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Forschung an der Fakultät für Bauingenieurwissenschaften: #

Gefahrenbewertung von tiefreichenden Massenbewegungen#


Von


O.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Fritz Karl Brunner


Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme


O.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Fritz Karl Brunner
Fritz Karl Brunner


© Forschungsjournal WS 04/05


Das kinematische Verhalten instabiler Talflanken ist äußerst komplex und wird von geotechnischen Eigenschaften sowie externen Faktoren bestimmt. Die Auswirkungen von tiefreichenden Hangdeformationen auf die alpine Umwelt sind beträchtlich. Durch eine lang andauernde Hangdeformation können unmittelbar Gebäude, Verkehrswege, Druckstollen und Tunnel sowie Wildbachverbauungen und Stauwerksanlagen beschädigt oder sogar zerstört werden. Indirekt sind auch die unterhalb der Hangrutschung gelegenen Siedlungen, z.B. an den Talausgängen, durch Vermurungen und Überflutungen gefährdet. Deshalb sind die Bemühungen groß, die Ursachen und besonders die Bewegungsmechanismen von Hangbewegungen zu erforschen.


Tiefe Massenbewegung
Abb. 1: Tiefe Massenbewegung Gradenbach mit Konfiguration der GPS Stationen

In bereits abgeschlossenen Forschungsprojekten wurde am Institut für Ingenieurgeodäsie und Messsysteme ein GPS Monitoring System inklusive Auswertesoftware GRAZIA entwickelt. Es wurde speziell für das Monitoring von Hangbewegungen im hochalpinen Gelände konfiguriert, ist in kurzer Zeit installiert, liefert GPS Daten online und wertet diese sofort aus. Damit besteht die Möglichkeit, Gebiete von mehreren Quadratkilometern kontinuierlich zu überwachen. Das System kann die Bewegungen diskreter Punkte einer Massenbewegung in Form von 20-Minuten-Mittelwerten mit einer Präzision von 4 mm bestimmen. Auch eine höhere zeitliche Auflösung ist bei Bedarf möglich.

Als Anwendungsgebiet für das GPS Monitoring System wurde die tiefreichende Massenbewegung Gradenbach (Kärnten) gewählt (siehe Abb. 1), die seit August 1999 überwacht wird.

Abb. 2 zeigt die gemessenen Bewegungen während der letzten 6 Jahre. Zwischen August 2000 und September 2001 wurde mit dem GPS Monitoring System eine starke Beschleunigung der Bewegung beobachtet, die Mitte Oktober 2001 zu einer prädizierten Instabilität der Massenbewegung hätte führen sollen. Dieses Ereignis ist offensichtlich nicht eingetreten. Die geodätische Bewegungsmessung ist also für die Prognose des Verhaltens einer Massenbewegung notwendig, aber nicht hinreichend.

Weitere Informationen zur Dynamik der Bewegung sind erforderlich. Die wichtigste, zusätzliche dynamische Informationsquelle bietet das mikroseismische Monitoring mit der Erfassung der Mikrobeben, die mit der Hangbewegung in Beziehung stehen.

Verlauf der Massenbewegung
Abb. 2: Verlauf der Massenbewegung Gradenbach seit August 1999

In einem Forschungsprojekt der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen der International Strategy for Disaster Reduction (ISDR) wird nun gemeinsam mit der Abteilung für Geophysik der TU Wien (o.Univ.Prof.Dr. E. Brückl) das GPS Monitoring System mit der Messung von Mikrobeben vereint. Zusätzlich soll noch die lokale Verformung des Hanges gemessen werden. Damit können sowohl Aussagen über die Repräsentativität der Messstelle als auch Aussagen über Spannungsumlagerungen getroffen werden. Die Kombination von GPS, Strainmeter und Seismometer erfolgt in einem Integrierten Monitoring System (IMoS).

Der Vorschlag zur Entwicklung von IMoS ist die innovative Antwort auf die wissenschaftlichen Herausforderungen, die von internationalen Organisationen zur Gefahrenbeurteilung von Hangbewegungen aufgestellt wurden:

  • Was ist die Natur der Verformungen einer tiefreichenden Massenbewegung?
  • Wie kann der Gefahrenwert für den Eintritt einer katastrophalen Rutschung vorhergesagt werden?
Es ist geplant, einen Hang mit 5 IMoS Stationen zu überwachen, wodurch die Hangbewegungen im gesamten Periodenbereich erfasst werden. Diese Perioden reichen von seismischen Schwingungen (~1/100 Sekunde) über kurzzeitige Schwankungen (Minuten bis Stunden) bis hin zu langzeitigen Trends (mehrere Jahre). Es kann erwartet werden, dass auch für große Massenbewegungen (100 m – 1 km) die Beobachtung mit IMoS zu neuen Möglichkeiten der Überwachung und Prognose des Bewegungsablaufes führen wird.