Lawinenverbau im Anbruchgebiet
04 > Lawinenverbau im
07 Anbruchgebiet
Technische Richtlinie als Vollzugshilfe
SLF WSL ENA Eidg. Institut für SNV Schnee- und PNL Lawinenforschung SLF
> Lawinenverbau im Anbruchgebiet Technische Richtlinie als Vollzugshilfe
Herausgeber: WSL Eidgenössisches Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF Bern, 2007
Rechtlicher Stellenwert dieser Publikation Bezug Diese Publikation ist eine Vollzugshilfe des BAFU als Aufsichtsbehörde BAFU und richtet sich primär an die Vollzugsbehörden. Sie konkretisiert Dokumentation unbestimmte Rechtsbegriffe von Gesetzen und Verordnungen und soll eine CH–3003 Bern einheitliche Vollzugspraxis fördern. Berücksichtigen die Vollzugsbehörden Fax +41 (0) 31 324 02 16 diese Vollzugshilfen, so können sie davon ausgehen, dass sie das docu@bafu.admin.ch Bundesrecht rechtskonform vollziehen; andere Lösungen sind aber auch www.bafu.admin.ch/uv-0704-d zulässig, sofern sie rechtskonform sind. Das BAFU veröffentlicht solche Vollzugshilfen (bisher oft auch als Richtlinien, Wegleitungen, Bestellnummer: Empfehlungen, Handbücher, Praxishilfen u.ä. bezeichnet) in seiner Reihe UV-0704-D «Umwelt-Vollzug». Diese Publikation ist auch in französischer, italienischer und englischer Sprache erhältlich (UV-0704-F, UV-0704-I, UV-0704-E).
© BAFU / WSL 2007. Impressum
Herausgeber Bundesamt für Umwelt (BAFU) Das BAFU ist ein Amt des Eidg. Departements für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK). WSL Eidgenössisches Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF
Autor der Überarbeitung Stefan Margreth, Forschungseinheit Warnung und Prävention, WSL Eidgenössisches Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF, Davos
Begleitung BAFU Reto Baumann, Abt. Gefahrenprävention
Begleitung EKLS R. Baumann, Präsident EKLS, Abt. Gefahrenprävention, BAFU J. Marx, Amt für Forst und Jagd des Kantons Uri H. Buri, Abteilungsvorsteher Naturgefahren des Kantons Bern
Wissenschaftliche Bearbeitung SLF S. Margreth (Projektleitung), F. Leuenberger, T. Lundström, M. Auer, R. Meister
Review Dr. W. Ammann, Stv. Direktor WSL A. Böll, WSL R. Rüegger, Ingenieurbüro
Zitiervorschlag Margreth S., 2007: Lawinenverbau im Anbruchgebiet. Technische Richtlinie als Vollzugshilfe. Umwelt-Vollzug Nr. 0704. Bundesamt für Umwelt, Bern, WSL Eidgenössisches Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF, Davos. 137 S.
Gestaltung Ursula Nöthiger-Koch, Uerkheim
Titelfoto Schneenetz in der Lawinenverbauung Duchli oberhalb von Davos (2001). SLF, S. Margreth
> Inhalt 3
> Inhalt Abstracts 5 4.6 Schneedruck auf schlanke Elemente eines Vorwort 7 Stützwerkes 50 Zweck und Rechtsgundlage der technischen Richtlinie 9 4.7 Seitenkräfte 51
Bezeichnungen 16 5.9 Ausführung und Bemessung der Fundation 78
2.4 Bezeichnungen 16
6 Verwendung von Ankermörtel
3 Projektierung von Stützverbauungen 19 im Lawinenverbau 100
3.1 Voraussetzungen der Lawinenbildung 19 6.1 Allgemeines 100
3.2 Aufgabe und Wirkung der Stützverbauung 21 6.2 Normaler Ankermörtel 101
3.3 Werktypen 22 6.3 Spezial-Ankermörtel für die Anwendung im
3.4 Ausdehnung und Anordnung einer Permafrost 104
Stützverbauung 23
4.3 Hangsenkrechte Schneedruckkomponente 47
4.4 Zuschlag bei nicht hangsenkrechter
Stützfläche 48 8 Typenprüfung 128
4.5 Randkräfte 49 8.1 Zweck 128
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 4
Verzeichnisse 135 Abbildungen 135 Tabellen 136
> Abstracts 5
> Abstracts The technical guideline regulates the planning of snow supporting structures and the di- Keywords: mensioning of separated structures. The procedures and criteria for type approval, to- Defense structures, gether with the requirements for supporting structures and anchor grout are specified. avalanche protection, Further, an overview of the effects of snow pressure and instructions on the planning of type approval, defense structures in permafrost are given. The guideline draws heavily on past experi- guideline, ence gained with supporting structures, and is complementary to the relevant SIA stand- permafrost ards. It is directed towards designers and project engineers.
Die vorliegende technische Richtlinie regelt die Projektierung von Stützverbauungen Stichwörter: und die Bemessung von gegliederten Stützwerken. Der Ablauf der Typenprüfung und Stützverbau, die Prüfkriterien sowie Anforderungen an Stützwerke und Ankermörtel werden festge- Lawinenschutz, legt. Weiter wird eine allgemeine Übersicht über die Schneedruckwirkung gegeben so- Typenprüfung, wie Angaben gemacht, wie Lawinenverbauungen im Permafrost zu planen sind. Die Richtlinie, technische Richtlinie stützt sich stark auf die in der Vergangenheit im Stützverbau ge- Permafrost machten Erfahrungen ab und ergänzt die einschlägigen SIA-Normen. Sie richtet sich an Konstrukteure und Projektverfasser.
La présente directive réglemente l’élaboration du projet de construction de parava- Mots-clés : lanches et le dimensionnement des ouvrages de stabilisation composés. Elle définit le Ouvrage de stabilisation, déroulement de l’examen des types d’ouvrages, les critères du test ainsi que les exigences protection contre les avalanches, liées aux ouvrages de protection et aux mortiers d’ancrage. Un aperçu général des effets examen des types d’ouvrages, de la pression de la neige et des indications sur la planification des paravalanches dans directive, le pergélisol y sont également présentés. Largement inspirée de l’expérience acquise, pergélisol cette directive complète les normes SIA en vigueur. Elle s’adresse aux constructeurs et aux auteurs de projets.
Questa direttiva tecnica disciplina la progettazione delle opere di premunizione e il di- Parole chiave: mensionamento di opere di sostegno strutturate, stabilisce lo svolgimento dell’omologa- opere di premunizione, zione dei tipi di strutture e i criteri di esame e fissa i requisiti posti per le opere di sostegno protezione contro le valanghe, e la malta di ancoraggio. Inoltre, fornisce una panoramica generale della pressione eser- omologazione dei tipi di strutture, citata dalla neve sulle opere di sostegno e indica come pianificare le opere di premuni- direttiva, zione contro le valanghe nel permafrost. La direttiva poggia in gran parte sulle esperienze permafrost acquisite in passato nell’ambito delle opere di premunizione e integra le vigenti norme SIA. Si rivolge a costruttori e progettisti.
> Vorwort 7
> Vorwort Der Stützverbau bildet neben dem Schutzwald als biologische Schutzmassnahme in der Schweiz den wichtigsten Schutz vor Lawinen. Häufig werden technische und biologische Schutzmassnahmen kombiniert. Heute stehen über 500 km permanente Stützwerke im Einsatz. Der temporäre Stützverbau in Kombination mit Wiederaufforstung umfasst rund 150 km. Den grossen Bewährungstest hat der moderne Stützverbau im Lawinenwinter 1999 bestanden – viele Schadenlawinen konnten dadurch verhindert werden. In der Schweiz sind die wichtigsten Stützverbauungen realisiert und die grosse Herausforderung der Zukunft liegt in der Erhaltung der bestehenden Bauten.
Von Mauerterrassen über Beton und Aluminiumstützwerke bis zu den modernen, auf Anker und Mikropfählen fundierten Schneebrücken liegt ein langer Entwicklungsweg. Sowohl Baumaterialien wie Forschungsresultate und neue Erfahrungen wiederspiegeln den sich ständig wandelnden Stand der Technik. Der Inhalt der im In- und Ausland anerkannten technischen Richtlinie wurde seit den 1950-er Jahren massgeblich von Dr. Bruno Salm und später von Stefan Margreth vom Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF in Zusammenarbeit mit der Eidg. Materialprüfungsanstalt EMPA sowie Praktikern der Eidg. Expertenkommission Lawinen und Steinschlag EKLS geprägt. Die nun vorliegende aktualisierte Fassung der technischen Richtlinie stellt das Produkt einer mehr als 50-jährigen Entwicklungsgeschichte dar. Gegenüber der letzten Auflage von 1990 wurde der Inhalt den neuesten SIA-Tragwerksnormen angepasst, der Aufbau überarbeitet, neue Erkenntnisse insbesondere aus dem Lawinenwinter 1999 eingebaut und die Kapitel Typenprüfungen sowie die Verwendung von Ankermörtel im Lawinenverbau integriert.
Werden für Lawinenverbauungen Subventionen des Bundes nach Art. 36 WaG beansprucht, so sind in diesen Verbauungen offiziell geprüfte und zugelassene Werktypen bzw. Ankermörtel zu verwenden. Die vorliegende technische Richtlinie definiert die entsprechenden Anforderungen. Das Bundesamt für Umwelt führt eine Liste mit den zugelassenen Werktypen und Ankermörtel.
Die Schneedruckwirkung auf Stützwerke ist sehr komplex. In der vorliegenden technischen Richtlinie sind die Einwirkungen und Lastmodelle stark vereinfacht dargestellt, um dem Praktiker die Anwendung möglichst einfach zu machen. Es ist jedoch zu beachten, dass in der Natur noch weitere Einwirkungen und Lastmodelle auftreten können, die in der technischen Richtlinie nicht erfasst werden. Der Anwender der technischen Richtlinie muss sich dessen stets bewusst sein, was hohe Anforderungen an ihn stellt.
Andreas Götz Dr. Walter J. Ammann Vizedirektor Stv. Direktor Bundesamt für Umwelt (BAFU) Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL)
> Zweck und Rechtsgrundlage der technischen Richtlinie 9
> Zweck und Rechtsgrundlage der technischen Richtlinie Die vorliegende technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet stützt sich auf das Bundesgesetz über den Wald (Waldgesetz, WaG; SR 921.0) vom 4. Oktober 1991, welches die Grundlage sowie einzelne Voraussetzungen für die Gewährung von Bundesbeiträgen an Projekte zum Schutz von Menschen und erheblichen Sachwerten vor Naturereignissen (Art. 35 und 36 WaG) regelt. In der Verordnung über den Wald (Waldverordnung, WaV; SR 921.01) vom 30. November 1992 werden besondere Voraussetzungen zur Ausrichtung von Bundesbeiträgen festgelegt, darunter fällt auch die Kompetenz des BAFU im erwähnten Bereich technische Richtlinien zu erlassen (Artikel
39 Absatz 3 WaV). Werden für Lawinenverbauungen Subventionen des Bundes nach
Art. 36 WaG beansprucht, so sind grundsätzlich in diesen Verbauungen offiziell geprüfte und zugelassene Werktypen bzw. Ankermörtel zu verwenden. Die vorliegende technische Richtlinie definiert die entsprechenden Anforderungen. Die folgenden Ziele werden dabei verfolgt:
> Hilfestellung für die Verantwortlichen bei Projektierung, Bau und Unterhalt von Stützverbauungen > Übersicht über die Schneedruckwirkung > Vorgehen bei der Bemessung von gegliederten Stützwerken > Definition der Anforderungen an Ankermörtel > Festlegung der Anforderungen an Lawinenverbauungen im Permafrost > Regelung des Ablaufs der Typenprüfung
Lawinenverbauungen werden meist in hochgelegenen, schwer zugänglichen Steilhängen mit unterschiedlichsten Bodeneigenschaften eingebaut. Einfache, kostengünstige, robuste und bewährte Baumethoden sind deshalb Voraussetzung für einen erfolgreichen dauerhaften Einsatz im Lawinenverbau. Die technische Richtlinie stützt sich stark auf die in der Vergangenheit gemachten Erfahrungen ab. Dadurch ergeben sich insbesondere bei der Bemessung der Fundationen und Verankerungen Unterschiede zur Norm SIA 267 Geotechnik.
Die Auswirkungen des Schneedrucks auf Stützwerke sind sehr vielseitig. Es treten oft unbekannte Faktoren auf, die trotz sorgfältiger Beobachtungen und Messungen nie ganz zu eliminieren sind. Die in dieser technischen Richtlinie gemachten Angaben stellen starke Vereinfachungen der Realität dar. Der Anwender der technischen Richtlinie muss wissen, dass dies an ihn grosse Anforderungen stellt.
Diese technische Richtlinie richtet sich an Konstrukteure und Projektverfasser. Konstrukteure sind insbesondere von Ziffer 4 «Bemessung von gegliederten Stützwerken»
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 10
und Ziffer 8 «Typenprüfung» angesprochen. Für Projektverfasser sind die Ziffer 3 «Projektierung» und je nach Situation die Ziffer 7 «Lawinenverbauungen im Permafrost» zu beachten.
Soweit ein Gesuchsteller im Rahmen eines Subventionsgesuches nachweist, dass er die Anforderungen dieser technischen Richtlinie anderweitig mindestens gleichwertig erfüllt, können Bundesbeiträge auch an Massnahmen mit anderen technischen Lösungen gewährt werden.
1 > Geltungsbereich 11
1 > Geltungsbereich
Abgrenzung
Die technische Richtlinie gilt für die Projektierung von Stützverbauungen im Anbruchgebiet von Lawinen.
Die Berechnungs- und Bemessungsverfahren beziehen sich auf gegliederte Stützwerke mit starren oder nachgiebigen Stützflächen, die senkrecht zur Hangfalllinie gestellt oder aus dieser Lage um einen Winkel δ geneigt sind.
Die technische Richtlinie regelt:
> Die Projektierung von Stützverbauungen im Gelände > Die Anforderungen an die Baustoffe > Die Bestimmung der Einwirkungen infolge Schneedruck auf Stützwerke > Die Bemessung der Stützwerke und ihrer Fundationen/Verankerungen > Die Verwendung von Ankermörtel im Lawinenverbau > Die Erstellung von Lawinenverbauungen im Permafrost > Die Typenprüfung von Lawinenverbauungen
Bezug zu den SIA-Normen
1.2.1 Allgemeines
Die vorliegende technische Richtlinie ergänzt die Norm SIA 261 resp. 261/1. Wo nichts anderes vermerkt ist, gelten die einschlägigen SIA-Normen. Diese Normen sind anerkannte Regeln der Baukunde, welche ein schweizerisches Normenwerk des Bauwesens bilden (vgl. www.sia.ch).
1.2.2 Bemessung des Oberbaus von Stützwerken
Für die Bemessung des Oberbaus von Stützwerken gelten die Bestimmungen der Normen SIA 262, 263 und 265, sofern in der technischen Richtlinie keine weiteren Angaben bestehen.
1.2.3 Bemessung der Fundation von Stützwerken
Für die Bemessung der Fundation von Stützwerken gelten die Bestimmungen der technischen Richtlinie. In Spezialfällen kann die Norm SIA 267 (Geotechnik) angewendet werden.
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Andere Schutzmassnahmen
Je nach örtlichen Begebenheiten können auch andere Schutzmassnahmen die Stützverbauung nützlich ergänzen oder sogar ersetzen:
1.3.1 Verwehungsverbauung
Bauwerke (Wände, Tafeln, Zäune usw.), die unter Ausnützung der Windwirkung die Schneeablagerung beeinflussen, mit dem Ziel
> einer Verhinderung der Gwächtenbildung > oder einer Verminderung der Schneeablagerung in Anrisszonen.
1.3.2 Ablenkverbauung
Auf Lawinenkräfte bemessene Bauwerke (Dämme, Mauern, Keile, Galerien, Ebenhöch), mit denen bezweckt wird, eine sich in Bewegung befindliche Lawine zu überführen, abzulenken, zu teilen oder deren seitliche Ausbreitung zu verhindern.
1.3.3 Bremsverbauung
Auf Lawinenkräfte bemessene Bauwerke, die der Lawine frontal entgegengestellt werden mit dem Ziel, ihre Masse aufzufangen (Auffangdämme) oder ihre Auslaufstrecke zu verkürzen (Bremskeile, Bremshöcker, Bremsböcke).
2 > Verständigung 13
2 > Verständigung
Organisationen
BAFU Bundesamt für Umwelt, Bern EKLS Eidg. Expertenkommission Lawinen und Steinschlag, Bern EMPA Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Dübendorf und St.Gallen SIA Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich SLF Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung, Davos (Das SLF gehört zur Eidg. Forschungsanstalt WSL, Birmensdorf) VSE Verband Schweizerischer Elektrizitätswerke WSL Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Birmensdorf
Fachausdrücke
Allgemeines
Auswirkung Antworten des Tragwerkes auf Einwirkungen (Beanspruchung, Spannungen, Schnittgrössen, Reaktionen, Verformungen etc.; nach Norm SIA 260: 2003). Baugrundwider- Grenze der Tragfähigkeit des Baugrundes stand (Erdwiderstand, Grundbruchwiderstand, Gleitwiderstand, Scherwiderstand; nach Norm SIA 267: 2003). Bemessung Festlegen der Abmessungen, der Baustoffe (inkl. ihrer Eigenschaften) und der konstrukti ven Durchbildung eines Tragwerkes auf der Basis von konstruktiven oder ausführungstechnischen Betrachtungen bzw. von rechnerischen Nachweisen (nach Norm SIA 260: 2003). Bemessungswert Aus einem charakteristischen oder anderen repräsentativen Wert bzw. aus einer Funktion von Bemessungswerten in Verbindung mit Partial- und Umrechnungsfaktoren bestimmter, allenfalls auch direkt festgelegter, in einen Nachweis eingehender Wert (nach Norm SIA 260: 2003). Charakteristische In der Regel auf statistischer Basis festgelegter Wert einer Einwirkung, einer geometrischen Grösse oder einer Baustoff - bzw. Bau- Wert grundeigenschaft (Mittelwert, oberer oder unterer Wert), gegebenenfalls auch Nennwert oder vorsichtiger Erwartungswert (nach Norm SIA 260: 2003). Die charakteristischen Werte beinhalten keine Lastfaktoren oder Widerstandsbeiwerte. Die in dieser technischen Richtlinie angegebenen Schneedrücke sind charakteristische Werte. Einflussfaktor Der Einflussfaktor eines Elementes mit einer beschränkten Breite ist das Verhältnis des wirklich aufgenommenen Schneedruckes zum Schneedruck, wie er auf einen Abschnitt gleicher Breite einer durchgehenden Wand auftreten würde. Einzelwerk Frei stehendes Stützwerk mit typischerweise 2 Stützen und Träger. Last Gravitationsbedingte, auf ein Tragwerk wirkende Kraft (nach Norm SIA 261: 2003). Randfeld Fläche, auf der die Randkräfte bei einem Zwischenwerkabstand von 2 m auftreten. Solifluktion Bodenfliessen, hangabwärtiges Fliessen oder Kriechen der obersten, lockeren, wasserdurchtränkten Bodenschichten. Stützverbauung Anordnung von mehreren Stützwerken. Tragwiderstand Grenze der Tragfähigkeit (nach Norm SIA 260 bzw. Norm 262, 263, 265 und 267: 2003). Veränderliche Ein- Während eines Bezugszeitraums nicht ständig vorhandene, nicht konstante oder nicht monoton sich ändernde Einwirkung wirkung (nach Norm SIA 260: 2003); z.B. Schneedruck. Werkendfeld Fläche, auf der die Randkräfte bei einem freien Werkende auftreten.
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Oberbau
Balken Rostelemente bei Schneebrücken. Netz Aus Seilen bestehende Stützfläche. Pfette Teil der Tragkonstruktion (ohne Bodenberührung), auf dem die Rechenstäbe resp. Rostbalken eines Schneerechens aufgelagert sind. Rechenstab Rostelement bei Schneerechen, ausgenommen bei Holzschneerechen. Rost Aus Balken, Rechenstäben oder Rostbalken bestehende Stützfläche. Rostholz Rostelemente bei Holzschneerechen. Schneebrücke Werk mit Rostbalken parallel zur Niveaulinie. Schneenetz Werk mit Netz als Stützfläche. Schneerechen Werk mit Roststäben senkrecht zur Niveaulinie. Stütze Teil der Tragkonstruktion, der den Träger oder die Pfette talseitig abstützt. Stützfläche Gesamte Fläche, in der die Schneedecke abgestützt werden kann (Fläche innerhalb der Umgrenzung eines Rostes oder Netzes). Tragkonstruktion Alle Konstruktionsteile, die Kräfte vom Rost oder Netz in die Fundamente leiten. Träger Teil der Tragkonstruktion, auf dem die Rostbalken einer Schneebrücke oder die Pfetten eines Schneerechens aufliegen.
Fundation
Anker Gebohrtes Fundationselement zur Übertragung von Zugkräften. Betonfundament Fundament, das am Werkstandort hergestellt (z.B. betoniert) wird. Bodenanker Gebohrte Verankerung zur Übertragung von Zugkräften in den Boden. Felsanker Gebohrte Verankerung zur Übertragung von Zugkräften in kompakten bis leicht zerklüfteten Fels. Fertigfundament Vorfabriziertes Fundament z.B. aus Stahlprofilen gefertigte Grundplatte, das an der Baustelle eingegraben wird. Fundation Gesamtheit der Massnahmen zur Übertragung der Lasten und Kräfte eines Bauwerkes in den Baugrund (nach Norm SIA 267: 2003). Mikropfahl Gebohrtes Fundationselement zur Übertragung von Druckkräften. Netzanker Nicht gesprengter Bodenanker mit einem Netzstrumpf zur Vermeidung von unnötigem Mörtelverlust. Nicht gesprengter Anker Bodenanker für groben Kies oder grobblockigen Boden. Oberflächenzone Hangparallele Zone mit einer Mächtigkeit von 0.5 m, in der der Boden nur eine stark reduzierte Tragfähigkeit aufweist. Riegel Druck- und zugfeste Verbindung von Träger- und Stützenfundament. Schwelle Teil der Tragkonstruktion, der auf oder im Boden liegt und zur Auflagerung der Rechenstäbe resp. Rostbalken dient (Schneerechen). Sprenganker Bodenanker für kiesigen bis sandigen Boden mit einem am unteren Ende ausgesprengten und nachher ausgegossenen Hohlraum. Verankerungslänge Länge, über welche die Kraft in den Verankerungskörper eingeleitet wird (nach Norm SIA 267: 2003).
2 > Verständigung 15
Abb. 1 > Schneebrücke.
Balken
Stützfläche Träger
Stütze
Abb. 2 > Schneerechen.
Rechenstäbe (Stahl) Rosthölzer (Holz)
Tragkonstruktion obere Pfette untere Pfette Träger
Fundation Trägerfundament Stütze Riegel Trägerfundament
Abb. 3 > Schneenetz.
Netz
Pendelstütze Abspannseil
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Masseinheiten und Bemerkungen zu den Bezeichnungen
In dieser technischen Richtlinie werden die SI-Masseinheiten verwendet:
> Als Dichte wird die Masse pro Volumeneinheit 1 t/m³ = 1000 kg/m³ bezeichnet.
Bemerkungen zu den in dieser technischen Richtlinie verwendeten Bezeichnungen:
> Winkel sind in der 360° Teilung angegeben. > Der Index ' bei Bezeichnungen für Kräfte bedeutet immer Kraft pro Längeneinheit (Laufmeterlast). > Bezeichnungen für Kräfte ohne diesen Index bedeuten Resultierende über bestimmte Längen. > Gross gedruckte Kräfte beziehen sich auf die ganze Werkhöhe, klein gedruckte auf Werkelemente oder auf die Flächeneinheit (spezifischer Druck). > Die lawinentechnischen Ausdrücke sind dem «Lawinen-Atlas, bebilderte internationale Lawinenklassifikation» entnommen (1981 durch die UNESCO herausgegeben).
Bezeichnungen
Die in dieser technischen Richtlinie verwendeten Bezeichnungen können sich im Vergleich zu den SIA-Normen unterscheiden.
Bezeichnung Masseinheit Bedeutung Ziffer
A m Seitlicher Werkzwischenraum (in der Niveaulinie gemessen) 3.8.1, 5.5.2.4, 8.2.1 a - Verhältniszahl zur Bestimmung von ε (abhängig von der Schneeart) 4.3, 5.5.2.2 BK m Rost- bzw. Netzhöhe 3.6.3, 5.6.1.2, 5.6.1.4 (mittlere Abmessung der Stützfläche senkrecht zur Niveaulinie gemessen) b m Belastungsbreite bei Rostbalken 5.6.1.2, 5.8.1.1, 5.8.2.1.1 Dext m Extreme Schneemächtigkeit (Höchstwert der maximalen Schneemächtigkeit in einer 3.5.3, 3.6.3 langen Reihe von Jahren an einer bestimmten Stelle) DK m Wirksame Rost- bzw. Netzhöhe (analog zur Schneemächtigkeit gemessene mittlere 3.6.3, 5.5.2.3, 5.5.2.4, 5.6.1.2, Entfernung der Stützflächenoberkante vom Boden) 5.8.1.2.1, 8.2.1 Dmax m Maximale Schneemächtigkeit 3.5.3 (Schneemächtigkeitsmaximum eines Winters, an einer bestimmten Stelle) D m Allgemeine Schneemächtigkeit (senkrecht zum Hang gemessen) 3.5.3, 3.6.3, 4.4 E N/mm² Elastizitätsmodul von Ankermörtel 6.2.1.3, 6.2.1.4 Ed kN Bemessungswert einer Auswirkung (Beanspruchung) 5.2.2.1, 5.9.7.1.8 FS - Frostbeständigkeit von Ankermörtel 6.2.1.3, 6.2.1.4, 6.2.2.9, 6.3.1.5 FC m² Fundamentfläche 5.9.5.3.1, 5.9.6.5 Fk kN Charakteristische Wert der Zug- resp. Druckkraft im Anker resp. Mikropfahl 5.9.7.1.6, 5.9.7.1.8, 7.5.4.4, 7.5.4.5, 7.5.4.7
2 > Verständigung 17
Bezeichnung Masseinheit Bedeutung Ziffer
fc N/mm² Druckfestigkeit von Ankermörtel 6.2.1.4, 6.2.2.9, 6.3.1.5 fC - Höhenfaktor (berücksichtigt die Abhängigkeit der Dichte und des Kriechfaktors von 3.10.1, 3.10.6, 5.5.2.1, 5.5.4, 5.7.4.1, der Meereshöhe) 8.2.1 fL - Abstandsfaktor (zur Bestimmung von L) 3.7.2 fR - Randfaktor (zur Bestimmung der Randkräfte) 3.10.1, 5.5.2.4, 5.5.3.3 fS - Reduktionsfaktor für die hangparallele Schneedruckkomponente bei nachgiebiger 5.7.4.1 Stützfläche G' kN/m' Gewicht des Schneeprismas, begrenzt durch die Stützfläche und der von ihrer 4.4, 5.5.2.3, 5.7.4.4 Schnittlinie mit der Bodenoberfläche ausgehenden hangsenkrechten Fläche G'N, G'Q kN/m' Komponenten von G' hangparallel beziehungsweise hangsenkrecht 4.4, 5.5.2.5 g m/s² Erdbeschleunigung 4.2, 4.4 Hext m Extreme Schneehöhe (Höchstwert der maximalen Schneehöhe in einer langen Reihe 3.5.2, 3.5.4, 3.6.2, 3.10.3, 5.5.1 von Jahren an einer bestimmten Stelle) H ‾ ext m Flächenmittel der extremen Schneehöhe 3.5.2, 3.5.4 (Mittel der extremen Schneehöhen H ext über einen Geländeabschnitt, analog H max) HK m Werkhöhe (lotrecht gemessen) 3.4.2.1, 3.6.2, 3.7.2.1, 3.10.3, 5.5.2.1, 5.5.3.1, 5.5.3.4, 5.5.4, 5.7.4.1, 5.8.1.3.3, 5.8.2.3.2, 5.8.3.4 Hmax m Maximale Schneehöhe 3.5.1, 3.5.2, 3.5.4 (Schneehöhenmaximum eines Winters, an einer bestimmten Stelle) H ‾ max m Flächenmittel der maximalen Schneehöhe (Mittel der maximalen Schneehöhen H max 3.5.2, 3.5.4 über einen Geländeabschnitt) H m Allgemeine Schneehöhe (lotrecht gemessen) 3.10.1, 4.2, h m Schneehöhe mit dem beim Lastmodell 2 verbundenen spezifischen Schneedruck 5.5.3.1, 5.5.3.2 K - Kriechfaktor (abhängig von der Dichte und der Hangneigung) 3.10.1, 3.10.4, 4.2, 5.5.2.1 L m Werkabstand (in der Falllinie gemessen) 3.4.5.2, 3.7.2.1, 3.8.2 l m Werklänge (effektive Länge eines Einzelwerkes in der Niveaulinie gemessen) 3.9.1, 5.8.1.3.4, 5.8.3.5 Δl m Angriffslänge der Randkräfte (in der Niveaulinie gemessen) 4.5, 5.5.2.4, 5.5.3.3 N - Gleitfaktor (abhängig von der Bodenrauhigkeit und der Hangexposition) 3.7.2.3, 3.10.1, 3.10.5, 4.2, 4.3, 4.6.1, 5.5.2.1, 5.5.2.2, 5.5.2.4, 5.5.4, 5.7.4.1, 8.2.1 P' kN/m' Komponente von R' senkrecht zur Stützfläche 5.6.1.2 p'B kN/m' Belastung eines Balkens senkrecht zur Stützfläche 5.6.1.2, 5.8.1.2.2, 5.8.1.2.4, 5.8.2.2 ph kN/m² Spezifischer Schneedruck senkrecht zur Stützfläche beim Lastmodell 2 5.6.1.2, 5.6.1.3, 5.8.1.2.2, 5.8.2.2
Q' kN/m' Komponente von R' parallel zur Stützfläche 5.8.1.2.1 Qk kN charakteristischer Wert einer veränderlichen Einwirkung 5.2.2.1 q'B kN/m' Belastung eines Balkens parallel zur Stützfläche 5.8.1.2.1, 5.8.1.2.2, 5.8.1.2.3, 5.8.1.2.4 qh kN/m² Spezifischer Schneedruck parallel zur Stützfläche im zweiten Belastungsfall 5.8.1.2.1 q'S kN/m' Querbelastung von Stützen senkrecht zur Stützenachse 4.6.1, 5.5.4 R' kN/m' Resultierende sämtlicher Schneedruckkräfte 5.5.2.5, 5.5.2.6, 5.6.1.2, 5.8.1.2.1, Rd kN Bemessungswert des Tragwiderstandes gemäss SIA-Normen 5.2.2.1, 5.2.2.2, 5.2.2.4, 5.2.3.2, 5.2.3.3, 5.9.7.1.8 Rk kN Charakteristische Wert des Tragwiderstandes gemäss SIA-Normen 5.2.2.1, 5.2.3.3
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 18
Bezeichnung Masseinheit Bedeutung Ziffer
Ra,k kN Äussere Tragwiderstand eines Ankers resp. charakteristischer Ausziehwiderstand 5.9.7.1.5, 5.9.7.1.8, 5.9.7.2.5, 5.9.7.4.4, 5.9.7.5.5, 7.5.4.4 S'N kN/m' Hangparallele Schneedruckkomponente (Kriech- und Gleitdruck) 4.2, 4.3, 4.5, 4.6.1, 5.5.2.1, 5.5.2.2, 5.5.2.4, 5.5.2.5, 5.5.6, 5.7.4.1 S'Q kN/m' Hangsenkrechte Schneedruckkomponente (Kriechdruck) 4.3, 5.5.2.2, 5.5.2.5, 5.7.4.3 S'R kN/m' Zusätzliche hangparallele Schneedruckkomponente am seitlichen Rand einer Stütz- 4.5, 5.5.2.4, 5.5.2.5, 5.6.1.4 fläche (Randkraft) SS kN Seitenbelastung eines Werkes (parallel zur Niveaulinie) 4.7, 5.5.6, 5.7.4.3, 5.9.7.3.2 sB kN/m² Bruchscherspannung im gewachsenen Boden längs den Mantelflächen eines 5.9.5.4, 5.9.6.4 Betonfundamentes (Zugbeanspruchung) s*B kN/m² Bruchscherspannung im wiedereingefüllten Bodenmaterial längs den Mantelflächen 5.9.6.4 eines Fertigfundamentes (Zugbeanspruchung) Tk kN Charakteristische Wert der resultierenden Fundationskraft, die auf das bergseitige 5.9.5.3.1, 5.9.5.3.2, 5.9.5.4, 5.9.6.3, Fundament wirkt 5.9.6.4 t m Fundationstiefe (lotrecht gemessen) 5.9.5.4, 5.9.6.4 Uk kN Charakteristische Wert der resultierenden Fundationskraft, die auf das talseitige Fun- 5.9.4.2, 5.9.6.5, 5.9.6.6 dament wirkt w m Lichte Weite in der Stützfläche 5.8.1.3.1, 5.8.2.3.1, 5.8.3.3 (senkrecht zu den Bauteilen der Stützfläche gemessen) Z m ü.M. Meereshöhe 3.5.4, 3.10.6 α ° Winkel zwischen Kraftrichtung und Hangparalleler (Fundamente) 8.9.6.6, 5.9.4.4, 5.9.4.5 δ ° Winkel, den die Stützfläche mit der hangsenkrechten Ebene bildet 4.4, 5.3.2, 5.5.2.3, 5.6.1.2, 5.8.1.2.1 γM - Widerstandsbeiwert 5.2.2.1, 5.2.2.2, 5.2.2.4, 5.2.3.2, 5.2.3.3, 5.9.4.1, 5.9.7.1.8 γQ - Lastbeiwert für eine veränderliche Einwirkung 5.2.2.1, 5.2.3.1, 5.9.4.1, 5.9.7.1.8 ε ° Winkel, den die Resultierende des Schneedruckes aus S' N und S'Q 4.3, 5.5.2.2, (vektorielle Addition) mit der Hangparallelen bildet εR ° Winkel, den die Resultierende sämtlicher Schneedruckkräfte mit der Hangparallelen 5.5.2.6, 5.6.1.2, 5.8.1.2.1 bildet εcs % Längenänderung (Schwinden) von Ankermörtel 6.2.1.4 η - Einflussfaktor eines Werkes in Bezug auf die Druckaufnahme 4.6.1, 4.6.2, 5.5.4 ρH t/m³ Mittlere Dichte von Schnee entsprechend der Schneehöhe H ext 3.10.2, 5.5.2.1, 5.5.3.4 ρh t/m³ Mittlere Dichte von Schnee entsprechend der Schneehöhe h 5.5.3.4
ρ t/m³ Allgemeine mittlere Dichte von Schnee 3.10.1, 4.2, 4.4, 5.7.4.4 σα kN/m² Spezifischer Baugrundwiderstand 5.9.5.3.1, 5.9.4.4, 5.9.6.5 σ90° kN/m² Baugrundwiderstand senkrecht zum Hang 5.9.4.4, 5.9.4.6 σΟ kN/m² Baugrundwiderstand in hangparalleler Richtung 5.9.4.4 ϕ ° Reibungswinkel bei der Gleitbewegung von Schnee auf dem Boden 3.7.2.1, 3.7.2.2, 3.7.2.3 ϕEk ° Charakteristischer Reibungswinkel bei der Übertragung von Druckkräften 5.9.5.4, 5.9.6.4, 5.9.6.6 (Fundamente) ψ ° Hangneigungswinkel 3.5.3, 4.2, 4.3, 4.4, 5.5.2.2, 5.5.2.3, 5.9.4.4, 8.2.1
3 > Projektierung von Stützverbauungen 19
3 > Projektierung von Stützverbauungen
Voraussetzungen der Lawinenbildung
3.1.1 Schneebrettlawinen
3.1.1.1 Entstehung von Kriechen und Gleiten
An einem Hang treten in der Schneedecke Kriechbewegungen auf und zusätzlich, je nach den Grenzbedingungen zwischen Boden und Schnee, noch Gleitbewegungen auf der Bodenoberfläche (Abb. 4).
Diese Bewegungen sind abhängig von den folgenden Faktoren:
> Hangneigung, > Schneemächtigkeit, > Bodenrauhigkeit, > Schneebeschaffenheit (Verformbarkeit, Reibung, im besonderen Durchnässung der Grenzschicht Boden – Schnee).
Abb. 4 > Kriech- und Gleitgeschwindigkeiten in der Schneedecke.
v (u,v,w) resultierender Geschwindigkeitsvektor u hangparallele Geschwindigkeitskomponente uu Gleitgeschwindigkeit u-uu hangparallele Gleitgeschwindigkeit w hangsenkrechte Kriechgeschwindigkeit
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3.1.1.2 Neutrale Zone
Verändern sich diese Faktoren örtlich nicht, so müssen die Geschwindigkeitsprofile an jedem Ort identisch sein. Das Gewicht der Schneedecke wird in diesem Fall an jeder Stelle direkt als Normaldruck und Scherspannung auf den Boden übertragen. Dies ist der Zustand der sogenannten neutralen Zone, gekennzeichnet durch das Fehlen von Spannungsänderungen in hangparallelen Richtungen. Örtliche Veränderungen dieser Faktoren rufen Zonen gesteigerter Zug-, Druck- und Scherspannungen in hangsenkrechten Ebenen hervor.
3.1.1.3 Auslösung von Schneebrettlawinen
Bei einer Schneebrettlawine gleitet eine ganze Schneetafel grossflächig, gleichzeitig ab und gewinnt rasch an Geschwindigkeit. Voraussetzung ist, dass gebundene Schneeschichten eine dünne schwache Schicht oder schwache Schichtgrenze überlagern. Der Bruch, ein primärer Scherriss, beginnt in der schwachen Schicht oder schwachen Schichtgrenze, wo die örtlichen Spannungen die Schneefestigkeit überschreiten. Von diesem Initialbruch aus pflanzt sich der Bruch sehr rasch nach allen Seiten aus. Mit zunehmender Bruchausbreitung kommt es zu sekundären Rissen in der überlagernden Schicht: der obere Zugriss und die seitlichen Scherrisse sind die Folge davon. Am unteren Rand ist die abgleitende Schneetafel (das eigentliche Schneebrett) durch den Stauchwall begrenzt. Als auslösendes Moment für die Initialbruchbildung kommen einerseits natürliche Ursachen (z.B. Zusatzbelastung durch Neuschnee oder Festigkeitsabnahme durch rasche Erwärmung) oder aber künstliche Ursachen wie Skifahrer in Frage.
3.1.2 Lockerschneelawinen
Lockerschneelawinen entstehen in sehr lockerem Schnee auf kleinstem Raum, wenn sich eine kleine Schneemasse spontan oder auf einen minimalen Anstoss hin (fallender Stein oder Schneeklumpen) löst und talseitige Schneeteilchen in Bewegung setzt. Die Fortpflanzung dieser Bewegung erstreckt sich über einen schmalen Sektor (Birnenform) unter stetiger Zunahme der beteiligten Schneemasse.
3.1.3 Lawinenbildung und Hangneigung
Die niedrigste Hangneigung, bei der die Entstehung von Lawinen beobachtet wurde, beträgt 17° (31 %). Dieser Fall ist praktisch bedeutungslos. Anrisse bei Hangneigungen unter 30° (58 %) sind selten. In Gelände von über 45° Neigung überwiegen die Lockerschneelawinen. Diese führen zu einer häufigeren Entlastung eines Hanges und beeinträchtigen den Aufbau einer spannungsgeladenen Schneedecke und verhindern damit die Bildung von Schneebrettlawinen.
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Aufgabe und Wirkung der Stützverbauung
3.2.1 Aufgabe
Die Stützverbauung hat zur Aufgabe, den Anbruch von Lawinen zu verhindern oder zum mindesten entstehende Schneebewegungen – sie können nicht vollständig unterbunden werden – auf ein unschädliches Mass zu beschränken. Voll entfaltete Lawinen entwickeln Kräfte, die in der Regel von den Stützverbauungswerken nicht aufgenommen werden können.
3.2.2 Wirkung
Die Wirkungsweise der Stützverbauung beruht darauf, dass der kriechenden und eventuell gleitenden Schneedecke eine im Boden verankerte, mehr oder weniger hangsenkrechte, bis an die Schneeoberfläche reichende Stützfläche entgegengestellt wird. Dadurch entsteht eine Stauwirkung, d.h. die Kriech- und Gleitgeschwindigkeiten nehmen hangabwärts zum Hindernis stetig ab. Innerhalb der Stauzone, die praktisch über eine hangparallele Distanz von mindestens der dreifachen lotrechten Schneehöhe reicht (wesentlich abhängig von der Gleitbewegung), entstehen im Schnee zusätzliche hangparallele Druckspannungen. Diese werden von der Stützfläche aufgenommen, wodurch die im Staubereich liegenden vor der Abstützung vorhandenen schneebrettbildenden Scher- und eventuell Zugspannungen vermindert werden.
Bei Abbrüchen verhindert die Stützverbauung das Mitreissen der Altschneedecke und beschränkt flächenmässig das Gebiet, über welches sich Scherrisse fortpflanzen können. Durch die Bremswirkung der Werke wird die Geschwindigkeit – die für eine Schadenwirkung vor allem massgebende Grösse – in Schranken gehalten. Schliesslich wirkt sich auch das Auffangvermögen der Stützwerke günstig aus.
3.2.3 Spielraum bei der Anordnung und Bemessung der Werke
Die vorliegende technische Richtlinie lässt bei der Anordnung und Bemessung der Werke einigen Spielraum offen. Dieser soll dazu benutzt werden, eine Stützverbauung den Anforderungen der zu schützenden Objekte bzw. dem als zulässig erachteten Restrisiko anzupassen. Für die Beurteilung der Anforderungen ist neben der Art der zu schützenden Objekte (z.B. bewohnt oder unbewohnt) auch deren topographische Lage in Bezug auf Anrissgebiet, Sturzbahn und Ablagerungsgebiet zu berücksichtigen (z.B. hohe Anforderungen bei Lage des Schutzobjektes innerhalb der Sturzbahn).
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Werktypen
3.3.1 Starre Stützwerke
Wenn der Kriech- und Gleitbewegung der Schneedecke eine Stützfläche entgegengestellt wird, die nur kleine, elastische Deformationen erleidet, so spricht man von einer starren Stützfläche bzw. von einem starren Stützwerk (z.B. Schneebrücke mit Rostbalken aus Stahl, siehe Abb. 1).
3.3.2 Nachgiebige Stützwerke
Ist die Stützfläche jedoch in der Lage, den genannten Bewegungen bis zu einem gewissen Grade zu folgen, so spricht man von einer nachgiebigen Stützfläche bzw. von einem nachgiebigen Stützwerk (z.B. Schneenetze, siehe Abb. 3).
3.3.3 Beanspruchung eines Stützwerkes
Ein Stützwerk kann gemäss Ziffer 3.2.2 einerseits durch Schneedruck und anderseits durch dynamische Kräfte beansprucht werden. Während der statisch wirkende Schneedruck als Grundlage zur Bemessung dient (Kapitel 5), soll durch eine geeignete Werkanordnung (gemäss Ziffer 3.7) die Grösse von möglichen dynamischen Kräften derart kontrolliert werden, dass sie an den Werken keine oder höchstens geringe Schäden verursachen.
3.3.4 Wahl des Werktyps
Die Wahl des Werktyps hat sich nach den Anforderungen der zu schützenden Objekte (Ziffer 3.2.3) unter Berücksichtigung der örtlichen Schnee-, Gelände- und Fundationsverhältnisse zu richten. Schneenetze sind weniger empfindlich auf Kriechbewegungen und Steinschlag (vgl. Ziffer 7.4.3.1), aber im Lockergestein schwieriger zu verankern.
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Ausdehnung und Anordnung einer Stützverbauung
3.4.1 Verbauungswürdige Hangneigung
Als verbauungswürdiger Neigungsbereich wird im allgemeinen 30°–50° betrachtet (58 %–119 %). In Ausnahmefällen sind auch flachere oder steilere Geländepartien zu verbauen, z.B. flachere Schultern oberhalb von Steilabfällen oder flachere Hangabschnitte in einem Anbruchgebiet.
3.4.2 Anordnung der obersten Stützwerke
3.4.2.1 Allgemein
Die Stützwerke sind primär unter den höchstliegenden beobachteten oder zu erwartenden Anrisslinien von Schneebrettlawinen anzubringen (Ziffer 3.1.1), und zwar so, dass diese noch in den wirksamen Staubereich der Werke zu liegen kommen. Dies ist gemäss Ziffer 3.2.2 der Fall, wenn die betreffenden Werkreihen nicht weiter als 2–3 HK unter den Anrisslinien erstellt werden.
3.4.2.2 Gwächten
Wenn der zu verbauende Hang oben durch einen stark vergwächteten Grat begrenzt ist, sind die obersten Werke möglichst nahe an den Gwächtenfuss zu stellen, jedoch ohne dass sie in die Gwächte einbezogen werden. Sie sind im Hinblick auf die zu erwartende höhere Hinterfüllung und auf möglicherweise abbrechende Gwächtenstücke besonders stark auszubilden. In vielen Fällen kann die Gwächtenbildung durch eine Verwehungsverbauung reduziert werden. Diese ist gegebenenfalls vor der Erstellung der Stützverbauung auszuführen.
3.4.2.3 Felsiges Gelände
Wenn sich der zu verbauende Hang nach oben in sehr steiles, felsiges Gelände aufschwingt, sind die obersten Werke ebenfalls besonders stark zu bauen und zudem bei Steinschlaggefahr mit einer gegen Steinschlag möglichst widerstandsfähigen Stützfläche zu versehen (In Frage kommen: Schneenetze, massive Stahlroste oder eine Abdeckung mit Holz). In einzelnen Fällen können Schäden an einer Stützverbauung durch Schnee-, Eis- und Felsabstürze aus höherem, unverbaubarem Felsgelände mit Hilfe von Ablenk- oder Auffangwerken (Erddamm, Steinschlagschutznetz) verhindert werden.
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3.4.2.4 Sekundäre Anrissgebiete
Stützwerke sind primär in den höchstliegenden beobachteten oder zu erwartenden Anrissflächen von Schneebrettlawinen anzubringen. Je nach Situation muss geprüft werden, ob weiter oben in sekundären Anrissgebieten anbrechende Lawinen nicht bis zur Stützverbauung vorstossen können. Bei dieser Beurteilung ist von einer extremen Lawinensituation auszugehen.
3.4.3 Anordnung der untersten Stützwerke
Mit dem Einbau von Werken entstehen in der Regel weiter unten neue, sekundäre Anrisszonen, so dass sich die Verbauungsfläche talwärts so weit zu erstrecken hat, bis
> entweder die Geländeneigung definitiv unter zirka 30 ° (58 %) abgenommen hat > oder bis erwartet werden darf, dass weiter unten anbrechende Lawinen und (oder) unter Umständen aus dem Verbaugebiet ausfliessende Schneemassen kein schädliches Ausmass mehr annehmen.
Im letzteren Fall richtet sich die Beurteilung nach der topographischen Lage und auch nach der Art der zu schützenden Objekte (siehe Ziffer 3.2.3).
3.4.4 Anordnung der Werke in Bezug auf die Richtung des Schneedruckes
Im Grundriss sind die Stützflächen der Werke möglichst senkrecht zur vermutlichen Richtung des resultierenden Schneedruckes zu stellen (wichtig in engen Mulden).
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3.4.5 Seitliche Ausdehnung einer Stützverbauung
3.4.5.1 Grundsatz
Es ist immer anzustreben, eine Stützverbauung schon oben in der Anrisszone so breit anzulegen, dass sie eine einheitliche Geländekammer abdeckt und sich an natürliche, seitliche Begrenzungslinien (Geländerippen) anlehnen kann (Abb. 5). Enden die Werkreihen im freien Gelände, sind dort nach Ziffer 5.5.2.4 verstärkte Randwerke vorzusehen.
3.4.5.2 Zurückstaffelung der Werke und Trennwände
Kann aus geländebedingten oder wirtschaftlichen Gründen nicht eine einheitliche Geländekammer verbaut werden, müssen die Werke in der offenen Flanke nach unten deutlich zurückgestaffelt werden. Damit kann verhindert werden, dass die unteren Werke nicht von Lawinen, die unmittelbar neben der Verbauung abgleiten, beschädigt werden. Um ein Übergreifen benachbarter Schneebrettlawinen auf die Verbauzone zu erschweren, können am Verbauungsrande in der Mitte zwischen dem normalerweise angewendeten Werkabstand L zusätzliche Werke mit einer minimalen Totallänge von etwa 2 DK angeordnet werden. In der Falllinie verlaufende Trennwände mit einer lotrecht gemessenen Höhe von etwa HK/2 verhindern das Übergreifen von Bodenlawinen und verkleinern wesentlich die Randkräfte gemäss Ziffer 4.5. Um dabei auch einen Schutz der Stützen zu erreichen, sollen solche Trennwände jeweils seitlich am Werk vorbei bis zum Stützenfundament heruntergezogen werden (Abb. 6).
Abb. 5 > Vollständige Verbauung einer Abb. 6 > Teilweise Verbauung. Rückstaffelung Geländekammer. und Abgrenzung des offenen Verbauungsrandes.
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3.4.6 Verbauweisen
3.4.6.1 Durchgehende Verbauung
Die durchgehende Verbauung besteht aus längeren, horizontalen Werkreihen, die sich über den ganzen Verbauungsabschnitt erstrecken und höchstens in anrisssicheren Geländeteilen Unterbrechungen aufweisen (Abb. 7). Sie ist im permanenten Lawinenverbau die bevorzugte Verbauweise.
3.4.6.2 Aufgelöste Verbauung
Bei der aufgelösten Verbauung ist zwischen einer unterbrochenen und einer gestaffelten Verbauweise zu unterscheiden.
Aufgelöst, unterbrochene Verbauweise
Die unterbrochene Verbauweise leitet sich aus der durchgehenden Verbauung durch Einfügen von Zwischenräumen in die horizontalen Werkreihen ab (Abb. 8).
Aufgelöst, gestaffelte Verbauweise
Die gestaffelte Verbauweise weist gegenüber der durchgehenden Verbauung eine wechselweise Höhenverschiebung einzelner Abschnitte auf (Abb. 9).
Abb. 7 > Durchgehende Verbauweise. Abb. 8 > Aufgelöst, unterbrochene Verbauweise.
Abb. 9 > Aufgelöst, gestaffelte Verbauweise. Abb. 10 > Aufgelöst, kombinierte Verbauweise.
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3.4.6.3 Vor- und Nachteile der Verbauweisen
Alle drei Anordnungen haben ihre Vor- und Nachteile. Die folgende Tabelle 1 gibt darüber nähere Auskunft.
3.4.6.4 Wahl der Verbauweise
Die Wahl der Verbauweise hat sich nach den Anforderungen der zu schützenden Objekte (Ziffer 3.2.3) unter Berücksichtigung der örtlichen Schnee- und Geländeverhältnisse zu richten. Bei allgemein hohen Anforderungen und bei häufig auftretenden Lockerschneerutschen (z.B. bei grossen Meereshöhen und Nordexposition der Anrissflächen) wird nachdrücklich die durchgehende Verbauweise empfohlen.
Tab. 1 > Vor- und Nachteile der verschiedenen Verbauweisen.
Anordnung Vorteile Nachteile Anwendung
Durchgehend – Fortpflanzung von Scherrissen in der – Grosse und zusammenhängende – Normalfall (Ziffer 3.4.6.1) Schneedecke berg- und talwärts über die Breitenentwicklung von verbleibenden Scher- Werkreihen hinaus weitgehend erschwert. und Zugspannungszonen in der – Durchgehendes Hindernis für Schneerutsche. Schneedecke. – Weitgehende Vermeidung von – Eventuell seitliche Fortpflanzung von Zugspannungen in der Schneedecke. Schadenwirkungen an Werken. – Beanspruchung der Werke durch Randkräfte – Beschränkte Anpassungsfähigkeit bei stark nur an Enden von Werkreihen (minimale kupiertem Gelände und örtlich stark gesamte Schneedruckbeanspruchung). wechselnden Schneeverhältnissen (je nach verwendetem Werktyp verschieden stark ins Gewicht fallend). Aufgelöst – Gute Anpassungsfähigkeit an horizontale – Teilweises Durchfliessen von Schnee durch – Ausnahmsweise in Zonen mit unterbrochen Geländekonfiguration und örtlich wechselnde Werkzwischenräume möglich. z.B. Felsrippen oder lokale (Ziffer 3.4.6.2.1) Schneeverhältnisse. – Beanspruchung der Werke durch Randkräfte, Geländestufen – Lokalisierung von Schadenwirkungen auf die dem seitlichen Werkzwischenraum einzelne Abschnitte. entsprechen. – Eventuelle Kosteneinsparung (im Vergleich – Erleichterte Fortpflanzung von Scherrissen in zur durchgehenden Verbauung). der Schneedecke berg- und talwärts über die Werkreihen hinaus (im Vergleich zur durchgehenden Verbauung). Aufgelöst gestaffelt – Gute Anpassungsfähigkeit an – Beanspruchung der Werke durch Randkräfte, – Ausnahmsweise in sehr (Ziffer 3.4.6.2.2) Geländekonfiguration in allen Richtungen. die dem freien Werk entsprechen. steilem und stark – Aufteilung von verbleibenden Zug und – Erhöhung der Laufmeterkosten (im Vergleich strukturiertem Gelände, auch Scherspannungszonen. zur durchgehenden und aufgelöst bei einer Verdichtung von – Durchschnittlich vermindertes Schneegleiten unterbrochenen Verbauweise). älteren, nicht im Vergleich zur durchgehenden und – Fortpflanzung von Scherrissen nach allen richtliniekonformen aufgelöst unterbrochenen Verbauweise. Richtungen möglich. Verbauungen.
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Schneehöhe
3.5.1 Allgemeine Definition
Die Schneehöhe H wird lotrecht gemessen. Sie ist charakteristisch für die Schneebedeckung des Geländes. Bei lotrecht einfallendem gleichmässigem Schneeniederschlag (Windstille) ist die Schneehöhe unabhängig von der Hangneigung.
3.5.2 Definition der Schneehöhen
> Maximale Schneehöhe Hmax: Schneehöhenmaximum eines Winters an einer bestimmten Stelle (z.B. an einem Werkstandort). > Flächenmittel der maximalen Schneehöhe ‾ Hmax: Mittel der maximalen Schneehöhen Hmax über einen grösseren Geländeabschnitt zum Zeitpunkt des allgemeinen Schneehöhenmaximums eines Winters. > Extreme Schneehöhe Hext: Der zu erwartende Höchstwert der maximalen Schneehöhen Hmax in einer langen Reihe von Jahren an einer bestimmten Stelle (z.B. an einem Werkstandort). > Flächenmittel der extremen Schneehöhe ‾ Hext: Mittel der extremen Schneehöhen Hext über einen grösseren Geländeabschnitt zum Zeitpunkt der extremen Schneebedeckung (durchschnittlich höchstens einmal innerhalb von ca. 100 Jahren auftretend).
3.5.3 Definition der Schneemächtigkeit
Als Schneemächtigkeit wird die senkrecht zur Bodenoberfläche gemessene Höhe der Schneedecke bezeichnet und mit dem Symbol D versehen (D, Dmax, Dext usw.). Zwischen der Schneemächtigkeit D und Schneehöhe H besteht die Beziehung, wobei die Hangneigung mit ψ bezeichnet wird:
D = H ⋅ cos ψ [m] (1)
3.5.4 Bestimmung der extremen Schneehöhen
Massgebend für die Projektierung einer Stützverbauung sind die extremen Schneehöhen Hext an den Werkstandorten (Ziffer 3.6.2). Von einer zuverlässigen Bestimmung dieser Werte hängt die Wirksamkeit einer Verbauung in erster Linie ab. Die langjährigen Beobachtungen der Schneehöhen in den Verbauungsflächen fehlen aber in fast allen Fällen, es muss deshalb von umliegenden Beobachtungsstationen ausgegangen werden, von welchen die gewünschten Messreihen vorhanden sind. Dazu können z.B. die Vergleichsstationen des SLF dienen (siehe Winterberichte des SLF). Die dort gemessenen Schneehöhen oder Niederschläge sind repräsentativ für ein grösseres Gebiet, d.h. Störungen durch die lokalen Geländeverhältnisse sind weitgehend vermieden (z.B. Lage in einer
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Talsohle auf einer horizontalen Ebene). Die auf diese Weise an einem Punkt gemessenen Werte dürfen daher als Durchschnittswerte (Flächenmittel) betrachtet werden. Die so erhaltene grossräumige Verteilung der Flächenmittel der extremen Schneehöhen ‾ Hext über das schweizerische Alpengebiet ist in Abbildung 11 dargestellt.
Als Grundlage für die Darstellung dienten Schneehöhenmessungen der Vergleichsstationen des SLF und der automatischen ENET-Stationen (SLF/MeteoSchweiz) mit Messreihen zwischen 10 und 66 Jahren. In diesen Schneehöhen sind Windeinflüsse nicht berücksichtigt. Die Karte ist auf eine einheitliche Wiederkehrdauer von 100 Jahren umgerechnet worden und gilt für das schweizerische Alpengebiet. In den 4 Zonen gelten die folgenden Meereshöhenabhängigkeiten (siehe Abb. 11):
Zone 1: ‾ Zone 2: ‾ Zone 3: ‾ Zone 4: ‾
‾Hext ist das Flächenmittel der extremen Schneehöhen in [cm] und Z ist die Meereshöhe in [m ü.M.].
Die Berechnung der am Werkstandort zu berücksichtigenden extremen Schneehöhe hat wie folgt vor sich zu gehen:
> Messung der maximalen Schneehöhe Hmax bei den vorgesehenen Werkstandorten, wenn möglich während mehrerer Winter mit Hilfe von Abstichen (Lawinensonden) oder mit Pegeln. Es handelt sich dabei um die kleinräumige Verteilung. Die Anzahl der Messpunkte soll daher dem Gelände so angepasst werden, dass jede örtliche Schneehöhenänderung (z.B. in engen Mulden) erfasst werden kann. Als Richtwert gelten etwa 25–100 Abstiche oder Pegel pro Hektare. Wertvolle Beobachtungen über die Schneehöhenverteilung können oft in der Zeit des Ausaperns gemacht werden. > Im gleichen Zeitpunkt wie die maximalen Schneehöhen im Verbaugebiet ist das Flächenmittel der maximalen Schneehöhe H ‾ max in einem Geländeabschnitt, der möglichst repräsentativ ist für die grossräumig gültige Schneehöhe, zu messen. Dazu können die Beobachtungen einer oder mehrerer in der Nähe liegender Vergleichsstationen des SLF herangezogen werden, oder aber auch Ablesungen an günstig gelegenen Pegeln. Die Verbaufläche eignet sich für diese Messung im Allgemeinen nicht, da sie sich als Ganzes in einer speziellen Lage befindet, z.B. insgesamt auf einer Luv- oder Leeseite (mittelräumige Verteilung). > Bestimmung des Flächenmittels der extremen Schneehöhe ‾ Hext, anhand der Abbildung 11 oder auch anderer zuverlässiger Angaben (grossräumige Verteilung). Auf Wunsch gibt das SLF weitere Auskünfte.
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> Berechnung der extremen Schneehöhe Hext an einem Werkstandort auf Grund der Voraussetzung einer von Jahr zu Jahr ähnlichen Schneehöhenverteilung, unabhängig von der Schneehöhe:
Hext Hext = Hmax [m] (6) Hmax
Wird über mehrere Jahre gemessen – was immer anzustreben ist – ergeben sich für Hext meist von Jahr zu Jahr voneinander abweichende Werte. In diesem Fall ist der aus dem grössten Hmax berechnete Wert am zuverlässigsten. Bei ungefähr gleich grossen maximalen Schneehöhen in verschiedenen Jahren soll jedoch der grösste erhaltene Wert für Hext für die Bemessung berücksichtigt werden.
Beispiel:
Am Dorfberg ob Davos wurde während 3 Wintern bei einem zukünftigen Werkstandort auf 2266 m.ü.M. die maximalen Schneehöhen Hmax mit einem Pegel gemessen. Das nicht weit davon entfernte Versuchsfeld SLF Weissfluhjoch in 2540 m.ü.M. gelegen, liefert grossräumig gültige Schneehöhenwerte ‾Hmax für dieselben Tage wie am Werkstandort (Voraussetzung, dass Pegelmessung gut mit grossräumiger Schneehöhe übereinstimmt!).
Aus Abbildung 11 ist ersichtlich, dass das Versuchsfeld SLF in die Zone 2 gehört. Das Flächenmittel der extremen Schneehöhe ‾ Hext folgt daher aus (3) zu
Datum 8.2.1961 7.4.1962 17.1.1963
Schneehöhen [m]:
Hmax 1.50 2.20 1.20 -H ‾ max 2.38 2.75 1.40 -H ‾ ext 4.69 4.69 4.69 Daraus: 4.69 4.69 4.69
Hext 1.50 = 2.96 2.20 = 3.75 1.20 = 4.02 2.38 2.75 1.40
Als Bemessungsgrundlage sind 3.75 m zu verwenden. Der absolut grösste Wert von 4.02 m ist zu wenig zuverlässig, da er aus einem wesentlich kleineren Hmax berechnet wurde.
Abb. 11 > Flächenmittel der extremen Schneehöhen Hext.
> Projektierung von Stützverbauungen
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Werkhöhe
3.6.1 Definition der Werkhöhe
Die Werkhöhe HK ist definiert als die mittlere lotrechte Entfernung der Stützflächenoberkante vom Boden. Die Definition für die einzelnen Werktypen finden sich im Kapitel 5 (Schneebrücken Ziffer 5.8.1.3.3, Schneerechen Ziffer 5.8.2.3.2 und Schneenetze Ziffer 5.8.3.4).
3.6.2 Bedingung für die Werkhöhe
Die Werkhöhe HK hat mindestens der für den Werkstandort zu erwartenden extremen Schneehöhe zu entsprechen. HK ≥ Hext [m] (7)
Auf der Erfüllung dieser fundamentalen Forderung beruht einerseits die Lawinensicherung in Katastrophensituationen und anderseits das Verfahren für die Bemessung der Stützwerke. Wird HK > Hext gewählt, ist für die Bemessung der Stützwerke durchwegs HK massgebend. Es ist zu beachten, dass die Verbauungswerke je nach ihrer Konstruktionsweise und den Windverhältnissen eine mehr oder weniger erhebliche Rückwirkung auf die Schneeablagerung ausüben.
3.6.3 Definition der Rost- bzw. Netzhöhe
Als Rost- bzw. Netzhöhe BK wird die mittlere Abmessung der Stützfläche senkrecht zur Niveaulinie bezeichnet. Sie wird unten durch die Bodenoberfläche begrenzt (Abb. 12). Als wirksame Rost- bzw. Netzhöhe DK wird analog zur Schneemächtigkeit die hangsenkrechte, mittlere Entfernung der Stützflächenoberkante vom Boden bezeichnet.
Abb. 12 > Rost- und Netzhöhe.
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Werkabstände in der Falllinie
3.7.1 Bedingungen für Werkabstände
Der Abstand von Werken und Werkreihen in der Falllinie ist so zu bemessen, dass neben der Erfüllung der primären Aufgabe der Stützverbauung gemäss Ziffer 3.2.1 den folgenden 3 Bedingungen gleichzeitig Genüge geleistet wird:
> Die Werke sollen durch den statisch wirkenden maximalen Schneedruck keinen Schaden erleiden. > Ebenso müssen die durch Schneebewegungen hervorgerufenen dynamischen Beanspruchungen schadlos aufgenommen werden können. > Die Geschwindigkeit von Schneebewegungen innerhalb der Verbauung darf einen gewissen Grenzwert nicht überschreiten. Die für eine Schadenwirkung unterhalb der Verbauung massgebende Bewegungsenergie wird damit für Bauwerke auf ein unschädliches Ausmass beschränkt.
3.7.2 Abstandsformel
3.7.2.1 Berechung des hangparallelen Werkabstandes
Der hangparallele Werkabstand L berechnet sich zu:
L = fL ⋅ HK [m] (8)
mit dem Abstandsfaktor fL, welcher von der Hangneigung und überdies – infolge der 3 Bedingungen in Ziffer 3.7.1 – vom Reibungswinkel ϕ zwischen Boden und Schnee, vom Gleitfaktor N und von der Werkhöhe HK selber abhängt. Abbildung 13 gibt fL, in Funktion der genannten Parameter. Mit Hilfe der 3 Kurvenscharen tan ϕ, N und HK = const. kann der für die gegebenen Verhältnisse massgebende Wert für fL herausgelesen werden.
Die nach DK geordneten massgebenden Werkabstände L (hangparallel) und L' (Grundriss) sind auch direkt aus den Tabellen 2.1 und 2.2 resp. 3.1 und 3.2 ersichtlich.
3.7.2.2 Berücksichtigung der Bodenoberfläche und Sicherheitsanforderungen
> Bei glattem Boden (N > 2) oder bei höheren Sicherheitsanforderungen gelten die Werte zwischen tan ϕ = 0.55 und 0.50. > Bei rauhem Boden (N < 2) und wenn gleichzeitig keine hohen Sicherheitsanforderungen gestellt werden, gelten die Werte für tan ϕ = 0.60.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 34
3.7.2.3 Höchstzulässige Werte für den Abstandsfaktor
Die Kurven tan ϕ = 0.60, N > 1.3 und fL = 13 stellen die absolut höchstzulässigen Werte für fL dar.
3.7.2.4 Kleinster Gleitfaktor für Bemessung der Werke
Sind die Werke auf den Gleitfaktor N = 1.2 bemessen, so darf der gewählte Abstandsfaktor nicht oberhalb der entsprechend angeschriebenen Kurve liegen.
3.7.2.5 Grosse Werkhöhen
Betragen die lotrecht gemessenen Werkhöhen HK mehr als 4.5 m, so liegen die höchstzulässigen Werte für fL auf den entsprechend angeschriebenen Kurven.
3.7.2.6 Spielraum
Der in der Abstandsberechnung zugelassene Spielraum soll gemäss Ziffer 3.2.3 dazu benutzt werden, den Stützverbau den Anforderungen der zu schützenden Objekte anzupassen. Normalerweise empfiehlt sich fL im Bereich zwischen tan ϕ = 0.55 und 0.50 zu wählen.
3.7.2.7 Klima
Zur Erzielung einer genügenden Anbruchsicherheit ist bei der Wahl der Werkabstände auch das Klima zu berücksichtigen. Besonders an Nordhängen oder in niederschlagsreichen Voralpengebieten müssen gegebenenfalls noch kleinere Werte als für tan ϕ = 0.50 angenommen werden.
3.7.2.8 Wechselnde Hangneigung
Wenn innerhalb eines Werkabstandes die Hangneigung wechselt, ist bei der Berechnung von L für ψ die Neigung der Verbindungsgeraden zwischen den betreffenden Werkfusspunkten einzusetzen.
3 > Projektierung von Stützverbauungen 35
Abb. 13 > Abstandsfaktor fL.
N ≥ 1.3 11 L 10 ψ L'
Abstandfaktor fL H 6 H H H .5 K 7 m
50 60 70 80 90 100 110 120 130% Hangneigung in %
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 36
Tab. 2.1 > Hangparallele Werkabstände L gemäss Abbildung 13 in [m].
Hangneigung DK [m] HK [m] L [m] 0.60 0.55 0.50 0.60 0.55 0.50
60 % (31°) 1.5 1.75 15.3 18.4 2.0 2.33 20.3 24.6 2.5 2.92 25.4 30.7 3.0 3.50 30.5 36.9 3.5 4.08 35.6 43.1 4.0 4.66 40.7 49.2 4.5 5.25 45.8 49.1 5.0 5.83 43.3 43.3
70 % (35°) 1.5 1.83 13.6 12.8 16.4 12.8 2.0 2.44 18.1 17.1 21.8 17.1 2.5 3.05 22.7 21.4 27.3 21.4 3.0 3.66 27.2 25.6 32.7 25.6 3.5 4.27 31.8 29.9 38.2 29.9 4.0 4.88 36.3 34.2 43.6 34.2 4.5 5.49 35.9 35.9 5.0 6.10 32.5 32.5
80 % (38.7°) 1.5 1.92 13.1 12.3 10.2 15.4 12.3 10.2 2.0 2.56 17.4 16.4 13.7 20.5 16.4 13.7 2.5 3.20 21.8 20.5 17.1 25.6 20.5 17.1 3.0 3.84 26.2 24.6 20.5 30.7 24.6 20.5 3.5 4.48 30.5 28.7 23.9 35.9 28.7 23.9 4.0 5.12 32.1 27.3 32.1 27.3 4.5 5.76 28.6 28.6 5.0 6.40 26.4 26.4
3 > Projektierung von Stützverbauungen 37
Tab. 2.2 > Hangparallele Werkabstände L gemäss Abbildung 13 in [m].
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 38
Hangneigung DK [m] HK [m] L [m] N ≥ 1.2 0.60 0.55 0.50
90 % (42°) 1.5 2.02 12.1 10.4 9.1 2.0 2.69 16.1 13.8 12.1 2.5 3.36 20.2 17.3 15.1 3.0 4.04 24.2 20.8 18.2 3.5 4.71 28.2 24.2 21.2 4.0 5.38 26.5 24.2 4.5 6.05 24.1 5.0 6.73 22.4
100 % (45°) 1.5 2.12 10.6 9.4 8.5 2.0 2.83 14.1 12.6 11.3 2.5 3.54 17.7 15.7 14.1 3.0 4.24 21.2 18.9 17.0 3.5 4.95 24.7 22.0 19.8 4.0 5.66 22.8 22.6 4.5 6.36 21.0 5.0 7.07 19.7
110 % (47.7°) 1.5 2.23 9.8 8.9 8.2 2.0 2.97 13.1 11.9 10.9 2.5 3.72 16.3 14.9 13.6 3.0 4.46 19.6 17.8 16.3 3.5 5.20 22.5 20.8 19.1 4.0 5.95 20.2 4.5 6.69 18.8 5.0 7.43 17.7
120 % (50.2°) 1.5 2.34 9.4 8.6 8.0 2.0 3.12 12.5 11.5 10.7 2.5 3.91 15.6 14.4 13.4 3.0 4.69 18.7 17.3 16.1 3.5 5.47 20.1 18.7 4.0 6.25 18.3 4.5 7.03 17.1 5.0 7.81 16.2
130 % (52.4°) 1.5 2.46 9.1 8.5 8.0 2.0 3.28 12.2 11.4 10.7 2.5 4.10 15.2 14.2 13.3 3.0 4.92 18.3 17.1 16.0 3.5 5.74 18.3 4.0 6.56 16.8 4.5 7.38 15.8 5.0 8.20 15.1 Tab. 3.1 > Werkabstände L' im Grundriss gemäss Abbildung 13 in [m].
3 > Projektierung von Stützverbauungen 39
Hangneigung DK [m] HK [m] L' = L · cos ψ [m] 0.60 0.55 0.50 0.60 0.55 0.50
60 % (31°) 1.5 1.75 13.1 15.8 2.0 2.33 17.4 21.1 2.5 2.92 21.8 26.4 3.0 3.50 26.2 31.6 3.5 4.08 30.5 36.9 4.0 4.66 34.9 42.2 4.5 5.25 39.3 42.1 5.0 5.83 37.1 37.1
70 % (35°) 1.5 1.83 11.1 10.5 13.4 10.5 2.0 2.44 14.9 14.0 17.9 14.0 2.5 3.05 18.6 17.5 22.3 17.5 3.0 3.66 22.3 21.0 26.8 21.0 3.5 4.27 26.0 24.5 31.3 24.5 4.0 4.88 29.7 28.0 35.7 28.0 4.5 5.49 29.4 29.4 5.0 6.10 26.6 26.6
80 % (38.7°) 1.5 1.92 10.2 9.6 8.0 12.0 9.6 8.0 2.0 2.56 13.6 12.8 10.7 16.0 12.8 10.7 2.5 3.20 17.0 16.0 13.3 20.0 16.0 13.3 3.0 3.84 20.4 19.2 16.0 24.0 19.2 16.0 3.5 4.48 23.8 22.4 18.7 28.0 22.4 18.7 4.0 5.12 25.1 21.3 25.1 21.3 4.5 5.76 22.4 22.4 5.0 6.40 20.6 20.6
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 40
Tab. 3.2 > Werkabstände L' im Grundriss gemäss Abbildung 13 in [m].
Hangneigung DK [m] HK [m] L' = L · cos ψ [m] N ≥ 1.2 0.60 0.55 0.50
90 % (42°) 1.5 2.02 9.0 7.7 6.7 2.0 2.69 12.0 10.3 9.0 2.5 3.36 15.0 12.9 11.2 3.0 4.04 18.0 15.4 13.5 3.5 4.71 21.0 18.0 15.7 4.0 5.38 19.7 18.0 4.5 6.05 17.9 5.0 6.73 16.7
100 % (45°) 1.5 2.12 7.5 6.7 6.0 2.0 2.83 10.0 8.9 8.0 2.5 3.54 12.5 11.1 10.0 3.0 4.24 15.0 13.3 12.0 3.5 4.95 17.5 15.6 14.0 4.0 5.66 16.1 16.0 4.5 6.36 14.8 5.0 7.07 13.9
110 % (47.7°) 1.5 2.23 6.6 6.0 5.5 2.0 2.97 8.8 8.0 7.3 2.5 3.72 11.0 10.0 9.2 3.0 4.46 13.2 12.0 11.0 3.5 5.20 15.1 14.0 12.8 4.0 5.95 13.6 4.5 6.69 12.6 5.0 7.43 11.9
120 % (50.2°) 1.5 2.34 6.0 5.5 5.1 2.0 3.12 8.0 7.4 6.9 2.5 3.91 10.0 9.2 8.6 3.0 4.69 12.0 11.1 10.3 3.5 5.47 12.8 12.0 4.0 6.25 11.7 4.5 7.03 10.9 5.0 7.81 10.4
130 % (52.4°) 1.5 2.46 5.6 5.2 4.9 2.0 3.28 7.4 6.9 6.5 2.5 4.10 9.3 8.7 8.1 3.0 4.92 11.1 10.4 9.7 3.5 5.74 11.1 4.0 6.56 10.2 4.5 7.38 9.6 5.0 8.20 9.2
3 > Projektierung von Stützverbauungen 41
Seitliche Werkzwischenräume
3.8.1 Unterbrochene Verbauweise
Bei unterbrochener Verbauweise sind seitliche Zwischenräume A zwischen benachbarten Werken, die nicht durch lawinensichere Geländeabschnitte bedingt sind, auf maximal 2 m zu begrenzen.
Sie sollen von oben durch Werke im Abstand L voll abgedeckt sein (gilt nicht für die oberste Werkreihe).
Sind seitlich benachbarte Werke in der Falllinie ein wenig gegeneinander verschoben, ist die Projektion der Lücke in Richtung der Falllinie mit zunehmender Verschiebung der Werke gemäss Abbildung 14 zu schliessen.
Abb. 14 > Teilweise Schliessung der Werkzwischenräume.
max. 6 m
3.8.2 Gestaffelte Verbauweise
Bei gestaffelter Verbauweise sind die Unterbrüche beliebig, aber Lücken von über 2 m müssen durch Werke, die unter sich den normalen Werkabstand L aufweisen, voll abgedeckt (Abb. 15) oder gemäss Ziffer 3.8.1 teilweise geschlossen sein.
Abb. 15 > Werkzwischenräume bei gestaffelter Verbauweise.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 42
Längen zusammenhängender Stützroste
3.9.1 Definition
Zusammenhängende Stützroste bestehen aus einer ununterbrochenen Zusammensetzung von Einzelwerken. Die Werklänge l eines Einzelwerkes (ohne Zwischengarnituren) ist die mittlere effektive Abmessung der Stützfläche in der Niveaulinie gemessen (Schneebrücken siehe Ziffer 5.8.1.3.4, Schneenetze siehe Ziffer 5.8.3.5).
3.9.2 Minimale und maximale Längen
Die minimale Länge eines zusammenhängenden Stützrostes soll bei sämtlichen Verbauweisen in der Regel nicht weniger als 16 bis 22 m betragen.
Aus praktischen Gründen (Durchgangsmöglichkeit) sollte er jedoch etwa 50 m nicht überschreiten.
3 > Projektierung von Stützverbauungen 43
Standortfaktoren des Schneedruckes
3.10.1 Definitionen
Der Schneedruck auf ein Stützwerk hängt von folgenden Standortfaktoren ab:
> ρ mittlere Dichte des Schnees* > H lotrechte Schneehöhe am Werkstandort > K Kriechfaktor*, abhängig von der Dichte des Schnees und der Hangneigung > N Gleitfaktor, abhängig von der Bewachsung, Rauhigkeit und Sonnenexposition des Bodens > fc Höhenfaktor, die Abhängigkeit der Dichte von der Meereshöhe charakterisierend > fR Randfaktor, abhängig vom seitlichen Werkzwischenraum (bzw. von der Werkanordnung) und vom Gleitfaktor.
Einzelne dieser Faktoren sind für jedes Verbauungsprojekt, eventuell für jeden Werkstandort im Gelände zu bestimmen; andere werden auf Grund allgemein gültiger Beziehungen vorgegeben. Letztere sind in obiger Übersicht mit * bezeichnet. Die Berechnung des Schneedruckes aus den genannten Faktoren ist Kapitel 4 und 5 angegeben.
3.10.2 Dichte des Schnees
Die mittlere Dichte wird für einen Schneedeckenaufbau, wie er im Fall einer extremen Schneehöhe anzutreffen sein wird, einheitlich mit ρH = 0.270 t/m³ angesetzt. Dieser Wert gilt in den Schweizer Alpen für eine Höhenlage von 1500 m ü.M. und eine WNW- N-ENE-Exposition. Der Veränderung dieses Basiswertes mit der Meereshöhe und der Hangexposition wird durch den Höhenfaktor fc (Ziffer 3.10.6) und den Gleitfaktor N (Ziffer 3.10.5) Rechnung getragen. Die bei der Setzung der Schneedecke auftretende Erhöhung der Dichte wird, vom obigen Basiswert ausgehend, durch die Bemessungsvorschriften berücksichtigt (Ziffer 5.5.3).
3.10.3 Schneehöhe am Werkstandort
Massgebend als Ausgangswert für die Schneedruckberechnung ist die gemäss Ziffer 3.6.2 aus der extremen Schneehöhe Hext abgeleitete Werkhöhe HK.
3.10.4 Kriechfaktor
Die Werte für den Kriechfaktor K in Funktion der Dichte und der Hangneigung sind in Ziffer 4.2 (Tabelle 6) dargestellt. Für die Praxis wird die im Winkelbereich von 35°- 45° geringe Neigungsabhängigkeit vernachlässigt (Annahme: sin2ψ = 1).
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 44
3.10.5 Gleitverhältnisse und Gleitfaktor
Der Gleitfaktor N, der die Erhöhung des Schneedruckes bei einer Gleitbewegung der Schneedecke auf dem Boden (siehe Ziffer 3.1.1.1) angibt, ist von der Bodenrauhigkeit und von der Hangexposition (Sonnenexposition) abhängig. Er wird nach 4 Bodenklassen und 2 Expositionssektoren abgestuft (siehe Tabelle 5).
Bei Oberflächenarten, die zwischen den gegebenen Klassen liegen, können für N Zwischenwerte interpoliert werden. Beträgt die Steilheit des Geländes mehr als 45°, so ist bei der Festlegung von N ein relativ strenger Massstab anzuwenden; bei Neigungen unter 35° kann etwas milder geurteilt werden. Bei hohen Gleitfaktoren ist immer zu prüfen, ob nicht eine künstliche Erhöhung der Bodenrauhigkeit (Terrassierung, Verpfählung usw.) wirtschaftlicher ist als die stärkere Ausführung der Werke. Bei der Erstellung temporärer Holzschneerechen in einer der üblichen Konstruktionsweisen, bei der normalerweise vom bergseitigen Fundament nur kleine Zugkräfte aufgenommen werden können, ist unter diesen Umständen jedenfalls eine solche Rauhigkeitserhöhung vorzusehen.
3.10.6 Höhenfaktor
Der Höhenfaktor fc stellt keinen elementaren Bestandteil der Schneedruckformel dar, sondern ist mit der Festlegung der Dichte verknüpft. Er vertritt die allgemein beobachtete Zunahme der mittleren Dichte mit der Meereshöhe Z (m ü.M.) und berücksichtigt auch die damit zusammenhängende Erhöhung des Kriechfaktors. Der höhenabhängige Zuschlag des Schneedruckes wird zwischen 1500 und 3000 m ü.M. auf 2 % pro 100 m angesetzt:
Z fc = 1 + 0.02( – 15) (10)
Tab. 4 > Höhenfaktor in Funktion der Meereshöhe. Bei Meereshöhen unter 1500 m ü.M. ist fc zu 1.00 und über 3000 m ü.M. zu 1.30 anzunehmen.
Z: m ü.M. 1500 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 fc : - 1.00 1.02 1.06 1.10 1.14 1.18 1.22 1.26 1.30
3 > Projektierung von Stützverbauungen 45
Fundationsverhältnisse
Zu den Projektierungsarbeiten gehört eine gründliche Abklärung der Fundationsverhältnisse. Diese hat sich zu beziehen auf die
> geologische Struktur des Untergrundes (Felstiefe, Art und Klüftigkeit des Felsens, Art der Felsüberdeckung, Feuchtigkeits- und Frostverhältnisse, Bewegungszustand von Lockergestein [Solifluktion], eventuell Chemismus des Bodens und seine Verträglichkeit mit Fundamentmaterial). > Ermittlung des Baugrundwiderstandes (z.B. Ankerzugversuche). > Wahl des Werktyps. Da die einzelnen Werktypen unterschiedliche Ansprüche an die Fundationen stellen, sind die Fundationsverhältnisse vor der Wahl des Werktyps zu prüfen und zu berücksichtigen (z.B. Probebohrungen und Versuchsanker). > Art der Fundation (Anker, Mikropfähle bzw. Beton- oder Fertigfundamente).
Tab. 5 > Bodenklassen und Gleitfaktoren.
Bodenklassen Gleitfaktor N
Exposition Exposition WNW-N-ENE ENE-S-WNW
Klasse 1 – Grober Blockschutt (d* ≥ 30 cm) 1.2 1.3 – Von kleineren und grösseren Felsblöcken stark durchsetztes Gelände
Klasse 2 – Mit grösserem Erlengebüsch oder mindestens 1 m hohen Legföhren überwachsene Flächen 1.6 1.8 – Stark ausgebildete, von Grasnarbe und Kleinsträuchern überwachsene Höcker (Höhe der Höcker über 50 cm) – Stark ausgebildete Kuhtritte – Grobes Geröll (d* ca. 10–30 cm)
Klasse 3 – Kurzhalmige Grasnarbe, von Kleinsträuchern durchsetzt (Erika, Alpenrosen, Heidelbeeren, Erlengebüsch, 2.0 2.4 Legföhren von unter ca.1 m Höhe) – Feines Geröll (d* ≤ 10 cm) abwechselnd mit Grasnarbe und Kleinsträuchern – Schwach ausgebildete, von Grasnarbe und Kleinsträuchern überwachsene Höcker von bis zu 50 cm Höhe, auch abwechselnd mit glatter Grasnarbe und Kleinsträuchern – Grasnarbe mit schwach ausgebildeten Kuhtritten
Klasse 4 – Glatte, langhalmige, geschlossene Grasnarbe 2.6 3.2 – Glatte, anstehende Felsplatten mit hangparalleler Schichtung – Glatter, mit Erde vermischter Hangschutt – Sumpfige Mulden d* ist diejenige durchschnittliche Blockgrösse, welche für die Rauhigkeit der Bodenoberfläche massgebend ist.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 46
4 > Allgemeine Übersicht über die Schneedruckwirkung
Allgemeines
Dieser Teil orientiert nur allgemein über die auftretenden Kräfte; die Bemessung der Werke hat nach Ziffer 5 zu erfolgen. Der Schneedruck, in der lotrechten Ebene durch die Falllinie wirkend, setzt sich im allgemeinen zusammen aus dem Druck, hervorgerufen durch eine lokale Abbremsung der
> Kriechbewegung (Kriechdruck) und > der gegebenenfalls vorhandenen Gleitbewegung (Gleitdruck).
Hangparallele Schneedruckkomponente
Die hangparallele Komponente des Kriech- und Gleitdruckes auf eine starre, senkrecht zum Hang stehende und in der Niveaulinie unendlich lange Stützfläche beträgt
S'N Hangparallele Schneedruckkomponente pro Längeneinheit der Stützfläche (in Richtung der Niveaulinie) [kN/m'] ρ Mittlere Dichte der Schneedecke (abhängig von der Höhenlage und der Hangexposition) [t/m³] H Lotrecht gemessene Schneehöhe [m] K Kriechfaktor (abhängig von der Hangneigung ψ und von der Dichte ρ gemäss Tabelle 6) N Gleitfaktor gemäss Ziffer 3.10.5
Die in Tabelle 6 gegebenen Zahlenwerte, multipliziert mit sin2ψ, ergeben angenähert die den Dichten zugeordneten K-Werte. S'N wird im allgemeinen als gleichmässig über die Höhe verteilt angenommen (als Vereinfachung der auch in einer homogenen Schneedecke vorhandenen komplizierten Schneedruckverteilung).
Tab. 6 > Kriechfaktor K in Funktion von der mittleren Schneedichte (ρ) und der Hangneigung (ψ).
ρ [t/m³] 0.2 0.30 0.40 0.50 0.60 K/sin2ψ 0.7 0.76 0.83 0.92 1.05
4 > Allgemeine Übersicht über die Schneedruckwirkung 47
Hangsenkrechte Schneedruckkomponente
Die hangsenkrechte Schneedruckkomponente auf eine starre, senkrecht zum Hang stehende Stützfläche tritt auf, wenn die Setzungsbewegung an derselben verhindert ist (Haftung, Rauhigkeit). Sie beträgt:
a N ⋅ tan ψ
a S' = tan ε = Q (13) N ⋅ tan ψ S'N
S'Q Hangsenkrechte Schneedruckkomponente pro Längeneinheit der Stützfläche (in Richtung der Niveaulinie) [kN/m'] ε Winkel, den die Resultierende des Schneedruckes aus S'N und S'Q (vektorielle Addition) mit der Hangparallelen bildet [°] a Verhältniszahl, abhängig von der Schneeart (kann im Bereich von 0.2 bis 0.5 variieren)
S'Q wird ebenfalls als gleichmässig über die Höhe verteilt angenommen.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 48
Zuschlag bei nicht hangsenkrechter Stützfläche
Wenn die Stützfläche nicht senkrecht zum Hang steht, muss ausser den Komponenten S'N und S'Q zusätzlich noch das Gewicht G' eines durch die Stützfläche und eine hangsenkrechte Ebene begrenzten Schneeprismas berücksichtigt werden. Bei talwärtiger Neigung der Stützfläche gegen die Hangsenkrechte geht diese Ebene durch die Schnittlinie der Stützfläche mit der Bodenoberfläche, andernfalls – bei bergwärtiger Neigung – durch die Stützflächenoberkante (Schneehag).
Für eine ebene Stützfläche gilt (siehe Abb. 16):
G' Gewicht des Schneeprismas pro Längeneinheit (in Richtung der Niveaulinie, lotrecht wirkend) [kN/m'] D Schneemächtigkeit, senkrecht zum Hang gemessen [m] δ Winkel zwischen Stützfläche und Hangsenkrechten [°] G'N, G'Q Hangparallele bzw. hangsenkrechte Komponente von G' [kN/m'] ρ Mittlere Dichte der Schneedecke [t/m³]
Abb. 16 > Schneedruckzuschlag bei nicht hangsenkrechter Stützfläche.
4 > Allgemeine Übersicht über die Schneedruckwirkung 49
Randkräfte
Ist die Ausdehnung der Stützfläche in der Niveaulinie begrenzt, treten zusätzliche Randkräfte auf, da der Schnee die Fläche seitlich umfliessen kann und sich dabei die Stauwirkung auch nach der Seite auswirkt. Diese sind abhängig von allen Faktoren, die den Schneedruck am unendlich langen Werk bestimmen, ferner von den Abmessungen, Formen und Oberflächenrauhigkeiten des Rostes und in erhöhtem Masse vom Gleitfaktor. Die grundsätzliche Verteilung der Schneedrücke geht aus Abbildung 17 hervor. Für die praktische Berechnung wird einfachheitshalber eine den Randkräften äquivalente, konstante Laufmeterlast S'R mit der Angriffslänge Δl angenommen (siehe Ziffer 5.5.2.4).
Als Einflussfaktor η eines Stützwerkes resp. eines schlanken Elementes (in Bezug auf die Druckaufnahme) kann das Verhältnis des effektiven Schneedruckes einschliesslich der Randkräfte zum Schneedruck ohne Randkräfte definiert werden.
Abb. 17 > Schneedruckverteilung an einer seitlich begrenzten Stützfläche.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 50
Schneedruck auf schlanke Elemente eines Stützwerkes
4.6.1 Schneedruck auf Stützen
Durch ein Anhängen der Schneedecke unterhalb eines Werkes werden Stützen von starren Stützwerken und Schneenetzen durch talwärts gerichtete Schneedruckkräfte belastet (Abb. 18). Die Grösse der Belastung hängt stark vom Einflussfaktor η der Stütze ab. Bei starkem Schneegleiten erhöht sich der Einflussfaktor. Dieser Schneedruck auf Stützen kann in der Form einer gleichmässig verteilten Linienlast q'S angenommen werden
Stützendurchmesser Stützenlänge
q's Schneedruck auf Stütze als Linienlast; die Richtung von q's ist senkrecht zur Stützenachse. Die Angriffslinie liegt in der Stützenachse [kN/m']. η Einflussfaktor der Stütze. S'N Hangparallele Schneedruckkomponente pro Längeneinheit der Stützfläche [kN/m'], Formel (11). - Stützendurchmesser und -länge in [m]. α Winkel zwischen der Stützenachse und der Bodenoberfläche in [°].
Abb. 18 > Schneedruck q'S auf die Stütze eines Schneenetzes.
q' S Pendelstütze S' N
Netz
Stü tze n nlä α ge Stützendurchmesser
4 > Allgemeine Übersicht über die Schneedruckwirkung 51
Der Einflussfaktor η kann zu 1 angenommen werden. Bei extremem Schneegleiten kann sich der Einflussfaktor η bis auf 5 erhöhen. An Standorten mit geringem Schneegleiten (N< 1.6 oder wirksamer Gleitschneeschutz) ist die zu erwartenden Querbelastung in der Regel nicht von Bedeutung.
4.6.2 Schneedruck auf Drahtseile und Stangen
Bei dünnen Drahtseilen oder Stangen, die dem Schneedruck ausgesetzt sind (z.B. seitliche Abspannseile), muss mit stark erhöhten Randeffekten gerechnet werden. Diese sind abhängig von allen Faktoren, die den Schneedruck am unendlich langen Werk bestimmen, ferner vom Seil- oder Stangendurchmesser, der Position in Bezug auf den Staubereich des Stützwerkes und in erhöhtem Masse vom Gleitfaktor. Der Schneedruck kann näherungsweise mit Formel (15) abgeschätzt werden, wobei ein erhöhter Einflussfaktor η eingesetzt werden muss. Für die Bestimmung des Einflussfaktors η gibt es nur sehr grobe Abschätzungen. Als Grössenordnung muss bei einer Schneemächtigkeit von 200 cm und einem Seildurchmesser von 1 cm mit einem Einflussfaktor η von ca. 50 gerechnet werden.
Seitenkräfte
Infolge von Unregelmässigkeiten im Gelände und in der Schneehöhenverteilung steht die Resultierende aller auf die Stützfläche wirkenden Kräfte gemäss Ziffer 4.2–4.4 im Grundriss nicht immer senkrecht zur Stützfläche (siehe Bedingung in Ziffer 3.4.4). Es ist deshalb eine der Niveaulinie parallele Seitenkraft Ss anzunehmen (Ziffer 5.5.6). Zu beachten ist, dass im Einflussbereich von Randkräften mit einer erhöhten Seitenkraft gerechnet werden muss.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 52
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken
Baustoffe
5.1.1 Stahl
5.1.1.1 Stahlgütegruppen
Für die Wahl der Stahlgütegruppe gelten die in der Norm SIA 263 gestellten Anforderungen für den Anwendungsbereich A2 (z.B. Hochbauten). Nach Tabelle 18, Seite 81 der Norm SIA 263 (Ausgabe 2003), muss die Gütegruppe JR oder allenfalls eine höhere Gütegruppe verwendet werden.
5.1.1.2 Sprödbruchsicherheit
Besondere Konstruktionen, schweisstechnisch empfindliche Bauteile, grosse Blechdicken, Kaltumformungen, Eigenspannungen usw. erfordern die Wahl von Stahl-Gütegruppen mit genügender Sprödbruchsicherheit.
5.1.2 Holz
5.1.2.1 Holzauslese:
Für die Holzauslese gelten die Bestimmungen der Norm SIA 265/1, Abschnitt 5, Sortierung von Rund und Schnittholz.
5.1.2.2 Resistenz der Holzarten
Die Lebensdauer eines Stützwerkes lässt sich durch die Wahl pilzresistenter Hölzer, wie z.B. Kernholz von Edelkastanie, Eiche und Robinie, wesentlich verlängern. Auch mit dem weniger resistenten Kernholz der Lärche kann je nach Standort eine Dauerhaftigkeit von mindestens 10 Jahren erzielt werden. Der Splint dieser Hölzer ist aber ebenso pilzgefährdet wie das gesamte Holz von Fichte, Tanne, Douglasie, Rotbuche und Esche.
5.1.2.3 Chemischer-technischer Holzschutz
Eine industrielle Imprägnierung mit der minimal erforderlichen Eindringung (15 mm) der Schutzmittel in das Holz von Fichte, Tanne und Föhre wird mit dem sogenannten
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 53
Wechseldruckverfahren erreicht. Eine mechanische Vorbehandlung (z.B. Bohrperforation) oder ein zusätzlich angebrachter Doppelstockschutz im Grenzbereich der Erde- Luft-Zone, wie bei Telefonstangen üblich, verlängert die Standdauer der Stützen- und Rosthölzer beträchtlich (siehe z.B VSE/SWISSCOM, 1999: Richtlinie für die Anwendung des Bohrverfahrens als mechanische Vorbehandlung von Leitungsmasten. VSE Nr. 2.59. Verband Schweizerischer Elektrizitätswerke (VSE), Zürich). Hierbei ist zu beachten, dass auf Grund von Gift- und Umweltgesetzgebung human- und umweltverträgliche Produkte eingesetzt werden. Wird imprägniertes Holz verwendet, so ist unbedingt darauf zu achten, dass es mit dem LIGNUM-Gütezeichen «Druckimprägniertes Holz» versehen ist und somit die geforderte Einbringmenge enthält. Die Luftreinhalteverordnung bestimmt, dass druckimprägniertes Holz zur Endverwertung einer dazu bestimmten Anlage (Kehrichtverbrennungsanlage oder Zementfabrik) zugeführt werden muss.
Von handwerklicher Eigenimprägnierung ist aus technischer und ökologischer Sicht abzuraten. Sie ist ohne Fachbewilligung gemäss Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung (ChemRRV, 2005) auch nicht erlaubt.
Nicht imprägnierte Verbauungen sollen ausschliesslich mit Holz von Edelkastanie, Robinie oder Eiche erstellt werden. Wird eine Standdauer von weniger als 20 Jahren erwartet, kann auch Lärche (ohne Splint) aus langsamwüchsigen Standorten verwendet werden.
5.1.3 Weitere Baustoffe
Kommen Materialien wie Drahtseile, Leichtmetalle, Beton, Kunststoffe usw. zur Anwendung, so sind sie in ihren Festigkeits- und Verformungseigenschaften genau zu spezifizieren.
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Tragwerksanalyse und Bemessung
5.2.1 Grundsätzliches
5.2.1.1 Nachweise
In Abweichung zu den SIA-Normen ist nur die Tragsicherheit gemäss den Belastungsannahmen der vorliegenden technischen Richtlinie nachzuweisen. Der Nachweis der Gebrauchstauglichkeit ist nicht erforderlich. Die Dauerhaftigkeit der verwendeten Materialien muss im Rahmen der vorgesehenen Nutzungsdauer erfüllt sein.
5.2.1.2 Einwirkungen
Bei den gemäss der technischen Richtlinie berechneten Schneedruckeinwirkungen handelt es sich um charakteristische Werte.
5.2.2 Nachweis der Tragsicherheit von Tragkonstruktion und Rost
5.2.2.1 Bemessungskriterium
Die Belastungsannahmen der vorliegenden technischen Richtlinie sind als veränderliche Einwirkungen Qk zu betrachten. Für den Nachweis der Tragsicherheit beträgt der Lastbeiwert γQ = 1.5. Der Grenzzustand der Tragsicherheit gilt als nachgewiesen, wenn folgendes Bemessungskriterium erfüllt ist:
Ed ≤ R d (16)
Ed = γQ∙Qk: Bemessungswert der Auswirkung (Beanspruchung), wobei Qk der charakteristische Wert der veränderlichen Einwirkungen (z.B. Schneedruck) und γQ =1.5 der Lastbeiwert ist. Rd = Rk/γM: Bemessungswert des Tragwiderstandes, wobei Rk der charakteristische Wert des Widerstandes (z.B. Stahlprofil) und γM der Widerstandsbeiwert ist.
5.2.2.2 Bemessungswerte des Tragwiderstandes bei Stahl
Für Stahl berechnet sich der Bemessungswert des Tragwiderstandes Rd gemäss der Norm SIA 263. Im Regelfall betragen die Widerstandsbeiwerte:
> γM2 = 1.25 für Verbindungsmittel und Nachweise im Nettoquerschnitt.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 55
5.2.2.3 Bemessungswerte des Tragwiderstandes bei Holz
Für Holz sind die Bemessungswerte bezüglich Festigkeit fd gemäss der Norm SIA 265 zu verwenden. Für die Bemessung der Tragkonstruktion sind diese Werte mit einem Holzfeuchtebeiwert ηw von 0.7 zu reduzieren. Für die Bemessung der Rosthölzer müssen die angegebenen Festigkeiten nicht reduziert werden. Diese leichter auswechselbaren Rosthölzer weisen somit eine etwas geringere Sicherheit gegen Bruch auf als die Tragkonstruktion.
5.2.2.4 Bemessungswerte des Tragwiderstandes bei Drahtseilen
Für Drahtseile ist der Bemessungswert des Tragwiderstandes Rd mit einem Widerstandsbeiwert γM von 1.35 gegenüber der Mindestbruchkraft zu bestimmen.
5.2.2.5 Bemessungswerte des Tragwiderstandes bei weiteren Baustoffen
Für andere Baustoffe wird aufgrund der Angaben gemäss Ziffer 5.1.3 der Bemessungswert des Tragwiderstandes von Fall zu Fall in Absprache mit Fachpersonen festgelegt.
5.2.3 Nachweis der Tragsicherheit der Fundation
5.2.3.1 Bemessungskriterium
Der Grenzzustand der Tragsicherheit der Fundation wird ebenfalls mit dem Bemessungskriterium nach Formel (16) nachgewiesen. Für sämtliche Belastungen (ständige und veränderliche Einwirkungen) wird vereinfacht ein einheitlicher Lastbeiwert γQ = γG,sup = 1.5 berücksichtigt. Für die ständigen Einwirkungen (z.B. Erdauflast) wird so gegenüber der Norm SIA 261 ein höherer Lastbeiwert eingesetzt.
5.2.3.2 Innere Tragsicherheit
Die innere Tragsicherheit der Fundation ist in Analogie zur Tragkonstruktion nachzuweisen. Der Bemessungswert des inneren Tragwiderstandes Rd von Fertigfundamenten aus Stahl und Stahlzuggliedern (Anker und Mikropfähle) ist mit einem einheitlichen Widerstandsbeiwert γM von 1.05 zu bestimmen.
5.2.3.3 Äussere Tragsicherheit
Die äussere Tragsicherheit der Fundation wird mit einem gegenüber der Norm SIA 267 vereinfachten Verfahren nachgewiesen, das den Baugrundwiderstand Rk mit den charakteristischen Bodenkennwerte resp. Baugrundwiderständen ermittelt. Der Bemessungswert des äusseren Tragwiderstandes Rd wird mit einem einheitlichen Widerstandsbeiwert für Flachfundationen, Anker und Mikropfähle von γM = 1.35 ermittelt. Gegen zu grosse Verformungsgeschwindigkeiten ist eine 1.5-fache Sicherheit einzuhalten.
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5.2.4 Hinweise zur Bemessung und Ausführung von Stahlkonstruktionen
5.2.4.1 Schnittgrössenermittlung
Für den Nachweis der Tragsicherheit sind die Schnittkräfte elastisch zu ermitteln. Die Konstruktionen müssen eine statisch bestimmte Lagerung aufweisen.
5.2.4.2 Korrosionsschutz allgemein
Der Oberbau muss im allgemeinen nicht korrosionsgeschützt werden. Ein entsprechender Abrostungszuschlag ist nicht erforderlich. Es ist aber auf eine korrosionsschutzgerechte konstruktive Durchbildung zu achten (z.B. ungehindertes Abfliessen von Wasser).
5.2.4.3 Korrosionsschutz bodennah und im Boden
Bodennahe (d.h. bis 40 cm über Bodenoberfläche), nicht auswechselbare Teile (z.B. Anker) sowie direkt mit dem Erdreich in Kontakt befindliche Fundationsteile sind mit einem Korrosionsschutz zu versehen. Dies kann durch einen Abrostungszuschlag von 2 mm pro Aussenfläche geschehen. Eine Verzinkung von Ankerstäben ist nicht zu empfehlen.
Für Anker, die in einer stark aggressiven Umgebung eingebaut werden und/oder einer kritischen Streustrombelastung ausgesetzt sind, ist eine Korrosionsschutzstufe 2 gemäss Norm SIA 267 vorzusehen (Einbau eines zusätzlichen Hüllrohres aus Kunststoff).
5.2.4.4 Hinweis für Konstrukteure
Bei der konstruktiven Gestaltung ist ferner zu beachten, dass je nach verwendetem Stahltyp im Bereich allfälliger Schweissstellen oder Überlappungen mit starken Korrosionserscheinungen zu rechnen ist.
5.2.4.5 Anforderungen Rostprofile
Bei Rostprofilen darf eine Materialdicke von 5 mm nicht unterschritten werden. Sie können zusätzlich einem Schlagversuch mit einer Aufprallenergie von 3.5 kNm unterzogen werden. Dabei darf die Verminderung des Flächenträgheitsmomentes höchstens 15 % betragen. Diese Bestimmung gilt nicht für die Tragkonstruktion.
5.2.4.6 Wanddicke Stützenprofile
Um Beschädigungen beim Transport zu vermeiden, soll bei Hohlprofilen eine Wanddicke von 4 mm nicht unterschritten werden.
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5.2.5 Hinweise zur Bemessung und Ausführung von Holzkonstruktionen
5.2.5.1 Grundsätzliches
Mit Hilfe einer guten konstruktiven Detailausbildung kann die Lebensdauer der Holzbauteile, die nicht im Erdkontakt stehen, massgebend verbessert werden. Solche Massnahmen sollen in erster Linie das Eindringen und Stagnieren von Niederschlagswasser im Holz vermindern und/oder die Trocknung fördern. Es soll darauf geachtet werden, dass das Wasser stets möglichst gut ablaufen kann. Daher ist bei einer Stützverbauung aus Holz ein Rechenrost vorteilhafter als ein Brückenrost.
5.2.5.2 Konstruktiver Holzschutz
Der konstruktive Holzschutz ist äusserst wichtig. Die folgenden Hinweise müssen auf jeden Fall beachtet werden:
> Nur gesundes Holz einsetzen. > Unnötig grosse Durchmesser vermeiden, damit eine schnellere Austrocknung erreicht wird. > Stehende oder zumindest geneigte Holzanordnung wählen. > Abdecken horizontal liegender Hölzer (z.B. Pfette). > Die Holzart mit der grössten Dauerhaftigkeit ist für die Tragkonstruktion zu verwenden (Stützen, Pfetten). Für horizontal eingebaute Pfetten soll, wo immer möglich, Edelkastanie verwendet werden, auch wenn die restlichen Konstruktionselemente z.B. in Lärche oder imprägniertem Fichtenholz erstellt werden.
Derartige konstruktive Massnahmen können aber nicht die Imprägnierung mit Holzschutzmitteln oder die Wahl resistenter Kernhölzer ersetzen. Dies gilt speziell für Hölzer, die in Erdkontakt stehen.
5.2.6 Hinweise zur Bemessung und Ausführung von Konstruktionen mit Drahtseilen
5.2.6.1 Ablenkung
Bei Zwischenauflagen sind die Drahtseile über Kreissegmente mit einem Radius von nicht weniger als dem 2.5-fachen Seildurchmesser zu führen. Bei Ablenkwinkeln von kleiner als 5° gelten keine Beschränkungen für den Radius. Die Querpressung (Linienlast) im Auflagebereich darf den Wert von 1 kN/mm' nicht überschreiten.
5.2.6.2 Verbindungen
Verbindungen mit Drahtseilklemmen, Schlaufen und Kauschen sind gemäss den einschlägigen EN und DIN-Normen auszuführen.
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5.2.6.3 Drahtseile
Die Stahldrähte von auswechselbaren Drahtseilen und Netzen müssen nach EN 10264 einen Zinküberzug der Klasse B aufweisen respektive nach DIN 2078 normalverzinkt sein oder mit einem gleichwertigem Korrosionsschutz versehenen werden.
5.2.6.4 Seilanker
Für Seilanker sind als Zuglied Spiralseile zu verwenden. Die Stahldrähte müssen nach EN 10264 einen Zinküberzug der Klasse A aufweisen respektive nach DIN 2078 dickverzinkt sein. Der Kopf des Seilankers ist zusätzlich mit einem verschlossenen Stahlrohr, das im Ankermörtel eingebunden ist, oder mit einem gleichwertigem Korrosionsschutz zu schützen.
Für Seilanker, die in einer stark aggressiven Umgebung eingebaut werden und/oder einer kritischen Streustrombelastung ausgesetzt sind, ist eine Korrosionsschutzstufe 2 gemäss Norm SIA 267 vorzusehen (Einbau eines zusätzlichen Hüllrohres aus Kunststoff).
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 59
Konstruktive Gestaltung
5.3.1 Allgemeines
Die konstruktive Gestaltung der Tragkonstruktion wird grundsätzlich freigestellt. Dies bezieht sich auch auf deren Geometrie (Anzug und Auflagerungspunkt von Stützen, Winkel mit dem Gelände, Feldweiten usw.), wobei die optimalen Lösungen nicht allein in Berücksichtigung der äusseren Kräfte und der Hangneigung zu suchen sind, sondern ebenso sehr von der Seite der Fundation und der Montage bestimmt werden. Es sei darauf verwiesen, dass bei wechselnder Hangneigung eine ungefähr gleichbleibende Sicherheit für sämtliche Werkteile (inkl. Fundamente) gewährleistet ist, wenn die Winkel des Dreiecks gebildet aus Rost, Stütze und Bodenoberfläche konstant gehalten werden.
5.3.2 Neigung der Stützfläche gegen die Hangsenkrechte
5.3.2.1 Starre Stützfläche
Für starre Stützflächen empfiehlt sich eine talwärtige Neigung gegen die Hangsenkrechte
5.3.2.2 Nachgiebige Stützfläche
Bei nachgiebigen Stützflächen (Netzen) wird ein Winkel δ, bezogen auf die Verbindungsebene zwischen Fusspunkt und den oberen Aufhängepunkten eines Netzes, von etwa 30° angewandt.
5.3.2.3 Steiles Gelände
In sehr steilem Gelände sind die Winkel δ gegenüber den Werten in Ziffer 5.3.2.1 und 5.3.2.2 eher kleiner zu wählen, da der Rost sonst zu flach liegt.
Ausführung und Erhaltung der Bauten
5.4.1 Ausführung
5.4.1.1 Materialien und Dimensionen
Die verwendeten Materialien und sämtliche Dimensionen müssen den in der Typenprüfung genehmigten Plänen entsprechen.
5.4.1.2 Nutzungsdauer
Die geplante Nutzungsdauer von permanenten Stützwerken beträgt 80 Jahre.
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5.4.2 Erhaltung
5.4.2.1 Jährliche Kontrolle
Die Bauwerke sind in der Regel jährlich visuell zu kontrollieren.
5.4.2.2 Periodische Kontrolle
Der Zustand von Stützwerken ist nach jeder grossen Belastung oder mindestens in Intervallen von 3–5 Jahren eingehend zu erfassen. Kritische Bauteile (z.B. Anschlüsse zwischen Anker und Oberbau) sind dabei aus Handdistanz zu inspizieren.
5.4.2.3 Zustandsbewertung und Massnahmenplanung
Festgestellte Schäden sind nach Tabelle 7 zu bewerten und falls notwendig innert nützlicher Frist zu beheben.
Tab. 7 > Zustandsbewertung Stützwerke.
Bewertung betreffend Konsequenz für die Tragsicherheit Zeithorizont Konsequenz für die Funk- Beispiele: Reparaturdringlichkeit (Erreichen des Tragwiderstandes für das Auftre- tionstüchtigkeit des Stütz- und Handlungsbedarf resp. Verlust der Gesamtstabilität ten Folgeschä- werkes (Gebrauchstaugdes Stützwerkes) den lichkeit)
Zustandsklasse 1 «gut» Kleine Dringlichkeit: Klein > 5 Jahre Keine Beeinträchtigung – Verbogene Rostbalken Beobachten – Erosion um Fundamentsockel < 10–20cm – Materialansammlung auf Rost mit – gleichmässige Flächenkorrosion (Rosten)
Zustandsklasse 2 «schadhaft» Mittlere Dringlichkeit: Mittel 2–5 Jahre Noch keine Beeinträchti- – Leicht gekrümmte Stützen Instandsetzung in 1–3 gung – Verschobene Drahtseilklemmen Jahren – Eingedrückte Mikropfahlverankerung – Freigelegte Verankerungen > 20–40 cm (noch intakt)
Zustandsklasse 3 «schlecht» Hohe Dringlichkeit: So- Gross, Einsturzgefahr 1 Jahr Sehr gross, keine oder – Ausgeknickte Stütze fortige Instandsetzung stark eingeschränkte Wir- – Stark deformierte bis gebrochene Träger resp. Erneuerung vor kung – Gebrochene oder herausgezogene Anker dem nächsten Winter – Ausgeknickte Mikropfähle – Gerissene Seile
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 61
Einwirkungen auf die Tragkonstruktion
5.5.1 Allgemeines
Wird HK> Hext gewählt, ist für die Bemessung durchwegs HK massgebend (vgl. Ziffer 3.6.2).
5.5.2 Schneedruck Lastmodell 1
5.5.2.1 Hangparallele Schneedruckkomponente
Das Lastmodell 1 berücksichtigt die volle Einschneiung des Werkes mit der Schneehöhe HK. Die hangparallele Schneedruckkomponente wird dabei in dem von Randkräften freien Bereich:
HK Lotrecht gemessene Werkhöhe in [m] N Gleitfaktor gemäss Ziffer 3.10.5. fc Höhenfaktor gemäss Ziffer 3.10.6.
Formel (17) ist aus Formel (11) abgeleitet, wobei für die mittlere Dichte der relativ kleine Wert von ρH = 0.270 t/m³ – gültig für eine Basishöhe von 1500 m ü.M. und für eine WNW-N-ENE-Exposition – eingesetzt wird (vgl. Ziffer 3.10.2). Ferner ist K = 0.74 und sin2ψ = 1.00 gesetzt (vgl. Ziffer 4.2), gültig für eine Hangneigung von 45°.
5.5.2.2 Hangsenkrechte Schneedruckkomponente
Die hangsenkrechte Schneedruckkomponente wird:
a N ⋅ tan ψ
a S' = tan ε = Q (19) N ⋅ tan ψ S'N
wobei der jeweils ungünstigere Fall aus a = 0.35 oder a = 0.50 zu berücksichtigen ist.
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5.5.2.3 Zuschlag bei nicht senkrechter Stützfläche
Das lotrecht wirkende Gewicht des Schneeprismas beträgt, bei Berücksichtigung einer etwas erhöhten Dichte an der Stützfläche, für einen ebenen Rost:
G' = 1.50 ⋅ DK ⋅ tan δ
DK Wirksame Rosthöhe in m, wobei DK = HK · cos ψ δ Winkel zwischen Stützfläche und Hangsenkrechten
5.5.2.4 Randkräfte
Die Randkräfte S'R werden als zusätzliche hangparallele Laufmeterlasten mit der Angriffslänge Δl angesetzt (Es werden keine zusätzlichen hangsenkrechten Randkräfte angenommen), Abb. 20.
mit dem Randfaktor fR:
A fR = (0.92 + 0.65 ⋅ N) ≤ (1.00 + 1.25 ⋅ N) (22)
N Gleitfaktor gemäss Ziffer 3.10.5 A Seitlicher Werkzwischenraum in [m]
Der obere Grenzwert rechts in Formel (22) gilt für das freie Werk (A > 2 m) und kann nicht überschritten werden (Abb. 19).
A DK Δl = 0.60 ⋅ ≤ [m] (23) 2 3
Δl Angriffslänge von S'R in [m] DK Wirksame Rost- bzw. Netzhöhe in [m]
Der obere Grenzwert rechts in Formel (23) gilt für das freie Werk (A > 2 m) und kann nicht überschritten werden.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 63
Beispiele:
Die jeweils massgebenden (unterstrichenen) Werte für fR und Δl erhält man aus den Formeln (22) resp. (23):
Berechnung des Randfaktors fR mit Formel (22). A fR ≤ 1.00 + 1.25 ⋅ N = 4.00
A fR ≤ 1.00 + 1.25 ⋅ N = 4.00
Berechnung der Angriffslänge Δl der Randkraft mit Formel (23). A DK
A DK
Abb. 19 > Randfaktor gemäss Formel 22. Abb. 20 > Verteilung der Randkräfte am freien Werkrand (Werkendfeld) und bei einem Werkzwischenraum von 2 m (Randfeld).
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Wenn seitlich benachbarte Werke in der Falllinie ein wenig gegeneinander verschoben sind (gemäss Ziffer 3.8.1), gelten dieselben Randkräfte wie am nicht-verschobenen Werk.
In besonderen Fällen empfiehlt sich trotz ungleicher Beanspruchung der beiden Ränder eines Werkes eine symmetrische Bauweise, basierend auf der höheren Randkraft. Dies gilt besonders für kürzere Werke am freien seitlichen Rand einer Verbauung, wenn eine erhöhte Gefährdung durch dynamische Einwirkungen anzunehmen ist.
5.5.2.5 Grösse der Resultierenden
Die Grösse der Resultierenden R' erhält man aus der vektoriellen Addition der hangparallelen und hangsenkrechten Komponentensummen aus Ziffer 5.5.2.1, 5.5.2.2, 5.5.2.3 und 5.5.2.4 (Abb. 20 und 21).
Für die unendlich lange Wand gilt:
Innerhalb der Angriffslänge der Randkräfte ist den hangparallelen Komponenten S'N und G'N noch die Randkraft S'R beizufügen.
Abb. 21 > Resultierende des Schneedruckes.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 65
5.5.2.6 Richtung der Resultierenden
Die Richtung der Resultierenden (in der Ebene senkrecht zur Niveaulinie) erhält man aus
R'Q tan εR = (28) R'N
wo εR der Winkel ist, den die Resultierende mit der Hangparallelen bildet. (R' hat innerhalb der Angriffslängen der Randkräfte nicht die gleiche Neigung wie in der von Randwirkungen freien Zone. Beim Nachweis der Tragsicherheit der Tragkonstruktion ist die Richtung der Resultierenden anteilmässig aus den jeweiligen Angriffsflächen zu ermitteln.)
5.5.2.7 Angriffspunkt der Resultierenden
Der Angriffspunkt der Resultierenden R' kann in halber Werkhöhe angesetzt werden.
5.5.3 Schneedruck Lastmodell 2
5.5.3.1 Festlegung
Lastmodell 2 berücksichtigt die teilweise Einschneiung des Werkes bei einer Schneehöhe h von
h = 0.77 ⋅ HK [m] (29)
und einer bezüglich der Grösse und Richtung gleichen Resultierenden R' wie beim Lastmodell 1 (Abb. 22).
5.5.3.2 Besonderheiten
Die Besonderheiten von Lastmodell 2 gegenüber dem ersten Fall liegen
> im tieferliegenden Angriffspunkt der Resultierenden, nämlich in der Höhe h/2 = 0.385 · HK, und > im höheren spezifischen Schneedruck [kN/m²] (Erhöhung um den Faktor 1/0.77 = 1.3).
5.5.3.3 Randkräfte
Die Randfaktoren fR und die Angriffslängen Δl werden in beiden Belastungsfällen als gleich gross angenommen.
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Abb. 22 > Angriffspunkte der Resultierenden und spezifische Schneedruckverteilung in beiden Lastmodellen.
5.5.3.4 Hinweis
Die Schneebedingungen von Lastmodell 2 leiten sich aus dem Lastmodell 1 ab durch Setzung der Schneedecke und weiteren Schneezuschlag. Die so erhöhte mittlere Dichte wird zu ρh = 0.400 t/m³ – gültig für eine Basishöhe von 1500 m ü.M. und für eine WNW- N-ENE-Exposition – angenommen. Man beachte, dass damit ρh · h > ρH · HK.
5.5.4 Schneedruck auf Stützen
Durch ein Anhängen der Schneedecke werden die Stützen von starren Stützwerken und Schneenetzen durch talwärts gerichtete Schneedruckkräfte belastet. Diese Querbelastung ist relativ klein und wird in Form einer gleichmässig verteilten Linienlast q'S von folgender Grösse angenommen (vgl. Abb. 18):
Stützendurchmesser q'S = η ⋅ S'N ⋅ ⋅ sin α Stützenlänge [kN/m'] (30)
η Einflussfaktor, der insbesondere vom Gleitfaktor abhängt und zu 1.0 angenommen werden kann. An extremen Gleitschneestandorten muss mit höheren Wirkungsfaktoren gerechnet werden (vgl. Ziffer 4.6.1). HK Werkhöhe in [m] – Stützendurchmesser und -länge in [m] α Winkel zwischen der Stützenachse und der Bodenoberfläche in [°].
Die Richtung von q's ist senkrecht zur Stützenachse. Die Angriffslinie liegt in der Stützenachse.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 67
5.5.5 Eigenlasten
Die Eigenlasten der Konstruktionen sollen, sofern sie von Bedeutung sind, berücksichtigt werden.
5.5.6 Seitenkräfte
Zur Erzielung einer genügenden Seitensteifigkeit der Werke ist eine zur Niveaulinie parallele, beidseitig wirkende Seitenkraft Ss zu berücksichtigen (siehe Ziffer 4.7). Wirkt im Rand- oder Werkendfeld die Schneedruckresultierende im Grundriss nicht senkrecht auf die Stützfläche (z.B. in Muldenlagen), so ist die Seitenkraft SS mit dem Randfaktor fR zu multiplizieren.
Pro Einzelwerk der Länge l beträgt diese:
SS = 0.10 ⋅ S'N⋅ l [kN] (31)
Der Angriffspunkt wird in halber Werkhöhe angenommen (gleichmässig verteilte Belastung über die Höhe).
Für eine ausreichende Übertragung dieser Last vom Rost (bzw. Netz) auf die Tragkonstruktion und die Fundation ist zu sorgen.
Für Fundationen mit Ankern und Mikropfählen beachte man die Ziffern 5.9.7.1.4, 5.9.7.2.1, 5.9.7.3.2 und 5.9.7.3.3.
5.5.7 Hubkräfte
Stützwerke können durch bergwärts gerichtete Windkräfte belastet werden. Für eine ausreichende Übertragung dieser Hubkräfte von der Tragkonstruktion auf die Fundation und den Untergrund ist zu sorgen (vgl. Ziffer 5.9.3.6). Die Windkräfte sind gemäss der Norm SIA 261, Kapitel 6 Wind zu bestimmen.
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Einwirkungen auf den Rost
5.6.1 Einwirkungen senkrecht zur Rostebene
5.6.1.1 Grundsatz
Die in der Natur oft unregelmässige Druckverteilung über die Stützfläche zwingt zu schärferen Annahmen für die spezifische Belastung der Elemente des Rostes.
5.6.1.2 Spezifische Belastung
Für beide Lastmodelle ist als Grundlast der spezifische Schneedruck von Lastmodell 2 anzunehmen. Gemäss Abbildung 23 ist für einen ebenen Rost: P' Komponente von R' (Formel 26) senkrecht zum Rost εR Winkel zwischen R' und der Hangparallelen, zu berechnen gemäss Ziffer 5.5.2.6
Damit wird der spezifische Schneedruck ph senkrecht zum Rost P'⋅ cos δ P' 0.77 ⋅ Dk 0.77 ⋅ BK
(innerhalb der Angriffslängen der Randkräfte erhöht)
Die gesuchte, auf einen Balken mit der Belastungsbreite b (= Balkenbreite + Anteil an benachbartem Zwischenraum) wirkende Liniennormallast beträgt:
Abb. 23 > Belastung senkrecht zum Rost.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 69
5.6.1.3 Zuschlag
Zur spezifischen Belastung aus Ziffer 5.6.1.2 soll von der Bodenoberfläche bis in ¼ der Rosthöhe und über die ganze Werklänge ein Zuschlag von 25 % des ausserhalb der Angriffslängen der Randkräfte auftretenden spezifischen Schneedruckes ph hinzugefügt werden (Abb. 24).
5.6.1.4 Randkräfte und Lastmodelle
Für Roste, bei denen die Voraussetzung für das Auftreten von Randkräften vorhanden ist (Ziffer 4.5), gelten zwei massgebende Lastmodelle (Abb. 25):
> Lastmodelle mit den nach Ziffer 5.5.2.4 berechneten Randkräften S'R > Lastmodelle ohne die Randkräfte S'R
5.6.2 Einwirkungen parallel zur Rostebene (Querkräfte)
Die zu berücksichtigenden Querkräfte richten sich nach der Ausbildung des Rostes, d.h. nach dem Werktyp. Sie sind daher unter den Besonderheiten der einzelnen Werktypen behandelt.
Abb. 24 > Lastmodell 1 für den Rost. Abb. 25 > Lastmodell mit und ohne Randlasten.
mit Randlasten ohne Randlasten
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Ausführung und Bemessung der Tragkonstruktion
5.7.1 Allgemeines
5.7.1.1 Grundsatz
Für die Bemessung der Tragkonstruktion sind die Einwirkungen und Lastmodelle der Ziffern 5.5.2, 5.5.3, 5.5.4, 5.5.5 und 5.5.6 zu berücksichtigen. Gegebenenfalls müssen auch die in Ziffer 5.6.1.4 erwähnten Lastmodelle mit und ohne Randkräfte S'R berücksichtigt werden.
5.7.1.2 Spannweite
Bei Bauteilen, welche starr (biegesteif) mit dem bergseitigen Fundament verbunden sind, reicht die Spannweite nach unten bis zu dem als frei drehbar anzunehmenden Punkt B (siehe Ziffer 5.9.5.3.1 bzw. 5.9.6.3). Zwischen Bodenoberfläche und Drehpunkt B darf der betreffende Bauteil als unbelastet betrachtet werden.
5.7.1.3 Einzelwerk massgebend
Im allgemeinen ist für die Bemessung der Tragkonstruktion das Einzelwerk mit einem Werkzwischenraum A = 2.0 m massgebend.
5.7.2 Bemessung der Stützen
5.7.2.1 Querbelastung
Bei der Bemessung der Stützen von flexiblen und starren Stützwerken muss ausser der zentrischen Druckkraft mit Wirkungslinie in der Stützenachse noch die Querbelastung infolge Schneedruck gemäss Ziffer 5.5.4 berücksichtigt werden. Beide Einwirkungen wirken gleichzeitig in voller Grösse (Interaktion von Biegung und Normalkraft).
5.7.2.2 Überlänge
Stützen und Riegel sind auf eine minimale Überlänge von 0.5 m zu bemessen.
5.7.3 Besonderheiten für Schneerechen
Für die Bemessung der unteren Pfette auf Normalkräfte ist das Lastmodell 2 mit der 25 %-igen Erhöhung von ph (gemäss Ziffer 5.6.1.3) massgebend.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 71
5.7.4 Besonderheiten für Schneenetze
5.7.4.1 Reduktion hangparalleler Schneedruck
Die Abminderung der hangparallelen Schneedruckkomponente infolge der nachgiebigen Stützfläche wird mit einem Reduktionsfaktor fs berücksichtigt. Dieser ist streng genommen von vielen Faktoren abhängig wie: Gleiten der Schneedecke auf der Unterlage (fs wächst mit N), Durchhang, Form, Neigung und Maschenweite des Netzes (je kleiner der Durchhang und die Maschenweite, um so grösser ist fs).
Die hangparallele Schneedruckkomponente wird (in Abänderung von Ziffer 5.5.2.1)
fs Reduktionsfaktor für eine nachgiebige (schlaffe) Stützfläche. Für mittlere Gleitverhältnisse kann fs zu 0.8 angenommen werden. HK lotrecht gemessene Werkhöhe in [m]
5.7.4.2 Durchhang
Weil die Beanspruchung der Schneenetze besonders stark vom Durchhang abhängt, ist es notwendig, diesen bei der Montage und auch später, nach grösseren Belastungen (Seildehnung) zu kontrollieren. Er hat dem vom Konstrukteur angegebenen Wert zu entsprechen und soll rund 15 % der Sehne des Netzes betragen.
5.7.4.3 Hangsenkrechte Schneedruckkomponente und Seitenkraft
Die hangsenkrechte Schneedruckkomponente (Ziffer 5.5.2.2) und die Seitenkraft (Ziffer 5.5.6) werden nicht berücksichtigt.
5.7.4.4 Zuschlag
Das Schneeprisma, dessen Gewicht G' (ρ = 0.3 t/m³) dem Schneedruck beizufügen ist, wird gebildet aus der Netzfläche und der durch den bergseitigen Netzrand verlaufenden hangsenkrechten Fläche.
5.7.4.5 Lastmodell 2
Das Lastmodell 2 ist für die Bemessung der Tragkonstruktion von Schneenetzen massgebend.
5.7.4.6 Netzauflage
Liegt das Netz bei voller Belastung teilweise auf der Stütze, ist dort als Querkraft der volle Schneedruck nach Formel (35) auf den entsprechenden Netzteil anzunehmen (siehe auch Ziffer 5.7.4.2).
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 72
5.7.4.7 Exzentrizität Pendelstütze
Kann als Folge der Konstruktionseigenart eine exzentrische Beanspruchung der Stütze auftreten, so ist die Druckkraft mit der maximal möglichen Exzentrizität einzuführen.
5.7.4.8 Abspannseile
Seitliche Abspannseile, die nicht durch die Netzfläche abgedeckt sind (siehe auch Ziffer 4.6.2), unterliegen dem vollen Schneedruck (erhöhter Einflussfaktor und Randfaktor je nach seitlichem Zwischenraum). Dieser muss bei der Bemessung berücksichtigt werden.
5.7.4.9 Stützenfuss
Bei der Berechnung der Schnittgrössen am Stützenfuss ist neben der Querbelastung gemäss Ziffer 5.5.4 zusätzlich eine unplanmässige Schiefstellung der Stütze in Hangfalllinie um 10° (bergwärts) anzunehmen. Die resultierende Querbelastung hat minimal 20 % der maximalen Stützenkraft zu betragen.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 73
Ausführung und Bemessung des Rostes
5.8.1 Rostbemessung von Schneebrücken (Rostbalken parallel zur Niveaulinie)
5.8.1.1 Normallasten
Belastungsbreiten
Die Balken müssen nach den ihnen zukommenden effektiven Belastungsbreiten b bemessen werden, ausgenommen der oberste Balken, der nicht schwächer bemessen werden darf als die benachbarten (Abb. 26).
Unterster Balken
Die Belastungsbreite des untersten Balkens reicht bis zur Bodenoberfläche (Abb. 26).
5.8.1.2 Querlasten
Spezifische Belastung und Linienquerlast
Für die Bemessung der Balken ist eine nach unten oder oben wirkende, dem Betrag nach identische Linienlast qB' anzunehmen (Abb. 28).
Nach Abbildung 27 ist
Q' Komponente R' (Ziffer 5.5.2.5) parallel zum Rost εR Winkel von R' mit der Hangparallelen, zu berechnen nach Ziffer 5.5.2.6
Die gleichmässig verteilte spezifische Querlast wird:
Q'⋅ cos δ Q' 0.77 ⋅ DK 0.77 ⋅ BK
Die gesuchte auf einen Balken wirkende Linienlast:
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Minimalwert Querlast
Als Minimalwert für die Querlast ist zu berücksichtigen:
(p'B = ph · b; ph gemäss Formel (33) und (34))
Dieser Minimalwert ist für grössere Gleitfaktoren und Hangneigungen fast immer massgebend.
Angriffslinie
Die Angriffslinie der Querlast q'B befindet sich am äussersten bergseitigen Rand des Balkens (Abb. 28).
Normallast
Die Normallast p'B ist bei gleichzeitig wirkender Querlast q'B zwischen ihrem Höchstwert und dem Betrag von q'B zu variieren. Es ist zu kontrollieren, ob sich dabei keine ungünstigere Lastkombination ergibt.
Torsionsbeanspruchungen
Die Torsionsbeanspruchungen infolge der Querlasten sind voll zu berücksichtigen. Das kann näherungsweise auch durch eine Verdoppelung der Querlast q'B gemäss Formel (39) berücksichtigt werden.
Abb. 26 > Belastungsbreiten der Rostbalken. Abb. 27 > Kräfte parallel zur Rostebene. Abb. 28 > Querlast auf die Balken.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 75
5.8.1.3 Weitere Bestimmungen
Lichte Weite
Für die lichte Weite w zwischen den Balken gilt als Idealwert 250 mm.
Die maximal zulässigen Abweichungen davon betragen:
> in den oberen 3/4 der Rosthöhe 200 mm ≤ w ≤ 280 mm, > im untersten Viertel der Rosthöhe 150 mm ≤ w ≤ 280 mm.
Zwischen Boden und unterstem Balken soll w nicht grösser als 250 mm gewählt werden.
Oberster Balken
Der oberste Balken ist mit Rücksicht auf einen möglichen dynamischen Kraftangriff nach oben besonders kräftig zu befestigen.
Werkhöhe
Als wirksame Werkhöhe HK wird bei alternierenden Balkenoberkanthöhen das arithmetische Mittel der lotrechten Entfernung der höheren und tieferen Balkenoberkante vom Boden bezeichnet.
Werklänge
Als Werklänge l wird der mittlere Abstand der Verbindungsgeraden der Balkenenden bezeichnet.
5.8.2 Rostbemessung von Schneerechen
(Rost mit Rechenstäben bzw. Rostbalken senkrecht zur Niveaulinie)
5.8.2.1 Normallasten
Belastungsbreiten
Die Rechenstäbe müssen nach ihren effektiven Belastungsbreiten b bemessen werden, mit Ausnahme des äussersten Randstabes, dessen Belastungsbreite gleich dem Achsabstand vom Nachbarstab anzunehmen ist und über die der erhöhte spezifische Schneedruck am Rand wirkt.
Untere Belastungsbreite
Nach unten reicht die Belastungsbreite eines Rechenstabes bis zur Bodenoberfläche.
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Zuschlag
Der 25 %-ige Zuschlag zum spezifischen Schneedruck gemäss Ziffer 5.6.1.3 hat für Rechenstäbe keine Gültigkeit (hingegen beachte man Ziffer 5.7.3).
Lastmodell 2
Bei den Rechenstäben muss auch das Lastmodell 2 als massgebend mitberücksichtigt werden.
5.8.2.2 Querlasten
Als ungünstigste Querbelastung in der Rostebene und parallel zur Niveaulinie soll für einen Rechenstab eine Linienlast q'B mit Angriffslinie am äussersten (bergseitigen) Rand des Rechenstabes angenommen werden. Die Grösse dieser Last beträgt:
p'B Maximale Normallast eines Rechenstabes (p'B = ph · b; ph gemäss Formel (33) und Ziffern 5.8.2.1.1 bis 5.8.2.1.3.)
Die Setzungsquerkraft (hangsenkrechte Komponente von R') ist bei der Befestigung der Balken zu beachten.
5.8.2.3 Weitere Bestimmungen
Lichte Weite
> Für die lichte Weite w zwischen den Rechenstäben gilt als Idealwert 300 mm. > Die maximal zulässigen Abweichungen davon betragen: 250 mm ≤ w ≤ 330 mm. > Zwischen Boden und Unterkanten der Rechenstäbe soll w nicht grösser als 200 mm gewählt werden.
Werkhöhe
Als wirksame Werkhöhe HK wird die lotrechte Entfernung der Verbindungsgeraden der oberen Enden der Rechenstäbe vom Boden bezeichnet.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 77
5.8.3 Besonderheiten für Schneenetze (Nachgiebige Stützfläche aus Seilen)
5.8.3.1 Spezifische Belastung
Für die Bemessung der Netze, im besonderen auch deren Teile zur Kraftübertragung auf die Tragkonstruktion bzw. Fundamente, ist gemäss Ziffer 5.6.1.2 mit den Änderungen gemäss Ziffer 5.7.4.1 und 5.7.4.3 die spezifische Belastung vom Lastmodell 2 über die ganze Höhe des Netzes anzunehmen.
5.8.3.2 Verteilung und Richtung der spezifischen Belastung
Der spezifische Schneedruck wird als gleichmässig verteilt über die Höhe der Netzfläche angenommen und in Richtung parallel zur Resultierenden R', gebildet aus S'N, G'N, G'Q und gegebenenfalls S'R.
5.8.3.3 Lichte Weite
Für die lichte Weite w zwischen den die Stützfläche bildenden Seilen oder Drähten (Maschenweite) gilt folgendes:
> Falls kein Drahtgeflecht aufgelegt wird, soll die lichte Weite w der Seile nicht mehr als 100 mm betragen. > Beim Auflegen eines Drahtgeflechtes mit einer Maschenweite von 50 mm genügt für die Seile eine Maschenweite von 200 bis 250 mm. > Um eine genügende Bremswirkung auch bei kohäsionsarmem, bewegtem Schnee zu garantieren, können die Netze entweder mit einem Drahtgeflecht mit einer Maschenweite von 50 mm oder schachbrettartig z.B. mit Blechen, engmaschigem Drahtgeflecht oder dergleichen abgedeckt werden. Beim schachbrettartigen Abdecken empfehlen sich Seilmaschenweiten bzw. Seitenlängen der Abdeckung von 200 bis 250 mm.
5.8.3.4 Werkhöhe
Als wirksame Werkhöhe HK gilt das arithmetische Mittel zwischen dem grössten und kleinsten lotrechten Bodenabstand der oberen Begrenzung der Netzfläche eines mittleren Feldes im belasteten Zustand.
5.8.3.5 Werklänge
Als Werklänge l wird bei trapez- oder dreieckförmiger Netzfläche das arithmetische Mittel zwischen der Basislänge und der Länge über die Stützenköpfe bezeichnet.
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Ausführung und Bemessung der Fundation
5.9.1 Grundsatz
Für die Bemessung der Fundamente gelten die zwei Lastmodelle gemäss Ziffer 5.5.2 und 5.5.3 sowie die Einwirkungen nach Ziffer 5.5.4 bis 5.5.7.
5.9.2 Fundierungsarten
5.9.2.1 Starrer Stützverbau (Ziffer 3.3.1)
Für die Fundation permanenter Stützwerke im Lockergestein können Anker, Mikropfähle, Fertigfundamente (Grundplatten) und Betonfundamente verwendet werden (Abb. 1, 2, 29 und 30). Es werden im allgemeinen zwei getrennte Fundamente angewendet (Abb. 29 und 30): ein bergseitiges (Trägerfundament oder Schwelle) und ein talseitiges Fundament (Stützenfundament). Liegt ein sehr nachgiebiger, beweglicher und wenig tragfähiger Boden vor, so kann zwischen Träger und Stützenfundament ein druck- und zugfester Riegel eingebaut werden. Angaben zu zulässigen Kriechbewegungen können Tabelle 13 entnommen werden.
5.9.2.2 Nachgiebiger Stützverbau (Schneenetze) und Spezialkonstruktionen (Zäune, Hängeroste).
Zugkräfte können mit Ankern aufgenommen werden (siehe Ziffer 5.9.7). Permafrost- Hänge mit tolerierbaren Kriechbewegungen sind mit Schneenetzen zu verbauen. Schneenetze sind weniger empfindlich auf Kriechbewegungen als starre Stützwerke (siehe Ziffer 7.4.3.1).
5.9.2.3 Temporärer Stützverbau
Einige der üblichen Konstruktionen für Holzschneerechen können nur sehr beschränkt Zugkräfte im bergseitigen Fundament aufnehmen (siehe Abb. 32). Um diese Kräfte auf ein Minimum zu reduzieren, soll
> bei hohen Gleitfaktoren immer eine zusätzliche Erhöhung der Bodenrauhigkeit mit z.B. Terrassierung oder Verpfählung vorgesehen werden und > vermieden werden, derartige Werke in zu steilem Gelände oder bei zu grossen Schneehöhen aufzustellen.
Andernfalls sind entweder spezielle, auf Zugkräfte bemessene Fundamente (z.B. mit Anker gemäss Ziffer 5.9.7) oder permanente Stützwerke vorzusehen.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 79
Abb. 29 > Stützwerk mit getrennten Fundamenten mit angegebener graphischer Bestimmung der Fundamentkräfte bei einer beidseitig gelenkig angeschlossenen Stütze und in B frei drehbar gelagertem Träger (Dreigelenkbogen). Das Stützenfundament besteht aus einer Grundplatte und das Trägerfundament aus einem Mikropfahl und Bodenanker.
Träger R=Resultierende
B Bodenanker Stütze T
Kräfteplan Mikropfahl T
U R Wieder eingefülltes Aushubmaterial
Grundplatte
U
Abb. 30 > Stützwerk mit Riegel, bei dem das talseitige Fundament aus einem Mikropfahl und Bodenanker besteht und das Trägerfundament aus einem Bodenanker.
Träger
Stütze
Riegel Bodenanker
Bodenanker
Mikropfahl
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5.9.3 Verbindung Tragkonstruktion und Fundament
5.9.3.1 Grundsatz
Grundsätzlich kann die Tragkonstruktion sowohl starr wie gelenkig an die Fundamente angeschlossen werden.
5.9.3.2 Anschluss bergseitiges Fundament
Bei einem bergseitigen Beton- oder Fertigfundament der Tragkonstruktion gemäss Ziffer 5.9.5 und 5.9.6 kommt der gelenkige Anschluss nur dann in Frage, wenn der anstehende Fels an der Terrainoberfläche liegt oder in so geringer Tiefe, dass der das Gelenk tragende Kragarm im Fels einwandfrei eingespannt werden kann. Andernfalls, d.h. in Lockergesteinen, führt der gelenkige Anschluss entweder zu einer sehr ungünstigen Beanspruchung des Bodens oder zu unwirtschaftlichen Fundamentabmessungen. Deshalb ist im Lockergestein die starre Verbindung des Trägers mit dem Fundament zu empfehlen, wobei eine Vergrösserung der Spannweite in Kauf genommen werden muss (Es dürfen keine den Oberbau entlastenden Einspannungen berücksichtigt werden [Solifluktion usw.]).
5.9.3.3 Anschluss talseitiges Fundament
Beim talseitigen Fundament ist ein gelenkiger Anschluss der Stütze vorteilhaft, ohne dass ungünstige Bodenpressungen oder unwirtschaftliche Fundamentabmessungen entstehen.
5.9.3.4 Anschlüsse an Bodenanker und Mikropfähle
Auf Bodenanker und Mikropfählen fundierte Stützwerke sind mit gelenkigen Anschlüssen zu versehen.
5.9.3.5 Anschluss von der Stütze an den Träger
Bei getrennten berg- und talseitigen Fundamenten (Ziffer 5.9.2.1, Abb. 29) ist die Stütze an den Träger normalerweise gelenkig anzuschliessen. Wird hingegen ein Riegel (Ziffer 5.9.2.1, Abb. 30) eingebaut oder kann auf Fels fundiert werden, darf auf die gelenkige Verbindung zwischen Träger und Stütze verzichtet werden.
5.9.3.6 Berücksichtigung von Hubkräften
Bei der Ausbildung der Verbindung zwischen Fundament und Tragkonstruktion sind Hubkräfte gemäss Ziffer 5.5.7 zu berücksichtigen.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 81
Abb. 31 > Schneenetz. Schneenetz, das mit zwei Seilankern und einer Grundplatte fundiert ist. Die Grundplatte ist mit einem Rückhalteseil gesichert (siehe Ziffer. 5.9.4.3).
Netz
Seilanker
Abspannseil Rückhalteseil
Pendelstütze Grundplatte
Seilanker
Abb. 32 > Holzschneerechen mit bergseitigem Schwellenfundament.
Rostbalken
Pfette
Bug
Stütze Schwelle
Stützenfussplatte
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5.9.4 Allgemeines zur Bemessung
5.9.4.1 Nachweis der Tragsicherheit
Die im folgenden angegebenen vereinfachten Bemessungsformeln für die Fundation sind vom Bemessungskriterium gemäss Formel (16) abgeleitet worden, wobei der Lastbeiwert γQ = 1.5 und der Widerstandsbeiwert γM = 1.35 eingesetzt wurden (Annahme:
5.9.4.2 Oberflächenzone
Auf Druck beanspruchte Bodenflächen müssen vollständig unterhalb einer minimal 0.5 m mächtigen Oberflächenzone liegen (senkrecht zum Hangoberfläche gemessen, vgl. Abb. 33 und 40), sofern der Winkel α zwischen der Stützennormalkraft UN,k und der Hangparallelen kleiner ist als 75° (Abb. 33).
5.9.4.3 Querkräfte
Leiten Fundamente Querkräfte in den Boden ein, müssen die auf Schub beanspruchten Bodenflächen vollständig unterhalb einer 0.5 m mächtigen Oberflächenzone liegen (senkrecht zum Hang gemessen). Werden z.B. bei Schneenetzen Grundplatten oberflächennah eingebaut, können die Scherkräfte nicht direkt über den Boden abgetragen werden (Abb. 31 und Abb. 50 resp. Ziffer 7.4.3.4.3).
Abb. 33 > Auf der Bodenoberfläche fundierte Grundplatte eines Schneenetzes.
≥0 Oberflächenzone k .5 U N, m k U T,
α
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 83
5.9.4.4 Richtungsabhängigkeit des Baugrundwiderstandes
Für Beton- oder Fertigfundamente gemäss Ziffer 5.9.5 und 5.9.6 wird die Abhängigkeit des Baugrundwiderstandes von der resultierenden Kraftrichtung aufgrund der folgenden Tabelle 8 angenommen: α bedeutet dabei den Winkel zwischen Kraftrichtung und der Hangparallelen, σο den hangparallelen und σα den spezifischen Baugrundwiderstand in Kraftrichtung (siehe Abb. 34) und ψ die Hangneigung. Der Baugrundwiderstand senkrecht zum Hang σ90° ist maximal und in hangparalleler Richtung minimal σ°.
Tab. 8 > Bestimmung des spezifischen Baugrundwiderstandes.
α [°] 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90° σα / σο [-] 0.40 0.53 0.66 0.80 0.90 0.97 1.00
Abb. 34 > Spezifischer Baugrundwiderstand σα in Abhängigkeit der Wirkungsrichtung α.
σα σo α ψ
5.9.4.5 Bodenzugkräfte
Tabelle 8 gilt nur für Bodendruckkräfte. Sobald Bodenzugkräfte auftreten, müssen die Fundamente ähnlich wie Mastfundamente bemessen werden (Näheres darüber in den folgenden Abschnitten). Für Anker und Mikropfähle gilt die Ziffer 5.9.7.
5.9.4.6 Baugrundwiderstand senkrecht zum Hang
Der Baugrundwiderstand (Grenze der Tragfähigkeit) senkrecht zum Hang σ90° ist abhängig von der Hangneigung, den Bodeneigenschaften, der Fundamentgrösse und der Einbindetiefe des Fundamentes. Er muss den lokalen Verhältnissen entsprechend sorgfältig festgelegt werden. Als Erfahrungswert aus dem Lawinenverbau kann mit einem Baugrundwiderstand senkrecht zum Hang σ90° zwischen 500 kN/m² und 1000 kN/m² gerechnet werden.
5.9.4.7 Wiedereinfüllung Aushubmaterial
Nach dem Einbau der Fundamente ist das Aushubmaterial wieder einzufüllen und sorgfältig zu verdichten.
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5.9.5 Betonfundamente im Lockergestein
5.9.5.1 Definition
Betonfundamente sind Fundamente, die am Werkstandort hergestellt werden.
5.9.5.2 Korrosionsgefahr
Bei einbetonierten Bauteilen, vor allem aus Aluminiumlegierungen, ist die Korrosionsgefahr zu beachten.
5.9.5.3 Bemessung der bergseitigen Betonfundamente auf Bodendruckkräfte
Starre (biegesteife) Verbindung zwischen Tragkonstruktion und Fundament.
Die Belastung des Fundamentes besteht aus einer Einzelkraft TK. Der Angriffspunkt B von TK soll in einem Abstand von 0.4 c über der Fundamentsohle angenommen werden (c = Fundamenthöhe, vgl. Abb. 35). B entspricht der unteren punktförmig gedachten Auflagerung des betreffenden Bauteils und bestimmt die Spannweiten. Für die Bemessung des Trägers soll die Lagerung im Punkt B als frei drehbar angenommen werden.
Abb. 35 > Bemessung von bergseitigen Betonfundamenten auf Bodendruckkräfte.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 85
Die talseitige Fundamentfläche Fc muss folgende Bedingung erfüllen:
2 ⋅ (TN,k + GN,k ) Fc ≥ [m²] (41) σα
TN,k Komponente des charakteristischen Wertes der resultierenden Auflagerkraft normal zur Fundamentfläche Fc GN,k Komponente des charakteristischen Wertes des Fundamentgewichtes (inklusive schraffierter Erdkörper in Abb. 35) normal zur Fundamentfläche Fc σα Spezifischer Baugrundwiderstand in Richtung senkrecht zu Fc (vgl. Tab. 8 und Ziffer 5.9.4.6)
Gelenkige (nicht biegesteife) Verbindung zwischen Tragkonstruktion und Fundament.
Die Belastung des Fundamentes besteht aus der exzentrisch angreifenden charakteristischen Einzelkraft Tk. Der Angriffspunkt von Tk befindet sich im Gelenk. Nach Ziffer 5.9.3.2 kommt dieser gelenkige Anschluss im Lockergestein bei getrennten Fundamenten im allgemeinen nicht in Frage.
5.9.5.4 Bemessung der bergseitigen Betonfundamente auf Bodenscherkräfte
Der charakteristische Wert der Zugkraft TT,k muss folgende Bedingung erfüllen (man beachte auch Ziffer 5.5.5):
TT,k ≤ [kN] (42)
TN,k Komponente des charakteristischen Wertes der resultierenden Auflagerkraft normal zur Fundamentfläche Fc GN,k Komponente des charakteristischen Wertes des Fundamentgewichtes einschliesslich Erdauflast (schraffierte Fläche in Abb. 36) normal zur Fundamentfläche F1 GT,k Komponente des charakteristischen Wertes des Fundamentgewichtes einschliesslich Erdauflast (schraffierte Fläche in Abb. 36) parallel zur Fundamentfläche F1 F1 Talseitige Mantelfläche des Fundamentes bis zur Bodenoberfläche F2 Seitliche Mantelfläche des Fundamentes bis zur Bodenoberfläche (in Abb. 36 schraffiert) sB Bruchscherspannung längs der Mantelfläche im gewachsenen Boden gemäss Tabelle 9. ϕEk Charakteristischer Reibungswinkel bei der Übertragung der Druckkräfte (als konstant angenommen)
tan ϕEk = 0.8 (43)
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Abb. 36 > Bemessung von bergseitigen Betonfundamenten auf Bodenscherkräfte.
Sofern nicht besondere Testversuche zur Bestimmung der Bruchscherspannung sB durchgeführt werden, sind folgende Werte, die für eine totale Fundationstiefe t von 1 m gelten, einzusetzen:
Tab. 9 > Bruchscherspannung längs der Mantelfläche im gewachsenen Boden.
Bodenart sB [kN/m²]
Guter, kompakter Fels > 800 Schlechter, zerklüfteter Fels 80–800 Stark vorbelastete Böden, Moräne 20–80 Sehr grober, dicht gelagerter Kies 20–40 Lehmiger und dicht gelagerter Kiessand 20–25 Locker gelagerte Kiessande und Felsschutt 15–20
Die Zunahme der sB-Werte mit der Fundationstiefe t darf gemäss Tabelle 10 in Rechnung gesetzt werden:
Tab. 10 > Zunahme der Bruchscherspannung sB mit der Fundationstiefe.
Fundationstiefe t in m, lotrecht gemessen Effektiver sB-Wert in Funktion des s B-Wertes für 1 m Fundationstiefe 1.0 1.0·sB (1 m) 1.5 1.2·sB (1 m) 2.0 1.3·sB (1 m) 3.0 1.4·sB (1 m) Für andere Tiefen können Zwischenwerte durch lineare Interpolation errechnet werden.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 87
Beispiel:
Bei sehr grobem, dicht gelagertem Kies betrage der sB-Wert für 1 m Fundationstiefe 30 kN/m² für eine Fundationstiefe von 1.25 m wird die Bruchscherspannung
5.9.5.5 Bergseitige Betonfundamente bei dünner Lockergesteinsüberdeckung von
ankerfähigem Fels
Die Zugkräfte können bei entsprechender Bemessung von Felsankern gemäss Ziffer 5.9.7.2 übernommen werden (siehe Abb. 37). Gelenkiger Anschluss der Tragkonstruktion an das Fundament ist zulässig und meist wirtschaftlicher.
Abb. 37 > Fundament auf ankerfähigem Fels.
Lockergestein
Fels
Abb. 38 > Bemessung von bergseitigen Fertigfundamenten auf Bodendruckkräfte.
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5.9.6 Fertigfundamente im Lockergestein
5.9.6.1 Definition
Fertigfundamente sind Fundamente, die fabrikmässig hergestellt und an der Baustelle eingegraben werden (z.B. aus Stahlprofilen gefertigte Grundplatten).
5.9.6.2 Korrosion
Der Korrosionsgefahr ist bei Fertigfundamenten besondere Beachtung zu schenken. (Evtl. Bodenproben auf korrodierende Bestandteile prüfen lassen.)
5.9.6.3 Bemessung der bergseitigen Fertigfundamente auf Bodendruckkräfte
Starre (biegesteife) Verbindung zwischen Tragkonstruktion und Fundament (Abb. 38): gemäss Ziffer 5.9.5.3.
5.9.6.4 Bemessung der bergseitigen Fertigfundamente auf Bodenscherkräfte
Für nicht unterschnittene Fertigfundamente sind die sB-Werte gemäss Tabelle 9 ungültig, weil sich der Bruch beim Herausziehen des Fundamentes im wiedereingefüllten Material vollzieht, dessen Kohäsion vermindert ist. Der Boden soll beim Wiedereinfüllen möglichst gut verdichtet werden, was die nachfolgenden Berechnungsannahmen zur Voraussetzung haben.
Der charakteristische Wert der Zugkraft TT,k muss folgende Bedingungen erfüllen (man beachte auch Ziffer 5.5.5):
TT,k ≤ [kN] (44)
TN,k Komponente des charakteristischen Wertes der resultierenden Auflagerkraft normal zur Fundamentfläche F1 (Voraussetzung: starre Verbindung Tragkonstruktion – Fundament). GN,k Komponente des charakteristischen Wertes des Gewichtes der Erdauflast (schraffierte Fläche in Abb. 39) normal zur Fundamentfläche F1 GT,k Komponente des charakteristischen Wertes des Gewichtes der Erdauflast (schraffierte Fläche in Abb. 39) parallel zur Fundamentfläche F1 F1 Talseitige Mantelfläche des Fundamentes bis zur Bodenoberfläche F2 Seitliche Mantelfläche des Fundamentes bis zur Bodenoberfläche (in Abb. 39 schraffiert) s*B Bruchscherspannung längs der Mantelfläche im wiedereingefüllten Material. Für eine Fundationstiefe t von 1 m gilt:
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 89
Die Zunahme der s*B-Werte mit der Fundationstiefe t (in m) darf gemäss folgender Formel in Rechnung gesetzt werden:
s *B( t ) = ⋅ (1 + t )
ϕEk Charakteristischer Reibungswinkel bei der Übertragung der Druckkräfte (als konstant angenommen; tanϕEk = 0.8 vgl. Formel 43)
Abb. 39 > Bemessung von bergseitigen Fertigfundamenten auf Bodenscherkräfte.
Abb. 40 > Bemessung des talseitigen Fertigfundamentes. Die Verbindung zwischen Stütze und Fundament wird vorteilhaft gelenkig ausgeführt. Die Belastung des Fundamentes besteht aus einer Normalkraft UN,k und einer Querkraft UT,k.
Oberflächenzone Wieder eingefülltes .5 Aushubmaterial m
UN,k UT,k Grundplatte
α FC
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5.9.6.5 Bemessung des talseitigen Fertigfundamentes auf Bodendruckkräfte
Die talseitige Fundamentfläche FC, die sich vollständig unterhalb einer 0.5 m mächtigen Oberflächenzone befinden muss (Abb. 40), hat folgende Bedingung zu erfüllen:
2 ⋅ UN,k FC ≥ σα [m²] (47)
UN,k Charakteristische Wert der axialen Stützenkraft normal zur Fundamentfläche Fc σα Spezifischer Baugrundwiderstand in Richtung normal zu Fc (vgl. Tab. 9 und Ziffer 5.9.4.6)
5.9.6.6 Bemessung des talseitigen Fertigfundamentes auf Bodenscherkräfte
Die Querkraft UT,k muss folgende Bedingung erfüllen:
UN,k ⋅ tan ϕEk UT,k ≤ 2 [kN] (48)
UT,k Charakteristische Wert der Querkraft am Stützenfuss parallel zur Fundamentfläche Fc ϕEk Charakteristischer Reibungswinkel bei der Übertragung der Druckkräfte (als konstant angenommen, tanϕEk = 0.8 vgl. Formel 43)
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 91
5.9.7 Anker und Mikropfähle
5.9.7.1 Allgemeines und Begriffe
Allgemeines
Die Fundation permanenter Stützwerke mit Ankern und Mikropfählen ist gegenüber den in Ziffer 5.9.5 und 5.9.6 beschriebenen Methoden meist vorteilhafter.
Definition Anker
Anker sind relativ kurze, gebohrte schlanke Tragelemente, welche auf Zug beansprucht werden. Mit Bezug auf diese technische Richtlinie werden sie grundsätzlich nicht gespannt.
Bei Ankern unterscheidet man zwischen Felsankern und Bodenankern. Die Bodenanker sind weiter in nicht gesprengte Anker (inkl. Netzanker) und Sprenganker unterteilt. Bei Seilankern wird als Zuglied ein Drahtseil verwendet (vgl. Ziffer 5.2.6.4)
Definition Mikropfähle
Mikropfähle sind relativ kurze, gebohrte Tragelemente kleineren Durchmessers, welche überwiegend auf Druck beansprucht werden.
Bei Mikropfählen unterscheidet man zwischen nicht gesprengten und gesprengten Mikropfählen.
Krafteinleitung
Die Einleitung der Lasten von der Tragkonstruktion auf den Anker oder Mikropfahl muss auf der Höhe der Bodenoberfläche, d.h. ohne Überstand, erfolgen.
Ausziehversuche
Bei grösseren Projekten sowie schwierigen Bodenverhältnissen sind, vorgängig der Typenwahl bzw. der Ausschreibung, Ausziehversuche durchzuführen, mit denen der charakteristische Ausziehwiderstand der Anker und Mikropfähle Ra,k ermittelt wird. Pro Untergrundbereich mit vergleichbaren geotechnischen Eigenschaften sind in der Regel mindestens 3 Versuchsanker auszuführen. Werden pro Untergrundbereich nur 1 oder 2 Versuchsanker ausgeführt, so ist zur Bestimmung des charakteristischen Werts des Tragwiderstandes Ra,k der kleinste ermittelte Wert des äusseren Tragwiderstandes Ra um 40 % bzw. um 20 % zu reduzieren.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 92
Kontrollen und Qualitätsprüfung
Wenn bei einer Kontrolle (siehe Ziffer 5.4.2) starke Verformungen bzw. Schäden festgestellt werden, sind diese zu prüfen bzw. sofort zu beheben. Gegebenenfalls wird ein Nachweis der Tragfähigkeit durch Zugproben bis zu einer Prüflast empfohlen, welche das 1.35-fache der maximal erwarteten Zugkraft Fk beträgt. Falls nötig, sollen die Anker oder Mikropfähle ersetzt werden. Zur Überprüfung der Ausführungsqualität wird empfohlen, an etwa 5 % aller Anker, mindestens aber an drei Ankern pro Untergrundbereich mit vergleichbaren geotechnischen Eigenschaften, Zugproben durchzuführen. Die Ankerarbeiten sind zu überwachen und zu protokollieren.
Korrosionsschutz
Korrosionsschutz: Siehe Ziffer 5.2.4.3 und 5.2.6.4
Bemessung
Nachweis der Tragsicherheit: Siehe auch Ziffer 5.2.2 und 5.2.3. Die äussere Tragsicherheit eines Ankers resp. Mikropfahles gilt als nachgewiesen, wenn folgendes Bemessungskriterium erfüllt ist:
ED ≤ R D (49)
Ed = γQ∙Fk: Bemessungswert der Auswirkung (Beanspruchung), wobei Fk der charakteristische Wert der Zug- resp. Druckkraft (z.B. infolge Schneedruck) und γQ =1.5 der Lastbeiwert ist. Rd=Ra,k/ γM: Bemessungswert des Tragwiderstandes des Ankers resp. Mikropfahles, wobei Ra,k der charakteristische äussere Tragwiderstand des Ankers (Ausziehwiderstand) resp. Mikropfahles (Pfahlwiderstand) und γM =1.35 der Widerstandsbeiwert ist.
Die innere Tragsicherheit eines Ankers resp. Mikropfahles ist gemäss Ziffer 5.2.3.2 für den statisch wirksamen Stahlquerschnitt nachzuweisen.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 93
5.9.7.2 Felsanker
Grundsatz
Felsanker können Zugkräfte und Querkräfte aufnehmen. Werden die Anker auch durch Querkräfte beansprucht (Zugrichtung ≠ Ankerrichtung) ist dies bei der Bemessung zu berücksichtigen. In solchen Situationen ist der Einsatz von flexiblen Seilankern meist vorteilhafter.
Einbau
In ankerfähigem Fels wird ein Loch gebohrt, in welches ein Zugglied (gerippter Stab oder Seil) mit oder ohne zusätzlicher Klemmvorrichtung eingebracht wird. Das Bohrloch wird unter Bewegen des Ankers mit Ankermörtel von unten her ausgegossen. Die Anker sind im Bohrloch möglichst zu zentrieren.
Anwendung
Ankerfähig ist ein kompakter bis leicht zerklüfteter, nicht verwitterter und normal bohrbarer Fels.
Zwingende Anforderungen
Der Bohrlochdurchmesser muss mindestens dem 1.5-fachen Ankerdurchmesser entsprechen, wobei die minimale Mörtelüberdeckung des Ankers 10 mm betragen muss. Das Bohrloch ist vor der Mörtelinjektion sauber auszublasen.
Bemessung
Felsanker sind gemäss Ziffer 5.9.7.1.8 zu bemessen. Die Ankerlänge muss entsprechend der Felsqualität festgelegt werden. Die Ankertragfähigkeit hängt vom Verwitterungszustand, dem Grad der mineralischen Bindung, der Gesteinsart und vom Trennflächenabstand ab. Da Fels in oberflächennahen Schichten oft kleinere Festigkeiten aufweist, soll eine minimale Verankerungslänge im Fels von mindestens 1.5 m vorgesehen werden. In wenig zerklüftetem Fels können beim Bruch erfahrungsgemäss etwa die folgenden Ausziehwiderstände Ra,k' pro Meter Verankerungslänge angenommen werden:
Tab. 11 > Äusserer spezifischer Tragwiderstand von Ankern auf Zug in wenig zerklüftetem Fels in Abhängigkeit des Bohrlochdurchmessers.
Bohrlochdurchmesser Mantelreibung zwischen Ankermörtel Ausziehwiderstand pro Meter Veran- und Fels beim Bruch kerungslänge 30 1.00 95 45 2.00 280
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 94
5.9.7.3 Bodenanker
Grundsatz
Bodenanker können in der Achsrichtung wirkende Zugkräfte aufnehmen.
Vernachlässigung Querkräfte
Das mögliche Auftreten von Querkräften, welche durch Seitenkräfte nach Ziffer 5.5.6 entstehen, wird in Kauf genommen und bei der Bemessung der Verankerung nicht berücksichtigt.
Berücksichtigung Querkräfte
Dagegen sind Querkräfte, welche bei bergseitigen Seilankern von Schneenetzen durch Umlenkung der Verankerungskraft auftreten, bei der Bemessung der Verankerung zu berücksichtigen. An günstigen Standorten (dichtgelagerter, fester Boden), ist der Einbau eines zusätzlichen Stabilitätsrohres genügend. An ungünstigen Standorten (humusartiger, lockerer Boden; grosses Schneegleiten) ist der Einbau eines Betonfundamentes empfehlenswert (Abb. 41).
Wenn zu erwarten ist, dass die Schneedruckresultierende im Grundriss nicht senkrecht auf die Stützfläche wirkt (infolge von Unregelmässigkeiten im Gelände oder in der Schneehöhenverteilung), müssen bei Einzelwerken und kurzen Werkreihen (Länge < 10 m) die durch die Zusatzbelastung gemäss Ziffer 5.5.6 hervorgerufenen Querkräfte bei der Bemessung der Verankerung berücksichtigt werden.
Abb. 41 > Betonfundament mit Bewehrung für die Aufnahme der Umlenkkräfte, damit die Bodenpressung durch den reinen Seilanker reduziert wird.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 95
5.9.7.4 Netzanker
Einbau
In ein Bohrloch werden, wenn nötig in einem strumpfförmigen Netz, ein Anker und eine Injektionslanze bis zum Bohrlochtiefsten eingeführt. Unter stetigem Zurückziehen der Lanze wird das Bohrloch von unten her mit Mörtel aufgefüllt.
Anwendung
Diese Anker eignen sich für folgende Bodenarten:
> Grober Kies > Durchlässige, grobblockige Böden wie Geröllhalden oder Felstrümmer
Zwingende Anforderungen
Es gelten die folgenden zwingenden Anforderungen:
> Der minimale Bohrlochdurchmesser ist 90 mm. > Die maximale Maschenweite der Netzstrümpfe ist 10 mm. > Die Anker sind im Bohrloch möglichst zu zentrieren. > Die eingesetzten Ankermörtel müssen Ziffer 6 dieser technischen Richtlinie entsprechen. > Die erforderlicher Verankerungslänge ist projektspezifisch festzulegen (vgl. Ziffer 5.9.7.1.5 und 5.9.7.4.4). > Die Anker sind nicht flacher als 15° gegen die Waagrechte einzubauen. > Die Mörtelüberdeckung des Zuggliedes (Ankerstab, Drahtseil) muss mindestens 20 mm betragen. Die Mörtelüberdeckung von Hüllrohren muss mindestens 10 mm betragen.
Bemessung
Netzanker sind gemäss Ziffer 5.9.7.1.8 zu bemessen. Für eine Vorbemessung kann der charakteristische Ausziehwiderstand Ra,k eines derart hergestellten Ankers in Funktion der Ankerlänge und des Bodentyps aus folgendem Diagramm (Abb. 42) abgeschätzt werden, falls keine Ankerversuche oder keine praktische Erfahrung in vergleichbaren Böden vorliegen. Die verlässliche Unterscheidung in mittlere, schlechte bzw. sehr lockere Bodenverhältnisse ist im Gelände äussert schwierig. Zur definitiven Festlegung der Ankerlängen sind Ausziehversuche durchzuführen. Pro Hektare Verbauperimeter sind im Minimum 3–5 Versuche durchzuführen (vgl. Ziffer 5.9.7.1.5). Falls die Untergrundverhältnisse innerhalb des Verbauperimeters sehr inhomogen sind, ist die Anzahl entsprechend zu erhöhen.
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Abb. 42 > Charakteristische Ausziehwiderstand Ra,k in Funktion der Verankerungslänge und der Bodenkategorie für nicht gesprengte Anker und Netzanker.
gültig ab einer Verankerungslänge von 3.0 m
Charakteristischer Ausziehwiderstand Ra,k in [kN]
Mittlerer Boden Schlechter Boden Sehr lockerer Boden
300 Streubereich
2 3 4 5 6 7 8 Verankerungslänge in [m]
Mittlerer Boden: Dicht gelagert mit kohäsivem Feinmaterial (z.B. grober Blockschutt mit Anteilen an bindigem Feinmaterial, trockener Kiessand) . Schlechter Boden: Locker gelagert, mit kohäsionslosem, nicht bindigem Feinmaterial mit tiefem Reibungswinkel(z.B. feuchte, feinkörnige Verwitterungsprodukte, die nur eine schlechte Verzahnung zwischen Anker und Boden erlauben), Geröllhalden. Sehr lockerer Boden: Sehr locker gelagert, humusartig, mit Hohlräumen.
5.9.7.5 Sprenganker
Einbau
Durch Zündung einer Sprengladung am unteren Ende des Bohrlochs wird ein zwiebelförmiger Hohlraum geschaffen. Das Bohrloch ist vorgängig mit einem Hüllrohr zu bewehren, so dass nach der Sprengung ein Anker eingeschoben werden kann, der die ausgesprengte Kaverne ganz durchdringt. Kaverne und Bohrloch sind mittels Injektionslanze vollständig mit Ankermörtel auszugiessen.
Anwendung
Diese Ankerart eignet sich für dicht gelagerte kiesige bis sandige Böden. Der Entscheid, ob Sprenganker angewendet werden sollen, sowie die Bemessung der Sprengladung sind jedoch mit aller Vorsicht vorzunehmen.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 97
Zwingende Anforderungen
Es gelten die folgenden zwingenden Anforderungen:
> Der minimale Bohrlochdurchmesser ist 90 mm. > Als Hüllrohre sind Stahlrohre mit mindestens 60 mm Aussendurchmesser und mindestens 2 mm Wandstärke zu verwenden. Die Rohre sind am unteren Ende in Achsrichtung auf einer Länge von 100 bis 150 mm kreuzweise zu schlitzen und zusammenzuquetschen. Auf der ganzen Länge sind sie so zu schlitzen oder zu lochen, dass der Mörtel gut ausfliessen und das Rohr vollständig umhüllen kann. Die Schlitzbreite bzw. der Lochdurchmesser muss dabei mindestens 20 mm betragen. Die Öffnungen sind im Abstand von 500 mm versetzt anzuordnen. > Die Sprengladung muss bis zur Rohrspitze vorgeschoben werden. > Elektrische Zündung wird allgemein empfohlen, sie ist jedoch zwingend, wenn mehrere Bohrlöcher nahe beieinander liegen (Doppelanker; gleichzeitige Zündung erforderlich). > Der Anker muss 300 mm länger sein als das Hüllrohr, damit er sicher die ganze Zwiebel durchdringt. Er muss zudem im Rohr möglichst zentriert werden. > Die Mörtelinjektion hat so zu erfolgen, dass der Mörtel im und ausserhalb des Rohres bis zur Bodenoberfläche aufsteigt. Die eingesetzten Ankermörtel müssen Ziffer 6 dieser technischen Richtlinie entsprechen. > Die erforderliche Verankerungslänge ist projektspezifisch festzulegen (vgl. Ziffer 5.9.7.1.5 und 5.9.7.5.5).
Hinweis
Gemäss Erfahrungen ergeben 50 bis 100 g trägen Sprengstoffs ein Hohlraumvolumen von 30–50 Litern.
Bemessung
Sprenganker sind gemäss Ziffer 5.9.7.1.8 zu bemessen. Für eine Vorbemessung kann der charakteristische Ausziehwiderstand Ra,k eines derart hergestellten Ankers in Funktion der Ankerlänge und des Bodentyps aus folgendem Diagramm (Abb. 43) abgeschätzt werden, falls keine Ankerversuche oder keine praktische Erfahrung in vergleichbaren Böden vorliegen. Das Diagramm gilt auch für Doppelanker. Die verlässliche Unterscheidung in mittlere bzw. schlechte Bodenverhältnisse ist im Gelände äussert schwierig. Zur definitiven Bemessung der Ankerlängen sind Ausziehversuche durchzuführen. Pro Hektare Verbauperimeter sind im Minimum 3–5 Versuche durchzuführen (vgl. Ziffer 5.9.7.1.5). Falls die Untergrundverhältnisse innerhalb des Verbauperimeters sehr inhomogen sind, ist die Anzahl entsprechend zu erhöhen.
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Abb. 43 > Charakteristische Ausziehwiderstand Ra,k in Funktion der Verankerungslänge und der Bodenkategorie für Sprenganker.
gültig ab einer Verankerungslänge von 3.0 m
Charakteristischer Ausziehwiderstand Ra,k in [kN]
400 Mittlerer Boden
Schlechter Boden Streubereich
2 3 4 5 6 7 8 Verankerungslänge in [m]
Mittlerer Boden: Dicht gelagert mit kohäsivem Feinmaterial (z.B. grober Blockschutt mit Anteilen an bindigem Feinmaterial, trockener Kiessand). Schlechter Boden: Locker gelagert, mit kohäsionslosem, nicht bindigem Feinmaterial mit tiefem Reibungswinkel(z.B. feuchte, feinkörnige Verwitte rungsprodukte, die nur eine schlechte Verzahnung zwischen Anker und Boden erlauben), Geröllhalden.
5.9.7.6 Mikropfähle
Grundsatz
Mikropfähle können in der Achsrichtung wirkende Kräfte aufnehmen.
Querkräfte
Die aus Zusatzbelastungen (Bohrfehler, Querbelastung auf Stütze nach Ziffer 5.5.4) hervorgerufenen Querkräfte (minimal 20 % der zentrischen Druckkraft mit Wirkungslinie in der Stützenachse) müssen bei der Bemessung der Fundation berücksichtigt werden. Diese Querkräfte sind entweder durch Zusatzanker oder durch Erdwiderstand aufzunehmen. Bei entweder schlechten Böden oder starkem Schneegleiten oder lokal übersteilem Terrain ist der Mikropfahl mit einem Zusatzanker zu sichern.
5 > Bemessung von gegliederten Stützwerken 99
Einbau
Mikropfähle werden gleich hergestellt wie Anker.
Zwingende Anforderung
Zur Gewährleistung der Knicksicherheit der Kopfpartie müssen die Mikropfähle bis mindestens 1.5 m tief mittels Versteifungsrohren, Betonsockel oder ähnlichem ausgesteift werden. Die Versteifungsrohre sind bis zum Mikropfahlkopf hochzuziehen (kein Überstand des Ankerstabes). Die Mörtelüberdeckung der Versteifungsrohre hat mindestens 10 mm zu betragen.
Bemessung
Mikropfähle sind gemäss Ziffer 5.9.7.1.8 zu bemessen. Der Tragwiderstand eines Mikropfahles auf Druck ist um 50 % höher als bei Zugbelastung (Anker) und kann für eine Vorbemessung aus den Figuren 42 und 43 für nicht gesprengte Anker und Netzanker oder Sprenganker abgeschätzt werden. Für die Berechnung des inneren Tragwiderstandes darf nur der Stahlquerschnitt berücksichtigt werden (siehe Ziffer 5.2.3.2).
Hinweis
Bei in der Richtung nicht exakt definierter Einleitung von Druckkräften (z.B. Pendelstütze bei Schneenetzen, die über Kugelgelenk mit Fundament verbunden ist) ist der Einsatz von Mikropfahl/Ankerfundationen in Lockergesteinsböden als sehr kritisch zu beurteilen. In solchen Situationen ist der Einbau von z.B. Beton- oder Grundplattenfundamenten vorteilhafter.
5.9.7.7 Besondere Ausführungsverfahren
Bei schwierigen Bodenverhältnissen (z.B wenig tragfähiger Baugrund, grosser Mörtelverlust, nicht standfeste Bohrlöcher) können Injektionsbohranker, Sackanker, Nachverpressungen oder verrohrtes Bohren eingesetzt werden. Injektionsbohranker sind gleich wie Netzanker zu bemessen (vgl. Ziffer 5.9.7.4). Ankerversuche sind zur definitiven Festlegung der erforderlichen Verankerungslängen unerlässlich.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 100
6 > Verwendung von Ankermörtel im Lawinenverbau Allgemeines
6.1.1 Zweck
In den folgenden Ziffern wird das Vorgehen für die Eignungsprüfung von Ankermörtel, sowie die Überprüfung der Konformität während den Vermörtelungsarbeiten auf der Baustelle festgelegt. Sie sind verbindlich für die Verwendung von Ankermörtel im vom Bund subventionierten Lawinenverbau.
6.1.2 Eignungsprüfung
Die Eignung eines Ankermörtels muss mit einer Eignungsprüfung nachgewiesen werden. Sie ist in einem neutralen Labor durchzuführen. Die letzte Eignungsprüfung bzw. der Bericht dazu darf nicht älter als 3 Jahre sein. Die Eignungsprüfung bildet die Grundlage für die Typenprüfung von Ankermörtel (vgl. Ziffer 8.3).
6.1.3 Konformitätsprüfung
Während den Vermörtelungsarbeiten auf der Baustelle muss die Konformität des verwendeten Produktes laufend überprüft werden. Die Häufigkeit der Prüfungen ist der verarbeiteten Mörtelmenge, der Bedeutung der Baustelle, der Erfahrung der Bauunternehmung und der verwendeten Mörtel – Mischpumpenkombination anzupassen und so festzulegen, dass die tatsächliche Streuung der Mörteleigenschaften erfasst wird. Die Prüfung ist in einem neutralen Labor durchzuführen. Da bis zum Vorliegen der Prüfungsresultate 1 bis 2 Monate verstreichen, ist es empfehlenswert, vor Baubeginn Vorversuche durchzuführen und während den Vermörtelungsarbeiten die Frischmörteleigenschaften mit Luftporenmessungen zu überwachen.
6 > Verwendung von Ankermörtel im Lawinenverbau 101
Normaler Ankermörtel
6.2.1 Eignungsprüfung
6.2.1.1 Untersuchungen
Die Eignungsprüfung wird am Mörtel durchgeführt, welcher auf eine pumpbare Konsistenz eingestellt ist. Die Prüfung muss folgende Untersuchungen enthalten:
6.2.1.2 Frischmörteleigenschaften
Der frische Mörtel wird gemäss folgenden Normen hergestellt und geprüft:
> EN 1015-2: Probenahme von Mörteln und Herstellung von Prüfmörteln > EN 1015-3: Bestimmung der Konsistenz von Frischmörtel (mit Ausbreittisch) Vorgängig wird das Ausbreitmass ohne Schocken bestimmt. > EN 1015-6: Bestimmung der Rohdichte von Frischmörtel > EN 1015-7: Bestimmung des Luftgehaltes von Frischmörtel
6.2.1.3 Prüfungen am erhärteten Mörtel
Der in einem Labormischer (z.B. Normzementmischer) hergestellte Mörtel wird in Prismenformen 40/40/160 mm eingefüllt, mit einer Kelle leicht gestochert und abgezogen. Nach 24 Stunden im Feuchtschrank werden die Prismen ausgeschalt und für die folgenden Prüfungen verwendet:
> Rohdichte, Biegezug- und Druckfestigkeit im Alter von 24 Stunden, 3, 7, 14, und 28 Tagen (Luftlagerung bei 20°C 90% relativer Feuchtigkeit) in Anlehnung an SN EN 196-1. > Elastizitätsmodul im Alter von 28 Tagen gemäss SN EN 12390-13 Verfahren B > Bestimmung der Porenkennwerte gemäss der SIA 262/1, Anhang K und Berechnung der Frostbeständigkeit FS nach der zurückgezogenen Norm SIA 162/1, Prüfung Nr. 7 an Prismenabschnitten (Versuchsbeginn nach 21Tagen) > Messung der Längenänderung in Anlehnung an SIA 262/1, Anhang F (Versuchsklima 20°C, 70% relative Luftfeuchtigkeit), Versuchsdauer bis 90 Tage
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 102
6.2.1.4 Anforderungen an den Ankermörtel
Der Ankermörtel hat die folgenden Grenzwerte einzuhalten:
> Ausbreitmass (mit 15 x Schocken): 200 mm, -10/+20 mm > Druckfestigkeit: 7 Tage: fc ≥ 22 MPa
28 Tage: fc ≥ 35 MPa
> Elastizitätsmodul: Ecs ≤ 25 GPa (Spannungsstufe σ = 0.5 … 5.0 MPa) > Frostbeständigkeit: FS ≥ 1.5 > Längenänderung nach 28 Tagen εcs ≤ 2.0‰ (Schwinden):
6.2.2 Konformitätsprüfung
6.2.2.1 Probenherstellung
Die Entnahme des Mörtels und die Herstellung der Probekörper erfolgt auf der Baustelle. Der zu untersuchende Mörtel, welcher aus einer normal hergestellten Mischercharge stammen muss, wird während den Vermörtelungsarbeiten am Ende des Pumpenschlauches bzw. am Einbringort entnommen.
6.2.2.2 Erforderliche Probekörper
Für die Untersuchung werden folgende Probekörper benötigt:
> 9 Prismen 40/40/160 mm oder > 2 Würfel 200/200/200 mm, bzw. Probekörper mit ähnlichem Volumen
6.2.2.3 Kennzeichnung und Transport
Die Probekörper müssen eindeutig und dauerhaft gekennzeichnet werden. Der Transport ins Prüflabor hat frühestens nach dem Abbinden und spätestens nach 2 Tagen zu erfolgen.
6.2.2.4 Lagerung
Die Lagerung der Prüfkörper von der Fertigstellung bis zum Eintreffen in der Prüfstelle hat so zu erfolgen, dass ein Feuchtigkeitsverlust verhindert und eine Temperatur von mind. 10 °C gewährleistet ist (Einpacken in Plastikfolie, Wasserlagerung, Lagerung in der Baubaracke).
6.2.2.5 Notwendige Angaben für Prüflabor
Die nachfolgenden Angaben sind zusammen mit den Prüfkörpern dem Prüflabor abzuliefern, damit die Prüfwerte sicher interpretiert werden können:
6 > Verwendung von Ankermörtel im Lawinenverbau 103
> Auftraggeber > Protokoll der Mörtelherstellung > Art und Datum der Prüfkörperherstellung > Luft- und Mörteltemperatur bei der Herstellung > Zeitpunkt des Ausschalens > Lagerungsbedingungen
6.2.2.6 Prüfkörper
Die Prüfung wird entweder an Prismen 40/40/160 mm oder an Bohrkernen Ø = 50 mm (Durchmesser = Höhe), entnommen aus den von der Baustelle eingelieferten Probekörpern, durchgeführt.
6.2.2.7 Lagerung im Labor
Die Lagerung der Prüfkörper im Labor bis zur Prüfung erfolgt an Luft von 20 °C und 90 % relativen Luftfeuchtigkeit.
6.2.2.8 Umfang der Konformitätsprüfung
Die Konformitätsprüfung muss folgende Untersuchungen umfassen:
> Rohdichte und Druckfestigkeit nach 7 und 28 Tagen in Anlehnung an SN EN 196- > Bestimmung der Porenkennwerte gemäss der SIA 262/1, Anhang K und Berechnung der Frostbeständigkeit FS nach der zurückgezogenen Norm SIA 162/1, Prüfung Nr. 7 (Versuchsbeginn nach 21Tagen).
6.2.2.9 Anforderungen an den Ankermörtel
Für die Prüfung der Konformität gelten folgende Grenzwerte:
> Druckfestigkeit: 7 Tage: fc ≥ 22 MPa
28 Tage: fc ≥ 35 MPa
> Frostbeständigkeit: FS ≥ 1.5
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 104
Spezial-Ankermörtel für die Anwendung im Permafrost
6.3.1 Eignungsprüfung
6.3.1.1 Allgemeines
Die Qualität des Spezialmörtels hat allen Anforderungen gemäss der Eignungsprüfung von normalem Ankermörtel zu genügen. Die Prüfung des Mörtels erfolgt gemäss Ziffer 6.2.1.
Zusätzlich ist die spezifische Prüfung der Eignung für die Anwendung im Permafrostboden oder -fels durchzuführen. Überprüft wird die Anwendung des Spezialmörtels bis zu Temperaturen von –4 °C im Untergrund. Die Prüfungen sind aus Gründen der Vergleichbarkeit nach der Methode EMPA durchzuführen.
6.3.1.2 Prüfkörperherstellung
Für die Untersuchung wird der Spezialmörtel entsprechend den Angaben des Mörtellieferanten bei 20 °C gemischt (vgl. Ziffer 7.6.2). Der Mörtel wird in Kunststoffbecher gegossen, die einen Durchmesser entsprechend dem Bohrloch (i.a. 100 mm) und eine Höhe von > ∅ mm aufweisen (vgl. Abb. 44). Oben und unten sind die Prüfkörper mit 30 mm Polystyrol isoliert. Die Wandstärke des Bechers beträgt max. 1.0 mm. Insgesamt sind 8 solche Prüfkörper herzustellen. In einen Prüfkörper ist in halber Höhe zentrisch und aussen je ein Thermistor (Temperaturfühler) einzulegen.
Abb. 44 > Abmessungen des Prüfkörpers.
Durchmesser D (i.a. 100 mm)
Wärmedämmung (Polystyrol) 30
Kunststoffbecher (Wandstärke max. Solbad (-4°C)
Thermistoren (zentrisch und aussen, in halber Höhe)
Thermistor (im Solbad) Mörtelfüllung
Wärmedämmung (Polystyrol)
6 > Verwendung von Ankermörtel im Lawinenverbau 105
6.3.1.3 Abkühlungsverlauf des frischen Mörtels
Die 8 Prüfkörper sind sofort in auf –4 °C vorgekühlte Solbäder (Wasser mit 10 % Salz) zu stellen. Die Prüfkörper sind vollständig bis unter die obere Wärmedämmung einzutauchen. Der Abkühlungsverlauf im Mörtel ist kontinuierlich zu messen, ebenfalls zur Kontrolle die Temperatur in den Solbädern. Das Verhältnis der Menge vorgekühlte Sole zu einem Prüfkörper beträgt 5 l. Mit dieser Versuchsanordnung wird ein inerter Prüfkörper (bereits abgebundener Prüfkörper, der keine Hydratationswärme mehr freisetzt) innerhalb 1–1 ¼ Std. von 20 °C auf 0 °C abgekühlt. Diese Abkühlungsrate entspricht den Verhältnissen beim Einbringen von Mörtel im Permafrostboden oder -fels.
6.3.1.4 Frostlagerung
Die Solbäder mit den Prüfkörpern werden während der ganzen Lagerungszeit bis zu 28 Tagen mit konstanter Kühlung auf –4 °C gehalten (Umluftkühlung).
6.3.1.5 Anforderung an den Mörtel nach der Frostlagerung
Nach der Frostlagerung hat der Mörtel die folgenden Grenzwerte entsprechend Ziffer 6.2.2 zu erfüllen. Die Druckfestigkeit wird an den gesamten Prüfkörpern bestimmt. Vor der Prüfung werden die Prüfkörper während 24 Stunden bei 20°C Luftlagerung aufgetaut.
> Druckfestigkeit: 7 Tage: fc ≥ 22 MPa (3 Prüfkörper)
28 Tage: fc ≥ 35 MPa (3 Prüfkörper)
> Frostbeständigkeit: FS ≥ 1.5 (1 Serie aus 1 Prüfkörper geschnitten)
Bestimmung der Porenkennwerte gemäss der SIA 262/1, Anhang K und Berechnung der Frostbeständigkeit FS nach der zurückgezogenen Norm SIA 162/1, Prüfung Nr. 7 (Versuchsbeginn nach 21Tagen).
6.3.1.6 Verarbeitbarkeit
Mit praktischen Pumpversuchen ist die Verarbeitbarkeit des Spezialmörtels mit herkömmlichen Misch- und Injektionsgeräten nachzuweisen. Zu überprüfen ist die pumpbare Konsistenz und die Zeitdauer der Verarbeitbarkeit.
6.3.2 Konformitätsprüfung
Die Konformitätsprüfung des Spezialmörtels hat gemäss Ziffer 6.2.2 zu erfolgen.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 106
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost Allgemeines
In der Publikation Lawinenverbauungen im Permafrost (Schlussbericht und Erläuterungen, Bezugsadresse: Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung, Flüelastr. 11, 7260 Davos-Dorf) sind Erläuterungen zu den folgenden Ziffern enthalten.
7.1.1 Definitionen, Begriffe
7.1.1.1 Permafrost
Als Permafrost oder als Dauerfrostboden wird äusseres Erdkrustenmaterial bezeichnet, das während des ganzen Jahres negative Temperaturen (Abb. 45) aufweist. Allein die Temperatur und nicht der Eisgehalt ist massgebend für die Definition des Permafrostes.
Abb. 45 > Typischer Temperaturverlauf in einem Permafrostkörper.
Au ftauschicht Oberfläche
r - er ) (bis zu mehreren saisonale rtu r) atu ra te Schwankungen p er o mm pe in m (S T e o fi l m (W Metern mächtig) T e ofil pr Permafrostpr spiegel
Perm afrostkörper
(bis zu mehreren zehn
Metern mächtig) he ge ot ther mi sc
G ra dient r Permafrostbasis
negative 0°C positive Temperaturen Temperaturen
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 107
7.1.1.2 Permafrostspiegel
Der Permafrostspiegel ist die obere Grenze des Permafrostkörpers und er befindet sich in der Tiefe, ab welcher der eigentliche Permafrost beginnt. Darunter weist der Untergrund ganzjährig negative Temperaturen auf. Die untere Grenze des Permafrostkörpers ist die sogenannte Permafrostbasis. Die Schicht über dem Permafrostspiegel, die im Sommer jeweils auftaut und im Winter wieder gefriert, wird als Auftauschicht (active layer) bezeichnet.
7.1.1.3 Blockgletscher
Blockgletscher, eine typische Erscheinung des Permafrostes, sind eisübersättigte Schuttmassen. Wegen der Viskosität des Eises kriechen sogenannte aktive Blockgletscher gravitativ langsam talwärts. Fossile bzw. inaktive Blockgletscher hingegen sind ehemalige Blockgletscherströme, in denen das Eis weggeschmolzen ist. Sie sind zum Stillstand gekommen und bewegen sich heute nicht mehr.
7.1.1.4 Kontinuierlicher und fleckenhafter Permafrost
In Gebieten mit kontinuierlichem Permafrost ist im Untergrund Permafrost flächendeckend vorhanden. Im Gegensatz dazu wechseln sich in Gebieten mit fleckenhaftem Permafrost gefrorene Zonen mit ungefrorenen ab.
7.1.2 Vorkommen und Eigenschaften des Permafrostes
7.1.2.1 Vorkommen
Permafrost kommt in den Alpen ab einer Höhe von 2500 bis 3000 m ü.M. vor. Die genaue Untergrenze, d.h. bis in welche Höhenlagen in einem Hang der Permafrost hinunterreicht, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Wesentlichen Einfluss haben die Hangexposition, die lokalen klimatischen Bedingungen (d.h. die Lufttemperatur, die Sonneneinstrahlung, die Windverhältnisse), die örtlichen Untergrundverhältnisse und die winterlichen Schneemächtigkeiten bzw. die Zeitdauer der Schneebedeckung. In den Übergangszonen von 2500–3000 m ü.M. kommt Permafrost nicht kontinuierlich, sondern fleckenhaft vor.
7.1.2.2 Baugrundverhältnisse
Der Baugrund in einem Permafrostgebiet besteht entweder aus Lockergesteinen (im Hochgebirge oft Gehängeschutt, Moränen) oder aus Fels. In Hängen mit Permafrost im Untergrund setzen sich die oberflächennahen Schichten oft aus grobblockigem Verwitterungsschutt zusammen, der den anstehenden Fels überlagert.
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7.1.2.3 Eisgehalt
Permafrost-Lockergesteine werden je nach Eisgehalt unterschieden in:
1 Trockener Permafrost (Eisgehalt = 0)
2 Eisuntersättigter Permafrost
(Eisgehalt kleiner als das Porenvolumen des Lockergesteines)
3 Eisgesättigter Permafrost (Eisgehalt gleich gross wie das Porenvolumen)
4 Eisübersättigter Permafrost (Eisgehalt grösser als das Porenvolumen)
Nahezu eisgesättigtes bis eisübersättigtes Lockergestein wird als eisreicher Permafrost, trockenes bis eisuntersättigtes Lockergestein als eisarmer Permafrost bezeichnet.
7.1.2.4 Kriechen
Vor allem eisreiches Lockergestein, dazu gehören Blockgletscher (Ziffer 7.1.1.3), neigt in Hangsituationen wegen seinem viskosen Materialverhalten zum Kriechen.
7.1.2.5 Klüfte
Im Permafrostfels sind allfällig vorhandene Klüfte oft mit Eis gefüllt.
7.1.3 Wechselwirkung Lawinenverbauung – Permafrost
Lawinenverbauungen haben keinen nachweisbaren erwärmenden Einfluss auf den Permafrostkörper. Im Sommer findet kein messbarer Wärmeeintrag von den Stahlwerken (Schneebrücken oder -netze) über die Fundationen in den Untergrund statt. Langfristige Computer-Simulationen zeigten, dass die im Winter oberhalb der Verbauung veränderten Schneeverhältnisse einen vernachlässigbaren Einfluss auf das Temperaturregime des Permafrostes haben. Der sich in der Regel unterhalb der Stützroste oder Netze ausbildende Spalt in der Schneedecke, der infolge Kriechen und Gleiten der Schneedecke entsteht, hat über die Jahrzehnte auf den Permafrostkörper einen leicht abkühlenden und somit permafrostfördernden Effekt.
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 109
Erkundung des Baugrundes
7.2.1 Abschätzung des Permafrostvorkommens im Baugrund
7.2.1.1 Untergrenze für den Permafrost
Da das Permafrostvorkommen von zahlreichen Faktoren (Ziffer 7.1.2.1) abhängt, ist es nicht möglich, generell eine Untergrenze für den Permafrost in Meter über Meer zu definieren.
7.2.1.2 Wahrscheinlichkeit von Permafrost
In der Vorphase eines Verbauprojektes kann die Wahrscheinlichkeit von Permafrost im Untergrund mittels folgendem Diagramm (Abb. 46), das auf Erfahrungswerten beruht, grob abgeschätzt werden. Ein allfälliges Vorkommen wird mit den Bezeichnungen «unwahrscheinlich, möglich bzw. wahrscheinlich» umschrieben und ist in Funktion der Hangexposition und der Höhe ü.M. angegeben. Abweichungen von diesem Diagramm im Bezug auf die tatsächlichen Verhältnisse im Gelände sind möglich. Vor allem in extremen Schattenlagen oder an stark windexponierten Stellen kann lokal die Untergrenze des Permafrostes fleckenhaft weiter hinunterreichen.
Abb. 46 > Diagramm zur Abschätzung des Permafrostvorkommens.
N
W E
2100 m.ü. M
S Permafrost unwahrscheinlich
Permafrost möglich
Permafrost wahrscheinlich (nach Haeberli, 1975)
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 110
7.2.1.3 Flugaufnahmen und Luftbildinterpretation
Auf Flugaufnahmen (Bezugsquelle: z.B. Bundesamt für Landestopografie, 3084 Wabern/BE oder Flugdienst, KSL, 8600 Dübendorf) können Kriecherscheinungen (Blockgletscher oder Solifluktationserscheinungen) als Folge von Permafrost im Untergrund erkannt werden. Eisübersättigte Lockergesteine neigen wegen ihrer Viskosität zu gravitativen Kriechbewegungen, deren Strukturen auf den Aufnahmen teilweise sichtbar sind. Auf den Aufnahmen können zudem zur Unterscheidung aktiver und fossiler Blockgletscher Gebiete mit bzw. ohne Vegetation ausgeschieden werden.
7.2.1.4 Geländebegehung
Die geomorphologische Beurteilung gibt Hinweise, ob im Untergrund Permafrost vorkommen kann oder eher nicht. Mittels einer Begehung mit einem Geomorphologen oder Geologen/Geotechniker kann das Vorkommen bzw. die Verbreitung des Permafrostes abgeschätzt werden. Vom Gegenhang aus können Fliessstrukturen als Folge von Permafrost erkannt werden. Zu den wichtigsten Beurteilungskriterien gehören (vgl. Tabelle 12):
Tab. 12 > Beurteilungskriterien.
Beurteilungskriterium: für Permafrost im Untergrund spricht: gegen Permafrost im Untergrund spricht:
Vegetation – keine oder nur sehr karge – geschlossener alpiner Rasen Oberflächenbeschaffenheit – Kriechformen erkennbar, Solifluktationserscheinungen – keine Kriechformen erkennbar – grobblockiger Schutt Blockgletscher – aktiv – fossil – noch andauernde Kriechbewegungen erkennbar – keine Kriechbewegungen mehr erkennbar, – keine Vegetation an der Oberfläche nur noch fossile Kriechformen vorhanden – steile Blockgletscherstirn – Vegetation an der Oberfläche – Bodeneinbrüche Moräne – Kriechformen erkennbar – stabile Bodenverhältnisse Schneeflecken – im Sommer nicht wegschmelzend (perennierend) – im Sommer wegschmelzend Quellwassertemperatur im Sommer – < 2 °C – > 2 °C
7.2.1.5 Indirekte bzw. halbdirekte Methoden zur Permafrost – Erkundung
Sämtliche bekannten indirekten Methoden wie die BTS-Messung (Messung der Basistemperatur der Schneedecke) und halbdirekten geophysikalischen Methoden wie die Geoelektrik, die Seismik und die Radaruntersuchung sind zur Erkundung des Untergrundes hinsichtlich Permafrost für ein konkretes Bauvorhaben beschränkt geeignet. Oft befinden sich die Verbauperimeter im Übergangsbereich von Permafrost zu Nicht-Permafrost. Die indirekten und halbdirekten Methoden ergeben in diesen Verhältnissen häufig keine eindeutigen Resultate und lassen keine abschliessende Beurteilung zu. Zudem ist in Hängen der Permafrost oft trocken bis eisuntersättigt. Der Eisgehalt ist hier zu gering, um mit geophysikalischen Sondierungen, im speziellen mit Geoelektrik und Radaruntersuchungen zwischen Permafrost und Nicht-Permafrost differenzieren zu können.
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 111
7.2.2 Genaue Erkundung des Permafrostes
7.2.2.1 Sondierung
Falls aufgrund der ersten Beurteilung und der Feldbegehung (Ziffer 7.2.1.2–7.2.1.4) Verdacht auf Permafrost im Untergrund besteht, sind in der Projektierungsphase Erkundungsbohrungen abzuteufen (Abb. 47). Die lotrechten Bohrungen sollen bis in eine Tiefe von 8–10 m abgeteuft werden. Die Bohrungen können mit einem herkömmlichen Bohrgerät (Imlochhammer) aus der Lawinenverbautechnik ausgeführt werden. Im Verbauperimeter ist die Anordnung und Anzahl so festzulegen, dass sie für den gesamten Perimeter repräsentativ sind. Als grobe Regel kann bei homogenen Baugrundverhältnissen von 1–2 Bohrlöchern pro Hektare ausgegangen werden, bei stark wechselnden Verhältnissen ist die Anzahl entsprechend zu erhöhen.
7.2.2.2 Temperaturmessung
3–4 Wochen nach dem Bohren hat sich die Temperatur im Bohrloch stabilisiert und die Temperatur kann mit einem einfachen Hand-Temperaturmessgerät im Bohrloch gemessen werden. Dazu wird eine Temperatursonde, die am Kabel hängt, im Bohrloch heruntergelassen. In Abständen von z.B. einem Meter sind die Temperaturen zu messen, um das Temperaturprofil aufzeichnen zu können (Abb. 47). Die Sonde ist trocken und nicht feucht ins Bohrloch herunterzulassen. Sie muss sorgfältig abgesenkt werden, um die Luftschichten innerhalb das Rohres nicht zu durchwirbeln bzw. zu durchmischen. Bei jeder Messung muss abgewartet werden, bis sich die Temperatur stabilisiert hat.
Abb. 47 > Bohrung zur Erkundung des Permafrostvorkommens.
kleiner Betonschacht mit Deckel Markierung des Bohrloches (z.B. mit Armierungseisen d=12mm)
Spalt mit
Bohrtiefe 8-10m Mörtel verdämmen
Polyaethylenrohr (wasserdicht, unten mit Boden, oben mit Deckel)
Bohrloch
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 112
7.2.2.3 Thermistorenkette
Das Bohrloch kann auch mit einer Thermistorenkette, die an einem Datenlogger zur Datenspeicherung angeschlossen ist, ausgerüstet werden. Dies erlaubt die kontinuierliche Temperaturmessung, ist aber aufwendiger in der Ausführung als die Temperaturmessung mit einem Hand-Temperaturmessgerät.
7.2.2.4 Zeitpunkt der Temperaturmessung
Die Temperaturmessungen im Untergrund haben mindestens je einmal im Monat September und im Oktober zu erfolgen. In dieser Periode herrschen im Untergrund in 4–6 m Tiefe die wärmsten Temperaturen. Falls in dieser Tiefe die Temperatur < 0 °C beträgt, handelt es sich in diesen Bereichen um Permafrost. Die Interpretation gemessener negativer Temperaturen in den oberflächennahen Bereichen hat sorgfältig zu erfolgen. Im Oktober erfolgt von oben bereits wieder eine Abkühlung des Bodens. Bei allenfalls negativen Temperaturen in diesen oberflächennahen Bereichen kann es sich entweder um die wieder gefrierende Auftauschicht oder lediglich um saisonalen Winterfrost handeln, ohne dass Permafrost im Untergrund vorhanden ist. Erst bei negativen Temperaturen, die ab ca. 2–5 m Tiefe gemessen werden, handelt es sich um den eigentlichen Permafrost.
Abb. 48 > Unterschiedliche Temperaturprofile im Permafrost Nicht-Permafrost: Permafrost: bzw. Nicht-Permafrost.
Permafrost: Nicht-Permafrost:
r- Te Au ftau- 1m pr mp 1m urof e il r a Te sch icht tu Permafrost- pr m p spiegel il r a t
Untergrund 1m
Perm afrost nich t gefroren
neg. pos. neg. pos. Tempera- 0°C Tempera- 0°C Tempera- Temperaturen turen turen turen
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 113
7.2.2.5 Unterscheidung in Permafrost bzw. Nicht-Permafrost
Mittels den Temperaturmessungen und den aufgezeichneten Temperaturprofilen lässt sich Permafrost und Nicht-Permafrost voneinander unterscheiden (Abb. 48). Mit dem Temperaturprofil des Permafrostes kann zudem die Mächtigkeit der Auftauschicht bzw. die Tiefe des Permafrostspiegels bestimmt werden.
7.2.2.6 Anforderungen an die Genauigkeit des Temperaturmessgerätes
Für die Temperaturmessung ist ein Gerät zu verwenden, das zur Messung von Lufttemperaturen geeignet ist. Der Temperaturfühler darf nicht zu träge sein und soll schnell auf Temperaturänderungen reagieren. Das Gerät ist periodisch auf seine Genauigkeit in einem Eiswasserbad zu kontrollieren und allenfalls ist der Temperatur-Offset zu bestimmen. Dazu werden Eiswürfel zerkleinert und mit kaltem Wasser vermischt und ständig gerührt. Wegen der hohen Schmelzwärme von Eis stellt sich im Eiswasserbad ein konstantes Temperaturgleichgewicht von genau 0 °C ein. Statt Eis kann auch Schnee verwendet werden.
7.2.2.7 Bohrbarkeit des Baugrundes und Eisvorkommen
Die Erkundungsbohrungen mit einem Imlochhammer dienen auch der Beurteilung der Bohrbarkeit des Baugrundes. Eisreicher Untergrund kann den Bohrfortschritt und die Hinausförderung des Bohrgutes stark einschränken oder sogar verunmöglichen (Ziffer 7.5.1.1). Mittels der Bohrungen kann zudem das geotechnische Profil abgeschätzt werden, namentlich Lockergestein und Fels können unterschieden werden. Ob Eis im Untergrund vorhanden ist, kann aufgrund des hinaus geförderten Materials, das allenfalls mit Eispartikel versetzt ist, beurteilt werden.
7.2.2.8 Sondierbohrung mit Kernentnahme
Falls ein genauer Aufschluss über die Baugrundverhältnisse notwendig ist, sind Rotationskernbohrungen mit Kernentnahme abzuteufen.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 114
Beurteilung der Kriechanfälligkeit des Baugrundes
7.3.1 Allgemeines
Die Beurteilung der möglichen Kriechbewegungen eines Hanges bildet die entscheidende Grundlage für die Projektierung der Verbaumassnahmen. Hänge, die stabil sind oder wenig kriechen, können dauerhaft verbaut werden. Bei mässig bis stark kriechenden Hängen ist eine verminderte Lebensdauer zu erwarten und es sind alternative Schutzmassnahmen statt des Stützverbaues zu überprüfen. Die Bereiche der zulässigen tolerierbaren Kriechraten sind in Tabelle 13 dargestellt.
7.3.2 Qualitative Beurteilung
7.3.2.1 Kriechbewegungen des Permafrostes
Die geomorphologisch-geologische Beurteilung im Gelände (Ziffer 7.2.1.4) gibt Hinweise auf mögliche Kriecherscheinungen infolge Permafrost im Untergrund. Auf Flugaufnahmen (Ziffer 7.2.1.3) sind die Kriechstrukturen von Blockgletschern und Solifluktationserscheinungen zu erkennen. Aktive Blockgletscher und kleinere Blockgletscherzungen kriechen wegen ihrem viskosen Materialverhalten (Eis-Schutt- Gemisch) in der Grössenordnung von mehreren Zentimetern bis Dezimetern pro Jahr talwärts. Auf ihnen dürfen keine Stützwerke erstellt werden. Die geomorphologisch-geologische Beurteilung und die Auswertung der Flugaufnahmen erlauben lediglich die qualitative Abschätzung, ob ein Hang stabil ist oder ob er kriechen kann. Quantitative Aussagen über den Betrag der Kriechbewegungen sind äusserst schwierig.
7.3.2.2 Labiles Gleichgewicht von lockerem Gehängeschutt
Steiler, locker gelagerte Gehängeschutt befindet sich geotechnisch oft in einem labilen Gleichgewicht, da die innere Reibung des Schuttes der Hangneigung entspricht. Deshalb kann solcher Gehängeschutt zu oberflächennahen Rutschbewegungen von wenigen Millimetern bis Zentimetern pro Jahr neigen, ohne dass Permafrost mit eisübersättigtem Lockergestein die Ursache ist.
7.3.3 Messung der Kriechbewegung
7.3.3.1 Allgemeines
Bei Unsicherheit betreffend Stabilität eines Hanges können die Kriechbewegungen mit der Ingenieurvermessung und/oder mit Inklinometermessungen (Abb. 49) überwacht werden. Die Messkampagne hat im Minimum 2–3 Jahre zu betragen.
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 115
7.3.3.2 Ingenieurvermessung
Für die Ingenieurvermessung sind im Gelände Punkte (z.B. grosse Steine) mit Messbolzen zu versehen. Der Instrumentenstandort ist im stabilen Gelände zu wählen (z.B. im Fels) und mit genügend Versicherungspunkten zu versichern.
7.3.3.3 Inklinometermessungen
Für die Inklinometerrohre können die Bohrlöcher mit einem herkömmlichen Bohrgerät (Imlochhammer) aus der Lawinenverbautechnik abgeteuft werden. Das Rohr, der Boden und der Deckel (Abb. 49) müssen wasserdicht sein, da allfälliges hineinfliessendes Wasser im Rohr gefriert. Die Messungen geben Auskunft über die Grösse der Kriechbewegungen und den allfälligen Gleithorizont. Der Fuss der Inklinometerrohre ist möglichst im stabilen Fels einzubinden, um einen sich nicht bewegenden Referenzpunkt zu haben. Falls dies nicht möglich ist, ist der Kopf der Inklinometerrohre mittels der Ingenieurvermessung während der Messperiode zu überwachen, um die oberflächennahen Kriechbewegungen des Hanges zu bestimmen.
Abb. 49 > Inklinometerrohr zur Messung der Hangbewegungen.
kleiner Betonschacht mit Deckel Markierung des Inklinometerrohres (z.B. mit Armierungseisen d=12mm)
Vermörteln Bohrtiefe je
nach
Felsh orizon t Inklinometerrohr Rohr, Boden und Deckel wasserdicht)
nt m in. 1.0 m izo or lsh Fe Bohrloch
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Verbaumassnahmen im Permafrost
7.4.1 Beurteilung des Untergrundes bezüglich Kriechbewegungen
7.4.1.1 Kriechraten
Die Kriechraten (Verschiebung in cm/Jahr) des Hanges sind massgebend für den Entscheid, ob ein Hang verbaut werden kann oder ob es bautechnisch zu aufwendig oder unmöglich ist.
7.4.1.2 Zulässige Kriechraten für einen Verbau mit Stützwerken
Bis anhin bestehen keine langfristigen Erfahrungen mit Verbauungen in kriechenden Permafrostverhältnissen. Bei den nachfolgend angegebenen Kriechraten handelt es sich um Schätzwerte. Sie beruhen auf bis anhin bekannten Schadenfällen und auf im Permafrost durchgeführten Inklinometermessungen.
7.4.1.3 Kriechhänge
Oberflächennahe und in der Fläche unterschiedlich starke Kriechbewegungen sind für die Lawinenverbauungen kritisch. Kriechhänge mit tiefgründigen Gleithorizonten (tiefer als 10 m), die gleichmässig kriechen, sind für Lawinenverbauungen weniger kritisch.
Tab. 13 > Kriechraten und mögliche Verbaumassnahmen.
Baugrundverhältnisse geschätzte Kriechrate Massnahmen
Stabil (vorwiegend im Fels) 0 cm/Jahr – Verbauung gemäss Ziffer 7.4.2
wenig kriechend (eisreiches Lockergestein, 0.5–2 cm/Jahr – Verbauung gemäss Ziffer 7.4.3: eher stabiler Gehängeschutt) – erhöhter Aufwand für den Unterhalt wahrscheinlich
mässig kriechend (eisreiches Lockergestein, 2–5 cm/Jahr – Verbauung gemäss Ziffer 7.4.3: labiler Gehängeschutt) – Verbau mit Stützwerken nur bei hoher Kostenwirksamkeit zugelassen – erhöhter Aufwand für den Unterhalt notwendig, da mittelfristig Schäden zu erwarten sind – verminderte Lebensdauer der Stützwerke zu erwarten – Alternativen zum Stützverbau im Anbruchgebiet sind zu überprüfen
stark kriechend (eisreiches Lockergestein, > 5 cm/Jahr – Verbauung nur zugelassen, falls keine Alternativen möglich sind: Blockgletscher, sehr labiler Ge- – mittel- und langfristige Lebensdauer ist nicht gewährleistet hängeschutt) – Alternativen zum Stützverbau im Anbruchgebiet sind zu ergreifen
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 117
7.4.1.4 Projektausarbeitung
Bei der Projektausarbeitung ist zu prüfen, welche Kriechraten toleriert werden können und ob die Kostenwirksamkeit gegeben ist.
7.4.2 Verbaumassnahmen im Permafrost-Fels, keine Kriechbewegungen
In stabilen, nicht kriechenden Felsverhältnissen können sämtliche gemäss «Typenliste Lawinenverbau» (vgl. Ziffer 8.9) zugelassenen und für den Standort geeignete Verbausysteme eingesetzt werden. Für die Ankermörtel gelten die Qualitätsanforderungen gemäss Ziffer 6.3.
7.4.3 Verbaumassnahmen in Permafrost-Lockergesteinen mit tolerierbaren Kriechbewegungen
7.4.3.1 Flexible Stützwerke
Der Verbau der Anrissgebiete in Hängen mit tolerierbaren Kriechbewegungen entsprechend Tabelle 13 hat mit flexiblen Konstruktionen, z.B. mit Schneenetzen zu erfolgen. Schneenetze sind weniger empfindlich auf geringe Kriechbewegungen als starre Schneebrücken. Sie können nach allfälligen Geometrieänderungen an den bergseitigen Befestigungsseilen und talseitigen Abspannseilen wieder neu gerichtet werden. Für den Permafrost zugelassene Werktypen werden vom BAFU auf einer Typenliste aufgelistet (vgl. Ziffer 8.9).
7.4.3.2 Starre Stützwerke
Starre Stützwerke sind nicht zugelassen, da Kriechbewegungen zu Zwängungen und Überbeanspruchungen in den Konstruktionen führen.
7.4.3.3 Bemessung der Stützwerke
Auf die Verbauungen wirken die gleichen Schneedrücke wie in Gebieten ohne Permafrost. Die Bemessung des Oberbaus auf Schneedruck kann entsprechend Ziffer 5 vorgenommen werden. Schneegleiten ist in den Permafrostgebieten (geringe Sonnenbestrahlung, oft grobblockiger Schutt) erfahrungsgemäss klein.
7.4.3.4 Fundation
Allgemeines
Die Fundationen unter den Pendelstützen der Schneenetze sind mit Mikropfählen aus Stahlrohren (keine Stabanker) oder mit Grundplatten aus Stahl auszuführen.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 118
Mikropfähle
Der Mikropfahl ist als biegesteifes Stahlrohr (Abb. 50) auszubilden (Durchmesser daussen = 76 mm, Wandstärke = 10 mm, Stahlqualität S 355). Zur Gewährleistung des Verbundes zwischen Mantelfläche und Mörtel muss das Stahlrohr profiliert sein (z.B. mit mechanischen Quetschungen). Die Querkraft infolge einer allfälligen leichten Verkippung der Pendelstütze wird durch dieses biegesteife Stahlrohr aufgenommen. Kopfseitig ist es mit einem zusätzlichen Zuganker zu halten. Im lockeren Gehängeschutt sind zusätzlich Betonfundamente am Pfahlkopf zu prüfen.
Grundplatten
Die Grundplatte aus Stahl (Abb. 50) reagiert wenig empfindlich auf die Verkippung der Pendelstütze. Die Geometrie der Schneenetze kann einfach nachgerichtet werden. Die Platte ist je nach Baugrund in einer Betonausgleichsschicht einzubetten und entweder mit Befestigungsseilen, die berg- und talseitig an den Seilankern fixiert sind, oder mit einem Seilanker im Gelände zu halten. Bei der Berechnung der Schnittgrössen am Stützenfuss ist neben der Querbelastung gemäss Ziffer 5.5.4 zusätzlich eine unplanmässige Schiefstellung der Stütze in Hangfalllinie um 10° (bergwärts) anzunehmen. Die resultierende Querbelastung hat minimal 20 % der maximalen Stützenkraft zu betragen. Weiche oberflächennahe Bodenschichten sind vorgängig zu entfernen. Die Bemessung der erforderlichen Grundrissfläche der Platte hat in Abhängigkeit des Baugrundwiderstandes zu erfolgen (vgl. Ziffer 5.9.4.6).
Abb. 50 > Fundation unter den Pendelstützen in kriechenden Permafrostverhältnissen.
Stahlrohr unter Grundplatte aus Pendelstütze Stahl unter Pendelstütze
P en d
P end - e ls t un gs i g st ü t ze ef e den e ls t ü 2 B le zu igen i t t ze Evtl. Beton- se gsei r s- be kern fundament un g igen An fe st ig ta ls eit B e zum er l od se i a nker ker Sei l Betonaus- e i lan S gleichsschicht Zuganker zur Stabilisation
Stahlrohr daussen = 76 mm (mit Quetschungen)
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 119
Umlenkkräfte bei bergseitigen Seilankern
Im sehr lockeren Gehängeschutt sind bei den bergseitigen Seilankern, die hohe Lasten aufzunehmen haben, die Umlenkkräfte mittels armierten Betonfundamenten (Abb. 41) in den Baugrund einzuleiten. Der Baugrundwiderstand ist gemäss Ziffer 5.9.4.4 und 5.9.4.6 zu bestimmen.
Talseitiger Seilanker
Die talseitige Verankerung kann herkömmlich mit Seilankern erstellt werden.
7.4.4 Schutzmassnahmen bei Hängen mit nicht tolerierbaren Kriechbewegungen
7.4.4.1 Stützwerke nicht zugelassen
In Hängen mit nicht tolerierbaren Kriechbewegungen entsprechend Tabelle 13 kommt es kurz- bis mittelfristig zu unzulässigen Deformationen und Schäden an den Verbauwerken, auch an flexiblen Schneenetzen. Eine Hangstabilisierung mit bautechnischen Massnahmen ist nicht möglich. In diesen Hängen ist ein Verbau mit Stützwerken nicht zugelassen, da die Kostenwirksamkeit wegen der stark verminderten Lebensdauer nicht gegeben ist.
7.4.4.2 Alternative Massnahmen
Der Lawinenschutz ist durch alternative Massnahmen anzustreben wie: Zonenplan, Ablenkdamm, Auffangdamm, Evakuierung usw.
7.4.5 Damm in Permafrost-Lockergesteinsböden
7.4.5.1 Eisreiche Lockergesteinsböden
In eisreichen Lockergesteinsböden, dazu gehören aktive Blockgletscher, dürfen keine Dämme ausgeführt werden, da die schwere Auflast im viskosen Eis-Schutt-Gemisch verstärktes Permafrostkriechen im Untergrund (Abb. 51) verursachen kann. Durch die Spannungszunahme im Boden kann das Hangkriechen progressiv zunehmen.
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Abb. 51 > Damm in Permafrostböden (Lockergestein).
Auffangdamm
Permafrostboden (eisreiches Lockergestein) v Perm e rstä rkte afr os s tkrie che n
7.4.5.2 Eisarme Lockergesteinsböden
In eisarmen Lockergesteinsböden, die nicht zum Kriechen neigen, sind Dämme zugelassen. Mit entsprechenden geotechnischen Stabilitätsuntersuchungen ist nachzuweisen, dass die Gesamtstabilität des Untergrundes durch den Damm nicht unzulässig vermindert wird. Lockergesteine weisen im gefrorenen Zustand einen verminderten Reibungswinkel, dafür eine stark erhöhte Kohäsion auf.
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 121
Verankerung im Permafrost (Lockergestein oder Fels)
7.5.1 Bohrtechnik
7.5.1.1 Förderung des Bohrgutes
Im Permafrost können Schwierigkeiten bei der Förderung des Bohrgutes mit Luftspülung auftreten. Durch den Imlochhammer wird das gefrorene, eishaltige Lockergestein zu einer zähklebrigen Masse zermalmt. Beim Bohren ist unter diesen Umständen ein häufiges Zurückziehen der Lafette und Ausblasen des Bohrloches notwendig. Bei sehr ungünstigen Verhältnissen (sehr eisreicher Untergrund) kann der Bohrfortschritt mit einem Imlochhammer unmöglich sein.
7.5.1.2 Verrohrung
Im oberflächennahen, meist lockeren Gehängeschutt kann es vorteilhaft sein, die oberen Bohrmeter zu verrohren. Bei ungenügender Standfestigkeit des Lockergesteines ist allenfalls die Verwendung von selbstbohrenden Ankern (kombinierte Bohr- und Injektionsanker) zu prüfen.
7.5.1.3 Bohrbarkeit
Die Bohrbarkeit des Untergrundes kann bei den Erkundungsbohrungen (Ziffer 7.2.2) beurteilt werden und allfällige Massnahmen können geplant werden.
7.5.2 Ankerkräfte im Fels
Felsanker können entsprechend Ziffer 5.9.7.2 ausgeführt werden. Die Vorbemessung kann gemäss Tabelle 11 erfolgen, die definitive Bemessung ist gemäss Ziffer 7.5.4 mit Ankerversuchen durchzuführen.
7.5.3 Ankerkräfte im eisarmen Lockergestein
In Hängen mit potenziellen Anrissgebieten von Lawinen (Hangneigung grösser als 28°) ist eher mit trockenem bis eisuntersättigtem Permafrost im Untergrund zu rechnen, da Hangwasser abfliesst und es nicht zu einer Eisanreicherung im Untergrund kommt. Anhand der vorgängigen Erkundungsbohrungen kann das Eisvorkommen im Untergrund qualitativ abgeschätzt werden (Ziffer 7.2.2.7). In trockenen bis eisuntersättigten Lockergesteinen können die Anker gemäss Abbildung 42 vorbemessen werden. Zur Unterscheidung der Bodenverhältnisse muss die Bodenbeschaffenheit und die Lagerungsdichte entsprechend Ziffer 5.9.7.4 visuell im Gelände abgeschätzt werden.
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7.5.4 Ankerversuche
7.5.4.1 Allgemeines
Die verlässliche Unterscheidung in mittlere, schlechte bzw. sehr lockere Bodenverhältnisse ist im Gelände äussert schwierig. Zur definitiven Festlegung der Ankerlängen sind Ausziehversuche (Abb. 52) durchzuführen. Die Durchführung dieser Ausziehversuche erfolgt mit Vorteil im Zusammenhang mit den Bohrungen zur Erkundung des Permafrostes (Ziffer 7.2.2). Pro Hektare Verbauperimeter sind im Minimum 3–5 Versuchsanker auszuführen. Falls die Untergrundverhältnisse innerhalb des Verbauperimeters sehr inhomogen sind, ist die Anzahl entsprechend zu erhöhen.
7.5.4.2 Durchführung von Ausziehversuchen
Die Ausziehversuche können in Anlehnung an die Norm SIA 267/1 durchgeführt werden. Die Bestimmung des äusseren Tragwiderstandes des Ankers Ra,k (Bruchlast) erfolgt gemäss der Norm SIA 267/1 im halblogarithmischen Kriechdiagramm mit einem Kriechmass von kkrit= 2.0 mm. Mittels den folgenden Berechnungsformeln sind für Zug die erforderlichen Ankerlängen bzw. für Druck die erforderlichen Pfahllängen zu bestimmen. Der oberste Meter des Ankers wir als nicht tragend angenommen. Der Ausziehversuch gemäss Abbildung 52 liefert den spezifischen Ausziehwiderstand Ra,k' für eine Verankerungslänge von 1.0 m.
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 123
Abb. 52 > Versuchsanordnung zur Durchführung von Ausziehversuchen.
Versuchsanker:
Messuhren Kraftmessdose
Presse min. 40-50 cm
Auflagerbalken
Eichenschwellen
freie
Ankerlänge a 2-3.0 m
Plastikrohr (mit Schrumpf- Veran kerun gs- schlauch abgedichtet) ½ län ge ½ 1.0 m Gleitfuge
7.5.4.3 Bemessung Anker
Die total erforderliche Ankerlänge für die Aufnahme der effektiv vorhandenen, charakteristischen Ankerkräfte (infolge Schneedruck) berechnet sich in einem homogenen Boden gemäss folgender Formel (50):
Fk ⋅ 4 ⋅ a L = +1 (50) Ra, k '
wobei: L: totale erforderliche Ankerlänge in [m] Fk: charakteristische Wert der Zug- oder Druckkraft (effektive vorhandene Ankerkraft infolge Schneedruck ohne Lastbeiwert) [kN] a: mittlere Tiefe der Verankerungslänge (Abb. 52) beim Ankerversuch in [m] Ra,k': spezifischer Ausziehwiderstand für eine Verankerungslänge von 1.0 m. (Abb. 52)
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7.5.4.4 Bemessung Mikropfähle
Der Tragwiderstand eines Mikropfahles auf Druck ist um 50 % höher als bei Zugbelastung (Anker) (Ziffer 5.9.7.6.5). Die total erforderliche Anker- bzw. Pfahllänge für die effektiv vorhandenen Verankerungskräfte infolge Schneedruck berechnet sich analog gemäss Formel 50. (Fk = charakteristischer Wert der Druckkraft in [kN], ohne Lastbeiwert)
7.5.4.5 Geschichtete Baugrundverhältnisse
In geschichteten Baugrundverhältnissen sind die Verankerungslängen beim Zugversuch in den einzelnen Schichten anzuordnen. Der Ausziehwiderstand ergibt sich aus der Aufsummierung der in den einzeln Schichten bestimmten spezifischen Ausziehwiderständen.
7.5.4.6 Qualitätskontrolle
Die fachgerechte Injektion der Anker ist durch die Bauleitung zu überwachen. Während der Bauausführung können die Anker zudem bei Verdacht auf ungenügende Tragfähigkeit mittels Zugproben kontrolliert werden. Bei der Zugprobe wird der Anker auf das 1.35-fache der effektiv vorhandenen Ankerkraft Fk belastet. Der Ankermörtel ist auf eine Länge von 0.5 m hinter dem Ankerkopf zu entfernen, um keinen Kraftschluss zwischen Anker und Widerlagerkonstruktion zu verursachen. Das Kriechmass darf den Wert von kadm = 1.0 mm nicht überschreiten.
Mörtelanwendung im Permafrost
7.6.1 Spezial-Mörtel im Permafrost
Die Qualität des Mörtels hat den Anforderungen gemäss Ziffer 6.3 zu erfüllen. Normale Ankermörtel sind nicht zugelassen. Die für Permafrostverhältnisse, d.h. für Böden oder Fels mit einer Temperatur von tiefer als 0 °C zugelassenen Spezial-Mörtel werden vom BAFU auf einer Typenliste aufgelistet (vgl. Ziffer 8.9). Diese Mörtel können bis zu einer Temperatur von –4 °C im Untergrund eingesetzt werden. Im Permafrost sind im Sommer kältere Temperaturen im Bereich der Verankerungstiefen eher selten. Die Temperaturen im Untergrund werden bei den Erkundungsbohrungen gemessen (Ziffer 7.2.2).
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 125
7.6.2 Vorwärmung und Injektion
Um den Abbindebeginn zu garantieren, sind diese Mörtel vor dem Einbringen auf 20 °C vorzuwärmen. Die notwendige Erwärmung des Mörtels auf 20 °C kann mit der alleinigen Erwärmung des Wassers vor dem Anmischen erreicht werden. In der nachfolgenden Tabelle 14 (Annahme Mischungsverhältnis Wasser/Trockenmörtel = 0.18) sind die notwendigen Wassertemperaturen in Abhängigkeit der Temperatur des Trockenmörtels aufgelistet:
Tab. 14 > Notwendige Wassertemperaturen in Abhängigkeit der Temperatur des Trockenmörtels.
Ursprungstemperatur des Vorwärmung des Wassers auf Trockenmörtels vor dem Mischen 0 °C 44 °C 4 °C 39 °C 8 °C 34 °C 12 °C 29 °C 16 °C 24 °C 20 °C 20 °C
7.6.3 Methoden für Wasservorwärmung und Temperaturmessung
Die Vorwärmung des Wassers auf der Baustelle kann mit einem Gasboiler evtl. mit einem integrierten Thermostat oder einfacher mit einem Stahlbehälter, in dem das Wasser mit Gas vorgeheizt wird, bewerkstelligt werden. Die Temperatur des angemischten Mörtels ist während des Injektionsvorganges periodisch zu kontrollieren. Die Temperaturmessungen im Wasser, im Trockenmörtel und im angemischten Mörtel können mit einem einfachen Hand-Temperaturmessgerät erfolgen. Die minimale Temperatur des angemischten Mörtels soll 20 °C betragen, aber nicht mehr als 30 °C, da sonst der Mörtel zu früh abbinden kann.
7.6.4 Injektion
Das Versetzen der Anker und Pfähle und deren Injektion hat möglichst schnell nach dem Bohren, im Minimum am gleichen Tag zu erfolgen, um das Zugefrieren der Bohrlöcher infolge hineinströmendem Wasser zu vermeiden.
Unterhalt
Die Verbauungen im Permafrost sind gemäss Ziffer 5.4.2 zu kontrollieren. Falls notwendig sind die Schneenetze in Ihrer Geometrie neu zu richten.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 126
Ablaufdiagramm: Vorgehen bei der Projektierung
Abb. 53 > Ablaufdiagramm.
Beurteilung des Permafrostvorkommens gemäss Ziffer 7.2.1.1-7.2.1.3
Permafrost Permafrost möglich unwahrscheinlich oder wahrscheinlich
Begehung mit einem Permafrost Geomorphologen/ unwahrscheinlich Geologen Ziffer 7.2.1.4 mit Hilfe :
der Geomorphologie/Geologie
von Inklinometermessungen
der Ingenieurvermessung Ziffer 7.3.2, 7.3.3 Permafrost möglich oder wahrscheinlich
Durchführung von:
Erkundungsbohrungen Beurteilung des Permafrost Permafrost
Temperaturmessungen Untergrundes bezüglich ausgeschlossen vorhanden
Beurteilung Bohrbarkeit Kriechen Ziffer 7.2.2, 7.5.1
Im Lockergestein: Im Fels: Im Lockergestein: nicht tolerierbare keine tolerierbare Kriechbewegungen Kriechbewegungen Kriechbewegungen gemäss Ziff. 7.4.1 gemäss Ziff. 7.4.1 gemäss Ziff. 7.4.1
Verbauung mit Stützverbau nicht Verbauung mit Verbauung mit Schneenetzen Konventionellen Zugelassen Konventionellen (gemäss "Typenliste Verbausystemen Verbausystemen Lawinenverbau") (gemäss "Typenliste Alternative (gemäss "Typenliste Ziffer 7.4.3 Lawinenverbau") Schutzmassnahmen Lawinenverbau") anstelle von Ziffer 7.4.2 Ankerversuche zur Verbauungen im Dimensionierung der Anrissgebiet Ankerlängen Ziffer 7.4.4 Ziffer 7.5.4
normaler für den Lawinen- Spezial-Mörtel für Permafrost: verbau zugelassener Mörtel (gemäss "Typenliste (gemäss "Typenliste Ankermörtel") Ankermörtel") Ziffer 6.3.1, 6.3.2, 7.6 Ziffer 6.2.1, 6.2.2
7 > Lawinenverbauungen im Permafrost 127
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 128
8 > Typenprüfung Zweck
Werden für Lawinenverbauungen Subventionen des Bundes nach Art. 36 WaG beansprucht, so sind in diesen Verbauungen offiziell geprüfte und zugelassene Stützwerke bzw. Ankermörtel zu verwenden. Das Kapitel Typenprüfung regelt die Prüfung und Zulassung. Die folgenden übergeordneten Ziele werden verfolgt:
> Regelung des Ablaufes der Typenprüfung > Festlegung der Anforderungen an Stützwerke inkl. Fundationen sowie an Ankermörtel > Voraussetzungen schaffen für die Subventionierung von Stützwerken inkl. Fundationen sowie von Ankermörtel im Rahmen des vom Bund geförderten Lawinenstützverbaus
Prüfungsobjekte
8.2.1 Stützwerke
Geprüft werden permanente Standardwerktypen und die dazugehörenden Fundationen, die durch die öffentliche Hand subventioniert werden. Standardwerktypen sind mit den folgenden Standortfaktoren zu bemessen:
Treten in einem Verbauperimeter erhöhte Standortfaktoren auf (z.B. Hangneigung > 45° oder N > 2.5), sind entsprechend bemessene Stützwerke (Sonderkonstruktionen) einzusetzen.
Das Typenprüfverfahren gilt nicht für temporäre Stützwerke sowie Sonderkonstruktionen.
8.2.2 Ankermörtel
Geprüft wird Ankermörtel, der im vom Bund geförderten Lawinenverbau eingesetzt wird.
8 > Typenprüfung 129
Administrativer Ablauf
Die Administration zur Typenprüfung wird über das BAFU abgewickelt. Das Bundesamt nimmt die Anmeldung der Hersteller von Stützwerken und Ankermörtel entgegen, leitet die Prüfung ein und erteilt den Freigabeentscheid. Die Typenprüfung wird durch das SLF und die Eidg. Expertenkommission Lawinen und Steinschlag (EKLS) durchgeführt. Die Resultate und Beobachtungen während den einzelnen Prüfungen werden vom SLF protokolliert und in einem Bericht dargestellt.
Tab. 15 > Ablauf der Typenprüfung bei Stützwerken.
Verantwortliche/Beteiligte Arbeitsschritte
1 Hersteller; Lieferant Antrag an BAFU mit Dokumentation
2 BAFU Registratur, Eingangsbestätigung, Orientierung über Kosten
3 SLF Prüfung der statischen Berechnungen und der Planunterlagen mit Bericht
an Gesuchssteller und BAFU
4 Hersteller; Lieferant Geprüfte und bereinigte Planunterlagen in 11-facher Ausführung an BAFU
5 EKLS Prüfung der praktischen Verwendbarkeit. Bericht an Gesuchssteller und
BAFU mit Gesamtbeurteilung und Empfehlung über Zulassung ja/nein. 6 BAFU Freigabeentscheid. Eintrag in die Typenliste Lawinenverbau. Zu 1: Der Hersteller resp. Lieferant eines Werktyps sendet einen Antrag zur Typenprüfung an das BAFU. Gleichzeitig liefert er eine Dokumentation gemäss Ziffer 8.6.1 ab. Zu 2: Das BAFU registriert die Anmeldung und Unterlagen und orientiert in Absprache mit dem SLF den Hersteller über das weitere Vorgehen und die Termine. Zu 3: Das SLF prüft die statischen Berechnungen und Planunterlagen. In einem Prüfbericht werden falls notwendig die festgestellten Mängel zusammengestellt. Die korrigierten Unterlagen sind dem SLF zur erneuten Prüfung einzureichen. Zu 5: Die EKLS teilt dem Gesuchssteller nach der Prüfung der Planunterlagen mit ob und wie die Prüfung im Gelände stattfindet. Anschliessend erfolgt eine Gesamtbeurteilung, welche auch eine Empfehlung ans BAFU über die Zulassung (ja/nein) enthält. Zu 6: Das BAFU entscheidet über die Zulassung des Werktypes. Das BAFU führt eine Typenliste mit allen zugelassenen Werktypen.
Tab. 16 > Ablauf der Typenprüfung bei Ankermörtel.
Verantwortliche/Beteiligte Arbeitsschritte
1 Hersteller; Lieferant Eignungsprüfung Ankermörtel veranlassen. Antrag an BAFU mit Bericht über Eignungsprüfung.
2 BAFU Registratur, Eingangsbestätigung
3 SLF Prüfung des Berichtes zur Eignungsprüfung. Prüfbericht
4 EKLS Prüfung der praktischen Verwendbarkeit. Prüfbericht mit Gesamtbeurteilung und Empfehlung über Zulassung ja/nein. 5 BAFU Freigabeentscheid. Eintrag in die Typenliste Ankermörtel. Zu 1: Der Hersteller resp. Lieferant sendet dazu 2 Säcke Trockenmörtel an die EMPA oder ein anderes neutrales Labor zur Durchführung der Eignungsprüfung. Auf den Mörtelsäcken sind die Angaben gemäss Ziffer 8.6.2 anzubringen. Zu 2: Das BAFU registriert die Anmeldung und Unterlagen und leitet den Prüfbericht an das SLF weiter. Zu 5: Das BAFU entscheidet über die Zulassung des Ankermörtels. Das BAFU führt eine Typenliste mit allen zugelassenen Ankermörteln.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 130
Anforderungen
8.4.1 Stützwerke
Die Bemessung der Stützwerke muss der technischen Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet, sowie den entsprechenden SIA-Normen oder Eurocodes entsprechen.
8.4.2 Ankermörtel
Die Eigenschaften eines Ankermörtels müssen mit einer Eignungsprüfung nachgewiesen werden. Die einzuhaltenden Grenzwerte sind in Ziffer 6 Verwendung von Ankermörtel im Lawinenverbau aufgeführt.
Prüfungen
8.5.1 Stützwerke
8.5.1.1 Prüfung der statischen Berechnungen
Geprüft werden die Annahmen des Schneedruckes und der massgebenden Lastmodelle, die Bemessung und Geometrie der Stützfläche, die Bemessung der Tragkonstruktion (Stütze, Riegel, Träger, Verbindungen), die massgebenden Auflagerreaktionen und deren Bemessung, sowie der Korrosionsschutz der Fundation. Weiter wird die Verwendbarkeit aus der Sicht der Schnee- und Lawinenmechanik geprüft. Die folgenden Punkte werden geprüft:
> Einwirkungen gemäss der technischen Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet (2006) > Tragwerksmodell/Statisches System (Nutzungsanforderungen) > Berechnung der Schnittgrössen und Auflagerreaktionen > Bemessung der relevanten Stahlbauteile nach Norm SIA 263 Stahlbau oder Eurocode 3 Stahlbau > Starre Stützwerke: Rostbalken, Stütze, Träger, Riegel, Verbindungen (Stehbleche, Bolzen, Schrauben, Krafteinleitungen, Schweissverbindungen), Anker/Mikropfahldurchmesser, Grundplatten (Profile, Krafteinleitung) > Nachgiebige Stützwerke: Stütze, Sprossen (Schub und Abscheren), Stützenfuss, Maschenseil, Netzrandseil, Abspannseil, Verbindungsseile, Randverstärkungsseile, Stützenverankerung, Seilanker/Verankerung > Angaben zum Korrosionsschutz der Verankerungen > Verwendete Werkstoffe (mechanische Eigenschaften, Gütegruppe; bei Werkstoffen, die nicht in der Norm SIA 263 oder dem Eurocode 3 aufgeführt sind, sind entsprechende Materialatteste beizulegen) > Verwendete Drahtseile (Konstruktion, mechanische Eigenschaften der Drähte, Mindestbruchkraft, vorhandene Zertifikate)
8 > Typenprüfung 131
8.5.1.2 Prüfung der praktischen Verwendbarkeit
a) Prüfung der Pläne: Geprüft werden unter anderem die Anzahl und das Gewicht der Bauteile, die Montage des Stützwerkes, die Art der Fundation, die Anpassbarkeit des Werkes an das Gelände, die Art des verwendeten Materials, die Steinschlagempfindlichkeit, die möglichen Einbautoleranzen, die Kontroll- und Reparaturmöglichkeiten, die Eingliederung in die Landschaft und die Wirtschaftlichkeit.
b) Prüfung im Gelände: – Bei neuartigen Stützwerktypen werden Versuchswerke aufgestellt. Das Stützwerk muss sich während mindestens 2 Wintern (je nach Winterintensität auch länger) an einem von der EKLS bestimmten Standort bewähren. – Bei konstruktiven Änderungen von genehmigten Werktypen wird in der Regel ein Montageversuch verlangt. Der Einbau und das Aufstellen des Werkes wird durch die EKLS begutachtet. – Bei geringfügigen Änderungen (z.B. wirksame Rosthöhe gemäss Ziffer 8.2.1) erfolgt keine Prüfung im Gelände.
8.5.2 Ankermörtel
Die Eignungsprüfung von Ankermörtel ist durch die EMPA oder ein anderes neutrales Prüfungsinstitut durchzuführen und vom Gesuchsteller direkt zu veranlassen. Das Prüfverfahren ist im Kapitel 6 (Verwendung von Ankermörtel im Lawinenverbau) beschrieben. Das SLF und die EKLS prüfen den Bericht zur Eignungsprüfung gemäss den Grenzwerten in Kapitel 6.
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 132
Erforderliche Dokumente
8.6.1 Stützwerke
Für die Eröffnung des Typenprüfverfahrens sind die folgenden Unterlagen an das BAFU einzureichen (Adresse: BAFU, Abt. Gefahrenprävention, 3003 Bern).
a) Allgemeine Grundlagen Prüfungsgesuch mit: – Name und Adresse des Gesuchstellers – Prüfungsobjekt mit Standortfaktoren – Verzeichnis der eingereichten Planunterlagen und der statischen Berechnungen – Ort, Datum und Unterschrift
b) Statische Berechnungen – Dossier zu den statischen Berechnungen mit Angaben zum Autor, Datum und Prüfungsobjekt mit Standortfaktoren. – Inhalt statische Berechnungen: Alle Berechnungen und Nachweise sind nachvollziehbar darzustellen (Berechnungsformel, Eingabewerte Zwischen- und Endresultate). Berechnungen, die nur Endresultate ohne Herleitung enthalten, werden nicht akzeptiert.
c) Übersichtsplan der zusammengesetzten Konstruktion – Plan mit Nummer, Datum, Typ, Hersteller und evtl. Änderungen – Empfohlener Massstab 1:25–1:20 – Angaben über mögliche Fundationsvarianten – Angaben über max. Fundamentkräfte
d) Konstruktionspläne der Einzelteile (soweit nötig) – Jeder Plan mit Nummer, Datum, Typ, Hersteller und evtl. Änderungen – Empfohlener Massstab 1:2 bis 1:20 – Angabe der Abmessungen der relevanten Bauteile wie: Träger, Stütze, Verbindungen, Anschlüsse etc.
e) Materialliste – Materialliste der relevanten Bauteile mit Profiltyp, Abmessungen und Gewicht
f) Montagehandbuch – Angaben über Absteckarbeiten – Benötigte Hilfsmittel und Werkzeuge – Instruktionen zur Montage in einzelnen Schritten – Checkliste zur Endkontrolle der Montage – Checkliste zu Unterhaltsarbeiten
8 > Typenprüfung 133
g) Weitere Angaben (soweit nötig) – Nachweis über Qualitätsmanagement im Betrieb – Vorhandene Zertifikate
h) Einzureichende Unterlagen – Einreichung der Gesuchsformulare, sowie der statischen Berechnungen und der Planunterlagen in 2-facher Ausführung beim BAFU, Abt. Gefahrenprävention, CH–3003 Bern. – Nach erfolgreicher Prüfung der statischen Berechnungen und der Planunterlagen durch das SLF sind die bereinigten Planunterlagen in 11-facher Ausführung beim BAFU, Abt. Gefahrenprävention, CH–3003 Bern einzureichen.
8.6.2 Ankermörtel
Der Bericht über die Eignungsprüfung muss die folgenden Untersuchungen enthalten:
> Frischmörteleigenschaften nach Methode EMPA > Druckfestigkeit > Elastizitätsmessung > Schwinden > Frostbeständigkeit.
Auf den Mörtelsäcken sind die folgenden Aufschriften anzubringen:
> Produktname > Bezeichnung des Lieferanten > Unverschlüsseltes Herstellungsdatum > Unverschlüsseltes Verfalldatum > Produktionsnummer > Lagerungsbedingungen
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 134
Kosten der Prüfung
8.7.1 Prüfung der statischen Berechnungen
Die Kosten für die Prüfung der statischen Berechnungen werden in der Regel nach Zeitaufwand verrechnet.
8.7.2 Eignungsprüfung von Ankermörtel
Die Kosten für die Eignungsprüfung gehen zu Lasten des Gesuchsstellers.
8.7.3 Prüfung der praktischen Verwendbarkeit
Die Kosten für ein Versuchswerk sind von der Lieferfirma zu tragen. Die Einbau- und Montagekosten gehen zu Lasten des betreffenden Verbauungsprojektes. Bei Eignung des Versuchswerkes werden die Materialkosten der Lieferfirma erstattet. Die Gesamtkosten für ein Versuchswerk dürfen nicht höher sein, als diejenigen eines regulären Werkes im denselben Verbauungsprojekt.
Gültigkeit der Prüfung
> Die Gültigkeit der Prüfung von Stützwerken ist unbeschränkt. > Die Eignungsprüfung von Ankermörtel ist alle 3 Jahre zu wiederholen. > Treten hingegen bei Stützwerken und Ankermörtel nach der Freigabe Mängel auf und/oder entsprechen sie nicht mehr dem Stand der Technik und der Kenntnisse, muss die Prüfung erneuert werden.
Typenliste
Die freigegebenen Stützwerke (ohne jene für erhöhte Standortfaktoren) und Ankermörtel werden vom BAFU auf Typenlisten aufgeführt. Diese Listen werden laufend aktualisiert und sind auf der Website des BAFU (www.umwelt-schweiz.ch/typenpruefung) einsehbar.
Geheimhaltung und Mitteilung an Dritte
Alle dem BAFU, dem SLF, oder der EKLS zugestellten Unterlagen werden vertraulich behandelt. Mit Ausnahme der Typenliste werden Ergebnisse nur mit dem schriftlichen Einverständnis des Gesuchsstellers an Dritte weitergegeben. Das Eidg. Departement für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation entscheidet über allfällige Veröffentlichungen durch die EKLS.
> Verzeichnisse 135
> Verzeichnisse Abbildungen Abb. 20 Verteilung der Randkräfte am freien Werkrand (Werkendfeld) und bei einem Werkzwischenraum von 2 m (Randfeld). 63 Abb. 1 Schneebrücke. 15 Abb. 21 Resultierende des Schneedruckes. 64 Abb. 2 Schneerechen. 15 Abb. 22 Angriffspunkte der Resultierenden und spezifische Abb. 3 Schneenetz. 15 Schneedruckverteilung in beiden Lastmodellen. 66 Abb. 23 Abb. 4 Kriech- und Gleitgeschwindigkeiten in der Schneedecke. 19 Belastung senkrecht zum Rost. 68 Abb. 24 Abb. 5 Vollständige Verbauung einer Geländekammer. 25 Lastmodell 1 für den Rost. 69 Abb. 25 Abb. 6 Teilweise Verbauung. Rückstaffelung und Abgrenzung des Lastmodell mit und ohne Randlasten. 69 offenen Verbauungsrandes. 25 Abb. 26 Abb. 7 Belastungsbreiten der Rostbalken. 74 Durchgehende Verbauweise. 26 Abb. 27 Abb. 8 Kräfte parallel zur Rostebene. 74 Aufgelöst, unterbrochene Verbauweise. 26 Abb. 28 Abb. 9 Querlast auf die Balken. 74 Aufgelöst, gestaffelte Verbauweise. 26 Abb. 29 Abb. 10 Stützwerk mit getrennten Fundamenten mit angegebener Aufgelöst, kombinierte Verbauweise. 26 graphischer Bestimmung der Fundamentkräfte bei einer beidseitig gelenkig angeschlossenen Stütze und in B frei drehbar Abb. 11 gelagertem Träger (Dreigelenkbogen). 79 Flächenmittel der extremen Schneehöhen H ‾ ext. 31 Abb. 30 Abb. 12 Stützwerk mit Riegel, bei dem das talseitige Fundament aus Rost- und Netzhöhe. 32 einem Mikropfahl und Bodenanker besteht und das Abb. 13 Trägerfundament aus einem Bodenanker. 79 Abstandsfaktor fL. 35 Abb. 31 Abb. 14 Schneenetz. 81 Teilweise Schliessung der Werkzwischenräume. 41 Abb. 32 Abb. 15 Holzschneerechen mit bergseitigem Schwellenfundament. 81 Werkzwischenräume bei gestaffelter Verbauweise. 41 Abb. 33 Abb. 16 Auf der Bodenoberfläche fundierte Grundplatte eines Schneedruckzuschlag bei nicht hangsenkrechter Stützfläche. 48 Schneenetzes. 82
Abb. 17 Abb. 34 Schneedruckverteilung an einer seitlich begrenzten Spezifischer Baugrundwiderstand σα in Abhängigkeit der Stützfläche. 49 Wirkungsrichtung α. 83
Abb. 18 Abb. 35 Schneedruck q'S auf die Stütze eines Schneenetzes. 50 Bemessung von bergseitigen Betonfundamenten auf Bodendruckkräfte. 84 Abb. 19 Randfaktor gemäss Formel 22. 63
Technische Richtlinie für den Lawinenverbau im Anbruchgebiet BAFU / WSL 2007 136
Abb. 36 Bemessung von bergseitigen Betonfundamenten auf Bodenscherkräfte. 86 Abb. 37 Tabellen Fundament auf ankerfähigem Fels. 87 Abb. 38 Tab. 1 Bemessung von bergseitigen Fertigfundamenten auf Vor- und Nachteile der verschiedenen Verbauweisen. 27 Bodendruckkräfte. 87 Tab. 2.1 Abb. 39 Hangparallele Werkabstände L gemäss Abbildung 13 in [m]. 36 Bemessung von bergseitigen Fertigfundamenten auf Tab. 2.2 Bodenscherkräfte. 89 Hangparallele Werkabstände L gemäss Abbildung 13 in [m]. 37 Abb. 40 Tab. 3.1 Bemessung des talseitigen Fertigfundamentes. 89 Werkabstände L' im Grundriss gemäss Abbildung 13 in [m]. 38 Abb. 41 Tab. 3.2 Betonfundament mit Bewehrung für die Aufnahme der Werkabstände L' im Grundriss gemäss Abbildung 13 in [m]. 40 Umlenkkräfte, damit die Bodenpressung durch den reinen Seilanker reduziert wird. 94 Tab. 4 Höhenfaktor in Funktion der Meereshöhe. 44 Abb. 42 Charakteristische Ausziehwiderstand Ra,k in Funktion der Tab. 5 Verankerungslänge und der Bodenkategorie für nicht gesprengte Bodenklassen und Gleitfaktoren. 45 Anker und Netzanker. 96 Tab. 6 Abb. 43 Kriechfaktor K in Funktion von der mittleren Schneedichte (ρ) und Charakteristische Ausziehwiderstand Ra,k in Funktion der der Hangneigung (ψ). 46 Verankerungslänge und der Bodenkategorie für Sprenganker. 98 Tab. 7 Abb. 44 Zustandsbewertung Stützwerke. 60 Abmessungen des Prüfkörpers. 104 Tab. 8 Abb. 45 Bestimmung des spezifischen Baugrundwiderstandes. 83 Typischer Temperaturverlauf in einem Permafrostkörper. 106 Tab. 9 Abb. 46 Bruchscherspannung längs der Mantelfläche im gewachsenen Diagramm zur Abschätzung des Permafrostvorkommens. 109 Boden. 86
Abb. 47 Tab. 10 Bohrung zur Erkundung des Permafrostvorkommens. 111 Zunahme der Bruchscherspannung s B mit der Fundationstiefe. 86
Abb. 48 Tab. 11 Unterschiedliche Temperaturprofile im Permafrost bzw. Nicht- Äusserer spezifischer Tragwiderstand von Ankern auf Zug in Permafrost. 112 wenig zerklüftetem Fels in Abhängigkeit des Bohrlochdurchmessers. 93 Abb. 49 Inklinometerrohr zur Messung der Hangbewegungen. 115 Tab. 12 Beurteilungskriterien. 110 Abb. 50 Fundation unter den Pendelstützen in kriechenden Tab. 13 Permafrostverhältnissen. 118 Kriechraten und mögliche Verbaumassnahmen. 116
Abb. 51 Tab. 14 Damm in Permafrostböden (Lockergestein). 120 Notwendige Wassertemperaturen in Abhängigkeit der Temperatur des Trockenmörtels. 125 Abb. 52 Versuchsanordnung zur Durchführung von Tab. 15 Ausziehversuchen. 123 Ablauf der Typenprüfung bei Stützwerken. 129
Abb. 53 Tab. 16 Ablaufdiagramm. 126 Ablauf der Typenprüfung bei Ankermörtel. 129
> Zweck und Rechtsgrundlage der technischen Richtlinie 137