Легкие дорожные конструкции Семаранг: 8 ступеней

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Школьный проект

В качестве школьного проекта для Роттердамского университета прикладных наук нам нужно было найти решение как для повышения уровня воды, так и для проседания земли в Семаранге, Индонезия.

В рамках этого проекта производятся следующие продукты:

• Веб-сайт / Обучаемый;
• Материал для наращивания потенциала;
• Профессиональная статья;
• Плакат.

Прилагаются материалы по наращиванию потенциала, профессиональная статья и плакат.

Абстрактный

В северной части Семаранга (Индонезия) часто бывают наводнения. Наводнения сказываются на повседневной жизни, потому что в первую очередь затопляются дороги. Эти наводнения вызваны сочетанием повышения уровня моря и экстремального оседания суши. Оседание земли от 1 до 17 см в год. Это проседание земли вызвано слабыми почвенными условиями, забором воды и тяжелыми инфраструктурными сооружениями. Очень важно защитить главные дороги от наводнения. Местные инженеры продолжают выравнивать дороги, добавляя новые слои асфальта, которые утяжеляют дорожные конструкции и приводят к большему проседанию земли. Это факт, что проседание земли невозможно устранить, но у местных инженеров нет знаний, чтобы использовать инновационные легкие материалы, чтобы минимизировать проседание земли. В Нидерландах мы используем такие строительные материалы, как пластик, дерево, камни из лавы и водонепроницаемые ящики для изготовления легких дорожных конструкций. Мы исследовали главную дорогу Калигаве в районе Семаранг. Мы спроектировали 5 различных дорожных конструкций и рассчитали просадку земли за 10 лет. В результате выяснилось, что использование конструкции PlasticRoad минимизирует просадку земли, минимизирует оседание. Просадка земли через 10 лет составит 0 432 метра. Помимо того, что PlasticRoad может накапливать воду в конструкции, конструкция функционирует как водопропускная труба под дорогой. Элементы изготовлены из пластика, который может быть изготовлен из переработанного пластика, что сокращает количество пластиковых отходов в помещении. И, наконец, элементы можно легко поднять, поэтому при необходимости дорогу можно выровнять с помощью бамбуковой стружки.

Благодарности

Благодарим университет Unsissula (Семаранг, Индонезия) за несколько наклонных документов с данными о почвенных условиях района Семаранг. Благодарим наших учителей Е. А. Schaap, W. J. J. M. Куппен, Дж. Леккеркерк и J. M. P. A. Langedijk за объяснение случая и предложения по проекту, который привел к улучшениям в этом расследовании. Также мы благодарим W. Wardana и студентов университета Unsissule за информацию о ситуации в Семаранге, поэтому наши результаты более репрезентативны для местоположения проекта. Работа поддержана Роттердамским университетом прикладных наук.

Шаг 1. Определение проблемы

Местоположение проекта (Семараранг, Индонезия) Семаранг - столица провинции Центральная Ява, расположенная на северном побережье острова Ява в Индонезии. Семаранг занимает площадь около 37,366 га или 373,7 км2, с населением около 1,8 миллиона человек в 2017 году (д-р Абдул Рочим, 2017). Топографически Семаранг состоял из двух основных ландшафтов: низменности и прибрежной зоны на севере и холмистой местности на юге. Северная часть, где находятся центр города, железнодорожные вокзалы, аэропорт и гавань, относительно плоская, в то время как южная часть имеет большие склоны и находится на высоте примерно до 350 м над уровнем моря. Северная часть имеет относительно более высокую плотность населения, а также больше промышленных и деловых районов по сравнению с южной частью.

Социальная проблема

Из-за меняющегося климата экстремальные погодные условия становятся обычным явлением. Эти экстремальные погодные условия часто приводят к нежелательным ситуациям. Это связано с тем, что общественное пространство плохо приспособлено к этим исключительным ситуациям. Поскольку общественное пространство не может противостоять этим экстремальным ситуациям, для окружающего населения возникают серьезные проблемы. Это касается и жителей Семеранга. В результате жители Семеранга испытывают затруднения в повседневной жизни.

Когда происходит наводнение, возможно, что это приведет к гибели людей, потере домашнего скота, повреждению домов, уничтожению урожая и неспособности обеспечить адекватные объекты инфраструктуры. Кроме того, будет нарушено управление водными ресурсами в этом районе, что значительно повысит риск заболеваний. Однако есть разница в причине затопления. Вызвано ли наводнение реками, выходящими из своих берегов, или экстремальными условиями на море. Потому что в случае речного наводнения ситуация довольно ощутима, поэтому последствия в целом могут оставаться ограниченными. Но если это вызвано экстремальной ситуацией на море, это часто быстро развивающийся процесс, а это означает, что у людей остается меньше времени, чтобы действовать надлежащим образом.

Из-за того, что реки текут за пределы своих берегов, нарушается инфраструктура, такая как дороги, мосты и электростанции. Или даже эта инфраструктура совершенно непригодна для жителей Семаранга. Это приводит к остановке экономической деятельности. Также могут быть остановлены различные другие процессы, которые важны для обеспечения жителей их повседневными потребностями. Подумайте о выращивании сельскохозяйственных культур и о пеших прогулках. Отвлечение внимания на эти процессы мешает некоторым людям обеспечивать себя и свои семьи повседневными потребностями. И когда производство сельскохозяйственных культур нарушается, это также может привести к серьезным проблемам в конце года, так как это может вызвать нехватку продуктов питания.

Из-за наводнения в Семеранге существующая система управления водными ресурсами нарушена. Это означает, что вода, используемая для приготовления пищи и мытья людей, загрязнена. Так как эта вода снабжена всеми загрязнениями, которые присутствуют в общественных местах. Эти последствия наводнения приведут к тому, что болезни будут намного легче распространяться среди населения Семеранга. Из-за этих заболеваний значительно возрастает вероятность того, что люди больше не смогут выполнять свою повседневную деятельность, поскольку они не способны к физическому труду.

Кроме того, наводнения могут вызвать у людей психологические проблемы. Поскольку они видят, как вода влияет на их повседневную жизнь. Детям зачастую сложнее справиться с такой ситуацией, чем пожилым людям. А поскольку большая часть инфраструктуры в Семеранге лежит плоско, они также не могут покинуть эту ситуацию. Поскольку такая ситуация имеет место, увеличиваются шансы, что люди потеряют доверие к политическому совету. Поскольку они явно не в состоянии обеспечить своим жителям безопасную среду обитания.

Техническая проблема

Проседание земли в Семаранге широко освещается, и его влияние можно увидеть уже в повседневной жизни. По формам прибрежного наводнения (местные жители называют его грабежом) видно, что его охват имеет тенденцию к увеличению в разы. Экономические потери, вызванные проседанием земель в Семаранге, огромны; поскольку многие здания и объекты инфраструктуры в промышленной зоне Семаранга серьезно пострадали от проседания земли и связанных с этим бедствий прибрежных наводнений.

Многие дома, коммунальные предприятия и большое количество населения также подвергаются этой безмолвной катастрофе. Соответствующая стоимость обслуживания увеличивается с каждым годом. Правительство провинции и общины обязаны часто поднимать поверхность земли, чтобы дороги и здания оставались сухими. Условия жизни населения, пострадавшего от проседания земель, в целом ухудшаются.

Проседание земли - не новое явление для Семаранга, которое переживает его уже более 100 лет. На основании разведочных работ, проведенных Центром экологической геологии с 1999 по 2003 год, было обнаружено, что относительно большие просадки были обнаружены вокруг гавани Семаранг, железнодорожной станции Семаранг Таванг, Бандар Харджо и Пондока Хасануддина. Оседание Земли в этих местах составляет от 1 до 17 см / год (Tobing, Murdohardono, 2004; Murdohardono, 2007). Результаты показывают, что северные прибрежные районы Семаранга опускаются со скоростью более 8 см / год. Эти участки обычно сложены болотными отложениями мягкой глинистой почвы.

Предполагается, что проседание земли в северной части Семаранга вызвано сочетанием естественного уплотнения молодой аллювиальной почвы, добычи грунтовых вод и нагрузки на здания и сооружения. Согласно ван Беммелену (1949), илистые отложения в прибрежных районах Семаранга произошли по крайней мере 500 лет назад. Следовательно, можно ожидать, что прибрежная естественная консолидация молодой аллювиевой почвы будет иметь значительный вклад в относительно большое наблюдаемое проседание в прибрежных районах Семаранга.

Помимо естественного уплотнения относительно молодой аллювиальной почвы, проседание земель в Семаранге также может быть частично вызвано чрезмерным извлечением грунтовых вод. Добыча подземных вод в городе Семаранг резко возрастает с начала 1990-х годов, особенно в промышленных районах. Согласно Марсуди (2001), количество зарегистрированных скважин составляет 1050 из 200. Избыточный забор грунтовых вод привел к проседанию земли на поверхности.

Оседание суши привело к тому, что примерно половина площади Семаранга находится ниже среднего уровня моря (или МСМ) Яванского моря.

Пробел в знаниях

В Семаранге дороги построены из тяжелых материалов. Дороги в большинстве своем асфальтированы. Когда строятся дороги, сверху кладут новый слой асфальта. Это каждый раз утяжеляет строительство. Это происходит раз в год. Это приводит к более быстрому проседанию. Инженеры Семаранга не знают, как использовать легкие инновационные материалы для дорожного строительства. Они думают только о традиционном строительстве дорог.

Как упоминалось ранее, поверх существующей дорожной конструкции кладется дополнительный слой асфальта для выравнивания дороги. Это вызывает дополнительный вес, который увеличивает заселение земли в определенный период. Имеются минимальные знания о результатах проседания земли и дорожного строительства.

Шаг 2: цель и область исследования

Задача

Цель данной статьи - спроектировать строительство дороги для города Семаранг, которая вызовет наименьшее проседание земли за 10 лет. Исследуя несколько разноплановых дорог, мы собираемся определить просадку земли. Кроме того, мы предлагаем органам местного самоуправления несколько новаторских идей по строительству дорог в их районе.

Вопросы исследования:

• Как рассчитать просадку земли (метод)?
• Как минимизировать проседание земли из-за дорог?
• Насколько проседает земля, вызывая традиционные дороги за 10 лет?
• Какие легкие дорожные конструкции используются в Нидерландах?
• Насколько сильно проседание земли вызвало описанные дорожные конструкции за 10 лет?

Область исследования

Для этого исследования выбрана главная дорога на северо-западе города Семаранг (Калигаве). Район Калигаве является одним из основных маршрутов движения по побережью Северной Явы, а также воротами города Семаранг с востока. Так как более 5 лет эта территория подвергалась наводнениям из-за сочетания оседания суши, усиления влияния приливных движений с моря и невозможности свободного сброса речной воды. В периоды наводнений возникают длительные пробки длиной более 10 километров. В районе Калигаве многие заинтересованные стороны / функции страдают от наводнения. Основные функции в районе Калигаве - промышленная среда, офисы, образование, больницы и жилые поселения. Убытки от наводнения становятся все более серьезными и со временем увеличиваются, основными последствиями наводнения являются заторы на дорогах, повреждение дорог, экологические и экономические разрушения национального масштаба.

Шаг 3: методы

Местные жители

Чтобы разобраться в ситуации в Семаранге, мы поговорили с Вишну Вардана. Он местный, изучает гражданское строительство. Вишну работает над проектом в Роттердамском университете прикладных наук. Он предоставил нам данные о местной ситуации. Это необходимо, потому что мы никогда не посещаем Семаранг. Он рассказал нам, например, как правительство сейчас борется с проседанием.

Литературный обзор

Первым шагом при проектировании дорожного строительства является изучение различных типов материалов, которые могут быть использованы, или различных принципов строительства дороги. Исследование проводилось в Интернете. Там мы нашли несколько веб-сайтов и оцифрованный документ о многочисленных нововведениях в дорожном строительстве, которые рекомендуется строить на очень просадочных грунтах.

Коппеян метод

Метод Коппеяна назван в честь инженера А. В. Коппеян, который в 1950-е годы часто проводил исследования в лабораториях Делфта (Нидерланды). Он создал первую версию метода Коппеяна. Несколько лет спустя различные профессора внесли небольшие корректировки и усовершенствования в методику и расчеты. Расчет основан на теории Прандтля, восходящей к механике грунтов. (Sewnath, 2018)

В технике разработан относительно простой и надежный метод расчета оседания под нагрузками. Метод Коппеяна - это метод расчета, основанный на испытании на проникновение конуса на месте. Было бы даже лучше выполнить испытание сваи на нагрузку на сваю, при которой она нагружается, например, бетонными блоками на стальной раме, с испытательной нагрузкой, приближающейся к максимальной несущей способности. Это очень дорого, и тест на проникновение конуса (CPT) обычно считается достаточно надежным. (Баарс, 2012)

В однородном грунте можно предположить, что в статических условиях разрушающая нагрузка длинной сваи не зависит или практически не зависит от диаметра сваи. Это означает, что сопротивление конуса, измеренное в CPT, можно считать равным несущей способности вершины сваи. В действительности почва вокруг вершины сваи обычно не является идеально однородной. Очень часто почва состоит из слоев, имеющих разные свойства. Для этого случая были разработаны практические расчетные формулы, учитывающие различное сопротивление конуса ниже и выше уровня вершины сваи. Более того, в этих расчетных формулах может быть учтена возможность того, что режим разрушения предпочтет самый слабый грунт. В инженерной практике часто используется формула Коппеяна. (Баарс, 2012)

Расчетный лист Excel (Koppejan)

Мы разработали собственный расчетный лист в формате Excel для расчета осадки почвы. Таблица расчетов в Excel - это упрощенный способ расчета по методу Коппеяна. Можно ввести различные параметры грунта для данного местоположения. Эти параметры необходимо исследовать, выполнив тест на проникновение конуса. Кроме того, можно выбрать внешнюю нагрузку. Наконец, необходимо указать период времени для расчета. В таблице расчетов Excel рассчитывается осадка почвы при внешней нагрузке для определенного места.

D-поселение

D-расчет - это компьютерное программное обеспечение, которое используется для управления нашей самостоятельно созданной (упрощенной) таблицей расчетов в формате Excel. Программное обеспечение разрабатывается Deltares Systems, компанией Deltares. D-Settlement - это специальный инструмент для прогнозирования осадки грунта при внешней нагрузке. D-Settlement точно и быстро определяет прямую осадку, уплотнение и ползучесть по вертикали в двухмерной геометрии. Deltares разрабатывает D-Settlement. (Deltares systems, 2016)

D-Settlement предоставляет полную функциональность для определения расчетов для обычных двумерных задач. Хорошо зарекомендовавшие себя и продвинутые модели могут использоваться для расчета первичной осадки / набухания, консолидации и вторичной ползучести с возможным влиянием вертикальных стоков. Могут применяться различные виды внешних нагрузок: неравномерные, трапециевидные, круглые, прямоугольные, равномерные и водные нагрузки. Можно смоделировать вертикальные водостоки (полосы и плоскости) с необязательным усилением уплотнения путем временного обезвоживания или вакуумного уплотнения. D-Settlement создает исчерпывающие табличные и графические данные с осадками, напряжениями и поровыми давлениями на вертикалях, которые необходимо определить. Может применяться автоматическая подгонка к измеренным расчетам для определения улучшенных оценок окончательного расчета. Наконец, можно определить полосу пропускания и чувствительность параметров для общих и остаточных осаждений, включая влияние измерений. (Deltares systems, 2016)

Шаг 4: возможные решения

В результате обзора литературы по инновационным легковесным дорожным сооружениям мы обнаружили несколько (концептуальных) идей. Возможные облегченные конструкции описаны ниже.

Ящик для инфильтрации

Контейнер для инфильтрации - это отличный водопроницаемый ящик, который используется для хранения и инфильтрации воды. Контейнер для инфильтрации сделан из пластика, что может способствовать возникновению пластиковых проблем в этой области. Чтобы предотвратить попадание песка в инфильтрационные ящики, их набивают фильтровальной тканью из геотекстиля. Поместив эти инфильтрационные ящики в фундамент дороги. Дождевая вода, которая попадает на асфальтированную поверхность дороги, может попасть под дорогу. Это коробки с дополнительным хранилищем для воды в этом районе. Без этого для этого следует использовать имеющуюся открытую воду. Согласно источнику, с которым были проведены консультации, ящик будет иметь вес 11 кг и вместимость 290 литров воды.

ПластикДорога

PlasticRoad - это дорожная конструкция, основанная на переработанном пластике. Он является сборным и имеет внутреннее пространство, которое можно использовать для различных целей. Это включает в себя хранение воды, прокладку кабелей и труб, обогрев дорог, выработку энергии и т. Д. Кроме того, этот элемент в четыре раза легче, чем традиционная дорожная конструкция, которую мы знаем в Нидерландах. Дополнительным преимуществом PlasticRoad является то, что он может быть изготовлен из переработанного пластика. Что может способствовать возникновению пластиковых проблем в этом районе. А когда строительство реализовано, оно не требует значительного ухода и имеет относительно более длительный срок службы, чем стандартные дорожные конструкции. В течение всего срока службы PlasticRoad можно легко отрегулировать высоту конструкции.

Лавовые камни / бамбуковые чипсы

Фундаменты дорог в Нидерландах строятся из разных материалов. Нижний слой фундамента всегда представляет собой песчаную подушку. Гранулят смеси обычно наносится поверх этого слоя песка. Однако это относительно тяжелый материал, который не способствует просадке грунта. Поэтому этот материал можно заменить на лавровый камень или бамбуковую стружку. Плюсы лавовых камней в том, что это пористый и относительно легкий материал с высокой водопроницаемостью и способностью удерживать воду. При закладке фундамента из лавовых пород 4-32 класса получается полость 48% в отличие от смешанного гранулята. Губительное воздействие на фундамент возникает из-за того, что отсутствует градация 0-4. Между различными камнями низкое сцепление, что значительно снижает устойчивость фундамента. Бамбуковые полосы - это материал с такими же свойствами.

Шаг 5: Расчет оседания результатов

Просадка земли по расчетному листу Excel

Наша собственная разработанная программа расчетов в формате Excel рассчитывает просадку грунта по методу Коппеяна. В качестве входных данных для таблицы расчетов Excel мы выбрали ближайшие почвенные условия (на рынке KUBRO), как показано на рисунке выше. Мы рассчитали весовую конструкцию описанных выше инновационных легких дорожных конструкций. Результаты таблицы расчетов Excel представлены в прикрепленном PDF-файле.

Проседание земли от поселка Д

Кроме того, мы рассчитали весовую конструкцию описанных выше инновационных легких дорожных конструкций. Результаты D-расчетов представлены в прикрепленном PDF-файле.

Шаг 6: Заключение

Заключение

В северной части Семаранга, где расположены важные объекты города, такие как гавань, железнодорожный вокзал, больницы, офисы и главные дороги, часто бывают наводнения, которые влияют на повседневную жизнь местных жителей. Эти наводнения вызваны повышением уровня моря и оседанием земли в этом районе. В настоящее время местные власти строят дороги традиционным способом из тяжелых строительных материалов. Когда дороги слишком низкие (из-за проседания земли), поверх конструкции укладывается дополнительный слой асфальта для выравнивания дороги. Такой способ строительства дороги усугубляет проседание земли.

Используя легкие дорожно-строительные материалы, можно свести к минимуму просадку земли. Использование следующих строительных (инновационных) материалов позволяет снизить вес дорожного строительства (и просадку земли):

• Ящики с водным буфером
• ПластикДорога
• Камни лавы
• Бамбуковые чипсы

Используя метод Коппеяна, рассчитывается просадка грунта для главной дороги в районе Калигаве за 10 лет. За 10 лет PlasticRoad вызвал наименьшее проседание земли (0, 432 метра). Помимо PlatsicRoad конструкция имеет следующие преимущества:

• Полая конструкция, которая выполняет функцию водопропускной трубы (и резервуара для воды) под дорогой.
• Элементы изготовлены из переработанного пластика, что позволяет сократить количество пластиковых отходов в этом районе.
• Элементы легко фильтруются, поэтому при необходимости дорогу можно выровнять, используя бамбуковую стружку.

Шаг 7: Обсуждение

Доставленная информация

Несколько документов с местными данными, например, о почвенных условиях, присылает нам университет Unissula в Семаранге. Поскольку мы, как команда, никогда не посещаем исследуемую территорию и, кроме того, сами не проводили исследования, например, состояния почвы, мы предположили, что предоставленные данные верны на 100%. Кроме того, мы не получили все необходимые данные, поэтому сделали несколько предположений для расчета просадки грунта. Например, уровень грунтовых вод и значения в методе Коппеяна.

Проседание земли в последние годы

Для Cp и Cs в методе Коппеяна мы приняли значения. Точные значения на месте не были доступны, поэтому мы провели поиск репрезентативных значений в Интернете. Значения влияют на результат расчета, основанного на проседании в данном месте за последние годы. Для получения точного результата оседания грунта необходимо было определить фактические значения Cp и Cs на месте.

Исследование необходимого уровня дороги

Мы исследовали просадку земли 6 различных дорожных сооружений за период в 10 лет. Чтобы убедиться, что дороги не могут быть затоплены при высоком уровне морской воды, необходимо провести исследование повышения уровня моря, чтобы уровень дороги можно было спроектировать с минимальной высотой.

Исследование почвенных условий / дорожных сооружений

Мы разработали упрощенную таблицу расчетов в формате Excel для быстрого расчета осадки с учетом почвенных условий и веса дорожных конструкций. Университет Униссула прислал только 3 почвенных условия. Для применения таблицы расчетов Excel в случайных местах в Семаранге (и других частях Индонезии) требуются дополнительные результаты проникновения конуса.

Кроме того, мы исследовали 5 различных дорожных сооружений. Вероятно, существует гораздо более легкие дорожные конструкции, которые могут вызвать меньшее проседание земли. Необходимы дополнительные исследования типа дорожных сооружений.

Доступность и стоимость материалов

Мы точно не знаем, какие материалы доступны в Семаранге и сколько они стоят. Это исследование должны проводить местные жители, потому что они знают о возможностях поставщиков.

Шаг 8: Литература

Используемая литература

Абидин, Х., Андреас, Х., И., Г., Сидик, Т., Мохаммад Гамаль, М., Мурдохардоно, Д., и Йоичи, Ф. (2012). Изучение оседания грунта в Семаранге (Индонезия) геодезическими методами. Сидней.

Alibaba.com. (2019). Продажа бамбуковой стружки. Opgehaald van Alibaba.com: www.alibaba.com/product-detail/Bamboo-Chips-For-Sale

Баарс, С. В. (2012). Фундаментальная инженерия. Люксембург.

Beuker kunststof leidingsystemen. (2019). Infiltratiekratten. Opgehaald van Beuker kunststof leidingsystemen: www.beuker-bkl.com/producten/infiltratie/infiltratiekratten/

Дага, С. (31 августа 2016 г.). Усиление решений Семаранга в области изменения климата: сотрудничество, ключ к повышению устойчивости. Новости фонда Опгехаальда ван Томсона reuters:

Системы Deltares. (2016). По эксплуатации Sony D-Settlement. Делфт: Дельтарес.

Google. (2019). Opgehaald van Google Maps:

PlasticRoad. (2019). Опгехаальд ван PlasticRoad:

Рочим, А. (2017). Уплотнение почвы. Роттердам.

Сьюнат, П. (2018). Интерактивный цифровой тренер для Koppejan Methode в Maple TA. Роттердам: TUDelft.

Tuindomein.nl. (2019). Лавастин натуральный 40-80мм Биг-бэг 750 кг. Opgehaald van Tuindomein.nl:

Wahyudi, S., Adi, H., & Lekkerkerk, J. (sd). Обработка приливных паводков в районе Калигаве с помощью дренажа системы Polder.