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Einsturz und Dolinen
Grundlagen
Einsturz- und Absenkungsphänomene treten auf, wenn Kalk-, Gips- oder Salzgestein durch zirkulierendes Wasser angegriffen und stellenweise aufgelöst oder ausgeschwemmt wird. Die so entstandenen Hohlräume können einstürzen und an der Geländeoberfläche zum allmählichen Einsinken oder zum plötzlichen Einsturz führen. Am häufigsten betroffen sind die Karstgebiete im Jura, in den Voralpen sowie in Teilen der Alpen. Nebst natürlichen Ursachen wie starker Regen oder einer intensiven Schneeschmelze können auch Bautätigkeit (Vibration, Auflast) und Besiedelung (Verluste bei Trink- und Abwasserleitungen oder Erdwärmesonden) die Hohlraumbildung fördern oder einen Einsturz auslösen.
Empfohlenes Schutzziel: Das Gebäude bleibt bis zum 300-jährlichen Ereignis intakt und schützt die sich darin befindenden Personen.
Fachbegriffe
Karst: Durch unterirdisch zirkulierendes Wasser ausgelaugte Landschaften aus Kalkgestein. Charakteristisch sind das Vorhandensein von Dolinen sowie generell das Fehlen eines oberflächlichen Gewässernetzes.
Dolinen (auch Erdfall/Einbruchsenke genannt) sind meist trichterförmigen Vertiefungen der Bodenoberfläche, die durch das Einbrechen eines Hohlraumes im Untergrund entstehen. Dolinen treten ausschliesslich in Karstgebieten auf.
Absenkung: Dieser vielfältig eingesetzte Begriff wird im Zusammenhang mit Dolinen klar von Bodenabsenkungen abgegrenzt, die sich beispielsweise durch schlechten Baugrund ergeben könnten. Gemeint ist ein langsames Einsinken oder Nachbrechen der oberen Bodenschichten als direkte oder indirekte Folge von im Untergrund entstandenen Hohlräumen.
Lösungsgeschwindigkeit: Die lösbare Gesteinsmasse pro Liter zirkulierender Flüssigkeit. Speziell in Salzen und Gipsgesteinen kann die Hohlraumbildung bei entsprechender Wasserverfügbarkeit innert kurzer Zeit sehr schnell voranschreiten.
Lösungsdoline: Durch die fortlaufende Auslaugung des Gesteins erweitern sich Risse und Hohlräume von der Oberfläche her. In der Folge senkt sich die Bodenoberfläche allmählich weiter ab und hinterlässt eine trichterförmige Doline. Schwinde: Spezialfall einer Lösungsdoline, in der ein Bach verschwindet.
Suffosionsdoline: Wenn Kalkstein mit lockerer Erde bedeckt ist, bilden sich durch Lösungsprozesse Hohlräume im obersten Bereich der Gesteinsschicht. Gibt die Bodendecke schrittweise nach, entsteht eine charakteristische, sich zunehmend vergrössernde Vertiefung.
Einsturzdoline: Durch unterirdisches Auswaschen lösungsanfälligen Gesteins vermindert sich die Tragfähigkeit des Untergrunds. In der Folge kommt es zu einem gegebenenfalls sehr plötzlichen Einsturz (Erdfall) der Bodenoberfläche.
Dolinen kommen in den unterschiedlichsten Grössen und Ausprägungen vor und entwickeln sich im Laufe der Zeit stetig weiter. Oft liegen mehrere Dolinen nahe beieinander oder sind wie Kettenglieder aneinander gereiht, entlang der unterirdischen Wasserflüsse oder an Übergangszonen und Brüchen im Gestein. Dies lässt sich gut im digitalen Geländemodell erkennen, wie der nachfolgende Kartenausschnitt aus dem Gebiet südlich von Le Soliat (VD) zeigt.
Intensitätsparameter zur Bemessung
Stabilitätsprobleme im Zusammenhang mit Dolinen beschränken sich auf Gebiete kalkhaltigen und verkarstungsfähigen Gesteins. Einen Überblick bietet die Karstkarte (Quelle:www.swisskarst.ch, www.isska.ch):
Gemäss BAFU 2016 werden die Intensitätsstufen wie folgt abgegrenzt:
- schwache Intensität: Dolinen potenziell vorhanden oder lösungsanfällige Gesteine
- mittlere Intensität: Dolinen vorhanden, nachgewiesen
- starke Intensität: Dolinen und eine Einsturzgefährdung sind nachgewiesen
Karst, Versickerungszonen sowie jegliche Hinweise auf Dolinen in der näheren Umgebung sind verschärfende Faktoren. Drainagen oder eine sehr mächtige und tragfähige Sedimentüberdeckung mindern die Einsturzgefahr. Nebst natürlichen Ursachen wie starker Regen oder einer intensiven Schneeschmelze können auch Bautätigkeit (Vibration, Auflast) und Besiedelung (Verluste bei Trink- und Abwasserleitungen oder Erdwärmesonden) einen Einsturz auslösen.
In der Regel reichen die Hinweise in den Gefahrenkarten nicht aus, um die Gefährdung durch Dolinen an einem bestimmten Standort mit Sicherheit zu bestimmen. Hierzu muss eine Fachperson ein spezifisches Gutachten erstellen, das die Bodenbeschaffenheit und möglichen Ursachen einer Absenkung oder eines Einsturzes genau analysiert. Ziehen Sie hierzu einen Geologen oder Geotechniker bei. Wichtig ist, dass nicht nur die Stabilität des unmittelbaren Baugrunds sondern auch die darunterliegende Geologie beurteilt wird.
Gefährdungsbilder
Gefährdungsbild 1: Kleinflächige Einsenkung, lokaler Einsturz
Von der Einsenkung bzw. vom Einsturz ist lediglich ein geringer Teil der Gebäudegrundfläche betroffen. Je nach Steifigkeit der Gebäudestruktur und der Art der Fundation ist mit geringen Setzungen des betroffenen Gebäudeteils zu rechnen. In der Regel ist die Tragsicherheit lokal gefährdet, die Gesamtstabilität bleibt jedoch gewährleistet.
Gefährdungsbild 2: Grossflächige Einsenkung, grossräumiger Einsturz
Von der Einsenkung bzw. vom Einsturz betroffen ist ein wesentlicher Teil der Gebäudegrundfläche, weshalb die Gesamtstabilität des Gebäudes nicht mehr gewährleistet ist. Je nach Fundationsart und statischem Konzept wird das Gebäude kippen oder zerreissen. Einsturzgefahr heisst immer auch Lebensgefahr für Personen.
Schadenarten/-ursachen
Differenzielle Bewegungen und Setzungen des Untergrundes können die Stabilität von Gebäuden auch dann substantiell beeinträchtigen, wenn sie langsam und kontinuierlich erfolgen. Häufige Schadenbilder sind ein ungleichmässiges Absinken oder Verkippen einzelner Gebäudeteile sowie die Bildung von Rissen in Wänden und Decken. Türen und Fenster werden schnell unbenutzbar und es kann zu Leitungsbrüchen und zu Schäden an Zufahrtswegen kommen. Je nach Schadengrad ist zusätzlich zur Gebrauchstauglichkeit auch die Tragfähigkeit des Gebäudes in Frage gestellt, wodurch auch Personen stark gefährdet sind. Reparaturen lassen meist sich nur mit grossem Aufwand realisieren und sind ohne Stabilisierung des Absinkprozesses nur kurzzeitig wirksam.
Im Extremfall stürzen oder sacken das ganze Gebäude oder einzelne Teile davon plötzlich ein. In dieser Situation sind Menschen und Tiere im und um das Gebäude akut gefährdet. Oft sind die strukturellen Schäden und die verbleibende Einsturzgefahr so gross, dass weder eine Reparatur noch der Wiederaufbau am gleichen Ort sich nicht mit verhältnismässigen Aufwand bewerkstelligen lassen. Die präventive Vermeidung dieser Situation sowie eine frühzeitige Evakuierung sind essentiell.
Schutzmassnahmen
Der wichtigste Beitrag zur Risikoreduktion ist die Wahl eines möglichst sicheren Gebäudestandorts, denn beim Bauen auf einer sich vertiefenden oder einer verfüllten Doline ist mit einer zunehmenden Bodeninstabilität zu rechnen. Konsultieren Sie die Karstkarte oder eine geologische Karte und erkundigen Sie sich, ob in der näheren Umgebung Höhlen oder Dolinen bekannt sind. Ziehen Sie in potentiell gefährdeten Gebieten stets einen Geologen oder Geotechniker bei, um das Ausmass des Absinkprozesses und dessen Ursache bestmöglich zu kennen. Wählen Sie eine angepasste, verstärkte Konstruktionsweise und Vermindern Sie allfällige zusätzliche Störungen der Bodenstabilität während dem Bau und Betrieb
Vorschläge für Schutzmassnahmen zu einzelnen Bauteilen sowie zum konzeptionellen Vorgehen: Gebäudeschutz
Normen und Richtlinien
Allgemeine Bau- und Tragwerksnormen
Allgemein
SIA 480 (2016): Wirtschaftlichkeitsrechnung für Investitionen im Hochbau. Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich.
Tragwerksnormen
SIA 260 (2013): Grundlagen der Projektierung von Tragwerken. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.
SIA 261 (2014): Einwirkungen auf Tragwerken. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.
SIA 261/1 (2003): Einwirkungen auf Tragwerke – Ergänzende Festlegungen. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein. Zürich.
SIA 267 (2013): Geotechnik. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.
SIA 267/1 (2013): Geotechnik - Ergänzende Festlegungen. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.
SIA 269 (2011): Grundlagen der Erhaltung von Tragwerken. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.
SIA 269/1 (2011): Erhaltung von Tragwerken - Einwirkungen. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich
SIA 465 (1998): Sicherheit von Bauten und Anlagen. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.
SIA 469 (1997): Erhaltung von Bauwerken. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.
Technische Richtlinien (Auswahl)
Allgemein
SVGW (2010): Richtlinie für Gasleitungen. Richtlinie G2. Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches, Zürich.
SVGW (2013): Richtlinie für Wasserverteilung. Richtlinie W4 - Planung, Projektierung sowie Bau, Betrieb und Unterhalt von Trinkwasserversorgungssystemen ausserhalb von Gebäuden. Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches, Zürich.
Entwässerung
Suissetec/VSA (2012): SN 592000:2012: Anlagen für die Liegenschaftsentwässerung – Planung und Ausführung.
VSA (1996): Planung der Liegenschaftsentwässerung. Informationsforum der VSA Fachgruppe „Liegenschaftsentwässerung“, Olten.
VSA (2002): Regenwasserentsorgung: Richtlinie zur Versickerung, Retention und Ableitung von Niederschlagswasser in Siedlungsgebieten. Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute, Zürich. (Update 2008 zur Richtlinie)
Literatur
Allgemein
ASTRA (2012): Naturgefahren auf den Nationalstrassen: Risikokonzept. Methodik für eine risikobasierte Beurteilung, Prävention und Bewältigung von gravitativen Naturgefahren auf Nationalstrassen, Bundesamt für Strassen, Bern.
BAFU [Hrsg.] ( 2016): Schutz vor Massenbewegungsgefahren. Vollzugshilfe für das Gefahrenmanagement von Rutschungen, Steinschlag und Hangmuren. Bundesamt für Umwelt, Bern. Umwelt-Vollzug Nr. 1608: 98 S.
Egli, Th. (2005): Wegleitung Objektschutz gegen gravitative Naturgefahren. Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen, Bern.
PLANAT (2009): Risikokonzept für Naturgefahren. Nationale Plattform Naturgefahren, Bern.
Präventionsstiftung der Kantonalen Gebäudeversicherer (2014): Prevent-Building – eine Methodik und ein Werkzeug zur Beurteilung der Wirksamkeit und Zumutbarkeit von Objektschutzmassnahmen an Gebäuden gegen gravitative und meteorologische Naturgefahren. Bericht Phase 1 mit Anpassungen aus Phase 2. Arbeitsgemeinschaft Prevent-Building: WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF, Egli Engineering AG, Geotest AG, B,S,S,. Volkswirtschaftliche Beratung, Version 12.05.2014. (Download)
Suda J. und Rudolf-Miklau F. (Hrsg.) (2012): Bauen und Naturgefahren, Handbuch für konstruktiven Gebäudeschutz. Springer, Wien.
Dolinen
Arbeitsgruppe Geologie und Naturgefahren (1998): Geologische Naturgefahren in der Schweiz. Separatdruck aus: Bulletin für angewandte Geologie 3/1, ISSN 1420-6846.
Lang, H.-J. et al. (2010): Bodenmechanik und Grundbau. Das Verhalten von Böden und Fels und die wichtigsten grundbaulichen Konzepte, 9. bearbeitete Auflage, Springer Verlag, Berlin.
SISKA (2017): Die Dolinen - Entstehungsprozesse, Nützlichkeit und Schutz, Praktische Ratschläge. Schweizerisches Institut für Speläologie und Karstforschung, La Chaux-de-Fonds.
Smoltczyk, U. [Hrsg.] (2009): Grundbau Taschenbuch, 7. Auflage,. Teil 1, Geotechnische Grundlagen, Ernst und Sohn, Berlin.
Smoltczyk, U. [Hrsg.] (2009): Grundbau Taschenbuch, 7. Auflage, Teil 3, Gründungen und geotechnische Bauwerke, Ernst und Sohn, Berlin.