Teoria
Próba obciążeniowa, pozwala na ocenę zagrożenia złamania bądź wykrotu drzewa pod wpływem wiatru. Ze względu na pomiar dwóch powiązanych z tym cech, nosi też nazwę elasto-inclino.
Podstawą teoretyczną jest Statics Integrated Methods (w skrócie SIM, zwana także Static Integrated Measuring, na jęz. polski najczęściej tłumaczona jako „zintegrowana ocena statyki drzewa”), opracowana przez Lothara Wessolly’ego. Jego praca oparta była na wspólnych badaniach kilku naukowców, w tym Güntera Sinn’a, który osobno rozwinął zbliżoną w metodyce metodę Arbeitsstelle für Baumstatik, (w skrócie AfB). Niemniej dostępne powszechnie na rynku urządzenia (PiCUS TreeQinetic, Pulling Test i DynaTim) bazują na metodzie SIM. Poświęcę jej osobny artykuł.
Przebieg badania
Badanie – w zależności od użytego sprzętu – różni się w szczegółach, ale generalnie polega na przyłożeniu do drzewa obciążenia statycznego (najczęściej przy użyciu zakotwiczonej wyciągarki) i pomiaru siły uciągu oraz reakcji drzewa w postaci odkształcania włókien (rozciągania lub kurczenia, w zależności od strony pnia na której zainstalowane są elastometry) i pochylania bryły korzeniowej (przy użyciu inklinometrów, montowanych u podstawy pnia).
Zazwyczaj korzysta się z 2-4 inklinometrów i 1-2 elastometrów. W razie potrzeby czujniki można przemieścić i powtórzyć badanie w nowej konfiguracji.
W trakcie badania, podczas stopniowego zwiększania obciążenia, odczyty z sensorów są na bieżąco przesyłane do programu, który je rejestruje i analizuje na bieżąco, przede wszystkim w celu zapobieżenia przekroczeniu wartości granicznych, co mogłoby doprowadzić do uszkodzenia drzewa (złamania pnia lub zerwania systemu korzeniowego albo ich trwałego odkształcenia). Dzięki temu jest to badanie bezinwazyjne, bezpieczne dla drzewa i wykonujących je osób.
Nadzór obserwatora jest także konieczny, aby wychwycić objawy awarii (która może jednak pojawić się wcześniej niż osiągnięcie limitów) a także nieprawidłowości świadczące o konieczności powtórzenia badania.
Badanie – w zależności od użytego sprzętu – różni się w szczegółach, ale generalnie polega na przyłożeniu do drzewa obciążenia statycznego (najczęściej przy użyciu zakotwiczonej wyciągarki) i pomiaru siły uciągu oraz reakcji drzewa w postaci odkształcania włókien (rozciągania lub kurczenia, w zależności od strony pnia na której zainstalowane są elastometry) i pochylania bryły korzeniowej (przy użyciu inklinometrów, montowanych u podstawy pnia).
Analiza
Dla opracowania wyników konieczne jest m.in. ustalenie paramentów badania, tj. kąta liny ciągnącej, wysokości jej zaczepienia oraz odległości horyzontalnej do punktu ciągnięcia, w celu interpretacji przyłożonego obciążenia względem wywołanego teoretycznego obciążenia wiatrem (który przecież napiera na drzewo w kierunku zbliżonym do poziomu).
Zestawiając dane uzyskanego obciążenia z zarejestrowanym nachyleniem bryły oraz odkształceniem pnia obliczane są momenty krytyczne, które spowodowałyby odpowiednio wykrocenie drzewa lub złamanie jego pnia.
Ta część analizy bazuje na metodyce Wessolly’ego.
Drugim elementem jest szacowanie naporu wiatru, czemu poświęcę osobny wpis
Wyniki
Efektem końcowym są wyliczone współczynniki bezpieczeństwa (o których przeczytasz w osobnym artykule), niezależnie dla odporności pnia na złamanie i stabilności w gruncie, dla zadanej maksymalnej prędkości wiatru (najczęściej 33 m/s, w niektórych rejonach, jak np. wybrzeże Bałtyku albo tereny górskie może być konieczne zwiększeni tej wartości). W przypadku używania więcej niż jednego czujnika danego typu, jako wynik końcowy uznaje się najniższy z wyników cząstkowych.
Jak wspomniałem wcześniej, analiza jest prowadzona na bieżąco i w każdym momencie badania gotowe są zaktualizowane wyniki. Badanie można więc zakończyć w dowolnym momencie, oczywiście pod warunkiem zebrania dostatecznej ilości danych – co prawda programy wyliczą wynik przy dowolnym pochyle, ale przyjmuje się, że powinno osiągnąć co najmniej 0,10o, aby były one wiarygodne.
Niektóre programy (np. ArWilo, będący częścią oprogramowania DynaTim), pozwalają na planowanie redukcji korony w celu zmniejszenia powierzchni żagla i tym samy obniżenia potencjalnego naporu wiatru, aż do uzyskania wymaganych współczynników bezpieczeństwa. W oprogramowaniu Fakopp trzeba samodzielnie dobrać parametry korony, aż do uzyskania satysfakcjonującego rezultatu. Więcej w artykule o współczynnikach bezpieczeństwa.
Kierunki rozwoju
Rozwinięciem tej metody jest dynamiczna próba obciążeniowa, gdzie analizowana jest rzeczywista reakcja drzewa pod naporem wiatru.
Natomiast Rinntech eksperymentuje z nowymi formami prowadzenia statycznych prób obciążeniowych. M.in. można umieszczać inklinometry wyżej na pniu, aby porównywać stopień jego pochyłu względem bryły korzeniowej i na tej podstawie wyciągać wnioski (służy temu specjalny moduł w DynaTim).
Drugą opcją jest umieszczanie inklinometrów bezpośrednio na gruncie, aby tak sprawdzać ruchy bryły korzeniowej w trakcie badania. Dla tej opcji w nowej wersji oprogramowania został również wbudowany oddzielny moduł.
Kontrowersje i ograniczania
Większość z nich tyczy się samej metody SIM, więc opisuję je w dedykowanym artykule. Tutaj skupię się na praktycznych aspektach wykonywania próby.
Problemem jest budowa i stan drzew oraz warunki otoczenia, które często decydują o niemożności wykonania badania zgodnie z metodyką.
Np. przyjmuje się, że badanie powinno być przeprowadzone w kierunku największego osłabienia (np. stwierdzonego uszkodzenia korzeni lub pnia), możliwego upadku drzewa i związanego z tym zagrożenia oraz ryzyka, lub w zależności od kierunku panujących wiatrów albo stwierdzonego kierunku największego obciążenia drzewa wiatrem (związanego z występowaniem innych obiektów w otoczeniu).
W praktyce, w warunkach miejskich, rzadko kiedy mamy komfort pozwalający na dowolne dobranie kierunku ciągnięcia. Przeszkodą może być umiejscowienie infrastruktury, ruch uliczny, czy brak możliwości instalacji wyciągarki w odpowiednim miejscu. Zazwyczaj kierunek badania jest uzależniony od warunków miejscowych i nie ma wiele wspólnego z realnymi potrzebami. Oczywiście nie przekreśla to przydatności badania, ale w przypadku drzew z obniżoną stabilnością może stanowić istotną przeszkodę we właściwej ocenie drzewa.
Konfiguracja badania zależna jest również od budowy drzewa. Niejednokrotnie nie ma możliwości umiejscowienia punktu ciągnięcia odpowiednio wysoko (blisko środka naporu wiatru) np. ze względu na uszkodzenia pnia i związane z tym ryzyko jego złamania w trakcie testu. W takim przypadku punkt musi być umieszczony relatywnie nisko co wpływa niekorzystnie na badanie – przyłożenie obciążenia może powodować „przepychanie” drzewa w gruncie zamiast jego pochylania.
Nisko umiejscowiony zaczep jest także często wymuszany brakiem przestrzeni lub odpowiednio oddalonego punktu do instalacji wyciągarki. W takim przypadku zainstalowanie liny wysoko, pod ostrym kątem, spowoduje, że obciążenie będzie oddziaływać głównie na zagięcie pnia (bez unoszenia bryły korzeniowej), co nie tylko wpływa niekorzystnie na wynik badania, ale może także doprowadzić do niekontrolowanego uszkodzenia pnia w wyższych partiach (gdzie nie mamy kontroli stopnia deformacji).
Odpowiednio wysokie umiejscowienie punktu ciągnięcia może także wypaczać wynik badania w przypadku drzew z nisko położoną nasadą korony – w takiej sytuacji może się okazać, że przyłożone obciążenie jest silnie pochłaniane w rozwidleniach i tylko część jest przekazywana na pień i system korzeniowy (mniejsza niż w warunkach prawdziwego obciążenia wiatrem).
Teoretycznym rozwiązaniem jest jednoczesne ciągnięcie za kilka przewodników – tylko, że w takim wypadku likwidujemy amortyzujące działanie rozwidleń i w tym przypadku – odwrotnie niż w powyższym – przekazujemy na pień i system korzeniowy większe obciążenie niż w rzeczywistych wietrznych warunkach.
Podsumowanie
Jak widać istnieje wiele ograniczeń w możliwości stosowania i prawidłowego wykonania tego badania, które – wraz z niedokładnościami metodyki – sprawiają, że wyniki mogą istotnie odbiegać od rzeczywistości.
W jednym z wykładów Ferenc Divos, (właściciel Fakopp Enterprise) oszacował wielkość typowego błędu pomiarowego na 50%, bez uwzględnienia wpływu niedokładności w oszacowaniu naporu wiatru!.
Są to istotne wnioski, ponieważ wyniki prób są zazwyczaj podawane z bardzo dużą dokładnością (do 1%) i są traktowane jako bezwzględny wyznacznik zakresu redukcji w przypadku współczynników bezpieczeństwa niższych niż 150%.
Przede wszystkim jednak oznacza to, że próba obciążeniowa nie powinna być traktowana jako samodzielna metoda diagnostyczna, tzn. nie powinno się podejmować decyzji o postępowaniu z drzewem wyłącznie na podstawie jej wyniku. Każdorazowo należy także przeprowadzić pełną ocenę wizualną drzewa, przeanalizować historię zabiegów, zmian w otoczeniu i wykonanych prac, które mogły wpłynąć na stan drzewa i jego stabilność.
Należy również podkreślić, że pomimo swoich niedoskonałości jest to jedyna metoda (wraz jej rozwinięciem w postaci dynamicznej próby obciążeniowej), która pozwala liczbowo ocenić stabilność drzewa w gruncie.
