in Verbindung mit dem Nachweis der Langzeitstandsicherheit von sanierten Kippenböschungen

Region Nachterstedt (18.07.2009- 18.09.2011)
Standsicherheitsnachweis für Kippenböschungen:
Für alle Kippenböschungen ist nachzuweisen, insbesondere für die restlochseitigen Kippenböschungen (Seeböschungen) während der Flutung, dass diese erdbebensicher sind. Insbesondere für den Endzustand ist die Erdbebensicherheit dauerhaft nachzuweisen. Hinzu kommt bei den Seeböschungen noch der Sicherheitsnachweis gegen Wellenschlag. Besondere Sicherheitsanforderungen sind bei einer Wohnbebauung von Kippenarealen zu stellen.
Siehe: DIN 1054:2010-12 (D); Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau - Ergänzende Regelungen
zu DIN EN 1997-1 und Gefährdungsniveaus der DIN 19700

Gesteuerte Flutung:
Während der Flutung von Tagebaurestlöchern (TRL) wird die Grundwasserabsenkung im Umfeld des „Neuen“ Sees aufrechterhalten. Damit wird erreicht, dass der Seewasserspiegel stets höher als der Grundwasserspiegel (GW-Spiegel) in der Umgebung bliebt. So wird verhindert das diese Wässer aus der Seeböschung austreten und bzw. Seewasser über die Böschung abfliesst. Das stabilisiert die Böschung, neben den anderen notwendigen Maßnahmen, zusätzlich. Dies ist insbesondere bei schwierigen Randbedingungen zu gewährleisten-standortspezifische Lösung- siehe auch der Abschlussbetriebsplan nach BBergG.
Steuerung heisst dabei insbesondere, dass die Seespiegelhöhe gesteuert werden kann.
Überwachungen (Langzeitüberwachungen) von Böschungen - eine der bereits vorhandenen Lösungen:
„Georobot“-Ein Beispiel, von RWE- http://www.rwe.com/web/cms/mediablob/de/406360/data/59998/2/rwe-power-ag/standorte/garzweiler/Informationen-zum-Boeschungsaufbau.pdf
„Georobot“ ist im Kern ein leistungsstarker Vermessungscomputer, der automatisch eine Vielzahl reflektierender Messpunkte in der Böschung anpeilt und aus Veränderungen Bodenbewegungen im Millimeterbereich errechnen kann. Das System arbeitet stabil rund um die Uhr. Bei Auffälligkeiten informiert es automatisch die Betriebsüberwachung des Tagebaus oder die Langzeitstandsicherheitszentrale bei Sanierungsobjekten.
I) Preliminary Seismic Report: Station Collm CLL, July 2009 (Auszug);
Source parameters: NEIC QUICK EPICENTER DETERMINATIONS
18.07.09 NACHTERSTEDT, SACHSEN-ANHALT ; Epizentrum: Breite [Grad]: 51.81 N; Länge [Grad]:11.34 E;
Tiefe h=  0 km; Herdzeit OT=02:40:44.6
(Lokale) Magnitude: MSgV=1.5 ; Magnitude (Breitband) mS=2.0
Station Colm: Universität Leipzig; Institut für Geophysik und Geologie; Talstr. 35, 04103 Leipzig (51.308N; 13.003E)
Daten für erdbebensichere Auslegung von Kippenböschungen in der Nachterstedter Region:
Das oben in den Reports aufgeführte dynamische Ereignis ist in der Coordinated Universal Time (UTC) registriert. Der Unterschied zur MESZ (CEST) beträgt -2h. In einigen Reports (CLL) wird das dort registrierte dynamische Ereignis und das des Versagens des Nachterstedter Böschungssystems gleich gesetzt. Das dynamische Ereignis liegt im Nachweisspektrum für eine erdbebensichere Sanierung von Kippenböschungen in dieser Region. Als Initial (letzter Auslöser-Start) kann es nur dann herhalten, wenn die verunglückte Kippenböschung bereits so irreparabel geschwächt war, dass ein kleines Initial diese Böschung vom labilen  in den  instabilen Gleichgewichtgewichtszustand übergehen ließ.  Die geringe (scheinbare?) Zeitdifferenz zwischen beiden (?) Ereignissen ist weiterer Beweis genug.
Die (Lokal-) Magnitude auf der Richter-Skala stellt den dekadischen Logarithmus des Ausschlags in μm auf einem Wood-Anderson-Gerät dar, wenn dieses 100 km vom Epizentrum entfernt ist:

S - (Korrekturterm)

Die Magnitude ist nur vom Standort des Erdbebens und nicht des Beobachters abhängig.
Die Intensität beschreibt die Auswirkungen des Erdbebens anhand von makroskopischen Beobachtungen eher qualitativen Charakters.
Gültig ist die zwölfstufige Europäische Makroseismische Skala 1998 (EMS-9), übernommen in die DIN 4149.
Wie wird das oben beschriebene Ereignis mit der Magnitude 2,0 nach dieser Skala eingeschätzt?
EMS I- II - Sehr leicht:
Beschleunigung (1 - 2)           :   
Diagramm
[Parameter sind nicht mit dem oben beschriebenen dynamischen Ereignis identisch; MSgV=1.5]
Vorschrift für den Sicherheitsnachweis bei dynamischen Einwirkungen: siehe auch Sicherheitsklassen, Bemessungssituationen, Gesamtsicherheitsbeiwert, Grenzzustände, Tragsicherheitsklassen, Dauerhaftigkeit bei den vorhandenen Widerständen des Böschungssystems „Nachterstedt“ (Hochkippe-Stützanschüttung), DIN 19700:

Auslegung nach Bemessungserdbeben (OBE - Operating Basis Earthquake): 500 jähriges Ereignis,
dabei dürfen keine nennenswerten Schäden auftreten
Auslegung nach Maximal möglichem Erbeben (MCE - Maximum Credible Earthquake): 2.475  jähriges Ereignis*,
dabei darf kein Versagen auftreten

Berechnung nach der pseudo-statischen Methode (Faktor 0,7), Werte siehe Tabelle, nach der Antwortspektrummethode ,
Werte siehe Diagramme
* Die 2.475 a sind genau genommen aus dem Maximum Considered Earthquake entlehnt. Allgemeine Grundsätze zur Berücksichtigung dynamischer Ereignisse in Standsicherheitsnachweisen für nachhaltig sanierte Kippenböschungen werden hier demnächst zum download hinterlegt.
Erdbebenkarte
Maximale Bodenbeschleunigungen in
OBE
MCE
Horizontal/
pseudo statisch
0,80/0.56
1,70/1.19
Vertikal
0.53/0.37
1.13/0.79
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Letzte Bearbeitung: 18.09.2011

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Geotechnische Prozesse
Erdbeben (Earthquakes)
&
(Dynamische Ereignisse - Dynamical events)
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Es haben mehrere seismische Stationen in Deutschland am 18.07.2009 ein dynamisches Ereignis im Umfeld des Tagebaurestloches Nachterstedt registriert. Die Bundesanstalt für Geologie und Rohstoffe hat eine Zusammenstellung dazu veröffentlicht. Die lokale Magnitude lag zwischen                                  .  Es ist allerdings auch zu registrieren, dass die Ortskoordinaten des Epizentrums erheblich schwanken. Bei einigen (II) lag dieses zwischen den TRL Nachterstedt und Frose, bei einigen anderen (I) in der Nachterstedter Böschung, im Bereich des Rutschungskessels. Wobei diese Registrierung dann die Registrierung des Ereignisses selbst gewesen wäre. Mit hoher Wahrscheinlichkeit versagten die verschiedenen Elemente des Nachterstedter Böschungssystems nicht gleichzeitig (Stützkippe - Hochkippe). Auch dies kann die Unterschiede in den Ortsangaben Epizentrums erklären. Der Leser kann die Lage des Ereignisortes mit den Ortskoordinaten aus den verschiedenen Reports selbst überprüfen, siehe z.B. Daten  I) und II).
http://www.cache-test-dummies.de/karten/koordinaten-eines-ortes-online-anzeigen/

Nachfolgend die Darstellung von zwei unterschiedlichen Reports
II) Event 90718003 Aschersleben, Hettstedt: Station BGR BGR, July 2009 (Auszug);
Source parameters: 18.07.09; Hangrutschung bei Nachterstedt (ehemaliges Braunkohlenabbaugebiet);
Epizentrum: Breite [Grad]:51.7950 N; Länge [Grad]:11.3570 E; Tiefe h=  0 km; Herdzeit OT=02:40:41.45
(Lokale) Magnitude: MSgV=1.7
Station BGR: Bundesanstalt für Geologie und Rohstoffe; Stilleweg 2, D-30655 Hannover;
http://www.seismologie.bgr.de/sdac/erdbeben/catalog/jul2009.pdf
Wassereinzuggebiet des TRL Nachterstedt; Vernässungsflächen auf Froser Flur, ca. 106 mNN, gewachsener Bereich
© Alle Rechte by Lisso, Witte, Lersow
Bild IMG 2483; aufgenommen: 31.01.2008, 11:58 Uhr
Die Magnitude eines dynamischen Ereignisses wird zumeist aus der Amplitude der sich ausbreitenden Welle ermittelt, der auch eine Beschleunigung  zugeordnet ist. Die Energie dieser Welle läßt sich näherungsweise aus der Oberflächenwellenmagnitude wie folgt ermitteln:                                                       Im Protokoll der Station Collm (CLL) wird für das registrierte Ereignis vom 18.07.2009 MS =1,5 angegeben, woraus sich E(J) ≈ 12 MJ ermitteln lässt. Dies entspricht der Energie von 40 t, die aus einer Höhe von 30 m fallen gelassen werden, also einem (1 !!!) Schlag einer Fallplattenverdichtung, wie sie auch bei der Sanierung von Kippenböschungen zum Einsatz kam!!!

Für eine Welle mit der angegebenen Magnitude ist die Beschleunigung a;  0,001 g ≤ a ≤ 0,002 g; 1          < a < 2
Es handelt sich hier, wenn schon, um ein Mikrobeben, von denen stündlich ca. 8.000 weltweit registriert werden.

Entscheiden Sie selbst, ob durch ein Mikrobeben dieser Art  eine „nachhaltig sanierte Kippenböschung mit Wohnbebauung“ versagen darf.
Einige Grundbegriffe für den Sicherheitsnachweis bei dynamischen Ereignissen finden Sie nachfolgend.
Koordinaten (II):
Breite [Grad]:   51.7950 N, (51°47.700´)
Länge [Grad]:  11.3570 E (11°21.400´)
Abstand s zwischen verschiedenen Ortsangaben des dynamischen Ereignisses in den Reports der seismischen Stationen
Tagebaurestsee/Wasserspeicher
Flutungsendstand/Einstaulamelle
Concordiasee
Geiseltalsee
Talsperre
Rappbode-Talsperre
(Größte Talsperre Deutschlands)
Wasserstand
[mNN]
103
98,05
Höhe über Gründungssohle [m]
106
Seewasservolumen
[Mio m³]
183
409
Stauraum² [Mio m³]
109,08¹
Seefläche
[Mio m²]
5,95
18,42
Wasserfläche [Mio m²]
3,90²
Maximale Tiefe
[m]
62,0
78
Maximale Tiefe [m]
86,5
Mittlere Tiefe
[m]
32,8
23
Mittlere Tiefe [m]  
k.A.³
Seebodenprofil-Entwicklung
¹Einschließlich Totraum; ² Vollstau; ³ vom temporären Wasseranfall im Einzugsgebiet abhängig; Verschnitt mittels Geo Referenzsystem z.Z. nur intern
Bei gefluteten oder in Flutung stehenden Tagebaurestlöchern (TRL) handelt es sich um einen Einstau von großen Mengen an Wasser, die auch als Stauanlagen geführt werden. Die Kippenböschungen fungieren hier als ungedichtete Erdämme eines Wasserspeichers. Die entstehenden oder bereits vorhandenen Tagebaurestseen erfüllen alle Kriterien einer Stauanlage. Manche von ihnen werden direkt als solche genutzt – Wasserspeicher Lohsa II oder andere als solche angelegt – Geiseltalsee – und späterhin umgewidmet, siehe Tabelle.


Die Zuverlässigkeit von Stauanlagen ist aufgrund des meist sehr hohen Schadenspotenzials von großer Bedeutung. DIN 19700 fordert im Zusammenhang mit der nachzuweisenden Zuverlässigkeit auch die Überprüfung der Erdbebensicherheit. Sonderregelungen für Hochwasserrückhaltebecken, Staustufen, Pumpspeicherbecken, Sedimentationsbecken sind in DIN 19700-12 bis DIN 19700-15 behandelt, so dass diese Vorschriften für den Nachweis der Langzeitstandsicherheit von nachhaltig sanierten Kippenböschungen des Braunkohlenbergbaus unter Einbeziehung von dynamischen Einwirkungen Anwendung finden muss.
Von zusätzlicher Relevanz für die Sicherheit dieser Wasserspeicher ist, dass bei einer ungesteuerten Flutung große Mengen Wasser über deren Erddämme dem TRL zu oder aus dem TRL ab fließen.

Bei einer geomorphologisch ausgeprägten Beckenlage, wie beim Concordiasee, potenzieren sich die Sicherheits-anforderungen für diese Stauanlagen.
Eine allgemeine Forderung für Standsicherheitsnachweise bei Kippenböschungen, insbesondere in Sachsen-Anhalt mit TRL mit hoher Einstaulamelle - siehe Tabelle oben, müsste deshalb lauten:
Registrierungen dynamischer Ereignisse im Umfeld des Versagens des Nachterstedter Böschungssystems am 18.07.2009
Allgemeine Berechnungsgrundsätze für dynamische Ereignisse (Erdbeben) click hier.
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Allgemeine Berechnungsgrundsätze für Kippenböschungen von Tagebaurestseen unter dynamischen Ereignissen (Erdbeben) click hier