Városi parkok, fasorok fáival kapcsolatban gyakran felmerül a kérdés, hogy meddig tarthatóak lábon, mikor indokolt azok kivágása. Városainkban ez rendszeresen visszatérő probléma, esetenként heves vitákat vált ki, hiszen a városképet, a város hangulatát meghatározó fákhoz a lakók ragaszkodnak. A túlöregedett beteg fák azonban viharok alkalmával kidőlésükkel komoly veszélyforrást jelentenek. Városi környezetben a fasorok és zárt faállományok díszítőértékükön kívül igen nagy szerepet játszanak a jó klimatikus és egészségügyi viszonyok kialakításában.

Azonban mire egy városi fa, képes betölteni szerepét, ültetéstől számítva hosszú idő teleik el.

Ezért a sokszor több emberöltő alatt növekedett minden egyes fa kivágása előtt fokozott alapossággal kell a szakembereknek mérlegelni, hogy valóban elkerülhetetlen-e a kivágás. A fák egészségi állapotának meghatározása egyaránt fontos a parkokban, az utak mentén az erdőgazdaságokban.

A kérdés az esetek nagyobb részében, kellő szakértelemmel külső jegyek alapján is megállapítható, de a fában lévő rejtett üvegek, szöveti elváltozások, repedések kívülről szemlélve nem láthatóak. Ma már több olyan diagnosztikai eljárás létezik, amelyek roncsolásmentesen, vagy kis mértékben roncsolva valós képet adnak a fatest belső állapotáról.

Az általam bemutatni kívánt kopogtatásos favizsgálati módszer a fa hangvezető képességén alapul.

A hangvezető képességet, a fában radiális irányban terjedő hangsebesség értékkel jellemezhetjük. Egészséges élő fában ez az érték a referencia hangsebesség, ami fafajonként változó.

A favizsgálatok során, a mért sebességértékek referenciaértéktől való eltérésének mértékében következtethetünk a belső egészségi állapotra.

A referencia értékek ismeretéhez több egészséges faegyeden szükséges méréseket elvégezni ahhoz, hogy nagyobb bizonyossággal meggyőződhessünk egy-egy fafajra jellemző értékről.

Dolgozatomban célul tűztem ki három fafaj (Celtis occidentalis , Platanus x acerifolia, Fraxinus angustifolia subsp. pannonica) referencia értékeinek megállapítását.

A méréseket a Celtis occidentalisnál városi termőhelyen; Budapest egyik legnagyobb zöld felületet biztosító részén; a Népligetben, a Fraxinus angustifolia subsp. pannonica méréseit Ócsa és Tiszatelek határában lévő erdőállományokban, a Platanus x acerifolia méréseitTiszatelek határában lévő ártéri erdőállománybanvégeztem. Fajonként 50 egyed hangsebesség értékeit vizsgáltam, majd a referenciaértékek megállapításához többféle módszert is alkalmaztam, mivel a fatestek egészségi állapotát a mérések során nem minden fafaj esetében tudtam ellenőrizni és összevetni a mért értékekkel.

            Erdőkben, a még élő, beteg fák általában nem veszélyeztetik az embert és környezetét, városi környezetben viszont ezek a fák baleset veszélyessé válhatnak.

Egy városi környezetben lévő fa elsősorban elszáradt, illetve korhadt ágai váratlan letörésével veszélyeztet, csak másodsorban a teljes kidőlésével. (gyökér kifordulásával, vagy a korhadt törzs eltörésével)

A törzs a talaj felszínén törik el a leggyakrabban, de bármilyen törzs magasságban bekövetkezhet. Nagy esőzéseket követő viharos erejű szelek egészséges fákat is képesek kidönteni. A törzs kettétörhet, az egészséges korona vagy annak egyes ágai is lecsavarodhatnak, letörhetnek.

Városi fák egészségi állapotát ezért bizonyos időszakonként vizsgálni, ellenőrizni kell a balesetek elkerülése végett. A leggyakrabban a városi fák, valamint a közutak melletti sorfák esetén válik szükségessé a fák egészégi állapotának a meghatározása. A vizsgálat történhet vizuálisan vagy műszerek segítségével.

 

A roncsolásmentes anyagvizsgálati és az orvosi diagnosztikai módszerek fejlődése több olyan vizsgálati módszert teremtett meg, melyek élő fák vizsgálatára is sikerrel alkalmazhatók (1. táblázat).

 

 

 

 

 

A legrégebbi eljárás során egy 13 mm átmérőjű fahengert vesznek ki a fából és ebből következtetnek az egészségi állapotára (1 ábra).

(Ez gyakorlatilag roncsolásos eljárás, mivel a fúrás helyén roncsoljuk a fa szövetét.)

 

 

Ez a vizsgálat sajnos olyan sebet ejt a fatörzsben, mely károsíthatja a fát és megfelelő utókezelés hiányában gombafertőződések forrása lehet, bár az egészséges fa védekező mechanizmusa képes meggátolni a seben keresztüli fertőződést (Szalai 2001).

A fák vitalitása, növekedésének üteme és a háncsban mérhető elektromos kapacitancia között talált összefüggést McDougall 1988-ban. A további vizsgálatok kimutatták, hogy az elektromos ellenállás a kapacitanciánál jobb becslőparamétere a fák vitalitásának. A vizsgálat során a háncs elektromos ellenállását mérik úgy, hogy egymástól 54 mm-re levő elektródákat ütnek a fába függőlegesen. A méréshez 1 kHz frekvenciájú váltóáramot használnak. Az érzékelő tűk azonosak a faipari nedvességmérő készülékeknél használatos tűkkel. Mivel a fa ellenállását a hőmérséklet érzékenyen befolyásolja, ezért a hőmérsékletet is mérni, ill. korrekcióba kell venni.

A vizsgálat elve azon alapszik, hogy a háncs elektromos ellenállását befolyásolja a szállított folyadék ion-koncentrációja, ezen keresztül a tápanyag koncentrációja.

A tapasztalatok szerint a 7-12 kohm-os ellenállás 1-2, míg a 18-32 kohm 4-5 egészségi osztálynak felel meg. Bár a fa vitalitásáról így képet kapunk, arra vonatkozóan, hogy mi okozza az esetleges életképesség-csökkenést, nem kapunk információt. A kereskedelmi forgalomban is kapható élő fa ellenállásmérő készülék a német „Conditiometer” és a szlovén „Tree Tester”.

A fa relatív sűrűségének változásából következtetni lehet a fában található fahibákra, korhadásokra. A tapasztalatok szerint a fúrási ellenállás szoros kapcsolatban van a sűrűséggel, így annak meghatározására jól alkalmazható a mikrofúró (Densitomat, Resistograph) (2. ábra). Az elnevezés találó, mivel a fúrófej hegyének átmérője – kétszerese a szár átmérőjének, így a furat nem tömődik el – csak 3 mm. A fúrási mélység általános esetben max. 41 cm, a legnagyobb változatnál max. 100 cm (3. ábra).

 

 

 

A fúrási ellenállás változása befolyásolja a fúró motorjának teljesítményét. A vizsgálat során ezt mérik és a méréssel egyidőben grafikusan meg is jelenítik. Az így kapott grafikonok jó képet nyújtanak a fa belső szerkezetéről.

A műszer alkalmazható élő fák és beépített faanyag sűrűségének vizsgálatára egyaránt. Mivel képes érzékelni a korai és kései pászta eltérő sűrűségét (az ebből adódó ellenállás-változást), így akár kormeghatározásra is alkalmas (Dívós 1998).

 

 

 

 

 

 

 

Az akusztikus eljárások a fában terjedő rezgéseken alapulnak, a fa szöveti szerkezetét nem bolygatják meg.

Ezek a számítógépes tomográfia (CT), az elektromos tulajdonságok mérésén alapuló vitalitásmérők, a hang terjedési idejének mérésén alapuló ultrahangos és kopogtatásos módszer.

A számítógépes tomográfia a ma alkalmazható legpontosabb vizsgálati módszer. A berendezéssel a fa keresztmetszetének sűrűségtérképe készthető el. A műszer gyűrű alakban fogja közre a fát, ebben a síkban Am-241-es, vagy Cs-137-es izotópforrással világítja át a fát. A fán áthaladt sugárzás intenzitását NaI szcintillációs detektorok sorozatával mérik. A mérések kiértékelésére és a képalkotás céljára számítógépet használnak (Szendrődi 1994).

A németországi Philips Egyetem Radiológiai Központjának Orvos-fizikai Munkacsoportja MCT-3 néven, kifejezetten élő fák vizsgálatára alkalmas mobil számítógépes tomográfot fejlesztett ki a 80-as évek elején. Berendezésükkel Magyarországon is végeztek már vizsgálatokat (4. ábra).

A CT-s favizsgálatok elterjedését alapvetően gátolja a radioaktív sugárforrás alkalmazása, mivel tárolásához, szállításához, használatához körülményesen beszerezhető szakhatósági engedélyekre van szükség. A vizsgálat további hátránya annak hosszúsága (kb. 1 óra/mérés) és magas költsége, így széleskörű elterjedése nem várható a közeljövőben (Dívós 1998).

            A 60-as évek közepe óta ismeretes, hogy a fenyő-fűrész árú valamint a forgácslapok hajlító szilárdságát hangsebesség segítségével becsülni lehet. Erre a célra az amerikai Metriguard cég kifejlesztette a „Stress Wave Timer” készüléket, mely a koppintással keltett hangimpulzus terjedési idejét méri mikroszekundumban. Ezt a műszert faszerkezetek felülvizsgálatára, illetve falemezgyárakban gyors minőségellenőrzésére használják. Élő fa vizsgálatára először K. Bethge alkalmazta. Ezzel egyidőben kezdték meg a Nyugat-Magyarországi Egyetemen a kopogtatással történő élőfa vizsgálatokat saját fejlesztésű műszerük, a (FAKOPP) alkalmazásával. A módszer részletes ismertetésére a következő fejezetben kerül sor.

            Szintén a hang terjedésének törvényszerűségeit használja fel a Sylvatest műszer is azzal a különbséggel, hogy alacsony frekvenciájú ultrahang terjedési idejét méri . Az eljárás hátránya, hogy a hőmérsékletváltozásra érzékenyebb, mint a kopogtatásos módszer. Viszont alkalmas a bükkön fellépő álgeszt becslésére is (Dívós 1998).

 

 

 

 

    Az úgynevezett 1 dimenziós (1D) eljárások hangsebesség mérésen alapulnak (FAKOPP, IML impulzuskalapács, METRIGARD), a fa törzsébe egy start- és egy stopérzékelőt ütnek, majd e két pont között mérik a hangsebességet (5. ábra).

 Ha korhadás van e két pont között, a hang terjedési ideje nő, ebből következtetnek a fa belső egészségi állapotára.

 

 

A 2 dimenziós eljárások (FAKOPP 2D (6. ábra), PICUS (7. ábra) már képesek síkban vizsgálni a fatörzset, ezek hangsebesség-mérésen alapulnak, a technika hasonló az egydimenzióshoz, csak itt körbe a fa törzsére több érzékelőt is felszerelnek, majd egyesével mérik az egyes érzékelők közti időket.

 

A műszerhez csatlakoztatható egy laptop, ami kiértékeli az érzékelők közti terjedési időket. A kiértékelés grafikus formában is képes megjeleníteni a fatest belső állapotát úgy, hogy az egészséges farészt és a beteg szövet részt külön színnel érzékelteti (8.-9. ábra).

 

 

 

 

                  

 

 

 

A többérzékelés spektrumanalízis csak nemrég került a figyelem középpontjába, e módszer lényegében nem a hangsebesség, hanem a rezgések elemzésével foglalkozik. Kísérletek folytak telefonoszlopok vizsgálatára e módszerrel Amerikában, élőfa vizsgálatával pedig a Nyugat-Magyarországi Egyetem roncsolásmentes favizsgálati laborja foglalkozik.

 

Fejlesztés alatt áll egy olyan műszer (SPEKTRA), amely az élőfa rezgésállapotából képes a belső egészségi állapotára következtetni.

A műszer több részegységből áll (érzékelők, erősítő, laptop). A fa törzsébe körbe piezo elektromos gyorsulásérzékelőket vernek, és ezeket árnyékolt kábellel kapcsolják a többcsatornás erősítő-berendezéshez (10. ábra).

 

 

 

Az érzékelők kalapáccsal való megütésekor a fa az állapotának megfelelő rezgésállapotba kerül. A jeleket egy időben kell az összes csatornáról begyűjteni.

Az erősítőt egy laptophoz csatlakoztatják, amelyben egy analóg-digitál átalakító kártya az érkező jeleket időben feldolgozza és szoftver segítségével analizálja.

A kiértékelésnek két típusa van, az egyik alapján több mérési adatot felvesznek különböző fafajoknál és átmérőknél, majd vizsgálják az eltárolt spektrumokat úgy, hogy összehasonlítják az egészséges fák referencia spektrumával. A hasonlóságokat és különbségeket vizsgálva döntetek arról, mennyire korhadt belül a fa. A másik kiértékelési típusban elméleti levezetésekkel próbálják magyarázni a keletkező rezgéskép és spektrum formáját. A műszer nagyságára jellemző, hogy a mérőegység a kiértékelő laptoppal együtt elfér egy táskában és tápegységről működik. Egy fa vizsgálata körülbelül 20 percig tart (11. ábra).

 

 

 

A jövőbeni továbbfejlesztési lehetőség a háromdimenziós kiértékelés, ezzel lehetőség nyílik a hozzáférhetetlen helyeken való vizsgálatra is, pl. a gyökér felső részének korhadás vizsgálata (Szalai 2001).

 

Kopogtatással történő vizsgálatoknak nagy hagyományai vannak. A harkály így találja meg a rovarokat a fában, az orvos kopogtatással vizsgálja az emberi testet, de kopogtatással vizsgálható az élő fa is anélkül, hogy ki kellene vágni, vagy akár kis sebet kellene ütni.

Az egészséges fa vezeti a hangot, míg a korhadt farészek hang elnyelőként működnek. A hangsebesség a korhadt farészekben és üregekben lényegesen kisebb, mint az egészséges fában.

Egészséges élő fában a hang terjedési sebességének jellemző értéke rostra merőlegesen fenyőfáknál és lágy lombos fáknál 1100-1500 m/s, míg kemény lombos fáknál általában 1600-1700 m/s (Dívós 1999). A farontó gombák által megbontott szerkezetű fatestben a hangsebesség ezen értékeknél lényegesen kisebb, mert a korhadt faanyag rendkívül jó hangelnyelő.

A koppintással gerjesztett hang a leggyorsabban a koppintás helyétől az átellenes oldalra az egészséges farészen keresztül halad (12. ábra).

 

Abban az esetben, ha a törzsben beteg rész (korhadás) található, a hang a gerjesztés helyétől a starttól (a jeladótól) a stop helyig (a jelfogóig) a beteg rész megkerülésével jut el, ezért a terjedés időtartama hosszabb lesz, mint az egészséges fában.

Radiális és tangenciális irányban lényegében azonos hangsebességgel számolhatunk, a relatív eltérés 5%-nál kisebb. A nedvesség tartalom hangsebességet befolyásoló hatása lényeges a rosttelítettségi pont (30-40%) alatt.

A rosttelítettségi pont felett a hangsebesség lényegében független a nedvességtartalomtól. Ezért az élőfa vizsgálata esetében a nedvességtartalom figyelembe vételétől eltekinthetünk.

A hőmérsékletváltozás és a hangsebesség változás fordítottan arányos. 1 ˚C hőmérsékletváltozás kb. 2 m/s változást eredményez a hangsebességben.

A radiális hangsebesség az a paraméter, amelyik jelzi a fahibát. Ha vizsgálat során az egészséges fában elérhető hangsebességhez képest kisebbet tapasztalunk, nagy valószínűséggel gondolhatunk arra, hogy a vizsgált fában fahiba van. A csökkenés mértéke arányos a fahiba súlyosságával. Az egészséges fában mért hangsebességhez képest a beteg fában mért hangsebesség csökkenést akkor tekinthetjük szignifikánsnak, ha az eltérés legalább 7%. (2. táblázat)

A hangsebesség méréssel történő hibakeresés érzékenysége korlátozott. A kisméretű fahiba csak igen kis úthossz növekedést, azaz hangsebesség csökkenést okoz (Dívós 1999).

 

 

A fában a radiális hangsebességet a v = s … (m/s) képlettel fejezzük ki,

                                                                t

melyhez mérjük a hang út hosszát, vagyis a fa átmérőjét, és mérjük a hang terjedési idejét. A pontos sebesség meghatározásához az időt mikroszekundum pontosan kell mérni. A hang terjedési idejének precíz mérésére alkalmas a FAKOPP berendezés (13. ábra).

A FAKOPP-műszer mikroszekundum felbontású órát tartalmaz. Az óra indítása és megállítása elektromosan történik. A start és a stop oldalon gyorsulásérzékelő szolgáltatja az elektromos jelet az órának. Az érzékelőket a fába kell beszúrni úgy, hogy a tű a kérget átüsse és elérje a fatestet. A fa kérge zavar a vizsgálatban, ezért az érzékelők tűi segítenek átvezetni a hangot a kérgen. A tűk másik szerepe az, hogy rögzítse az érzékelőket. A pontos mérés feltétele az érzékelők stabil rögzítése.

Használhatunk kalapácsot az érzékelők beverésére, de ügyelni kell arra, hogy ne üssünk a csatlakozókra és arra is, hogy a fa kérge ne sértse meg az érzékelők csatlakozóit. Az érzékelők BNC kábelekkel csatlakoznak a készülékhez. A készülék bekapcsolása után a start érzékelőre koppintva alaphelyzetbe kerül a készülék, és megjelenik egy szám a folyadékkristályos kijelzőn. Ezt követően 1-2 másodperces időközökkel háromszor koppintunk az érzékelőre. A koppintások eredményét leolvasva, majd azokat átlagolva kapjuk meg a hang terjedési idejét µsec-ban. A mérés eredménye széles tartományban független a koppintás erősségétől.

A kéreg nélküli átmérőből (D) és a hang terjedési idejéből (t) a v = D   · 10000

                                                                                                           t

 

Nagyobb terpeszek esetén előfordulhat, hogy az érzékelő nem merőleges a rostokra. Mivel így a hang gyorsabban terjed a fában, mérésünk sem fogja tükrözni a törzs valódi állapotát. Figyelni kell az esetleges repedésekre, fagylécekre, mivel a mélyre hatoló repedéseket is hibának jelzi a készülék.

Korhadás vizsgálatoknál, mivel a vizsgálat az érzékelőkkel kijelölt egyenes vonalban történik, ha a korhadás nem a középpontban helyezkedik el, előfordulhat, hogy a vizsgálat során nem érzékeljük azt. Ennek elkerülése érdekében egy törzsön két, egymásra merőleges irányban kell a mérést elvégezni.

Az érzékelők rögzítése tűkkel történik, melyek kialakítása lehet sima, vagy menetes felületű. A sima felületű tűket kalapáccsal beütve, míg a menetes felületűeket becsavarva rögzítjük a törzsre. A pontos mérés feltétele az érzékelők stabil rögzítése úgy, hogy a tűk elérjék a fatestet.