Предпосылки, основы и методы экспертизы прочности и устойчивости деревьев. Способы устранения выявленных опасностей. Нормативная, законодательная и методическая база

Предпосылки

  1. Плотная застройка лесных массивов и облесненных территорий привела к значительным диффузным (планировочным, санитарным) и площадным (сплошным) рубкам деревьев.
  2. Существенно повысилась капиталоемкость и сложность строительства, увеличились масштабы земляных работ, перепланировки территорий и количество всех типов коммуникаций.
  3. Идет капитальная масштабная реконструкция давно освоенных лесных участков.
  4. В застроенных, выведенных из лесного фонда территориях и в прилегающих арендованных лесах во много раз повысилась рекреационная нагрузка.
  5. По данным Всемирной Метеорологической Организации [….] в прошедшие десять лет увеличилась частота и пиковая сила экстремальных погодных явлений. Небольшое изменение среднегодовой температуры в некоторых местах земного шара привело к заметному увеличению локальных турбулентностей атмосферы. Проще говоря, увеличилось число и сила грозовых шквалов и ураганов.

   Перечисленные причины привели к тому, что:
 - Значительные материальные ценности (постройки, автомобили, малые архитектурные формы, инженерное оборудование) сосредоточены теперь на облесненных жилых территориях;
 - Существенно возросло количество людей, проживающих и работающих на облесненных территориях;
 - Ухудшилась общая лесопатологическая ситуация на обозначенных территориях, ухудшилось физиологическое состояние деревьев, увеличилась их пораженность гнилевыми болезнями;
 - Увеличилась средняя и максимальная ветровая нагрузка на деревья.

Определения

Существует три вида аварий больших деревьев, вызванных ветровой, снеговой и гололедной нагрузкой:

  1. Выворачивание дерева с корнями, опрокидывание с корневой плитой (Uprooting); (рис.1)
  2. Переламывание ствола; (рис.2)

Выворачивание дерева с корнями, UprootingПереламывание ствола

  1. Расщепление развилок с отщеплением содоминантных стволов, или крупных ветвей. (рис.3)
  2. Расщепление развилок с отщеплением содоминантных стволов, или крупных ветвей

Терминология: Наиболее распространены два определения:
   «Ветровал» - выворачивание деревьев с корнем. (Uprooting - англ. выкорчевывание)
   «Ветролом» и «бурелом» - переламывание стволов деревьев, отщепление их частей.
   Аналогичные аварии, вызванные снеговой нагрузкой называются «снеговал» и «снеголом». К тем же последствиям приводит «ожеледь» - это гололед на деревьях, когда образовавшаяся на ветвях и стволе корка льда ломает их своей массой (на английском - «ice storm» - дословно «ледяной шторм»). Все эти явления относятся к группе абиотических факторов (погодных факторов) нарушающих нормальное состояние насаждения.
   Так же в общей лесопатологии используется определение «повышенная ветровальность и буреломность», в отношении насаждений подверженных этим явлениям из-за поражения их гнилевыми болезнями.

 Исторический обзор
   В России начало анализа механики древостоя можно отнести к 1931 году. Г.Ф. Морозов связал вспышки массового размножения насекомых-вредителей с ветром, раскачивающим деревья и обрывающим их корни. Тимофеев В.П. 1957г. Определил связь устойчивости ели со строением корневой плиты и расположением почвенных горизонтов. 1968 и 70гг. Межибовский А. М. изучал влияние грибных заболеваний и других факторов на ветровал и бурелом елей. Белов С.В. 1974г. - формирование архитектоники надземных частей и корневой системы деревьев в условиях ветровой нагрузки. Наверное впервые, проблему падающих деревьев рассмотрел не только с точки зрения ущерба для самих зеленых насаждений но и как опасность для людей и их имущества в 2001г. Глазунов В.Г. - «Ветровал и ветролом деревьев в городе» В Америке концепция Tree risk management (управление рисками, связанными с падением деревьев) была сформулирована в 1960-х годах лесопатологом Американского Управления Лесным Хозяйством Виллисом Вагенером. Поводом стали многочисленные неприятности, вызванные падением деревьев и их ветвей на палаточные городки рекреационных территорий. В последующие 30 лет было проведено множество исследований, собран статистический материал и сформулированы рекомендации и современные методики: Evaluating Risk of Tree Failure (Оценка риска аварийных деревьев), VTA Visual Tree Assessment (Визуальная оценка деревьев). Инструментальные методы контроля используются немецкие.
   В Германии: В 1893г. Немецкий лесной инженер К. Мецгер формулирует аксиому постоянных механических напряженийдля стволов деревьев. В начале 1980-х инженером, доктором наук, L. Wessolly, возглавлявшем проект «Легкие конструкции в природе» в Университете Штутгарта, совместно с ландшафтным архитектором G. Sinn, был сформирован подход к решению задач древесной механики, который назывался “Tree Static” (Древесная статика) В последующие 15 лет европейские специалисты оттачивают Эласто-инклинометод (Pulling Test) основанный на «тристатике». Параллельно в начале 90-х. Claus Mattheck разрабатывает свою древесную механику. Совместно с юристом H. Brelor они пишут знаменитую на весь мир книгу «Язык тела деревьев»

 Причины падения деревьев
   Большинство аварий, связанных с падением больших деревьев, имеют вполне определимые причины, вот наиболее распространенные из них:

  1. Ветровал
    1. Обрубание якорных (удерживающих) корней деревьев при производстве строительных работ;
    2. Деформация корневой плиты под действием корневых барьеров;
    3. Снижение механической прочности корней под действием корневых гнилей.
  2. Бурелом
    1. Снижение механической прочности ствола в местах образования дупел, выклинивания центральностволовых гнилей, развития периферийных заболонных гнилей;
    2. Тоже в результате деформации ствола (и, как следствие, уменьшении осевых моментов инерции поперечного сечения в этом месте) под действием болезней или врастающих элементов.
  3. Расщепление
    1. Неправильная V-образная структура развилок, развилки с трещинами, развилки с вросшей корой.

 Существуют так же общие групповые предпосылки и их комбинации, например:
  - Выставление дерева на ветер в результате вырубки окружающего древостоя;
  - Чрезмерный, или прогрессирующий наклон ствола;
  - Переразмеренная, или неправильной формы крона;
  - Окружающая застройка, способствующая образованию ветровых коридоров, или локальных турбулентностей с существенным превышением средней скорости потока;
  - Топологическое ветронагруженное расположение дерева относительно макроэлементов ландшафта;
  - Породные особенности, локальная и общая лесопатологическая ситуация.

 Методы выявления опасности
   На вооружении эксперта есть 3 метода выявления описанных факторов:

  1. Визуальный (осмотр дерева с земли, осмотр дерева с подъемом на ствол, осмотр местности)
  2. Ретроспективный (опрос строителей, владельцев участка о произведенных работах, расположении уже засыпанных траншей, изучение исполнительной и проектной документации по строительным и ландшафтным работам, изучение ветровой особенности и нагруженности данного участка местности, выявление предыдущих случаев падения деревьев)
  3. Инструментальный:
    1. Инструментальный инвазивный контроль:
      1. Взятие керна прирастным буром;
      2. Исследование Резистографом.
    2. Инструментальный неинвазивный контроль:
      1. Исследование ультразвуковым томографом.
    3. Прямое испытание прочности и устойчивости - «Pulling test»
      (помимо инструментальной, этот метод имеет наиболее значимую составляющую числового моделирования)

  Все методы, кроме последнего определяют лишь факторы (их наличие, локализация, геометрические параметры, временные рамки) влияющие на прочность и устойчивость дерева, то есть являются косвенными методами. Последний метод «Pulling test» отличается от всех предыдущих тем, что напрямую испытывается способность дерева противостоять природным нагрузкам и поэтому является единственным прямым методом и как следствие наиболее достоверным.
  Методы применяются в различных комбинациях, перекрывая и дублирую друг друга. Каждый метод имеет свои ограничения применимости (например резистография и УЗ томография не применимы по промерзшей древесине).
  По наиболее обширной, а следовательно значимой и репрезентативной, статистике немецких и американских экспертов в 90% случаев (по числу обследованных деревьев) для вынесения экспертного заключения достаточно первых двух методов.

 Экспертное заключение
  Экспертное заключение (решение) относительно того, или иного дерева всегда будет носить вероятностный характер вне зависимости от применяемых методов. Все методы инструментального контроля позволяют лишь повысить верность оценки. Никогда нельзя сказать: «Это дерево упадет в ближайший ураган, это в течении года, это через 5 лет, а это не упадет никогда»
  Обычно выявляют 4 градации механического состояния дерева, и его частей. Эти состояния определяют его прочность и устойчивость и могут характеризоваться в следующих терминах (строгих формулировок не существует):
  - «Полная потеря прочности (устойчивости) возможно падение (обрушение) дерева в ближайшее время»;
  - «Повышенная ветровальность дерева, возможно падение при сильном ветре или налипание снега или намерзании льда»;
  - «В результате развития гнилевых процессов в течении нескольких лет вероятность падения дерева существенно возрастет»;
   - «Без замечаний. Вероятность падения, или переламывания ствола при экстремальных погодных явлениях минимальна».
  Ветровальность и аварийность дерева не всегда напрямую связаны с его «опасностью». Например, гнилое разваливающееся дерево, стоящее в чаще дремучего леса будет, скорее всего, абсолютно безопасно для людей и их имущества. То есть опасность дерева зависит и от его окружения и места расположения. В реальной практике эксперты оперируют понятием «степень опасности» Оценка степени опасности дерева производится путем сложения, с различными весовыми коэффициентами, числового выражения различных влияющих факторов. Помимо прочности и устойчивости дерева к этим факторам относятся:
  - Направление возможного падения;
  - Режим посещения территории (рекреационная нагрузка);
  - Наличие «Цели» поражения и расстояние до неё;
  - Мнение эксперта, основанное на предыдущем опыте и статистике наблюдений; многие другие факторы.
  Часто оценка степени опасности деревьев проходит в рамках либо обычной ландшафтной, лесопатологической таксации, либо при инвентаризации насаждения, либо при составлении сметы и календарного плана обслуживания насаждения. Часто в этих случаях оценщик выражает степень опасности дерева в рекомендуемых им мероприятиях, например: «Необходима рубка в ближайшее время», или «рассмотреть вопрос о рубке, возможен каблинг», «Подозрение на комлевую/ корневую гниль, требуется дополнительная диагностика».

 Способы устранения выявленных опасностей
  Если экспертиза выявила пониженный запас прочности и/ или устойчивости дерева, или другими словами выявлена опасность, связанная с повышенной вероятностью аварии того или иного дерева, существует несколько способов уменьшить эту опасность (читай обезопасить участок):

  1. Смонтировать систему механической поддержки отдельного дерева, группы деревьев, частей одного дерева. (Cabling, Bracing, Guying);
  2. Применить редукцию кроны уменьшив парусность и высоту дерева (в общем случае при понижении высоты с 26 до 20 метров запас прочности и устойчивости дерева возрастает в 2 раза);
  3. Провести средне и долгосрочный доказательный мониторинг наклонных деревьев;
  4. Иначе спланировать участок (перенести детскую площадку, места отдыха, парковки и т.д.);
  5. Удалить, срубить дерево.

  Очевидно, что применимость первых четырех способов ограничена множеством различных факторов. Применяемость последнего способа ограничена лишь законодательством, действующим на данной территории (статусом территории и адекватностью балансодержателя насаждений).

 Нормативная, законодательная и методическая база
  В России, в отличие от Америки и Германии, не существует нормативных и законодательных актов, напрямую регламентирующих современные доступные методы экспертизы, способы оценки, параметры, влияющие на принятие экспертного решения и другие аспекты данной сферы деятельности.
  В качестве таковой нормативной базы возможно использовать различные СНиПы и местные законы, относящиеся к строительству, первичному озеленению, эксплуатации созданных и существующих зеленых насаждений и т.п. Так же целесообразно опираться на немецкую и американскую законодательные базы и устоявшиеся методики, опробованные на протяжении десятков лет западными экспертами. Разработка и сопровождение этих методик проводятся национальными и частными институтами Америки и Германии, при содействии как коммерческих компаний, так и некоммерческих ассоциаций и обществ арбористов.
  И так опосредованно регламентирующие документы:
  1. Постановление Правительства Москвы от 30 сентября 2003 г. N 822-ПП «О методических рекомендациях по оценке жизнеспособности деревьев и правилам их отбора и назначения к вырубке и пересадке»
 Пункт 2.1, табл. 2.1, Вырубке подлежат: - деревья, которые представляют опасность как аварийные; ...Деревья с наклоном ствола, образовавшимся из-за недостатка освещения или загущенности насаждений. Угол наклона ствола равен и более 45 градусов;
 Пункт 2.1, табл. 2.1, табл. 2.2. Деревья с признаками поражения, гнилевыми болезнями, нарушающими прочность древесины и повышающими их буреломность и ветровальность (см. также табл. 2.2) Поражение гнилями в сильной степени с наличием плодовых тел дереворазрушающих грибов, с крупными дуплами. Наличие обширных сухобочин, занимающих более трети окружности ствола, наличие дупел, наличие сухих ветвей, составляющих более трети кроны. Деревья, расположенные на расстоянии менее 5 м к строениям и сооружениям (в соответствии со СНиП 2.07.01-89);
 Пункт 2.2 повторный (Можно оставить, проведя защитные мероприятия) В особых случаях, например при реконструкции и капитальном ремонте насаждений на озелененных территориях при высокой первоначальной ценности таких деревьев и возможности их оставления на прежних местах произрастания, вместо отвода их в рубку могут быть назначены по отношению к ним защитные мероприятия. Под защитными мероприятиями по отношению к аварийным деревьям подразумевается санитарная и формовочная глубокая обрезка их кроны, разреживание и переформирование загущенных насаждений с целью улучшения световой обстановки для остающихся деревьев, которая будет способствовать гармоничному развитию их кроны и препятствовать дальнейшему наклону ствола, механическое укрепление (подпорка и проч.) стволов и ветвей, лечение дупел.
  2. СНиП 2.07.01-89* "Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений"
 Пункт. 4.12, табл. 4. 4.12. Расстояния от зданий, сооружений, а также объектов инженерного благоустройства до деревьев и кустарников следует принимать по табл. 4.
 Примечания: Приведенные нормы относятся к деревьям с диаметром кроны не более 5м и должны быть увеличены для деревьев с диаметром кроны более 5м.

  1. Иностранные документы:
    1. Группа американских стандартов ANSI A300 Part 1, 2, 3. В части устройства систем механической поддержки ANSI A300 (Part 3)-2000 - Tree Support Systems (a. Cabling, Bracing, and Guying);
    2. USDA Forest Service Community. Tree Risk Rating System;
    3. Группа немецких стандартов, норм и правил:
      DIN 1055, DIN 18 320, DIN 18 915 - DIN 18 920, RAS-LG 4, ZTV A-StB 89, ZTV Baumpflege, VOB - Teil C.
  2. Работы западных экспертов и институтов, составляющие основу применяемых методик:
    1. Mattheck Claus, Helge Breloer - Handbuch der Schadenskunde von Baumen/ Der Baumbruch Mechanik und Rechtsprechung.  Rombach GmbH Druck- und Verlagshaus, Freiburg im Breisgau, Germany, 1994.
    2. Tree Statics - Erk Brudi, Munich, Germany. ISA Biomichanics conference, 2001, Savannah.
    3. Fracture Diagnosis of Trees. Part 1: Statics-Integrated Methods - Measurement with Tension Test The Expert's Method. Lothar Wessolly. Stadt und Grun 1995, No.6, pp. 416-422
    4. Fracture Diagnosis of Trees. Part 2: statics-Integrated Methods - Statically-Integrated Assessment (SIA) The Practitioner's Method of Diagnosis. Lothar Wessolly. Stadt und Gruen 1995, No. 8, 570-573
    5. Fracture Diagnosis of Trees. Part 3: Boring is no way for reliable fracture diagnosis. Lothar Wessolly. Stadt und Gruen 1995, No. 9, 635-640
    6. Stability of Trees. Explanation of the Tipping Process. Lothar Wessolly. Stadt und Grun, 1996, No. 4, 268-272
    7. Hayes. 2001. Evaluating Tree Defects. Second Edition, Safetrees, Rochester, MN.
    8. Urban Tree Risk Management. Joseph O’Brien. USDA Forest Service, 1992 Folwell Ave. St. Paul, MN 55108.

      Литература (помимо перечисленной выше)
1.  Белов С.В. «Лесоводство, лесные культуры и почвоведение» Л.1974г.
2.  Воронцов А.И. «Патология леса» М.1978г.
3.  Глазунов В.Г. «Ветровал и ветролом деревьев в городе». М.2001г.
4.  Межибовский А.М. «Влияние грибных заболеваний на устойчивость ели против ветра». М. 968г.
5.  Межибовский А.М. «Исследование факторов, влияющих на ветровал и бурелом ели». М.1970г.

  
 Все права защищены © 2002-2016. ООО Центр обслуживания деревьев. www.udal.ru