Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen. Teil C3: Erdbebensicherheit

Eidgenössisches Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation UVEK

Sektion Aufsicht Talsperren

Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen Teil C3: Erdbebensicherheit

Die letzte Fassung ersetzt die früheren Fassungen Version Abänderung Datum

2.0 Totalrevision der BWG-Richtlinie 2002 und des Basisdokuments zur 01.02.2016

Erdbebensicherheit von März 2003

2.1 Teilrevision der Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen Teil 14.07.2021

C3: Erdbebensicherheit von Februar 2016

3.0 Totalrevision der Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen Teil 29.04.2025

C3: Erdbebensicherheit von Juli 2021

Impressum

Herausgeber Bundesamt für Energie, Sektion Aufsicht Talsperren, 3003 Bern

Erarbeitung Totalrevision 2025 Arbeitsgruppe Revision Richtlinie Teil C3 "Erdbebensicherheit": A. Askarinejad, Bundesamt für Energie BFE M. Côté, Bundesamt für Energie BFE D. Fäh, Schweizerischer Erdbebendienst SED F. Galster, Bundesamt für Energie BFE J. Hinks, Unabhängiger Experte, Vereinigtes Königreich P. Lignier, Tractebel ENGIE, Frankreich R. Secanell, Fugro Belgien S.R.L. B. Tardieu, Unabhängiger Experte, Frankreich A. Tzenkov, Bundesamt für Energie BFE I. Wong, Lettis Consultants International, Inc., US

Konsultationsgruppe Totalrevision, 2025 I. Anastasopoulos, ETH Zürich R. Boes, ETH Zürich und Schweizerisches Talsperrenkomitee STK E. Correvon Friderici, Bundesamt für Energie BFE B. Duvernay, Bundesamt für Umwelt BAFU M. Koller, Résonance Ingénieurs-Conseils SA M. Herwegh, Universität Bern H. Meusburger, Konferenz der kantonalen Bau‐, Planungs‐ und Umweltdirektoren BPUK C. Nyfeler, Bundesamt für Energie BFE F. Pacchiani, Kanton Wallis A. Schleiss, ETH Lausanne R. Spörri, Bundesamt für Energie BFE A. Stettler, Schweizerischer Wasserwirtschaftsverband SWV T. Weber, Studer Engineering GmbH

Durch die Geschäftsleitung des BFE am 22.04.2025 verabschiedet.

Datum Ersterscheinung (Version 3.0): 29.04.2025.

2 Hauptziele der Erdbebensicherheit und

Verhaltensziele der Stauanlagen

2.1 Hauptziele

Der vorliegende Richtlinienteil soll gewährleisten, dass die Erdbebensicherheit von Stauanlagen in der Schweiz, die dem StAG unterstellt sind, nach einheitlichen Kriterien überprüft wird.

Die Hauptziele der Erdbebensicherheit sind:

Schutz von Menschenleben und Gewährleistung der Sicherheit von Personen vor Schaden oder Verletzungen;
Schutz kritischer Infrastrukturen, innerhalb der in diesem Dokument beschriebenen Grenzen;
Schutz der Umwelt, innerhalb der in diesem Dokument beschriebenen Grenzen;
Schutz der Sachen, innerhalb der in diesem Dokument beschriebenen Grenzen;
Schutz vor schwerwiegenden wirtschaftlichen Folgen, innerhalb der in diesem Dokument beschriebenen Grenzen.

Der Zweck dieses Teils der Richtlinie besteht darin, die Hauptziele der Erdbebensicherheit für Stauanlagen umzusetzen.

2.2 Allgemeines Verhaltensziel für die Stauanlage

Ziel des Erdbebensicherheitsnachweises einer Stauanlage ist es, nachzuweisen, dass während und nach einem Erdbeben ein Versagen der Anlage, das zu einem unkontrollierten, schadensverursachenden Wasserabfluss (oder Abfluss von anderem zurückgehaltenem Material bei Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren, z. B. Geschiebe) aus dem Stauraum führen kann, ausgeschlossen werden kann. Es ist anzumerken, dass Schäden, einschliesslich bleibender Verformungen, die die Sicherheit der Stauanlage nicht beeinträchtigen, als akzeptabel gelten.

Nach dem Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben müssen die Stauanlagen über die notwendigen Sicherheitsreserven verfügen, damit der Wasserstand im Stauraum gesenkt und/oder Instandsetzungsarbeiten durchgeführt werden können.

Die Gewährleistung der normalen Betriebstüchtigkeit der Stauanlage in der Zeit unmittelbar nach dem Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben ist kein Verhaltensziel im Sinne der Sicherheit von Stauanlagen.

Im Falle eines Sicherheitsbeurteilungs-Erdbebens muss die Funktionsfähigkeit der Überwachungssystemelemente, die für die Erkennung eines drohenden Ausfalls unerlässlich sind, aufrechterhalten oder schnell wiederhergestellt werden. Die Identifizierung der hierfür unerlässlichen Überwachungssystemelemente ist Teil des Erdbebensicherheitsnachweises.

2.3 Verhaltensziele sicherheitsrelevanter Nebenanlagen

Die sicherheitsrelevanten Nebenanlagen einer Stauanlage, einschliesslich der Entlastungs- und Ablassvorrichtungen dürfen nicht derart strukturell beschädigt werden, dass sich ein unkontrollierter Wasserausfluss ereignen kann.

Unmittelbar nach dem Erdbeben muss mit Hilfe der Entlastungs- und Ablassvorrichtungen oder auf andere Weise die Entleerung des Stauraums möglich sein.

Unmittelbar nach dem Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben müssen die Entlastungs- und Ablassvorrichtungen einer Stauanlage der Klassen I oder II in der Lage sein, ein Hochwasser mit einer Wiederkehrperiode von 50 Jahren sicher abzuleiten. Für Stauanlagen der Klasse III müssen die Entlastungs- und Ablassvorrichtungen unmittelbar nach dem Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben in der Lage sein, ein Hochwasser mit einer Wiederkehrperiode von 30 Jahren sicher abzuleiten.

Das Verhalten von Bauwerken und Anlagen, die üblicherweise nicht als sicherheitsrelevante Nebenanlagen gelten, ist ebenfalls in die Überlegungen einzubeziehen, wenn ihr Versagen unter Erdbebeneinwirkung die Sicherheit der Stauanlage beeinträchtigen könnte.

2.4 Verhaltensziele für den zugehörigen Stauraum

Durch Erdbebeneinwirkung ausgelöste potenzielle Massenbewegungen im Bereich des Stauraumes sowie im Stauraum erzeugte Wellen, die direkt durch ein Erdbeben ausgelöst werden, dürfen die Sicherheit der Stauanlage, der sicherheitsrelevanten Nebenanlagen, der Menschen, der Umwelt und der Infrastruktur nicht beeinträchtigen. Ausserdem dürfen diese Prozesse keinen unkontrollierten, schadensverursachenden Wasserabfluss aus dem Stauraum verursachen.

Als „potenzielle Massenbewegungen“ (Absatz 2.4.1) werden insbesondere Hangrutschungen, Rutschungen von instabilen Böschungen und Ufern, Felsstürze, Lawinen, Gletscherabbrüche etc. bezeichnet.

Bei Stauanlagen, die dem Schutz vor Naturgefahren dienen, sind die Auslösung von Massenbewegungen im Einzugsgebiet infolge Erdbebeneinwirkung und deren möglichen Auswirkungen auf die Anlage unmittelbar nach dem Erdbeben zu berücksichtigen.

2.5 Massnahmen zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit

Wird festgestellt, dass eine Stauanlage, ihr Stauraum, die umliegenden Hänge des Stauraums, oder ihre sicherheitsrelevanten Nebenanlagen die oben genannten Hauptziele und Verhaltensziele nicht einhält, sind von der Betreiberin der Stauanlage geeignete Massnahmen zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit vorzuschlagen und umzusetzen.

Die aus dem Nachweis der Erdbebensicherheit gewonnenen Erkenntnisse sind im Notfallreglement zu berücksichtigen.

2.6 Betriebstüchtigkeit

Die Gewährleistung der Betriebstüchtigkeit der Stauanlage nach einem Erdbeben liegt in der Verantwortung der Betreiberin.

Die Informationspflicht gegenüber der Aufsichtsbehörde gemäss Artikel 26 StAG und Artikel

22 StAV bleibt bestehen. Die Betreiberin hat die Gewährleistung des Schutzes von

Bevölkerung und Umwelt zu jeder Zeit sicherzustellen und die Betriebstüchtigkeit der Einrichtungen zur Absenkung oder Entleerung des Stauraumes zu gewährleisten. Gemäss Anhang 1 der Richtlinie Teil D: Inbetriebnahme und Betrieb infolge eines Erdbebens ist eine Inspektion durch die Betreiberin durchzuführen. Alle Anomalien müssen gemäss Artikel 22 StAV der Aufsichtsbehörde gemeldet werden.

3 Stauanlagenklassen

3.1 Allgemeine Einteilung in Stauanlagenklassen

Zum Zweck des Erdbebensicherheitsnachweises werden alle Stauanlagen in drei Klassen eingeteilt, für die unterschiedliche Anforderungen gelten.

Die Klassifizierung basiert auf den folgenden Kriterien, Tabelle 1 und der Abbildung 1.

Stauanlagen der Klasse I: Stauanlagen, die die Kriterien nach Artikel 19 Absatz 1 Buchstabe a oder Buchstabe b StAV erfüllen.
Stauanlagen der Klasse II: Stauanlagen mit einer Stauhöhe grösser oder gleich 5 m, die die Grössenkriterien nach Artikel 3 Absatz 2 StAG erfüllen und nicht der Klasse I zugeteilt werden.
Stauanlagen der Klasse III: Stauanlagen, die die Grössenkriterien von Artikel 3 Absatz 2 StAG nicht erfüllen oder eine Stauhöhe bis zu 5 m aufweisen.

Tabelle 1: Definition der drei verschiedenen Stauanlagenklassen

Stauanlagen- Beschreibung Kriterien klasse

I Stauanlagen, die die Kriterien H ≥ 40 m oder nach Artikel 19 Absatz 1 H ≥ 10 m und V ≥ 1'000'000 m3 Buchstabe a oder Buchstabe b StAV erfüllen

II Stauanlagen mit einer Stauhöhe H ≥25 m oder grösser oder gleich 5 m, die die H ≥ 15 m und V ≥ 50'000 m3 oder Grössenkriterien nach Artikel 3 H ≥ 10m und V ≥ 100'000 m3 oder Absatz 2 StAG erfüllen und nicht H ≥ 5m und V ≥ 500'000 m3 der Klasse I zugeteilt werden

Absatz 2 StAG nicht erfüllen oder 10 < H < 5 m und V < 500'000 m3 oder eine Stauhöhe bis zu 5 m H<5m aufweisen

Abbildung 1 zeigt die Stauanlagenklassen in Bezug auf Stauhöhe und Stauraumvolumen gemäss den entsprechenden Definitionen in der Richtlinie Teil A: Allgemeines.

Abbildung 1: Definition der drei verschiedenen Stauanlagenklassen

Falls das mögliche Versagen einer Stauanlage aufgrund seismischer Belastungen eine Gefahr für eine erhebliche Anzahl von Menschen, kritische Infrastrukturen oder die Umwelt darstellt (starke Folgen), können die Aufsichtsbehörde, die Konzessionsbehörde oder andere Drittbehörden die Klassifizierung der Anlage ändern, um strengere Anforderungen durchzusetzen.

3.2 Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren

Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren, die Wasser, Schlamm, Sediment, Schnee, Eis, Geschiebe usw. nur vorübergehend speichern, werden unabhängig von ihrer Stauhöhe und ihrem Stauraumvolumen zum Zweck der Beurteilung der Erdbebensicherheit in die Klasse III eingeteilt.

3.3 Stauhaltungsdämme von Flussstauhaltungen

Stauhaltungsdämme einer Flussstauhaltung ausserhalb des Nahbereichs der Sperre werden in die Stauanlagenklasse III eingeteilt, vorbehalten anderslautender strengerer Anforderungen der Aufsichtsbehörde, der Konzessionsbehörde oder von Drittbehörden.

4 Lastfall Erdbeben und Nachbebenzustand

4.1 Definition der Lastfälle, Anfangs‐ und Randbedingungen

Lastfall Erdbeben und Anfangsfüllstand des Stauraums

4.1.1.1 Der Lastfall Erdbeben ist ein extremer Lastfall (Typ 3) gemäss Richtlinie Teil C1: Planung und

Bau. Die Erdbebeneinwirkung ist gemäss Abschnitt 4.3 des Richtlinienteils C¹ zu beurteilen. Die weiteren Einzeleinwirkungen finden sich in Richtlinie Teil C¹.

4.1.1.2 Die Verformungen und Beanspruchungen aus den statischen Einwirkungen, gemäss

Richtlinie Teil C¹, bilden die Anfangsbedingungen für die Erdbebenanalyse.

4.1.1.3 Die partiellen Widerstandsfaktoren für den Lastfall «extrem dynamisch», definiert in Absatz

4.6.5 der Richtlinie Teil C¹, können zu 1.0 angesetzt werden.

4.1.1.4 In der Regel ist für den Erdbebensicherheitsnachweis der Zustand des vollen Sees zu

betrachten. Dabei ist der Wasserspiegel beim für die Stauhöhe massgebenden Niveau gemäss Richtlinie Teil A, Abschnitt 6.1, anzunehmen.

4.1.1.5 Sollte im Falle eines Erdbebens ein Teileinstau des Stauraums zu einem ungünstigeren

Verhalten der Stauanlage führen, sind diese Lastfälle mit Teileinstau des Stauraums auch bei der Beurteilung der Erdbebensicherheit der Stauanlage zu berücksichtigen.

4.1.1.6. Bei allen Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren (z. B. Hochwasserrückhaltebecken, Geschiebesammler, Steinschlag- und Schneelawinendämme) ist die Erdbebensicherheit der Stauanlage für den Fall eines leeren Stauraums nachzuweisen. Zusätzlich ist die Sicherheit der Anlage in einem zweiten Nachweisschritt für die Anfangsbedingung eines vollen Stauraums nachzuweisen. Bei Lawinenschutzanlagen kann der zweite Nachweisschritt für einen Wasserstand im Stauraum erfolgen, der 10% des Volumens des Stauraums entspricht. Bei Hochwasserrückhaltebecken kann der zweite Nachweisschritt für den Wasserstand im Stauraum geführt werden, der dem mittleren jährlichen Wasserstand im Stauraum entspricht.

Lastfall Phase nach dem Erdbeben (Sicherheit nach dem Erdbeben)

4.1.2.1 Die Sicherheit der Stauanlage nach der Erdbebeneinwirkung muss langfristig bzw. nach

allfällig notwendigen Massnahmen der Sicherheit vor dem Erdbeben gemäss Richtlinie Teil C¹ entsprechen.

4.1.2.2 Zusätzlich zum Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben muss die Sicherheit der Stauanlagen der

Klasse I für unmittelbare Nachbeben überprüft werden. Die Ordinatenwerte der Ziel- Elastizitätsantwortspektren (Absatz 4.3.4) und der signifikanten Dauer, die für die Nachbebenanalyse angenommen werden, sollten mindestens 50% der für das Hauptbeben verwendeten Werte betragen.

4.1.2.3 Kurzfristig, d.h. unmittelbar nach der Erdbebeneinwirkung und dem entsprechenden

Nachbeben (für Stauanlagen der Klasse I, gemäss 4.1.2.2) bis zur Ausführung von allfällig notwendigen Massnahmen, gilt die Standsicherheit der Sperre als ausreichend, wenn sie mit 80% der partiellen Widerstandsfaktoren für Normallastfälle und ausserordentliche Lastfälle gemäss Richtlinie Teil C¹ Absatz 4.6.5 nachgewiesen werden kann:

𝑛𝑛𝑛𝑛 𝛾𝛾𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 = 𝛾𝛾𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 ∙ 0.8; (1) 𝑛𝑛𝑛𝑛 𝛾𝛾𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎ℎ = 𝛾𝛾𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎ℎ ∙ 0.8; (2) 𝛾𝛾 𝑛𝑛𝑛𝑛 ≥1 (3)

wobei“𝛾𝛾 𝑛𝑛𝑛𝑛 ” den partiellen Widerstandsfaktor für die für die Nachbebenphase bezeichnet.

Als ausserordentliche Lastfälle für die Nachbebenphase gelten insbesondere Lastfälle, die sich durch unmittelbare Interventionsmassnahmen (z.B. rasche Absenkung) oder durch einen unmittelbar im Anschluss an das Erdbeben auftretenden Zufluss gemäss Absatz 2.3.3 ergeben.

4.1.2.4 Die Sicherheitsanalyse von Staumauern unter den Bedingungen unmittelbar nach einem

Erdbeben muss überprüfen, ob die berechneten bleibenden Verformungen des Bauwerks (sofern vorhanden) auf Schäden an der Wasserdichtigkeit und/oder am Drainagesystem des Bauwerks hinweisen. Ist dies der Fall, muss die Stabilität der Stauanlage unmittelbar nach dem Erdbeben unter Berücksichtigung der entsprechend veränderten Auftriebsbedingungen überprüft werden.

4.1.2.5 Bei der Analyse von Schüttdämmen für die Phase unmittelbar nach dem Erdbeben sind die

bleibenden Verformungen und die generierten Porenwasserüberdrücke in der Stauanlage und ihrem Untergrund zu berücksichtigen.

4.1.2.6 Die Betriebstüchtigkeit der Entlastungs- und Ablassvorrichtungen und anderer

sicherheitsrelevanter hydromechanischer Einrichtungen ist für die Phase unmittelbar nach dem Erdbeben zu überprüfen. Die Folgen einer eventuellen Fehlfunktion dieser Vorrichtungen in der Phase unmittelbar nach dem Erdbeben sind zu untersuchen und es sind Notfallmassnahmen zu ergreifen, um die Sicherheit der Stauanlage in der Phase nach dem Erdbeben zu gewährleisten. Notfallmassnahmen sind unter anderem das Absenken oder Entleeren des Stauraums und das Betätigen der Ablassorgane, Entlastungsorgane oder anderer sicherheitsrelevanter hydromechanischer Ausrüstung.

4.1.2.7 Die Aufsichtsbehörde legt von Fall zu Fall fest, wie lange eine verringerte Sicherheit geduldet

werden kann.

4.1.2.8 Für Lastfälle, die aus der Umsetzung notwendiger Sanierungsmassnahmen nach dem

Erdbeben resultieren, legt die Aufsichtsbehörde die Gefährdung und die Sicherheitsanforderungen fallspezifisch fest.

4.1.2.9 Die Verformungen, Schäden, Auftriebsdrücke, generierten Porenwasserüberdrücke und

spezifischen Lasten infolge des Erdbebens dienen als Anfangsbedingungen, um die Sicherheit der Stauanlage nach dem Erdbeben zu beurteilen. Diese Anfangsbedingungen müssen insbesondere in den Szenarien für sofortige Massnahmen nach dem Erdbeben berücksichtigt werden, wie zum Beispiel die rasche Absenkung des Wasserspiegels im Stauraum.

4.2 Definition der Erdbebengefährdung

Die Erdbebengefährdung basiert auf dem schweizerischen Erdbebengefährdungsmodell SUIhaz2015 (Wiemer et al., 2016), das vom Schweizerischen Erdbebendienst entwickelt wurde. Die Erdbebengefährdung ist definiert als die Einwirkung eines Erdbebens für eine bestimmte Wiederkehrperiode am Standort der Stauanlage für einen homogenen

Referenzfels, der durch das seismische Scherwellengeschwindigkeitsprofil von Poggi et al. (2011) definiert ist.

Alternativ kann die Erdbebengefährdung durch eine spezielle probabilistische Erdbebengefährdungsanalyse gemäss Anhang C dieses Dokuments definiert werden.

Je nach Stauanlagenklasse wird die mittlere Überschreitungswahrscheinlichkeit der Erdbebengefährdung oder die Wiederkehrperiode des Sicherheitsbeurteilungs-Erdbebens zur Bestimmung der Erdbebengefährdung verwendet. Tabelle 2 enthält die anzunehmenden Wiederkehrperioden je nach Stauanlagenklasse.

Tabelle 2: Massgebende Wiederkehrperiode je nach Stauanlagenklasse

Stauanlagen- Betrachteter Mittlere Ungefähre klasse Zeitraum Überschreitungswahrscheinlichkeit Wiederkehrperiode des im betrachteten Zeitraum Sicherheitsbeurteilungs- Erdbebens

I 100 Jahre 1% 10’000 Jahre

II 100 Jahre 2% 5’000 Jahre

III 100 Jahre 10% 1’000 Jahre

4.3 Erdbebeneinwirkung

Elemente der Erdbebeneinwirkung

4.3.1.1 Die Erdbebeneinwirkung setzt sich aus den folgenden Elementen zusammen:

elastisches Antwortspektrum
Beschleunigungszeitverläufe

4.3.1.2 Die elastischen Antwortspektren werden aus der probabilistischen Erdbebengefährdung

abgeleitet.

4.3.1.3. Informationen zur Auswahl von Beschleunigungszeitverläufen finden sich in Absatz 4.3.5.

4.3.1.4 Die Erdbebeneinwirkung ist als Einwirkung im Freifeld an der Geländeoberfläche von

horizontalem Gelände gegeben.

Auswirkungen von Baugrundverhältnissen und Topographie auf Erdbebeneinwirkung

4.3.2.1 Die Baugrundverhältnisse (z. B. geologische und/oder geotechnische Eigenschaften der

Untergrundschichten), die lokale Topographie und die Geometrie des Baugrunds beeinflussen die Erdbebeneinwirkung. Soweit relevant sollten die Baugrundverhältnisse, die lokale Topographie und die Geometrie der massgebenden geologischen Formationen bei der seismischen Analyse der Stauanlage berücksichtigt werden.

4.3.2.2 Der Einfluss des Untergrundes ist zu berücksichtigen, indem der Untergrund entweder in eine

Baugrundklasse gemäss Tabelle 3 eingeteilt wird oder eine Standortstudie (lokale Baugrundamplifikationsstudie) gemäss Anhang C durchgeführt wird.

4.3.2.3 Die massgebende Baugrundklasse für den Erdbebensicherheitsnachweis der Stauanlage wird

unter Berücksichtigung der räumlichen Variabilität der Baugrundverhältnisse bestimmt. Die für die Analyse ungünstigsten Baugrundverhältnisse definieren die Baugrundklasse der Stauanlage. Dieses Konzept gilt analog für den Erdbebensicherheitsnachweis von Nebenanlagen und die Standsicherheit der Randböschungen des Stauraums.

4.3.2.4 Für Stauanlagen der Klassen I und II ist die Klassifizierung in eine Baugrundklasse auf der

Grundlage spezifischer geophysikalischer Studien am Standort der Stauanlage, geologischer Untersuchungen und, falls erforderlich, geotechnischer Erkundungen vorzunehmen. Die Grundlage ist von Fachleuten für Geophysik, Geologie bzw. Geotechnik zu bestätigen. Danach muss die Stimmigkeit der Daten und die Klassifizierung in eine Baugrundklasse von ExpertInnen bestätigt werden (Tabelle 4).

4.3.2.5 Befinden sich vulnerable kritische Infrastrukturen (z. B. Spitäler, Gebäude und Einrichtungen

für das Katastrophenmanagement oder Hauptverkehrswege) innerhalb der potenziellen Überflutungszone von Stauanlagen der Klasse III, sollte die Klassifizierung in eine Baugrundklasse gemäss 4.3.2.4 erfolgen. Geophysikalische Untersuchungen sind für alle anderen Stauanlagen der Klasse III und alle Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren für die Klassifizierung in eine Baugrundklasse nicht zwingend erforderlich. In diesen Fällen muss die Baugrundklassifizierung jedoch auf massgebenden geologischen und geotechnischen Informationen basieren und von ExpertInnen in diesen Bereichen bestätigt werden (Tabelle 4).

4.3.2.6 Für alle Stauanlagen kann die Klassifizierung in die Baugrundklasse R nur vorgenommen

werden, wenn der Untergrund umfassend und quantitativ untersucht wurde. Eine „umfassende und quantitative Untersuchung“ umfasst eine räumlich umfassende Untersuchung durch geophysikalische Messungen vor Ort und eine umfassende geologische Untersuchung. Für eine Klassifizierung in die Baugrundklasse R müssen diese Untersuchungen zeigen, dass der Untergrund in den oberen 30 m aus Felsen mit einer zeitlich gemittelten Scherwellengeschwindigkeit (Vs30) von mindestens 1105 m/s besteht. In allen Teilen des massgebenden seismischen Profils (mindestens in den oberen 35 m) sollten die Scherwellen- Geschwindigkeiten (Vs) grösser als 1000 m/s sein und keine bedeutende Impedanz-Kontraste aufweisen.

4.3.2.7 Für alle Stauanlagen kann die Klassifizierung in die Baugrundklasse AR nur erfolgen, wenn

der Untergrund umfassend und quantitativ untersucht wurde. Eine „umfassende und quantitative Untersuchung“ umfasst eine räumlich umfassende Untersuchung durch geophysikalische Messungen vor Ort und eine umfassende geologische Untersuchung. Für eine Klassifizierung in die Baugrundklasse AR müssen diese Untersuchungen zeigen, dass der Untergrund in den oberen 30 m aus Felsen mit einer zeitlich gemittelten Scherwellen- Geschwindigkeit (Vs30) von mindestens 800 m/s und Scherwellen-Geschwindigkeiten (Vs) von mindestens 760 m/s besteht.

4.3.2.8 In Fällen, in denen die geologischen Bedingungen bedeutende Abweichungen des

Geschwindigkeitsprofils der Scherwelle in der Tiefe von den für die Beurteilung der Erdbebengefährdung verwendeten Werten (gemäss Ziffer 4.2) aufweisen oder in denen die Lithostratigraphie bedeutende Steifigkeitskontraste aufweist, sollte das Geschwindigkeitsprofil der Scherwelle in der massgebenden Tiefe untersucht werden. Die Auswirkungen der oben genannten Bedingungen auf die Erdbebeneinwirkung, einschliesslich Anpassungen der Eckperioden und/oder der Lage des Plateaus des elastischen Antwortspektrums, sind in Absprache mit ExpertInnen und der Aufsichtsbehörde festzulegen. Dies gilt in ähnlicher Weise

für Fälle, in denen die Baugrundbedingungen bedeutend besser sind als die Mindestanforderung für die Klassifizierung in die Baugrundklasse R. In solchen Fällen wird eine Standortstudie (lokale Baugrundamplifikationsstudie) gemäss Anhang C empfohlen.

4.3.2.9. Die Klassifizierung in eine Baugrundklasse ist von der Aufsichtsbehörde zu validieren.

Aktive Verwerfung

4.3.3.1 Die relevante Umgebung der Stauanlage sollte untersucht werden, um Verwerfungen und

tektonische Lineamente zu lokalisieren. Die potenzielle Aktivität und die tektonische Beschaffenheit der Diskontinuitäten sollten untersucht werden. Die Suche nach Hinweisen auf aktive Tektonik sollte sich nicht auf vorhandene Seismizitätsdaten beschränken, sondern auch geologische und/oder geomorphologische Indikatoren umfassen, die z. B. aus geologischen und tektonischen Karten oder Berichten, Feldbeobachtungen, Fernerkundung und verfügbaren geophysikalischen Untersuchungen abgeleitet werden. Eine Verwerfung mit Anzeichen von Bewegungen aus dem Syn-Quartär sollte als potenziell aktiv berücksichtigt werden. Wenn eine Verwerfung mit Anzeichen von Bewegungen aus dem Syn-Quartär im massgebenden näheren Bereich der Stauanlage vorhanden ist, sollte der Beitrag der Verwerfung zur lokalen Erdbebengefährdung beurteilt werden und es sollten detaillierte Studien zum spezifischen Fall durchgeführt werden. Die Umgebung der Stauanlage und des Stauraums sollte ebenfalls Gegenstand gezielter Studien und massgebender Überwachung sein, wenn aufgrund des geologischen Kontextes sowie räumlicher und zeitlicher Zusammenhänge ein Stausee-induziertes Erdbeben nicht ausgeschlossen werden kann.

4.3.3.2 Sind im unmittelbaren Bereich der Stauanlage Verwerfungen oder tektonische Lineamente

bekannt und ist die relative Verschiebung der verwerfungsgebundenen Blöcke und/oder tektonischen Elemente massgebend für die Sicherheit der Stauanlage, so ist die Möglichkeit von erdbebenbedingten relativen Verschiebungen der verwerfungsgebundenen Blöcke und/oder tektonischen Elemente zu berücksichtigen.

4.3.3.3 Bei Stauanlagen der Klasse I sind die Aktivität oder die Aktivierung von Verwerfungen in der

Umgebung der Anlage regelmässig zu beurteilen. Diese Beurteilung sollte in Abständen von

5 Jahren durchgeführt werden. Bei Stauanlagen der Klassen I und II sind die Aktivität oder die

Aktivierung von Verwerfungen in der Umgebung der Anlage zu beurteilen, wenn ein Erdbeben der Stärke 4 oder stärker mit einem Epizentrum innerhalb eines Radius von 10 km in Entfernung der Anlage gemessen wird.

4.3.3.4 Bedeutende Schwingungen des Stauraums, ausgelöst durch ein Erdbeben, durch

Verwerfungen oder durch Absenkungen innerhalb des Stauraums, können zu einem Überschwappen führen. Auch grosse Wellen, die infolge von niederfrequenten Schwingungen des Stauraums (wie z. B. eine seismische Seiche) entstehen, können ein Überschwappen verursachen, was möglicherweise inakzeptable Folgen hat. Falls solche Potenziale bestehen sind detailliertere geologische und seismologische Untersuchungen erforderlich und die Aufsichtsbehörde kann zusätzliche Sicherheitsmassnahmen vorschreiben.

Elastisches Antwortspektrum

4.3.4.1 Die spektrale Beschleunigung des elastischen Antwortspektrums wird berechnet, indem die

maximale pseudospektrale Beschleunigung (PPSAx) für jede Baugrundklasse bei der gewünschten Schwingzeit (T) mit anderen Faktoren, die die Form und Dämpfung des Spektrums berücksichtigen, multipliziert wird.

4.3.4.2 Die normierten elastischen Antwortspektren der horizontalen Komponenten der

Erdbebeneinwirkung, wie in Abbildung 2 dargestellt, werden nach den Gleichungen (4) bis (7) konstruiert. 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 (𝑇𝑇) = 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝑥𝑥 /2.5 ∙ 1 + (2.5 ∙ 𝜂𝜂 − 1) ∙ 𝑇𝑇 /𝑇𝑇𝐵𝐵 (0 ≤ 𝑇𝑇 ≤ 𝑇𝑇𝐵𝐵 ) (4)

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 (𝑇𝑇) = 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝑥𝑥 ∙ 𝜂𝜂 (𝑇𝑇𝐵𝐵 ≤ 𝑇𝑇 ≤ 𝑇𝑇𝐶𝐶 ) (5)

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 (𝑇𝑇) = 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝑥𝑥 ∙ 𝜂𝜂 ∙ 𝑇𝑇𝐶𝐶 /𝑇𝑇 (𝑇𝑇𝐶𝐶 ≤ 𝑇𝑇 ≤ 𝑇𝑇𝐷𝐷 ) (6)

𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 (𝑇𝑇) = 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝐴𝐴𝑥𝑥 ∙ 𝜂𝜂 ∙ (𝑇𝑇𝐶𝐶 ∙ 𝑇𝑇𝐷𝐷 )/𝑇𝑇 2 (𝑇𝑇𝐷𝐷 ≤ 𝑇𝑇) (7)

wobei: PSA (T): Pseudo-Spektrale Beschleunigung (Ordinatenwert des Elastischen Antwortspektrums). PPSAx: Maximale pseudo-spektrale Beschleunigung für Baugrundklasse x (d. h. PSA auf dem Plateau des Zielantwortspektrums für Baugrundklasse x); Der Wert von PSA für Starrkörperschwingungen (Schwingzeit von 0 Sekunden) entspricht der maximalen Beschleunigung (PGA) und kann mit PPSAx/2.5 berechnet werden. T: Schwingzeit. TB, TC and TD: Eckenperioden des Antwortspektrums, siehe Tabelle 3. 𝜂𝜂 = 1/(0.5 + 10𝜉𝜉) ≥ 0.55: Korrekturbeiwert zur Berücksichtigung des Dämpfungsmasses, wobei 𝜉𝜉 das viskose Dämpfungsmass ist. Die Dämpfung ist bei der Ermittlung des normierten Antwortspektrums bauwerksabhängig festzulegen.

4.3.4.3 Die pseudo-spektrale Beschleunigung auf dem Plateau des elastischen Antwortspektrums für

die Baugrundklasse R (PPSAR) wird durch den Maximalwert des mittleren Uniform-Hazard- Spektrums (UHS) definiert (Abbildung 2). Das mittlere Uniform-Hazard-Spektrum wird entweder durch das Modell SUIhaz2015 (Wiemer et al., 2016) oder durch eine standortspezifische probabilistische Erdbebengefährdungsanalyse (Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA) gemäss Anhang C definiert. Indikative Karten für PPSAR sind in Anhang A dieses Dokuments enthalten. Die genauen Werte von UHS auf der Grundlage des SUIhaz2015-Modells und der elastischen Antwortspektren sind aus dem Hazard Determination Tool (C3-HDT) zu entnehmen, das auf der Website des Bundesamts für Energie (BFE) zur Verfügung steht 1.

4.3.4.4 Die Auswirkungen der Baugrundverhältnisse auf die Erdbebeneinwirkung werden für jede

Baugrundklasse mit einem baugrundklassenabhängigen Amplifikationsfaktor (Sx) bezogen auf Baugrundklasse R, berücksichtigt (siehe Tabelle 3). Die maximale pseudo-spektrale Beschleunigung (Plateau des Antwortspektrums, PPSAx) im Freifeld ist definiert als:

PPSAx = PPSAR × Sx (8)

wobei x entweder R, AR, A, B, C, D oder E ist.

1 https://www.bfe.admin.ch/bfe/de/home/versorgung/aufsicht-und-sicherheit/talsperren/richtlinien-und-hilfsmittel.html

4.3.4.5 Um das elastische Antwortspektrum der vertikalen Komponente der Erdbebeneinwirkung zu

bestimmen, werden die Ordinatenwerte mit dem Faktor 0.7 multipliziert. Für Stauanlagen der Klasse I an Standorten mit RJB < 10 km, Vs30 < 500 m/s und PPSAR > 1.0 g sind detaillierte Analysen für diesen Faktor (Verhältnis der vertikalen zu den horizontalen Antwortspektren) erforderlich. Der Wert von RJB ist definiert als die Joyner-Boore-Distanz zum seismischen Herd für das dominante Ereignis, das zur Erdbebengefährdung am Standort der Stauanlage, basierend auf den Daten zur Deaggregation des Standorts der Stauanlage (Anhang B), beiträgt. Tabelle 3: Definition der Baugrundklassen (BGK) und der Parameter der Baugrundamplifikation bezogen auf Baugrundklasse R

Baugrundamplifikation Beschreibung des stratigraphischen Vs30 𝑇𝑇𝐵𝐵 𝑇𝑇𝐶𝐶 𝑇𝑇𝐷𝐷 BGK bezogen auf Baugrundklasse Profils [m/s] [s] [s] [s] R (Sx)

Massiver Fels ohne bedeutende lokale Schwächungen, bedeutende Steifigkeitskontraste oder R ≥ 1105 1.00 0.06 0.3 2.0 Lockergesteinseinschlüsse; umfassend und quantitativ untersucht mit Mindest-Vs

Fels; umfassend und quantitativ AR >800 1.3 0.07 0.27 2.0 untersucht mit Minimum-Vs von 760 m/s

Fels oder andere felsähnliche 1.4 A geologische Formation, mit höchstens >800 0.07 0.25 2.0 (1.5*) 5 m Lockergestein an der Oberfläche

Ablagerungen von sehr dichtem Sand, und/oder Kies oder sehr steifem Ton, mit einer Mächtigkeit von einigen zehn B 500...800 1.8 0.08 0.35 2.0 Metern, gekennzeichnet durch einen allmählichen Anstieg der mechanischen Eigenschaften mit der Tiefe

Ablagerungen von dichtem oder mitteldichtem Sand, Kies oder steifem C 300...500 2.2 0.10 0.4 2.0 Ton, mit einer Mächtigkeit von einigen zehn bis mehreren hundert Metern

Ablagerungen von Sedimenten mit D geringer bis mittlerer Dichte oder weichen < 300 2.55 0.10 0.5 2.0 Tonschichten

Oberflächliche Schicht von Lockergestein entsprechend C oder D mit Mächtigkeit E zwischen 5 und 20 m und mittlerem - 2.55 0.09 0.25 2.0

* Dieser Wert ist zu verwenden, wenn keine geophysikalischen Untersuchungen gemäss Absatz 4.3.2.4 and 4.3.2.5 zur Bestimmung der Baugrundklasse durchgeführt werden.

Abbildung 2: Elastische Antwortspektren der horizontalen Komponenten der Erdbebeneinwirkung für die Baugrundklassen nach Tabelle 3. UHS: Uniform-Hazard-Spektrum, definiert auf der Grundlage von SUIhaz2015 (Wiemer et al., 2016) oder durch eine standortspezifische probabilistische Erdbebengefährdungsanalyse (PSHA) gemäss Anhang C. PPSAx: Maximale pseudo-spektrale Beschleunigung für Baugrundklasse x (d. h. PSA auf dem Plateau des Zielantwortspektrums für Baugrundklasse x). Sx: Baugrundklassenabhängiger Verstärkungsfaktor bezüglich des Plateaus der spektralen Beschleunigung der Baugrundklasse R. PSA: Pseudo-Spektralbeschleunigung (Ordinatenwert des elastischen Antwortspektrums).

Tabelle 4: Methodische Anforderungen für die Standortklassifizierung in Abhängigkeit von Stauanlagenklasse und Baugrundklasse.

Beschleunigungszeitverläufe

Allgemeine Grundsätze zur Auswahl von Beschleunigungszeitverläufen

4.3.5.1 Als Beschleunigungszeitverläufe sollten geeignete Breitbandaufzeichnungen von Erdbeben

verwendet werden. Ist die Anzahl geeigneter Aufzeichnungen nicht ausreichend, können Zeitverläufe von physikalisch basierten simulierten Erdbeben verwendet werden.

4.3.5.2 Ein Beschleunigungszeitverlauf besteht aus drei zueinander orthogonalen

Beschleunigungskomponenten, von denen zwei in horizontaler und eine in vertikaler Richtung wirken.

4.3.5.3. Es sollten höchstens zwei Aufzeichnungen von demselben Erdbeben verwendet werden.

4.3.5.4 Bei der Auswahl seismischer Aufzeichnungen ist es wichtig, die Momenten-Magnitude (Mw)

des Erdbebens, die Entfernung zwischen dem Herd und dem Aufzeichnungsort, die massgebend für die Wiederkehrperiode des Erdbebens ist, und die regionale tektonische Umgebung sowie die örtlichen Bedingungen des Aufzeichnungsortes und die Übereinstimmung zwischen der spektralen Form der Aufzeichnung und dem Zielantwortspektrum zu berücksichtigen. Die Aufzeichnungen sollten von seismischen Freifeldstationen stammen, wobei Zeitverläufe von Stationen, die in Bauwerken wie Gebäuden, Stauanlagen, Brücken, Tunneln oder Kavernen installiert sind, ausgeschlossen sind.

4.3.5.5 Mindestens ein Beschleunigungszeitverlauf mit Pulscharakteristiken der Nahfeldaufzeichnung

sollte in den ausgewählten Beschleunigungszeitverläufen enthalten sein, wenn eine Verwerfung oder eine seismische Linie im Nahfeld des Standorts identifiziert wurde.

Wenn die probabilistische Erdbebengefährdungsanalyse des Standorts eine potenzielle Verwerfung im Nahfeld umfasst, müssen die ausgewählten Beschleunigungszeitverläufe eine Untergruppe mit Impulscharakteristiken von Nahfeldaufzeichnungen enthalten. Die Spezifikationen und Proportionen von Beschleunigungszeitverläufen mit Impulscharakteristiken sollten unter Verwendung anerkannter Modelle aus der Literatur und unter Berücksichtigung des relativen Beitrags der impulsartigen Bewegung zur seismischen Gefährdung bestimmt werden.

Kompatibilität mit der Erdbebengefährdung

4.3.5.6 Die ausgewählten Beschleunigungszeitverläufe müssen mit der Deaggregation der

Erdbebengefährdung für die spezifische Erdbebenzone der Stauanlage und der Wiederkehrperiode der Erdbebengefährdung kompatibel sein. Im Anhang B sind Karten der Erdbebenzonen der Schweiz und deren Deaggregation in normalisierter Form enthalten.

4.3.5.7 Der Mittelwert (µD5-95) der signifikanten Dauer (D5-95) der Beschleunigungszeitverläufe sollte

mit anerkannten Literaturmodellwerten auf der Grundlage von Mw und RJB des massgebenden Erdbebenszenarios bestimmt werden. Die Mw und RJB des massgebenden Erdbebenereignisses für die seismische Zone der Stauanlage werden auf der Grundlage von Anhang B bestimmt (d. h. Mw und RJB mit einer relativen Signifikanz von 1.0).

4.3.5.8 Das geometrische Mittel der signifikanten Dauer (D5-95) der beiden horizontalen Komponenten

jedes einzelnen Beschleunigungszeitverlaufs muss höher sein als 0.7 × µD5-95. Der Mittelwert aller signifikanten Dauern sollte höher sein als der µD5-95 Wert.

4.3.5.9 Der Mittelwert (µIa) der Arias Intensität (Ia) der Beschleunigungszeitverläufe sollte mit

anerkannten Literaturmodellwerten auf der Grundlage von Mw und RJB des massgebenden Erdbebenszenarios bestimmt werden. Die Mw und RJB des massgebenden Erdbebenereignisses für die seismische Zone der Stauanlage werden auf der Grundlage von Anhang B bestimmt (d. h. Mw und RJB mit einer relativen Signifikanz von 1.0).

4.3.5.10 Das geometrische Mittel der Arias Intensität (Ia) der beiden horizontalen Komponenten jedes

einzelnen Beschleunigungszeitverlaufs muss höher sein als 0.7 × µIa. Der Mittelwert aller Arias Intensitäten sollte höher sein als der µIa Wert.

Kompatibilität mit dem Zielantwortspektrum

4.3.5.11 Das geometrische Mittel der horizontalen Komponenten und im Falle einer spektralen

Anpassung auch der vertikalen Komponente der Beschleunigungszeitverläufe, muss mit dem entsprechenden Zielantwortspektrum im massgebenden Frequenzbereich kompatibel sein.

4.3.5.12 In der Regel ist das Zielantwortspektrum das elastische Antwortspektrum nach 4.3.4. Falls

eine Standortstudie (lokale Baugrundamplifikationsstudie) durchgeführt wurde, gilt das entsprechende standortspezifische Antwortspektrum (oder Uniform-Hazard-Spektrum UHS falls die Standortantwortstudie mittels seismischer Instrumentierung des Standorts bestätigt wurde) als Zielantwortspektrum (Anhang C).

Relevanter Periodenbereich

4.3.5.13 Der relevante Periodenbereich beinhaltet die Perioden von 0.2 T1 bis 1.5 T1, wobei T1 die

Grundperiode des betrachteten Bauwerks bezeichnet. Zusätzlich soll der relevante Periodenbereich mindestens 80% der totalen modalen Masse abdecken. Bei der Definition des relevanten Periodenbereichs ist allfälligen Verschiebungen der Eigenperioden infolge von nichtlinearem Verhalten unter Erdbebeneinwirkungen Rechnung zu tragen. Es sollten mindestens 15 äquidistante Punkte im relevanten Periodenbereich geprüft werden.

Modifikation der Beschleunigungszeitverläufe

4.3.5.14 Um die Kompatibilität der Beschleunigungszeitverläufe mit dem Zielantwortspektrum zu

gewährleisten, dürfen die Beschleunigungsamplituden im Zeitraum linear skaliert werden. Der lineare Skalierungsfaktor soll in der Regel zwischen 0.25 – 4 liegen.

4.3.5.15 Falls mit der Methode der linearen Skalierung (Absatz 4.3.5.14) nicht genügend

Beschleunigungszeitverläufe erzeugt werden können, darf die Methode der spektralen Anpassung (Spectral Matching) verwendet werden.

4.3.5.16 Bei Verwendung der spektralen Anpassung der Wellenformen müssen vorhandene

Wellenformcharakteristiken insbesondere Impulscharakteristiken von Nahfeld Aufzeichnungen nach dem Anpassungsprozess erhalten bleiben.

4.3.5.17 Bei linearer Skalierung können die Skalierungsfaktoren der horizontalen Komponenten für die

entsprechende vertikale Komponente jedes Beschleunigungszeitverlaufs verwendet werden.

4.3.5.18 Bei spektraler Anpassung sollte die vertikale Komponente der Beschleunigungszeitverläufe

separat an das vertikale Zielantwortspektrum angepasst werden. Das Zielantwortspektrum kann aus dem horizontalen Antwortspektrum gemäss Absatz 4.3.4.5 bestimmt werden.

Kriterien für die Kompatibilität

4.3.5.19 Die Kompatibilität zwischen dem Zielantwortspektrum und dem zum Zeitverlauf gehörenden

Antwortspektrum wird als gegeben betrachtet, falls alle folgenden Kriterien erfüllt sind:

Das arithmetische Mittel der Antwortspektren aller Zeitverläufe sollte nicht kleiner als 90% und nicht grösser als 130% des Zielantwortspektrums für alle Perioden gemäss 4.3.5.13 sein. Falls die spektrale Anpassungsmethode (4.3.5.15) verwendet wird, sollte das arithmetische Mittel der Antwortspektren aller Zeitverläufe nicht kleiner sein als 95% und nicht grösser als 130% des Zielantwortspektrums für alle Perioden gemäss 4.3.5.13.
Im relevanten Periodenbereich darf der Mittelwert über alle Perioden der Verhältnisse zwischen dem arithmetischen Mittel der Antwortspektren aller Zeitverläufe und dem Zielantwortspektrum bei der entsprechenden Periode nicht kleiner als 0.95 sein.
Das Antwortspektrum jedes einzelnen Zeitverlaufs soll für alle Perioden im relevanten Periodenbereich nicht kleiner sein als 50% des Zielantwortspektrums.

Nachweis mit Beschleunigungszeitverläufen

4.3.5.20 Für den Nachweis mit Beschleunigungszeitverläufen sollen mindestens 7 unterschiedliche

zwei- oder drei-komponenten Zeitverläufe verwendet werden.

4.3.5.21 Für den Nachweis an räumlichen Tragwerksmodellen sind jeweils die beiden

Horizontalkomponenten sowie die Vertikalkomponente derselben Erdbebenaufzeichnung gleichzeitig zu verwenden.

4.3.5.22 Für den Nachweis sollen die Beschleunigungszeitverläufe der horizontalen Komponenten in

derjenigen Richtung angewendet werden, in welcher sie die grösstmöglichen Auswirkungen auf die betrachtete Struktur haben.

4.3.5.23. Der Nachweis ist mit allen verwendeten Beschleunigungszeitverläufen zu erbringen.

4.4 Anmerkungen bezüglich Einwirkungen für Staumauern (z.B. Bogenmauern, Gewichtsmauern, Pfeilerkopfmauern, etc.) und Wehre Der dynamische Einfluss des gestauten Wassers ist zu berücksichtigen (siehe Abschnitte 6.6 und 6.7).

Der in der Kontaktfuge zwischen Absperrbauwerk und Untergrund oder an Bruchflächen im Untergrund wirkende Auftrieb ist für den Stabilitätsnachweis unter Erdbebeneinwirkung analog zum statischen Lastfall zu berücksichtigen.

Ist aufgrund der Erdbebeneinwirkung von einer Veränderung der Auftriebsverhältnisse auszugehen, so ist die Stabilität nach dem Erdbeben unter diesen veränderten Bedingungen nachzuweisen.

Wird das Verhalten eines Absperrbauwerks während eines Erdbebens mit der Antwortspektrenverfahren gemäss Absatz 6.3.4 untersucht, so sind die horizontalen elastischen Antwortspektren, die die Erdbebeneinwirkung definieren (Absatz 4.3.4), zu kombinieren, indem 100% in eine Richtung und mindestens 40% in die andere orthogonale Richtung berücksichtigt werden. Die Strukturantwort ist für alle möglichen Kombinationen der skalierten elastischen Antwortspektren zu untersuchen.

Ein allfälliger Porenwasserüberdruckaufbau im Untergrund infolge der Erdbebeneinwirkung ist zu berücksichtigen.

4.5 Anmerkungen bezüglich Einwirkungen für Schüttdämme

Bei Schüttdämmen ohne Oberflächendichtung kann der hydrodynamische Einfluss des gestauten Wassers vernachlässigt werden. Bei Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren müssen die dynamischen Auswirkungen des gestauten Materials während des Erdbebens berücksichtigt werden. Das Verflüssigungspotenzial des gestauten Materials sollte in diesem Prozess ebenfalls berücksichtigt werden.

Ein allfälliger Porenwasserüberdruckaufbau infolge der Erdbebeneinwirkung ist zu berücksichtigen (siehe Abschnitt 5.3).

Das Verflüssigungspotenzial ist bei allen Schüttdämmen zu kontrollieren.

5 Materialparameter

5.1 Allgemeines

Die Bestimmung der Werte der Materialparameter muss auf der Grundlage von Teil C¹, Absatz 4.6.3, der Richtlinie erfolgen. Für den Erdbebensicherheitsnachweis können als charakteristische Werte vorsichtige Erwartungswerte für die jeweilige Nachweissituation gewählt werden. Wenn beispielsweise der charakteristische Wert des Elastizitätsmoduls von Beton ein geringeres seismisches Verhalten zur Folge hat, muss möglicherweise der Mittelwert berücksichtigt werden.

Die notwendigen Materialparameter für Sperre und Baugrund sind in der Regel durch Labor‐ und Feldversuche zu bestimmen. Dabei sind für die Ermittlung der Materialparameter Versuche zu wählen, die für den Lastfall Erdbeben repräsentativ sind. Um die Unsicherheiten in den Materialparametern zu berücksichtigen, sollten Sensitivitätsanalysen durchgeführt werden.

5.2 Anmerkungen zu den Materialparametern für Wehre und

Staumauern aus Beton und Mauerwerk Das Raumgewicht des Betons ist entweder durch Messungen zu bestimmen oder es ist für den jeweiligen Nachweisschritt ein konservativer Wert für das Raumgewicht anzunehmen.

Die dynamischen Festigkeitskennwerte des Betons dürfen empirisch mittels Erhöhung der entsprechenden statischen Werte um 30% abgeschätzt werden. Das dynamische Elastizitätsmodul des Betons darf mittels Erhöhung des statischen Moduls um 25% abgeschätzt werden.

Die Festigkeits- und Steifigkeitsparameter von Mauerwerk sind durch Versuche zu bestimmen.

Bei einem Bauwerk aus inhomogenen Baustoffen sind die unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Baustoffe zu berücksichtigen.

Für Beton sollte ein viskoses Dämpfungsmass von 5% der kritischen Dämpfung verwendet werden. Werden für das viskose Dämpfungsmass höhere Werte verwendet, müssen diese begründet werden.

Der angenommene Wert für das viskose Dämpfungsmass von bewehrtem Beton, Mauerwerk und Untergrund muss begründet werden.

Für den Gleitsicherheitsnachweis entlang der Aufstandsfläche zwischen Beton und Fels oder an der Grenzfläche zwischen zwei Beton- und/oder Mauerwerksschichten in der Struktur sollte die Restscherfestigkeit verwendet werden.

Es ist davon auszugehen, dass sich der Silt im Stauraum unter seismischer Belastung verflüssigt. Somit ist die Scherfestigkeit vorbehaltlich von Labor- und/oder Felduntersuchungen, die eine Verflüssigung ausschliessen, mit null anzunehmen.

5.3 Anmerkungen bezüglich Materialkennwerte für Schüttdämme

Für Schüttdämme der Stauanlagenklasse I sind statische wie auch dynamische Bodenkennziffern durch Labor- und/oder Feldversuche zu ermitteln. Es ist ein Stoffgesetz zu berücksichtigen, welches geeignet ist, das Verhalten des Bodens unter dynamischer Beanspruchung zu beschreiben.

Der viskose Dämpfungsparameter von Schüttmaterialien ist generell höher als jener von Beton. Der angenommene Wert der Dämpfung für Schüttdämme ist mit der erwarteten Scherdehnung im Damm und in der Fundation zu verifizieren.

Für Schüttdämme der Stauanlagenklassen II und III können statische Materialkennwerte verwendet werden. Es sind die Angaben der in Kapitel 6 präzisierten Nachweismethodik zu beachten.

Bei Schüttdämmen ist das Verflüssigungspotenzial im Untergrund und im Absperrbauwerk gemäss Absatz 5.3.8 zu überprüfen.

Für Schüttdämme ist zwischen drainiertem und undrainiertem Materialverhalten zu unterscheiden. Bei undrainiertem Verhalten ist im Unterschied zum drainierten Verhalten insbesondere dem potenziellen Verlust von Scherfestigkeit infolge von Porenwasserüberdrücken Rechnung zu tragen.

Drainiertes Materialverhalten

5.3.6.1. Bei Annahme von drainiertem Materialverhalten erfolgt die Analyse in effektiven Spannungen.

5.3.6.2 Bei wassergesättigtem Material kann in der Regel nicht von drainiertem Materialverhalten

ausgegangen werden. Wird dennoch von drainiertem Materialverhalten bei gesättigtem Material ausgegangen, ist diese Annahme durch eine Abschätzung der Dissipation der Porenwasserüberdrücke im Vergleich zur Belastungsgeschwindigkeit zu bestätigen.

5.3.6.3 Allgemein ist von der Restscherfestigkeit auszugehen, es sei denn, die Entfestigung wird

durch das verwendete Stoffgesetz berücksichtigt.

5.3.6.4 In der Regel soll keine Kohäsion angesetzt werden, es sei denn, diese lässt sich durch

Laborversuche begründen und liegt unabhängig von äusseren Einflüssen vor. Die Auswirkungen der Scherdehnung auf die Kohäsion sind entsprechend zu berücksichtigen.

Undrainiertes Materialverhalten

5.3.7.1 Ist von einem undrainierten (oder teildrainierten) Materialverhalten auszugehen, so kann die

Analyse entweder in totalen oder in effektiven Spannungen erfolgen.

5.3.7.2 Bei einer Analyse in totalen Spannungen kann die undrainierte Scherfestigkeit unter zyklischer

Beanspruchung für Schüttdämme der Stauanlageklassen II und III zu 80% der statischen undrainierten Scherfestigkeit angenommen werden.

5.3.7.3 Bei einer Analyse in effektiven Spannungen ist sicherzustellen, dass der Einfluss der

Porenwasserüberdrücke korrekt durch das Stoffgesetz abgebildet ist. Die mobilisierte undrainierte Scherfestigkeit ist auf Plausibilität hin zu prüfen.

Beurteilung der Verflüssigungsgefahr

5.3.8.1 Die Verflüssigung des Materials des Absperrbauwerks (bei Schüttdämmen) oder des

Untergrunds ist mit einer Verringerung der Scherfestigkeit aufgrund eines erhöhten Porenwasserdrucks während oder unmittelbar nach dem Erdbeben verbunden. Dieses Phänomen stellt ein bedeutendes Risiko für die strukturelle Integrität von Stauanlagen dar und wurde als eine mögliche Ursache für das Versagen von Stauanlagen identifiziert. Daher ist es unerlässlich, eine gründliche und genaue Bewertung des Verflüssigungspotenzials durchzuführen, um die Möglichkeit einer Verflüssigung zu beurteilen, die damit verbundenen Gefahren zu minimieren und die Sicherheit und Stabilität der Stauanlage zu gewährleisten.

5.3.8.2 Insbesondere lockerer, gesättigter, feiner Sand und Silt sind anfällig für Verflüssigung. Das

Potenzial der Verflüssigung aufgrund der Erzeugung von übermässigem Porenwasserdruck ist jedoch nicht auf diese Art von Materialien beschränkt.

5.3.8.3 Um die Möglichkeit einer Verflüssigung auszuschliessen, muss nachgewiesen werden, dass

der Boden nicht stark gesättigt ist, eine ausreichende Dichte aufweist oder genügend feinkörniges Material mit hoher Plastizität enthält, um eine Verflüssigung unter extremen seismischen Belastungen zu verhindern.

5.3.8.4. In der Regel wird bei Materialien, die mindestens eines der folgenden Kriterien einhalten, davon ausgegangen, dass sie kein Verflüssigungspotenzial aufweisen:

Materialien mit geringem Sättigungsgrad,
Materialien mit Lagerungsdichte Dr > 75%.

Die „Dx“-Werte sind Durchmesser aus der Korngrössenanalyse und PI bezieht sich auf den Plastizitätsindex, der aus den Atterberg-Grenzwerten abgeleitet wird. Kann jedoch trotz Erfüllung der vorgenannten Kriterien das Verflüssigungspotenzial nicht abschliessend ausgeschlossen werden, sind detaillierte Untersuchungen erforderlich.

5.3.8.5 Das Verflüssigungspotenzial wird in der Regel durch Korrelationen zwischen der Intensität der

zyklischen Belastung während eines Erdbebens und den infolge von In-situ-Versuchen ermittelten Ergebnissen, die einen Index der Lagerungsdichte liefern, ermittelt. Diese Versuche, wie der Standard Penetration Test (SPT) oder Cone Penetration Test (CPT), helfen bei der Bestimmung der Lagerungsdichte des Bodens und seiner Widerstandsfähigkeit gegen Verflüssigung. Die Beziehung zwischen zyklischer Beanspruchung durch seismische Ereignisse und Dichte ist entscheidend für die Beurteilung des Verflüssigungspotenzials einer bestimmten Stauanlage.

5.3.8.6 Alternativ kann das Verflüssigungspotenzial quantitativ bewertet werden, indem die folgenden

Methoden kombiniert werden:

Laborversuche, z. B. dynamische Triaxialversuche.
Finite-Elemente-Modellierung mit Stoffgesetzen, die das Phänomen des Aufbaus des Porenwasserüberdrucks und der Verflüssigung angemessen darstellen können. Die Parameter des Stoffgesetzes sind so zu kalibrieren, dass sie das hydro-mechanische Verhalten der betreffenden Bodenschichten widerspiegeln. Die Kalibrierung der Modellparameter erfolgt auf der Grundlage von Labor- und/oder Feldversuchen. Die

Unsicherheiten der Parameter sind zu bestimmen und zu berücksichtigen. Es wird empfohlen, die Ergebnisse des numerischen Modells anhand bestehender physikalischer Modelle oder relevanter und genau dokumentierter Fälle aus der Literatur zu überprüfen.

5.3.8.7 Die Beurteilung der Sicherheit gegenüber Verflüssigung ersetzt nicht den Nachweis der

Sicherheit des Dammes unter Erdbebeneinwirkung bei undrainiertem Verhalten.

5.3.8.8 Die Auswirkungen einer möglichen Verflüssigung von Sedimenten im Stauraum auf das

seismische Verhalten des Bauwerks sind für alle Arten von Stauanlagen (einschliesslich Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren) zu beurteilen. Wird eine Verflüssigung festgestellt, ist sie bei der Festlegung der Beanspruchung zu berücksichtigen.

6 Methodik für den Erdbebensicherheitsnachweis

6.1 Allgemeines

Der Nachweis der Erdbebensicherheit besteht aus vier Hauptschritten: Modellbildung, Analyse, Interpretation der Ergebnisse und Beurteilung der Sicherheit sowie Verfeinerung der Analyse.

6.2 Modellbildung

Für die Zwecke der Analyse sind bei der Modellbildung der Untergrund, das Absperrbauwerk und der Stauraum sowie die massgebenden Lasten und Einwirkungen zu berücksichtigen. Die zu berücksichtigenden Lastkombinationen müssen mit Absatz 4.3 von Richtlinie Teil C¹ übereinstimmen.

In Fällen, in denen Änderungen des Porenwasserdrucks innerhalb des Absperrbauwerks und/oder seines Untergrunds zu erwarten sind, ist eine entsprechende Modellbildung erforderlich, um diese Bedingungen widerzuspiegeln.

Die geologischen, geotechnischen Eigenschaften des Untergrunds, wie sie sich aus Untersuchungen oder begründeten Annahmen ergeben, sowie die geotechnischen Eigenschaften der Schuttdämme sind durch geeignete Stoffgesetze darzustellen. Massgebende potenzielle Schwachzonen sind zu identifizieren und in geeigneter Weise in die Modellbildung einzubeziehen. Bei Unsicherheiten bezüglich der Materialeigenschaften des Untergrunds der Stauanlage sind Sensitivitätsanalysen mit unteren und oberen Grenzwerten der Materialeigenschaften zu berücksichtigen.

Spezifische Eigenschaften des Absperrbauwerks (z. B. die Abfolge von Injektionen und Betonieretappen während des Baus oder besondere Vorkommnisse während des Baus oder der Bauabschnitte) sind in der Modellbildung zu berücksichtigen, sofern diese einen Einfluss auf den Erdbebensicherheitsnachweis haben können.

Bei einer bestehenden Stauanlage ist das Modell des Absperrbauwerks auf der Grundlage zuverlässiger Daten zu kalibrieren, die aus regelmässigen Überwachungen und/oder seismische Überwachung und/oder Messungen vor Ort ermittelt wurden. Diese Informationen werden zur Überprüfung der Parameter der Materialmodelle verwendet.

Für den seismischen Nachweis von auf Felsen gegründeten Absperrbauwerken sollte der seismische Input in einer ausreichenden Tiefe erfolgen, um die mögliche Variabilität der Steifigkeit des Untergrunds zu berücksichtigen.

Bei einem Erdbebensicherheitsnachweis für Stauanlagen, die auf nicht verfestigten Schichten gegründet sind, sollte die Analyse das weiche Material des Untergrunds bis zum Kontakt mit dem Fels berücksichtigen. Bei der Modellbildung sollte der seismische Input am oberen Ende des Felsuntergrunds oder in ausreichender Tiefe innerhalb der Felsformation angesetzt werden.

Für die Zwecke der Absätze 6.2.6 und 6.2.7 sind, falls keine Standortstudie (lokale Baugrundamplifikationsstudie oder Site Response Analysis, SRA) durchgeführt wird (Anhang C), die Eingangs-Beschleunigungszeitverläufe durch Dekonvolution der Beschleunigungszeitverläufe aus dem Freifeld zu bestimmen. Die Spektren der

Ausgangsbewegungen im Freifeld (ohne die Auswirkungen der Stauanlage) müssen mit dem Zielspektrum kompatibel sein, das der Baugrundklasse entspricht. Die Kompatibilitätskriterien sind in Absatz 4.3.5.19 beschrieben. Wird ein masseloser Untergrund angenommen, darf keine Dekonvolution durchgeführt werden, und das Freifeldsignal ist auf die seitlichen und unteren Begrenzungen des masselosen Untergrunds des Modells anzuwenden.

6.3 Analyse

Die Analyse umfasst das Verhalten der Stauanlage während des Erdbebens und nach dem Erdbeben.

In der Analyse des Verhaltens während des Erdbebens sind unter Berücksichtigung der Erdbebeneinwirkung die Verschiebungen, die bleibenden Verformungen und die Schäden an der Anlage zu ermitteln.

In der Analyse des Verhaltens nach dem Erdbeben sind die aus der Erdbebeneinwirkung hervorgehenden Auswirkungen auf die Sicherheit der Stauanlage zu untersuchen. Insbesondere sind dabei allfällige bleibende Verformungen, Schäden, Porenwasserüberdrücke und Änderungen der Auftriebsverhältnisse zu berücksichtigen.

Das Verfahren für die Analyse des Verhaltens während des Erdbebens soll der Stauanlagenklasse entsprechend gewählt werden; im Allgemeinen gelten folgende minimalen Anforderungen, die Plausibilität der ermittelten Ergebnisse kann jedoch mit weniger komplexen Methoden überprüft werden.

6.3.4.1 Für Gewichtsmauern aus Beton und Mauerwerk, Pfeilerkopfmauern und Wehre:

6.3.4.1.1 Für Stauanlagen der Klasse III: vereinfachtes Antwortspektrenverfahren, bei dem nur

die erste Eigenform verwendet wird;

6.3.4.1.2 Für Stauanlagen der Klasse II: Antwortspektrenverfahren; und

6.3.4.1.3. Für Stauanlagen der Klasse I: dynamische Zeitverlaufsberechnung.

6.3.4.2 Für Bogenmauern aus Beton:

6.3.4.2.1. Für Stauanlagen der Klasse III: Antwortspektrenverfahren;

6.3.4.2.2 Für Stauanlagen der Klasse II: Antwortspektrenverfahren; und

6.3.4.2.3. Für Stauanlagen der Klasse I: dynamische Zeitverlaufsberechnung.

6.3.4.3 Für Schüttdämme:

6.3.4.3.1 Für Stauanlagen der Klasse III: Die möglichen Analysemethoden sind in zwei

Unterkategorien unterteilt: a. Gleitblockanalyse unter Verwendung massgebender empirischer Methoden oder analytisch basierter Korrelationsmodelle. Dieser Ansatz gilt für: i. Alle Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren ii. Stauanlagen, die alle folgenden Bedingungen erfüllen: 1) PPSAR < 0.35 g, 2) die Stauanlage weist keine Anzeichen von sicherheitsrelevanten Schäden auf, 3) die Stauanlage hält die statischen Sicherheitsanforderungen ein, d. h. den normalen Lastfall (Typ 1), wie in Richtlinie Teil C¹ beschrieben, und 4) der in Richtlinie Teil C² festgelegte Hochwassersicherheitsnachweis ist erfüllt.

b. Zeitverlaufsberechnung unter Verwendung der äquivalenten linearen Methode, zusammen mit der Gleitblockanalyse. Der Aufbau des Porenwasserüberdrucks ist unter Verwendung vereinfachter Modelle zu berücksichtigen. Dieser Ansatz gilt für alle anderen Schüttdämme der Klasse III, die die Bedingungen von Absatz 6.3.4.3.1.a nicht erfüllen.

6.3.4.3.2 Für Stauanlagen der Klasse II: Zeitverlaufsberechnung unter Verwendung der

äquivalenten linearen Methode, zusammen mit der Gleitblockanalyse. Der Aufbau des Porenwasserüberdrucks ist zu berücksichtigen.

6.3.4.3.3 Für Stauanlagen der Klasse I: Zeitverlaufsberechnung unter Verwendung der

äquivalenten linearen Methode, zusammen mit der Gleitblockanalyse. Die potenziellen Auswirkungen des Aufbaus von Porenwasserüberdrücken sind zu berücksichtigen. Werden die folgenden beiden Bedingungen nicht eingehalten, ist auch eine nichtlineare dynamische Verformungsberechnung (Zeitverlaufsberechnung) unter Verwendung hydromechanischer Stoffgesetze durchzuführen, die eine Modellierung für die Entstehung und Ableitung von Porenwasserüberdrücken ermöglichen: i. Es ist kein massgebender positiver Porenwasserüberdruck im Absperrbauwerk und im Untergrund während des Erdbebens zu erwarten; ii. Die durchschnittliche zyklische Scherdehnung aufgrund der Erdbebenbelastung bleibt unter 0.4%. 6.3.4.3.4. Bei der Zeitverlaufsberechnung unter Verwendung der äquivalenten linearen Methode, zusammen mit der Gleitblockanalyse, sind Sensitivitätsanalysen mit oberen und unteren Grenzwerten für Materialeigenschaften zu verwenden, um Unsicherheiten zu berücksichtigen.

6.3.4.3.5 Bei der Gleitblockanalyse kann die horizontale Komponente der Beschleunigung

verwendet werden, die auf den Schwerpunkt der Gleitmasse wirkt; die Auswirkungen der vertikalen Komponente können vernachlässigt werden.

6.3.4.3.6 Bei der Modellierung unter Verwendung einer nichtlinearen dynamischen

Verformungsanalyse (Zeitverlaufsberechnung) sind die Modellparameter der integrierten Stoffgesetze auf der Grundlage von Labor- und/oder Feldversuchen zu kalibrieren. Die Unsicherheiten in den Parametern sind zu bestimmen und zu berücksichtigen. Es wird empfohlen, die Ergebnisse des numerischen Modells anhand bestehender physikalischer Modelle oder relevanter, ausreichend dokumentierter Fälle aus der Literatur zu überprüfen. Zusätzlich sollen die Ergebnisse der Zeitverlaufsanalyse unter Verwendung der äquivalenten linearen Methode, die mit den Auswirkungen des Aufbaus des Porenwasserüberdrucks integriert ist, als Referenz für den Vergleich dienen.

6.4 Interpretation der Analyseergebnisse und Beurteilung der

Erdbebensicherheit von Stauanlagen Das Verhalten während des Erdbebens und das Verhalten nach dem Erdbeben sind hinsichtlich der Erreichung der Verhaltensziele gemäss Abschnitt 2 zu beurteilen.

Insbesondere ist zu prüfen, ob die Sicherheit der Stauanlage gegen jegliches lokale oder globale Versagen, das zu einem unkontrollierten und potenziell schädlichen Wasserabfluss führen könnte, gewährleistet ist.

6.5 Verfeinerung des Analyseverfahrens

Falls die Erdbebensicherheit von Stauanlagen der Klasse II mit dem der Stauanlagenklasse entsprechenden Analyseverfahren nicht nachgewiesen werden kann, kann auf Verfahren der Klasse I zurückgegriffen werden.

Falls die Erdbebensicherheit von Stauanlagen der Klasse III mit dem der Stauanlagenklasse entsprechenden Analyseverfahren nicht nachgewiesen werden kann, kann auf Verfahren der Klassen I oder II zurückgegriffen werden.

6.6 Anmerkungen zur Nachweismethodik für Gewichtsmauern aus

Beton und Mauerwerk, Pfeilerkopfmauern und Wehre Modellbildung von Gewichtsmauern aus Beton und Mauerwerk, Pfeilerkopfmauern und Wehren

6.6.1.1 Die hydrodynamische Beeinflussung des gestauten Wassers kann durch ein Modell mit

Wassermassen, die starr mit dem Absperrbauwerk gekoppelt sind, oder durch die Modellierung des Wassers mit einer Strahlende Randbedingung (radiative boundary) erfolgen. Im Modell des Systems aus Absperrbauwerk, Stauraum und Untergrund kann das Wasser im Stauraum als kompressibel oder inkompressibel angenommen werden. Bei Stauanlagen zum Schutz vor Naturgefahren müssen die dynamischen Auswirkungen des gestauten Materials während des Erdbebens berücksichtigt werden. Das Verflüssigungspotenzial sollte in diesem Prozess berücksichtigt werden.

6.6.1.2 Für Gewichtsmauern aus Beton und Mauerwerk ist ein zweidimensionales Modell des

massgebenden Querschnitts in der Regel ausreichend. Für Absperrbauwerken aus Mauerwerk ohne Dehnungsfugen kann ein dreidimensionales Modell verwendet werden. Befindet sich auf einer Gewichtsmauer eine Hochwasserentlastungsanlage mit Pfeilern, muss die Erdbebensicherheit mittels einer dreidimensionalen Analyse untersucht werden. Bei einem engen Tal und/oder bei einem Standort mit heterogenem Untergrund müssen verschiedene Nachweisschnitte untersucht werden, und eine dreidimensionale Analyse kann notwendig sein, um das Verhalten des Absperrbauwerks realistischer zu modellieren. Den Widerlagerbereichen ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Wird ein dreidimensionales Modell des Systems aus Absperrbauwerk, Untergrund und Stauraum verwendet, muss die Interaktion zwischen den Blöcken des Absperrbauwerks an den im Modell berücksichtigten Blockfugen entsprechend abgebildet werden.

6.6.1.3 Für Pfeilerkopfmauern ist eine dreidimensionale Modellbildung des gesamten

Absperrbauwerks und ihres Untergrunds durchzuführen.

6.6.1.4 Für Wehre mit Pfeilern ist in der Regel ein dreidimensionales Modell notwendig, das

mindestens einen Pfeiler und die Hälfte jeder angrenzenden Wehröffnung umfasst. Die Grenzen des Modells sollten die Lage der Dehnungs- und Arbeitsfugen berücksichtigen. Werden Strukturelemente (wie Brücken, Maschinenräume usw.) bei der Modellbildung nicht berücksichtigt, so sind die Auswirkungen dieser Elemente auf das Verhalten der Struktur durch geeignete Vereinfachungen zu berücksichtigen. Diese sind in nachvollziehbarer Weise darzustellen.

6.6.1.5. Bei Stauanlagen der Klasse I oder Klasse II mit Gewichtsmauern aus Beton und Mauerwerk, Pfeilerkopfmauern oder Wehren muss das Modell auch den Untergrund umfassen. Der

Untergrund kann ohne oder mit Masse modelliert werden. In beiden Fällen müssen die korrekten Randbedingungen entlang der Untergrundgrenzen modelliert werden.

6.6.1.6 Bei Gewichtsmauern aus Beton und Mauerwerk und Wehren der Klasse III, die auf

Baugrundklasse R oder AR gegründet sind, ist es möglich, die Auswirkungen des Untergrunds zu berücksichtigen, indem das Antwortspektrum für die jeweilige Baugrundklasse direkt am Sohlbereich des Absperrbauwerkmodells angegeben wird; d. h., es ist nicht erforderlich, den Untergrundbereich explizit in das Modell einzubeziehen. Wenn jedoch Eigenschaften des Untergrunds vorhanden sind, die die Sicherheit der Stauanlage gefährden könnten, müssen der Untergrund und die entsprechenden Eigenschaften modelliert und berücksichtigt werden.

Analyse von Gewichtsmauern aus Beton und Mauerwerk, Pfeilerkopfmauern und Wehren

6.6.2.1 Bei der zweidimensionalen Analyse von Gewichtsmauern aus Beton und Mauerwerk sind die

horizontale und die vertikale Komponente der Erdbebenanregung zu berücksichtigen. Bei der Zeitverlaufsanalyse ist die horizontale Komponente für jeden Beschleunigungszeitverlauf so zu wählen, dass die grösstmögliche Auswirkung auf das Bauwerk erzielt wird.

6.6.2.2. Bei Pfeilerkopfmauern und Wehren sind die drei Komponenten der Erdbebenanregung, d. h. die beiden orthogonalen horizontalen Komponenten und die vertikale Komponente, zu berücksichtigen. Bei einer Zeitverlaufsberechnung ist die Richtung der horizontalen Komponenten für jeden Beschleunigungszeitverlauf so zu wählen, dass die grösstmögliche Auswirkung auf die Struktur erzielt wird.

6.6.2.3 Die vertikale Komponente der seismischen Anregung kann bei Absperrbauwerken der

Stauanlagen der Klasse III vernachlässigt werden.

Interpretation der Ergebnisse und Beurteilung der Sicherheit von Gewichtsmauern aus Beton und Mauerwerk, Pfeilerkopfmauern und Wehren

6.6.3.1 Allgemeines zu den Schritten der Ergebnisinterpretation

Das Versagen einer Gewichtsmauer aus Beton und Mauerwerk, einer Pfeilerkopfmauer und eines Wehrs, die starken Erdbeben ausgesetzt sind, kann auf Überbeanspruchung zurückzuführen sein, die zu Rissen und/oder Scherung, grossen Verschiebungen, erhöhtem Auftriebsdruck, Verlust der Stabilität gegen Gleiten, Kippen und/oder Aufschwimmen und/oder Funktionsverlust von Entlastungsorganen und -bauwerken führen kann. Am anfälligsten für Überbeanspruchungen sind die Zonen in der Nähe der Dammkrone, wo die dynamischen Amplifikationen am stärksten sind, sowie die Zonen, in denen aufgrund der statischen Lasten bereits hohe Spannungen vorhanden sind, z. B. am Fuss der Staumauer. Risse, die den gesamten Abschnitt der Stauanlage durchziehen, können zur Bildung eines losgelösten Blocks führen, der durch Gleiten und/oder Kippen versagen kann. Gleiten kann auch in Bereichen mit geringer Scherfestigkeit im Absperrbauwerk, an der Schnittstelle zwischen Absperrbauwerk und Untergrund oder im Untergrund selbst auftreten. Bei einem Entlastungsorgan an der Sperrenkrone oder bei einer Wehranlage mit Schützen können hohe Spannungen in den Pfeilern zu einem Verlust der Biegestabilität führen. Zusätzlich zu den oben genannten Punkten sollten alle anderen möglichen Arten des Versagens während und nach dem Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben in Bezug auf die betrachtete Stauanlage untersucht und analysiert werden.

Zunächst muss ein Referenzfall analysiert werden, bei dem für das System aus Absperrbauwerk und Untergrund ein linear-elastisches Verhalten angenommen wird, während der Untergrund als massenlos angenommen wird. Anschliessend kann mit komplexeren Modellen fortgefahren werden. Die infolge dieses Referenzfalls ermittelten Ergebnisse dienen als Grundlage für die Interpretation der Ergebnisse weiterer komplexer Analysen, wie in den folgenden Absätzen beschrieben. Hierzu ist anzumerken, dass sich der Begriff „Gewichtsmauern aus Beton“ im aktuellen Absatz 6.6.3 je nach Fall entweder auf Gewichtsmauern aus konventionellem oder aus walzenverdichtetem Beton bezieht.

6.6.3.2 Beurteilung von Spannungen und Dehnungen

6.6.3.2.1 Für alle Klassen von Stauanlagen ist eine Analyse der Spannungen im Bauwerk und im

Untergrund durchzuführen. Bei einer nichtlinearen Analyse unter Verwendung eines Rissmodells sind auch die Spannungen zu bestimmen und zu interpretieren.

6.6.3.2.2 Linear-elastisches Verhalten

Die Sicherheit gegen Überbeanspruchung des Absperrbauwerks und des Untergrundes kann als gewährleistet betrachtet werden, wenn die maximalen Zug- und Druckspannungen die dynamische Zug- bzw. Druckfestigkeit des Betons, der Arbeitsfugen, des Mauermörtels und der Mauerblöcke, der Schnittstelle zwischen Bauwerk und Untergrund und des Untergrundes des Absperrbauwerks, je nach Fall, nicht überschreiten (siehe Kontrollen 1 und 3 der Flussdiagramme in Abbildung 3 und Abbildung 4, je nach Anwendbarkeit). Ist dies der Fall, kann mit der Beurteilung der Sicherheit gegen Gleiten gemäss Absatz 6.6.3.3 fortgefahren werden, siehe Kontrollen 2 und 4 der Flussdiagramme in Abbildung 3 und Abbildung 4, je nach Fall.

6.6.3.2.3 Geringfügiges nichtlineares Verhalten bei Zugbeanspruchung

Wenn festgestellt wird, dass die aus einer linear-elastischen Analyse ermittelten Zugspannungen im Absperrbauwerk die Zugfestigkeit des Betons und/oder der Arbeitsfugen überschreiten, kann die Sicherheit gegen Überbeanspruchung des Absperrbauwerks weiter beurteilt werden, indem das Verhältnis zwischen der maximalen Zugspannung und der entsprechenden dynamischen Festigkeit, die Ausdehnung des überbeanspruchten Bereichs und die kumulative inelastische Dauer, die durch wissenschaftlich fundierte Methoden nachgewiesen wird, z. B. mit der „Demand-Capacity Ratio“ (Verhältnis von Beanspruchung zu Tragfähigkeit), siehe Kontrolle 5 in Abbildung 3, berücksichtigt wird. Diese Überprüfung ist optional und kann übersprungen werden. Dieser Ansatz darf nicht für Staumauern aus Mauerwerk verwendet werden. Zur Bestimmung der kumulativen inelastischen Dauer ist eine dynamische Zeitverlaufsberechnung notwendig. Ist das Ausmass der nichtlinearen Reaktion gering, kann die Sicherheit gegen Gleiten gemäss Absatz 6.6.3.3 beurteilt werden (siehe Kontrollen 4 und 6 des Flussdiagramms in Abbildung 3.

6.6.3.2.4 Nichtlineares Verhalten

Sind die Kriterien der Absätze 6.6.3.2.2 und 6.6.3.2.3 für einen bestimmten Satz von Beschleunigungszeitverläufen nicht erfüllt, deutet dies darauf hin, dass das entsprechende Erdbeben eine starke inelastische Reaktion des Absperrbauwerks verursachen kann, was zu einer starken Rissbildung im Absperrbauwerk führen kann, sodass sich lose/abgelöste Blöcke bilden. Für solche Sätze von Beschleunigungszeitverläufen sind nichtlineare Analysen mit

allmählich zunehmender Komplexität durchzuführen. Diese Analysen können nichtlineare Modelle an der Schnittstelle zwischen Absperrbauwerk und Untergrund, an den Arbeitsfugen sowie bei 3D-Modellen an den vertikalen Schwindfugen beinhalten. Die nichtlinearen Analysen können auch die Mechanismen der Rissbildung und -ausbreitung im Beton oder in Mauerwerksblöcken berücksichtigen. Es sind konservative Annahmen für den Auftrieb an den Oberflächen zu treffen, an denen Risse aufgrund von Überbeanspruchung und dauerhafte Verschiebungen festgestellt wurden. Es ist zu überprüfen, ob bleibende Verschiebungen und Rotationsbewegungen abgelöster Blöcke genügend klein sind, um die Sicherheit der Stauanlage während des Erdbebens und der Nachbeben sowie in der Zeit nach dem Erdbeben nicht zu gefährden, damit die Verhaltensziele gemäss Abschnitt 2 erfüllt sind, siehe Kontrolle 7 in Abbildung 3 und Kontrolle 6 in Abbildung 4, je nach Fall. Nachbeben sind nur dann bei der Beurteilung der Erdbebensicherheit von Gewichtsmauern aus Beton, Mauerwerk, Pfeilerkopfmauern und Wehren der Klasse I zu berücksichtigen, wenn die im aktuellen Absatz vorgeschriebene nichtlineare Analyse durchgeführt werden soll.

6.6.3.2.5 Die Sicherheit gegen Überbeanspruchung im Untergrund muss die Tragfähigkeit des

Untergrundmaterials sowie das Vorhandensein von Diskontinuitäten mit geringerer Festigkeit berücksichtigen. Ist die Sicherheit gegen lokales Versagen im Untergrund nicht gewährleistet, ist zu überprüfen, ob die Verhaltensziele gemäss Abschnitt 2 trotz der daraus entstehenden Bauwerksreaktion erfüllt sind.

6.6.3.2.6 Spannungen und mögliche Schäden an mit dem Bauwerk verbundenen Elementen

(insbesondere Entlastungsorgane, Ablassstollen und andere Nebenanlagen) sind zu beurteilen und im Rahmen des Erdbebensicherheitsnachweises und gegebenenfalls bei der Festlegung von Massnahmen zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit zu berücksichtigen.

6.6.3.2.7 Die Sicherheit der Stahlbetonpfeiler eines gesteuerten Überlaufs oder eines Wehrs gegen

Versagen durch Biegung ist zu überprüfen.

6.6.3.3 Beurteilung der Sicherheit gegen Gleiten, Kippen und Aufschwimmen

6.6.3.3.1 Die Sicherheit gegen Gleiten ist auf der Grundlage der mittels Spannungsanalyse für

potenzielle Gleitflächen im Absperrbauwerk, an der Schnittstelle zwischen Absperrbauwerk und Untergrund und im Untergrund ermittelten Ergebnisse zu überprüfen. Für die gerissene Zone ist keine Kohäsion zu berücksichtigen.

6.6.3.3.2 Wenn festgestellt wird, dass Gleiten möglich ist, kann die Berechnung der bleibenden

Gleitverschiebungen entlang potenzieller Gleitflächen mit einer Gleitblockmethode durchgeführt werden. In diesem Fall ist zu überprüfen, ob die Verhaltensziele gemäss Abschnitt 2 erfüllt sind.

6.6.3.3.3 Für die Stabilität nach dem Erdbeben müssen die neuen Bedingungen für den Auftrieb

aufgrund der beschädigten Fläche, vorhandener Risse und der geringeren Effizienz des Drainagesystems infolge des Erdbebens berücksichtigt werden. Auf der Grundlage dieser Beurteilung müssen die in der globalen Stabilitätsanalyse verwendeten Auftriebskräfte aktualisiert werden.

6.6.3.3.4 Die Kippsicherheit ist am Kontakt zwischen Absperrbauwerk und Untergrund sowie für Blöcke

im oberen Teil des Bauwerks, wo die Amplifikation stark ist, zu überprüfen. Die Kippsicherheit ist gewährleistet, wenn die Resultierende aller Kräfte jederzeit innerhalb des Querschnitts am Fuss der Staumauer bleibt. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, ist zu überprüfen, ob die

Verhaltensziele gemäss Abschnitt 2 trotz der daraus entstehenden strukturellen Reaktion erfüllt sind.

6.6.3.3.5 Die Sicherheit gegen Aufschwimmen nach dem Erdbeben ist für die aktualisierten

Auftriebskräfte zu überprüfen.

6.6.3.3.6 Ein Flussdiagramm, das für die Analyse, Interpretation der Ergebnisse und

Sicherheitsbewertung von Gewichtsmauern, Pfeilerkopfmauern und Wehren aus Beton befolgt werden muss, ist in Abbildung 3 dargestellt.

6.6.3.3.7 Abbildung 4 zeigt ein Flussdiagramm, das bei der Analyse, Interpretation der Ergebnisse und

Beurteilung der Sicherheit von Stauanlagen aus Mauerwerk zu befolgen ist.

Anmerkungen: (1) Die Kalibrierung der Materialparameter sollte zu Beginn der seismischen Sicherheitsbewertung durchgeführt werden. (2) Vorhandene Diskontinuitäten und Schäden sollten in die Modellbildung einbezogen werden. (3) Sollte die seismische Sicherheitsbewertung ergeben, dass die Erdbebensicherheit für den aktuellen Zustand der Stauanlage und den Betrieb des Stauraums nicht gewährleistet ist, sind Massnahmen zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit vorzuschlagen.

Abbildung 3: Flussdiagramm für den Erdbebensicherheitsnachweis von Gewichtsmauern, Pfeilerkopfmauern und Wehren aus Beton (DCR: Demand-Capacity Ratio).

Abbildung 4: Flussdiagramm für den Erdbebensicherheitsnachweis von Stauanlagen aus Mauerwerk.

6.7 Anmerkungen zur Nachweismethodik für Bogenmauern

Modellbildung von Bogenmauern

6.7.1.1. Für die Analyse von Bogenmauern ist ein dreidimensionales Modell zu verwenden.

6.7.1.2 Der hydrodynamische Einfluss des gestauten Wassers kann durch Wassermassen modelliert

werden, die starr mit der Staumauer gekoppelt sind. Diese Massen werden als Punktmassen in das Modell eingeführt. Alternativ kann eine geeignetere Simulation der hydrodynamischen Drücke während eines Erdbebens durch eine explizite Berechnung der Wechselwirkung zwischen Absperrbauwerk und Stauraum erreicht werden. Bei diesem Ansatz wird der Stauraum explizit als Fluiddomain modelliert.

6.7.1.3 Für Bogenmauern aller Stauanlagenklassen, d. h. Klasse I, Klasse II und Klasse III, muss das

Modell auch einen Teil des Untergrunds enthalten. Der Untergrund kann ohne oder mit Masse modelliert werden. In beiden Fällen müssen die korrekten Randbedingungen entlang der Untergrundgrenzen modelliert werden.

Analyse von Bogenmauern

6.7.2.1 Für Bogenmauern aller Stauanlagenklassen ist die Erdbebenanregung in zwei orthogonalen

horizontalen Richtungen und in vertikaler Richtung anzugeben. Bei einer dynamischen Zeitverlaufsanalyse ist für jeden Satz von Beschleunigungszeitverläufen die Kombination der horizontalen Komponenten der Erdbebenanregung so zu wählen, dass die konservativsten Ergebnisse hinsichtlich der Bauwerksantwort erzielt werden.

Interpretation der Ergebnisse und Beurteilung der Sicherheit von Bogenmauern

6.7.3.1 Allgemeines zu den Schritten der Ergebnisinterpretation

Das Versagen einer Bogenmauer aus Beton, die starken Erdbeben ausgesetzt ist, kann auf Überbeanspruchung zurückzuführen sein, die zu Rissen und/oder Scherung, grossen Verschiebungen, der Bildung von losgelösten Blöcken, die gleiten und/oder kippen können, erhöhtem Auftriebsdruck in den Widerlagerkeilen, Verlust der Gleitstabilität der Widerlagerkeile und/oder Funktionsverlust der Entlastungsorgane und Abflussorgane führen kann. Am anfälligsten für Überbeanspruchung sind die Zonen im oberen Teil der Bogenmauern, wobei in den hohen dynamischen Amplifikationen auftreten können, sowie die Zonen, in denen aufgrund der statischen Lasten bereits hohe Spannungen vorhanden sind. Starke Vibrationen können zu übermässigen Öffnungen der Schwindfugen führen, was in Verbindung mit bedeutenden Rissen an den Arbeitsfugen und/oder im Beton zur Bildung von losgelösten Blöcken führen kann, die aufgrund von Gleiten oder Verlust der Rotationsstabilität versagen können. Ausserdem kann es sich durch Gleiten entlang von Diskontinuitätsebenen im Felsenuntergrund zu Gleiten kommen, die kinematisch fähige instabile Widerlagerkeile bilden. Bei einem mit einem Schieber Verschluss versehenen Entlastungsorgan am oberen Teil einer Bogenmauer können starke Spannungen in den Pfeilern zu einem Verlust der Biegestabilität führen. Ein Versagen des sogenannten aktiven Gewölbes, d. h. des Teils des Absperrbauwerks, der die Druckkraft des Wassers im Stausee auf die Widerlager überträgt, aufgrund von Druck- und/oder Scherbeanspruchung und Knicken kann ebenfalls zum Versagen führen. Zusätzlich zu den oben genannten müssen auch alle anderen möglichen Versagensarten während und nach dem Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben im Zusammenhang mit der untersuchten Stauanlage berücksichtigt werden.

6.7.3.2 Beurteilung von Spannungen und Dehnungen

6.7.3.2.1 Für Bogenmauern aller Klassen ist eine Analyse der Spannungen im Absperrbauwerk und im

Untergrund durchzuführen. Bei einer nichtlinearen Analyse unter Verwendung eines Rissmodells sind auch die Spannungen zu bestimmen und zu interpretieren.

6.7.3.2.2 Linear-elastisches Verhalten

Die Sicherheit gegen Überbeanspruchung in einer Bogenmauer und ihrem Untergrund kann als gewährleistet betrachtet werden, wenn die maximalen Zug-, Druck- und Scherspannungen die dynamische Zug-, Druck- und Scherfestigkeit des Betons, der Arbeitsfugen, der Schwindfugen, der Schnittstelle zwischen Absperrbauwerk und Untergrund und des Absperrbauwerks nicht überschreiten (siehe Kontrollen 1 und 3 des Flussdiagramms in Abbildung 5). Ist dies der Fall, kann die Beurteilung der Sicherheit gegen Gleiten der Widerlagerkeile gemäss Absatz 6.7.3.3 vorgenommen werden, siehe Kontrollen 2 und 4 des Flussdiagramms in Abbildung 5.

6.7.3.2.3 Geringfügiges nichtlineares Verhalten bei Zugbeanspruchung

Wird festgestellt, dass die aus einer linear-elastischen Analyse ermittelten Zugspannungen im Absperrbauwerk die Zugfestigkeit des Betons und/oder der Arbeitsfugen und/oder der Sohlfuge überschreiten, kann die Sicherheit gegen Überbeanspruchung des Bauwerks weiter beurteilt werden, indem das Verhältnis zwischen der maximalen Zugspannung und der entsprechenden dynamischen Festigkeit, die Ausdehnung des überbeanspruchten Bereichs und die kumulative unelastische Dauer, die durch wissenschaftlich fundierte Methoden nachgewiesen wird, z. B. die Demand-Capacity Ratio, siehe Kontrolle 5 in Abbildung 5. Diese Kontrolle ist optional und kann übersprungen werden. Zur Bestimmung der kumulativen inelastischen Dauer ist eine dynamische Zeitverlaufsberechnung notwendig. Wenn festgestellt wird, dass das Ausmass der nichtlinearen Antwort gering ist, kann die Sicherheit gegen Gleiten der Widerlagerkeile gemäss Absatz 6.7.3.3 beurteilt werden, siehe Kontrollen 4 und 6 des Flussdiagramms in Abbildung 5.

6.7.3.2.4 Nichtlineares Verhalten aufgrund von relativen Verschiebungen an den Schwindfugen

Ergibt die Überprüfung der Spannungen im Absperrbauwerk bei einem bestimmten Satz von Beschleunigungszeitverläufen hohe Werte für die inelastische Antwort, d. h. werden die Kriterien für geringfügiges nichtlineares Verhalten nicht erfüllt, sind zunächst die nichtlinearen Auswirkungen aufgrund von Relativverschiebungen an den Schwindfugen zu modellieren. Insbesondere gilt: Werden hohe Zugspannungen in Bogenrichtung berechnet, ist davon auszugehen, dass diese Spannungen nicht durch die Schwindfugen übertragen werden können und sich die Fugen öffnen und schliessen können. Dies erfordert die Durchführung einer nichtlinearen Zeitverlaufsanalyse. Wenn ausserdem festgestellt wird, dass die Zugspannungen in der Richtung senkrecht zur Schnittstelle zwischen Absperrbauwerk und Untergrund die Zugfestigkeit der Basis- (Rand-) Fuge, d. h. des Kontakts zwischen Beton und Gestein, überschreiten, sollte dies ebenfalls berücksichtigt werden, indem die Umfangsfuge in das numerische Modell des Systems aus Absperrbauwerk und Untergrund einbezogen wird.

Die Modellbildung der peripheren Fuge muss mindestens das Öffnen und Schliessen an der Schnittstelle zwischen Absperrbauwerk und Untergrund simulieren können. Bei Schwindfugen mit Schubverzahnung ist zusätzlich zu kontrollieren, ob grosse Fugenöffnungen das Schliessen der Schubverzahnung verhindern können. Die Sicherheit gegen Überbeanspruchung des Bogenmauerwerks und des Untergrundes kann als gewährleistet angesehen werden, wenn sich die Schubverzahnung nach jeder Fugenöffnung schliesst und die maximalen Zug-, Druck- und Scherspannungen die dynamische Zug-, Druck- und Scherfestigkeit des Betons, der Arbeitsfugen und des Untergrundes, je nach Fall, nicht überschreiten (siehe Kontrolle 7 in Abbildung 5). Ist dies der Fall, kann die Sicherheit der Widerlagerkeile gegen Gleiten gemäss Absatz 6.7.3.3 beurteilt werden, siehe Kontrollen 8 und 9 des Flussdiagramms in Abbildung 5.

6.7.3.2.5 Stark nichtlineares Verhalten

Werden für einen gegebenen Satz von Beschleunigungszeitverläufen die Sicherheitskriterien für ein nichtlineares Modell mit Schwindfugen nicht erfüllt, sind weitere nichtlineare Analysen mit schrittweise zunehmender Komplexität durchzuführen. Zusätzlich zu den Schwindfugen und der Basis- (Rand-) Fuge können diese Analysen nichtlineare Modelle der Arbeitsfugen und der Mechanismen der Rissbildung und -ausbreitung im Beton beinhalten, um potenziell abgelöste Blöcke zu identifizieren. Es sind konservative Annahmen hinsichtlich des Auftriebs an den Flächen zu treffen, bei denen ein Bruch aufgrund von Überbeanspruchung und bleibenden Verschiebungen festgestellt wurde. Es ist zu überprüfen, ob bleibende Verschiebungen und Rotationsbewegungen von möglicherweise abgelösten Blöcken ausreichend klein sind, um die Sicherheit der Stauanlage während des Erdbebens und der Nachbeben sowie in der Zeit nach dem Erdbeben nicht zu gefährden, sodass die Verhaltensziele gemäss Abschnitt 2 erfüllt sind, siehe Kontrolle 10 in Abbildung 5. Bei Überbeanspruchung durch hohe Druck- und/oder Scherbeanspruchungen ist das Verhalten der aktiven Bögen zu überprüfen, um sicherzustellen, dass die Sicherheit gegen Knicken in der Zeit nach dem Erdbeben gewährleistet ist, siehe Kontrolle 10 in Abbildung 5. Nachbeben sind bei der Bewertung der Erdbebensicherheit von Bogenmauern aus Beton der Klasse I nur dann zu berücksichtigen, wenn die im aktuellen Absatz vorgeschriebene nichtlineare Analyse durchgeführt werden soll.

6.7.3.2.6 Die Sicherheit gegen Überbeanspruchung im Untergrund muss die Tragfähigkeit des

Untergrundmaterials sowie das Vorhandensein von Diskontinuitäten geringerer Festigkeit berücksichtigen. Ist die Sicherheit gegen lokales Versagen im Untergrund nicht gewährleistet, ist zu überprüfen, ob die Verhaltensziele nach Abschnitt 2 trotz der daraus resultierenden Bauwerksantwort erfüllt sind.

6.7.3.2.7 Spannungen und mögliche Schäden an Elementen, die mit einer Bogenmauer verbunden sind

(insbesondere Ablassorgane, Öffnungen, Entlastungsorgane und andere Nebenanlagen), sind zu beurteilen und im Rahmen der Sicherheitsbeurteilung für Erdbeben und gegebenenfalls bei der Festlegung von Massnahmen zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit zu berücksichtigen.

6.7.3.2.8 Es muss kontrolliert werden, dass das Versagen durch Biegung der Pfeiler aus Stahlbeton

eines gesteuerten Überlaufs ausgeschlossen werden kann.

6.7.3.2.9 Ist die Stauanlage mit einem seismischen Gürtel und/oder einer Stahlverstärkung

ausgestattet, sollte dies in die Modellbildung einbezogen werden. Die Dehnung der Stahlstäbe des Gürtels und/oder der Verstärkung ist zu analysieren und die mögliche Plastifizierung zu bestimmen.

6.7.3.3 Bewertung der Sicherheit gegen Gleiten von Widerlagerkeilen

6.7.3.3.1 Die Sicherheit gegen Gleiten von Widerlagerkeilen ist anhand der Ergebnisse der

entsprechenden Spannungsanalyse zu überprüfen. Ist ein Gleiten möglich, so sind die reversiblen und bleibenden Gleitverschiebungen entlang potenzieller Gleitflächen zu berechnen, um zu überprüfen, ob die Verhaltensziele gemäss Abschnitt 2 erfüllt sind.

6.7.3.3.2 Für die Stabilität der Widerlagerkeile bei einem Nachbeben oder Erdbeben sind alle

Änderungen der Bedingungen für den Auftrieb zu berücksichtigen, z. B. aufgrund von Schäden, Rissen und/oder einer geringeren Effizienz des Drainagesystems. Auf der Grundlage dieser Beurteilung sind die in der globalen Stabilitätsanalyse verwendeten Auftriebskräfte entsprechend zu aktualisieren.

6.7.3.3.3 Bei Bogenmauern in einem weiten Tal muss auch überprüft werden, dass kein Gleiten der

gesamten Stauanlage eintreten kann.

6.7.3.3.4 Ein Flussdiagramm, das für die Analyse, die Interpretation der Ergebnisse und den Nachweis

der Sicherheit von Bogenmauern aus Beton befolgt werden muss, ist in Abbildung 5 dargestellt.

Anmerkungen: (1) Die Kalibrierung der Materialparameter sollte zu Beginn der seismischen Sicherheitsbewertung durchgeführt werden. (2) Vorhandene Diskontinuitäten und Schäden sollten in die Modellbildung einbezogen werden. (3) Die Erdbebensicherheit der aktiven Bögen (aktives Gewölbe) gegen Knicken muss kontrolliert werden. (3) Sollte die seismische Sicherheitsbewertung ergeben, dass die Erdbebensicherheit für den aktuellen Zustand der Stauanlage und den Betrieb des Stauraums nicht gewährleistet ist, sind Massnahmen zur Gewährleistung der Erdbebensicherheit vorzuschlagen. Abbildung 5: Flussdiagramm für den Erdbebensicherheitsnachweis von Betonbogenmauern.

6.8 Anmerkungen zur Nachweismethodik für Schüttdämme

Modellbildung für Schüttdämme

6.8.1.1 Das Verflüssigungspotenzial für Schüttdämme aller Stauanlagenklassen ist gemäss Absatz

5.3.8 zu kontrollieren und auszuschliessen. Besteht ein Verflüssigungspotenzial, sind die Folgen der Verflüssigung auf die Sicherheit der Stauanlage unter Verwendung detaillierter Labor- und In-situ-Materialcharakterisierungen in Kombination mit einer numerischen Analyse zu quantifizieren.

6.8.1.2 Bei Schüttdämmen ist in der Regel eine zweidimensionale Betrachtung am massgebenden

Querschnitt ausreichend. In engen Tälern oder bei variablen Untergrundverhältnissen sind verschiedene Querschnitte zu betrachten oder es ist ein dreidimensionales Modell zu verwenden. Besondere Beachtung ist den Widerlagerbereichen zu schenken.

6.8.1.3 Bei der dreidimensionalen Modellbildung von Schüttdämmen sind die drei Komponenten der

Erdbebenanregung, d. h. die beiden orthogonalen horizontalen Komponenten und die vertikale Komponente, zu berücksichtigen. Bei einer Zeitverlaufsberechnung ist die Richtung der horizontalen Komponenten für jeden Satz von Beschleunigungszeitverläufen so zu wählen, dass die maximale Bauwerksreaktion erzielt wird.

6.8.1.4 Bei der zweidimensionalen Modellbildung von Schüttdämmen sind die horizontale und

vertikale Komponente zu berücksichtigen. Bei einer Zeitverlaufsberechnung ist die horizontale Komponente für jeden Satz von Beschleunigungszeitverläufen so zu wählen, dass die maximale Bauwerksreaktion erzielt wird.

6.8.1.5 Wenn die Bedingungen von Absatz 6.3.4.3.1 Bst. a eingehalten werden, kann die vertikale

Komponente der seismischen Anregung für Schüttdämme der Klasse III vernachlässigt werden.

6.8.1.6 Bei der Analyse von Schüttdämmen muss der Lage des Grundwasserspiegels und der

Porenwasserdruckverteilung im Absperrbauwerk und im Untergrund besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

6.8.1.7 Die ausgewählten Modelle zur Materialmodellierung, die in numerischen Analysen verwendet

werden, müssen das Verhalten des untersuchten Materials so genau wie möglich widerspiegeln. Die Modellparameter müssen kalibriert und verifiziert werden.

6.8.1.8 Der potenzielle Aufbau des Porenwasserüberdrucks infolge Erdbebenbelastung ist für alle

Stauanlagenklassen zu berücksichtigen.

6.8.1.9 Bei der Analyse des dynamischen Verhaltens der Schüttdämme mithilfe der

Zeitverlaufsberechnung ist die Vertikalanregung für alle Stauanlagenklassen von Schüttdämmen zu berücksichtigen.

6.8.1.10 Das Setzungspotenzial infolge Verdichtung oder Konsolidierung des Materials des

Absperrbauwerks und des Untergrunds als Ergebnis der Verringerung des Hohlraumanteils während oder nach der Erdbebenbelastung ist zu analysieren.

6.8.1.11 Für Stauanlagen der Klasse II sind die Gleitblockanalysen auf der Grundlage der Schätzungen

der Beschleunigungen durchzuführen, die aus dynamischen 2D-Analysen für die

massgebenden Gleitflächen entwickelt wurden. Für die Berechnung der Gleitverschiebungen kann die vertikale Komponente der Beschleunigung vernachlässigt werden.

6.8.1.12. Für Stauanlagen der Klasse III, welche die Kriterien nach Absatz 6.3.4.3.1 Bst. a nicht erfüllen, sind die Gleitblockanalysen auf der Grundlage der Schätzungen der Beschleunigungen durchzuführen, die aus zweidimensionalen dynamischen Analysen für die massgebenden Gleitflächen entwickelt wurden. Für die Berechnung der Gleitverschiebungen darf die vertikale Komponente der Beschleunigung vernachlässigt werden.

6.8.1.13 Bei Stauanlagen der Klasse III, welche die Kriterien nach Ziffer 6.3.4.3.1 Bst. a erfüllen, dürfen

die Beschleunigung im massgebenden Gleitkörper sowie bleibende Verformungen mithilfe von anerkannten semi-empirischen Methoden ermittelt werden.

6.8.1.14 Eine rasche Absenkung des Stauseespiegels kann zu ungünstigen Sickerströmungen

innerhalb des Dammes führen, die sich negativ auf die Stabilität der Stauanlage auswirken. Das Potenzial und die Folgen einer raschen Absenkung des Stauraums nach einem Erdbeben müssen beurteilt werden.

Analyse, Interpretation der Ergebnisse und Beurteilung der Sicherheit von Schüttdämmen

6.8.2.1 Um das Verhalten eines Schüttdamms bei Erdbeben zuverlässig beurteilen zu können, ist eine

angemessene Bewertung der erwarteten Verformungen infolge des Erdbebens erforderlich. Für Schüttdämme aller Stauanlagenklassen müssen die berechneten Verformungen kritisch bewertet werden, wobei der Schwerpunkt auf der Bestimmung der Verringerung des Freibords infolge des Erdbebens liegt.

6.8.2.2 Ist nach der Erdbebeneinwirkung von bleibenden Verformungen auszugehen, sind

insbesondere folgende Punkte zu beurteilen:

Um eine Überströmung des Schuttdammes durch direkte oder indirekte seismische Einwirkungen (z. B. durch Massenbewegung im Stauraum) zu vermeiden, ist ein ausreichend grosser Freibord vorzusehen. Dabei sind erdbebenbedingte Gleitbewegungen und Setzungen der Dammkrone zu berücksichtigen.
Auch im verformten Zustand muss innere Erosion ausgeschlossen werden.

6.8.2.3 Die zulässigen bleibenden Kronensetzungen, die auf die kombinierten Auswirkungen von

Verdichtung, Konsolidierung und Bildung von Gleitflächen aufgrund von Erdbebeneinwirkung zurückzuführen sind, sollten 25% des Sicherheitsfreibords gemäss Definition in Absatz 2.3.2. der Richtlinie Teil C²: Hochwassersicherheit und Stauseeabsenkung nicht überschreiten.

6.8.2.4. Wenn Erdbebeneinwirkungen zur Bildung von Rissen oder anderen Versagen führen können, die das Durchsickerungsverhalten des Schuttdammes verändern könnten, muss das Potenzial für Erosion durch diese Anomalien im Damm oder im Untergrund untersucht werden.

6.8.2.5. Die Stabilität von Strukturen oder Elementen (z. B. Überlaufmauern oder Leitungen) neben, innerhalb oder unter dem Damm, die möglicherweise zu Überströmungen, Erosion oder Infiltration führen könnten, ist zu überprüfen. Die Sicherheit der Stahlbetonpfeiler eines gesteuerten Überlaufs gegen Versagen durch Biegung ist zu kontrollieren.

6.8.2.6 Bei Schüttdämmen mit Kerndichtung kann die Gefahr der inneren Erosion nach der

bleibenden Verformung ausgeschlossen werden, wenn folgende Bedingungen eingehalten sind: i. Zwischen den einzelnen Zonen des Dammes wird die Filterfunktionalität weiterhin eingehalten. ii. Die Kerndichtung ist immer noch genügend überdeckt und besteht aus Material, welches die vom Erdbeben ausgelösten Verformungen ohne wesentliche Änderung der Durchlässigkeitseigenschaften ertragen kann. iii. Die Restdicke der Filter‐ und Drainageschichten im deformierten Zustand beträgt mindestens die Hälfte der Dicke im undeformierten Zustand.

6.8.2.7 Bei Schüttdämmen mit einer wasserseitigen Oberflächendichtung sind folgende Aspekte zu

kontrollieren: i. Die Integrität der Dichtung ist zu beurteilen. ii. Ist davon auszugehen, dass die Dichtung beschädigt werden kann, so sind die daraus entstehenden Gefährdungen für den Schüttdamm (wie innere Erosion und veränderte Stabilitätsverhältnisse infolge einer möglichen Ausbildung einer Sickerfläche im Dammbauwerk) zu beurteilen. iii. Die Restdicke der Filter‐ und Drainageschichten unter der Oberflächendichtung im deformierten Zustand beträgt mindestens die Hälfte der Dicke im undeformierten Zustand. iv. Zwischen den einzelnen Zonen des Dammes wird die Filterfunktionalität weiterhin eingehalten.

6.8.2.8 Die Stabilitätsanalyse der Schüttdämme der Stauanlagenklasse I für Nachbeben (Absatz

4.1.2.2) muss die in Absatz 6.3.4.3.3 aufgeführten Nachweismethodiken beinhalten. Die Auswirkungen des durch Erdbebeneinwirkung erzeugten Porenwasserdrucks müssen berücksichtigt werden.

6.8.2.9 Die statische Stabilitätsanalyse nach dem Erdbeben kann Standardmethoden zur

Böschungsstabilität mit den in Absatz 4.1.2.3 genannten Partialfaktoren für alle Stauanlagenklassen beinhalten. Die Auswirkungen des durch Erdbebeneinwirkung erzeugten Porenwasserdrucks müssen berücksichtigt werden.

6.8.2.10 Ein Flussdiagramm, das für die Analyse, die Interpretation der Ergebnisse und den Nachweis

der Sicherheit von Schüttdämmen zu befolgen ist, ist in Abbildung 6 dargestellt.

Anmerkungen basierend auf den im Flussdiagramm angegebenen Zahlen: 1. Beurteilung des Verflüssigungspotenzials (siehe Absatz 5.3.8).

2 Sind alle Bedingungen in 6.3.4.3.1 Bst. a eingehalten? NHPD steht für Stauanlagen zum Schutz vor

Naturgefahren.

3 Wie in Absatz 6.3.4.3.1, Bst. a beschrieben, sind Scherdehnungen zu kontrollieren und die ursprüngliche

Annahme der Dämpfung ist entsprechend zu überprüfen. 4. Leistungskriterien und Verhaltensziele werden im Abschnitt 2 und im Absatz 6.8.2 beschrieben.

5 Wie in den Absätzen 6.3.4.3.1 Bst. b oder 6.3.4.3.2 beschrieben, steht Eq. Li. & PWP für eine

Zeitverlaufsberechnung unter Verwendung einer äquivalenten linearen Methode, mit einer Gleitblockanalyse. Die potenziellen Auswirkungen des Aufbaus des Porenwasserüberdrucks sind zu berücksichtigen. 6. Wie in Absatz 6.3.4.3.3 beschrieben.

Abbildung 6. Flussdiagramm für den Erdbebensicherheitsnachweis von Schüttdämmen.

7 Literaturverzeichnis

Bergamo P., L. Danciu, F. Panzera and D. Fäh (2022) Basis for the determination of waveforms for the sites of dams in Switzerland - subproject 1: disaggregation of seismic hazard for return periods of 1000, 5000, 10000 years. Technical Report SED 2021/11, Swiss Seismological Service, ETH Zurich. DOI: 10.3929/ethz-b-000517545 Poggi, Valerio & Edwards, Benjamin & Fäh, Donat. (2011). Derivation of a Reference Shear-Wave Velocity Model from Empirical Site Amplification. Bulletin of The Seismological Society of America - BULL SEISMOL SOC AMER. 101. 258-274. 10.1785/0120100060. Wiemer, Stefan & Danciu, Laurentiu & Edwards, Benjamin & Marti, Michèle & Fäh, Donat & Hiemer, Stefan & Woessner, Jochen & Cauzzi, Carlo & Kästli, Philipp & Kremer, Katrina. (2016). Seismic Hazard Model 2015 for Switzerland (SUIhaz2015).

Anhang A: Karten von PPSAR für 3 verschiedene Erdbeben- Wiederkehrperioden

Abbildung A¹: Die Karte von PPSAR für das Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben mit einer Wiederkehrperiode von 1’000 Jahren.

Abbildung A²: Die Karte von PPSAR für das Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben mit einer Wiederkehrperiode von 5’000 Jahren.

Abbildung A3: Die Karte von PPSAR für das Sicherheitsbeurteilungs-Erdbeben mit einer Wiederkehrperiode von 10’000 Jahren.

Anhang B: Seismische Zonen und Deaggregation der Erdbebengefährdung

c Abbildung B¹: Seismische Zonen für Stauanlagen in der Schweiz. Oben: für eine Wiederkehrperiode von 1’000 Jahren. Mitte: für eine Wiederkehrperiode von 5’000 Jahren. Unten: für eine Wiederkehrperiode von 10'000 Jahren.

Abbildung B²: Darstellung der Deaggregation der seismischen Gefährdung in Form normalisierter Heatmaps welche die Summe der Beiträge der Deaggregation von zwei Bodenbewegungsgrössen (IMT) (spektrale Beschleunigung bei 0.15 S und 1.0 S Periode) zusammenfassen, abgeleitet aus dem Mittelwert über alle Berechnungspunkte, die zu der in Abbildung B1a definierten seismischen Zone, gehören und eine Wiederkehrperiode von 1’000 Jahren haben. Die Farbe und die Zahl in jeder Zelle geben die relative Bedeutung der verschiedenen Magnituden-Entfernungs-Szenarien in der seismischen Gefährdung an; die relative Signifikanz ist = 1.0 bei den Szenarien mit grossem Beitrag zur seismischen Gefährdung, sie ist = 0.0 bei Szenarien ohne signifikanten Beitrag zur seismischen Gefährdung. Informationen zu den Daten und der Methodik finden sich in Bergamo et al. (2022). Unten rechts: Verteilung der PPSAR (g) für die einzelnen Berechnungspunkte des Modells SUIhaz2015 und für eine Wiederkehrperiode von 1’000 Jahren.

Abbildung B3: Darstellung der Deaggregation der seismischen Gefährdung in Form normalisierter Heatmaps welche die Summe der Beiträge der Deaggregation von zwei Bodenbewegungsgrössen (IMT) (spektrale Beschleunigung bei 0.15 S und 1.0 S Periode) zusammenfassen, abgeleitet aus dem Mittelwert über alle Berechnungspunkte, die zu der in Abbildung B1b definierten seismischen Zone, gehören und eine Wiederkehrperiode von 5’000 Jahren haben. Die Farbe und die Zahl in jeder Zelle geben die relative Bedeutung der verschiedenen Magnituden-Entfernungs-Szenarien in der seismischen Gefährdung an; die relative Signifikanz ist = 1.0 bei den Szenarien mit grossem Beitrag zur seismischen Gefährdung, sie ist = 0.0 bei Szenarien ohne signifikanten Beitrag zur seismischen Gefährdung. Informationen zu den Daten und der Methodik finden sich in Bergamo et al. (2022). Unten rechts: Verteilung der PPSAR (g) für die einzelnen Berechnungspunkte des Modells SUIhaz2015 und für eine Wiederkehrperiode von 5’000 Jahren.

Abbildung B4: Darstellung der Deaggregation der seismischen Gefährdung in Form normalisierter Heatmaps welche die Summe der Beiträge der Deaggregation von zwei Bodenbewegungsgrössen (IMT) (spektrale Beschleunigung bei 0.15 S und 1.0 S Periode) zusammenfassen, abgeleitet aus dem Mittelwert über alle Berechnungspunkte, die zu der in Abbildung B1c definierten seismischen Zone, gehören und eine Wiederkehrperiode von 10’000 Jahren haben. Die Farbe und die Zahl in jeder Zelle geben die relative Bedeutung der verschiedenen Magnituden-Entfernungs-Szenarien in der seismischen Gefährdung an; die relative Signifikanz ist = 1.0 bei den Szenarien mit grossem Beitrag zur seismischen Gefährdung, sie ist = 0.0 bei Szenarien ohne signifikanten Beitrag zur seismischen Gefährdung. Informationen zu den Daten und der Methodik finden sich in Bergamo et al. (2022). Unten rechts: Verteilung der PPSAR (g) für die einzelnen Berechnungspunkte des Modells SUIhaz2015 und für eine Wiederkehrperiode von 10’000 Jahren.

Anhang C: Anforderungen an die standortspezifische Bestimmung der Erdbebeneinwirkung für Stauanlagen in der Schweiz C¹ Allgemeines In diesem Anhang werden die Mindestanforderungen des Bundesamts für Energie (BFE) an die Standortstudien (lokale Baugrundamplifikationsstudie oder Site Response Analysis, SRA) und die probabilistische seismische Gefährdungsanalyse (Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA) für eine bestimmte Stauanlage erläutert. In der Regel sind drei Optionen für die Bestimmung der Erdbebeneinwirkung vorgesehen, die als Grundlage für den Erdbebensicherheitsnachweis einer Stauanlage in der Schweiz verwendet werden können und die in Abbildung C¹ schematisch dargestellt sind. Die jeweiligen Spezifikationen dieser drei Optionen werden in den folgenden Absätzen detailliert beschrieben. In der Richtlinie Teil C3 wird die Erdbebeneinwirkung an jedem Ort in der Schweiz durch die Kombination von zwei Elementen bestimmt:

Erdbebengefährdung auf dem Referenzfels 2 (Abschnitt 4.2)
Auswirkungen von Baugrundverhältnissen, die im Vergleich zum Referenzfels die Bodenbewegung an einem bestimmten Ort beeinflussen (Absatz 4.3.2). Für die Bestimmung der Erdbebengefährdung auf dem Referenzfels sind zwei Optionen vorgesehen: