Baumstatik - Baumkontrolle - Baumkataster

Mögliche Versagensarten bei Biegung

Die Windlast „drückt“ auf die Baumkrone und leitet somit eine Biegebelastung in den am Boden durch die Wurzeln festgehaltenen Baumstamm ein.

Dabei entsteht an der windabgewandten Seite eine Druck-Spannung, an der windzugewandten Seite eine Zug-Spannung und in der Ebene, in der die Druck- in die Zugbelastung übergeht, der Bereich der höchsten Schub-Spannung. Zusätzlich muss der Stamm, vor allem wenn er sehr hohl ist, auch noch gegen die Tendenz ankämpfen, dass der Querschnitt ovalisiert wird, oder sich druckseitig Beulen oder Knicke bilden.

Zugspannung:
Grünes (lebendes) Holz ist doppelt so zugfest, wie druckfest. Diesem Problem begegnen Bäume durch die Vorspannung, die sie aber nur bei vollholzigen Stämmen aufrecht erhalten können. Bei holen Stämmen finden wir kaum mehr Vorspannung, weshalb ein Zugversagen auszuschließen ist. Dennoch wird es von manchen Kollegen als Versagenskriterium angeführt.

Druckspannung:
Faserstauchen an der Druckseite ist das Versagenskriterium von dem die moderne Baumstatik seit den 1980er Jahren ausgeht. Es gibt aber Kollegen, die dem widersprechen.

Schubspannung:
Dort wo Biegung ist, gibt es auch „Schub“. Schubspannung tritt demnach jedenfalls auf. Ob diese Spannung ein wichtiger Faktor ist, hängt von den Materialeigenschaften ab. Nach Berechnungen von Dr. Wessolly spielt sie ab einer Restwandstärke unter 4 cm eine Rolle und dann wird gleich wahrscheinlich wie Faserstauchen.
Der Biegeschubriss wird von manchen Kollegen als Versagenskriterium angeführt – wirklich untersucht wurde er meines Wissens nach noch nicht.

Ovalisierung des Querschnittes und Tangentialzugspannung:
Zu einer Ovalisierung des Stammquerschnittes kann es nur kommen, wenn der Stamm bereits merklich gebogen ist. Dann erzeugen die resultierenden Zug- wie auch Druckkräfte Belastungen, die 90° zur Zug- und Druckrichtung auf den Querschnitt einwirken. Somit wird der Querschnitt oval gedrückt und an den Seiten mit dem engeren Radius entstehen Zugkräfte, die sich mit den Biegeschubspannungen überlagern.
Zu diesen Effekten kommt es zweifelsfrei – aber bei einer deutlichen Stammbiegung, die Voraussetzung für diese Prozesse ist, liegt bereits ein Druckversagen (Faserstauchen) als Primärversagen vor. (wissenschaftliche Arbeit)

Beulenversagen (Holschlauchknicken nach Mattheck):
Dieses Versagen wird eigentlich nur bei ebenen Flächen (Platten) und nicht bei gekrümmten (Baumstamm) beschrieben. Wir erwarten Beulen daher nur bei dicken Stämmen, deren Krümmung am Umfang gering ist. Nach Berechnungen von Dr. Wessolly tritt auch dieses Versagensereignis erst ab einer Restwandstärke unter 4 cm - gleich wahrscheinlich wie Faserstauchen - auf.

Theoretisch kann jede der beschriebenen Belastungen zum Versagen führen. Wirklich untersucht und publiziert wurde zu diesem Thema bisher aber nichts, weshalb wir 2010 dieses Forschungsprojekt begonnen haben, das jetzt in einer Masterarbeit finalisiert wurde. In dieser Arbeit konnte eindeutig Faserstauchen als alleiniges Primärversagen erkannt werden.

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