The Mobility Water Tower
G r o u p 1 7 T 8 6 0 J a n u a r y
2 0 ,
2 0 1 4
Image 1. Searching for valuables after hurricane in Uscaloos, Alabama
“
Building Technology in extreme Climates and Conditions 7T860 Responsible lecturer: dr. ir. Roel Gijsbers Co- lecturer: ing. M. Willems January 10, 2014 Group 1 Students: Luc van Blerk (0751489) ing. Chris Idema (0780301) Mari Saartok (0866667) ing. Stephan van der Wel (0781172) 2
“
Evil requires the sanction of the victim.
- Ayn Rand -
3
4
Table of Contents Title page
2
Introduction
5
Goal
6
Disasters
9
Problem discription
15
State of the Art
18
Concept
20
Design
23
Structure
26
Transportation
36
Costs
39
Manual
40
Conclusion
45
Sources
47
Attachments
49 5
6
Image 2. Damage a few days after typhoon Haiyan in Tacloban
Introduction
In the last years, the number of natural disasters has increased. Besides this, violence and armed conflicts make people seek for refuge. This lead to a high number of fatalities and great economic damage. The conditions are never the same depending on the disaster, the scale of disaster, the location and resources. This makes emergency relief an immensely difficult task.
tant to rebuild as fast as possible. The most important needs of life are water, food and hygiene, ‘the so-called primary biological needs’. The Theory of Maslow consists of a pyramid with all basic needs. According to this theory you will be focusing on the primary biological needs first, after these ‘foundation’ the pyramid is building up the next aspects (Maslow, 1954).
Surviving in disaster areas will always be a big challenge, and although most believe panic rules the people in these areas, disaster researcher Lucy Gunawan (PhD graduate at TU Delft) states: “There is a big misconception that people in disaster areas are in blind panic” she continues: “Research learned that people are helping each other, are inventive and resilient, not helpless human beings” (van Wayenburg, 2013). Continuing on this knowledge, this will help us to create an inventive simple water tank, were local people are helping to build up primary need solutions.
Due to the primary necessity of water to sustain life, the importance of supplying an emergency water tower is indisputable. For now, in our case of the emergency water tower, it is constructed locally. Limited skills and resources can produce problematic structures; improvised construction may lack stability and durability and prove to be dangerous. Therefore, assembling a reliable water tower kit is most welcome, and should be calculated in advance.
In case of disaster, it will be impor-
architecture, civil engineering and innovation management. During the course of Building technology in extreme climates and conditions (7T860) we are doing research on the design of a mobile and lightweight water tower. Needs will define the requirements and restrictions in this assignment, which in turn will shape the water tower in the design process.
The building technology can definitely contribute to relief aid by giving simple yet durable and useful solutions. Our group of four consists of various backgrounds of 7
Goal To survive in disaster areas we need water. Clean water saves us from diarrhoea, gonorrhoea and other diseases. Doctors without Borders works in situations where efficiency - speed, quality - and effectiveness are major aspects in order to save lives. Our idea is to design a water tower which will first arrive on site in a compact package with preassembled elements, which only need to be bolted on site by following simple instructions. In the following chapter this will be provided through a simple illustrated manual in combination with a simple assembly method, easy to be used by all ‘unskilled’ users.
8
Image 3. Ash and lava coming out of the Sinabung
9
10
Disasters
Image 4. Overview of people displacement worldwide in 2012
Natural disasters are sortable in different categories such as: earthquakes, floods, hurricanes, volcanic eruptions and so forth. This involves the widespread of human suffering and physical loss and damage. The term ‘natural disaster’ suggest the simply due to natural forces but that is not fully true. Human race got their impacts on the environments, which influences the frequency and intensity of hazards such as hurricanes, floods and droughts. Therefore, the degree of disasters is not simply due to ‘natural disasters’. Complex emergencies involves a large and, sometimes, rapid displacement of people (see image 4.) This sometimes because of the the violence of nature and people. But to be precise, all kinds of disasters are the perpetrators of people displacement. Disasters are shaped by influence the state of development of a country and/or society, to sum up (Davis & Lambert, 2002): •
In appropriate develop- ment increases vulnerabil
• • •
ity to disasters Disasters seriously retard development Inappropriate and insensit ive relief programmes can exacerbate attempts to recover from crisis. Disasters may provide op portunities for change
The level of development of a society indicates how to deal with disasters, whether by prevention or by effective response. For example: the availability of food is much bigger in a developing country, which has an unstable political system, limited food stocks. Habitants will lurch from crisis into crisis. This involves programmes to preserve livelihoods and long-term psychological and physical impacts. Without these approached lives they may be saved in the short term without coming any nearer to longer-term sustainable solutions (Davis & Lambert, 2002). However, we have to start from the basics to learn the victims how to survive. Clean water should save lives, because of hard reduction
and control of bacteria. This results in fewer victims by diarrhoea and other diseases. While the impact of a disaster, is negative, there may be opportunities for positive change. Corrupt or ineffective political or social systems may be replaced. The will be even localized economic benefits. It is important to recognise potential positive aspects, these forms the key elements in recovering from the disaster and create a better future for this generation, if it is not, hopefully for their children. Disaster should lay the foundations for new long-term development (Davis & Lambert, 2002). The following is an overview of key issues which are used in the design solution for several topics as described in the book by Davis and Lambert: General • How do people live and what have been the major changes? • Do people have the tools and materials? If not, what do they need? 11
• What skills, expertise and experience do people have that could be utilized in the recovery? Physical and mental health • Does everyone have access to adequate quantities of drinking water and food? • Does their understanding of diseases and hygiene pose a serious risk to health?
12
13
Door onze correspondent Melle Garschagen MANILA
T
wee dagen nadat tyfoon Haiyan over de centrale eilanden van de Filippijnen trok, komt de hulpverlening op gang. C-130 Hercules-vliegtuigen van het Filippijnse leger brengen noodhulp vanuit Manila en Cebu naar de stad Tacloban op het eiland Leyte, waar waarschijnlijk duizenden mensen een verdrinkingsdood zijn gestorven toen zes meter hoge golven binnenspoelden. Op de terugweg nemen ze gewonden mee. Duizenden vrijwilligers werken non-stop om hulppakketten met rijst, noodles, handdoeken en zeep in te pakken. In een eilandenrijk zoals de Filippijnen zorgt een grote verstoring van communicatiemiddelen en lijnvluchten dat delen van het land, zoals Leyte en het eveneens zwaar getroffen eiland Samar, opeens onbereikbaar zijn. Dat betekent een tekort aan eten, water, benzine, lijkzakken, medicijnen en informatie over nabestaanden. Zelfs vandaag zijn er delen waar hulpverleners nog niet zijn gearriveerd. Vooralsnog kunnen alleen militaire vliegtuigen beperkt landen in Tacloban. Het is de bedoeling dat het vliegveld snel commerciële vluchten toestaat; extra charters die schaarse goederen en personeel kunnen brengen worden geweerd. Hulporganisaties proberen per vliegtuig goederen naar Cebu te brengen om vervolgens per boot het rampgebied te bereiken. Ook ter plekke is het moeilijk slachtoffers te bereiken, want wegen zijn weggeslagen of geblokkeerd door puin. In het gebied is geen elektriciteit en ook geen telefoonverkeer. Er ontstaan tekorten aan alles. Voedsel begint op te raken en ook is er slechts voor twee of drie dagen brandstof en benzine aanwezig. Ontwikkelingshulporganisatie Oxfam meldde dat bij een tour door het noorden van Cebu reddingswerkers kinderen tegenkwamen die met borden en spandoeken bedelden en smeekten om eten en drinken. De Filippijnse overheid heeft verordonneerd dat prijzen van cruciale goederen op de getroffen eilanden niet verhoogd mogen worden. Handelaren mogen geen slaatje slaan uit andermans wanhoop en ellende. Hoe effectief deze maatregel is, is echter de vraag. Ziekenhuizen in het rampgebied melden dat patiënten naar huis gestuurd moeten worden. De doktoren en verpleegkundigen komen niet opdagen omdat ook zij slachtoffer zijn. Volgens de laatste berichten is er in Tacloban één ziekenhuis open, met 250 bedden. De Wereldgezondheidsorganisatie probeert met Nieuw-Zeeland en Australië drie noodhospitalen in te vliegen. Ook voor de veiligheid in het gebied wordt gevreesd. Een Filippijnse tv-zender meldde gisteravond dat een konvooi van het Rode Kruis is overvallen. Volgens ooggetuigen op Leyte plun-
14
Eten, water, lijkzakken – aan alles is een tekort Hulpverlening Communicatie met de getroffen gebieden verloopt moeizaam, vervoer is haast onmogelijk door grote schade op de vliegvelden.
DE ROUTE VAN TYFOON HAIYAN
di 12/11
CHINA Hanoi LAOS
ma 11/11
200 km
Mogelijk pad
Hongkong
VIETNAM Hainan
zo 10/11 Getroffen gebied
za 09/11
THAILAND
Manila Mindoro
CAMBODJA
vr 08/11 Palawan Zuid-Chinese Zee
NRC 111113/ YS, FG / Bron: ANP, NOAA
Suluzee
FILIPPIJNEN
Linksboven: overlevenden wachten bij het vliegveld van Tacloban op hulp. Rechtsboven: baby Beatriz werd geboren tijdens de ramp, in een noodhospitaal. Linksonder: een dodelijk slachtoffer in Tacloban. Rechtsonder: een schip werd op het droge geworpen in Tacloban. deren wanhopige en hongerige overlevenden de huizen van slachtoffers. De Filippijnse president Aquino, die gisteren naar Tacloban was gevlogen, zei bezorgd te zijn over handhaving van de openbare orde in het gebied. „Slechts 20 politieagenten kwamen voor werk opdagen”, zei Aquino tegen aanwezige journalisten. „Daarom heb ik besloten politieeenheden van buitenaf en het leger naar Tacloban te sturen.” Maar ook die komen samen met hulpgoederen, journalisten en reddingswerkers terecht in de flessenhals die is ontstaan. Op de Filippijnen is kritiek op het trage tempo waarmee lokale autoriteiten actie ondernemen. Bij een briefing over de voortgang van het verstrekken van noodhulp zou president Aquino boos zijn weggelopen, uit frustratie. Maar, zo zeggen hulporganisaties, de tyfoon was zo krachtig dat het nu heel moeilijk is om snel noodvoorzieningen op te zetten. Volgens Filippijnse autoriteiten is in het noorden van Cebu en op Leyte 95 tot 98 procent van de huizen en gebouwen beschadigd of verwoest. Internationaal komt hulp op gang. De Europese Unie heeft drie miljoen euro aan noodsteun toegezegd. De Amerikaanse krijgsmacht stuurt tachtig mariniers vanuit Okinawa in Japan naar Manila om noodsteun te coördineren. De Nederlandse minister van Ontwikkelingssamenwer-
HULPACTIES
Giro 555 Giro 555 gaat open voor giften voor de slachtoffers van de tyfoon. De Samenwerkende Hulporganisaties (SHO) hebben daartoe vanmorgen besloten. Volgens de voorzitters van de elf organisaties in de SHO leeft de ramp zo in Nederland dat er voldoende draagvlak is voor collectieve actie. Eerder openden Rode Kruis en Cordaid hun eigen bankrekeningen. Tegen het Radio 1 Journaal zei SHO-voorzitter Grotenhuis dat de internationale hulp op dit moment nog weinig vermag. „De eerste hulp is altijd lokaal. Na een paar dagen gaan wij dat overnemen”, aldus Grotenhuis.
king Ploumen (PvdA) heeft gezegd twee miljoen euro uit te trekken. Reddingswerkers van het Nederlandse Rode Kruis zijn onderweg naar het rampgebied. Ook de Nederlandse hulporganisatie CARE probeert het gebied te bereiken. Naroesha Jagessar van het Nederlandse Rode Kruis werkt vanuit Manila mee aan de coördinatie van de internationale hulpactie. Op basis van eerste berichten van collega’s in het rampgebied zegt ze dat het gebied in het hart van de tyfoon voor 90 procent verwoest is. Vooral in de kustgebieden waar metershoge golven hele stukken land hebben weggespoeld. Een toegangsweg van 25 tot 30 kilometer is bijna helemaal weggespoeld. „Op motoren doe je er nu acht uur over om die afstand te overbruggen.” Het Rode Kruis, goed georganiseerd in de Filippijnen, had tot op dorpsniveau wel voorbereidingen getroffen. De afgelopen dagen zijn hulpgoederen naar het gebied gebracht die daardoor sneller gedistribueerd kunnen worden. De ramp is mogelijk de grootste in de geschiedenis van de Filippijnen. De zwaarste tot nu toe zijn een aardbeving en tsunami die in 1976 het zuidelijke eiland Mindanao troffen waarbij 8.000 doden vielen. De meteorologische dienst maakt zich zorgen over een nieuwe tropische depressie die zich richting de Filippijnen beweegt.
Image 6. News article about a shortage on food, water and body bags
Image 7. News article: First water and food!
Tyfoon Haiyan Terwijl de eerste verhalen worden verteld over wat zich tijdens de zeer zware storm heeft afgespeeld, komt de noodhulp langzaam op gang. Door onze redacteuren Teri van der Heijden en Tom Vennink AMSTERDAM. 40.000 kilo eiwitrijk biscuit
– dat is onderweg naar het rampgebied op de Filippijnen. Afzender: het Wereldvoedselprogramma van de Verenigde Naties. Voedzaam en lang houdbaar. Voor de slachtoffers die in getroffen gebieden zonder eten zitten. Die veertig ton biscuit is maar één schakeltje in de enorme hulpketen die op gang is gekomen sinds de verwoestende tyfoon zaterdag over de Filippijnen trok. Iedereen wil wat doen: overheden maken geld vrij, hulporganisaties sturen mensen en spullen en burgers overal ter wereld worden opgeroepen geld te doneren. Goede bedoelingen genoeg. Maar een ramp is chaos. De moeilijkheid is dus die bedoelingen ook snel om te zetten in actie. Hoe doen hulporganisaties dat? Een rampenplan in vijf stappen.
1
Een ramp komt onverwacht, hoe bereiden hulpverleners zich voor? De Verenigde Naties (VN) hebben een speciale rampenafdeling: het Office for the Coordination of Humanitarian Affairs (OCHA), met kantoren in dertig landen. Ook één in de Filippijnse hoofdstad Manila – hulp was dus al in het land aanwezig. Dit kantoor stuurt verschillende organisaties aan, zoals Unicef en het Wereldvoedselprogramma. De extra mensen die nodig zijn worden zo snel mogelijk van over de hele wereld ingevlogen. Sommige hulporganisaties werken onafhankelijk, zonder aansturing van OCHA. Artsen Zonder Grenzen bijvoorbeeld. Daar besluit het bestuur per ramp of er hulp gestuurd wordt. Als besloten wordt te gaan, zoals nu, bedenkt een groep experts – een medicus, een logistiek expert, een personeelsdeskundige en een coördinator – in Amster-
Eerst water en voedsel
dam wie er naar het gebied gaan en wat er nodig is.
2
Er is geen vast draaiboek, wat doen hulporganisaties als eerste? Allereerst moeten er „levensreddende spullen” naar het rampgebied, vertelt een woordvoerder van de OCHA vanuit Manila. Water en voedsel, wordt daaronder verstaan. Die biscuitjes dus, bijvoorbeeld. Om zoveel mogelijk slachtoffers in getroffen gebieden in leven te houden. Tegelijkertijd stuurt de OCHA mensen naar het rampgebied die bekijken wat er verder waar nodig is – tenten en dekens bijvoorbeeld, maar ook traumaverwerkingsteams.
3
Vijf vragen over Hulp Iedere ramp is anders. Een draaiboek voor hulporganisaties bestaat niet. Eerst worden nu biscuits ingevlogen.
Hoe bereik je een gebied dat vaak bijna onbegaanbaar is? Wegen, treinrails en vliegvelden zijn vaak niet te gebruiken. Op de Filippijnen is die toegang er nu: vliegtuigen kunnen landen op het vliegveld van Tacloban, een grote stad in het getroffen gebied. Daarmee zijn nog lang niet alle plekken bereikbaar, maar het is een begin. Als de spullen eenmaal op locatie zijn, moet er ook plek zijn om ze te bewaren. Ook dat is niet eenvoudig. Als lokale autoriteiten geen geschikt gebouw kunnen aanbieden dat nog overeind staat, worden tenten ingevlogen. Wie wat doet, is ook niet altijd duidelijk. Contact houden met hulpverleners in het rampgebied is moeilijk: verbindingen op de Filippijnen liggen plat. Hulpverleners hebben satelliettelefoons, maar ook die werken niet optimaal. Daarom weten ook de organisaties in Manila niet precies waar hun hulpverleners zijn en of ze kunnen doen waar ze voor kwamen: helpen.
4
Hoe kies je de plek waar hulp wordt geboden? Dat is behoorlijk willekeurig – een kwestie van locatie. De getroffenen in de best be-
reikbare gebieden hebben de grootste kans op hulp. Dat zijn de plekken waar hulporganisaties zich vestigen. Als een olievlek verspreidt de hulp zich dan langzaam over het gebied. De slecht bereikbare gebieden komen altijd als laatste. „Dat is erg”, zegt Frido Herinckx, hoofd internationale noodhulp bij het Nederlandse Rode Kruis. „Want we weten dat het zeer slecht bereikbare oosten van het eiland zwaar getroffen is. Met fietsen, brommertjes, boten, of via de lucht, gaan we proberen ook daar mensen te helpen.” Maar ook op de plekken waar wél hulpgoederen aankomen, is het vaak alsnog te weinig. En het principe van eerlijk delen is niet bepaald een overlevingsinstinct. „We kunnen niks onbewaakt achterlaten”, zegt een woordvoerder van Unicefvanuit Manila. „Wij proberen het een beetje te verdelen.” Helemaal eerlijk lukt dat niet.
5
Hoe lang blijven de organisaties in het gebied? Het is in ieder geval minimaal een kwestie van maanden, zegt een woordvoerder van de OCHA. Zo kort na de ramp is de hulp er dus vooral op gericht zoveel mogelijk mensen in leven te houden, door de toevoer van eten, water en onderdak. Maar als dat eenmaal veilig is gesteld, zijn de hulporganisaties nog niet klaar. Dan begint de wederopbouw. Die wordt in principe gedragen door de inwoners zelf, zegt Frido Herinckx van het Nederlandse Rode Kruis. „Maar het Rode Kruis geeft ze zeil, hamers en spijkers. De mensen zelf gaan dan op zoek naar stukken hout om mee te bouwen.” De to do-list is eindeloos: huizen moeten worden opgebouwd, verwoeste landbouwgronden moeten worden hersteld, scholen moeten zo snel mogelijk weer open. Dat is ongetwijfeld een proces dat jaren gaat duren.
15
16
Image 8. Volcanoes may also attract a lot of attention
Doctors Without Borders is looking for a simple but reliable water tower design of 5 meters high (to guarantee a certain water pressure) containing a water tank of 5000 litres. This water tank solution could quickly be set up as a part of emergency hospital.
Problem description plify the assembly process. Due to safety reasons the local residents should not have to or be allowed to climb the structure while constructing it. For manual lifting the elements and overall construction has to be lightweight.
The structure should be lightweight and easily assembled without prior technical knowledge. Naturally it should be stable and durable, if needed, resistant to earthquakes. Additionally, there should be enough free space between the columns on the tower base for a reserve water tank (at least 2,2Ă—2,2 m). That means possible wind bracing should also be demountable. Assembly of the water tower is manual, no high technology tools or heavy equipment/ machinery is expected to be available. Skills are limited; workers have most likely no prior knowledge in the field of construction. Therefore, deployment method should be intuitive and smart; clear instructions should be provided.
When a disaster occurs the water tower kit would be shipped from a warehouse, so the transport should be easy and packaging efficient and possibly multifunctional. This brings out the importance of weight optimisation and low transport volume. Preferable in a bag or on a pallet, it should be easy transportable. Soil conditions and geotechnical design should have special attention. The foundation of the tower should be robust and cohesive to function even if some of the baring capacity of the underlying soil is gone. These matters are researched in other assignment topics. In our water tower design it is assumed a solid dependable foundation and only solutions for connecting the tower to that should be considered and researched.
Modularity might be a way to sim-
Designing the structure the qual-
ity of construction and materials should be taken into account. Steel, bolts, reinforcement should be of standardized quality to provide accurate solutions, calculations. Flaws in dimensions and production may lead to great displacements and failure of the structure. The design should address the issues and provide a viable solution regardless of the possibility of low quality work. For the ease and speed of the process demountable structural connections and modular components are preferable. Providing good connection elements for the structure, for fixing the water tank and for foundation is essential. Additional to restrictions and requirements, multiple other aspects for a better overall design should be considered, like sustainability, easy fixing solutions on site and possibilities for re-using materials.
17
State of the Art A few examples are shortly described in the state of the art. Why are we using this term? When doing investigation on a topic, references and technological solutions which are used in practice will be helpful and useful to form a concept or ideas about your own research topic. All depicted images on the next page show different principles of water tank and water tower solutions. At first, the foldable tanks, these tanks are lightweight and easy to transport because of their size and weight. The second water tower solution is an option where you need a crane to build it. This solution could not be build manually by people. It is too high and dangerous to climb in. However, to achieve a high water pressure, this is an ideal solution. In the third picture a concrete structure is build up to keep the water tank on a higher level. Using concrete is a stabile and strong construction method, but labour-intensive. The last two depicted water towers are 18
both based on a steel structure, which can be pre-fabricated and reused elsewhere. In comparison with the concrete structure, using steel will be more sustainable.
Image 10. Foldable water tanks
Image 11. High raised water towers
Image 12. Concrete structure for water tank
Image 13. Steel structure and double tank
Image 14. Steel structure
19
Concept In the conceptual stage, we define several steps to form a starting point for the design. The starting points are categorized in six steps so they form guidelines to the final solutions of the water tower. However, the challenge is to create the solution for people in disaster areas without any technological knowledge. The final solution is displayed step by step to create and design and a pre-fabricated solution. The six steps to summarize are: • • • • • •
20
No need of technical pre-knowledge Demountable and compact Lightweight Sustainable/Recyclable (Re-usable) Easy to transport Zero climbing
Image 15. Concept formulated in six steps
21
Image 16. Schematic design
22
Image 17. Final design
Design The final solution of the water tower is based on a steel structure, this solution consists of a hinged structure. Using this method will allow people to build the tower from the ground level without climbing in the sturcture. When the structure is completed and checked, it can be lifted until the upright position. It need to be checked because the wind braces need to be connected before lifting it. Otherwise it will tip over to the other side. For extra security there is a locking included in the lower hinge point.
wire braces are connected and the additional foundation bolts bolted down for ultimate stability for load and wind.
During construction, you will find that the platform is raised a little bit. Thus making it easier to lift because the structure passed his greatest point of resistance. To lift the total construction a pick-up truck or lorry can be used. This will not be a problem, because the transport is already on the side. When there is no transport attainable, a group of people could lift the total system. The group should be divided in two groups. A group (12 people) that is pulling the construction, and a group (5 people) that push the platform. The last 23
Manual
#1. a
c a a
c
c a a
c
a
#5
c
c
a c
a
c
a
a c
c
a
c
24
c
a
c
2x
#6
c
a
a c
2x
#3 b
b
#2
b b
b
b
b
b
#4
! 25
#4
!
b
MOBILITY WATER TO
x b
2x
a
12x
36x
y
4
4x 26
8x
MOBILITY WATER TOWER
1x
x b
2x
a
c 12x
24x 8x
36x
12x 12x 52x
y 4x
Image 27.Complete manual
4x
8x
4x
27
28
29
Structure Loads Loads acting upon the water tower structure are loads resulting from the water, load from the structure itself and wind load. Load from the snow is most likely not to occur in the climate conditions the structure is designed for and therefore disregarded. (In case of snow, it should be removed.) To ensure the carrying capacity, safety factors are used. The target areas for the main use of water tower vary all over the world but they generally lack regulations for construction. Therefore, used design values originate from European standards and regulations. In case of unfavourable effect the factor for dead load is generally 1,2 and for live load it is 1,5 (Masso, 2012). Water tank – 5000 l.
The structural load is yet unknown, so in the calculations the value of 80 kN is used. Wind Horizontal load affects most of all bracing, determining their load, but indirectly increasing (decreasing) also loads in columns. Horizontal load creates momentum in foundation connections and strong winds might even cause uplift in foundations. No exact location or wind speeds are available, so a general solution must be used. Since the water tower is a relatively low frame construction the wind forces affect it considerably less than a construction with wide wall space. Greatest wind obstacle is most likely the water tank 30
on top of the platform, its wall area is approximately 1,8×2,1≈3,8 m^2. (It is essential to fix the water tank securely on top of the platform!) As a simplification a concentrated load on top of the construction is used (see Figure 23 and 24). Wind loading increases with height. Shelter standard is min 18 m/s and in hurricane prone areas 45 m/s. Assumption of 10 kN for the horizontal load is made. In figure 4 and 5 can be seen that in such case the maximal internal force of a column increases to 43 kN, but later it is seen that it is still in the limit of baring capacity. Platform The main internal effect to the platform is momentum. In this case the most efficient structure of the platform is beams of I-profile. The size of the platform is 2,2×2,2 m. The water tank area is assumed to be 1,8×1,8 m. The stress by the water tank is Assuming 8 beams, the step between beams is 307,7 mm and the line load is 24,7×0,3077=7,6 kN/m. Momentum from that load is (Fig. 20) The calculations are supported by Autodesk Robot Structural Analyses simulation. Using steel S235 we get This leads to a choice of IPE 80:
Image 20. Scheme of the platform
31
Two supporting beams must bear the load of half the water tank. Acting point loads are Maximum momentum from that load is 6,84×3×(3×0,3077+23)-6,84×0,3077×3=13,1 kNm. (Fig. 21) This leads to a choice of IPE 140: Image 21. Line load on the first beam
Columns Load to one column ,considering also horizontal loads 43 kN. One post is divided into 3 elements, approximately l=1,6 m long. Hinge connections are assumed: μ=1,0, so leff=1,6 m. Choosing square profile 40×40×3 (S235). Cross-section class is 1. :
Image 22. Point loads on crossing beam
32
While erecting the structure, there are no connections on the sides with longer cables and connections may get overlooked later, since after fixing the diagonals, the structure seems completely stable. Also, pulling up the tower might bring about great dynamic forces. Taking everything under consideration a greater profile should be used. Choosing square profile 110Ă—110Ă—4 (S235). Cross-section class is 1. :
Bracing L-profiles are used for horizontal bracing and cables for diagonals. Bracing must secure the baring of horizontal loads and also necessary connections, so certain buckling lengths of columns could be assumed. Choosing smallest L-profile 45Ă—4 (S235). Cross-section class is 3. :
33
Image 23. Internal forces 1
34
Image 24. Internal forces 2
Cables Shorter cables have to bare maximum tension from internal load of 13 kN.
Longer cables have to bare maximum tension from internal load of 25 kN.
Weight of the construction Platform 6,0×8×2,2+12,9×2×2,2=162,4 kg Columns 13,0×4×3×1,35=210,6 kg Horizontal bracing 2,74×12×2,0=65,8 kg Cable 7850(55,3×2,7×12+106,4×5,5×4)× 10^(-6)=32,5 kg Connections + bolts etc. 16×15=240,0 Total ~700 kg *One side
35
Transportation As mentioned in the concept stage, the final solution will be easy to transport. Transporting will be done on standardised pallets. In the different pallets all different parts will be sorted to make it easier to build up on the location. The depicted picture gives an idea how to ship the mobility water tower by shipping container transport. The elements can be stacked for maximum use of the container. By stacking atleast 10 towers can be placed within the container. The size of the water tank might lead to a waste of space. Therefore, water tanks with an amount of 5000 litres should be also be foldable to save space (not depicted). Thus, when foldable tanks are used, we will be able to ship more water tower solutions by sending one container.
36
Image 25. Transport solution by shipping container
Costs Costs Mobility Water Tower Bulk parts, standard collumns
amount 12
price per meter (€) 22
total length in m 16,2
labour costs for each part (for cutting, drilling and welding) 20
price (€) 596
crossbeams
6
9,5
12
5
144
top platform small beam
9
10,2
19,8
5
247
Top platform main beam
2
19,4
4,4
50
185
small steel wire
12
0,81
28,8
5
83
big steel wire
4
2,84
22,4
5
84
nuts and bolts
200
Total costs standard bulk parts
1540 Grand total (€)
unique parts Top connection
amount 4
material costs for one part 25
labour costs for one part 200
Middle connection
8
18
150
1344
Foundation connection
4
30
250
1120
Total costs unique parts (€)
Standard parts + unique parts = total costs water tower
Image 26. Cost overview Mobility Water Tower
price (€) 900
3364
Total costs in euros
4904
Cost reduction and cost optimization is required when Doctors without Borders will buy and use this construction method in disaster areas. Decisions for cost reduction are made in different manners. In material choice the decisions was to make use of steel instead of aluminium. For the following reasons: Steel is stronger compared to Aluminium and it got another advantages it is cheaper. Because, steel is stronger the constructional dimensions can be reduced, this will be financially attractive. Finally the option to lift the construction will increase the costs a little bit. However, the advantages that this system entails are many times larger, this is making the system very attractive. An overview of the total costs of the mobility water tower is given on the left page. The total costs are €4904.
37
38
39
40
Conclusion
Image 28. Happiness with water, water is live!
The necessarily of water is of vital importance. Our mobility solution for the Water Tower will save lives in coming disaster regions. To summarize the benefits of the water tower: • Don’t need pre-knowledge • Demountable and compact • Lightweight • Sustainable/Recyclable • Easy transport • No climbing
container. Finally, the system will be assembled on the ground, climbing will be excluded and simplifies the option to perform maintenance. To end with: Use this water tank solution to save lives!
And a great additional advantage is that it is an inexpensive solution to help victims. And a great additional advantage is that it is an inexpensive solution to help victims. The total costs will be 4904 euros (exclusive water tanks). A small shipping container could easily do the transportation. There is a possibility to transport more than one water tower solution at once. On condition that it is compact placed in the shipping 41
Sources Images: [1] Pennington, T. (2011) Retrieved January 10, 2014 from http:// www.nrc.nl/inbeeld/2011/05/08/inbeeld-uit-nrc-next-week-18/ [2] Celis, N. (2013) Retrieved January 10, 2014 from http://www.nrc. nl/inbeeld/2013/12/27/de-rampenvan-2013-van-treinongelukken-tottornados-en-tyfoons/ [3] Bintang, R (2014) Retrieved January 10, 2014 from http://www. nrc.nl/inbeeld/2014/01/07/vulkaansinabung-heeft-al-duizenden-indonesiers-verjaagd/ [4] IDMC (2013) Retrieved January 11, 2014 from http://www.nrc.nl/ inbeeld/2014/01/04/menselijkecrisis-dreigt-in-centraal-afrikaanserepubliek/
[5] Dufour, F (2014) Retrieved January 13, 2014 from http://sandrp.files.wordpress.com/2013/06/ world-map-global-estimates-2012. jpg 42
Image 29. Child is looking between chaos
[6] Garschagen, M. (2013, November 11). Eten, water, lijkzakken - aan alles is een tekort. NRC Handelsblad .
uploads/2012/05/Mid-construction-phase.Watertower-450x373. jpg
[7] van der Heijden, T., & Vennink, T. (2013, November 12). Eerst water en voedsel. NRC Handelsblad .
[13] Retrieved January 15, 2014 http://disasteraid.ca/index. php?p=2_8_SkyJuice-Water-Purification-System
[8] Bakkara, B (2014) Retrieved January 10, 2014 from http://www. nrc.nl/inbeeld/2014/01/07/vulkaansinabung-heeft-al-duizenden-indonesiers-verjaagd/
[14] De Zeen magazine (2011) Retrieved January 15, 2014 from http://www.dezeen. com/2011/01/19/water-storagetower-by-grg-arquitectos/
[9] Kilpatrick, J (2011) Retrieved January 14, 2014 from https://vle. mrc-academy.org/blogs/jakilpatrick/2011/04/02/project-2-lokicharwater-supply/
[15] Own production
[10] Retrieved January 15, 2014 from http://www.novatank.com.au/ images/twin.jpg [11] Retrieved January 15, 2014 from http://msucares.com/disaster/relief/images/watertower.jpg [12] Meta, R (2012) Retrieved January 15, 2014 from http://www. design4disaster.org/wp-content/
[16] Own production [17] Own production [18] Photoshop [19] Photoshop [20] Own production [21] Own production [22] Own production [23] Own production
43
[24] Own production
tori k채siraamat. Tallinn: Ehitame.
[25] Own production
van Wayenburg, B. (2013, February 11). Mobieltje is de beste gids na ramp. NRC Handelsblad , p. NH NL01 016.
[26] Own production [27] Own production [28] Retrieved January 13, 2014 from http://www.worldvision.com. au/Libraries/1_6_0_Water_and_ Sanitation_Hub/1_6_0_2.jpg [29] Manlupig, K (2012) Retrieved January 10, 2014 from http:// www.nrc.nl/inbeeld/2012/12/05/ bopha-houdt-huis-opfilipijnen/?foto=33985 [30] Own production Literature: Davis, J., & Lambert, R. (2002). Engineering in Emergencies - A practical guide for relier workers, . London: ITDG Publishing. Maslow, A. (1954). Motivation and Personality. New York: Harper & Row. Masso, T. (2012). Ehituskonstruk44
Websites: IJzershop.nl ,Retrieved January 15, 2014 from http://www.ijzershop.nl/ Staalprijzen, Retrieved January 15, 2014 from http://www. staalprijzen.nl/images/stories/ archief/2013/20130913/20130913_ bruto_prijslijst_staalprijzen_balk.pdfchief/2013/20130913/20130913_ bruto_prijslijst_staalprijzen_balk. pdf
Attachments [1]
Manual of Mobility Water Tower
[2] Technical drawing: Foundation and connection [3]
Technical drawing: Connection in the middle
[4]
Technical drawing: Connection on top
[5] Technical drawing: Crossbeams and steel wire [6] Technical drawing: Columns
Image30. collecting water at the mobility tower
[7]
Technical drawing: Platform and main beam on top
[8]
Technical drawing: Platform and small beam on top 45