Erdbebensicherheit von Eisenbahnanlagen

1 Einleitung

Die zielgerichtete Anwendung der gesetzlichen und normativen Bestimmungen zur Erdbebensicherheit von Eisenbahnanlagen ist von grosser Bedeutung, um die erdbebengerechte Auslegung dieser Anlagen sicherzustellen. Es liegt in der Verantwortung der Infrastrukturbetreiberin (ISB) und der von dieser beauftragten Dritten, die in Gesetzen, Verordnungen, Richtlinien und Normen aufgeführten Vorgaben zur Erdbebensicherheit von Bahnanlagen zu befolgen und einzuhalten.

1.1 Ziel und Zweck

Diese Richtlinie vereinheitlicht und vereinfacht die Auslegung und Anwendung der Vorgaben zur Erdbebensicherheit von Bahnanlagen. Sie bildet die Grundlage für den Vollzug der gesetzlichen und der darin erwähnten normativen Bestimmungen bezüglich der Erdbebensicherheit der Bahninfrastruktur. Die entsprechenden Vorgaben und die normativen Anforderungen hinsichtlich der Projektdokumentation, der Schutzziele und des Schutzgrades (Bestimmung der Bauwerksklasse) sowie die Beurteilung der Verhältnismässigkeit von Erdbebensicherheitsmassnahmen werden bahnspezifisch konkretisiert und erläutert. Bei Projekten, die der Eisenbahn dienen, führt die Richtlinie zu mehr Planungssicherheit für die ISB und für die von diesen beauftragten Dritten.

1.2 Geltungsbereich

Übergeordnet gelten die in Art. 2 der Verordnung über Bau und Betrieb der Eisenbahnen vom 23. November 1983 (EBV) [2] aufgeführten, bei der Planung und bei der Erstellung von Bauten und Anlagen als Voraussetzung für einen sicheren Betrieb und eine sachgerechte Instandhaltung zu berücksichtigenden Grundsätze und Grundlagen. Die normativen Anforderungen an die Erdbebensicherheit für Bauwerke der Bahninfrastruktur gewährleisten einen gewissen Schutzgrad nicht nur für die Personen, sondern auch für die Infrastrukturfunktion.

Diese Richtlinie gilt für alle Eisenbahnanlagen, unabhängig davon, ob deren Erstellung oder Änderung bewilligungspflichtig (Art. 18ff EBG [1]) oder genehmigungsfrei (Art. 1a VPVE [3]) sind. Sie gilt sowohl für Neubauten 1 als auch für die Erhaltung von bestehenden Bauten1, behandelt jedoch nicht deren Bewirtschaftung. Hinsichtlich der baulichen Erdbebenprävention deckt sie die folgenden relevanten Elemente der Bahninfrastruktur ab:

• Kunstbauten und weitere Bauten − Brücken, Schutzbauwerke, Durchlässe, − Erdbauwerke (z. B. Dämme, Böschungen, Einschnitte oder Lärmschutzwälle) − Stützbauwerke − Perronzugänge (z. B. Personenunter- und -überführungen, Treppen oder Rampen) − Perrondächer, Perronhallen und Perronüberdeckungen − Tunnel und Galerien

• Hochbauten − Bahnhöfe und unterirdische Bahnhöfe inkl. Verkaufsanlagen − Bahntechnikgebäude (Leitzentralen, Stellwerke) − Serviceanlagen / Werkstätten / Bürogebäude

Der Fokus richtet sich auf jene Elemente, die im Ereignisfall ein Schadenpotenzial aufweisen. Dies setzt eine Verletzbarkeit dieser Elemente gegenüber Erdbeben sowie eine potenzielle Auswirkung auf Schutzgüter voraus. Die zu berücksichtigenden Schutzgüter (Personen, sicherer Bahnbetrieb, …) hängen von der Bedeutung oder der Lage des Elementes im Netz ab. Für die weiteren Elemente der Bahninfrastruktur wird der Aufwand zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit a priori als unverhältnismässig beurteilt (z. B. für Fahrbahn, Fahrleitungstragwerke und Bahnstrom-Übertragungsleitungen) oder es gelten andere Grundlagen (z. B. ESTI-Richtlinie Nr. 248 [6] oder Störfallverordnung, StFV, SR 814.012), aus denen die Anforderungen an die Erdbebensicherheit hervorgehen.

Für die Bedeutung dieser Begriffe wird auf die Ziff. 1 der Norm SIA 469 [11] bzw. auf Ziff. 1 der Norm SIA 269 [10] verwiesen.

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1.3 Aufbau

Die Richtlinie behandelt im Kapitel 2 die hinsichtlich der Dokumentation der Erdbebensicherheit relevanten bautechnischen Unterlagen und befasst sich mit den erdbebenspezifischen Anforderungen an deren Inhalte. Das Kapitel 3 enthält die Bestimmungen zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit bei Neubauten und bestehenden Bauten. Es behandelt in erster Linie die Beurteilung der Verhältnismässigkeit von Erdbebensicherheitsmassnahmen und die Massnahmenempfehlung für bestehende Bauten sowie die Einteilung eines Bauwerks in eine Bauwerksklasse. Im Kapitel 4 werden die verschiedenen Parameter der Norm SIA 269/8, die bei der Ermittlung der Verhältnismässigkeit von Erdbebensicherheitsmassnahmen eine wichtige Rolle spielen, besprochen. Im Anhang schliesslich wird die Anwendung der Richtlinie beispielhaft anhand zweier typischer Elemente der Bahninfrastruktur detailliert aufgezeigt.

1.4 Abkürzungsverzeichnis

Die Kenntnis der normativen Grundlagen wird vorausgesetzt. Auf die Beschreibung der Fachausdrücke und Bezeichnungen wird somit verzichtet. Nachfolgend wird lediglich die Bedeutung von Abkürzungen aufgeführt.

AB-EBV Ausführungsbestimmungen zur Eisenbahnverordnung BAV Bundesamt für Verkehr BRF Bauwerksrisikofaktor BSW Wert des Bauwerks und der direkt betroffenen Sachen (BW + SW) BW Wert des Bauwerks BWK Bauwerksklasse EBV Verordnung über Bau und Betrieb der Eisenbahnen (Eisenbahnverordnung) ESK Erdbebenstreckenklasse ESTI Erdbebensicherheit der elektrischen Energieverteilung ISB Infrastrukturbetreiberin MP Massnahmenpaket PB Personenbelegung PBmax Maximale Personenbelegung (aufgrund Brandschutzvorschriften zulässig) PGV Plangenehmigungsverfahren SBIE Sekundäre Bauteile, Installationen und Einrichtungen SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein SICM Sicherheitsbezogene Investitionskosten SRF Sachenrisikofaktor SW Sachenwert UK Unterbrechungskosten UP-EB Unabhängige Prüfstellen Eisenbahnen URF Unterbrechungsrisikofaktor VPVE Verordnung über das Plangenehmigungsverfahren für Eisenbahnanlagen

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2 Unterlagen zur Erdbebensicherheit

Die Erdbebensicherheit eines Tragwerkes ist als Teil des Tragsicherheitsnachweises bei der Erarbeitung der entsprechenden Projektgrundlagen sowohl für Neubauprojekte als auch für Erhaltungsprojekte von bestehenden Bauten der Eisenbahninfrastruktur zu behandeln und zu dokumentieren; dies unabhängig davon, ob das Projekt bewilligungspflichtig (Verfahren nach Eisenbahnrecht oder nach kantonalem Recht gemäss Art. 18ff EBG [1]) oder genehmigungsfrei (Art. 1a VPVE [3]) ist. Im Allgemeinen handelt es sich bei den zu erstellenden und schliesslich zu den Bauwerksakten gehörenden Unterlagen um folgende: − Nutzungsvereinbarung − Projektbasis − Geotechnischer Bericht − Statische und dynamische Berechnungen mit den wichtigsten bautechnischen Nachweisen

Im Rahmen eines eisenbahnrechtlichen Plangenehmigungsverfahrens (PGV) sind diese Unterlagen zwingend zu erstellen und fallweise zusammen mit einem allfällig gemäss den Vorgaben der RL UP- EB [5] erforderlichen Sachverständigenprüfbericht der Bewilligungsbehörde einzureichen (Art. 3 Abs. 2 VPVE [3]).

Die Nutzungsvereinbarung ist im Rahmen des Projektes frühzeitig in der Teilphase 31 "Vorprojekt" (Art. 3.2 der Ordnung SIA 103 [7]) basierend auf den Vorgaben der Bauherrschaft in Zusammenarbeit mit allen Beteiligten (Architektur, Bauingenieurwesen und Fachplanung) zu erstellen und von der Bauherrschaft zu genehmigen. Darin werden unter anderem die Anforderungen an die Erdbebensicherheit festgelegt und die Grundlage für die frühzeitige, effiziente und zielführende Berücksichtigung dieser Thematik im Projekt geschaffen. Aufbauend auf der Nutzungsvereinbarung erstellt die Bauingenieurin oder der Bauingenieur in der Teilphase "Vorprojekt" die Projektbasis. Nutzungsvereinbarung und Projektbasis sind während der Projektierungs-, Realisierungs- und Bewirtschaftungsphase phasengerecht nachzuführen und bilden einen wichtigen Bestandteil der Bauwerksakten (z.B. Art. 4.3.53 der Ordnung SIA 103).

Die im eisenbahnrechtlichen PGV gemäss Art. 18 EBG einzureichenden Unterlagen haben gemäss

Ziff. 22.2 der RL VPVE [4] mindestens dem Stand nach abgeschlossenem Bauprojekt zu entsprechen

(siehe Beschrieb in Art. 4.3.32 der Ordnung SIA 103 [7]).

Im Folgenden werden die erdbebenspezifischen Anforderungen an den Inhalt der genannten Unterlagen aufgezeigt.

2.1 Nutzungsvereinbarung

Die erdbebenspezifischen Anforderungen an die Nutzungsvereinbarung sind: − Festlegung der Bauwerksklasse (BWK) inkl. Begründung (s. Kap. 3.3), der Erdbebenzone (Z) sowie der Baugrundverhältnisse; − Beschreibung oder Darstellung des erdbebengerechten Tragwerkskonzepts (Konzept der horizontalen Lastabtragung); − Festlegung der relevanten sekundären Bauteile, Installationen und Einrichtungen (SBIE) inkl. Festlegung der Zuständigkeiten im Planungs- und Bauprozess; − Im Zusammenhang mit einer allfälligen Einteilung in die Bauwerksklasse III die Festlegung der konkreten Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit für die Gewährleistung der Funktionstüchtigkeit nach einem Erdbeben (für das Tragwerk und die relevanten SBIE).

Bei bestehenden Bauten sind weiterführende Überlegungen zur Definition der Anforderungen und zur Festlegung der relevanten Grundlagen gemäss der Normenreihe SIA 269 ff [10] (bzw. der Norm SIA 269/8) notwendig. Dementsprechend sind in der Nutzungsvereinbarung zusätzlich die wesentlichen Ergebnisse der Überprüfung der Erdbebensicherheit (Tragwerk und SBIE) nach der Norm SIA 269/8 festzuhalten, konkret sind dies:

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− Erfüllungsfaktor bei Überprüfung αeff (Tragwerk und SBIE); − Mindesterfüllungsfaktor αmin; − Erfüllungsfaktor nach Intervention αint (Tragwerk und SBIE) mit den geplanten Massnahmen (gemäss Ziff. 9.4 der Norm SIA 269/8 ist ein Erfüllungsfaktor von αint = 1.0 anzustreben); − berücksichtigte Schutzgüter bei der Beurteilung der Notwendigkeit von Erdbebensicherheitsmassnahmen; − begründeter Massnahmenentscheid (Verhältnismässigkeit); − Beschreibung der Erdbebensicherheitsmassnahmen inkl. einfacher Darstellungen in den Bauwerksplänen (Visualisierung Massnahmenkonzept im Grund- und Aufriss).

Wenn der Erfüllungsfaktor αeff < 1.0 beträgt, muss in der Nutzungsvereinbarung zudem festgehalten sein, dass die Erdbebensicherheit durch das Bauprojekt nicht reduziert werden darf.

2.2 Projektbasis

Die erdbebenspezifischen Anforderungen an die Projektbasis sind: − Festhalten der ingenieurtechnischen Parameter für die Erdbebenbemessung bzw. Erdbebenüberprüfung wie Bemessungsspektrum (inkl. Bedeutungsfaktor und Verhaltensbeiwert), dynamische Eigenschaften des Tragwerks (Schwingzeiten) und Materialeigenschaften der stabilisierenden Elemente; − Festhalten des verwendeten Berechnungsverfahrens und der wesentlichen Annahmen für die Modellierung und Berechnung für die Bemessungssituation Erdbeben; − Festhalten der materialspezifischen konstruktiven Durchbildung, um das angesetzte Tragwerksverhalten (Duktilität und Verhaltensbeiwert) sicherzustellen.

2.3 Geotechnischer Bericht

Der geotechnische Bericht hat die Standortgefährdung bezüglich Erdbeben (Baugrundklasse, Standortstudien oder spektrale seismische Mikrozonierungen), induzierte Hanginstabilitäten sowie das Bodenverflüssigungspotenzial zu behandeln und aufzuzeigen.

2.4 Statische und dynamische Berechnungen

Die statischen und dynamischen Berechnungen haben die Berechnungen und Nachweise zur Erdbebensicherheit zu beinhalten. Unabdingbar sind dabei Angaben zu Massen, Dämpfung und Steifigkeit (Tragwerk und Gründung). Je nach Komplexität, Bedeutung und Verletzbarkeit des betrachteten Tragwerks oder der SBIE können vereinfachte konservative Betrachtungen und Berechnungen (von Hand) ausreichend sein. In der Projektierungsphase liegt der Fokus auf der Entwicklung eines erdbebengerechten Konzepts für Tragwerk und SBIE.

Für bestehende Bauten ist den statischen und dynamischen Berechnungen zusätzlich der Bericht zur Überprüfung der Erdbebensicherheit gemäss der Norm SIA 269/8 [10] beizufügen, sofern Anlass zur Überprüfung der Erdbebensicherheit nach Ziff. 6.1.2 der Norm SIA 269 [10] besteht oder eine Überprüfung aus anderen Gründen durchgeführt wurde. Die Überprüfung der Erdbebensicherheit ist sowohl für das Tragwerk als auch für die relevanten SBIE vorzunehmen (siehe dazu Kapitel 3.4) und das Ergebnis hat das Massnahmenkonzept sowie die Empfehlungen an die Bauherrschaft zu enthalten. In einfachen oder unbedeutenden Fällen sowie bei bezüglich Erdbeben kaum oder nicht verletzbaren Tragwerken und SBIE kann die Überprüfung durch qualitative Überlegungen oder mittels einfacher Abschätzungsberechnungen erfolgen.

2.5 Sachverständigenprüfbericht

Ob für ein Tragwerk im Rahmen eines eisenbahnrechtlichen PGV das Einreichen eines Sachverständigenprüfberichtes erforderlich ist, ergibt sich aus den Bestimmungen der RL UP-EB [5]. Wird ein solcher Bericht verlangt, ist darin durch die Sachverständige bzw. den Sachverständigen auch die Beurteilung der Erdbebensicherheit zu behandeln, sofern Elemente der Bahninfrastruktur gemäss Kapitel 1.2 betroffen sind. 8

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3 Erdbebenspezifische Bestimmungen

Dieses Kapitel enthält die Bestimmungen zur Erdbebensicherheit bei Neubauten und bestehenden Bauten.

3.1 Sicherheitsniveau bei Neubauten

Bei Neubauten sind die Bestimmungen der Tragwerksnormen des SIA [9] einzuhalten. Dadurch wird in Abhängigkeit von der Bauwerksklasse ein angemessenes Sicherheitsniveau (Tragwerk und SBIE) gewährleistet. Die Festlegung der Bauwerksklasse hat nach Kapitel 3.3 zu erfolgen. Der erdbebengerechte Umgang mit SBIE wird im Kapitel 3.4 aufgezeigt.

3.2 Massnahmenempfehlung und Beurteilung der Verhältnismässigkeit bei bestehenden Bauten

Bei bestehenden Bauten sind zusätzlich zu den Bestimmungen für Neubauten die Bestimmungen der Erhaltungsnormen des SIA [10] einzuhalten. Dadurch wird in Abhängigkeit von der Bauwerksklasse ein angemessenes Sicherheitsniveau (Tragwerk und SBIE) gewährleistet. Die Festlegung der Bauwerksklasse hat nach Kapitel 3.3 zu erfolgen. Der erdbebengerechte Umgang mit SBIE ist im Kapitel 3.4 aufgezeigt.

Die Massnahmenempfehlung hat gemäss der Norm SIA 269/8 [10] basierend auf einer Überprüfung der Erdbebensicherheit zu erfolgen. Gegebenenfalls muss nach einer ersten kraftbasierten generellen Überprüfung eine detaillierte Überprüfung mit detaillierten Untersuchungen durchgeführt werden (Ziff. 6.1 der Norm SIA 269 und Ziff. 2.1.2 der Norm SIA 269/8).

Die Massnahmenempfehlung ist abhängig vom Erfüllungsfaktor αeff der Überprüfung im Ist-Zustand und vom Mindesterfüllungsfaktor αmin in Abhängigkeit von der Bauwerksklasse. Das in Ziff. 9.4 der Norm SIA 269/8 [10] beschriebene Vorgehen zur Bestimmung der erforderlichen Massnahmen bzw. Massnahmenpakete (MP) wird in der Abbildung 1 illustriert.

Die Beurteilung der Verhältnismässigkeit der Massnahmen bzw. der MP hat nach Ziff. 10 der Norm SIA 269/8 [10] zu erfolgen: − bei BWK I und II: konkret nach den Ziff. 10.2.1 bis 10.2.4. Zudem ist der Anhang E zwingend zu berücksichtigen; d. h., neben dem Schutzgut Personen sind auch die Schutzgüter Bauwerk, Sachen und Betrieb in die Beurteilung der Verhältnismässigkeit einzubeziehen (siehe hierzu die Hinweise im Kapitel 4); − bei BWK II–i und III: konkret nach den Ziff. 10.2.1 und 10.2.5. Zudem ist Ziff. 10.4. zu berücksichtigen; d. h., neben dem Schutzgut Personen ist auch das Schutzgut Infrastrukturfunktion in die Beurteilung der Verhältnismässigkeit einzubeziehen.

Zur Beurteilung der Verhältnismässigkeit von MP ist sowohl das in Ziff. 10.2.1 der Norm SIA 269/8 [10] enthaltene Kriterium der Massnahmeneffizienz (EFM ≥ 1 bzw. Massnahmenkosten ≤ maximal noch verhältnismässige sicherheitsbezogene Investitionskosten) als auch das Verhältnis der Kosten für die Erdbebensicherheitsmassnahmen zu den am Bauwerk gesamthaft getätigten Investitionen zu berücksichtigen. Letzteres kann den Ausschlag für den Entscheid geben, Erbebensicherheitsmassnahmen umzusetzen, obwohl diese aufgrund der Bestimmungen der Norm nicht verhältnismässig sind. Kapitel 4 enthält ergänzende Festlegungen zu den wichtigsten anzunehmenden Parametern für die Berechnung der Verhältnismässigkeit. Weiter zeigen die Beispiele in den Anhängen A und B, wie die Verhältnismässigkeit konkret ermittelt und beurteilt wird.

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Abb. 1 Ermittlung der umzusetzenden Massnahmen bzw. Massnahmenpakete MP nach SIA 269/8 [10]

3.3 Festlegung der Bauwerksklasse BWK von Neubauten und bestehenden Bauten

Die Bauwerksklasse (BWK) eines spezifischen Bauwerks der Bahninfrastruktur ist abhängig: − von der Bedeutung des Bauwerks selbst, vorgegeben durch die Mindestanforderung an die Bauwerksklasse (BWKmin) gemäss nachfolgendem Abschnitt I, − vom Einfluss des Bauwerks auf die Verfügbarkeit von Strecken nach einem Erdbebenereignis, − von der Bedeutung der beeinflussten Strecke(n), definiert durch die sogenannte Erdbebenstreckenklasse (ESK), gemäss nachfolgendem Abschnitt II und − von Abhängigkeiten zu anderen Verkehrsträgern (z. B. bedeutende Strasse) oder anderen Bauwerken (z. B. lebenswichtiges Drittbauwerk).

Mit Hilfe des Flussdiagramms (Abbildung 2) im nachfolgenden Abschnitt III lässt sich das Bauwerk unter Berücksichtigung der oben aufgeführten Elemente in eine Bauwerksklasse einteilen.

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I. Mindestanforderung an die Bauwerksklasse Die Mindestanforderung an die Bauwerksklasse BWKmin von Elementen der Bahninfrastruktur (vgl. Kap. 1.2) ist für "Kunstbauten und weitere Bauten" in Tabelle 1 und für "Hochbauten" in Tabelle 2 festgelegt. Dabei liegt der Fokus auf jenen Elementen, die für einen sicheren Bahnbetrieb relevant sind. Für Hochbauten gilt als Mindestanforderung an die Bauwerksklasse BWKmin die höchste für das Bauwerk zutreffende Bauwerksklasse bezogen auf die vier Merkmale Personenbelegung, Sachenwert, Umwelt und Infrastrukturfunktion. Die ISB darf aufgrund von spezifischen Interessen höhere Anforderungen vorgeben als diejenigen, die in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt sind.

Grundsätzlich werden keine Elemente der Bahninfrastruktur in die Bauwerksklasse III eingeteilt, da der Bahn keine lebenswichtige Infrastrukturfunktion (sog. "Lifeline") zukommt. Für eine ISB kann es jedoch aufgrund von spezifischen Eigeninteressen sinnvoll sein, ein bestimmtes Element von sehr hoher Bedeutung für den Betrieb oder für die Ereignisbewältigung in die Bauwerksklasse III einzuteilen. Folglich sind in der Nutzungsvereinbarung entsprechende Anforderungen an das Tragwerk sowie an die relevanten SBIE festzulegen und umzusetzen. Beispiele dazu können Interventionszentren, Betriebszentralen, Bahntechnikgebäude von hoher Bedeutung oder Unterstände/Lagergebäude mit Rettungs- oder Hilfsmaterial (Löschzüge, Hilfsbrücken etc.) sein.

Mindestanforderung an die Bauwerksklasse BWKmin von Kunstbauten und weiteren Bauten

Element Merkmal BWKmin

Brücke, Schutzbauwerk BWK II1)

Durchlass BWK I

Erdbauwerk² Damm, Böschung BWK II1)

Einschnitt, Lärmschutzwall BWK I

Stützbauwerk² BWK II1)

Perronzugang, Perrondach, Perronüberdeckung und Perronhalle mittlerer Bahnhof und Grossbahnhof³ BWK II

kleiner Bahnhof / Haltestelle³ BWK I

Bahntunnel, Galerie, Sondertunnel (Fluchtstollen usw.) BWK II1)

Tab. 1 Mindestanforderung an die Bauwerksklasse BWKmin von Kunstbauten und weiteren Bauten 1) BWK I, wenn von untergeordneter Bedeutung nach einem Erdbeben (siehe Beispiele in der Tabelle 25 der Norm SIA 260 [9])

1. siehe auch ASTRA-Dokumentation [13] und [14]

2. siehe auch Tabelle 2

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Mindestanforderung an die Bauwerksklasse BWKmin von Hochbauten

BWK I BWK II

Personenbelegung PB ≤ 50 Personenbelegung PB > 50 für Wohngebäude: für Wohngebäude: bis 100 Zimmer mehr als 100 Zimmer für Bürogebäude: für Bürogebäude: bis 2'000 m² Nettogeschossfläche mehr als 2'000 m² Nettogeschossfläche bis 200 Arbeitsplätze mehr als 200 Arbeitsplätze

Personen für Ladengebäude: für Ladengebäude: bis 500 m² Bruttoverkaufsfläche mehr als 500 m² Bruttoverkaufsfläche für Werkstätte: für Werkstätte: bis 200 Arbeitsplätze mehr als 200 Arbeitsplätze (1-Schicht-Betrieb) (1-Schicht-Betrieb) kleiner Bahnhof / Haltestelle mittlerer Bahnhof und Grossbahnhof maximale Personenbelegung PBmax ≤ 500 Personen maximale Personenbelegung PBmax > 500 Personen (zulässig nach Brandschutzvorschriften) (zulässig nach Brandschutzvorschriften) (z.B. Events, Veranstaltungen, usw.)

Sachenwert Keine besonders wertvollen Güter und Einrichtungen Besonders wertvolle Güter und Einrichtungen

Umwelt Keine Umweltschäden möglich Umweltschäden möglich

Neu: BWK II BWK I Bestehend: BWK II-i

Infrastruktur- Der Ausfall des Bauwerks hat geringen oder nur kurz- Der Ausfall des Bauwerks hat erheblichen oder mittelfristigen Einfluss auf den Bahnbetrieb, da es von unter- bis langfristigen Einfluss auf den Bahnbetrieb. geordneter Bedeutung ist oder seine Funktion nach eifunktion nem Erdbeben durch ein anderes Bauwerk (z. B. durch Umfahrung) übernommen werden kann.

Tab. 2 Mindestanforderung an die Bauwerksklasse BWKmin von Hochbauten

II. Erdbebenstreckenklasse ESK Für die Einteilung eines Bauwerks in eine Bauwerksklasse ist die Bedeutung der betroffenen Strecke(n), auf der bzw. an der sich das Bauwerk befindet, relevant. Die Bedeutung einer Strecke kann durch deren Einteilung in eine Erdbebenstreckenklasse (ESK) festgelegt werden. Jede Strecke kann entsprechend ihrer Bedeutung für den Bahnverkehr von der ISB gemäss den Vorgaben in Tabelle 3 in eine der vier Erdbebenstreckenklassen ESK 0 bis ESK III eingeteilt werden. Über die Festlegung von Erdbebenstreckenklassen entscheidet die ISB.

Bei der Einteilung einer Strecke in eine ESK sind die Auswirkungen eines Ausfalls auf die Gesellschaft, die Wirtschaft und den Staat zu betrachten. Dabei wird den Interessen der regionalen Ebene (Kantone als Teil-/Gliedstaaten) gegenüber jenen der nationalen Ebene (Bundesstaat) mehr Gewicht eingeräumt. Die Konsequenzen eines Ausfalls des täglichen Bahnverkehrs sind in die Betrachtungen einzubeziehen (« Welche Auswirkungen für die Gemeinde oder für die Region hätte der Ausfall der Strecke, die diese Gemeinde oder diese Region bedient? »).

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Erdbebenstreckenklasse Infrastrukturfunktion der Bahnstrecke ESK 0 Untergeordnet Streckenunterbrüche führen zu unbedeutenden Auswirkungen. ESK I Normal Streckenunterbrüche führen zu kleinen und lokalen Auswirkungen für die Gesellschaft, die Wirtschaft und den Staat. Möglichkeiten für Redundanzen und Kompensationen sind genügend. ESK II Bedeutend Die Strecke hat nach einem Erdbeben eine bedeutende, aber keine lebenswichtige Funktion. Allfällige Beeinträchtigungen führen zu massgeblichen Auswirkungen für die Gesellschaft, die Wirtschaft und den Staat. Die Redundanz ist ungenügend und eine Kompensation ist nicht einfach möglich. ESK III Lebenswichtig Die Strecke hat nach einem Erdbeben eine lebenswichtige Funktion in den Rettungs- und Bewältigungsphasen (grosse Bedeutung für die Zugänglichkeit ausgewählter Bauwerke oder eines Gebietes nach einem Erdbeben). Es gibt keine Redundanzen und Kompensationsmöglichkeiten. Allfällige Beeinträchtigungen führen zu gravierenden Auswirkungen für die Gesellschaft, die Wirtschaft und den Staat.

Tab. 3 Erdbebenstreckenklassen ESK nach Bedeutung der Strecke

III. Einteilung in eine Bauwerksklasse mittels Flussdiagramm Die Abhängigkeiten und Vorgaben führen zur Bestimmung der Bauwerksklasse eines spezifischen Bauwerks der Bahninfrastruktur gemäss dem nachfolgenden Flussdiagramm (Abb. 2).

Abb. 2 Flussdiagramm zur Bestimmung der Bauwerksklasse

Bei den für die Personenrettung / -bergung notwendigen Einrichtungen kann es sich z. B. um Interventionszentren mit den darin gewöhnlich untergebrachten Lösch- und Rettungszügen handeln.

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Abhängigkeiten sind mit den kantonalen Krisenstäben abzuklären und können die Höherklassifizierung eines Bauwerks zur Folge haben, wie beispielsweise im Falle: − einer Bahnbrücke, die über eine Strasse mit einer höheren Erdbebenstreckenklasse führt (z. B. über eine Rettungsachse mit ESK III), − einer Stützmauer, deren Versagen auch ein Drittbauwerk mit einer höheren Bauwerksklasse (z. B. Feuerwehrgebäude oder Strasse mit einer höheren ESK) gefährdet.

Die ISB darf vom Ergebnis der aus dem Flussdiagramm in Abb. 2 sich ergebenden Bauwerksklasse abweichen, sofern die in Kapitel 3.3 einleitend aufgeführten Abhängigkeiten der Bauwerksklassen angemessen berücksichtigt werden und die Einteilung zu einer abweichenden Bauwerksklasse nachvollziehbar begründet wird. Auch hier (vgl. 1. Absatz in Ziff. I unter Kapitel 3.3) darf die ISB aufgrund von spezifischen Interessen höhere Anforderungen, d. h. eine höhere als aus dem Flussdiagramm resultierende Bauwerksklasse festlegen.

3.4 Sekundäre Bauteile, Installationen und Einrichtungen SBIE

Ein Bauwerk besteht im Allgemein aus einem Tragwerk und nicht strukturellen Elementen, also sekundären Bauteilen, Installationen und Einrichtungen: − Sekundäre Bauteile: i. A. architektonische Elemente, wie z. B. Treppen und Trennwände, abgehängte Decken, Brüstungen; − Installationen: wie z. B. Bahntechnik, Gebäudetechnik, Aufzüge; − Ortsfeste Einrichtungen: sonstige Gebäudeinhalte, wie z. B. IT-Anlagen/Elemente, Schränke und Regale.

Der erdbebengerechte Umgang mit SBIE sowohl bei Neubauten als auch bei bestehenden Bauten ist in Abbildung 3 zusammengefasst. Ausführliche Informationen dazu sind in der BAFU-Publikation zur Erdbebensicherheit von SBIE [12] zu finden.

Für Bahnstromverteilungsanlagen hat die ISB im Rahmen von eisenbahnrechtlichen PGV zu bestätigen, dass die entsprechenden Bestimmungen zur Erdbebensicherheit gemäss der ESTI-Richtlinie Nr. 248 [6] eingehalten sind (Ziff. 46.3.3 RL-VPVE [4]). Der Umgang mit den SBIE bei Energieerzeugungsanlagen (Kraft- und Frequenzumformerwerke) ist in Ziff. 4.5 der ESTI-Richtlinie Nr. 248 spezifiziert.

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Abb. 3 Erdbebengerechter Umgang mit den SBIE

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4 Hinweise zur Ermittlung der Verhältnismässigkeit bei bestehenden Bauten

Verschiedene Parameter der Norm SIA 269/8 [10] spielen eine wichtige Rolle bei der Ermittlung der Verhältnismässigkeit. Bei einigen dieser Parameter ist der durch die Norm bewusst eingeräumte Spielraum zu klären. Bei anderen Parametern ist die Interpretation zu präzisieren. Nachfolgend werden diese Parameter behandelt und die für Eisenbahnanlagen zu verwendenden Werte festgelegt.

4.1 Restnutzungsdauer dr

Gemäss der Norm SIA 269/8 [10] ist in der Regel von einer Restnutzungsdauer dr von mindestens

30 Jahren auszugehen. Für Eisenbahnanlagen werden folgende Richtwerte festgelegt:

Elemente der Bahninfrastruktur Richtwert Restnutzungsdauer

Hochbauten 50 Jahre

Kunstbauten 80 Jahre

Weitere Bauten1) 50 oder 80 Jahre

Tab. 4 Richtwerte für die Restnutzungsdauer dr 1) Je nachdem, ob sie in ihrer Charakteristik eher einer Hochbaute oder einer Kunstbaute entsprechen.

Für Bauwerke, die aufgrund des regelmässig stattfindenden Unterhaltes praktisch unbefristet in Betrieb stehen, ist die Annahme noch höherer Restnutzungsdauern durchaus gerechtfertigt. Kürzere als die vorstehend angegebenen Restnutzungsdauern sind zu begründen. Eine belastbare Begründung ist insbesondere dann anzugeben, wenn eine Restnutzungsdauer von 30 Jahren unterschritten wird.

4.2 Personenbelegung PB

Die Grundlagen zur Ermittlung der Personenbelegung PB bei Hochbauten sind der Ziff. 10.3 der Norm SIA 269/8 [10] zu entnehmen. Angaben zur Ermittlung bzw. Abschätzung der Personenbelegung bei ausgewählten Elementen der Bahninfrastruktur sind in Tabelle 5 zusammengestellt. Für Elemente der Strecke (z.B. Brücke, Stützmauer, Galerie etc.) enthält Tabelle 6 zusätzlich Richtwerte für die Wahrscheinlichkeit, dass eine Person vom Versagen eines Elementes betroffen ist. Nutzung / Ermittlung bzw. Abschätzung der Personenbelegung Kategorie

Mischnutzung _ Ermittlung der Personenbelegung jeweils für die verschiedenen Nutzungen, wie z. B. Büros, Technikräume, Aufenthalt- und Schlafräume, Kantine usw. _ Aufsummierung der ermittelten Personenbelegungen

Elemente der _ Ermittlung der Anzahl Personenzüge, die täglich auf der Strecke bzw. auf den durch das Bauwerksversagen Strecke1) betroffenen Streckengleisen fahren (NZ) 2) _ Ermittlung der mittleren Belegung der Personenzüge (B) _ Ermittlung der Anzahl gefährdeter Personen (NP = NZ x B) _ Ermittlung der Wahrscheinlichkeit P, dass eine Person vom Versagen des Elements betroffen wird (Richtwerte für die Wahrscheinlichkeit P sind in Tab. 6 aufgeführt) _ Ermittlung der Personenbelegung (PB = P x NP)

Perronbereiche _ Ermittlung der Anzahl der täglichen Ein-, Aus- und Umsteiger 2) _ Annahme einer mittleren Aufenthaltsdauer von 10 Min. für Einsteigende resp. 3 Min. für Aussteigende (die Werte sind auf die tatsächliche Perron- und Bahnhofsituation anzupassen, je nach Perronausgestaltung ist eine Gefährdung im Zug auch denkbar; ein Endbahnhof unterscheidet sich von einem Durchgangsbahnhof) _ Ermittlung der Personenbelegung durch Multiplikation der Zahl von Ein-, Aus- und Umsteigern mit den obigen mittleren Aufenthaltsdauern und Division durch 1440 (24 h x 60 min/h)

Personenunter- _ Ermittlung der Gesamtanzahl der Personen, die die Unter-/Überführung täglich benutzen 2) und -überführung _ Ermittlung der mittleren Passierzeit einer einzelnen Person unter Berücksichtigung der Länge der Unterführung, der möglichen Staubildung und der möglichen Aufenthaltsdauer _ Ermittlung der Personenbelegung durch Multiplikation der Gesamtanzahl der Personen mit der mittleren Passierzeit und Division durch 1440 (24 h x 60 min/h)

Tab. 5 Angaben zur Ermittlung bzw. Abschätzung der Personenbelegung PB 1) z. B. Brücken, Stützmauern und Galerien 2) bekannter Prognosehorizont berücksichtigen

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Bauwerkslänge1)

20 m 50 m 100 m 200 m 500 m Zuggeschwindigkeit

20 km/h 1E-4 2 E-4 3 E-4 5E-4 10E-4

50 km/h 2E-4 2E-4 3E-4 3E-4 6E-4

100 km/h 3E-4 3E-4 3E-4 4E-4 5E-4

150 km/h 4E-4 5E-4 5E-4 5E-4 6E-4

200 km/h 6E-4 6E-4 6E-4 6E-4 7E-4

Tab. 6 Richtwerte für die Wahrscheinlichkeit (P), dass eine Person durch Versagen eines Elementes der Strecke gefährdet ist 1) Bauwerkslänge: entspricht z. B. der Brückenlänge, der Stützmauerlänge, der Galerielänge.

In Tabelle 6 sind in Abhängigkeit von der Zuggeschwindigkeit und der Bauwerkslänge Richtwerte für die Wahrscheinlichkeit (P) zusammengestellt, dass eine Person durch das Versagen eines Elementes der Strecke gefährdet ist. Dabei hat die Zuggeschwindigkeit zwei gegenläufige Effekte: Eine geringere Zuggeschwindigkeit erhöht die Aufenthaltswahrscheinlichkeit im gefährdeten Bereich (z. B. Brücke, die einstürzt). Mit höherer Zuggeschwindigkeit erhöht sich wegen des dadurch längeren Bremsweges die Wahrscheinlichkeit, dass ein Zug, der sich vor dem gefährdeten Bereich befindet, nicht mehr rechtzeitig zum Stillstand kommt. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit im gefährdeten Bereich erhöht sich auch mit der Länge des vom Versagen betroffenen Elementes einer Strecke.

4.3 Wert des Bauwerks BW

Der Wert des Bauwerks (BW) umfasst den Wert des Tragwerks sowie (insbesondere bei Hochbauten) die Werte der architektonischen Elemente (z. B. Deckenbekleidungen, Wände, Ausfachungen, Fassadensysteme, Brüstungen und Geländer, Treppen, Türen, Fenster, Dacheindeckung) und der gebäudetechnischen Elemente (z. B. Beleuchtung, Aufzüge, Rohrleitungen, Elemente der Klimatechnik) nach der BAFU-Empfehlung zur Erdbebensicherheit von SBIE [12]. Diese Elemente haben die Eigenschaft, dass sie durch die Beschädigung des Tragwerks direkt beeinträchtigt oder durch eine erhebliche Beschädigung des Tragwerks wertlos werden.

Beim Wert des Bauwerks (BW) ist der Ersatzwert anzusetzen. Als Ersatzwert wird jener Wert definiert, der bezahlt werden müsste, um das gleiche Bauwerk mit den gleichen Merkmalen (z. B. bezüglich der Baustoffe) neu erstellen zu können. Gegebenenfalls kann sich eine Schätzung des Ersatzwertes an den Kosten orientieren, die durch den Ersatz eines zerstörten Bauwerkes durch ein gleichwertiges Bauwerk entstehen würden, das z. B. die gleiche Funktion erfüllt, in seiner Ausgestaltung jedoch vom bestehenden Bauwerk abweicht.

4.4 Bauwerkrisikofaktor BRF

Zur Bestimmung des Bauwerkrisikofaktors BRF für Hochbauten mit einem gewöhnlichen Anteil an architektonischen und gebäudetechnischen Elementen ist die obere Kurve (durchgezogene Linie) der Figur 16 der Norm SIA 269/8 [10] zu verwenden. Für alle anderen Bauwerke ist in der Regel die untere Kurve (gestrichelte Linie) zu verwenden. Tabelle 7 gibt Hinweise zur Wahl des Bauwerkrisikofaktors.

Bauwerkrisikofaktor Charakterisierung Beispiele

Obere Kurve _ Hoher Anteil an architektonischen und gebäudetech- _ Stellwerk, Bahnhöfe, Verwaltungsgebäude, etc. (durchgezogene Linie) nischen Elementen wie Trennwänden, Treppen, herabgehängten Decken, Doppelböden, Leitungen etc.

Untere Kurve _ Praktisch nur die Tragstruktur _ Brücken, Stützmauern, einfache Tunnel etc. (gestrichelte Linie)

Tab. 7 Hinweise zur Wahl des Bauwerkrisikofaktors BRF bezogen auf Figur 16 der Norm SIA 269/8 [10]

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4.5 Sachenwert SW

Mit der Norm SIA 269/8 [10] wird für das Schutzgut Sachen jenes Schadenrisiko abgedeckt, das auf ungünstiges Tragwerksverhalten zurückzuführen ist. Dabei geht es in erster Linie um den Einsturz des Tragwerks, grosse Verformungen oder grosse Beschleunigungen, wodurch Sachen beschädigt werden können. Sachen werden somit beispielsweise beschädigt, weil Teile des Tragwerks oder SBIE auf sie stürzen, durch das Umkippen infolge grosser Verformungen oder Verschiebungen, aber auch durch erhebliche Staubentwicklung, wenn die Sachen darauf empfindlich sind. Tabelle 8 gibt Hinweise auf die i. d. R. für die Ermittlung des Sachenwerts (SW) zu berücksichtigenden wertvollen Sachen.

Elemente der Zu berücksichtigende wertvolle Sachen Bahninfrastruktur

Hochbauten Büroeinrichtung, Stellwerktechnik, Informatikinfrastruktur, Rollmaterial, Maschinen, Werkzeuge, bahntechnische Anlagen und sonstige Betriebseinrichtungen

Kunstbauten Bahntechnische Anlagen, Rollmaterial usw.

Weitere Bauten1) Siehe Hochbauten und Kunstbauten

Tab. 8 Potenziell wertvolle Sachen bei Elementen der Bahninfrastruktur 1) Je nachdem, ob sie in ihrer Charakteristik eher den Hochbauten oder den Kunstbauten entsprechen

Der Sachenwert ist als Ersatzwert anzusetzen und zu berücksichtigen, wenn der Wert in derselben Grössenordnung wie der Wert des Bauwerks liegt, Ausnahme dazu siehe Kapitel 4.9.

4.6 Sachenrisikofaktor SRF

Tabelle 9 gibt Anhaltspunkte für die Wahl des Sachenrisikofaktors SRF. Es wird empfohlen, auf die Wahl von dazwischenliegenden Werten zu verzichten.

Sachenrisikofaktor Hinweise

0,05 _ Die Sachen werden erst beim vollständigen Einsturz des Tragwerks oder sekundärer Bauteile beschädigt. _ Die Sachen befinden sich vorwiegend in Bereichen, die vermutlich nicht von einem Einsturz betroffen sind (z. B. Sachen im UG).

0,2 _ Die Sachen werden bereits beschädigt, wenn sich beim Tragwerk erhebliche Verformungen einstellen. _ Die Sachen befinden sich überwiegend in Bereichen, die von einem Einsturz des Tragwerks oder sekundärer Bauteile betroffen sein können. _ Die Sachen werden beschädigt bei lokal begrenztem Versagen (z. B. Auflagerversagen oder Entgleisung eines Zugs). _ Die Sachen werden beschädigt durch Staubentwicklung.

Tab. 9 Hinweise zur Wahl des Sachenrisikofaktors SRF

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4.7 Unterbrechungskosten UK

Unterbrechungskosten (UK) sind zu berücksichtigen, wenn diese mehr als 20 % des Werts des Bauwerks betragen.

Wenn der Ausfall eines Bauwerks infolge Beschädigung den Unterbruch des Bahnbetriebs zur Folge hat, dann sind als Unterbrechungskosten (UK) jene Kosten anzusetzen, die zur Aufrechterhaltung des Betriebs nötig sind (Ersatzverkehr, Notbrücke etc.). Wenn mit dem Ausfall eines Bauwerks Ertragseinbussen einhergehen, dann ist der sogenannte bedrohte Ertrag bei den Unterbrechungskosten zu berücksichtigen. Der bedrohte Ertrag entspricht dem Umsatz abzüglich der variablen Kosten, die aufgrund des Ausfalls kurz- bis mittelfristig wegfallen. Da die variablen Kosten in der Regel eher von untergeordneter Bedeutung sind, kann als grobe Näherung für die Höhe der Unterbrechungskosten der Umsatz, der infolge des Betriebsunterbruchs wegfällt, herangezogen werden.

Bei der Bestimmung der Höhe der Unterbrechungskosten kann wie folgt vorgegangen werden:

− Abschätzung der Zeit (z. B. in Anzahl Monaten), bis die Funktion wieder weitgehend (> 90 %) hergestellt ist, − Bestimmung der Unterbrechungskosten bei einem Totalschaden (Einsturz resp. Beschädigung, die zum Abbruch führt) des betrachteten Bauwerks pro Zeiteinheit (z. B. Franken/Monat), − Bestimmung der Unterbrechungskosten als Produkt aus der Unterbrechungszeit und den Kosten pro Zeiteinheit.

4.8 Unterbrechungsrisikofaktor URF

Der in Ziffer E 4.6 der Norm SIA 269/8 [10] angegebene Unterbrechungsrisikofaktor (URF) beträgt 0,5. Dieser Faktor ist unverändert zu verwenden, wenn die Unterbrechungskosten wie vorstehend beschrieben errechnet werden. Eine Anpassung des Unterbrechungsrisikofaktors in Abhängigkeit von der Zeitdauer des Ausfalls (wie in Ziff. E 4.6 der Norm SIA 269/8 erwähnt) ist nur dann erforderlich, wenn die Unterbrechungskosten normiert auf ein Jahr errechnet werden.

4.9 Wert des Bauwerks und der direkt betroffenen Sachen BSW

Bei Bauwerken mit lebenswichtiger oder bedeutender Infrastrukturfunktion (BWK III oder BWK II-i) ist gemäss den Ziffern 10.2.5 und 10.4 der Norm SIA 269/8 [10] neben der Reduktion des Personenrisikos auch die Zahlungsbereitschaft für den Schutz der Infrastrukturfunktion zu berücksichtigen. Der dabei zu verwendende Wert des Bauwerks und der direkt betroffenen Sachen BSW setzt sich immer aus den beiden Werten BW und SW zusammen. Das heisst, der Wert der direkt betroffenen Sachen SW ist in diesem Fall auch dann zu berücksichtigen, wenn er nicht in derselben Grössenordnung wie der Wert des Bauwerks liegt.

4.10 Sicherheitsbezogene Investitionskosten SICM

Die sicherheitsbezogenen Investitionskosten (SICM) umfassen mindestens die Baumeisterkosten der Massnahmen sowie die Planungskosten. Je nachdem, ob die Erdbebensicherheitsmassnahmen im Rahmen eines bis auf die Tragstruktur gehenden Erhaltungsprojektes ausgeführt oder losgelöst von einem anderen Projekt umgesetzt werden, können zusätzliche Kosten für den Rückbau, die Wiederherstellung und deren Planung (z. B. von Oberflächen oder bahntechnischen Elementen) entstehen. Wenn diese zusätzlichen Kosten nicht gesondert ermittelt werden, kann für die gesamten sicherheitsbezogenen Investitionskosten ein Betrag abgeschätzt werden, der den 1- bis 3-fachen Kosten für die Baumeisterarbeiten entspricht.

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Anhang A

Anwendungsbeispiel Viadukt

A.1 Zusammenfassung Das Viadukt wird in die Bauwerksklasse BWK II mit einem Mindesterfüllungsfaktor αmin von 0,25 eingeteilt. Nach erfolgter Überprüfung der Erdbebensicherheit weist das Viadukt einen Erfüllungsfaktor von αeff = 0,15 auf. Der Mindesterfüllungsfaktor wird also nicht eingehalten.

Gemäss der Norm SIA 269/8 sind somit zumindest Massnahmen zum Erreichen von αmin erforderlich. Dazu wird das Massnahmenpaket MPmin, das die Erhöhung des Baugrundwiderstands enthält, erarbeitet. Die Kosten von MPmin werden auf CHF 250 000.– geschätzt.

Weitere Massnahmenpakete, die zu Erfüllungsfaktoren von 1,0 (MP1,0), und 0,7 (MP0,7) führen, werden auf ihre Verhältnismässigkeit hin überprüft. Rechnerisch ist das MP0,7 verhältnismässig und das MP1,0 äusserst knapp nicht. Das MP1,0, welches die Verstärkung der Pfeilerköpfe, der Fundation sowie der Wider- und Auflager beinhaltet, wird infolge des hohen Sicherheitsgewinns und der Massnahmeneffizienz EFM sehr nahe bei 1,0 jedoch trotzdem umgesetzt. Die Kosten für das MP1,0 werden auf CHF 260 000.– geschätzt.

Das anzustrebende Ziel von αint ≥ 1,0 (Ziff. 9.4.1 der Norm SIA 269/8) wird somit erreicht. Dies bedeutet, dass nach der Umsetzung der Massnahmenpakete MPmin und MP1,0 kein Sicherheitsdefizit mehr besteht.

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A.² Bauwerk, Nutzung, Personenbelegung und Werte

Aspekt Beschreibung Erläuterung

Tragwerk Langes Viadukt mit kurzer Brücke in Mischbauweise. Die kurze Brücke bei der Flussquerung liegt auf den Viaduktpfeilern auf.

Abmessungen L x B 330 m x 12,5 m / 70 m x 12,5 m

Tragwerkskonzept Mehrfeldträger / einfacher Balken Viadukt aus Bruchstein und Schichtmauerwerk. Brücke mit Fahrbahnplatte aus Beton und Stahlfachwerk.

Aussteifung Längsrichtung: Feste bzw. bewegliche Widerlager. Querrichtung: Kragarm durch im Boden fundierte Pfeiler.

Nutzung Zugverkehr Personen und Güter

Verkehr 86 Züge pro Tag - 2 Personenzüge je Fahrtrichtung und Stunde (76 = 4 x 19 h) mit einer mittleren Belegung von 100 Personen. - 5 Güterzüge pro Tag und Fahrtrichtung im Wochenmittel Geschwindigkeit im entsprechenden Abschnitt: 150 km/h.

Personenbelegung PB = 4 Täglich passieren ca. 7600 Personen (76 Züge mit 100 Personen (Mittelwert der potenziell pro Zug im Mittel) die Brücke. Wahrscheinlichkeit, dass eine Pergefährdeten Personen über son vom Versagen des Viaduktes betroffen ist: P = 5E-4 (Tab. 6). die Nutzungsdauer) PB = 7600 x 5E-4 = 3,8 Personen.

Bauwerkswert BW = 40 Mio. CHF Ersatzwert von 80001) CHF/m² (8000 x 400 m x 12,5 m). Geringer Anteil an SBIE.

Sachenwerte SW = 1,3 Mio. CHF Täglich passieren 86 Zugkompositionen mit einem Wert von 30 Mio. CHF die Brücke. Wahrscheinlichkeit ermittelt analog zur Personenbelegung.

Unterbrechungskosten UK = 6 Mio. CHF Die Unterbrechungskosten werden mit 100 000 CHF/d für 2 Monate abgeschätzt. Gemäss Ziffer E.⁴.1 Norm SIA 269/8 müssen die UK jedoch nicht berücksichtigt werden, da sie kleiner als 20% des Bauwerkswertes sind.

Restnutzungsdauer dr = 100 Jahre Gemäss Kapitel 4.1 dieser Richtlinie ist die minimal anzusetzende Restnutzungsdauer 80 Jahre. Die ISB hat die Restnutzungsdauer mit 100 Jahren vorgegeben.

Tab. A.1 Relevante Informationen zum Tragwerk und seiner Nutzung Anhang B

Anwendungsbeispiel Hochbau mit Stellwerk

B.1 Zusammenfassung Das Stellwerk wird in die Bauwerksklasse BWK II-i mit einem Mindesterfüllungsfaktor αmin von 0,4 eingeteilt. Nach erfolgter Überprüfung der Erdbebensicherheit weist das Stellwerk einen Erfüllungsfaktor von αeff = 0,25 auf. Der Mindesterfüllungsfaktor wird also nicht eingehalten.

Gemäss der Norm SIA 269/8 sind somit zumindest Massnahmen zum Erreichen von αmin erforderlich. Dazu wird das Massnahmenpaket MPmin, das den Ersatz von Innenwänden durch geeignete Leichtbauwände vorsieht, erarbeitet. Die Kosten von MPmin werden auf CHF 100 000.– geschätzt.

Weitere Massnahmenpakete, die zu Erfüllungsfaktoren von 1,0 (MP1,0), und 0,75 (MP0,75) führen, werden auf ihre Verhältnismässigkeit hin überprüft. Einzig das MP0.75, welches die Verbesserung der Krafteinleitung beim Fundament, die Verstärkung bestehender Aussteifungselemente und die Errichtung neuer Wände beinhaltet, stellt sich dabei als verhältnismässig heraus, weshalb folglich die darin enthaltenen Massnahmen umzusetzen sind. Die Kosten für das MP0,75 werden auf CHF 600 000.– geschätzt.

Das grundsätzlich anzustrebende Ziel von αint ≥ 1,0 (Ziff. 9.4.1 der Norm SIA 269/8) wird somit nicht erreicht. Dies bedeutet, dass nach der Umsetzung der Massnahmenpakete MPmin und MP0,75 weiterhin ein laut der Norm SIA 269/8 akzeptiertes Sicherheitsdefizit besteht.

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B.² Bauwerk, Nutzung, Personenbelegung und Werte

Aspekt Beschreibung Erläuterung

Gebäude 2 Untergeschosse, 1 Erdgeschoss und 5 Obergeschosse. Höhe ca. 23,5 m über Terrain (ohne Dachaufbauten).

Abmessungen L x B x H 34 m x 12,5 m x 23,5 m

Tragwerkskonzept Untergeschosse vorwiegend in Stahlbeton. Vertikaler Lastabtrag durch vorfabrizierte Stahlbetonstützen und Stahlbetonwände.

Aussteifung Die aussteifenden Elemente ab Erdgeschoss bestehen hauptsächlich aus Mauerwerk und Stahlbeton. Die Kerne sind hauptsächlich in Stahlbeton ausgeführt und asymmetrisch im Grundriss angeordnet. Diverse aussteifende Elemente sind im Aufriss unstetig.

Nutzung Stellwerk mit zusätzlichen Büro- und Aufenthaltsräumen (für den Betrieb durch Rangierpersonal und Lokführer) sowie einer Werkstatt und einer Kantine für zusätzliche 50 Personen im Obergeschoss.

Personenbelegung PB = 13 siehe Tab. B.² (Mittelwert der potenziell gefährdeten Personen über die Nutzungsdauer)

Bauwerkswert BW = 6 Mio. CHF hoher Anteil1) an SBIE

Sachenwerte SW = 20 Mio. CHF

Unterbrechungskosten1) UK = 300 Mio. CHF gemäss Ziffer E.⁴.1 der Norm SIA 269/8, zu berücksichtigen, da grösser als 20 % des Bauwerkswertes

Restnutzungsdauer dr = 50 Jahre gemäss Kapitel 4.1 dieser Richtlinie

Tab. B.1 Relevante Informationen zum Tragwerk und seiner Nutzung 1) Nur unter Verwendung von Anhang E der Norm SIA 269/8 relevant

Belegung Anzahl Stunden/Tag Tage/Woche Woche/Jahr Belegung

Techniker 15 8 5 52 15 ⋅ 8 ⋅ 5 ⋅ 52

Lokführer / Rangie- 25 8 5 52 25 ⋅ 8 ⋅ 5 ⋅ 52 rer 8736

Kantine 501) 2 5 52 50 ⋅ 2 ⋅ 5 ⋅ 52

Tab. B.² Berechnung der Personenbelegung PB 1) Falls sich Techniker und Lokführer in der Kantine aufhalten, sind sie nicht zu berücksichtigen, weil sie bereits in der jeweiligen

Belegung von 8 Stunden eingerechnet sind. 50 Personen kommen zusätzlich extern hinzu.

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B.³ Bauwerksklasse Die Bauwerksklasse des Stellwerks wird nach dem Vorgehen in Kapitel 3.3 dieser Richtlinie bestimmt. Die Mindestanforderung an die Bauwerksklasse BWKmin wird anhand der Angaben in der Tabelle 2 ermittelt. Aufgrund seiner Nutzung und Bedeutung wird das Stellwerk in die Bauwerksklasse BWK II-i eingeteilt. Es gehört zudem zur Infrastruktur einer Strecke der Erdbebenstreckenklasse ESK II und es hat grossen Einfluss auf die Verfügbarkeit dieser Strecke. Das Bauwerk wird daher definitiv in die Bauwerksklasse BWK II-i eingeteilt (siehe Abb. B.1).

Abb. B.1 Flussdiagramm zur Bestimmung der Bauwerksklasse

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B.⁴ Beurteilung der Erdbebensicherheit Die Beurteilung der Erdbebensicherheit ergibt für das Stellwerk einen Erfüllungsfaktor αeff = 0,25. Dieser Faktor beruht auf den folgenden identifizierten Schwachstellen.

Schwachstelle Erfüllungsfaktor αeff Beurteilung der Erdbebensicherheit

1. Tragwerk, Krafteinleitung Längsrichtung bei Fun- 0,45 Massnahmen erforderlich, soweit verhältnismässig dament sowie Widerstand EG und OG

2. Tragwerk, Querrichtung Krafteinleitung OG 0,75 Massnahmen erforderlich, soweit verhältnismässig

3. Tragwerk, Querrichtung Kern im UG und EG 0,5 Massnahmen erforderlich, soweit verhältnismässig

4. SBIE, diverse Innenwände Out-of-plane 0,25 Massnahmen erforderlich, da αeff kleiner als αmin = 0,4

Massgebender Erfüllungsfaktor Tragwerk 0,45

Massgebender Erfüllungsfaktor SBIE 0,25

Tab. B.³ Zusammenfassung der Erfüllungsfaktoren αeff

B.5 Massnahmenempfehlung B.5.1 Massnahmen zur Behebung der Schwachstellen

Massnahme Beschreibung Gesamtkosten Erfüllungsfaktor lokal

a) Verbesserung Krafteinleitung Bodenplatte und CHF 400 000.– lokal αeff = 0,45 → αint = 1,0 Verstärkung von bestehenden Wandscheiben in Längsrichtung oder Ersatz durch neue Wände (Schwachstelle 1)

b) Verstärkung der Krafteinleitung der Wände in Qu- CHF 300 000. – lokal αeff = 0,75 → αint = 1,0 errichtung in den Obergeschossen (Schwachstelle 2)

c) Querkraftverstärkung Kern im UG und EG, Quer- CHF 200 000. – lokal αeff = 0,5→ αint = 1,0 richtung (Schwachstelle 3)

d) SBIE Innenwände Out-of-plane: Ersatz der CHF 100 000. – lokal αeff = 0,25 → αint = 1,0 Wände durch geeignete Leichtbauwände (Schwachstelle 4)

Tab. B.⁴ Massnahmen zur Behebung der Schwachstellen

Um die Erdbebensicherheit des Bauwerks zu verbessern, werden die Einzelmassnahmen zu Massnahmenpaketen gebündelt. In der Tabelle B.5 sind die Massnahmenpakete sowie deren Kosten zusammengefasst.

1 MPmin (zum Erreichen von αmin)

2 MP1,0 (zum Erreichen der normgerechten Sicherheit von Neubauten, d.h. αint = 1,0)

Die Abbildung B.² illustriert die Veränderung der Erdbebensicherheit pro Massnahmenpaket.

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Erläuterungen: Massnahmenpakete sind so zu bilden, dass zunächst die für das Erreichen von αmin erforderlichen Massnahmen in einem Massnahmenpaket MPmin zusammengefasst sind. Danach werden die zum Erreichen eines Erfüllungsfaktors von αint = 1,0 erforderlichen zusätzlichen Massnahmen in einem Massnahmenpaket MP1,0 gebündelt. Das MP1,0 ist auf seine Verhältnismässigkeit hin zu prüfen. Ist diese nicht gegeben, müssen solange Massnahmenpakete für stufenweise absteigende Erfüllungsfaktoren (z. B. MP0,7, MP0,5 usw.) evaluiert werden, bis die Verhältnismässigkeit erreicht ist. Das Vorgehen ist in der Abbildung 1 illustriert.

Paket Massnahmen Paketkosten1) Erfüllungsfaktor global

MPmin² d) CHF 100 000.– αeff = 0,25 → αint,MPmin = 0,45

MP1,0 a) +b) + c) CHF 900 000. – αint,MPmin = 0,45 → αint,MP1,0 = 1,0

MP0,75 a) + c) CHF 600 000. – αint,MPmin = 0,45 → αint,MP0,75 = 0,75

Tab. B.5 Mögliche Massnahmenpakete zur globalen Erhöhung des Erfüllungsfaktors 1) Die Kosten entsprechen den sicherheitsbezogenen Investitionskosten SIC nach Ziffer 10.7.4 der Norm SIA 269/8. M 2) MPmin ist erforderlich und unabhängig von den Kosten auszuführen. Es wird an dieser Stelle angenommen, dass keine günstigere Massnahme existiert, um den Mindesterfüllungsfaktor zu erreichen.

Da die Massnahme d) zur Behebung der Schwachstelle 4 den Mindesterfüllungsfaktor sicherstellt, wird dieses Massnahmenpaket als MPmin bezeichnet. Die Massnahme d) führt zu einer lokalen Erhöhung des Erfüllungsfaktors auf 1,0, wobei der globale Erfüllungsfaktor aufgrund von Schwachstelle 1) bei 0,45 bleibt.

Abb. B.² Visualisierung von Schwachstellen, Massnahmen und Massnahmenpaketen

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B.5.2 Beurteilung der Verhältnismässigkeit Die Grundlagen zur Beurteilung der Verhältnismässigkeit der Massnahmenpakete sind in der Tabelle B.6 aufgeführt. Die Tabelle enthält ausserdem Verweise auf die zugehörigen Kapitel der Norm SIA 269/8 oder Verweise auf Abschnitte dieses Beispiels oder auf den Inhalt dieser Richtlinie.

Bezeichnung Formel und Wert Referenz

Restnutzungsdauer 𝑑𝑑𝑟𝑟 = 50 𝐽𝐽𝐽𝐽ℎ𝑟𝑟𝑟𝑟 Tab. B.1

Diskontierungsfaktor 𝑖𝑖𝑑𝑑 ⋅ (1 + 𝑖𝑖𝑑𝑑 )𝑑𝑑𝑟𝑟 0,02 ⋅ (1 + 0,02) 50𝐽𝐽

Ziff. 10.7.2, SIA 269/8

(1 + 𝑖𝑖𝑑𝑑 )𝑑𝑑𝑟𝑟 − 1 (1 + 0,02)50𝐽𝐽 − 1 mit id = 2 %

Personenbelegung 𝑃𝑃𝑃𝑃 = 13 Tab. B.1 Grenzkosten 𝐺𝐺𝐺𝐺 = 10 ⋅ 10 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 Ziff. 10.3.9, SIA 269/8

Bauwerkswert 𝐵𝐵𝐵𝐵 = 6 ⋅ 106 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 Tab. B.1

Sachenwert 𝑆𝑆𝑆𝑆 = 20 ⋅ 106 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 Tab. B.1

Tab. B.6 Parameter zur Berechnung der Verhältnismässigkeit

Die Berechnung der Verhältnismässigkeit bzw. der Massnahmeneffizienz ist für die möglichen Massnahmenpakete nachstehend zusammengefasst.

Bezeichnung Formel MP1,0 MP0,75 Referenz

Erfüllungsfaktor vor Intervention αeff 0,45 0,45 Tab. B.5

Erfüllungsfaktor nach Intervention αint 1,0 0,75 Tab. B.5

Differenz Personenrisikofaktor ∆𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑀𝑀 (∆𝛼𝛼) 3 ⋅ 10−6 2,3 ⋅ 10−6 Fig. 7, SIA 269/8

Reduktion Personenrisiken [CHF/J] ∆𝑅𝑅𝑃𝑃𝑀𝑀 = ∆𝑃𝑃𝑃𝑃𝐹𝐹𝑀𝑀 ⋅ 𝑃𝑃𝑃𝑃 ⋅ 𝐺𝐺𝐺𝐺 372 290 Ziff. 10.3.1, SIA 269/8

Differenz Infrastruktursätze ∆𝐼𝐼𝐼𝐼(∆α) 0,09 % 0,09 % Fig. 8, SIA 269/8

Zahlungsbereitschaft ∆𝑍𝑍𝐼𝐼𝑀𝑀 = ∆𝐼𝐼𝐼𝐼 ⋅ (𝐵𝐵𝐵𝐵 + 𝑆𝑆𝑆𝑆 ) 22 533 22 533 Ziff. 10.4.6, SIA 269/8 𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵𝐵 Infrastrukturfunktion [CHF/J]

Risikoreduktion [CHF] ∆𝑅𝑅𝑀𝑀 = ∆𝑅𝑅𝑃𝑃𝑀𝑀 + ∆𝑍𝑍𝐼𝐼𝑀𝑀 22 905 22 823 Ziff. 10.2.5, SIA 269/8

Sicherheitsbezogene Investitionskosten SICM 900 000 600 000 Tab. B.5 [CHF]

Sicherheitskosten [CHF/J] 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑀𝑀 = 𝐷𝐷𝐷𝐷 ⋅ 𝑆𝑆𝑆𝑆𝐶𝐶𝑀𝑀 28 641 19 094 Ziff. 10.7.1, SIA 269/8

Massnahmeneffizienz ∆𝑅𝑅𝑃𝑃𝑀𝑀 + ∆𝑍𝑍𝐼𝐼𝑀𝑀 0,80 1,20 Ziff. 10.2.5, SIA 269/8 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑀𝑀 = 𝑆𝑆𝐶𝐶𝑀𝑀

Max. verhältnismässige sicherheitsbezogene 𝑆𝑆𝐼𝐼𝐼𝐼 ∆𝑅𝑅𝑀𝑀 ≅ 720 000 ≅ 717 000 > Investitionskosten [CHF] 𝐷𝐷𝐷𝐷 < 900 000 600 000

Tab. B.7 Berechnung der Massnahmeneffizienz der Massnahmenpakete MP

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Massnahmenpaket Beurteilung Erläuterung

MPmin erforderlich Die Massnahme muss in jedem Fall ausgeführt werden.

MP1,0 nicht verhältnismässig Das Massnahmenpaket ist nicht verhältnismässig, da die Massnahme b) im Vergleich zum Nutzen hohe Kosten verursacht

MP0,75 verhältnismässig Der globale Erfüllungsfaktor von 0,75 lässt sich ohne Massnahme b) nicht weiter erhöhen.

Tab. B.8 Beurteilung der Verhältnismässigkeit

Beim betrachteten Stellwerk ist das Massnahmenpaket MP1,0, das den Zustand von αint ≥ 1,0 gewährleistet, nicht verhältnismässig und aktuell nicht umzusetzen. Das Massnahmenpaket MP0,75 ist verhältnismässig und mit ihm wird ein globaler Erfüllungsfaktor von αint = 0,75 erreicht. Mit dieser «Teilmassnahme» wird der grundsätzlich anzustrebende Erfüllungsfaktor von αint ≥ 1,0 (Ziff. 9.4.1 der Norm SIA 269/8) jedoch nicht erreicht.

Erläuterungen: Neben der Identifikation der Schwachstellen und der Definition von Massnahmen zu deren Behebung kommt es darauf an, wieviel Geld zur Verfügung steht, um einen vorgegebenen Erfüllungsfaktor αint zu erreichen. In diesem Beispiel ist es verhältnismässig, gemäss den Angaben in der Tabelle B.9 näherungsweise 0,72 Mio. CHF zu investieren, um den Zustand von αint = 1,0 zu erreichen. Dabei ist es unerheblich, wie die Massnahmenpakete schlussendlich zusammengestellt werden. Kann das Ziel von αint > 1,0 mit den maximalen verhältnismässigen Investitionskosten nicht erreicht werden, sind die Massnahmenpakete um die Massnahmen mit entsprechend geringem Nutzen zu reduzieren.

Bei einem grösseren Bauprojekt, beispielsweise einer umfassenden Instandsetzung eines Bauwerks, ist die Verhältnismässigkeit auch an den Zielen und Kosten des entsprechenden Projektes zu messen.

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Verzeichnis In der Richtlinie wird auf die nachstehenden Gesetze, Verordnungen, Richtlinien, Normen und Publikationen verwiesen, die im Sinne der Verweisungen ganz oder teilweise mitgelten. Es gilt die jeweilige letzte Ausgabe (einschliesslich aller Änderungen).

[1] Eisenbahngesetz vom 20. Dezember 1957 (EBG), SR 742.101 [2] Verordnung über Bau und Betrieb der Eisenbahnen vom 23. November 1983 (Eisenbahnverordnung, EBV), SR 742.141.1 [3] Verordnung über das Plangenehmigungsverfahren für Eisenbahnanlagen vom 2. Februar 2000 (VPVE), SR 742.142.1 [4] BAV-Richtlinie zu Artikel 3 der VPVE (RL VPVE), Anforderungen an Planvorlagen, Bundesamt für Verkehr (BAV), Infrastruktur und Sicherheit. [5] BAV-Richtlinie Unabhängige Prüfstellen Eisenbahnen (RL UP-EB), Einsatz von unabhängigen Prüfstellen für Konformitäts- und Sicherheitsbewertungen in Bewilligungsverfahren für Eisenbahnen, Bundesamt für Verkehr (BAV), Infrastruktur und Sicherheit. [6] ESTI-Richtlinie Nr. 248, Erdbebensicherheit der elektrischen Energieverteilung in der Schweiz, Eidgenössisches Starkstrominspektorat (ESTI), Bundesamt für Verkehr (BAV). [7] Ordnung SIA 103, Leistungen und Honorare der Bauingenieurinnen und Bauingenieure [8] Verständigungsnorm SIA 112, Modell Bauplanung [9] Normen SIA 260 bis 267, Tragwerksnormen (Neubauten) [10] Normen SIA 269 ff. (insb. SIA 269/8), Erhaltung von Tragwerken (Bestande Bauten) [11] Norm SIA 469, Erhaltung von Bauwerken [12] Erdbebensicherheit sekundärer Bauteile und weiterer Installationen und Einrichtungen. Empfehlungen und Hinweise für die Praxis, Bundesamt für Umwelt (BAFU), Umwelt-Wissen Nr. 1643, 2016. [13] ASTRA-Dokumentation 82017, Erdbebensicherheit von Erd- und Stützbauwerken – Bemessung und Überprüfung“, Bundesamt für Strassen (ASTRA), 2019. [14] ASTRA-Dokumentation 82018, Erdbebensicherheit von Erd- und Stützbauwerken – Fallbeispiele, Bundesamt für Strassen (ASTRA), 2019.

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