Mỹ thử nghiệm bàn rung động đất lớn nhất thế giới: Kiểm tra độ bền của tòa nhà 10 tầng nặng 2.000 tấn

Trong một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu địa chấn, các nhà khoa học tại một trường đại học hàng đầu ở Mỹ đang tiến hành thử nghiệm với một thiết bị khổng lồ có khả năng mô phỏng các trận động đất mạnh mẽ. Thiết bị này không chỉ giúp kiểm tra độ bền của các công trình xây dựng mà còn có thể thay đổi cách thức thiết kế và xây dựng trong tương lai.

Thiết bị mô phỏng động đất lớn nhất thế giới

Tại một trong những trường đại học hàng đầu ở California, các nhà nghiên cứu đang sử dụng một thiết bị thử nghiệm động đất lớn nhất thế giới. Thiết bị này có khả năng rung lắc các tòa nhà nặng tới 2.000 tấn, tương đương với khoảng 1.300 chiếc ô tô, nhằm tái hiện chân thực các tình huống xảy ra trong các trận động đất thực tế.

Thiết bị này được gọi là “bàn rung” (shaking table), bao gồm một tấm thép lớn được kết nối với các bộ truyền động thủy lực. Những bộ truyền động này cho phép tấm thép di chuyển theo nhiều hướng khác nhau, từ đông sang tây, bắc xuống nam, và cả lên xuống, giúp mô phỏng chính xác chuyển động của mặt đất trong một trận động đất. Đặc biệt, tấm thép còn có khả năng xoay theo nhiều trục, tương tự như chuyển động của một chiếc máy bay.

Nguồn sức mạnh của bàn rung

Bàn rung này được điều khiển bởi một hệ thống thủy lực mạnh mẽ, bơm tới 9.500 lít chất lỏng thủy lực vào các bể chứa khí nitơ. Sự tương tác giữa dầu và khí nitơ tạo ra áp suất lớn lên tới 5.000 PSI. Dầu được giải phóng với áp suất 3.000 PSI để điều khiển các bộ truyền động, khiến bàn rung di chuyển theo kịch bản đã được lập trình. Để so sánh, áp suất trong một chiếc lốp xe ô tô chỉ khoảng 32 PSI.

Bàn rung có khả năng tạo ra gia tốc tối thiểu là 1 g, tương đương với lực hấp dẫn mà một người trải nghiệm khi rơi tự do. Những chuyển động mạnh mẽ này có thể tạo ra gia tốc lên tới 3 g ở đỉnh của một tòa nhà 10 tầng. Để so sánh, hành khách trên một tàu lượn siêu tốc thường trải nghiệm gia tốc tối đa khoảng 4 g.

Thử nghiệm tòa nhà 10 tầng bằng thép tạo hình nguội

Trong tháng 6 năm 2025, bàn rung sẽ tiến hành một thử nghiệm quan trọng: kiểm tra khả năng chống động đất của một tòa nhà 10 tầng được xây dựng bằng khung thép tạo hình nguội. Đây là hệ thống duy nhất trên thế giới có khả năng thử nghiệm một tòa nhà cao như vậy ở quy mô thật.

Hiện tại, quy định xây dựng tại Mỹ chỉ cho phép các tòa nhà khung thép tạo hình nguội có chiều cao tối đa 20 mét, tương đương khoảng 6 tầng. Nhóm nghiên cứu từ trường đại học này và một trường đại học khác đang tìm hiểu khả năng chống chọi của các công trình cao hơn, lên đến 30 mét hoặc 10 tầng, khi đối mặt với động đất. Kết quả thử nghiệm sẽ giúp xác định liệu giới hạn chiều cao có thể được nâng lên một cách an toàn hay không.

Trong quá trình thử nghiệm, nhóm nghiên cứu sẽ tái tạo chính xác các chuyển động mặt đất đã ghi nhận trong các trận động đất lớn trước đó, như trận động đất Northridge 6,7 độ richter tại Los Angeles năm 1994 và trận động đất Loma Prieta 6,9 độ richter tại Bắc California năm 1989.

Bà Tara Hutchinson, giáo sư Khoa Kỹ thuật Kết cấu, cho biết: “Chúng tôi có thể thử nghiệm những ý tưởng mới và mở rộng ranh giới trong thiết kế và xây dựng kết cấu. Thép tạo hình nguội là một vật liệu nhẹ, bền vững và chắc chắn, rất phù hợp cho những khu vực có nguy cơ động đất cao và cho việc xây dựng các công trình cao tầng.” Tòa nhà 10 tầng đã được hoàn thành và đặt vững chắc trên bàn rung, với bộ khung được làm từ các loại thép tạo hình ở nhiệt độ phòng, liên kết với nhau để tạo thành tường và sàn. Tòa nhà cũng bao gồm các bộ phận như cầu thang, thiết bị cơ khí và hệ thống phun nước chữa cháy. Nhóm nghiên cứu sẽ theo dõi chuyển động và gia tốc của các bộ phận này để đánh giá khả năng hoạt động của tòa nhà sau một trận động đất.

Ý nghĩa và tác động thực tiễn

Các thử nghiệm với công trình kích thước thật trên bàn rung đã mang lại những thay đổi quan trọng trong quy tắc thiết kế công trình tại Mỹ và nhiều nơi khác. Chúng cũng cung cấp thông tin khoa học mới về hiệu suất địa chấn của các hệ thống địa kỹ thuật phức tạp như móng, đường hầm và tường chắn.

Dù đã đạt được nhiều tiến bộ, các nhà khoa học vẫn nhấn mạnh cần thực hiện thêm nhiều nghiên cứu để giúp thế giới chuẩn bị tốt hơn trước các trận động đất. Mục tiêu cuối cùng là cứu sống nhiều người hơn, giúp cộng đồng phục hồi nhanh chóng sau thảm họa và giảm thiểu chi phí sửa chữa cho cơ sở hạ tầng quan trọng.