ZUVERSICHT – Zustandsbewertung von erdverlegter systemrelevanter Infrastruktur zur proaktiven Charakterisierung von Schäden und Gewinnung von technisch realen Entscheidungshilfen

Fördermaßnahme:   GEO:N – Geoforschung für die Nachhaltigkeit

Förderbereich:          Früherkennung von Erdbeben und ihren Folgen

Projektlaufzeit:         01.02.2020 bis 31.01.2023

Partner:     IAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gemeinnützige GmbH (IAB - Verbundkoordinator)

                   Bauhaus-Universität Weimar, Zentrum für die Ingenieuranalyse von Erdbebenschäden (EDAC)

                   HafenCity Universität Hamburg, Professur Technisches Infrastukturmanagement (HCU)

                   Institut für Automation und Kommunikation e.V. Magdeburg (ifak)

Beschreibung

Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Methodik zur Abschätzung von potentiellen Schäden im Erdbebenfall für bestehende kritische bodenverlegte Infrastruktur. Die Verletzbarkeit von ver- und entsorgungsrelevanten Leitungsnetzen und deren Gefährdungspotenziale werden systematisiert und hinsichtlich Schadenspotential und schadensmindernder Faktoren untersucht. Die Bauhaus-Universität Weimar bearbeitet das Teilthema „Gefährdungskonsistente Beanspruchungs- und Reaktionsszenarien für erdverlegte Infrastrukturnetze und -komponenten“. Gefährdung und Einwirkungskenngrößen erdverlegter Leitungen werden analysiert.

Auf der Grundlage aktueller Gefährdungsanalysen werden Szenarien für unterschiedliche Wiederkehrperioden entwickelt, den Beanspruchungsgrößen für die Zustandsbewertung der Infrastruktur zugrunde gelegt und Methoden zur Echtzeitaktualisierung von Intensitäten und Bodenbewegungen bereitgestellt. Für die Entwicklung eines generalisierten Ansatzes für die Verletzbarkeitsbewertung nach dem Grundkonzept der EMS-98 werden typische Netzstrukturen, Rohrmaterialien, Rohrkomponenten, Bodeneigenschaften und Rohr-Boden-Matrizen aufgearbeitet und hinsichtlich verletzbarkeitsrelevanter Eigenschaften strukturiert.

Die Überführung von Netzstrukturdaten und Erdbebenintensitäten in Schadenswahrscheinlichkeiten und Schadensarten wird über systematisch durchgeführte FEM-Simulationen von Rohr-Boden-Systemen für die Netze und deren Gefährdungsfaktoren realisiert.  

Die Ergebnisse der mehrmethodischen Bewertung und Methoden zur Ermittlung des Ist-Zustandes fließen in ein zu entwickelndes Simulations-Tool ein. Abb. 1 stellt die Skalierungs- und Methodeninterdisziplinarität dar.

In Detailsimulationen und Experimenten werden Untersuchungen zu Schadensvorgängen und Wirkmechanismen durchgeführt. Die daraus folgende Verletzbarkeitsbewertung ermöglicht die Analyse der Interaktions- und Schadenspotentiale, die in einem Simulationstool zur Gefährdungsbeurteilung und Entscheidungsunterstützung umgesetzt werden.

Mit dem im Projekt entwickelten Simulationswerkzeug sollen präventive Planungen von Maßnahmen zur Verringerung der Verletzlichkeit von erdgebundenen Versorgungssystemen ermöglicht werden. Das Simulationsmodell soll an virtuellen und realen Netzen hinsichtlich der Beschreibungsgenauigkeit und Datenintegration erprobt und qualifiziert werden. Hierfür werden Fallbeispiele in deutschen und südeuropäischen Erdbebengebieten gewählt. Dies ermöglicht, den Aufwand der Datenbereitstellung und -verarbeitung im spezifischen Anwendungsfall zu überprüfen, das Transferpotenzial auf andere Regionen bzw. im Weiteren auch die Anschlussfähigkeit zur Integration weiterer Georisiken und anderer Naturkatastrophen zu bewerten.

Im Rahmen des Projektes sind die vorhandenen methodischen Ansätze zur Abschätzung der seismischen Einwirkungen am Standort und zur Beschreibung der Verletzbarkeit aufzugreifen, weiterzuentwickeln, auf die Besonderheiten erdverlegter Rohrleitungen und die Gegeben­heiten der deutschen Erdbebengebiete zu übertragen bzw. anzupassen.