Students recreate earthquakes in the laboratory

A group of engineering students has built an earthquake simulator that can very precisely recreate historical earthquakes in the laboratory. They can now carry out full-scale safety tests on small buildings.

2016.06.28 | Kim Harel

The building laboratory at AU Engineering has in recent weeks been the epicentre of true copies of some of the most powerful earthquakes in history. All the vibrations come from a specially built simulator. Pictured here (from left) are Jakob Gam, Andreas Poulsen and Søren Truelsegaard – all engineering students at Aarhus University. (Photo: Jakob Gam)

Well-insulated new shelters have become popular as a replacement for cotton tents or tin huts in emergency areas. They can house refugees for up to 15 years and provide protection from heat and frost. But can they also withstand an earthquake? (Photo: Evershelter)

A vibrating platform on 30 wheels, a high oil pressure motor, and plenty of advanced data processing. These are the key ingredients in the earthquake simulator built by three engineering students.

Read more (in Danish only) below. For contact details in English, go to the bottom of the page.

Simulatoren består af en bærende platform på i alt cirka 20 kvadratmeter, og den gør det nu for første gang i Danmark muligt at udsætte mindre bygningskonstruktioner for jordskælv i fuld skala.

Tro kopi af virkelighedens rystelser
Ved hjælp af detaljerede seismiske data fra nogle af historiens store jordskælv, genskaber de studerende et sæt af rystelser, der både i tid og acceleration svarer nøjagtigt til virkeligheden.

I første omgang har bygningslaboratoriet ved AU Engineering været epicenter for to katastrofale jordskælv: Managua i Nicaragua fra 1972 og El Centro i Californien fra 1940.

”Vi udvælger nogle af de jordskælv, vi har gode informationer på, og så genskaber vi den seismiske aktivitet i en dimension og kan på den måde gennemføre dynamiske test i fuld skala. Det giver os viden om, hvordan en given bygning vil reagere på et givent jordskælv, der er karakteristisk for et bestemt geografisk område,” siger Søren Truelsegaard, civilingeniørstuderende ved Aarhus Universitet.

Det er nemlig ikke altid, at et jordskælvs placering på Richterskalaen i sig selv siger noget om de ødelæggelser, man kan forvente på bygningsmassen i området. Ikke to jordskælv er ens, og dertil kommer, at forskellige konstruktioner kan reagere med store statiske variationer på seismisk aktivitet inden for det samme spektrum.

Tilsammen gør disse forhold det til en vanskelig opgave for ingeniører at sikre bygninger korrekt imod jordskælv, forklarer Søren Truelsegaard:

”Bygninger reagerer forskelligt på rystelser afhængig af for eksempel deres form, stivhed og vægt. Og også rystelserne kan variere meget. Nogle jordskælv flytter jordpladerne forholdsvis langt, mens andre flytter pladerne meget lidt, men med høj frekvens.  Det kræver derfor en hel del detaljer at dimensionere en konstruktion imod jordskælv.”

Nødhjælpsshelter klarer test
Til de første fuldskalaforsøg i laboratoriet har de studerende valgt at teste et shelter, som er designet til at huse mennesker på flugt fra krige og katastrofeområder.

”Shelteret er et godt eksempel på en bygning, hvor vi ikke har kendte standarder for hverken materiale eller samlinger og derfor ikke kan lave pålidelige teoretiske beregninger af, hvad det kan holde til. Heldigvis kan vi se, at det er tilstrækkeligt robust til at klare forskellige jordskælv,” siger Jakob Gam, civilingeniørstuderende ved Aarhus Universitet.

Med 12 sensorer placeret på shelterets overflade er det muligt at måle de vibrationer, der stammer fra jordskælvet og forplanter sig i konstruktionen. Efterfølgende kan de studerende via et computerprogram undersøge, hvordan bygningen bevæger sig ved forskellige egenfrekvenser og variationer i acceleration og dermed beregne de afledte statiske konsekvenser.

Fra speciale til ny virksomhed
 
Den samme metode kan de bruge på store bygningsmodeller, og derefter beregne deres evne til at klare belastninger fra forskellige typer af jordrystelser allerede i den indledende designfase.

”Det smarte er, at vi kan udsætte bygningsmodeller for lokale jordskælv, der allerede har fundet sted og dermed optimere konstruktionens dynamiske egenskaber, mens den er på tegnebrættet, ”siger Andreas Poulsen, civilingeniørstuderende ved Aarhus Universitet. 

De studerende har udviklet jordskælvsimulatoren som en del af deres speciale på civilingeniøruddannelsen i Byggeri. På den baggrund har de netop startet en virksomhed, som skal sælge viden om jordskælvssikring og dynamisk testning til byggebranchen.

Se jordskælvsimulatoren i funktion - med de tre studerende inden i - på denne video.

 


Mere information

 

Det benyttede testshelter er doneret af virksomheden Evershelter ApS.

 

For more information, please contact

Engineering student Jakob Gam
Aarhus University
jakobgam@gmail.com
+45 2613 0734

AU Engineering