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Observed Maximum Run-Out Distance of Snow Avalanches and the Determination of the Friction Coefficients µ and ξ

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

Othmar Buser
Affiliation:
Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung, CH-7260 Weissfluhjoch/Davos, Switzerland
Hans Frutiger
Affiliation:
Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung, CH-7260 Weissfluhjoch/Davos, Switzerland
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

To fix the limits of different hazards in the avalanche-hazard maps one uses criteria pertaining to avalanche dynamics. These criteria are at present the velocity and the run-out distance of a given avalanche for a given place. In 1955 A. Voellmy published his theory of avalanche dynamics which has widely been used in practical map preparation. Since 1962 his equations have also been used by the Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung (EISLF) to calculate avalanche pressures and run-out distances. Furthermore B. Salm (EISLF) developed another equation for the calculation of run-out distances in 1978. Both the equations of Voellmy and of Salm contain two friction coefficients, µ and ξ. Little is known about them and opinions, even among specialists, differ on what values should be given to them.

This paper presents field observations on very long run-out distances. These observations are used to calculate values for pairs of µ and ξ. For avalanche zoning, only extreme values are of interest, i.e. very low values for µ and very high values for ξ. For the calibration of those coefficients, ten avalanches from the winters 1915–16, 1967–68, 1974–75, and 1977–78 have been used. Those avalanches occurred during heavy and intense snowfalls. For those avalanches, the pair µ= 0.155, ξ = 1 120 m/s2 was found for the Voellmy equation and the pair µ = 0.157, ξ =1 067 m/s2 for the Salm equation. These values only partially agree with those used up to date by EISLF. It is recommended for example that for extreme flowing avalanches (newly fallen snow, soft slabs) the pair µ = 0.16,ξ = 1 360 m/s2 be used.

Résumé

Résumé

On se sert de critères de la dynamique d’avalanches pour délimiter les différentes zones de la carte du danger d’avalanches. Ces critères sont, en particulier, la vélocité et la distance d’arrât de l'avalanche. En 1955, A. Voellmy a publié une dynamique d’avalanches qui a trouvé une vaste application dans la pratique de l’établissement des cartes du danger d’avalanches. Les équations sont appliquées depuis 17 années par l’Institut Suisse Fédéral pour l’Étude de la Neige et des Avalanches (ISFENA) pour calculer les forces dynamiques des avalanches et leur distance d’arrêt. En 1978, B. Salm (ISFENA) a ajouté une autre équation pour calculer la distance d’arrêt. Non seulement dans les équations de Voellmy, mais aussi dans l'équation de Salm apparaissent les facteurs de frottement µ et ξ. On ne sait que peu de choses de leurs valeurs numériques et même dans les milieux d'experts les opinions sur ces valeurs diffèrent.

Dans cette publication sont présentées dans observations sur des distances d’arrêt extraordinaires. En outre, ces observations servent pour les calculations des valeurs numériques des facteurs de frottement. Pour les cartes du danger d’avalanches, seules les avalanches extrêmes nous intéressent. Cela veut dire que la présente étude ne considère que les valeurs extrêmes de µ et ξ. Pour la détermination des valeurs des deux facteurs de frottement, on s’est servi des observations portant sur dix avalanches descendues au cours des hivers 1915-16, 1950-51, 1967-68, 1974-75 et 1977-78, à la suite de grosses et intenses chutes de neige. De ces avalanches résultent les paires de facteurs de frottement µ = 0,155, ξ = 1 120 m/s2 pour l'équation de Voellmy, et µ = 0,157, ξ=1 067 m/s2 pour l’équation de Salm. Ces valeurs ne s’accordent que partielle- ment avec celles dont on a fait usage jusqu’à présent à l’Institut. Il est recommendé d’appliquer, par exemple, la paire µ = 0,16, ξ= 1 360 m/s2 pour la calculation des avalanches coulantes extrêmes, constituées de neige fraîche (plaques de neige molle).

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Bei der Bearbeitung von Lawinengefahrenkarten braucht man für die Abgrenzung von Flächen verschieden starker Gefährdung lawinendynamische Kriterien. Dies sind vor allem die Geschwindigkeit und die Auslauf- strecke der Lawinen. Im Jahre 1955 hat A. Voellmy eine Lawinendynamik veröffentlicht, die in der Praxis weit verbreitet Anwendung gefunden hat. Seine Gleichungen werden seit 17 Jahren auch vom EISLF gebraucht, um die Lawinenkräfte und Auslaufstrecken zu berechnen. Zudem hat B. Salm (EISLF) 1978 eine weitere Gleichung zur Berechnung von Auslaufstrecken aufgestellt. In den Gleichungen sowohl von Voellmy als auch von Salm treten zwei Reibungsparameter µ und ξ auf. Über deren Zahlenwerte ist nur wenig bekannt und in Fachkreisen gehen die Meinungen darüber zum Teil auseinander.

In der vorliegenden Arbeit werden Beobachtungen über ausserordentlich grosse Auslaufstrecken mitge- teilt. Zudem werden die Beobachtungen dazu benützt, um Zahlenwerte für die Reibungsparameter zu berechnen. Für die Bearbeitung von Lawinengefahrenkarten interessieren nur die Werte extremer Lawinen, d.h. untere, respektive obere Extremwerte für µ und ξ. Für die “Eichung” der Reibungsbeiwerte wurden zehn Lawinen verwendet, die in den Wintern 1915-16, 1950-51, 1967-68, 1974-75 und 1977-78 während ausserordentlich grossen und intensiven Schneefällen niedergingen. Für diese Lawinen ergibt sich das Wertepaar µ= 0,155/ξ = 1 120 m/s2 für die Gleichung nach Voellmy und µ = 0,157 / ξ = 1 067 m/s2 für die Gleichung nach Salm. Diese Werte stimmen nur teilweise mit den bis jetzt vom EISLF verwendeten Werten überein. Es wird empfohlen, für extreme Fliesslawinen (Neuschnee; weiche Schneebretter) zum Beispiel das Wertepaar µ = 0,16/ξ= 1 360 m/s2 zu verwenden.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Author(s) 1980 
Figure 0

Fig. 1. Longitudinal profiles of avalanche paths.

Figure 1

Table I. Avalanches showing extraordinarily long and gently sloping sections of track sf and long RUN-OUT DISTANCES so

Figure 2

Table II. Relationship between slope gradient and avalanche movement

Figure 3

Table III. VALUES OF μ AND ξ CALCULATED ACCORDING TO VOELLMY AND SALM

Figure 4

Table IV. Friction coefficients used by Leaf and Martinelli (1977)