Zastosowanie funkcji Weibulla do oceny wytrzymałości na rozciąganie korzeni wybranych gatunków drzew

• Autorzy: Zydron T. , Gruchot A. , Czesak K.

Warianty tytułu

EN

Application of the Weibull survival function for estimation of the root tensile strength of selected tree species

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było określenie wytrzymałości na rozciąganie korzeni brzozy brodawkowatej, grabu pospolitego i sosny zwyczajnej oraz wartości parametrów funkcji Weibulla (ω, λ) opisujących zmienność tej charakterystyki. Wyniki badań wytrzymałości na rozciąganie oraz wartości parametrów funkcji Weibulla zastosowano do określenia wartości przyrostu wytrzymałości na ścinanie gruntu wzmocnionego korzeniami za pomocą klasycznego modelu Wu-Waldrona (W-W) oraz odkształceniowego modelu wiązkowego (FBMw). Wyniki badań wykazały, że korzenie grabu zwyczajnego charakteryzują się statystycznie istotnie większą wytrzymałością na rozciąganie niż korzenie brzozy brodawkowatej i sosny zwyczajnej. Stwierdzono, że wartości parametrów funkcji Weibulla były niewielkie, a wartości parametru ω wskazują na dużą zmienność charakterystyki wytrzymałościowej korzeni badanych gatunków drzew. Wykazano, że dobór parametrów funkcji Weibulla ma nieznaczny wpływ na obliczenia przyrostu wytrzymałości na ścinanie gruntu wzmocnionego korzeniami. Uzyskane wartości tego parametru z użyciem modelu wiązkowego wykorzystującego funkcję przeżywalności Weibulla (FBMw) były od 47 do 59% mniejsze w stosunku do klasycznego model Wu-Waldrona (W-W).

EN

The study aimed at the determination of the tensile strength of the roots of common birch, European hornbeam and Scots pine and at the estimation of values of Weibull functions parameters (ω, λ) describing the variability of this characteristic depending on the species and the size of the root diameters. Tensile strength tests were carried out on the root samples that were placed in water at least one day prior to the test, in order to obtain their maximum saturation. The results of the tensile strength tests and Weibull function parameters values were used for the calculation of root cohesion using numerical model (fiber bundle model). The test results revealed that the roots of the European hornbeam have statistically significantly higher tensile strength than the roots of the common birch and Scots pine. The results of the analysis showed that the values of Weibull parameters are generally small. The obtained values of the ω parameter indicate a high variability of the tensile strength characteristics of the roots of the examined plant species. It has also been shown that Weibull’s method of selection of parameters can have a significant effect on the results of the root cohesion calculations. Moreover, the root cohesion values obtained by the fiber bundle model using the Weibull function were 15–55% smaller than those obtained using the classic Wu-Waldron model.

Słowa kluczowe

PL

drzewa; brzoza brodawkowata; grab pospolity; sosna zwyczajna; korzenie; wytrzymalosc na rozciaganie; wzmocnienia gruntu; model wiazkowy; funkcja Weibulla

EN

tree; common birch; Betula pendula; European hornbeam; Carpinus betulus; Scotch pine; Pinus sylvestris; root; tensile strength; Weibull distribution

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Architectura
• Rocznik: 2018
• Tom: 17
• Numer: 4
• Opis fizyczny: s.61-69,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Zydron T.

• Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Kraków

autor

Gruchot A.

• Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Kraków

autor

Czesak K.

• Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Kraków

Bibliografia

• Bischetti, G. B., Chiaradia, E. A., Simonato, T., Speziali, B., Vitali, B., Vullo, P. & Zocco, A. (2005). Root strength and root area ratio of forest species in Lombardy (northern Italy. Plant and Soil, 278, 11–22. doi:10.1007/s11104-005-0605-4
• Bischetti, G. B., Chiaradia, E.A., Epis, T. & Morlotti, E. (2009). Root cohesion of forest species in the Italian Alps. Plant and Soil, 324, 71–89.
• Cislaghi, A., Bordoni, M., Meisina, C. & Bischetti, G.B. (2017). Soil reinforcement provided by the root system of grapevines: Quantification and spatial variability. Ecological Engineering, 109, B, 169–185. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2017.04.034
• Giadrossich, F., Cihen, D., Schwarz, M., Seddaiu, G., Contran, N., Lubino, M., Valdes-Rodriguez, O.A. & Niedda, M. (2016). Modeling bio-engineering traits of Jatropha curcas L. Ecological Engineering, 89, 40–48.
• Hales, T. C., Ford, C. R., Hwang, T., Vose, J. M. & Band, L. E. (2009). Topographic and ecologic controls on root reinforcement. Journal of Geophysical Research, 114, F03013, 1–17. doi:10.1029/2008JF001168
• Loades, K. W., Bengough, A. G., Bransby, M. F. & Hallett, P. D. (2010). Planting density influence on fibrous root reinforcement of soils. Ecological Engineering, 36, 276–284.
• Mao, Z., Saint-Andre, L., Genet, M., Mine, F-X., Jourdan, Ch., Rey, H., Courbaud, B. & Stokes, A. (2012). Engineering ecological protection against landslides in diverse mountain forests: Chosing cohesion models. Ecological Engineering, 45, 55–69.
• Mattia, Ch., Bischetti, G. B. & Gentile, F. (2005). Biotechnical characteristics of root systems of typical Mediterranean species. Plant and Soil, 278, 23–32.
• Pollen-Bankhead, N. & Simon, A. (2005). Estimating the mechanical effects of riparian vegetation on stream bank stability using a fiber bundle model. Water Resources Research, 41, W07025. doi:10.1029/2004WR003801
• Schwarz, M., Giadrossich, F. & Cohen, D. (2013). Modeling root reinforcement using a root-failure Weibull survival function. Hydrology and Earth System Sciences, 17, 4367–4377.
• Schwarz, M., Thormann, J. J., Zürcher, K., Feller, K. (2012). Quantifying root reinforcement in protection forests: implications for slope stability and forest management. 12th Congress INTERPRAEVENT 2012 – Grenoble/France, 791–802.
• Stokes, A., Atger, C., Bengough, A. G., Fourcaud, T. & Sidle, R. C. (2009). Desirable plant root traits for protecting natural and engineered slopes against landslides. Plant and Soil, 324 (1–2), 1–30. doi: 10.1007/s11104-009-0159-y
• Vergani, C., Schwarz, M., Cohen, D., Thormann, J.J. & Bischetii, G.B. (2014). Effects of root tensile force and diameter distribution variability on root reinforcement in the Swiss and Italian Alps. Canadian Journal of Forest Research, 44, 1426–1440. dx.doi.org/10.1139/cjfr2014-0095
• Vergani, C., Schwarz, M., Soldati, M., Corda, A., Giadrossich, F., Chiaradia, E.A., Morando, P. & Bassanelli, C. (2016). Root reinforcement dynamics in subalpine spruce forests following timber harvest: a case study in Canton Schwyz, Switzerland. Catena, 143, 275–288.
• Vergani, C., Werlen, M., Conedera, M., Cohen, D. & Schwarz, M. (2017). Investigation of root reinforcement decay after a forest fire in a Scots pine (Pinus sylvestris) protection forest. Forest Ecology and Management, 400, 339–352.
• Waldron, L. J. (1977). Shear resistance of root-permeated homogeneous and stratified soil. Soil Science Society of America Journal, 41, 843–849.
• Wu, T. H. (1976). Investigation on landslides on Prince of Wales Island. Alaska Geotech Report 5. Columbus: Ohio State University.
• Zydroń, T. (2014). Wpływ korzeni grabu na wytrzymałość gruntu na ścinanie. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 1, 21–33.