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Gebäudeschwingungen

Erschütterungsmessungen nach DIN 4150

Durch eine Vielzahl von Ereignissen entstehen Erschütterungen und Vibrationen, die auf Bauwerke und Menschen einwirken. Typische Ursachen für Gebäudevibrationen sind Bauarbeiten, Verkehr, Sprengungen oder der Betrieb technischer Anlagen. Diese Schwingungen können sich über den Boden auf angrenzende Bauwerke übertragen. Da Vibrationen in Abhängigkeit von Intensität und Dauer, die Bausubstanz schädigen und zugleich die Sicherheit sowie den Komfort von Personen und Einrichtungen beeinträchtigen können, werden Erschütterungsmessungen durchgeführt, um diese Belastungen zu überwachen. Die hierbei gewonnenen Messdaten werden anschließend mit definierten Anhaltswerten abgeglichen und bewertet.

Als maßgebliche Grundlage für die Bewertung von Erschütterungen im Bauwesen gilt in Deutschland die DIN 4150. Der Teil 2 der Norm befasst sich mit der Einwirkung auf Menschen in Gebäuden und der Beurteilung möglicher Beeinträchtigungen, während Teil 3 die Einwirkungen von Erschütterungen auf bauliche Anlagen behandelt und Grenzwerte zur Vermeidung von Schäden festlegt. In der DIN 4150-3 sind daher die zulässigen Schwinggeschwindigkeiten (mm/s) für verschiedene Gebäudearten wie Wohnhäuser, Industrieanlagen und denkmalgeschützte Bauten festgelegt. Auf dieser Grundlage kann objektiv beurteilt werden, ob Schwingungen beispielsweise durch Bodenverdichtungen oder Abbrucharbeiten unbedenklich sind oder eine kritische Belastung für Risse, strukturelle Schäden oder Einschränkungen der Nutzung darstellen.

Die Erschütterungsmesstechnik, die für die normgerechte Messung von Gebäudevibrationen eingesetzt wird, muss den Anforderungen der DIN 45669-1 entsprechen. Der Menhir ist ein Erschütterungsmessgerät, das speziell für diese Art der Schwingungsüberwachung entwickelt wurde und oft als Kernstück einer mobilen oder dauerhaften Erschütterungsmessstation dient. Das Messgerät kann auch unter rauen Umgebungsbedingungen hochauflösende Messdaten in Echtzeit zur Erschütterungsüberwachung bereitstellen. So ist jederzeit nachvollziehbar, ob die ausgelösten Schwingungen innerhalb der Grenzwerte liegen oder ob Maßnahmen zur Minderung erforderlich sind. Die Messung von Gebäudevibrationen ist daher eine wichtige Methode für Bauunternehmen, Ingenieurbüros und Behörden, um die normgerechte Ausführung von Projekten zu dokumentieren und eine aktive Schadensvermeidung zu gewährleisten.

MENHIR – Erschütterungsmessgerät

MENHIR

Erschütterungsmessgerät

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Was sind Erschütterungen und wie werden sie gemessen?

Erschütterungen sind mechanische Schwingungen, die sich im Erdboden und in Bauwerken ausbreiten. Sie stellen potenziell schädliche Umwelteinwirkungen im Sinne des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (BImSchG) dar. Erschütterungen werden durch natürliche Ursachen (Erdbeben, Setzungen) und sowie durch Bauarbeiten, Schwerlast- und Schienenverkehr, Industrie- und Gewerbeanlagen, Bergbau, Sprengungen und Geothermie verursacht. Da sie das Wohlbefinden und die Sicherheit von Menschen, den Zustand von Bauwerken sowie die Funktion und Betriebssicherheit von Anlagen beeinträchtigen können, werden sie messtechnisch überwacht.

Wie werden Erschütterungen und Gebäudeschwingungen gemessen?

Zur Beurteilung von Erschütterungen und Gebäudeschwingungen wird die Schwinggeschwindigkeit in m/s vertikal (z), horizontal (x und y) oder häufig in allen drei Richtungen (x, y, z) gemessen. Da sie sich abhängig von Ihrer Ursache in Ihrer Intensität und im relevanten Frequenzbereich unterscheiden, erfolgt die Messung daher je nach Anwendung entweder mit MEMS-Beschleunigungssensoren oder klassischen Geophonen, die die Schwinggeschwindigkeit direkt messen. Die Messsignale werden anschließend digitalisiert, weiterverarbeitet und analysiert.

Was regelt DIN 4150-2 zu Erschütterungseinwirkungen auf Menschen in Gebäuden?

Zur Beurteilung der Belästigung von Menschen in Gebäuden durch Erschütterungen berücksichtigt die DIN 4150-2 mit der bewerteten Schwingstärke KBF(t) die frequenzabhängige menschliche Wahrnehmung. In betroffenen Wohnräumen werden Schwingungen in der Regel in allen drei Raumrichtungen (x, y, z) gemessen. In einem mehrstufigen Beurteilungsverfahren werden deren gemessener Maximalwert KBFmax bzw. die Beurteilungs-Schwingstärke KBFTR unter Berücksichtigung von Einwirk- und Ruhezeiten mit verschiedenen Anhaltswerten verglichen, die vom Gebietstyp, der Tageszeit sowie von der Quelle (Gewerbliche Anlagen, Verkehr, Baumaßnahmen, Sprengungen etc.) abhängig sind.

Was regelt DIN 4150-3 zu Erschütterungseinwirkungen auf Gebäude?

Bei der Schwingungsüberwachung von Gebäuden, Tunneln etc. zur Vermeidung von Schäden durch Erschütterungen wird die maximale Schwingstärke |vmax|, in horizontaler Richtung (𝑥, 𝑦) auf der obersten Deckenebene bzw. zur Beurteilung von Decken in vertikaler (z)-Richtung in der Mitte gemessen. Alternativ werden Messungen am Fundament (𝑥, 𝑦, 𝑧) gemacht. Die Messergebnisse werden mit frequenzabhängigen Anhaltswerten für kurzzeitige bzw. dauerhafte Erschütterungen verglichen, die sich je nach Gebäudetyp (Gewerbe-/Industriebauten, Wohngebäude, empfindliche und erhaltenswerte Bauten) unterscheiden.

Welches Erschütterungsmessgerät eignet sich zur Überwachung?

Messgeräte zur Messung und Überwachung von Erschütterungen und Gebäudeschwingungen müssen die Anforderungen der DIN 45669-1 erfüllen. Sie sind als kompakte All-in-One-Geräte mit integrierten triaxialen Geophonen oder MEMS-Sensoren sowie Mobilfunkanbindung für den Fernzugriff erhältlich. Ein solches Messgerät ist das MENHIR-System. Das MENHIR-System eignet sich sowohl für die autonome Langzeitüberwachung über die zugehörige SEDRIX-Cloud als auch für beobachtete Messungen zur Quellensuche und Emissionsermittlung.