Erdbeben in Japan: Wie kann man erdbebensicher bauen?

Die Haupttodesursache bei einem Erdbeben ist nicht der bebende Boden, sondern herabstürzende Dächer, einstürzende Wände und zusammenbrechende Gebäude. Dies war in der Vergangenheit so und auch ist jetzt auch in Japan der Fall. Bei dem Erdbeben am Neujahrstag starben mehrere Dutzend Menschen. Mit Hochdruck versuchen die Rettungskräfte, weitere Verletzte und Verschüttete zu retten. 

Das stärkste der insgesamt mehr als 20 Beben hatte nach Angaben der Japanischen Meteorologischen Agentur eine Stärke von 7,6 auf der Richterskala.  

Wie bringen Erdbeben Gebäude zum Einsturz?

Bei Erdbeben können sich Gebäude dehnen, stauchen oder "scheren". Eine Scherung tritt auf, wenn ungleichmäßige Kräfte auf verschiedene Teile des Gebäudes einwirken, in etwa so, als würde ein Schwamm gedreht. Bei einem Beben können diese Kräfte sowohl von der Seite als auch in Längsrichtung auf ein Gebäude einwirken.

Zwar können Stein- und Ziegelwände Druckbelastungen sehr gut standhalten. Aber wenn sie gedreht werden und damit Scherkräften ausgesetzt sind, bekommen sie Risse und die Wände stürzen ein. 

Auch wenn sich Erdbeben nicht verhindern lassen - Gebäude können so gebaut werden, dass die Zahl der Todesopfer und Verletzten durch das Beben und mögliche Nachbeben minimiert wird.

Wie können Gebäude erdbebensicherer werden? 

Eine Kombination aus Stahlbeton und Stahl in Gebäuden kann, im Gegensatz zu herkömmlichen Baumaterialien wie Sand und Kies, eine bessere Widerstandsfähigkeit bieten, wie Mehrdad Sasani, Professor für Bau- und Umwelttechnik an der Northeastern University in den Vereinigten Staaten erläutert. 

Stahl biegt sich zum Beispiel erheblich, bevor er bricht, das stärkt größere Gebäude gegen Beben. Bei kleineren Gebäuden kann auch Bambus für diesen Zweck verwendet werden. "Die Verwendung einer qualitätskontrollierten Mischung aus Lehm und Sand und die Zugabe von Stroh helfen, Mikrorisse zu kontrollieren", so Sasani.

Außerdem tragen leichte Dächer wesentlich dazu bei, die Zahl der Todesopfer beim Einsturz von Gebäuden zu verringern, da die darunter eingeklemmten Personen weniger schwere Verletzungen erleiden. Holz und Metall sind für Dächer in erdbebengefährdeten Gebieten besser geeignet als schwere Materialien, wie eine in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie zeigt. 

Da leichte Materialien außerdem flexibler sind, behalten sie eher ihre Form, wenn sie bei einem Erdbeben herabstürzen. Sie zersplittern nicht in Einzelteile.

Erdbebenresistente Innovationen

Weltweit gibt es einige weitere Innovationen, die Gebäude erdbebensicherer machen sollen. Das Weltwirtschaftsforum empfiehlt, Gebäude mit "Sockelisolierungssystemen" auszustatten, die das Gebäude mithilfe von Federn oder Kufen von seinem Fundament trennen. 

"Das bedeutet, dass bei einem Erdbeben die daraus resultierende Bewegung nicht auf die Gebäudestruktur einwirkt", erläutert das Weltwirtschaftsforum. Diese Technologie kommt in Japan und Chile bereits bei sehr vielen Gebäuden zum Einsatz. 

Allerdings sind die Kosten für solch eine Konstruktionen oft sehr hoch, so dass andere Länder nach einfachen und kostengünstigen Strategien gesucht haben.

Nepal, das ebenfalls häufig von Erdbeben heimgesucht wird, verwendet eine Technik, bei der günstige Materialien wie Strohballen, alte Autorreifen und Plastikflaschen in die Gebäudekonstruktion integriert werden.  

In Afrika hat der South African Housing & Infrastructure Fund bereits vereinzelt Beton-Häuser aus dem 3D-Drucker gebaut, die sowohl erdbebensicher als auch kostengünstig sind. Der 3D-gedruckte Beton bietet mehr Anpassungsmöglichkeiten, einschließlich der Gestaltung von Strukturen, die unvorhersehbaren Kräften bei einem Erdbeben standhalten können.

Verheerendes Erdbeben in Marokko

In der Nacht des 8. September 2023 erschütterte ein Erdbeben der Stärke 6,8 Marokko, das Epizentrum lag im Atlasgebirge in der Nähe der auch bei Touristen beliebten Stadt Marrakesch.

Die in vielen Teilen Marokkos verbreitete traditionelle Bauweise war nicht auf den Katastrophenfall ausgelegt, sehr viele alten Gebäude stürzten bei dem heftigen Erdbeben entsprechend schnell zusammen, so Sasani. Ein großes Problem in Marokko sei die Verwendung von Lehmziegeln und Mauerwerk ohne "Verstärkung".

Materialien wie Beton, Kies und Lehm werden in Marokko bevorzugt, da sie als Schutz gegen die sengende Hitze dienen. Diese Häuser sind auf extreme Temperaturen ausgelegt, halten aber Erdbeben nicht besonders gut stand.

"Aufgrund ihrer starren Konstruktion und ihrer begrenzten Fähigkeit, die Energie starker Bodenerschütterungen zu absorbieren, sind diese Strukturen einsturzgefährdet", so der US Resiliency Council, eine gemeinnützige Organisation, die sich für eine bessere Planung von Gebäuden in erdbebengefährdeten Gebieten einsetzt. 

Zu verheerenden Schäden komme es vor allem dann, wenn die Gebäude nicht flexibel reagieren können, weil etwa kein biegsamer Beton verwundet wurde. Dies sei auch der Grund, warum es bei dem verheerenden Erdbeben in der Türkei und in Syrien im Februar 2023 so viele Tote und Verletzte gab.

 

Der Artikel ist ursprünglich im September 2023 auf Englisch erschienen und wurde nach dem Erdbeben in Japan am 2.1.2024 aktualisiert.