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Neue Steinschlagmodelle in der Testphase

Einleitung

Um Steinschlag in einem Computermodell zu simulieren, sind sowohl die Form des abstürzenden Steines als auch das Relief und die Eigenschaften des Untergrundes massgebend. Vor allem sollen die Interaktionen des Steines mit dem Boden realistisch wiedergegeben werden. Bis jetzt konnte keines der Modelle die reale Form der Steine abbilden, für ihre Berechnungen mussten sie geometrische Formen wie Kugel, Quader, etc. verwenden.

Die WSL und das Institut für Mechanische Systeme IMES der ETH Zürich haben deshalb ein neues Simulationsmodell entwickelt, bei dem der Stein als polygonale Form mit beliebig vielen Eckpunkten (Dreiecksgeometrie) eingegeben werden kann. Die Forschenden berechnen die Bodenberührungen mit Hilfe von neu entwickelten Kontaktgesetzen. Die beiden Partner arbeiten innerhalb eines Nationalfonds-Projektes zusammen.

Nun vergleicht die WSL in einer Testphase die mit dem neuen Modell berechneten Resultate mit realen Ereignissen von Stein- und Blockschlägen.

Ziele

Ziel dieser Testphase ist, das Modell anhand realer Daten zu überprüfen und zu kalibrieren, damit es zukünftig sowohl die Reichweite von Steinschlägen als auch die Geschwindigkeiten und Sprunghöhen der einzelnen Steine voraussagen kann. Ausserdem sollte es in der Lage sein, daraus die kinetische Energie der Steine in der Flugphase und den Energieverlust bei Bodenkontakten zu berechnen.

Grundlagen

Die WSL dokumentiert seit Jahren Ereignisse von Stein- und Blockschlägenund wertet dabei verschiedene Daten aus. Anhand von Schlagspuren an Bäumen und vor allem auf dem Boden haben die Wissenschafter die Geschwindigkeiten der Steine resp. die Flugbahnen berechnet. Diese Datengrundlage soll dazu dienen, das neue Modell zu testen und die Resultate zu vergleichen.

Modell RAMMS

Approximation von Steinform und Geländegeometrie

Approximation der Steinform und der Geländegeometrie über Dreiecksgitter

RAMMS ist ein von der WSL entwickeltes Software-Paket für die Praxis, welches verschiedene Naturgefahren, Schutzmassnahmen und Einflüsse der Umgebung wie Geländeformen und Wald in einem Werkzeug kombiniert und im dreidimensionalen Gelände darstellt. Die Software basiert auf neuesten Erkenntnissen der Lawinenforschung. Das Modul „Lawinen“ ist bereits im Handel erhältlich, das Modul „Steinschlag“ befindet sich in der Testphase. Dazu haben die Forschenden die oben beschriebenen neuen Berechnungsalgorithmen der ETH ins Modul integriert. Die Software bildet sowohl die Steinform als auch die Geländeoberfläche mit Dreieckgittern ab. Dies erlaubt, die Form der Steine besser als bisher darzustellen und entsprechend ihren Einfluss auf beispielsweise die Reichweite der Steinschläge zu verifizieren.

Steinschlag-Simulationen im RAMMS mit dreidimensionalem Stein

Weiterführende Literatur

Schweizer, A., 2008: "Kontakt zwischen Körpern mit triangularisierter Oberflächenrepräsentation", Master thesis at the Center of Mechanics, ETH Zurich.

Kontakt

Werner Gerber

Axel Volkwein