Erarbeitung von Grundlagen zur Bemessung von Steinschlagschutzdämmen in Theorie und Experiment

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: ASTRA2012/003
• Projekttitel Englisch: Development of basics for dimensioning rock fall protection embankments in experiment and theory

Schlüsselwörter (Deutsch)

Steinschlagschutzdämme, Bemessungsansatz für Schutzdämme, Impakt, Bruchkörper

Schlüsselwörter (Englisch)

rockfall protection embankments, design approach, impact, distorted area

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die bisherige Praxis, für die Bemessung eines Steinschlagschutzdammes, die statische Ersatzkraft nach der Richtlinie „Einwirkungen infolge Steinschlags auf Schutzgalerien“ des ASTRA zu ermitteln, entspricht nicht den Gegebenheiten beim Impakt eines Blocks auf ein Dammbauwerk. Insbesondere bestehen erhebliche Unterschiede bei der Geometrie und den Randbedingungen zwischen Galeriebauwerk und Schutzdamm. Weiterhin bestehen widersprüchliche Auffassungen zur Ausbildung des Bruchkörpers in einem Damm beim Impakt. Das Projekt soll daher die bisher fehlenden Grundlagen für die Bemessung von Steinschlagschutzdämmen schaffen. Im einzelnen sind die folgenden Untersuchungen vorgesehen:
• Zur Abklärung des Bruchvorgangs und der Form des Bruchkörpers infolge eines Impakts auf einen Dammquerschnitt sollen kleinmassstäblichen quasi-2D Versuche durchgeführt werden. Der Impaktvorgang wird bei diesen Versuchen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen und die Bilderfolge mit der Methode der Particle Image Velocimetry analysiert. Der Einfluss unterschiedlicher Dammgeometrien, verschiedener Impaktenergien und Blockgrössen soll untersucht werden.
• Mit halbmassstäblichen 3D-Versuchen werden die 2D-Versuche ergänzt. Diese Versuche dienen zum einen der Ermittlung der Geometrie des Bruchkörpers in der 3. Dimension, zum anderen sollen bodenmechanische Parameter an den Modelldämmen mit verschiedenen Messverfahren ermittelt werden, die als Grunddaten für die Ableitung eines Bemessungsansatzes dienen können.
• Schlieslich soll ein Bemessungsansatz für den Lastfall "Impakt auf Schutzdamm" aufgestellt werden, der die spezielle Geometrie und die Randbedingungen bei diesen Bauwerken berücksichtigt. Der Einfluss der Rotation des Blocks beim Impakt soll ebenfalls Berücksichtigung in diesem Bemessungsansatz finden.
Die Ergebnisse des Projekts bilden die Grundlage zu einer neuen und realistischeren Bemessung von Steinschlagschutzdämmen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The present course of action for dimensioning rock fall protection embankments does not agree with the circumstances of an impact of a bloc onto an embankment. Up to now the design is based on the equivalent force method by using a formula which was developed for rock sheds and is described in the ASTRA-guideline "Exposure of rock sheds due to rock fall". But there are significant differences concerning the geometry as well as the boundary conditions in the two cases "rock shed" and "rock fall protection embankment". Additional there are different current available statements concerning size and shape of the distorted area created by an impact. Therefore the project shall develop the basic knowledge concerning an impact onto a rock fall protection embankment. In detail the project includes the following invetigation:
• Using a digital high speed camera and the method of Particle Image Velocimetry (PIV) the impact and the distorted area in a model dam will be studied in quasi-2D-tests. The investigation includes influence of different embankment geometries, different impact energies and different bloc sizes.
• To get knowledge about the dimension of the distorted area in the 3rd dimension also 3D-tests on a larger model dam will be done. During the construction of the model dam soil mechanical tests can be done with different methods to achieve parameters for a dimensioning approach.
• A dimensioning approach will be established for the load case "impact on embankment", which takes into account the special geometry as well as the boundary conditions. Additional the influence of bloc rotation should be implemented in that dimensioning approach.
All those project results will build the basis for a new and much more realistic way to design rock fall protection embankments.

Projektziele (Deutsch)

Mit dem Projekt sollen für die Bemessung von Steinschlagschutzdämmen fehlende Grundlagen geschaffen werden. Im Einzelnen sind dies:
 • Informationen zum Bruchverlauf,  zur Geometrie des Bruchkörpers sowie der Ausbildung von Scher-, Verdichtungs- und Auflockerungszonen beim Impakt auf einen Modelldamm im quasi-2D-Versuch
 • Informationen zur Ausbildung des Bruchkörpers in der 3. Dimension durch halbmassstäbliche 3D-Versuche. Die zurzeit vorliegenden, sich z.T. widersprechenden Aussagen über die Ausbildung von Bruchkörpern beim Impakt sollen so verifiziert bzw. widerlegt werden.
 • Ermittlung wesentlicher bodenmechanischer Parameter im Rahmen der 3D-Versuche mit verschiedenen Messverfahren.
 • Aufgrund der Versuchsergebnisse soll ein Bemessungsansatz unter Berücksichtigung der typischen Geometrie und Randbedingungen bei einem Schutzdamm entwickelt werden.  Der Bemessungsansatz soll auch den Einfluss der Rotation des Blocks beim Impakt auf einen Damm berücksichtigen können.

Projektziele (Englisch)

The project will provide some basics, which are necessary for the design of rock fall protection embankments. In detail these are:
 • to gain information about the progress of rupture, size and shape of the distorted area, formation of shear bands and upgrowth of zones with compaction as well as loosening inside the dam, this will be studied at a quasi-2D-model.
 • to get information about the 3rd dimension of the distorted area. Both types of tests will be done to verify respective to disprove current available statements concerning size and shape of the distorted area.
 • Additional different measurement technics will be used and tested at the 3D-tests to determine essential soil mechanical parameters.
 • Based on the test results an approach will be done for the design of such embankments taking into account typical geometry and boundary conditions. Because tests which had been done up to now are limited concernig the influence of the rotational energy, in the project the effect of rotation on the impact process will be also studied and formulas shall be developed taking into account the influence of rotation.

Berichtsnummer (Deutsch)

1524

Berichtsnummer (Englisch)

1524