How to prevent building from collapsing during an earthquake?
Question:

Scientists think that tectonic activity may have contributed to the demise of some ancient cultures. For example, research conducted at the city of Megiddo (now part of present-day Israel) suggests that a massive earthquake may have devastated the city, leading to the sandwich-like layers found in excavations. 

We're just as susceptible today to the aftereffects of powerful earthquakes. When exposed to the sudden lateral forces produced by seismic waves, even modern buildings and bridges can fail completely and collapse, crushing the people in, on and around them. If anything, the problem has become worse as more people live in urban environments and as structures have grown. Luckily, over the last few decades, architects and engineers have devised a number of clever technologies to ensure that houses, multidwelling units and skyscrapers bend but don't break. As a result, the building's inhabitants can walk out unharmed and start picking up the pieces.

Some of these technologies include: 

1- Shock Absorbers

You're familiar with the shock absorber -- the device that controls unwanted spring motion in your car. Shock absorbers slow down and reduce the magnitude of vibratory motions by turning the kinetic energy of your bouncing suspension into heat energy that can be dissipated through hydraulic fluid. In physics, this is known as damping, which is why some people refer to shock absorbers as dampers.

2- Rocking Core-wall

A rocking core-wall rocks at the ground level to prevent the concrete in the wall from being permanently deformed. To accomplish this, engineers reinforce the lower two levels of the building with steel and incorporate post-tensioning along the entire height. In post-tensioning systems, steel tendons are threaded through the core wall. The tendons act like rubber bands, which can be tightly stretched by hydraulic jacks to increase the tensile strength of the core-wall.

3- shape memory alloy, which can endure heavy strains and still return to its original shape. Many engineers are experimenting with these so-called smart materials as replacements for traditional steel-and-concrete construction.

4- Cardboard Tubes- maybe the most ambitious and low cost solution: cardboard-and-wood structure is extremely light and flexible, it performs much better than concrete during seismic events. And if it does collapse, it's far less likely to crush people gathered inside.

Your task is to build such a building- tall enough to house as many familes as possible, yet keep them safe in the earthquake prone area that is Israel.

You may use popsicle sticks, tooth-picks, paper clips, sticky-tape and modelling clay as your building blocks, and modelling clay as the ground on which the building stands. you may use as much material as you'd like.  

Said building will be tested on a on a moving sufrace, as shown in the video.

points will be given according to the time the building stands on the moving surface and it's height above the clay ground.

Tip: look up useful arcitectural elements: walls, columns and beams of all sorts

 

Example for a good solution (and a poor one). Can you make a taller building?

In the video, "the students" showed two options of building with the same height and a damper (springs in the foundations, which are supposed to turn kinetic energy to heat energy, to prevent the point of resonance). The difference that provided the stronger building was walls with deep foundations.

A better solution could be improving the mass damper, as shown in the video Wael suggested. 

Our solution of a simple damper is inovative because- 

we suggest improving the existing concept by using cheaper materials 

 

A smaller scale solution for earthquake prone areas

A damper that is incorporatd in furniture, such as a display cabinet, to prevent sesitive and valuable items from breaking.

The damper will be designed similarily to dampers in cars, as shown in the video, and will be placed either in a hidden part of the lower area of the cabinet or incorporated in the design.

This solution can be popular in Japan- a country that suffers from earthquakes very frequently  and has a rich culture of pottery and porcelain. (click the links to learn more)

According to our research, there isn't a similar small scale product in the market.

Provide an answer by clicking on "Map" and then on "Add an Answer".



Results, Analysis and Discussion


Comments:
1.  Dagash Wael (03.06.2019 pm 09.56.58)
משוב

העליתם נושא מאוד חשוב, תמיד מחפשים פתרונות לבעיה הזאת, ספציפית במקומות שהסיכוי לרעידות אדמה בהם מאוד גבוה . הצגתם את הנושא בצורה מצויינת ופשוטה, ובנוסף הצגתם את החשיבות להציע פתרונות לבניית בניינים חזקים ועמידים מפני רעידות האדמה.

ובתור מורה לעתיד חשוב לי גם לשתף התלמידים בנושאים שהם מחיי יום יום, לקבל מהם רעיונות ופתרונות לגבי בעיות קיימות ושצריכות פתרון, זה מפתח אצלהם חשיבה יצירתית. וכמובן קרו בעבר רעידות אדמה בארץ ויש סיכוי מאוד גבוה גם שיקרו עוד, ולכן הנושא הזה מאוד קשור אליהם, וחשוב כדי לקבל פתרונות ורעיונות לגביו.

אהבתי מאוד הפתרונות שהצגתם, חלק מהפתרונות האלה לא הייתי מודע אליהם כמו שימוש בסגסוגות חכמות/זוכרות צורה.

בנוסף , כשהצגתם הפתרונות נתתם דוגמאות שקשורות למוצרים שמשתמשים בהם ביום יום כדי להסביר אותם בשפה פשוטה, כמו בולם הזעזועים שמשתמשים בהם גם ברכבים. אישית זה מאוד עניין אותי לדעת ולהרחיב הידע שלי לגבי הפתרונות הקיימים.

המשימה שהעליתם לתלמידים מאוד מאתגרת, חוויתית, תחרותית וכיפית. התלמידים צריכים  לחשוב על פתרונות ורעיונות לפני בניית המבנה, הייתי מציע בשלב ראשון להגביל אותם בחומרים מסויימים, לאתגר אותם יותר, למשל לתת להם בהתחלה להשתמש ב מרשמלו וקסמי שיניים , בשלב השני לתת להם קסמי שיניים ונייר דבק, בשלב שלישי לתת להם קשיות שתייה, בכל חומר יש בעיות שונות שצריכים להתגבר עליהם כדי לבנות בניין יציב ונגד רעידות אדמה.

הפתרון שהצעתם יפה מאוד ויצירתי, עשיתם עבודה נהדרת, אהבתי גם השימוש במכשיר שמדמה רעידת אדמה. הייתי מציע לכתוב את השלבים שביצעתם לפני הסרטון או לרשום בהערות מה עשיתם ומה ההבדל בין שני המבנים שבניתם.

הייתי מציע גם לכתוב מה הייחודי ברעיון שעשיתם אותו, או למשל לבנות שני בניינים אחד עם בסיס גומי ואחד בלי ולראות מה ההבדל.

לסיכום, הרעיון שלכם מצויין מאוד ויצירתי וכל הכבוד .

2.  Arraf Zaher (04.06.2019 pm 12.50.04)
משוב אישי

ספיר, אסמא, אביה וסמאח,

לא שובצתי לתת משוב על העבודה שלכם,

אבל הייתי חייב לרשום כמה מלים.

ממש היה לי כיף לקרוא ולראות את הפרויקט שלכם, עבודה מושקעת לגמרי,

לעניות דעתי זה יהיה מאכזב אם תקבלו פחות מתשעים עליה.

כל הכבוד

זאהר

 

3.  Uzrad Oran (05.06.2019 am 10.26.54)
Short feedback by Oran

Hi Sapyr and team,

 

Many kudos for the creativity, the setting of the project, building of the model and testing it in a sophisticated environment. I learned a lot from your project. I learned how foundations of building are designed to carry the heavy load of the building and at the same time protect the building from fatal impact of earthquakes.

 

I watched the video carefully, but I missed what is it exactly that your innovation is offering. I saw three possible innovation elements:

  • The springs in the foundation,
  • The reinforcement wall in the ground floor, and
  • The chain in the core of the building.

All three elements are important, I assume. While I could intuitively understand how the springs and the reinforced walls are functioning, I am not sure if and how the core chain contributes to protection against the effects of an earthquake. I suggest you add more textual information to that regards.

 

To make the experiment complete, I would start it with a setting that have neither of the three innovation elements (i.e. no springs, no walls, and no chain) and see how supposedly, the building collapses in a few seconds.

 

Again, much appreciation to the creativity, the teamwork, and the quality of the product.

 

Thanks,

 

Oran

4.  Khateeb Mariam (08.06.2019 am 10.37.35)
משוב

שלום

 הרעיון שלכם הוא רעיון מאוד חשוב בעולם ובפרט במקומות שיש  בהם סיכוי לרעידות אדמה חזקות , אתם הצגתם הרעיון בצורה פשוטה , ברורה ומדעית ,שמוצג בצורה שקל מאוד לתלמיד להבין אותה , ובנוסף הצגתם החשיבות לפתרון בעיה כזאת , וגם כן הסרטון מסביר את הפתרון שלכם בצורה הדרגתי , שזה יפה מאוד בעיניי , וגם אהבתי את השימוש במכשיר שמדמה רעידות אדמה..

 המשימה של התלמידים היא משימה מאתגרת , ונותנת לתלמידים לתת מגוון של פתרונות , כלומר החומר שהם ישתמשו בבנית הבניין . ראיתי סרטונים עם אותו פתרון אבל מחומרים שונים , שזה דבר מגניב , ומייצג שפע של מוצרים "בניינים" בסוף המשימה .

לסיכום עשיתם עבודה נהדרת , ואני מציעה להסביר בסרטון את השלבים שעשיתם בצורה יותר ברורה ובכל שלב מה עשיתם , ובנוסף להסביר מה ההבדל בין שני הבניין ולמה זה קרה ,כי בשלב מסויים הוספת משהו לבניין ולא הבנתי מה זה .

ואני מציעה גם לבקש מהתלמידים לא רק לבנות בניין מקומה אחת , אלה מכמה קומות , כדי שיראו האם הפתרון שלהם עדיין פותר הבעייה או לא.

 

 

 

5.  narane ibtehal (10.06.2019 am 12.29.42)
משוב

שלום בנות

בחרתם בנושא מאוד אטרקטיבי ומהווה אתגר עולמי, כידוע ,רעידת האדמה משפיעה חזק על המבנים והמשאבים סביבנו ויכולה לגרום למוות של מאות אנשים ולכן היא בעיה כבידה ומלא אנשים ומדענים מכל העולם שמים דגש עילה ומנסים ליישם פתרונות להפחית  את האפקט שלה , השאלה שלכם הוצגה בצורה ברורה ומובנה, הצגתם כל מני רעיונות טובים ומגוונים הדבר שמכוין את התלמידים ומרחיב את אפקט החשיבה שלהם כך שיוכלו לחשוב על הביעה מכל מיני כיוונים, בסוף החלטתם להשתשמש בפתרון טוב ופשוט שניתן ליישם אותו בקלות, ניתן לראות שעשיתם עבודה טובה עם הרבה עבודת ידייים, הדבר שטוב לתלמידים ומעסיק אותם .

 השימוש שלכם במכשיר שמחכה רעידת אדמה היה מדהים, כל הכבוד! בנוסף לזה הצגתם את הרעיון בצורה טובה והדרגתית 

    אבל קצת לא ברורה, צפיתי כמה פעמים על הסרט עד שהבנתי את הפתרון המוצע שלכם, כי גם הכתב לא היה בורור 

וגם הבית לפני השינוי מאוד דומה לאחרי השינוי וגם לא הבנתי מה השינוי שאתם מציעים, האם הפתרון הראשוני נחשב פתרון טוב - כלומר לשים את הגומי באמצע- אבל ניתן לשפר אותו בעזרת הוספת קירות שנותנות עוד חוזק למבנה? או הפתרון הראשון הוא דוגמה לפתרון לא טוב שאתם לא ממליצים ? זה לא היה ברור והייתם צריכים להבהיר את  זה בנוסף לזה  שהכיתוב שהיה בצד העילון ולא היה כזה ברור, אולי הייתם צריכים לשים אותו באמצע  ולהסביר את השלבים והמעבר בינהים בצורה יותר טובה.

ניתן להרחיב את הפתרון שלכם לגבי סוג החומרים שאפשר להשתמש בהם בבניית הקירות האם לסוג החומר יש  השפעה

האם כדאי להשתמש בחומר בנייה יותר גמיש וגומיי או יותר קשיח, ניתן לנסות את זה עם התלמידים וראות מה ההבדל.



History of edits
Edited BY: Sapyr Sebaoun Edit Date: 2019-06-24 16:04:01
Edited BY: Sapyr Sebaoun Edit Date: 2019-06-24 16:00:03
Edited BY: Sapyr Sebaoun Edit Date: 2019-06-24 15:57:01
Edited BY: Sapyr Sebaoun Edit Date: 2019-06-24 15:54:23
Edited BY: Sapyr Sebaoun Edit Date: 2019-06-17 16:01:04
Edited BY: Sapyr Sebaoun Edit Date: 2019-06-17 15:59:13