Für eine Simulation berechnet der Computer das Verhalten von bis zu fünf Millionen virtuellen Schneeklümpchen. | © SLF
Wie groß ist der Druck, den eine Lawine auf Seilbahn- oder Strommasten ausübt? Diese Frage ist für die Planung und Absicherung alpiner Infrastruktur von zentraler Bedeutung. Michael Kohler, Forscher am WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF, untersucht mit detaillierten Simulationen, wie Lawinen mit schlanken Hindernissen interagieren – und kommt zu Ergebnissen, die bestehende Annahmen teilweise infrage stellen.
„Natürlich versucht man, kritische Infrastruktur nicht in Lawinenzügen zu platzieren, doch manchmal lässt es sich nicht vermeiden.“ Ingenieurinnen und Ingenieure müssten daher möglichst genau wissen, welche Kräfte im Ernstfall auf eine Liftstütze oder einen Strommast wirken.
Schnee ist nicht starr – ein entscheidender Faktor
In vielen bisherigen Rechenmodellen wird Lawinenschnee als inkompressibel betrachtet. Das bedeutet, der Schnee lässt sich nicht verdichten und prallt mit voller Wucht auf ein Hindernis. Kohler sieht darin eine starke Vereinfachung:
„Das ist offensichtlich eine Vereinfachung. Jeder der schon einmal einen Schneeball geformt hat, weiß, wie stark sich gerade kalter, trockener Schnee zusammendrücken lässt.“
Gerade dieser kalte, trockene Schnee ist typisch für Staublawinen, die besonders hohe Geschwindigkeiten erreichen können. Trifft eine solche Lawine mit moderater Geschwindigkeit auf ein Hindernis, wirkt die Kompressibilität des Schnees wie eine Knautschzone.
Pufferwirkung bei moderaten Geschwindigkeiten
„Durch die Verdichtung des Schnees vor dem Hindernis kann die Wucht der Lawine stark abnehmen“, erläutert Kohler. Der Schnee wird vor dem Mast zusammengedrückt, der maximale Druck reduziert sich. Das bedeutet: In bestimmten Szenarien ist der reale Schaden geringer als in klassischen Berechnungsmodellen angenommen.
Für die Auslegung von Seilbahnstützen oder Masten könnte das künftig zu realitätsnäheren Sicherheitsbewertungen führen.
Wenn die Knautschzone plötzlich versagt
Bei sehr hohen Geschwindigkeiten zeigt sich jedoch ein völlig anderes Bild.
„Ab einer gewissen Geschwindigkeit zeigen unsere Simulationen eine überraschende Zunahme des Drucks für lockeren, schwach gebundenen Schnee“, sagt Kohler.
Er vergleicht das Phänomen mit einem Boot auf einem stillen See: Bewegt es sich langsamer als die Wellen, kündigt sich die Störung an. Bewegt es sich schneller, bleibt die Oberfläche ruhig – und das Hindernis wird überrascht. Ähnlich verhält es sich bei extrem schnellen Lawinen: Das lockere Material kann die Information über den bevorstehenden Aufprall nicht weitergeben.
Die Folge: Keine Pufferwirkung mehr.
„Das ist dann wie eine Klatsche aus dem Nichts“, beschreibt Kohler. Die Lawine überträgt nahezu ihre gesamte Bewegungsenergie auf das Hindernis.
Das numerische Labor im Computer
Um diese Effekte systematisch zu untersuchen, nutzt Kohler ein sogenanntes numerisches Labor.
„In einem echten Labor kann man nicht einfach die innere Reibung eines Materials um dreissig Prozent erhöhen oder andere Parameter verändern, am Computer schon.“
In diesen Simulationen treffen virtuelle Lawinen auf virtuelle Seilbahn- und Strommasten. Dabei lassen sich einzelne Materialparameter gezielt verändern, während alle anderen konstant bleiben. So wird sichtbar, welchen Einfluss Eigenschaften wie innere Reibung oder Schneebindung auf den Lawinendruck haben.
Für eine Simulation berechnet der Computer das Verhalten von bis zu fünf Millionen virtuellen Schneeklümpchen – ein Rechenprozess, der mehrere Stunden dauern kann.
„Lawinen haben deutlich mehr, aber um lokale Effekte am Hindernis zu untersuchen, genügt das“, so Kohler.
Relevanz für Seilbahntechnik und Infrastrukturplanung
Die Ergebnisse zeigen, dass Lawinendruck nicht pauschal bewertet werden kann. Je nach Schneetyp und Geschwindigkeit kann die Kompressibilität des Schnees Schutz bieten – oder vollständig versagen. Für die Planung sensibler Infrastruktur in alpinen Regionen liefern diese Erkenntnisse eine wichtige Grundlage für präzisere und differenziertere Sicherheitskonzepte.