Dinamikus gyökérvizsgálat (DRE)

Átírás

1 Dinamikus gyökérvizsgálat (DRE) Divós Ferenc Nyugat-magyarországi Egyetem Simonyi Károly Kar Fizika-Elektrotechnika Intézet Sopron, április 29.

2 Előre jelezhető a fa kifordulása?

3 Nem könnyű, a gyökér nem látható.. Rendelkezésre álló módszerek: - húzó vizsgálat - dinamikus gyökérvizsgálat, ÚJ MÓDSZER!

4 Húzó vizsgálat

5 Erőmérő és kijelzője Dőlésmérő a fa tövén

6 Dőlés (fok) Gyökér kifordítási vizsgálat Erő (N) 2 fok felett a kifordításhoz szükséges erő már nem növekszik. A húzó vizsgálatnál maximálisan 0,2 fokot döntünk a fa tövén. Ezzel viharos szelet szimulálunk.

7 A húzás 16 illetve 32 kn-os vonszolóval történik.

8 A gyökérzet stabilitását jelző biztonsági tényező (SF) meghatározása ha SF > 1.5 a gyökérzet stabil ha SF < 1.0 a gyökérzet biztonságos 1.0 < SF < 1.5 szürke zóna h korona_közép h kötél dőlésmérő a M: forgató nyomaték (Nm) F : erő (N) r : levegő sűrűsége (kg/m 3 ) V : szél sebessége (m/s) A : korona területe(m 2 ) c : ellenállás tényező (-) F kifordít : kifordításhoz szükséges erő (N)

9 Az értékelés extrapolációval történik Az általános dőlési görbe: a = 1/3 tan(p/73,85) +0,00005 p 2-0,0009 p ahol: a: dőlés fokban p: az erő a maximális erő %-ában.

10 Felműszerezett fa

11

12

13 Dinamikus gyökérvizsgálat Dynamic Root Evaluation (DRE) Új módszer

14 Szélsebesség (km/h) A szél terhelés dinamikus terhelés Idő (s)

15 Az ötlet A dinamikus gyökérvizsgálat hasonlít a húzóvizsgálatra, csak a kötélerő helyett a széllökés sebességet mérjük. Ugyan úgy mérjük a fa tövének a dőlését. Ettől lesz a terhelés dinamikus.

16 Ötlet: - húzás helyett a terhelést a szélre bízzuk. - az erő helyett a szélnyomást használjuk: p szél p szél = (r/2)* V 2 - ahol: r a sűrűség, V a szélsebesség Következmények - a gyakran előforduló szélsebesség kicsi, ezért a fa válasza, illetve dőlése is kicsi lesz. A dőlésméréshez szükséges felbontás 0,001 fok! - Ha az 56m magas pisai ferdetorony dőlése 0,001 fokot változna, akkor a csúcsa 1 mm-t mozdul el. szélsebesség (km/h) szélnyomás (Pa)

17 A szükséges mérőműszerek: - dőlésmérők - szélsebesség mérő eszköz

18 Dőlésmérő adat gyűjtővel A +/- 2 fok tartományban működő 0,001 fok felbontású kétirányú dőlésmérő. A gömbfejes felfogatás facsavar segítségével.

19 Dőlésmérő adatgyűjtővel Műszaki adatok: két tengely mérési tartomány +/- 2 fok felbontás: 0,001 fok hőmérséklet kompenzált mintavétel gyakorisága 10 Hz integrált GPS adattárolás 8 GB SD kártyán a generált fájlnév a pontos idő, amit a GPS szolgáltat rögzítés 1 db facsavarral áramellátás: 12V, áram felvétel: 20 ma

20

21 Vizsgálat 4 dőlésmérővel. 1, 3 és 2, 4 azonos görbéket adott. 1 és 2 görbéi eltérőek, de a származtatott biztonsági tényezők azonosak

22 Szélsebesség mérés Mintavétel gyakorisága 1/sec A valós szélsebességet kell mérni. Legjobb elhelyezés: nyílt terep 10 m magasság Épületek okozta turbulencia elkerülendő

23 10m magas mobil szélmérő torony ultrahangos szélmérővel és adatrögzítővel

24 A vizsgált fa és szélmérő távolsága: Max 1-5 km!

25 Nincsen közvetlen összefüggés a szél és a dőlés között!

26 A fa tövének dőlése 4 szélsebesség esetén

27 A fa tövének dőlése x és y irányban. A felvett pontok között 0,1s idő telik el. Sűrű mintavételezésre van szükség. Egyensúly vesztés dőlési csúcsnál kirajzolódó hurok.

28 Dinamikus fa modell Tree damages recent images Ábra forrása: James, Kent.R., N. Haritos, and P.K. Addes Mechanical stability of trees under dynamic loads. American Journal of Botany 93(10):

29

30 A kettős inga kaotikus mozgása

31 Kaosz elmélet a fizikának az az ága, ami nemlineáris dinamikus rendszerek viselkedésével foglalkozik. Ezek nagyon érzékenyek a kezdeti feltételekre. Kis eltérés a kezdeti feltételekben nagyon eltérő eredményt produkál. Ezt nevezik pillangó effektusnak. Ezzel a rendszer viselkedésének előrejelzése lehetetlenné válik. Még akkor is így van, ha a leíró fizikai jelenségeket pontosan ismerjük. Ezt nevezzük determinisztikus káosznak, vagy egyszerűen káosznak. A fa dinamikus viselkedésének leírásánál a káosz kikerülhetetlen!

32 Dőlés (fok) A nemlinearitást a húzóvizsgálat bizonyítja 0,4 0, ,2-0,4 Erő (önkényes egység)

33 A szakirodalom a káosz jelenségét burkoltan már leírta A mass damping system described by Den Hartog (1956) has been defined for trees (James et al. 2006), and occurs when the branches sway together (in phase) or against each other (out of phase) in a complex manner. Studies indicating that the form of the tree has a greater influence than the material properties (Sellier and Fourcaud 2009) From: Kenneth R. James, at all.: Tree Biomechanics Literature Review: Dynamics, Arboriculture & Urban Forestry (1): 1 15

34 Új fogalom a fa dinamikus viselkedésével kapcsolatban a KÁOSZ! Mit tanulhatunk a káoszból? - A kaotikus rendszer jellemzése statisztikus módszerekkel lehetséges: - az adatok átlagolása, jellemzően 5 perces egymást követő idő intervallumokban.

35 Átlagolási idő intervallum

36 Korrelációs együttható a fa dőlése és a szélnyomás között 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Átlagolási idő (perc)

37 P helyi : a helyi maximális szélnyomás, nálunk ez 667 Pa. (120 km/ó szélsebesség) Biztonsági faktor (SF) számítása A húzóvizsgálati tangens fgv-ből indulunk ki. Az erő helyett a szélnyomást használjuk. Így a P max azaz a kritikus szélnyomás extrapolálással meghatározható. SF= P max / p helyi

38 A dőlés a szélnyomás fgv-ben A kritikus szélnyomás (p max ) hiba intervalluma a maximális szélnyomás fgv-ben. 20 Pa (20 km/h) felett a kritikus szélnyomás meghatározása lehetséges.

39 Max szélsebesség 70 km/h Max szélsebesség 34 km/h Picea abies Március 2, SF= 1,9+/-0,1 Március 26, SF= 1,6 +/- 0,3 Kritikus szél nyomás =1293 +/-58 Kritikus szél nyomás = /- 202 Pa Korrelációs koefficiens =0,924 Korrelációs koefficiens = 0,754

40 Max wind speed is 70 km/h Max wind speed is 34 km/h Sárgabarack, metszés előtt Sárgabarack, erőteljes metszés után Március 2, SF= 3,4+/-0,3 Március 26, SF= 6,7 +/- 1,1 Kritikus szél nyomás = /- 178 Kritikus szél nyomás = /- 718 Pa Korrelációs együttható = 0,818 Korrelációs együttható = 0,831

41 egészséges lucfenyő tőkorhadt lucfenyő

42 Critical wind pressure = / Pa Correlation = 83.14% Egészséges lucfenyő Tőkorhadt lucfenyő Április 6, SF= 3,8+/-0,7 Date : April 6, SF= 4,3 +/- 0,9 Kritikus szélnyomás = /- 448 Kritikus szélnyomás = /- 580 Pa Korrelációs együttható = 0,865 Korrelációs együttható = 0,834

43 Összehasonlítás Húzóvizsgálat Dinamikus gyökérvizsgálat Kötél rögzítési pont szükséges nem kell Eszközök Kötelek, vonszoló, erőmérő Szélsebesség mérő Terhelés Statikus Valóságos Időigény 1 3 óra / fa 3 óra / 10 fa Korona terület, ellenállás tényező szükséges nem kell Időjárási feltételek Szélsebesség < 20 km/h Szélsebesség > 20 km/h Eredmény Biztonsági faktor Biztonsági faktor

44 Juharfa vizsgálata

45 Húzóvizsgálat 2016 április km/ó alatt biztonságos

46 Kapcsolat a húzó vizsgálat és a dinamikus gyökérvizsgálat között. ÁBRA

47 Kapcsolat a húzó vizsgálat és a dinamikus gyökérvizsgálat között. ÁBRA április 15., szélsebesség 63 km/ó

48 DRE vizsgálat módszer lépései: 0.) Egy olyan nap kiválasztása, amikor a széllökés sebessége meghaladja a 20 km/h-t. 1.) Szélmérő torony felállítása, vagy széladatok bekérése a helyi meteorológiai állomástól. Másodperces adatok szükségesek. 2.) a dőlés regisztrálók elhelyezése a vizsgált fákon. 3.) 1-3 óra elteltével az adatok értékelése.

49 Összefoglalás - Dinamikus gyökér stabilitás vizsgálat lehetséges! - A fa dőlése és a szélnyomás között 0,8-0,9-es korrelációs együtthatót találtunk. - A szükséges széllökés sebesség 20 km/h vagy nagyobb.

50 A szél: - lehetővé teszi a dinamikus gyökérzet vizsgálatot, - munkát ad az erdésznek, kertésznek, faápolónak. -

51 Grazie per l'attenzione!