CC BY
11
Взгляд молодого ученого Young scientist view
УДК 699.841:699.842
Оценка опасности падения деревьев при сильных ураганах методом динамико-геофизических испытаний
ISSN 1996-8493
© Технологии гражданской безопасности, 2021
С.Д. Ковалева Аннотация
В статье рассматриваются возможные причины и опасность падения деревьев при сильных ураганах. Предлагается для оценки этой опасности применять метод динамико-геофизических испытаний.
Ключевые слова: ураган; здания и сооружения; опасность; падение деревьев; ущерб; динамико-геофизические испытания.
Danger Assessment of the Falling Trees in Severe Hurricanes by Dynamic-Geophysical Tests
ISSN 1996-8493
© Civil Security Technology, 2021
S. Kovaleva
Abstract
The article discusses the possible causes and danger of falling trees in severe hurricanes. It is proposed to use the method of dynamic and geophysical tests to assess this danger.
Key words: hurricane; buildings and structures; danger; falling trees; damage; dynamic and geophysical tests.
13.07.2021
«Технологии гражданской безопасности», том 18, 2021 (СПЕЦВЫПУСК) /209
Ураган является одним из самых опасных природных явлений, приводящих к ущербу и потерям среди населения. В населенных пунктах при ураганах наблюдается большое количество случаев падения деревьев на людей, транспорт, здания и сооружения. Ураган — это сильный ветер, который возникает над поверхностью суши или воды при столкновении горячих и холодных потоков воздуха. Возникающие при ураганах фронты с высокими скоростями воздуха ломают и разрушают деревья, которые при падении могут привести к образованию завалов, разрушению зданий и строительных конструкций, гибели людей.
Так, например, 27 июня 2021 г. в Москве ураган повалил 30 деревьев, которые повредили более 20 автомобилей [5]. С 28-29 июня в Нижнем Новгороде сильный ураган повалил 204 дерева, которые повредили автомобили, перекрыли пути движения транспорта, оставили жителей без электричества [6]. В Брянске 26 июня был самый крупный урон за многие годы, а именно: повреждено более 600 гектаров леса [7]. В Екатеринбурге 20 июня 2021 г. береза упала на женщину, от чего она погибла на месте. В феврале 2021 г. в Санкт-Петербурге в результате ураганного ветра рухнуло более 120 деревьев (дубы, осины, ели, березы, ивы, вяз). В марте этого года в Москве упало 216 деревьев, которые повредили около 45 автомобилей и оборвали 2 линии электропередачи, один человек погиб и несколько ранено (рис. 1) [8].
Рис. 1. Последствия урагана в Москве
В середине прошлого года, а именно 5 июля 2020 г., в Красноярском крае из-за сильного урагана в лесу попадало больше десяти сосен, которые принесли огромный ущерб: разбито 20 машин, погиб один человек, 5 человек получили травмы (рис. 2) [9].
Для своевременного обнаружения опасности падения деревьев нужны надежные инструментально-расчетные методы.
Опасность падения деревьев во многом зависит от их местонахождения, возраста, прочности и размера стволов, массы, высоты, корневой системы и других параметров. Например, если диаметр ствола больше 120 см, то такие деревья в преобладающем количестве являются прочными и устойчивыми к ураганам. Но
Рис. 2. Последствия урагана в Красноярском крае
и для таких деревьев необходима проверка на уязвимость.
Если говорить о возрасте деревьев, то в основном падают старые тополя, которые с возрастом теряют устойчивость и становятся слабыми.
Одной из основных причин падения деревьев можно назвать обрубание корневой системы, так как именно она является опорой для вертикального расположения стволов и удержания их. Например, при прокладке дорог, установке заборов очень часто рабочие не обращают внимания на расположение деревьев и могут обрубить им корни для равномерного покрытия асфальтом или определенного расположения забора. В результате деревья становятся менее устойчивыми и при любом порыве ветра могут рухнуть.
Расположение деревьев также влияет на их состояние и дальнейшую жизнь. Они могут подвергаться поражению корневой гнилью, условиями образования которой считаются: увлажненный грунт, теплая погода, затемненные места, механические повреждения (сколы, ощип коры, обугленность при пожаре и т.д.). Гнили часто подвергаются хвойные породы, молодые дубы и т.д. Кроме того, при высоком уровне грунтовых вод корням деревьев сложно расти и укрепляться, поэтому они образуют плоскую корневую систему и становятся менее устойчивыми [4].
Во время урагана чаще ломаются более мелкие и более крупные части кроны. В первую очередь — сухие и слишком тонкие, длинные ветви. Особая опасность угрожает частям дерева, выступающим за пределы замкнутого массива кроны. Ураган может наклонить дерево вместе с его корневым диском. После ослабления нагрузки дерево остается в наклонном положении. Подобные случаи часто встречаются среди недостаточно устойчивых молодых деревьев. Дерево наклоняется и вскоре падает, другое выдерживает большой угол наклона. Причиной этого у первого дерева являются сгнившие или обрезанные корни, в то время
как у второго сохранилась здоровая корневая система, потому что оно было правильно закреплено после пересадки подвижным канатом.
Прежде чем сажать деревья, необходимо изучить и проанализировать розу ветров для выбранной территории, ее грунты и виды растущих поблизости других деревьев, потому что есть определенные виды, которые могут забивать ростки соседних растений, не давая им разрастаться. Одними из таких деревьев являются американские ясенелистные клены, которые завезли в Москву в 1972 году (рис. 3).
Ж /
mâ лШ *
¡fr - .'Д/ " - ' ' ■ 1
ч Щк Vi* Л Г* :■ - К it- ■ . 'х т jf ,1 > 3 Эг * ' ' -ч" 4 ' '
Рис. 3. Клен американский ясенелистный в Москве
Для оценки нагрузки, которую может выдержать дерево, предлагается использовать метод динамико-геофизических испытаний. На рис. 4 показан пример измерения собственных колебаний яблони, а на рис. 5 — результат этого измерения, представленный в виде спектра колебаний [2].
Рис. 4. Измерение динамических параметров яблони
Частота собственных колебаний дерева, представляемого в виде балки-консоли, при известных высоте, породе, нагрузке и сечении определяется по формуле [3]:
f = Л2
2
2 (Elg q
(i)
где:
f— частота собственных колебаний дерева, как балки-консоли;
X — коэффициент, учитывающий схему балки; I — длина балки-консоли; Е — модуль упругости материала дерева;
Рис. 5. Спектр собственных колебаний яблони по оси У
«Технологии гражданской безопасности», том 18, 2021 /211
I — момент инерции сечения ствола дерева; g—ускорение свободного падения; q — нагрузка на ствол дерева.
Данная формула (1) была выведена в результате опытов, проведенных автором, и предлагается к применению при постройке домов, установке заборов и других строительных конструкций, а также для прогноза возможного обрушения деревьев при сильных ветровых потоках.
Используя формулу (1) и зная частоту собственных колебаний дерева, высоту, момент инерции, модуль упругости, можно рассчитать предельную нагрузку, которую сможет выдержать дерево.
Вывод: проблема, изложенная в данной статье, является актуальной в настоящее время, так как ураганы стали частыми и очень опасными природными явлениями в нашей стране. Разновидностей деревьев становится с каждым годом все больше; состояние их в связи с воздействием внешних факторов со временем меняется; они получают механические повреждения, что может вызвать угрозу безопасности человека и нанести вред окружающей среде.
Исследования и опыты, которые были проведены автором по измерению частот собственных колебаний деревьев с помощью динамико-геофизического метода, позволят предостеречь множество людей от опасных для них последствий ураганов. Автор планирует продолжить свои исследования.
Литература
1. Нигметов Г. М., Рыбаков А. В., Савинов А. М., Нигметов Т. Г. Современные подходы к оценке опасности обрушения сооружений // Технологии гражданской безопасности. 2018. Т. 15. № 2 (56). С. 26-29.
2. Нигметов Г. М., Акатьев В. А., Савинов А. М., Нигметов Т. Г. Оценка сейсмостойкости зданий динамико-геофизическим методом с учетом особенности взаимодействия сейсмической волны с системой «грунт-сооружение» // Строительная механика и расчет сооружений. 2018. Вып. 1. С. 24-30.
3. Акатьев В. А., Нигметов Г. М., Нигметов Т. Г. Влияние степени армирования железобетонной балки на амплитудно-частотные характеристики // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 3. С. 10-14.
4. Жамурина Н. А., Танков А. А., Танков Д. А. Современные методы оценки аварийности деревьев // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 2 (88). С. 133-136.
5. Сносил все на пути: что известно об ударе урагана по регионам
России. [Электронный ресурс] // Сайт Ren.tv. URL: https://ren. tv/news/v-rossii/864473-snosil-vse-na-puti-chto-izvestno-ob-udare-uragana-po-regionam-rossii (дата обращения: 16.07.2021).
6. Шквалистый ветер повалил 204 дерева в Нижнем Новгороде. [Электронный ресурс] // Сайт kommersant.ru. URL: https://www. kommersant.ru/doc/4878861 (дата обращения: 16.07.2021).
7. Ураган в Брянской области нанес самый крупный урон за 17 лет. [Электронный ресурс] // URL: https://news.rambler.ru/ weather/46737629-uragan-v-bryanskoy-oblasti-nanes-samyy-krupnyy-uron-za-17-let/ (дата обращения: 16.07.2021).
8. Штормовой ветер в Москве повалил 216 деревьев и повредил 48 автомобилей. [Электронный ресурс] // Сайт myseldon.news. URL: https://news.myseldon.com/ru/news/index/225623979 (дата обращения: 17.07.2021).
9. Мощный ураган разрушил туристический лагерь в Красноярском крае. [Электронный ресурс] // Сайт Новости 1 канал URL: https://www.1tv.ru/news/2020-07-05/388853-moschnyy_uragan_razrushil_turisticheskiy_lager_v_ krasnoyarskom_krae (дата обращения: 20.07.2021).
Сведения об авторе
Ковалева Софья Дмитриевна: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), м.н.с.
121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. e-mail: sofiakovaleva55@yandex.ru SPIN-код: 1753-4730.
Information about author
Kovaleva Sofya D.: All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies, Researcher. 7, Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. e-mail: savandrl98@mail.ru SPIN-scientific: 1753-4730.
Издания ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ)
Авторы, название URL
Акимов В.А. и др. ВНИИ ГОЧС: комплексные решения проблем безопасности (40-летию института посвящается). В 4 т. Т. 1. Исторический очерк http://elibrary.ru/item.asp?id=27336754
Акимов В.А. и др. ВНИИ ГОЧС: комплексные решения проблем безопасности (40-летию института посвящается). В 4 т. Т.2. Очерки и воспоминания http://elibrary.ru/item.asp?id=27408687
Акимов В.А. и др. ВНИИ ГОЧС: комплексные решения проблем безопасности (40-летию института посвящается). В 4 т. Т.3. Научные статьи http://elibrary.ru/item.asp?id=27408646
Акимов В.А. и др. ВНИИ ГОЧС: комплексные решения проблем безопасности (40-летию института посвящается). В 4 т. Т 4. Фотолетопись http://elibrary.ru/item.asp?id=27336750
Фалеев М.И. и др. Основы стратегического планирования в области гражданской обороны и защиты населения. Научно-методический труд http://elibrary.ru/item.asp?id=26571679
Акимов В.А. и др. Наземно-космический мониторинг чрезвычайных ситуаций http://elibrary.ru/item.asp?id=27268186
