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Wie Erschutterungen in Bauwerken vermeiden



Bochum, 12.07.1996
Nr. 132

Bevor die Waende wackeln
Wie man Erschuetterungen berechnet und vermeidet
Bochumer Bauigenieur in Karlsruhe ausgezeichnet


Faehrt ein Brummi nebenan vorbei, schuettelt sich manches Mal selbst
der Computer im sechsten Stock. Nicht nur Erdbeben lassen also
Haeuser erzittern und Scheiben erklirren. Um solche und aehnliche
Baugrunderschuetterungen zuverlaessig vorauszuberechnen und vor der
Errichtung das Bauwerk so zu planen, dass sie deutlich verringert
werden, hat der Bochumer Bauingenieur Dr.-Ing. Nawawi Chouw zwei
Verfahren entwickelt und in seiner Dissertation ,Berechnung von
Tragwerkschwingungen unter Beruecksichtigung des dynamischen
UEbertragungsverhaltens des Baugrunds" beschrieben. Fuer diese von
Prof. Dr. Guenther Schmid (Theorie der Tragwerke und
Simulationstechnik, Fakultaet fuer Bauingenieurwesen der RUB)
betreute Untersuchung erhielt Dr.-Ing. Chouw kuerzlich den mit 5.000
DM dotierten Preis der Prof.-Dr. Fritz Peter Mueller-Stiftung fuer
hervorragende wissenschaftliche Leistungen auf dem Gebiet der
Baudynamik. 


Vom Wind und Explosionen erschuettert

Erschuetterungen von Bauwerken koennen durch Maschinen in den
Bauwerken selbst oder durch Wind, Luftdruckwellen bei Explosion und
auch ueber das Fundament durch Bodenwellen hervorgerufen werden.
Haeufige Ursachen von Baugrunderschuetterungen sind der Strassen-
und Schienenverkehr und die bei Bauarbeiten dem Boden zugefuehrte
Energie, etwa durch Ruettelwalzen zur Bodenverdichtung oder durch
das Einrammen von Pfaehlen zur Errichtung eines Gebaeudes auf einem
schlecht tragenden Baugrund. Auch Erschuetterungsquellen in
Nachbargebaeuden oder ein Naturereignis wie Erdbeben koennen
Bodenwellen verursachen.

Starr gelagert haelt unerschuetterlich

Bei der Berechnung von Bauwerkbeanspruchungen und -schwingungen geht
man haeufig von einem starr gelagerten Bauwerk aus, als ob es in
einem sehr steifen Baugrund fest gegruendet waere. Das ist selten,
denn ein Baugrund gibt  gewoehnlich nach. Darum schwingen Bauwerke
ohne feste Lagerung laenger und staerker. Waehrend ein Bauwerk
schwingt, breiten sich von seinem Fundament Wellen im Boden aus und
tragen einen Teil der Schwingungsenergie fort. Das Bauwerk erfaehrt
auf diese Weise eine Daempfung, zusaetzlich zu der Daempfung durch
das Bodenmaterial. Ein Bauwerk mit solchem Baugrund hat daher andere
Eigenschaften als ein Bauwerk mit der angenommenen festen Lagerung.
Ausserdem: Bauwerke stehen gewoehnlich nicht allein.

Fuer sicheres und wirtschaftlicheres Bauen

Mit dem von Dr.-Ing. Chouw entwickelten numerischen Verfahren kann
man erstmals die Wirkung von Stoessen zwischen benachbarten
Gebaeuden bei einem starken Erdbeben untersuchen. Dabei wird nicht
nur die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Bauwerken mit dem
Baugrund sondern auch die Wechselwirkung zwischen den Gebaeuden
durch den gemeinsamen Baugrund beruecksichtigt. Indem das Verfahren
das dynamische Baugrundverhaltens beruecksichtigt, ist nunmehr ein
sichereres und wirtschaftlicheres Bauen moeglich, weil man die
Bauwerkbeanspruchungen realistischer ermitteln kann.

Wie Erschuetterungen vermieden werden

Gleichzeitig hat der Bochumer Bauingenieur ein Verfahren entwickelt,
mit dem sich uebermaessige Anregungen von Bauwerken durch
Bodenerschuetterungen vermeiden lassen. Es nutzt das Wissen um die
dynamische Eigenschaft einer Bodenschicht ueber einem Grundgebirge:
In bestimmten Faellen werden keine Erschuetterungen uebertragen.
Voraussetzung dafuer ist, dass die Bodenwellen eine bestimmte
Grenzfrequenz nicht ueberschreiten oder dass das Grundgebirge nicht
zu tief liegt.

Einbaukoerper veraendert Dynamik

In der Natur hat ein Baugrund nicht immer ein Grundgebirge, oder es
liegt nicht in der gewuenschten Tiefe. Um dennoch ein aehnliches
Bodenverhalten hervorzurufen, wird ein Koerper aus steifem Material
mit ausreichenden Ausdehnungen in einer bestimmten Tiefe eingebaut.
Der Einbaukoerper veraendert die dynamische UEbertragungseigenschaft
des oertlichen Baugrunds. Liegt er unter einer
Erschuetterungsquelle, wie z. B. einem Maschinenfundament, wird das
Auslaufen von Bodenerschuetterungen in die Umgebung behindert und
zusaetzlich koennen die Maschinenschwingungen durch den steiferen
Baugrund reduziert werden. Befindet sich der Einbaukoerper unter
einem Tragwerk, wird das Einlaufen von eintreffenden Bodenwellen in
das Gebiet ueber ihm behindert. Da sich der Einbaukoerper durch die
Anregung von Bodenwellen bewegt, kann er das Aus- und Einlaufen von
Bodenerschuetterungen nicht ganz verhindern. Je weniger der
Einbaukoerper nachgibt, desto wirksamer ist er.

In Berlin und Japan erprobt

Ergebnisse von Freifeldversuchen an Oberflaechenfundamenten in
Berlin und in Japan haben die Wirksamkeit eines Einbaukoerpers zur
Reduzierung von harmonischen Bodenwellen bestaetigt. Fuer
Forschungszwecke wurde das Reduzierungsverfahren bereits in Japan an
einem neuen Buerogebaeude und einem neuen Wohnhaus angewandt. Zur
Zeit ist die Anwendung an einer Strecke der
Hochgeschwindigkeitszuege Shinkansen in Japan in Vorbereitung.

Erschuetterungsfreiheit auch in Montreal

Der andere Weg ueber die Grenzfrequenz wurde in Kanada untersucht.
Die experimentell ermittelte Grenzfrequenz wurde mit der Frequenz
der vorherrschenden Bodenerschuetterungen verglichen. In den
untersuchten Stadtteilen von Montreal erwiesen sich die Busse als
Hauptquelle der Bodenerschuetterungen. Es wurde vorgeschlagen, ihre
dynamischen Eigenschaften zu veraendern.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Guenther Schmid, Ruhr-Universitaet Bochum, Fakultaet fuer
Bauingenieurwesen, 44780 Bochum, Tel. 0234/700-5030, -6141, Fax:
0234/7094-463; email: schmid@sim.bi.ruhr-uni-bochum.de



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Mit freundlichen Gruessen 

Dr. Josef Koenig 
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum 
- Pressestelle - 
44780 Bochum 
Tel: + 49 234 700-2830, -3930
Fax: + 49 234 7094-136
Josef.Koenig@rz.ruhr-uni-bochum.de 

Schauen Sie doch bei uns mal rein: 
http://www.rz.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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