Rutschungen und Hangmuren

Bildquelle: PLANAT / Schweizer Luftwaffe

Grundlagen

Rutschungen werden aufgrund der Tiefe ihrer Gleitfläche in die Kategorien flach-, mittel- und tiefgründig unterteilt und aufgrund ihrer Bewegungsart als spontan oder permanent unterschieden. Bei permanenten Rutschungen ist die mittlere Geschwindigkeit über Jahre oder Jahrzehnte massgebend, bei spontanen Rutschungen bestimmt die gesamte Verschiebung und Setzung am Gebäude den Schaden. Besonders grosse Schäden sind zu erwarten, wenn die Geschwindigkeit und die Richtung der Bodenbewegung örtlich und zeitlich stark variieren. Ist ein steiler Hang stark mit Wasser gesättigt, kann aus einer flachgründigen Rutschung eine so genannte Hangmure entstehen. Bei Hangmuren kommt zusätzlich zur Massenverlagerung die Gefährdung durch nachfliessendes Wasser hinzu (siehe Murgang). Zum Schutz von Gebäuden vor Rutschungen und Hangmuren stehen das Meiden gefährdeter Gebiete (Gefahrenkarten) sowie Massnahmen an der Gefahrenquelle und am Objekt im Vordergrund.

Empfohlenes Schutzziel: Das Gebäude bleibt bis zum 300-jährlichen Ereignis intakt und schützt die sich darin befindenden Personen.

Fachbegriffe

Flachgründige Rutschungen bewegen sich auf einer Gleitfläche (hr), die in max. 2 m Tiefe liegt. Dadurch ist das bewegte Feststoffvolumen beschränkt. Es handelt sich in der Regel um spontane Rutschungen, welche bei erhöhtem Porenwasserdruck im Boden unvermittelt als einmaliges Ereignis auf einer Gleitschicht losbrechen. Diese Disposition ist beispielsweise nach intensiven Dauerniederschlägen gegeben. Kontinuierliche Bewegungsraten sind bei flachgründigen Rutschungen selten. Hin und wieder werden Kriechvorgänge (Bodenkriechen) beobachtet, wobei sich keine klar definierte Gleitschicht ausbildet.

Hangmuren können an steilen Hängen entstehen, wenn der Untergrund Schichten geringerer Festigkeit aufweist und stark durchnässt ist. Das Losbrechen der wassergesättigten Erdmasse erfolgt plötzlich und meist nahe an der Bodenoberfläche. Der hohe Wasseranteil führt zu einer sehr schnellen Bewegung und zur vollständigen Umlagerung des Bodenmaterials. Die Einwirkung auf Gebäude ist mit jener von Murgängen aus Gerinnen vergleichbar, wobei Hangmuren eher feinkörnig sind.

Rutschungen mit einer Tiefe der Gleitfläche von 2 bis 10 m werden mittelgründig und solche mit mehr als 10 m Tiefe als tiefgründig bezeichnet. Das bewegte Feststoffvolumen ist wesentlich grösser als bei flachgründigen Rutschungen. Deshalb liegen die auftretenden Erddruckkräfte oft in Grössenordnungen, die sich nicht mehr oder nur mit sehr aufwendigen Stützkonstruktionen beeinflussen lassen. Bei mittel- und tiefgründigen Rutschungen werden Gebäude in der Regel vollständig von der Bewegung erfasst. Die Grösse und die Gleichmässigkeit der Bewegungen über den gesamten Rutschkörper beeinflussen die möglichen Schäden.

Zwischen permanenten und spontanen Rutschungen sind viele Übergangsformen mit sehr unterschiedlichem Bewegungsverhalten möglich. Die Rutschfläche kann sich ähnlich einer Halbkugel rotationsförmig ausbilden oder mit planer Gleitfläche, wobei die Abgrenzungen wiederum fliessend sind.

Unterschied zwischen Rotationsrutschungen und Translationsrutschungen
Bei Rotationsrutschungen ist eine kreisförmige Gleitfläche kennzeichnend. Relativ flache bis planare Gleitflächen liegen den Translationsrutschungen zu Grunde, wobei aufgrund dieser Geometrie eine höhere maximale Geschwindigkeit möglich ist (BAFU, 2017).

Intensitätsparameter zur Bemessung

Intensitätsparameter zur Bemessung

Die Einwirkung auf Gebäude erfolgt durch die Stosswirkung der bewegten Erdmasse. Bei Gebäuden handelt es sich dabei in der Regel um Einwirkungen auf Aussenwände ohne die Fundation zu beeinflussen. Zur Bemessung von Objektschutzmassnahmen gegen Rutschungen sind Angaben zur Tiefe der Gleitfläche (hr) erforderlich. Bei Spontanrutschungen interessieren zudem der Verlauf des Hangwasserspiegels (hw), die Bodenkennwerte (j, c, g) und allfällige Porenwasserüberdrücke (u). Bei permanenten Rutschungen ist die durchschnittliche Bewegungsrate (vf) sowie die Homogenität der Bewegung relevant.

Auswirkungen und mögliche Schäden von mittel- bis tiefgründigen Rutschungen in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit

Die Schadenwirkung dieser Geschwindigkeiten ergibt sich durch Unterschiede in deren Betrag und Richtung innerhalb der Rutschung. Sind die Geschwindigkeiten in Betrag und Richtung innerhalb der Rutschung homogen, treten primär Schäden am Rand der Rutschung auf (Scherzonen).

Als Mass für Setzungsdifferenzen gilt meistens die Winkelverdrehung tanα. Folgende typischen Grenzwerte sind zu beachten:

tanα = 1/750: Probleme mit empfindlichen maschinellen Einrichtungen

tanα = 1/500: Beginn von Rissbildungen am Bauwerk

tanα = 1/250: Verkippung von hohen Bauwerken wird sichtbar

tana = 1/150: Schäden an der Bauwerksstruktur

Schematische Darstellung von verschiedenen Verschiebungskurven in Rutschgebieten
Verschiedene Verschiebungskurven in Rutschgebieten: Nur bei der grünen Kurve kann von einer «permanenten» Geschwindigkeit im engeren Sinn gesprochen werden. Für alle anderen Kurven ist die Geschwindigkeit variabel. (Quelle: BAFU, 2016)

Ausgangsgrössen

Bezeichnungen

hr [m] Tiefe der Gleitfläche
he [m] Einbindetiefe des Gebäudes
hw [m] Tiefe des Hang- resp. Bodenwasserspiegels
hs [mm]  Setzung pro Ereignis bei Spontanrutschungen
s [mm] Horizontalverschiebung pro Ereignis bei Spontanrutschungen
vf [mm/Jahr] Geschwindigkeit bei Permanentrutschungen
vh [mm/Jahr] Horizontalgeschwindigkeit bei Permanentrutschungen
vv [mm/Jahr] Vertikalgeschwindigkeit bei Permanentrutschungen
γ [kN/m3] Raumgewicht des Bodenmateriales resp. Fels
α [°] Winkel der Gebäudeverkippung
φ [°] Winkel der Scherfestigkeit des Bodenmaterials resp. entlang von Trennschichten im Fels (Reibungswinkel)
c [kN/m2] Kohäsion des Bodenmaterials resp. Fels
u [kN/m2] Porenwasserdruck
qea [kN/m2] Aktiver Erddruck
qep [kN/m2] Passiver Erddruck
Rutschungen

Gefährdungsbilder

Gefährdungsbild 1: flachgründige Rutschung talseitig

Eine flachgründige Rutschung bewegt sich talseitig um die Verschiebung s vom Gebäude weg.Unter der Voraussetzung, dass die Gleitfläche höher als das Fundament verläuft, ist die Gesamtstabilität der Gebäude in der Regel nicht kritisch. Durch die Rutschbewegung entstehen einerseits Schäden in der Umgebung des Gebäudes (Leitungen, Zufahrt, Stützkonstruktionen etc.) und andererseits können Setzungen im Baugrund zu Schäden am Gebäude führen.

Gefährdungsbild 2: flachgründige Rutschung hangseitig

Eine flachgründige Rutschung bewegt sich auf das Gebäude zu. Dadurch erhöht sich der Erddruck qea auf die hangseitige Aussenwand und gefährdet deren Tragsicherheit. Je nach Volumen und Geschwindigkeit der bewegten Erdmasse und der Eigenlast des Gebäudes kann auch die Stabilität des Baugrunds (Kipp- oder Gleitsicherheit) kritisch werden.

Gefährdungsbild 3: mittelgründige Rutschung erfasst einen Teil des Gebäudes

Eine mittelgründige Rutschung, die teilweise unter das Gebäude reicht, führt zu Setzungen und Verkippungen oder Verdrehungen mit Rissbildung im Gebäude. Je nach Art der Fundation und statischem Konzept ist die Tragsicherheit des betroffenen Gebäudes gefährdet.

Gefährdungsbild 4: mittelgründige Rutschung erfasst das ganze Gebäude

Ungleichmässige Setzungen und Verschiebungen bedrohen die Tragsicherheit, Gesamtstabilität und Gebrauchstauglichkeit des Gebäudes. Je nach Art der Fundation und Ausbildung des Tragwerkes sind die Verformungen am Gebäude unterschiedlich (Setzungen/Hebungen, Verkippung, Rissbildung).

Gefährdungsbild 5: tiefgründige Rutschung mit gleichförmiger, geringer Geschwindigkeit

Die Rutschbewegung erfasst das gesamte Gebäude. Die Bewegungsraten sind jedoch gering und im Bereich der Einbindetiefe gleichmässig (keine Unterschiede in der Horizontal- und Vertikalbewegung). Schäden entstehen in Zonen unterschiedlicher Bewegung am Rand der Rutschung oder im Bereich von Geländemulden und Kuppen.

Gefährdungsbild 6: tiefgründige Rutschung ungleichförmiger, hoher Geschwindigkeit

Die Rutschbewegung erfasst das gesamte Gebäude. Die Bewegungsraten sind hoch und/oder im Bereich der Einbindetiefe ungleichmässig. Dadurch kommt es zu ausgeprägten Differenzen in der Horizontal- und Vertikalbewegung am Gebäude. Die Tragsicherheit, die Gesamtstabilität (Verkippen) und die Gebrauchstauglichkeit des Gebäudes sind stark gefährdet.

Gefährdungsbild 7: Hangmure erfasst das Gebäude

Bei Hangmuren gleitet die Erdmasse entlang oberflächennaher Gleitflächen plötzlich und mit hoher Geschwindigkeit ab. Zusätzlich zur Einwirkung durch die bewegten Erdmassen (Gefährdungsbild 2) kommt die Gefährdung durch nachfliessendes Wasser hinzu (siehe Gefährdungsbilder Murgang).

Einwirkungen

Die Einwirkungen durch Rutschungen auf Gebäude sind Drücke, Setzungen, Verschiebungen, Verkippungen und Verformungen. Die Erfassung solcher Einwirkungen ist auf eine fachkundige, dem Bauwerk angemessene Baugrunderkundung und geotechnische Beurteilung abzustützen. Der Informationsgehalt in Gefahren- und Intensitätskarten reicht in der Regel nicht aus, um eine Bemessung bezüglich Gebäudeschutzmassnahmen vorzunehmen. Lediglich bei flachgründigen Rutschungen kann gegebenenfalls auf detaillierte Felduntersuchungen verzichtet werden. Die Einwirkungen infolge von Rutschungen können nicht direkt mit Normwerten angegeben werden, sondern sind in Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse nach den Regeln des Grundbaus zu bestimmen.

Dem Geotechnikfachmann stehen drei Ansätze zur Ermittlung der Einwirkungen zur Verfügung: Mittels verschiedener Feldanalysen lassen sich die Tiefe einer bereits ausgebildeten Gleitfläche, die Geschwindigkeit, die Lagerungsdichte und die Boden- bzw. Hangwasserverhältnisse bestimmen. Mit Hilfe von Laboruntersuchungen an entnommenen Proben aus Lockergestein oder Fels können die Dichte, der Winkel der Scherfestigkeit und die Kohäsion analysiert werden. Diese Grundlagen sowie Angaben zur örtlichen Topographie erlauben es, mittels Modellrechnungen die Einwirkungen zu ermitteln. Anhand dieser Modelle kann zudem die Wirksamkeit der in Frage kommenden Schutzmassnahmen geprüft werden.

Schadenarten/-ursachen

Verkippen

Flachgründige bergeseitige Rutschung führte zu einem Verkippen/Verdrehen des Blockbaus:

Bildung von Rissen

Wegreissen und Verschieben von Gebäudeteilen:

Das Gebäude hält den einwirkenden Kräften einer Hangmure nicht stand und wird teilweise oder vollständig zerstört.

Schutzmassnahmen

Durch konzeptionelle, verstärkende und stabilisierende Massnahmen können Sie das Personen- und Sachwertrisiko erheblich senken. Bei Neubauten hat die Wahl eines möglichst sicheren Standorts erste Priorität. Bestehende Gebäude lassen sich gegebenenfalls durch die Stabilisierung der Rutschung oder durch bauliche Vorkehrungen schützen. Der Massnahmenfächer reicht von der Terraingestaltung, Verstärkungen der Fundation und des Tragwerks über die Ausgestaltung von Leitungen, das Abführen von Meteorwasser bis zum Nutzungskonzept der Innenräume. Ist das Gebäude durch spontane Rutschungen und Hangmuren gefährdet, sollten Sie zudem die Gebäudehülle wasserdicht ausgestalten und Aussenräume hoher Aufenthaltszeit und Zugänge im vom Gebäude geschützten Bereich anordnen.

Vorschläge für Schutzmassnahmen zu einzelnen Bauteilen und 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

HEV (2016): Paritätische Lebensdauertabelle. Hauseigentümerverband Schweiz / Schweizerischer Mieterinnen und Mieterverband. (Online-Tool)

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 (2016): Richtlinie „Dachentwässerung“ . Schweizerisch-Liechtensteinischer Gebäudetechnikverband, Suissetec. (auch als Web-App erhältlich)

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.

Staub, B. (2017): Gebäudeschutz gegen Naturgefahren. FAN Agenda 2/2017. Fachleute Naturgefahren Schweiz. (Download)

Rutschungen und Hangmuren

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

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.

Veder, Ch. (1979): Rutschungen und ihre Sanierung. Springer Verlag, Wien / New York.