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14.03.2022 | Roman Oester | News SLF
Die Frage, welchen Druck Lawinen auf Hindernisse wie Häuser oder Seilbahnmasten ausüben können, beschäftigt Lawinenforschende seit jeher. Am SLF wurde nun eine neue Berechnungsmethode entwickelt, die verschiedene Fliesstypen berücksichtigt und gut mit Messungen übereinstimmt. In Zukunft soll sie Fachleute aus der Praxis bei der Planung von Lawinenschutzmassnahmen unterstützen.
Seit Beginn der Lawinenforschung untersuchen Wissenschaftler, welchen Druck Lawinen auf Hindernisse erzeugen. Bisherige Berechnungen beruhen auf Modellen, die zwar schnelle Fliesslawinen gut repräsentieren, jedoch den Druck durch langsam fliessende Nassschneelawinen unterschätzen können. In der Praxis – zum Beispiel zur Umsetzung geeigneter Schutzmassnahmen an Gebäuden – ist es jedoch wichtig, Lawinen mit verschiedenen Fliesstypen zu berücksichtigen. SLF-Forschende haben darum die Prozesse untersucht, welche bei der Wechselwirkung zwischen Hindernissen und Lawinen mit verschiedenen Fliesstypen auftreten, und eine neue Berechnungsmethode für den Lawinendruck auf Hindernisse entwickelt. Dazu mussten sie verschiedene Faktoren berücksichtigen, welche den Lawinendruck beeinflussen, wie etwa das Verhalten der Lawine während des Fliessvorgangs und die Kohäsion des Lawinenschnees. Mit der neuen Methode soll es nun möglich sein, Druckwerte genauer zu bestimmen.
Die Untersuchung der physikalischen Prozesse bei der Interaktion zwischen Lawinen und Hindernissen erfolgte mit der Methode der Diskreten Elemente (DEM). Eine Lawine wird als granulare Strömung modelliert, die je nach Zusammensetzung und Temperatur sehr unterschiedliche Fliesseigenschaften hat. Eine langsam fliessende Nassschneelawine baut in Bodennähe mehr Druck auf als an der Oberfläche, weil der Druck vom Gewicht des darüber liegenden Schnees abhängt. Zudem nimmt der Lawinendruck mit der Geschwindigkeit proportional im Quadrat zu, was insbesondere bei schnelleren Lawinen relevant ist. Die Forschenden liessen in Computersimulation zahlreiche virtuelle Lawinen auf Hindernisse mit verschiedenen Formen prallen. Daraus leiteten sie Berechnungsmethoden für den Druck ab, die sie schliesslich mit Messungen realer Lawinen an Hindernissen verglichen.
Dafür stand den Forschenden ein grosser Datensatz aus dem Lawinentestgelände des SLF im Vallée de la Sionne (Gemeinde Arbaz VS) zur Verfügung. Zahlreiche Messinstrumente registrieren dort an diversen Einrichtungen seit über 20 Jahren verschiedene Lawinenkenngrössen. So sind an einem 20 Meter hohen Masten unter anderem Drucksensoren, eine Hochgeschwindigkeitskamera sowie Geschwindigkeitssensoren installiert. Zudem liefern zwei Keile mit unterschiedlichen Formen weitere Daten zum Lawinendruck. Die maximalen gemessenen Aufpralldrücke liegen um 1200 kPa (was 120 t/m2 entspricht). Vergleiche zwischen simulierten und echten Lawinen zeigen, dass mit der neuen Berechnungsmethode die Messungen gut reproduziert werden. Bevor die Methode jedoch in die Praxis übertragen werden kann, sind weitere Untersuchungen nötig.
Die Objekte, die im Lawinenhang des Testgeländes im Wallis stehen, sind schlank. Damit jedoch die Wirkung einer Lawine auch auf eine breite Hauswand berechnet werden kann, sind noch weitere Experimente mit grösseren Hindernissen nötig. Mit der bisherigen Forschung ist der Grundstein dafür gelegt. In Zukunft könnte die neue Berechnungsmethode auch zur Aktualisierung bestehender Normen sowie zu einer verbesserten Bemessung von Schutzmassnahmen und damit zur Lawinensicherheit beitragen. Das Bedürfnis nach genaueren Methoden, um den Lawinendruck zu berechnen, ist bei Fachleuten auf jeden Fall vorhanden.