Standsicherheit von Staudämmen

Staudämme sind komplexe Bauwerke mit großem Gefährdungspotential. Für die Beurteilung der Sicherheit von Dammbauwerken ist eine gründliche Standsicherheitsberechnung essentiell. Diese Arbeit gliedert sich in einen theoretischen und in einen praktischen Teil. Einer der Schwerpunkte liegt in der Bemessung nach dem Teilsicherheitskonzept gemäß Eurocode 7.

In diesem Kapitel werden ausgewählte Begriffe rund um das Thema der Standsicherheit von Staudämmen definiert.

In Kapitel 3 werden einschlägige Normen und Richtlinien angeführt und die verschiedenen Sicherheitskonzepte behandelt. Der Schwerpunkt liegt in der Bemessung nach Eurocode 7, wobei in diesem Kapitel die Grundlagen behandelt werden. Insbesondere geht es dabei auch um die Vorgehensweise bei der Festlegung charakteristischer Werte geotechnischer Kenngrößen. Darüber hinaus wird in diesem Abschnitt der prinzipielle Aufbau einer Standsicherheitsuntersuchung behandelt.

In diesem Kapitel werden die einzelnen Bemessungssituationen definiert und die zu untersuchenden Lastfälle an Staudämmen zusammengefasst. Darüber hinaus werden die anzuwendenden Teilsicherheitsbeiwerte in Abhängigkeit von der Bemessungssituation angegeben.

Einwirkungen auf Staudämme müssen entsprechend den örtlichen Gegebenheiten festgelegt werden. Normen und Richtlinien sind eine wichtige Hilfestellung bei der Ermittlung von Einwirkungen. Zum Widerstand gegen einen möglichen Versagensmechanismus tragen in der Regel nur die Festigkeitseigenschaften der Dammschüttmaterialien bzw. jene des Untergrundes bei. Aus diesem Grund ist bei der Formulierung eines Bruchkriteriums für die Berechnung besondere Sorgfalt gefragt.

Bevor die Standsicherheit eines Staudammes berechnet werden kann, müssen alle möglichen und denkbaren Versagensmechanismen betrachtet werden. In diesem Abschnitt wird ein Überblick über die verschiedenen Versagensmechanismen, die an Staudämmen auftreten können, gegeben.

Berechnungsverfahren für Standsicherheitsuntersuchungen sind Rechenmodelle, um die in der Natur möglicherweise auftretenden Versagensmechanismen und deren physikalische Vorgänge näherungsweise und möglichst realitätsnah nachbilden zu können. Eine wichtige Hilfestellung bei der Auswahl geeigneter Rechenverfahren für die jeweilige Problemstellung stellen Regelwerke dar. In diesem Kapitel wird ein Überblick über gängige Rechenverfahren und ihre Anwendungsgebiete bei der Standsicherheitsberechnung von Staudämmen gegeben.

Wer die Standsicherheit eines Staudammes berechnet sollte nicht nur ein Sicherheitskonzept anwenden, sondern sich auch bewusst mit den Unsicherheiten, die sich bei der Erstellung eines Geotechnischen Modells und bei dammstatischen Berechnungen ergeben, befassen. Verbleibende Risiken, wie z. B. mögliche Einwirkungen jenseits der Bemessungsannahmen sollten bewertet werden.

In diesem Kapitel werden theoretische Grundlagen und einige der erforderlichen Nachweise anhand eines einfachen Beispiels veranschaulicht. Dazu wird ein 30 m hoher Staudamm für die Wasserkraftnutzung angenommen. Es werden 2 Ausführungsvarianten betrachtet. In Variante 1 wird eine Oberflächenabdichtung angesetzt und bei Variante 2 wird derselbe Damm mit einer mineralischen Innenkernabdichtung untersucht.

Für eine Interpretation von Berechnungsergebnissen einer Standsicherheitsuntersuchung und um ein Gefühl dafür zu bekommen, welchen Einfluss verschiedene Basisvariablen auf die Berechnungsergebnisse haben, ist es sinnvoll, solche Zusammenhänge grafisch zu veranschaulichen. Diese Vorgehensweise ist auch für die Durchführung einer Sensitivitätsanalyse zweckmäßig. In diesem Abschnitt wird unter Anwendung von Lamellenverfahren dargestellt, welchen Einfluss der Reibungswinkel, die Kohäsion, die Wichte von Dammschüttmaterialien und verschiedene Einwirkungen auf die Ergebnisse einer Standsicherheitsberechnung haben können.

Erdbebeneinwirkungen können die Standsicherheit von Staudämmen stark herabsetzten. Nicht selten handelt es sich dabei um das ungünstigste Bemessungsszenario. In diesem Kapitel sind Diagramme zusammengestellt, mit denen die erforderliche Regelneigung eines homogenen Dammes mit Oberflächenabdichtung, unter Berücksichtigung von Erdbebeneinwirkungen, abgeschätzt werden kann. Umgekehrt können bei gegebener Dammneigung auch die erforderlichen effektiven Scherparameter geschätzt werden.

Kapitel 12 enthält einen regulatorischen Ausblick. Einige Normen und Richtlinien, die bei der Standsicherheitsberechnung von Staudämmen zu beachten sind, werden in absehbarer Zeit überarbeitet. Dazu wird ein kurzer Überblick gegeben. Im Kapitel sind auch allgemeine Empfehlungen des Autors zur Standsicherheitsuntersuchung von Staudämmen enthalten.