Stärken, verweichen oder umwickeln?
Obwohl das Risiko starker Erdbeben in der Schweiz als mässig gilt, sind grosse Beben möglich: Im Wallis rechnen Fachleute mit einem Beben in den kommenden 20 bis 30 Jahren. Am Empa-Wissenschaftsapéro informierten Experten darüber, wie Gebäude gegen solche Katastrophen gewappnet werden können.
Quelle: empa
Erdbeben-Gefahrenkarte der Schweiz: in den tiefrot eingefärbten Gebieten ist die Gefahr am höchsten. (Eine höhere Auflösung der Karte kann am Ende des Artikels heruntergeladen werden.)
Quelle: empa
Blick in die Halle des Teheraner Hotels Azadi: Um das 28 Stockwerke hohe Hotel erdbebensicher zu machen, wurden die zehn Meter hohen Stützen aus Stahlbeton mit CFK-Gewebe umwickelt.
Nicht jede Generation werde in der Schweiz von einem Erdbeben betroffen, erklärte Donat Fäh vom Schweizerischen Erdbebendienst zur seismischen Gefährdung in der Schweiz anlässlich des Empa-Wissenschaftsapéros. Dennoch könnte sich ein grosses Beben wie 1356 in Basel oder 1855 in Visp mit einer Stärke von sieben beziehungsweise fast neun auf der Richterskala und enormen Schäden jederzeit wiederholen. Der Grund: Auch unter der Schweiz treffen tektonische Platten aufeinander und verursachen Spannung. Vor allem die Gebiete um Basel und entlang der Alpen sowie das Oberwallis sind gefährdet. Der Erdbebendienst registriert täglich mehrere kleinere Beben, die allerdings für Menschen weder spürbar noch gefährlich sind.
Wenn sich Fundamente mit dem Boden bewegen
„Das nächste grosse Beben erwarten wir im Wallis in den nächsten 20 bis 30 Jahren“, so Fäh. Bei einem Erdbeben wie im Jahr 1855 in Visp verschiebe sich der Boden horizontal etwa zehn Zentimeter hin und her, erklärte Hugo Bachmann, emeritierter ETH-Professor und Präsident der Stiftung für Baudynamik und Erdbebeningenieurwesen. „Fundamente müssen diese Bodenbewegung mitmachen.“ Sei der obere Teil eines Gebäudes jedoch nicht ausreichend auf ein Erdbeben ausgerichtet, stürze es ein.
Es bieten sich laut Bachmann zwei Möglichkeiten an, solches zu verhindern: entweder, das Gebäude zu verstärken oder zu „verweichen“. Beim Verstärken macht das Bauwerk die Bewegung des Erdbebens mit. Dazu muss das Gebäude fixiert werden, am besten mit bis zu drei Meter breiten Stahlbetonwänden, die das Gebäude asymmetrisch auf allen Seiten vom Fundament bis zum obersten Geschoss stützen. So erhält das Bauwerk genügend Stabilität, um bei einer Verschiebung des Bodens nicht einzustürzen. Zumal Gefahr vor allem dann droht, wenn in einem Teil des Gebäudes vertikal durchgehende Mauern fehlen. So genannte «weiche Geschosse», die nur mit Pfeilern oder Stützen mehrere Obergeschosse tragen, sind bei einem Erdbeben nicht in der Lage, das gesamte Gebäude zu tragen.
Anstatt Gebäude komplett umzubauen, besteht laut Bachmann aber auch die Möglichkeit, das Fundament zu «verweichen». Dazu wird die Aussenwand im Kellergeschoss oder vielmehr unterirdisch horizontal aufgeschnitten. Anschliessend platziert man im entstandenen Zwischenraum in regelmässigen Abständen weiche Gummischeiben von zirka 50 Zentimetern Durchmesser. Damit werden während eines Erdbebens die horizontalen Bodenbewegungen der Erdoberfläche von diesen elastischen Einlagen abgefedert, wodurch der obere Teil, also das Gebäude selbst, stabil bleibt.
Eine Entwicklung der Empa
Eine weitere Möglichkeit zur Sicherung bestehender Gebäude bieten kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK). Dieses Verfahren, das an der Empa entwickelt wurde, werde weltweit eingesetzt, um Gebäude vor Einstürzen zu schützen, erklärt Masoud Motavalli von der Abteilung «Ingenieur-Strukturen» der Empa. Die Kunststoffe werden etwa in Form von Bändern um tragende Säulen befestigt, um diese zu stabilisieren. Bei einem Erdbeben drückt die Last der oberen Etagen auf die Säulen. Diese halten dem Druck häufig nicht stand, werden spröde und rissig und können brechen. Die Karbonfasern um die Säulen verhindern dies. Es entsteht eine innere Spannung in der Säule, die ihr automatisch eine höhere Stabilität verleiht und den Einsturz verhindert. Auch ganze Wände können mit dieser Methode stabilisiert werden.
Aber auch an anderen Möglichkeiten zur Erdbebensicherung von Gebäuden arbeitet Motavallis Team. Die Experten versprechen sich vor allem von so genannten Formgedächtnislegierungen einiges. Hierbei handelt es sich um Materialien, die beliebig verformt werden können. Beim Erhitzen nehmen sie aber wieder ihre ursprüngliche Form an. Dadurch liessen sich unter anderem tragende Säulen verstärken. Vor allem bei Brand - eine häufige „Begleiterscheinung“ von Erdbeben - könnten sie helfen, trotz erhöhter Hitze die Tragfähigkeit zu sichern.
Kleine Veränderungen und ein minimaler Aufwand könnten Einstürze verhindern, so Donath Fäh. Trotzdem noch längst nicht jeder Neubau automatisch erdbebensicher. „Die Verbindlichkeit der Baunormen ist lasch, sie werden nicht immer eingehalten“, moniert Hugo Bachmann. Die Sicherung eines Hauses fällt bei einem Neubau kaum ins Gewicht. Bachmann: «Die Mehrkosten sind gering, sie betragen zwischen Null bis ein Prozent der Gesamtbaukosten.» Fortschrittlich sind in dieser Hinsicht Basel und Wallis. Hier werden diese Normen konsequent durchgesetzt. (mai/mgt)
Link zur Gefährdungskarte:www.empa.ch
