Neues Modell macht Murenabgänge berechenbarer

9. Mai 2016, 12:04
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Dank eines neuen numerischen Modells können wichtige physikalische Faktoren der Hangstabilität kalkuliert werden

Wien – Die Stabilität eines Hanges wird durch das komplexe Zusammenspiel verschiedener Faktoren beeinflusst. In einem Projekt des Wissenschaftsfonds FWF haben Wiener Forscher in den vergangenen Jahren ein Modell entwickelt, mit dem sich die Prozesse modellieren und potenziell gefährliche Böschungen identifizieren lassen.

Ein entscheidender Faktor für Erdrutsche und Murenabgänge ist der Wassergehalt einer Böschung. "Mit zunehmender Wassersättigung eines Bodens steigt der Wasserdruck in dessen Poren. Gleichzeitig nehmen dabei die sogenannten Kapillarkräfte ab, die über die Oberflächenspannung des Wassers den Boden stabilisieren", erklärte Projektleiter Wei Wu vom Institut für Geotechnik der Universität für Bodenkultur (Boku) Wien. Doch genau diese Vorgänge konnten bisher nicht berechnet werden.

Drei Phasen

Grund dafür seien die hoch komplizierten Prozesse, die durch die Struktur eines Bodens noch komplexer werden, so Wu. Denn ein Boden ist ein Drei-Phasen-System aus Bodenkörnern, Luft und Wasser, und für jede Phase gelten andere Berechnungsgrundlagen. Bisherige Modelle scheiterten an dieser Komplexität", sagt Wu.

Erst ein an der Stanford University (USA) entwickelter Computer-Code brachte den Durchbruch. Für die spezielle Anwendung weiterentwickelt, konnten die Wissenschafter damit erstmals wesentliche Kriterien der komplexen Vorgänge in die Simulationen aufnehmen. So gelang es ihnen zu berechnen, wie sich räumlich voneinander getrennte Bereiche unterschiedlicher Wassersättigung auf das Entstehen einer Bruchkante in Böschungen auswirken können.

In experimentellen Versuchen mit einem Miniaturmodell einer Böschung belegten die Forscher, dass die theoretischen Modelle die realen Vorgänge sehr gut beschreiben. Erwartungsgemäß wichtig für die Stabilität einer Böschung ist die Niederschlagsintensität. Durch die Modellversuche lernten die Wissenschafter aber auch sehr viel über den Mechanismus, der zum eigentlichen Bruch im Hanggefüge führt. "Es gelang uns, die dabei mobilisierte Energie zu berechnen und somit auch das Entstehen und Wachstum von instabilen Gleitfugen", sagte Wu. (APA, red, 9.5.2016)

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