Erdbebensicheres Sanierungskonzept für beschädigte Wohngebäude im ländlichen Nepal

Im Frühjahr 2015 wurden große Teile Nepals durch ein Erdbeben der Stärke 7.8 erschüttert. Für den erdbebensicheren Wiederaufbau von Wohngebäuden reisten noch im selben Jahr ehrenamtliche Mitglieder des Ingenieure ohne Grenzen e.V.in das Dorf Lurpung südöstlich von Kathmandu und entwickelten ein Sanierungskonzept, das seitdem implementiert wird.

Im Zuge einer Forschungsarbeit, die anhand von Daten aus dem Projektdorf Lurpung durchgeführt wurde, wurde die bisherige Ausführung der baulichen Maßnahmen auf konstruktiver Ebene analysiert. Ziel dieser Analyse war die Weiterentwicklung des bestehenden aussteifenden Systems zu einem fortschrittlichen Sanierungsentwurf, der zu einem Großteil den Einsatz von lokalen Baustoffen voraussetzt.

Außerdem sollte die Analyse nachweisen, dass diese Aussteifung in einem Gebiet hoher seismischer Aktivität und an einfachen Bruchsteingebäuden angewendet werden kann.

In Abhängigkeit dieser Bedingungen konnten drei wesentliche Bearbeitungsziele formuliert werden: Die optimierte Sanierung soll zum einen den normengerechten Sicherheitsanforderungen entsprechen, zum anderen soll die lokale Bauwerkscharakteristik berücksichtigt werden. Das dritte Bearbeitungsziel ist die nachhaltige Ausführung der Sanierung durch einen optimierten Materialaufwand.

Die bisher implementierte Gebäudeaussteifung basiert auf dem statischen Ersatzsystem eines Fachwerks, das durch eine diagonale Stahlverstrebung in der Deckenebene ausgebildet ist. Das System soll prinzipiell beibehalten werden, aber durch die Reduktion des Stahlanteils optimiert werden.

Hierfür können die bestehenden Deckendielen diagonal auf dem Rahmentragwerk der Holztafel verlegt und befestigt werden. Dadurch bildet sich ein einfaches Fachwerk mit vier Randgurten und einer Druckdiagonalen aus.

Die Deckentafel wirkt unter der horizontalen Belastung infolge des Erdbebens als aussteifendes Scheibenelement. Dadurch können die Lasten vom Mauerwerk homogen in die Deckentafel eingeleitet werden, wo ein Teil der Energie über die Verbindungsmittel dissipiert wird.

Der Einfluss des angepassten Aussteifungssystems auf die Verbesserung des gesamten Tragverhaltens wurde anschließend durch die Nachweisführung der Mauerwerkswände anhand des Eurocode für Mauerwerk EN 1996 überprüft. Die Ergebnisse der Finite-Elemente-Berechnungen zeigten, dass bei der Plattenbiegetragfähigkeit des Mauerwerks keine ausreichende Aufwertung des Gesamttragverhaltens erzielt werden kann. Infolge der Überbeanspruchung durch das einwirkende Biegemoment besteht ein Risiko für eine parallele Rissbildung entlang der Lagerfugen des Mauerwerkes.

Eine wesentliche Verbesserung der Gebäudestabilität konnte anhand von seismischen Verformungsberechnungen festgestellt werden. Im Vergleich zu einem unsanierten Gebäude können die gegenseitigen Stockwerksverschiebungen durch das vorgeschlagene Aussteifungssystem um den Faktor Vier reduziert werden.

Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass zusätzliche Nachrüstungsmaßnahmen für das Mauerwerk notwendig sind. In dieser Hinsicht können auch niedrigere Sicherheitsniveaus bei den Nachweisen von Interesse sein, denn aufgrund wirtschaftlicher Randbedingungen ist eine Reduktion der Sicherheitsanforderungen für bestehende Bauwerke in der Regel unvermeidbar.

Im Zuge einer Projektreise nach Nepal im Dezember 2021 evaluierte das Team die Anwendbarkeit des Systems vor Ort. Die Gespräche mit lokalen Stakeholdern resultierten in umfangreichen Erkenntnissen hinsichtlich der möglichen Einsatzbereiche der Aussteifung. Im Rahmen von gemeinsamen Baustellenbesichtigungen mit den Handwerkern wurde erörtert, dass für den Einbau der diagonalen Beplankung der vollständige Rückbau des vorhandenen Lehmestrichs erforderlich ist.

Das hätte jedoch einen erheblichen Arbeitsaufwand zur Folge. Dementsprechend kam das Projektteam zu dem Schluss, dass das entwickelte System nur an solchen Gebäuden implementiert werden sollte, deren Lehmestriche eine vollständige Zerstörung oder eine extensive Beschädigung erfahren haben.

Darüber hinaus konnten während der Ortstermine mit Wissenschaftlern der Universität Kathmandu zusätzliche Einsatzfelder herausgearbeitet werden. Im Zentrum der Diskussionen stand hierbei die Anwendung der vorgestellten Methode auf historische Bauwerke im städtischen Bereich des Kathmandu-Tals. Im Gegensatz zu den ländlichen Natursteingebäuden kann hierbei von höherwertigen Festigkeitseigenschaften des Mauerwerks ausgegangen werden. Im weiteren Projektverlauf muss folglich untersucht werden, ob die Tragfähigkeit dieses Mauerwerks der aussteifenden Wirkung einer diagonal-beplankten Deckentafel standhalten kann.

Weitere Informationen zum Projekt und zu Unterstützungsmöglichkeiten finden Sie hier:

https://www.ingenieure-ohne-grenzen.org/de/unsere-arbeit/projekte/nepal-wiederaufbauhilfe-lurpung

https://avestia.com/ICCEFA2021_Proceedings/files/paper/ICCEFA_110.pdf

Autoren: Simon Mühlbauer, Dimitris Diamantidis und Josef Schneider

Quelle und Bilder: Ingenieure ohne Grenzen e.V.