Im alpi­nen Raum sind Muren eine latente Bedro­hung. Dank neuer For­schungs­er­geb­nisse kön­nen sie nun eher vor­aus­ge­sagt werden.

Wer­den Böschun­gen insta­bil, kann es zu Muren und Hang­rut­schun­gen kom­men. In einem Pro­jekt des Wis­sen­schafts­fonds FWF gelang die Ent­wick­lung eines neuen Modells, mit dem erst­mals mög­lich ist, kom­plexe phy­si­ka­li­sche Fak­to­ren der Hang­sta­bi­li­tät zu kalkulieren.
Erd­rut­sche und Muren­ab­gänge sind trotz inten­si­ver For­schun­gen noch immer nicht vor­her­seh­bar. Nun konn­ten grund­le­gende phy­si­ka­li­sche Vor­gänge, die die Böschungs­sta­bi­li­tät beein­flus­sen, nume­risch erfasst wer­den. Damit kön­nen sie in Simu­la­tio­nen und Modell­be­rech­nun­gen berück­sich­tigt wer­den. Ein Mei­len­stein auf dem Weg, Erd­rut­sche und Muren­ab­gänge vor­her­zu­sa­gen – geleis­tet von einem Team rund um Wei Wu vom Insti­tut für Geo­tech­nik der Uni­ver­si­tät für Boden­kul­tur Wien.
„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“, erklärt Wu. Diese Pro­zesse wer­den durch die Struk­tur eines Bodens noch kom­ple­xer. Denn ein Boden ist ein Drei-Pha­sen-Sys­tem aus Boden­kör­nern, Luft und Was­ser und für jede Phase gel­ten andere Berechnungsgrundlagen.

Ver­net­zung
Wu gelang es nun, dank sei­ner inter­na­tio­na­len Ver­net­zung, einen spe­zi­el­len Com­pu­ter-Code zu erhal­ten, der an der Stan­ford Uni­ver­sity in Kali­for­nien ent­wi­ckelt wurde. Durch eine Wei­ter­ent­wick­lung des Codes konnte berech­net wer­den, wie sich räum­lich von­ein­an­der getrennte Berei­che unter­schied­li­cher Was­ser­sät­ti­gung auf das Ent­ste­hen einer Bruch­kante in Böschun­gen auswirken.
Dem folg­ten umfas­sende expe­ri­men­telle Modell­ver­su­che. Dafür griff Wus Team auf eine spe­zi­elle Zen­tri­fu­gen­tech­no­lo­gie in einer Kli­ma­kam­mer zurück. Dort wurde ein Minia­tur­mo­dell einer Böschung auf­ge­baut und so eine Unter­su­chung der tat­säch­li­chen Unter­grund­ver­hält­nisse ermöglicht.
„Wir lern­ten 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“, sagt Wu. Ein wesent­li­ches Ergeb­nis der Arbeit war dabei auch, dass bereits kleine Ände­run­gen der soge­nann­ten Was­ser­span­nung einen signi­fi­kan­ten Ein­fluss auf die Sta­bi­li­tät des Bodens haben kön­nen. Das kann in Zukunft hel­fen, poten­zi­ell gefähr­li­che Böschun­gen zu iden­ti­fi­zie­ren und sie effi­zi­en­ter zu über­wa­chen. Wei­ters kann die Sta­bi­li­tät von Böschun­gen zuver­läs­sig berech­net werden.