O nas

SIM: Statically Integrated Measurement (SIM)

Grupa Robocza SIM to międzynarodowe stowarzyszenie biegłych z ośmiu europejskich krajów, specjalizujących się w ocenie bezpieczeństwa drzew za pomocą metod statycznych i dynamicznych. Dr inż. Lothar Wessolly, twórca i rozwijający te metody, jest członkiem tej grupy. Architekt krajobrazu Günter Sinn w 1984 roku zainicjował myślenie statyczne w kontekście oceny drzew i w 1986 roku zaprezentował to w formie projektu badawczego w Collaborative Research Center.

Statyka drzew oznacza stosowanie znanych metod inżynierii konstrukcyjnej. Struktura biologiczna też podlega prawom fizyki. Oznacza to konieczność określenia obciążeń krytycznych prowodujących złamanie lub wywrócenia drzewa i porównania ich z siłami działającymi na drzewo przy huraganie tj. wietrze o prędkości 12 w skali Beauforta. Na tej podstawie oblicza się dokładne, prawnie wiążące wartości bezpieczeństwa na złamaniem i stabiloności w gruncie. Umożliwia to rationalne podejście w celu zachowania cennych, starych drzew lub takich, które zostały uszkodzone podczas prac budowlanych, zgodnie z obowiązkiem zapewnienia bezpieczeństwa ruchu drogowego (zgodnie z § 823 Kodesku Federalnego), tak długo, jak to możliwe i z odpowiedzialnością prawną.

W dostarczeniu dowodów metoda Elasto/Inklino, dzięki swojej zamkniętej procedurze obliczeniowej wyraźnie przewyższa nawt pod względem prawnym inne wskaznikowe metody diagnostyczne, takie jak pomiar oporu wiertła czy badania akustyczne.

Jest to szczególnie ważne, ponieważ w przeciwieństwie do konstrukcji technicznych, drzewa mają nieznane początkowe warunki dotyczące ich podstawowego bezpieczeństwa. W przypadku wielu konstrukcji technicznych wystarczają proste metody wizualne, ponieważ zawsze istnieje plan budowy. W przypadku drzew odwierty są całkowicie niewystarczające, a badania akustyczne nie pozwalają na jednoznaczne określenie bezpieczeństwa.

Początki

Zauważenie przez architekta krajobrazu Güntera Sinn`a w 1987 roku na Uniwersytecie Technicznym w Stuttgarcie, braku decydującego elementu – statyki – w dotychczasowej analizie bezpieczeństwa drzew stało się przed 38 laty inspiracją rozpoczęcia prac badawczych na Politechnice Stuttgarckiej.   Dr inż. L. Wessolly pełnił w latach 1986-1991 funkcję kierownika projektu w ramach projektu badawczego „konstrukcje naturalne”. Pierwszy test, z wykorzystaniem nowej procedury pomiarowej, aż do punktu zniszczenia dużego drzewa przeprowadzono w 1987 roku na wydrążonym chirurgicznie buku czerwonym w parku Villa Berg w Stuttgarcie. Później przeprowadzono wiele kolejnych testów, aby przetestować nasze podejście.

Ponieważ do rozwiązania równań statycznych dla drzew nie znano wszystkich wielkości, przy wsparciu Niemieckiej Wspólnoty Badawczej opracowano specjalne metody pomiarowe w celu wypełnienia tej luki. Należy do nich również Stuttgarcki Katalog Wytrzymałości, ponieważ na całym świecie brakowało wiarygodnych danych materiałowych dla tzw. zielonego drewna, czyli drewna drzew żywych. Ugruntowane badania nad drewnem koncentrowały się jedynie na suchym drewnie technicznym. Opracowanie uogólnionej krzywej wykrotu odbyło się po przeprowadzeniu prób całkowitego wywrócenia kilku drzew w Baden-Baden oraz po analizie zachowania kilkuset wywracanych drzew, badanych pod kątem bezpieczeństwa.

Jednakże brakowało również wiedzy na temat istotnych wartości aerodynamicznych drzew, takich jak opór powietrza, dynamiczna reakcja drzewa na porywisty wiatr oraz wpływ terenu na wiatr przy powierzchni gruntu. Dlatego przeprowadzono podstawowe pomiary za pomocą nowo opracowanego elastometru na drzewach podczas huraganów Vivian i Wiebke w 1990 roku oraz podczas silnych wiatrów mistral na Korsyce.

Badania do celów ekspertyz bezpieczeństwa przeprowadzono w pierwszych trzech latach we współpracy z Günterem Sinn`em. Po 18 latach działalności inżynierskiej w dziedzinach technologii pomiarowej, statyki, dynamiki i aerodynamiki, powstała firma typu start-up, dziś może to być „tech for nature” z Uniwersytetu w Stuttgarcie, która ugruntowała swoją pozycję, jako inżynierskie biuro rzeczoznawcze ds. statyki drzew – Dr inż. L. Wessolly. Biuro było akredytowane w ramach wyżej wymienionego projektu badawczego do 1995 roku.

W kolejnych latach opracowano metodę SIA, która umożliwia ocenę szacunkową bezpieczeństwa  podstawowego drzew. Dzięki temu liczni praktycy i rzeczoznawcy mogli określić bezpieczeństwo podstawowe, jako istotną wartość odniesienia dla bezpieczeństwa drzew. Grupa SIM udostępnia to cenne narzędzie do bezpłatnego użytku w internecie pod adresem simgruppe.de.

Metody pomiarowe

Znana, jako metoda Elasto/Inklino lub test obciążeniowy, procedura określa reakcję drzewa na wprowadzenie obciążenia zastępującego wiatr za pomocą wciągnika linowego. Rejestruje się wielkości, w których zintegrowane są wszystkie wpływy przyczyniające się do bezpieczeństwa. W celu określenia bezpieczeństwa na złamanie mierzy się rozciąganie reprezentatywnych brzeżnych włókien drzewnych w kierunku obciążenia bezpośrednio pod korą. Sprawdził się 20 cm, odstęp pomiędzy igłami elastometru siedzącymi płytko w drewnie pnia do śledzenia przebiegu nośności wzdłuż pnia. Większe odstępy  sprawiają, że najsłabszy przekrój znika przy obliczaniu średniej, dlatego nie są dozwolone. Jakość zakotwiczenia w glebie ujawnia się w nachyleniu talerza korzeniowego.

Pomiar ten odbywa się za pomocą specjalnie opracowanych tensometrycznych czujników rozciągliwości (elastometr) i czujników odchyłomierza (inklinometr). Elastometry o rozdzielczości 1/2000 mm mierzą rozciąganie reprezentatywnych skrajnych włókien drzewnych, podczas gdy przy pomocy wciągarki linowej wprowadzane jest zastępcze obciążenie w koronę. Jednocześnie inklinometry o rozdzielczości 1/1000 rejestrują odchylenie talerza korzeniowego. Podczas wykonywania pomiarów nie dochodzi do żadnych uszkodzeń drzewa.

Przy określaniu bezpieczeństwa na złamanie pnia wielkością odniesienia jest granica sprężystości. Jej wartości dla 26 gatunków drzew podane są Stuttgarckim Katalogu Wytrzymałości.  Przy bezpieczeństwie stabilności w gruncie posługujemy się uogólnioną krzywą wykrotu, którą dr Wessolly wykrył przy analizie wyników kilkuset testów obciążeniowych.

Podczas pomiarów są uwzględniane automatycznie wszystkie parametry, które mają wpływ na bezpieczeństwo złamania pnia i bezpieczeństwo stabilności w gruncie.  To obowiązuje niezależnie czy przekrój poprzeczny pnia jest pusty czy stanowi ażurową konstrukcje kratową jak wieża Eiffla lub jak rozwijają się korzenie w różnych plastycznych strukturach i rodzajach gleb. Wprowadzenie symulowanego obciążenia wiatrem odbywa się w 5-8 krokach pomiarowych, przy czym dokumentowane są odpowiadające temu wartości odkształceń i odchylenia. Możliwe nieliniowości, takie jak podatność początkowa w zakresie igieł przyrządów, są korygowane matematycznie.

Oznacza to, że obciążenia powodujące złamanie lub wywrócenie drzewa są znane. Aby rozwiązać równania statyczne/dynamiczne, potrzebujemy teraz obciążenie huraganu na stanowisku ulistnionego  drzewa.

Zautomatyzowany, ciągły pomiar wszystkich parametrów podczas testu obciążeniowego daje w wyniku tysiące pojedynczych punktów bez uzyskania większej dokładności. Zamiast tego podejście to i jego prezentacja skutkują utratą przejrzystości. Dzieje się tak, ponieważ rejestrowane są również obciążenia i reakcje dynamiczne drzew, a także wszelkie wpływ wiatru, co może zaburzać prawidłowe wartości pomiarów.

Platan – Ogród pokazowy Hermannshof, Weinheim, średnica pnia, 2,19 m, Szósty pomiar kontrolny
Bezpieczeństwo podstawowe: Bp = 1111 %, Bezpieczeństwo pnia na złamanie: Bz =  200 %, Bezpieczeństwo stabilności w gruncie: Bs = 200 %, Przejęcie odpowiedzialności na kolejne 3 lata.

Analiza obciążeń

Analiza obciążeń w warunkach przyziemnego wiatru w warstwie granicznej opiera się na wcześniejszych pracach Davenporta dotyczących huraganowych prędkości. Występują one w naszym regionie znacznie częściej podczas lokalnych burz z piorunami niż podczas dużych układów pogodowych, które są ujęte w europejskich normach. Te burze mogą wystąpić na każdym stanowisku i z dowolnego kierunku, co sprawia, że obowiązujące normy są niewystarczające dla diagnozy bezpieczeństwa drzew i pozostawiają znaczącą lukę w obliczeniach bezpieczeństwa.

W metodzie Elasto/Inklino uwzględniane są dynamiczne składniki huraganu oraz podatność drzew na drgania. Wartości współczynnika oporu powietrza (cw) dla drzew zostały po raz pierwszy zmierzone przez Wessollego za pomocą elastometru podczas huraganów Vivian i Wiebke w 1990 roku oraz później podczas kilku burz mistralowych na Korsyce.

Propozycje granicznych wartości bezpieczeństwa zawarte są w Stuttgarckim Katalogu Wytrzymałości. Wartość graniczna współczynnika bezpieczeństwa przyjęta jak w lotnictwie wynosi 1,5 = 150 %. Podejście to, stosowane przez członków Grupy Roboczej SIM w ponad 25.000 ekspertyzach dendrostatycznych, zostało uznane za prawnie wiążące i stało się standardem – z korzyścią dla drzew.

Wyższe współczynniki bezpieczeństwa, jak w budownictwie (nawet do k = 6), prowadziłyby do zbędnych i poważnych ingerencji w analizowane drzewa. Dzięki granicy sprężystości zielonego drewna zawartym w Stuttgarckim Katalogu Wytrzymałości oraz Uogólnionej Krzywej Wykrotu wg Wessollego, dostępne są niezawodne wartości odniesienia dla oceny bezpieczeństwa.

Uznany stan techniki

Doświadczenie wszystkich członków Grupy Roboczej SIM opiera się na ponad 25.000 ekspertyzach dendrostatycznych podlegających odpowiedzialności cywilnej. Z tego, w firmie arboa Stuttgart dostępnych jest obecnie (stan na 1/2025) 17.500 ekspertyz w formie archiwum papierowego i bazy danych Access.

Na podstawie tej ogromnej liczby ekspertyz oraz 30-letniego programu badań terenowych, wykorzystujących wartości cw, dane materiałowe z katalogu wytrzymałości, uogólnioną krzywą wywrócenia oraz wartości terenowe przy założonym współczynniku bezpieczeństwa 1,5, metoda SIM osiągnęła status uznanego stanu techniki.

To ma istotne znaczenie, ponieważ nasza działalność jest częścią obowiązku zapewnienia bezpieczeństwa publicznego w rozumieniu prawa (Verkehrssicherungspflicht).

Archiwum zawierające ponad 17.500 ekspertyz bezpieczeństwa drzew wykonanych metodą Elasto/Inklino. Lokalizacja: arboa tree safety, Stuttgart (Niemcy).

Dzięki regularnym szkoleniom prowadzonym przez cały rok zapewniony jest wysoki poziom kwalifikacji członków SIM.

W szczególności służy temu Centrum Komunikacyjne Meck w Frick (CH), należące do naszego członka M. Erba. Mieści się tam również nasze Instytut Diagnostyki Drzew e.V. z oddziałami w Frick (CH), Stuttgarcie (D), Wiedniu (A) i Varese (I). To właśnie tam prowadzona jest szkoła certyfikowanych specjalistów statyki drzew, której ukończenie i zdanie egzaminu umożliwia stosowanie metody Elasto/Inklino wraz z dedykowanymi przyrządami pomiarowymi.

Publikacje powstałe w kręgu SIM

• Siewniak, M. / Kusche, D.: Baumpflege heute – 1984, 1988, 1994, 2002, 2010, 2020, Patzer Verlag
• Wessolly, L. / Erb, M.: Baumstatik und Baumkontrolle – 1998 i 2014, Patzer Verlag
• Wessolly, L. / Erb, M.: Manual of Tree Statics and Tree Inspection – 2016, Patzer Verlag
• Siewniak, M. / Wessolly, L. / Bobek, W. / Siewniak, M.: Statyka drzew. Analiza zawodności, Warszawa 2020
• Benk, J. i in.: Praxishandbuch Wurzelraumansprache, Arbeitskreis Baum und Boden, 2020
• Zanzi, D. / Castiglioni, M.: Fito-Consult & gli alberi, kwartalnik ukazujący się od 1989 roku
• Bader, C.: Badania nad statycznie czynną strefą korzeniową, praca dyplomowa FH Nürtingen, 2000
• Bobek, W.: Wyniki badań statyki drzew w mieście jako podstawa wyznaczania stref ryzyka. Praca doktorska, Politechnika Krakowska 2013. Promotor prof.M. Siewniak  
• Rau, S.: Zapotrzebowanie na zakotwiczenie drzew soliterowych, praca dyplomowa FH Nürtingen, 2001
• Lesnino, G.: Porównanie tomografii akustycznej i prób wytrzymałościowych, Baumtage Süd, Böblingen 2011

Zaangażowanie w gremiach fachowych

• Wessolly, L.: praca w komisjach normalizacyjnych ZTV-Baumpflege (1992–2013), grupach roboczych FLL ds. sadzenia drzew (2015), wytycznych kontroli i diagnostyki drzew (2013)
• Benk, J.: członek komisji ZTV-Baumpflege (od 2006), zarząd ISA Niemcy
• Brehm, J.: przewodniczący komisji FLL ds. wyceny wartości drzew
• Venzke, C.: wykładowca w LVG Heidelberg i Justus-Liebig-Schule Hannover, były członek zarządu ISA Niemcy
• Zanzi, D.: bliski współpracownik A. Shigo, organizator wielu konferencji branżowych we Włoszech
• Erb, M.: wykładowca federalnej szkoły pielęgnacji drzew w Szwajcarii
• Rau, S.: kierownik szkoleń certyfikowanych kontrolerów drzew, Instytut Diagnostyki Drzew
• Schabel, P. / Klima, R.: współpraca przy opracowaniu norm ÖNORM
• Siewniak, M.: emerytowany profesor zwyczajny Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie i Politechniki Krakowskiej, Prezes i Prezes honorowy  European Arboricultural Cancel  (EAC)
• Stiemer, S.: emerytowany profesor konstrukcji budowlanych Uniwersytetu w Vancouver, Kanada
• Morell, R.: wykładowczyni arborystyki, FH Rottenburg i FH Weihenstephan
• Schindler, R.: trener m.in. w organizacji Baumgenossen

Szczegółowy wykaz publikacji oraz ilustracje z interesujących pomiarów można znaleźć w dziale „Downloads” na stronie internetowej.

Dzięki członkostwu w najważniejszych krajowych i międzynarodowych organizacjach branżowych, Grupa Robocza SIM jest doskonale zintegrowana z europejskim środowiskiem arborystycznym.

Grupa Robocza SIM została założona w 2009 roku po tym, jak L. Wessolly wystąpił z założonego przez siebie SAG Baumstatik e.V. Wówczas 2/3 członków poprzedniego stowarzyszenia dołączyło do nowej grupy SIM.

Grupa Robocza SIM funkcjonowała dotąd jako niezależne zrzeszenie rzeczoznawców zajmujących się bezpieczeństwem drzew. Jednak zgodnie z nowymi statutami FLL, jako nieformalna grupa nie mogliśmy wysyłać przedstawicieli do komisji normalizacyjnych. Aby spełnić ten formalny wymóg, w listopadzie 2024 roku założono w Wiedniu stowarzyszenie zgodne z niemieckim prawem.

Zarząd SIM tworzą:

• Simon Rau (Loßburg, Niemcy)
• Dino Hiepler (Tybinga, Niemcy)
• Christian Wagner (Skarbnik, Wiedeń, Austria)

Rozwój metod statyki drzew umożliwił ocenę bezpieczeństwa na nowym, inżynieryjnym poziomie. Dzięki interdyscyplinarnej współpracy przedstawicieli biologii i inżynierii udało się dokonać przełomu w ocenie i ochronie cennych drzew.

 

Siedziba naszego Instytutu Diagnostyki Drzew e.V. Stuttgart (D), Frick (CH), Wiedeń (A), Varese (I) znajduje się przy Geißgasse 17, 5070 Frick (CH).