PWS natuurkunde aardbevingsbestendig bouwen
-
Hallo,
Wij zijn 2 studenten uit vwo 6 en hebben een PWS over aardbevingsbestendig bouwen. Wij hebben als plan om een gebouw op schaal na te maken en de bewegingen gedurende een nagebootste aardbeving in beeld te brengen d.m.v. versnellingsmeters. Vervolgens zullen wij verschillende oplossingen op het gebouw testen.
Onze onderzoeksvraag betreft: In welke mate kun je een gebouw aardbevingsbestendig maken door deze anders te ontwerpen.
De bijbehorende deelvragen zijn:- Hoe boots je een aardbeving na?
- Welke materialen zijn geschikt om mee te bouwen?
- Hoe richt de aardbeving schade aan?
- Wat wordt er tegenwoordig gedaan om schade van een aardbeving te beperken?
Omdat wij zelf niet een het bezit zijn van een aardbevingssimulator hadden wij de vraag of wij in Delft onze testen uit kunnen voeren.
Groeten,
Jesse en Twan -
Beste Jesse en Twan,
Leuk onderwerp hebben jullie gekozen!
Het Science Centre is bezig met het maken van een aardbevingssimulator, maar deze is nog niet af. Ik zal jullie laten weten wanneer deze af is, zodat jullie langs kunnen komen om de proef uit te voeren. We verwachten dat dit binnen een maand is, maar ik kan hier geen uitsluitsel over geven.
Jullie horen van me!
Groetjes Pauline
-
Hallo Pauline,
Leuk dat je onze begeleidster wilt zijn! Hoe staat het met de aanbouw van de simulator? Zouden we al een datum kunnen afspreken om een bezoek te brengen aan de TU? Ook hadden we nog een technische vraag: welke afmetingen zijn handig m.b.t. tot het maken van de huisjes (naar verhouding van de trilplaat)?
Groeten,
Jesse en Twan -
Ha jongens!
Helaas is de plaat nog steeds niet af.. We verwachten dat dit voor de kerstvakantie is geregeld, maar we kunnen hier nog geen uitsluitsel over geven. Jullie zouden je wel vast kunnen aanmelden voor de PWS middag van 12 januari, de kans is groot dat de plaat dan af is! Zoals ik al zei, dit kunnen we niet garanderen...
Qua afmetingen: de plaat zelf is erg groot, ga uit van 800 x 800 mm, of groter. Er is dus ruimte zat voor een huisje. Als jullie een bakje met zand willen gebruiken als fundering, zijn de afmetingen: 150 x 200 x 210 (buitenste afmetingen, de dikte van het plastic is 10 mm).
Hopelijk beantwoordt dit jullie vragen!
Groetjes Pauline
-
Ha jongens!
Ik heb goed nieuws: de aardbevingsplaat is af! Willen jullie nog steeds langskomen om het onderzoek uit te voeren? Zoja, is woensdag 11 januari een mogelijkheid? Als jullie inderdaad langskomen, vergeet niet eerst het onderzoeksplan naar mij te sturen!
Ik hoor het wel, fijne vakantie nog!
Groetjes Pauline
-
Hoi Pauline,
Mooi dat de plaat af is. We willen hier inderdaad graag nog gebruik van maken. Onze deadline bedraagt 16 februari. Graag willen we op zo kort mogelijke termijn langskomen. Wat zijn eventuele datums? Gr. Twan ter Laak
-
Ha jongens,
Jullie kunnen langskomen op de PWS-middag op maandag 13 februari (graag aanmelden!). Deze week heb ik namelijk geen tijd, en volgende week is het vakantie op de TU Delft. Hebben jullie al een onderzoeksplan?
Groetjes Pauline
-
Hoi Pauline,
Hierbij ons onderzoeksplan. We hebben ons inmiddels opgegeven voor de PWS-middag. Is er al een tijd bekend hoelaat we in delft moeten zijn? En waar zouden we ons moeten melden?
Mvg,
Jesse en TwanWanneer wij het huisje alleen van hout zouden bouwen zou dit gewicht verhoudingsgewijs niet overeenkomen met het gewicht van een normaal huis. Dit is echter wel nodig omdat sommige principes ook berusten op een bepaalde tegenwerkende kracht om een trilling op te vangen. Wanneer het tegengewicht niet zwaar genoeg is zal de trilling door gebrek aan tegengewicht dus gewoon worden doorgegeven. Het is dus ook zaak dat we het huisje nog enigszins verzwaren.
Tijdens dit onderzoek gebruiken wij materialen die volgens ons het best bij de toegepaste techniek past. We zullen tijdens het onderzoek dan ook alleen met dit materiaal testen. Het gaat er ons dan ook vooral om hoe de techniek werkt. In eventuele vervolgonderzoeken kan er aan een gedetailleerde uitwerking van de techniek worden gewerkt, waarbij ook meerdere materialen kunnen worden getest. Zoals gezegd hebben wij hier niet de tijd voor om per techniek alle mogelijke opties al te testen.
Nulmeting
Deze test gebruiken wij om te bepalen wat voor waardes de normale stand opleveren. In deze nulmeting gebruiken wij een huisje waaraan nog aanpassingen zijn gedaan. Dit huisje zou vergelijkbaar moeten zijn met een normaal huis. Vanuit deze waardes kunnen wij bij de volgende tests kijken wat voor effect er is bereikt met een aanpassing.
Het huisje zullen wij maken van hout. De verbindingen welke het meest richting de werkelijkheid komen is een verbinding van lijm. Wanneer je verbindingen van schroeven zou gebruiken zou dit al snel richting de techniek van de spouwdonut komen. Hierbij worden de muren vastgetrokken aan de vloeren. Hierdoor komt de energie terecht in de vloer, welke de energie beter kan adsorberen. In het geval van een verbinding met schroef wordt de wand ook vastgetrokken. (wat voor huisje bouwen we? Plat dak of anders?Rubber tussen de verbindingen van de muren
Bij deze techniek zullen we op de hoeken van het huisje rubberen strips plaatsen. Deze techniek berust op het feit dat wanneer je de aansluitende gebouwdelen sterker maakt dan de verbindingen tussen deze verbindingen je de plastische vervormbaarheid laat optreden in de verbindingen. Je zorgt er dus voor dat je de rubberen strips tussen de muren de trillingen laat opvangen. Dit zou geen probleem moeten zijn aangezien zulke elementen de juiste verhouding tussen stevigheid en flexibiliteit hebben. Deze strips zouden dus zowel stevigheid aan het gebouw moeten geven als dat ze flexibel genoeg zijn om de trillingen op te vangen.
De strips zullen iets dikker moeten zijn als de dikte van het hout. Hierdoor kunnen we ze makkelijker bevestigen aan het hout. (waar gaan we de strips plaatsen. Alleen tussen de muren of ook tussen de dakdelen? Hoe bevestigen we ze? )Donut systeem
Dit systeem hebben we al beschreven in onze deelvraag ‘wat wordt er tegenwoordig gedaan om schade te beperken’.
We zullen hetzelfde huisje kunnen gebruiken als welke tijdens onze nulmeting hebben gebruik. Het voornaamste wat we tijdens deze proef moeten doen is er een andere fundering onder aanbrengen. We hebben ook de mogelijkheid om te testen in een bak met zand. Aangezien de werkelijke versie van het donutsysteem op heipalen staat hebben we zo beter de mogelijkheid om het reëel na te bootsen. We zouden verschillende houten stokjes in de bak met zand kunnen steken. Hierboven op zullen wij vervolgens het donut systeem bevestigen. Op deze donuts bevestigen wij vervolgens weer de fundering.Schuifweerstand model
Dit principe berust op het feit dat je door de wrijvingskracht energie verliest. Bij een aardbeving is het namelijk zaak om de energie die vanuit de aardbeving in het huis gaat zitten zo efficiënt mogelijk weer af te voeren. Door gebruik te maken van twee materialen welke ten opzichte van elkaar een grote wrijvingsconstante hebben kun je veel energie afvoeren. Het kost de materialen namelijk veel energie om ten opzichte van elkaar te bewegen. Hierdoor verlies je al veel energie.De formule voor de maximale schuifwrijvingskracht in Newton bedraagt:
Fw, schuif, max = f * Fn
f = wrijvingscoëfficiënt
Fn = normaalkracht in NJe ziet dus ook dat de maximale schuifwrijvingskracht zowel samenhangt met de wrijvingscoëfficiënt als met de normaalkracht. De wrijvingscoëfficiënt geeft een waarde weer tussen twee voorwerpen. In het geval van rubber over metaal is dit getal 1.35. In dit geval betekent dat dat er pas beweging tussen de twee materialen zit er als met een kracht getrokken wordt hoger dan 135% van de normaalkracht.
Het getal voor de ‘=’ moet dus zo groot mogelijk worden. Hierdoor heb je een hele grote kracht nodig om de twee platen te laten bewegen. Dit bereik je door een grote normaalkracht te bereiken en door een grote wrijvingscoëfficiënt te hebben. Het is alleen de vraag je een niet te grote wrijvingscoëfficiënt moet gebruiken. Moet je het gebouw juist niet iets laten bewegen.
Een groot nadeel aan deze techniek is dat het alleen horizontale trillingen kan weerstaan.Specifiek op ons ontwerp kunnen we het huisje van de nulmeting gebruiken. Hieronder kunnen we een laag …. Aanbrengen. Vervolgens kunnen we van het ontwerp van het donutsysteem de heipalen gebruiken, waar we een plaat op leggen. Het is namelijk wel zaak dat de onderste plaat op zijn plek blijft liggen wat ook gebeurt bij de heipalen. Op deze plaat op de heipalen kunnen we de stof …. aanbrengen. (2 materialen met een grote schuifwrijvingscoëfficiënt) Het is bij dit ontwerp dus wel zaak dat de platen los van elkaar liggen. Wanneer de platen namelijk nog vast aan elkaar zouden gemaakt zijn vervalt het hele idee van de schuifwrijvingscoëfficiënt.
-
Ha jongens!
Dat ziet er erg goed uit. Ik zie jullie vanmiddag op de PWS-middag!
Groetjes Pauline
