Untersuchungsverfahren

Intensive, Visuelle Untersuchung

Baumuntersuchungen beginnen stets mit einer intensiven, visuellen Untersuchung des Baumes und seines Umfeldes. Hierzu gehört die fachlich fundierte Interpretation der festgestellten Schadsymptome bzgl. des Zustandes des Baumes sowie ggf. der Ursachen und die Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit. Dabei sind z.B. die Baumart, Vitalität, Standortverhältnisse, Habitus, Kompensationswachstum, evtl. Pilzbefall, Windlast, h/d Verhältnis in ihrer Gesamtheit und ihren Wechselwirkungen fachlich zu beurteilen. Bei Bedarf sind dazu erforderliche Hilfsmittel einzusetzen (z.B. Schonhammer, Sondierstab, Höhenmesser, Fernglas, Lupe, Kluppe, Maßband, Hubarbeitsbühne, Seilklettertechnik).

Reicht die Intensive, Visuelle Untersuchung zur abschließenden Beurteilung der Verkehrssicherheit nicht aus, sind weitere Untersuchungsschritte notwendig.

(aus: FLL-Baumuntersuchungsrichtlinien – Richtlinien für eingehende Untersuchungen zur Überprüfung der Verkehrssicherheit von Bäumen, Selbstverlag, Bonn, 2013

Vermessung der Spechthöhle einer Silberpappel

Bohrwiderstandsmessungen

Bei der Bohrwiderstandsmessung wird der mechanische Eindringwiderstand einer rotierenden und am Kopf (i.d.R. auf 3 mm) verbreiterten Bohrnadel in einer Messkurve aufgezeichnet.

Die ermittelten Bohrwiderstandsprofile zeigen Schwankungen der Holzdichte an. In stark verfaultem Holz oder Hohlräumen sinkt der Bohrwiderstand ab. Die Auswertung der Messung erfolgt anhand relativer Schwankungen in den Profilen zwischen intakten und geschädigten Abschnitten des durchbohrten Holzes.

Bei dem vom Sachverständigenbüro Wüstenhagen verwendeten Messgerät erfolgt zur besseren Fäuleerkennung die simultane Messung der Bohrwiderstands- sowie der Vorschubkurve. Die Messergebnisse werden während Messung in einem LCD-Display angezeigt und auf einem internen Arbeitsspeicher des Gerätes zur späteren Auswertung mit einer speziellen Software am PC gespeichert.

Spitze Bohrnadel Bohrwiderstandsmessgerät, elektronische Regelung, Messung und Aufzeichnung des Bohrwiderstandes

Abb. A Bohrwiderstandskurve Holzfäule Eschenahorn, Messprofil auf Papierstreifen bei mechanischem Bohrwiderstandsgerät

Abb. B Messprofil Bohrwiderstandsmessung PD 300 – Stamm intakter Spitzahorn Höhe 1 m ohne Fäulesymptome

Abb. C Stammquerschnitt bei Spitzahorn mit fortgeschrittener Fäule durch Austernsaitling mit Messprofil Holzwiderstandsmessung

Abb. D Auswertung Holzwiderstandsmessung Spitzahorn von Abb. 3

Bohrwiderstandsmessungen stellen eindimensionale Untersuchungen dar und können nur die ungefähre Ausbreitung von Holzveränderungen, wie Fäulen und Risse, bzw. die im Messpunkt vorhandene Restwandstärke ermitteln. Die intakte Restwandstärke kann im benachbarten Stammbereich von denen in den gemessenen Bereichen abweichen.

Auf Grund der durch die Untersuchung verursachten Verletzungen im Holzkörper lebender Bäume und der nur eindimensionalen Aussagen wird im Sachverständigenbüro Wüstenhagen die Bohrwiderstandsmessung nur bei versagten Baumteilen, z.B. Grünastbruch, oder zur Verifizierung von Fällempfehlungen angewandt.

Genauere und baumschonendere Aussagen über Fäuleausdehnungen und die Bruchsicherheit lassen sich durch die Schalltomographie (zweidimensionale Ermittlung des Holzzustandes im Stammquerschnitt) oder ganzheitliche Untersuchungen der Stand- und Bruchsicherheit mit direkter Ermittlung der vorhandenen Sicherheiten durch Zugversuche gewinnen.

Schalltomographie

Die Schalltomographie ist ein Untersuchungsverfahren, bei dem durch die Laufzeitmessungen von Schallwellen Schäden und Anomalien im Holzquerschnitt stehender Bäume nachgewiesen werden können.

Die Schallgeschwindigkeit im Holz hängt vor allem vom E-Modul und der Dichte des Holzes ab. Fäulen verringern Dichte und E-Modul des Holzes und bewirken so eine verminderte Schallleitung. Höhlungen und Risse zwingen die Schallwellen auf Umwege, was ebenfalls zu einer längeren Laufzeit der Schallwellen führt.

Das Ergebnis der Messung wird in einem Schalltomogramm, einem zweidimensionalen Querschnittsbild des Stammes, bei dem die Holzeigenschaften farbig dargestellt werden, ausgewiesen.

System der Schallwellenmessung (Quelle: Argus Electronic Rostock)

Schalltomographie Ulme Brandenburg

Schalluntersuchung Ulme Messsensor
3 und Messpunkte 5-7

Schalltomographie Auslösen der Schallwellen mit Systemhammer

Die Skizze zeigt das Messprinzip: Schallwellen können nicht den direkten Weg (rote Linie) durch den Baum nehmen, da eine Höhlung zwischen Sender und Empfänger liegt.
Das Ergebnis der Messung wird in einem Schalltomogramm zusammengefasst. Willkürliche Farben werden zur Darstellung der Holzeigenschaften verwendet.

Gebiete mit hoher Schallgeschwindigkeit (also hohes Verhältnis von E-Module / Dichte

werden mit dunkel braunen Farben gezeigt.

Die Bedeutung der grünen Bereiche hängt von der Art des Defektes ab. Es kann frühe Pilzinfektionen anzeigen oder den entfernungsmäßigen Abstand zwischen gesundem und geschädigtem Holz.

Blau-Violette Farben kennzeichnen Bereiche mit schlechter Schallübertragung also niedrigem Verhältnis von E-Modul / Dichte.

Der Farbraum (braun, grün, violett-blau) wird zwischen den schnellsten und den langsamsten Geschwindigkeiten aufgespannt.

Platane mit umfangreichem Rindenschaden und Höhlung

Schalltomogramm der Platane, die Stammöffnung ist im Bereich des gelben Striches

Durch die Schalltomgraphie sind zweidimensionale Untersuchungen des Holzzustandes im Stammquerschnitt möglich. Sie sind verletzungsarm, da nur Verletzungen durch das oberflächige und temporäre Einschlagen von Nägeln in das Splintholz an den Messpunkten erfolgen. Durch den hohen Feuchtigkeitsgehalt im Splintholz ist die Infektionsgefahr sehr gering.

Aus den Informationen über die Holzeigenschaften in der untersuchten Stammebene kann durch statische Berechnungen die Bruchsicherheit des Stammes ermittelt werden. Bei umfangreicher Fäuleausdehnung können Untersuchungen in mehreren Ebenen erforderlich sein.

Zugversuche

Zugversuche sind zerstörungsfreie Untersuchungsverfahren zur Überprüfung der Stand- und Bruchsicherheit von Bäumen, bei der Windersatzkräfte in den Baum eingeleitet und die Reaktion des Baumes mit hochsensiblen Neigungs- und Dehnungsmessgeräten gemessen und auf Grundlage von in Forschungsprogrammen ermittelten definierten Grenzwerten für den Orkanfall errechnet wird.

Aus den Messergebnissen des Zugversuches wird die Belastbarkeit der tragenden Teile des Baumes ermittelt und den am Standort zu erwartenden Windlasten der Krone gegenübergestellt. Das Verhältnis aus Belastbarkeit und Windlast wird als Sicherheitsfaktor ausgedrückt, wobei in der Baumstatik ein Sicherheitsfaktor von 1,5 angestrebt wird.

Zugversuch Platane mit Bestandsbaum als Widerlager

Baumstatische Zugversuche erfolgen in den folgenden Arbeitsschritten:

Zugversuch:	Messung der Baumreaktion auf definierte statische Belastungen
Extrapolation:	Hochrechnung der Tragfähigkeit hinsichtlich Bruch und Kippen durch Extrapolation auf definierte Grenzwerte
Windlastanalyse:	Abschätzung der am Standort zu erwartenden Windbelastung, ggf. können wichtige Parameter durch dynamische Messungen im natürlichen Wind oder durch Ausschwingungsversuche ermittelt werden
Bewertung:	Vergleich von Tragfähigkeit und Windlast zur rechnerischen Bestimmung der Stand- und Bruchsicherheit

Beim Zugversuch werden durch ein in der Krone befestigtes, nicht dehnfähiges Seil Belastungen auf die Krone ausgeführt und die Reaktion des Baumes mit Messsensoren gemessen.

Diese messen

die auf den Baum einwirkende Kraft (Forcemeter oder Dynamometer)
die Dehnung oder Stauchung der Randfasern im Stamm mit digitalen Dehnungsmessgeräten in der Auflösung 1 μm
Die Neigung der Wurzelplatte mit Neigungsmessgeräten in der Auflösung 1/1000 Grad

Einleitung der Kraft in die Krone, Messung mit Kraftmessdose

Die Messdaten werden in der Regel kontinuierlich je nach Datenübertragung mit 1 bis 10 Messwerten je Sekunde elektronisch gemessen und gespeichert.

Zugversuch rechts Neigungssensor (Inclinometer), links Dehnungsmesser (Elastometer)

Beim Zugversuch wird in die Krone eine Windlast bis maximal Windstärke 8 eingeleitet, die etwa nur einem Viertel der Windlast beim Orkanfall von Windstärke 12 entspricht. Durch die konstante Überwachung der Messdaten wird sichergestellt, dass die Reaktionen reversibel sind und der untersuchte Baum in seiner tragenden Struktur nicht beschädigt wird.

Die im Zugversuch gewonnenen Messdaten werden auf Grenzwerte hochgerechnet. Daraus lassen sich kritische Lasten bestimmen, ab denen mit dem Beginn des Versagens zu rechnen ist, und die mit der zu erwartenden Windlast am Standort verglichen werden. Die Hochrechnung erfolgt in der Regel mit Hilfe einer Spezialsoftware.

Die Windlastermittlung zielt darauf ab, die am Standort zu erwartenden Windbelastungen abzuschätzen. Die Belastung wird vor allem bestimmt durch die Geschwindigkeit und Struktur des Windes am Baumstandort, den Widerstand des Baumes im Luftstrom d.h. die Größe der statischen Lasteinzugsfläche und die dynamische Baumreaktion.

Für die Bewertung der Widerstandskraft gegen Stammbruch unter Biegung (Bruchsicherheit) wird als Bezugswert die Proportionalitätsgrenze genutzt, bis zu der die Verformung der Holzfasern elastisch ist und ohne Schädigung in den Ursprungszustand zurück geht. Oberhalb der Proportionalitätsgrenze tritt das Primärversagen ein, durch das Holzfasern irreversibel geschädigt werden.

Die Verankerungskraft der Wurzeln (Standsicherheit) wird anhand des typischen, in Forschungsarbeiten bei Zugversuchen bis zum Versagen der Bäume ermittelten, Neigungsverhaltens (Biegemoment zu Neigung am Stammfuß) von Bäumen extrapoliert. In einem ersten Schritt werden die gemessenen Neigungen mit einer exponentiellen Funktion auf einen Wert von 0,25°, einer Neigung bis zu der die Neigung voll reversibel und ohne dauerhafte Schädigungen an den Wurzeln ist, hochgerechnet. Dieser Wert wird anschließend mit einem konstanten Faktor zur Ermittlung der Kipplast multipliziert.

Mit der Durchführung von Zugversuchen ist es möglich, die Standsicherheit eines Baumes und die Bruchsicherheit seines Stammes in der Ebene der eingebauten Messgeräte über baumstatische Berechnungen direkt zu überprüfen. Es ist außerhalb von windexponierten Lagen, wie Küstenstandorten, das einzige Verfahren zur Messung der Standsicherheit.

Zugversuch mit Radlader als Widerlager

Nachgezeichnete Kronenform zur Windlastanalyse

Baumstatische Berechnungen

Für die baumstatische Berechnung der Bruchsicherheit von Baumstämmen werden verschiedene Programme genutzt.
Bei den Berechnungen werden die 3 Elemente der Statik Last (Kronenfläche und Kronenschwerpunkt), Kronenform Material (Elastizitätsgrenze der Baumart im grünen Holz) berücksichtigt.
Die statische Belastbarkeit des Stammes wird durch das Biegemoment am Stamm sowie das Widerstands- bzw. Flächenträgheitsmoment des Stammquerschnitts mit den in der allgemeinen Mechanik etablierten Formelsätzen berechnet.
Die Einschätzung der Sicherheit gegen Bruchversagen erfolgt durch Vergleich der ermittelten Belastbarkeit mit der für den Orkanfall ermittelten Windlast.
Die Windlastanalyse erfolgt auf Grundlage einer Abschätzung der am Standort zu erwartenden Windbelastung analog der im Hochbau üblichen statischen Berechnung nach DIN 1055-Teil 4 „Lastannahmen im Hochbau“, der Kronensilhouette sowie der Baumparameter des zu untersuchenden Baumes.

Zugversuch-Eiche-Berlin-Schloss-Schoenhausen

Nachgezeichnete Kronenform zur Windlastanalyse

öbv Baumsachverständiger*
Andreas Wüstenhagen

Schumannstr. 15 b
10117 Berlin

Tel 03024721728
Fax 03024721727
mobil 0171-9202560
email: info@awuestenhagen.de

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