Vak: Natuurkunde
Gemaakt door: Arnout Wijma, Wilbert Algra en Hendrik Land
Hoofdvraag: Wat is de beste oplossing voor de huidige woonsituatie in Groningen tegen aardbevingen?
Voorwoord.
Wij moeten dit jaar een profielwerkstuk maken wat een onderdeel is van het examen in
Havo 5 en Vwo 6. Het PWS is een werkstuk waarmee het examenjaar wordt afgesloten. Dit
cijfer telt mee als combinatiecijfer samen met maatschappijleer uit Havo 5.
Wij moeten hiervoor dus een onderwerp bedenken waar onze interesses liggen. Dit was niet
heel erg makkelijk te bedenken. Wij hebben voor een vrij actueel onderwerp gekozen, namelijk het probleem in Groningen door de gaswinning. Hierdoor hebben de bewoners last van aardbevingen en worden hun huizen beschadigt. Wij zijn daarom gaan onderzoeken wat de beste oplossing is voor dit probleem.
Inhoudsopgave.
– Wat is een aardbeving?
– Welke technieken gebruiken ze in het buitenland?
– Aardbeving bestendig bouwmateriaal
– De kosten
– Situatie Groningen
– Proef
– Conclusie
– Bronnenlijst
– Nawoord
– Logboek
Wat is een aardbeving?
Definitie aardbeving.
Een aardbeving is een trilling of schokkende beweging van de aardkorst.
Wat gebeurt er tijdens een aardbeving.
Een aardbeving wordt meestal veroorzaakt door het schuiven van de platen waar de aardkorst uit bestaat. Deze platen zijn altijd aan het schuiven, maar in het normale leven merken wij daar niks van. Tijdens het schuiven van deze platen ontstaat er spanning. Bij een aardbeving houden twee platen elkaar tegen en loopt de spanning zo op dat ze ineens langs elkaar schieten, en dat veroorzaakt trillingen onder de grond. Wanneer deze trillingen de aardkorst bereiken krijg je een aardbeving.
Gebieden die vatbaar zijn voor aardbevingen.
Een aardbeving kan bijna overal op de wereld wel voorkomen, maar vooral gebieden waarbij de tektonische platen over of onder elkaar doorschuiven hebben de meeste kans op een aardbeving. Voor deze gebieden is het dus ontzettend belangrijk om aardbeving bestendige huizen, kantoren en fabrieken te bouwen. Niet alleen mensenlevens lopen gevaar tijdens een aardbeving maar ook de infrastructuur van een land. Hierdoor kan het land in geldnood komen en zullen ze dit geld moeten lenen en dus schulden maken.
Kracht van een aardbeving.
De kracht van een aardbeving wordt ingedeeld in de schaal van Richter.
Sterkte Beschrijving
0 tot 1,9 Minuscuul
2 tot 2,9 Zeer licht
3 tot 3,9 Licht
4 tot 4,9 Gemiddeld
5 tot 5,9 Vrij krachtig
6 tot 6,9 Krachtig
7 tot 7,9 Zwaar
8 tot 8,9 Zeer zwaar
9 tot 9,9 Catastrofaal
10 tot 11,9 Totaal catastrofaal
12 of hoger Totale verwoesting
Wat voor technieken gebruiken ze in het buitenland
Aquafalt
Aquafalt heeft een grote schokbestendigheid. Het is geschikt als funderingsmateriaal in gebieden waar veel aardbevingen voor komen en waar zandbodems zijn. Het is belangrijk bij zandbodems, omdat de aardbevingstrillingen het zand doet wegstromen, daarom moet er een goede fundering onder het gebouw komen. Aquafalt zorgt ervoor dat de bodem sterker wordt, daardoor wordt een gedeelte van de energie van de aardbeving opgenomen.
Metselwerk beton
In China wordt nog veel gebruik gemaakt van metselwerk. 80% van de nieuwbouw wordt uitgevoerd in metselwerk. Het wordt zoveel gebruikt omdat het veel beschikbaar is, de kosten zijn laag en het is makkelijk te verwerken. Bij vorige bevingen in China zijn veel metselwerken van gebouwen ingestort, dat komt omdat er niet voldoende samenhang is tussen de metselwerken. Bij de nieuwe huizen wordt gebruik gemaakt van een metselwerk waarbij de stenen opgesloten zitten in een frame die plastische vervormingscapaciteiten hebben. Dan kunnen de stenen meebewegen, zonder dat ze verplaatsen.
Houtskelet
Het houtskelet is een Zweedse uitvinding, het is een lichter bouwsysteem, daardoor is er minder kans op de vorming van scheuren en minder kans op verzakking. Het houtskelet kan ook nog eens veel energie van de aardbeving opnemen zodat het huis niet in één keer inzakt.
Aardbeving bestendig bouwmateriaal
Piepschuim
De bouw van huizen die een aardbeving met een kracht van 8 op de schaal van Richter goed kan doorstaan. Er worden nieuwe huizen gemaakt foam (schuim) platen die in een raamwerken worden geplaatst, dat vervolgens binnen en van buiten met een cementpap wordt bespoten. De gebouwen blijken een aardbeving met ene kracht van 8 op de schaal van Richter goed te doorstaan. Als het gebouw bij een zwaardere aardbeving toch instort, zullen er minder slachtoffers vallen. De materialen van het huis zijn relatief licht. Het is namelijk nogal een verschil als je piepschuin op je hoofd krijgt of een blok beton. De bouw van zulke huizen is goedkopen en kost minder tijd dan een traditionele constructie. Bovendien blijken de gebouwen zeer goed te isoleren.
Wat voor technieken kun je gebruiken om gebouwen aardbevingsbestendig te maken?
Er vallen nog altijd veel slachtoffers bij aardbevingen, dit aantal kan verminderd worden als er slimmer gebouwd wordt. Wat voor bouwtechnieken hebben we allemaal die er voor zorgen dat gebouwen deze aardbevingen kunnen weerstaan?
Er zijn veel verschillende manier om er voor te zorgen dat gebouwen tegen een stootje kunnen. Je kunt er namelijk voor zorgen dat je met betere materialen gaat bouwen, materialen die meer flexibel zijn. Je kunt er voor kiezen om het skelet van een ander materiaal te maken of je bouwt de muren op een andere manier.
Een groot deel van de kracht die een aardbeving uitoefent op een gebouw wordt terug gekaatst naar de aarde, het overige deel van die kracht kan nog steeds schade aanrichten. De materialen en technieken die gebruikt zijn voor de gebouwen kunnen soms niet genoeg zijn om te voorkomen dat een gebouw instort. Denk maar eens aan een wolkenkrabber, daarbij moet je voorkomen dat het gebouw gaat slingeren, anders heb je kans dat het instort. Bij hoogbouw kun je er voor kiezen om bijvoorbeeld een grote slinger in het gebouw te hangen die er voor zorgt dat het gebouw niet teveel gaat slingeren bij een aardschok. Dit is een voorbeeld van een demper.
Je hebt 3 verschillende demper die gebruikt kunnen worden voor hoogbouw.
Passieve, actieve en semi-actieve dempers.
Semi-actieve dempers: Semi-actieve dempers zorgen ervoor dat de trillingen die naar het gebouw willen, opgeheven zullen worden. Dit gebeurt doordat de dempers tegen de trilling van het gebouw in bewegen. Belangrijk hierbij is de frequentie van de trilling, de demper resoneert met de beweging van het gebouw. De demper verplaatst zich in dezelfde richting als het gebouw zodra het gebouw een windstoot of aardschok ondervindt. Wanneer het gebouw weer terugveert, vertraagt de demper de terugkeer van het gebouw.
Passieve dempers: Passieve dempers werken non-stop zonder dat ze energie gebruiken. Dit heeft voor- en nadelen. Het voordeel is dat je ze altijd ‘aan’ staan, dus je hoeft er niet naar om te kijken. Het nadeel is dat ze zich niet aan kunnen passen aan de omstandigheden.
De schokbreker: Zodra het gebouw in beweging komt wordt de staalconstructie vervormd en worden de schokbrekers ingeduwd, in een buis gevuld met een vloeistof, deze houden de beweging dan tegen. Er zitten dan wel meerdere in een gebouw.
Rubber Bearing Systeem: Het systeem worden in de kelder van een gebouw geplaatst, een systeem van rubberen en metalen platen. Zodra er een aardbeving plaatsvindt, beweegt de grond onder het gebouw. Doordat de rubberen platen flexibel zijn, kan de grond onder het gebouw bewegen en het gebouw zelf niet. Zo kun je een groot deel van de trillingen opheffen.
Actieve dempers: Actieve dempers zorgen ervoor dat een trilling met behulp van een tegentrilling wordt tegen gehouden. Dit wordt uitgevoerd door een groot gewicht bovenin het gebouw te hangen, die onafhankelijk van de constructie bewegen kan. Als sensoren in het gebouw een trilling opvangen, wordt het blok in beweging gebracht. Deze beweging beweegt precies tegen de beweging van het gebouw in.
Met bamboe gewapend beton
Wetenschapper hebben in nieuwe huizen gebruik gemaakt van bamboe gewapend beton en een bamboe dak. De duur van de bouw van de huizen is +/- 3 weken, de huizen hebben een levensduur van ongeveer 50 jaar en de productie van de huizen ligt veel lager (rond de 50%) dan die van gemetselde woningen.
De huizen zijn niet alleen duurzaam, maar ook aardbeving bestendig. Doordat de huizen zijn gemaakt van een bamboe frame en een bamboe dak, kunnen de huizen veel hogere krachten weerstaan.
In India, in het Vibration Research Centre in Bangalore, is onderzoek gedaan naar welke krachten de huizen kunnen weerstaan. Het huis is meerdere keren getest voor aardbevingen. Het huis ondervond vijf achtereenvolgende sessies van schokken die dertig seconden aanhielden, die schokken zijn vergelijkbaar met een kracht van 7,8 op de schaal van richter. Het bamboe huis kon de schokken met gemak weerstaan.