SEIZMIKI HAZARDPOTRESI

Uvod Potresima prouzroeni procesi predstavljaju opasnost za inenjerske radove u odre enim dijelovima svijeta

1

Distribucija potresa u svijetu

granice ploa odre ene zahvaljujui potresima

2

najvea koncentracija potresa u CIRKUMPACIFIKOM POJASU: 80% plitkih potresa 90% srednjih potresa 100% dubokih potresa

velika koncentracija potresa u MEDITERANSKOHIMALAJSKOM POJASU:

3

to je potres?Podrhtavanje ili potresanje zemlje prouzroeno naglim osloba anjem energije pohranjene u stijenama ispod zemljine povrine

seizmiki valovi=valovi energije koji nastaju prilikom potresa (oni uzrokuju potresanje tla)

slom zapoinje u fokusu i iri se po rasjednoj plohi epicentar = tokana zemljinoj povrini iznad fokusa

hipocentar (fokus) potresa= ishodina toka seizmikih valova u ispod povrine zemlje (toka inicijalnog sloma i pokreta po rasjedu);

4

Od fokusa potresa radijalno se ire seizmiki valovi

Seizmiki valovi2 tipa valova koji nastaju za vrijeme potresa: glavni valovi = seizmiki valovi koji putuju kroz zemljinu unutranjost, ire se iz fokusa u svim smjerovima povrinski valovi = seizmiki valovi koji putuju po povrini, ire se iz epicentra 2 tipa glavnih valova: P valovi (kompresijski) 6 8 km/s. Paralelni smjeru kretanja; tk . se nazivaju primarni valovi. Slini zvunim valovima. S valovi (smiui) 45 km/s. Okomiti na smjer kretanja; tk . se nazivaju sekundarni valovi. Rezultat posmine vrstoe materijala. Ne prolaze kroz tekuinu.

5

Usporedba kretanja P-valova i S-valova

Fig. 18.7

2 tipa POVRINSKIH VALOVA (sporiji, ali uzrokuju oteenja zbog gibanja tla): LOVE-ovi valovi poput S valova, ali bez vertikalnog pomaka; pomak je u horizontalnoj ravnini, s lijeve na desnu stranu horizontalni pomak presijeca temelje zgrada; ne ire se kroz vodu, tako da ih se ne moe osjetiti na vodi

RAYLEIGH-ovi valovi poput oceanskih valova, kretanje povrine elipsastom putanjom mogu biti iznimno destruktivni zbog veeg pokretanja tla i zbog dugotrajnog vremena prolaska

6

Dva tipa povrinskih valova

Fig. 18.8

Lociranje i mjerenje potresa seizmometar =valova instrument za detektiranje seizmikih

seizmograf = seizmogram

ure aj koji zapisuje pokretanje

detektirano seizmometrom; zapis vibracija tla je

7

Seizmografi zapisuju vertikalne ili horizontalne pomake

Suvremeni seizmograf

Kinematics

8

Zapis seizmografa za tri tipa seizmikih valova

Fig. 18.6

Seizmogram potresa iz 1967., Taiwan, magnituda 6.2, registiran u Kaliforniji, 6300 milja udaljenoj; prikazani prvi nailasci P, S i povrinskih valova

9

Odre ivanje mjesta nastanka potresa - na osnovi intervala izme u nailaska P i S valova:

Na temelju intervala P i S valova mogue je odrediti samo radijus udaljenosti lokacije potresa!!! Zato trebaju zapisi vie stanica

10

Lociranje epicentra Razlika izme u vremena nailaska P i S valova je funkcija udaljenosti od epicentra. Potrebne 3 stanice da bi se mogla odrediti pozicija epicentra

Odre ivanje lokacije epicentra

Fig. 18.9c

11

Seizmologija istrauje irenje mehanike energije koja se moe osloboditi potresima ili eksplozijama u Zemlji.

Mjerenje potresa1. Gibanje tla na povrini 1964 Alaska earthquake displaced some parts of the seafloor by ~ 15 m. 1906 San Francisco earthquake moved the ground ~2.55 m

2. Veliinu podruja zahvaenog pomacima Alaska 70,000 sq. miles

3. Trajanje potresa do nekoliko desetaka sekundi

4. Intenzitet potresa na temelju opaanja ljudi

5. Magnituda potresa na temelju oslobo ene energije

GPS za praenje pomaka

12

Intenzitet potresaJaina potresa mjeri se na 2 naina: 1. Kolika i kakva teta je prouzroena potresom? intenzitet potresa = mjera uinka potresana ljude i objekte

modificirana Mercalli-jeva ljestvica rimski brojevi I-XII (vii broj, vea teta)

Modificirana Merkalijeva ljestvica intenzitetaI II IIIIV VVI VII VIII IX X XI XII Not felt Felt only by persons at rest Felt by persons indoors only Felt by all; some damage to plaster, chimneys People run outdoors, damage to poorly built structures Well-built structures slightly damaged; poorly built structures suffer major damage Buildings shifted off foundations Some well-built structures destroyed Few masonry structures remain standing; bridges destroyed Damage total; waves seen on ground; objects thrown into air

13

tbl 16.1

intenziteti potresa iz 1886. iz J. Caroline

smanjenje intenziteta s udaljavanjem od epicentra;

razlike u intenzitetu zbog razliite vrste tla

14

Magnituda potresa2. Kolika koliina energije je oslobo ena koli potresom?

magnituda = mjera energije oslobo ene tijekompotresa mjerenje visine (amplitude) krivulje na seizmogramu

Richterova ljestvica (ili Gutenberg Richterova ljestvica) kvantitativna ljestvicamagnitude (koliina energije zabiljeena 100 km od epicentra);najvea izmjerena magnituda 9.5

Maximum Amplitude of Ground Shaking Determines Richter Magnitude

Fig. 18.10

15

Richter Magnitude Versus Energy

Fig. 18.11

Magnituda po Richteru 2 jedva se osjea

br/god. u svijetu >100.000 nekoliko tisua 16-18 1-2

4.5 srednje tete 7 8 glavni veliki

Ljudi ne osjeaju potrese magnitude manje od M=2

16

sl 16.12

lokacije potresa u SAD-u i J Kanadi, razdoblje 1568-1989; magnituda 4.5 i vea

geolozi izra uju karte seizmikog rizika na temelju historijskih zapisa potresa

17

4 tipa procesa induciranih potresima1. Raspucavanje povrine tla = permanentni pomak tla i stvaranje pukotina du tragova rasjeda na povrini; pomak ispod zgrada 2-5 cm moe imati katastrofini uinak

Earthquakes dont kill people, buildings kill people.2. Potresanje tla = podrhtavanje tla prouzroeno potresom; uzrokuje tete na velikom podruju; jedan od uinaka koji je najtee kvantificirati i predvidjeti 3. Slom tla = prouzroen je akceleracijom tla (eng. ground acceleration), a uzrokuje: potrese, raspucavanje, usijedanje i diferencijalno slijeganje 3. Tsunami= veliki morski valovi koji nastaju naglim pokretima morskog dna uslijed podmorskih potresa; doseu brzine 500800 km/hr u otvorenome oceanu, a visoku su samo ~ 1m, ali postaju vei u plioj vodi

Procesi inducirani potresom znaajno utjeu na sigurno projektiranje gra evina predmet istraivanja inenjerske geologije u smislu definiranja razina hazarda

18

Raspucavanje povrine tla(eng. surface rupture)

ogranieno na uske zone du aktivnih rasjeda; mogu se i ne moraju javiti za vrijeme potresa; to je rasjed postojaniji, vea je vjerojatnost raspucavanja po njemu

Potresanje tla(eng. ground shaking) stupanj tete je promjenjiv ovisno o valnim duljinama i trajanju potresanja, znaajkama materijala kroz koji valovi prolaze i znaajkama gra evina; isti potres moe imati i do nekoliko puta vei uinak na lokacijama izgra enim od debelih, vodom saturiranih tala, nego na lokacijama izgra enim od kompetentne osnovne stijene; osnovni period zgrada priblino je jednak broju katova

19

Potresanje tla - rezonancija ili amplifikacija nastaje kada zgrada i temeljno tlo imaju slian osnovni period; zgrade razliitih osnovnih perioda e se razliito ljuljati, to je problematino ukoliko su blizu jedna druge, jer se mogu me usobno otetiti;

Slom tla - klizita padine stabilne u statikim uvjetima mogu postati nestabilne uslijed dinamikog optereenja (uslijed dodatnog naprezanja prouzroenog gibanjem); osobito osjetljive su: padine izgra ene od nekonsolidiranih mekih sedimenata ili povrinske naslage na strmim padinama, padine izgra ene od stijene s brojnim otvorenim diskontinuitetima; potres magnitude oko 6.0 u blizini Mammoth Lakes (Kalifornija) u maju 1980.: inicirano nekoliko stotina odrona i klizita u stijenama u okolici Sierra Nevade

20

Slom tla - likvefakcija pokreti tla uzrokuju prijelaz rahlih, vodom saturiranih zrnatih materijala u tekue stanje; ova pojava je posljedica ciklikih naprezanja uslijed opetovanih seizmikih valova koje uzrokuje porast pornih pritisaka. Brzi porast pornih pritisaka smanjuje efektivno naprezanje tla do 0, a to je stanje u kojemu tlo ima najmanji otpor na naprezanja. Stoga nosivost tla postaje premala za postojee optereenje zgrada, a zgrade tonu u likvefirani materijal, to uzrokuje prevrtanje i popratna oteenja. diferencijalno slijeganje uslijed likvefakcije tako er je vrlo opasno za zgrade likvefirano tlo moe tei ak i na padinama malog nagiba

Likvefakcija iznenadni gubitak vrstoe vodom saturiranog sedimenta; pojava odvajanja vrstih estica i vode koja nastaje prilikom potresanja vodom saturiranog tla/sedimenta; posljedica tonjenje zgrada

21

Ostale posljedice potresa Vatra

Poplave Slom brana; promjene tokova rijeka/potoka

22

METODE PROCJENE SEIZMIKOG HAZARDA procjena na temelju distribucije potresa u vremenu i prostoru

POTRESOM INICIRANI PROCESI - PROCJENA OPASNOSTI

23

Earthquake predictionLong termimprecise (can be done) Short termprecise (very difficult) We can't stop earthquakes, so we have to be prepared for them.

Procjena ovisi o tome koji od procesa se procjenjuje i o tome u koju svrhu (na koju vrstu objekta moe utjecati) vie pristupa i razne metode procjene rade: seizmolozi, seizmotektoniari, inenjerski geolozi, geotehniari

24

PROCJENA HIPOTETSKOG POTRESA

INTENZITET NA REFERENTNOM TLU

DISTRIBUCIJA INTENZITETA GIBANJA TLA

katalog potresaLIKVEFAKCIJA NESTABILNOST PADINA GIBANJE TLA

karta izoseista zapisi tete

geoloki podaci geotehnika istraivanja

karta aktivnih rasjeda PSHA DSHA

PGA I, SA

SEIZMINOSTSeizmiki hazard

ATENUACIJA

LOKALNI UVJETI TLASeizmiko mikrozoniranje

Seizmiko (makro)zoniranje

Regionalna i lokalna seizminost moe se istraivati na temelju seizmolokih i geolokih podataka. Seizmoloki podaci prikupljaju se iz kataloga instrumentalno zabiljeenih potresa i povijesnih potresa (u hrvatskom katalogu potresa- dijele se na: povijesne- do 1908 i instrumentalno zabiljeene potrese od 1908 do danas). Geoloki podaci prikupljaju se iz karata aktivnih rasjeda, koje su dostupne za veinu podruja. Postoje dva pristupa procjeni seizminosti: deterministiki (DSHA- Deterministic Seismic Hazard Analysis) i probabilistiki (PSHAProbabilistic Seismic Hazard Analysis).

25

New Housing Built Along the 1906 Trace of the San Andreas FaultR.E. Wallace, USGS

Atenuacija Atenuacija intenziteta gibanja tla (tj. estina kojom se potres osjea lokalno, odnosno oslabljuje u odnosu na izvor) igra vanu ulogu u procjeni seizminosti. Atenuacijski odnosi predstavljaju empirijske izraze koji se mogu temeljiti na: seizmikom intenzitetu (razliitih skala: IMM, IJMA); PGA; PGV i dr. Izrazi atenuacije temeljeni na seizmikom intenzitetu, izvode se na temelju izoseista povijesnih potresa. Instrumentalno izmjereni intenziteti kao to su vrno ubrzanje i brzina, puno su pouzdanije mjerilo estine jaih potresa nego skale seizmikog intenziteta. Moderni atenuacijski odnosi obino daju prirodni logaritam parametra (PGA ili SA) kao funkciju magnitude i udaljenosti.

26

Karta seizmikog hazarda

Fig. 18.21Courtesy of Kaye M. Shedlock, USGS

Lokalni uvjeti tla Lokalni uvjeti tla smatraju se najvanijim faktorom u zoniranju gibanja tla. Pristupi procjeni utjecaja lokalnih uvjeta tla ovisni su o stupnju zoniranja, tj mjerilu kartiranja.

27

Seizmiki hazard predstavlja vjerojatnost pojave potresa i seizmiki induciranih geolokih procesa (gibanje tla, likvefakcija, klizanje). Seizmiko zoniranje (makrozoniranje) podrazumijeva izdvajanje zona koje su homogene po seizmolokim i geolokim svojstvima, te opis znaajki svake od zona pridruivanjem dinamikih parametara (vrno horizontalno ubrzanje - PGA, brzina - PGV ili spektralno ubrzanje- SA) sa specifinom vjerojatnou pojavljivanja. Kao takvo, seizmiko zoniranje predstavlja prvi korak za sve daljnje procjene seizmikog hazarda. Kartiranje seizmikog hazarda koje ukljuuje i lokalne utjecaje tla naziva se seizmiko mikrozoniranje Mjerila karata hazarda razliita, ovisno o kvaliteti i kvantiteti podataka

California, USA

28

http://earthquake.usgs.gov/learning/teachers.p hp

Recent Earthquakes of Special Interest

Izmit Kobe Northridge

Loma Prieta

Papua

29

Table 18.1

Table 18.1

30