Sila vetra na krošnjo drevesa

[runocar]

Pozdravljeni,
ni ravno tema s področja strojništva, bo pa mogoče kdo kaj vedel o tem.
Zanima me, kako oceniti silo vetra na krošnjo drevesa? Gre za kostanj, ozelenjen, višina debla od tal do krošnje 5m, vrh krošnje 15m. Zanima me, kolikšen bi lahko bil faktor cf oz. koeficient sile? Razmišljal sem v smeri, da računam podobno kot sila vetra na tablo in predpostavim, da je krošnja npr. 80% prepustna oz. vzamem 20% sile, ki bi sicer delovala na tablo takšne površine. Mogoče kakšna ideja, predlog?
Na neki sliki na spletu sem zasledil, da drevo v sredini krošnje z jekleno vrvjo privežeš ob nekaj togega, potem pa ob znani hitrosti vetra meriš silo v vrvi. Z upoštevanjem kotov vrvi prideš do sile pri določenem vetru. Ampak tega se glih ne morem iti.
Lahko bi do podatka prišel tudi iz predghodno znane oblike in dimenzij drevesa, ki ga je npr. močan veter (poznana hitrost) prelomil (ne izruval). Iz nosilnosti debla bi preračunal silo na krošnjo

Hvala za morebiten namig.
LP
Runočar

[Žerjavar]

Kakorkoli boš jemal podatke, bo izračun le nekaj blizu dejanskemu stanju.
-Zajezni tlak lahko le ocenjuješ, lahko pa izmeriš hitrost zraka izven krošnje in znotraj krošnje na isti višini. Zmanjšanje zajeznega tlaka pa bo približno (vn / vz) na kvadrat krat predpisani zajezni tlak glede na lokacijo in višino.
- Koeficient odpora bi jemal približno za kroglo.
- Površina za račun je površina projekcije krošnje (krogle)
- Račun sile vetra iz loma debla je premalo točna, ker ne moreš upoštevati dejanske trdnosti lesa (trhlost, grčavost, ...). Sveži les ima tudi drugačno trdnost, kot tehnično suh les (znani podatki glede na klaso lesa).

[magnum44]

Samo kot zanimivost, kakšni sunki so na našem območju - Vipavska (Braniška) dolina. Sva s sinom pravkar pospravila dve drevesi, drva bodo za dve leti kurjave, za dve hiši. Topol je veter izruval s koreninami vred, spodaj premer 110 x 130 cm (ovalna oblika), sto metrov stran, na pobočju pa je na višini cca 3m prelomilo zdrav hrast, ko smo podrli še spodnji del debla, je bila mera 120 x 100 cm. Letnic nismo šteli, verjetno precej čez 100 let, letos pa lom. In, kao, podnebje se skoraj ne spreminja

[Slavcr]

Tvojih 80% / 20% prepustnosti bi za tako veliko drevo najbrž približno veljalo pozimi. Za polno olistano drevo pa številki raje obrni.
Se pa bolj strinjam s tvojim približkom table (ravne plošče), kot z Žerjavarjevo kroglo, ker je v vejevju veliko turbulenc, ki žrejo energijo (torej povečajo upor oz. faktor Cx) v primerjavi obtekanjem gladke krogle (približek je toplozračni balon).

Pa od firbca me bo pobralo, če ne boš povedal, zakaj / čemu to računaš?

[Žerjavar]

Se pa bolj strinjam s tvojim približkom table (ravne plošče), kot z Žerjavarjevo kroglo, ker je v vejevju veliko turbulenc, ki žrejo energijo (torej povečajo upor oz. faktor Cx) v primerjavi obtekanjem gladke krogle (približek je toplozračni balon).

Če ni predpisa, ki bi obravnaval specifičen primer, je normalno, da ima vsak drugačno mnenje.
Jaz izhajam iz stališča, da je krošnja max olistana in prepušča razmeroma malo vetra, je situacija, kot da je krošnja oblo telo z za veter nepropustno površino. Tudi pri slabše olistani krošnji se nekaj vetra izogne krošnji in s svojo silo le deluje na krošnjo. Tudi v zimskem času lahko veter na listopadnih drevesih polomi veje = tudi na gole veje veter povzroča nezanemarljive sile. Za gostim grmom se boš ob vetru počutil kot za zidom.
Turbolence med vejevjem, ki žrejo energijo, pomeni, da je sila delovala na neki poti = zajezni tlak vetra na vejevje z listi, na poti skozi krošnjo. Ostane le še vprašanje zajezdnega tlaka glede na gostoto krošnje. Sem povedal le možnost merjenja in izračuna.

[runocar]

Hvala za vaša razmišljanja in predloge, ki so dobri.

Gre za eno kostanjevo drevo, ki je rahlo nagnjeno in naj bi imel neko zgodovinsko vrednost. Deblo je premera cca. 85cm, znotraj je votlo. Z rezistografom je bilo ugotovljeno, da debelina zunanjega zdravega dela debla variira nekje od 8 do 25cm. Predlog arboristke je, da se drevesu nudi dodatno oporo na strani, kamor je nagnjeno. No, moja naloga je, da ocenim silo v tej opori. Hkrati pa sem zelo omejen, saj naj bi bila opora del ˝umetniške˝ instalacije pri zunanji ureditvi. Torej samo ena podpora.

Poleg ocene sile vetra vidim še naslednje probleme. Glavnino sile bo predstavljal veter, saj v času montaže podpore drevo stoji samo. Torej, ko ne bo vetra, bo sila v podpori praktično nič oz. nekaj malega zaradi teže prirasta novega materiala. Če drevo podprem z ene strani, so vse druge smeri še vedno kritične, saj ne bodo podprte. Recimo, da s podporo varujem objekt, ki je na strani kamor je drevo nagnjeno. Sila vetra, ki zna biti velika, vnaša v podporo relativno veliko silo. Manjši problem nastane v primeru, ko veter piha v nasprotno smer in je opora v nategu. Ker bo sila lahko precejšnja, imam težavo z dvigom temelja. Razmišljal sem o podpori, ki ima možnost pomika +- npr. 5cm. Torej pri prevzemu sile vetra najprej sodeluje samo deblo z upogibno nosilnostjo. Ko se le ta upogne in ko pride do določenega zasuka v območju korenin, se izvede na vrhu debla pomik tistih npr. 5cm (predpostavka), takrat pa nastopi podpora kot pomoč deblu. Problem, ki se mi poraja je ocena tega pomika in nosilnost. Če nosilnost debla močno precenim, potem silo v podpori podcenim, s čimer pa lahko tvegam uklon podpore. Zato se zmeraj bolj nagbam k rešitvi, da celotno tlačno silo v podpori, ki nastopi kot posledica delovanja vetra, prevzamem s podporo. V nasprotni smeri pa bi izvedel takšen spoj, da bi se podpora aktivirala po hor, premiku vrha debla za npr. 5cm. (vsota nosilnosti podpore in delne upogibne nosilnosti debla). Če pade, pač pade.


S silo vetra na drevesa sicer imam eno izkušnjo iz leta 86, ko nam je veter podrl cca. 1ha smerekovega gozda. Smereke imajo plitke korenine, + razmočena tla, in so samo padale križem kražem.

Bom vesel še kakšnega razmišljanja. Hvala že v naprej.

[fikus_]

S takšno podporo boš samo prenesel kritično mesto nekje z debla na mesto vpetja podpore. Poleg tega bo zaradi podpore nastala poškodba na lubju drevesa (drgnjenje) in z leti oslabljeno mesto zaradi trohnobe. Kostanj in mnogi drugi listavci ne zaščitijo poškodbe lubja s smolo, zato začne tam drevo trohneti.
Za mesto vpetja podpora drevo, bi predlagal, da se zvrta luknja in uvije vijak z grobim metričnim navojem. Mesto vstopa vijaka v les pa da se zaščiti s kakšno cepilno smolo (oz. kakšno drugo elastično smolo). Če greš gledat npr. na Youtube, vidiš te rešitve pritrjevanja pri gradnji drevesnih hiš.

[runocar]

Hvala za predlog.
Ob vsakem primeru med podporo in vejo kostanja pride neko mehko ležišče, objetje pa s trakom kot npr. gurtna (nek povoj).
Kritično mesto v deblu je verjetno nekje malo nad tlemi, kjer je deblo že votlo in zunanji del ˝zdravega˝ lesa načet v smislu odprtine. Prav tako so momenti tam največji. S podporo moment v deblu bistveno zmanjšam, poleg tega razbremenim korenine v primeru močnega vetra. Toda le če je veter v smeri podpore V bistvu se pomikamo proti ideji, da ščitimo še samo sosednji objetk, proti kateremu je drevo nagnjeno. V drugih smereh ni objektov.

[Žerjavar]

Gre za eno kostanjevo drevo, ki je rahlo nagnjeno in naj bi imel neko zgodovinsko vrednost.... Predlog arboristke je, da se drevesu nudi dodatno oporo na strani, kamor je nagnjeno.

Jaz bi računal silo vetra kot, da je listje popolnoma zaprlo krošnjo. Ker je opora ena sama z obremenitvijo na tlak (uklon), bi z zmanjšanjem sile vetra za kakih 10 do 40% zelo malo prihranil na ceni podpore. Ker ni problema, če bo veter podrl drevo v drugačni smeri, je treba poskrbeti, da bo podpora vedno podpirala, kljub prešnjim premikom krošnje, (bočno, v nasprotni smeri, ..). Natega ne rabi prenašati. Opora naj bo v smeri bližnjega objekta, ne v smeri nagnjenosti debla

[runocar]

Se strinjam. Drevo je itak nagnjeno k objektu in zato bo opora na strani objekta in hkrati na strani kamor je drevo nagnjeno. Sila v podpori bo relativno velika in problem bo uklon. Zato ne bom šparal pri dimenziji profila. V nasprotni smeri pa moram izvesti eno takšno vozlišče, ki bo omogočalo, da podpora lahko prevzame tlak, ne more pa prevzeti natega (vsaj ne v celoti, saj bi sicer moral temelj močno povečati, da pridobim na teži - dvigovanje temelja). Verjetno se bom poslužil kar ovalne luknje na spodnjem stiku s temeljem ali pa ohlapen privez preko zgornje strani veje. Bom še malo razmišljal.

Z obtežbo krošnje kot krogle pa se zmeraj bolj strinjam. Sem naredil poskusni model z upoštevanjem močnih vej (od debla naprej je kar nekaj debelih vej, ki se jih lepo vidi, ko na drevesu ni listja in so premera od 20-40cm. Izračunal sem sile na posamezno vejo in jih čez palec pomnožil s faktorjem 2, da sem ˝zajel˝ vpliv drobnejših vejic in listje na njih. Rezultati so bil (verjetno mal srečnega naključna) precej podobni, kot če bi upošteval rezultanto na zaprto kroglo. Recimo 10% razlike v sili opore.
Prilagam računski model. Vem, da veter vedno deluje pravokotno na površino. Jaz sem ga v model nanesel zelo poenostavljeno, da se ne bo kdo preveč sekiral ... Pa še samo 2D model sem naredil. za 3D se mi zdi preveč nesmiselno glede na natančnost vhodnih podatkov.

[Žerjavar]

V nasprotni smeri pa moram izvesti eno takšno vozlišče, ki bo omogočalo, da podpora lahko prevzame tlak, ne more pa prevzeti natega.

Podpora bo verjetno lesena. V luknji temelja se bo nabirala voda in bo les trohnel. Ne luknje v beton ampak le s treh strani omejen žleb. Na gornjem koncu pa oporo podaljšati v dva kraka, ki z obeh strani objameta vejo. Odmik od debla bo zagotovljen s poševnostjo in težo podpore.

PS:

veter vedno deluje pravokotno na površino.

Sila od vetra je v smeri vetra, na površini telesa pa se glede na poševnost deli na ali tri komponente

[runocar]

Podpora bo kovinska okrogla cev (picinkana in barvana, itak). Lesena ne, ravno zaradi detajlov priključitve, vlage ...

[Žerjavar]

Arboristka po prepričanju se ne bi smela strinjati s kovinsko podporo.
Podpora mora biti oblikovana po podprti veji, da se dobi čim večja površina za pritisk. Elastična podloga naj ne bo ravno debela. da bo po deformaciji na vsej površini enako debela in s tem enak pritisk na živi les.
Sem videl kar nekaj podobnih podpor, narejenih iz svežega lesa kot rogovila (iz debla le dve veji v obliki V) med krakoma oblikovano po debelini podprte veje.

[runocar]

Tole se pa čisto strinjam. V mojiem primeru z ravno pečko bodo kontaktne napetosti res prevelike. Bom še malo razmislil. Hvala za konstruktivne opombe.
LP