Empirie vs. Technik: Beurteilung der Felsstabilität mittles TLS, Laborversuchen und FEM

Verfasst am 26. Februar 2020.

Die Gefährdungsbeurteilung von Felsen erfordert die Einzelbewertung und das anschließende Zusammenführen vieler Teilaspekte. Dazu gehören u. a. die Exposition der Schutzobjekte (z. B. Personen, Gebäude, Straßen, landwirtschaftliche Flächen), die Beschaffenheit der Sturzbahn (z. B. Neigung, Vegetation, Rauigkeit, Material) und die potenzielle Energie des Felsobjekts (abhängig von Masse und Absturzhöhe). Einer der wesentlichen Aspekte ist darüber hinaus die Standsicherheitsbeurteilung des Felsobjekts, d. h. die Wahrscheinlichkeit eines Absturzes und der Versagensmechanismus.

In der Praxis beurteilt der Sachverständige die Standsicherheit anhand der Trennflächeneigenschaften wie Raumstellung, Erstreckung, Rauigkeit, Öffnungsweite, Durchtrennungsgrad und Füllung, sowie dem Volumen und der Geometrie des Felsobjekts mitsamt der Lage des Masseschwerpunktes. Die detaillierte Aufnahme und Beurteilung beruht auf empirischen Werten und muss direkt am Felsobjekt geschehen, was häufig den Einsatz von Seilzugangstechnik erfordert.

Die Beurteilung der Standsicherheit von Felsobjekten
erfordert die Aufnahme zahlreicher Parameter

Vorbereitung der Radon-Messung in einem Waldstück

Inwiefern die Standsicherheitsbeurteilung semi-automatisiert durch den Einsatz von Terrestrischem Laserscanning (TLS), Laborversuchen und numerischer Modellierung (Finite-Elemente-Methode, FEM) erfolgen kann, prüft derzeit Christian Geyer, Masterstudent des Studiengangs Angewandte Geowissenschaften an der Technischen Universität Darmstadt. Dazu erstellt Christian zunächst 3D-Laserscan-Modelle der Felstürme zur Generierung von Schnitten, kartiert Trennflächen und Zerlegungsmuster und nimmt Gesteinsproben, um im Labor felsmechanische Kennwerte der Felsobjekte zu bestimmen. Anschließend werden die Daten in die Software RS2 (rocscience) geladen, wo mittels FEM eine Standsicherheitsbeurteilung erfolgt, die auf dem Verhältnis von haltenden und treibenden Kräften basiert (= factor of safety). Ziel der Arbeit ist es, die numerisch modellierte Standsicherheit mit den Ergebnissen einer empirischen Beurteilung auf Grundlage von qualitativen Geländedaten zu vergleichen.

Am 27.01. und 06.02. fanden die Geländearbeiten für die 3D-Vermessung und die Gewinnung von Probenmaterial statt. Matthias Linzer unterstützte Christian mit der Durchführung von drei Bohrungen à 2 m. Die Bohrkerne wurden – sofern es die Zugänglichkeit erlaubte – aus versagensgefährdeten Trennflächen entnommen, um die realen Bedingungen bestmöglich im Labor abbilden zu können. An den Proben werden durch Uniaxial-, Triaxial- und Scherversuche felsmechanische Kennwerte bestimmt, die später in das Modell des Felsobjekts geladen werden.

Auch bei dieser Masterarbeit sind wir gespannt auf den Vergleich von Empirie und Technik und freuen uns Christian bei seinen Untersuchungen unterstützen zu können.