Einfluss der Kronensicherung auf das Schwingungsverhalten von Bäumen

Kurzfassung Bachelorarbeit in Zusammenarbeit mit Lennart Maurer

Einleitung
An Bäume im urbanen Umfeld werden im Hinblick auf ihre Verkehrssicherheit hohe Anforderungen gestellt. Sind bei einem Baum einzelne Äste oder gar ganze Kronenteile ausbruchgefährdet, entsteht im Rahmen der Verkehrssicherungspflicht Handlungsbedarf. Kronensicherungen sollen die Verkehrssicherheit bei erkennbarer Bruchgefahr erhöhen oder wieder herstellen. Kronensicherungen sind mittlerweile ein fest anerkannter Bestandteil der modernen Baumpflege. Häufige Einsatzgebiete sind kodominante Vergabelungen. In der Einschätzung der Stabilität und der Abschätzung
des abzuleitenden Gefährdungspotentials herrscht jedoch oft Unsicherheit. So werden Kronensicherungen häufig vorbeugend, manchmal sogar ohne erkennbare Notwendigkeit eingebaut.
Trotz der weiten Verbreitung existieren nur wenige Untersuchungen zum Einfluss von Kronensicherungen auf Bäume, das Wissen über die Auswirkungen auf den Baum ist begrenzt. Zum Einfluss der Kronensicherung auf das Schwingungsverhalten von Bäumen und die dabei auftretende Biegebelastung am Stammfuß lassen sich in der Fachliteratur zudem gegensätzliche Aussagen feststellen. Neben positiven Effekten wird in der Praxis oft vermutet, dass die Dämpfung der Krone durch eine Kronensicherung vermindert und damit die Lasten an der Stammbasis erhöht würden. In dieser Arbeit wurden daher mittels Ausschwingversuchen die Auswirkungen von statischen und dynamischen Bruchsicherungen auf die Eigenfrequenz und Dämpfung von Stadtbäumen untersucht (Abbildung 1 und 2). Bei Ausschwingversuchen erfolgt eine Schwingungsanregung unter windstillen Bedingungen durch Ziehen und Lösen (Pull and Release) des Baumes.
Ein Zugseil überträgt eine statisch wirkende Kraft auf den Baum. Die erzeugte Energie wird im sich biegenden Stamm gespeichert. Durch abruptes, ruckfreies Lösen kommt es zu einer schlagartigen Energiefreisetzung. Dabei ist eine freie, gedämpfte Schwingung zu beobachten. Die kurz anhaltende Schwingung verläuft in einer Ebene, d. h. der Stamm bewegt sich in Richtung Ruheposition.
(Zeichnung: L.Maurer)

Schwingungsverhalten und Kronensicherung
Schwingungen und Flexibilität ermöglichen dem Baum Windlast abzutragen, was zu große Belastungen am Stamm vermeidet. Dies wird vor allem durch gegenläufige Bewegungen der Äste, das Umbiegen von dünneren Ästen in Windrichtung und einem Energietransfer innerhalb der Baumkrone ermöglicht. Nach Einbau einer Kronensicherung ist die Schwingbewegung von Bäumen oder Kronenteilen noch komplexer. Wird die Kronensicherung belastet, treten die gesicherten Baumteile zusätzlich durch die Verbindung in Interaktion. Da aber ein erheblicher Teil der vom Wind in den Baum eingeleiteten Energie bereits in der Krone abgebaut wird könnte es allerdings sein, dass Kronensicherungen so in die Dynamik des Baumes eingreifen, dass dadurch die Stand- oder Bruchsicherheit gefährdet werden.

3 Ergebnisse und Diskussion
In einem computerunterstützen Suchprozess erfolgte für einen vorgegebenen Wertebereich die Anpassung der sinusförmigen Schwingbewegung mit der kleinstmöglichen Abweichung zu den Datenpunkten. Die meisten Versuche ergaben Ergebnisse, die sich gut anpassen ließen (Abbildung3).

Statistisch signifikante Auswirkungen der Kronensicherungen auf die Eigenfrequenz oder Dämpfung wurden nicht gefunden. Die Unterschiede zwischen den Behandlungen waren so gering, dass sie zwar mit einer größeren Stichprobenzahl signifikant werden könnten, jedoch ist die Wahrscheinlichkeit gering, dass Effekte nennenswerter Größenordnung gefunden werden. Im Mittel wurde die Dämpfung gegenüber dem Baum ohne Sicherung durch eine statische Kronensicherung um 2,9 Prozent verringert, durch eine dynamische um 5,4 Prozent erhöht.

Schlussfolgerungen
Der Einbau von Kronensicherungen hatte keinen messbaren Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Bäume. Andere Parameter, vor allem die Abhängigkeit der Eigenfrequenz vom Schlankheitsgrad (Abbildung 4), dagegen schon.

Diese Zusammenhänge können zum Beispiel bei der Windlastanalyse für die Auswertung von Zugversuchen genutzt werden. Einen direkten Einfluss auf die Stabilität der Bäume haben die sinkenden Eigenfrequenzen mit steigendem Schlankheitsgrad wohl kaum, da es bisher keine Hinweise auf Resonanzversagen bei Bäumen gibt. Eine hinreichend genaue Abschätzung der Eigenfrequenz anhand der Parameter Baumhöhe und Durchmesser lässt sich in dieser Untersuchung bestätigen. Dadurch sind Aussagen über die Schwingungswilligkeit mit Hilfe relativ einfach am Baum zu messender Parameter möglich.