Dr. Bruno Salm Projekte
5.79.827: Staublawinen
(Dr. Bruno Salm; Dr. Felix Hermann, EISLFNAW. Dr.
Dieter lssler; Stefan Keller, VAW, ab 1.06.1991) Experimentelle Untersuchungen: In den bisherigen Ex-perimenten wurden Staublawinen im Wassertank unter-sucht, die in der Rinne und auf der Auslaufplatte mit Seitenwänden beschränkt waren. Unterdessen wurden erste Experimente mit offenem, dreidimensionalem Auslauf gemacht.
Wie schon die früheren Messungen zeigten, ist für die Untersuchung der ganzen Lawinenauslaufstrecke eine wesentlich längere flache Platte notwendig. Deshalb wurde die Planung eines Umbaus des Wassertanks in Angriff genommen. Eine verschobene Einlaufrinne soll
zukünftig Auslaufstrecken von bis zu 2,5 m
ermögli-chen. Gleichzeitig wurde mit der Programmierung der
neuen Datenauswertung mit dreidimensionaler Darstel-lung begonnen.
Theoretische und numerische Untersuchungen: Das Programmpaket FLOW3D von Harwell für numerische Strömungssimulation wurde an der VAW installiert und ersten Tests unterzogen. Die Lieferung eines Zusatz-moduls für Zweiphasenströmungen wird gegenwärtig erwartet. Das Programm bietet eine Vielzahl von Modellie-rungsvarianten ~nsbesondere hinsichtlich Randbedin-gungen, Turbulenzmodellierung. Einfügung zusätzlicher Bilanzgleichungen und Wahl des Diskretisierungssche-mas), die systematisch auf ihre Eignung in der Staub-lawinenmodellierung geprüft werden müssen. Die Resul-tate der Probeläufe sind vielversprechend, doch sind eingehende theoretische Überlegungen zur Modellierung der relevanten physikalischen Prozesse (Impulsaus-tausch zwischen Schnee und Luft, Eintrags- und Absetz-vorgänge) notwendig, bevor präzise Simulationen zu-nächst der Experimente im Wassertank und später auch natürlicher Staublawinen durchgeführt werden können.
Eine analoge Entwicklung wird gegenwärtig von der Firma AVL List GmbH in Graz im Auftrag des Lawinen-institutes in Innsbruck und anderer österreichischer Stellen durchgeführt, mit ebenfalls sehr ermutigenden Ergebnissen. Die Möglichkeit einer umfassenden und engen Zusammenarbeit mit der österreichischen Grup-pe oder gar eines gesamteuropäischen Projektes im Rahmen der im Aufbau befindlichen Kooperation auf dem Gebiet der Lawinendynamik wird ernsthaft geprüft.
Daneben wurde von Felix Hermann in Zusammenarbeit mit H. Chaudhry die Entwicklung eines einfachen ein-dimensionalen Modelles begonnen, das aber wesentli-che Aspekte einer echten Zweiphasenströmung bein-haltet. Das Ziel ist abzuklären, ob ein auf einem Personal Computer lauffähiges Simulationsprogramm eine für die Praxis genügende Genauigkeit erzielen kann. Es ist vorgesehen, dieses Modell auf die Behandlung ge-krümmter Bahnen zu erweitern.
HEUREKA: Für die HEUREKA wurde ein attraktives Staublawinenmodell in Form eines kippbaren Wasser-tanks, in dem sich Suspensionsströmungen erzeugen lassen, entworfen und in Rekordzeit an der VAW kon-struiert und gebaut.
5.84.829: Stützwerkfundation (Stephan Margreth)
In Zusammenarbeit mit der Firma Stump Bohr AG.
wurden in der Lawinenverbauung Vallascia an 4 Pfahl-gruppen Belastungsversuche durchgeführt. Die Versu-che haben gezeigt, dass bei fachgerechter Ausführung für eine Pfahllänge von 3 m, bzw. 4 meine Traglast von 120 kN bzw. 180 kN als Dimensionierungsgrösse ange-nommen werden kann. Bei der Querbelastung eines Mikropfahles traten bei einer Last von 6 kN schon so grosse Deformationen auf, dass der Versuch abgebro-chen werden musste. Bei einem Pfahl wurden in zwei Messebenen Dehnungsgeber auf die Pfahlarmierung aufgebracht. Dadurch kann die Grösse der Mantel-reibung in einer bestimmten Tiefe berechnet werden.
Die Versuche haben weiter gezeigt, dass eine sorgfälti-ge Injektion besonders des Pfahlkopfes sehr wichtig ist.
5.84.831: Stützwerkbelastung (Martin Hiller; Stephan Margreth)
Im Berichtsjahr wurden die Belastungsmessungen an 6 Stützwerken (Gotthard, Elm, Wilerhom, Churer Rheintal, Lukmanierund Davos) weitergeführt. Neben den automa-tischen Messungen wurden keine Feldmessungen durchgeführt, weil die Schneehöhen stark unterdurch-schnittlich waren. Der Prototyp in Davos wurde weiter so umgebaut, dass die Messkonstrukion (Kraftmessung unter dem Rost) nun an allen 6 Standorten identisch ist.
Einige Messdosen mussten vom Hersteller neu ab-geglichen werden, da die Nullpunktwerte von den Soll-werten abwichen. Am Oberalppass wurde ein Schnee-netz mit drei Zugdosen und einer Druckdose so be-stückt, dass am Stützenquerschnitt alle Auflagerreak-tionen automatisch gemessen werden können. Weiter wurden am Oberalppass in vier Versuchsfeldern ver-schiedene Netzabdeckungen eingebaut. Das Ziel dieser Messungen besteht in einer weiteren Optimierung der Anforderungen an die Konstruktionen von Stützverbau-ungen.
Um dem Publikum Sinn und Zweck von Stützver-bauungen und die von LawinenverStützver-bauungen aufzu-nehmenden Kräfte vor Augen zu führen, wurde an der HEUREKA ein als Personenwaage ausgebildetes, be-gehbares Stützwerk in Zusammenarbeit mit der Indu-strie aufgebaut.
5.84.862: Gutachten, Beratungen
(Andre Burkard; Stephan Margreth; Dr. Bruno Salm) Es wurden über 50 Beratungen und Gutachten zu den folgenden Themen abgeschlossen: Lawinengefahren-karten, Lawinenkräfte/Dimensionierungsangaben für Bauwerke, Gefahren und Risikobeurteilungen für Ver-kehrswege, Siedlungen und Waldgebiete (Sturmschä-den), technische Probleme im permanenten verbau, Projektierungen und Ausführungen von Lawinen-verbauungen.
Die meisten dieser Arbeiten setzen Feldbegehungen voraus. Die Beratungen und Gutachten werden dem Auftraggeber verrechnet.
5.88.823: Radarmessungen an der Schneedecke (Dr. Hans-Ulrich Gubler; Martin Hiller; Peter Weilenmann) Die vier im Raume Davos installierten automatischen Schneeprofilmessgeräte liefen weiterhin störungsfrei.
Für das National Hydr. Res. Inst. Saskatoon, Kanada haben wir ein vereinfachtes Konzept für den Nachbau der Geräte entwickelt. Das Interesse der Praxis an den Geräten ist weiterhin gross, es fehlen allerdings immer noch die notwendigen Investitionen, um das Gerät kom-merziell herstellen zu können.
5.88.825: Natürliche Lawinenbildung
(Dr. Bruno Salm; Dr. Hans-Ulrich Gubler; Dr. Dieter lssler; Peter Weilenmann; Franz Herzog)
Die erstmals im Versuchsfeld SLF automatisch durch-geführten kontinuierlichen Schneetemperatur- und Setzungsmessungen kombiniert mit den üblichen me-teorologischen Messungen haben ausgezeichnete Re-sultate geliefert. Die mit dem am SLF entwickelten Programmpaket «Daisy» durchgeführten Modellrech-nungen für Temperaturverteilung und Setzung zeigen, wie erwartet, grössere Abweichungen zu den Messun-gen für oberflächennahe Schichten. Die AbweichunMessun-gen
sind die Folge einer zu stark vereinfachten Modellie-ferung der Strahlungsabsorption sowie der Wärme- und Massenflüsse in den oberflächennahen Schichten so-wie Messfehler der Strahlungsmessinstrumente. Wäh-rend des Winters wurden daher mehrere Eichkampag-nen mit Referenzinstrumenten des World Radiation Center (WRC) Davos durchgeführt. Dabei zeigten sich deutliche Abweichungen zwischen den Instrumenten verschiedener Hersteller. Um die spektralabhängigen Albedo- und Absorptionsfunktionen für die kurzwellige Strahlung besser modellieren zu können, wurden meh-rere hundert Spektren in und über der Schneedecke gemessen und ausgewertet. Grosse Probleme ergaben sich aufgrund der nicht idealen Richtungsempfindlich-keit des verwendeten Spektrometers. Durch den Ver-gleich der korrigierten Messdaten mit theoretischen Modellen (Lösungen der Radiative Transfer Function für die Ausbreitung kurzwelliger Strahlung in Schnee) konn-te die spektrale Absorption in Funktion des gemessenen integrierten Albedos bestimmt werden. Die Messungen deuten auf eine signifikante Verschmutzung der Schnee-decke während der Messungen im Februar bis März 1991 hin. Wir hoffen, dass uns die Implementation dieser verbesserten Absorptionsfunktion in «Daisy„ un-serem Ziel einer verbesserten Modellierung der für die Schwachschichtbildung (Lawinenbildung) entscheiden-den Prozesse in entscheiden-den oberflächennahen Schneeschich-ten einen Schritt näher bringt. Die für die Modellierung von Mehrphasensystemen grundsätzlichen theoreti-schen Studien wurden ebenfalls weitergetrieben.
Im Berichtsjahr wurde mit der Entwicklung einer feld-tauglichen Scherapparatur begonnen, um die für die Schneebrettbildung entscheidende Abhängigkeit der Scherspannung und Scherfestigkeit von Schwach-schichten von der Deformationsrate und der Deforma-tion messen zu können.
Für das Teilprojekt, Einfluss der lnterzeption bzw. der Schneeentladung von Bäumen auf die Waldlawinen-bildung konnten weitere Messungen durchgeführt wer-den. Die Messungen bestätigen die Wichtigkeit der Strahlung für die Stabilität des interzeptierten Schnees.
lnterzeption und Schneeentladung haben eine wesent-liche Wirkung auf die Stützwirkung von Bäumen auf die Waldschneedecke.
Für das Teilprojekt Spannungsverteilung im Rutsch-block werden ebenfalls erste Messungen durchgeführt.
Wir fanden eine sehr hohe Dämpfung dynamischer Zusatzlasten zumindest in einer bereits verfestigten Schneedecke.
Die Weiterführung des Teilprojekts Stabilitätsmessun-gen musste leider aufgrund von Arbeiten für das ENET durch die Sektion II um ein weiteres Jahr aufgeschoben werden.
Die theoretischen Arbeiten zu Bruchbildung und Bruch-ausbreitung in der Schneedecke wurden weitergeführt.
Die von uns erarbeiteten Kenntnisse zur Lawinenbil-dung im Wald, bzw. der Lawinenverhinderung durch den Wald wurden in einer Übersichtsarbeit publiziert.
5.88.828: Messgeräteentwicklungen
(Dr. Hans-Ulrich Gubler; Martin Hiller; Franz Herzog) Für das ENET (Ergänzungsnetz SMA, Gebirgsstationen mit Wind, Schneehöhen und Temperaturprofilmessung)
wurden die SLF-spezifischen Stationsteile für 10 Statio-nen in Zusammenarbeit mit dem TD Elektronik fertigge-stellt, zum Teil ausgeliefert und eine Station zusammen mit der SMA installiert und in Betrieb genommen. Sämt-liche Gebirgssensoren wurden zum Teil in Zusammen-arbeit mit der Industrie am SLF entwickelt und erprobt und werden nun industriell gefertigt. Die Datenübertra-gung erfolgt über Funk und Telefon.
5.89.826: Fliesslawinen
(Dr. Hans-Ulrich Gubler; Martin Hiller; Günther Klaus-egger)
Der Winterverlauf erlaubte wiederum keine Feldexperi-mente am Lukmanierpass. Die Wartung der sehr auf-wendigen Messapparaturen musste trotzdem im übli-chen Rahmen weitergeführt werden.
Die Entwicklung eines automatischen Radarmoduls für Lawinengeschwindigkeitsmessungen wurde abge-schlossen und das Instrument in Österreich im Bschlab-sertal (Seitental des Lechtales) in einem sehr aktiven Lawinenzug installiert und in Betrieb genommen. Die Messungen erfolgen in Zusammenarbeit mit dem Öster-reichischen Lawineninstitut in Innsbruck, das gleichzei-tig Lawinendruckmessungen an der als Lawinengalerie ausgebildeten Tunnelbrücke ausführt. Die Datenüber-tragung erfolgt automatisch ans SLF.
Das Lawinenberechnungsprogramm ccSIMULA» gemäss der Anleitung für die Praxis «Berechnung von Fliess-lawinen» wurde weiter verbessert und ist nun mit deut-scher, englideut-scher, französischer und italienischer Be-dienungsführung erhältlich.
Im Berichtsjahr wurde eine europäische Arbeitsgruppe für Lawinendynamik gegründet. Das Ziel der Mitglieder-länder (F, Sp, 1, N, A, CH) besteht darin, Messdaten auszutauschen, Berechnungsmodelle zu verbessern und gemeinsame Richtlinien vorzuschlagen. Die me-chanischen Lawinendruck- und Geschwindigkeitsmess-anlagen Engi (GL) und Davos Parsenn sowie die elektro-nische Messanlage an der Rohrbachbrücke (Gotthard) wurden im üblichen Rahmen unterhalten.
5.89.830: Verwehungsverbau (Dr. Bruno Salm; Thomas Voegeli)
An zwei Standorten im Unterengadin (Clünas, Plütsches-sa) wurden bei bestehenden Treibschneezäunen wäh-rend Schneetreiben Windwerte gemessen. Die Anlage besteht aus fünf übereinander angeordneten Geschwin-digkeitsmessern und drei Richtungsmessern. An bei-den Standorten ergaben die Geschwindigkeiten ein logarithmisches Windprofil. Auf dem Strelapass wurde eine Art Windkanal im Freien aufgebaut. Die Schneeab-lagerung an Treibschneezäunen kann hier am Modell untersucht werden. Einige Vorversuche ergaben sehr naturnahe Ablagerungsbilder. Die Modelle von Treib-schneezäunen und Gelände werden im Massstab 1 :30 gebaut. Das Modellgelände besteht aus Schnee und wird oberflächlich vereist.
5.90.863: Stützwerkkontrolle (Stephan Margreth)
Im Berichtsjahr wurde die Statik von 25 neuen oder abgeänderten Werktypen überprüft und die Typenliste mit den zugelassenen Werktypen aktualisiert. An den Aussenflächen von verzinkten Seilankern wurden in einer Verbauung Korrosionsangriffe festgestellt. Eine
Untersuchung in der ganzen Schweiz hat jedoch erge-ben, dass solche Schäden nur selten auftreten. Zusam-men mit der EMPA und der Industrie wird an einem verbesserten Korrosionsschutz gearbeitet.
In Zusammenarbeit mit der EMPA wurde weiter das Anforderungsprofil für die Verwendung von Anker-mörtel im Lawinenverbau neu definiert. Unter anderem muss auch neu die Frostbeständigkeit geprüft werden.
Im permanenten Lawinenverbau werden immer häufi-ger Schneenetze eingesetzt. Um über ihre Verbreitung, Verwendung und Wirkung besser informiert zu sein, wurde ein Fragebogen entworfen, der in ganz Europa verschickt wurde. Über diese und weitere Themen des permanenten Lawinenverbaus wurden an fünf Sitzun-gen der Eidg. Expertenkommission Lawinenverbau dis-kutiert.
Weiter wurden technische Auskünfte über Fragen beim permanenten Lawinenverbau erteilt.
5.91.824: Anrissmächtigkeit
(Andre Burkard; Dr. Dieter lssler; Prof. Claude Jaccard) Mithilfe einer statistischen Analyse des Neuschneean-gebotes und der Verteilung der Lawinenanrisshöhen während der letzten 50 Jahre in der Region Davos wurde die Transferfunktion Schneeangebot-Lawinenanriss-höhe bestimmt. Das Ziel besteht in einer Verbesserung der Bestimmung der Lawinenanrisshöhe in Funktion der mittleren Wiederkehrdauer, einer wesentlichen Grund-lage für lawinendynamische Berechnungen und somit für die Erstellung von Lawinengefahrenkarten.