Geologie Risiken durch Steinschlag hängt von Form der fallenden Steine ab

Das Risiko durch einen Steinschlag hängt mehr von der Form der fallenden Brockens ab als von dessen Masse. Forscher haben herausgefunden, dass würfelförmige Steine in der Falllinie zu Tal donnern. Einem Rad ähnliche Steine sind potenziell gefährlicher.

Denn radähnliche Steine drehen beim Sturz häufig auf eine Seite weg. Damit können sie einen viel breiteren Bereich am Fuss des Hanges gefährden. Das haben Forschende des WSL-Instituts für Schnee- und Lawinenforschung SLF und der ETH Zürich herausgefunden.

Vier Jahre Experimente

Die Resultate ihrer Steinschlag-Experimente veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift «Nature Communications». Mit den Messdaten könnten Berechnungsprogramme geeicht und weiterentwickelt werden, um die Realität besser abzubilden, hiess es im Communiqué vom Montag.

Die Modelle, mit denen die Gefahrenlage durch herabfallende Steine an bestimmten Orten bisher berechnet werden, können laut Mitteilung nicht genügend berücksichtigen, welche Rolle Masse, Grösse und Form des Steines für die Gefährdung spielen. Messdaten aus der Realität gab es nur vereinzelt, systematische Untersuchungen fehlten.

Mit den vier Jahre lang durchgeführten Steinschlag-Experimenten hat das geändert. Im Communiqué ist vom bisher umfassendsten Satz von Messdaten die Rede. «So konnten wir den bisher grössten Satz an Messdaten zusammentragen», liess sich Andrin Caviezel, SLF-Forscher und Hauptautor der Studie, zitieren.

Künstliche Steine aus Beton

Das Forschungsteam verwendete künstliche Steine aus Beton, an denen sie Sensoren anbrachten. In der Nähe des Flüelapasses in Graubünden liessen sie die Brocken einen Hang hinab rollen. Sie verglichen dabei verschiedene Formen und Massen, rekonstruierten Flugbahnen und bestimmten Geschwindigkeiten, Sprunghöhen und Auslaufbereiche.

Welche Richtung ein fallender Stein nimmt, hängt in erster Linie von der Form ab. Würfelförmige Betonklötze stürzten in der Falllinie den Hang hinunter. Bei radähnlichen Steinen dagegen war die Streuung auf beide Seiten grösser. Damit können sie einen breiteren Bereich am Fuss des Hanges gefährden.

«Das muss bei der Einschätzung von Gefahrenzonen berücksichtigt werden, aber auch bei der Platzierung und Dimensionierung von Steinschlagnetzen», sagt Caviezel. Denn radähnliche Brocken prallen mit der schmalen Seite ins Netz. Damit konzentriert sich die Energie auf eine grössere Fläche im Vergleich zum würfelförmigen Klotz.

Bis 2670 Kilogramm schwer

183 Betonblöcke rollten oder stürzten für die Versuche talwärts; sie waren 45, 200, 800 oder 2670 Kilogramm schwer. Knapp 1400 Aufschläge konnten die Forschenden verwerten. Insgesamt wurden 82 Flugbahnen rekonstruiert. Die höchste erreichte «Sprunghöhe» betrug 11,1 Meter, die höchste Geschwindigkeit 109 Kilometer in der Stunde (km/h).

Die Daten des Experiments fliessen nun in ein Simulationsprogramm des SLF ein. Ziel ist, auch herauszufinden, wie Aufprall und Absprung vom Boden die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der ein Stein bergab rollt. Das soll Ingenieurbüros bessere Grundlagen geben für Berechnungen möglicher Steinschläge.

Der Datensatz soll auf der Plattform «Envidat» künftig auch anderen Forschenden frei zugänglich sein. Sie könnten damit eigene Algorithmen kalibrieren oder neue Modelle entwickeln, welche die Realität noch genauer als bisher abbilden und den Schutz vor Steinschlag verbessern, hiess es im Communiqué.