ERDBEBENFachgebiet: Verkehrswegebau

Referent: Fabian Schlömer04.05.2011

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Gliederung

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

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1. Plattentektonik4

Plattentektonik

Lithosphäre keine durchgehende Schale, sondern besteht aus 20 starren Platten

Kontinentalplatten 40 – 100 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

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Kontinentalplatten6

Plattengrenzen7

2. Erdbeben8

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

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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

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Typologie von Erdbeben - Video11

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 5

1000 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

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Erdbebenstärke13

3. Erdbebenvorkommen14

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

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Erdbeben Tohoku16

Erdbeben Tohoku17

Erdbeben Tohoku

Daten:

Datum: 11.03.2011

Herdzeit: 06:46:24 Uhr MEZ

Breite: 38.38 N

Länge: 142.34 E

Tiefe : 32 km

Magnitude: 9.0

Schäden:

14.300 Tote

11.900 Vermisste

138.000 Häuser und Gebäude beschädigt

17.000 Häuser und Gebäude zerstört

$309 Milliarden Schaden

Stärkstes Erdbeben in Japan!

4 stärkstes weltweit seit 1900!

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Erdbeben Deutschland

Historische und jüngere Beben in Deutschland und den Nachbarsländern

Erdbeben bei JahrLokal -

MagnitudeIntensität

Todesopfer/

Schaden

Herzogenrath 1877 5,9 VIII n.b.

Tollhausen 1878 n.b. VIII Tote

Albstadt 1911 6,1 VIII n.b.

Saulgau 1935 5,8 VII - VIII 0,75 Mio RM

Albstadt 1943 5,6 VIII n.b.

Euskirchen 1951 6,0 VII - VIII n.b.

Albstadt 1978 5,7 VII - VIII 75 Mio. EUR

Roermond 1992 5,9 VII Verletzte

Waldkirch 2004 5,4 VI 3 Mio. EUR

Erdbeben - Häufigkeit in Deutschland

Magnitude (MW) Anzahl/Jahr

3 - 4 6

4 - 5 0,7

5 - 6 0,2

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Erdbeben in Deutschland20

4. Erdbebennormen21

Erdbebennormen

DIN EN 1998 – 1: 2006 – 04 (EC8)

DIN 4149: 2005 - 04

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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

Erdbebengerechter Entwurf23

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.

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5. Bemessung25

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 %

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Bemessungswert der Bodenbeschleunigung

1. Wahl des Ortes

2. Ablesen der Erdbebenzone

3. Ablesen des Bemessungsbeiwertes

1. Albstadt

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Erdbebenzonenkarte Deutschland

2. Zone 3

3. a,g = 0,8 m/s2

Bedeutungsbeiwert

Abhängig von der Bedeutung für den Schutz der Allgemeinheit

Einteilung in 4 Bedeutungskategorien

Bedeutungsfaktor entspricht einem Sicherheitsfaktor

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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

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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

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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

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Bestimmung der Erdbebenersatzlast

S,d = a,g * γI * S * β,0 / q

mit a,g = 0,8 m/s2; γI = 1,0; S = 1,50; q = 1,0; β,0 = 2,5

S,d = 3,0 m/s2enspricht 30% von g

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