Zugversuche werden in der Baumbegutachtung genutzt, um Aussagen über die Stand- und Bruchsicherheit von Bäumen, im Rahmen einer eingehenden Baumuntersuchung zu treffen. Durch Einspeisung einer Windersatzlast in den Baum und Messung der daraus resultierenden Randfaserdehnung sowie Wurzeltellerneigung werden Daten zur Bewertung der Verkehrssicherheit von Bäumen gewonnen. Basis dieser Technik sind Materialkennwerte grüner Hölzer.

Windlastanalyse

Der Ermittlung von Bruch- und Standsicherheit geht bei den Zugversuchen eine Windlastanalyse voraus. Im ersten Schritt wird der Baum fotographisch aufgenommen. Des Weiteren werden Kennwerte des Baumes, wie etwa Baumhöhe oder Stammdurchmesser, ermittelt. In einem speziellen Grafikprogramm wird das Foto abgetastet und daraus folgend die Momentanteile errechnet. Hierzu werden auch Parameter, wie die unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten, die Eigenschwingung des Baumes, Geländehöhen, Temperaturen und Umbauung mit berücksichtigt.

Ermittlung der Bruchsicherheit

In einem ersten Schritt wird aus den Abmessungen des Baumes und den entsprechenden Materialkennwerten die sogenannte Grundsicherheit des vollzylindrischen Stammquerschnittes errechnet. Die Grundsicherheit ist das Verhältnis zwischen der Belastbarkeit des nicht defektbehafteten Stammes und der Windbelastung bei Orkanstärke. Dies wird als Vergleichswert für eine Höhlung im Baum herangezogen.

Die Windersatzlast wird folgend in den Baum eingespeist und mittels Kraftmessdose im Zugstrang gemessen. Die Dehnung der repräsentativen Randfaser wird ebenfalls gemessen. Hierzu dienen Dehnungsmesser (Elastometer), die die Randfaserdehnung auf einen µm genau ermitteln. Die sich hieraus nach dem Hookeschen Gesetz im linear-elastischen Bereich ergebene Gerade wird am Computer über ein Kraft-Dehnung-Diagramm dargestellt und anschließend bis zur Elastizitätsgrenze der jeweiligen der Baumart extrapoliert. Da bei Holz die Druckfestigkeit geringer ist als die Zugfestigkeit gilt die Elastizitätsgrenze in Druckrichtung als Bemessungsgrenze. Grundsätzlich besteht die rechnerische Abschätzung der Bruchsicherheit aus einem Vergleich des „Orkan-“ Biegemomentes, das aus der abgeschätzten Windlast ermittelt wird, mit dem errechneten Biegemoment der angelegten Windersatzlast an der Dehnungsgrenze des Holzes. Zur statischen Berechenbarkeit des Baumbruches ist der Baum im Wind mit einem einseitig eingespannten Biegebalken vergleichbar. Die Spannung in der Randfaser ergibt sich dabei aus dem Verhältnis zwischen Biegemoment und Widerstandsmoment. Über das Biegemoment der Windersatzlast wirken mechanische Zug- und Druckspannungen. Diese sind über das Hookesche Gesetz unter der Verwendung der Elastizitätskonstanten, dem E-Modul, zu berechnen. Zur nun folgenden Bestimmung der Bruchsicherheit wird die theoretisch erwartete Spannung auf die Messebene, die bei Orkanen der Windstärke 12 auftreten sollte, mit der Druckfestigkeit grüner Hölzer verglichen.

Ermittlung der Standsicherheit

Um Aussagen über die Standsicherheit eines Baumes treffen zu können, kann die Inclinomethode genutzt werden. Hierbei wird ebenfalls eine Windersatzlast in den Baum eingespeist. Zeitgleich wird die Neigung des Wurzeltellers gemessen. Zu diesem Zwecke wird ein Neigungsmesser (Inclinometer) verwendet, welcher am Stammfuß angebracht wird. Bei Erhöhung der eingespeisten Last, gemessen mit der Kraftmessdose, zeichnet der angeschlossene Computer nun für diesen Baum die Kraft-Neigungs-Kurve auf, die dann extrapoliert und mit der verallgemeinerten Kippkurve nach Wessolly verglichen wird. Wichtige Grenze ist hierbei eine Wurzelstockneigung von 2,5°, bei der die Maximalkraft zum Kippen der Bäume nach dieser verallgemeinerten Kippkurve erreicht wird. Somit ist die extrapolierte Lastannahme an diesem Punkt mit der Orkanlast zu vergleichen.