Bei der Regulierung des Baumbestandes in einem Wald stellt sich dem Forstdienst die Frage, wie die Durchforstung geschehen soll. Welcher Baum darf bleiben, welcher muss weichen? Spätestens seitdem «Lothar»  an Weihnachten 1999 tausende von Bäumen umfegte, besteht ein breites Interesse den Eigenschutz der Wälder zu optimieren.

Das Projekt «Der Einfluss der Durchforstung auf die Wurzelverankerung und deren Resistenz gegenüber Wind» hat zum Ziel, die Pflege des Waldbestandes zu optimieren, damit künftige «Lothars» weniger Schaden anrichten können. Die Auswirkungen des Schwingungsverhaltens der Bäume werden messtechnisch erfasst.

Forstingenieur Pierre Vanomsen, Doktorand bei Jean-Philippe Schütz, ETH-Professor für Waldbau und an der Empa betreut von Dr. Glauco Feltrin, Bauingenieur in der Abteilung Ingenieur-Strukturen, hat sich dieser Herausforderung gestellt.

Das Ziel ist, den Einfluss der Durchforstung auf die Wurzelverankerung und deren Resistenz gegenüber dem Wind zu untersuchen. Dabei werden vor allem Fichten unter die Lupe genommen; sie gelten als am sturmgefährdetsten. Doch wie werden Fichten geschüttelt und wie wird zugleich verlässliches Datenmaterial generiert?

«Egal, ob Brücke, Staumauer oder Baum.»
Für Dr. Masoud Motavalli, Leiter der Abteilung Ingenieur-Strukturen an der Empa, scheint dies klar zu sein. «Das Prinzip des Vorgehens ist ähnlich, ob wir eine Brücke, eine Staumauer, einen Betonmasten oder einen Baum untersuchen, nur das Material und das Struktursystem ändert sich.» Dabei beruft er sich auf frühere Forschungen und das so erlangte Know-how seiner Leute.

Mit bis zu 16 Tonnen Zugkraft
Um einen Fichte so richtig in Schwung zu bringen, wird sie über ein Stahlseil mit einem servo-hydraulischen Zylinder verbunden. Der Zylinder zieht das Seil mit bis zu 16 Tonnen Zuglast regelmässig an und zwar in einem Rhythmus, der jenem der Eigenfrequenz des Baumes entspricht. So können die dynamischen Bedingungen während eines Sturmes, die Böen, sehr gut simuliert werden.

Zudem führt ein Kabel in den Boden zu einem Mikrofon, das die Wurzelbrüche dokumentiert.

Die Installationen wurden vom Empa-Testhallenteam ausgeführt und überwacht.

Um die Aussagekraft der Untersuchungen zu erhöhen, wird nicht nur eine Fichte in Schwingung versetzt: Gleich vier vergleichbare Exemplare werden jeweils in einem schwach und in einem stark durchforsteten Waldstück der Prozedur unterzogen. Auch die Amplituden der Schwingungen werden verändert, bis hin zum Bruch des Baumstammes.

Praktischer Nutzen
Als nächste grosse Herausforderung steht nun die Auswertung der generierten Daten an. Der Doktorand Pierre Vanomsen wird mit Unterstützung von Dr. Glauco Feltrin geeignete Modelle untersuchen,  mit denen sich verlässliche Aussagen über die Anfälligkeit der Fichten auf starke dynamische Belastungen machen lassen.

Ziel des Projektes soll ja die Optimierung der Durchforstung der Wälder sein, also das Rückführen der Erkenntnisse in die Praxis. So gesehen kann diese Forschungsarbeit als idealer Brückenschlag bezeichnet werden: Von einer Problemstellung aus dem Alltag hinüber in die theoretische Welt der Forschung und zurück in den Alltag – mit praktischem Nutzen.