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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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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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