Construções leves de estradas Semarang: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Projeto escolar

Como um projeto escolar para a Universidade de Ciências Aplicadas de Rotterdam, tivemos que encontrar uma solução tanto para o aumento do nível da água quanto para o afundamento da terra em Semarang, Indonésia.

Os seguintes produtos são feitos durante este projeto:

• Site / instrutível;
• Material de capacitação;
• Artigo profissional;
• Poster.

O material de capacitação, o artigo profissional e o pôster estão anexados.

Resumo

Na parte norte de Semarang (Indonésia), ocorrem frequentemente inundações. As inundações estão afetando a vida diária porque as estradas estão inundando primeiro. Essas inundações são causadas pela combinação de aumento do nível do mar e subsidência extrema da terra. A subsidência da terra é de cerca de 1 a 17 cm por ano. Este afundamento de terra é causado pelas fracas condições do solo, extrações de água e as construções de infraestrutura de peso pesado. É muito importante proteger as estradas principais contra as inundações. Os engenheiros locais continuam nivelando as estradas adicionando novas camadas de asfalto que tornam as construções de estradas mais pesadas e resultam em mais subsidência de terra. É um fato que o afundamento da terra não pode ser eliminado, mas os engenheiros locais não têm o conhecimento para usar materiais inovadores e leves para que o afundamento da terra possa ser minimizado. Na Holanda, usamos materiais de construção como plástico, madeira, rochas de lava e caixas de proteção de água para fazer construções rodoviárias leves. Investigamos a estrada principal na área de Kaligawe Semarang. Projetamos 5 diferentes construções de estradas e calculamos a subsidência da terra em um período de 10 anos. Como resultado, descobrimos que o uso da construção PlasticRoad irá minimizar o afundamento da terra e o assentamento será minimizado. A subsidência da terra após 10 anos será de 0, 432 metros. Além do PlasticRoad poder armazenar água na estrutura, a construção funciona como bueiro sob a estrada. Os elementos são feitos de plástico que pode ser feito de plástico reciclado e reduz o desperdício de plástico na área. E, finalmente, os elementos podem ser facilmente levantados de forma que, se necessário, a estrada possa ser nivelada com o uso de aparas de bambu.

Reconhecimentos

Agradecemos à universidade Unsissula (Semarang Indonésia) por diversos documentos oblíquos com dados sobre as condições do solo da área de Semarang. Agradecemos aos nossos professores, E. A. Schaap, W. J. J. M. Kuppen, J. Lekkerkerk e J. M. P. A. Langedijk pela explicação do caso e sugestões do projeto que levou a melhorias nesta investigação. Agradecemos também a W. Wardana e aos alunos da universidade Unsissule pelas informações sobre a situação em Semarang para que nossos resultados sejam mais representativos para a localização do projeto. Este trabalho foi financiado pela Universidade de Ciências Aplicadas de Rotterdam.

Etapa 1: Definição do Problema

Localização do projeto (Semararang, Indonésia) Semarang é a capital da província de Java Central, localizada na costa norte da ilha de Java, na Indonésia. Semarang cobre uma área de cerca de 37.366 hectares ou 373,7 km2, com uma população de cerca de 1,8 milhões de pessoas em 2017 (Dr. Abdul Rochim, 2017). Topograficamente, Semarang consistia em duas paisagens principais, nomeadamente planícies e áreas costeiras no norte e áreas montanhosas no sul. A parte norte, onde estão o centro da cidade, as estações ferroviárias, o aeroporto e o porto, é relativamente plana, enquanto a parte sul tem declives maiores e uma altitude de até cerca de 350m acima do nível do mar. A parte norte tem densidade populacional relativamente maior e também tem mais áreas industriais e comerciais em comparação com a parte sul.

Problema social

Devido às mudanças climáticas, condições climáticas extremas estão se tornando comuns. Essas condições climáticas extremas geralmente levam a situações indesejáveis. Isso se deve ao fato de o espaço público não estar bem sintonizado com essas situações excepcionais. Como o espaço público não pode resistir a essas situações extremas, existem grandes problemas para a população circundante. Isso também se aplica aos residentes de Semerang. Como resultado, os residentes de Semerang são prejudicados em suas vidas diárias.

Quando ocorre uma inundação, é possível que isso leve à perda de vidas humanas, perda de gado, danos a casas, destruição de plantações e falha em fornecer infra-estrutura adequada. Além disso, a gestão da água na área também será interrompida, o que aumenta significativamente o risco de doenças. No entanto, há uma diferença na causa das inundações. É a inundação causada por rios que saem de suas margens, ou por condições extremas do mar. Porque em caso de inundação de um rio, a situação é bastante perceptível, de modo que as consequências geralmente podem ser limitadas. Mas se for causado por uma situação extrema no mar, geralmente é um processo de rápido desenvolvimento, o que significa que as pessoas têm menos tempo para serem capazes de agir de forma adequada.

Devido ao fato de os rios correrem fora de suas margens, as infraestruturas, como estradas, pontes e usinas de energia, são interrompidas. Ou essa infraestrutura é completamente inutilizável para os habitantes de Semarang. Isso faz com que as atividades econômicas parem. Vários outros processos também chegam à paralisação, importantes para atender às necessidades diárias dos moradores. Pense no cultivo de safras e no transporte a pé. A distração desses processos torna difícil para algumas pessoas suprir suas necessidades diárias e de suas famílias. E quando a produção de uma safra é interrompida, isso também pode levar a grandes problemas no final do ano, pois pode causar escassez de alimentos.

Devido às inundações em Semerang, o sistema de gestão de água existente está sendo interrompido. Isso significa que a água usada para preparar a comida e lavar as pessoas está poluída. Pois esta água é abastecida com todos os poluentes que estão presentes no espaço público. Essas consequências das enchentes farão com que as doenças sejam muito mais fáceis de se espalhar pela população de Semerang. Devido a essas doenças, aumenta consideravelmente a chance de as pessoas não conseguirem mais realizar suas atividades diárias, pois não são capazes de realizar o trabalho físico.

Além disso, as inundações podem causar problemas psíquicos para os humanos. Pois eles veem seu cotidiano sendo afetado pela água. Essa situação costuma ser mais difícil de processar em crianças do que em idosos. E como grande parte da infraestrutura está plana em Semerang, eles também não podem fugir da situação. Como essa situação está ocorrendo, aumentam as chances de as pessoas perderem a confiança no conselho político. Visto que, aparentemente, eles não estão em posição de fornecer aos residentes um ambiente seguro para morar.

Problema técnico

O afundamento de terras em Semarang tem sido amplamente relatado e seu impacto já pode ser visto na vida diária. Percebe-se nas formas de inundação costeira (é chamada de roubo pelos locais) que sua cobertura tende a aumentar com o tempo. As perdas econômicas causadas pelo afundamento de terras em Semarang são enormes; uma vez que muitos edifícios e infraestruturas na zona industrial de Semarang são severamente afetados pelo afundamento de terras e seus desastres colaterais de inundações costeiras.

Muitas casas, serviços públicos e um grande número de populações também estão expostos a este desastre silencioso. O custo de manutenção correspondente está aumentando a cada ano. O governo provincial e as comunidades são obrigados a elevar frequentemente a superfície do solo para manter as estradas e edifícios secos. As condições de vida da população afetada pelo abatimento de terras estão, em geral, diminuindo.

O aluimento da terra não é um fenômeno novo para a Semarang, que o experimenta há mais de 100 anos. Com base nas pesquisas de nivelamento conduzidas pelo Centro de Geologia Ambiental de 1999 a 2003, verificou-se que a subsidência relativamente grande foi detectada em torno do porto de Semarang, estação ferroviária Semarang Tawang, Bandar Harjo e Pondok Hasanuddin. A subsidência de terras nesses locais está variando entre 1 a 17 cm / ano (Tobing e Murdohardono, 2004; Murdohardono, 2007). Os resultados indicam que as áreas costeiras do norte de Semarang estão diminuindo com taxas maiores que 8 cm / ano. Essas áreas são geralmente compostas por depósitos pantanosos de solo argiloso mole.

Acredita-se que o afundamento da terra na parte norte de Semarang seja causado pela combinação da consolidação natural de solo de aluvião jovem, extração de água subterrânea e carga de edifícios e estrutura. De acordo com van Bemmelen (1949), a sedimentação lamacenta nas áreas costeiras de Semarang ocorreu há pelo menos 500 anos. Portanto, pode-se esperar que a consolidação natural costeira de solo de aluvião jovem terá uma contribuição significativa na subsidência relativamente grande observada nas áreas costeiras de Semarang.

Além da consolidação natural de solo de aluvião relativamente jovem, a subsidência da terra em Semarang também pode ser parcialmente causada pela extração excessiva de água subterrânea. A extração de água subterrânea na cidade de Semarang está aumentando drasticamente desde o início da década de 1990, especialmente em áreas industriais. Segundo Marsudi (2001), o número de poços registrados em 200 é de 1.050. A extração excessiva de água subterrânea introduziu subsidência do solo na superfície.

O subsidência da terra resultou que cerca da metade da área de Semarang está abaixo do Nível Médio do Mar (ou MSL) do Mar de Java.

Lacuna de conhecimento

Em Semarang, as estradas são projetadas com materiais pesados. As estradas são na maioria das vezes construídas com asfalto. Quando a construção da estrada se estabilizou, eles colocaram uma nova camada de asfalto por cima. Isso torna a construção cada vez mais pesada. Isso acontece uma vez por ano. Isso resulta em subsidência mais rápida. O conhecimento do uso de materiais inovadores leves para a construção de estradas não está presente pelos engenheiros em Semarang. Eles só pensam de forma tradicional para a construção de estradas.

Como mencionado anteriormente, uma camada extra de asfalto é colocada no topo da construção da estrada existente para nivelar a estrada. Isso acarreta um peso extra que torna a ocupação do terreno maior em um determinado período. Há um conhecimento mínimo dos resultados do aluimento do solo e da construção de estradas.

Etapa 2: Objetivo e Área de Estudo

Objetivo

O objetivo deste artigo é projetar uma construção rodoviária para a cidade de Semarang que cause o menor aluimento de terras em um período de 10 anos. Por meio da investigação de várias construções de estradas diversas, iremos determinar a subsidência do terreno. Além disso, oferecemos ao governo local várias idéias inovadoras para a construção de estradas em sua área.

Questões de pesquisa:

• Como calcular o aluimento da terra (método)?
• Como minimizar o afundamento de terras causado por estradas?
• Quanta subsidência de terra causando as estradas tradicionais em 10 anos?
• Quais estruturas rodoviárias leves são usadas na Holanda?
• Quanto subsidência de terra causou as estruturas rodoviárias descritas em 10 anos?

Área de estudo

Para este estudo, uma estrada principal no noroeste da cidade de Semarang (Kaligawe) foi selecionada. A área de Kaligawe é uma das principais rotas do tráfego costeiro do Norte de Java e também a porta de entrada da cidade de Semarang pelo leste. Há mais de 5 anos esta área está sujeita a inundações devido a uma combinação de subsidência da terra, aumentando a influência do movimento das marés do mar e a incapacidade de descarga em fluxo livre da água do rio. Em períodos de inundação, ocorrem longos congestionamentos de trânsito com mais de 10 quilômetros de extensão. Na área de Kaligawe, muitas partes interessadas / funções sofrem com as inundações. As principais funções na área de Kaligawe são ambientes industriais, escritórios, educação, hospitais e assentamento de moradias. As perdas com as enchentes estão se tornando mais sérias e aumentando com o tempo, os principais impactos das enchentes são o congestionamento do tráfego, danos às estradas, perturbação ambiental e econômica de escala nacional.

Etapa 3: Métodos

Habitantes locais

Para compreender a situação em Semarang, falamos com Wisnu Wardana. Ele é um local que estuda engenharia civil. Wisnu trabalha em um projeto na Universidade de Ciências Aplicadas de Rotterdam. Ele nos deu dados sobre a situação local. Isso é necessário porque nós nunca visitamos Semarang. Ele nos contou, por exemplo, como o governo está lidando com a subsidência agora.

Revisão da literatura

O primeiro passo para projetar uma construção de estradas é investigar os diversos tipos de materiais que podem ser usados ou os diferentes princípios para construir uma estrada. A pesquisa foi realizada na internet. Lá encontramos vários sites e documentos digitalizados de inúmeras inovações de construção de estradas que são recomendadas para construir no topo de solo muito subsidência.

Método Koppejan

O método Koppejan tem o nome do engenheiro A. W. Koppejan que na década de 1950 realizou exames frequentemente nos laboratórios de Delft (Holanda). Ele produziu a primeira versão do método Koppejan. Alguns anos depois, vários professores fizeram pequenos ajustes e melhorias no método e cálculo. O cálculo é baseado na teoria de Prandtl, originada da mecânica do solo. (Sewnath, 2018)

Na engenharia é desenvolvido um método relativamente simples e confiável para calcular o afundamento por carregamentos. O método Koppejan é um método de cálculo com base em um teste de penetração do cone no local. Seria ainda melhor realizar um teste de carregamento de estaca na estaca, em que a estaca é carregada, por exemplo, por blocos de concreto em uma estrutura de aço, com uma carga de teste próxima de sua capacidade de carga máxima. Isso é muito caro e o teste de penetração do cone (CPT) geralmente é considerado confiável o suficiente. (Baars, 2012)

Em um solo homogêneo, pode-se supor que em condições estáticas a carga de ruptura de uma estaca longa é independente, ou praticamente independente do diâmetro da estaca. Isso significa que a resistência do cone medida em um CPT pode ser considerada igual à capacidade de carga do topo da estaca. Na realidade, o solo ao redor da ponta da estaca geralmente não é perfeitamente homogêneo. Muitas vezes, o solo consiste em camadas com propriedades diferentes. Para este caso, foram desenvolvidas fórmulas de design prático, que levam em consideração as diferentes resistências do cone abaixo e acima do nível da ponta da estaca. Além disso, nessas fórmulas de projeto, a possibilidade de que o modo de falha prefira o solo mais fraco pode ser contabilizada. Na prática da engenharia, a fórmula de Koppejan é freqüentemente usada. (Baars, 2012)

Folha de cálculo do Excel (Koppejan)

Projetamos nossa própria planilha de cálculo em Excel para calcular o assentamento do solo. A planilha de cálculo do Excel é uma forma simplificada de cálculo com o método Koppejan. Os parâmetros de solo dos mergulhadores para o local podem ser preenchidos. Esses parâmetros precisam ser investigados por meio de um teste de penetração do cone. Além do carregamento externo pode ser selecionado. Finalmente, é necessário preencher o período de tempo para o assentamento. A planilha de cálculo do Excel calcula o recalque do solo por carregamento externo para um local específico.

D-liquidação

D-liquidação é um software de computador que é usado para controlar nossa planilha de cálculo Excel auto-criada (simplificada). O software está sendo desenvolvido pela Deltares Systems, uma empresa Deltares. D-Settlement é uma ferramenta dedicada para prever o assentamento do solo por carregamento externo. O D-Settlement determina com precisão e rapidez o recalque direto, a consolidação e a fluência ao longo das verticais na geometria bidimensional. A Deltares vem desenvolvendo o D-Settlement. (Sistemas Deltares, 2016)

D-Settlement fornece uma funcionalidade completa para determinar liquidações para problemas bidimensionais regulares. Modelos bem estabelecidos e avançados podem ser usados para calcular recalque / dilatação primária, consolidação e fluência secundária, com possível influência de drenos verticais. Podem ser aplicados diversos tipos de cargas externas: cargas não uniformes, trapezoidais, circulares, retangulares, uniformes e de água. Drenos verticais (faixas e planos) com consolidação opcionalmente reforçada por desidratação temporária ou consolidação a vácuo podem ser modelados. D-Settlement cria uma saída tabular e gráfica abrangente com assentamentos, tensões e pressões de poros nas verticais que devem ser definidas. Um ajuste automático nas liquidações mensuradas pode ser aplicado, a fim de determinar melhores estimativas da liquidação final. Finalmente, a largura de banda e a sensibilidade do parâmetro para assentamentos totais e residuais podem ser determinados, incluindo o efeito das medições. (Sistemas Deltares, 2016)

Etapa 4: possíveis soluções

Como resultado da revisão da literatura para construções inovadoras de estradas leves, encontramos várias ideias (conceituais). As possíveis construções leves são descritas abaixo.

Caixa de infiltração

A caixa de infiltração é uma grande caixa permeável à água que é usada para armazenar e infiltrar a água. Uma caixa de infiltração é feita de plástico, o que pode contribuir para o problema do plástico na área. Para evitar que as caixas de infiltração fluam com areia, elas são embaladas com um pano de filtro de geotêxtil. Colocando essas caixas de infiltração na fundação de uma estrada. A água da chuva que cai na superfície pavimentada da estrada pode ser obtida sob a estrada. Isso embala um filho de armazenamento extra para a água na área. Sem isso, a água aberta existente deve ser usada para isso. De acordo com a fonte consultada, uma caixa teria peso de 11 kg e capacidade para armazenar 290 litros de água.

PlasticRoad

O PlasticRoad é uma construção rodoviária baseada em plástico reciclado. É pré-fabricado e apresenta um espaço sagrado que pode ser usado para diversos fins. Isso inclui armazenamento de água, trânsito de cabos e canos, aquecimento de estradas, geração de energia, etc. Além disso, o elemento é quatro vezes mais leve do que a estrutura tradicional de estradas como os conhecemos na Holanda. O benefício adicional do PlasticRoad é que ele pode ser feito de plástico reciclado. O que pode contribuir para o problema do plástico na área. E quando a construção é realizada, não precisa de muita manutenção e tem uma vida útil relativamente mais longa do que as construções de estradas convencionais. Durante a vida útil do PlasticRoad, é fácil ajustar a altura da estrutura.

Pedras de lava / lascas de bambu

As fundações de estradas na Holanda são construídas com diferentes materiais. A camada inferior da fundação consiste sempre em um leito de areia. O granulado da mistura é normalmente aplicado no topo desta camada de areia. No entanto, este é um material relativamente pesado que não beneficia o afundamento do solo. É por isso que é possível substituir este material por pedras de lave ou lascas de bambu. Os prós das pedras de lava são o fato de ser um material poroso e relativamente leve, com alta permeabilidade à água e capacidade de armazenamento de água. Ao aplicar uma fundação de rochas de lava com grau 4-32, 48% de espaço oco é realizado em contraste com o granulado misto. Um efeito prejudicial na fundação é causado pelo fato de que a gradação 0-4 está faltando. Existe uma baixa coesão entre as diferentes rochas, o que torna a estabilidade da fundação muito menor. As listras de bambu são um material com as mesmas propriedades.

Etapa 5: Cálculo de Subsidência de Resultados

Afundamento de terras por planilha de cálculo Excel

Nossa própria planilha de cálculo desenvolvida em Excel calcula a subsidência da terra com base no método Koppejan. Como entrada da planilha de cálculo do Excel, selecionamos as condições de solo mais próximas (no mercado KUBRO) conforme mostrado na figura acima. Calculamos o peso da construção das inovadoras construções de rodovias leves descritas acima. Os resultados da planilha de cálculo do Excel são mostrados no PDF anexo.

Afundamento de terras por assentamento D

Além disso, calculamos a construção de peso das inovadoras construções de estradas leves descritas acima. Os resultados da liquidação D são apresentados no PDF em anexo.

Etapa 6: Conclusão

Conclusão

Na área norte de Semarang, onde importantes instalações da cidade estão localizadas, como o porto, estação ferroviária, hospitais, escritórios e as estradas principais, muitas vezes ficam cheias que influenciam a vida diária dos habitantes locais. Essas inundações são causadas pela elevação do nível do mar e pelo afundamento da terra na área. No momento, o governo local está construindo as estradas de maneira tradicional, com materiais de construção pesados. Quando as estradas estão muito baixas (causadas pelo afundamento da terra), uma camada extra de asfalto é aplicada no topo da construção para nivelar a estrada. Esta forma de construção de estradas piora o aluimento do solo.

Ao usar materiais de construção de estradas leves, a subsidência da terra pode ser minimizada. Ao usar os seguintes materiais de construção (inovadores), o peso da construção da estrada (e a subsidência do terreno) pode ser reduzido:

• Caixas de proteção de água
• PlasticRoad
• Pedras de lava
• Chips de bambu

Usando o método Koppejan, é calculada a subsidência da terra para a estrada principal na área de Kaligawe ao longo de 10 anos. Em 10 anos, a PlasticRoad causou o menor afundamento de terra (0, 432 metros). Além da construção PlatsicRoad tem os seguintes benefícios:

• Construção oca que funciona como bueiro (e armazenamento de água) sob a estrada.
• Os elementos são feitos de plástico reciclado o que pode reduzir o desperdício de plástico na área
• Os elementos podem ser facilmente limados e, se necessário, a estrada pode ser nivelada com aparas de bambu.

Etapa 7: Discussão

Informação entregue

Vários documentos com dados locais, por exemplo, as condições do solo, são enviados para nós pela Universidade Unissula de Semarang. Como nós, como equipe, nunca visitamos a área de estudo e, além disso, não fizemos a investigação, por exemplo, da condição do solo nós mesmos assumimos que os dados entregues estão 100% corretos. Além disso, não recebemos todos os dados necessários, então fizemos várias suposições para o cálculo da subsidência do terreno. Por exemplo, o nível do lençol freático e os valores no método Koppejan.

Afundamento de terras nos últimos anos

Para o Cp e Cs no método Koppejan, assumimos os valores. Os valores exatos no local não estavam disponíveis, então fizemos uma pesquisa na internet por valores representativos. Os valores afetam o resultado do cálculo com base na subsidência dos últimos anos no local. Para um resultado preciso da subsidência da terra, os valores reais de Cp e Cs precisam ser determinados no local.

Investigação do nível de estrada necessário

Nós investigamos o aluimento da terra de 6 diferentes construções de estradas em um período de 10 anos. Para ter certeza de que as estradas não podem estar inundadas com condições de água do mar alta, é necessário haver uma investigação do aumento do nível do mar para que o nível da estrada possa ser projetado em uma altura mínima.

Condições do solo de investigação / construções de estradas

Projetamos uma planilha de cálculo em Excel simplificada para fazer cálculos rápidos de assentamento com base nas condições do solo e no peso das construções de estradas. Existem apenas 3 condições de solo enviadas pela universidade de Unissula. Para aplicar a planilha de cálculo do Excel em locais aleatórios em Semarang (e outras partes da Indonésia), são necessários mais resultados de penetração do cone.

Além disso, investigamos 5 diferentes construções de estradas. Provavelmente, há muito mais construções de estradas leves disponíveis, o que pode causar menos aluimento do solo. Mais investigação sobre o tipo de construção de estradas é necessária.

Disponibilidade e custo de materiais

Não sabemos exatamente quais tipos de materiais estão disponíveis na Semarang e o custo disso. Esta pesquisa tem que ser feita por pessoas locais porque eles têm conhecimento das possibilidades dos fornecedores.

Etapa 8: Literatura

Literatura usada

Abidin, H., Andreas, H., I., G., Sidiq, T., Mohammad Gamal, M., Murdohardono, D., & Yoichi, F. (2012). Estudando Subsidência de Terra em Semarang (Indonésia) Usando Métodos Geodésicos. Sydney.

Alibaba.com. (2019). Chips de bambu para venda. Opgehaald van Alibaba.com: www.alibaba.com/product-detail/Bamboo-Chips-For-Sale

Baars, S. v. (2012). Engenharia de Fundação. Luxemburgo.

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

Daga, S. (2016, 31 de agosto). Fortalecimento das Soluções de Mudança Climática da Semarang: Colaboração, chave para aumentar a resiliência. Notícias da Fundação Opgehaald van Thomson reuters:

Sistemas Deltares. (2016). Manual do usuário do D-Settlement. Delft: Deltares.

Google. (2019). Opgehaald van Google Maps:

PlasticRoad. (2019). Opgehaald van PlasticRoad:

Rochim, A. (2017). Consolidação do solo. Rotterdam.

Sewnath, P. (2018). De ontwikkeling van een digitale trainer para Koppejan Methode em Maple TA. Rotterdam: TUDelft.

Tuindomein.nl. (2019). Lavasteen natuursteen 40-80mm Big-bag 750 quilo. Opgehaald van Tuindomein.nl:

Wahyudi, S., Adi, H., & Lekkerkerk, J. (sd). Manipulação de solução de inundação de maré na área de Kaligawe por sistema de drenagem Polder.