By Wolfgang Fellin

Schnee und Eis sind faszinierende Stoffe, deren mechanische Eigenschaft nur schwer zu fassen sind, insbesondere wenn sie als Lawine ins Tal stürzen.

Um typische Aufgaben der alpinen Bautechnik, wie Gründungen am Eis oder Abschätzung des Schnee- oder Lawinendruckes, sorgfältig behandelt zu können, ist ein fundiertes Verständnis der dafür verwendeten mechanischen Modelle notwendig. Andernfalls können diese Modelle, wie z.B. eine Simulationssoftware für Lawinen, nur als Black-Box verwendet werden.

Dieses Buch bietet eine Einführung in Schnee-, Eis- und Lawinenmechanik.

Die physikalischen Grundlagen zum Verständnis des mechanischen Verhaltens von Schnee und Eis sowie der jahreszeitlichen Veränderung von Schnee werden dargelegt. Die wesentlichen einfachen mechanischen Modelle zur Beschreibung des Materialverhaltens von Eis und Schnee werden in einer und mehreren Dimensionen eingeführt. Des Weiteren werden einfache Modelle zur Berechnung der Geschwindigkeiten und Ausbreitung von Schnee-, Geröll und Schlammlawinen eingeführt. Zusammen mit angegebenen Erfahrungswerten können damit Belastungen auf Bauwerke in Lawinenbahnen abgeschätzt werden.

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Bei einem Temperaturgradienten von 15◦ C pro Meter dauert es ca. einen Monat bis 5 mm große Becherkristalle entstehen. Bei einem Temperaturgradienten kleiner als 15◦ C pro Meter tritt keine wesentliche Schwimmschneebildung auf. Bei 30◦ C pro Meter entstehen in ca. 2 Wochen Becherkristalle größer als 5 mm. Die aufbauende Metamorphose wirkt, solange der treibende Temperaturgradient vorhanden ist. Sie wird deshalb als kinetischer Prozess bezeichnet. Wenig Schnee und kalte Temperaturen führen zu einem hohen Temperaturgradienten.

2 angegeben. 02◦ C Laborexperimente 90 . . 16 · 10−17 n2 = 4 2 . 44 · 10−18 n2 = 3 10 . . 79), polykristallines Eis bei ca. 0◦ C; ε˙ in s−1 . 3D-Formulierung: Wie zuvor können die aus einaxialen Versuchen gewonnenen Beziehungen mit Hilfe der einaxialen Vergleichsspannung (Mises-Spannung) auch näherungsweise auf dreidimensionale Probleme angewendet werden, vgl. 75). B. die Formulierung von Nixon und McRoberts (1976) zu ε˙i j = 3 B1 q(n1 −1) + B2 q(n2 −1) si j . 7 Tertiäres Kriechen Tertiäres Kriechen bezeichnet eine Beschleunigung des Kriechens nach dem sekundären Kriechen.

Dieses Modell beschreibt also einen Festkörper. σ σ t t0 ε σ E t Abb. 33 Verhalten des firmo-viskosen Modells bei einem Spannungssprung. Elasto-plastisch, P RANDTL Eine Serienschaltung des linearer elastischen Modells mit einem ideal plastischen Modell ergibt das elasto-plastische oder P RANDTL Modell, Abb. 34. Dieses einfache Modell für Materialversagen verhält sich bei einem Spannungsanstieg auf den Wert der Fließspannung wie in Abb. 35. 24 1 Eismechanik σ σ = σf σ t E σ = σf t σf σ σ Abb. 34 Elasto-plastisches Modell.

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