Forschung

Im Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wird der Altausseer See - im steirischen Salzkammergut in Österreich gelegen - mit modernsten hydroakustischen Messmethoden vermessen und hydrobiologisch sowie mikrobiologisch untersucht. Die Idee zu dieser umfassenden Erforschung des Sees hatte der berühmte US-Ozeanforscher Walter Munk, der als gebürtiger Österreicher viele Sommer und Winter seiner Kindheit in Altaussee verbrachte. Forscher des Ozeanografischen Instituts Scripps in Kalifornien, an dem auch Walter Munk einst gearbeitet hat, widmen sich insbesondere dem Vorkommen und - sofern vorhanden - der Verteilung von Mikroplastik im Wasserkörper. Mithilfe eines hochauflösenden Fächerecholots wird ein präzises 3D-Modell des Seebeckens erstellt. Es ist hochdetailliert und zeigt somit Sedimentformationen, größere Steine, Risse, die im See verlegten Leitungen sowie die trichterförmigen Krater (Karstquellen) von unterschiedlicher Ausdehnung und Tiefe. Zur genaueren Untersuchung des geologischen Aufbaus des Seebeckens werden Sedimentecholote mehrerer Typen eingesetzt. Die Wellen dieser Echolote dringen in den Seeboden ein und liefern ein grafisches Abbild der Sedimentschichtung des Bodens. Dadurch lassen sich in den Messdaten zum Beispiel aktive von inaktiven Karstquellen unterscheiden oder historisch bedeutsame Naturereignisse wie große Hangrutschungen werden sichtbar. Ein ferngesteuerter Unterseeroboter mit Greifarm wird in die Karstquellenkrater geschickt, um die geologische Situation sowie dort eventuell vorkommenden Fische filmisch zu dokumentieren. Mit einem speziellen Greifer werden auch Proben von Sedimenten des Seebodens entnommen. Desweiteren erfassen Kollegen vom Ozeanografischen Institut Paul Ricard aus Frankreich sowie Mikrobiologe Christoph Steininger von der Medizinischen Universität Wien chemische und physikalische Daten des Wasserkörpers. All diese Daten dienen schlussendlich dazu, genauere Aussagen über die Hydrobiologie, Wasserqualität und den Wasseraustausch im See und mit dem umliegenden Karstsystem machen zu können.

Der Klimawandel stellt aktuell eine der größten Herausforderungen der Gegenwart dar. Der Einfluss des Bausektors ist dabei mit einem Rohstoffverbrauch von 47,5 Gigatonnen pro Jahr und einem Energieverbrauch 40% der weltweiten verbrauchten Gesamtenergie enorm. Laut dem Bericht Energie in Österreich 2021: Zahlen, Daten, Fakten des BMK werden für die Bereitstellung von Raumwärme und Klimatisierung fast 24% des gesamten Endenergiebedarfs verbraucht. Fortschritte in Hinblick auf die ökologische und energetische Effizienz von Wohn- und Dienstleistungsgebäuden sind daher insbesondere in diesem Sektor besonders ausschlaggebend. 30% der ÖsterreicherInnen leben in Gebäuden, die in den sechziger und siebziger Jahren errichtet wurden, weitere 30% in Häusern die älter als 40 Jahre sind. Die neu errichteten Gebäude sind aufgrund der hohen Anforderungen an den Wärmeschutz für lediglich 10-20% des Gesamtenergieaufkommen verantwortlich. 80% der Energie wird von den älteren Bestandsgebäuden verbraucht. In Österreich weisen rund 1,9 Millionen Wohneinheiten einen thermisch unzureichenden Zustand auf und sind somit sanierungsbedürftig. Die Sanierung von Bestandsgebäuden und insbesondere die Erneuerung und thermische Sanierung der Fassade ist daher gegenwärtig zu einem der wichtigsten Teilbereiche der Baubranche zu zählen. Das Vorantreiben der Forschung sowie die großflächige Etablierung von ökologisch und ökonomisch attraktiven Systemen ist daher unabdingbar. Das Ziel dieses Projektes ist die Grundlagen für die Entwicklung von seriell vorgefertigten Systemen (z.B. aus nachwachsenden Rohstoffen) zu erforschen. Mit Hilfe dieser Grundlagen soll eine Basis für die Branche geschaffen werden, um zukünftig innovative und insbesondere auch wirtschaftlich konkurrenzfähige Alternativen zu den aktuell großteils eingesetzten Wärmedämmverbundsystemen mit entsprechenden Kapazitäten am Markt anbieten zu können. Der Fokus wird auf ressourceneffiziente und kreislauffähige Systeme und Baumaterialien sowie eine effiziente und wirtschaftliche Herstellung und Montage gelegt. Begleitend zur Erforschung von technischen Lösungen wird eine ökologische und ökonomische Analyse durchgeführt um das Potential auch entsprechend quantifizieren zu können.

Wider research context/theoretical framework: Bedding landslides are widely distributed in sediments with inclined structures. They may undergo catastrophic failure, posing considerable threats to society. The localized deformation at the interface between the sliding mass and the bedrock of bedding landslides normally accounted for the majority of sliding movement. Thus, the mobilization of such slides is intimately related to the mechanical behaviour of the interface at the basal shear zone. As a result, a comprehensive investigation on soil-rock interface in bedding landslides are necessary to improve our understanding of the origin of catastrophic failure and to help develop robust numerical models for predicting bedding landslides and similar geohazards. Hypotheses/research questions/objectives: In this project, we will explore the mechanical behaviour of soil-rock interface by employing laboratory experiments and advancing a numerical model to simulate the failure process of bedding landslides along soil-rock interfaces. Approach/methods: This proposal combines innovative experiments and numerical simulations. A well-document bedding landslide occurred in the Three Gorges Reservoir area in China will be chosen to study the mechanical behaviour of soil-rock interfaces. Laboratory tests will be conducted for studying the shearing behaviour of shear-zone soil and soil-rock interface from elementary to model scale; An advanced hypoplastic model will be proposed considering the stress history of soil and the surface properties of the interface; A numerical model with the advanced constitutive model will be developed to mimic the post-failure process of the bedding landslide. Level of originality/innovation: A comprehensive experimental investigation on the shearing behaviour of soil-rock interfaces for bedding landslides is the first time in the discipline of engineering geology; The proposed interface hypoplastic model is for the first time considering the surface properties. The SPFEM simulation with hypoplastic framework is novel for mimicking the post- failure of bedding landslides with soil-rock interfaces. Primary researchers involved: Xuan Kang, as a Ph.D. student at the China University of Geoscience Wuhan, is the PI for this project. Her research focused on landslide stability, in-situ and laboratory tests on landslide materials. During her Ph.D., she has published 4 peer-reviewed papers in high impact journals. Prof. Wei Wu, as the director of the Institute of Geological Engineering, is the mentor for this project. He has made pioneering contributions in the field of constitutive modelling and numerical simulation.