V novém čísle najdete:

Téma: Stromy

 

Sortiment pro měnící se středoevropské klima

Rozhovor o stromech ve Vídni a v Praze

Pro zdravé stromy v ulicích - pilotní projekt Budečská

Použití prokořenitelných buněk v Brně

 

 

 

 

 

 

Navigace: Domů Archív zakládání a údržba zeleně Přístrojové hodnocení stability stromů

Přístrojové hodnocení stability stromů

Tisk
Andrea Szórádová, Luděk Praus

Jedním ze základních požadavků kladených na stromy je jejich bezpečnost. Téma provozní bezpečnosti stromů včetně možností hodnocení tohoto parametru bylo na stránkách odborného tisku již několikrát diskutováno. Přesto je mnoho témat, která zaslouží bližší pojednání. Jedním z těchto témat je aplikace přístrojových metod hodnocení stability stromu.
V současné době existuje řada přístupů, kterými lze provést zhodnocení stability stromu. Rozlišujeme metody vizuální (VTA, SIA, WLA), kdy na základě dendrometrických charakteristik, vitality a přítomných defektů posuzujeme stav nadzemní části stromu. Bezesporu nejrozšířenější je „konvenční vizuální hodnocení stromů", závislé na zkušenostech a znalostech hodnotitele, jež může být v mnoha případech dostačující. Je však nutné si uvědomit, že vizuálními metodami lze hodnotit pouze nadzemní části stromu a že stav kořenového systému, stejně jako přítomnost a rozsah uzavřených dutin zůstávají i nejzkušenějšímu oku odborníka skryty.
Potřeba precizního vyjádření pravděpodobnosti selhání stromu v jeho nadzemní a podzemní části vedla k aplikaci metod přístrojových, které byly většinou vyvinuty pro potřeby zhodnocení kvality dřeva jakožto suroviny či technických objektů, např. dřevěných pilotů, sloupů apod. Tyto metody jsou založeny na měření vlastností dřeva a pracují na různých fyzikálních principech (měření hustoty, měření elektrického odporu, rychlosti šíření zvuku apod.). Různým způsobem tak zjišťujeme dostatečnou kvalitu a množství materiálu, který je k dispozici pro přenos mechanického napětí.
Všechny přístrojové metody nemají stejnou výpovědní hodnotu ve vztahu k požadované informaci - pravděpodobnosti selhání stromu. Pro odpověď na tuto otázku je nutno popsat na jedné straně nosnou kapacitu stromu, která je funkcí množství materiálu (rozumějme průměr kmene, výška kmene, velikost dutiny ...), distribuce a kvality materiálu (tvar kmene, tvar dutiny a další), na straně druhé potenciálně působící zatížení, nejčastěji napětím vznikajícím na kmeni při určité referenční situaci, v evropském prostoru nejčastěji při určité síle větru. Ta metoda, která analyzuje všechny tyto parametry, může být nazvána komplexní a vhodná pro vyjádření stability stromu.
Při studiu dostupných metod narážíme na problémy, které limitují určité přístupy. Tážeme se zejména na komplexnost a řekněme „přímost" metod. Nárok komplexnosti vyplývá z výše uvedeného. Z tohoto pohledu narážejí metody založené na měření zbytkové stěny (např. penetrometry, akustická tomografie) na problémy při interpretaci. Jistě. Těmito metodami lze snáze či obtížněji zjistit rozsah dutin, pohledu skrytých, a pomocí barevných grafů je i zobrazit. Jediná informace, která z takového měření vyplývá, je, že ve kmeni je dutina. Bez dalšího zpracování je výpovědní hodnota takové informace omezená. Stejně i metody, které zjistí vlastnosti dřeva, opět dávají informaci pouze o vlastnostech dřeva, omezeně při vhodné interpretaci informují o nosné kapacitě kmene. Přímost metod je požadavek na přímé zjištění hledaného parametru. Pro vysvětlení bude nejlepší příklad: je mnoho přístrojů založených na zjišťování mechanických vlastností dřeva měřením rychlosti průniku zvuku. Rychlost zvuku je přímo úměrná tuhosti materiálu a nepřímo úměrná hustotě materiálu. Zjistíme-li rychlost průniku zvuku, jsme schopni vypočítat hustotu nebo tuhost (za předpokladu že druhou veličinu znám, odhadnu nebo naleznu v tabulkách). Ovšem pro zjištění pravděpodobnosti selhání potřebuji znát pevnost materiálu. Ta je sice s hustotou i tuhostí v úzkém vztahu, ale již je zde určitá úroveň statistické nejistoty.
Komplexnost metod můžeme také vztáhnout k popisu celé struktury, tedy pouze ta metoda, která zjistí pravděpodobnost zlomu a vyvrácení může být považována za komplexní, a to je již poměrně vysoký nárok.
Tahová zkouška
V současné době je asi jediným způsobem komplexního hodnocení stability stromu (tedy metodou, která zahrnuje jak testování odolnosti proti zlomu, tak i odolnosti proti vyvrácení) tahová zkouška. Jedná se o metodu, která byla vyvinuta autory Sinnem a Wessollym a publikována pod názvem Static Integrated Method (SIM). V České republice se používá od roku 1996. V posledních letech byla na Ústavu nauky o dřevě Lesnické a dřevařské fakulty MZLU v Brně vyvinuta nová a modernější varianta přístrojů pro její realizaci.
Na rozdíl od jiných metod tahová zkouška zvažuje všechny tři základní komponenty stability stromu a to působící sílu, tvar a materiál nosných prvků (viz trojúhelník stability dle Wessollyho).
Vzhledem k velikostem napětí a frekvenci působení je nejvýznamnějším přirozeným zdrojem zatížení působícího na strom vítr. Jinými zdroji zatížení jsou potom přídatná zátěž tvořená vrstvami sněhu nebo ledu, vlastní hmotnost, kolísání teplot apod. Energie vzniklá zatížením stromu je přenášena jeho jednotlivými částmi až do prostoru kořenového systému, kde je následně přeměněna na energii tření mezi částicemi půdy a kořeny.
Silou, vznikající při rychlosti větru 32 m/s, je tedy definována úroveň namáhání stromu. Tvar, průměr kmene a rozměry dutiny identifikují geometrii nosné struktury. Hodnocení bezpečnosti je založeno na otázce, zdali působení zatížení větrem způsobuje kritickou deformaci dřevních vláken kmene nebo kořenového systému.
Tahová zkouška se skládá z následujících částí: terénního šetření, vlastní tahové zkoušky, zátěžové analýzy a výpočtu bezpečnosti stromu proti vyvrácení či zlomení.
Terénní šetření
Před vlastní tahovou zkouškou se provádí průzkum stanoviště, na kterém se sledovaný strom nachází. Významné jsou informace o výkopech a jiných stavebních pracích, které v minulosti probíhaly v blízkosti stromu. Dále jsou zaznamenány veškeré defekty stromu (tlakové větvení, přítomnost otevřených dutin a trhlin apod.), případná přítomnost dřevokazných hub a pěstební zásahy provedené v minulosti (řez, vazby aj.). Následně se měří základní dendrometrické charakteristiky stromu a pořídí se patřičná fotodokumentace.
Vlastní tahová zkouška
Hlavní část zkoušky spočívá ve zjištění mechanického chování stromu. Strom je uměle zatížen a příslušná reakce je snímána sadou přístrojů. Měřena je působící síla, vznikající deformace a současně je zaznamenáván náklon kmene. Výsledkem této části zkoušky je tedy zjištění deformace a náklonu kořenového talíře při známé síle.
Zátěžová analýza
Při zátěžová analýze je pomocí speciálního softwaru na základě digitální fotografie a parametrů stromu (výška) zjištěna skutečná náporová plocha stromu. Následně je vyčíslena síla, která vznikne prouděním větru o rychlosti 32 m/s na danou náporovou plochu.
Sílu, která je výsledkem působení rychlosti větru na plochu koruny, lze vyjádřit pomocí Newtonovy rovnice pro proudění kapalin
F = 0,5 × Cw × A × ρ × v2
kde Cw je koeficient aerodynamického odporu, A je náporová plocha stromu, ρ hustota vzduchu a v rychlost proudění. Výsledkem zátěžové analýzy je kvantifikace síly působící na konkrétní sledovaný strom při určité, dohodnuté rychlosti proudění.
Výpočet bezpečnosti stromu
Tahové zkoušky se zaměřují na dva typy možného selhání, a to zlom kmene a vyvrácení stromu.
Jak již bylo uvedeno výše, zatížení působící na strom je přenášeno jednotlivými orgány stromu až do kořenového prostoru. Stabilní jedinec potom musí mít takovou pevnost, aby byl schopen působící zatížení přenést.
Pevnost stromu je dána vlastnostmi materiálu, jeho množstvím a prostorovým uspořádáním. Strom se adaptačním růstem snaží dosáhnout optimálního stavu, kdy je napětí vzniklé zatížením stromu rovnoměrně rozloženo po povrchu a průřezu kmene.
Odolnost proti zlomu vychází ze záznamu namáhání dřevních vláken změřených pomocí elastometru. Na základě známé deformace dřevních vláken při známé síle se vypočítá interpolací deformace vznikající při zatížení větrem zjištěném zátěžovou analýzou. Podle hodnoty deformace při porušení (tabulková hodnota) lze vypočítat procentickou hodnotu bezpečnosti, která zahrnuje i případné vnitřní defekty, což je z hlediska hodnocení a interpretace obrovská výhoda.
Odolnost proti vývratu vychází ze záznamu inklinometru. Tento přístroj zjišťuje náklon báze kmene (je tedy eliminován vliv deformace kmene). Pravděpodobnost selhání je interpretována na základě porovnání s tzv. všeobecnou vývratovou křivkou, experimentálně zjištěnou funkcí popisující vyvracení stromu. Tato křivka, resp. jí odpovídající funkce, byla sestavena na základě mnoha plně destruktivních testů stromů, tedy na základě testů, kdy strom byl uměle vyvrácen a průběh vztahu mezi silou a náklonem byl zaznamenáván. Obdobně jako při interpretaci odolnosti kmene i zde je na základě naměřených hodnot síly a náklonu extrapolována síla nutná k destrukci kořenového systému. Pokud je stejná nebo nižší než vypočtené potenciální zatížení daného stromu, je tento strom označen jako nestabilní.
Praktické použití metody
Čtrnáct let používání metody v podmínkách ČR ukázalo, že se jedná o vysoce hodnotný postup, který umožňuje u cenných stromů provést exaktní analýzu jejich stavu. Mezi hlavní oblasti nasazení patří následující případy:
* Hodnocení stavu cenných stromů
Tato oblast se týká především jedinců, u nichž existuje zájem vyhlásit je jako stromy památné podle zákona č. 114/1992 Sb. V případě, že strom roste na frekventovaném stanovišti a existují pochybnosti o jeho stabilitě, je vhodné doporučit prověření stavu tahovými zkouškami. U mohutných stromů často stačí pro jejich stabilizaci i velmi tenká zbytková stěna. V mnoha případech tak právě realizace přístrojového testu umožní ponechání senescentního stromu, event. navržení citlivého stabilizačního zásahu.
* Analýza stromů poškozených výkopovou činností
Realizace výkopů v blízkosti hodnotných stromů je jedním z nejčastějších faktorů, které následně mohou vést ke statickému selhání poškozených jedinců a ohrožení bezpečnosti v jejich okolí. V případě, že k provedení výkopů došlo v ochranném pásmu stromu, jsou tahové zkoušky jedinou možností, jak zjistit, zda současně došlo i k narušení staticky významného kořenového talíře.
* Změna stanovištních poměrů
Stromy jsou organismy, které svou stabilitu modifikují dlouhodobě v součinnosti s pedologickými poměry daného stanoviště. Pokud se v bezprostředním okolí stromu nachází např. zídky, obrubníky nebo jiné pevné překážky, kořeny je obrůstají a strom je tak „zabuduje" do svého statického systému. Při jejich rekonstrukci (odstranění) či narušení pak může dojít k zásadní změně statických poměrů, které mohou vést i k destabilizaci stromu. Vliv změny stanovištních poměrů opět může prokázat pouze test tahovými zkouškami.
* Sledování dynamiky rozvoje defektu
Protože jsou tahové zkoušky metodou neinvazivní, která nijak nenarušuje zkoumaný objekt - strom, je možné provádět i opakované sledování změny stavu. V případech, kdy je indikován výskyt dřevokazných hub (ať již v oblasti kmene či kořenového systému), je možné opakovaným testem zjišťovat nejen aktuální stav, ale i dynamiku vývoje. Je pak zřejmé, zda převažuje samostabilizační funkce stromu nebo zda převažuje postup infekce houbou a dochází tak k postupné destabilizaci jedince.
Velkou výhodou metody tahových zkoušek je procentuální vyjádření stability v jednotlivých parametrech (odolnost proti zlomu, vyvrácení a ukroucení), což je výrazně srozumitelnější než informace o zbytkové stěně nebo že strom je dutý. Vytváří se tak prostor pro interpretaci údajů odborným arboristou a je umožněný i variantní návrh různých typů stabilizace stromu.
Popisovaná metoda prověřování statických poměrů stromů - tahové zkoušky - představuje v současné době nejvyšší standard hodnocení tohoto parametru nejen v České republice. Nasazení metody je opodstatněné především u cenných stromů, rostoucích na frekventovaných stanovištích s výskytem staticky významných defektů, které nelze dostatečně popsat s využitím vizuálních metod. Často se jedná o jediný možný postup, kterým je možné získat exaktní informace o možném riziku, které mohou představovat stromy rostoucí v urbanizovaném prostředí.
Foto autoři
1, 3
Měření namáhání dřevních vláken pomocí elastometru a výsledný záznam
2
Měření náklonu báze kmene pomocí inklinometru

 

Přidat komentář


Bezpečnostní kód
Obnovit

 

szkt-logo-2015-leva_zarazka_jpg