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AUFTRAG: SPRENG- UND ERSCHÜTTERUNGSTECH-
NISCHES GUTACHTEN FÜR DIE GEPLANTE
SÜDERWEITERUNG DES STEINBRUCHS DER
FA. HOLCIM AUF DEM PLETTENBERG IN DOT-
TERNHAUSEN.
AUFTRAGGEBER: FA. HOLCIM ( SÜDDEUTSCHLAND ) GMBH
DORMETTINGER STRASSE 23
72359 DOTTERNHAUSEN
DATUM: 29.6.2015
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INHALTSVERZEICHNIS
1 AUFGABENSTELLUNG S. 2
2 ERWEITERUNGSFLÄCHE S. 2
3 ABBAUPLANUNG S. 2
4 SPRENGPARAMETER S. 5
5 ALLGEMEINE ZUSAMMENHÄNGE S. 7
6 SPRENGIMMISSIONEN S. 9
6.1 Steinflug S. 9
6.2 Erschütterungen S. 10
6.3 Beurteilungen der Erschütterungen S. 12
6.3.1 Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden S. 12
6.3.2 Einwirkungen auf Bauwerke S. 16
6.3.2.1 Einwirkungen auf “Wohngebäude“ S. 16
6.3.2.2 Einwirkungen auf den Brunnen Rats- hausen ( 1 ) S. 19
6.3.2.3 Einwirkungen auf “Gewerblich genutzte Bauten“ S. 19
6.4 Lärm S. 21
6.5 Staub S. 21
7 EINWIRKUNGEN AUF DAS NATURFREUNDEHAUS S. 21
7.1 Einwirkungen auf das Gebäude S. 21
7.2 Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden S. 25
8 ELEKTRISCHE ZÜNDUNG S. 26
9 ZUSAMMENFASSUNG S. 26
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1 AUFGABENSTELLUNG
Die Fa. Holcim ( Süddeutschland ) GmbH beantragt die Süderweiterung
ihres Steinbruchs in Dotternhausen auf dem Plettenberg gemäß der Zif-
fer 2.1.1 G der 4. BImschV.
Das dort anstehende Kalkgestein soll durch Sprengungen gelöst werden.
Dazu ist auch die Ausarbeitung eines spreng- und erschütterungstechni-
schen Gutachtens erforderlich.
2 ERWEITERUNGSFLÄCHE
In der Abb. 1 ist in dem Lageplan im Maßstab 1:25.000 die Erweiterungs-
fläche rot eingetragen. Sie erschließt im Wesentlichen ein Gebiet im Sü-
den des bestehenden Steinbruchs.
3 ABBAUPLANUNG
Zum Abbau gelangt eine ca. 60 m mächtige Kalksteinschicht. Diese soll
durch Sprengungen gelöst werden. Der darüber liegende, geringmächti-
ge Abraum kann ohne Sprengungen abgetragen werden.
In der Abb. 2 ist dazu das Regelprofil aufgetragen. Das abzubauende
Gesteinspaket soll in 3 Stufen mit Mächtigkeiten von jeweils ca. 20 m
gewonnen werden. Je nach Abraummächtigkeit und Topografie sind
auch geringere Wandhöhen möglich.
Top. Karte 1:25000 Baden-Württemberg, Maßstab 1:25000© Landesvermessungsamt Baden-Württemberg, Bundesamt für Kartographie und Geodäsie 2007Seite 1 von 1
( 1 ): Brunnen Ratshausen r = 800 m
( 2 ): Wasserbehälter Hausen r = 1100 m
( 3 ): Fernmeldemast r = 1100 m
( 4 ): Ortslage Ratshausen r = 1200 m
( 5 ): Ortskage Hausen r = 1500 m
( 6 ): Wasserbehälter Dotternhausen r = 1500 m
( 7 ): Ortslage Dotternhausen r = 1700 m
km 0.50 1
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Maßstab 1 : 500 Abb. 2
Regelprofil
20 m
20
m
Kalkstein
20 m
Abbaugrenze
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4 SPRENGPARAMETER
Für den Abbau des Kalksteins werden maximale Sprengparameter an-
gegeben, die sich beim Abbau im bisherigen Steinbruch bewährt haben.
Es wird jedoch immer erforderlich sein, diese jeweils an die örtlichen Ge-
gebenheiten so anzupassen, dass auch kleinere Sprengungen ( mit re-
duzierten Parametern ) durchgeführt werden können.
Der den Berechnungen zugrunde gelegte spezifische Sprengstoffauf-
wand ist ein Erfahrungswert aus den bisherigen Sprengungen in diesem
Steinbruch.
Für den Abbau des Gesteins sind Großbohrlochsprengungen mit einer
Wandhöhe bis zu 20 m als Ein- oder Zweireihensprengungen vorgese-
hen.
Die dabei einzusetzenden maximalen Sprengparameter sind in der Ta-
belle I angegeben.
Es können alle von der BAM zugelassenen Gesteinssprengstoffe einge-
setzt werden.
Bei einer Sprengung sind Kurzzeitzünder der Klasse II ( oder höher ) ( U
– Zünder, Millisekundenzünder 25 ms, oder gleichwertige nichtelektri-
sche ) mit aufeinander folgenden Zeitstufen zulässig. Jede Zündzeitstufe
darf in einem Zündgang nur einmal eingesetzt werden.
Zur Detonationsübertragung wird mit der ersten Patrone eine Spreng-
schnur ins Bohrlochtiefste gebracht. Durch einen Zünder im Bereich des
Bohrlochmundes kann die Zündung über die Sprengschnur bis ins Bohr-
lochtiefste übertragen werden.
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Es ist auch eine Zündung aus dem Bohrlochtiefsten möglich. Dann wird
der Zünder mit der ersten Patrone und der Sprengschnur ins Bohrloch-
tiefste abgelassen. .
. TABELLE I
Maximale Sprengparameter; Regelbetrieb
Zweireihensprengungen
Wandhöhe ( senkrecht ) 20 m
Bohrlochneigung 75°
Unterbohren am Wandfuß 0,5 m
Bohrlochtiefe ( geneigt ) 21,2 m
Bohrlochvorgabe 4,5 m
Bohrlochabstand 5,0 m
Reihenabstand 4,5 m
Bohrlochdurchmesser 115 mm
Abgesprengtes Gesteins- volumen je Bohrloch
450 m³
Spezifischer Sprengstoff- aufwand
400 g/m³
Lademenge je Bohrloch L 180 kg
Lademenge je Zündzeitstufe LZZst 180 kg
Anzahl der Bohrlöcher 20
Gesamtlademenge 3600 kg
Zündung: Kurzzeitzünder Klasse II ( U, 25 Millisekunden oder gleichwertige ),
Klasse II
Endbesatz 3,5 m
Zwischenbesatz Ohne
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Bei den Sprengarbeiten sind die Regelungen der Unfallversicherung
BGR / GUV – R 241, März 2012 ( früher UVV Sprengarbeiten ) zu be-
achten.
Bei Sprengungen mit zwei freien Seiten ( nach vorne und zu einer
Seite ) beginnt die Zündung in dem Bohrloch zur zweiten freien Seite hin.
Bei nur einer freien Seite ( nach vorne ) kann durch ein Vorloch etwa in
der Mitte der Sprenganlage und genau in der Mitte zwischen zwei Bohr-
löchern und fortfolgender Zündung nach beiden Seiten alternierend, die
Gebirgsverspannung besser gelöst werden. Dabei müssen die Lade-
mengen in dem Vorloch und in den beiden anschließenden Bohrlöchern
durch die Einbringung von Zwischenbesatz entsprechend reduziert wer-
den. Die Gesamtlademenge in den 3 Bohrlöchern sollte etwa der Lade-
menge in 2 ´normalen´ Bohrlöchern entsprechen. Um die Steinfluggefahr
zu minimieren ist bei diesen Bohrungen auf eine hohe Richtungsge-
nauigkeit zu achten.
Generell ist bei Sprengungen aus dem Zwang exakt zu bestimmen, wel-
ches Volumen mit jedem Bohrloch zu lösen ist. Abhängig davon ist über
den optimalen Sprengstoffaufwand je m³ ( ermittelt aus den Sprengun-
gen in diesem Steinbruch ) die Lademenge je Bohrloch zu bestimmen.
Sprengungen von Einschnitten sind in diesem Steinbruch nicht vorgese-
hen.
5 ALLGEMEINE ZUSAMMENHÄNGE
Die spezifischen Sprengstoffaufwendungen sind Erfahrungswerte aus
diesem Steinbruch. Es kann aber erforderlich werden, sie je nach zu
sprengendem Gesteinsverband und Sprengergebnis den lokalen Gege-
benheiten anzupassen.
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Wenn der zu sprengende Fels schon stark vorzerklüftet ist, muss der
spezifische Sprengstoffaufwand deutlich reduziert werden. Auf der ande-
ren Seite können relativ kompakt abgelagerte und kaum vorzerrüttete
Schichten eine Erhöhung des Sprengstoffeinsatzes erfordern.
Bei einer Änderung der geometrischen Sprengparameter ( Tiefe, Vorga-
be, Abstand ) ist die jeweils eingebrachte Sprengstoffmenge ebenfalls so
zu ändern, dass der dahin ermittelte optimale spezifische Sprengstoff-
aufwand erhalten bleibt.
Für die Größe der Sprengemissionen ist im Wesentlichen die je Zünd-
zeitstufe zur Detonation gebrachte Lademenge LZzst ( und damit über den
spezifischen Sprengstoffaufwand auch das sprengtechnisch gelöste Ge-
steinsvolumen VZzst ) maßgebend. Wenn diese Lademenge optimiert ist,
( abhängig von der Gesteinsformation und von dem je LZzst zu lösenden
Gesteinsvolumen VZzst ) erhält man sowohl ein gutes Sprengergebnis,
als auch minimale Sprengimmissionen.
Eine Überladung führt zu keinen höheren Erschütterungen, erhöht aber
die Steinfluggefahr.
Eine Unterladung hat dagegen höhere Erschütterungen zur Folge. Da
dabei zu wenig Energie zur ausreichenden Gesteinszertrümmerung vor-
liegt, wird ein Großteil des eingebrachten Sprengstoffs in Erschütte-
rungsenergie umgesetzt. Gleichzeitig erhält man ein unbefriedigendes
Sprengergebnis. Im Extremfall bleibt die Steinbruchwand komplett ste-
hen.
Es gibt demnach keinen wirtschaftlichen Grund, von den bewährten
Sprengparametern abzuweichen.
- 9 -
6 SPRENGIMMISSIONEN
6.1 Steinflug
Übermäßiger Steinflug entsteht bei Sprengungen nur durch lokale Über-
ladung. Dabei kann man unterscheiden zwischen:
- Steinflug nach oben aus dem Bohrlochmund
- Steinflug aus der Steinbruchwand
Steinflug nach oben kann durch einen genügenden Endbesatz sicher
verhindert werden. Die angegebenen 3,5 m sind dafür ausreichend ( mi-
nimal: Bohrdurchmesser x 25 ).
Übermäßiger Steinflug aus der Wand tritt auch nur bei lokaler Überla-
dung auf. Dies kommt in der Praxis dann vor, wenn durch verlaufende
Bohrlöcher oder durch Ausbrüche in der Wand der eingebrachte Spreng-
stoff zu wenig Gestein zur Zertrümmerung vorfindet.
Der Gefahr von verlaufenden Bohrlöchern kann durch den Einsatz eines
geeigneten Bohrgerätes und durch sorgfältiges Bohren vorgebeugt wer-
den.
Wenn Ausbrüche oder geschwächte ( übermäßig zerrüttete ) Bereiche in
der Wand zu erkennen sind, so ist dort die Ladedichte durch den Einsatz
von Zwischenbesatz zu verringern. Im Zweifelsfall sollte die erforderliche
Sprengstoffmenge durch eine Wandvermessung ermittelt werden.
Wenn die o. g. Grundsätze generell eingehalten werden, kann der unmit-
telbare Sprengbereich auf 300 m begrenzt werden. Öffentliche Flächen
in diesem Bereich müssen bei den Sprengungen abgesperrt werden und
es dürfen sich dort keine Personen im Freien aufhalten.
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6.2 Erschütterungen
Mit jeder Sprengung ist zwangsläufig die Anregung von Umgebungs-
schwingungen verbunden, die als Erschütterungen wahrgenommen wer-
den. Diese hängen vor allem von der je Zündzeitstufe zur Detonation ge-
brachten maximalen Sprengstoffmenge LZzst ( bzw. dem dadurch abge-
sprengten Gesteinsvolumen VZzst ) und der Entfernung r der Sprengstelle
zu einem gefährdeten Objekt ab.
Erfahrungsgemäß wird bei Steinbruchsprengungen im Kalkstein von fol-
gendem Zusammenhang ausgegangen ( Untersuchungen an Kalkstein-
brüchen in Süddeutschland durch die Bundesanstalt für Geowissen-
schaften und Rohstoffe, Hannover, Messungen an Gebäudefundamen-
ten ):
( I ) v̂ i = 138 x LZzst
0,67 x r-1,32 vi: Maximale Einzelschwingge- schwindigkeit an einem Ge- bäudefundament in mm/s. LZzst : Maximale Lademenge je Zünd- zeitstufe in kg. r: Entfernung in m. Unabhängig von der Art der zugelassenen Gesteinssprengstoffe
wird hier die maximale Lademenge je Zündzeitstufe LZZst zugrun-
degelegt.
Eine mögliche Abhängigkeit der Erschütterungen von der Art der
Sprengstoffe und von der Richtung der Abbauwände ist in der
Formel ( I ) mit berücksichtigt.
Das gleiche gilt für Diskontinuitäten im Untergrund ( wie zum Bei-
spiel wasserführende Schichten ).
In der Tabelle V ( im Anhang ) sind auf der Grundlage dieses Zusam-
menhangs für die verschiedenen Bauwerken im Einflussbereich des Er-
weiterungsgebietes die zu erwartenden maximalen Belastungen für die
maximale Lademenge je Zündzeitstufe von LZzst = 180 kg aufgeführt. Ge-
nerell gilt dies nur für eine einzige Sprengung, nämlich für die, die dem
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genannten Objekt am nächsten liegt. Alle anderen Sprengungen haben
eine größere Entfernung zu den jeweiligen Bauwerken und führen des-
halb zu geringeren Immissionen.
In der Spalte 3 der Tabelle V ist der Mittelwert der zu erwartenden maxi-
malen Einzelschwinggeschwindigkeiten nach der Gleichung ( I ) an ei-
nem Bauwerksfundament angegeben.
Normalerweise sind solche Sprengerschütterungen nicht konstant, son-
dern ordnen sich hinsichtlich ihrer Streuung nach einer Normalverteilung
an. Dabei beträgt die "Standartabweichung", die ein Maß für die Streu-
breite ist, etwa die Hälfte des Mittelwertes.
Unter dieser Annahme lässt sich zeigen, dass 97,7 % aller Sprenger-
schütterungen unterhalb des 2 – fachen des Mittelwertes liegen. Dies ist
jedoch für die Praxis als die maximal mögliche Erschütterung anzuse-
hen. Diese 97,7 % - Werte sind für ein Bauwerksfundament in der Spal-
te 4 aufgetragen.
Unter der Annahme einer Überhöhung der Bewegungen zwischen Ober-
geschoss und Fundament um den Faktor 3,0 sind in den Spalten 5 und 6
bei den relevanten Bauwerken die maximalen Einzelschwinggeschwin-
digkeiten für die Obergeschosse berechnet.
Der Überhöhungsfaktor zwischen Obergeschoß und Fundament ist bei
jedem Gebäude anders. Es hat sich aber bei einer Vielzahl von Erschüt-
terungsmessungen gezeigt, dass er konservativerweise zu 3 angenom-
men werden kann.
Es ist praktisch nicht möglich, in einer Ortslage alle Gebäude hinsichtlich
dieses Überhöhungsfaktors zu vermessen. Insofern würde auch ein Ein-
zelwert nicht weiterhelfen. Es gibt auch Überhöhungsfaktoren die kleiner
1 sind. Es wäre aber wenig sinnvoll, diese Faktoren für eine ganze Orts-
lage anzuwenden.
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Aus diesen Bewegungen in den Obergeschossen wird dann der
"Schätzwert des gleitenden Effektivwertes KB*Fmax" für die bewohnten
Gebäude abgeleitet.
Dieser ist, bei nicht zu geringen Frequenzen und Einzelereignissen ohne
Resonanzbeteiligung, das 0,42 – fache der maximalen Einzelschwingge-
schwindigkeit ( gemessen in mm/s ).
KB*Fmax selbst ist dimensionslos und als Mittelwert und 97,7 % - Wert in
den Spalten 7 und 8 angegeben.
In der letzten Spalte ( 9 ) wird die vorherrschende Frequenz dieser Er-
schütterungen in Abhängigkeit von der Entfernung r abgeschätzt.
6.3 Beurteilung der Erschütterungen
Für die Beurteilung der Wirkung von Erschütterungen auf die Umgebung
sind die DIN 4150, "Erschütterungen im Bauwesen" und die daraus ab-
geleiteten "Hinweise zur Messung, Beurteilung und Verminderung von
Erschütterungsimmissionen: Erschütterungsleitlinie"; Länderausschuss
für Immissionsschutz ( LAI ), Beschluss vom 10.5.2000, maßgebend.
Dort werden für verschiedene Messwerte so genannte "Anhaltswerte"
( bzw. in der "Erschütterungsleitlinie" größengleiche "Immissionswerte" )
angegeben. Wenn diese eingehalten werden, so ist davon auszugehen,
dass durch diese Erschütterungen keine erheblichen Belästigungen von
Bewohnern in Gebäuden auftreten und keine Gebäudeschäden verur-
sacht werden.
6.3.1 Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden
Für die Beurteilung der Wirkung von Erschütterungen auf Menschen in
Gebäuden ist der Teil 2 der DIN 4150, Norm 1999: "Einwirkungen auf
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Menschen in Gebäuden", entscheidend. Dort sind verschiedene An-
haltswerte A angegeben, bei deren Einhaltung keine erheblichen Beläs-
tigungen der Menschen in Gebäuden durch die Sprengerschütterungen
auftreten.
Für selten auftretende, kurzzeitige Erschütterungen bis zu 3 Ereignissen
je Tag, z. B. Sprengerschütterungen, gilt die Anforderung als eingehal-
ten, wenn die "Maximale Bewertete Schwingstärke KB*Fmax" kleiner ei-
nem "Oberen Anhaltswert Ao" ist.
Diese "Oberen Anhaltswerte Ao" sind von der Einordnung der Baugebie-
te und dem zeitlichen Ablauf der Sprengungen abhängig.
Für Einwirkungsorte, in deren Umgebung vorwiegend oder ausschließ-
lich Wohnungen untergebracht sind ( "Reine oder Allgemeine Wohn-
gebiete" , WA) liegt der Anhaltswert tagsüber ( 6:00 – 22:00 Uhr ) bei:
Ao = 3 Sprengungen ganztägig
Wenn nur ein Ereignis pro Tag, werktags, mit Vorwarnung der unmittel-
bar Betroffenen, in den Zeiten von 7:00 Uhr – 13:00 Uhr oder von 15:00
Uhr – 19:00 Uhr stattfindet, erhöht sich der Anhaltswert auf:
Ao = 6 Sprengzeiten beschränkt
Dabei gelten mehrere, unmittelbar aufeinander folgende Sprengungen
als ein Ereignis. Es dürfen aber insgesamt nicht mehr als 15 Sprengun-
gen in der Woche durchgeführt werden.
Die Vorwarnung erfolgt in der Regel durch akustische Signalgebung oder
außerhalb des Absperrbereiches auch durch andere Maßnahmen. Fest-
gelegte, eng begrenzte tägliche Sprengzeiten können z. B. eine solche
Maßnahme sein.
In Ausnahmefällen ( bis zu 10 mal pro Jahr ) kann der Anhaltswert bis
zu:
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Ao = 8 Ausnahmefälle
betragen.
Für Einwirkungsorte, in deren Umgebung weder vorwiegend gewerbliche
Anlagen noch vorwiegend Wohnungen untergebracht sind ( Kern-,
Misch- und Dorfgebiete, MI ) liegt der Anhaltswert für ganztägige
Sprengungen bei:
Ao = 5 Sprengungen ganztägig
Die beiden anderen Anhaltswerte ( "Sprengzeiten beschränkt" und "Aus-
nahmefälle" ) sind identisch mit denen für "Wohngebiete".
Für "Gewerbe- und Industriegebiete" gilt:
Ao = 6 Sprengungen ganztägig
Die beiden anderen Anhaltswerte ( "Sprengzeiten beschränkt" und "Aus-
nahmefälle" ) entsprechen ebenfalls denen für "Wohngebiete".
Für die Beurteilung werden im Sinne einer konservativen Betrachtungs-
weise die Anhaltswerte für die Einwirkungen ganztägiger Sprengungen
( ohne Ausnahmefälle ) für “Reine und Allgemeine Wohngebiete“ zugrun-
de gelegt.
Es ergeben sich damit die Beurteilungen ( maßgebend die höheren
97,7 % - Werte in den Obergeschossen ) beim Einsatz der maximalen
Lademengen je Zündzeitstufe von LZzst = 180 kg nach Tabelle II .
Man erkennt, dass im ungünstigsten Fall der Anhaltswert für die Vermei-
dung einer erheblichen Belästigung nur zu 32 % für die Ortslage Rats-
hausen ausgeschöpft wird.
Für die Wohnbebauungen Hausen und Dotternhausen ist die Belästi-
gung mit 24 % bzw. 20 % des entsprechenden Anhaltswertes deutlich
weniger.
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Es ist deshalb auszuschließen, dass es durch die Erschütterungen bei
den Sprengungen zu erheblichen ( und damit unzumutbaren ) Belästi-
gungen der Bewohner in den Gebäuden der anliegenden Ortslagen
kommen kann.
TABELLE II
Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden
Maximaler KB*Fmax – Wert für LZzst = 180 kg, ( 97,7 % ) ( Größte mögliche Belästigung für die Sprengung in der geringstmöglichen Ent-fernung, Eintrittswahrscheinlichkeit < 2,3 %; Anhaltswert für ganztägige Sprengungen )
KB*Fmax OG Anhaltswert zur Vermeidung erheb- licher Belästigung
Ausschöpfungs- grad des An-haltswertes
Ortslage Ratshau - sen ( 4 ).
KB*Fmax = 0,97 Ao = 3 ( Reines Wohngebiet) 32 %
Ortslage Hausen ( 5 ) KB*Fmax = 0,72 Ao = 3 ( Reines Wohngebiet) 24 %
Ortslage Dotternhau-sen ( 7 )
KB*Fmax = 0,61 Ao = 3 ( Reines Wohngebiet)
20 %
Dies ist auch vor dem Hintergrund zu sehen, dass die statistisch größt-
möglichen Erschütterungen zugrunde gelegt wurden und die Ausnahme-
fälle ( Überschreitungen bis Ao = 8 für bis zu 10 Sprengung pro Jahr )
noch in Anspruch genommen werden können.
Hinsichtlich der Einwirkungen der Erschütterungen auf Menschen in Ge-
bäuden und deren subjektive Wahrnehmung sagt die DIN 4150, Teil 2:
Neben der Größe der Erschütterungen hängt die subjektive Wahrneh-
mung der Menschen in Gebäuden noch ab von:
- dem Gesundheitszustand ( physisch und psychisch );
- dem Tätigkeit während der Erschütterungsbelastung;
- dem Grad der Gewöhnung;
- der Einstellung zum Erschütterungserzeuger;
- der Erwartungshaltung in Bezug auf ungestörtes Wohnen;
- Sekundäreffekte;
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( Vg. DIN 4150, Teil 2, Abschn. 4 )
Damit ist hinreichend erklärt, dass auch gleich große Erschütterungen
subjektiv unterschiedlich wahrgenommen werden.
6.3.2 Einwirkungen auf Bauwerke
Für die Beurteilung der Wirkung von Erschütterungen auf Bauwerke ist
der Teil 3 der DIN 4150, Norm 1999: "Einwirkungen auf bauliche Anla-
gen" maßgebend. Dort sind für die maximalen Einzelschwinggeschwin-
digkeiten v̂ i ( die Komponenten mit den größten Amplituden an jedem
Messpunkt ) an einem Bauwerksfundament frequenzabhängige Anhalts-
werte angegeben.
Für die Bewegungen in den obersten Obergeschossen gibt es einen fre-
quenzunabhängigen Anhaltswert.
Werden diese Anhaltswerte eingehalten, so ist nicht zu erwarten, dass
es dadurch zu Schäden im Sinne einer Gebrauchsminderung des Bau-
werkes kommt. Dies trifft auch z. B. auf Risse im Putz zu, die entspre-
chend dieser Norm bei Wohngebäuden als Gebrauchsminderung einge-
stuft werden.
6.3.2.1 Einwirkungen auf “Wohngebäude“
In der Abb. 3 ist für kurzzeitige Erschütterungen der Verlauf dieser fre-
quenzabhängigen Anhaltswerte für die maximale Einzelschwingge-
schwindigkeit v̂ i an einem Fundament für "Wohngebäude und in ihrer
Konstruktion und Nutzung gleichartige Gebäude" als durchgezogene, ro-
te Linie zu sehen.
Die blaue, gestrichelte Linie gibt den ( frequenzunabhängigen ) Anhalts-
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Frequenz in Hz
Wohngebäude
Erschütterungen am Fundament
Erschütterungen in der obersten Deckenebene
Maxim
ale Ein
zelschw
ing
gesch
win
dig
keit vi in
mm
/s
Kurzzeitige Erschütterungen
An
haltsw
erte DIN
4150, Teil 3, W
oh
ng
ebäu
de
Ab
b. 3
- 17 -
Horizontalkomponente vx,y = 15 mm/s
( Vertikalkomponente vz = 20 mm/s )
Lad
emen
ge je
Zü
nd
zeitstufe
LZ
zst = 180 kg
( 97,7 %
)
Ortslage Ratshausen ( 4 )Ortslage Hausen ( 5 )Ortslage Dotternhausen ( 7 )
Ortslage Ratshausen ( 4 )Ortslage Hausen ( 5 )Ortslage Dotternhausen ( 7 )
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wert bei v̂ i = 15 mm/s für die horizontalen Bewegungen in der obersten
Deckenebene wieder.
Abhängig von ihrer erwarteten vorherrschenden Frequenz ( überschlägig
f = 1500 x r-0,75; f in Hz, r in m ) sind die maximal möglichen Erschütte-
rungen ( 97,7 % ) an den verschiedenen Orten als rote Punkte ( Funda-
mente ) und als blaue Quadrate ( Obergeschosse ) für die Lademenge je
Zündzeitstufe LZzst = 180 kg eingetragen.
Es sind die roten Punkte mit der durchgezogenen, roten Kurve und die
blauen Quadrate mit der gestrichelten, blauen Kurve zu vergleichen. Es
liegen alle roten Punkte deutlich unterhalb der jeweiligen Anhaltswerte.
Für die blauen Quadrate gilt dies ebenfalls. Es ist deshalb auszuschlie-
ßen, dass es durch die Sprengerschütterungen zu Schäden an den Ge-
bäuden der angrenzenden Wohngebiete kommen kann.
In der Tabelle III sind diese Ergebnisse zusammengefasst.
TABELLE III
Einwirkungen auf Wohngebäude
Maximale Erschütterungen für LZzst = 180 kg, ( 97,7 % ) ( Größte mögliche Belästigung für die Sprengung in der geringstmöglichen Entfernung, Eintrittswahrscheinlichkeit < 2,3 %,
v̂ i Fundament v̂ i Obergeschoss
Anhaltswert zur Vermeidung von Gebäudeschäden
Ausschöpfungs- grad des An-haltswertes
Ortslage Ratshau - sen ( 4 ).
v̂ i = 0,77 mm/s v̂ i = 2,31 mm/s mm/s/schoss
v̂ i = 5,00 mm/s v̂ i = 15,00 mm/s
15 % 15%
Ortslage Hausen ( 5 )
v̂ i = 0,57 mm/s v̂ i = 1,72 mm/s
v̂ i = 5,00 mm/s v̂ i = 15,00 mm/s
11 % 12 %
Ortslage Dottern-hausen ( 7 )
v̂ i = 0,49 mm/s v̂ i = 1,46 mm/s
v̂ i = 5,00 mm/s v̂ i = 15,00 mm/s
10 % 10 %
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Im ungünstigsten Fall werden beim Einsatz einer maximalen Lademenge
je Zündzeitstufe von LZzst = 180 kg 15 % ( Ortslage Ratshausen ( 4 ))
des Anhaltwertes für die Schadensfreiheit an den Wohngebäuden er-
reicht.
Für die Wohnbebauungen in Hausen und Dotternhausen sind es mit
12 % bzw. 10 % auch hier weniger.
Negative Einwirkungen der Sprengerschütterungen auf die Gebäude in
der Nachbarschaft sind deshalb sicher auszuschließen.
6.3.2.2 Einwirkungen auf den Brunnen Ratshausen ( 1 )
Die maximalen Einwirkungen auf den Brunnen Ratshausen sind mit
v̂ i = 1,32 mm/s so gering, dass negative Einwirkungen durch die Spren-
gerschütterungen auszuschließen sind.
Es wird selbst der Anhaltswert für die Schadensfreiheit von “Besonders
erschütterungsempfindlichen und unter Denkmalschutz stehende Bau-
ten“ ( v̂ i = 3,0 mm/s ) deutlich unterschritten.
6.3.2.3 Einwirkungen auf “Gewerblich genutzte Bauten“
Als “Gewerblich genutzte Bauten“ sind einzuordnen:
- Wasserbehälter Hausen ( 2 )
- Fernmeldemast ( 3 )
- Wasserbehälter Dotternhausen ( 6 )
Für sie gelten die Anhaltswerte nach Abb. 4. Die prognostizierten maxi-
malen Fundamenterschütterungen sind dort als rote Punkte eingetragen
und mit der roten Kurve zu vergleichen.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Erschütterungen am Fundament
Frequenz f in Hz
Maxim
ale Ein
zelschw
ing
gesch
win
dig
keit vi in
mm
/s
Gewerblich genutzte BautenKurzzeitige Erschütterungen
An
haltsw
erte DIN
4150, Teil 3,
Gew
erblich
gen
utzte B
auten
Ab
b. 4
Wasserbehälter Hausen ( 2 ); Fernmeldemast ( 3 )
Wasserbehälter Dotternhausen ( 6 )
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Alle Punkte liegen weit unterhalb der Anhaltswerte. Es werden maximal
4 % der Anhaltswerte ( 0,87 mm/s zu 20 mm/s ) ausgeschöpft.
Negative Einwirkungen der Sprengerschütterungen auf diese Bauten
sind deshalb sicher auszuschließen.
6.4 Lärm
Der Lärm, der bei den Sprengungen entsteht, wird im Rahmen einer
Schallimmissionsprognose mit beurteilt.
6.5 Staub
Der bei den Sprengungen anfallende Staub wird im Rahmen einer Stau-
bemissions- / -immissionsprognose ebenfalls mit behandelt.
7 EINWIRKUNGEN AUF DAS NATURFREUNDEHAUS
7.1 Einwirkungen auf das Gebäude
Das Naturfreundehaus liegt in relativ geringer Entfernung zu der geplan-
ten Abbaufläche. Es müssen deshalb dort die Sprengparameter bei An-
näherung reduziert werden.
In den Tabellen IVa und IVb sind mögliche Sprengparameter in Abhän-
gigkeit von dem minimalen Abstand der Sprengstellen von dem Gebäu-
de angegeben.
In der Tabelle IVb wird die jeweilige Gesamtlademenge je Bohrloch auf
zwei Ladezonen mit unterschiedlichen Zündzeitpunkten aufgeteilt.
T A B E L L E IVa Entfernungsabhängigkeit der Sprengparameter bei Einhaltung der Normwerte
Wand- höhe
Bohrl.- vorgabe
Bohrl.- abstand
Volumen je Zeitstufe
Spez. Spreng-
stoffaufwand
Lademenge je Zeitstufe
Abstand für v̂ i = 7,5 mm/s.
Abstand für v̂ i = 3,8 mm/s.
20 m 4,5 m 5,0 m 450 m³ 400 g/m³ 180 kg 127 m 212 m
20 m 4,0 m 4,5 m 360 m³ 400 g/m³ 144 kg 113 m 189 m
20 m 3,5 m 4,0 m 280 m³ 400 g/m³ 112 kg 100 m 167 m
20 m 3,2 m 3,4 m 218 m³ 400 g/m³ 87 kg 88 m 147 m
15 m 3,2 m 3,4 m 163 m³ 400 g/m³ 65 kg 76 m 127 m
10 m 3,0 m 3,0 m 90 m³ 400 g/m³ 36 kg 56 m 94 m
5 m 3,0 m 3,0 m 45 m³ 400 g/m³ 18 kg 40 m 66 m
Kalksteine Süddeutschland: v̂ i = 138 x L0,67 x R-1,32
v̂ i : Fundamenterschütterung in mm/s L: Lademenge je Zündzeitstufe in kg R: Entfernung in m Anhaltswert am Fundament für die Vermeidung von Schäden an Wohngebäuden bei f = 20 Hz: v̂ i = 7,5 mm/s Anzustreben für den Regelbetrieb, um genügend Sicherheitsabstand zu haben, etwa die Hälfte: v̂ i = 3,8 mm/s 22
T A B E L L E IVb
Geteilte Ladesäule
Entfernungsabhängigkeit der Sprengparameter bei Einhaltung der Normwerte
Wand- höhe
Bohrl.- vorgabe
Bohrl.- abstand
Volumen je Bohrloch
Spez. Spreng- stoffaufwand
Lademenge je Bohrloch
Lademenge je Zeitstufe
Abstand für v̂ i = 7,5 mm/s.
Abstand für v̂ i = 3,8 mm/s.
20 m 4,5 m 5,0 m 450 m³ 400 g/m³ 180 kg 90 kg 89 m 149 m
20 m 4,0 m 4,5 m 360 m³ 400 g/m³ 144 kg 72 kg 80 m 133 m
20 m 3,5 m 4,0 m 280 m³ 400 g/m³ 112 kg 56 kg 70 m 117 m
20 m 3,2 m 3,4 m 218 m³ 400 g/m³ 87 kg 44 kg 62 m 104 m
15 m 3,2 m 3,4 m 163 m³ 400 g/m³ 65 kg 33 kg 54 m 90 m
10 m 3,0 m 3,0 m 90 m³ 400 g/m³ 36 kg 18 kg 39 m 66 m
5 m 3,0 m 3,0 m 45 m³ 400 g/m³ 18 kg 9 kg 28 m 46 m
Kalksteine Süddeutschland: v̂ i = 138 x L0,67 x R-1,32
v̂ i : Fundamenterschütterung in mm/s L: Lademenge je Zündzeitstufe in kg R: Entfernung in m Anhaltswert am Fundament für die Vermeidung von Schäden an Wohngebäuden bei f = 20 Hz: v̂ i = 7,5 mm/s Anzustreben für den Regelbetrieb, um genügend Sicherheitsabstand zu haben, etwa die Hälfte: v̂ i = 3,8 mm/s 23
- 24 -
Wegen den geringeren Lademengen je Zündzeitstufe führt dies dann zu
geringeren Erschütterungsimmissionen.
Das Gebäude wird konservativ als “Wohngebäude“ eingeordnet. Es exis-
tiert nur ein Obergeschoß. Aufgrund der kompakten Bauweise ist in dem
einen Obergeschoß mit einer Verdopplung der Erschütterungen gegen-
über den Fundamenterschütterungen zu rechnen.
Die erste Zeile in der Tabelle IVa entspricht dem Regelabbau.
Aufgeführt sind in den letzten beiden Spalten die theoretischen Abstände
für eine prognostizierte maximale Einzelschwinggeschwindigkeit von
v̂ i = 7,5 mm/s ( Anhaltswert am Fundament für eine Frequenz f = 20 Hz;
vgl. Abb. 3 ) und v̂ i = 3,8 mm/s ( halbierter Anhaltswert für diese Fre-
quenz ).
Wenn der Abstand, der einer theoretischen Fundamenterschütterung von
v̂ i = 3,8 mm/s entspricht erreicht ist, sollten bei weiterer Annäherung die
Erschütterungen am Fundament des Naturfreundehauses bei den
Sprengungen gemessen werden.
Bei Annäherung an den Anhaltswert für die Schadensfreiheit ( der bei
höheren Frequenzen auch höher als v̂ i = 7,5 mm/s sein kann ) sind die
Sprengparameter zu reduzieren.
In der Tabelle IVa sind Möglichkeiten für diese Reduzierung bei einer
Zeitstufe je Bohrloch angegeben.
Maßgeblich ist dafür das Volumen je Zündzeitstufe. Es sind deshalb
auch andere Kombinationen von Wandhöhe, Bohrlochvorgabe und Bohr-
lochabstand möglich.
In der Tabelle IVb sind die entsprechenden Angaben für die Verwendung
zweier Zündzeitstufen ( und damit der Halbierung der Lademengen je
Zündzeitstufe ) je Bohrloch aufgeführt.
- 25 -
7.2 Einwirkungen auf Menschen in Gebäuden
Bei Annäherung der Sprengstellen liegt das Naturfreundehaus im
Sprengbereich von 300 m. Damit müssen die Menschen dort verständigt
werde. Dies bedeutet aber, dass die Sprengungen mit “Vorwarnung“
durchgeführt werden.
Damit beträgt der Anhaltswert zur Vermeidung erheblicher Belästigungen
der Menschen durch die Sprengerschütterungen ( unabhängig von der
Einordnung des Baugebietes ):
AO = 6 Anhaltswert ( mit Vorwarnung )
Dies entspricht jedoch ( vgl. 6.2 ) etwa einer maximalen Einzelschwing-
geschwindigkeit von v̂ i = AO / 0,42:
v̂ i = 14 mm/s
Dies ist geringfügig geringer als die theoretische Annahme bei einer ma-
ximale Einzelschwinggeschwindigkeit von v̂ i’ = 7,5 mm/s am Fundament
und einer Verdopplung für das Obergeschoss auf v̂ i’ = 15 mm/s.
Es sollte deshalb die maximale Einzelschwinggeschwindigkeit am Fun-
dament durch rechtzeitige Reduzierung der Sprengparameter auf
v̂ i’ = 7,0 mm/s beschränkt werden.
Außerdem kann der Anhaltswert für bis zu 10 Sprengungen je Jahr auf
AO = 8 ( entsprechend v̂ i’ = 19 mm/s im Obergeschoss ) erhöht werden.
Damit ist die Bedingung zur Vermeidung erheblicher Belästigung der
Menschen in Gebäuden durch die Erschütterungen erfüllt.
- 26 -
8 ELEKTRISCHE ZÜNDUNG
Im Bereich der Sprengstellen verlaufen keine Stromleitungen. Es können
deshalb elektrische Zünder der Klasse II ( U-Zünder ) verwendet wer-
den.
Für nichtelektrische und elektronische Zünder gibt es ebenfalls keine
Einschränkungen.
9 ZUSAMMENFASSUNG
Es werden Sprengverfahren zum Lösen des Kalksteins angegeben, die
auf den bisherigen Erfahrungen bei Sprengungen in diesem Steinbruch
aufbauen.
Der Regelabbau wird mit Sprengungen mit einer maximalen Lademenge
je Zündzeitstufe von LZzst = 180 kg durchgeführt.
Ausgehend von den ungünstigsten Voraussetzungen ( maximale Lade-
menge je Zündzeitstufe bei einer Sprengung in der geringstmöglichen
Entfernung mit einer Eintrittswahrscheinlichkeit kleiner 2,3 % ) ergab sich
folgende Beurteilung:
Bezüglich der Auswirkungen auf Menschen in Gebäuden gilt folgendes:
- Es können im gesamten Erweiterungsgebiet die Sprengungen mit
einer maximalen Lademenge je Zündzeitstufe von LZzst = 180 kg
durchgeführt werden, ohne dass es in den benachbarten Wohnge-
bieten zu einer erheblichen Belästigung der Menschen in Gebäuden
durch die Sprengerschütterungen kommen kann.
Bezüglich der Schadensfreiheit von Bauwerken gilt folgendes:
- 27 -
- Für die Wohn- oder ähnlich strukturierten Gebäude sind keine
Schäden durch die Sprengerschütterungen zu erwarten.
- Dasselbe gilt für die gewerblich genutzten Bauten.
- Bei Annäherung der Sprengstellen an das Naturfreundehaus müs-
sen die Sprengparameter ( abhängig von Erschütterungsmessun-
gen ) reduziert werden.
Neckartailfingen 29.6.2015
Anhang T A B E L L E V
L = 180 kg
Maximale Sprengparameter und Erschütterungen
Geometrische Sprengparameter: Tiefe x Vorgabe x Abstand = 20 m x 4,5 m x 5,0 m = 450 m³
Spezifischer Sprengstoffaufwand: 400 g/m³
Maximale Lademenge je Bohrloch und Zündzeitstufe: L = 180 kg
Einzelschwinggeschwindigkeit am Fundament: v̂ i = 138 x L0,67 x r-1,32 ( Mittelwert; v̂ i in mm/s, L in kg, Entfernung r in m ); 97,7 % - Wert: x 2,0;
OG = 3,0 x Fundament; KB = 0,42 x v̂ i
Spalte 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nr. ( entsprechend Abb. 1 ) v̂ i v̂ i v̂ i v̂ i KB*Fmax KB*Fmax Vorherr- Minimale Fundament Fundament Obergeschoss Obergeschoss Obergeschoss 0bergeschoss schende Entfernung Mittelwert 97,7 % - Wert Mittelwert 97,7 % - Wert Mittelwert 97,7 % - Wert Frequenz ( f=1500xr-0,75 )
( 1 ) Brunnen Ratshausen 800 m 0,66 mm/s 1,32 mm/s 10 Hz ( 2 ) Wasserbehälter Hausen 1100 m 0,43 mm/s 0,87 mm/s 8 Hz ( 3 ) Fernmeldemast 1100 m 0,43 mm/s 0,87 mm/s 8 Hz ( 4 ) Ortslage Ratshausen 1200 m 0,39 mm/s 0,77 mm/s 1,16 mm/s 2,31 mm/s 0,49 0,97 7 Hz ( 5 ) Ortslage Hausen 1500 m 0,29 mm/s 0,57 mm/s 0,86 mm/s 1,72 mm/s 0,36 0,72 6 Hz ( 6 ) Wasserbehälter Dotternhausen 1500 m 0,29 mm/s 0,57 mm/s 6 Hz ( 7 ) Ortslage Dotternhausen 1700 m 0,24 mm/s 0,49 mm/s 0,73 mm/s 1,46 mm/s 0,31 0,61 6 Hz Anhaltswerte DIN 4150, Teil 2: Vermeidung erheblicher Belästigungen für Bewohner in Gebäuden ( Ao zu vergleichen mit KB*Fmax )
Sprengungen ( tagsüber ) ohne Vorwarnung bis zu 3 x täglich ):
Reines oder allgemeines Wohngebiet Mischgebiet Gewerbe-/Industriegebiet Ao = 3 Ao = 5 Ao = 6
Sprengungen werktags zwischen 7 – 13 und 15 – 19 Uhr, mit Vorwarnung ( 1 Sprengung/Tag ):
Reines oder allgemeines Wohngebiet Mischgebiet Gewerbe-/Industriegebiet Ao = 6 Ao = 6 Ao = 6
Bis zu 10 mal pro Jahr ( Ausnahmefälle ):
Reines oder allgemeines Wohngebiet Mischgebiet Gewerbe-/Industriegebiet Ao = 8 Ao = 8 Ao = 8
Anhaltswerte DIN 4150, Teil 3: Schadensfreiheit von Wohngebäuden: Fundament:: v̂ i = 5 – 20 mm/s ( frequenzabhängig )
Obergeschoß v̂ i = 15 mm/s ( frequenzunabhängig )
Schadensfreiheit von Industriebauten: Fundament:: v̂ i = 20 – 50 mm/s ( frequenzabhängig )
Obergeschoß v̂ i = 40 mm/s ( frequenzunabhängig )