Erdbeben in Thüringen? Zur Seismizität Thüringens und zu bestehenden Normenregelungen Jährlich ereignen sich weltweit mehrere starke Erdbeben, die großen ökonomischen Schaden verursachen und Menschenleben fordern. Die in Erdbebengebieten betroffenen Bauwerke sind in der Mehrzahl nicht erdbebengerecht ausgelegt. Die Schadensmuster und die zu treffenden Entscheidungen hinsichtlich Abrißnotwendigkeit oder Ertüchtigung stellen sich dabei bauweisenabhängig unterschiedlich dar. Daß auch in mitteleuropäische Erdbebengebieten Schadensbeben zu erwarten sind und hohe volkswirtschaftliche Verluste bedingen können, wurde beim Roermond-Erdbeben (12.April 1992) deutlich. Das Beben richtete einen Sachschaden von rund DM 250 Mio. an, wobei der Großteil der Schäden an Wohngebäuden (ca. DM 65 Mio.) und Geschäfts- bzw. Industriegebäuden samt Einrichtung und Waren (ca. DM 80 Mio.) entstand [1]. Die von dem Beben verursachten Schäden konzentrieren sich auf wenige Orte, in denen die Erschütterungen die Intensität VI erreicht oder überschritten haben (Erläuterungen zur Intensität siehe Anlage I.). Diese Intensität wurde bei historischen Erdbeben in Thüringen schon erreicht bzw. überschritten. In Abhängigkeit von regionalen Wertekonzentrationen erscheinen deshalb Erdbeben-Schadenpotentiale realistisch, die aus dem Schadensausma0ß des Roermond-Erdbebens abgeleitet werden können. Bis in die Mitte der 80er Jahre bestand in der damaligen DDR von behördlicher Seite die Auffassung, daß die Seismizität des Territoriums als vernachlässigbar gering zu betrachten sei. Eine Neueinschätzung der seismischen Gefährdung auf der Grundlage des erweiterten und überarbeiteten Erdbebenkataloges (Zentralinstitut für Physik der Erde) verdeutlichte jedoch die Notwendigkeit, eine Korrektur dieser Auffassung anzugehen [2]. Die wissenschaftliche und ingenieurseitige Untersetzung der abzuleitenden Schlußfolgerungen wurden nicht zuletzt auch durch Mitarbeiter des Instituts für Industrie- und Spezialbau und der Bauakademie geleistet. Im Ergebnis standen eine vorläufige Arbeitsrichtlinie der Staatlichen Bauaufsicht, die auf Drängen des Ministeriums für Bauwesen kurzfristig zu erstellen war, um auf die Schwarmbeben des Vogtlandes 1985 zu reagieren, und die Erarbeitung einer modernen Baunorm, die am internationalen Stand zu orientieren war. Die letztgenannte Vorschrift wurde als Erstfassung 1990 an der Hochschule für Architektur und Bauwesen vorgelegt [3]. Den Vorschriften liegen zwei unterschiedliche Karten zugrunde, die eine detaillierte Beschreibung der seismischen Gefährdung auf deterministischer und probabilistischer Grundlage ermöglichen. Es wird deutlich, daß das Erdbebengebiet im Raum Gera - Leipzig eine besondere Stellung einnimmt, die in Fachkreisen als Saxo-Thüringische seismische Provinz Eingang gefunden hat. Die Erdbebengefährdung in dieser Region erfordert neben konstruktiven Maßnahmen auch die rechnerische Berücksichtigung des Lastfalles Erdbeben. Erdbebenzonen, die sich nach Anwendung der bundesweit geltenden DIN 4149 ergeben, sind Abb. 1 zu entnehmen. Das auf historische Beobachtungen gestützte Zonierungskonzept wird im Zusammenhang mit der Einführung des Eurocode 8 einer probabilistischen Karte weichen, die dem praktischen Sicherheitsbedürfnis und dem aktuellen Stand der Technik besser gerecht wird. Abb. 2 zeigt die Zonenkonturen auf probabilistischer Grundlage, die sich für die Intensitäten 5, 6 und 7 und eine Wiederholungsperiode von 615 Jahren ableiten lassen (nach Vorschriftenentwurf [3] bzw [4]). Die für das Nationale Anwendungsdokument zum EC 8 gegenwärtig in Vorbereitung befindliche Karte geht von einer mittleren Wiederholungsperiode von 475 Jahren aus. Dieses Gefährdungsniveau wird für allgemeine Hochbauten als ausreichend angesehen. Für Bauwerke mit erhöhtem Risikopotential steht jedoch allgemein die Forderung nach einer seismologischen Standortbegutachtung, wobei von Bemessungsereignissen mit deutlich geringerer Eintrittswahrscheinlichkeit auszugehen ist. In diesem Sinne stellen die Konturen und Intensitätsangaben für die Bauwerkslegung untere Grenzwerte dar. Das stärkste bisher in Mitteldeutschland beobachtete und dokumentierte Erdbeben von 1872 (bei Schmölln) läßt eine Intensität größer VII (7) im Thüringer Raum als wahrscheinlich erscheinen. Die Intensität als Beschreibung der beobachteten Effekte der Bodenbewegung verdeutlicht zugleich die möglichen Folgen, die solche Erdbebenereignisse bedingen können. Diese Konsequenzen stehen, wenn man von den nicht quantifizierbaren menschlichen Sekundärwirkungen absieht, hinsichtlich der ökonomischen Aufwendungen (für den Wiederaufbau, die Rekonstruktion oder Verstärkung) in keinem Verhältnis zu den geringeren Aufwendungen, die eine ereignisgerechte Bauwerksauslegung in der Regel abverlangen wird. Die Abschätzung der Erdbebenfolgen in den gesondert markierten Gebieten (Abb. 1, Abb. 2) hat bezüglich der Wohnbauten folgenden Sachverhalten Rechnung zu tragen: - Die Bauwerke sind allgemein nicht gegen seismische Horizontallasten ausgelegt. Die in jedem Bauwerk vorhandene, aber begrenzte Erdbebenwiderstandsfähigkeit resultiert in erster Linie aus den Vorkehrungen gegen Windeinwirkungen und der Qualität von Entwurf und Ausführung. - Die Bauwerkssubstanz ist in der Regel überaltert und sanierungsbedürftig. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Empfindlichkeit (Vulnerabilität). - Die meisten Bauwerke in den Zonen moderater seismischer Gefährdung bedürfen einer Verstärkung bzw. Durchsetzung von elementaren Grundregeln des erdbebengerechten Bauens. Für die Bauwerke mit erhöhtem Sicherheitsbedürfnis bzw. Risikopotential ergeben sich aus der notwendigen Beurteilung der Erdbebensicherheit Konsequenzen, die in vielen Fällen nur in staatlicher Verantwortlichkeit zu regeln sind: - Die Einführung bzw. Anwendung der DIN 4149 obliegt der jeweiligen Landesgesetzgebung. - Die Einschätzung der seismischen Gefährdung ist nach einheitlichen Grundsätzen und Basisparametern durchzuführen, um Wettbewerbsverzerrungen und ökonomisch nachteilige Folgen auszuschlie8en. - Wie die gegenwärtig deutliche Zunahme von Anfragen verdeutlicht, besteht Unsicherheit hinsichtlich der Anforderungen an die Erdbebenauslegung insbesondere in den in Abb. 1 und Abb. 2 hervorgehobenen Gebieten. Es besteht zugleich die Gefahr, daß die Erdbebenauslegung von unzureichend geschultem Ingenieurpersonal, das die notwendigen Entscheidungsräume in der Regel nicht sachkundig genug auszufüllen vermag, durchgeführt wird. - Die mit Einführung des Eurocodes EC 8, Teil 1 bis 5 zu erwartenden Veränderungen sind rechtzeitig zu beurteilen und abzuwägen, um mit den Maßnahmen von heute auch die Anforderungen von morgen erfüllen zu können. Dies kann ein nicht zu vernachlässigender ökonomischer Faktor sein. - Die Versicherungswirtschaft schließt in der Regel Schäden infolge von Elementarereignissen aus; es ist nicht auszuschlie8en, daß künftig eine Position bestimmend wird, Naturkatastrophenereignisse als nicht versicherbar zu betrachten, so daß die Last der Finanzierung der Folgen noch härter treffen wird. Es ist nicht uninteressant festzustellen, daß führende Rückversicherer in der Vergangenheit die Erdbebengebiete in Thüringen/Sachsen und die bekannten Erdbebengebiete in der Schwäbischen Alb (letztes großes Beben 1979) oder in der Niederrheinischen Bucht (letztes großes Beben 1992) qualitativ gleich beurteilt haben. Zu den Besonderheiten der Erdbebengefährdung in Thüringen Das Land Thüringen weist hinsichtlich seiner Erdbebengefährdung gegenüber allen anderen Bundesländern eine Besonderheit auf, die sich mit dem Begriff der induzierten Seismizität, d.h. mit der durch den Eingriff des Menschen in die Natur hervorgerufenen Seismizität verbindet. Mehrere schwere Gebirgsschläge sind bisher im Kalibergbau-Revier Werra beobachtet worden (Tabelle 1) Der Gebirgsschlag von Völkershausen (13. März 1989) erreichte mit einer Magnitude von 5,5 eine Größe der Energiefreisetzung, die für die tektonischen (natürlichen) Erdbeben als Maximalereignis in einem Zeitraum von 500 Jahren zu betrachten ist. Dieser Gebirgsschlag ist zugleich dem bisher in der Welt stärksten bergbauinduzierten Erdbeben in Südafrika (Witwatersrand, 1977) gleichzusetzen. Eine Wiederholung derartiger Ereignisse ist trotz der drastischen Reduzierung der Fördertätigkeiten nicht auszuschließen. Die Beseitigung der Erdbebenfolgen in Völkershausen erforderte enorme volkswirtschaftliche Mittel. Vergleichbare Ereignisse dürften die Möglichkeiten eines Bundeslandes allein übersteigen. Der Gebirgsschlag hat einige der bereits genannten Aspekte bestätigt und in konkreten Größen verdeutlicht [6]: - Die Bauwerke weisen eine begrenzte Widerstandsfähigkeit und eine Vielzahl von Entwurfs- bzw. Ausführungsmängeln auf. Veraltertes Material (angefaultes oder befallenes Holz) begünstigen das Versagen stabilitätsentscheidender Knotenpunkte. - Die Schäden sind in vielen Fällen so gravierend, daß ein Abriß empfohlen bzw. durchgesetzt werden mußte. - Folgeschäden (z.B. durch das Versagen der Schornsteinköpfe) führen zu einer signifikanten Erhöhung des Gesamtschadens. Durch die Staatliche Bauaufsicht wurde unmittelbar nach dem Ereignis und der Begutachtung aller baulichen Anlagen im Umkreis von 12 km folgende Bilanz aufgemacht [7]: Tabelle 2 Literatur: [ 1] Berz, G.: Das Roermond-Erdbeben 1992: Folgerungen für die Erdbebenversicherung. DGEB-Publikation Nr. 7 Seismische Einwirkungen auf Bauwerke unterschiedlichen Risikopotentials. Europäische Regelwerke (Hrsg. E. Ham-pe und J. Schwarz), 11 - 18. [ 2] Grünthal, G.: Erdbebenkatalog des Territoriums der Deutschen Demokratischen Republik und angrenzender Gebiete von 823 bis 1984. Veröff. Zentralinst. får Physik der Erde, Nr. 99, 178 pp., Potsdam 1988. [ 3] Bauwerke in Erdbebengebieten. Vorschrift für das Territorium der DDR (1. Fassung) Wissenschaftszentrum Industrie- und Spezialbau an der Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar, Febr. 1990. [ 4] Schwarz, J.; Grünthal, G.: Beschreibung der seismischen Einwirkungen in den Vorschriften allgemeiner Hochbauten. Teil 2: Ableitung einer neuartigen Vorgehensweise für deutsche Erdbebengebiete. Bauplanung-Bautechnik 45 (1991) 10, 443 - 459. [ 5] Grünthal, G. (ed.); Musson, R.; Schwarz, J.; Stucchi, M.: European Macroseismic Scale 1992 (updated scale). Cahiers du Centre EuropJen de Geodynamique et de Seismologie, Volume 7, Luxembourg 1993. [ 6] Schwarz, J.; Goldbach, R.: Ergebnisse einer Ingenieuranalyse des Gebirgsschlages in Völkershausen vom 13. März 1989 (erscheint in Geowissenschaften Hannover). [ 7] Jentzsch, K.: Bauwissenschaftliche Untersuchung der Gebäudeschäden infolge des Gebirgsschlages vom 13. März 1989. III. Kolloquium Erdbebeningenieurwesen (Hrsg.: Knoll, Werner, Köhler) Zentralinstitut fhr Physik der Erde Potsdam Heft 116, 1990. 45 -62, Potsdam 1990. Anlage I Auszug aus der Makroseismischen Skala 1992 (EMS-92) [ 5] (nicht authorisierte deutsche Übersetzung der englischsprachigen Originalversion durch den Autor) Intensität V (5): strong (stark) a) Das Beben wird von den meisten im Inneren der Bauwerke gespürt. Einige sind verängstigt und laufen aus den Häusern. Viele Schlafende wachen auf. Beobachter spüren starke Erschütterungen und Bewegungen von Bauwerk, Raum und Einrichtung. b) Hängende Objekte schwingen deutlich. Porzellan und Gläser sto8en aneinander. Kleine kopflastige und/oder freistehende Objekte geraten in Bewegung oder fallen herunter. Türen und Fenster gehen auf oder zu. In einigen Fällen bricht die Scheibe. Flüssigkeiten schwingen und können in gefüllten Gefäßen überschwappen. Tiere im Hause werden unruhig. c) Einige Bauwerke mit hoher Empfindlichkeit (Vulnerabilitätsklasse A) weisen Schadensgrad 1 auf. (Schadensgrad 1: Haarrisse in einigen wenigen Wänden, Herauslösen kleinerer Putzteile, Herunterfallen loser Steine von oberen Bauwerksteilen) Intensität VII (7): damaging (schädigend) a) Die meisten Leute sind verängstigt und versuchen, nach außen zu gelangen. Viele haben Schwierigkeiten zu stehen, insbesondere in oberen Bauwerksgeschossen. b) Das Mobiliar wird bewegt, kopflastige Stücke können umfallen. Objekte fallen in großer Anzahl aus den Regalen. Wasser schwappt in Gefäßen, Behältern und Becken über. c) Viele Bauwerke der Empfindlichkeitsklasse B (Anmerkung: typisch für Mauerwerksbauten) und einige der Empfindlichkeitsklasse C (Anmerkung: typisch fhr Stahlbetonbauten ohne Erdbebenentwurf) erleiden Schadensgrad 2; einige von Klasse B und viele von Klasse A weisen Schadensgrad 3 auf; einige Bauwerke der Empfindlichkeitsklasse A erleiden Schadensgrad 4. Schadensgrad 2: Risse in vielen Wänden, (Teile von) Schornsteinen fallen herunter, große Putzstücke lösen sich ab. Schadensgrad 3: große und ausgedehnte Risse in vielen Wänden, Dachziegel und Dachschiefer rutschen Schadensgrad 4: Versagen von Wänden, partielles Bauwerksversagen eine Betrachtung von Dr. Jochen Schwarz, Zentrum für die Ingenieuranalyse von Erdbebenschäden am Institut für Konstruktiven Ingenieurbau
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