Widerstandsfähige Architektur: Häuser, die Erdbeben überstanden haben

Bei dem Erdbeben in Mexiko-Stadt am 19.09.2017 blieben detailliert konstruierte Ziegelwände nahezu unbeschädigt, während sich die schweren Schäden auf unregelmäßig gestockte oder unvollständig konstruierte Gebäude konzentrierten. Beim Erdbeben von Pisco (Ica) im Jahr 2007 verschlimmerte die Verflüssigung der Küstenböden die Schäden an schweren Wohngebäuden, während leichte verbesserte Quincha-Konstruktionen, die gemäß den technischen Richtlinien gebaut worden waren, eine bessere Leistung zeigten. Diese Erfahrungen unterstreichen die Bedeutung geeigneter Entscheidungen hinsichtlich der Konstruktion, Lage und Verstärkung von erdbebensicheren Wohngebäuden.

Başlıklar

1. Begrenzte Mauerbaukonstruktion und Details

Begrenzte Wände (mit Stahlbetonbalken und -trägern umgebene Ziegel- oder Blockwände) sind nach wie vor die wirtschaftlichste und effektivste Alternative für 1- bis 3-stöckige Wohngebäude in den Erdbebengebieten Lateinamerikas, sofern sie entsprechend ihrer Tragfähigkeit und mit gut verbundenen Diaphragmen konstruiert sind. Das System sorgt für Flexibilität und Stabilität, indem es die Decken-/Bodenbeläge mit den Wänden verbindet und die Wände mit Trägern und starren Säulen begrenzt. Tatsächlich wurde nach dem Erdbeben in Mexiko-Stadt im Jahr 2017 festgestellt, dass viele Wohnhäuser mit begrenzten Wänden nur leichte Schäden davongetragen hatten: „Die meisten Häuser und Gebäude … verfügen über dieses Konstruktionssystem, was nicht bedeutet, dass das System schwach ist; im Gegenteil, es ist ein sehr widerstandsfähiges System gegen seismische Kräfte”. Die festgestellten Einstürze waren weniger auf das Begrenzungssystem zurückzuführen als vielmehr auf nicht begrenzte Wände oder Unregelmäßigkeiten (z. B. weiche Böden im Erdgeschoss).

Lokale Normen (NTC-Sismo CDMX 2017/2024 und RNE E.030/E.070, Peru) betonen diesen Ansatz: kapazitätsbasiertes Design, regelmäßiger Grundriss (Vermeidung aggressiver L- oder T-Grundrisse), Diaphragmen und integrierte Ketten sowie Widerstands-Hierarchie, wobei die Begrenzungsstützen flexibler sind als die Wände. In der Praxis wird in Mexiko/Peru eine gemeinsame Design-Checkliste angewendet:

Regelmäßiger und symmetrischer Grundriss; auf dem Grundriss ausgerichtete tragfähige Wände. Vermeiden Sie aggressive L/T- oder weiche Grundrisse (z. B. offene Garagen).
Kale (Ecken und kritische Punkte) und durchgehende Verbindungsbalken (Decken) und Lento.
Separate Öffnungen an den Ecken; Längsverstärkungen oben/unten („Verkettung“). Richtig an den Wänden befestigte Leiste.
Gut mit den Wänden verbundene, vorübergehend verankerte starre Trennwände (Stahlbetonplatten oder strukturelle Decken).
Kapazitätsabhängig dimensionierte Bewehrungen: Stahlbeton muss eine höhere Duktilität als Mauerwerk aufweisen (Widerstandshierarchie).

Wenn all diese Details erfüllt sind, ist das Verhalten sehr positiv. Im Gegensatz dazu waren die Hauptursachen für Störungen im Jahr 2017 Mängel an den Festungen, Sockeln oder Membranen.

2. Leichte Bodensysteme: verbesserte Quincha

Verbessertes Quincha kombiniert mit Lehm gefülltes Holz + Schilf-/Bambusgerüst mit geeigneten Verstärkungen und bildet Wände mit sehr geringem Gewicht und guter seismischer Flexibilität. Quincha hat im Vergleich zu massiven Lehmwänden eine viel geringere Trägheit, reduziert seismische Belastungen und weist eine graduellere Beschädigung auf (anstelle eines plötzlichen Einsturzes entstehen Risse in den Verkleidungen). In Peru ist dies ein traditionelles System: „ein seismisch widerstandsfähiger Rahmen aus mit Schilf und Lehm verkleideten Holzplatten“. Außerdem wurde es aufgrund seiner Leichtigkeit historisch gesehen in hohen Stockwerken oder auf Dächern (z. B. kolonialen Kathedralen) ohne Instabilitätsprobleme verwendet.

Nach dem Erdbeben von Pisco im Jahr 2007 hat verbesserte Quincha hat sich beim Wiederaufbau ländlicher Wohnhäuser bewährt: Bei Einhaltung der technischen Richtlinien (RC-Fundamente, obere/untere Verankerungen, Querstreben in den Platten, Feuchtigkeits-/Termitenschutz, Verankerungen an den Ecken, Dachverbindungen usw.) haben sich Quincha-Häuser als sehr widerstandsfähig erwiesen. Leichte Module, Fundamentringe und X-förmige Verbindungen in schwachen Ebenen; obere Holzbalken, die die Abdeckung fixieren; Drainage und breite Dachüberstände zum Schutz vor Wasser. Obwohl Lehm weniger steif ist als Zement, ermöglicht dieser Grad an Flexibilität eine Verteilung der Energie, ohne dass es zu Einstürzen kommt. Das Getty Conservation Institute dokumentiert, dass „die Leichtigkeit der Quincha-Platten und ihr Verhalten bei Erdbeben … [ihre Verwendung] in komplexen Dachkonstruktionen“ ermöglichen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei entsprechender Beachtung der Details (minimale Betonkerne, Netz und Putz in den Verkleidungen, Wand-Dach-Verbindungen) die verbesserte Quincha als skalierbare, erdbebensichere Wohnlösung eingesetzt werden kann.

Wichtige Details des Systems (aus den PREDES/SENCICO-Handbüchern):

Die auf dem Boden montierten Leichtbauteile (RC oder bearbeitete Holzsockel) werden am Boden befestigt. Zur Gewährleistung der seitlichen Stabilität werden X-förmige Querstreben in die Platten eingebaut.
An den Pfosten verschraubte durchgehende Firstbalken („Holzketten“). Feste Verbindung mit den Deckenbalken (Balken/Querbalken).
Schutz vor Wasser und Termiten: wasserdichte Fußleisten, Putz (Barbotina) im Außen- und Innenbereich, markante Dachüberstände.
Stabile Putze (verschiedene Schichten), die das innere und äußere Gerüst verbinden, bilden eine dünne Begrenzungslage.

3. Verstärkung der vorhandenen Kerpi-Ziegel ohne deren Entfernung

Um bestehende Kerpi-/Selbstbauwohnungen zu verbessern, gibt es sowohl im Labor (PUCP) als auch vor Ort (Arequipa 2001, Küstengebiete Perus) bewährte kostengünstige Strategien. Die drei wichtigsten Techniken sind:

Elektrisch verschweißter Drahtzaun + Putz. Der Metalldrahtzaun wird an beiden Seiten der Wand befestigt oder angebracht (mit Übergangsverbindern), sodass begrenzende „Scheinbalken” und „Scheinsäulen” entstehen. Anschließend wird auf beiden Seiten Zementmörtel aufgetragen. Diese Außenverstärkung begrenzt den alten Lehmziegel und erhöht die Flexibilität, ohne die Bewohner zu stören.
Polypropylen-Geogitter (synthetisches Netz). Funktioniert ähnlich: X/vertikal gespannte Kunststoffstreifen oder -netze werden mit Spachtelmasse aufgeklebt und verhindern so Risse in der Wand. Chemisch inert und korrosionsbeständig.
Synthetische Seilnetze („Drizas“). Diese bestehen aus Faserseilen (z. B. Polyester), die vertikal und horizontal um die Wände gewickelt werden und ein Netz bilden. Jedes Seil wird befestigt und gespannt, wodurch bei einem starken Erdbeben ein Einsturz der Wand verhindert und deren Stabilität erheblich erhöht wird. Dieses in Peru entwickelte System bietet Vorteile wie kostengünstige Materialien und einfache Installation und ist in Chile und Peru zugelassen.

All diese Lösungen erfordern eine durchgehende Befestigung an den Ecken, Kronen (oben und unten) und der Deckenverkleidung. Die Schritte in der Praxis sind wie folgt: Risse und Feuchtigkeit diagnostizieren; Holz-/RC-Kronen an der Oberseite der Wand anschrauben und das Dach fest verbinden; das Gitter (Metall, Geo-Gitter oder Seil) mit Durchgangskonnektoren an allen vier Seiten der Wand befestigen; Auftragen von dickem Putz auf beide Oberflächen; schließlich Befestigen der Membranen (Verstärken der Deckenbalken, wenn möglich Ersetzen schwerer Dachziegel durch leichte Dachziegel). Tests mit diesen Verstärkungen haben zu erheblichen seismischen Verbesserungen geführt.

4. Lage, Form und Dämme: Mexiko-Stadt und die Küsten Perus

Das Gelände ist sehr wichtig. In CDMX verstärken die weichen Seebetten im Tal von Mexiko die Erschütterungen (insbesondere über längere Zeiträume) und verlängern deren Dauer, wodurch die Schäden an natürlich langsam beweglichen Bauwerken noch verstärkt werden. An der Küste Perus (Ica/Pisco) führten lockerer Sand und gesättigte Böden während des Erdbebens von 2007 zu einer Verflüssigung, wodurch es zu Einstürzen und Rissen in den Fundamenten kam. Aus diesem Grund werden für die grundlegende Gestaltung von Wohngebäuden (anwendbar in Mexiko und Peru) universelle Grundsätze empfohlen:

Vermeiden Sie unregelmäßige planimetrische Formen und weiche Bodenbeläge. Planen Sie keine offenen Garagen oder unterbrochene Wände im Erdgeschoss.
Halten Sie die Ausrichtung der Wände zwischen den Ebenen und die Kontinuität der Ketten/Verkettungen auf Bodenhöhe ein.
Verbundene durchgehende Fundamente (durchgehende Balkenfundamente), wobei auf den Übergang zwischen Boden und Bauwerk in weichen Schichten zu achten ist.
Leichte Dächer (Metallplatten, leichte Dachziegel) und starre Membranen, die die Kräfte auf die Wände übertragen. Zwischen Decke, Wand und Krone muss eine optimale Verbindung hergestellt werden.

Diese Punkte bilden die „80/20“-Regel für die Sicherheit: Ein Wohnhaus mit einem angemessenen quadratischen Grundriss, gleichmäßig ausgerichteten Wänden, die durch durchgehende Kränze/Drosseln miteinander verbunden sind, und einer guten Bodenverankerung hat eine hohe Wahrscheinlichkeit, bei seismischen Bewegungen ordnungsgemäß zu funktionieren. Die Normen von CDMX (NTC-Sismo) und Peru (RNE) enthalten diese Grundsätze: Sie verbieten schwache Erdgeschosse, schreiben Verbindungsbalken und Verankerungen vor und regeln die Fundamente für weiche Böden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Boden „das Sagen hat”: Die Gewährleistung der Gleichmäßigkeit der Erdgeschosse und der Stabilität der Dächer ist sowohl im Tal von Mexiko als auch in den Küstenebenen Perus von großer Bedeutung.

5. Isolierung und seismische Kontrolle in Wohngebäuden

Seismische Isolierung (z. B. mit elastischen Stützen oder Verteilern) ist in den Normen enthalten (in Peru RNE E.031; CDMX enthält ähnliche Vorschriften) und verbessert zweifellos die Reaktion. Aufgrund der Anschaffungs- und Wartungskosten wird sie jedoch in der Regel nur in kritischen Gebäuden (Krankenhäuser, Schulen oder Luxusgebäude) eingesetzt. In Sozialwohnungen wird der größte „Nutzen” durch die Verstärkung der traditionellen Konstruktion erzielt: Die richtige Begrenzung der Wände, integrierte Diaphragmen und solide Verankerungen sind in der Regel kostengünstiger als Isolierungssysteme. In der Praxis werden zugängliche „80/20”-Lösungen gefördert:

Auf den Wänden befestigte, robuste Kettenringe (RC oder Holz).
Zwischen Decke und Wänden befestigte Verbindungselemente (Stifte, Platten) und Dachbalken.
Lokale Verstärkungen (Metall, Polymer oder Seilgeflechte) an kritischen Stellen in bestehenden Wohngebäuden.

In Kombination mit einer vorsichtigen Konstruktion reduzieren diese Verstärkungen die seismische Belastung erheblich. Dennoch gibt es in Peru und Mexiko Pilotprogramme und Leitfäden zur Bewertung kostengünstiger Isolatoren für Wohngebäude, deren breite Akzeptanz jedoch (aufgrund ihrer hohen Kosten) nach wie vor begrenzt ist. Im Allgemeinen konzentriert sich die seismische Kontrolle in Wohngebäuden heute eher auf die Verstärkung bestehender Strukturen als auf die Isolierung (beide Ansätze können jedoch kombiniert werden).