Wildenberger Hang
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BADENWÜRTTEMBERG Klima und Hangkinematik am Beispiel der Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ (BAB A 81, nördlich Heilbronn) Dr. rer. nat. Martin Brodbeck, Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik 42. Erfahrungsaustausch des Bundes und der Länder über Erdarbeiten im Straßenbau (EAT) am 05. und 06. Mai 2010 in Nürnberg-Wetzendorf Baden-Württemberg REGIERUNGSPRÄSIDIUM STUTTGART Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ BADENWÜRTTEMBERG Gliederung 1. Einführung 2. Klima 3. Lage und Ausdehnung des Wildenberger Hangs 4. Zeitliche Entwicklung 5. Morphologie und Geologie 6. Geotechnisches Monitoring 7. Fazit Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Nr. Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Risikofaktoren Unterbegriffe Auswirkungen I Gestein und Bodenart Änderung der Eigenschaften Lagerungsdichte Scherfestigkeit Durchfeuchtung II Lagerungsverhältnisse Wechsellagerung Schichtneigung Einlagerungen Scherflächenbildung Wasserwegsamkeit III Hydrogeologie / Hydrologie Quellhorizont Grundwassereinzugsgebiete Strömungs-Kluftwasserdrücke Fließerscheinungen IV Klima Niederschläge Temperatur Luftbewegungen Erosion Durchfeuchtung Frost Deflation V Geometrie Übersteilung Unterschneidung Vergrößerung der Hangabtriebskräfte VI Morphologie Sonneneinstrahlung Höhe, Neigungsverhältnisse Erosion Durchfeuchtung VII Belastung Statische oder wechselnde Lasten Porenwasserdruck Verformungen Fließerscheinungen VIII Technik Art und Geschwindigkeit des Abtrags Entwässerung Verdichtung Durchfeuchtung Porenwasserdruck IX Vegetation Stabilisierung Oberflächenschutz Erosion Durchfeuchtung Porenwasserdruck X Zeit Alterung Entfestigung Verwitterung Durchfeuchtung Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Gestein und Bodenart Geologie in Südwestdeutschland • Die geologischen und morphologischen Verhältnisse sind extrem vielfältig und wechseln häufig auf engem Raum. • Die Gesteine besitzen eine außerordentlich unterschiedliche und rasch wechselnde Zusammensetzung. • Das lithologische Spektrum reicht von den kristallinen Gesteinen des Grundgebirges (Schwarzwald, südl. Odenwald), über die Sedimentgesteine des Mesozoikums (Buntsandstein des Schwarzwalds bis Oberjura der Schwäbischen Alb) bis zu den Lockergesteinen des Tertiärs und Quartärs. • Entsprechend vielfältig sind die ingenieurgeologischen Eigenschaften der Gesteine. Quelle: LGRB Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Süddeutsches Schichtstufenland – markante Eigenschaften • Wechselfolge veränderlich fester Gesteine (Ton-, Schluff- oder Mergelstein) • Harte, wasserführende stufenbildende Schichten wirken hangversteilend, darunter liegende witterungsanfällige Gesteine werden entfestigt und plastifiziert. • Ablaugungs- und lösungsfähige Gesteine führen zu Verkarstung, Hohlraumbildung, tief reichende Gefügelockerung und Zerklüftung. • Ehemalige Überlagerungsdrücke (>> 100 m Gestein) können zu höheren horizontalen Spannungen führen. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ • Bindige Lockergesteine, Tonstein und Anhydrit neigen zu Volumenvergrößerungen. • Örtlich mächtige Verwitterungsschichten. • Im Laufe der jüngsten Erdgeschichte entstanden übersteilte Hänge. • Im eiszeitlichen Klima entwickelten sich Wanderschuttdecken. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Beispiel veränderlich feste Gesteine: Opalinuston (Wutachgebiet, Schwarzwald) Quelle: LGRB Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Beispiel veränderlich feste Gesteine: B 313 Nürtingen – Wendlingen (SE‘ Stgt.) Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Beispiel Hydrogeologie: BAB A 8 Drackensteiner Hang (Schwäbische Alb) Nach Extremniederschlägen (am 12.04.1994: 82 mm, rd. 10 % des Jahresniederschlags!) kam es zu Massenbewegungen, die auch die Fahrbahn erreichten. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Beispiel Hydrogeologie: BAB A 8 Drackensteiner Hang (Schwäbische Alb) Rutschungsmechanik (schematisch) infolge starker Niederschläge (Wallrauch 1994) Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Beispiel Steinschläge und Felsstürze: Wehratal (Südschwarzwald) Steinschläge und Felsstürze Quelle: LGRB Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Beispiel ablaugungs- und lösungsfähige Gesteine : Hessigheimer Felsengärten Quelle: LGRB Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Einführung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Beispiele für weitere Großschollenrutschungen in Baden Württemberg Quelle: LGRB Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Klima Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Kooperationsprojekt der Länder Baden-Württemberg, Bayern und Rheinland-Pfalz sowie des Deutschen Wetterdienstes: "Klimaveränderung und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft" Feststellungen: • Baden-Württemberg gehört zu den von Klimaveränderungen am meisten betroffenen Regionen Deutschlands. • Die Durchschnittstemperatur ist in Ba.-Wü. in den letzten 50 Jahren um 1,2°C gestiegen. • Die Niederschlagsmenge insgesamt als auch die Starkniederschläge sind signifikant gestiegen. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Klima Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Prognosen: Niederschläge im Sommer werden geringfügig abnehmen. Niederschläge im Winter werden deutlich zunehmen (bis zu 35 %). Starker Anstieg der Tage mit Starkniederschlägen (≥ 25 mm) im Winter. Anstieg um ca. das Doppelte! Änderung der künftigen Niederschlagssumme [%] im Winter (2021-2050) gegenüber heute. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Klima Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Monatliche mittlere Anzahl der Tage mit Niederschlag ≥ 25 mm, Klimastation Freudenstadt Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Lage und Ausdehnung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Beispiel Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Wildenberger Hang Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Lage und Ausdehnung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Etwa 1,5 km nordöstlich des Autobahnkreuzes Weinsberg. Hier quert die Autobahn A 81 Heilbronn Würzburg den nördlichen Hangfuß des Wildenbergs Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Lage und Ausdehnung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Die aus mehreren Teilschollen bestehende Großrutschung mit einer Fläche von ca. 45 ha (75 Fußballfelder) hat eine Länge von ca. 1,5 km. Die gemessenen horizontalen Gesamtdeformation betragen inzwischen über 5 m, die sich mehr als 200 m bergwärts nachweisen lassen. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Zeitliche Entwicklung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Teilscholle im Bereich des Anschnitts (oben Abrisskante), 1972 Beim Bau der Autobahn in den Jahren 1968 - 1972 wurde der Hangfuß mit relativ kleinen An- und Einschnitten im Gipskeuper angeschnitten. Bereits während der Erdarbeiten traten Böschungsrutschungen auf Abrisskante der Teilscholle, 1972 Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Zeitliche Entwicklung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Die Rutschungen wurden zunächst durch den Einbau von Stützscheiben und durch die Anlage von Bermen saniert wurden. Durch fortgesetzte Hangbewegungen gingen diese nach einigen Monaten zu Bruch. Durch den Eingriff der Autobahn wurde diese sehr alte Hangrutschung aktiviert; sie ist bis heute nicht zur Ruhe gekommen. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Zeitliche Entwicklung Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Morphologie und Geologie Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ 1968 1969 1981 1978 Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Morphologie und Geologie Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Morphologie und Geologie Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Morphologie und Geologie Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Rutschungsmechanik am Wildenberger Hang (aus: Wallrauch, E. 1990) Eine technisch Stabilisierung ist wegen der großen Ausdehnung des Schadensfalls nicht finanzierbar. Ein Zusammenhang zwischen Bewegungsgeschwindigkeit und Niederschlägen ist nachgewiesen. Die Massenbewegungen führten bereits zu erheblichen Bauschäden, beispielsweise musste ein Parkplatz geschlossen, die Entwässerungsleitung der Autobahn erneuert und ein Brückenbauwerk wegen irreparabler Schäden abgebrochen werden. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Geotechnisches Monitoring Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ BW 30/4 Profil 2 Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Geotechnisches Monitoring Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Geotechnisches Monitoring Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Geotechnisches Monitoring Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Geotechnisches Monitoring Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Feldwegüberführung BW 30/4 Überführungsbauwerk BW 6821 523, 24.11.2003 Erhebliche Bauschäden WL Talseite, 24.11.2003 Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Geotechnisches Monitoring Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Feldwegüberführung BW 30/4 Bohrpfahlwand Dez. 1988 Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Geotechnisches Monitoring Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Feldwegüberführung BW 30/4 Bohrpfahlwand Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) Punkt Nr. 1 Punkt Nr. 2 Punkt Nr. 3 Punkt Nr. 4 Punkt Nr. 5 Punkt Nr. 6 Punkt Nr. 7 Punkt Nr. 8 Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) Punkt Nr. 9 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 .0 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 7. 20 20 20 20 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 03 02 01 00 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 Setzung / Hebung in [mm] Geotechnisches Monitoring 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 01 BADENWÜRTTEMBERG Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ BW 30/4, Höhenbolzen in den Gehwegkappen 150 100 50 0 -50 -100 Einbau Bohrpfahlwand -150 Zeitraum Punkt Nr. 10 Geotechnisches Monitoring BADENWÜRTTEMBERG Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ BW 30/4, Verformungen der Inklinometer (Inklinometerköpfe) in der Bohrpfahlwand 2,00 Horizontalbewegungen in [cm] 0,00 -2,00 -4,00 Feb. 1994 -6,00 -8,00 -10,00 -12,00 04 20 03 1. .0 01 01 01 .0 .0 1. 1. 20 20 02 01 20 1. .0 01 1. .0 01 .0 1. 19 20 00 99 98 01 01 .0 1. 19 1. .0 01 1. .0 19 97 96 19 95 19 01 1. 1. .0 01 01 01 .0 .0 1. 19 19 94 93 92 19 .0 01 1. .0 01 1. .0 01 1. 19 90 19 89 19 1. .0 01 91 -14,00 Zeitraum N1 N3 N6 N9 N 11 N 13 Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) N 16 BADENWÜRTTEMBERG Geotechnisches Monitoring Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ BADENWÜRTTEMBERG Fazit In den nächsten 40 Jahren erheblicher Anstieg der Starkniederschläge in der vegetationsarmen Zeit. Die Abhängigkeit der Rutschneigung von den Niederschlägen ist belegt. In Baden-Württemberg erfolgen über 50 % der Schadensfälle in den Monaten Dezember bis März. Bereits geringe Änderungen der Risikofaktoren können sog. „schlafende Riesen“ (fossile Rutschungen) wecken. Betroffen sind bestehende Hänge und Böschungen sowohl in veränderlich festen Gesteinen als auch im harten Fels (Wasserdrücke) In Baden-Württemberg ist mit einer erheblichen Zunahme von Rutschungsereignissen zu rechnen. Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck) BADENWÜRTTEMBERG Dank Großschollenrutschung „Wildenberger Hang“ Feldwegüberführung BW 30/4 Abbruch am 03./04.06.2005 Vielen Dank für Ihr Interesse! Regierungspräsidium Stuttgart, Referat 42 - Sachgebiet Straßenbau- und Geotechnik (Dr. Brodbeck)
