Cầu vượt cao tốc, cầu cạn và các công trình đường ray trên cao từ lâu đã trở thành quen thuộc trong các đô thị hiện đại. Chúng ta hiếm khi dừng lại để suy nghĩ rằng những cấu trúc này không chỉ đơn thuần là gánh vác giao lưu vận tải – chúng tương tác tích cực với môi trường và làm thay đổi vi khí hậu địa phương. Gió, nhiệt độ và lượng mưa bên dưới một cây cầu cạn có thể khác biệt so với các giá trị thông thường. Hãy cùng kiểm tra xem các cấu trúc dài này gây ảnh hưởng đến từng yếu tố đó như thế nào và giải pháp kỹ thuật nào mang lại hiệu quả cao nhất trong những trường hợp này.
Cầu cạn đóng vai trò là rào chắn và bộ tăng tốc gió
Ảnh hưởng của một cây cầu cạn đối với gió phụ thuộc vào vị trí của nó. Tại các khu đô thị đông đúc, một cây cầu cạn đồ sộ đóng vai trò như một rào chắn. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc bổ sung cầu cạn vào một hành lang đường phố làm giảm tốc độ gió trung bình ở các khu vực dành cho người đi bộ xuống khoảng 20%, và các luồng gió giật yếu đi hơn 30%. Một mặt, đây là điều tích cực; mặt khác, việc thông gió kém dẫn đến tình trạng tù đọng không khí và tích tụ khí thải phương tiện cùng các chất ô nhiễm khác. Cầu cạn càng rộng, hiệu ứng này càng mạnh mẽ.
Ở những không gian mở, bức tranh hoàn toàn khác. Mặt đường được nâng lên cao vài mét so với mặt đất, và càng cao, các vật cản đối với gió càng ít. Kết quả là, tốc độ gió trên mặt đường trên cao thường lớn hơn so với mặt đất. Người lái xe khi di chuyển vào các tuyến đường này phải đối mặt với các luồng không khí mạnh hơn và ít dự đoán hơn. Các trụ đỡ và dầm cầu làm cho dòng không khí trở nên phức tạp hơn bằng cách tạo ra các vùng gia tốc cục bộ, tương tự như các luồng gió giật được tạo ra xung quanh các tòa nhà cao tầng.
Sự kết hợp giữa gió và phương tiện đang di chuyển đặc biệt nguy hiểm. Các nghiên cứu tại Nga đã chỉ ra rằng trên một cây cầu cạn, đoàn tàu chịu tác động của các lực khí động học phức tạp có thể làm giảm tải trọng lên bánh xe và đe dọa sự ổn định. Để giảm thiểu rủi ro, các tấm chắn gió cồng kềnh được sử dụng, nhưng ngay cả chúng cũng không giải quyết triệt để vấn đề: tốc độ lật tới hạn đối với đoàn tàu chở container dao động từ 33,5 đến 43,3 m/s tùy thuộc vào loại chắn gió – một sự chênh lệch đáng kể, mặc dù rủi ro vẫn tồn tại.
Nhiệt độ: Cuộc sống kép của một cây cầu cạn
Cầu cạn bê tông và nhựa đường đóng vai trò như các hồ chứa nhiệt. Ban ngày, các vật liệu này hấp thụ nhiệt, và ban đêm chúng dần dần giải phóng năng lượng đã tích trữ. Đây là một ví dụ kinh điển về hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, trong đó các khu vực xây dựng trở nên ấm hơn vùng nông thôn xung quanh. Các phép đo trực tiếp trên một cầu vượt đi bộ ở Thượng Hải cho thấy nhiệt độ bức xạ trung bình ở đó cao hơn 2–6 °C so với mặt đất bên dưới.
Nhưng vấn đề còn có một mặt khác. Cầu cạn tạo ra một bóng râm rộng lớn, tạo ra một “túi lạnh” cục bộ bên dưới nó. Nghiên cứu tương tự tại Thượng Hải phát hiện ra rằng cấu trúc này làm giảm nhiệt độ không khí bên dưới nó xuống 0,3–0,5 °C so với bóng râm do cây xanh tạo ra. Vào mùa đông, băng giá tồn tại lâu hơn cả trên chính cầu cạn lẫn bên dưới nó: mặt cầu nguội đi nhanh hơn trong thời tiết lạnh, và khu vực bên dưới không được làm ấm dưới ánh nắng mặt trời do bị che bóng.
Thêm vào đó là lượng nhiệt phát ra từ hàng ngàn ô tô liên tục di chuyển, phanh gấp và đốt cháy nhiên liệu ngay phía trên đầu. Tất cả những điều này nằm trong bóng râm của cấu trúc, làm trầm trọng thêm tình trạng sưởi ấm cục bộ. Kết quả là một tình huống nghịch lý: từ phía trên, cầu cạn làm ấm khu vực này, trong khi từ phía bên dưới, nó làm mát và tạo ra các bẫy băng.
Tác nhân tích cực đối với lượng mưa
Cầu cạn không chỉ ảnh hưởng đến lượng mưa khi trời đang mưa. Chúng có thể làm thay đổi bản chất của lượng mưa cũng như thành phần của nó.
Bê tông và nhựa đường của cầu cạn hấp thụ nhiệt ban ngày nhiều hơn so với các cánh đồng hoặc rừng ngoại ô. Cầu cạn bị nung nóng sẽ làm ấm lớp không khí phía trên nó. Không khí ấm bốc lên mang theo độ ẩm, dẫn đến sự hình thành mây và gia tăng lượng mưa. Kết quả là, mây phát triển nhanh hơn trên thành phố và vùng phụ cận, khiến các cơn mưa rào trở nên thường xuyên và dữ dội hơn.
Cầu cạn cũng là nơi hàng ngàn phương tiện liên tục di chuyển. Khí thải phương tiện thải ra các oxit lưu huỳnh và nitơ, chuyển hóa thành axit trong khí quyển. Nồng độ đáng kể của kẽm (lên đến 19,1 mg/L), chì (lên đến 1,86 mg/L), crom và các kim loại khác đã được phát hiện trong nước mưa thu thập bên dưới cầu cạn. Tại California, các phân tích về dòng chảy từ cầu vượt đường cao tốc cho thấy mức độ ô nhiễm liên quan trực tiếp đến lưu lượng giao thông.
Cầu cạn hoạt động giống như một mái nhà khổng lồ: bên dưới vẫn khô ráo, trong khi nước chảy dọc theo các cạnh thành các dòng tập trung, làm xói mòn các ổ gà. Dòng chảy từ cầu cạn chứa lượng lớn các hạt lơ lửng – sản phẩm của sự mài mòn lốp xe, xói mòn mặt đường và mài mòn má phanh. Tất cả những yếu tố này, cùng với nước mưa, ngấm vào đất bên dưới cầu cạn và vào hệ thống thoát nước mưa trước khi cuối cùng chảy vào các dòng suối và sông ngòi.
Đường ray dây uST: Một cách tiếp cận khác
Các cầu cạn truyền thống là những cấu trúc bê tông đồ sộ cản trở lưu thông không khí, giữ nhiệt, đồng thời phân phối lại và làm ô nhiễm lượng mưa.
Kết cấu đường ray ứng suất trước của Công viên sinh thái công nghệ EcoTechnoPark áp dụng giải pháp vận tải đường ray dây uST được thiết kế theo một hướng hoàn toàn khác. Chúng được hỗ trợ tại các điểm rời rạc: nhịp giữa các tháp đỡ đạt tới vài trăm mét, trong khi khoảng cách giữa các kết cấu neo kéo dài tới 3 km. Điều này có nghĩa là các hệ sinh thái tự nhiên vẫn được giữ nguyên vẹn bên dưới tuyến đường, và không có gì cản trở thực vật, động vật hoặc các tuyến đường thủy. Tuyến đường không phá vỡ địa hình và không đòi hỏi việc xây dựng các công trình đất đắp, đào sâu hay các nút giao thông nhiều tầng.
Thiết kế dạng lưới thoáng của kết cấu đường ray ứng suất trước uST không cản trở quá trình bay hơi tự nhiên của độ ẩm, giúp bảo tồn thảm thực vật bên dưới cầu cạn. Do dải dẫn hướng hẹp và không có lớp mặt đường lớn liền mạch, nó không tạo ra các vùng không khí tù đọng hoặc góp phần gây ra các trận mưa lớn cục bộ. Việc không có khí thải phương tiện, mài mòn lốp xe và mảnh vụn nhựa đường đồng nghĩa với việc nước mưa bên dưới hệ thống đường ray dây vẫn hoàn toàn sạch sẽ, không chứa kim loại nặng và các chất ô nhiễm axit.
📌 Khám phá các bài viết liên quan:
Nguồn tin chính thức: ust.inc
