|
|
Коэффициент пропорциональности грунтаОснования и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 264.6 Расчет свайных фундаментов как стержневых систем 4.6.1. Расчетная схема свайного фундамента. Прежде, чем изучать проверки свайного фундамента по предельным состояниям, необходимо познакомиться с расчетом свайного фундамента как стержневой системы. Этот расчет предназначен для определения перемещений плиты ростверка, внутренних усилий по длине каждой сваи, а также для определения бокового давления свай на грунт. Для определения напряженно-деформированного состояния элементов свайного фундамента формируется его расчетная схема. Наибольшее практическое применение имеет плоская расчетная схема, но при необходимости расчет может выполняться и для пространственных условий [4]. Рассмотрим плоскую расчетную схему свайного фундамента. На рис. 4.28 изображен свайный фундамент с высоким ростверком.
Прежде всего, задается плоскость, например , действия внешних нагрузок, приведенных к какой-либо точке (как правило, к центру) подошвы плиты ростверка . На эту плоскость проецируется свайный фундамент в следующем виде. Плита ростверка представляется жестким недеформируемым ригелем и изображается в уровне ее подошвы () отрезком прямой жирной линии, совпадающей с осью . Сваи рассматриваются как гибкие стержни и изображаются в виде проекций их осей на плоскость отрезками тонких линий. Если в одну и ту же проекцию попадает несколько свай, то в дальнейшем учитывается работа каждой из них в отдельности. Сваи, рассматриваемые как гибкий упругий стержень характеризуются площадью поперечного сечения , моментом инерции поперечного сечения и модулем упругости материала сваи . Уровень планировки обозначается прямой линией на соответствующей ему отметке . Грунтовое основание считается упругим линейно-деформируемым в соответствии с гипотезой коэффициента постели. Гипотеза коэффициента постели принимается для установления линейной связи между поперечным перемещением грунта и давлением на него (рис.4.29). Кроме того, принимается, что коэффициент постели линейно увеличивается с глубиной в соответствии с выражением: (4.13) где - коэффициент постели; - коэффициент пропорциональности для определения коэффициента постели; - расстояние от уровня планировки () для свайного фундамента с высоким ростверком и от уровня подошвы плиты ростверка () для свайного фундамента с низким ростверком; - боковое давление сваи на грунт; - горизонтальное перемещение грунта.
Назначение коэффициента пропорциональности производится по определенным правилам. Вначале устанавливается расчетная глубина , отсчитываемая от (высокий ростверк) или от (низкий ростверк): (4.14) Если в пределах этой глубины расположен один слой грунта, то коэффициент пропорциональности принимается в зависимости от вида этого грунта. Для двух видов грунтов величина устанавливается по формуле: , (4.15) Для трех слоев грунта используется выражение: (4.16) где - толщина первого, второго и третьего слоев грунта; - коэффициенты пропорциональности для первого, второго и третьего слоев грунта. В заключении отметим, что положение -той сваи в расчетной схеме свайного фундамента характеризуется координатой и углом наклона к вертикали в соответствии с принятой системой координат . Положительные направления координат и обозначены на см. рис. 4.28. 4.6.2 Теоретические основы расчета свайного фундамента как стержневой системы Методика расчета свайного фундамента основана на решении задачи о деформировании сваи в грунтовой среде под действием нагрузок, приложенных в уровне поверхности грунта. Рассмотрим случай, когда внешние нагрузки лежат в одной плоскости. Представляя сваю в виде упругого стержня для него записывают дифференциальное уравнение изогнутой оси [4]: (4.17) Изгиб сваи обусловлен действием поперечной силы и момента приложенных в уровне поверхности грунта. Нагрузка характеризует горизонтальный отпор грунта и определяется согласно гипотезе коэффициента постели: (4.18) где - коэффициент условия работ; - условная ширина сваи. Параметры и позволяют приближенно учесть пространственные условия работы сваи в грунте. Условная ширина сваи принимается равной м при диаметрах сваи 0,8 м , и м для меньших диаметров. Коэффициент условия работ принимается равным при специальном учете пластического разрушения грунта около сваи, и , если это явление не учитывается. Указанные значения и установлены на основе сопоставления расчетных величин перемещений сваи и их опытных значений. Уравнение (4.17) записывается в виде: (4.19) Параметр называется коэффициентом деформации сваи и рассчитывается по формуле: (4.20) Решение уравнения (4.19) было дано И.В.Урбаном и предназначалось для расчета шпунтовой стенки в условиях плоской деформации. Заметим, что при изгибе упругого стержня справедливы следующие зависимости: ; ; (4.21) Решение И.В.Урбана с учетом приведенных выражений (4.21) дает следующую систему уравнений, определяющую работу сваи в грунте [4]: МОДУЛЬ УПРУГОСТИ ГРУНТА - это... Что такое МОДУЛЬ УПРУГОСТИ ГРУНТА?
Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978.
Смотреть что такое "МОДУЛЬ УПРУГОСТИ ГРУНТА" в других словарях:
СтатьиВЗАИМОСВЯЗЬ НАПРЯЖЕНИЙ СРЕЗА И ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВВестник МГСУ 4/2013
Страницы 31-37 Показана возможность использования коэффициентов деформационных и прочностных показателей металлов для установления взаимосвязи их напряжений среза и предела выносливости. Установлено, что коэффициент пропорциональностиƒδвмежду временным сопротивлением разрыву σи твердостью HB для магниевыхсплавов изменяется в пределах 0,353…0,366 при среднем значении 0,359. Ко-срэффициент пропорциональности между напряжением среза τи твердостью HBизменяется в диапазоне 0,246…0,267 при среднем значении 0,254. Отношение S напряжений среза и предела выносливости находится в пределах 1,365…1,481 при средней величине 1,410. Для алюминиевых сплавов названные показатели меньше на 11,43 и 42 % соответственно.δδДля углеродистых сталей коэффициент пропорциональности ƒ = 0,312...0,349 при среднем значении 0,333; для легированных сталей ƒ = 0,289...0,351 при среднем 0,325. Коэффициент пропорциональности между напряжением среза и твердостью для углеродистых и легированных сталей принимает соответственно значения 0,172...0,229 и 0,134...0,223 при средних значениях 0,202 и 0,183. Отношения S для углеродистых сталей принимают значения 0,957...1,275; для легированных сталей 0,744...1,236. Средние значения соответственно равны 1,125 и 1,02.Общий вывод: для исследованных сплавов цветных и черных металлов отношения напряжений среза к пределу выносливости близки к единице. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.4.31-37 Библиографический список
Скачать статью Анализ возможного повышения производительности экскаваторов при устранении адгезии грунта к ковшуВестник МГСУ 2/2014
Страницы 98-104 Адгезия грунта к ковшам экскаваторов существенно снижает их производительность и влияет на величину силы трения грунта в ковше. Коэффициент пропорциональности или приведенный коэффициент трения f учитывает особенностисдвига при определении силы трения грунта по металлической поверхности, а его величина включает деформационную и адгезионную составляющие и зависит от тех же параметров, что и сопротивление сдвигу: времени t и давления Р контакта, влажности W и дисперсности D грунта, температуры в плоскости сдвига Т , состояния поверхности металла.Определены значения коэффициента пропорциональности в зависимости от температуры в плоскости сдвига как без воздействия интенсификаторов, снижающих адгезию, так и при тепловом и термоакустическом воздействиях. Это позволит рассчитывать силу трения по металлической поверхности рабочего органа с учетом адгезии и действия интенсификаторов. DOI: 10.22227/1997-0935.2014.2.98-104 Библиографический список
Скачать статью Какая бывает длина свай и какую выбрать?Длина забивных свайРазличают забивные сваи железобетонные, бетонные, деревянные. По форме – круглые, квадратные, тавровые, двутавровые, полые. Стандартные длины от трех до 16 метров. Минимум для железобетонной сваи:
Можно использовать больше или меньше, их выполняют под заказ. При большой глубине погружения чаще применяются составные сваи, и забивной метод используется редко, обычно комбинированный. Диаметр ж/б свай до 80 сантиметров, оболочек – до метра. Расчетная длина сваиКак это ни странно, но в нормативных документах, посвященных свайным фундаментам, нет четких указаний, как определить расчетную длину сваи. Да и вообще термин «расчетная длина» встречается только 1 раз, когда речь идет о буроинъекционных висячих сваях, проходящих через сильносжимаемые грунты, имеющие модуль деформации Е ≤ 50 кгс/см2. В этом случае расчетная длина ld таких свай при расчетах материала свай на устойчивость (при определении продольного изгиба) принимается в зависимости от диаметра d свай равной: ld = 25d при Е = 5-20 кгс/см2 (484.1.1) ld = 15d при Е = 20-50 кгс/см2 (484.1.2) Если же расчетная длина ld больше высоты сильносжимаемого слоя lg (на рисунке 484.1.а) эта высота обозначена как l для висячей сваи), то расчетную длину следует принимать равной: ld = 2lg = 2l (484.1.3) Как мы знаем, расчетная длина стержня определяется умножением действительной длины стержня на коэффициент μ. При жестком защемлении на нижнем конце и отсутствии какой-либо опоры на верхнем конце стержня μ = 2. Таким образом для висячих буроинъекционных свай, обычно имеющих низкий ростверк, общее правило расчета сжатых стержней можно считать действующим. А все остальные виды свай следует рассматривать как сжатые стержни, имеющие жесткое защемление в сечении, расположенном на расстоянии l1 от подошвы ростверка. Является ли длина l1 расчетной, или при выполнении расчетов на устойчивость для определения расчетной длины длину l1 необходимо дополнительно умножать на μ, об этом можно только догадываться по контексту. Лично мой вывод такой: длина l1 — это условная длина для свай-стоек. При определении продольного изгиба ее следует дополнительно умножать на коэффициент μ, учитывающий характер закрепления на опорах. При расчете на действие горизонтальной нагрузки и(или) изгибающего момента как висячих свай, так и свай-стоек используется понятие длины изгиба сваи.На чем основано это утверждение, надеюсь, будет понятно после прочтения нижеследующего материала. Определение длины l1 согласно СНиП 2.02.03-85 и согласно Руководству по проектированию свайных фундаментов (1980) несколько отличается. Так в СНиПе используются коэффициенты условий работы, значения коэффициента пропорциональности в несколько раз выше и т.д. Вообще-то СНиП является более свежим нормативным документом и более правильно пользоваться СНиПом, однако и действие Руководства пока никто не отменял и потому дальнейшее изложение будет сделано на основе Руководства по проектированию свайных фундаментов. Определение длины сваи l1 производится по следующей формуле: l1 = lo + 2/aд (484.2.1) где lo (м) — длина участка сваи от уровня поверхности грунта до подошвы ростверка или просто до верха сваи-столба или сваи-колонны. Если для свай, заделанных в скальный грунт, величина 2/ад > l, то в таких случаях длина l1 определяется по другой формуле l1 = lo + l (484.2.2) где l (м) — действительная глубина погружения сваи в грунт; Таким образом для свай-стоек, имеющих четко выраженную опору снизу, да еще и заделанных в скальный грунт, длина l1 не может быть больше суммы надземной и подземной части. Но надземная часть lo свай-колонн или свай-столбов может быть сопоставимой с подземной частью l и в этом случае при проведении соответствующих расчетов умножение длины сваи (как минимум для надземной ее части) на коэффициент µ обязательно. А значит и расчетная длина таких свай может быть больше длины l1.На мой взгляд, это достаточное основание, чтобы считать длину l1 некоторой условной длиной. А кроме того подобная ситуация (2/ад > l) может возникнуть только при рассмотрении сильносжимаемых грунтов, через которые проходит свая-стойка. Получается, что наличие подобных сильносжимаемых грунтов при выборе расчетной схемы вообще не учитывается, точнее, можно предположить, что сильносжимаемые грунты почти не препятствуют продольному изгибу свай-стоек. Ну теперь пойдем дальше. ад (1/м) — коэффициент деформации, определяемый по следующей формуле: ад = (Кbc/EI)1/5 (484.3) где К (тс/м4) — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств грунта, окружающего сваю. Значение К определяется по одной из следующих таблиц: Таблица 484.1 (согласно Руководства по проектированию свайных фундаментов)
Таблица 481.2 (Согласно СНиП 2.02.03-85)
Примечания: 1. Как видим, согласно СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» значения коэффициента пропорциональности принимаются примерно в 3 раза больше. Однако на выходе, с учетом того, что при определении ад согласно СНиП подкоренное выражение следует дополнительно делить на коэффициент условий работы, в данном случае равный 3 (при рассмотрении только первой стадии напряженно-деформированного состояния системы «грунт — свая»), никакой разницы практически не будет. 2. Меньшие значения К как в в таблице 484.1, так и в таблице 484.2 соответствуют более высоким значениям показателя консистенции IL глинистых грунтов или коэффициента пористости е песчаных грунтов (данные показатели указаны в скобках), а большие значения К соответствуют более низким значениям IL или е. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик IL и е величины коэффициента К определяются интерполяцией. 3. Коэффициент К для плотных песков принимается на 30% выше, чем наибольшие значения К для заданного вида грунта. bc (м) — условная ширина сваи или диаметр. Для свай с диаметром стволов ≥ 0,8 м условная ширина сваи принимается равной bс = d + 1, для свай с меньшими размерами сечений bс = 1,5d + 0,5. Е (кгс/м2) — модуль упругости материала сваи. Для железобетонных свай принимается значение начального модуля упругости. I (м4) — момент инерции поперечного сечения сваи. Если геометрические параметры сечения сваи изменяются по длине, то следует использовать приведенный момент инерции. Таким образом при всех прочих неизменных характеристиках материала сваи значение коэффициента К тем меньше, чем больше сжимаемость грунта (чем меньше модуль деформации грунта). А чем меньше значение К, тем меньше значение ад. Соответственно чем меньше значение ад, тем больше в итоге значение l1. Как уже говорилось, для свай-стоек, имеющих четко выраженную опору на скальный грунт, вводится ограничение длины l1, выраженное формулой (482.2). Для висячих свай, за исключением буроинъекционных, такого ограничения не существует. Далее, в нормативных документах есть такое понятие как «приведенная длина сваи», обозначается как l, но так как никакой размерности она не имеет, то я бы назвал ее коэффициентом приведенной длины. Коэффициент приведенной длины определяется по следующей формуле: l = aдl (484.4) При расчетах на горизонтальную нагрузку и изгибающий момент требуется определять длину изгиба сваи lм: lм = lo + k2/ад (484.2.3) Где lo и ад принимаются такими же как и в формуле (484.2.1), а значение коэффициента k2 зависит от значения коэффициента приведенной длины и может изменяться в относительно небольших пределах, от k2 = 2.1 при l = 2.7 до k2 = 1.85 при l ≥ 4, если определять по графику, или от k2 = 2.35 при l = 2.6 и lo = 0 до k2 = 1.8 при l ≥ 3.5 и lo ≥ 15 м, если определять по таблице с учетом высоты сваи над поверхностью грунта. Тем не менее для упрощенных или предварительных расчетов при определении приведенной длины можно пользоваться формулой (484.2.1). Так как при расчетах на горизонтальную нагрузку или изгибающий момент свая рассматривается просто как вертикальная консольная балка с жестким защемлением, то дополнительно умножать длину lм на коэффициент µ нет необходимости. Таким образом длина изгиба сваи lм равна расчетной длине вертикальной консольной балки. Если рассматриваемые сваи имеют соединение с ростверком, обеспечивающее необходимую жесткость, то такие сваи и ростверк рассматриваются как пространственные рамные конструкции. Другими словами, при расчете таких свай следует учитывать дополнительный изгибающий момент, возникающий из-за жесткого соединения свай с ростверком. Впрочем это как правило актуально только для крайних в ряду свай. Преимущества свайно-винтового фундамента
Что определяет выбор диаметра сечения конструкций?Используя опоры с большим диаметром сечения, строители обеспечивают гарантированную прочность фундамента. Но при строительстве легковесных сооружений экономически нецелесообразно переплачивать за большие габариты свай.
Взять сведения по геологии грунта собственник может из актуальной справочной документации, но получить достоверные значения можно только в результате лабораторного анализа проб почвы. Рекомендации экспертов по выбору диаметра:
Технология установки винтовых опор Установка винтовых свай Винтовые сваи длиной 2 – 3 метра небольшого диаметра ввинчивают в землю вручную усилиями 2-х рабочих. В технологические отверстия в верхней части ствола продевают трубу небольшого диаметра, которая служит рычагом для осуществления ввинчивания стержней в грунт. При большом металлическом стержне для его погружения в землю применяют специальные механизированные установки с вращательным органом. Опоры такого типа применяют практически во всех типах грунтов кроме скальных оснований. Достоинства Винтовой фундамент можно возвести в сжатые сроки. Такую сваю можно использовать сразу после монтажных работ. Строители утверждают, что в ходе бетонирования внутреннего просвета свайного ствола не произойдет задержка в работах на строительной площадке. Это обуславливается тем, что нагрузка приходится на ее стальную оболочку. При создании фундамента подобным образом объем земляных работ будет существенно снижен, что обуславливает более низкую стоимость по сравнению с разнообразными типами железобетонного. Основание на винтовых сваях за счет наличия лопастей обладает возможностями исключения любых выдергивающих нагрузок. Производить монтажные работы сваи можно на неровной поверхности, под разными углами к вертикали. Исходя из этих возможностей, он востребован при строении на склонах. Подобный фундамент проявляет устойчивость к эрозии грунта благодаря специальной обработке грунта и основания свай. При использовании данного типа свай рельеф местности не имеет значения, так как цокольный уровень в соответствии с периметром будет идентичным, а глубина проведения монтажных работ определяется рельефными характеристиками. При использовании винтовых свай вынимается меньший объем грунта, в связи с этим строительные работы можно вести вплотную к уже возведенным постройкам. В связи с этим строительство можно вести на ограниченном пространстве. Характеризуются меньшей трудоемкостью процесса. Возводить можно в любое время года. Обладают природно-климатической неприхотливостью, поэтому их эксплуатируют в значительном диапазоне колебания температурного режима. Им не страшны грунтовые воды и разбухание грунта. В связи с этим отпадает необходимость в предварительном осушении участка, где будет проводиться строительство. Их можно применять на участках, где отмечается высокий горизонт подпочвенных вод, так как рабочая часть расположена ниже грунтовых вод. Используют на местности, обладающей разнообразным типом грунта, кроме каменистого. Последний неудобен в плане бурения. При установке свай с использованием техники обеспечивается максимальная точность. Можно устанавливать конструкции различного диаметра и разную глубину. Часто винтовые сваи используют для временно возведенных объектов. После окончания функционирования объекта они могут быть разобраны и использованы повторно. Их используют, как для возведения новых построек, так и для реконструкции старых строений, когда требуется заменить фундаментную основу. Перечисленные положительные свойства относятся к конструкциям, которые произведены промышленным способом, так как они соответствуют международным стандартам. Что такое свайно-винтовой фундаментПроектируя свайно-винтовой фундамент, архитектор выполняет расчеты величины передаваемой грунту нагрузки не всем основанием в целом, и каждой сваей в отдельности, в каждой конкретной точке. Обычно, одна свая выдерживает вес в 5-6 тонн. Рассчитывается также расстояние между сваями, их общее количество, толщина трубы сваи и их положение. Для тяжелых этажных строений создают свайное поле. В остальных случаях сваи вкручивают в ряд под наружными стенами и несущими, а в местах стыковки стен и больших нагрузок устраивают «кусты» из свай. Хорошо, если свайно-винтовой фундамент будет опираться на крепкий суглинок или крупнозернистый песок. В процессе вкручивания винт расталкивает грунт, уплотняя его. При этом в почве образуется конус спрессованной почвы, закрепляющий винт наглухо. Свободное пространство, образовавшееся в грунте в процессе ввинчивания, заливают бетоном. Глубина закладки свай зависит также от глубины промерзания грунта (свая должна быть ниже) и уровня подземных вод. Стандартная длина сваи составляет 1,5 метра, но при необходимости ее наращивают до 11,5 метров. Сваи длиной до 3 метров, у которых диаметр лопасти не более 300 миллиметров, ввинчивают вручную. Для свай с большими габаритами применяют гидробуры. Высота всех свай над землей одинакова (даже если под ней сваи установлены на разную глубину), а лишнюю высоту просто обрезают. Технология установки свай машинным способом отработана бригадой специалистов, а вот инструкцию по самостоятельному ручному вкручиванию предлагаем. С плана строительства на «натуру» переносят точки расположения свай. Установка начинается с угловых отметок. Для закручивания сваи длиной до 2,5 м достаточно в специальное отверстие на верхнем ее конце вставить прут, который и будет рычагом. На сваи большей длины надевают удлинитель и трубы с квадратным сечением в качестве рычагов. Советуем изучить — Диваны для ежедневного сна
Поворачивают рычаг несколько человек, постоянно сверяясь с уровнем и отвесом. Допустимое отклонение от вертикали – не более 2 градусов. Завинченные на нужную глубину сваи промеряют дальномером на предмет горизонтального положения и обрезают «лишнее». Для дополнительно защиты от коррозии и если сваи не планируется вытаскивать, пространство вокруг них заливают бетоном. Осталось приварить оголовки, обработать места сварки антикорром и выполнить ростверк (если он предусмотрен проектом). Стоимость винтового фундамента большей частью зависит от стоимости самих свай и комплектующих (оголовков, болтов, эксцентриковых элементов). На стоимость работы влияет глубина закладки свай и наличие/отсутствие спецтехники для их установки. Итак, для сложных строительных ландшафтов и грунтов застройщики все чаще выбирают свайно-винтовой фундамент, «плюсы» и «минусы» которого рассматриваются в контексте конкретной строительной площадки. Единица сопротивления трения о грунт - Разрешение на строительствоЕдиница сопротивления трения о грунтАвторы обсуждаемых теорий принимают единичное сопротивление трения о грунт пропорционально среднему давлению грунта на бок сваи. Коэффициент пропорциональности / - это коэффициент трения грунта о поверхность сваи, при этом величина давления определяется разными авторами по-разному (компьютерная программа строительной лицензии). Теории группы б) относятся к более новым и в значительной степени учитывают взаимосвязь между двумя составляющими несущей способности, а также пытаются учесть трехмерный аспект проблемы и сцепление грунтов. Это сопротивление будет увеличиваться за счет веса грунта, лежащего выше уровня кромки сваи, и влияния части нагрузки сваи, которая передается нижележащим слоям за счет трения о кромку сваи (строительные квалификационные требования). Как видно из формул, во всех теориях вводится значение коэффициентов сопротивления грунта в зависимости от глубины забивки сваи t. Это означает, что чем глубже забивается свая, тем больше становятся единичные коэффициенты сопротивления при осадке сваи. Опыт этого не подтверждает. Наоборот, опыт показывает, что при большей глубине забивки сваи удельные сопротивления грунта перестают увеличиваться по мере увеличения глубины забивки и становятся постоянными. Недоверие к результатам теории На основании этого утверждения следует упростить все теории и принять, что для свай, забитых глубже определенной глубины, значения коэффициентов cgf и bgr будут одинаковыми что касается свай, забиваемых на эту глубину (мнения о программе). Нам известны различные предложения по этому вопросу (Василев, Кеглер-Шайдиг, в нашем случае: Надольский, Пентковский, Хюккель и др.) (связующее законодательство). Характерно, что эту точку зрения представляют не только инженеры-практики, но и ученые. Например, Э. Шульце не преминул открыто выразить свое недоверие в ходе дискуссии на Парижском конгрессе по поводу теоретических расчетов несущей способности свай, несмотря на то, что он сам является автором еще одной теории. Однако такая простая задача, как составление таблицы коэффициентов а и b, затруднительна, поскольку разделение грузоподъемности, определяемой, например, на основе испытательных нагрузок, на часть, зависящую от сопротивления в лопасти, и часть в зависимости от трения о боковую поверхность очень сложно (продвижение 3 в 1). .Оптимизация фосфорных удобрений | Цифровые культурыОптимизация системы фосфорных удобрений в системе точного земледелия
Содержание и формы фосфора в почве. Общее содержание фосфора в пахотном слое пахотных почв обычно колеблется от 0,03% до 0,15% и зависит от типа материнской породы, степени выветривания и содержания органического вещества, в котором содержится 0,5-0,7%.P. Phosphorus подвергается биологической аккумуляции и накапливается в большем количестве в пахотных и гумусовых горизонтах почв. Напротив, количество фосфора мало зависит от генетических характеристик почвы. Соединения фосфора в почве существуют в органической и минеральной формах. В минеральных почвах в среднем 30—40 % общего фосфора приходится на органические соединения, а остальные 60—70 % — на минеральные соединения. К фосфорсодержащим органическим соединениям относятся в основном: фитин и его производные, фосфолипиды, нуклеиновые кислоты и другие.Органическое вещество почвы содержит 0,5-0,7% Р, а отношение углерода (С) к азоту (N) и фосфору (Р) относительно постоянно и составляет 122:10:1,1. Однако отношение N:P гораздо более изменчиво, чем отношение C:N. Это связано с тем, что, в отличие от углерода и азота, источником фосфора в органическом веществе является материнская порода. Скорость минерализации органического фосфора обычно коррелирует со скоростью минерализации азота и выделением CO2. При этом количества С, N, Р, подвергающихся минерализации, пропорциональны содержанию этих элементов в органическом веществе почвы. Фосфор в почве также может быть иммобилизован. Равновесие процессов иммобилизации-Р минерализации наступает при соотношении С:Р 200-300:1, а содержание фосфора в органическом веществе около 0,2%. При соотношении С:Р <200:1 имеет место чистая минерализация, а при >300:1 – чистая иммобилизация фосфора. Некоторое количество фосфорорганических соединений присутствует в почвенном растворе. Органический фосфор может составлять 20-90% растворимых соединений этого компонента. В связи с доступностью фосфора для растений в почве присутствуют три формы этого питательного вещества и происходящие между ними изменения:
В условиях непрерывного растениеводства количество водорастворимого фосфора необходимо дополнять для поддержания относительно постоянного уровня питательного вещества в почве и повышения его содержания, особенно в почвах с низким содержанием фосфора.Содержание Р в почвенном растворе низкое, редко превышает 0,01 мг·дм-3 и недостаточно для покрытия потребностей особо высокоурожайных растений, потребляющих фосфор в количестве от 10 до 30 кг·га-1. ежегодно. Внесение в почву природных или минеральных удобрений является основным условием сохранения урожайности пахотных почв на более длительный срок. Однако в национальном масштабе следует принимать во внимание большие региональные различия в количестве фосфора, поступающего с навозом, навозной жижей или минеральными удобрениями. Доступность почвенного фосфора определяется двумя группами факторов, т. е. химической формой и подвижностью элемента. Фосфор поглощается корнями растений в виде анионов h3PO4- (или HPO4 2-), а затем включается в метаболический цикл. Подвижность фосфора в почве по сравнению с другими минералами очень низкая, поскольку соединения фосфора прочно связаны с почвой. Скорость выхода компонента в предварительно адсорбированный почвенный раствор зависит от прочности связи на поверхности частиц почвы.Содержание фосфора в почвенном растворе регулируется двумя группами процессов: адсорбцией-десорбцией и растворением-осаждением
Физиологические функции Фосфор — это макроэлемент, выполняющий множество функций в растении. Усваивается корнями растений в виде ионов h3PO4 - и, в меньшей степени, ионов HPO4 2 , эти ионы преобладают в почвенном растворе как продукт диссоциации ортофосфорной кислоты в кислых и слабокислых условиях, что преобладает в наших условиях. почвы и ризосфера. Концентрация фосфора в почвенном растворе обычно значительно ниже, чем в растительных клетках, поэтому этот элемент активно поглощается против градиента концентрации анионов в ризосфере и клеточном соке, что требует затрат энергии. Фосфор поглощается неравномерно в течение всего вегетационного периода. Максимальное поглощение фосфора растением достигается раньше максимального прироста сухого вещества. У злаков это период отстрела стебля и колошения, а у корнеплодов - на втором и третьем месяце вегетации.Однако максимальное поглощение не следует отождествлять с критическим периодом дефицита фосфора, оказывающего наибольшее влияние на урожайность, который приходится на первые недели роста растений. Поэтому важно размещать фосфорные удобрения близко к растению, у которого изначально плохо развита корневая система. Поглощению фосфора способствует присутствие катионов Nh5+ и Mg2+, тогда как ионы NO3 затрудняют его поглощение.
Содержание фосфора в растениях Содержание обычно находится в диапазоне 0,1-0,5% и зависит от вида, фазы развития, условий роста растений и других факторов.Как правило, генеративные части содержат больше этого элемента (например, содержание фосфора в зерне злаков в 4-6 раз выше, чем в соломе). Большое количество этого элемента содержится в семенах масличных и бобовых культур. Среди вегетативных частей больше всего фосфора в листьях, меньше всего в стеблях и корнях.
Формы фосфора в растениях и его физиологические функции Фосфор содержится в растениях как в минеральной, так и в органической форме.Минеральный фосфор, встречающийся в основном в виде ортофосфатов и в меньшей степени в виде пирофосфатов, действует как буферная система для pH клеточного сока, предотвращая большие изменения pH. Необходим для образования органических соединений, важнейшие из которых: сложные эфиры, фитиновая кислота и ее соли, фосфолипиды, дезоксирибонуклеиновая кислота и коферменты.
90 102 Сырьем для производства фосфорных удобрений являются в основном апатиты и фосфаты.Апатиты – первичные минералы, образующиеся при кристаллизации магмы. Фосфориты, с другой стороны, представляют собой вторичные минералы, кристаллизовавшиеся в морях. В Польше нет высокопроцентных апатитов или фосфатов. Основой производства фосфорных удобрений в настоящее время является химико-мокрая обработка апатитов и фосфоритов серной кислотой. Фосфорные удобрения можно сгруппировать по технологии производства (химические, термические и механические), по содержанию фосфора (низкое и высокое процентное содержание) или по растворимости (растворимы в воде, в слабых кислотах и в сильных кислотах).Фосфорные удобрения, производимые в Польше, принято разделять на 2 группы:
Одиночные (простые) суперфосфаты Суперфосфат одинарный пылевидный содержит 7,9-8,3% P, т.е. 18-19% P2O5, в том числе не менее 90% фосфора в виде водорастворимого дигидрофосфата кальция Ca(h3PO4) 2 Очень малогигроскопичное удобрение, поэтому распространяется в рассыпном виде.Помимо фосфора, он содержит кальций (20%), серу в виде гипса и ангидрита, небольшое количество магния и такие микроэлементы, как железо, цинк, марганец, бор и молибден. Одинарный порошкообразный суперфосфат является типичным предпосевным удобрением и должен быть хорошо перемешан с почвой. Поэтому его применяют перед предпосевными посевами, желательно осенью, как для озимых, так и для яровых растений. Его также можно использовать в резерве, т. е. в дозах, соответствующим образом увеличиваемых каждые несколько лет. Он также подходит для подкормки на многолетних пастбищах и многолетних или многолетних насаждениях.При этом по возможности ее следует хотя бы частично перемешать с почвой при помощи бороны. Наибольшая эффективность суперфосфата получается на нейтральных и слабокислых почвах. Чем кислее почва, тем больше фосфора снова превращается в нерастворимые фосфаты алюминия и железа.
Гранулированные тройные суперфосфаты Гранулированный тройной суперфосфат содержит 20 % Р, а количество фосфора в свободной фосфорной кислоте не превышает 1,8 %.Он должен содержать 90% гранул диаметром 1-4 мм, а при таком гранулометрическом составе масса 1 м3 составляет 1,2 т. Растворимость тройного суперфосфата высокая, больше, чем у простого гранулированного суперфосфата. Более 93% фосфора тройного суперфосфата растворено в воде. Поэтому он легко усваивается растениями и обычно дает лучшие результаты, чем одиночный суперфосфат. Его можно использовать на всех почвах, однако хуже он действует на очень кислых почвах (регрессия).Является предпосевным удобрением и подходит для всех растений. Это удобрение мало «подвижно» в почве, в связи с чем использование фосфора от этого удобрения значительно снижается при неравномерном посеве. Фосфатная мука Мука фосфоритная содержит 29% Р2О5 и значительное количество кальция, иногда до 50%. Это удобрение, снижающее кислотность почвы. Удобрительная ценность фосфоритной муки зависит от степени твердости минералов, используемых для ее производства. Поэтому подходит для всех кислых почв, в первую очередь для растений с длительным вегетационным периодом.Мука фосфоритная является предпосевным удобрением, ее следует хорошо перемешать с почвой, также можно использовать осенью под вспашку. Особенно подходит для удобрения подвоев. 90 152 Процессы осаждения или окклюзии растворенных фосфорных удобрений происходят очень быстро и поэтому фосфора в почвенном растворе очень мало, в несколько или даже в несколько раз меньше, чем необходимо растению для поглощения в период вегетации.Для ограничения процессов торможения фосфора (осаждения или адсорбции) водорастворимые фосфорные удобрения гранулируют. В результате уменьшается поверхность контакта удобрения с ионами и регрессирующими частицами. Кроме того, таким образом получается высокая концентрация фосфат-ионов в почве, что облегчает питание растений фосфором. В результате изменения баланса концентраций между активной и подвижной формами фосфора, вызванного поглощением этого компонента растениями, происходит десорбция фосфора из твердой фазы в почвенный раствор в почве.Скорость осаждения или адсорбции фосфора из раствора приводит к тому, что этот компонент не переходит в более глубокие слои и в грунтовые воды Использование фосфора из удобрений в первый год очень низкое и не превышает 20 - 25%. Остальные количества могут быть использованы заводами в последующие годы. Очень малая подвижность фосфора в почве, а также тот факт, что этот компонент вообще плохо усваивается, делают фосфорные удобрения типичными для предпосевных удобрений.Эти удобрения чаще всего вносят осенью, перед посевом (для озимых) или под зиму (для яровых), вместе с калийными удобрениями. 90 168 Основными источниками фосфора, которые следует учитывать при установлении доз минеральных удобрений, являются:
Плодородие почвы учитывают при определении доз удобрений с помощью коэффициентов пересчета усвоения фосфора (потребности в питании), позволяющих определить дозу питательного компонента в зависимости от класса плодородия почвы. Дозы фосфора балансовым методом можно определить с помощью следующего расчета:
DP = WN b - 0 r
где: DP - дозы чистого компонента P2O5 в кг/га WN - потребность растений в удобрениях (P2O5) для определенного урожая б - коэффициент баланса, характеризующий содержание в почве фосфора О - количество Р2О5 в вносимой дозе органических удобрений р - эквивалент фосфора в органических удобрениях Коэффициенты пересчета (б) конечного поглощения фосфора (питательной потребности) основных групп культур на дозы компонентов удобрений в зависимости от плодородия почвы
Растения для семян: злаки, кукуруза, рапс, бобовые
90 326
Дозы фосфора на пашне [кг · га-1]
КПР-комплекс сельскохозяйственного назначения АГ- почва агрономической категории (С-тяжелая, средне-, L-легкая, BL- очень легкая) Bn- очень низкое плодородие почвы N- низкое плодородие почвы М - среднее плодородие почвы W - высокое плодородие почвы Bw- очень высокое плодородие почвы
. Как эффективно удерживать органические вещества в почве?
Органическое вещество почвы резко сокращаетсяЗащита почвы в настоящее время является предметом международных природоохранных конвенций в рамках Повестки дня ООН на XXI век, целью которых является устойчивое использование земли и защита земли от деградации и загрязнения. Особое место среди 8 основных угроз, упомянутых в стратегии защиты почв, занимает снижение органического вещества почвы. Содержание органического вещества почвы является интегративным и наиболее часто упоминаемым показателем качества почвы, поэтому сохранение и противодействие его потерям важно не только с точки зрения снижения плодородия почвы, но и ограничения урожайности пахотных культур. По прогнозам Межправительственной группы экспертов по изменению климата глобально возможное накопление органического вещества в сельскохозяйственных почвах оценивается в 0,3 т С/га, а на пастбищах 0,5–0,7 т С/га в год.Это много. Таким образом, поддержание и, предпочтительно, систематическое увеличение содержания органического вещества становится чрезвычайно важным не только в контексте защиты почвы, но и в качестве значительного резервуара органического углерода. Однако ресурсы органического вещества в экосистемах не постоянны и постоянно колеблются. Они определяются двумя основными факторами, а именно поступлением свежего органического материала из натуральных, зеленых и органических удобрений за определенный период времени и интенсивностью минерализации, т. е. той частью притока, которая за это время разлагается и называется скорость минерализации. В зависимости от условий обитания и вида поступающей в почву свежей органической массы в первый год минерализуется от 40 до 70% органического вещества!. Это много. В последующие годы в почве остаются органические вещества, которые труднее разлагаются микроорганизмами и скорость минерализации снижается в пользу желаемой гумификации, т.е. накопления органического вещества в почве.Чем выше температура, тем больше дефицит водыНаучные исследования, в том числе и мои собственные, показывают, что климат является важным фактором, регулирующим интенсивность процесса минерализации, т. е. разложения гумуса, так как температура воздуха и влажность почвы имеют сильнейшее влияние на этот процесс. Любое повышение температуры связано с увеличением испарения и увеличением водного дефицита, что снижает содержание углерода в почве. Ученый Берг заявил в 1984 году, что 85% потерь органической массы в процессе минерализации вызвано изменением климата. Низкая влажность почвы замедляет процесс минерализации, так как при отсутствии воды снижается активность микроорганизмов, поэтому в наших климатических условиях происходящие засухи могут ограничивать скорость минерализации. Однако, с другой стороны, влажность также желательна, так как она стимулирует превращение свежего органического вещества в постоянный гумус. Процессы минерализации и гумификации, т. е. разложения и синтеза, протекают одновременно.Отсутствие навоза поддерживает тенденцию роста накопления органического углеродаХотя в последние 30 лет наблюдается небольшое увеличение накопления органического углерода на большей части легких почв, баланс органического вещества во многих польских воеводствах по-прежнему неблагоприятный . Основной причиной этого является отсутствие навоза. Научные исследования показывают, что увеличение содержания органического углерода в пахотных почвах, особенно в более легких, является длительным и сложным процессом. Пахотные почвы содержат меньше органического углерода, чем лесные и луговые почвы, потому что широко практикуемая система обработки почвы приводит к большим потерям органического углерода. Кроме того, в легких и очень легких почвах способность аккумулировать органический углерод ограничена из-за меньшего сорбционного комплекса по сравнению с комплексом более тяжелых почв. В связи с этим даже при постоянном поступлении свежей органики в легкую почву на пашне процессы разложения и накопления не будут одинаковыми. Со временем растут не только ресурсы гумуса в почве, но и потери, потому что пропорционально увеличивается и количество ежегодно разлагающегося органического вещества, т. е. минерализация. Так как же эффективно сохранить органические вещества в почве? Существует много способов увеличить накопление органического углерода в почве. К наиболее распространенным относятся: нулевая обработка почвы, упрощенная обработка почвы, применение натуральных и органических удобрений, возделывание растений в промежуточных и глубокоукорененных посевах, введение дифференцированного севооборота. Внесение в почву сельскохозяйственных компостов, торфа и бурого угля также является процедурой, приводящей к увеличению содержания в них органического углерода.
Промежуточные культуры при дефиците навозаВ 1980-х годах навоз, широко используемый на фермах, компенсировал потерю органического вещества из почвы. С начала 1990-х численность животных резко сократилась. Это привело к сокращению, а в некоторых губерниях к явному дефициту навоза, поэтому возникла проблема потери содержания органического углерода в почве. Потеря органического вещества – важный показатель ухудшения условий обитания и плодородия почвы! В настоящее время возможности увеличения накопления органического вещества можно искать как в зоне лесонасаждений и многолетних пастбищ, так и на пашнях. Также стоит напомнить, что в Польше единственным и практикуемым инструментом, направленным на противодействие потерям органического углерода из почвы, являются агроэкологические программы, в рамках которых фермеры в обмен на улучшение баланса органического вещества в хозяйстве получают финансовую поддержку для выращивание промежуточных культур. Однако эти меры не всегда компенсируют потери углерода за счет минерализации и выращивания растений. В следующих статьях я представлю современные знания о практических методах предотвращения потери органического углерода и увеличения его секвестрации (накопления) в почвах.
Dr hab. Дорота Пикула IUNG-PIB Puławy Agri-Stick - прибор для мониторинга параметров почвы в сельском хозяйствеAgri-Stick — это простой набор датчиков основных параметров почвы, используемых в сельском хозяйстве. Это устройство было разработано компанией Kavinkumara Nkl из Индии как простой и недорогой способ удаленного наблюдения за посевами — таким образом, фермерам в Индии не нужно выходить на поля, чтобы проверить, нужно ли включать систему орошения или нет. Решение, описанное в этой статье, может послужить источником вдохновения для разработки любой системы сбора данных и мониторинга окружающей среды на основе облачной инфраструктуры. Фермеры тратят бесконечные часы, разъезжая по полям, проверяя состояние посевов и вручную управляя ирригационными системами. Это время и работа, которые требуют немалых вложений. Одним из возможных решений этой проблемы является использование Интернета вещей (IoT) для предоставления простых в использовании и высоконадежных датчиков для точного мониторинга и управления орошением. В следующей статье мы представляем Kavinkumara Nkl - Agri-Stick, который представляет собой набор датчиков для измерения четырех основных параметров, важных для фермеров, - температуры и влажности почвы, а также температуры и влажности воздуха.Эти значения хранятся в облаке на серверах AWS (Amazon), куда отправляются через интерфейс LoRa. В качестве одноканального шлюза в системе используется одноплатный компьютер Raspberry Pi. Значения, хранящиеся в облаке, можно отслеживать в режиме реального времени как из веб-браузера, так и с мобильного телефона. Это позволяет фермерам принимать решения на основе данных, собранных в поле. Это экономит время и деньги. Используя датчики Agri-Stick и анализируя собранные данные, можно получить такую информацию, как:в по удобрению почвы, обнаружению вредителей и лучшему планированию посевов, опрыскивания, орошения и сбора урожая. Это предотвращает чрезмерный полив, снижает заболеваемость сельскохозяйственных культур, подтверждает подачу воды (работу оросительной системы), экономит воду и человеческий труд. Какие компоненты необходимы для сборки системыAgri-Stick основан на модуле Arduino Nano с микроконтроллером ATMega328P и всеми основными периферийными устройствами. К этому модулю подключены следующие датчики:
Все эти датчики подключены к Arduino. К этому модулю также подключен приемопередатчик LoRa AI Thinker Ra-02, который обеспечивает связь со шлюзом (описано далее в статье). Электронный термометр для измерения температуры почвыФото 1. Электронный датчик температуры в водонепроницаемом корпусе Датчик температуры почвы должен быть устойчив к воде и коррозии. Поэтому в данном проекте используется специальный щуп, снабженный герметичным металлическим корпусом, как показано на фото 1.Внутри зонда находится цифровой термометр Dallas Semiconductor DS18B20. Это компактный датчик температуры с интерфейсом 1-Wire. Датчикимеет только три вывода — питание, заземление и линия передачи данных. Для связи с этим чипом требуется только один кабель (отсюда и название используемого им интерфейса). Подключить щуп к модулю Ардуино предельно просто — питание подключить к 5 В, а землю к земле. Мы подключаем линию данных термометра к контакту D5 в модуле Arduino. Емкостный датчик влажности почвыФото 2. Емкостный датчик влажности Фото 3. Датчик температуры и влажности DHT22 Датчики влажности почвы измеряют объем воды, содержащейся в заданном постоянном объеме почвы. Как и в случае с датчиком температуры, датчик влажности почвы также должен быть водонепроницаемым и защищенным от коррозии. Емкостной датчик отвечает всем этим требованиям.Он гораздо более прочен и устойчив к условиям окружающей среды, чем датчик сопротивления, так как ему не приходится вступать в непосредственный контакт влажной почвы с металлическими элементами. Датчик такого типа показан на фото 2. . Этот датчик состоит из одного зонда с отдельными медными дорожками (земля и питание), покрытыми изолирующей паяльной маской. Этот элемент ведет себя как плоский конденсатор. Электрический слой ди- Подключить описываемый датчик к Arduino очень просто. Питание и земля датчика подключаются соответственно с напряжением 5 В и массой модуля, а выходное напряжение будет подаваться на вход модуля А1. Комбинированный измеритель влажности и температуры воздухаДля измерения температуры и влажности воздуха в проекте использовался датчик DHT22 (иногда обозначаемый как AM2302), доступный в виде модуля. Для упрощения структуры системы был использован готовый модуль с собственной печатной платой. DHT22 — это встроенный цифровой термометр и гигрометр. В одном корпусе два независимых датчика, каждый с разрешением 8 бит. Каждый из датчиков в системе имеет собственную компенсационную модель и точно откалиброван. Калибровочные параметры сохраняются в датчике, поэтому все собранные измерения характеризуются высокой степенью точности — каталожные значения ниже 0,5°С и 2% относительной влажности. Модуль оснащен интерфейсом 1-Wire, что позволяет легко подключать датчики к модулю Arduino.Линии питания и земли подключаются к питанию и земле соответственно, а линия данных подключается к выводу D4 модуля Arduino. Связь - почему LoRaКоммуникация является важнейшим компонентом всех систем IoT. Обычно в таких реализациях реализуются системы беспроводной связи — радиосвязь в таких реализациях гораздо удобнее. Обычно используются такие интерфейсы, как Bluetooth или Wi-Fi. В последнее время также стали популярными беспроводные интерфейсы, предназначенные для систем Интернета вещей, такие как LoRa, Sigfox или NB-IoT. Такие устройства, как Agri-Stick, не предъявляют высоких требований к скорости передачи, но часто требуют очень большого радиуса действия. Этим требованиям отвечает система LoRa, предлагающая многокилометровое покрытие при скорости передачи ниже 50 кбит/с. Дополнительным требованием является низкое энергопотребление — Agri-Stick питается от аккумулятора, поэтому модуль приемопередатчика, передающий данные с датчиков в облако, не может потреблять слишком много энергии. Этому требованию также отвечает интерфейс LoRa. LoRa (сокращение от Long Range , дальний диапазон) — это метод модуляции сигнала с расширенным спектром, основанный на технологии CSS.С технической точки зрения, это тип радиомодуляции для кодирования информации с использованием сигнала Twitter и многосимвольного формата данных. Название LoRa также относится к системам, поддерживающим этот тип модуляции, включая схемы, приемопередатчики и вентили. На самом делеLoRa — это разумный способ получить очень хорошую чувствительность приемника и низкий коэффициент битовых ошибок (BER) с использованием относительно недорогих чипов. Это означает, что приложения с низкой скоростью передачи данных могут достичь гораздо большего покрытия с помощью LoRa, чем с использованием других сопоставимых радиотехнологий.Кроме того, системы этого типа характеризуются крайне низким энергопотреблением из-за малой мощности передатчиков, необходимой для обеспечения передачи данных на большие расстояния. ТехнологияLoRa может использоваться в общедоступных, частных и гибридных сетях. Сети LoRa можно легко подключить к существующей инфраструктуре и использовать недорогие приложения IoT с питанием от батареи. Приемопередатчик LoRaФото 4. Приемопередатчик LoRa, используемый в устройстве Фото 5.Ардуино Нано Рисунок 6. Схема подключения отдельных модулей в Agri-Stick Фото 7. Фото готовой конструкции в корпусе Рисунок 8. Схема подключения в шлюзе LoRa Agir-Stick использует для связи интерфейс LoRa. Использовался трансивер на базе микросхемы SX1278 - Ai Thinker Ra-02, показанный на фото 4. Он использует частоту 433 МГц для связи с другими модулями и гейтом. Он взаимодействует с микроконтроллером в системе с помощью интерфейса SPI (последовательный периферийный интерфейс). К модулю, предназначенному для работы в диапазоне 433 МГц, должна быть подключена соответствующая антенна. В зависимости от используемого корпуса мы можем выбрать подходящую антенну для этого довольно популярного диапазона. Работает от батареи и зарядное устройствоБлок питания системы основан на одном литий-ионном элементе, что обеспечивает длительное время работы системы при компактных размерах. Система питания Agri-Stick состоит из:
Номинальное напряжение литий-ионного элемента составляет 3,7 В, а максимальное напряжение, до которого можно зарядить такой аккумулятор, составляет 4,2 В. В свою очередь, минимальное напряжение, до которого может быть разряжен элемент, составляет 3,3 В. предельные напряжения из-за негативного влияния такого воздействия на ячейку.Зарядное устройство и инвертор гарантируют, что они не будут превышены во время работы. Преобразователь постоянного тока стабилизирует напряжение 5 В на своем выходе. Преобразователь может работать с широким диапазоном входных напряжений, благодаря чему он способен стабилизировать напряжение питания системы при любом напряжении ячейки, питающей систему. Зарядное устройство TP4056 представляет собой интегрированную полную систему зарядки для одного литий-ионного элемента. Эта система отвечает за контроль всех напряжений и токов во время зарядки элемента.Вход зарядного устройства — это USB-порт, от которого система получает питание. Arduino - системный контроллерМодуль Arduino Nano использовался для управления всей системой — сбора данных с отдельных датчиков и отправки их через интерфейс LoRa на ворота. Пример модуля такого типа показан на фото 5. Подключение отдельных датчиков к этому модулю описано выше. Приемопередатчик LoRa, описанный выше, подключается к Arduino Nano через интерфейс SPI. Системное соединениеПосле завершения всех компонентов системы можно приступить к интеграции всех модулей друг с другом. Отдельные модули оборудованы местом для пайки золотых штифтов или проводов непосредственно для соединения отдельных элементов друг с другом. Как соединить отдельные модули вместе, показано на рис. 6. После соединения всех элементов воедино всю систему можно установить в корпус. Автор конструкции, как показано на фото 7 , поместил всю систему в пластиковую трубу, что позволяет ей оставаться герметичной, и в то же время удобной в использовании - достаточно вкопать часть трубы в землю, чтобы термометр и гигрометр могли контролировать параметры почвы.После сборки системы и тестирования сборки можно приступать к настройке среды в облаке и самого ПО модуля Arduino. LoRa-шлюзАвтор описываемой конструкции использует самодельный LoRa-гейт на базе одноплатного компьютера Raspberry Pi и модуля с приемопередатчиком LoRa. На рис. 8 представлена схема соединения этих элементов. На Raspberry Pi запущен простой скрипт для управления работой шлюза. Мы находим его в листинге 1. Для корректной работы этого скрипта необходимо создать соответствующую базу данных, в которую он сможет сохранять собранные измерения. Чтобы сгенерировать такую базу данных, нам нужно использовать скрипт из листинга 2. Программное обеспечение для ArduinoДля работы всей системы необходимо программное обеспечение для модуля Arduino. Он собирает и обрабатывает данные датчиков, которые затем могут быть отправлены через сеть LoRa на шлюз. Код программы, отвечающей за работу модуля Arduino, приведен в листинге 3. Конфигурация Amazon Web Service (AWS)Рисунок 9. Пример веб-сайта, на котором представлены данные, собранные Agri-Stick. IP-адрес веб-сайта был размыт для защиты конфиденциальности автора проекта .Amazon Web Services (AWS) — это безопасная платформа облачных сервисов, которая предлагает вычислительную мощность, хранилище баз данных, доставку контента и многое другое. В настоящее время миллионы клиентов используют облачные продукты и решения AWS для создания передовых приложений с повышенной гибкостью, масштабируемостью и надежностью.Amazon Elastic Compute Cloud (EC2) предоставляет виртуальные серверы, называемые экземплярами, для вычислений. Сервис EC2 предлагает десятки типов инстансов разной емкости и размера для конкретных рабочих нагрузок и приложений, таких как задачи с интенсивным использованием памяти и ускоренная обработка данных. AWS также предоставляет инструмент автоматического масштабирования, который позволяет динамически увеличивать емкость или количество экземпляров для поддержания высокой производительности системы.Amazon предлагает пакет бесплатных инстансов на год с некоторыми ограничениями. Поэтому автор описываемой структуры выбрал AWS для обработки части обработки, которая осуществляется в облаке. В описываемом проекте используется экземпляр Ubuntu Server 18.04 LTS (HVM), тип тома SSD в экземпляре типа t2.micro. Он содержит один виртуальный процессор и один ГБ оперативной памяти. Эта установка поставляется с годовым бесплатным пакетом Amazon для новых пользователей. Экземпляр настроен с защитой, которая контролирует входящий трафик на сервер.Используемая конфигурация использует SSH для доступа к удаленному экземпляру, протоколы HTTP и HTTPS для интернет-трафика TCP для MQTT. Порты, связанные с этими протоколами: 22, 80, 443 и 1884, соответственно.Доступ к экземпляру возможен, например, через putty с парой SSH-ключей. Они используются для подключения к экземпляру по безопасному зашифрованному каналу. Они получаются при настройке инстанса на Amazon. Это основной механизм обеспечения аутентификации пользователя безопасного экземпляра. Подписка MQTT и веб-презентация данныхMQTT — это облегченная система для публикации и подписки на данные телеметрии. Вы можете использовать его для отправки и получения сообщений. MQTT — это простой протокол обмена сообщениями, разработанный для устройств с низкой пропускной способностью. Таким образом, это идеальное решение для приложений систем IoT. MQTT позволяет отправлять команды для управления выходами, считывать и публиковать данные с датчиков и многое другое.Для работы этой системе требуется брокер данных и клиенты, которые действуют как подписчики и издатели данных. В описанной системе шлюз LoRa является нашим публикатором данных, а экземпляр AWS EC2 — подписчиком, а также выступает в роли брокера MQTT. Шлюз Raspberry Pi публикует значения датчиков для определенной темы в сети MQTT, например «agrstick1». Если мы используем несколько шлюзов, мы можем публиковать на разные темы в одной сети. Брокер MQTT фиксирует эти значения в заданной теме и ждет, пока какой-нибудь подписчик захочет получить данные по той же теме.Если какой-либо клиент подпишется на ту же тему, брокер отправит ему сохраненные значения. Поэтому клиент подписчика в экземпляре EC2 будет получать значения каждый раз, когда издатель публикует сообщение — новые измерения. Данные экземпляра AWS EC2 хранятся в виде базы данных SQLite, как и локально на Raspberry Pi. Чтобы запустить такую базу данных на этом экземпляре, нам нужно запустить простой скрипт, как и на Raspberry Pi. Он указан в листинге 4. Для работы экземпляра в AWS требуется подписка на MQTT. Третий и последний сценарий, который необходимо запустить на экземпляре в облаке Amazon, — это веб-панель, позволяющая отображать данные. Для создания сайта использовались библиотеки Python plotly и dash. Dash — это фреймворк для создания веб-приложений для анализа данных.Это эффективная среда для создания веб-приложений. Написанный на основе фреймворка Flask, а также Plotly.js и React.js, Dash идеально подходит для создания приложений визуализации данных с настраиваемыми пользовательскими интерфейсами на чистом Python. Приложения Dash отображаются в веб-браузере, что позволяет размещать приложения только через URL-адреса. Поскольку приложения Dash отображаются в веб-браузере, Dash изначально совместим с широким спектром платформ и мобильных устройств. Страница, отображаемая из кода в листинге 6, показана на рис. 9. Это простой способ представления данных без визуальных эффектов, но для данного приложения он отлично подходит. РезюмеПредставленная система позволяет реализовать практически любое количество распределенных устройств с датчиками. Их можно использовать для наблюдения за большим полем, фруктовым садом и т. д. Кроме того, набор датчиков, имеющихся в устройстве, можно расширить.Помимо термометров и гигрометров, систему можно дополнить датчиками азота, фосфора и калия в почве, pH-метрами, оксиметрами, измерителями содержания углекислого газа, солнечной радиации и т.д. Ограничением является только доступность датчиков и их совместимость с экосистемой Arduino. Представленные выше скрипты — отличная отправная точка для разработки собственной системы мониторинга окружающей среды на основе облачной инфраструктуры Amazon и таких технологий, как LoRa и MQTT. Никодем Чеховский Источник: http://бит.ly / 30BorbC .Угол внутреннего трения грунтового стола. Модуль деформации грунтаВ механике грунтов используют показатель, характеризующий связь между давлением и полной деформацией (упругой и покоящейся), - общий модуль деформации МИ. 0, в отличие от модуля нормальной упругости MI. УПР, выражающий связь между деформацией давлением и упругостью. Нормальный модуль упругости , где S. УПР - упругая деформация; ч. - мощность деформируемого слоя. Модуль общей деформации где S. - Полная деформация. Общий модуль деформации по сравнению с нормальным модулем упругости имеет следующие отличия: 1. Из-за нелинейности деформации значение общего модуля деформации справедливо только в малых диапазонах изменения малых нагрузок . 2. Общий модуль деформации характеризует связь между давлением и деформацией только через ветвь нагрузки; Не применимо в случае отдела разгрузки. 3. Модуль деформации переменный в зависимости от времени нагрузки, степени уплотнения грунта, площади и формы штампа, глубины уплотнения по отношению к поверхности грунта. Последний из перечисленных признаков отличается не только модулем общей деформации, но и модулем упругости грунтов, характеризующим восстановление упругой деформации грунта при снятии внешней нагрузки. Очевидно, что величина модуля упругости грунтов, характеризующая связь между давлением и только упругой составляющей деформации, всегда будет больше модуля общей деформации того же грунта. Таким образом, общий модуль деформации является обобщенной характеристикой грунта, отражающей как упругие, так и пластические деформации. В отличие от нормальной упругости линейных деформируемых органов величина общего модуля деформации изменяется в зависимости от действия нагрузки на грунт: , где МИ. по т. - модуль общей деформации грунта в период нагрузки т. ; С. т. - успешная деформация за тот же период т. . При рассмотрении особенностей деформирования грунта становится очевидной обусловленность применения теории упругости. Однако, несмотря на то, что свойству упругих органов восстанавливать свою форму после устранения внешних воздействий присуще грунтам, для определения напряжений в столе грунта и оценки его устойчивости используются решения теории упругости. Поскольку удельное давление на грунт со стороны сооружений относительно невелико, медианная плотность грунта в основании сооружений с достаточной степенью точности подчиняется законам линейной формуемости.При строительстве сооружений нас всегда интересует осадка, а не ее восстановление после снятия нагрузки, поэтому частичная необратимость деформации грунта также не может быть препятствием для применения теории упругости для расчета основ Малый шаг нагрузки. Необходимо учитывать обязательные условия применения теории упругости к расчету грунтов: 1. Использование общего модуля деформации как коэффициента пропорциональности между нагрузкой и деформацией при увеличении нагрузки в узком диапазоне вместо нормального модуля упругости. 2. Учет напряженного состояния грунта после завершения развития деформации от внешней нагрузки. Следовательно, применяя теорию упругости, мы рассматриваем грунты как линейно деформируемые тела, процесс сжатия которых уже завершился за счет действия внешней нагрузки. В настоящее время в механике грунтов используются различные модели заземляющей среды для оценки НДС старой зоны и определения давления на подошву фундаментов. Одной из важнейших характеристик грунта является общий модуль деформации, который используется для расчета осадок зданий и сооружений.Модуль деформации можно определить по данным испытаний на сжатие путем испытаний статической нагрузки в полевых условиях уплотнения с помощью манометров и по физическим характеристикам грунта. Определение модуля деформации по данным испытаний на сжатие. Относительная вертикальная деформация определяется по формуле Равные соответствующим частям этих уравнений и с учетом получим Если взять т. . (2.24) Следует отметить, что модуль деформации, определенный по данным испытаний на сжатие, часто отличается от фактического, т.к. удаление грунта из глубины сжатия приводит к изменению напряженного состояния. Определение модуля деформации по данным испытания грунта при статической нагрузке в шурфе или отстойнике. Наиболее точные значения модуля деформации можно получить по пробному штампу более 5000 см2 в полевых условиях (рис.213). Рисунок 2.13. Испытания грунта статической нагрузкой в Шурфе: а - схема установки; б - зависимость количества осадков от нагрузки; 2 - жесткое уплотнение; Общий модуль деформации определяется по формуле , где в. - коэффициент, принимаемый для круглых жестких марок, равен 0,8; рЭ. - диаметр штампа; . Р. - Приращение нагрузки; . С. - Увеличение разрыва штампа при изменении давления до стр. . Формула (2.25) применяется в пределах линейной зависимости «Шлам - нагрузка». Определение общего модуля деформации по результатам испытания на продавливание с учетом изменения свойств грунта вследствие забивки сваи. 90 100 Для кустов до ворса , (2.26) - Уплотнитель осадочного штабеля в данной загрузке см.; л. - длина штабеля, см.; дюйма. 0 - размерный коэффициент, сведенный в таблицу в зависимости от соотношения сторон кустов к свае, коэффициента расширения борта почвы 0, приведенной ширины куста, приведенной выше границы активной зоны (см. А.А. Бартолум, и др. «Прогноз осадки свайных фундаментов. М.: Стройиздат, 1994).Для фундаментов ленточных свай где 0 - безразмерная величина, учитывающая схемы передачи нагрузки на боковой поверхности, а в плоскости ИСГЭ коэффициент бокового расширения грунта 0, приведенную ширину свайного фундамента и приведенную глубину границы старой зоны ( приняты в соответствии с таблицами монографии выше). Общий модуль деформации можно определить другими методами: 90 100 а) По данным испытаний грунта в устройствах трехосного сжатия (стабилизатор): где 1 — увеличение осевого давления; . г. - увеличение вертикальной деформации; б) в соответствии с презиометрическими испытаниями. В колодец опускают резиновый цилиндр (рис. 214), наполненный жидкостью. По мере увеличения давления в цилиндре его диаметр увеличивается.От стр. / рЭ. и соответствующие формулы определяют общий модуль деформации; Рис. 214. Испытания грунта в скважине манометром: 1 - пресиометр; 2 - Резиновое покрытие в) По таблицам Снипа в зависимости от физических характеристик грунта (табл. I.1, I.3 Приложения I). Определение модуля жесткости или деформации грунта необходимо для решения одной из основных теоретических задач фундамента на основе фундамента, которая заключается в прогнозировании фундамента.Методика расчета осадок приведена в проекте СП 50-101-2004 «Основные устройства и основания зданий и сооружений». Модуль деформации рекомендуется определять лабораторным и полевым методом Испытания грунта. Метод сжатия и трехосное определение модулей деформации приведены в ГОСТ 12248-96. Метод определения поля модуля деформации указан в ГОСТ 20276-85 «Методы определения поля характеристики деформации». Представлены аналогичные методики лабораторных испытаний B. Aashto TP-46, ASTM D 1195 и ASTM D 1196. В данном ГОСТ рекомендуется указывать модуль деформации, учитывающий как упругие, так и остаточные деформации. Выявить из этих испытаний можно только модуль гибкой деформации только с помощью разгрузочной ветви зависимости «напряжение-деформация». В то же время модуль упругости можно измерить в лаборатории с помощью динамических трехосных испытаний или резонансных испытаний образцов в условиях однозначного сжатия. Однако это связано с отбором образцов и не всегда возможно или удобно для массового и необходимого быстрого определения. Деформации оснований зданий и сооружений определяют по упругим параметрам: модуль деформации Е; Модуль смены SOL. , Модуль объемной деформации к коэффициенту Пуассона i. В большинстве случаев основа многослойная, а гибкие модули могут существенно различаться от слоя к слою, как правило, глубиной. Основными упругими параметрами являются модуль деформации и коэффициент ПУАССОНА. Используя решения теории упругости, остальные модули определяются с помощью выражений, представленных в таблице.один. Таблица. 1. Соотношение между модулями деформации
Модуль деформации используется при определении пределов фундамента, например, с помощью выражения (5.14) СП 50-101-2004 в части действия статических нагрузок на массу зданий или сооружений. Значения модуля деформации в зависимости от глубины можно оценить на основе эмпирического сопоставления результатов лабораторных испытаний образцов грунта ненарушенной структуры и результатов натурных испытаний. Лабораторные методы. Модуль деформации или как его называют в механике сплошной среды - модуль Юнга - это коэффициент пропорциональности зависимости "зависимость от деформации" предложенной Биттером в виде (1) , где каждому равному увеличению разового напряжения соответствует пропорциональная информация о возрасте. В табл. 2 Показаны лабораторные методы определения модулей деформации. Таблица. 2. Модули деформации
Рис. 1. Траектории напряжения, реализованные в стабилизаторе Закон Суси был впервые разработан для описания однородных и изотропных материалов с учетом упругого поведения металлов при растяжении.Грунты проявляют линейно-упругое поведение вплоть до относительно небольших нагрузок. Однако даже при этом при разгрузке в грунтах возникают остаточные деформации. Поэтому при нагружении до предела пропорциональности линейная зависимость Толка также важна, однако при больших деформационных нагрузках в грунтах напряжения имеют нелинейный характер. Это особенно важно при проектировании высокоэффективных зданий, когда давление на подошвы фундаментов может составлять 600-800 кПа. Испытания образцов грунта при стабилизации позволяют определить модуль тангенциальной деформации, аналогичный Юнгу.Подобие модуля деформации JUNG позволяет использовать решения теории упругости при расчете границ фундамента.) И число текучести Pi Точно определяется полевыми и лабораторными испытаниями. В таблице. 3 приведены типичные значения модуля деформации. Таблица. 3. Значения модуля деформации
ПОЛИФОСКА® 6 | Комплексные удобренияОписание продуктаУдобрение с ровными гранулами от светло-серого до темно-серого или светло-розового цвета, класс зерна 2-5 мм, не менее 92%. Гранулы с покрытием, постоянно не слеживающиеся. Насыпная плотность: 0,9-1,0 кг/дм 3 . Полифоска® 6 содержит 6% азота (N) в аммонийной форме, 20% фосфора (P 2 O 5 ), растворимого в нейтральном цитрате аммония и воде, т.е. выпускается в виде моно- и диаммонийфосфата, в том числе 18% растворим в воде.Удобрение содержит 30% водорастворимого калия (К 2 О) в форме хлорида калия, т.е. калийной соли, и 7% водорастворимого триоксида серы (СО 3 ) в форме сульфата. Использование по назначению и применениеУдобрение рекомендуется использовать под все культуры: озимые и яровые, технические, кормовые и корнеплодные, на пастбищах, при выращивании овощей и в садоводстве. Полифоска® 6 рекомендуется для использования на почвах, бедных калием, в условиях низкого содержания органических удобрений и под калийными растениями, такими как: сахарная свекла, картофель, кукуруза и рапс, а также под зерновые при уборке соломы.Наибольшая эффективность достигается при использовании Полифоска® 6 перед посевом, перемешивая его с почвой на глубину 10-20 см. Это удобрение можно использовать и ранней весной для подкормки озимых растений. Удобрение многолетних культур весной. Polifoska® 6 можно смешивать непосредственно перед внесением с мочевиной, аммиачной селитрой и известково-аммиачной селитрой / Salmag®, а также в любое время с калийной солью. Преимущества использования Азот в аммонийной форме не выщелачивается из почвы, медленно усваивается растениями, поддерживает усвоение фосфора и снижает избыточное поглощение калия.Фосфор в виде фосфата аммония является наилучшей усвояемой формой этого компонента, хорошо усваивается и в условиях дефицита воды в почве. Такой химический состав Полифоски® 6 обусловливает хорошую укореняемость растений, правильное, пропорциональное развитие растений с послевсходового периода, повышает устойчивость растений, а при применении перед посевом повышает их морозостойкость, засухоустойчивость, также влияет на полное цветение и равномерное созревание, улучшает качество и урожайность. Упаковка и отгрузка Полифоска® 6 упаковывается: Удобрение следует транспортировать транспортными средствами, предохраняющими продукт от воздействия воды, атмосферных осадков, прямых солнечных лучей и повреждения упаковки. Polifoska® 6 не классифицируется, т.е. не считается опасным материалом в соответствии с Оранжевой книгой ООН и международными транспортными кодексами, например, RID (железная дорога), ADR (автомобильный транспорт) и IMDG (морской транспорт). При перевозке автомобильным транспортом получателя или перевозчика, действующего по прямому указанию получателя, ответственность за ухудшение качества удобрения несет получатель или перевозчик. Хранение Полиэтиленовые мешки с печатью, нетто-массой 50 кг, должны располагаться не более чем в 10 слоев. Мягкие контейнеры массой не более 500 кг могут храниться в штабелях высотой до 3-х слоев, а свыше 500 кг - в штабелях в 2 слоя. При паллетировании грузовые единицы высотой до 0,9 м укладывают в 4 яруса, грузовые единицы высотой от 0,9 до 1,8 м штабелями, не превышающими 3,6 м. Удобрения следует хранить в чистых и сухих складских помещениях и защищать от воздействия погодных условий (солнечная радиация, осадки).При транспортировке, перегрузке и хранении действуйте в соответствии с действующими нормами. Меры предосторожностиВ случае раздражения промыть кожу и глаза большим количеством воды. Рекомендуется использовать пылезащитные маски и защитные очки. В случае случайного проглатывания обратитесь к врачу. Нетоксичное, без запаха и негорючее удобрение. Сервис и консультацииВ целях обеспечения самых высоких стандартов обслуживания клиентов Группа Азоты предлагает профессиональные консультации и информационную поддержку фермерам и производителям продуктов питания в рамках обслуживания. В услугу входит:- поддержка клиентов техническими знаниями, т.е. консультации по использованию удобрений,- решение проблем, о которых сообщил клиент (дозировка, химический состав удобрений, механизмы действия на сельскохозяйственные культуры и элементы природной среды), - предоставление информации о расположение точек на карте распределения страны, 90 027 - информация об актуальном предложении удобрений Группы Азоты. Рекомендуемые дозы Полифоски® 6 в кг/га *
* в зависимости от ожидаемого урожая рассчитайте дозу Полифоски® 6, например.урожай зерна пшеницы 5 т/га на почве со средним содержанием фосфора и калия использовать 40 кг Полифоски® 6 на каждую 1 т ожидаемого урожая зерна (чтение из таблицы) х 5 = 200 кг/га Полифоски® 6 или например, урожайность клубней картофеля 30 т/га на почве со средним содержанием фосфора и калия, возделывается на 25 т/га навоза, используйте 35 кг Полифоски® 6 на каждые 10 т ожидаемой урожайности клубней (чтение из таблицы ) x 3 = 105 кг/га Полифоски® 6; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рис. 4.28 К построению плоской расчетной схемы 
