Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7104

Biomechanische Beschreibung der Baumwurzel und ihre Verankerung im Erdreich

Peter Müller

Zusammenfassung
Bäume dienen der Biomechanik schon seit Jahren als Ideenlieferant für Optimierungsstrategien zur Lösung mechanischer Probleme, wobei bisher hauptsächlich die oberirdischen Baumteile als Vorbild genutzt wurden. Das lastadaptive Wachstum setzt sich jedoch auch unter der Erde fort. Diese Arbeit untersucht die Biomechanik der Baumwurzel: In mehreren Feldstudien wurden Erkenntnisse über die wesentlichen Strategien der Baumverankerung gewonnen. Ausgehend von Untersuchungen an geworfenen Bäumen im Forst, wurden Größe und Form der mechanisch wirksamen Wurzelplatte vom Stammdurchmesser und -länge einerseits und der Baumart andererseits miteinander in Beziehung gebracht. Unterscheiden lassen sich demnach die boden- und die wurzelbetonte Verankerung, wobei insbesondere die bodenbetonte Variante über die Scherfestigkeit der Erde ankert. Eine Bodenscherfestigkeitserhöhung am Rand der mechanisch wirksamen Wurzelplatte wurde festgestellt; das Wurzelwerk komprimiert dabei bei Krafteinleitung lokal die Erde. Des weiteren wurden Wurzelstränge aus dem Erdreich ausgezogen und die Auszugskraft sowie die mit der Stammentfernung veränderliche Querschnittsfläche ermittelt. Eine Untersuchung zur lastgesteuerten Zug- und Biegefestigkeit von Wurzelholz schliessen diese Arbeit ab.

Biomechanical Description of Tree Roots and their Anchorage in Soil

Abstract
In biomechanics, trees act since several years as a supplier for optimization strategies regarding mechanical problems. So far, mostly overground tree components have been used for this pupose. This thesis wants to show that load controlled growth is carried on below ground, where the biomechanics of tree roots are examined. In several field studies, insights into the recent strategies of tree anchorage have been gained. Starting with examinations of wind throws in the forest, size and form of the mechanical effective root plate have been found dependent on stem diameter and -length on one hand and tree species on the other. Thus, the anchorage can be divided up into a soil focussed anchorage and a root focussed one. An increase of the soil shear strength at the edge of the mechanical effective root plate has been localized; here, the root compresses the soil when being loaded. As a further experiment, roots have been pulled out of the soil, and the pulling force has been measured, as well as the root cross section, depending on its distance from the stem. This work closes with examinations of load controlled tensile- and bending strength of root wood.

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