Wie zuverlässig können Lawineneinwirkungen bestimmt werden? Eine systematische Abschätzung ihrer Unsicherheit

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Artikel aus einer Zeitschrift

200206378

Die Beurteilung von Lawineneinwirkungen hängt zum Teil von fundierten Fakten wie z.B. beobachteten Lawinen oder der Hangneigung ab, aber der Lawinenexperte muss in der Regel auch viele Entscheide rein aufgrund seiner persönlichen Erfahrung fällen. Dies gilt insbesondere für Lawinenzüge mit komplexen Anrissgebieten und für die Beurteilung von Lawinen mit langer Wiederkehrdauer, bei denen wenig empirische Daten vorliegen. Ein Ingenieur benötigt jedoch präzise Angaben zu den Einwirkungen, z.B. für die Bemessung einer Lawinengalerie. Wir präsentieren eine Studie, in der wir eine Lawinenschutzgalerie unterhalb eines gut dokumentieren Lawinenzugs in Davos analysiert haben. Um die Unsicherheit der Lawineneinwirkungen auf die Galerie abzuschätzen, haben wir die wichtigsten Eingabeparameter variiert, um numerische Lawinensimulationen systematisch durchzuführen. Drei Experten haben die Wahrscheinlichkeit für jeden Parameterwert abgeschätzt. Mehrere tausend lawinendynamische Simulationen mit der Software RAMMS wurden durchgeführt, um alle möglichen Parameterkombinationen abzudecken und die Lawineneinwirkung auf die Galerie wurde für jede Simulation berechnet. Aus den geschätzte Wahrscheinlichkeiten für die Eingabeparameter haben wir die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Lawineneinwirkung und die Wahrscheinlichkeit einer Überschreitung der rechnerischen Tragfähigkeit der Lawinengalerie ermittelt. Die wichtigsten Schlussfolgerungen sind: (a) Obwohl die beteiligten Experten alle über eine langjährige Erfahrung und einen ähnlichen beruflichen Hintergrund verfügen, resultieren ihre Schätzungen für die 300-jährliche Wiederkehrdauer in einer Variation der maßgebenden Lawineneinwirkung um einen Faktor von 2,8. (b) Für die Lawinengalerie resultiert eine rechnerische Versagewahrscheinlichkeit in der Größenordnung von 1E-3 pro Winter. Dieser Zahl ist mit der geringen Zahl der dokumentierten Schadenfälle vereinbar, liegt aber unter den Anforderungen der Eurocode-Normen, die je nach Konsequenzklasse eine jährliche Versagenswahrscheinlichkeit deutlich unter 1E-3 fordern.
Lawineneinwirkungen, Lawinenschutzgalerie, probabilistischer Ansatz, Tragwerkbemessung, Versagenswahrscheinlichkeit, Davos
The assement of avalanche loads depends partly on well-founded fact such as observed avalanches, but the avalanche expert generally also has to make many assumptions that are difficult to base on objective evidence. This is particularly true for avalanche tracks with complex release zones and for the assessment of avalanches with a long return period, where little empirical data is available. However, an engineer requires precise load values for example for the design of a snow shed. We present a study where we analysed a well-documented avalanche track in Davos that has a snow shed at the bottom. To estimate a uncertainty of the avalanche loads on the snow shed, we varied the decisive input parameters to perform numerical avalanche simulations systematically and asked three experts to estimate the probability of each parameter value. Several thousand avalanche-dynamic simulations with the software RAMMS were performed to cover all possible parameter combinations and the avalanche load on the snow shed was computed for each run. Using the probabilities that were estimated for the input parameters, we calculated the probability distribution for the avalanche load and the probability for the load exceeding the bearing capacity of the structural system of snow shed. Te main conclusions are: (a) Although the involved experts have all a long experience and a similar professional background, their estimation varied by a factor of 2.8 for the maximum load related to 300-year return period. (b) For the snow shed, we got a failure probability in the order of 1E-3 per winter. This number is compatible with the low number of documented snow shed collapses, but below the requirements of European building codes which require an annual failure probability of 1E-5 or lower, depending on the consequence class.
Avalanchabilite load, snow shed, probabilistic approach, design of load-bearing structures, failure probability