschädigten Gebäude innerhalb des Intensitätsbereichs fallen in die Klasse Mauer/Holz. Die Verteilung der Tragwerksschäden in Bezug auf die Intensitäten folgt keinem klaren Muster: Tragwerksschäden kommen in beiden Intensitätsklassen vor, auch blieben im Bereich der starken Intensität Gebäude ohne Schaden. Ein möglicher Grund für die inhomogene Verteilung der Tragwerksschäden könnte sein, dass die Nachbargebäude die unversehrten Gebäude geschützt haben. Auch die durch den Murgang mittransportierten Blöcke verursachten selektiv massive Schäden, wie [6] zeigen konnte. [5], die Klassierung der Baumaterialien der Gebäude nach [18]. Abbildung 6: Intensitätskarte der Üebermurung [18] und Gebäude mit einem Tragwerksschaden durch den Murgang in Brienz [5], [18]. 11

12 1 Verletzlichkeit der Gebäude 1.5 Fallbeispiel Vitznau Schreinerei Ausgangslage Am 22. August 2005 beschädigte eine Hangmure die bergseitige Fensterfront einer Schreinerei. Das langsame Losrutschen der Erdmasse kurz vor Arbeitsende wurde bemerkt und Sofortmassnahmen konnten eingeleitet werden. Diese bestanden darin, dass Schalungstafeln vertikal, im Doppel und von aussen vor die Fensterfront gestellt wurden. Der Erfolg war gering; nur das rechte, wenig angestaute Fenster blieb intakt. Die beiden anderen wurden eingedrückt (Abbildung 8) Ergebnis Statischer Erddruck Der statische Erddruck ist der minimale Druck, der auf die Prallwand wirkt, die dynamische Komponente wird dabei nicht berücksichtigt. Der Erdruhedruck beträgt [16]: e = g h 0 K 0 e 0 : Erdruhedruck bodeneben [kn/m 2 ] ρ: Dichte des wassergesättigten Bodens, 1800 kg/m 3 g: Erdbeschleunigung, 9.81 m/s 2 h: Ablagerungshöhe, Prallwand 2.2 m, Fenster links 2.1 m, Fenster Mitte 1.6 m, Fenster rechts 1.1 m K 0 : Beiwert, 0.5. Aus [16] ist K 0 1 sin(φ) und φ = 30 Abbildung 7: Schreinerei in Vitznau betroffen von einer Hangmure (Foto: Zimmermann). Abbildung 8: Aufstauung der Erdmassen an der Prallwand (Foto: Egli Engineering Methode Nach Angaben des Gebäudeeigentümers war die Geschwindigkeit der Hangmure äusserst gering; es war möglich, während dem Prozess Schutzmassnahmen zu ergreifen. Aus diesem Grund wird der statische Erdruhedruck als unterer Wert für die Einwirkung angenommen, das heisst die dynamische Komponente der Hangmure wird für die Abschätzung der Intensität nicht berücksichtigt. Im Gegenzug wird abgeschätzt, wie gross die Druckwerte bis zum Versagen der Schalungstafeln sind. Die Druckwerte hängen von den Stauhöhen ab, welche bei allen drei Fenstern unterschiedlich sind. Das Widerstandsmoment der Fenster wird vernachlässigt. 12

13 Abbildung 9: Prallwand mit Ablagerungshöhe Der Druck nimmt mit zunehmender Tiefe zu, der maximale Druck ist auf Bodenebene erreicht. Der maximale Druck beträgt bei der Prallwand 19 kn/m 2. Die Fensterfront befindet sich rund 0.2 m über der Terrainhöhe, der maximale Erdruhedruck beträgt für das linke Fenster (h = 2.1m 0.2 m) 17 kn/m 2, für das mittlere Fenster 12 kn/m 2, für das rechte Fenster 8 kn/m 2. Fazit Ergebnis Aus den baustatischen Berechnungen kann geschlossen werden, dass die Hangmure mit einem Druck grösser 45 kn/m 2 und kleiner 75 kn/m 2 auf die Prallwand gewirkt hat. Die Druckwerte aus dem Erdruhedruck ohne Berücksichtigung der dynamischen Komponente ergeben zu geringe Werte, als dass es zum Versagen des linken und mittleren Fensters gekommen wäre. Baustatik Die unterschiedlichen Stauhöhen an den Schalungstafeln lassen eine Eingrenzung des Druckes zu. Als Annahme wird die mittlere Biegebruchspannung der Schalungstafel mit σ Br = 36 N/mm 2 veranschlagt. Das Versagen der Schalungstafeln am linken Fenster und mittleren Fenster muss bei einem Druck auf Fensterunterkant grösser 45 kn/m 2 stattgefunden haben. Ab einem Druck von 75 kn/m 2 (Fensterunterkant) hätte mit einem Versagen aller Tafeln gerechnet werden müssen. 13

14 1 Verletzlichkeit der Gebäude 1.6 Fallbeispiel Gersau Wohngebäude Ausgangslage Das Wohnhaus in Gersau steht unmittelbar neben dem Vierwaldstättersee, bergseitig befinden sich die Kantonsstrasse und ein bewaldeter, steiler Hang. Am 22. August 2005 um 16:00 Uhr traf ein rund 10 m 3 grosser Findling die Garagentür, doch die Geschwindigkeit war so klein, dass nur ein geringer Schaden am Gebäude entstand. Ungefähr um 21:00 Uhr traf eine Hangmure das evakuierte Wohnhaus (Abbildung 11). Die Hangmure beschädigte das Wohnhaus schwer, besonders die linke Ecke der Prallwand (Abbildung 12). Durch den Aufprall traten massive Scherkräfte auf, welche sichtbar an den Rissen auf der seeseitigen Gebäudewand waren. Die Schäden am Tragwerk waren so gross, dass das Wohnhaus abgerissen werden musste. An gleicher Stelle wird ein Neubau erstellt. Abbildung 10: Sicht vom Vierwaldstättersee in die von der Hangmure verursachte Schneise (Foto: Näpflin). Abbildung 11: Ablagerung der Hangmure vor dem beschädigte Wohnhaus in Gersau (Foto: Näpflin). 14

15 1.6.2 Methode Um den Bereich der einwirkenden Druckwerte auf die Prallwand einzugrenzen, werden verschiedene Verfahren angewendet: Auf der Einwirkungsseite wird aufgrund der Höhe der Spritzer an der Prallwand die Geschwindigkeit und der Druck der Hangmure geschätzt. Der statische Erdruhedruck zeigt die untere Grenze des möglichen Druckes. Abbildung 12: Wohnhaus in Gersau beschädigt von einer Hangmure. Die Messlatte ist 3 m lang (Foto: Egli Engineering) Ergebnis Erdspritzer Aufgrund der Spritzer der Hangmure an der Prallwand kann die Geschwindigkeit geschätzt werden [4]: v = 2 g h s v: Geschwindigkeit Hangmure [m/s] g: Gravitationsbeschleunigung, 9.81 m/s 2 h s : Höhendifferenz aus Spritzerhöhe (6.6 m) und aus Fliesshöhe (3.6 m): 3 m 15

16 1 Verletzlichkeit der Gebäude Abbildung 13: Skizze der Prallwand des Hauses in Gersau. Daraus ergibt sich eine Geschwindigkeit von 7.7 m/s. Die Hangmure war sehr holzreich, da sie im Wald abgefahren ist. Aus diesem Grund ist es möglich, dass die Spuren der Spritzer durch die mitgerissenen Bäume entstanden sind. Der Wert von 7.7 m/s stellt somit die obere Grenze dar. Aus der Geschwindigkeit und der Dichte der Hangmure lässt sich der Druck auf die Prallwand aus der dynamischen Einwirkung abschätzen [4]: Statischer Erddruck Der statische Erddruck ist der minimale Druck, der auf die Prallwand wirkt, die dynamische Komponente wird dabei nicht berücksichtigt. Die Berechnung stützt sich auf den Erdruhedruck [16]: e = g h 0 K 0 e 0 : Erdruhedruck, bodeneben [kn/m 2 ] q f = a f v 2 f ρ: Dichte der Hangmure, 1600 kg/m 3 g: Erdbeschleunigung, 9.81 m/s 2 q f : Druck [kn/m 2 ] a: Druckkoeffizient für feinkörnigen Murgang, 2 ρ f : Dichte der Hangmure, 1600 kg/m 3 v f : Geschwindigkeit Hangmure, 7.7 m/s h: Ablagerungshöhe, 3.6 m K 0 : Beiwert, 0.5. Aus [16] ist K 0 1 sin(φ) und φ = 30 Der maximale Erddruck ist aus der auf Bodenebene und beträgt rund 28 kn/m 2. Daraus ergibt sich ein Druck von 190 kn/m 2. Die Dichte der Hangmure wird aufgrund des grossen Holzanteils tief angesetzt. Die hohe Geschwindigkeit ergibt einen äusserst hohen Druckwert. Angenommen die Spritzer sind aufgrund des verdreckten Astmaterials entstanden und die Höhendifferenz Spritzerhöhe Fliesshöhe beträgt 2 m, ergibt sich eine Geschwindigkeit von 6.3 m/s und ein Druckwert von 127 kn/m 2. Fazit Ergebnis Die Abschätzungen der Druckwerte auf Prozessseite ergeben damit eine Bandbreite von minimal 28 kn/m 2 und maximal 190 kn/m 2. Der maximale Druckwert ist mit grosser Wahrscheinlichkeit zu gross, da vermutlich die Spritzerhöhe durch die mitgerissenen Bäume verfälscht wurde - realistischer scheint der maximale Druck von 127 kn/m 2. 16

17 1.7 Fallbeispiel Alpnachstad Wohngebäude Ausgangslage Das Wohnhaus in Alpnachstad ist am Hangfuss einer steilen Weide gelegen. Das einfache Holzgebäude steht auf einer unterkellerten, betonierten Werkstatt, welche das Fundament des Gebäudes bildet. Die Rückwand auf der Hangseite ist mit einer Schutzmauer verstärkt. Die Schutzmauer entstand vor rund 30 Jahren durch Eigeninitiative des Gebäudeeigentümers Methode Damit Angaben zur Beanspruchung der Schutzmauer gemacht werden können, wird einerseits die Einwirkung der Hangmure abgeschätzt und andererseits die maximale Belastung einer solchen Schutzmauer berechnet. Die Einwirkung der Hangmure wird über die Geschwindigkeit und den Druck abgeschätzt. Der Druck wird mit dem Rutschblockmodell und dem statischen Erddruck bestimmt Abbildung 14: Wohnhaus mit Schutzmauer in Alpnachstad. Die Erdablagerung an der Schutzmauer beträgt bis zu 2m. (Foto. Amt für Wald und Raumentwicklung OW, Abt. Naturgefahren) Das Wohnhaus wurde am Sonntagabend, 21. August 2005, zwischen 21:00 und 21:30 Uhr von der Hangmure getroffen. Der Eigentümer befand sich beim Schadenseintritt im Haus und blieb unverletzt. Am Tragwerk entstand kein Schaden. Die Schutzmauer hielt der Belastung stand, lediglich kleine Risse in der Mauer sind sichtbar, welche auf das Ereignis zurückzuführen sein könnten. Baustatische Rückrechnungen geben die Belastungsgrenze der Schutzmauer wieder und grenzen die Druckwerte der Hangmure nach oben ab. 17

18 1 Verletzlichkeit der Gebäude Ergebnis Für die Abschätzung der Einwirkung sind die Hangmuren mit Anriss 5 und 4 relevant, 1 und 2 sind auslaufend, 3 ist zu kurz, als dass sie die Schutzmauer erreicht, 6 verfehlt die Schutzmauer. Abbildung 15: Luftaufnahme der Hangmuren in Alpnachstad. Weiss gestrichelt die Profillinie (Foto: Amt für Wald und Raumentwicklung OW, Abt. Naturgefahren). Rutschblockmodell Die Geschwindigkeit für die Intensitätsabschätzung wird aufgrund eines Rutschblockmodells berechnet [13] [17]. Als Reibungswinkel wird das Pauschalgefälle angenommen. Das Pauschalgefälle entspricht dem Gefälle zwischen Abrisskante und unterstem Ablagerungspunkt, in der folgenden Formel als H/L berücksichtigt. Die Geschwindigkeitsbestimmung berücksichtigt weiter die Ablagerungslänge als horizontale Distanz der abgelagerten Hangmure und das Gefälle der Ablagerungsstrecke. H v = s 2g (( ) cos sin ) L v: Geschwindigkeit Hangmure [m/s] s: Ablagerungslänge [m] g: Erdbeschleunigung, 9.81 m/s 2 H: Höhendifferenz [m], zwischen Abrisskante und untersten Ablagerungspunkt L: Längendifferenz [m], zwischen Abrisskante und untersten Ablagerungspunkt θ: Gefälle Ablagerungsstrecke [ ] 18

19 Für das Rutschblockmodell muss die Hangmure ungestört auslaufen können. Die Hangmuren, die vollständig oder teilweise die Schutzmauer erreichen sind für die Berechnungen nicht geeignet (Hangmure 4 und 5). Aus diesem Grund wird die Berechnung mit den beiden ungestört abgegangenen Hangmuren 1 und 2 durchgeführt, welche sich in unmittelbarer Nähe zu den Hangmuren 4 und 5 befinden (Abbildung 15). Die beiden Hangmuren verlaufen parallel zu den Hangmuren, welche die Prallwand des Wohngebäudes getroffen haben, die Anrissstellen sind vergleichbar. Hangmuren 1 und 2 befinden sich in derselben Falllinie, was eine ge- Das Rutschblockmodell setzt ein grösseres Pauschalgefälle und ein kleineres Gefälle der Ablagerungsstrecke voraus. Bei Hangmuren wie in diesem Fall scheint das nicht notwendig, denn neben der Hangneigung spielt wahrscheinlich das Wasser eine entscheidende Rolle beim Transport des Erdmaterials. Zerfliesst das Wasser im Verlaufe der Abströmung, kommt die Hangmure zum Stillstand. Aus der Geschwindigkeit und der Dichte der Hangmure lässt sich der Druck auf die Schutzmauer aus der dynamischen Einwirkung abschätzen [4]: naue Unterscheidung der Ablagerungsstrecke erschwert. Wahrscheinlich ist die Hangmure 2 vor 1 abgeflossen, was die teilweise Ablagerung der q f = a f v 2 f Hangmure 1 im Anriss der Hangmure 2 erklärt. q f : Druck [kn/m 2 ] a: Druckkoeffizient für feinkörnigen Murgang, 2 ρ f : Dichte der Hangmure, 1800 kg/m 3 v f : Geschwindigkeit Hangmure, 2.6 m/s Daraus ergibt sich ein Druck von 24.3 kn/m 2. Statischer Erddruck Der statische Erddruck ist der minimale Druck der auf die Schutzmauer wirkt, die dynamische Komponente wird dabei nicht berücksichtigt. Der Erddruck beträgt [16]: e = g h 0 K 0 e 0 : Erdruhedruck, bodeneben [kn/m 2 ] ρ: Dichte der Hangmure, 1800 kg/m 3 g: Erdbeschleunigung, 9.81 m/s 2 h: Ablagerungshöhe, 2.0 m K 0 : Beiwert, 0.5. Aus [16] ist K 0 1 sin(φ) und φ = 30 Die Hangmure 1 erlaubt keine Berechnung der Geschwindigkeit nach dem Rutschblockmodell, da das Pauschalgefälle (29 ) gleich oder geringer ist als das Gefälle der Ablagerungsstrecke (29-32 ) (Abbildung 16). Die Geschwindigkeit der Hangmure 2 hängt ab vom untersten Punkt der Ablagerungsstrecke: Befindet sich der unterste Ablagerungspunkt vor dem Geländeknick, so ergibt sich ein Pauschalgefälle gleich oder kleiner als das Gefälle der Ablagerungsstrecke und damit ist keine Geschwindigkeitsberechnung möglich. Ist der unterste Ablagerungspunkt weit nach dem Geländeknick im flachen Teilstück nahe der Strasse, ergibt sich eine Geschwindigkeit der Hangmure von 8.8 m/s (Pauschalgefälle 25, Auslaufstrecke 15 m, Gefälle Ablagerung 11 ). Wird die Ablagerung vor und nach dem Geländeknick angenommen ergibt sich ein Pauschalgefälle von 31, eine Auslaufstrecke von 17.4 m und ein Gefälle der Ablagerung von 30 und damit die Geschwindigkeit von 2.6 m/s. Aufgrund der Fotos kann angenommen werden, dass sich ein Grossteil des Materials im steilen Gelände, also vor dem Geländeknick, abgelagert hat und die Geschwindigkeit von 2.6 m/s ein realistischer Wert darstellt. Die obigen Berechungen mit den verschiedenen unteren Ablagerungspunkten zeigen, dass die Geschwindigkeit entschieden von diesen abhängt. 19

20 1 Verletzlichkeit der Gebäude Baustatik Ausgehend von einer rückverankerten Stahlbetonkonstruktion sind folgende Annahmen für die Berechnung getroffen worden: die Position der Anker wird nach Abbildung 17 vermutet. Die Armierung hat den Durchmesser 12 mm, Abstand 200 mm, ist kreuzweise und beidseitig verlegt. Die Schutzmauer hat eine durchgehende Dicke von 25 cm. Die Berechnung der Schutzmauer zeigt ein Bruchmoment bei knm/m (Bruchmoment auf 1 Meter Höhe). Diese Werte werden, mit Ausnahme im Bereich der Ankerköpfe, nie überschritten. Mit Momenten bis rund 50 knm/m liegen diese zum Teil über den zulässigen Momenten, was die gesichteten Risse in der Schutzmauer erklärt. Genauere Rückschlüsse aufgrund der Rissgrössen sind nicht möglich, da zu viele Unbekannte Einfluss haben. Da es im Bereich der Ankerköpfe nicht zu einem Versagen der Tragkonstruktion gekommen ist, deutet dies darauf hin, dass in diesem Bereich die Bewehrungseinlagen höher und die Konstruktionsart und Stärke entsprechend ausgebildet wurden. Um den maximalen Betonbruch der Mauer im Ankerbreich zu erreichen, hätte ein dynamischer Druck von gegen 50 kn/m 2 herrschen müssen. Abbildung 16: Höhenprofil von Hangmure 1 und 2 für die Modellberechnung Die Abschätzungen der Druckwerte auf Prozessseite ergeben Werte von 18 kn/m 2 (ohne Berücksichtigung der Geschwindigkeit) und 24 kn/m 2 mit dem Rutschblockmodell. Auf Seite Baustatik ergibt sich der Druck von 50 kn/m 2, diesen Wert erreichten die Hangmuren jedoch nicht, da die Schutzmauer nicht versagte. Abbildung 17: Seitenriss der Schutzmauer des Hauses in Alpnachstad. 20

21 1.8 Fallbeispiel Schüpfheim Wohngebäude Ausgangslage Das Wohngebäude wurde durch eine Hangmure getroffen, dadurch entstanden an der einfachen Holzkonstruktion starke Schäden am Tragwerk (Abbildung 18) Methode Die Einwirkung der Hangmure auf das Gebäude wird mit den Erdspritzern an der Prallwand abgeschätzt [4]. Die baustatischen Nachrechnungen stützen sich auf eine einfache Holzkonstruktion, was der Realität entspricht (Abbildung 18). Baupläne des Gebäudes fehlen. Abbildung 18: Vollständig zerstörtes Wohnhaus in Schüpfheim (Foto: Egli Engineering). Die mächtige Hangmure wies eine Anrisstiefe von 2.2 m auf; das Gebäude befand sich 150 m bis 200 m unterhalb der Anrissstelle. Das Gebäude war zum Zeitpunkt des Ereignisses bewohnt. Glücklicherweise waren keine Verletzte oder Todesopfer zu beklagen. 21

22 1 Verletzlichkeit der Gebäude Ergebnis Erdspritzer Die Spritzer der Hangmure an der Prallwand ergeben folgende Geschwindigkeit [4]: v = 2 g h s v: Geschwindigkeit Hangmure [m/s] g: Erdbeschleunigung, 9.81 m/s 2 h s : Höhendifferenz der Spritzerhöhe (3.5 m) und der Fliesshöhe (1.3 m), 2.2 m Daraus ergibt sich eine Geschwindigkeit von 6.6 m/s. Aus der Geschwindigkeit und der Dichte der Hangmure lässt sich der Druck auf die Prallwand aus der dynamischen Einwirkung abschätzen [4]: q f = a q f : Druck [kn/m 2 ] f v 2 f Baustatik Baustatische Rückrechnungen sind aufgrund der fehlenden Datenlage schwierig. Ausgehend von einem beidseitig verschalten Holzständerbau wird angenommen, dass die Holzbalken einen Querschnitt von 12 x 12 cm aufwiesen und im Abstand von 70 cm verbaut wurden. Die mittlere Biegebruchspannung der Balken beträgt 36 N/mm 2. Die Berechnungen der Einzelbauteile ergeben, dass die Prallwand bei maximal 30 kn/m 2 versagt. Die Holzkonstruktion ist jedoch kaum auf horizontale Einwirkungen konstruiert und weist aufgrund des fehlenden Eigengewichtes einen deutlich geringeren Widerstand auf (weniger als 20 kn/m 2 ). a: Druckkoeffizient für feinkörnigen Murgang, 2 ρ f : Dichte der Hangmure, 1800 kg/m 3 v f : Geschwindigkeit Hangmure, 6.6 m/s Daraus ergibt sich ein Druck von 157 kn/m 2. 22

23 1.9 Fallbeispiel Entlebuch Wohngebäude und Stallung Ausgangslage Die alte inaktive Rutschung Feldweid wurde durch die hohen Niederschlagsmengen in der Nacht vom 22. auf den 23. August 2005 reaktiviert. Die Bewohner konnten davor evakuiert werden. Detaillierte Angaben zur Ergebnis Die Rutschgeschwindigkeit betrug rund 15 m pro Tag, gesamthaft wurden das Wohngebäude und der Stall rund 30 m verschoben.die ungleichmässigen Bewegungen der Rutschmasse führten zum Totalschaden an den Gebäuden. Rutschung finden sich in [2]. Abbildung 19: Wohngebäude auf tiefgründiger Rutschung (Foto: Egli Engineering). 23

24 1 Verletzlichkeit der Gebäude 1.10 Fallbeispiel Wohlhusen Schweinestall, Diemtigtal Wohngebäude Ausgangslage Die hochwasserführende Kleine Emme erodierte das Fundament eines Schweinestalls weg, so dass das Gebäude in das Flussbett abrutschte. Im Diemtigtal wurden das Wohngebäude des Weilers Linder und die Kantonsstrasse schwer getroffen. Abbildung 20: Schweinestallung zerstört durch die Ufererosion der Kleinen Emme (Foto: Egli Egineering). Abbildung 21: Durch Ufererosion und Gerinneverlagerung stark beschädigte Liegenschaft und Kantonsstrasse im Diemtigtal (Foto: Geo7, Schächli, Abegg + Hunzinger). 24

25 1.11 Schlussfolgerungen zum Kapitel Verletzlichkeit der Gebäude In den folgenden Abschnitten soll die Schadenwirkung auf Mensch und Gebäude mit den Grenzwerten der Bundesempfehlungen verglichen werden. starke Intensität: Menschen und Tiere sind auch innerhalb von Ge- bäuden gefährdet, mit erheblichen Schäden an Gebäuden bis zu plötzlichen Gebäudezerstörungen ist zu rechnen. mittlere Intensität: Menschen und Tiere sind ausserhalb von Ge- bäuden stark, innerhalb von Gebäuden jedoch kaum gefährdet; mit Schäden an Gebäuden ist zu rechnen. schwache Intensität: Menschen und Tiere sind innerhalb und aus- Die Intensitäten werden nach den Bundesempfehlungen in schwach, mittel und stark klassiert [9], S. 24]: serhalb von Gebäuden kaum gefährdet; mit Sachschäden in Gebäuden (beispielsweise Kellerräumen) muss gerechnet werden. Die Klassengrenzen der Intensitäten werden für jeden einzelnen Prozess festgelegt [9], S. 26. [10], S. 19: Intensität Starke Mittlere Schwache Übermurung H > 1 m H < 1 m Keine und oder V > 1 m/s V < 1 m/s Hangmure potentiell M > 2 m 0.5 m < M < 2 m M < 0.5 m real h > 1 m h < 1 m keine Rutschung Starke Differentialbewe- v > 2 cm/jahr v 2 cm/jahr gungen; v > 0.1 m/tag bei oberflächlichen Rutschungen; Verschiebungen > 1 m pro Ereignis Ufererosion d > 2 m 2 m > d > 0.5 m d < 0.5 m Tabelle 2: Grenzwerte der Intensitäten nach Prozess aus [9] und [10]. H: Mächtigkeit Murgang-Ablagerung V: Fliessgeschwindigkeit Murgang M: Mächtigkeit der mobilisierbaren Schicht h: Mächtigkeit der Ablagerung der Hangmure v: langfristige durchschnittliche Rutschgeschwindigkeit d: mittlere Mächtigkeit der Abtragung 25

26 1 Verletzlichkeit der Gebäude Überschwemmung Wildbach Die Übersarung wird in den Empfehlungen des Bundes nicht als eigentlicher Gefahrenprozess ausgewiesen, da sie immer mit einer dynamischen Überschwemmung auftritt. Das Potenzial der Übersarung als Schadenverursacher zeigt das Fallbeispiel in Kien: zum Teil meterhohe Geschiebeablagerung führten zur Verkippung der Grundmauern. Bei Gerinnen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von Geschiebeablagerung ist es sinnvoll, auf die Einwirkung der Übersarung auf Menschen und Gebäude hinzuweisen Murgang Das Fallbeispiel Brienz zeigt mit aller Deutlichkeit, dass im Bereich der hohen Intensität mit einem Tragwerksschaden am Gebäude gerechnet werden muss. Das entspricht den Empfehlungen des Bundes. Doch auch im Bereich der mittleren Intensität kam es zu Schäden am Tragwerk, was sich nur bedingt mit den Empfehlungen deckt Hangmure Die Einteilung in die Intensitäten nach Bundesempfehlungen kann nicht nach der Mächtigkeit der mobilisierbaren Schicht vorgenommen werden, da der Prozess bereits abgelaufen ist. Auch ist der natürliche Auslauf der Hangmure in den Fallbeispielen Vitznau und Alpnachstad durch das Aufstauen an der Gebäudewand gestört worden. Die Festlegung der Intensitäten für die beiden Fallbeispiele wird aufgrund der Anrisstiefe der Hangmure, der Stauhöhe der Ablagerung an der Prallwand und der allgemeinen Bodenmächtigkeit des Hanges vorgenommen. Im Fallbeispiel Gersau und Schüpfheim ist die ungestörte Ablagerungsmächtigkeit bekannt. Intensität nach Bundesempfehlung Bemerkung Schadenwirkung Grenzwert Messgrössen Prozess Gebäude Vitznau mittel mittel (Einschätzung) Anrisstiefe: 1 m Stauhöhe: m Gute Bausubstanz (armierter Beton), Entlastung dank Fensterfront Gersau stark stark h: 1.5 m Mauerwerk, fehlende Aussteifung Stauhöhe: m Alpnachstad (mittel) stark mittel (Einschätzung) Stauhöhe: 2 m Bodenmächtigkeit m Schwache Bausubstanz verstärkt mit Objektschutz (armierter Beton) Schüpfheim stark mittel h < 1 m Anrisstiefe: 2.2 m Schwache Bausubstanz (Holzbau) Stauhöhe: m Tabelle 3: Schadenwirkung und Grenzwert nach den Empfehlungen des Bundes [9], [10] durch Hangmuren 26

27 Der Vergleich der Intensität nach Schadenwirkung und der Intensität nach Grenzwerten in der Tabelle 3 zeigt eine gute Übereinstimmung. Daraus kann geschlossen werden, dass die Ablagerungshöhe der Hangmure ein brauchbares Mittel ist, mittlere und hohe Intensitäten zu trennen. Allerdings zeigt das Fallbeispiel Schüpfheim, dass bei Leichtholzbauweise Schäden vorzeitig auftreten können: Das Bauernhaus ist vollständig von der Hangmure zerstört worden (starke Intensität), doch die Ablagerungshöhe ist mit grosser Wahrscheinlichkeit unter einem Meter gewesen (mittlere Intensität). Auch der Fall Alpnachstad weist in diese Richtung: ohne Schutzmauer hätte das einfache Holzhaus Schäden am Tragwerk genommen und das bei mittlerer Intensität. Daraus kann geschlossen werden, dass die Grenzwerte nur bei solider Bausubstanz erfüllt werden Rutschung Die Rutschung im Entlebuch mit einer Geschwindigkeit von 15 m pro Tag liegt klar im Bereich der starken Intensität nach den Bundesempfehlungen, was mit dem Totalschaden des betroffenen Gebäudes übereinstimmt Ufererosion Die Ufererosion im Fall Wohlhusen liegt mit einer mittleren Mächtigkeit der Abtragung grösser 2 m in der Klasse der starken Intensität (Tabelle 2) was auch mit dem realen Schadenbild gut übereinstimmt. Die beiden Fallbeispiele zeigen deutlich, dass eine Unterkellerung den Gebäudeschaden durch Ufererosion mindert. können. Solide ist die Bausubstanz, wenn Baumaterial und Gebäudeaussteifung den Einwirkungen angepasst sind. Zu berücksichtigen ist, dass die vom Gebäude aufgenommenen Kräfte auch in den Untergrund weitergeleitet werden müssen; daher ist die Gebäudestatik auf Gleiten zu prüfen. 27

28 2 Objektschutz an Gebäuden Der Objektschutz von Gebäuden wird exemplarisch anhand erfolgreicher und fehlgeschlagener Vorkehrungen dargestellt und die Gründe für den Erfolg beziehungsweise Misserfolg dargelegt. Im Weiteren wird das Kosten-Nutzen-Verhältnis der Schutzvorkehrungen ermittelt. 2.1 Übersicht der Fallbeispiele Die Gebäudeeigentümer der Fallbeispiele müssen vor Herbst 2005 Objektschutzmassnahmen realisiert haben und beim Hochwasser 2005 betroffen worden sein. Vorangegangene Hochwasser wie beispielsweise das Hochwasser 1999 waren ideale Auslöser, damit die Gebäudeeigentümer vor Herbst 2005 Objektschutzmassnahmen ausführten. Aus diesem Grund stammen die Fallbeispiele häufig aus Regionen mit Hochwassererfahrung (Tabelle 4). Ort objekt Prozess Stansstad Mehrfamilienhaus Überschwemmung statisch Gwatt (Thun) Mehrfamilienhäuser Überschwemmung statisch Gwatt (Thun) Uhrenfabrik Überschwemmung statisch Dallenwil Wasserkraftwerk Überschwemmung dynamisch Bern Wohnhaus Überschwemmung dynamisch Stans Spital Übersarung Kanton Nidwalden Wohnhäuser Überschwemmung statisch Tabelle 4: Fallbeispiele im Kapitel Objektschutz an Gebäuden 28

29 2.2 Fallbeispiel Stansstad Mehrfamilienhaus Ausgangslage und Objektschutzmassnahme Das Mehrfamilienhaus in Stansstad war sowohl vom Seehochwasser des Vierwaldstättersees 1999 als auch vom Hochwasser 2005 betroffen. Vor dem Ereignis 2005 wurden umfangreiche Objektschutzmassnahmen ergriffen: Der Untergrund des Parkplatzes und der Einfahrt bestand vor 2004 aus Verbundsteinen. Diese wurden durch eine Betonbodenplatte ersetzt und das Gebäude, Parkplätze und Zufahrt mit einer Betonmauer umfasst. Zusätzlich wurden Pumpenschächte und Rückstauklappen eingebaut. Die Einfahrt und der Eingang werden im Ereignisfall mit Dammbalken abgedichtet (Abbildung 22). Abbildung 22: Mehrfamilienhaus in Stansstad geflutet beim Seehochwasser 1999 (links) und die Situation mit Objektschutz beim Hochwasser 2005 (rechts) (Foto: Nidwaldner Sachversicherung). 29

30 2 Objektschutz an Gebäuden Abbildung 22: Aufriss (oben) und Grundriss (unten) der Bodenplatte und der Schutzmauer (Quelle: Nidwaldner Sachversicherung). 30

31 2.2.2 Gefahrenszenario Der Objektschutz ist auf eine statische Überschwemmung durch den Vierwaldstättersee ausgerichtet. Das Ereignis 2005 entsprach dem erwarteten Gefahrenszenario Zuverlässigkeit der Objektschutzmassnahmen Die Zuverlässigkeit erfolgt aufgrund der Beurteilung der Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit nach den SIA Normen 260 und 261 [14]. Die Objektschutzmassnahme weist aufgrund des Schemas in Abbildung 31 eine hohe Zuverlässigkeit auf: Kosten-Nutzen-Analyse Durch das Hochwasserereignis 2005 entstand trotz der Objektschutzmassnahme ein Gesamtschaden von CHF (Angaben des Gebäudeeigentümers). Der Schaden entstand am Gebäude und an der technischen Einrichtung, dazu kam der Mietzinsausfall von CHF Die hohen Schadenskosten aufgrund des Hochwassers 2005 sind auf das Druckwasser aus dem Untergrund zurückzuführen. Die Schwachstellen lagen im Kellergeschoss und in den offenen Abläufen in der Waschküche. Das Druckwasser drang durch die undichten Fugen in die Garagen, und in das Eingangs- und Untergeschoss ein. Tragsicherheit Die Mauerhöhe ist bis auf einen maximalen Seespiegel von m über Meer plus 25 cm Wellenzuschlag dimensioniert. Beim Ereignis 2005 stieg der Vierwaldstättersee auf eine Kote von m über Meer und war somit knapp unter dem Maximalpegel der Objektschutzmassnahme. Gebrauchstauglichkeit Der Objektschutz setzt sich aus permanenten und temporären Massnahmen zusammen. Die Bodenplatte und die Mauer waren dicht. Die Dammbalken für die Absperrung der Einfahrt zu den Parkplätzen und der Eingang konnten, dank der langen Vorwarnzeit und der Überwachungsmannschaft, welche sich spontan bildete, rechtzeitig eingesetzt werden. Die Überwachungsmannschaft beobachtete ständig das Geschehen und griff notfalls ein. Sie erstellte auch eine detaillierte Mängelliste und lieferte Durch den Objektschutz ist ein Gesamtschaden von rund CHF verhindert worden. Denn bei einer Flutung des Gebäudes hätte das Untergeschoss (Bodenbelag und Wand) mit der Haustechnik (Heizung, Warmwasser, Elektroinstallation, Lüftung, Kellerräume) Schaden genommen. Dazu wäre ein mehrmonatiger Mietzinsausfall von rund CHF gekommen (Angaben des Gebäudeeigentümers). Ohne Objektschutzmassnahmen ist bereits ab einer Kote von m über Meer (plus 25 cm Freibord für den Wellenschlag) mit einem Wasserschaden zu rechnen. Diese tiefe Kote (Wiederkehrperiode 10 Jahre) wird mit sehr grosser Wahrscheinlichkeit innerhalb der Lebensdauer des Gebäudes einmal überschritten. Mit den Objektschutzmassnahmen ist ein Schutz bis zu m über Meer plus 25 cm Wellenzuschlag garantiert, was eine Wiederkehrdauer von mehr als 300 Jahren aufweist. Die Lebensdauer der Bodenwanne beträgt schätzungsweise 50 Jahre. Verbesserungsvorschläge für die Schutzmassnahmen. Dauerhaftigkeit Die Dammbalkensysteme brauchen nur ein geringes Mass an Unterhalt (Überprüfen der Dichtungen, Reinhalten der Führungssysteme). Bedeutend aufwendiger ist die personelle Betreuung: Im entscheidenden Moment muss fachkundiges Personal die temporären Massnahmen einsetzen können. Im Mehrfamilienhaus Stansstad bildete sich eine solche Organisation aus engagierten Bewohnern des betroffenen Hauses; diese sind auch in Zukunft für den Einbau der Schutzmassnahmen zuständig. 31

32 2 Objektschutz an Gebäuden Schadensgrenze ohne Objektschutz [m ü. M.] cm (HQ 10) Schadensgrenze mit Objektschutz [m ü. M.] cm (HQ >300) Schadenpotenzial bei HQ 300 [CHF] Lebensdauer Objektschutzmassnahme [Jahre] 50 Kosten Objektschutzmassnahme [CHF] Tabelle 5: Allgemeine Angaben zum Objektschutz des Mehrfamilienhaus in Stansstad Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Hochwasser während der Lebensdauer der Objektschutzmassnahme eintritt, das heisst dass die Bodenwanne innerhalb ihrer Lebensdauer auch tatsächlich gebraucht wird, ist mit 84% sehr gross (Berechnung nach Methode [4]). Das Schadenpotenzial beträgt bei einem HQ 300 CHF Mit der Annahme eines linearen Anstiegs der Schadensumme ergibt sich ein Nutzen von CHF Der jährliche Nutzen der Objektschutzmassnahme ist damit CHF (Berechnung nach Methode [4]). Die jährlichen Kosten für den Objektschutz sind mit CHF deutlich höher als der jährliche Nutzen aus der Schadensverhinderung von CHF Aus wirtschaftlicher Sicht lohnt sich die Investition in den Objektschutz in diesem Fallbeispiel nicht, die Investitionskosten sind 5.6 mal höher als der Nutzen. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Hochwasser grösser als das 10-jährliche innerhalb der Lebensdauer des Gebäudes auftritt ist jedoch sehr gross und Objektschutzmassnahmen müssen daher ergriffen werden. Die Kosten für den Bau der Wanne belaufen sich nach Angaben des Eigentümers auf CHF Die jährlichen Kosten für den Objektschutz berechnen sich aufgrund des Zinses des investierten Kapitals. Bei einer Lebensdauer des Bauwerks von 50 Jahren und der Verzinsung der Investition mit 3% beträgt der Kapitalwiedergewinnungsfaktor [4]. Damit ergeben sich bei einer Investition von CHF für die Objektschutzmassnahmen jährliche Kosten von CHF

33 2.3 Fallbeispiel Gwatt (Thun) Mehrfamilienhäuser Ausgangslage und Objektschutzmassnahme Die drei Mehrfamilienhäuser stehen in nächster Nähe zum Thunersee. Sie benutzen eine gemeinsame unterirdische Einstellhalle, welche mit den drei Häusern verbunden ist. Die Einstellhalle bleibt bis zu einer Kote von m über Meer plus 20 cm Wellenschlag trocken. Steigt das Wasser über diese Kote, muss die Halle geflutet werden, da sie nicht gegen Auftrieb gesichert ist. Damit das Wasser aus der gefluteten Einstellhalle nicht über die beiden Durchgänge die Untergeschosse der drei Mehrfamilienhäuser überschwemmt, werden metallene Drucktüren über die bestehenden Türen geschraubt (Abbildung 24). Diese sind dicht und können dem Wasserdruck widerstehen. Neben den beiden Drucktüren sind Rückstauklappen in die Abwasserleitung eingebaut, auch die Kabelleitungen und die Fugen sind abgedichtet Gefahrenszenario Der Objektschutz ist auf eine statische Überschwemmung durch den Thunersee ausgerichtet. Das Ereignis 2005 entsprach dem erwarteten Gefahrenszenario Zuverlässigkeit der Objektschutzmassnahmen Die Zuverlässigkeit erfolgt aufgrund der Beurteilung der Tragsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit nach den SIA Normen 260 und 261 [14]. Die Objektschutzmassnahme weist aufgrund des Schemas nach Abbildung 31 eine hohe Zuverlässigkeit auf: Tragsicherheit Beim Hochwasser 2005 befand sich der Wasserspiegel rund 0.5 m über der Terrainhöhe und die Einstellhalle musste geflutet werden. Die Meteorwasserpumpe, welche im Normalfall das Niederschlagswasser aus der Einstellhalle schafft, wurde durch eine undichte Kabelleitung geflutet und beschädigt. Die Drucktüren zu den Untergeschossen der drei Mehrfamilienhäuser konnten dem Wasserdruck standhalten. Doch Wasser drang über die vorgängig abgedichtete Elektrozuführung ein. Auch Fugenabdichtungen zwischen der Einstellhalle und den Mehrfamilienhäusern erwiesen sich als leck, da die Abdichtung nur bis zur Schadenskote bei Baubeginn aufgezogen worden war. Gebrauchstauglichkeit Die Drucktüren konnten zeitig geschlossen und die Einstellhalle kontrolliert geflutet werden. Mit Hilfe von Pumpen konnte das über die lecken Stellen eindringende Wasser abgeführt werden. Dauerhaftigkeit Abbildung 24: Drucktüre in der Einstellhalle der Mehrfamilienhäuser Gwatt in Thun (Foto: Egli Engineering). Die dauerhafte Funktionstüchtigkeit der Massnahme hängt vom rechtzeitigen Schliessen der Drucktüren und von der permanenten Überwachung im Ereignisfall ab. Die entsprechende Organisation besteht. 33

34 2 Objektschutz an Gebäuden Kosten-Nutzen-Analyse Durch die Flutung der Einstellhalle entstanden Schäden an der Beleuchtung der Halle, an der Elektronik des automatischen Eingangstors, an der Meteorwasserpumpe, am Radio- und Fernsehverteiler, am Gefrierschutz der Feuerwehrwasserzuleitung und am Hauswartsraum. Das über die Fugen und Kabelleitungen einfliessende Wasser im Kellerbereich konnte kontrolliert abgeführt werden und verursachte nur geringe Schäden. Die Schadenkosten vom Ereignis 2005 sind nicht bekannt. Das Schadenpotenzial umfasst die Einrichtung der Kellerräume der drei Mehrfamilienhäuser (27 Waschmaschinen, Gasheizungen mit Warmwasseraufbereitung, 3 Liftanlagen, 3 Elektroinstallationsverteiler und Telefonanlage), die Einstellhalle (Meteorwasserpumpe) und den Mietzinsausfall der 27 Wohnungen für rund 6 Monate, was einem Schadenpotenzial von CHF entspricht (Schätzung Egli Engineering). Ohne Objektschutzmassnahmen überstehen die drei Mehrfamilienhäuser ein Ereignis bis zu einer Kote von m über Meer plus 20 cm Wellenschlag, was einer Wiederkehrdauer von knapp 20 Jahren entspricht. Mit der Objektschutzmassnahme im Bereich der Einstellhalle ist das Haus geschützt bis zu einer Kote mit einer Wiederkehrdauer von rund 200 Jahren. Denn bei einer Kote von m über Meer und 20 cm Wellenzuschlag werden andere Schwachstellen aktiv und das Wasser läuft durch die Schächte der Kellerfenster in das Untergeschoss. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Objektschutzmassnahme während der nächsten 50 Jahre zum Einsatz kommt (HQ > 20) und nicht unterdimensioniert ist (HQ < 200), beträgt 70% (Berechnung nach Methode [4]). Mit dem Schadenpotenzial von CHF bei einem HQ 200 ergibt sich ein jährlicher Nutzen der Objektschutzmassnahme von CHF Angenommen wird ein linearer Anstieg der Schadensumme von HQ 20 bis HQ 200 (Berechnung nach Methode [4]). Die Kosten für die Objektschutzmassnahmen belaufen sich nach Schätzung Egli Engineering auf Fr (2 Drucktüren, Abdichtungen der Rohre und Fugen, Rückstauklappen). Die jährlichen Kosten für den Objektschutz berechnen sich aufgrund des Zinses des investierten Kapitals. Bei einer Lebensdauer des Bauwerks von 50 Jahren und der Verzinsung der Investition mit 3% beträgt der Kapitalwiedergewinnungsfaktor Mit der Investition von CHF ergeben sich jährliche Kosten für die Objektschutzmassnahmen von CHF (Berechnung nach Methode [4]). Der Vergleich der jährlichen Kosten von CHF mit dem jährlichen Nutzen von CHF zeigt ein Kosten-Nutzen-Verhältnis von 0.22, das heisst der jährliche Nutzen ist 4.5-mal grösser als die jährlichen Kosten. Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass die getroffenen Massnahmen bis zu einem 200 jährlichen Ereignis Schutz bieten. Beim Ereignis 2005 mit einem Seepegel von m über Meer ist die Schadensgrenze bereits überschritten worden. Doch dank dem geringen Wellenschlag beim Hochwasser verhinderten die 20 cm Wellenzuschlag ein Versagen der Objektschutzmassnahmen. Die Schutzmassnahmen haben eine Lebensdauer von rund 50 Jahren. Schadensgrenze ohne Objektschutz [m ü. M.] cm (HQ 20) Schadensgrenze mit Objektschutz [m ü. M.] cm (HQ 200) Schadenpotenzial bei HQ 200 [CHF] Lebensdauer Objektschutzmassnahme [Jahre] 50 Kosten Objektschutzmassnahme [CHF] Tabelle 6: Allgemeine Angaben zum Objektschutz der Mehrfamilienhäuser in Gwatt (Thun) 34