STEM-Cliff_Masters
Αποθετήριο του Κολεγίου ΔΕΛΑΣΑΛ (Θεσσαλονίκης) για τη συμμετοχή στον Διαγωνισμό Ανοιχτών Τεχνολογιών
Τίτλος έργου: «Αναγνώριση Κατολισθήσεων και Διασφάλισης Οικισμών»
Μεταξύ των ετών 2004 και 2010 συνέβησαν 2.620 φονικές κατολισθήσεις διεθνώς που είχαν συνολικά 32.322 θύματα ή περίπου 4.600 ετησίως (τα περισσότερα στην Ασία, κατά μήκος της οροσειράς των Ιμαλαΐων και στην Κίνα). Γνωρίζουμε ότι είναι πολλοί οι παράγοντες που μπορεί να προκαλέσουν κατολισθήσεις, όμως από το μάθημα της Γεωγραφίας της Στ’ δημοτικού μάθαμε ότι η διάβρωση και η αποσάθρωση του εδάφους, σε συνδυασμό με τους σεισμούς μπορεί να προκαλέσουν κατολισθήσεις.
Η χώρα μας βρίσκεται στο όριο σύγκρουσης της αφρικανικής και της ευρασιαστικής τεκτονικής πλάκας. Στο όριο αυτό τα πετρώματα υφίστανται ισχυρή εσωτερική συμπίεση και, όταν αυτά σπάζουν, προκαλείται σεισμική δόνηση. Όσο μεγαλύτερο το σπάσιμο και η τριβή των πλακών τόσο πιο μεγάλος ο σεισμός που προκαλείται.
Η κατολίσθηση συνήθως συμβαίνει όταν οι πλαγιές είναι απότομες, υπάρχουν πολλές βροχές μέσα στον χρόνο και η περιοχή είναι πυκνοκατοικημένη. Η αποψίλωση των δασών και η άνοδος της θερμοκρασίας, λόγω της κλιματικής αλλαγής, είναι παράγοντες που θα ευνοήσουν τις κατολισθήσεις στο μέλλον. Ως πιο συνηθισμένο έναυσμα ξεχωρίζουν οι παρατεταμένες βροχοπτώσεις. Στο 61,4% των περιπτώσεων οι κατολισθήσεις εκδηλώθηκαν σε περιοχές όπου λείπει η βλάστηση, κυρίως λόγω ανθρωπογενών παρεμβάσεων.
Με βάση αυτές τις προσεγγίσεις ενδιαφέρον έχει το ερώτημα εάν η κλιματική αλλαγή, με τις μεταβολές που προκαλεί στην ένταση και τη συχνότητα των βροχοπτώσεων, θα επηρεάσει και πώς το φαινόμενο των κατολισθήσεων.
Έτσι, καταλήγουμε στο γεγονός ότι η πιθανότητα κατολισθήσεων σε οικισμούς που βρίσκονται κοντά σε κάποιο πρανές είναι μεγάλη σε διάφορα σημεία της χώρας μας. Με βάση τα παραπάνω αποφασίσαμε να δημιουργήσουμε ένα σύστημα αναγνώρισης κατολισθήσεων κοντά σε οικισμούς. Τα πειράματα μας προσανατολίζονται αρχικά στη τεχνητή δημιουργία σεισμών, ενώ αργότερα θα συνδυάσουμε και τις βροχοπτώσεις.
Τρόποι επίλυσης
- Πώς γνωρίζουμε ποια σεισμική δόνηση είναι ικανή να αποκολλήσει τον βράχο από το πρανές;
- Μπορούμε να υπολογίσουμε αν το σημείο το οποίο θα αποκολληθεί στο επόμενο διάστημα θα καταλήξει να πλακώσει κάποιον οικισμό ή μεμονωμένο οίκημα που βρίσκεται κοντά;
- Πόσο ύψος βροχόπτωσης χρειάζεται ώστε να πέσει ο βράχος μας από μόνος του (χωρίς σεισμική δόνηση);
Εργαλεία:
-Arduino με διάφορους σένσορες που θα δοκιμάσουμε για να πετύχουμε το καλύτερο αποτέλεσμα στη δύναμη του σεισμού και στο ύψος του νερού (οι λίστες είναι μέσα στα αρχεία του arduino).
-3d printer, με τον οποίο θα χρειαστεί να μοντελοποιήσουμε ένα πρανές και να «ξεκολλήσουμε» από πάνω ένα μοντέλο βράχου για να παρατηρήσουμε την τροχιά του (δύναμη, απόσταση που διανύει κτλ). Καλό είναι να γίνει σε τριασδιάτατο εκτυπωτή και όχι από χαρτί, γιατί στο δεύτερο μέρος των πειραμάτων θα πρέπει να βρέχεται.
-Απλά υλικά για τη δημιουργία του οικισμού. Θα καταστρέφονται συχνά τα μοντέλα σπιτιών οπότε τα υλικά θα είναι φθηνά, πχ. χαρτόνι, απλό πλαστικό,κόλλα κτλ.
TinkerCad
Στο τρισδιάστατο περιβάλλον του TinkerCad δημιουργήσαμε 2 βασικά αρχεία που μας βοήθησαν στα πειράματά μας. Στόχος ήταν να βρούμε τον τρόπο με τον οποίο συμπεριφέρονται βράχοι, οι οποίοι αποκολλούνται μετά από ένα συγκεκριμένο μέγεθος σεισμού. Τα αρχείο CliffMasters – Super Cliff v2.stl και linear gear & holder (5).stl είναι διαθέσιμα στο github του πρότζεκτ.
Ενώνοντας τα μοντέλα από τα δύο αρχείο μπορούμε να δημιουργήσουμε το πρανές με τα γρανάζια στην πίσω πλευρά του, ώστε να μετακινηθεί ολόκληρο από ένα arduino.
Arduino
Στον κώδικα του κινητήρα έχουμε ένα ποτενσιόμετρο το οποίο, όταν το γυρνάμε, μετακινεί το πρανές. Στόχος είναι να μπει δίπλα στο πρανές ένας χάρακας για να μετρήσουμε πόσο μακριά μετακινήθηκε μέσα σε ένα δευτερόλεπτο. Τη μέτρηση του χρόνου την κάναμε χειροκίνητα, αφού δεν προλάβαμε να βάλουμε μια συνάρτηση με χρονικό όριο, λόγω του lockdown, ώστε να κινείται μόνο για ένα δευτερόλεπτο ο κινητήρας. Ο τύπος της ταχύτητας των σεισμών είναι ο ίδιος με την ταχύτητα γενικά: m/s. Οι επιστήμονες, όπως μας ενημέρωσε ο κ. *Παπαθανασίου, μετριούνται σε ταχύτητα. Τα Ρίχτερ είναι μια μονάδα μέτρησης που χρησιμοποιείται πλέον μόνο από τον απλό κόσμο και τα ΜΜΕ.
Εμείς μετακινούμε το πρανές σε cm, οπότε και πρέπει να γίνουν οι αντίστοιχοι υπολογισμοί κάθε φορά που θέλουμε να βγάλουμε ένα συμπέρασμα. Σε κάθε μετακίνηση μετράμε πόσο μακριά πήγε η πέτρα. Στην αρχή κάθε πειράματος επανατοποθετούμε την πέτρα στην εγκοπή που έχουμε δημιουργήσει.
Έχουμε δημιουργήσει και μία συνάρτηση που μετράει το ύψος της βροχής που πέφτει στον βράχο, ώστε να μετρήσουμε το ύψος του νερού που χρειάζεται να πέσει για να αποκολληθεί από μόνος του ο βράχος (χωρίς σεισμό).
*Ευχαριστούμε ιδιαιτέρως τον καθηγητή Τεχνικής Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Θράκης, κ. Γεώργιο Παπαθανασίου που μας βοήθησε με το θεωρητικό πλαίσιο της δημιουργίας των σεισμών.
Ακολουθείστε τη σελίδα μας στο github για το πλήρες έργο: