Beobachtung von Hangbewegungen

Geodätische Überwachung von Hangbewegungen

Bevor eine Rutschung oder ein Felssturz abgeht, finden meist Vorbewegungen statt. Diese sind allerdings so gering, dass sie mit dem bloßen Auge kaum wahrnehmbar sind. Sie sind aber wesentliche Vorzeichen für ein möglicherweise katastrophales Ereignis. Die Messmethoden, die zur Erfassung solcher Bewegungen eingesetzt werden, sind in Abhängigkeit der erforderlichen Genauigkeit und der Zugänglichkeit der Messstellen äußerst vielfältig.

Zur Ermittlung von Punktverschiebungen eignen sich periodische Vermessungen, zum Beispiel mit einem Tachymeter. Neben dieser geodätischen Beobachung können auch sogenannte geotechnische Messmethoden wie Extensometer und Konvergenzmessgeräte verwendet werden. Auch permanente Messungen mit elektronischen Datenloggern kommen zum Einsatz. Messungen in einem Bohrloch ermöglichen je nach Ausbau Aussagen über die Verschiebungen im Untergrund oder über das Verhalten des Bergwasserspiegels.

Tachymeter

Tachymeter

Mit einem Tachymeter werden horizontale Richtungen, vertikale Winkel zur Senkrechten sowie Schrägdistanzen zu angezielten Punkten gemessen. Moderne Instrumente ermöglichen Genauigkeiten von bis zu ± 1 mm pro Messung. Verschiebungsbeträge von wenigen Millimetern lassen sich somit bereits nachweisen.

Konvergenzmessgerät

Konvergenzmessgerät

Mit Hilfe eines Konvergenzmessgerätes (= Präzisionsbandextensometer) können Distanzen zwischen zwei fest installierten Punkten sehr genau gemessen werden. Das Stahlmaßbandwird vor der Ablesung unter eine genau definierte Vorspannung gebracht. Nach Temperaturkorrektur werden Genauigkeiten von bis zu 3/10 mm erreicht. Durch den Vergleich zu einer früheren Messung lassen sich Längenänderungen präzise bestimmen. Meist werden Konvergenzmessgeräte im Tunnelbau und zur Überwachung von Bewegungen im Fels eingesetzt.

Elektronische Schlauchwaage

Vermessungsingenieur mit Schlauchwaage in einem Felssturzbereich

Eine elektronische Schlauchwaage ist ein mobiles Höhenmesssystem, mit dem sich Höhendifferenzen zwischen verschiedenen Messpunkten mit einer Genauigkeit von ca. 1 mm bestimmen lassen. Mit entsprechenden Wiederholungsmessungen lassen sich hiermit auf einfache Weise Höhenänderungen auch an abgelegenen Orten ermitteln.

Gespannte Drahtextensometer

Drahtextensometer

Prinzipskizze Drahtextensometer

Drahtextensometer sind frei über das Gelände gespannte Drähte, die zur Deformationsmessung an der Oberfläche dienen. Die Messgenauigkeit beträgt in Abhängigkeit von der Länge des Messdrahtes bis zu 1 mm. In der Regel werden die Längenänderungen mit Hilfe eines Datenloggers beobachtet - direkte Ablesungen an einer Skala sind jedoch auch möglich.

Stangenextensometer

Stangenextensometer

Stangenextensometer werden zur sehr genauen Bestimmung von Längenänderungen zwischen einem fest verankerten Anfangspunkt und einem Messkopf verwendet. Sie können sowohl an der Oberfläche einer Felswand (siehe Foto) als auch in einer Bohrung installiert werden. Am Fels dienen sie zur messtechnischen Beobachtung von Rissen bzw. Spalten. In Bohrungen können Dehnungen bzw. Stauchungen längs der Bohrachse erfasst werden. Das Messgestänge aus Metall oder Glasfaser kann hierfür in einem Kunststoffrohr frei gleiten. Die Ablesungen erfolgen mit einem elektronischen Wegsensor, ggf. auch mit Datenaufzeichnung, oder mit einer Messuhr. Dabei lassen sich Genauigkeiten von bis zu ± 0,03 mm erreichen.

Inklinometer (Bohrlochinklinometer)

Bohrlochinklinometer

Mittels einer Inklinometersonde lassen sich in einem Bohrloch Neigungsänderungen zur Vertikalen ermitteln, die sich in der Folge in Verschiebungen quer zur Bohrlochachse umrechnen lassen.

Die Sonde wird im Bohrloch in speziellen Führungsrohren an einem Kabel hängend gefahren. In Messabständen von 0,5 m oder 1 m (entsprechend der Sondenlänge)werden Messungen durchgeführt. Aus dem Vergleich mehrerer Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten lassen sich die Verschiebungen im Untergrund mit hoher Genauigkeit (1 bis 2mm pro 10 m) ermitteln.

Drahtextensometer im Untergrund

Prinzipskizze Drahtextensometer

Drahtextensometer im Untergrund machen die stattfindende Verschiebung in einer Gleitfläche an der Oberfläche messbar. Der Draht wird hierfür in einer bestimmten Tiefe fest verankert und in einem Kunststoffschlauch die Oberfläche geführt. Der Hüllschlauch wird an der Oberfläche fixiert und dient in der Folge als Messniveau für alle Messungen. Der Draht legt sich in die Gleitbahn und wird entsprechend der Verschiebung in den Untergrund und damit in den Schlauch gezogen. Für die Messung wird lediglich ein Stück Messdraht mit Klemmschraube und ein Zollstock benötigt. Die Installation solcher Drahtextensometer erfolgt entweder in einer Bohrung, oder aber durch Einbringen des Drahtes mittels einer sogenannten Schweren Rammsonde (DPL).

Datenlogger

Datenlogger

Elektronische Datenlogger sammeln und speichern vollautomatisch Messdaten in frei wählbaren Zeitabständen. Im Prinzip kann jedes Überwachungsgerät an einen Logger angeschlossen werden. Im Geologischen Dienst des Bayerischen Landesamts für Umwelt werden vorwiegend gespannte Drahtextensometer und Grundwasserpegel mit Datenloggern beobachtet.

Terrestrisches Laserscanning

Mit Hilfe laserbasierter Streckenmessungen zu einem Objekt werden hochdetaillierte geometrische Daten zu einem Messobjekt gewonnen. Felswände oder –blöcke lassen sich somit dreidimensional präzise erfassen. Rechnerische Vergleiche zu vorangegangenen Messungen ermöglichen die Erfassung von Veränderungen.

Terrestrische Photogrammetrie

Die Aufnahme von Messbildern mit Hilfe speziell kalibrierter Kameras erlaubt die "Vermessung" von Objekten direkt im Bild. Zwei oder mehr Bilder von unterschiedlichen Standpunkten führen zu einem dreidimensionalen Modell am Computer. Messkampagnen zu verschiedenen Zeitpunkten können zur Ermittlung von Bewegungen verglichen werden.

Drohnenbefliegung

Auch Drohnenbefliegungen haben Einzug gefunden in die moderne Vermessung. Meist erfolgen auch bei dieser Methode Aufnahmen von Messbildern aus verschiedenen Positionen, die dann am Computer in Form von dreidimensionalen Modellen ausgewertet werden können.

Differentielles GNSS

Satellitengeodäsie ist eine Methode zur Detektion von Bewegungen in großen Flächen. Benötigt werden hierfür mehrere geodätische GNSS-Sensoren, die zur Messung entsprechende Messpunkte signalisieren. Hochpräzise Messungen erfordern Laufzeiten der Sensoren von ca. 12 Stunden. Der instrumentelle sowie zeitliche Aufwand ist bei dieser Methode relativ groß.

Rissmonitor

Rissmonitor

Rissmonitore dienen zur Beobachtung von Veränderungen an Rissen im Fels oder an Gebäuden. Die Verwendung eines Fadenkreuzes direkt über einer Messskala ermöglicht die Erfassung von Verschiebungen in zwei Richtungen (zum Beispiel Dehnung des Risses bei gleichzeitiger Setzung einer Seite). Eine fotographischer Dokumentation ist in der Regel ausreichend. Somit eignet sich diese Methode auch zur Eigenvorsorge.

Felssiegel, Gipsmarke

Gipsmarke im Fels

Ein Felssiegel (meist aus Mörtel) dient zur Beobachtung von kleinen Bewegungen im Fels, zum Beispiel Öffnen von Rissen oder Kippen von Felsblöcken. Allein durch Augenschein können hiermit kleine Bewegungen nachgewiesen werden. Für Rissen an Gebäuden kann auch Gips als Material verwendet werden. Für die Eigenvorsorge ist dies eine sehr günstige aber wirksame Methode.

Visualisierung ermittelter Bewegungen

Darstellung eines Rutschbereiches im DGM, die roten Pfeile stellen Bewegungsvektoren dar

Daten aus Tachymeter- und GPS-Messungen, Photogrammetrie oder Laserscan-Befliegung können zur Erstellung von digitalen Geländemodellen (DGM) herangezogen werden. Digitale Geländemodelle bilden das Relief der Erdoberfläche ab, indem sie die Geländeform durch ein meist regelmäßiges Punktgitter beschreiben.