Παραδοτέο 1.1 Σεισµικά σενάρια και αποτίµηση σεισµικής επικινδυνότητας

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΕΣΠΑ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ «ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗ» ΔΡΑΣΗ «ΑΡΙΣΤΕΙΑ ΙΙ» ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΟΥ Ολοκληρωµένo σύστηµα για την αποτίµηση και τη διαχείριση της σεισµικής διακινδύνευσης αστικών και υπεραστικών οδικών δικτύων Παραδοτέο 1.1 Σεισµικά σενάρια και αποτίµηση σεισµικής επικινδυνότητας Κωδικός έργου 4359 Ακρωνύµιο έργου Πρωτεύον επιστηµονικό πεδίο RETIS-RISK 05. Engineering 2: Civil and Architecture, Mechanical, Naval and Aerospace, Other Δικαιούχος Αριστοτέλειο Πανεπιστήµιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ) Ονοµατεπώνυµο κύριου ερευνητή Αναστάσιος Σέξτος

2 RETIS - RISK «Σεισµικά σενάρια και αποτίµηση σεισµικής επικινδυνότητας» Συγγραφείς: Β. Μάργαρης Ν. Θεοδουλίδης Ηµεροµηνία Παράδοσης: 30/6/2015 2

3 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ ΣΕΙΣΜΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΡΗΓΜΑΤΑ ΣΧΕΣΕΙΣ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΗΣ ΙΣΧΥΡΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΕΝΑΡΙΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι 20 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ 50 3

4 RETIS-RISK Παραδοτέο ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ 1.1. Εισαγωγή Η εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας κατά µήκος της Εγνατίας Οδού από το Κλειδί( Ν, Ε) έως το Μαλακάσι( Ν, Ε) και συγκεκριµένα για τις θέσεις των γεφυρών και των σηράγγων που συναντώνται στο συγκεκριµένο τµήµα της Οδού. Το τµήµα αυτό έχει µήκος περί τα 160km και εκτίθεται στην επιρροή διαφόρων σεισµικών ρηγµάτων και πηγών που καθορίζουν και τη σεισµική επικινδυνότητα του. Στο τµήµα αυτό της Εγνατίας Οδού, εξετάζονται οι βασικές 48 γέφυρες και 27 σήραγγες, θέσεις γαι τις οποίες θα γίνει εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας (Σχήµα 1 και 2). Σχήµα 1: Θέσεις των εξεταζόµενων γεφυρών κατά µήκος της Εγνατίας Οδού (b1-b48) 4

5 RETIS-RISK Παραδοτέο 1.1 Σχήµα 2: Θέσεις των εξεταζόµενων σηράγγων κατά µήκος της Εγνατίας Οδού (t1-t27) Μέθοδοι εκτίµησης της σεισµικής επικινδυνότητας Με τον όρο σεισµική επικινδυνότητα σε ένα τόπο εννοούµε την αναµενόµενη στον τόπο αυτόν τιµή της σεισµικής έντασης, Υ, (µακροσεισµική ένταση, µέγιστη εδαφική επιτάχυνση, ταχύτητα, µετάθεση, ή οι φασµατικές τους τιµές, διάρκεια της ισχυρής κίνησης) σε καθορισµένο χρονικό διάστηµα µε ορισµένη πιθανότητα υπέρβασης της τιµής αυτής. Δύο είναι οι βασικοί τρόποι εκτίµησης της σεισµικής επικινδυνότητας σε µία θέση ή περιοχή, η αιτιοκρατική (deterministic) και η πιθανολογική (probabilistic) εκτίµηση. Η αιτιοκρατική εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας (ΑΕΣΕ) βασίζεται στη επιλογή ενός ή περισσοτέρων σεισµών από τους οποίους καθορίζεται ο σεισµός σχεδιασµού που χρησιµοποιείται κατά τον αντισεισµικό σχεδιασµό. Ο σεισµός σχεδιασµού για κρίσιµες κατασκευές συνήθως καθορίζεται από σεισµολογικές καταγραφές ιστορικών σεισµών και ιδιότητες των σεισµικών πηγών. Από την άλλη πλευρά, η πιθανολογική εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας (ΠΕΣΕ) καθορίζει τα βασικά ερωτήµατα, πόσο ισχυρά και πόσο συχνά το έδαφος θα κινηθεί, λαµβάνοντας υπόψη όλες τις πιθανές σεισµικές πηγές οι οποίες θα µπορούσαν να επηρεάσουν µία εξεταζόµενη θέση. Η ΠΕΣΕ συνδυάζει πληροφορίες οι οποίες σχετίζονται µε το µέγεθος των σεισµικών συµβάντων, την εξεταζόµενη θέση και την ετήσια πιθανότητα επανάληψης των σεισµών που απειλούν την θέση. Σε αντίθεση µε την τυπική ΑΕΣΕ η οποία υιοθετηθεί συγκεκριµένους σεισµούς, η ΠΕΣΕ επιτρέπει τη χρήση πολλαπλών σεισµικών συµβάντων διαφόρων σεισµικών µεγεθών περιλαµβάνοντας επίσης και τις αβεβαιότητες των αντίστοιχων υπολογισµών. Σε πρόσφατη αναλυτική σύγκριση των ΑΕΣΕ και ΠΕΣΕ ο McGuire (2001) προτείνει ότι οι δύο προσεγγίσεις της εκτίµησης της σεισµικής επικινδυνότητας πρέπει να είναι συµπληρωµατικές. Η δυνατότητα χρήσης της µίας προσέγγισης σε σχέση µε την άλλη εξαρτάται από τις αποφάσεις µείωσης του σεισµικού κινδύνου, από το σεισµικό περιβάλλον της περιοχής και το σκοπό της µελέτης για την οποία πραγµατοποιείται η εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας. 5

6 Η µεθοδολογία η οποία συνήθως χρησιµοποιείται για την πιθανολογική εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας προτάθηκε αρχικά από τον Cornell (1968). Τα βασικά βήµατα αυτής δίνονται στο Σχήµα 3 και µπορούν να συνοψιστούν παρακάτω: Καθορισµός των σεισµικών πηγών Υπολογισµός των παραµέτρων σεισµικότητας κάθε σεισµικής πηγής Υιοθέτηση σχέσεων απόσβεσης της ισχυρής σεισµικής κίνησης Εκτίµηση της κατανοµής σεισµικών εντάσεων σε µια θέση Εκτίµηση της αναµενόµενης σεισµικής έντασης στην εξεταζόµενη θέση για διάφορες περιόδους επανάληψης Σχήµα 3:Βασικά βήµατα κατά την εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας σε µια θέση. Η ΠΕΣΕ είναι διαφορετική από τη διαδικασία η οποία υιοθετείται κατά την ΑΕΣΕ. Στην συγκεκριµένη περίπτωση οι επιδράσεις των διαφορετικών µεγεθών σεισµών που συµβαίνουν σε διαφορετικές θέσεις σε διάφορες σεισµικές πηγές µε διαφορετικές πιθανότητες επανάληψης, ολοκληρώνονται σε µία καµπύλη. Αυτή παρουσιάζει την πιθανότητα υπέρβασης διαφορετικών επιπέδων της εδαφικής κίνησης σε µία θέση κατά τη διάρκεια καθορισµένου χρονικού διαστήµατος. Με βάση oριµένες υποθέσεις η πιθανότητα αυτή µπορεί να γραφεί: όπου P(z) είναι ο αναµενόµενος αριθµός των υπερβάσεων της εδαφικής κίνησης επιπέδου z, κατά τη διάρκεια ενός καθορισµένου χρονικού διαστήµατος t. Ο µέσος ρυθµός επανάληψης, a i, των σεισµών µεταξύ κατώτερου και ανώτερου ορίου µεγέθους (m 0 και m u ) µελετάται στην i-στη σεισµική πηγή. Οι fi(m) και fi(r) είναι οι πιθανολογικές 6

7 κατανοµές πυκνότητας του σεισµικού µεγέθους και της απόστασης µέσα στην σεισµική πηγή i. Κάθε ένα από τα βήµατα εκτίµησης σεισµικής επικινδυνότητας περιέχει αβεβαιότητες οι οποίες µοντελοποιούνται και αναλύονται µε τη χρήση πιθανολογικών µεθόδων. Η πιθανότητα υπέρβασης µίας ορισµένης τιµής της εδαφικής κίνησης για ένα συγκεκριµένο σεισµικό συµβάν υπολογίζεται από το θεώρηµα της ολικής πιθανότητας: όπου Ρ είναι η πιθανότητα, η ένταση Υ της εδαφικής κίνησης να υπερβαίνει το επίπεδο έντασης της εδαφικής κίνησης, y, για το οποίο εκτιµάται η πιθανότητα υπέρβασης, Χ είναι το άνυσµα των τυχαίων µεταβλητών που επηρεάζουν τις τιµές του Υ και η ολοκλήρωση γίνεται για όλα τα δυνατά αποτελέσµατα της Χ. Για τον προσδιορισµό της πιθανότητας υπέρβασης της συγκεκριµένης εδαφικής κίνησης κατά τη διάρκεια ενός χρονικού διαστήµατος, η παραπάνω πιθανότητα προσδιορίζεται µε το µοντέλο εµφάνισης των σεισµικών συµβάντων στο χρόνο. Η πλέον κοινή επιλογή των µεταβλητών Χ είναι το µέγεθος του σεισµού, Μ και η απόσταση από την εστία R. Με αυτή την υπόθεση η προηγούµενη σχέση γίνεται: η οποία χρησιµοποιείται για την εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας σε µία θέση. Οι Wiechert και Milne (1979) διαπίστωσαν ότι οι καθαρά στατιστικές µέθοδοι της µέσης τιµής και του Gumbell στην περίπτωση όπου έχουµε ιστορικά στοιχεία δίνουν τοπικά υπερεκτιµηµένες τιµές των παραµέτρων της σεισµικής επικινδυνότητας. Στο ίδιο αποτέλεσµα κατέληξε και ο Papaioannou (1986) για το νότιο Βαλκανικό χώρο Σεισµικές πηγές & σεισµικά ρήγµατα Ως σεισµικές πηγές θεωρούνται εκείνες οι οποίες µπορούν εν δυνάµει να επηρεάσουν τη σεισµική επικινδυνότητα της εξεταζόµενης θέσης. Οι πηγές αυτές καθορίζονται µε βάση σεισµολογικά και σεισµοτεκτονικά στοιχεία της περιοχής. Οι σεισµικές πηγές καθορίζονται ως οµοιόµορφες σεισµικά περιοχές όπου η πιθανότητα να συµβεί ένα σεισµός δεδοµένου µεγέθους είναι ισοκατανεµηµένη στην πηγή. Κατά τον καθορισµό του µοντέλου σεισµικότητας υπολογίζεται το µοντέλο ρυθµού επανάληψης των σεισµικών συµβάντων σε κάθε σεισµική πηγή. Σε αντίθεση µε την ΑΕΣΕ όπου επιλέγεται ένα χαρακτηριστικός σεισµός για κάθε σεισµική πηγή, στην ΠΕΣΕ κάθε σεισµική πηγή χαρακτηρίζεται από µία πιθανολογική κατανοµή ή ένα µοντέλο ρυθµού επανάληψης των σεισµών. Το µοντέλο επανάληψης δίνει την πιθανότητα ενός σεισµού δεδοµένου µεγέθους ο οποίος µπορεί να συµβεί παντού µέσα στην σεισµική πηγή για δεδοµένο χρονικό διάστηµα, συνήθως ενός έτους. Για κάθε σεισµική πηγή επιλέγεται και ένας µέγιστος σεισµός, ο οποίος σε αντίθεση µε την ΑΕΣΕ που χρησιµοποιείται ως ο µοναδικός σεισµός της ανάλυσης, στην ΠΕΣΕ αποτελεί το ανώτερο όριο µεγέθους σεισµού, το οποίο πρέπει να ληφθεί υπόψη. Το µοντέλο του ρυθµού επανάληψης κάθε σεισµικής πηγής µπορεί να απεικονισθεί µε µία ευθεία γραµµή 7

8 η οποία καθορίζεται από τα δεδοµένα παρατήρησης και η κλίση της εξαρτάται από τη σεισµικότητα της εξεταζόµενης πηγής. Κατά την ΠΕΣΕ συνήθως υιοθετούνται δύο µοντέλα εµφάνισης σεισµών στις διάφορες σεισµικές πηγές. Τα µοντέλα αυτά είναι το χρονικά ανεξάρτητο (χωρίς µνήµη) και το χρονικά εξαρτηµένο. Το µοντέλο χωρίς µνήµη υποθέτει ότι κάθε σεισµός που συµβαίνει σε µία σεισµική πηγή δεν έχει καµία απολύτως επίδραση στη θέση και το µέγεθος του επόµενου σεισµικού συµβάντος. Η υπόθεση χωρίς µνήµη ονοµάζεται µοντέλο Poisson, βασίζεται στην πιθανοτική κατανοµή Poisson (Benjamin and Cornell, 1970) και µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να κάνει µερικές χρήσιµες προσεγγίσεις. Αντίθετα το χρονικά εξαρτηµένο µοντέλο θεωρεί βασική προϋπόθεση την εξάρτηση του µεγέθους και του χρόνου γένεσης των επόµενων σεισµικών συµβάντων από τα προηγούµενα. Για τον Ελληνικό χώρο και τις γυρω περιοχές έχει γίνει η συλλογή, αξιολόγηση και ερµηνεία όλων των σηµαντικών γνωστών δηµοσιευµένων γεωφυσικών και γεωλογικών παρατηρήσεων για τον εντοπισµό των κυρίων ρηγµάτων ή ζωνών διάρρηξης στο ορθογώνιο 34 0 Ν-43 0 Ν, 18 0 Ε-30 0 Ε) όπου γεννήθηκαν οι γνωστοί ισχυροί σεισµοί (Μ>6.0) από τον 5 ο π.χ. αιώνα µέχρι το Με βάση όλα τα δηµοσιευµένα παραπάνω δεδοµένα έγινε η από κοινού ερµηνεία των παρατηρήσεων για τον καθορισµό των ιδιοτήτων των ρηγµάτων αυτών και προτάθηκαν 159 σεισµικά ρήγµατα (Παπαζάχος και συν. 2001). Δόθηκε επίσης ο όρος «κύριο ρήγµα» µιας περιοχής µε τον οποίο εννοείται το ρήγµα όπου γεννήθηκε ο µεγαλύτερος γνωστός σεισµός στην περιοχή αυτή. Στο Σχήµα 4, δίνονται τα 159 σεισµικά ρήγµατα µε τους αντίστοιχους συµβολισµούς του µηχανισµου γένεσης (κανονικό, ανάστροφο, διεύθυνσης) που υποδεικνύουν το σεισµοτεκτονικό περιβάλλον. Στην εργασία αυτή προτείνονται και οι παράµετροι των σχετικών ρηγµάτων οι οποίες λαµβάνονται υπόψη κατά την εκτίµηση της σεισµικής απικινδυνότητας. Όπως φαίνεται από το Σχ. 1, το υπό εξέταση τµήµα της Εγνατίας Οδού βρίσκεται σε περιοχή στην οποία εκδηλώνονται κανονικά ρήγατα, δηλαδή, σε εφελκυστικό σεισµοτεκτονικό περιβάλλον. 8

9 RETIS-RISK Παραδοτέο 1.1 Σχήµα 4: Κύρια σεισµικά ρήγµατα στον Ελληνικό χώρο και τις γειτονικές περιοχές (Παπαζάχος και συνεργ. 2001), µε το υπό εξέταση τµήµα της Εγνατίας Οδού (µπλέ γραµµή). Επιφανειακές σεισµικές πηγές έχουν προταθεί για τον Ελληνικό χώρο τόσο για τους επιφανειακούς όσο και για τους σεισµούς ενδιαµέσου βάθους του νοτίου Αιγαίου (Papaioannou and Papazachos, 2000). Στο Σχήµα 5 δίνονται αυτές οι σεισµικές πηγές των οποίων έχουν υπολογισθεί οι παράµετροι σεισµικότητας από τους (Papaioannou and Papazachos, 2000). Σχήµα 5: Σεισµικές πηγές για τον Ελληνικό χώρο και τις γύρω περιοχές τόσο για τους επιφανειακούς σεισµούς(αριστερά) όσο και για τους σεισµούς ενδιαµέσου βάθους(δεξιά), όπως προτάθηκαν από τους Papaioannou and Papazchos (2000). Στο ίδιο σχήµα δίνεται και το υπό εξέταση τµήµα της Εγνατίας Οδού (µπλέ γραµµή). 9

10 RETIS-RISK Παραδοτέο 1.1 Για τον Εlληνικό χώρο έχει επίσης αναπτυχθεί βάση δεδοµένων µε τα κυριότερα σεισµικά ρήγµατα και τις επιφανειακές σεισµικές πηγές από τους Caputo et al. (2012). Για την ευρύτερη περιοχή µελέτης δίνονται οι σεισµικές πηγές και τα ρήγµατα στο Σχήµα 5. Σχήµα 6: Σεισµικές πηγές στην περιοχή µελέτης (Caputo et al. 2012) µε το υπό εξέταση τµήµα της Εγνατίας Οδού (µπλέ γραµµή). Με βάση τα προαναφερθέντα µοντέλα σεισµικών πηγών και ρηγµάτων, συντέθηκε το προτεινόµενο για την παρούσα εργασία υβριδικό µοντέλο σεισµικών πηγών και ρηγµάτων και υιοθετήθηκε η σεισµικότητα υποβάθρου γαι τον Ελληνικό χώρο για µεγέθη Μ<6.0. Στο Σχήµα 7, δίνεται το τελικό υβριδικό µοντέλο που χρησιµοποιήθηκε για την εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας κατά µήκος του εξεταζόµενου τµήµατος της Εγνατίας Οδού. 10

11 Σχήµα 7: Υβδιδικό µοντέλο σεισµικών πηγών και ρηγµάτων προτεινόµενο για την υπό εξέταση περιοχή (εντός µπλέ ορθογωνίου) αλλά και του ευρύτερου Ελληνικού χώρου Σχέσεις απόσβεσης της ισχυρής σεισµικής κίνησης Οι σχέσεις πρόβλεψης (απόσβεσης) της ισχυρής κίνησης περιγράφουν την µεταβολή του πλάτους των παραµέτρων της εδαφικής κίνησης (µέγιστη εδαφική επιτάχυνση, ταχύτητα, µετάθεση, διάρκεια της ισχυρής κίνησης, φασµατικές τιµές της ψευδοταχύτητας και ενέργειας) σε συνάρτηση µε το µέγεθος του σεισµού, την απόσταση (σεισµικής πηγής σταθµού καταγραφής) και τις τοπικές εδαφικές συνθήκες της θέσης του επιταχυνσιογράφου. Διάφορες σχέσεις πρόβλεψης της ισχυρής κίνησης έχουν προταθεί υιοθετώντας διαφορετικούς ορισµούς του µεγέθους, της απόστασης και των τοπικών εδαφικών συνθηκών. Οι σχέσεις αυτές έχουν επίσης αναπτυχθεί για καταγραφές που προέρχονται από διάφορα σεισµοτεκτονικά περιβάλλοντα και διάφορους µηχανισµούς γένεσης σεισµών (ρήγµατα ανάστροφα, κανονικά, διεύθυνσης). Τα τελευταία τριάντα περίπου έτη, έχουν προταθεί για την Ελλάδα διάφορες σχέσεις απόσβεσης της ισχυρής κίνησης οι οποίες βασίσθηκαν σε δεδοµένα επιταχυνσιογράφων σεισµών κυρίως του Ελληνικού χώρου. Μεταξύ εκείνων που προτάθηκαν για την πρόβλεψη της ισχυρής σεισµικής κίνησης για τη µέγιστη εδαφική επιτάχυνση (PGA cm/s/s) είναι των Skarlatoudis et al. (2003). Η σχέση αυτή βασίσθηκε σε µεγάλο δείγµα καταγραφών επιφανειακών σεισµών του Ελληνικού χώρου, βασίσθηκε σε ενιαίο µέγεθος ροπής, έλαβε υπόψη το µηχανισµό γένεσης του σεισµού, καθώς και τις τοπικές εδαφικές συνθήκες στη θέση του σταθµού επιταχυνσιογράφου. Για τους παραπάνω λόγους αυτή η 11

12 σχέση επιλέχθηκε ως µοντέλο απόσβεσης κατά την εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας. Στο Σχήµα 8 δίνεται παράδειγµα της απόσβεσης της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης που προκύπτει από τη σχέση αυτή, για σεισµό από ρήγµα κανονικής διάρρηξης µεγέθους Μ6.5, για τοπικές εδαφικές συνθήκες «βράχου». Σχήµα 8. Σχέσεις απόσβεσης της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης(pga) µε την απόσταση(distance) για τον Ελληνικό χώρο για Μ6.5, ρήγµα κανονικής διάρρηξης και εδαφικές συνθήκες «βράχου» (Skarlatoudis et al. 2003). Με συνεχόµενη γραµµή δίνεται η µέση τιµή, µε διακεκοµένη η µέση ± µια τυπική απόκλιση και µε µαύρο κύκλο οι ανηγµένες τιµές παρατηρήσεων της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης. Για την απόσβεση της φασµατικής επιτάχυνσης έχουν επίσης προταθεί για τον Ελληνικό χώρο σχέσεις απόσβεσης(πρόβλεψης). Ωστόσο, δεδοµένου ότι το εξεταζόµενο τµήµα της Εγνατίας Οδού βρίσκεται µέσα σε ζώνη εφελκυσµού όπου εκδηλώνονται κατά κύριο λόγο σεισµοί κανονικής διάρρηξης (βλέπε Σχ. 4) θεωρήθηκε σκόπιµο να υιοθετηθεί µοντέλο πρόβλεψης που βασίσθηκε σε δεδοµένα παρόµοιου σεισµοτεκτονικού περιβάλλοντος. Μια τέτοια αντιπροσωπευτική σχέση που προέκυψε από παγκόσµια δεδοµένα σεισµών εφελκυστικού περιβάλλοντος, είναι εκείνη των Spudich et al. (1999). Στο Σχήµα 9 δίνονται τα αποτελέσµατα πρόβλεψης της φασµατικής ψευδοταχύτητας(psv, D=0.05), για διάφορα µεγέθη και επικεντρικές αποστάσεις, για τοπικές εδαφικές συνθήκες «βράχου» και «εδάφους». Το υπό µελέτη τµήµα της Εγνατίας Οδού εµπίπτει, έστω και οριακά ως προς την απόσταση, υπό την επιρροή των σεισµών ενδιαµέσου βάθους (βλέπε Σχήµα 5). Για το λόγο αυτόν υιοθετήθηκαν τόσο για την απόσβεση(πρόβλεψη) της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης όσο και της φασµατικής ψευδο-ταχύτητας οι σχέσεις που προτάθηκαν από τον Θεοδουλίδη (1991). Οι σχέσεις αυτές βασίσθηκαν σε παγκόσµια δεδοµένα σεισµών 12

13 Σχήµα 9: Προβλεπόµενη µέγιστη εδαφική επιτάχυνση και φασµατική ψευδο-ταχύτητα (D=0.05), µε βάση το µοντέλο των Spudich et al. (1999), για σεισµούς εφελκυστικού τεκτονικού περιβάλλοντος. Με συνεχόµενη γραµµή δίνεται η µέση τιµή της φασµατικής ψευδο-ταχύτητας και µε διακεκοµένη η µέση + µία τυπική απόκλιση. Σχήµα 10: Απόσβεση της µέγιστη εδαφική επιτάχυνσης για περιβάλλοντα ζωνών κατάδυσης λιθοσφαιρικών πλακών (παράδειγµα για Μ7.5, εδαφικές συνθήκες «βράχου») και σύγκριση τόσο µε αντίστοιχες σχέσεις επιφανειακών σεισµών του Ελληνικού χώρου όσο και ζωνών κατάδυσης άλλων περιοχών (Θεοδουλίδης 1991). 13

14 Σχήµα 11: Προβλεπόµενα φάσµατα απόκρισης φασµατικής ψευδο-ταχύτητας για περιβάλλοντα ζωνών κατάδυσης λιθοσφαιρικών πλακών (παράδειγµα για Μ7.5, εδαφικές συνθήκες «βράχου» και «αλλουβιακών αποθέσεων» για διάφορες αποστάσεις) (Theodoulidis 1991). από περιβάλλοντα ζωνών κατάδυσης (όπως Ιαπωνία, Αλάσκα, Ν. Ζηλανδία, Χιλή) µε χαρακτηριστικά µηχανισµών γένεσης παρόµοια εκείνων των σεισµών ενδιαµέσου βάθους του Ελληνικού τόξου στο νότιο Αιγαίο. Στο Σχήµα 10, δίνεται παράδειγµα της απόσβεσης της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης που προκύπτει από τη σχέση του Θεοδουλίδη (1991), για σεισµό ενδιαµέσου βάθους µε µέγεθος Μ7.5 και για τοπικές εδαφικές συνθήκες «βράχου». Στο ίδιο Σχήµα γίνεται σύγκριση τόσο µε αντίστοιχες σχέσεις επιφανειακών σεισµών του Ελληνικού χώρου όσο και ζωνών κατάδυσης άλλων περιοχών. Στο Σχήµα 11, δίνονται τα αποτελέσµατα πρόβλεψης της φασµατικής ψευδοταχύτητας(psv, D=0.05), για µέγεθος Μ7.5 και διάφορες αποστάσεις, για τοπικές εδαφικές συνθήκες «βράχου» και «εδάφους». 14

15 2. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ 2.1 Εισαγωγή Η εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας σε µια θέση προκύπτει από την άθροιση της συνεισφοράς αναµενόµενων υπερβάσεων συγκεκριµένης στάθµης σεισµικής κίνησης όλων των σεισµικών πηγών και ρηγµάτων στην ευρύτερη περιοχή µελέτης. Ασφαλώς σειµικές πηγές που βρίσκονται σε µεγάλες αποστάσεις από τη θέση µελέτης (π.χ. >200km) έχουν µικρή έως αµελητέα επιρροή στην εκτιµώµενη σεισµική επικινδυνότητα τόσο λόγω απόσβεσης των πλατών των σεισµικών κυµάτων όσο και λόγω του γεγονότος ότι τα περισσότερα µοντέλα πρόβλεψης της σεισµικής κίνησης δεν έχουν αξιοπιστία καθόσον υπάρχει προς το παρόν έλλειψη δεδοµένων σε τέτοιες αποστάσεις. Το τελευταίο ζήτηµα αντιµετωπίζεται σήµερα µε τη λειτουργία σταθµών επιταχυνσιογράφων υψηλής ανάλυσης και ευρέως φάσµατος και κατά συνέπεια τον εµπλουτισµό βάσεων µε δεδοµένα επιταχυνσιογράφων σε µεγάλες αποστάσεις (>200km). Οι σχέσεις πρόβλεψης της ισχυρής σεισµικής δόνησης των επιφανειακών σεισµών που χρησιµοποιήθηκαν στην παρούσα µελέτη έχουν αξιοπιστία για αποστάσεις µικρότερες περίπου των 100km και των σεισµών ενδιαµέσου βάθους για αποστάσεις µικρότερες των 200km. Οι σεισµικές πηγές που κατά βάση συνεισφέρουν στη σεισµική επικινδυνότητα των 47 θέσεων γεφυρών(b1, b2, b3,, b47) και 28 θέσεων σηράγγων(t1, t2, t3,..., t28) έχουν οριοθετηθεί µε το µπλέ ορθογώνιο του Σχήµατος 7 και είναι 27 στον αριθµό. Η κατανοµή των αποστάσεων από το κέντρο του ρήγµατος/σεισµικής πηγής για την περίπτωση των γεφυρών δίνεται στο Σχήµα 12. Είναι εµφανές ότι οι περισσότερες από τις 27 πηγές έχουν επίδραση σε αποστάσεις µικρότερες των 200km. Σχήµα 12: Κατανοµή των αποστάσεων των 47 γεφυρών (b1, b2, b3,, b47) από τα κέντρα των 27 σεισµικών πηγών/ρηγµάτων που µπορούν να συνεισφέρουν στη σεισµική επικινδυνότητα. 15

16 Εαν ληφθεί υπόψη ότι οι σχέσεις πρόβλεψης της ισχυρής δόνησης που χησιµοποιήθηκαν κατά την εκτίµηση της σεισµικής επικινσυνότητας είναι αξιόπιστες για αποστάσεις 100km, οι σεισµικές πηγές/ρήγµατα που κατά κύριο λόγο συνεισφέρουν στη σεισµική επικινδυνότητα περιορίζονατι σε ένδεκα (11). Η κατανοµή των αποστάσεων των γεφυρών από τα κέντρα των ένδεκα αυτών πηγών/ρηγµάτων φαίνονται στο Σχήµα 13. Οι τρεις από τις ένδεκα πηγές (KAS, ELA, KOZ) φαίνεται ότι επηρεάζουν το σύνολο των γεφυρών, δηλαδή, το συνολικό µήκος του εξεταζόµενου στην παρούσα µελέτη τµήµατος της Εγνατίας Οδού. Το εύρος των αποστάσεων για το σύνολο των γεφυρών κυµαίνεται από 23km έως 99km. Σχήµα 13: Αποστάσεις των υπό εξέταση γεφυρών (b1,b2,, b48) από καθεµία από τις ένδεκα σεισµικές πηγές-ρήγµατα, για αποστάσεις σχεδιασµού µικρότερες των 100km. Προκειµένου να ελεγχθεί η αξιοπιστία της επιλογής µόνον των 11 κύριων σεισµικών πηγών, έγινε εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας µε τη χρήση αυτών καθώς και µε τη χρήση όλων των 147 πηγών του ευρύτερο ελληνικό χώρο (Σχ. 7), ανεξάρτητα της απόστασης τους από τις εξεταζόµενες θέσεις. Στο Σχ. 14 δίνονται τα σχετικά αποτελέσµατα για 3 επιλεγµένες θέσεις γεφυρών, συγκεκριµένα για 2 στα άκρα(b1, b48) και 1 στο κέντρο(b25) του εξεταζόµενου τµήµατος της Εγνατίας Οδού. Είναι εµφανές ότι τα αποτελέσµατα σεισµικής επικινδυνότητας (σε PGA) είναι πρακτικά ίδια για όλες τις εξεταζόµενες περιόδους επανάληψης, από 100έτη έως 1890έτη. 16

17 Σχήµα 14: Σύγκριση σε τρεις θέσει γεφυρών (b1, b25, b48) της µέγιστης αναµενόµενης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA cm/s/s) σε συνάρτηση µε τη µέση περίοδο επανάληψης, µε τη χρήση των ένδεκα βασικών σεισµικών πηγών και όλων των σεισµικών πηγών του Ελληνικού χώρου. 2.2 Σεισµικά σενάρια Κατά τον καθιερωµένο τρόπο εκτίµησης της σεισµικής επικινδυνότητας σε µια θέση µελετάται η αθροιστική συµπεριφορά όλων των σεισµικών πηγών γύρω από αυτήν. Δηλαδή το τελικό αποτέλεσµα της στάθµης της σεισµικής έντασης(pga, PSA) για συγκεκριµένη περίοδο επάληψης, προέρχεται συνήθως από περισσότερες της µια σεισµικές πηγές που «απειλούν» τη θέση. Ωστόσο, για την περίπτωση µιας επιµήκους «γραµµής ζωής» (life line) όπως είναι η Εγνατία Οδός, ζητήθηκε από την οµάδα του Έργου που διερευνά τη διαχείριση µιας σεισµικής κρίσης κατά µήκος της Εγνατίας Οδού, ο πιθανολογικός προσδιορισµός της αναµενόµενης σεισµικής έντασης (PGA, PSA) ανά σεισµική πηγή και όχι αθροιστικά από όλες τις σεισµικές πηγές -11 στην περίπτωσή µας της ευρύτερης περιοχής. Δηλαδή, η εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας για 11 διαφορετικά σενάρια τα αποτελέσµατα των οποίων θα εντάξει η ερευνητική οµάδα του Έργου στη διαχείριση του τµήµατος της Εγνατίας Οδού µε βάση τις αναµενόµενες απώλειες/αστοχίες. Ενα παράδειγµα τέτοιου πιθανολογικού σεναρίου, γαι τη σεισµική πηγή/ρήγµα των Αγράφων (Agrafa) δίνεται στο Σχήµα 15. Οι θέσεις των γεφυρών που βρίσκονται εγγύτερα στη σεισµική πηγή και για µια συγκεκριµένη περίοδο επανάληψης δέχονται υψηλότερες µέγιστες εδαφικές επιταχύνσεις (κοκκινο χρώµα) από τις υπόλοιπες (κίτρινο, πράσινο χρώµα) καθώς µεγαλώνει η απόσταση «σχεδιασµού». Κατά συνέπεια, ο χρήστης τους πληροφοριακού συστήµατος διαχείρισης κρίσης, 17

18 RETIS-RISK Παραδοτέο 1.1 ανάλογα µε το σενάριο σεισµικής πηγής που θα επιλέγει θα καταγράφει κατά µήκος του εξεταζόµενου τµήµατος της Εγνατίας Οδού διαφορετικές στάθµες σεισµικής έντασης. Σχήµα 15: Σχηµατικό παράδειγµα αποτελέσµατος σεισµικού σεναρίου προερχόµενο από της σεισµική πηγή Άγραφα για τις θέσεις των γεφυρών (b1, b2,.., b48) για µια συγκεκριµένη µέση περίοδο επανάληψης. Οι υπολογισµοί της αναµενόµενης µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης, έγιναν για τα 11 σενάρια σεισµικών πηγών, για διάφορες περιόδους περιόδους επανάληψης (Τ=100, 475, 950,1890 έτη), για εδαφικές συνθήκες «βράχου». Στο Παράρτηµα Ι δίνονται σε σχετικό πίνακα όλες οι παραπάνω τιµές. Οι υπολογισµοί της αναµενόµενης φασµατικής επιτάχυνσης, έγιναν επίσης για τα 11 σενάρια σεισµικών πηγών, για διάφορες περιόδους περιόδους επανάληψης (Τ=100, 475, 950,1890 έτη), για εδαφικές συνθήκες «βράχου», για 4 ιδιοπεριόδους (0.5sec, 1.0sec, 1.5sec, 2.0sec) και απόσβεση 5% της κρίσιµης. Στο Παράρτηµα ΙΙ δίνονται σε σχετικό πίνακα όλες οι παραπάνω τιµές. 18

19 3. ΒIΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Βazurro, P. and C.A. Cornell (1999). Disaggregation of seismic hazard. Bull Seism. Soc. Am., 89, Caputo, R., A. Chatzipetros, S. Pavlides and S. Sboras (2012). The Greek Database of seismogenic Sources (GreDaSS): state-of-the-art for northern Greece. Ann. of Geophys., 55, Cornell, C.A. (1968). Engineering seismic risk analysis. Bull. Seism. Soc. Am., 58, Θεοδουλίδης Ν.Π. (1991). Συνεισφορά στη µελέτη της ισχυρής εδαφικής κίνησης στην Ελλάδα, Διδακτ. Διατρ. Πανεπιστ. Θεσσαλονίκης, ΕΡ, Γεωφ., 500 σελ. McGuire, R.K. (1995). Probabilistic seismic hazard analysis and design earthquakes: closing the loop. Bull. Seism. Soc. Am., 85, McGuire, R.K. (2001). Deterministic vs probabilistic earthquake. Soil Dyn. Earthq. Eng., 21, Papaioannou, Ch. A. (1986). Seismic hazard assessment and long-term earthquake prediction in southern Balkan region. In: A. Vogel and K. Brandes (editors), Proc. 2nd Int. Sem. on: Earthquake. Prognostics, Berlin-FGR, , Papazachos, B.C. and C.B. Papazachou (1997). The earthquakes of Greece. Ziti Publ. Thessaloniki, Greece, 304pp. Papaioannou C. and Papazachos B. (2000). Time-Independent and Time-Dependent Seismic Hazard in Greece Based on Seismogenic Sources, Bull. Seism. Soc. Am., 90, 1, Παπαζάχος, Β. Κ., Δ. Μ., Μουντράκης, Κ.Β. Παπαζάχος, Μ. Δ. Τρανός, Γ. Φ, Καρακαϊσης, και Α. Σ. Σαββαϊδης (2001). Τα ρήγµατα που προκάλεσαν τους γνωστούς ισχυρούς σεισµούς στην Ελλάδα και τη γύρω περιοχή από τον 5ο αιώνα π.χ. µέχρι σήµερα. 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισµικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισµολογίας, Θεσσαλονίκη, Νοεµβρίου 2001, Α, Skarlatoudis, A.A., C.B. Papazachos, B.N. Margaris, N. Theodulidis, Ch. Papaioannou, I. Kalogeras, E.M. Scordilis and V. Karakostas (2003: Empirical Peak groundmotion predictive relations for shallow earthquakes in Greece, Bull. Seism. Soc. Am., 93, Spudich, P., W.B. Joyner, A.G. Lindh, D.M. Boore, B.N. Margaris and J. B. Fletcher (1999). SEA99: A revised grounf motion prediction relation for use in extensional tectonic regimes. Bull. Seism. Soc. Am., 89, Wiechert, D.H. and W.G. Milne (1979). On Canadian methodologies of probabilistic seismic risk estimation. Bull. Seism. Soc. Am., 69, ,

20 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι Αποτελέσµατα Σεισµικής Επικινδυνότητας για τη Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση Για Περιόδους Επανάληψης 100, 475, 950,1890 έτη (PGA in cm/s/s) 20

21 SEISMIC SOURCE:AGRAFA S_Code ---X Y b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b

22 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b t t t t t t t t t t

23 t t t t t t t t t t t t t t t t t SEISMIC SOURCE: ANTHEMOUNTA S_Code ---X Y b b b b b b b b b b b

24 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b

25 b b b b b b b t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t

26 t t t t SEISMIC SOURCE:ARTA S_Code ---X Y b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b

27 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b t t t t t t

28 t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t SEISMIC SOURCE:EDESSA S_Code ---X Y b b b b b b b

29 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b

30 b b b b b b b b b b b t t t t t t t t t t t t t t t t t t t

31 t t t t t t t t SEISMIC SOURCE:IOANNINA S_Code ---X Y b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b

32 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b t t

33 t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t SEISMIC SOURCE:KASTORIA S_Code ---X Y b b b

34 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b

35 b b b b b b b b b b b b b b b t t t t t t t t t t t t t t t

36 t t t t t t t t t t t t SEISMIC CODE:KORITSA S_Code ---X Y b b b b b b b b b b b b b b b b

37 b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b

38 b b t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t SEISMIC SOURCE:KOZANI 38

39 S_Code ---X Y b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b b