Szczytowe przyspieszenie naziemne -Peak ground acceleration

Szczytowe przyspieszenie gruntu ( PGA ) jest równe maksymalnemu przyspieszeniu gruntu, które wystąpiło podczas trzęsienia ziemi w danym miejscu. PGA jest równa amplitudzie największego przyspieszenia bezwzględnego zarejestrowanego na akcelerogramie w danym miejscu podczas konkretnego trzęsienia ziemi. Trzęsienie ziemi zwykle występuje we wszystkich trzech kierunkach. Dlatego PGA często dzieli się na komponenty poziome i pionowe. Poziome PGA są zazwyczaj większe niż te w kierunku pionowym, ale nie zawsze jest to prawdą, szczególnie w pobliżu dużych trzęsień ziemi. PGA jest ważnym parametrem (znanym również jako miara intensywności) w inżynierii trzęsień ziemi .) jest często definiowany w kategoriach PGA.

W przeciwieństwie do skali Richtera i skali momentów , nie jest to miara całkowitej energii (wielkości lub rozmiaru) trzęsienia ziemi, ale raczej tego, jak mocno trzęsie się Ziemia w danym punkcie geograficznym. Skala intensywności Mercalli wykorzystuje osobiste raporty i obserwacje do pomiaru intensywności trzęsienia ziemi, ale PGA mierzy się za pomocą instrumentów, takich jak akcelerografy . Można go skorelować z intensywnościami makrosejsmicznymi w skali Mercalliego, ale korelacje te są związane z dużą niepewnością. Zobacz także skala sejsmiczna .

Szczytowe przyspieszenie poziome (PHA) jest najczęściej używanym rodzajem przyspieszenia gruntowego w zastosowaniach inżynierskich. Jest często stosowany w inżynierii trzęsień ziemi (w tym w sejsmicznych kodeksach budowlanych ) i jest często wykreślany na mapach zagrożeń sejsmicznych . W przypadku trzęsienia ziemi uszkodzenia budynków i infrastruktury są ściślej związane z ruchem gruntu, którego miarą jest PGA, a nie z wielkością samego trzęsienia ziemi. W przypadku umiarkowanych trzęsień ziemi PGA jest dość dobrym wyznacznikiem szkód; w przypadku silnych trzęsień ziemi uszkodzenia są częściej skorelowane ze szczytową prędkością gruntu .

Geofizyka

Energia trzęsienia ziemi jest rozpraszana w postaci fal z hipocentrum , powodując ruch gruntu wielokierunkowo, ale zazwyczaj modelowany poziomo (w dwóch kierunkach) i pionowo. PGA rejestruje przyspieszenie (szybkość zmiany prędkości) tych ruchów, podczas gdy szczytowa prędkość względem ziemi to największa prędkość (szybkość ruchu) osiągnięta przez podłoże, a szczytowe przemieszczenie to przebyta odległość. Wartości te różnią się w różnych trzęsieniach ziemi oraz w różnych miejscach w ramach jednego trzęsienia ziemi, w zależności od wielu czynników. Obejmują one długość uskoku, wielkość, głębokość trzęsienia, odległość od epicentrum, czas trwania (długość cyklu wstrząsów) i geologię gruntu (podpowierzchniowego). Trzęsienia ziemi o płytkim skoncentrowaniu generują silniejsze wstrząsy (przyspieszenia) niż trzęsienia pośrednie i głębokie, ponieważ energia jest uwalniana bliżej powierzchni.

Szczytowe przyspieszenie gruntu może być wyrażone w ułamkach g (standardowe przyspieszenie spowodowane grawitacją Ziemi , równoważne g-force ) jako ułamek dziesiętny lub procent; w m/s2 (1  g =  9,81 m/s2 ) ; lub w wielokrotności Gal , gdzie 1 Gal jest równy 0,01 m/s2 (1  g =  981 Gal).

Rodzaj gruntu może znacząco wpływać na przyspieszenie gruntu, więc wartości PGA mogą wykazywać ekstremalną zmienność na dystansie kilku kilometrów, szczególnie w przypadku trzęsień ziemi o natężeniu umiarkowanym do dużego. Różne wyniki PGA z trzęsienia ziemi mogą być wyświetlane na mapie wstrząsów . Ze względu na złożone warunki mające wpływ na PGA trzęsienia ziemi o podobnej sile mogą dawać odmienne wyniki, a wiele trzęsień ziemi o średniej sile generuje znacznie większe wartości PGA niż trzęsienia o większej sile.

Podczas trzęsienia ziemi przyspieszenie gruntu jest mierzone w trzech kierunkach: pionowym (V lub UD, dla góra-dół) i dwóch prostopadłych kierunkach poziomych (H1 i H2), często północ-południe (NS) i wschód-zachód (EW). Rejestruje się szczytowe przyspieszenie w każdym z tych kierunków, przy czym często podaje się najwyższą indywidualną wartość. Alternatywnie można odnotować łączną wartość dla danej stacji. Szczytowe poziome przyspieszenie gruntu (PHA lub PHGA) można osiągnąć wybierając wyższą indywidualną rejestrację, biorąc średnią z dwóch wartości lub obliczając sumę wektorów dwóch składowych. Można również osiągnąć wartość trójskładnikową, biorąc pod uwagę również składową pionową.

W inżynierii sejsmicznej często stosuje się efektywne przyspieszenie szczytowe (EPA, maksymalne przyspieszenie gruntu, na które reaguje budynek), które zwykle wynosi ⅔ – ¾ PGA.

Ryzyko sejsmiczne i inżynieria

Badanie obszarów geograficznych w połączeniu z oceną historycznych trzęsień ziemi pozwala geologom określić ryzyko sejsmiczne i stworzyć mapy zagrożeń sejsmicznych , które pokazują prawdopodobne wartości PGA, których można doświadczyć w regionie podczas trzęsienia ziemi, z prawdopodobieństwem przekroczenia (PE). Inżynierowie zajmujący się badaniami sejsmicznymi i rządowe departamenty planowania wykorzystują te wartości do określenia odpowiedniego obciążenia związanego z trzęsieniem ziemi dla budynków w każdej strefie, przy czym kluczowe zidentyfikowane konstrukcje (takie jak szpitale, mosty, elektrownie) muszą przetrwać maksymalne rozważane trzęsienie ziemi (MCE).

Uszkodzenia budynków są związane zarówno ze szczytową prędkością gruntu (PGV), jak i czasem trwania trzęsienia ziemi – im dłużej utrzymuje się drżenie na wysokim poziomie, tym większe prawdopodobieństwo uszkodzenia.

Porównanie intensywności instrumentalnej i odczuwalnej

Szczytowe przyspieszenie gruntu zapewnia pomiar intensywności instrumentalnej , czyli wstrząsów gruntu rejestrowanych przez instrumenty sejsmiczne . Inne skale intensywności mierzą odczuwaną intensywność na podstawie relacji naocznych świadków, odczuwanych drżeń i zaobserwowanych uszkodzeń. Istnieje korelacja między tymi skalami, ale nie zawsze absolutna zgodność, ponieważ na doświadczenia i szkody może mieć wpływ wiele innych czynników, w tym jakość inżynierii trzęsień ziemi.

Ogólnie rzecz biorąc,

  • 0,001  g (0,01 m/s 2 ) – wyczuwalne przez ludzi
  • 0,02   g (0,2 m/s 2 ) – ludzie tracą równowagę
  • 0,50   g (5 m/s 2 ) – bardzo wysoka; dobrze zaprojektowane budynki mogą przetrwać, jeśli czas trwania jest krótki.

Korelacja ze skalą Mercallego

The United States Geological Survey opracowało instrumentalną skalę intensywności, która odwzorowuje szczytowe przyspieszenie gruntu i szczytową prędkość względem podłoża na skali intensywności podobnej do odczuwalnej skali Mercalliego . Wartości te są wykorzystywane do tworzenia map wstrząsów przez sejsmologów na całym świecie.


Intensywność instrumentalna
Przyspieszenie
(g)
Prędkość
(cm/s)
Postrzegane drżenie Potencjalne uszkodzenie
I < 0,000464 <0,0215 Nie czuł Nic
II–III 0,000464 – 0,00297 0,135 – 1,41 Słaby Nic
IV 0,00297 – 0,0276 1,41 – 4,65 Światło Nic
V 0,0276 – 0,115 4,65 – 9,64 Umiarkowany Bardzo lekki
VI 0,115 – 0,215 9,64 – 20 Silny Światło
VII 0,215 – 0,401 20 – 41,4 Bardzo silny Umiarkowany
VIII 0,401 – 0,747 41,4 – 85,8 Ciężki : silny Umiarkowany do ciężkiego
IX 0,747 – 1,39 85,8 – 178 Brutalny Ciężki
X+ > 1,39 > 178 Skrajny Bardzo ciężka

Inne skale intensywności

W 7-klasowej skali intensywności sejsmicznej Japan Meteorological Agency , najwyższa intensywność, Shindo 7, obejmuje przyspieszenia większe niż 4 m/s2 ( 0,41  g ).

Ryzyko zagrożenia PGA na całym świecie

W Indiach obszary o oczekiwanych wartościach PGA przekraczających 0,36 g są klasyfikowane jako „Strefa 5” lub „Strefa bardzo wysokiego ryzyka uszkodzeń”.

Wybitne trzęsienia ziemi

PGA
jednokierunkowy
(maksymalny zapis)
Suma wektorów PGA
(H1, H2, V)
(maksymalna zarejestrowana)
Mag Głębokość Ofiary śmiertelne Trzęsienie ziemi
3,23 g 7,8 15 km 2 2016 trzęsienie ziemi w Kaikoura
2,7 grama 2,99 g 9,1 30 km >15 000 2011 Trzęsienie ziemi i tsunami w Tōhoku
4,36 grama 6,9/7,2 8 km 12 2008 Trzęsienie ziemi Iwate-Miyagi Nairiku
1,92 grama 7,7 8 km 2415 1999 trzęsienie ziemi w Jiji
1,82 grama 6,7 18 km 57 1994 Trzęsienie ziemi Northridge
1,81 grama 9,5 33 km 1000–6000 1960 trzęsienie ziemi Valdivia
1,51 grama 6,2 5 km 185 Luty 2011 trzęsienie ziemi w Christchurch
1,47 grama 7,1 42 km² 4 Kwiecień 2011 Trzęsienie ziemi Miyagi
1,26 grama 7,1 10 km 0 Trzęsienie ziemi w Canterbury w 2010 r.
1,25 grama 6,6 8,4 km² 58–65 1971 trzęsienie ziemi Sylmar
1,04 grama 6,6 10 km 11 2007 Chūetsu morskie trzęsienie ziemi
1,0 g 6,0 8 km 0 Grudzień 2011 trzęsienie ziemi w Christchurch
0,98 grama 7,0 21 km 119 Trzęsienie ziemi 2020 na Morzu Egejskim
0,91 grama 6,9 16 km 5502–6434 Wielkie trzęsienie ziemi w Hanshin
0,78 grama 6,0 6 km 1 Czerwiec 2011 trzęsienie ziemi w Christchurch
0,65 grama 8,8 23 km 525 Trzęsienie ziemi w Chile w 2010 r.
0,6 g 6,0 10 km 143 Trzęsienie ziemi w Atenach w 1999 r.
0,51 grama 6,4 16 km 612 2005 trzęsienie ziemi w Zarand
0,5 grama 7,0 13 km 100 000–316 000 2010 trzęsienie ziemi na Haiti
0,438 g 7,7 44 km 28 1978 Trzęsienie ziemi w Miyagi ( Sendai )
0,41 grama 6,5 11 km 2 Trzęsienie ziemi w Lefkadzie 2015
0,4 g 5,7 8 km 0 2016 trzęsienie ziemi w Christchurch
0,367 g 5.1 1 km 9 2011 Trzęsienie ziemi w Lorce
0,18 grama 9,2 25 km 131 1964 trzęsienie ziemi na Alasce

Zobacz też

Bibliografia

Bibliografia