Investigation of the Hypothesis of a Seismogenic Origin for the Structural Damages to Buildings in the Archeological Zone Cologne with Engineering-Geophysical Models
Final Report Abstract
Die archäoseismologischen Untersuchungen von Schäden an römischen und mittelalterlichen Bauten im Zentrum der Kölner Innenstadt haben die Ausgangshypothese eines einzelnen starken Erdbebens, das diese Schäden verursacht hat nicht bestätigt. Die räumliche und zeitliche Verteilung der Schäden spricht für mehrere Schadensereignisse in den vergangenen 2000 Jahren. Durch Einsatz der Laserscantechnik war es möglich in der zur Verfügung stehenden Zeit ein detailliertes, virtuelles Modell des gesamten Grabungsbereiches der Archäologischen Zone Köln zu erstellen, das mehr als 2.3 Milliarden 3-D Punkte umfasst. Einem neu entwickelten Konzept zur quantitativen Achäoseismologie folgend wurde basierend auf dem virtuellen 3D Modell eine eingehende Schadensdokumentation, Klassifikation und Ursachenforschung vorgenommen. (Dieses Konzept wurde in der Encyclopedia of Solid Earth Geophysics unter der Rubrik Archaeoseismology übernommen.) Ein seismotektonisches Modell der Niederrheinischen Bucht in Kombination mit geotechnischen Modellen des Baugrundes des Untersuchungsgebietes zeigt, dass die Hypothese von erdbebeninduzierten Hangbewegungen als Hauptursache der Schäden unwahrscheinlich ist. Selbst bei Bodenbewegungen mit Maximalbeschleunigungen im Bereich der Erdbeschleunigung wurde in den Modellen kein Böschungsversagen beobachtet. Deutlich wahrscheinlicher ist nach derzeitigem Daten- und Sachstand eine Schädigung der Bauten durch Senkungen, die wiederum durch Erosion im Baugrund hervorgerufen wurden. Bei den Feldarbeiten wurden überraschender Weise größere Feinsandlinsen im Bereich der Niederterrasse angetroffen, deren Korngrößen in den Bereich von leicht erodierbarem Material fallen. Die anhand des virtuellen 3D Modells abgeschätzten Massendefizite im Untergrund, die erforderlichen sind, um die Neigungen und Setzungen in den Bauten zu erklären, stehen im Einklang mit der Ausdehnung der gefundenen Feinsandlinsen. Für strukturelle Schäden in einem Teil des Römischen Abwasserkanals, die nicht durch die Erosion erklärbar sind, kommen Erdbebeneinwirkungen möglicherweise als Ursache in Frage, wahrscheinlicher ist aber eine Schädigung durch Fliegerbomben im zweiten Weltkrieg. Mehrere Medienvertreter (z.B. Westdeutscher Rundfunk (WDR), Kölner Stadtanzeiger und Spiegel-online) haben bereits Interesse an Berichten über das abgeschlossene Projekt signalisiert. Über die Fortgang des Projektes wurde bereits in der Universitätszeitung der Universität zu Köln, im Online-Portal der Universität (http://www.youtube.com/watch?v=ix9RBO8PhmE) und in Earthmagazine (http://www.earthmagazine.org/article/thinking-outside-rocks-search-ancient-earthquakes) berichtet.
Publications
- (2009). Sensitivity of earthquake toppeled columns to small changes in ground motion and geometry. Israel Journal of Earth Sciences, 58, 309-326
Hinzen, K.-G.
(See online at https://dx.doi.org/10.1560/IJES.58.3-4.309) - (2009). Simulation of toppling columns in archaeoseismolgy. Bull. Seism. Soc. Am., 99, 2855-2875
Hinzen, K.-G.
- (2010). Laser scanning eines römischen Brunnens in der Archäologischen Zone Köln. All. Vermessungs-Nachrichten, 5/2010, 176-180
Fleischer, C., K.-G. Hinzen and S. Schreiber
- (2010). Quantitative methods in archaeoseismology. Quaternary International
Hinzen, K.-G., C. Fleischer, S.K. Reamer, S. Schreiber, S. Schütte, B. Yerli
(See online at https://dx.doi.org/10.1016/j.quaint.2010.11.006)
