Das Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology hat erfolgreich eine „dreidimensionale Verflüssigungsgefahrenkarte“ entwickelt, die Bodenverflüssigungsprognosen im Falle eines Erdbebens visuell darstellt.
Verflüssigung ist ein Phänomen, bei dem die Bodenoberfläche aufgrund der wiederholten Anwendung großer Kräfte, die durch ein Erdbeben erzeugt werden, ihre Steifheit verliert und sich wie eine Flüssigkeit verhält. Es kann dazu führen, dass Gebäude oder andere Strukturen kippen oder einstürzen, was einen hohen Tribut an Leben und Eigentum fordert.
Das Phänomen, das nach den Erdbeben in Niigata und Alaska im Jahr 1964 weithin bekannt wurde, richtete bei den Erdbeben in Christchurch und Great East Japan im Jahr 2011 Verwüstungen auf einem breiteren Boden an. Bisher wurden weltweit häufig Schäden durch Verflüssigung gemeldet.
Ein Forschungsteam (Dr. Han, Jin-Tae, Dr. Kim, Jongkwan) am Department of Geotechnical Engineering Research des KICT entwickelte eine 3D-Verflüssigungsgefahrenkarte, die mit Koreas geotechnischem Informationsportal, einem Datenbanksystem für Bodendaten, verbunden ist. Die Karte zeigt Verflüssigungsrisiken nach Regionen in 3D bei Auftreten eines Erdbebens.
Aus Erde bestehender Boden neigt dazu, seinen festen Zustand beizubehalten, bis er im Prozess der Verflüssigung flüssiger wird, was als Verflüssigungswiderstand bekannt ist. Der Verflüssigungswiderstand variiert in verschiedenen Regionen je nach Bodenzusammensetzung jeder Region.
Dieses Video zeigt ein Beispiel, wie eine 3D-Verflüssigungsgefahrenkarte verwendet werden könnte. Bildnachweis: Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology
Das Forschungsteam berechnete den Sicherheitsfaktor gegen Verflüssigung, indem es die durch ein Erdbeben auf den Boden ausgeübten Kräfte und den Widerstand des Bodens gegen Verflüssigung verglich. Für die Berechnung des regionalen Verflüssigungswiderstands nutzte das Team die Datenbank des geotechnischen Informationsportals des KICT. Anschließend wurde die 3D-Verflüssigungsgefahrenkarte gerendert, indem die Sicherheitsfaktoren nach Bodentiefe visualisiert wurden.
Typischerweise werden 2D-Verflüssigungsgefahrenkarten erstellt, da die meisten Bauwerke auf der Bodenoberfläche errichtet werden. An Orten wie Korea, die den unterirdischen Raum aufgrund begrenzter Flächen optimal nutzen, reichen solche Karten jedoch nicht aus, da sie unterirdische Risiken nicht genau identifizieren können. Die 3D-Karte kann jedoch die Risiken in unterirdischen Räumen sowie auf der Erde bestimmen.
Das Forschungsteam verbesserte auch die bestehende räumliche Interpolationsmethode, um sie auf die 3D-Karte anzuwenden. Bei der räumlichen Interpolation werden die Werte an unbekannten Punkten unter Verwendung von Punkten mit bekannten Werten geschätzt.
KICT integrierte die 3D-Verflüssigungsgefahrenkarte mit S-Map OpenLab, der Geodatenplattform der Stadtregierung von Seoul. S-Map ist eine 3D-Virtual-Reality-Version von Seoul, die entwickelt wurde, um Richtlinien in verschiedenen Bereichen wie Sicherheit, Umwelt und Stadtplanung festzulegen und städtische Probleme zu lösen. Die Integration der 3D-Verflüssigungskarte und der S-Map soll die Überwachung von Risiken für Bauwerke nicht nur in unterirdischen Räumen, sondern auch am Boden ermöglichen.
Dr. Han, Jin-Tae, der die Forschung leitete, sagte: „Die 3D-Verflüssigungsgefahrenkarte in Verbindung mit dem nationalen geotechnischen Informationsportalsystem soll die entsprechende Technologie voranbringen, da die Karte 3D-Bodendaten für die sichere Verwaltung des Untergrunds enthält Räume. Die Integration der Karte mit Seouls S-Map wird als Modell dienen, das auf eine Vielzahl verwandter Gebiete angewendet werden kann.“
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Angewandte Wissenschaften.
Mehr Informationen:
Jongkwan Kim et al, Improved IDW Interpolation Application Using 3D Search Neighborhoods: Bohrlochdatenbasierte seismische Verflüssigungsgefahrenbewertung und -kartierung, Angewandte Wissenschaften (2022). DOI: 10.3390/app122211652
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