IAN REPORT 100 Modul 3 - Department für Bautechnik und ...

Universität für Bodenkultur Wien 

Department Bautechnik und Naturgefahren 

Institut für Alpine Naturgefahren (IAN) 

Peter Jordan Str. 82 Tel.: #43-1-47654-4350 

A-1190 WIEN Fax: #43-1-47654-4390 

IAN REPORT 100 Modul 3 

Sicherheitsstudie Feuersanglawine 

Risikoanalyse – Entscheidungsmodell 

t 

0 

= 0 s 

t = 2 

2 24 s 

x 

Modell 

H 

t 

1 

= 24 1 s 

t 

3 

= 24 3 s 

vModell 

x 

Strömung 3 

Strömung 2 

Strömung 1 

Referenzlawine 

Im Auftrag: 

Österreichische Bundesbahnen 

GB Fahrweg Regionalleitung Villach 

Wien, Oktober 2006

Projektdatenblatt 

Report 100: Sicherheitsstudie Feuersanglawine 

Modul 3: Überprüfung der Wirksamkeit des 

Lawinenbrechers 

Im Auftrag von: 

Österreichische Bundesbahnen, GB Fahrweg Regionalleitung Villach 

GZ: BV5/4300020979 (19.12.2003) 

Projektleitung: Ao. Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Hübl Johannes 1 

Wissenschaftliche Leitung: Dipl.-Ing. Dr. Karl Kleemayr 2 

Ausarbeitung: Dipl.-Ing. Kapeller Gerhard 1 

Mag. Dr. Sailer Rudolf 2 

Dipl.-Ing. Bacher Michael 1 

1) 

Universität für Bodenkultur 

Department Bautechnik und Naturgefahren 

Institut für Alpine Naturgefahren 

Peter Jordan Str. 82 Tel.: #43-1-47654-4350 

A – 1190 Wien Fax: #43-1-47654-4390 

2) Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum 

für Wald, Naturgefahren und Landschaft 

Institut für Naturgefahren und Waldgrenzregionen 

A- 6020 Innsbruck, Rennweg 1 

Tel:: #43-0512-573933 5101 

Referenz (Literaturzitat): HÜBL, J., KAPELLER, G., SAILER, R., KLEEMAYR, K., BACHER, M., 

(2006): Sicherheitsstudie Feuersanglawine, Modul 3: Überprüfung der Wirksamkeit des 

Lawinenbrechers; IAN Report 100 Modul 3, Institut für Alpine Naturgefahren, Universität für 

Bodenkultur - Wien (unveröffentlicht) 

Wien, im Oktober 2006 

D:\01 Projekte\01 Feuersang\02 doc\Modul III_A_neu.doc 

i

Projektdatenblatt 

Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, 

Naturgefahren und Landschaft 

Institut für Naturgefahren & Waldgrenzregionen 

Die vorliegende Arbeit ist Teil der am Institut für Alpine Naturgefahren - Universität 

für Bodenkultur Wien durchgeführten „Sicherheitsstudie Feuersanglawine“. 

Gemäß Kooperationsvertrag vom November 2005 zwischen IAN und BFW 

übernimmt das Institut für Naturgefahren und Alpine Waldgrenzregionen (BFW) die 

im Originalauftrag unter C.3 Modul III angeführte Aufgabe: Überprüfung der 

Wirksamkeit des Lawinenbrechers. 

Die Überprüfung und Beurteilung stützt sich dabei sowohl auf die Berechnungen mit 

dem 3D-Simulationsmodell SAMOS als auch auf Simulierungen im Labor. 


ii

IAN-Report 100 – Modul 3 

1 Problemstellung................................................................................................1 

2 Zielsetzung ........................................................................................................2 

3 Theorie zum Thema Schnee.............................................................................3 

3.1 Entstehung .....................................................................................................3 

3.2 Metamorphose................................................................................................4 

3.3 Schneearten ...................................................................................................8 

3.4 Physikalische Eigenschaften des Schnees...................................................10 

3.4.1 Dichte und Porenanteil .........................................................................10 

3.4.2 Feuchtigkeit ..........................................................................................10 

3.4.3 Temperaturverhältnisse innerhalb der Schneedecke............................11 

3.5 Reibungsmechanismen ................................................................................13 

3.5.1 Trockene Reibung ................................................................................14 

3.5.2 Flüssigkeitsreibung ...............................................................................15 

3.5.3 Reibungskegel und mobilisierter Reibungswinkel.................................16 

3.6 Meteorologische Einflüsse............................................................................17 

3.6.1 Einfluss durch Wind ..............................................................................17 

3.6.2 Einfluss durch Temperaturschwankungen............................................18 

4 Lawinenkunde.................................................................................................20 

4.1 Definition: Lawine .........................................................................................20 

4.2 Allgemeines ..................................................................................................20 

4.3 Klassifizierung und Charakterisierung der Lawine........................................22 

4.4 Anrissformen der Lawine ..............................................................................23 

4.4.1 Lockerschneelawine .............................................................................23 

4.4.2 Schneebrettlawine ................................................................................24 

4.5 Schwachstellen bezüglich Schneebrett ........................................................25 

4.6 Bewegungsformen der Lawine .....................................................................25 

4.6.1 Fließlawine ...........................................................................................25 

4.6.2 Staublawine ..........................................................................................25 

4.6.3 Mischlawine ..........................................................................................26 

4.7 Schutz vor Lawinen ......................................................................................27 

4.7.1 Permanenter Lawinenschutz ................................................................27 

4.7.2 Temporärer Lawinenschutz ..................................................................29 

5 Labormodelle - State of the Art......................................................................30 


i


5.1 Physikalische Modelle ..................................................................................30 

5.1.1 Schwere Flüssigkeit in Wasser.............................................................30 

5.1.2 Zwei-Phasen Simulation in Wasser ......................................................31 

5.1.3 Zwei-Phasen Simulation in Luft ............................................................31 

6 Modellgesetze .................................................................................................32 

6.1 Einleitung......................................................................................................32 

6.2 Dimensionsanalyse.......................................................................................32 

6.3 Dimensionslose Zahlen ................................................................................37 

6.3.1 Froude-Zahl ..........................................................................................37 

6.3.2 Reynolds-Zahl ......................................................................................39 

6.3.3 Richardson-Zahl ...................................................................................40 

6.4 Ähnlichkeitsgesetze ......................................................................................40 

6.4.1 Geometrische Ähnlichkeit .....................................................................40 

6.4.2 Dynamische Ähnlichkeit........................................................................41 

6.4.3 Kinematische Ähnlichkeit......................................................................41 

7 Versuchsaufbau ..............................................................................................42 

7.1 Das Modell....................................................................................................42 

7.2 Reservoir ......................................................................................................46 

7.3 Sturzbahn .....................................................................................................46 

7.4 Einbaumodelle..............................................................................................47 

7.5 Auffangvorrichtung........................................................................................50 

7.6 Messdurchführung ........................................................................................50 

7.7 Euler´sche und Lagrange´sche Strömungsbetrachtung................................52 

8 Vorversuche ....................................................................................................55 

8.1 Materialwahl .................................................................................................55 

8.1.1 Partikelwahl ..........................................................................................57 

8.1.2 Das Metall Blei......................................................................................63 

8.1.3 Untergrundmaterial der Sturzbahn........................................................64 

8.2 Sinkversuch ..................................................................................................65 

8.2.1 Sinkzeit tSink ........................................................................................66 

8.2.2 Ermittlung des Äquivalentdurchmessers däquiv ...................................68 

8.2.3 Sinkverhalten........................................................................................71 

8.3 Erste Simulationsversuche ...........................................................................72 

8.4 Reibungswinkel.............................................................................................73 


ii


8.4.1 Innere Reibungswinkel ϕ ......................................................................73 

8.4.2 Wandreibungswinkel δ..........................................................................76 

8.5 Untersuchung des kontaminierten Wassers .................................................78 

8.6 Gesundheitlicher Aspekt...............................................................................79 

8.7 Dichte des kontaminierten Wassers .............................................................79 

9 Hauptversuche ................................................................................................82 

9.1 Einleitung......................................................................................................82 

9.2 Berechnungsmodell ......................................................................................83 

9.2.1 Froude-Modell ......................................................................................83 

9.2.2 Lawinenmodell nach Voellmy - Salm....................................................86 

9.3 Datenaufnahme ............................................................................................87 

9.3.1 Referenzlawine.....................................................................................88 

9.3.2 Geschwindigkeitsvergleich mit Voellmy ................................................97 

9.3.3 Lawinenbrecher ..................................................................................104 

9.3.4 Aufnahmen mit High-Speed Kamera ..................................................118 

10 Zusammenfassung der Wassertankversuche............................................121 

10.1 Grundsätzliches..........................................................................................121 

10.2 High-Speed Aufnahmen .............................................................................122 

10.3 Ergebnisse der Referenzlawine..................................................................122 

10.4 Ergebnisse des Lawinenbrechers...............................................................123 

11 SAMOS – Simulation ....................................................................................124 

11.1 Rahmenbedingungen .................................................................................125 

11.2 Darstellung der Varianten ...........................................................................126 

11.2.1 Variante „Unverbaut“ ..........................................................................126 

11.2.2 Variante „VerFuture“ - Verbauung Future ...........................................127 

11.2.3 Variante „AllVerBer“ – Verbaute Bereiche 01 und 02 und Unverbauter 

Bereich ...............................................................................................128 

11.2.4 Variante „AllFuture“ – Verbaute Bereiche 01 und 02, unverbauter 

Bereich und Verbauung Future...........................................................129 

11.3 Zusammenfasssung und Beurteilung der Simulationen..............................130 

12 Zusammenfassung .......................................................................................133 

13 Literaturverzeichnis......................................................................................135 


iii


14 Abbildungsverzeichnis.................................................................................139 

15 Tabellenverzeichnis......................................................................................143 


iv


1 Problemstellung 

Die österreichischen Bundesbahnen (vertreten durch DI Christian Rachoy) planen im 

Bereich der Tauern-Schleuse, Station Böckstall, einen Lawinenbrecher zu errichten. 

Anlass für diesen neuartigen Bautyp ist das Problem, dass im Bereich der Station zu 

wenig Platz vorhanden ist, um dem Gefährdungsbereich der Feuersanglawine 

auszuweichen. Andererseits ist eine Verbauung des gesamten Abbruchgebietes 

technisch als auch finanziell nur schwer realisierbar. 

Daher wurde als Verbauungstyp der Lawinenbrecher in Erwägung gezogen. Dieser 

Konstruktionstyp verfolgt das schutztechnische Ziel, die Lawine zu bremsen, 

kinetische Energie zu dissipieren und damit das Gefährdungspotential der Lawine zu 

reduzieren. Ein ähnlicher Bautyp wurde bisher nur auf der Gamsleitenlawine in 

Obertauern errichtet. 

Der Vorteil dieses Bautyps wäre einerseits, bei richtiger Wahl des Bedielungsabstandes, 

eine geringe Gefahr der Vorverfüllung und andererseits die – vermutete – 

Reduzierung der Lawinengeschwindigkeit und des Lawinendruckes. Da nur wenige 

Erfahrungen mit dem Bauwerk vorliegen, haben die Österreichischen Bundesbahnen 

eine Studie in Auftrag gegeben, in der die Effektivität des Bauwerktyps geprüft 

werden soll. Auf der Basis dieser Studie sollte die Entscheidung getroffen werden, 

die Errichtung des Bauwerks durchzuführen oder einen anderen Werktyp zu wählen. 

Die Herausforderung in der Studie bestand darin, dass die vorliegenden numerischen 

lawinendynamischen Modelle (Samos, Elba, …) nicht in der Lage sind, ein 

Bauwerk dieses Typs mit der nötigen räumlichen Genauigkeit abzubilden und damit 

die Wirksamkeit dieser Modelle zu überprüfen. 

Es war daher notwendig, ergänzend mit physikalischen Modellversuchen, unter 

Einhaltung der so genannten Modellgesetze die Wirksamkeit zu überprüfen. 

D:\01 Projekte\01 Feuersang\02 doc\Modul III_A_neu.doc 1


2 Zielsetzung 

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, mit wissenschaftlichen Methoden die 

Wirksamkeit des Bauwerks darzulegen. 

Ergebnis der Studie soll sein, die Wirksamkeit des Lawinenbrechers bei ähnlicher 

Geländeneigung wie es in der Natur vorzufinden ist, und bei Einhaltung der 

Geschwindigkeitsrelation zwischen Modell und realer Lawine, nachzuweisen. 

Basis für diese Untersuchungen ist die Arbeitshypothese, dass es sich bei der ins 

Auge gefassten Lawine um eine turbulente Fließlawine handelt. Diese Hypothese ist 

notwendig, da die Wirksamkeit des Lawinenbrechers gegenüber reinen Staublawinen 

als vernachlässigbar zu vermuten ist. Hinzu kommt, dass an dieser Geländestelle 

nicht mit einer reinen Staublawine (vernachlässigbarerer Partikelanteil) zu 

rechnen ist. Auch eine reine Fleißlawine ist von untergeordneter Bedeutung, da diese 

per Definition nur geringe Geschwindigkeiten aufweisen. 

Der Mischtyp einer schnellen Fließlawine mit Staubanteil wird hier als turbulente 

Fließlawine bezeichnet. 

Für diesen Fließtyp gilt es in den Vorversuchen die Plausibilität und Einhaltung der 

Modellgesetze nachzuweisen. Im zweiten Arbeitsschritt wird das Ziel des Nachweises 

der Wirksamkeit für turbulente Fließlawinen verfolgt. 



3 Theorie zum Thema Schnee 

3.1 Entstehung 

Je nach Atmosphärendruck und -temperatur ist 

laut [Mun03] die Luft in der Lage ein bestimmtes 

Höchstmaß an Wasser in Form von 

Wasserdampf aufzunehmen. Mit abnehmender 

Temperatur durch beispielsweise Aufsteigen 

der Luft in der Atmosphäre, kondensiert der 

Wasserdampf zu Nebeltröpfchen, welche die 

Wolkenbildung in der Atmosphäre ermöglichen. 

Sinkt die Temperatur jedoch stark unter 0 °C, Abbildung 3-1: Aggregatzustände, aus 

[www1] 

sublimiert die überschüssige Wassermenge an 

Kristallisationskeimen (z.B. Staubteilchen) und bildet somit Eiskristalle 

(Abbildung 3-1). Die Form dieser weniger als 1/10 mm großen Eiskristalle ist stark 

temperaturabhängig (Tabelle 3-1), weist jedoch immer eine hexagonale Grundform 

auf (Abbildung 3-2). Die besondere Struktur der Wassermoleküle ermöglicht nur 

Winkel von 60° bzw. 120° [www2]. 



Temperaturbereich 

Form 

0 bis -3 °C Dünne hexagonale Platten 

-3 bis -5 °C Nadeln 

-5 bis -8 °C Prismen mit Höhlungen 

-8 bis -12 °C Hexagonale Platten 

-12 bis -16 °C Dendritische Kristalle 

-16 bis -25 °C Platten 

-25 bis -50 °C Prismen mit Höhlungen 

Tabelle 3-1: Temperaturabhängigkeit der Kristalle, aus [www3] 

Abbildung 3-2: 

Temperaturabhängigkeit, aus 

[www4] 

Verbinden sich während des Niederfalls mehrere 

Eiskristalle miteinander, so entstehen Schneeflocken. 

Warme Luft kann erheblich mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kalte Luft. Deshalb 

schneit es bei Temperaturen um den Gefrierpunkt intensiver und in Form von 

Flocken. Bei tieferen Temperaturen hingegen schneit es weniger und eher in Form 

von Einzelkristallen. 

Chemisch gesehen ist Schnee reines Wasser in kristallisierter Form mit einem 

gewissen Luftanteil. Dieser reicht von 50% für nassen Sulzschnee bis 98% für 

Wildschnee [Mun03]. Bei mehrjährigem Schnee (Firn) reduziert sich dieser Anteil auf 

weniger als 50%. Selbst in kompaktem Eis ist noch ein Luftanteil von ca. 10% 

eingeschlossen. 

3.2 Metamorphose 

Unter Metamorphose wird die ständige Umwandlung der Schneekristalle nach 

thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten vom Entstehungszeitpunkt in der Atmosphäre 

bis zum Schmelzen verstanden. 



Hierbei werden nach [Mun03] vier Teilprozesse unterschieden: 

a) Mechanische Umwandlung 

b) Abbauende Umwandlung 

c) Aufbauende Umwandlung 

d) Schmelzumwandlung 

zu a) Mechanische Umwandlung 

Unter Windeinfluss findet bereits während des Fallens der Eiskristalle in der 

Atmosphäre eine Umwandlung statt. Die hexagonale Grundform der Kristalle 

wird zerstört und fallen laut [Mun03] als Trümmer zu Boden, von wo sie durch 

Wind verfrachtet werden können. Dieser als Triebschnee bezeichnete Schnee 

hat im Vergleich zum Neuschnee eine zwei- bis viermal so hohe Dichte und ist 

durch steifes, sprödes Verhalten charakterisiert, weshalb hohe Spannungen in 

der Schneedecke auftreten. 

zu b) Abbauende Umwandlung 

Abbildung 3-3: Vom hexagonalem Schneekristall zum Rundkorn, aus [www5] 

Die abbauende Umwandlung ist hauptsächlich durch Setzung der Oberfläche 

charakterisiert. Dies ist darauf zurückzuführen, dass an den feinen 

Kristallspitzen Wassermoleküle verdunsten und eine Umlagerung in Richtung 

Kristallzentrum stattfindet. Weiters findet an den Verzweigungen, wo der 

Sättigungsdruck geringer ist, eine Sublimation statt (Abbildung 3-3). [Wies95] 

D.h., es entsteht filziger und letztendlich rundkörniger Schnee 

(0,1 bis 0,2 mm), dessen Oberfläche geringer ist und demnach weniger Raum 

beansprucht. Weiters nimmt auch der Luftgehalt innerhalb der Schneedecke 

ab. Die Schneedecke, welche durch Bindung der Körner an den Berührungspunkten 

entsteht, wird somit immer fester und dichter und wirkt der Lawinenbildung 

entgegen. Sowohl erhöhter Druck durch Eigengewicht der Schnee- 



decke, als auch milde Temperaturen beschleunigen die abbauende 

Umwandlung deutlich. Mit anderen Worten nimmt die Setzungsgeschwindigkeit 

mit zunehmender Temperatur zu. 

Übliche Dauer dieser Umwandlung liegt zwischen ein bis zwei Wochen. 

Leider existiert auch ein Prozess, der den Festigkeitsgewinn der abbauenden 

Umwandlung wieder vernichtet: 

zu c) Aufbauende Umwandlung 

Abbildung 3-4: Vom Rundkorn zum Becherkristall, aus [www5] 

Bei der aufbauenden Umwandlung handelt es sich um die Neubildung von 

kristallinen Hohlformen. Diese basiert auf Temperaturgradienten, zwischen 

dem durch Erdwärme relativ warmen Boden und der kalten Schneedecke, d.h. 

die Temperatur nimmt nach oben hin ab. Da die Schneedecke als isolierende 

Schicht wirkt, beträgt die Bodentemperatur ca. 0 °C. Infolge des Temperaturgradienten, 

stellt sich auch ein Dampfdruckgradient ein. 

Mit steigender Temperatur 

nimmt der auch der 

Dampfdruck zu. Ist dieser 

groß genug, dies ist 

vor allem im Hochwinter 

der Fall, beginnt der Altschnee 

am Boden zu 

verdunsten, steigt in 

kühlere Schichten auf Abbildung 3-5: Vorgänge bei der aufbauenden Umwandlung, 

aus [Rab96] 

und sublimiert an den 

kälteren Schneekörner (Abbildung 3-5). Die neuen Kristalle setzen vorerst 

neue Kanten, Ecken und Flächen an. Das Endstadium ist die Bildung von 

Becherkristallen (Schwimmschnee, Tiefenreif) hexagonaler Bauform 



(Abbildung 3-4), die von oben nach unten anwachsen. Laut [Mun03] werden 

diese ca. 5 mm lang und bilden Becher. Da diese Becherkristalle kaum 

Bindungen eingehen, liefert diese Schneeart eine geringere Festigkeit. 

Je größer der Temperaturgradient, d.h. je tiefer die Lufttemperaturen und je 

dünner die Schneedecke, desto rascher läuft dieser Prozess ab. 

Da bei diesem Prozess keine Setzung stattfindet, ist dieser Vorgang von 

außen visuell nicht erkennbar. Der Prozess dauert an, solange der 

Temperaturgradient groß genug ist. Erfahrungsgemäß entstehen Becherkristalle 

in ca. zwei bis vier Wochen. 

zu d) Schmelzumwandlung 

Durch Erwärmung der Schneekristalle auf 0 °C entsteht an der Oberfläche der 

Kristalle ein Wasserfilm [Mun03]. Diese Erwärmung kann durch einen 

Warmlufteinbruch, Wind, Regen oder Sonneneinstrahlung erfolgen. „Durch 

mehrmaliges Schmelzen und Wiedergefrieren entsteht der grobkörnige Sulzschnee 

mit einem Korndurchmesser größer als 1 mm“ [Mun03]. 

Abbildung 3-6: Rückwandlung vom 

Becherkristall zum Rundkorn, aus [www6] 

Abbildung 3-7: Bildung von 

Schmelzwasser, aus [Rab96] 

Abbildung 3-6 beschreibt die Umwandlung von Kristallen zu Rundkörnern. 

Diese werden durch die Oberflächenspannung des anfallenden Porenwassers 

anfangs aneinander gezogen, wodurch es zu einer erneuten Verfestigung 

kommt. 

Mit zunehmendem Wassergehalt durch Wärmezufuhr bilden sich zwischen 

den Körnern sog. Schmelzkanäle und es entsteht freies Wasser 



(Abbildung 3-7). Dieses folgt der Schwerkraft nach unten, wodurch eine rapide 

Festigkeitsabnahme und eine Setzung zu verzeichnen ist. D.h. die Schmelzumwandlung 

ist durch eine wellige Oberflächenstruktur gekennzeichnet. 

Wird der Sickervorgang des Wassers in der Schneedecke durch beispielsweise 

Eislamellen gestoppt, „entsteht an dieser Stelle eine Schmierschicht, 

auf der die nassen Schneebretter als Oberlawinen abgleiten. Sickert das 

Schmelzwasser bis auf den Boden, entstehen nasse Bodenlawinen, die 

häufigste Form des nassen Schneebrettes“. [Mun03] 

3.3 Schneearten 

Aufgrund der vielfältigen Bezeichnung von Schneearten, werden die Gebräuchlichsten 

samt ihren Eigenschaften und Fakten in Tabelle 3-3 charakterisiert. 

Kriterium Schneeart Eigenschaften Fakten 

Neuschnee 

→ frisch gefallen 

→ nicht älter als drei Tage 

→ Eiskristalle noch fein verzweigt 

→ geringe Festigkeit 

ρ mittel = 100 kg/m³ 

n mittel = 89 % 

albedo = 0,95 

ALTER – Teil 1 

Altschnee 

→ mindestens drei Tage alt 

→ Kristalle weniger verästelt und 

abgerundet 

→ Altschnee mit gefrorener 

ρ mittel = 350 kg/m³ 

n mittel = 62 % 

albedo = 0,40 

Oberflächenschicht 

Harsch 

→ große Härte 

→ darunter liegender Schnee 

weiterhin pulverartig 

Tabelle 3-2: Schneearten im Überblick – Teil 1, aus [Mun03], [Rab96], [www2], [www7] 



→ mindestens ein Jahr alt 

→ höhere Dichte 

FEUCHTIGKEIT 

ALTER – Teil 2 

→ Eiskristalle zu größeren 

ρ = 600 – 800 kg/m³ 

Firn 

Eisbrocken verschmolzen 

n = 35 – 13 % 

→ Weitgehend Wasser- und 

Luftundurchlässig 

→ Halb durchsichtig blau oder 

ρ = 800 – 900 kg/m³ 

grün gefärbt 

Gletschereis 

n = 13 – 2 % 

→ durch Erdanziehung ständig in 

albedo = 0,20 - 0,40 

Bewegung 

→ trockener Schnee 

ρ = 30 – 60 kg/m³ 

Pulverschnee → klebt selbst unter Druck nicht 

n = 97 – 93 % 

zusammen 

→ klebt unter Druck zusammen 

ρ = 100 - 20 kg/m³ 

Feuchtschnee 

→ kein Wasser auspressbar 

n = 89 – 78 % 

→ sehr schwer und nass 

→ Wasser auspressbar 

Nassschnee 

ρ = 300 - 600 kg/m³ 

→ Korngröße > 1 mm 

(Sulzschnee) 

n = 67 – 35 % 

→ gefroren sehr hart, solange er 

nicht durchbrochen wird 

→ Gemisch aus Wasser und 

Schneebrocken 

(Schneematsch) 

Faulschnee 

→ geringe Festigkeit 

→ sehr nasser und haltloser 

Schnee 

Schneeregen → Gemisch aus Schnee + Regen 

Legende: ρ … Dichte siehe 3.4.1 n … Porenanteil siehe 3.4.1 

Albedo … Rückstrahlvermögen 

Tabelle 3-3: Schneearten im Überblick – Teil 2, aus [Mun03], [Rab96], [www2], [www7] 



3.4 Physikalische Eigenschaften des Schnees 

3.4.1 Dichte und Porenanteil 

Die Dichte gehört zu den wenigen Kennwerten des Schnees, die einfach und genau 

bestimmt werden können. 

Zur Bestimmung werden folgende Methoden herangezogen [Rab96]: 

• Ausstechmethode 

• Probekörpermethode oder 

• Neuschneemethode 

Das durchschnittliche Raumgewicht des Lawinenbildenden Schnees beträgt in 

[Mun03] rund 150 bis 200 kg/m³, die Raumgewichte der einzelnen Schneearten 

(Tabelle 3-3) unterscheiden sich jedoch erheblich. Dies ist auf den erheblichen 

Einfluss der Poren zurückzuführen. Mit abnehmendem Porenraum nimmt die Dichte 

zu, da die Festmasse pro Volumeneinheit zunimmt. 

Der Zusammenhang des Porenanteils mit der Schneedichte ρ und dem porenfreiem 

Eis (ρ E = 917 kg/m³ [Rab96]) wird durch Beziehung (3.1) festgelegt. 

ρ 

n = 1− 

ρ 

E 

(3.1) 

3.4.2 Feuchtigkeit 

Das Wasser zwischen den Schneekörnern hat die Wirkung eines Schmiermittels, 

weshalb die Feuchtigkeit bzw. der Wassergehalt des Schnees dessen Festigkeit 

wesentlich beeinflussen. 

Aufgrund der geräte- und zeitmäßig aufwendigen Bestimmung des Wassergehaltes, 

wird die Feuchtigkeit gemäß Tabelle 3-4 geschätzt. 



Skala Bezeichnung Merkmale 

1 trocken 

Schneetemperatur unter -1 °C, Schnee lässt 

sich nicht ballen 

2 

schwach 

feucht 

Schneetemperaturen zwischen -1 und 0 °C , 

pappig, lässt sich ballen 

3 feucht 

Wasser beim Zusammenquetschen auspressbar, 

0 °C 

4 nass Wasser läuft ab, 0 °C 

5 sehr nass Wasserdurchtränkt (Matsch), 0 °C 

Tabelle 3-4: Schneefeuchtigkeit, aus [Mun03] 

3.4.3 Temperaturverhältnisse innerhalb der Schneedecke 

Um die Temperaturverhältnisse der Schneedecke beurteilen zu können, müssen alle 

Energieflüsse auf die Schneedecke berücksichtigt werden. 

Diese sind: 

• langwellige Strahlung (Wärmestrahlung) 

• kurzwellige Strahlung (Sonneneinstrahlung) 

• Wärmeaustausch (fühlbare Wärme durch Luftmengenaustausch) 

• Dampfaustausch (Kondensieren und Verdunsten) 

• Massenaustausch (Niderschlag) 

• Bodenwärme 



Einen Überblick der Energieflüsse liefert Abbildung 3-8 [Rab96]. 

Abbildung 3-8: Energiebilanz, aus [Rab96] 

Die Temperaturverhältnisse innerhalb der Schneedecke sind am Besten anhand des 

Temperaturgradienten darstellbar, welcher als Temperaturdifferenz zwischen Erdboden 

und Schneeoberfläche, geteilt durch die Schneedeckenhöhe definiert ist 

(Abbildung 3-9). 

Abbildung 3-9: Temperaturgradient der 

Schneedecke, aus [Rab96] 

Ein großer Gradient, z.B. tiefe Oberflächentemperatur bei dünner Schneedecke 

beschleunigt die gefährliche Schwimmschneebildung (siehe Abschnitt 3.2 Aufbauende 

Umwandlung). Hingegen bewirkt ein kleines Gefälle, d.h. milde Temperatur bei 

dicker Schneedecke, eine Verzögerung. Daraus ist zu schließen, dass sich unter 

Umständen wenig Schnee ungünstiger auswirken kann als viel Schnee. [Mun03] 



Weiters ist Schnee aufgrund seines hohen Luftanteils ein guter Isolator. Durch die 

geringe Wärmeleitfähigkeit der Schneedecke, kann gemäß [Mun03] bei einer 

Schneedecke von mehr als einem halben Meter von einer Bodentemperatur mit in 

der Regel 0 °C ausgegangen werden. 

Dringt aufgrund zu geringer Schneedecke und zu großer Kälte die 0 °C-Isotherme in 

den Boden ein, findet eine Verzögerung der aufbauenden Metamorphose statt 

(Abbildung 3-9). [Rab96] 

Aufgrund der Energiebilanz kommt es zu tages- und jahreszeitlichen Schwankungen 

innerhalb der Schneedecke. Abbildung 3-10 zeigt beispielsweise die tageszeitliche 

Änderung des Temperaturgradienten im Hochwinter [Rab96]. 

3.5 Reibungsmechanismen 

Abbildung 3-10: Tagestemperaturverlauf der 

Schneedecke im Hochwinter, aus [Rab96] 

Die Reibung ist auf die Wechselwirkung zwischen Molekülen zurückzuführen. Allen 

Bewegungsvorgängen wirkt aufgrund der Reibung eine Reibungskraft entgegen. 

Eine Umwandlung der kinetischen Energie in andere Energieformen, beispielsweise 

Wärme, ist die Folge. 

Ausgehend von einem starren Körper, der auf horizontalem Untergrund liegt, ist 

hinsichtlich des Bodenreibungswinkels zwischen zwei Mechanismen zu unterscheiden: 

• Trockene Reibung 

• Flüssigkeitsreibung 



3.5.1 Trockene Reibung 

Zwischen Körper und Untergrund herrscht eine Reibungskraft R (Abbildung 3-11). 

Diese ergibt sich aus N, herrührend aus dem Eigengewicht und eventuellen Auflasten, 

und dem Reibungsbeiwertµ. D.h., die Reibungskraft ist unabhängig von der 

Größe der Berührungsfläche. 

N 

y 

x 

v 

R = N ⋅ µ 

(3.2) 

R 

Abbildung 3-11: Trockene Reibung, aus 

[Rab96] mit Änderungen 

Der Reibungsbeiwert µ ist von der Beschaffenheit bzw. Rauhigkeit und dem Material 

des Untergrundes abhängig. Als Anhaltswerte werden in [Rab96] Beiwerte laut 

Tabelle 3-5 für die Gleitreibung (Körper in Bewegung) angeführt. 

Materialkombination Reibungsbeiwert µ 

Nassschnee – Eisen 0,01 – 0,19 

Nassschnee – Holz ~ 0,18 

Kalter Schnee – Plastik (Teflon, 

PE, PU, PVC, PA u.a.) 

0,03 – 0,06 

Schnee – Wachs 0,03 – 0,29 

Schnee – Stahl 0,06 – 0,32 

Schnee – Gummi 0,15 – 0,50 

Schnee – Schnee (nicht für 

Lawinen) 

0,40 – 0,70 

Tabelle 3-5: Reibungsbeiwerte für Gleitreibung, aus [Rab96] 

Die Beiwerte der Gleitreibung (Tabelle 3-5) sind unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit. 



Aufgrund von Adhäsionseinflüssen können die Reibungsbeiwerte für die Haftreibung 

(Körper im Ruhezustand) ca. zwei- bis dreimal so groß wie die Gleitreibungsbeiwerte 

(Tabelle 3-5) angesetzt werden [Rab96]. D.h., die Haftreibung ist größer als die 

Gleitreibung, weshalb mehr Kraft erforderlich ist, um einen Körper in Bewegung zu 

versetzen. 

3.5.2 Flüssigkeitsreibung 

Es handelt sich um ein ähnliches Gedankenmodell wie in Abschnitt 3.5.1. Der 

Unterschied liegt darin, dass sich der starre Körper auf einer Flüssigkeitsschicht 

bewegt (Abbildung 3-12). 

Im Gegensatz zur Trockenreibung ist die Flüssigkeitsreibung unabhängig von der 

Normalkraft N. Dafür ist sowohl die Größe der Berührungsfläche A, als auch die 

Dicke d des Flüssigkeitsfilms für die Größe der Reibungskraft R maßgebend. Die 

Reibung nimmt mit zunehmender Schichtdicke d ab. Ebenso hat die Flüssigkeitswahl 

großen Einfluss, da sich die dynamische Viskosität η der Flüssigkeit, die mit 

steigender Temperatur sinkt, auf die Größe der Reibungskraft auswirkt. 

N 

y 

v 

d 

x 

R 

η ⋅ A ⋅v 

R = 

d 

(3.3) 

Abbildung 3-12: Flüssigkeitsreibung, 

aus [Rab96] mit Änderungen 

„Aus verschiedenen Untersuchungen weiß man, dass bei der Reibung zwischen 

Schnee und anderen Materialien (z.B. Boden, Felsplatten, Blechdächern, Skibelägen 

usw.) eine Vermischung der Gesetzmäßigkeiten der trockenen und der Flüssigkeitsreibung 

auftreten“. [Rab96] 



3.5.3 Reibungskegel und mobilisierter Reibungswinkel 

Häufig wird anstelle des Reibungsbeiwertes µ der sog. Reibungswinkel ϕ angesetzt, 

der aus Experimenten gewonnen wird. Es gilt der Zusammenhang (3.4). 

µ = tan( ϕ) 

(3.4) 

ϕ 

ϕm 

y 

N 

S 

x 

R 

Abbildung 3-13: Reibungskegel, aus [www7] mit Änderungen 

Die am Körper angreifende Normalkraft N bzw. Reibungskraft R, definieren durch ihr 

Verhältnis N/R die Neigung ihrer Resultierenden S (Abbildung 3-13), die häufig als 

mobilisierter Reibungswinkel ϕ m bezeichnet wird. 

Anhand der Lage der Resultierenden und der Kenntnis des Reibungskegels 

(Abbildung 3-13) können folgende Fälle unterschieden werden: 

ϕ m ϕ: es findet eine Bewegung des Körpers statt 



3.6 Meteorologische Einflüsse 

3.6.1 Einfluss durch Wind 

Der Wind ist aufgrund der Schneeverfrachtung in potentiellen Lawinenhängen ein 

ausschlaggebender Faktor für die Lawinenbildung. Infolgedessen gilt er als 

„Baumeister der Lawine“. Die für die Lawinenkunde kritische Windgeschwindigkeit 

liegt zwischen 25 und 30 km/h [Mun03]. Dies entspricht einer Windstärke 4 auf der 

Beaufort-Skala. In [Rab96] wird bei einer Windstärke von 6 auf der Beaufort-Skala 

von erheblichen Verfrachtungen berichtet. 

Grundsätzlich muss zwischen Höhenwinden und Bodenwinden unterschieden 

werden. Die Hauptströmung kann durch das Gebirgsmassiv abgelenkt werden, 

weshalb der Bodenwind quer, aber auch entgegen der Höhenwinde wehen kann. 

Diese Kenntnis ist zur Bestimmung der Windschattenseite (Lee) von essentieller 

Bedeutung. Bei gewellter Schneeoberfläche (Abbildung 3-14) liegt die steil 

abfallende Seite im Windschatten, wodurch die Richtung des Bodenwindes bestimmt 

werden kann. 

Abbildung 3-14: Richtung des Bodenwindes, aus [Mun03] 

Abbildung 3-15 zeigt einen idealisierten Berg. Der Wind, der durch die Stromlinien 

dargestellt ist, bläst von links (Luv) nach rechts (Lee). Lee ist demnach als 

windabgekehrte Seite charakterisiert, an der sich Triebschnee ansammelt und stellt 

somit den potentiell lawinengefährdeten Hang dar. An Stellen mit enger liegenden 

Stromlinien wird auf erhöhte Windgeschwindigkeit hingewiesen. Da die Luftströmung 

nicht beliebig nach oben ausweichen kann, ergibt sich am Gipfel, Grat oder Bergrücken 

die größte Windgeschwindigkeit. 



Der Schneetransport durch Wind ist auf das Vorhandensein einer Schleppkraft 

zurückzuführen. Diese ist eine Funktion der Geschwindigkeit. Die transportierte 

Schneemenge nimmt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zu [Wies95] 

bzw. [Rab96]. Im Leehang ist der Abstand der Stromlinien wieder größer, die 

Windgeschwindigkeit geringer, weshalb die Schleppkraft des Windes abnimmt und 

die Schneekristalle abgelagert werden. Der abgelagerte Triebschnee erhöht somit 

das Eigengewicht der Schneedecke und wird durch den Wind eingerüttelt und 

gebunden. Triebschnee erfüllt demnach eine wesentliche Bedingung für die Bildung 

einer Schneebrettlawine (siehe Kapitel 4.4.2). 

Abbildung 3-15: Wind - Baumeister der Lawine, aus [www8] 

Turbulenzen am Leehang führen zur Bildung von Wechten in der Gratregion. Nach 

dem Bildungsprozess besitzen Wechten eine hohe Festigkeit, die mit zunehmender 

Erwärmung abnimmt. Ein Abbrechen der Wechte kann zur Auslösung einer Lawine 

im darunter liegenden Hang führen. 

3.6.2 Einfluss durch Temperaturschwankungen 

Tiefe Temperaturen speichern die bestehende Lawinengefahr innerhalb der Schneedecke. 

Nach starken Schneefällen verzögert sich während einer Kälteperiode die 

Verfestigung der Schneedecke, weshalb die Lawinengefahr bei tiefen Temperaturen 

länger anhält. 



Mit zunehmender Erwärmung nimmt die Festigkeit der Schneedecke kurzfristig ab 

und die Lawinengefahr steigt. Durch die abbauende Metamorphose folgt mit 

zeitlicher Verzögerung jedoch eine rasche Stabilisierung der Schneedecke und die 

Gefahr sinkt. 

Ein drastischer Festigkeitsverlust ergibt sich mit Beginn der Schneeschmelze, worauf 

Schneerutschungen die Folge sind. Ein anschließendes Wiedergefrieren führt erneut 

zum Festigkeitsanstieg. 

Es ist demnach ersichtlich, dass jeder Temperaturwechsel die bestehende Lawinensituation 

signifikant verändern kann. 



4 Lawinenkunde 

4.1 Definition: Lawine 

„Das Wort Lawine leitet sich vom lateinischen Wort labīna "das Rutschen, Gleiten" 

(dieses zum Verb labi "gleiten") ab.“ [www10] 

„Unter einer Lawine sind Schneemassen zu verstehen, die bei raschem Absturz auf 

steilen Hängen, in Gräben u. ä., infolge der Bewegungsenergie oder der von ihnen 

verursachten Luftdruckwelle oder durch ihre Ablagerungen Gefahren oder Schäden 

verursachen können. Als Lawine bezeichnet man den gesamten Bewegungsvorgang, 

beginnend mit dem Anbruch des abgelagerten Schnees im Anbruchgebiet.“ 

[Rab96] 

4.2 Allgemeines 

Sehr häufig wird während der Wintersaison von Unfällen mit tödlichem Ausgang im 

Zusammenhang mit Lawinenabgängen berichtet. 

Seit etwa 70 Jahre wird Lawinenforschung betrieben. Dennoch lassen sich, 

abgesehen von einer künstlichen Sprengung, Zeitpunkt und Ort einer Lawine nicht 

vorhersagen. 

Jede Lawine wird in drei Teilzonen unterteilt (Abbildung 4-1). 

• Anrissgebiet - Ausgangspunkt einer Lawine 

• Sturzbahn - Bewegungsgebiet einer Lawine 

• Ablagerungsgebiet – Zone, in der die Lawine 

ausläuft und zum Stillstand kommt 


Lawinenzonen, aus 

[www11] 



Lawinen entstehen im Allgemeinen im freiem Gelände bei Neigungen zwischen 30 

und 45 ° [Rab96]. Bei geringeren Neigungen ist die Festigkeit meist ausreichend, bei 

größeren hingegen kommt es zu häufigen kleineren Spontanentlastungen, weshalb 

keine großen Massen zum Rutschen kommen. Die Sturzbahn kann jedoch noch 

wesentlich steiler ausfallen. 

Die Geschwindigkeit einer Lawine ist stark von der Sturzbahnneigung, der Masse 

und ihrer Dichte abhängig, d.h. je steiler die Sturzbahn, je größer die Masse und je 

lockerer der Schnee ist, desto schneller wird die Lawine. 

Lawinentyp 

Nasse Fließlawine 

Trockene Fließlawine 

Staublawine 

Geschwindigkeit 

10 – 20 m/s (70 km/h) 

20 – 40 m/s (150 km/h) 

30 – 70 m/s (250 km/h) 

Tabelle 4-1: Lawinengeschwindigkeiten, aus [Rab96] 

Schneegleiten gilt als Vorbote einer Lawine. Gängige Geschwindigkeiten des 

Abgleitens liegen zwischen wenigen Millimetern und mehreren Metern pro Tag. 

Wesentliche Lawinenbildende Faktoren laut [Schw05]: 

• Temperatur 

• Niederschlag 

• Wind 

• Strahlung 

Es handelt sich hierbei um reine wetterabhängige Faktoren, die sich auf die Schneedeckenschichtung 

auswirken. Weiters haben natürlich auch Geländeverhältnisse und 

Vegetation einen beachtlichen Einfluss. 

Diese Faktoren werden vom Lawinenwarndienst herangezogen, um die 

Gefahrenstufe festzulegen. Der Mensch als Variantenskifahrer, aber auch Wild, 

bewirken Zusatzbelastungen, welche nach Überschreiten der Stabilitätsgrenze zum 

Lawinenabgang führen. Die Stabilität eines Einzelhanges kann theoretisch mit 

mechanischen Modellen beurteilt werden. Auch für die Bewegung der Lawinen 

existieren mechanische Modelle. Je nach Lawinentyp werden dabei unterschiedliche 

Eigenschaften der Lawine angenommen. Deshalb ist eine Klassifizierung von 

Lawinen sinnvoll. 



4.3 Klassifizierung und Charakterisierung der Lawine 

Lawinenklassifikation 

Form des Anrisses: 

linienförmig, scharfkantig 

→ Schneebrett 

punktförmig 

→ Lockerschneelawine 

Form der Bewegung: 

vorwiegend fließend 

→ Fliesslawine 

vorwiegend stiebend 

→ Staublawine 

Lage der Gleitfläche: 

innerhalb der Schneedecke 

→ Oberlawine 

auf dem Boden 

→ Bodenlawine 

Form der Bahn: 

flächig 

runsenförmig (kanalisiert) 

Tabelle 4-2: Lawinenklassifikation - Teil 1, aus [www12] 



Feuchtigkeit des 

abgleitenden Schnees: 

Länge der Bahn: 

Art des Schadens: 

Art des anbrechenden 

Materials: 

Trocken 

→ Trockenschneelawine 

vom Berg ins Tal 

→ Tallawine 

Heimstätte, Hab und Gut, 

Verkehr, Wald 

→ Katastrophen- oder 

Schadenlawine 

Schnee 

→ Schneelawine 

Nass 

→ Nassschneelawine 

am Hangfuß zum 

Stillstand kommend 

→ Hanglawine 

Skifahrer und Bergsteiger 

im freien Skigelände 

→ Touristen- oder 

Skifahrerlawine 

(Gletscher-) Eis 

→ Eislawine 

(Gletscherabbruch) 

Tabelle 4-3: Lawinenklassifikation – Teil 2, aus [www12] 

4.4 Anrissformen der Lawine 

4.4.1 Lockerschneelawine 

Diese Art der Lawine entwickelt sich aus einer kleinen 

labilen, oberflächennahen, den Hang hinab rieselnden 

Schneemenge mit punktförmiger Auslösung, welche 

bei ausreichend großer Bewegungsenergie immer 

größer wird (Abbildung 4-2). Der Schnee weist hierbei 

eine geringe Kohäsion auf. Im 

Laufe der Entwicklungsphase 

ist durch das Mitreißen 

weiterer Schneekristalle die typische Birnenform zu 

verzeichnen. An Felsen kommt es ebenso wie beim 

Erreichen hoher Geschwindigkeiten zu Verwirbelungen. 

Abbildung 4-3: Weitergabe 

der Stoßenergie, aus 

Aufgrund des langsamen Wachstums und der meist nur sehr 

[Rab96] 


Lockerschneelawine, aus [www12] 



dünnen, betroffenen Schneeschicht, ist eine Lockerschneelawine verhältnismäßig 

harmloser als eine Schneebrettlawine [Rab96]. Mit diesem Lawinen-typ ist vor allem 

bei frisch gefallenem Pulverschnee zu rechnen. 

4.4.2 Schneebrettlawine 

Im Gegensatz zur Lockerschneelawine entsteht bei der 

Schneebrettlawine der Bruch in der schwachen 

Schichtgrenze (Abbildung 4-6) bzw. direkt an der 

Bodenoberfläche. In vielen Fällen wird dieser Bruch 

durch Skifahrer bzw. Tourengeher eingeleitet. Dieser 

Initialbruch pflanzt sich sehr rasch (etliche 100 m/s 

[Rab96]) in alle Richtungen fort und verursacht bei 

ausreichender Scherkraft das Rutschen der Schneetafel 

(Sprödbruch). Diese reißt scharfkantig entlang der 


Schneebrettlawine, aus [www13] 

Anrisskante (Abbildung 4-5) nahezu gleichzeitig ab, weshalb ein starker innerlicher 

Zusammenhalt dieser abgleitenden Schneemasse vorausgesetzt werden kann. 

Darunter muss eine schwächere Schneeschicht liegen, um das Lösen der Schneetafel 

zu ermöglichen. Kurz nach dem Bruch zerbricht das Schneebrett in einzelne 

Schollen und Blöcke. 

Das Auslösen einer Schneebrettlawine Abbildung 4-5 kann erfolgen durch [Rab96]: 

• Erhöhung der Spannungen 

- auf natürliche Weise durch Vergrößerung des Eigengewichts der 

Schneedecke aufgrund Neuschnee 

- auf künstliche Weise durch Detonation einer 

Sprengladung 

- Pistengeräte, Skifahrer, Wild 

• Verminderung der Festigkeit 

- durch aufbauende Umwandlung unter 

Temperatureinfluss 

- durch Kornbruch bei Neuschnee 

• Störung des Systems 

- durch Einkerbung (Skispur) 


Anrissstirn, aus [www5] 



4.5 Schwachstellen bezüglich Schneebrett 

In Abbildung 4-4 könnte z.B. eine Altschneedecke mit Oberflächenreif wie in 

Abbildung 4-6, deren Übergang zum Neuschnee eine schwache Schichtgrenze 

darstellt, die Ursache der Schneebrettlawine gewesen sein. 

Neuschneeschicht 

Oberflächenreif 

Altschneedecke 

Abbildung 4-6: Schwache Schichtgrenze, aus [Schw05] 

Eine weitere schneebrettbildende Schwachstelle stellt eine lange Grasnarbe dar, 

wodurch ein Gleiten an der Bodenoberfläche leichter stattfinden kann. 

4.6 Bewegungsformen der Lawine 

4.6.1 Fließlawine 

Bei diesem Lawinentyp bildet sich im Gegensatz zur Staublawine eine langsame 

Fließ- oder Gleitbewegung mit dichtem Kern. Dies ist mitunter ein Grund, weshalb 

eine Fließlawine leichter berechenbar und somit am besten untersucht ist. Übliche 

Geschwindigkeiten liegen im Bereich zwischen 70 – 150 km/h [Rab96]. 

4.6.2 Staublawine 

Die Staublawine entwickelt sich bei lockerem, trockenem Schnee immer aus einer 

Fließlawine. Bei ausreichender Geschwindigkeit (10 m/s [Rab96]) bzw. Unebenheiten, 

entsteht eine Luftströmung, welche auf die Oberfläche der Fließlawine wirkt und 

die Schneepartikel aufwirbelt. Diese Übergangsschicht zwischen Fließ- und Staublawine 

wird Saltationsschicht genannt. [www14] 



Abbildung 4-7: Aufbau der Staublawine, aus [www14] 

Eine Staublawine kann Geschwindigkeiten von ca. 250 km/h [Rab96] erreichen. Das 

Aerosol, die Schnee-Luft Suspension, hat eine geringe Dichte von 2–15 kg/m³ 

[Rab96]. Die eigentliche Gefahr bildet nicht die Schneemasse, sondern die enorme 

Druckwelle, welche vor und innerhalb der Lawine herrscht. Neben höherer 

Geschwindigkeit und größerer Fließhöhe der Staublawine im Vergleich zur Fließlawine 

ergibt sich auch eine längere Auslaufzone. Diese Form der Lawine tritt 

vorwiegend bei ergiebigen Neuschneefällen auf. Sie ist deutlich seltener als Fließlawinen. 

4.6.3 Mischlawine 

Dieser Typ ist durch eine Kombination aus Fließ- und Staublawine charakterisiert. 

D.h. sie setzt sich sowohl aus einem fließenden, als auch aus einem stiebenden 

Anteil zusammen, und wird deshalb auch turbulente Fließlawine genannt. 



4.7 Schutz vor Lawinen 

Zum Umgang mit bestehender Lawinengefahr bedient man sich verschiedener 

Lawinenschutzmaßnahmen. 

Grundsätzlich wird hierbei zwischen 

• permanentem und 

• temporärem Lawinenschutz 

unterschieden. 

4.7.1 Permanenter Lawinenschutz 

„Unter permanentem Lawinenschutz versteht man dauerhaft wirksame, technische, 

forstliche und raumplanerische Maßnahmen, sowie die Information der interessierten 

und betroffenen Bevölkerung über Schnee- und Lawinenkunde.“ [Rab96] 

a) Technische Maßnahmen 

Je nach Lage der zu errichtenden Maßnahme, unterscheidet man zwischen 

Verbauung im Anbruchgebiet einer Lawine – dazu gehören Stützverbauung und 

Verwehungsverbauung – und solchen in der Lawinenbahn oder im Lawinenauslauf, 

beispielsweise Ablenk- und Bremsverbauung. Technische Maßnahmen 

sind sehr aufwendig und kostenintensiv. 

b) Stützverbauung 


Stützverbauung, aus [www15] 

Ziel dieser technischen Maßnahme ist das 

Anbrechen einer Lawine zu unterbinden, bzw. 

Schneerutsche, die nicht verhindert werden können, 

auf ein für Boden und Vegetation erträgliches Maß zu 

reduzieren. Es ist die effektivste technische Verbauung 

innerhalb der Anrisszone. 



c) Verwehungsbauten 

An der windabgekehrten Seite der Verwehungsbauten 

wird eine turbulente Wirbelbildung eingeleitet, 

die die Windgeschwindigkeit zumindest 

kleinflächig reduziert. Da es sich meist um Schneezäune 

handelt, findet eine Ablagerung des Triebschnees 

hinter dieser Maßnahme statt, bevor sie in 


Verwehungszaun, aus [www15] den lawinengefährdeten Hang eingeweht wird und 

eine potentielle Gefahr darstellt. Da der Wind als „Baumeister der Lawine“ gilt, 

handelt es sich hierbei um so genannte primäre Bauwerke. 

c) Ablenk- und Bremsverbauten 

Ist das Losbrechen einer Lawine im Anrissgebiet 

nicht zu verhindern, kann das Maß ihrer Gefährdung 

in der Sturzbahn bzw. im Ablagerungsgebiet 

durch Ablenkverbauungen verringert bzw. unter 

Kontrolle gebracht werden. Mögliche Ablenkverbauungen 

sind Ablenkdämme oder Spaltkeile, 


Ablenkverbauung, aus [www16] 

die eine Richtungskorrektur bzw. die Aufspaltung 

in mehrere Kleinlawinen zum Ziel haben. 

Als Bremsverbauten finden Bremsdämme mit ev. vorgelagerten Bremshöckern 

Einsatz (Abbildung 4-10). 

Hauptverkehrsstraßen, Bahnlinien oder Versorgungsleitungen, die im Einzugsgebiet 

der Lawine liegen, werden von Lawinengalerien überdacht. Somit wird die 

Lawine über gefährdete Bereiche hinweggeführt. 

d) Forstliche Maßnahmen 

Der Wald bildet in steilen Hanglagen einen flächenhaften Lawinenschutz und ist 

in der Lage das Anbrechen eines Schneebrettes dauerhaft zu verhindern. Seine 

Erhaltung, Pflege und Wiederherstellung ist demzufolge oberste Priorität 

bezüglich Lawinenschutzes zuzuordnen. Aufgrund der Tatsache, dass die 

forstliche Zone je nach Lage zwischen 1.700 und 2.100 m [Rab96] Seehöhe liegt, 



ist in Lawinenanbruchgebieten ein künstlich angelegter Bestand der effektivste 

Schutz. Bis dieser Schutz seine vollkommene Wirkung erzielt, sind permanente 

Maßnahmen, sowohl als Lawinenschutz, als auch zum Schutz des Bestandes 

unerlässlich. Der Wald übernimmt nach 20 – 50 Jahren die Funktion der 

Stützwerke [Rab96]. 

e) Raumplanerische Maßnahmen 

Durch die stark anwachsende Bevölkerungszahl und der damit verbundenen 

Ausdehnung von Siedlungen in die Gefahrenzone, ist ein Maßnahmenkatalog 

unumgänglich. Für die Erstellung eines Gefahrenzonenplans wird in [Rab96] eine 

Lawine mit einer 150-jährigen Wiederkehrwahrscheinlichkeit zugrunde gelegt. Die 

Untergliederung in Rote und Gelbe Gefahrenzonen lassen auf das 

Gefahrenpotential rückschließen. In der Gelben Zone dürfen Gebäude, welche 

bestimmte bauliche Auflagen erfüllen, errichtet werden. Die Rote Zone darf nicht 

bebaut werden. 

4.7.2 Temporärer Lawinenschutz 

„Temporärer Lawinenschutz umfasst jene Maßnahmen, die kurzfristig und abgestimmt 

auf Zeitpunkt, Ort und Ausmaß der Lawinengefahr eingesetzt werden.“ 

[Rab96] 

Temporäre Lawinenschutzmaßnahmen sind: 

• Warnung 

• Evakuierung 

• künstliche Lawinenauslösung und 

• Sperre 



5 Labormodelle - State of the Art 

5.1 Physikalische Modelle 

Grundsätzlich finden derzeit drei physikalische Modelle zur Lawinensimulation 

Einsatz. In der Benennung der Modelle sind schon wesentliche Informationen 

enthalten: 

• Schwere Flüssigkeit in Wasser 

• Zwei-Phasen Simulation in Wasser 

• Zwei-Phasen Simulation in Luft 

5.1.1 Schwere Flüssigkeit in Wasser 

Die Entwicklung dieses Modells reicht viele Jahrzehnte zurück, dennoch ist es up to 

date. Das Modell wurde 1977 von Hopfinger und Tochon-Danguy und später durch 

Beghin entwickelt [Naa02]. 

Die Simulation der Umgebungsluft erfolgt durch Wasser. Die Schneesuspension wird 

durch eine Flüssigkeit höherer Dichte modelliert. Mit anderen Worten findet eine 

Dispersion der schweren Flüssigkeit im Wasser statt. Das Ergebnis ist eine extrem 

dichte Staublawine. 

Dieses Modell fand unter anderem im EU - Projekt CADZIE Einsatz: 

Als schwere Flüssigkeit hat sich eine Mixtur aus Salzwasser und Kaolin bewährt 

[Fin03]. Dies entspricht einer Dichte von 1,2 g/cm 3 im Vergleich zu Wasser mit 

1 g/cm 3 . Das Dichteverhältnis beträgt demnach 1,2. Im Gegensatz dazu liegt dieses 

Verhältnis bei Staublawinen in der Natur bei ~ 10 [Fin03]. Die Zugabe von Kaolin ist 

notwendig, um die Lawine visuell darstellen zu können. Ein weiterer ausschlaggebender 

Grund für den Einsatz von Kaolin ist der Messtechnik zuzuschreiben, da 

nur Partikel in der Suspension Signale für die Ultraschall-Messungen reflektieren. 

Reines Wasser reflektiert kein nachweisbares Signal. 



Abbildung 5-1: Modell - Schwere Flüssigkeit 

in Wasser, aus [www17] 

5.1.2 Zwei-Phasen Simulation in Wasser 

Oben genanntes Modell wird nur eingesetzt, wenn die Separation, d.h. die getrennte 

Betrachtung der einzelnen Partikel nicht von Interesse ist. Um beispielsweise die 

Auslaufzone einer Staublawine zu untersuchen, ist die Separation ausschlaggebend. 

Ein Zwei-Phasen Modell bildet die Alternative. 

Das Zwei-Phasen Modell basiert auf den Entwicklungen von Hermann und Hutter 

(1991) [Naa02]. Grundlage bildet wiederum Wasser, welches das Umgebungsmedium 

Luft simuliert. Im Gegensatz zu Abschnitt 5.1.1 wird als turbulente Suspension 

jedoch eine Kombination aus Wasser und Partikel bestimmter Form und Material 

eingesetzt. Je nach Wahl der Partikel kann somit die Suspensionsdichte variiert 

werden, um der Naturlawine möglichst zu entsprechen. 

5.1.3 Zwei-Phasen Simulation in Luft 

Anders als bei den bisher beschriebenen Modellen findet keine Modellierung der 

Umgebungsluft statt. D.h. auch im Modell wird Luft eingesetzt, weshalb die Staublawine 

mit trockenen Materialien modelliert wird. 

Übliche Materialien zur Suspensionsmodellierung bilden Partikel aus Polystyrol. Aber 

auch eine Mischung aus ferromagnetischen Sägespänen und Aluminiumstaub wurde 

bereits untersucht [Fin03]. 



6 Modellgesetze 

6.1 Einleitung 

Die Lösung vieler technischer Problemstellungen basiert auf analytischen Ansätzen. 

Andere sind nur aufgrund experimenteller Untersuchungen lösbar. Der Rest der 

Probleme, welcher den Großteil bildet, wird jedoch aus einer Kombination von 

analytischen und experimentell ermittelten Daten gelöst. 

Ein wichtiges Ziel eines jeden Experiments ist, Versuchsparameter im Labor so 

festzulegen, dass das besehende Problem bestmöglich beschrieben wird. Die 

Grundlage hierfür bildet „die Ähnlichkeit“. Diese Ähnlichkeiten bzw. die entsprechenden 

Ähnlichkeitsgesetze werden in der Dimensionsanalyse (Abschnitt 6.2) festgelegt. 

Durch Einhaltung der Ähnlichkeiten geben die beispielsweise im Labor experimentell 

gewonnenen Ergebnisse Rückschluss auf das Verhalten in anderen ähnlichen 

Systemen, wie der Natur. Anhand der ermittelten Ergebnisse werden empirische 

Ansätze ermittelt. 

6.2 Dimensionsanalyse 

Das Ziel der Dimensionsanalyse ist eine Beziehung zwischen der abhängigen 

Größe, d.h. der gesuchten Variable, und den unabhängigen Größen zu finden. Dazu 

ist es nötig, durch geeignete Kombination der unabhängigen, meist dimensionsbehafteten 

Größen, dimensionslose Parameter zu ermitteln. Dies ist relevant, da die 

dimensionsbehafteten Variablen das Problem, aufgrund der Ähnlichkeit, nicht 

unabhängig voneinander beschreiben. D.h., die Dimensionsanalyse basiert auf den 

physikalischen Dimensionen dieser physikalischen Größen. 

Dieser Zusammenhang wird in impliziter Form grundsätzlich wie in (6.1) dargestellt 

[Spru92]. 

Fn( Π , Π ,..., Π ) = 0 

1 2 

n−r 

(6.1) 

In (6.1) stellen Π i die nach der „Methode der sich wiederholenden Parameter“ 

ermittelten dimensionslosen Parameter, n die Anzahl der unabhängigen Größen und 

r die Anzahl der Basisgrößen dar. 



Als Basisgrößen treten vor allem folgende Parameter auf: 

• Länge L 

• Kraft F 

• Masse M 

• Zeit T 

Je nach deren Kombination kommen LFT-, LMT- oder LFMT- Systeme zum Einsatz. 

Die Wahl des Systems hängt von den Dimensionen der physikalischen Größen ab, 

weshalb auch ein ULR-System möglich wäre, wobei die Basisgrößen die Geschwindigkeit 

U, die Länge L und die Dichte R sind. 

Es ist wichtig, alle die den Prozess beeinflussenden physikalischen Größen zu 

berücksichtigen, um ein möglichst prototypnahes Ergebnis zu erhalten. Um die 

Anzahl der Variablen und somit den Aufwand möglichst gering zu halten, ist es 

wichtig, dass alle berücksichtigten Größen voneinander unabhängig sind. 

Für die Simulation der turbulenten Fließlawine im Wassertank sind die in Tabelle 6-1 

tabellierten Größen von Bedeutung. 

Größe Abkürzung Basisgrößen Dimensionen 

Geschwindigkeit v L 1 T -1 m/s 

Dichte der Suspension ρ S M 1 L -3 kg/m 3 

Dichte des Umgebungsmediums ρ U M 1 L -3 kg/m 3 

Dynamische Viskosität des Wassers η W M 1 L -1 T -1 kg/ms 

Partikeldurchmesser d L 1 m 

Formfaktor f - 

Neigungswinkel tan(α) rad 

Innere Reibungsbeiwert tan(φ) - 

Wandreibungsbeiwert tan(δ W ) - 

Bodenreibungsbeiwert tan(δ B ) - 

Fließhöhe H L 1 m 

Erdbeschleunigung g L 1 T -2 m/s 2 

Tabelle 6-1: Physikalische Größen 



Tabelle 6-1 wird entnommen, dass die Dimensionsanalyse für ein naturnahes Ergebnis 

mit 12 unabhängige Größen (n) und 3 Basisgrößen (r) durchgeführt wird. Als 

Basisgrößen scheinen M, L und T auf, weshalb es sich um ein MLT–System handelt. 

Die Anzahl der dimensionslosen Parameter lässt sich anhand des Buckingham 

Π-Theorems folgendermaßen festlegen: 

Eine Funktion mit n unabhängigen Größen, die mit r Basisgrößen gemessen 

werden, besitzen (n-r) voneinander unabhängige, dimensionslose Parameter. 

Mit n = 12, r = 3 sind somit n-r = 9 dimensionslose Argumente (Π-Therme) 

notwendig. 

Zur Bestimmung der Π-Terme müssen Größen aus der Liste der unabhängigen 

Größen ausgewählt werden, deren Anzahl jener der Basisgrößen entspricht. Die 

Wahl dieser so genannten „sich wiederholenden Variablen“ erfolgt anhand des 

Kriteriums, dass alle Basisgrößen in dieser als Gruppe zu betrachtenden Variable 

enthalten sind. Weiters ist Voraussetzung, dass die gewählten Größen voneinander 

unabhängig sind. D.h. die Dimension einer sich wiederholenden Größe kann durch 

variieren der Exponenten und Kombination der Dimensionen der restlichen sich 

wiederholenden Größen nicht reproduziert werden. Somit kann allein mit sich 

wiederholenden Größen kein dimensionsfreier Term gebildet werden. Generell wird 

versucht, die Größen mit den einfachsten Dimensionen als sich wiederholende 

Größen zu wählen. 

Jeder Π-Term wird durch Kombination der sich wiederholenden Variablen und einer 

der verbleibenden Größen gebildet. Durch Variieren der Exponenten wird der dimensionslose 

Π-Term gewonnen. Allgemein nehmen Π-Terme die Grundform laut (6.2) 

an. 

a b c 

Π 

i 

= Z⋅A ⋅B ⋅ C 

(6.2) 

Π i 

… i-te dimensionslose Term 

A, B, C … sich wiederholende unabhängige Variablen 

a, b, c … Exponenten, die durch Variieren Π i dimensionsfrei machen 

Z … verbleibende Größe aus Tabelle 6-1 



In dieser Untersuchung müssen drei sich wiederholende Größen aus Tabelle 6-1 

gewählt werden, die voneinander unabhängig sind und in Summe alle Basisgrößen 

enthalten. Diese Größen sind 

• Geschwindigkeit v 

• Dichte der Suspension ρ s und 

• Fließhöhe H. 

Aus (6.2) folgen nachstehende Grundformen der Π-Terme: 

Π = η ⋅v 

⋅Η ⋅ ρ 

1 

a 

Π 

2 

= g⋅H 

⋅ 

Π = ρ ⋅ ρ 

3 

4 

U 

a 

Π = d⋅ 

H 

Π 

5 

= α 

a b c 

S 

a 

S 

v 

b 

Π 

6 

= f 

Π 

7 

= tan( ϕ) 

Π 

8 

= tan( δ W 

) 

Π 

9 

= tan( δ 

B) 

(6.3) 

Bei dimensionslosen Größen ist eine Kombination mit den sich wiederholenden 

Variablen nicht erforderlich, um einen dimensionslosen Π-Term zu erhalten. Deshalb 

setzen sich die Terme Π 5 bis Π 9 ausschließlich aus diesen Größen und nicht wie die 

übrigen aus einer Kombination mit den sich wiederholenden Variablen zusammen. 

Die Exponenten a, b und c in (6.3) müssen so ermittelt werden, dass der resultierende 

Exponent für jede Basisgröße M, L und T Null wird. 

Beispielshalber kann Π 1 aus (6.3) durch Einsetzen der Basisgrößen (Tabelle 6-1) 

folgendermaßen umschrieben werden: 

0 0 0 1 −1 −1 0 1 −1 a 0 1 0 b 1 −3 0 

c 

⎡ 

⎣ 

MLT ⎤ 

⎦ 

= ⎡ 

⎣ 

MLT ⎤ 

⎦ 

⋅⎡ ⎣ 

MLT ⎤ 

⎦ 

⋅⎡ ⎣ 

MLT ⎤ 

⎦ 

⋅⎡ ⎣ 

MLT ⎤ 

⎦ 

(6.4) 

Mit der Festlegung der Exponenten a = -1, b = -1 und c = -1 folgt aus (6-4) 

0 0 0 1 −1 −1 0 −1 1 0 −1 0 −1 3 0 

⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ 

⎣ 

MLT 

⎦ 

= 

⎣ 

MLT 

⎦ 

⋅ 

⎣ 

MLT 

⎦ 

⋅ 

⎣ 

MLT 

⎦ 

⋅ 

⎣ 

M LT 

⎦ 

(6.5) 



Durch basisbezogenes addieren der Exponenten wird die Gleichung (6.5) erfüllt. 

Mit 

η 

Π 

1 

= 

v ⋅ H ⋅ 

ρ 

S 

(6.6) 

ist somit auch die Dimensionsfreiheit bewiesen. Dasselbe Verfahren wird zur Ermittlung 

von Π 2 bis Π 9 angewendet. 

Um gebräuchliche dimensionslose Π-Terme zu erhalten, wird der Kehrwert der ermittelten 

Π -Terme angesetzt. Die Terme bleiben dennoch dimensionslos. 

Daraus ergeben sich folgende neun Π-Terme: 

v⋅H⋅ρS 

Π 

1 

= 

η 

v 

Π 

2 

= 

g⋅H 

ρS 

Π 

3 

= 

ρ 

Π = 

4 

U 

d 

H 

Π = α 

5 

Π 

6 

= f 

Π = tan( ϕ) 

7 

Π = tan( δ ) 

8 

Π = tan( δ ) 

9 

W 

B 

(6.7) 

In (6.7) bildet Π 1 die Reynolds-Zahl (Abschnitt 6.3.2) und Π 2 die Froude-Zahl 

(Abschnitt 6.3.1). 

Da die Lawine ein ähnliches Strömungsverhalten wie Wasser aufweist, ist die 

Anwendung des Froude-Modells ein vernünftiger Ansatz. Dieser Ansatz ist auch 

berechtigt, da eine turbulente Strömung und somit eine hohe Reynolds-Zahl zu 

erwarten ist. Der hohen Reynolds-Zahl steht eine vernachlässigbar kleine Viskosität 

gegenüber. Weiters kann dem Moody-Diagramm [Munso02] entnommen werden, 

dass sich bei hohen Reynolds-Zahlen keine Änderung hinsichtlich des Reibungsfaktors 

bzw. der relativen Rauhigkeit ergibt. Das Reynolds-Modell findet deshalb 

keine Anwendung. 



Aufgrund der unterschiedlichen Materialdichten zwischen Modell und Natur ist es 

sinnvoll anstelle der Froude-Zahl die dichtebezogene Froude-Zahl zu verwenden. Es 

handelt sich dabei um die Erweiterung der Froude-Zahl um das Dichteverhältnis der 

betroffenen Medien. Mit cos(α) wird die entsprechende Komponente der Erdbeschleunigung 

berücksichtigt: 

v 

Π 

2, d 

= = Fr 

⎛ρS 

− ρ ⎞ 

U 

g⋅H⋅cos( α ) ⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠ 

d 

(6.8) 

Ein weiteres Kriterium stellt das Dichteverhältnis zwischen der Suspension und dem 

Umgebungsmedium dar: 

ρS 

Π 

3 

= 

ρ 

U 

(6.9) 

Um die Turbulenz nachzuweisen ist auch die Reynolds-Zahl mit 

v⋅H⋅ρ Π S 

1 

= = Re 

η 

(6.10) 

eine wichtige Größe. 

Die restlichen dimensionslosen Argumente können als Nebeneffekte deklariert 

werden, die für den Prototyp irrelevant sind und das Modell unerwünscht stark beeinflussen. 

6.3 Dimensionslose Zahlen 

6.3.1 Froude-Zahl 

Die Froude-Zahl (Fr) bildet das Kriterium zur Unterscheidung der Strömungsphänomene 

schießen und strömen. Sie beschreibt die „Ähnlichkeit von Strömungen 

mit freier Oberfläche bezüglich ihrer spezifischen kinetischen Energie v²/2“ und setzt 

sie ins „Verhältnis zur spezifischen potentiellen Energie gl“ [Hell04]. 



Die allgemeine Form wird in (6.11) festgelegt: 

Fr = Trägheitskraft 

Schwerkraft 

= 

v 

g⋅ 

l 

(6.11) 

v … Strömungsgeschwindigkeit (m/s) 

g … Erdbeschleunigung (9,81 m/s²) 

l … charakteristische Länge (m) 

In Abbildung 6-1 werden 4 Stadien der Froude-Zahl unterschieden. 

Fr = 0: ruhender Strömungszustand 

Fr < 1: strömender Strömungszustand 

Fr = 1: kritischer Strömungszustand 

Fr > 1: schießender Strömungszustand 

Strömungsrichtung 

Fr = 0 

v = 0 

Fr < 1 Fr = 1 Fr > 1 

Abbildung 6-1: Foude-Zahl (Wellenbilder), aus [Rutsch02] mit Änderungen 

Die Unterschiede der Froude-Zahlen hinsichtlich der Wellenbildung wird in 

Abbildung 6-1 geschildert. Hierzu wird ein Stein in einen Fluss mit einer bestimmten 

Strömungsgeschwindigkeit geworfen. Die Wellenausbreitung reicht von zentrischen 

Kreisen im stehenden Gewässer (Fr = 0), bis hin zur Wellenausbreitung, die 

aufgrund der hohen Geschwindigkeit keinen Einfluss mehr auf den Oberlauf des 

Gewässers hat (Fr > 1). 



Als charakteristische Länge l wurde in den Untersuchungen die Fließhöhe H 

angesetzt. Wie im Anhang B ersichtlich, handelt es sich bei unseren Versuchsdurchführungen 

um Froude-Zahlen > 1. Demnach liegt ein schießender Strömungszustand 

vor. Dieser Zustand kann auch so interpretiert werden, dass beim Auftreffen der 

Lawinenfront auf ein technisches Hindernis, keine Stauung im Oberbereich der 

Lawine zu erwarten ist [Tief03]. 

6.3.2 Reynolds-Zahl 

Die Reynolds-Zahl (Re) liefert das Kriterium dafür, ob ein laminares oder turbulentes 

Strömungsverhalten vorliegt (Abbildung 6-2). Weiters beschreibt sie die „Ähnlichkeit 

von Strömungen bezüglich ihrer spezifischen Dissipationsenergie“ [Hell04]. Die 

kritische Reynolds-Zahl (Re crit. ), welche die Grenze zwischen laminar und turbulent 

darstellt, liegt für Wasser bei 2300. 

Abbildung 6-2: Laminare vs. turbulente Strömung, aus [www18] 

Re crit kann nur empirisch ermittelt werden und ist für Schneelawinen nicht bekannt, 

wird jedoch in derselben Größenordnung wie Wasser angenommen. 

Die Reynolds-Zahl ist durch Ausdruck (6.12) definiert: 

mit 

Re = Trägheitskraft 

Zähigkeitskraft 

η = ν ⋅ ρ 

= 

v⋅ l⋅ 

ρ 

η 

(6.12) 

(6.13) 

v … Geschwindigkeit (m/s) 

l … charakteristische Länge (m) 

ρ … charakteristische Dichte (kg/m³) 

η … dynamische Zähigkeit (kg/sm) 



ν … kinematische Zähigkeit (m²/s) 

Für eine Flächenlawine darf laut [Lack02] als charakteristische Länge l die Fließhöhe 

H angesetzt werden. Dies liegt darin begründet, dass die Breite B der Flächenlawine 

wesentlich größer als die Fließhöhe H ist. 

In den durchgeführten Experimenten liegen die Re-Zahlen im Bereich von 10 5 (vgl. 

Anhang B). Somit handelt es sich eindeutig um eine turbulente Strömung. 

6.3.3 Richardson-Zahl 

Die Richardson-Zahl (Ri) ist als Verhältnis der potentiellen zur kinetischen Energie 

definiert. Sie stellt ebenso wie die Reynolds-Zahl ein Maß für laminares bzw. turbulentes 

Strömungsverhalten dar. Vereinfachend lautet die Definition in [www18]: 

Ri 

g⋅H 

= 

2 

u 

(6.14) 

Sie stellt den quadratischen Kehrwert der Froude-Zahl dar und findet hauptsächlich 

in der Meteorologie zur groben Berechnung turbulenter Luftströmungen Einsatz. Da 

jedoch mit der Reynolds-Zahl und der Froude-Zahl das Auslangen gefunden wird, ist 

eine Berücksichtigung der Richardson-Zahl nicht erforderlich. 

6.4 Ähnlichkeitsgesetze 

Eine vollständige Ähnlichkeit zweier Systeme (Modell vs. Prototyp) ist in den seltensten 

Fällen erzielbar, weshalb eine partielle Ähnlichkeit meist als ausreichend gilt. 

Die anzustrebenden Ähnlichkeiten werden folgendermaßen unterteilt: 

6.4.1 Geometrische Ähnlichkeit 

Die geometrische Ähnlichkeit besagt, dass alle messbaren geometrischen 

Abmessungen (Partikeldurchmesser, Stützverbauung, Fließhöhe, Oberflächenrauhigkeit 

u.v.m.) in einem bestimmten Verhältnis zum Prototyp stehen müssen. 

Längenverhältnisse und Geometriewinkel bleiben im Modell und Prototyp unverändert. 

Bei den Untersuchungen wurde der geometrische Maßstab mit 1:100 festgelegt. 



6.4.2 Dynamische Ähnlichkeit 

Physikalische Probleme sind dynamisch ähnlich, wenn die dimensionslosen 

Π -Terme sowohl im Modell, als auch im Prototyp gleiche Werte annehmen. In 

diesen Untersuchungen sind die Reynolds-Zahl Π 1 und die Froude-Zahl Π 2 die 

wesentlichen Parameter. Da ein Froude-Modell gewählt wurde, stimmt dieser 

Parameter im Modell und Prototyp überein. Die Reynolds-Zahl liegt im Modell zu tief. 

Dennoch wird dieser Parameter herangezogen, um zu prüfen, ob es sich um ein 

turbulentes Strömungsverhalten handelt. 

6.4.3 Kinematische Ähnlichkeit 

Die Kinematik beschäftigt sich mit der Lehre der Bewegung von Punkten und 

Körpern im Raum. D.h., dass Geschwindigkeitsprofil sollte im Modell und Prototyp 

ähnlich sein. 

Auf diese Ähnlichkeit wird in dieser Arbeit nicht näher eingegangen, da mit der 

geometrischen und der dynamischen Ähnlichkeit das Auslangen gefunden wird. 



7 Versuchsaufbau 

7.1 Das Modell 

3 2 

5 

6 

7 

4 

Abbildung 7-1: Modellaufbau 

1 

5 Reservoir (Abschnitt 7.2) 

1 Druckzylinder 

6 Grundraster 5 x 5 cm 

2 Abdecköffnung 

7 Einbaumodell (Abschnitt 7.4) 

3 Sturzbahn (Abschnitt 7.3) 

4 Auslauftrichter 

Bei dem Modell handelt es sich um einen Wassertank mit den Hauptabmessungen 

von 2,0 x 0,3 x 0,5 m. Dieser Tank aus Plexiglas wird beinahe vollständig, also mit 

ca. 280 Liter Wasser bei einem Fassungsvolumen von 300 Liter, luftdicht gefüllt. Ein 

Druckzylinder (1), welcher unterhalb des Tanks montiert ist, ermöglicht eine stufenlose 

Neigungsänderung von bis zu 50°. 

Eine 0,7 m lange Abdecköffnung (2) an der Oberseite des Tanks im Bereich der 

Sturzbahn (3), welche luftdicht zu verschließen ist, ermöglicht die bessere Zugänglichkeit 

zum Auslauftrichter (4) bzw. zu den Einbaumodellen (7). 



Über ein Reservoir (5), welches über eine separate Öffnung verfügt, erfolgt die 

Speisung der Lawine. Diese strömt entlang der Sturzbahn (3) nach unten und kommt 

an deren Ende zum Stillstand. Mit Hilfe einer geeigneten Auffangvorrichtung 

(Abschnitt 7.5) werden die Partikel, welche die Lawine simulieren, aufgefangen und 

vom Wasser getrennt. Ehe ein weiterer Versuch durchgeführt werden kann, wird das 

Reservoir (5) erneut mit den Partikeln und der Tank mit Wasser gefüllt. 

Da die Lawine aufgrund der Seitenwände des Tanks eingeschränkt ist und somit 

keine naturgemäße Entwicklung in der Breite stattfinden kann, handelt es sich um 

eine 2-dimensionale Lawine (Flächenlawine). Eventuell auftretende Wandeffekte 

werden vernachlässigt. 





Abbildung 7-2: Technische Zeichnung - Wassertank 



7.2 Reservoir 

Das Reservoir (5), welches am oberen Ende 

des Tanks angeordnet ist, wird durch eine 

vertikale Absperrplatte (Abbildung 7-4) von der 

Sturzbahn getrennt. Diese Platte aus 

Aluminium wird mittels einer Spindel nach 

unten gedrückt, wonach zwei Hydraulikdämpfer 

unter Druck stehen. Weiters ist die 

Platte, deren vertikal Lage mit zwei Splints 


Reservoir (Abbildung 7-5) gesichert wird, mit einer 

Lippendichtung versehen, um einen dichten Abschluss zu erzielen. 

Nach Befüllen des Reservoirs mit den Partikeln, werden die beiden 

Splints rasch gezogen, wodurch die unter Druck stehenden 

Dämpfer die Platte schnell nach oben drücken und damit die 

“Partikel-Lawine“ plötzlich auslöst. 

Die Öffnungsweite, welche Einfluss auf die Form der Lawine hat, 

kann durch zwei weitere Splints reguliert werden. 


Absperrplatte 


Sicherungssplint 

7.3 Sturzbahn 

Durch das Öffnen des Reservoirs (5) beginnen die Partikel nach unten zu fließen. 

Dabei wird jedoch, im Gegensatz zur Naturlawine, keine Anfangsentwicklung, wie bei 

einer punktförmigen Lawine berücksichtigt, sondern von Beginn an die gesamte 

Lawinenmasse. 

Aufgrund von Vorversuchen wird der voll entwickelte Lawinenkopf im letzten Drittel 

der Sturzbahn (3) angenommen, d.h. nach ca. 1,2 m. 

Das Untergrundmaterial der Sturzbahn kann bei jedem Versuch auf einfache Weise, 

in Form einer einschiebbaren Platte, ausgetauscht werden. 

In weiterer Folge werden maßstabsgetreue Einbaumodelle (Abschnitt 7.4) eingebaut. 

Um bereits am Anfang die Wirbelbildung im Lawinenkopf einzuleiten, wird knapp 

unterhalb des Reservoirs ein vertikaler Sprung eingebaut. Dies wird durch eine ca. 

1 cm dicke Gummimatte erzeugt, welche flächig im gesamten Reservoirbereich auf 

dem gewünschten Untergrund aufliegt. 



7.4 Einbaumodelle 

Als Einbaumodell findet ein maßstabsgetreues Modell aus Plexiglas Einsatz, welches 

nach Original-Konstruktionsplänen gefertigt wurde. Der geometrische Maßstab 

(Abschnitt 6.5.1) wird mit 1:100 festgelegt. Das Modell reicht über die gesamte Tankbreite. 

Abbildung 7-6: Einbaumodell des Prototyps 

Das gesamte Modell besitzt keine Klebestellen, sondern einfache Schraubverbindungen. 

Dies ermöglicht ein rasches und kostengünstiges Umbauen des Modells, 

sodass insgesamt drei verschiedene Modellvarianten untersucht werden können: 

a) Aufgelöster Lawinenbrecher mit 5 Querstreben 

b) Aufgelöster Lawinenbrecher mit 3 Querstreben 

c) Volldamm 

zu a) Aufgelöster Lawinenbrecher mit 5 Querstreben 

Den Prototyp bildet ein aufgelöster Lawinenbrecher mit 5 Querstreben, 

welcher bereits in der Natur im Einsatz ist. Aus diesem Grund wird diese 

Modellvariante in Folge als Hauptmodell bezeichnet. 



Schnitt A-A 

A 

8 Rippen 

A 

Abbildung 7-7: Technische Zeichnung - 

Aufgelöster Lawinenbrecher mit 5 Querstreben 

zu b) Aufgelöster Lawinenbrecher mit 3 Querstreben 

Durch das Entfernen der zweiten und vierten Querstrebe ergibt sich der zweite 

Untersuchungsfall. 

A 

Schnitt A-A 

8 Rippen 

A 

Abbildung 7-8: Technische Zeichnung – 

Aufgelöster Lawinenbrecher mit 3 Querstreben 



zu c) Volldamm 

Die Montage von 2 mm Blechen an der Vorder- und Rückseite des Hauptmodells, 

liefert das dritte zu untersuchende Modell. 

A 

Schnitt A-A 

8 Rippen 

A 

Abbildung 7-9: Technische Zeichnung –Volldamm 

Die Positionierung des Einbaumodells erfolgt sinnvollerweise an jener Stelle, ab der 

eine voll entwickelte Lawine zugrunde gelegt wird. Dieses Kriterium wird, wie bereits 

in Abschnitt 7.2 erwähnt, im letzten Drittel der Sturzbahn angenommen. 

Der erste Versuch das Modell auf eine 1,5 mm Aluminiumplatte zu schrauben, 

welche sich am unteren Tankende abstützt und mit dem Eigengewicht des Auslauftrichters 

(siehe Abbildung 7-1) von ca. 8 kg beschwert wird, konnte die Positionierung 

des Modells nicht gewährleisten. Der Grund liegt darin, dass der Auslauftrichter unter 

Auftrieb steht und bereits ein geringer Druck der „Partikel-Lawine“ auf den Lawinenbrecher 

reicht, um das gesamte Modell samt Auslauftrichter kurz anzuheben. Die 

nachfolgenden Partikel rutschen unter die Platte und verstärken diesen Effekt 

erheblich. 

Eine zielführende Lösung liefern zwei zusätzliche Imbusschrauben, welche das 

Modell über eine etwas größere Bohrung in der Tankseitenwand und einem Gewinde 



in der äußersten Modellrippe fixieren. Somit wird einer Verschiebung des Modells, 

sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung entgegengewirkt und eine Verfälschung 

der Ergebnisse verhindert. Ein Gummiring als Beilagescheibe verspricht 

eine wasserundurchlässige Löseverbindung. 

7.5 Auffangvorrichtung 

Um nach durchgeführtem Versuch die Partikel möglichst rasch dem Tank entnehmen 

zu können, ist ein Auslauftrichter (4) am Ende der Sturzbahn (3) vorgesehen, 

welcher das automatische Nachrutschen der Partikel zur Auslauföffnung garantiert. 

Über einen Feuerwehrschlauch, mit Kugelschieber zur Regulierung, werden die 

Partikel mitsamt dem Wasser abgesaugt. Hierbei ist jedoch zuvor sicherzustellen, 

dass der Reservoirdeckel geöffnet ist, da ansonst aufgrund des luftdichten Tanks ein 

Unterdruck entsteht und der Tank zerstört wird. Die entnommenen Partikel werden in 

einem Stoffsack aufgefangen, um sie vom Wasser zu trennen. Somit kann das 

Reservoir für den nächsten Versuch mit Partikeln befüllt werden. 

Das entnommene Wasser wird über eine Tauchpumpe in den Tank zurückgepumpt. 

Beim Befüllen muss wiederum sichergestellt sein, dass der Reservoirdeckel geöffnet 

ist, um eine Sprengung des Wassertanks zu vermeiden. 

7.6 Messdurchführung 

Im Bereich der vollen Lawinenentwicklung ist an der Rückwand des Tanks ein weißer 

5 x 5 cm Grundraster (6) parallel zum Tankboden aufgeklebt. Dies ermöglicht einerseits 

die Fließhöhe H der Lawine, und andererseits deren Geschwindigkeit v abzuschätzen. 

Da sich die Untersuchungen auf die Sturzbahn beziehen, werden Lawinen mit einer 

Neigung von 35°, 40°, 45° und 50° simuliert. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass die 

Anbruchzone nicht berücksichtigt wird, eine berechtigte Annahme. 

Wie bereits erwähnt kann sowohl der Untergrund der Sturzbahn als auch das 

Partikelmaterial und die Form auf einfache Weise ausgewechselt bzw. andere 

Materialien getestet werden, um den Eigenschaften des Prototyps gerecht zu 

werden. 



Zur Aufnahme der Lawine stehen zwei Typen von Kameras zur Verfügung: 

a) Sony HDR-HC1E Camcorder 

b) Pulnix Tm 6710 (High-Speed Kamera) 

zu a) Sony HDR-HC1E 

Es handelt sich um einen HDV-1080i Camcorder. Die wesentliche Eigenschaft 

[www19] dieses Camcorders liegt in der 1.440 x 1.080 HDV Auflösung. Mit 

einer Bildaufnahmerate von bis zu 24 Bilder/Sekunde und einer Verschlusszeit 

zwischen ½ - 1/10000 Sekunden können die Vor- und Hauptversuche ohne 

weiteres aufgenommen werden. Die Speicherung der Daten erfolgt hierbei auf 

Tape. Einzelne Bilder können auch auf Memory-Stick gespeichert werden. 

Abbildung 7-10: Sony HDR-HC1E Camcorder, aus [www19] 

Dieser Camcorder eignet sich sehr gut, um einen Überblick über die Form der 

Lawine zu erhalten. Weiters können die Fließhöhe H und die Geschwindigkeit 

v der Lawine durch Ablesen am Grundraster ermittelt werden. Die Auswertung, 

Bearbeitung und das anschließende downloaden der Filme bzw. 

Bilder auf den PC erfolgt mit der Software Pinacle-Studio 10. 

Die Berechnung mittels einer Particle-Image-Velocimetry (PIV) Software um 

Turbulenzen visuell darstellen zu können, ist jedoch nicht möglich, da der 

zurückgelegte Weg der Lawine, zweier aufeinander folgender Bilder mit einer 

Zeitdifferenz von 1/24 Sekunden zu groß ist, um die Bewegung einzelner 

Partikel verfolgen zu können. 



zu b) Pulnix Tm 6710 

Bei einer max. Auflösung von 640 x 484 sind 120 Bilder/Sekunde erzielbar. 

Durch partielle Aufnahme sind sogar bis zu 350 Bilder/Sekunde möglich. Für 

diese Versuchsreihe wurden 240 Bilder/Sekunde als ausreichend empfunden. 

Dies ermöglicht die Verfolgung der Partikel aufeinander folgender Bilder und 

somit die visuelle Darstellung und Interpretation der Turbulenzen im 

Lawinenkopf. 

Aus Gründen der Effizienz wurden jedoch nur die für diese Untersuchungen 

interessanten Versuche zusätzlich mit dieser Kamera aufgenommen. 

Abbildung 7-11: TM-6710, aus [www20] 

Die Aufnahmen werden direkt auf den PC übertragen und erspart somit viel Zeit. 

Eine rasche anschließende Kontrolle der Lawine bzw. der Versuchsdurchführung 

am PC erleichtert die Qualitätskontrolle vor Ort. 

Je nach Versuch, d.h. mit oder ohne Lawinenbrecher bzw. Typ des Lawinenbrechers, 

Großaufnahme oder Gesamtaufnahme der Lawine, beträgt die Distanz 

zwischen Kamera und Tankseitenwand ca. 30 bis 150 cm. 

7.7 Euler´sche und Lagrange´sche Strömungsbetrachtung 

Die Beobachtung strömungsmechanischer Probleme kann im Wesentlichen auf zwei 

generelle Verfahren zurückgeführt werden [Munso02]: 

a) Euler´sche Strömungsbetrachtung 

b) Lagrange´sche Strömungsbetrachtung 



zu a) Euler´sche Strömungsbetrachtung 

Bei dieser Beobachtungsweise ist die Strömungsbewegung durch Beschreibung 

der notwendigen Eigenschaften wie Druck, Dichte, Geschwindigkeit u.a. 

als Funktion von Ort x i und Zeit t i gegeben (Abbildung 7-12). 

Das Prinzip basiert auf der Beobachtung der vorbeiströmenden Strömung an 

einem fixen Punkt im Raum. Dadurch werden Informationen über das Strömungsverhalten 

an diesem Punkt gewonnen. 

t 1 

t 2 

t 3 

t 4 

t 5 

Strömungsrichtung x 

fixe Kameraposition 

Abbildung 7-12: Euler´sche Methode 

Generell lassen sich Flüssigkeitsbeschreibungen anhand der Euler- 

Betrachtung leichter analysieren. Aus diesem Grund wird in dieser Untersuchungsserie 

die Euler´sche Strömungsbetrachtung herangezogen. 

zu b) Lagrange´sche Strömungsbetrachtung 

Im Gegensatz zur Euler´schen Strömungsbetrachtung werden individuelle 

Strömungspartikel über eine gewisse Distanz beobachtet. Es wird untersucht, 

wie die maßgeblichen Strömungseigenschaften mit der Bewegung der 

Partikel, als Funktion der Zeit t i , zusammenhängen. Eine „Markierung“ bzw. 

Identifikation der Partikel ist hierzu notwendig. 



t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 

Strömungsrichtung x 

veränderliche Kameraposition 

Abbildung 7-13: Lagrange´sche Methode 

Diese Betrachtungsmethode findet unter anderem bei der Beschreibung von 

Maschinen, beispielsweise Pumpen oder Turbinen, Einsatz, in welcher 

Energie entlang einer Strömungslinie gewonnen bzw. verloren wird. Ein 

weiteres Anwendungsgebiet liegt in der Ozeanographie, bei deren Untersuchungen 

die markierten Partikel eine Aussage über die Ozeanströmung 

liefern. 

Um den wesentlichen Unterschied dieser beiden Methoden noch zu verdeutlichen, ist 

aus [Munso02] ein Beispiel der Ornithologie zu erwähnen: 

Jedes Jahr fliegen tausende Vögel in den Süden. Einerseits ist für den 

Ornithologen interessant, wie viele Vögel pro Stunde eine Stadt überfliegen. 

Diese Messung ist Euler zuzuschreiben. Andererseits ist auch der Weg, den die 

Vögel einschlagen, aufschlussreich. Dabei handelt es sich um die Lagrange´sche 

Betrachtung. 



8 Vorversuche 

Die Vorversuche dienen dazu, vorab das optimale Material und 

deren Eigenschaften bzw. Verhalten zueinander zu untersuchen, 

mit dem Ziel die Naturlawine bestmöglich zu simulieren. Für diese 

Versuche wird der Sony HDV 1080i Camcorder eingesetzt. 

8.1 Materialwahl 

Wie bereits in Abschnitt 7 erläutert, kann das Untergrundmaterial in der Sturzbahn 

auf rasche, kostengünstige Art ausgewechselt werden. Ebenso können verschiedene 

Materialien und Formen zur Modellierung der Schneepartikel eingesetzt werden. 

Um jedoch eine Ähnlichkeit zwischen der Lawine im Modell und in der Natur zu 

gewährleisten, ist die richtige Wahl dieser Materialien Voraussetzung. 

Ziel ist demnach Materialien zu finden, bei deren Auswertung die wichtigsten 

∏-Terme aus Abschnitt 6 im Modell und in der Natur möglichst gleich groß sind. Die 

maßgebenden ∏-Terme sind: 

• Reynolds-Zahl 

v ⋅ d ⋅ ρ 

Π = = 

η 

hydr . S 

1 

Re 

(8.1) 

Als charakteristische Länge l in (6.12) wird der hydraulische Durchmesser 

d hydr. angesetzt. 

Für Rechteckgerinne, d.h. im Modell, gilt: 

d 

hydr . 

2⋅A 

2⋅H⋅B 

= = 

U 2 ⋅ H + B 

U 

A 

B H 


Rechteckgerinne 

In der Natur gilt für eine Flächenlawine laut [Lack02] 



H 

B>>H 

A 

U 

d 

= ⋅ H 

hydr . 

2 

Abbildung 8-2: Flächenlawine, 

aus [Lack02] mit Änderungen 

• dichtebezogene Froude-Zahl 

v 

Π 

2, d 

= = Fr 

⎛ρS 

− ρ ⎞ 

U 

g⋅H⋅cos( α ) ⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠ 

d 

(8.2) 

• Dichteverhältnis 

Π = ρ S 

3 

ρ 

U 

(8.3) 

Wie in Abschnitt 6 beschrieben, handelt es sich um ein Froude-Modell. Somit gilt die 

Ähnlichkeit zwischen Modell- und Naturlawine als erbracht, wenn folgende 

Voraussetzungen zutreffen: 

Fr 

d 

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ 

⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 

⎜ v 

⎟ ⎜ v 

⎟ 

= ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ 

⎜ ⎛ρS −ρ ⎞ 

U 

ρS ρU 

g H cos( α) ⎟ ⎜ ⎛ − ⎞ 

g H cos( α) 

⎟ 

⎜ 

⋅ ⋅ ⋅⎜ ⎟ ⋅ ⋅ ⋅ 

ρ ⎟ ⎜ ⎜ ⎟ 

U 

ρ ⎟ 

⎝ ⎝ ⎠ ⎠ ⎝ ⎝ U ⎠ ⎠ 

Modell 

Natur 

(8.4) 

⎛ ρ ⎞ ⎛ ⎞ 

S 

ρS 

⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ 

⎝ρU 

⎠ ⎝ρU 

⎠ 

Modell 

Natur 

(8.5) 

Um die Turbulenzen innerhalb der Lawine nachzuweisen, wird die Reynolds-Zahl 

(8.1) herangezogen. Hierbei ist die Gleichheit zwischen Modell und Natur jedoch kein 

anzustrebendes Ziel, sondern lediglich der Nachweis einer turbulenten Strömung. 



Durch Variation der 

• Partikel, welche die Lawine simulieren und der 

• Untergrundverhältnisse in der Sturzbahn 

hinsichtlich deren Materialien und Formen, wird die optimale Kombination ermittelt. 

8.1.1 Partikelwahl 

Um einer Naturlawine möglichst gerecht zu werden, müssten Dichteverhältnisse der 

beteiligten Medien in der Natur und im Modell gleich groß sein. 

⎛ Suspension ⎞ ⎛ Suspension ⎞ 

⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ 

⎝Umgebungsmedium 

⎠ ⎝Umgebungsmedium 

⎠ 

Modell 

Natur 

(8.6) 

bzw. 

⎛ ρ ⎞ ⎛ ⎞ 

S 

ρS 

Π 

3 

= ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ 

⎝ρU 

⎠ ⎝ρU 

⎠ 

Modell 

Natur 

(8.7) 

Um jedoch ebenso die Bedingung (8.4) zu erfüllen, müsste im Modell eine 

entsprechend hohe Geschwindigkeit erreicht werden. 

Das Kontinuitätsgesetz 

Q 

= v⋅ 

A 

(8.8) 

Q … Durchflussmenge (m 3 /s) 

v … Geschwindigkeit (m/s) 

A … Querschnitt (m 2 ) 

besagt, dass bei gleich bleibender Durchflussmenge Q und zunehmender 

Geschwindigkeit v, der Querschnitt A abnimmt. 

Daraus folgt, dass aufgrund der hohen Geschwindigkeiten in der Natur, dementsprechend 

kleine Abmessungen im Modell erforderlich wären. 

Um dennoch das in Abschnitt 7 beschriebe Wassertankmodell verwenden zu 

können, wird deshalb eine Dichteverzerrung in Kauf genommen. Mit anderen Worten 

wird Bedingung (8.7) nur in gewissem Maße erfüllt. Die Folge eines geringeren 



Dichteverhältnisses ∏ 3 im Modell bedingt, um (8.4) zu erfüllen, eine kleinere 

erforderliche Geschwindigkeit v. 

Diese Untersuchungsreihe basiert auf dem in Kapitel 5 erläuterten Zwei-Phasen- 

Modell. 

Das Umgebungsmedium der Naturlawine (ρ U , Natur ) bildet die Luft, im Modell hingegen 

Wasser (ρ U,Modell ). Weiters ist die Suspension der Naturlawine (ρ S,Natur ) als Gemisch 

aus Schnee und Luft charakterisiert. Im Modell bildet diese Suspension allerdings ein 

Gemisch aus Partikel einer gewissen Masse und Wasser (ρ S , Modell ). 

Die Eigenschaften einer Naturlawine sind wesentlich von deren Zusammensetzung 

abhängig. In [Schm03] beruhen reine Staublawinen beispielsweise auf einem Mischverhältnis 

Schnee zu Luft von 1:100. Fließlawinen hingegen setzen ein Mischverhältnis 

von 60:100 voraus. Der Übergang zwischen Staublawine und Fließlawine 

bildet das Verhältnis 10:100. 

Ausgehend von einer durchschnittlichen Schneedichte von ρ Schnee = 250 kg/m 3 und 

einem Mischverhältnis von 20:100, ergibt sich mit ρ U , Natur = 1,293 kg/m 3 folgender 

Richtwert einer turbulenten Fließlawine: 

ρ 

S, 

Natur 

20 ⋅ ρSchnee 

20 ⋅ 250 

= = 

~35 kg / m 

100 ⋅ρ 

100 ⋅1,293 

U, 

Natur 

3 

(8.9) 



Die Suspensionsdichte im Modell ist an dieser Stelle noch nicht bekannt. Die vorerst 

bekannten Dichten sind in Tabelle 8-1 definiert. 

Natur 

Umgebungsdichte 

Suspensionsdichte 

ρ U , Natur = 1,293 kg/m 3 bei 0 °C [Tip00] 

ρ S,Natur = 35 kg/m 3 

Modell 

Umgebungsdichte 

ρ U,Modell = 1.000 kg/m 3 bei 0 °C [Tip00] 

Tabelle 8-1: Dichten der Natur und des Modell 

Die Temperaturabhängigkeit der Dichten in Tabelle 8-1 werden aufgrund deren 

geringfügigen Änderung vernachlässigt. 

Im Rahmen dieser Arbeit war nicht möglich die Konzentration der Partikel innerhalb 

des Lawinenkopfes zu messen. Um dennoch eine plausible Abschätzung der 

Suspension im Modell (ρ S , Modell ) zu gewährleisten, wird zunächst die max. Konzentration 

ermittelt. 

Hierfür wird folgende Überlegung angesetzt: 

Es werden kugelförmige Partikel mit einem Durchmesser zwischen 1,5 und 

3 mm verwendet. Entsprechend dem geometrischen Maßstab von 1:100 

(Abschnitt 6.5), wird dadurch ein Schneebrocken mit einem Durchmesser von 

15 bis 30 cm innerhalb der Lawine simuliert. D.h. 

d = 100 ⋅d 

Natur 

Modell 

(8.10) 

Dies ist eine realistische Annahme, da aufgrund der Lawinendynamik die 

Schneekristalle zu Schneeknollen in etwa dieser Größe verklumpen. 

Im kubisch flächenzentriertem Gitter erreichen diese kugelförmigen Partikel die 

dichteste Kugelpackung (Abbildung 8-3). 



Dies entspricht einem Kugelvolumen von ~ 74 % des Vollkörpers [www21]. 

VKugeln = 0,74 ⋅V 

Würfel 

(8.11) 

Abbildung 8-3: Dichteste 

Kugelpackung 

Werden hingegen flache zylinderförmige Partikel (Plättchen) untersucht, die sich 

als Zylinder übereinander stapeln, ergibt sich ein Gesamtvolumen von ca. 91 % 

des Vollkörpers: 

V = 0,91⋅V 

platt 

Würfel 

(8.12) 

Aufgrund der dynamischen Bewegung innerhalb der Lawine wird sich die 

dichteste Lagerung jedoch nie einstellen. Deshalb wird ein Lufteintrag von 

25 bis 50 % angenommen. 

Daraus ergeben sich für Kugeln folgende Berechnungsvolumina: 

V 

V 

Kuge 

Kuge 

ln 

= 0,75 ⋅0,74 

⋅ V 

ln 

= 0,50 ⋅0,74 

⋅ V 

Würfel 

Würfel 

(8.13) 

(8.14) 

bzw. für flache Zylinder (Plättchen) 

V 

V 

platt 

platt 

= 0,75 ⋅0,91⋅ 

V 

= 0,50 ⋅0,91⋅ 

V 

Würfel 

Würfel 

(8.15) 

(8.16) 

Mit diesen Annahmen gilt es nun das Material mit der optimalen Dichte zu 

finden. 

a) Blei als Partikelmaterial 

Blei besitzt eine Dichte von ρ Blei = 11.300 kg/m 3 (bei 0 °C) [Tip00]. 



Aufgrund der Annahme, dass sich Plättchen stärker aufwirbeln als Kugeln, und 

somit die Turbulenzen innerhalb der Lawine erhöhen, werden neben Bleikugeln 

weiters platt gedrückte Bleikugeln in Erwägung gezogen. 

Hierzu werden die vorher beschriebenen Bleikugeln in einer hydraulischen 

Presse zwischen zwei Stahlplatten mit ca. 100 Tonnen belastet. Aufgrund der 

Tatsache, dass die Bleikugeln unter der Presse dicht aneinander liegen, ist eine 

freie Ausdehnung der Plättchen nicht möglich. Somit “verschmelzen“ diese Bleiplättchen 

miteinander. Das anschließende Lösen der einzelnen Plättchen erfolgt 

(in kurzer Zeit) einfach per Hand. Als Ergebnis sind zwar keine runden, sondern 

unregelmäßig große und eckige Bleiplättchen zu verzeichnen (Abbildung 8-4). 

Plättchen, deren Trennung nicht möglich war und somit zu großen Einfluss auf 

die Untersuchungen haben könnten, wurden ausgeschlossen (Abbildung 8-4 a). 

Aufgrund der unterschiedlichen Kugeldurchmesser ergeben sich auch unterschiedlich 

große Plättchen (Abbildung 8-4 b und c). 

a) b) c) 

Abbildung 8-4: Formen der Bleiplättchen 



Aus den Annahmen (8.11) bis (8.14) ergeben sich für die Blei - Wasser Suspension 

im Modell Berechnungsdichten laut Tabelle 8-2. 

Form Wasseranteil Berechnungsdichte ρ s,Modell 

Kugeln 

Plättchen 

25 % 0,75 ⋅ 0,74 ⋅ 11.300 + 0,25 ⋅ 1.000 ~ 6.500 kg/m 3 

50 % 0,50 ⋅ 0,74 ⋅ 11.300 + 0,50 ⋅ 1.000 ~ 4.700 kg/m 3 

25 % 0,75 ⋅ 0,91⋅ 11.300 + 0.25 ⋅ 1.000 ~ 8.000 kg/m 3 

50 % 0,50 ⋅ 0,91⋅ 11.300 + 0,50 ⋅ 1.000 ~ 5.600 kg/m 3 

Tabelle 8-2: Berechnungsdichten im Modell 

Somit ergeben sich aus Tabelle 8-1, Tabelle 8-2 und der Bedingung 

⎛ ρ ⎞ ⎛ ⎞ 

S 

ρS 

⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ 

⎝ρU 

⎠ ⎝ρU 

⎠ 

Modell 

Natur 

(8.17) 

Dichteverhältnisse bzw. Dichteverzerrungen gemäß Tabelle 8-3. 

Form 

Lufteintrag 

⎛ ρS 

⎜ 

⎝ ρU 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

Modell 

⎛ ρS 

⎜ 

⎝ ρU 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

Natur 

Dichte- 

verzerrung 

Kugeln 

25 % 

Kugeln 

50 % 

Plättchen 

25 % 

Plättchen 

50 % 

6,5 27,1 4,2 

4,7 27,1 5,8 

8,0 27,1 3,4 

5,6 27,1 4,8 

Tabelle 8-3: Dichteverzerrung 

Aus (Tabelle 8-3) ist zu entnehmen, dass ein Lufteintrag bzw. Wasseranteil von 

25 % sowohl bei Bleikugeln, als auch bei Plättchen die Dichtebedingung (8.17) 



besser erfüllt, als mit 50 %. D.h. je schwerer das Material ist, desto eher wird 

diese Bedingung erfüllt. 

b) Gold als Partikelmaterial 

Selbst beim Einsatz von Gold, dem schwersten Edelmetall, mit einer Dichte von 

ρ Gold = 19.300 kg/m 3 (bei 0 °C) [Tip00], ist mit einer min. Dichteverzerrung um den 

Faktor 2 zu rechnen. 

c) Glas als Partikelmaterial 

Glas mit einer Dichte von ρ Glas = 2.400 bis 2.800 kg/m 3 [Tip00] liefert eine Dichteverzerrung 

von ca. 15. 

Dennoch werden für rein visuelle Illustrationen Glaskugeln mit einem Durchmesser 

von 2 mm der Firma Swarovski verwendet. Ca. 50 % der Glaskugeln 

wurden weiß, die andere Hälfte blau eingefärbt. Eine Ähnlichkeit zur Naturlawine 

wird aufgrund der hohen Dichteverzerrung nicht erreicht und somit nicht weiter 

erforscht. 

Aufgrund der hohen Kosten von Gold wird in Folge der Einsatz von Blei als Partikelmaterial 

für ausreichend genau empfunden. 

Somit werden Bleikugeln, mit einem Durchmesser von 1,5 bis 3 mm und unregelmäßig 

große Bleiplättchen als Partikel zur Lawinensimulierung verwendet. 

8.1.2 Das Metall Blei 

Blei ist ein blaugraues, weiches Schwermetall mit einer Dichte von 11,34 g/cm 3 

(bei 0 °C) [Tip00]. Es ist verformbar und weist die kubisch dichteste Kugelpackung 

auf. „Das Metall ist es so weich, dass es auf Papier einen grauen Abrieb hinterlässt. 

An frischen Schnittstellen glänzt es silbrig. Das Metall ist mit 327 °C niedrigschmelzend. 

An Luft bildet es sofort eine dünne, schützende Oxidschicht. In hartem Wasser 

ist Blei sehr beständig; in enthärtetem, CO 2 -reichem Wasser wird es unter Bildung 

von Bleihydrogencarbonat gelöst“ [www22]. 



8.1.3 Untergrundmaterial der Sturzbahn 

Um das Verhalten der in Abschnitt 8.1.1 festgelegten Partikel abschätzen zu können, 

wurden zahlreiche Vorversuche durchgeführt. 

Die ersten Vorversuche wurden mit Bleikugeln auf Plexiglas durchgeführt. Das 

Ergebnis waren jedoch zu hohe Geschwindigkeiten. Weiters wird vermutet, dass 

aufgrund der geringen Reibung von Plexiglas keine rollende, sondern eine vorwiegend 

rutschende Bewegung der Kugeln stattfindet. 

Als Lösungsversuch wurde eine glatte Gummiunterlage der Firma Gummi-Winkler 

GmbH eingesetzt. Hierzu wurde eine 2 mm dicke Gummimatte, welche über die 

gesamte Tankbreite reicht, auf eine 2 mm Plexiglasplatte geklebt. Um die Klebeverbindung 

auch unter Wasser zu gewährleisten, ist ein spezieller Kleber vorzusehen. 

„Power Repair“ der Firma Gummi-Winkler GmbH liefert eine standhafte Verbindung 

zwischen Plexiglas und Gummi, selbst unter Wasser. 

Die erhöhte Rauhigkeit der Gummiunterlage reduziert die Geschwindigkeit der 

Lawine und führt wahrscheinlich zu einer rollenden Bewegung der Kugeln. Auf den 

Beweis der Rollbewegung wird hier jedoch nicht näher eingegangen. 

Den aufgenommenen Bildern ist zu entnehmen, dass sich ein zu spitzer Lawinenkopf, 

im Vergleich zur rundlichen Form der Naturlawine, einstellt. Daraus ist zu 

schließen, dass die max. Geschwindigkeit etwa im unteren Drittel der Fließhöhe H 

liegt (Abbildung 8-6). 

In der Natur liegt die max. Frontgeschwindigkeit bei Staublawinen jedoch etwa auf 

halber Fließhöhe H (Abbildung 8-5), bei Fließlawinen an deren Oberfläche. [Rab96] 

H 

H 

1 

2 H 

< 1 3 H 

Abbildung 8-6: Höhe der 

max. Geschwindigkeit im Modell 

Abbildung 8-5: Höhe der 

max. Geschwindigkeit in der Natur 



Aus diesem Grund wird als weiteres Untergrundmaterial Gummi mit Querrillen 

untersucht. Unter Querrillen wird hierbei die Anordnung der Rillen quer zur 

Strömungsrichtung verstanden (Abbildung 8-7). 

Diese Rillen sollen, wie in [Salm93] dokumentiert, die Größenordnung der Bleikugeln, 

d.h. 1,5 bis 3 mm, haben. Sowohl die Rillentiefe als auch deren Breite betreffend . 

Strömungsrichtung 

2 

2 2 

Abbildung 8-7: Rillengummimatte - Detail 

Der Versuch Draht auf Schaumstoff zu pressen, um 

so diese Rauhigkeitserhebungen zu simulieren ist 

gescheitert. Der Schaumstoff saugt sich nicht 

vollständig mit Wasser an, weshalb der Auftrieb 

unter Wasser zu groß ist und die Unterlage 

Abbildung 8-8: Rillengummimatte 

schwimmt. Weiters ist eine optimale Abstimmung der Maschenweite, der Drahtstärke 

und der Schaumstofffestigkeit erforderlich. Aus diesen Gründen wurde dieser 

Versuch wieder verworfen. 

8.2 Sinkversuch 

Die Eigenschaften bzw. das Verhalten der in Abschnitt 8.1.1 festgelegten Materialien 

und Formen wurde im Sinkversuch näher untersucht. 

Der Sinkversuch ist in dreierlei Hinsicht von Interesse: 

• Messung der Sinkzeit t Sink und daraus die Bestimmung der Sinkgeschwindigkeit 

v Sink 

• Ermittlung des Äquivalentdurchmesser d äquiv unter zu Hilfenahme des 

Stoke´schen Gesetzes 

• Das Verhalten der Kugeln bzw. Plättchen während des Sinkvorganges 

studieren 



8.2.1 Sinkzeit t Sink 

Als Versuchsanordnung wurde ein Standzylinder bis zu einer Messhöhe von 39,5 cm 

mit Wasser (T = 20°C) gefüllt. 

Zu untersuchen sind folgende Partikel: 

• Bleikugeln (∅ 1,5 bis 3,0 mm) 

• Halbplatt, d.h. etwas dickere Bleiplättchen 

• Bleiplättchen horizontal 

• Bleiplättchen vertikal 

• Glaskugeln (∅ 2,0 mm) 

Die Sinkzeit t Sink von jeweils einem Partikel, wurde nach dem loslassen in Sekunden 

gemessen. Es wird angenommen, dass die Partikel von Anfang an die max. 

Geschwindigkeit erreichen. Deshalb wird die verstrichene Zeit t Sink , die die Partikel 

von der Wasseroberfläche bis zum Zylinderboden benötigen, gemessen. 

Es ist eine relativ große Streuung der Sinkzeiten von Bleikugeln im Vergleich zu 

jenen von Glas zu erkennen. Dies wird durch den unterschiedlich großen Durchmesser 

von 1,5 bis 3,0 mm der Bleikugeln begründet. 

Auch bei den Bleiplättchen ist aufgrund der unregelmäßigen 

Deformation 

(Abbildung 8-4) eine gewisse Streuung zu verzeichnen. 

Um diese Streuung der Messzeiten zu berücksichtigen, wird für 

jeden Untersuchungsfall das arithmetische Mittel aus 10 Versuchen 

ermittelt. 


Standzylinder 



Aus den gemessenen Sinkzeiten t Sink und der Kenntnis des Wasserspiegels 

(h Sink = 39,5 cm) im Standrohr wird die Sinkgeschwindigkeit v Sink nach 

v 

Sink 

= Weg 

Zeit 

h 

= 

t 

Sink 

Sink 

( 8.18) 

berechnet. 

Sowohl die gemessenen Sinkzeiten, als auch die mit (8.18) berechneten und 

arithmetisch gemittelten Sinkgeschwindigkeiten können Anhang A entnommen 

werden. 

Eine Gegenüberstellung der Ergebnisse liefert Abbildung 8-10. 

vsink (m/s) 

0,70 

0,65 

0,60 

0,55 

0,50 

0,45 

0,40 

0,35 

0,30 

0,25 

0,20 

0,15 

Sinkgeschwindigkeit 

[v Sink ] 

0,56 

0,49 

0,29 

0,24 

0,22 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

Versuch 

Bleikugeln Blei - halbplatt Bleiplättchen horizontal 

Bleiplättchen vertikal Glaskugeln Mittelwert 

Abbildung 8-10: Sinkgeschwindigkeiten 



Wie zu erwarten ergibt sich aufgrund der hohen Dichte von Blei gegenüber von Glas 

eine höhere Sinkgeschwindigkeit. Die Form der Bleiplättchen ist für die reduzierte 

Geschwindigkeit verantwortlich. Eine sich einstellende Pendelbewegung ist der 

Grund hierfür (Abschnitt 8.2.3). 

8.2.2 Ermittlung des Äquivalentdurchmessers d äquiv 

däquiv 

Der äquivalente Durchmesser d äquiv sagt aus, wie groß 

v Partikel 

v Kugel 

theoretisch eine Kugel sein müsste, um dasselbe physikalische 

Verhalten wie die zu untersuchende Form, aufzuweisen. 

In Abbildung 8-11 kann dem Partikel beispielsweise kein 

eindeutiger Durchmesser zugeordnet werden. D.h. es 


Modell Äquivalenter 

Durchmesser 

muss ein äquivalenter Durchmesser d äquiv ermittelt 

werden, damit vPartikel = vKugel 

gilt. 

Ausgehend von einer Kugel mit dem Durchmesser d und dem Volumen V Kugel 

V 

Kugel 

3 

d ⋅π 

= 

6 

( 8.19) 

ergibt sich eine Gewichtskraft F G (Erdbeschleunigung g, Dichte der Kugel ρ Kugel ) von 

F 

= ρ ⋅g⋅ 

V 

G kugel Kugel 

( 8.20) 

Dieser Gewichtskraft F G wirkt im flüssigkeitsgefüllten Standzylinder (Dichte der 

Flüssigkeit ρ Flüss , dynamische Zähigkeit η) sowohl eine Reibungskraft F R gemäß dem 

Stoke´schen Gesetz, als auch eine Auftriebskraft F A entgegen. 

F 

= ρ ⋅g⋅ 

V 

A Flüss Kugel 

( 8.21) 

F 

R 

= 3 ⋅π ⋅η 

⋅d⋅ 

v 

Sink 

( 8.22) 



Aus (8.22) geht hervor, dass mit zunehmender Geschwindigkeit v Sink auch die 

Reibungskraft F R proportional zunimmt. 

Mit der Wichte γ = ρ ⋅ g und Erfüllung des Kräftegleichgewichts ergibt sich somit die 

allgemeine Form der Sinkgeschwindigkeit v Sink einer Kugel zu [Kol98]: 

vSink 

γ 

Kugel 

− γ 

Flüss 

= ⋅ d 

18 ⋅η 

2 

( 8.23) 

Aus (8.23) kann mit Wasser als Flüssigkeit und der in Abschnitt 8.2.1 ermittelten 

Sinkgeschwindigkeit v Sink der äquivalente Durchmesser d äquiv ermittelt werden. 

Dieser ergibt sich in (8.24) zu: 

d 

äquiv 

= 

18 ⋅η 

Wasser 

⋅v 

Sink 

γ 

Partikel 

− γ 

Wasser 

( 8.24) 

Mit 

v sink 

entsprechend Anhang A 

η Wasser = 0,001 kg/(ms) bei 20 °C 

γ Wasser = 10 KN/m 3 10.000 kg/(m 2 s 2 ) 

γ Blei = 113 KN/m 3 113.000 kg/(m 2 s 2 ) bzw. 

γ Glas = 26 KN/m 3 26.000 kg/(m 2 s 2 ) 

können die anhand (8.24) ermittelten äquivalenten Durchmesser der jeweiligen 

Partikel im Anhang A nachgeschlagen werden. 

Eine Zusammenfassung der Ergebnisse verdeutlicht Abbildung 8-12. 



0,70 

Äquivalenter Durchmesser 

[d äquiv ] 

0,60 

däquiv (mm) 

0,50 

0,40 

0,30 

0,20 

0,10 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Versuch 

Bleikugeln Blei - halbplatt Bleiplättchen horizontal 

Bleiplättchen vertikal 

Glaskugeln 

Abbildung 8-12: Äquivalenter Durchmesser 

Abbildung 8-12 ist beispielsweise für Glaskugeln mit einem Durchmesser von 2 mm 

ein äquivalenter Durchmesser von rund 0,6 mm zu entnehmen. Diese perfekt runden 

Glaskugeln müssten jedoch einen äquivalenten Durchmesser von 2 mm aufweisen. 

Der Grund für diese große Abweichung wird darin begründet, dass 

a) die max. Sinkgeschwindigkeit v Sink auf dieser kurzen Wassersäule von 

39,5 cm nicht erreicht wird und/oder 

b) eine turbulente Strömung vorliegt und somit Beziehung (8.23) keine Gültigkeit 

hat. 

zu a) Um für diese Glaskugeln (Durchmesser 2 mm) einen äquivalenten 

Durchmesser von 2 mm zu erhalten, müsste in (8.23) eine Sinkgeschwindigkeit 

v Sink von 3,5 m/s erreicht werden. Für Bleikugeln je nach 

Durchmesser (1,5 bis 3,0 mm) zwischen 12 und 50 m/s. (Abbildung 8-10) 

kann entnommen werden, dass jedoch nur Geschwindigkeiten zwischen 

0,22 und 0,56 m/s gemessen wurden. Mit anderen Worten wird die volle 

Sinkgeschwindigkeit v Sink nicht erreicht und führt somit zu falschen 

äquivalenten Durchmessern. 



zu b) Die Reynolds-Zahl (8.1) gibt Aufschluss, ob ein laminares oder turbulentes 

Strömungsverhalten vorliegt. 

Mit einem Kugeldurchmesser von 2 mm, der dem hydraulischen Durchmesser 

d hydr. entspricht und der Sinkgeschwindigkeit laut Abbildung 8-10 

ergibt sich für Glas eine Reynolds-Zahl von 

vGlas ⋅dhydr ., Glas 

⋅ρGlas 

0,29 ⋅0,002⋅2600 

ReGlas 

= = ≈ 1.500 

η 

0,001 

Wasser 

Bei Bleikugeln mit einem mittleren Durchmesser von 2 mm, der ebenfalls 

dem hydraulischen Durchmesser von 2 mm entspricht, ergibt sich mit der 

Sinkgeschwindigkeit aus Abbildung 8-10 eine Reynolds-Zahl von 

vBlei ⋅dhydr ., Blei 

⋅ρBlei 

0,56 ⋅0,002 ⋅11300 

ReBlei 

= = ≈ 12.600 

η 

0,001 

Wasser 

Die kritische Reynolds-Zahl beträgt sowohl bei Glas-, als auch bei 

Bleikugeln Re krit. = 2.300. 

Somit kann davon ausgegangen werden, dass sowohl die notwendige Sinkgeschwindigkeit 

v Sink nicht erreicht wird, als auch teilweise turbulentes Strömungsverhalten 

vorliegt. Eine realistische Abschätzung des äquivalenten Durchmessers ist 

deshalb nicht möglich. 

8.2.3 Sinkverhalten 

Die Sinkbewegung der Blei- bzw. Glaskugeln ist im Wesentlichen lotrecht 


Die Bleiplättchen hingegen weisen eine sog. Pendelbewegung auf (Abbildung 8-14). 

Hierbei macht es keinen Unterschied, ob die Bleiplättchen waagrecht oder senkrecht 

losgelassen werden. Ein vertikal losgelassenes Bleiplättchen nimmt sehr rasch die 

horizontale Lage ein. Dieses Verhalten kann auch anhand der ähnlichen Sinkgeschwindigkeit 

(Abbildung 8-10) verdeutlicht werden. 



Abbildung 8-13: Sinkverhalten 

der Kugeln 


Pendelbewegung 

Dies ist der Grund, weshalb die Sinkzeit gegenüber Kugeln ca. 2,5-mal so hoch ist. 

Andererseits wird die Sinkgeschwindigkeit der Bleiplättchen um den selben Faktor 

reduziert. 

Aufgrund der Pendelbewegung wird von einer erhöhten Turbulenz innerhalb der 

Lawine ausgegangen. 

8.3 Erste Simulationsversuche 

Wie bereits in Abschnitt 8.2.3 erwähnt, wird aufgrund der Pendelbewegung eine 

erhöhte Turbulenz durch Bleiplättchen erwartet und somit zunächst als Hauptuntersuchungsmaterial 

in Betracht gezogen. 

Erste Versuche eine Lawine mit Bleiplättchen zu simulieren scheiterte jedoch 

aufgrund der unerwartet hohen Adhäsionskräfte der nassen Bleiplättchen. Ein sehr 

langsames Rutschen ohne Turbulenzen sowohl auf Plexiglas als auch auf der glatten 

Gummimatte und der Rillengummimatte war die Folge. 

Aus diesem Grund konnte diese Formgebung nicht weiter untersucht werden. 



Der Einsatz von Bleikugeln liefert mit allen Untergrundmaterialien vernünftige Werte, 

sowohl die Geschwindigkeit, als auch die Fließhöhe betreffend. Aus diesem Grund 

werden nur diese Kombinationen in sog. Hauptversuchen (Kapitel 9) weiter untersucht. 

8.4 Reibungswinkel 

Wie in Abschnitt 3.5 erläutert ist bei Lawinen mit einer Vermischung der Gesetzmäßigkeiten 

der trockenen und der Flüssigkeitsreibung zu rechnen. 

In Kapitel 6 wurde der Reibungswinkel jedoch als Nebeneffekt deklariert. 

Deshalb beziehen sich diese Untersuchungen der Einfachheit halber nur auf eine 

trockene Ausgangssituation. 

Es treten zwei verschiedene Reibungsmechanismen auf: 

• Innere Reibungswinkel ϕ 

• Wandreibungswinkel δ 

8.4.1 Innere Reibungswinkel ϕ 

Der Reibungswinkel kann experimentell sowohl im Rahmenscherversuch, als auch 

im Triaxialversuch bestimmt werden. Eine einfachere und schnellere Bestimmungsmöglichkeit 

ist das Aufschütten eines so genannten Schüttkegels. 

Der Versuch wird durchgeführt, indem die Kugeln vorsichtig zu einem Kegel 

aufgeschüttet werden (Abbildung 8-15). Die Verwendung eines Trichters zur kontinuierlichen 

Speisung ist hierfür Voraussetzung. 

Abbildung 8-15: Schüttkegel aus Glas bzw. Blei 


β 


Der in Abbildung 8-15 dargestellte Schüttkegel wird in Abbildung 8-16 durch eine 

unendlich lange Böschung modelliert. 

C 

D 

G 

x 

y 

x 

G 

y 

G 

B 

F R 

A 

Abbildung 8-16: Unendlich lange Böschung, aus [Kol98] mit Änderungen 

In Abbildung 8-16 wird ein unendlich langes Teilstück mit dem Gewicht G pro Laufmeter 

betrachtet [Kol98]. Die vertikalen Spannungen in AD heben sich mit den 

Spannungen in BC auf. Der talwärts treibenden Komponente G x mit 

G = G⋅ 

sin β 

x 

( 8.25) 

steht eine haltende Reibungskraft F R mit 

F = G⋅cos 

β ⋅ tanϕ 

R 

( 8.26) 

gegenüber. 

In (8.25) bzw. (8.26) bildet β den Neigungswinkel der Böschung und ϕ den vorhandenen 

Reibungswinkel des Bodens. Die Standsicherheit einer Böschung ist durch die 

Gegenüberstellung der haltenden Kraft F R zur treibenden Kraft G x definiert. Die 

Sicherheit η ergibt sich laut [Kol98] zu 

η = 

tanϕ 

tan β 

( 8.27) 



Die Standsicherheit der Böschung gilt als gewährleistet, solange η ≥ 1 ist. 

Übertragen auf den Schüttkegel wird die Sicherheit in (8.27) η ≥ 1 gesetzt, weshalb 

der Neigungswinkel des Schüttkegels näherungsweise dem inneren Reibungs- 

winkel ϕ entspricht. 

Der sich eingestellte Schüttwinkel wird mit einer digitalen Wasserwaage in Grad 

gemessen. In Berechnungen wird meist der Tangens des Reibungswinkels, der sog. 

Reibungsbeiwert oder Reibungskoeffizient, gebildet, welcher dimensionslos ist. 

Die im Versuch ermittelten Reibungswinkel und die daraus berechneten Reibungsbeiwerte 

können Anhang A entnommen werden. 

Zusammenfassend werden die berechneten Reibungsbeiwerte tanϕ grafisch in 

Abbildung 8-17 gegenübergestellt. 

0,60 

Innere Reibungsbeiwert 

[tanϕ] 

tanϕ ( ) 

0,55 

0,50 

0,45 

0,40 

0,54 

0,44 

0,35 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

Versuch 

Bleikugeln Glaskugeln Mittelwerte 

Abbildung 8-17: Innerer Reibungsbeiwert 

Der größere Reibungsbeiwert von Blei ergibt sich aufgrund der größeren Oberflächenrauhigkeit 

im Vergleich zu Glas. 


δ 


8.4.2 Wandreibungswinkel δ 

Unter Wandreibungswinkel ist jener Reibungswinkel zu verstehen, der sich zwischen 

den Partikeln und der Randbegrenzung ergibt. Eine Randbegrenzung bildet einerseits 

die Tankseitenwand aus Plexiglas. Andererseits bewirkt der Untergrund ebenso 

eine Randbegrenzung. Demnach muss auch die Gummimatte bzw. Rillengummimatte 

untersucht werden. Es ist jedoch nicht zwischen der Tankseitenwand aus 

Plexiglas und dem Untergrund aus Plexiglas zu unterscheiden, da es sich um 

dieselben Reibungsmaterialien handelt. 

Die Versuchsdurchführung beruht auf dem Prinzip der trockenen Reibung. 

Ein ca. 4 cm hoher Papierring wird auf die zu untersuchende Unterlage gestellt und 

mit den entsprechenden Partikeln aufgefüllt. Der Neigungswinkel der Unterlage wird 

kontinuierlich erhöht. 

Durch das Anheben der Unterlage überwiegt zuerst die Haftreibung, bis schließlich 

der Grenzzustand erreicht wird und sich der Papierring samt Partikel auf der Unterlage 

in Bewegung versetzt. Der Neigungswinkel, den die Unterlage mit Erreichen der 

Gleitreibung zur horizontalen aufweist, kann wiederum direkt als Wandreibungswinkel 

δ abgelesen werden (Abbildung 8-18). Hierzu wird erneut eine digitale 

Wasserwaage herangezogen. 

F V 

F G 

F N 

ϕ m 

Abbildung 8-18: Modell 

Wandreibungswinkel 

Abbildung 8-19: Wandreibungswinkel 

Die gewonnen Wandreibungswinkel δ bzw. Wandreibungsbeiwerte tanδ für die Randbedingungen 



• Plexiglas 

• Gummimatte 

• Rillengummimatte 

und den Medien Blei- und Glaskugeln sind im Anhang A nachschlagbar. Eine 

Zusammenfassung der Ergebnisse zeigt Abbildung 8-20. 

0,35 

Wandreibungsbeiwert 

[tan(δ) Plexiglas ] 

tan(δ)Plexiglas (-) 

0,33 

0,31 

0,29 

0,27 

0,25 

0,32 

0,27 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

Versuch 

Bleikugeln Glaskugeln Mittelwerte 

Abbildung 8-20: Wandreibungsbeiwert mit Plexiglas als Randbegrenzung 

Es stellt sich ein ähnlicher Verlauf wie beim inneren Reibungsbeiwert ein 


Da der Wandreibungswinkel unabhängig von der Normalkraft ist, ist die Annahme, 

dass der gewonnene Reibungswinkel sowohl für die Tankseitenwand, als auch für 

den Untergrund aus Plexiglas angesetzt werden kann, berechtigt. 

Die Messdurchführung auf der Gummi- bzw. Rillengummi-matte war nicht Ziel 

führend, da der Papierring aufgrund der großen Rauhigkeit 

der Gummioberfläche, nicht zu rutschen begann. Vielmehr 

wurde der Ring durch die Hang abwärts wirkende Kraft, 

herrührend von den enthaltenen Partikeln, angehoben 


Durch das anschließende Herausrutschen der Kugeln, ist Abbildung 8-21: Anheben 

des Papierringes 

eine Messung des Wand-reibungswinkels auf der 

Gummimatte bzw. auf der Rillengummimatte gescheitert. 



8.5 Untersuchung des kontaminierten Wassers 

Aufgrund der Tatsache, dass sich das Tankwasser nach fünf bis sieben Versuchen 

grau einfärbte und eine Messung nicht mehr möglich war, wurde eine Untersuchung 

des Wassers im Hinblick auf den enthaltenen Bleigehalt vorgenommen. 

Die Messdurchführung erfolgte am Institut für Mineralogie und Petrographie anhand 

von fünf Proben, zu jeweils 1,5 l bzw. 2,0 l, welche am Atomabsorptions-Gerät (AAS- 

Gerät) ausgewertet wurden. Die Probenentnahme erfolgte nach jeweils sechs 

Versuchsdurchführungen. Die Ergebnisse stellt Abbildung 8-22 dar. 

Abbildung 8-22: Bleigehalt Messergebnisse 

Der Schwellwert an zulässigem Bleigehalt im Abwasser liegt laut [Bund02] bei 

0,5 mg/l. Demnach ist der max. Bleigehalt mit 0,703 mg/l (Abbildung 8-22) nach sechs 

Versuchsdurchführungen zu hoch. Ebenso das arithmetische Mittel aller Proben mit 

0,55 mg/l. 

Weitere Untersuchungen des kontaminierten Wassers, nach einem bzw. drei 

Lawinensimulationen, erfolgten im Chemielabor des Instituts für Baustofflehre mittels 

Photometer. 

Mit einer maximalen Bleikonzentration von 0,19 mg/l bzw. 0,21 mg/l wird der 

zulässige Schwellwert unterschritten, weshalb für alle Versuchdurchgänge das 

kontaminierte Tankwasser nach jeweils drei Versuchsdurchgängen in das Abwasser 

geleitet und durch neues ersetzt wurde. 



8.6 Gesundheitlicher Aspekt 

Auf Rücksprache mit dem Gesundheitsamt Tirol sind, aufgrund der Arbeiten mit Blei, 

für den Zeitraum der Messungen von 2 bis 3 Monaten keine gesundheitlichen Schädigungen 

zu erwarten. Dennoch wurde auf die mögliche Verwendung von Handschuhen 

hingewiesen. 

Der Bleigehalt im Trinkwasser ist laut [Bund01] mit 0,01 mg/l festgelegt, weshalb 

vom Genuss des kontaminierten Wassers selbstverständlich abgeraten wurde. 

8.7 Dichte des kontaminierten Wassers 

Um eine Dichteänderung aufgrund der Kontaminierung des Wassers durch Blei festzustellen, 

wurde ein Pyknometerversuch durchgeführt. 

Als Pyknometer wird ein Gefäß mit einem bestimmten Innenvolumen 

definiert. Das Gefäß wird mit der zu untersuchenden 

Flüssigkeit bis zum Rand gefüllt. Um das exakte Volumen im 

Pyknometer zu erhalten, besitzt das Gefäß einen Stöpsel mit 

einer dünnen Bohrung (Abbildung 8-23). Durch das Einführen 

des Stöpsels wird Wasser verdrängt, welches aus der 

Bohrungsöffnung spritzt. Somit beinhaltet das Gefäß das 

exakt definierte Flüssigkeitsvolumen. 


Pyknometer 

Das Prinzip des Pyknometers basiert darauf, die Masse der zu untersuchende 

Flüssigkeit mit der von Wasser zu vergleichen. Für diese Versuchsreihe wurde 

entlüftetes Wasser verwendet. Die Entlüftung erfolgte mittels eines sog. Extraktors. 

Um Vergleiche anstellen zu können ist es wichtig, pro Versuch immer den selben 

Pyknometer zu verwenden. 

Auftretende Streuungen werden durch vier Versuchsauswertungen berücksichtigt. 



Folgende Größen müssen ermittelt werden: 

• Masse des leeren Pyknometers m P 

• Masse des mit Wasser gefüllten Pyknometers m P + m W 

• Masse des mit Bleiwasser gefüllten Pyknometers m P + m F 

• Temperatur des entlüfteten Wassers ρ W,entlüftet 

Die in Tabelle 8-4 tabellierten Werte wurden aufgenommen. 

Probe Nr. 3 11 12 13 

m P (g) 41,52 50,89 52,11 47,99 

m P + F (g) 140,64 150,55 150,91 149,15 

m P + W (g) 140,63 150,57 150,91 149,15 

ϑ W (°C) 21 21 21 21 

Tabelle 8-4: Messwerte Pyknometer 

Anhand der Wassertemperatur wird mit [www23] die Dichte des entlüfteten Wasser 

mit ρ W,entlüftet = 997,991 kg/m 3 bestimmt. 

Die Dichten sind folgendermaßen definiert: 

mP+ W− 

ρ 

W , entlüftet 

= 

V 

mP+ F− 

ρ 

Flüssigkeit 

= 

V 

m 

m 

P 

P 

(8.28) 

(8.29) 

In (8.28) bzw. (8.29) stellt V das Innenvolumen des Pyknometers dar. 

Durch Gleichsetzen folgt: 

ρ 

Flüssigkeit 

m 

m 

P+ 

F P 

= ⋅ 

P+ 

W 

− m 

− m 

P 

ρ 

W , entlüftet 

(8.30) 



Tabelle 8-5 stellt die Dichte des entlüfteten Wassers ρ W,entlüftet dem bleihaltigen 

Wasser ρ Flüssigkeit gegenüber. 

Probe Nr. 3 11 12 13 

ρ W,entlüftet (kg/m 3 ) 997,9910 997,9910 997,9910 997,9910 

ρ Flüssigkeit (kg/m 3 ) 998,0917 997,7908 997,9910 997,9910 

Tabelle 8-5: Dichtevergleich 

Aufgrund der Gegenüberstellung dieser physikalischen Größe in Tabelle 8-5 ist 

erkennbar, dass der Bleigehalt im Tankwasser kaum einen Einfluss auf die Änderung 

der Dichte hat. 



9 Hauptversuche 

Aufbauend auf vorige Kapitel können nun mit der Kenntnis der 

notwendigen Materialien die Hauptversuche durchgeführt werden. 

Nach der Festlegung des Berechnungsmodells wird die Datenerhebung 

beschrieben. Die berechneten Geschwindigkeiten 

werden dem Vergleich der Geschwindigkeiten nach Voellmy 

unterzogen. Im Wesentlichen werden sowohl Referenzlawinen, als 

auch Lawinenbrecher genauer untersucht. Unter zu Hilfenahme 

einer High-Speed Kamera werden Turbulenzen visuell dargestellt. 

9.1 Einleitung 

Unter Hauptversuche sind kontinuierliche Versuche zu verstehen, bei denen im 

Wesentlichen nur die Neigung des Wassertanks variiert wird. Die zu untersuchenden 

Neigungen sind hierbei 35°, 40°, 45° und 50 °. 

Die Aufnahmen erfolgten hauptsächlich mit der Kamera von Sony (Abschnitt 7.5). 

Zusätzlich wurden die für diese Untersuchung interessanten Aufnahmen mit einer 

High-Speed Kamera aufgezeichnet. 

In Kapitel 8 wurden die in Tabelle 9-1 tabellierten Materialien bzw. Formgebungen 

ermittelt, die für die Hauptversuche herangezogen werden. 

Partikelmaterial bzw. Form 

Untergrundmaterial bzw. Form 

Plexiglas – glatte Oberfläche 

Bleikugeln 

∅ 1,5 bis 3 mm 

Glatte Gummimatte – glatte Oberfläche 

erhöhter Rauhigkeit 

Bleikugeln 

∅ 1,5 bis 3 mm 

Bemerkung 

Durch den Einsatz von 

Plexiglas wird eine zu 

hohe Geschwindigkeit erreicht 

Gummi reduziert aufgrund 

größeren Oberflächenrauhigkeit 

die Geschwindigkeit 

Rillengummimatt – Rillen in der Rillen bewirken erhöhte 



Bleikugeln 

∅ 1,5 bis 3 mm 

Größenordnung der Bleikugeln 

Turbulenzen innerhalb der 

Lawine 

Tabelle 9-1: Materialien bzw. Formen der Modelllawine 

Aus Gründen, die bereits in Abschnitt 8.1 erläutert wurden, werden Glaskugeln nur 

zur Visualisierung eingesetzt und somit in den Hauptversuchen nicht weiter untersucht. 

Ebenso haben sich Bleiplättchen zur Lawinensimulation als ungeeignet 

herausgestellt. 

9.2 Berechnungsmodell 

9.2.1 Froude-Modell 

Wie in Abschnitt 6.1 erwähnt, wird den Versuchen ein Froude-Modell zugrundegelegt. 

D.h. die dichtebezogene Froude-Zahlen müssen im Modell und der Natur 

übereinstimmen, um dasselbe Strömungsverhalten zu erzielen. 

Aus der allgemeinen Form der Froude-Zahl 

Fr 

= 

v 

g⋅H⋅cos( α ) 

(9.1) 

folgt die dichtebezogene Froude-Zahl 

Fr 

d 

= 

v 

⎛ρS 

− ρ ⎞ 

U 

g⋅H⋅cos( α ) ⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠ 

(9.2) 



Durch Gleichsetzen dieser physikalischen Größe im Modell bzw. in der Natur folgt: 

Fr 

= Fr 

d, Modell d, 

Natur 

vModell 

vNatur 

= 

⎛ρ −ρ ⎞ ⎛ρ −ρ 

⎞ 

S U S U 

g⋅HModell ⋅cos( α) Modell 

⋅⎜ ⎟ g⋅HNatur ⋅cos( α) 

Natur 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠ ⎝ ρU 

⎠ 

Modell 

Natur 

(9.3) 

In den Hauptversuchen werden die Frontgeschwindigkeit v Modell und die Fließhöhe 

H Modell mit Hilfe eines im Hintergrund angeordneten 5 x 5 Grundrasters (siehe 

Kapitel 7) gemessen. 

5 

5 


Grundraster 

Augrund des in Abschnitt 6.5 festgelegten geometrischen Maßstabes von 1:100 wird 

die in der Natur zu erwartende Fließhöhe H Natur berechnet durch: 

H 

Natur 

= 100 ⋅ H 

Modell 

(9.4) 

Da es sich beim Neigungswinkel α um einen Verhältniswert handelt, unterliegt er 

keinerlei Maßstabsgesetzen und es gilt: 

cos( α ) = cos( α ) 

Modell 

Natur 

(9.5) 

Aufgrund der in Tabelle 8.3 erhaltenen Dichteverzerrungen, ergeben sich mit 

Tabelle 8.1 die in Tabelle 9-2 tabellierten Berechnungsdichten der Natur- bzw. 

Modelllawine. 



Natur 

Modell 

Dichte 

ρ U,Natur = 1,293 kg/m 3 bei 0 °C 


ρ U,Modell = 1.000 kg/m³ bei 0 °C 

ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 bzw. 

ρ S,Modell = 4.700 kg/m 3 

Beschreibung 

Umgebungsmedium Luft 

Schnee-Luft Suspension 

Umgebungsmedium Wasser 

Blei-Wasser Suspension mit 25 % bzw. 

50 % Wasseranteil laut Tabelle 8.2 

Tabelle 9-2: Berechnungsdichten 

Mit g = 9,81 m/s 2 wird nach Einsetzen von (9.4) und (9.5) in (9.3) die in der Natur zu 

erwartende Lawinengeschwindigkeit v ber,Natur folgendermaßen bestimmt: 

v 

ber , Natur 

⎛ρ 

ρ ⎞ 

S 

− 

U 

100 ⋅HModell 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠Natur 

= ⋅v 

⎛ρ 

− ρ ⎞ 

S U 

HModell 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠ 

Modell 

Modell 

(9.6) 

Um die notwendigen Turbulenzen innerhalb der Lawine nachzuweisen, ist auch die 

Reynolds-Zahl eine maßgebende Zahl. Diese wird jedoch nicht mit der Naturlawine 

verglichen. 

Für das Modell ist die Reynolds-Zahl folgendermaßen festgelegt (Abschnitt 8.1): 

Re 

Modell 

v 

= 

⋅d 

η 

⋅ ρ 

Modell hydr . S, 

Modell 

Modell 

(9.7) 

U 

A 

B 

H 

d 

hydr . 

2⋅ A 2⋅H⋅B 

= = 

U 2 ⋅ H + B 

(9.8) 


Hydraulische Radius 

Zur Abschätzung des Staudruckes an der Lawinenfront wird Beziehung (9.9) herangezogen 

[Rab96]: 

P 

= ρ ⋅ v 

2 

ber , Natur S, Natur ber , Natur 

(9.9) 


H 


In (9.9) handelt es sich um den max. zu erwartenden Druck. Dies entspricht dem 

doppelten Wert des dynamischen Drucks. 

9.2.2 Lawinenmodell nach Voellmy - Salm 

Wie in [Tief03] beschrieben gilt das Voellmy-Salm-Modell (VS-Modell) als das im 

Alpenraum am meisten verbreitete lawinendynamische Modell. Es beruht auf dem 

Ansatz eines Block-Modells (Abbildung 9-3), d.h. die Lawine wird als Schneeblock 

simuliert, dessen Kräfte im Schwerpunkt angreifen. 

F 

T 

+ F 

R 

v 

F 

A 

α 

Abbildung 9-3: VS-Blockmodell, aus [Tief03] mit Änderungen 

Das Blockmodell in Abbildung 9-3 beschreibt einen Schneeblock der Höhe H, welcher 

unter dem Neigungswinkel α mit der Geschwindigkeit v Hang abwärts rutscht. Der 

Fließprozess ist unabhängig von der Länge und Breite der Auflage-fläche. Deshalb 

wirken auf den Block nur eine Hangabtriebskraft F A , 

FA 

= ρ ⋅g⋅H⋅ 

sin( α ) 

(9.10) 

die der Bewegung entgegen gesetzte Reibungskraft F R 

FR 

= µ ⋅ρ⋅g⋅H⋅ 

cos( α) 

(9.11) 

und eine geschwindigkeitsabhängige sog. turbulente Reibungskraft F T . 

F 

T 

ρ ⋅ g⋅v 

= 

ξ 

2 

(9.12) 



Durch Gleichsetzen dieser Kräfte erhält man die sog. Voellmy-Gleichung zur 

Abschätzung der Frontgeschwindigkeit einer Fließlawine: 

ve 

= ξ ⋅H⋅(sin( α ) −µ ⋅ cos( α)) 

(9.13) 

Hierin sind ξ der sog. turbulente Reibungsparameter und µ der Bodenreibungsparameter. 

Der empfohlene ξ-Wert schwankt je nach Gelände im Bereich 

400 ≤ ξ ≤ 1.000 m/s 2 [Tief03]. Erfahrungsgemäß liegen übliche µ-Werte je nach 

Größe der Lawine im Bereich 0,155 ≤ µ ≤ 0,3 [Tief03]. Zunehmende Werte bedeuten 

hierbei zunehmende Turbulenz bzw. zunehmende Rauhigkeit der Oberfläche. 

Bei den empfohlenen ξ- bzw. µ-Werte handelt es sich jedoch um Fitparameter, 

welche an abgegangenen Lawinen angepasst wurden. 

Beziehung (9.13) entspricht demnach laut [Tief03] einer technischen Berechnungsformel 

für Fließlawinen mit statistisch ermittelten Parametern. Die in Abschnitt 8.4.2 

ermittelten Bodenreibungsbeiwerte finden hier deshalb keinen Einsatz. Dennoch 

werden die in dieser Untersuchungsserie gewonnenen Geschwindigkeiten, den nach 

der Voellmy-Gleichung (9.13) ermittelten Geschwindigkeiten gegenüber-gestellt. 

9.3 Datenaufnahme 

Die Messdurchführung, Datenerhebung und Auswertung der Referenzlawine bzw. 

der Lawine mit Lawinenbrecher beruht auf demselben Prinzip. 

Vorerst erfolgt die Aufnahme der Hauptversuche mit dem in 

Abschnitt 7.6 beschriebenen Camcorder von Sony. Mit 

einer Bildfrequenz von 24 Bilder pro Sekunde ergibt sich 

eine Zeitdifferenz aufeinander folgender Bilder von 

∆t = 1/24 Sekunden (Abbildung 9-4). Bild 1 

∆t 


Bildaufnahme 

Bild 3 

Bild 2 



Durch den Vergleich dieser Bildfolge wird die Fließhöhe H Modell direkt gemessen 

(Abbildung 9-5) und die Geschwindigkeit v Modell mit 

berechnet. 

v 

Modell 

∆x 

= ∆ t 

(9.14) 

∆t = 1 

24 s 

H Modell 

∆x 

Abbildung 9-5: Fließhöhe H Modell und Geschwindigkeit v Modell 

Auf diese Weise wurden alle Referenzlawinen mit den in Tabelle 9-1 genannten 

Kombination und den Neigungswinkeln α = 35°, 40°, 45° bzw. 50 ° aufgenommen 

und ausgewertet. 

Aus Montagegründen konnten die Lawinenbrecher nur auf der Gummimatte bzw. 

Rillengummimatte Versuchsdurchführungen unterzogen werden. 

9.3.1 Referenzlawine 

Als Referenzlawine wird eine Lawine ohne Lawinenbrecher bzw. ohne technisches 

Hindernis bezeichnet. 

Um mögliche Streuungen zu berücksichtigen, wurden jeweils fünf Versuche durchgeführt. 

Der Versuch mit der größten Abweichung wird eliminiert und in den weiteren 

Untersuchungen nicht mehr berücksichtigt. 

Im Anhang B.1 sind aufeinander folgende Bilder (∆t = 1/24 s) der Lawinen angeordnet, 

um einen Eindruck der Lawinenform zu bekommen und um die Datenerhebung 

nachvollziehen zu können. 

Der Aufbau der Bildfolge ist für alle Referenzlawinen derselbe und entspricht 

Abbildung 9-6 bzw. Abbildung 9-7. 



Bild 1 

t 0 = 0 s 

Bild 3 

t = 24 2 

2 s 

x 

t 

0 

= 0 s 

Modell 

H 

t = 2 

2 24 s 

t 1 = 24 1 s 

t 

3 

= 24 3 s 

Bild 2 

t = 24 1 

1 s 

Bild 4 

t = 24 3 3 s 

vModell 

x 

Abbildung 9-6: Bildanordnung für Referenzlawinen 

Abbildung 9-7: Beispiel zur Bildanordnung 

Weiters werden die Ergebnisse in tabellarischer Form aufgelistet, um direkte 

Vergleiche zwischen den einzelnen Lawinen hinsichtlich der geometrischen Größe 

• Fließhöhe H 

und den physikalischen Größen 

• Geschwindigkeit v 

• Froude-Zahl Fr 

• dichtebezogene Froude-Zahl Fr d 

• Reynolds-Zahl Re 

• Staudruck p 

zu ermöglichen. 



Der Tabellenaufbau für Referenzlawinen in Tabelle 9-3 festgelegt. 

Neigung (°) 

Neigungswinkel 

(5 Versuche) 

Ø 

Untergrundmaterial 

Messdaten 

Dimensions- 

Ergebnisse 

lose Zahlen 

v Modell (cm/s) 

H Modell (cm) 

Fr Modell ( ) 

aus (9.1) 

Fr d,Modell ( ) 

aus (9.2) 

Fr d,Natur ( ) 

aus (9.2) 

Re Modell ( ) 

(9.7) 

v ber,Natur (m/s) 

(9.6) 

v Natur (m/s) 

H Natur (m) 

(9.4) 

p ber,Natur (KN/m²) 

(9.9) 

Im Modell gemessene Geschwindigkeit 

(Abbildung 9-5) 

Im Modell gemessene Fließhöhe 

(Abbildung 9-5) 

Fr 

Fr 

Fr 

Re 

v 

Modell 

d, 

Modell 

d, 

Natur 

Modell 

ber , Natur 

= 

= 

v 

Modell 

g⋅H 

⋅cos( α ) 

Modell 

v 

Modell 

⎛ρ 

ρ ⎞ 

S 

− 

U 

g⋅HModell 

⋅cos( α ) ⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠ 

vNatur 

= 

⎛ρS 

− ρ ⎞ 

U 

g⋅HNatur 

⋅cos( α ) ⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠ 

vModell ⋅dhydr . 

⋅ ρS, 

Modell 

= 

η 

Modell 

Natur 

Natur 

⎛ρ 

ρ ⎞ 

S 

− 

U 

100 ⋅HModell 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠Natur 

= ⋅v 

⎛ρ 

− ρ ⎞ 

S U 

HModell 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠ 

Modell 

Geschätzter Wert einer Naturlawine 

(siehe Abbildung 9-8) 

H 

Natur 


Modell 

p = ( ρ ) ⋅v 

2 

ber , Natur S Natur ber , Natur 

Modell 

Arithmetisches Mittel aus 4 Versuchen. Der Versuch mit der größten Abweichung wird nicht weiter 

berücksichtigt. 

Tabelle 9-3: Tabellenaufbau der Referenzlawine 



Von einer Naturlawine sind zu wenig Messwerte vorhanden. Mit der Kenntnis, dass 

die Frontgeschwindigkeit einer Naturlawine je nach Schneeart zwischen 20 m/s und 

70 m/s [Rab96] liegt, werden diese Frontgeschwindigkeiten, in Abhängigkeit von der 

Bodenbeschaffenheit, wie in Abbildung 9-8 geschätzt. 

Naturgeschwindigkeiten 

[v Natur ] 

vNatur (m/s) 

65 

60 

55 

50 

45 

40 

35 

30 

35 40 45 50 

α (°) 

Grober Untergrund Mittlerer Untergrund Glatter Untergrund 

Abbildung 9-8: Abschätzung der Geschwindigkeiten in der Natur 

Der in Abbildung 9-8 angenommene Geschwindigkeitsverlauf ähnelt mit einer 

Wurzelfunktion der durch die Voellmy-Gleichung (9.13) beschriebenen Funktion. Der 

Vergleich mit den tatsächlichen Geschwindigkeiten nach Voellmy erfolgt in 

Abschnitt 9.3.2. 

In Abschnitt 8.1.1 wurde erläutert, dass die Suspensionsdichte bei dieser Versuchsdurchführung 

nicht bestimmt werden konnte. Ausgehend von der dichtesten Kugelpackung 

und der anschließenden Annahme von 25 % bzw. 50 % zusätzlichem 

Wassereinschluss aufgrund der dynamischen Bewegung, wurden zwei mögliche 

Suspensionsdichten im Modell festgelegt (Tabelle 8-2 bzw. Tabelle 9-2): 

• Untersuchungsfall 1: ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 

• Untersuchungsfall 2: ρ S,Modell = 4.700 kg/m 3 



Für beide Untersuchungsfälle sind die Eingangsparameter der Natur in Tabelle 9-4 

definiert. 

Eingangsparameter Natur 

Umgebungsmedium ρ U,Natur 1,293 (kg/m 3 ) 

Suspension ρ S,Natur 35 (kg/m 3 ) 

5 

Dynamische Viskosität Luft η Natur 1, 7 ⋅ 10 − (kg/ms) [www24] 

Partikeldurchmesser d Natur 0,2 (m) 

Tabelle 9-4: Eingangsparameter Natur 

Eine Übersicht der Eingangsparameter für das Modell stellt Tabelle 9-5 dar. 

Eingangsparameter Modell 

Umgebungsmedium ρ U,Modell 1.000 (kg/m³) bei 0 °C 

Suspension ρ S,Modell 6.500 bzw. 4.700 (kg/m 3 ) 

3 

Dynamische Viskosität Wasser η Modell 110 ⋅ − (kg/ms) [www24] 

Partikeldurchmesser d Modell 0,002 (m) 

Tabelle 9-5: Eingangsparameter Modell 

Wie in Kapitel 6 beschrieben, wird den Untersuchungen ein Froude-Modell zu 

Grunde gelegt. Demzufolge wird aus der Bedingung 

Fr d,Natur = Fr d,Modell 

(9.15) 

die in der Natur zu erwartende Lawinengeschwindigkeit v ber,Natur berechnet. 

Abbildung 9-9 bis Abbildung 9-14 zeigen eine Gegenüberstellung der berechneten 

Geschwindigkeit v ber,Natur zur angenommenen Naturgeschwindigkeit v Natur (vgl. 

Abbildung 9-8), in Abhängigkeit des Untergrundmediums und der Suspensionsdichte 

im Modlel ρ S,Modell (siehe Tabelle 9-5). 



ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 ρ S,Modell = 4.700 kg/m 3 

vNatur bzw. vber,Natur 

55 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

Rillengummimatte 

35 40 45 50 

α (°) 

angenommene Geschwindigkeite der Naturlawine vNatur 

berechnete Geschwindigkeiten vber,Natur 



70 

65 

60 

55 

50 

45 

40 

35 

30 

35 40 45 50 

α (°) 



Abbildung 9-9: Gegenüberstellung vber,Natur - 

VNatur auf Rillengummimatte (ρS,Modell = 

6.500 kg/m3) 

Abbildung 9-10: Gegenüberstellung vber,Natur 

- VNatur auf Rillengummimatte (ρS,Modell = 

4.700 kg/m3) 

Plexiglas 

Plexiglas 


85 

80 

75 

70 

65 

60 

55 

50 

35 40 45 50 

α (°) 




70 

65 

60 

55 

50 

45 

35 40 45 50 

α (°) 



Abbildung 9-13: Gegenüberstellung v ber,Natur - 

V Natur auf Plexiglas (ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 ) 


V Natur auf Plexiglas (ρ S,Modell = 4.700 kg/m 3 ) 

Gummimatte 

Gummimatte 


80 

75 

70 

65 

60 

55 

50 

45 

40 

35 40 45 50 

α (°) 


65 

60 

55 

50 

45 

40 

35 

30 

35 40 45 50 

α (°) 






V Natur auf Gummimatte (ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 ) 


V Natur auf Gummimatte (ρ S,Modell = 4.700 kg/m 3 ) 



Anhand Abbildung 9-9 bis Abbildung 9-14 ist erkennbar, dass die mit ρ S,Modell = 6.500 

kg/m 3 berechneten Geschwindigkeiten, im Vergleich zu den in Abbildung 9-8 

angenommenen Naturgeschwindigkeiten, bessere Ergebnisse liefert als mit ρ S,Modell = 

4.700 kg/m 3 . 

Aus diesem Grund wird für die weiteren Untersuchungen die Suspensionsdichte im 

Modell mit ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 angesetzt. Die Ergebnisse der jeweiligen Lawine 

sind Anhang B zu entnehmen. 

Die Froude-Zahl liegt zwischen 2,2 und 3,0 und charakterisiert im Modell ein schießendes 

Strömungsverhalten (siehe Abbildung 6-1). Wie in Tabelle 8.3 ersichtlich, 

bedingt die Annahme der Suspensionsdichte mit ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 eine 

Dichteverzerrung um den Faktor 4,2. Die Reynolds-Zahl in der Größenordnung von 

ca. 10 6 liegt weit über der kritischen Reynolds-Zahl von 2.300 (siehe Abschnitt 6.3), 

weshalb turbulentes Strömungsverhalten vorausgesetzt werden kann. 

Eine Übersicht der mit ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 gewonnen Ergebnisse stellen 

Abbildung 9-15 bis Abbildung 9-18 dar. Hierbei handelt es sich jeweils um 

arithmetisch gemittelte Ergebnisse. Auf die Darstellung der Regressionskurven 

wurde verzichtet, da aufgrund der Streuungen der Messwerte kein eindeutig mit 

Abbildung 9-8 vergleichbarer Geschwindigkeitsverlauf erzielt wurde. 



Geschwindigkeit 

[v ber,Natur ] 

vber,Natur (m/s) 

65 

60 

55 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

35 40 45 50 

α (°) 

Rillengummimatte Gummimatte Plexiglas 

Abbildung 9-15: Arithmetisch gemittelten Geschwindigkeit v ber,Natur 

Der Geschwindigkeitsvergleich von Abbildung 9-15 mit Abbildung 9-8 weist ähnliche 

Größenbereiche auf. 

Wie erwartet ist bei der Rillengummimatte aufgrund der Rauhigkeit mit der geringsten 

Frontgeschwindigkeit zu rechnen (Abbildung 9-15). Diese nimmt mit zunehmender 

Sturzbahnneigung α stark zu. 

Auf Plexiglas hingegen ist eine wesentlich größere Geschwindigkeit mit geringer 

Abhängigkeit von der Sturzbahnneigung zu verzeichnen (Abbildung 9-15). 

HNatur (m) 

16,00 

14,00 

12,00 

10,00 

8,00 

6,00 

4,00 

2,00 

Fließhöhe 

[H Natur ] 

35 40 45 50 

α (°) 


Abbildung 9-16: Fließhöhe H Natur 



Die Messlinie für die Fließhöhe H Modell wurde dort angesetzt, bei der die darüber 

liegende Lawine zu 80 % aus einzelnen Partikeln besteht, vgl. Abbildung 9-17. 

HModell 

Abbildung 9-17: Definition der 

Fließhöhe im Modell 

Aus ähnlichen Gründen wie bei der Geschwindigkeitsverteilung (Abbildung 9-15) wird 

in diesem Neigungsbereich (35 bis 50°) bei der Rillengummimatte die geringste 

Fließhöhe H Modell beobachtet (Abbildung 9-16), die jedoch stark mit der Sturzbahnneigung 

ansteigt. 

Für Plexiglas ergibt sich ein flacherer Anstieg der Fließhöhe mit der Sturzbahnneigung. 

Der Verlauf in Abbildung 9-15 und Abbildung 9-16 ist bei allen Untergrundmedien 

selbst bei 50° noch stark ansteigend. Daraus ist zu schließen, dass die Lawine ihre 

volle Entwicklung noch nicht erreicht hat. 



Druck 

[p ber,Natur ] 

pber,Natur (KN/m²) 

140 

125 

110 

95 

80 

65 

50 

35 

20 

35 40 45 50 

α (°) 


Abbildung 9-18: Druck p ber,Natur 

Wie in (9.9) ersichtlich, ist der in der Natur zu erwartende Staudruck p ber,Natur nur von 

der Geschwindigkeit v ber,Natur abhängig. Somit ergibt sich ein ähnlicher Verlauf wie in 

Abbildung 9-15. Mit anderen Worten ergibt sich auf Plexiglas aufgrund der hohen 

Geschwindigkeit der größte Staudruck. 

9.3.2 Geschwindigkeitsvergleich mit Voellmy 

Wie bereits in Abschnitt 9.2.2 erläutert, handelt es sich beim VS-Modell um das 

gängigste Modell zur Abschätzung der Lawinengeschwindigkeit. 

Aus diesem Grund ist ein Vergleich der aus den Versuchsergebnissen berechneten 

Geschwindigkeiten v ber,Natur zu jenen nach Voellmy v e von großem Interesse. 

a) Zuerst wird ein Vergleich zwischen den in Abbildung 9-8 geschätzten Geschwindigkeiten 

der Naturlawine mit denen nach Voellmy (9.13) geführt: 

Ausgehend von der Reynolds-Zahl ist im Anhang B ersichtlich, dass die Turbulenzen 

auf Plexiglas am größten sind. Die Strömung auf der Rillengummimatte weist die 

kleinste Reyonlds-Zahl auf. Mit dieser Kenntnis und der Oberflächenrauhigkeit der 

verschiedenen Unterlagen wird der turbulente Reibungsparameter ξ und der Boden- 



reibungsparameter µ festgelegt. Erfahrungsgemäß werden folgende Wertebereiche 

angesetzt: 

400 ≤ ξ ≤ 1.000 m/s 2 

0,155 ≤ µ ≤ 0,3 

• Rillengummimatte: 

Eigenschaft 

Annahme 

Geringste Turbulenzen bei ξ = 450 

größter Oberflächenrauhigkeit µ = 0,23 

Tabelle 9-6: ξ- bzw µ - Werte für Rillengummimatte 

• Gummimatte: 

Eigenschaft 

Annahme 

Mittlere Turbulenzen bei ξ = 500 

mittlerer Oberflächenrauhigkeit µ = 0,20 

Tabelle 9-7: ξ- bzw µ - Werte für Gummimatte 

• Plexiglas: 

Eigenschaft 

Annahme 

Größte Trubulenzen bei ξ = 550 

kleinster Oberflächenrauhigkeit µ = 0,17 

Tabelle 9-8: ξ- bzw µ - Werte für Plexiglas 

Mit diesen Parametern und den Fließhöhen H aus Anhang B erfolgt in 

Abbildung 9-20 bis Abbildung 9-21 die Gegenüberstellung der in Abbildung 9-8 geschätzten 

und der nach Voellmy (9.13) berechneten Geschwindigkeiten. 

Der Übersichtlichkeit halber erfolgt ein getrennter Vergleich der verschiedenen Unterlagemedien 

(Abbildung 9-23 bis Abbildung 9-25). 



Gummimatte 


vNatur bzw. ve (m/s) 

70 

65 

60 

55 

50 

45 

40 

35 

35 40 45 50 

α (°) 


65 

60 

55 

50 

45 

40 

35 

30 

25 

20 

35 40 45 50 

α (°) 

Geschwindigkeit nach Voellmy v(e) 

Geschätzte Naturgeschwindigkeit v(Natur) 



Abbildung 9-19: Vergleich der geschätzten 

Geschwindigkeit mit der nach Voellmy - 

Gummimatte 

Abbildung 9-20: Vergleich der geschätzten 

Geschwindigkeit mit der nach Voellmy - 


Plexiglas 


70 

65 

60 

55 

50 

45 

35 40 45 50 

α (°) 



Abbildung 9-21: Vergleich der geschätzten Geschwindigkeit mit der nach Voellmy - Plexiglas 



In Abbildung 9-20 bis Abbildung 9-21 ist ersichtlich, dass eine Ähnlichkeit zwischen 

den in Abbildung 9-8 geschätzten und der nach Voellmy berechneten Geschwindigkeit 

besteht. 

b) Optimierung der Parameter ξ und µ: 

Bei den in Tabelle 9-6 bis Tabelle 9-8 angesetzten Parameter handelt es sich um reine 

Schätzwerte innerhalb eines empfohlenen Bereichs. 

In dieser Abschnitt werden die optimalen Parameter ξ und µ gesucht, die nach 

Voellmy (9.13) die selben Geschwindigkeiten, wie die aus den Versuchen berechneten 

Geschwindigkeiten, zur Folge haben. 

Mit anderen Worten 

v 

ber , Natur 

= v 

e 

(9.16) 

Die berechneten ξ- und µ-Werte werden anschließend untersucht, ob sie im Bereich 

der angegebenen Wertebereiche liegen. 

In 9.3.1 wurde festgestellt, dass Plexiglas als Unterlage zu hohe, Rillengummimatte 

hingegen zu geringe Geschwindigkeiten liefern. 

Aus diesem Grund wird die Gummimatte als Unterlage diesem Vergleich unterzogen. 

Die wesentlichen Parameter in der Geschwindigkeitsbeziehung nach Voellmy (9.13) 

v 

e 

= ξ ⋅H 

⋅(sin( α ) −µ ⋅ cos( α)) 

Natur 

(9.17) 

bilden 

• der turbulente Reibungsbeiwert ξ 

• der Bodenreibungsbeiwert µ 

Die Fließhöhe H Natur wurden in Abschnitt 9.3.1 ermittelt. Der Neigungswinkel α wurde 

eingestellt. 

D:\01 Projekte\01 Feuersang\02 doc\Modul III_A_neu.doc 100


Für die Parameter ξ und µ existieren wie bereits erwähnt nur Richtwerte im Bereich 

von: 

400 ≤ ξ ≤ 1.000 m/s 2 

0,155 ≤ µ ≤ 0,3 

Aufgrund der Tatsache, dass für jedes Untergrundmaterial vier Neigungen untersucht 

wurden, existieren vier Gleichungen (m = 4) mit zwei zu bestimmenden Parametern ξ 

und µ (n = 2). D.h., das System ist mit m > n überbestimmt. 

Das Gauß-Newtonverfahren, oder genauer gesagt die nichtlineare Ausgleichsrechnung, 

ermöglicht dennoch die Lösung dieses Problems. Das Prinzip basiert 

darauf, die Summe der Fehlerquadrate zu minimieren: 

m 

2 

∑ ( f( xk,1 ,..., xk, 

n) −yk) →min! 

k = 1 

(9.18) 

Mit Hilfe der, ohne Herleitung, aus [Kap00] übernommenen Gleichung, wird ausgehend 

von einem Startwert ξ 0 = 400 und µ 0 = 0,25 iterativ die optimale Lösung für ξ 

und µ gefunden. 

Mit den Randbedingungen 


ρ S,Modell = 6.500 kg/m 3 

Gummimatte als Untergrundmaterial 

ist bereits nach 5 Iterationen keine Änderung der Werte erkennbar. Folgendes 

Wertepaar bildet die beste Näherung der Geschwindigkeiten nach Voellmy v e im 

Vergleich zu denen gewonnen aus den Versuchen v ber,Natur : 

ξ = 126,6 

µ = -1,17 



Diese Werte ergeben mit (9.17), unter Berücksichtigung aller Neigungswinkel, die 

beste Näherung an die, aus den Versuchen gewonnen Geschwindigkeiten. Die 

Gegenüberstellung liefert Abbildung 9-22. 

Vergleich Messdaten - Voellmy 

ve bzw. vber,Natur 

(m/s) 

65 

55 

45 

35 

25 

35 40 45 50 

α (°) 

im Versuch ermittelte Geschwindigkeiten v(ber,Natur) 


Abbildung 9-22: Vergleich der berechneten Naturgeschwindigkeiten 

mit denen nach Voellmy - ξ und µ optimiert 

Dennoch wird dieses Wertepaar verworfen, da es einen unphysikalisch negativen 

Reibungskoeffizient beinhaltet. 

In weiterer Folge wird der Bodenreibungsbeiwert µ = 0,27 als konstant angenommen. 

Dieselbe Berechnung erneut durchgeführt liefert ξ = 391,66. Dieser Wert erscheint 

immer noch zu niedrig. 

Abbildung 9-23 zeigt die Gegenüberstellung der im Versuch ermittelten Geschwindigkeiten 

mit der nach Voellmy. 



Vergleich Messdaten - VOELLMY 

ve bzw. vber,Natur (m/s) 

65 

55 

45 

35 

25 

35 40 45 50 

α (°) 


im Versuch ermittelte Geschwindigkeiten v(ber,Natur) 

Abbildung 9-23: Vergleich der berechneten Naturgeschwindigkeiten 

mit denen nach Voellmy - µ = 0,27 ξ optimiert 

Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass diese ξ- und µ-Werte eine optimale 

Näherung über alle Neigungen bilden. Werden die Neigungen einzeln betrachtet, 

variieren diese Werte stark. 

Abbildung 9-24 bis Abbildung 9-27 stellen die aus den Versuchen ermittelten 

Geschwindigkeiten v ber,Natur dar. Daraus können die entsprechenden ξ- bzw. µ-Werte 

abgelesen werden, um Kriterium (9.16) zu erfüllen. 

950 

850 

35 ° - Neigung 

650 

600 

550 


ξ 

750 

650 

550 

450 

0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 

µ 

Plexiglas (vber,Natur = 53,77 m/s) 

Gummimatte (vber,Natur = 42,23 m/s) 

Rillengummimatte (vber,Natur = 27,84 m/s) 

ξ 

500 

450 

400 

350 

300 

0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 

µ 




Abbildung 9-24: ξ - bzw. µ - Werte für α = 35° Abbildung 9-25: ξ - bzw. µ - Werte für α = 40° 



ξ 

500 

450 

400 

350 

300 


ξ 

550 

500 

450 

400 

350 

300 


250 

0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 

µ 




250 

0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28 0,3 

µ 




Abbildung 9-26: ξ - bzw. µ - Werte für α = 50° Abbildung 9-27: ξ - bzw. µ - Werte für α = 45° 

In Anbetracht des Größenbereichs der erforderlichen Parameter 250 ≤ ξ ≤ 650, sind 

bei getrennter Betrachtung der Neigungen ebenfalls zu geringe ξ - bzw. µ - Werte zu 

verzeichnen. Plexiglas wird bei dieser Parameterermittlung außer Acht gelassen. 

In Abbildung 9-24 bis Abbildung 9-27 ist eine Abhängigkeit der Parameter ξ bzw. µ 

vom Neigungswinkel α zu erkennen. 

Diese Abhängigkeit wird in der Geschwindigkeitsbeziehung nach Voellmy (9.17) nicht 

berücksichtigt, weshalb es sich beim VS-Modell, wie bereits in 9.2.2 erwähnt, um 

eine technische Näherungsformel handelt. 

9.3.3 Lawinenbrecher 

Die in 9.3.1 ermittelte Frontgeschwindigkeit der Referenzlawine ist Grundlage für die 

Untersuchung der Effektivität der Lawinenbrecher. 

Da sich die Unterlage aus Plexiglas in Abschnitt 8.1.3 als ungeeignet herausstellte 

und eine Montage der Lawinenmodelle auf Plexiglas nicht möglich ist, werden 

Lawinen mit Lawinenbrecher nur auf 

• Gummimatte 

• Rillengummimatte 

als Unterlage näher untersucht. 



Anhang B.2.1 verdeutlicht bildlich den Lawinenabgang. Die Bildanordnung ist die 

selbe wie in 9.3.1 für Referenzlawinen und wird in Abbildung 9-28 und 

Abbildung 9-29 dargestellt. Die Zeitdifferenz aufeinander folgender Bilder wurde 

hierbei mit ∆t = 4 Sekunden festgelegt. 

Bild 1 

t 0 = 0 s 

Bild 3 

t = 24 8 2 s 

Bild 2 

t = 24 4 

1 s 

Bild 4 

t = 12 

3 24 s 

Abbildung 9-28: Bildanordnung für Ein-blick in 

das Lawinenverhalten bei Lawi-nenbrecher 

Abbildung 9-29: Beispiel zum Lawinenverhalten 

bei Lawinenbrecher 

Anhand der Bildfolge in Anhang B.2.1 ist leicht zu erkennen, dass der aufgelöste 

Lawinenbrecher mit 3 Querstreben im Vergleich zu jenem mit 5 Querstreben bzw. 

zum Volldamm die geringste Effektivität aufweist (Abbildung 9-30 und 

Abbildung 9-31). Dies ist in der geringen Separation bzw. Aufwirbelung zu erkennen, 

die aufgrund der Querstreben entsteht. Eine Lawinensimulation mir aufgelösten 

Lawinenbrecher und 3 bzw. 5 Querstreben zeigt Abbildung 9-30 bzw. Abbildung 9-31. 

Die Neigung beträgt 40° und als Untergrundmedium wurde die Gummimatte gewählt. 

Abbildung 9-30: Aufgelöster Lawinenbrecher mit 3 

Querstreben auf Gummimatte - 40° 

Abbildung 9-31: Aufgelöster Lawinenbrecher mit 

5 Querstreben auf Gummimatte - 40° 

Aus diesem Grund erfolgt die Auswertung nur für den 

• Volldamm 

• Aufgelösten Lawinenbrecher mit 5 Querstreben 



Die Bildanordnung zur Auswertung der Lawinen ist für Volldämme (Anhang B.2.2 a 

und B.2.3 a) in Abbildung 9-32 und Abbildung 9-33 festgelegt. 

Bild 1 

t 0 = 0 s 

Bild 3 

Bild 2 

t = 24 1 

1 s 

Abbildung 9-32: Bildanordnung für Lawine mit 

Volldamm 

Abbildung 9-33: Beispiel zur Bildanordnung 

einer Lawine mit Volldamm – Gummimatte 

und 35° 

In Abbildung 9-32 erfolgt in den Bilder 1 und 2 die Ermittlung der Geschwindigkeit 

v * Modell. Dazu wird die Position eines einzelnen Partikels in beiden Bilder bestimmt. 

Die Zeitdifferenz der Bildfolge beträgt ∆t = 1 Sekunde. v * Modell wird nach dem Prinzip 

(9.14) ermittelt. Die Messung beginnt mit Erreichen der Dammhöhe. 

Bild 3 dient zur Bestimmung der max. Lawinenhöhe H * Modell, die sich aufgrund des 

Hindernisses ergibt. Die Zeitdifferenz ist nicht konstant festgelegt, da die Zeit zur 

Bestimmung der max. Höhe variiert. Die Messlinie wird wiederum dort angesetzt, wo 

der darüber liegende Lawinenanteil zu 80 % aus einzelnen Partikeln besteht (vgl. 

Abbildung 9-17). Die Geschwindigkeit v Modell entspricht der in Abschnitt 9.3.1 

gemittelten Geschwindigkeit der Referenzlawine. 

Der Geschwindigkeitsabbau wird aus dem Verhältnis der Geschwindigkeit am 

Lawinenbrecher zur Referenzgeschwindigkeit nach (9.19) ermittelt. 

v 

Abbau 

v 

= − 

v 

* 

ber 

1 

ber 

(9.19) 

Anhand der Bildfolge ist weiters erkennbar, dass die gesamte Strömung um beinahe 

90° umgelenkt wird (Abbildung 9-36). Es findet demnach keine Aufspaltung der 



Lawine statt. Es bildet sich hinter dem Lawinenbrecher eine neue Lawine der 

gleichen Masse. 

Für den aufgelösten Lawinenbrecher mit 5 Querstreben (Anhang B.2.2 b und 

B.2.3 b) wird der Bildaufbau in Abbildung 9-35 und Abbildung 9-34 beschrieben. 

t = 6 

6 24 s 

t = 0 s 

0 

Bild 5 

Bild 1 

t 0 = 0 s 

* 

HModell 

y 

1 

x2 

y 

2 

v Modell 

x1 

* 

H Modell = 18,9 cm 

t = 1 

1 24 s 

Bild 2 

t = 24 1 

1 s 

v Modell= 203,4 cm/s 

∆t = 

24 1 s 

y 

2 

v 2,Modell 

* 

x3 

x2 

y 

1 

v * 

1,Modell 

y 

3 

x1 

Bild 3 

t = 24 2 

2 s 

Bild 4 

t = 24 3 3 s 

∆x = 5,8 cm 

* 

v 

1 

1,Modell = 139,2 cm/s 

∆x 2 = 4,9 cm 

∆y 2 = 2,1 cm 

v * 

2,Modell= 127,9 cm/s 

∆x 3 = 2,5 cm 

∆y 3 = 3,6 cm 

v * 

3,Modell = 105,2 cm/s 

2 

v * y 

3,Modell 3 

x3 

t = 2 24 s 

t = 3 3 24 s 

Abbildung 9-35: Bildanordnung für den Abbildung 9-34: Beispiel der Bildanordnung für 

aufgelösten Lawinenbrecher mit 5 Quer-streben den aufgelösten Lawinenbrecher mit 5 

Querstreben – Gummimatte 40° 

Bei einem aufgelösten Lawinenbrecher mit 

5 Querstreben erfolgt im Gegensatz zum Volldamm eine Separation der Lawine in 3 

Teilströmungen (Abbildung 9-36). D.h. die Massen werden verteilt. Hinter dem 

Lawinenbrecher entsteht eine dreigeteilte Lawine mit geringerer Masse pro 

Längeneinheit. Oder mit anderen Worten bewegt sich Strömung 1 bereits hang 

abwärts, während sich Strömung 3 aufwirbelt und zu einem späteren Zeitpunkt 

wieder zu Boden strömt. 

Die Bestimmung der Geschwindigkeiten v * 1,Modell, v * 2,Modell und v * 3,Modell erfolgt auf 

gleiche Weise wie für Volldämme in der Bildfolge Bild 1 bis Bild 4 (Abbildung 9-35). 

Die Zeitdifferenz beträgt wiederum ∆t = 1 Sekunde. Ebenso wie beim Volldamm, wird 

die Höhe der Aufwirbelung in Bild 5 gemessen. 



Strömung 3 

Hauptströmung 

Strömung 2 

Strömung 1 



Abbildung 9-36: Strömungen aufgrund Lawinenbrecher (5 Streben) bzw. Volldamm 



Anhang B beinhaltet die tabellarische Zusammenfassung mit Aufbau laut 

Tabelle 9-9. 

Neigung [°] 35 40 45 45 HSC 50 

v Modell (m/s) 

In Abschnitt 9.3.1 gemittelte Geschwindigkeit der 

Referenzlawine im Modell 


v ber,Natur (m/s) 

H Modell (cm) 

H Natur (m) 

In Abschnitt 9.3.1 berechnete Geschwindigkeit der 

Referenzlawine in der Natur 

In Abschnitt 9.3.1 gemittelte Höhe der 

Referenzlawine im Modell 

In Abschnitt 9.3.1 berechnete Höhe der 

Referenzlawine in der Natur 

Untergrundmaterial 

Volldamm 

v * Modell (cm/s) 

v * ber,Natur (m/s) 

H * Modell (cm) 

Gemessene Geschwindigkeit im Modell 

v 

⎛ρ 

− ρ ⎞ 

⋅ ⋅⎜ ⎟ 

* 

S U 

100 H 

Modell 

* ⎝ ρU 

⎠Natur 

* 

ber , Natur 

= ⋅v 

Modell 

* 

⎛ρS 

− ρ ⎞ 

U 

H 

Modell 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠Modell 

Gemessene Höhe der Aufwirbelung im Modell 

H * Natur (m) 

H 


* * 

Natur 

Modell 

* 

v 

ber , Natur 

1− Geschwindigkeitsabbau in Prozent 

v 

ber , Natur 

Lawinenbrecher 

(5 Streben) 

H * Modell (cm) 

H * Natur (m) 

v * 1,Modell (cm/s) 

Gemessene Höhe der Aufwirbelung im Modell 

H 


* * 

Natur 

Modell 

Gemessene Separationsgeschwindigkeit im Modell 

(Strömung 1) 



v * 1,ber,Natur (m/s) 

v 

⎛ρ 

− ρ ⎞ 

⋅ ⋅⎜ ⎟ 

* 

S U 


Modell 

* ⎝ ρU 

⎠Natur 

* 

1, ber , Natur 

= ⋅v 

1, Modell 

* 

⎛ρS 

− ρ ⎞ 

U 

H 

Modell 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠Modell 

* 

v1, ber , Natur 

1− Geschwindigkeitsabbau in Prozent (Strömung 1) 

v 

ber , Natur 




(Strömung 2) 

v 

⎛ρ 

− ρ ⎞ 

⋅ ⋅⎜ ⎟ 

* 

S U 


Modell 

* ⎝ ρU 

⎠Natur 

* 


= ⋅v 

2, Modell 

* 

⎛ρS 

− ρ ⎞ 

U 

H 

Modell 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠Modell 

* 



v 

ber , Natur 




(Strömung 3) 

v 

⎛ρ 

− ρ ⎞ 

⋅ ⋅⎜ ⎟ 

* 

S U 


Modell 

* ⎝ ρU 

⎠Natur 

* 


= ⋅v 

3, Modell 

* 

⎛ρS 

− ρ ⎞ 

U 

H 

Modell 

⋅⎜ ⎟ 

⎝ ρU 

⎠Modell 

* 



v 

ber , Natur 

Tabelle 9-9: Tabellenaufbau der Lawinenbrecher 



Abbildung 9-37 bis Abbildung 9-40 fassen die gewonnen Ergebnisse zusammen. 

Abbildung 9-37: Aufgelöster Lawinenbrecher (5 Streben) – Geschwindigkeitsverteilung 


Gummimatte 



Abbildung 9-38: Aufgelöster Lawinenbrecher (5 Streben) - Geschwindigkeitsabbau 


Gummimatte 




Gummimatte 

Abbildung 9-39: Volldamm – Geschwindigkeitsverteilung 




Gummimatte 

D:\01 Projekte\01 Feuersang\02 doc\Modul III_A_neu.doc 114 

AbAbbildung 9-40: Volldamm - Geschwindigkeitsabbau


Beim Lawinenbrecher mit 5 Streben auf Rillengummimatte ist erkennbar, dass bei 

einem Neigungswinkel von 35° keine dritte Strömung auftritt. Mit anderen Worten ist 

diese Geschwindigkeit 0, weshalb der Geschwindigkeitsabbau in Abbildung 9-38 mit 

100 % aufscheint. 

Weiters ist erkennbar, dass alle drei Strömungen, aufgrund der höheren Geschwindigkeit 

der Referenzlawine auf der Gummiunterlage eine höhere Geschwindigkeit als 

auf der Rillengummimatte aufweisen (Abbildung 9-37). Der Geschwindigkeitsabbau 

in Strömung 3 ist jedoch auf der Rillengummimatte größer als auf der Gummimatte 


Strömung 1 und 2 weisen auf beiden Unterlagemedien einen ähnlichen Geschwindigkeitsabbau 

auf, jedoch ist er auf der Gummimatte etwas größer als auf der Rillengummimatte 


Der Volldamm hingegen weist auf der Gummimatte, im Vergleich zur Rillengummimatte, 

wesentlich höhere Geschwindigkeiten im Umlenkstrom auf (Abbildung 9-39). 

Dies wird darin begründet, dass die Fließhöhen der Referenzlawine auf Gummimatte 

größer sind als der Volldamm selbst. Oder anders ausgedrückt wird der den Damm 

übersteigende Lawinenanteil kaum abgebremst. 

Der selbe Effekt wirkt sich auch auf den Geschwindigkeitsabbau aus. Dieser ist somit 

bei Rillengummimatte größer als auf der Gummimatte (Abbildung 9-40). 

Die einzige vergleichbare Geschwindigkeit der beiden Lawinenbrecher bildet die 

Geschwindigkeit v * ber,Natur des Hauptstromes am Volldamm bzw. des Teilstromes 3 

v * 3,ber,Natur am aufgelösten Dammes. 



Eine Gegenüberstellung der beiden Lawinenbrecher hinsichtlich dieser Strömungsgeschwindigkeiten 

ist in Abbildung 9-41 und Abbildung 9-42 dargestellt. 

Abbildung 9-41: Aufgelöster Damm (5 Streben) vs. Volldamm - Geschwindigkeitsverteilung 



Abbildung 9-42: Aufgelöster Damm (5 Streben) vs. Volldamm – Geschwindigkeitsabbau 



In (Abbildung 9-42) ist erkennbar, dass der Geschwindigkeitsabbau des aufgelösten 

Lawinenbrechers höher liegt als beim Volldamm. Der Geschwindigkeitsabbau der 

Teilströmung 1 und 2 des aufgelösten Lawinenbrechers pendelt sich zwischen 20 % 

und 40 % ein. 

Schlussfolgernd kann behauptet werden, dass in anbetracht der genannten Ergebnisse, 

die Wirkung des aufgelösten Lawinenbrechers effektiver ist. 

9.3.4 Aufnahmen mit High-Speed Kamera 

In den Abschnitten 9.3.1 und 9.3.3 wurden alle kontinuierlichen Versuche mit der 

Kamera von Sony (Abschnitt 7.6) aufgenommen. 

Die für weitere Untersuchungen interessanten Ausgangsbedingungen wurden zusätzlich 

mit der in Abschnitt 7.6 beschriebenen High-Speed Kamera aufgenommen. 

Eine Neigung von 45° erscheint für die Sturzbahn in der Natur als realistisch, 

weshalb die High-Speed Aufnahmen nur bei dieser Neigung erfolgen. 

Ziel dieser Messungen ist es, Partikel aufeinander folgender Bilder zu verfolgen und 

somit das Vorhandensein bzw. Verhalten von Turbulenzen visuell darstellen zu 

können. Dies ist aufgrund der hohen Bildfrequenz von 240 Bildern pro Sekunde 

möglich. 

Die Belichtung zur Aufnahme der Lawine, erfolgte unter Zuhilfenahme von Laborstandleuchten, 

welche mit Halogenscheinwerfer ausgestattet waren. Die Leuchtstoffröhre 

wird mit 50 Hz Wechselspannung betrieben, weshalb es ohne Hochfrequenzwandler 

unvermeidlich zum Flimmern der Röhre kommt. 

Strom [A] 

0 

Zeit [s] 

Abbildung 9-43: Wechselstrom 



Aufgrund der hohen Bildfrequenz sind diese Fluktuationen bei Betrachtung der einzelnen 

Bilder erkennbar. 

Da die Partikelverfolgung auf der Differenzierung unterschiedlicher Farbtöne im Bild 

basiert, wird die Auswertung durch diese Helligkeitsschwankungen stark beeinträchtigt. 

Somit wurden unter zu Hilfenahme eines Tiefpassfilters die Helligkeit der einzelnen 

Bilder an die durchschnittliche Lichtintensität angepasst. 

Eine anschließende Partikelverfolgung wurde mit der Software PivTec durchgeführt. 

Der relativ dichte Lawinenkopf erschwert die Verfolgung der einzelnen Partikel. Die 

Einfärbung einiger Partikel und eine erneute Simulation würde die Qualität wesentlich 

verbessern. 

Der Versuch den Schwarz/Weiß Kontrast zu ändern, liefert das in Abbildung 9-44 

dargestellte Ergebnis hinsichtlich der Turbulenzen. 

Abbildung 9-44: Turbulenzen 

Es sind sowohl Turbulenzen vor, als auch hinter dem Damm zu erkennen. Aufgrund 

der schlechten Qualität wird in dieser Arbeit auf die Berechnung weiterer Turbulenzen 

verzichtet. 

Die hohe Bildfrequenz ermöglicht jedoch auch die genauere Messung der Lawinengeschwindigkeit 

und der Fließhöhe. Deshalb ist eine Kontrolle der in 9.3.1 bzw. 9.3.3 

gewonnen Ergebnisse möglich. Die Unterschiede liegen innerhalb der Versuchsstreuungen, 

weshalb eine ausreichende Genauigkeit der Messungen mit der langsameren 

Kamera von Sony vorausgesetzt werden kann. 



Die Gegenüberstellung bzw. Auswertung der Ergebnisse ist im Anhang B ersichtlich. 



10 Zusammenfassung der Wassertankversuche 

10.1 Grundsätzliches 

Für die Lawinensimulation wird ein 2-Phasen-Modell eingesetzt. Das Umgebungsmedium 

der Naturlawine (Luft) wird im Modell durch Wasser simuliert. Basierend auf 

den in Kapitel 6: “Modellgesetze“ beschriebenen Kriterien, hat sich im Modell ein 

Umgebungsmedium von Blei in Kombination mit Wasser bewährt. 

Für diese Untersuchungsserie steht der in Kapitel 7: “Versuchsaufbau“ beschriebene 

Wassertank zur Verfügung. Untersucht wird sowohl die Referenzlawine, als auch 3 

verschiedene Arten von Lawinenbrecher im Maßstab 1:100. 

Es werden Bleikugeln mit einem Durchmesser von 1,5 bis 3,0 mm untersucht. 

Aufgrund hoher Adhäsionskräfte haben sich Bleiplättchen als ungeeignet herausgestellt. 

Als Untergrundmedium wird sowohl Plexiglas, als auch Gummi und Rillengummi 

herangezogen. 

Den Untersuchungen wird ein Froude-Modell zu Grunde gelegt. Die Reynolds-Zahl 

gibt Aufschluss über vorhandene Turbulenzen innerhalb des Lawinenkopfes. 

Die Konzentration der Bleilawine wird ausgehend von der dichtesten Kugelpackung 

abgeschätzt. Aufgrund der Dynamik innerhalb des Lawinenkopfes wird ein zusätzlicher 

Wasseranteil mit 25 % bzw. 50 % angesetzt. Daraus ergibt sich im Modell eine 

Suspension mit der Berechnungsdichte von 6.500 bzw. 4.700 kg/m 3 . 



Für die Naturlawine wird ein Schnee-Luft Verhältnis von 20:100 angenommen. Dies 

entspricht etwa dem Übergang einer Fließlawine zur Staublawine. Daraus folgt die 

Annahme der Suspensionsdichte in der Natur mit 35 kg/m 3 . 

10.2 High-Speed Aufnahmen 

Die Bildauswertungen der High-Speed Kamera (240 Bilder pro Sekunde) stimmen 

sehr gut mit den Ergebnissen der langsameren SONY-Kamera (24 Bilder pro 

Sekunde) überein. Eine ausreichende Genauigkeit der Aufnahmen aller Versuche 

wird daher zugrundegelegt. 

Eine Partikelverfolgung ist nur mit großem Aufwand zu bewerkstelligen. Der Grund 

liegt darin, dass einzelne Partikel im grauen Lawinenkopf nur schlecht erkennbar 

sind. Unter zu Hilfenahme der Software PivTec wurde dennoch am Volldamm eine 

Partikelverfolgung durchgeführt. Das Ergebnis zeigt visuell das Vorhandensein 

turbulenter Strömungen. 

10.3 Ergebnisse der Referenzlawine 

Die Geschwindigkeit der Naturlawine wird abhängig vom Neigungswinkel und Bodenbeschaffenheit 

zwischen 20 und 70 m/s angesetzt. Die Gleichheit dieser angenommenen 

Naturgeschwindigkeiten mit Geschwindigkeiten berechnet nach Voellmy 

(Annahme: 450 ≤ ξ ≤ 550 bzw. 0,17 ≤ µ ≤ 0,23) ist innerhalb gewisser Toleranzen 

gewährleistet. 

Aus den gemessenen Geschwindigkeiten werden anhand des Froude-Modells die zu 

erwartenden Geschwindigkeiten in der Natur ermittelt. Mit der Annahme der Suspensionsdichte 

im Modell von 6.500 kg/m 3 ergeben sich vergleichbare Naturgeschwindigkeiten, 

welche als realistisch gewertet werden. Mit Werte zwischen 2,2 

und 3,0 charakterisiert die Froude-Zahl im Modell ein schießendes Strömungsverhalten. 

Die Reynolds-Zahl im Größenbereich von 10 6 zeigt eindeutig turbulentes 

Verhalten. 

Um ähnliche Geschwindigkeiten nach Voellmy zu erhalten, müssen die Parameter 

ξ und µ, abhängig vom Neigungswinkel und der Bodenrauhigkeit, 250 ≤ ξ ≤ 650 bzw. 

0,155 ≤ µ ≤ 0,3 gewählt werden. 

Mit einer Annahme der Suspensionsdichte mit 4.700 kg/m 3 werden etwas höhere 

Naturgeschwindigkeiten berechnet. 



10.4 Ergebnisse des Lawinenbrechers 

Von Interesse ist sowohl der Volldamm, als auch der aufgelöster Lawinenbrecher mit 

5 Querstreben. Der wesentliche Unterschied liegt darin, dass beim Volldamm eine 

Umlenkung der Strömung um beinahe 90° stattfindet. Die aufgewirbelte Masse fällt 

hinter dem Damm zu Boden und bildet erneut eine Lawine der gleichen Masse. Im 

Gegensatz dazu erfährt die Lawine beim aufgelösten Lawinenbrecher eine 

Separation in 3 Teilströmungen, d.h. die Lawinenmasse wird geteilt. Die einzelnen 

Teilströme erreichen zu unterschiedlichen Zeitpunkten den Boden und bilden ihrerseits 

Lawinen geringerer Masse. 

Diese Massenaufteilung ist ein wichtiger Grund, weshalb der Geschwindigkeitsabbau 

des aufgelösten Lawinenbrechers größer als beim Volldamm ist. Mit anderen Worten 

zeigt der aufgelöste Lawinenbrecher effektiveres Verhalten. 



11 SAMOS – Simulation 

Parallel zu den physikalischen Laboruntersuchungen wurde die Wirkung des 

Lawinenbrechers mit dem Simulationsmodell SAMOS geprüft. Obwohl SAMOS das 

einzige dreidimensionale Lawinenmodell ist, kann der Lawinenbrecher nur als 

Volldamm in der Simulation berücksichtigt werden. Die Ergebnisse müssen also a 

priori unter diesem Gesichtspunkt betrachtet werden. Ziel der Simulationen ist aber 

auch, die Ablenkungseffekte des Bauwerks für die geplante Stelle zu beurteilen. 

Abbildung 11-1: Übersicht – Anbruch-, Entrainment- und Widerstandsgebiete, Punkte an welchen 

Druckwerten ausgewiesen sind 



11.1 Rahmenbedingungen 

Das Einzugsgebiet der Feuersanglawine setzt sich aus vier Teilanbruchgebieten 

zusammen: die bereits verbauten Bereiche 01 und 02, ein kleiner unverbauter 

Bereich dazwischen und der so genannte Bereich Verbauung Future. Die 

Anbruchgebiete (vgl. )wurden zu vier Berechnungsvarianten zusammengefasst (vgl. 

Tabelle 11-1). 

Varianten 

Anbruchgebiete 

Proj. 

Fläche 

[m²] 

Tiefe 

[m] 

Dichte 

[kgm -3 ] 

Anbruch- 

Masse 

kt 

Verbauung Bereich 01 50205 0.5 125 4.7 ⌧ ⌧ 

Verbauung Bereich 02 28879 0.5 125 2.3 ⌧ ⌧ 

Unverbauter Bereich 8859 1.7 125 2.4 ⌧ ⌧ ⌧ 

Verbauung Future 70524 1.4 125 16.3 ⌧ ⌧ 

Tabelle 11-1: Anbruchgebietskominationen 

Unverbaut 

VerFuture 

AllVerBer 

AllFuture 

Bei allen Varianten wurden die Widerstandsgebiete berücksichtigt. Bei den 

Simulationen wird auch davon ausgegangen, dass eine Schneeaufnahme 

(Entrainment) während des Lawinenabgangs erfolgt. Dementsprechend werden die 

Entrainmentgebiete bei allen Simulationen mit einbezogen. 

Projizierte Fläche Entrainmenttiefe Dichte 

Fläche 1 8481 m² 0.5 m 125 kg m-3 

Fläche 2 4476 m² 0.5 m 125 kg m-3 

Fläche 3 8615 m² 0.3 m 125 kg m-3 

Tabelle 11-2: Entrainmentgebiete 

Als Widerstandsgebiete fließen die zwei an die Lawinenbahn angrenzenden 

Waldgebiete ein (siehe Abbildung 11-1). 

Zur Analyse der Druckverhältnisse bei den Berechnungen mit Berücksichtigung des 

Dammes und ohne Berücksichtigung des Dammes wurden drei Punkte definiert, an 



welchen die Druckwerte abgenommen wurden. Punkt 1 befindet sich knapp 

unterhalb des Dammes auf einer Höhe von 1787 m, Punkt 2 mit 1490 m Höhe liegt 

im Zentrum der Sturzbahn und Punkt 3 im Hangfußbereich (1173 m). 

Ziel des Projektes war es auch zu testen, welche Wirkung ein Damm hat, der in der 

Sturzbahn situiert ist. Die Höhe des Dammes der in Abbildung 11-1 dargestellt ist 

(Dammvariante Dv4) beträgt in etwa 10 bis 15 m. Der Damm wurde lediglich als 

Bruchkante (ohne jegliche Geometrie) in das Geländemodell integriert. 

11.2 Darstellung der Varianten 

11.2.1 Variante „Unverbaut“ 

Das Anbruchgebiet der Variante Unverbaut liegt zwischen den Bereits verbauten 

Bereichen und ist das kleinste Anbruchgebiet (vgl. Tabelle 3-1). Dementsprechend 

gering sind auch die Auslauflängen und Drücke (vgl. Abbildung 11-2). 

Fließspitzendruck ohne Damm 

Staubspitzendruck ohne Damm 

Fließspitzendruck mit Damm 

Staubspitzendruck mit Damm 

Abbildung 11-2: Ergebnisse Variante Unverbaut 



Der Fließanteil dieser Lawine erreicht gerade noch den Talboden. Erwartungsgemäß 

treten bei dieser Simulation geringe Druckwerte auf. Dies betrifft sowohl den Staubals 

auch den Fließdruck, mit und ohne Berücksichtigung des Dammes in der 

Sturzbahn. Der Fließanteil der Variante mit Damm erreicht den Punkt 3 (Talfuß) 

gerade nicht mehr. Die Druckwerte können der Tabelle 11-4 entnommen werden. 

11.2.2 Variante „VerFuture“ - Verbauung Future 

Das Anbruchgebiet der Verbauung Future ist mit 70524 m² das größte der vier 

Anbruchgebiete. Es liegt unterhalb der bereits verbauten Fläche und reicht fast bis 

an die Waldgrenze heran. Die Reliefenergie ist zwar beträchtlich geringer als jene 

der anderen Anbruchgebiete, jedoch sind die resultierenden Drücke aufgrund der 

großen Masse als hoch einzustufen. 





Abbildung 11-3: Ergebnisse Variante Verbauung Future 

Sowohl der Staubanteil als auch der Fließanteil der Lawinen überströmt den 

Talboden. Die Staubdrücke erreichen im Talboden Werte zwischen 1 und 5 kPa, die 



Fließdrücke zwischen 10 und 150 kPa. Die laterale Ausdehnung des Fließanteils ist 

relativ gering. Der Hauptstrom dieser Lawine erreicht den Talboden. Die Druckwerte 

am Punkt 3 betragen 160 bzw. 170 kPa. Der orographisch linke Teilast bleibt im 

Hangfußbereich liegen. Die Druckwerte an den drei Analysepunkten können Tabelle 

11-4 entnommen werden. 

11.2.3 Variante „AllVerBer“ – Verbaute Bereiche 01 und 02 und Unverbauter 

Bereich 

Diese Variante umfasst die Anbruchgebiete Verbauter Bereich 01, Verbauter Bereich 

02 und den Unverbauter Bereich. Die gesamte Anbruchfläche ist mit knapp 90000 m² 

deutlich größer ist, als jene der Variante „VerFuture“. Die resutlierenden Druckwerte 

und die Ausdehnung des Fließ- und Staubanteiles dieser Variante sind aber geringer 

als jene der Variante „VerFuture“. Dies ist primär auf die geringeren Anbruchtiefen 

und damit geringeren Anbruchmassen der großen Verbauungsbereiche 01 und 02 

zurückzuführen (vgl. Tabelle 11-1). 







Abbildung 11-4: Ergebnisse der Variante „AllVerBer“ 

Der Haupteil des Fließanteils dieser Variante stößt bis zum Damm im Talboden vor. 

Die Drücke in diesem Bereich liegen zwischen 10 und 70 kPa. Die Druckwerte am 

Punkt 3 betragen 55 kPa. Die orographisch linken und rechten Seitenäste erreichen 

den Talboden nicht mehr. Die Staubdrücke sind mit knapp 6 kPa vernachlässigbar 

gering. Die Druckwerte an den drei Analysepunkten können Tabelle 11-4 entnommen 

werden. 

11.2.4 Variante „AllFuture“ – Verbaute Bereiche 01 und 02, unverbauter 

Bereich und Verbauung Future 

Diese Variante mit den Anbruchgebieten verbauter Bereich 01, verbauter Bereich 02, 

unverbauter Bereich und Verbauung Future ist die Maximalvariante. Dies zeichnet 

sich auch an den hohen Fließspitzendrücken an allen drei Analysepunkten ab. 







Abbildung 11-5: Ergebnisse der Variante „AllFuture“ 

Der Druck im Talboden am Punkt 3 beträgt 167 kPa. Der Fließanteil überströmt den 

Talboden. Der orographisch linke Teilast erreicht den Damm im Talboden. Die 

Druckwerte an den drei Analysepunkten können Tabelle 11-4 entnommen werden. 

11.3 Zusammenfasssung und Beurteilung der Simulationen 

Die topographischen Grundlagen für die Simulationen mit SAMOS ist ein digitales 

Geländemodell mit einer Bodenauflösung von 5 m. Der Damm (Lawinenbrechner) 

wurde als Bruchkante ohne jegliche Geometrie in das Geländemodell eingebaut. Für 

die Simulationsvarianten mit Damm wurde auf dieses veränderte Geländemodell 

zurückgegriffen. Sowohl für die Eingabeparameter (Anbruchdichte) als auch für die 

Modellparameter (Fließdichte, Partikeldurchmesser, Bettreibungswinkel) wurde auf 

die bewährten Standardgrößen zurückgegriffen (vgl. Tabelle 11-3). 

Parameter 

Wert 

Anbruchdichte 125 kg m -3 

Fließdichte 200 kg m -3 

Partikeldurchmesser 1 mm 

Bettreibungswinkel 16 ° 

Tabelle 11-3: Standardparameter für die Simulation mit SAMOS 

Nachfolgend werden die wesentlichsten Punkte zusammengefasst, die sich aus den 

Simulationen mit SAMOS ergeben haben. 



1) Am Punkt 1, das ist jener Punkt, der sich unmittelbar unterhalb des Dammes 

(Lawinenbrechers) in der Sturzbahn befindet, sind die Drücke des Staub- und 

Fließanteils bei der Berechnung mit Damm größer, als bei der Berechnung ohne 

Damm. Dies lässt auf die Ablenkwirkung des Dammes schließen. Der maximale 

Staubdruck an diesem Punkt beträgt 7.91 kPa und wird bei der Berechnung der 

Variante „AllFuture“ erreicht. Der maximale Fließdruck wird ebenfalls bei dieser 

Variante 

AllVerBer 

Damm 

Variante 

Dv4 

Fließdruck 

[PPr] 

Staubdruck 

[Psa] 

Druck [kPa] 

Punkt 1 

x = -14457 m 

y = 216089 m 

z = 1787 m 

Druck [kPa] 

Punkt 2 

x = -14738 m 

y = 215908 m 

z = 1490 m 

Druck [kPa] 

Punkt 3 

x = -15127 m 

y = 215678 m 

z = 1173 m 

⌧ ⌧ 7.82 6.65 5.70 

⌧ 7.23 6.94 6.12 

⌧ ⌧ 191.57 260.98 54.71 

⌧ 204.51 253.53 55.88 

⌧ ⌧ 7.91 5.99 5.81 

AllFuture 

Unverbaut 

⌧ 6.71 5.81 5.99 

⌧ ⌧ 240.98 355.88 160.98 

⌧ 230.20 338.63 166.67 

⌧ ⌧ 4.00 3.54 2.33 

⌧ 3.26 3.52 2.46 

⌧ ⌧ 156.27 98.43 -- 

⌧ 141.77 100.59 2.16 

VerFuture 

⌧ ⌧ 2.41 3.52 3.72 

⌧ 1.96 3.60 3.97 

⌧ ⌧ 250.39 362.35 170.20 

⌧ 225.88 320.20 161.77 

Variante erreicht und beträgt 230.20 kPa. 

Tabelle 11-4: SAMOS Spitzendrücke an den drei ausgewählten Punkten 

2) Punkt 2 liegt in der Sturzbahnmitte. An diese Punkt treten die absolut höchsten 

Fließdrücke auf. Das Maximum beträgt 338.63 kPa und wird bei Berechnung der 

Variante „AllFuture“ erreicht. Die Fließdrücke der Varianten mit Damm sind hier 

generell höher als der Berechnungen ohne Damm. Die Wirkung des Dammes auf 

die Staubdrücke ist auch an diesem Punkt vernachlässigbar gering. 



3) Auch am Punkt 3 in Nähe des Dammes im Talboden ist die Wirkung des 

Lawinenbrechers in der Sturzbahn nicht signifikant. Nahezu alle Druckwerte der 

Berechnungen mit Damm liegen unter jenen der Berechnungen ohne Damm. Der 

Maximalwert des Fließanteils beträgt 166.67 kPa (Variante „AllFuture“, jener des 

Staubanteils 6.12 kPa (Variante „AllVerBer“). 

4) Die Längs- und Seitenausdehnung wird vom Damm (Lawinenbrecher) in der 

Sturzbahn nur unwesentlich beeinflusst. Die größte Wirkung des Dammes wird 

bei der Variante „AllVerBer“ erzielt. Dies ist darauf zurück zu führen, dass ein 

wesentlicher Teilbereich des Anbruchgebietes (verbauter Bereich 01) zum Damm 

strömt und vom Damm gebremst bzw. abgelenkt wird. Die Anbruchmassen der 

anderen Varianten erreichen den Damm nur randlich. 

5) Die Effektivität des Bauwerks kann nur unter dem Gesichtspunkt beurteilt werden, 

dass es sich um einen Volldamm und nicht um den aufgelösten Lawinenbrecher 

handelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Effektivität sehr gering ist. Bereits 

unmittelbar hinter dem Bauwerk ist der Unterschied bezüglich Geschwindigkeit, 

Fließhöhe und Druck zwischen der Lawine mit und ohne Bauwerk bereits 

vernachlässigbar. 

6) Trotz der relativ großen Durchschnittsneigung von ca. 38° erreichen die 

Staubspitzendrücke im Talboden nur Werte unter 10 kPa. Veränderungen des 

Geländes im unteren Teil der Sturzbahn – geringere Neigungen zwischen 1400 

und 1350 m bzw. zwischen 1250 m und dem Talboden – führen zu einer 

erheblichen Beeinflussung der Staubwirkung. In den erwähnten Abschnitten 

treten die höchsten Staubdrücke auf. Die Staubspitzendrücke im Talbereich sind 

demgegenüber vernachlässigbar gering. Der Druckverteilung des Fließanteils 

wird in geringerem Ausmaß von diesen topographischen Gegebenheiten 

beeinflusst. 



12 Zusammenfassung 

Nach der Beschreibung der Problemstellung und der Zielsetzung in den ersten 

beiden Kapiteln befasst sich Kapitel drei mit den Grundlagen des Schnees, unter 

anderem mit seiner Entstehung und physikalischen Eigenschaften. Mit der Klassifizierung 

und Charakterisierung wird in Kapitel vier näher auf die Lawine selbst eingegangen. 

Um das Verhalten der Lawine abschätzen zu können, ist auch die Kenntnis 

der Anrissform bzw. ihrer Bewegungsform essentiell. 

Die derzeit verwendeten physikalischen Modelle zur Lawinensimulation werden in 

Kapitel fünf vorgestellt. 

Um eine Ähnlichkeit zwischen den im Modell ermittelten Ergebnissen und den Naturwerten 

zu erhalten, wird eine Dimensionsanalyse unter zu Hilfenahme des 

Buckingham Π-Theorems in Kapitel sechs durchgeführt. Es werden die verwendeten 

dimensionslosen Zahlen ebenso beschrieben wie die Ähnlichkeitsgesetze. 

Nach der Beschreibung des generellen Versuchmodells wird in Kapitel sieben auf die 

Euler´sche bzw. Lagrange´sche Strömungsbetrachtung eingegangen. 

Um den Hauptversuchen die richtigen Materialien zugrunde zu legen, werden in 

Kapitel acht Vorversuche mit verschiedenen Partikeln, aber auch mit unterschiedlichen 

Untergrundmaterialien geführt. 

In Kapitel neun werden sowohl die Berechnungsmodelle vorgestellt, als auch das 

Prinzip der Datenaufnahme erläutert. Zusätzlich zu den kontinuierlichen 

Lawinenaufnahme mit der langsamen Camcorder, werden die wesentlichen 

Versuche auch mit High-Speed Kamera aufgenommen und miteinander verglichen. 

In Kapitel 10 werden die Wassertankversuche zusammengefasst und in Bezug auf 

den geplanten Lawinenbrecher interpretiert. 

Kapitel 11 zeigt abschließend die Ergebnisse der Lawinensimulation mit SAMOS. 

Die Arbeit liefert zwei „Hauptergebnisse“ aus der Sicht des Auftraggebers: 

a) Die SAMOS-Simulation zeigt, dass der Lawinenbrecher keine signifikate Wirkung 

hat. Dieses Ergebnis ist darauf zurückzuführen, dass in der Simulation nur ein 

Volldamm gerechnet werden kann. 

b) Die physikalische Simulation im Labor zeigt, dass die Effektivität eines 

Volldammes ebenfalls gering ist. Bei aufgelöster Bauweise, wie sie in Form des 

Lawinenbrecher geplant ist, kann jedoch eine zweifache Wirkung festgestellt werden: 



1. Die Geschwindigkeit der Lawinenhauptmasse wird deutlich reduziert. 

2. Bedeutender scheint jedoch, dass die Lawinenmasse aufgeteilt wird (im 

Versuch ist deutlich eine 3-Teilung zu beobachten) und damit keine einheitliche 

Beschleunigung talseits des Dammes zu erwarten ist. 

Zusammenfassend kann daher der aufgelöste Lawinenbrecher im Vergleich zu den 

anderen geprüften Dammtypen empfohlen werden. 



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14 Abbildungsverzeichnis 

Abbildung 3-1: Aggregatzustände, aus [www1]...........................................................3 

Abbildung 3-2: Temperaturabhängigkeit, aus [www4] .................................................4 

Abbildung 3-3: Vom hexagonalem Schneekristall zum Rundkorn, aus [www5]...........5 

Abbildung 3-4: Vom Rundkorn zum Becherkristall, aus [www5]..................................6 

Abbildung 3-5: Vorgänge bei der aufbauenden Umwandlung, aus [Rab96]................6 

Abbildung 3-6: Rückwandlung vom Becherkristall zum Rundkorn, aus [www6]..........7 

Abbildung 3-7: Bildung von Schmelzwasser, aus [Rab96] ..........................................7 

Abbildung 3-8: Energiebilanz, aus [Rab96] ...............................................................12 

Abbildung 3-9: Temperaturgradient der Schneedecke, aus [Rab96]........................12 

Abbildung 3-10: Tagestemperaturverlauf der Schneedecke im Hochwinter, aus 

[Rab96] .............................................................................................13 

Abbildung 3-11: Trockene Reibung, aus [Rab96] mit Änderungen............................14 

Abbildung 3-12: Flüssigkeitsreibung, aus [Rab96] mit Änderungen ..........................15 

Abbildung 3-13: Reibungskegel, aus [www7] mit Änderungen..................................16 

Abbildung 3-14: Richtung des Bodenwindes, aus [Mun03] .......................................17 

Abbildung 3-15: Wind - Baumeister der Lawine, aus [www8]....................................18 

Abbildung 4-1: Lawinenzonen, aus [www11].............................................................20 

Abbildung 4-2: Lockerschneelawine, aus [www12] ...................................................23 

Abbildung 4-3: Weitergabe der Stoßenergie, aus [Rab96] ........................................23 

Abbildung 4-4: Schneebrettlawine, aus [www13] .....................................................24 

Abbildung 4-5: Anrissstirn, aus [www5] .....................................................................24 

Abbildung 4-6: Schwache Schichtgrenze, aus [Schw05]...........................................25 

Abbildung 4-7: Aufbau der Staublawine, aus [www14]..............................................26 

Abbildung 4-8: Stützverbauung, aus [www15]..........................................................27 

Abbildung 4-9: Verwehungszaun, aus [www15] .......................................................28 

Abbildung 4-10: Ablenkverbauung, aus [www16] .....................................................28 

Abbildung 5-1: Modell - Schwere Flüssigkeit in Wasser, aus [www17] .....................31 

Abbildung 6-1: Foude-Zahl (Wellenbilder), aus [Rutsch02] mit Änderungen.............38 

Abbildung 6-2: Laminare vs. turbulente Strömung, aus [www18] ..............................39 

Abbildung 7-1: Modellaufbau.....................................................................................42 

Abbildung 7-2: Technische Zeichnung - Wassertank ................................................45 

Abbildung 7-3: Reservoir...........................................................................................46 

Abbildung 7-4: Absperrplatte.....................................................................................46 



Abbildung 7-5: Sicherungssplint ................................................................................46 

Abbildung 7-6: Einbaumodell des Prototyps..............................................................47 

Abbildung 7-7: Technische Zeichnung - Aufgelöster Lawinenbrecher mit 5 

Querstreben......................................................................................48 

Abbildung 7-8: Technische Zeichnung – Aufgelöster Lawinenbrecher mit 3 

Querstreben......................................................................................48 

Abbildung 7-9: Technische Zeichnung –Volldamm ...................................................49 

Abbildung 7-10: Sony HDR-HC1E Camcorder, aus [www19]....................................51 

Abbildung 7-11: TM-6710, aus [www20] ...................................................................52 

Abbildung 7-12: Euler´sche Methode ........................................................................53 

Abbildung 7-13: Lagrange´sche Methode .................................................................54 

Abbildung 8-1: Rechteckgerinne ...............................................................................55 

Abbildung 8-2: Flächenlawine, aus [Lack02] mit Änderungen..................................56 

Abbildung 8-3: Dichteste Kugelpackung....................................................................60 

Abbildung 8-4: Formen der Bleiplättchen ..................................................................61 

Abbildung 8-5: Höhe der max. Geschwindigkeit in der Natur ...................................64 

Abbildung 8-6: Höhe der max. Geschwindigkeit im Modell ......................................64 

Abbildung 8-8: Rillengummimatte..............................................................................65 

Abbildung 8-7: Rillengummimatte - Detail .................................................................65 

Abbildung 8-9: Standzylinder.....................................................................................66 

Abbildung 8-10: Sinkgeschwindigkeiten ....................................................................67 

Abbildung 8-11: Modell Äquivalenter Durchmesser..................................................68 

Abbildung 8-12: Äquivalenter Durchmesser ..............................................................70 

Abbildung 8-13: Sinkverhalten der Kugeln ................................................................72 

Abbildung 8-14: Pendelbewegung.............................................................................72 

Abbildung 8-15: Schüttkegel aus Glas bzw. Blei .......................................................73 

Abbildung 8-16: Unendlich lange Böschung, aus [Kol98] mit Änderungen................74 

Abbildung 8-17: Innerer Reibungsbeiwert .................................................................75 

Abbildung 8-18: Modell Wandreibungswinkel............................................................76 

Abbildung 8-19: Wandreibungswinkel .......................................................................76 

Abbildung 8-20: Wandreibungsbeiwert mit Plexiglas als Randbegrenzung...............77 

Abbildung 8-21: Anheben des Papierringes ..............................................................77 

Abbildung 8-22: Bleigehalt Messergebnisse..............................................................78 

Abbildung 8-23: Pyknometer .....................................................................................79 

Abbildung 9-1: Grundraster .......................................................................................84 

Abbildung 9-2: Hydraulische Radius .........................................................................85 



Abbildung 9-3: VS-Blockmodell, aus [Tief03] mit Änderungen ..................................86 

Abbildung 9-4: Bildaufnahme ....................................................................................87 

Abbildung 9-5: Fließhöhe HModell und Geschwindigkeit vModell.............................88 

Abbildung 9-6: Bildanordnung für Referenzlawinen ..................................................89 

Abbildung 9-7: Beispiel zur Bildanordnung................................................................89 

Abbildung 9-8: Abschätzung der Geschwindigkeiten in der Natur.............................91 

Abbildung 9-9: Gegenüberstellung vber,Natur - VNatur auf Rillengummimatte 

(ρS,Modell = 6.500 kg/m3)................................................................93 

Abbildung 9-10: Gegenüberstellung vber,Natur - VNatur auf Rillengummimatte 

(ρS,Modell = 4.700 kg/m3)................................................................93 

Abbildung 9-13: Gegenüberstellung vber,Natur - VNatur auf Plexiglas (ρS,Modell = 

6.500 kg/m3).....................................................................................93 

Abbildung 9-14: Gegenüberstellung vber,Natur - VNatur auf Plexiglas (ρS,Modell = 

4.700 kg/m3).....................................................................................93 

Abbildung 9-11: Gegenüberstellung vber,Natur - VNatur auf Gummimatte (ρS,Modell 

= 6.500 kg/m3)..................................................................................93 

Abbildung 9-12: Gegenüberstellung vber,Natur - VNatur auf Gummimatte (ρS,Modell 

= 4.700 kg/m3)..................................................................................93 

Abbildung 9-15: Arithmetisch gemittelten Geschwindigkeit vber,Natur .....................95 

Abbildung 9-16: Fließhöhe HNatur ............................................................................95 

Abbildung 9-17: Definition der Fließhöhe im Modell .................................................96 

Abbildung 9-18: Druck pber,Natur .............................................................................97 

Abbildung 9-19: Vergleich der geschätzten Geschwindigkeit mit der nach Voellmy - 

Gummimatte .....................................................................................99 


Rillengummimatte .............................................................................99 


Plexiglas ...........................................................................................99 

Abbildung 9-22: Vergleich der berechneten Naturgeschwindigkeiten mit denen nach 

Voellmy - ξ und µ optimiert .............................................................102 

Abbildung 9-23: Vergleich der berechneten Naturgeschwindigkeiten mit denen nach 

Voellmy - µ = 0,27 ξ optimiert .........................................................103 

Abbildung 9-24: ξ - bzw. µ - Werte für α = 35° Abbildung 9-25: ξ - bzw. µ - Werte 

für α = 40° 103 

Abbildung 9-26: ξ - bzw. µ - Werte für α = 50° Abbildung 9-27: ξ - bzw. µ - Werte 

für α = 45°.......................................................................................104 

Abbildung 9-28: Bildanordnung für Ein-blick in das Lawinenverhalten bei Lawinenbrecher......................................................................................105 

Abbildung 9-29: Beispiel zum Lawinenver-halten bei Lawinenbrecher....................105 



Abbildung 9-30: Aufgelöster Lawinenbrecher mit 3 Querstreben auf Gummimatte - 

40° ..................................................................................................105 

Abbildung 9-31: Aufgelöster Lawinenbrecher mit 5 Querstreben auf Gummimatte - 

40° ..................................................................................................105 

Abbildung 9-32: Bildanordnung für Lawine mit Volldamm .......................................106 

Abbildung 9-33: Beispiel zur Bildanordnung einer Lawine mit Volldamm – 

Gummimatte und 35°......................................................................106 

Abbildung 9-34: Beispiel der Bildanordnung für den aufgelösten Lawinenbrecher mit 

5 Querstreben – Gummimatte 40° ..................................................107 

Abbildung 9-35: Bildanordnung für den aufgelösten Lawinenbrecher mit 5 Querstreben............................................................................................107 

Abbildung 9-36: Strömungen aufgrund Lawinenbrecher (5 Streben) bzw. Volldamm 

........................................................................................................108 

Abbildung 9-37: Aufgelöster Lawinenbrecher (5 Streben) – 

Geschwindigkeitsverteilung ............................................................111 

Abbildung 9-38: Aufgelöster Lawinenbrecher (5 Streben) - Geschwindigkeitsabbau 

........................................................................................................112 

Abbildung 9-39: Volldamm – Geschwindigkeitsverteilung .......................................113 

AbAbbildung 9-40: Volldamm - Geschwindigkeitsabbau .........................................114 

Abbildung 9-41: Aufgelöster Damm (5 Streben) vs. Volldamm - 

Geschwindigkeitsverteilung ............................................................116 

Abbildung 9-42: Aufgelöster Damm (5 Streben) vs. Volldamm – 

Geschwindigkeitsabbau ..................................................................117 

Abbildung 9-43: Wechselstrom................................................................................118 

Abbildung 9-44: Turbulenzen ..................................................................................119 

Abbildung 11-1: Übersicht – Anbruch-, Entrainment- und Widerstandsgebiete, Punkte 

an welchen Druckwerten ausgewiesen sind ...................................124 

Abbildung 11-2: Ergebnisse Variante Unverbaut.....................................................126 

Abbildung 11-3: Ergebnisse Variante Verbauung Future ........................................127 

Abbildung 11-4: Ergebnisse der Variante „AllVerBer“ .............................................129 

Abbildung 11-5: Ergebnisse der Variante „AllFuture“ ..............................................130 



15 Tabellenverzeichnis 

Tabelle 3-1: Temperaturabhängigkeit der Kristalle, aus [www3] .................................4 

Tabelle 3-2: Schneearten im Überblick – Teil 1, aus [Mun03], [Rab96], [www2], 

[www7] .....................................................................................................8 

Tabelle 3-3: Schneearten im Überblick – Teil 2, aus [Mun03], [Rab96], [www2], 

[www7] .....................................................................................................9 

Tabelle 3-4: Schneefeuchtigkeit, aus [Mun03]...........................................................11 

Tabelle 3-5: Reibungsbeiwerte für Gleitreibung, aus [Rab96] ...................................14 

Tabelle 4-1: Lawinengeschwindigkeiten, aus [Rab96]...............................................21 

Tabelle 4-2: Lawinenklassifikation - Teil 1, aus [www12] .........................................22 

Tabelle 4-3: Lawinenklassifikation – Teil 2, aus [www12]..........................................23 

Tabelle 6-1: Physikalische Größen............................................................................33 

Tabelle 8-1: Dichten der Natur und des Modell .........................................................59 

Tabelle 8-2: Berechnungsdichten im Modell .............................................................62 

Tabelle 8-3: Dichteverzerrung ...................................................................................62 

Tabelle 8-4: Messwerte Pyknometer .........................................................................80 

Tabelle 8-5: Dichtevergleich......................................................................................81 

Tabelle 9-1: Materialien bzw. Formen der Modelllawine ...........................................83 

Tabelle 9-2: Berechnungsdichten..............................................................................85 

Tabelle 9-3: Tabellenaufbau der Referenzlawine......................................................90 

Tabelle 9-4: Eingangsparameter Natur .....................................................................92 

Tabelle 9-5: Eingangsparameter Modell....................................................................92 

Tabelle 9-6: ξ- bzw µ - Werte für Rillengummimatte..................................................98 

Tabelle 9-7: ξ- bzw µ - Werte für Gummimatte..........................................................98 

Tabelle 9-8: ξ- bzw µ - Werte für Plexiglas................................................................98 

Tabelle 9-9: Tabellenaufbau der Lawinenbrecher ...................................................110 

Tabelle 11-1: Anbruchgebietskominationen ............................................................125 

Tabelle 11-2: Entrainmentgebiete ...........................................................................125 

Tabelle 11-3: Standardparameter für die Simulation mit SAMOS ...........................130 

Tabelle 11-4: SAMOS Spitzendrücke an den drei ausgewählten Punkten..............131

IAN REPORT 100 Modul 3 - Department für Bautechnik und ...

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