Partikelsimulationen als Schlüsseltechnologie im alpinen Katastrophenschutz
Forscherteam aus Innsbruck will Alpen-Regionen besser schützen
Als Folge des Klimawandels und langer Phasen von Trockenheit häufen sich im Alpenraum so genannte gravitative Massenbewegungen wie Felsstürze, Gesteinslawinen oder Geröllabgänge. Forscher im Arbeitsbereich für Geotechnik der Universität Innsbruck ermitteln, wie bedrohte Siedlungs- und Infrastrukturbereiche durch Schutzbauwerke und andere Maßnahmen vor solchen Lawinen geschützt werden können. Allerdings gibt es bislang kaum dokumentierte Ereignisse oder empirische Vorarbeiten, die der Forschung zugrunde gelegt werden können. Daher setzen die Wissenschaftler neben der Arbeit mit Modellen vor allem auf die Simulation am Computer.
Die Partikelsimulation soll dabei helfen, Eigenschaften von Partikelströmen zu analysieren. Dabei geht es um Staub, Schüttgüter und Geröllmassen. Außerdem soll sie deren Verlauf besser vorhersagen können. Aus den Ergebnissen leiten die Forscher dann die mögliche Lage und Machart notwendiger Schutzbauwerke ab. Dafür nutzen sie die Software „Ansys Rocky“. Diese spezielle Simulations-Software ist für den praktischen Einsatz durch Ingenieure und Verfahrenstechniker gedacht. Mit dieser Forschungsarbeit hat das Innsbrucker Team Neuland betreten.
200 Felssturz-Experimente im Labor
CADFEM unterstützt Ansys im deutschsprachigen Raum. Dabei vertreibt CADFEM die Software, schult Anwender und unterstützt sie bei Berechnungen. In einem aktuellen Beitrag berichtet CADFEM über das Vorgehen der Spezialisten in Österreich. Prof. Robert Hofmann und Dr. Simon Berger leiten das Forscherteam. Sie haben in rund 200 Modellexperimenten im Labor einen Felssturz im Miniformat nachgebaut. Dabei untersuchten sie verschiedene Fragen zu Geschwindigkeit, Fließ- und Anpralleigenschaften der unterschiedlichen Gesteinsmassen. Die Erkenntnisse helfen zu verstehen, wie Dämme gebaut sein müssen. Sie sollen den maximalen Schutz bieten, der lokal zu erwarten ist.
Aus den Messergebnissen im Labor haben die Wissenschaftler dann Berechnungsformeln für Gesteinsabgänge und Lawinen abgeleitet. In einem zweiten Schritt wurden diese Ergebnisse mit Hilfe der Simulation auf Plausibilität überprüft und können nun auf eine Vielzahl möglicher Szenarien angewendet werden.
Erkenntnisse aus Modellversuchen für andere Situationen anwendbar
Bei ihren Untersuchungen betrachten die Forscherteams neben geotechnischen Gegebenheiten vor allem die bei Felsstürzen auftretenden Energien und damit die Gefährdungslage für Siedlungsgebiete und Infrastruktureinrichtungen in den Auslaufbereichen der Geröllabgänge. „Es geht um Wechselwirkungen, Einwirkungen auf Schutzdämme unterschiedlicher Bauweisen sowie ihre Ausbreitung und Ablagerungsformen nach dem Aufprall“, heißt es in dem Artikel. Die Erkenntnisse sollen dazu beitragen, dass Dämme entsprechend der lokal zu erwartenden Belastungen gebaut werden und maximalen Schutz geben.
Dafür wurde unter anderem auch der massive Felssturz im Dezember 2017 in der Nähe der Gemeinde Vals in Tirol untersucht und mit Simulation am Computer nachgestellt. Damals überschütteten mehreren Zehntausend Tonnen Geröll die Landstraße in den Ort, die 130 Dorfbewohner waren zwei Tage lang von der Außenwelt abgeschnitten.
Über CADFEM
CADFEM wurde 1985 – vor 40 Jahren – in Deutschland gegründet und ist heute mit über 600 Beschäftigten an weltweit 35 Standorten einer der größten Anbieter von Simulationstechnologie und Digital Engineering. Als Ansys Apex Channel Partner setzt CADFEM auf die führende Technologie von Ansys und bietet über die Software hinaus Beratung, Simulations-Berechnungen, Automatisierungen und IT-Lösungen bis hin zum Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Produkt- und Prozessoptimierung. Mit Schulungen zu über 100 verschiedenen Themen ist CADFEM zudem einer der weltweit größten Weiterbildungsanbieter in der Technologie-Branche. Die einzelnen Ländergesellschaften betreuen in Europa, Indien und Südostasien mehr als 5.000 Firmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Zur CADFEM Group gehören außerdem Partner unter anderem in den Bereichen Autonomes Fahren, Virtuelle Städte, Personalisierte Medizin und Smart Factories.
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