Naturkatastrophen sind im alpinen Raum allgegenwärtig. Muren, Steinschläge, Felsstürze oder Hochwasserereignisse treten oft plötzlich auf und haben erhebliche Folgen für Infrastruktur und Menschen. Die durch den Klimawandel vermehrt zu erwartenden Extremwetterereignisse lassen eine erhebliche Zunahme derartigen Ereignisse erwarten und erhöhen den Druck auf Schutzbauwerke. „Schutzbauten für Naturgefahren sind hochkomplexe Ingenieursysteme", erklärt Robert Hofmann, Universitätsprofessor für Geotechnik an der Universität Innsbruck. „Welche Kräfte wirklich auf sie einwirken, wie sie sich unter extremen Lasten verhalten und wie lange sie diesen standhalten, muss genau erforscht werden – und benötigt oft 1:1-Versuche direkt im Gelände."
Eine von Hofmanns zentralen Forschungsfragen beschäftigt sich mit dem Wasserdruck hinter Wildbach-Konsolidierungssperren. „Es wäre naheliegend, zu glauben, dass hier der volle hydrostatische Druck wirkt – doch genau das ist nicht der Fall", erklärt der Wissenschaftler. Seit seiner Berufung 2018 untersucht er im Auftrag der Wildbach- und Lawinenverbauung Österreichs, wie sich der Porenwasserdruck hinter vollständig verfüllten Sperren verhält. Das Ergebnis: Der tatsächlich auftretende Druck ist erheblich geringer als bisher angenommen. Grundlage dieser Ergebnisse sind Sensoren, die über ganze Sperren verteilt eingebaut sind und Wasser- und Erddruck im Stundentakt messen und in Echtzeit ausgewertet werden. Derzeit überwacht die Gruppe um Hofmann im Auftrag der Wildbach- und Lawinenverbauung Tirol eine Reihe instrumentierter Sperren in verschiedenen Einzugsgebieten – ein kontinuierlicher Messprozess, der das physikalische Verständnis dieser Bauwerke Schritt für Schritt vertieft. „Dank unserer Forschungsergebnisse können Wildbach-Sperren mittlerweile ressourcenschonender und kostengünstiger dimensioniert werden, ohne an Sicherheit zu verlieren“, so Robert Hofmann. Die Erkenntnisse der Wissenschaftler:innen sind mittlerweile in die österreichische ÖNORM B4800 eingeflossen: Die 2025 erschienene überarbeitete Fassung schreibt eine Reduktion des Bemessungswasserdrucks um 20 Prozent vor.
1:1-Versuche ermöglichen neue Erkenntnisse, um Schutzbauwerke sicherer, effizienter und kostengünstiger zu machen.
Wenn der Berg drückt
Neben dem Wasserdruck beschäftigt Hofmanns Team ein weiteres, zunehmend dringlich werdendes Phänomen: der sogenannte Kriechdruck. „In vielen alpinen Einzugsgebieten sind Wildbachsperren nicht nur Geschiebe und Wasserandrang ausgesetzt, sondern auch langsam kriechenden Hängen. Man kann sich das so vorstellen, dass das Gebirge sich seitlich auf die Bauwerke schiebt – ein Prozess, der oft unsichtbar über Jahre läuft, bis er zur ernsthaften Gefahr wird“, erklärt Robert Hofmann. Besonders anschaulich ist die Situation in Südtirol, wo die größte aktive Massenbewegung der Region mit einer Verschiebungsrate von bis zu zehn Zentimetern pro Jahr direkt auf eine Reihe von Wildbachsperren drückt. Die Südtiroler Agentur für Bevölkerungsschutz hat darauf reagiert, indem sie die Sperren segmentiert hat: „Hier können sich die einzelnen Abschnitte gegeneinander verschieben, bevor sie unter dem Druck brechen“, verdeutlicht der Geotechniker Hofmann. Vier dieser Sperren sind heute vollständig instrumentiert –Sensoren messen die Verschiebung in Millimetergenauigkeit, ergänzt durch Dehnungsmessgeräte im Stundentakt. „Wir sehen in Echtzeit, wie sich der Hang bewegt und wie die Sperre darauf reagiert", beschreibt Hofmann. „Das gibt uns das Wissen, um zukünftige Bauwerke in kriechenden Hängen nachhaltiger zu konzipieren."
Steinschlagschutz
Eines der vielleicht aufwendigsten Einzelprojekte des Teams um Robert Hofmann der vergangenen Jahre beschäftigt sich mit einer weiteren Art von Schutzbauten: Steinschlagschutznetze und ihre Fundierungen. „Allein in Tirol sind rund 50 Kilometer solcher Netze verbaut – mehr als sechs Kilometer davon sind älter als 25 Jahre“, erklärt Hofmann. In Kooperation mit ÖBB, Landesbaudirektion Bayern, TIWAG, Wildbach- und Lawinenverbauung, Schweizer Bahn, Rhätische Bahn und weiteren Partnern untersuchten Hofmann und sein Team, welche Fundierungen auch nach einem schweren Steinschlag-Impact noch zuverlässig – also standsicher, gebrauchstauglich und dauerhaft – sind. Vier Jahre lang testeten die Wissenschaftler:innen die Fundierungen von Steinschlagnetzen dafür in 1:1- Versuchen. Dabei wurden mithilfe einer speziellen Schussanlage Betonwürfel als Steinschlag-Ersatz per Seilzug auf einzelne Netzfundierungen geschossen. Das überraschende Ergebnis: Die Schäden entstehen nicht bis in eine große Tiefe, sondern konzentrieren sich auf den obersten eineinhalb Meter. „Diese Erkenntnis wurde erst durch die 1:1-Versuche möglich, die klassische Bodenmechanik hätte dieses Versagensmuster nicht vorhergesagt“, so Hofmann. Durch ein einfaches Stahlrohr im oberen Bereich der Netzfundierung können die Verformungen erheblich reduziert werden und die Lebensdauer der gesamten Konstruktion auf 30 Jahre verlängert werden. „Diese Erkenntnis ist heute in der österreichischen Richtlinie und Vorschriften für das Straßenwesen (RVS) verbindlich festgeschrieben – ein direkter Weg von der Grundlagenforschung in die Praxis“, freut sich Robert Hofmann.
Folgeprojekt
Derzeit laufen die Vorbereitungen für ein Folgeprojekt: Gemeinsam mit der Landesbaudirektion Bayern und der ÖBB untersucht das Team um den Geotechniker nun, ob kostengünstige Niedrigenergie-Steinschlagschutznetze – mit um das zehnfache niedrigere Anschaffungskosten als herkömmliche Systeme – auch als Schutz gegen Hangmuren eingesetzt werden können. Solche wassergesättigten Lockergesteinsmengen haben in den letzten Jahren an Häufigkeit und Intensität zugenommen; allein im Tullnerfeld rutschten 2024 nach einem extremen Regenereignis 400 m Dämme ab. Für den Sommer 2026 sind am Truppenübungsplatz des Militärkommandos Tirol weitere Versuche im großen Maßstab geplant. Für Robert Hofmann ein weiteres Projekt, das die enge Verzahnung von Wissenschaft, Auftragsforschung und Normgebung unterstreicht. „Die Praxis stellt uns die Fragen, die wirklich zählen", sagt Hofmann. „Und die Forschung liefert Antworten, die dann im besten Fall in Regelwerken und Normen landen und tatsächlich gebaut werden."
Dieser Beitrag ist in der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins Zukunft erschienen. Das ganze Magazin finden Sie hier.