Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος

Transcript

1 Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος Μιχαλάκη Αικατερίνη - Μουρλούκος Στυλιανός - Μπιρμπιλόπουλος Σταύρος - Στούμπος Παναγιώτης Διπλωματική Εργασία με Θέμα: «Συσχέτιση κατανομής βλαβών και εδαφικών χαρακτηριστικών μέσω μετρήσεων εδαφικού μικροθορύβου στην Ιστορική Πόλη της Λευκάδας» Επιβλέπων: Κασσάρας Ιωάννης Αθήνα, 2015

2 Περιεχόμενα Πρόλογος Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Κεφάλαιο 2: Γεωδυναμικό Καθεστώς της Ευρύτερης Περιοχής 2.1) Γεωτεκτονικό καθεστώς του ευρύτερου Ελλαδικού χώρου 2.2) Τεκτονική δομή της Δυτικής Ελλάδας 2.3) Τεκτονική και γεωλογία της Λευκάδας 2.4) Σεισμικότητα στην περιοχή του Ιονίου 2.5) Σεισμικότητα στη Λευκάδα Κεφάλαιο 3: Γεωτεχνικά Στοιχεία της Λευκάδας 3.1) Γεωτεχνική έρευνα και εδαφικά προφίλ 3.2) Γενικευμένο εδαφικό προφίλ 3.3) Ρευστοποίηση εδαφικών σχηματισμών 3.4) Μηχανισμός πρόκλησης ρευστοποίησης 3.5) Διαδικασία ρευστοποίησης 3.6) Προϋποθέσεις πρόκλησης ρευστοποίησης Κεφάλαιο 4: Τα Κτίρια της Λευκάδας 4.1) Κατηγορίες κτιρίων 4.2) Εκτίμηση της τρωτότητας των κτιρίων στην Παλιά Πόλη της Λευκάδας (Lefkada Old Town - LOT) Κεφάλαιο 5: Βλάβες και Αποτελέσματα του Σεισμού της Λευκάδας το ) Παράμετροι σεισμού 5.2) Βλάβες στην ευρύτερη περιοχή της Λευκάδας 5.3) Βλάβες στο λιμάνι της Λευκάδας 5.4) Εδαφικές διαρρήξεις 5.5) Ρευστοποιήσεις 5.6) Βλάβες σε κτιριακές κατασκευές 5.7) Βλάβες από καθιζήσεις υπεδάφους 5.8) Βλάβες σε δίκτυα Κεφάλαιο 6: Συλλογή Δεδομένων Μικροθορύβου στην Πόλη της Λευκάδας 6.1) Αναγκαίος εξοπλισμός 6.2) Διαδικασία συλλογής δεδομένων 6.3) Παράμετροι καταγραφής 6.4) Το πείραμα Κεφάλαιο 7: Προσδιορισμός Απόκρισης Επιφανειακών Εδαφικών Σχηματισμών 7.1) Ο σεισμικός εδαφικός θόρυβος 7.2) Μέθοδοι εκτίμησης των τοπικών εδαφικών συνθηκών 7.3) Τεχνική του φασματικού λόγου οριζόντιας προς κατακόρυφης συνιστώσας ή μέθοδος του Nakamura (Horizontal to Vertical Spectral Ratio, HVSR) 7.4) Περιορισμοί 7.5) Ανάλυση δεδομένων και υπολογισμός φασματικών λόγων 7.6) Λογισμικό GEOPSY 7.7) Χάρτες Κεφάλαιο 8: Προσδιορισμός Δυναμικών Χαρακτηριστικών (Vs 30 ) των Επιφανειακών Εδαφικών Σχηματισμών Μέσω Αντιστροφής των Καμπυλών HVSR 8.1) Τι είναι το Vs 30 ; 8.2) Λογισμικό ModelHVSR 8.3) Υπολογισμός γεωτεχνικών μοντέλων για την πόλη της Λευκάδας 1

3 8.4) Χάρτες Κεφάλαιο 9: Αποτελέσματα και Σύνθεση Αποτελεσμάτων 9.1) Αποτελέσματα 9.2) Σύνθεση αποτελεσμάτων Κεφάλαιο 10: Εκτίμηση Σεισμικής Επικινδυνότητας 10.1) Πιθανολογική Σεισμική Επικινδυνότητα (Probabilistic Seismic Hazard Analysis ή PSHA) 10.2) Αιτιοκρατική Σεισμική επικινδυνότητα Κεφάλαιο 11: Προσομοίωση Εδαφικής Κίνησης στην Παλιά Πόλη της Λευκάδας με την Χρήση Προγραμμάτων του David Boore 11.1) Εισαγωγή 11.2) Σύνοψη του προγράμματος SMSIM 11.3) Περιγραφή άλλων προγραμμάτων του David Boore 11.4) Το πρόγραμμα SMSIM στην παρούσα διπλωματική Κεφάλαιο 12: Σενάρια Σεισμικής Βλάβης στην Παλιά Πόλη της Λευκάδας 12.1) Υπολογισμός μέσης πιθανής βλάβης και βλάβης μέγιστης πιθανότητας, που χρησιμοποιήθηκαν για τον σχεδιασμό χαρτών 12.2) Αποτελέσματα Βιβλιογραφία Αποτελέσματα Α-Γεωτρήσεις Αποτελέσματα Β-HVSR Αποτελέσματα Γ-Vs 30 Αποτελέσματα Δ-Σενάρια Σεισμικής Βλάβης 2

4 Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο «Συσχέτιση κατανομής βλαβών και εδαφικών χαρακτηριστικών μέσω μετρήσεων εδαφικού μικροθορύβου στην πόλη της Λευκάδας» εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Προπτυχιακών Σπουδών του τμήματος Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών, βασιζόμενη σε ελληνική και ξένη βιβλιογραφία, καθώς και σε πρωτογενή εμπειρική έρευνα. Το αντικείμενο ενδιαφέροντος καθώς και η εποπτεία της υπάγονται στον τομέα Γεωφυσικής-Γεωθερμίας. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι να μελετήσει την κατανομή των βλαβών, να συσχετίσει τις βλάβες με τα χαρακτηριστικά του εδάφους της περιοχής - μέσω δεδομένων που λήφθηκαν από μετρήσεις εδαφικού μικροθορύβου που πραγματοποιήθηκαν στην πόλη της Λευκάδας - καθώς και να κατασκευαστούν μοντέλα σεισμικού κινδύνου για την πόλη της Λευκάδας. Στην προσπάθεια η διπλωματική αυτή να γίνει ουσιαστική και αξιόπιστη, η βοήθεια ορισμένων ατόμων φάνηκε πολύτιμη. Πιο συγκεκριμένα, ευχαριστούμε θερμά τη Δρ Κυριακή Παύλου, μέλος ΕΔΙΠ του Τομέα Γεωφυσικής-Γεωθερμίας για τη βοήθεια και αβίαστη προσφορά των γνώσεων της. Ευχαριστούμε την υποψήφια διδάκτορα κα Δήμητρα Καλαντώνη για την στενή συνεργασία μας στα πλαίσια της διδακτορικής της διατριβής που αφορά τη δημιουργία μοντέλων σεισμικού κινδύνου στην πόλη της Λευκάδας. Τέλος, ευχαριστούμε την κα Ιωάννα Βασιλείου από το Κ.Ε.Δ.Ε., για την βοήθεια της στην αξιοποίηση και επεξεργασία των γεωτεχνικών στοιχείων από τα δεδομένα των γεωτρήσεων και των λοιπών μετρήσεων. Για την ολοκλήρωση αυτής της εργασίας οφείλουμε να ευχαριστήσουμε ιδιαιτέρως τον κ. Ιωάννη Κασσάρα, Επίκουρο Καθηγητή Σεισμολογίας του Εθνικού Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών, ο οποίος μας ενθάρρυνε να μελετήσουμε και να διερευνήσουμε το θέμα αυτό και επίσης μας κατεύθυνε καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της εργασίας, ώστε να επιτευχθεί το παρόν εγχείρημα. 3

5 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή - Συσχέτιση κατανομής βλαβών και εδαφικών χαρακτηριστικών μέσω μετρήσεων εδαφικού μικροθορύβου στην πόλη της Λευκάδας Ο κύριος στόχος ενός μοντέλου σεισμικού κινδύνου είναι ο υπολογισμός της σεισμικής επικινδυνότητας σε σημεία ενδιαφέροντος και την συνέλιξη του κινδύνου αυτού με την τρωτότητα του κτιρίου, έτσι ώστε η κατανομή ζημιών στο κτίριο να μπορεί να προβλεφθεί. Ένα ακριβές μοντέλο σεισμικού κινδύνου μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τον σχεδιασμό αντιμετώπισης καταστάσεων εκτάκτου ανάγκης και καταστροφών και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον περιορισμό του κινδύνου μέσω της βαθμονόμησης των ήδη υπαρχόντων αντισεισμικών κανονισμών. Το όλο έργο αποτελείται από τρεις ενότητες έρευνας: 1. Ανάλυση τρωτότητας των κτιρίων στην πόλη της Λευκάδας, που προκύπτει από ολοκληρωμένη απογραφή των κτιρίων και απόδοση δεικτών τρωτότητας σε αυτά (2012). Οι δείκτες τρωτότητας πριν από το σεισμό του 2003, που καθορίστηκαν για τα κτίρια, περιγράφουν την τρωτότητα των κτιρίων. 2. Το 2007 στην πόλη της Λευκάδας έγινε λεπτομερής μελέτη για τον εδαφικό θόρυβο, τα αποτελέσματα της οποίας μαζί με τις διαθέσιμες πληροφορίες γεωτεχνικών και in-situ μετρήσεων των ιδιοτήτων του εδάφους θα χρησιμοποιηθούν για να εκτιμηθεί η επίδραση του εδάφους στην ενίσχυση των σεισμικών παραμέτρων, σε περίπτωση ισχυρού σεισμού. 3. Λαμβάνοντας υπόψη τις τοπικές εδαφικές συνθήκες που προκύπτουν από την ανάλυση του εδαφικού θορύβου γίνεται προσομοίωση της ισχυρής εδαφικής κίνησης για την εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας στην περιοχή μελέτης. Παρατηρηθείσες καταγραφές ισχυρών κινήσεων και θεωρητικοί υπολογισμοί - λαμβάνοντας υπόψη ρεαλιστικά μοντέλα διάδοσης κυμάτων καθώς και ενεργές σεισμικές ζώνες - χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της μέγιστης αναμενόμενης κίνησης του εδάφους στην περιοχή μελέτης. 4

6 Κεφάλαιο 2: Γεωδυναμικό Καθεστώς της Ευρύτερης Περιοχής 2.1) Γεωτεκτονικό καθεστώς του ευρύτερου Ελλαδικού χώρου Η Ελλάδα, γεωτεκτονικά, βρίσκεται στο νοτιότερο άκρο της Ευρασιατικής λιθοσφαιρικής πλάκας η οποία βρίσκεται σε σύγκλιση με την Αφρικανική (Εικόνα 2.1). Με τη σύγκλιση αυτή λαμβάνει χώρα υποβύθιση της πλάκας της Αφρικής κάτω από την Ευρώπη, το ενεργό περιθώριο της οποίας αποτελεί ο Ελληνικός χώρος. Η υποβύθιση πιστεύεται ότι είναι αμφιθεατρική και γι αυτόν τον λόγο το σχήμα του Ελληνικού τόξου είναι "τοξοειδές". Η σύγκλιση ξεκίνησε πριν 70 εκ. χρόνια (Pitman και Talwani, 1972; Dewey et al., 1973; Tapponnier, 1977; Dercourt et al., 1986; Savostin et al., 1986) και σήμερα λαμβάνει χώρα με ταχύτητες της τάξεως των cm το χρόνο (McKenzie, 1972; De Mets et al., 1990), εκτυλίσσεται δε στο επίπεδο των ορίων των μεσογειακών πλακών μέσω φαινομένων βύθισης (σύγκλιση ωκεανούηπείρου) και σύγκρουσης (σύγκλιση ηπείρου-ηπείρου), με ή χωρίς τη συμμετοχή της υποβύθισης. Εικόνα 2.1: Τεκτονικό καθεστώς της ΝΑ Μεσογείου και οι οριζόντιες ταχύτητες (GPS horizontal velocities) που υποδεικνύουν την σχετική κίνηση των πλακών στην ευρύτερη περιοχή της Ανατολικής Μεσογείου. (McClusky et al, 2003) Η Ελλάδα και το Αιγαίο πέλαγος, μαζί με την Αλβανία, τη νότια πρώην Γιουγκοσλαβία, τη νότια Βουλγαρία, τη δυτική Τουρκία και τμήμα της βορειοανατολικής Μεσογείου, ανήκει σε μια περιοχή γνωστή ως «περιοχή του Αιγαίου» η οποία είναι η πιο σεισμικά ενεργή σε όλη τη Μεσόγειο και τη Δυτική Ευρασία, εξαιτίας του τεκτονικού καθεστώτος που επικρατεί σε αυτήν. Περιλαμβάνει το Ελληνικό τόξο - που είναι το πιο χαρακτηριστικό μορφοτεκτονικό γνώρισμα του ευρύτερου Ελλαδικού χώρου - και το Αιγαίο πέλαγος που είναι μια κλειστή θαλάσσια λεκάνη (back-arc basin) της ανατολικής Μεσογείου (Papazachos και Papadopoulos, 1977) από την οποία διαχωρίζεται με το Ελληνικό νησιωτικό τόξο. Αν και ο σημερινός ρυθμός σύγκλισης μεταξύ των δύο κύριων πλακών της Αφρικής και της Ευρώπης είναι περίπου 1 cm/έτος (Argus et al., 1989), η σχετική κίνηση κατά 5

7 μήκος του τόξου των Ελληνίδων είναι σημαντικά μεγαλύτερη (Jackson, 1984; Le Pichon και Angelier, 1979). Αυτό οφείλεται στην ενεργό υποβύθιση της αφρικανικής ωκεάνιας λιθόσφαιρας κάτω από το Αιγαίο (Papazachos και Comninakis, 1971). Το σημερινό γεωτεκτονικό καθεστώς στο Ελληνικό τόξο χαρακτηρίζεται από μια ασυμμετρία της κίνησης με σχεδόν καθαρή συμπίεση κατά μήκος της Ιόνιας τάφρου σε διεύθυνση ΒΑ-ΝΔ και σύνθετη κίνηση με δεξιόστροφη οριζόντια συνιστώσα αλλά και συνιστώσα συμπίεσης σε διεύθυνση ΒΒΑ-ΝΝΔ στις τάφρους Πλίνιου και Στράβωνα (Le Pichon et al., 1981). Εκτός από την περιοχή σύγκλισης των πλακών με υποβύθιση της Αφρικανικής Πλάκας κάτω από την Ευρασιατική, όπου έχουμε συμπίεση, στην υπόλοιπη περιοχή επικρατεί εφελκυσμός. Στο Ιόνιο Πέλαγος κατά μήκος του διαύλου και στο στενό των Κυθήρων παρατηρούνται ενεργές ζώνες, όπου πιθανόν ο φλοιός είναι λεπτότερος. Επίσης, η δυτική Πελοπόννησος είναι πιο ενεργή από την ανατολική και ιδιαίτερα στην περιοχή του Ρίου, ανάμεσα στον κόλπο των Πατρών και τον Κορινθιακό. Στον Κόλπο της Κεφαλληνίας παρατηρούνται ανάστροφα ρήγματα, καθώς επίσης και στη ΒΔ Πελοπόννησο. Στην περιοχή του Ρίου, στη βόρεια, στην κεντρική αλλά και στη νότια Πελοπόννησο συναντάμε κανονικά ρήγματα. Τέλος, ρήγματα οριζόντιας ολίσθησης παρατηρούνται γύρω από το Ρίο, στη βόρεια και κεντρική Πελοπόννησο. Η βορειοδυτική Ελλάδα κινείται σε σχέση με το Αιγαίο και την Πελοπόννησο μέσω της ρηξιγενούς ζώνης της Κεφαλληνίας. Η ζώνη αυτή διαχωρίζει την Πελοπόννησο και τα νότια νησιά του Ιονίου Πελάγους από τα νησιά του βορείου, των οποίων η σχετική κίνηση με την Ευρώπη είναι ασήμαντη. Επιπλέον, η ρηξιγενής ζώνη της Κεφαλονιάς παρουσιάζει δεξιόστροφη κίνηση που δείχνει απότομη αλλαγή στη βυθιζόμενη ζώνη του Ελληνικού τόξου. Ο βόρειος κλάδος του ρήγματος της Ανατολίας είναι ένα δεξιόστροφο ρήγμα οριζόντιας ολίσθησης. Η προέκταση του ρήγματος αυτού επηρεάζει την τάφρο του βορείου Αιγαίου. Μετρήσεις GPS δείχνουν ότι η Ανατολία κινείται προς τα δυτικά με ταχύτητα 20mm/έτος, ενώ ο χώρος του Αιγαίου κινείται προς ΝΝΔ με 40-50mm/έτος. Η συνολική διαφορά ταχυτήτων μεταξύ των μικροπλακών του Αιγαίου και της Ανατολίας είναι σημαντική, διότι βόρεια της λεκάνης του Βόρειου Αιγαίου και του ρήγματος της Βόρειας Ανατολίας η ταχύτητα της προς νότο κινούμενης Ευρασίας είναι μόνο 10mm/έτος σε σχέση με την Αφρική. Η διαφορά των ταχυτήτων αυτών αντισταθμίζεται από τη δεξιόστροφη κίνηση κατά μήκος του ρήγματος της Βόρειας Ανατολίας και το λοξό άνοιγμα της λεκάνης του Βόρειου Αιγαίου. Σε αυτό το γεγονός πιθανό να οφείλεται και ο εφελκυσμός που παρατηρείται στη βόρεια Ελλάδα. 2.2) Τεκτονική δομή της Δυτικής Ελλάδας Στην ευρύτερη περιοχή της Δυτικής Ελλάδας ανάστροφα ρήγματα παρατηρούνται σε ευρεία κλίμακα γύρω από τα Ιόνια νησιά (Doutsos et al, 1987; Brooks and Ferentinos, 1984) και στη δυτική πλευρά της Ηπείρου και της Ακαρνανίας. Ανατολικότερα, οι πιο πολλές από τις τεκτονικές δομές είναι εφελκυστικές τόσο στην Ήπειρο όσο και στην Ακαρνανία, κάτω από τον Αμβρακικό κόλπο, στην κοιλάδα της Αιτωλίας, σε πλήθος λεκανών (Doutsos et al., 1987), στον Πατραϊκό κόλπο (Ferentinos et al., 1985) και στο Δυτικό Κορινθιακό κόλπο (Rigo et al., 1996). 6

8 Η περιοχή της δυτικής Στερεάς Ελλάδας χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη τριών ενοτήτων: 1. Την ενότητα της Πίνδου, που είναι μια ακολουθία ιζηματογενών πετρωμάτων ηλικίας Άνω Τριαδικό έως Παλαιόκαινο και περιλαμβάνει πελαγικούς ασβεστόλιθους, ραδιολαρίτες με παρεμβολή λεπτών χαλαζιούχων, ηλικίας Κάτω Κρητιδικό (πρωτογενής φλύσχης). 2. Την ενότητα του Γαβρόβου, που αποτελείται από ρηχή θαλάσσια ανθρακική πλατφόρμα, ηλικίας Κάτω Τριαδικό-Μέσο Ηώκαινο. 3. Την Ιόνια ενότητα, που είναι μια σειρά ασβεστολίθων με ενδιαστρώσεις θραυσμάτων πηλού (Μέσο Ιουρασικό) με κόκκινους λεπτούς διαστρωμένους πυριτόλιθους (Άνω Κρητιδικό) που υπέρκεινται σε Τριαδικούς εβαπορίτες. Ο γεωλογικός χάρτης της περιοχής (Εικόνα 2.2) δείχνει τις εμφανίσεις της κύριας γεωτεκτονικής αλπικής ενότητας στη δυτική Στερεά Ελλάδα. Η πελαγική ενότητα της Πίνδου έχει επωθηθεί πάνω στη νηρητική ενότητα του Γαβρόβου. Η τελευταία επικαλύπτει τεκτονικά την Ιόνια ενότητα, η οποία είναι η εξωτερικότερη των Ελληνίδων, παρ όλο που μοιάζουν να μοιράζονται τον ίδιο Ολιγοκαινικό φλύσχη. Εικόνα 2.2 : Γεωτεκτονικές Ενότητες της Δυτικής Ελλάδας Οι ενότητες της Ιόνιας και του Γαβρόβου παρουσιάζουν κοινή τεκτονική εξέλιξη μετά το Άνω Ηώκαινο, αφού έχουν το ίδιο κάλυμμα φλύσχη. Οι κιτρινισμένες περιοχές αντιπροσωπεύουν τη θέση νεότερων λεκανών που καλύπτονται από μεταλπικά ιζήματα. Τα περισσότερα από αυτά τα ιζήματα είναι Πλειστοκαινικής ηλικίας, αλλά υπάρχουν και εμφανίσεις Μειοκαινικών πετρωμάτων ειδικά στη 7

9 δυτικότερη περιοχή. Η ηλικία των ιζηματογενών αυτών πετρωμάτων δείχνει μια ενεργή περιοχή που γειτνιάζει με την Ελληνική τάφρο. Όσον αφορά την Ιόνια ζώνη, ο φλύσχης της βρίσκεται στο δυτικό άκρο της περιοχής και υπόκειται του φλύσχη της ζώνης Γαβρόβου. Ο φλύσχης της Ιόνιας ενότητας αποτελείται στο ανώτερο τμήμα του από εναλλαγές ψαμμιτικών και πηλιτικών στρωμάτων με λίγα λατυποπαγή στη βάση. Ακολουθεί κλαστικό υλικό που περιλαμβάνει τεμάχη ασβεστολίθων και όξινων ηφαιστειακών πετρωμάτων. Η ηλικία του φλύσχη αυτού είναι Ανώτερο Ηώκαινο-Ολιγόκαινο. Η ζώνη Γαβρόβου υπέρκειται της Ιόνιας ζώνης. Το ακριβές όριο της τεκτονικής επαφής των ενοτήτων Ιόνιας και Γαβρόβου δεν είναι ορατό αφού η εν λόγω επαφή είναι θαμμένη κάτω από τα ανώτερα φλυσχομολασσικά ιζήματα του συγκλίνου Ηπείρου-Ακαρνανίας. Λιθολογικά, το συγκεκριμένο τμήμα της ζώνης Γαβρόβου αποτελείται από αργιλικούς σχιστόλιθους, ιλυόλιθους, μάργες και ψαμμίτες με ενστρώσεις κροκαλοπαγών ισχυρής συνοχής. Οι σχηματισμοί αυτοί καταλαμβάνουν ένα σημαντικό τμήμα της υδρολογικής λεκάνης με έκταση 66 km 2. Η ενότητα της Πίνδου είναι επωθημένη στο φλύσχη της ενότητας Γαβρόβου και αντιπροσωπεύεται από όλους τους στρωματογραφικούς της ορίζοντες. Το μέτωπο της επώθησης έχει διεύθυνση περίπου ΒΔ-ΝΑ. Η στρωματογραφική αλληλουχία των σχηματισμών της ενότητας Πίνδου περιλαμβάνει κλαστικό Τριαδικό, ασβεστόλιθους Δρυμού, πηλίτες - ραδιολαρίτες, ανωκρητιδικούς ασβεστόλιθους και φλύσχη. 2.3) Τεκτονική και γεωλογία της Λευκάδας Η Λευκάδα αποτελεί τμήμα των Δυτικών Ελληνίδων οροσειρών και είναι τοποθετημένη στο μέτωπο του Ελληνικού ορογενετικού τόξου, ανάμεσα στους ηπειρωτικούς φλοιούς της Ευρώπης και Ανατολικής Μεσογείου που συγκλίνουν. Έτσι, έχει υποστεί πολλαπλές τεκτονικές διεργασίες που οδήγησαν στην παρουσία έντονου ανάγλυφου και σύνθετης γεωλογικής δομής ως συνέπειες έντονης τεκτονικής καταπόνησης. Στοιχεία από δύο μικροσεισμικές μελέτες και μετρήσεις GPS (Louvari et al., 1999) δείχνουν ότι η κύρια τεκτονική δομή στην περιοχή μελέτης είναι η παρουσία του ρήγματος της Κεφαλονιάς-Λευκάδας (KFZ), η οποία αντιπροσωπεύει το ενεργό όριο μεταξύ της ΝΔ κινούμενης μικροπλάκας του Αιγαίου και την πλατφόρμα της Απουλίας. Το συνολικό μήκος του φτάνει περί τα 130km και ξεκινά από τα ανοικτά της Ζακύνθου, περνά δυτικά της Κεφαλονιάς και εκτείνεται ως τα βορειοδυτικά παράλια της Λευκάδας. Πρόκειται για ένα μεγάλο ρήγμα μετασχηματισμού, προϊόν της ασυμβατότητας των τεκτονικών κινήσεων της καταβυθιζόμενης αφρικανικής πλάκας προς τα βορειοανατολικά και της ηπειρωτικής ώθησης της πλάκας της Απουλίας προς τα βορειοδυτικά. Ο ρυθμός ολίσθησης του ρήγματος έχει προσδιοριστεί από μετρήσεις GPS σε 15mm/έτος (Andizei et al., 2001; Papathanassiou et al., 2005). Πρόκειται για ένα παράκτιο σύστημα ρηγμάτων στα δυτικά των νησιών της Κεφαλονιάς και της Λευκάδας, μια περιοχή η οποία χαρακτηρίζεται από μια βαθιά βαθυμετρική αύλακα, με διεύθυνση Β20Α και βάθη νερού άνω των 3000m. Από γεωφυσικά δεδομένα έχει προταθεί ότι αυτή η λεκάνη αντιπροσωπεύει ένα ρήγμα μετασχηματισμού το οποίο οριοθετεί το βορειοδυτικό άκρο της Ελληνικής 8

10 ζώνης καταβύθισης. Η πρόταση αυτή έχει ενισχυθεί από μηχανισμούς γένεσης σεισμών, μικροσεισμικές μελέτες και γεωδαιτικές μετρήσεις που έχουν δείξει ότι το ρήγμα της Κεφαλονιάς είναι ένα δεξιόστροφο ρήγμα μετασχηματισμού. Το βόρειο τμήμα του ρήγματος αυτού ονομάστηκε κλάδος της Λευκάδας και χαρακτηρίζεται από δεξιόστροφη strike-slip κίνηση με συντελεστή θλίψης. Έχει διεύθυνση ΒΒΑ-ΝΝΔ, κλίση προς ΑΝΑ και έχει μήκος ~ 40km. Αυτό το μήκος ρήγματος αντιστοιχεί σε ένα σεισμό μεγέθους ~ 6.8 που είναι ισοδύναμο με το μέγεθος του μεγαλύτερου γεγονότος που έπληξε τη Λευκάδα κατά τη διάρκεια των τελευταίων τεσσάρων αιώνων. Ο τυπικός μηχανισμός γένεσης για το σεισμό έχει: strike = 14, dip = 65, rake = 167. Εικόνα 2.3: Η περιφέρεια των νησιών του Ιονίου (Λευκάδα, Ιθάκη, Κεφαλονιά, Ζάκυνθος), η οποία κυριαρχείται από τη δραστηριότητα του ρήγματος της Κεφαλονιάς και αποτελείται από δύο τμήματα, το τμήμα της Λευκάδας (LS) και το τμήμα της Κεφαλονιάς (CS). Στα βόρεια, η πλάκα της Απουλίας συγκρούεται με την ηπειρωτική Ελλάδα και στα νότια της Ανατολικής Μεσογείου η λιθόσφαιρα υποβυθίζεται κάτω από το Αιγαίο Πέλαγος. Η κύρια τεκτονική δομή του νησιού της Λευκάδας (Εικόνα 2.4.Α) χαρακτηρίζεται από την απόθεση των ανθρακικών πετρωμάτων της Ιόνιας ενότητας πάνω από την Προαπούλια (ή Παξών), κατά μήκος ενός μεγάλου επωθητικού ρήγματος (Β-Ν). Ένας μεγάλος αριθμός από ενεργά ρήγματα (κανονικά ή ρήγματα ολίσθησης), με διεύθυνση ΒΒΑ-ΝΝΔ ή Α-Δ, διατρέχουν όλο το νησί. 9

11 Εικόνα 2.4: Α) Αλπική και Νεοτεκτονική δομή, καθώς και φυσικοί κίνδυνοι της Λευκάδας (Preliminary Observations on the August 14, 2003 Lefkada Island, Western Greece, Earthquake), Β) Απλοποιημένος Γεωλογικός Χάρτης της Λευκάδας (Rondoyanni-Tsiambaou, 1997) Η έντονη ανοδική κίνηση κατά το πρόσφατο γεωλογικό παρελθόν - λόγω της νεοτεκτονικής παραμόρφωσης - και ο κατατεμαχισμός της κατά τη νεοτεκτονική περίοδο από την παρουσία μεγάλων ρηγμάτων έχουν διαμορφώσει ένα έντονο μορφολογικό ανάγλυφο με κατά τόπους έντονα φαινόμενα κατά βάθους διάβρωσης που σχηματίζουν βαθιές κοιλάδες και δημιουργούν κατά μήκος των ακτών απότομα φυσικά πρανή, των οποίων οι επιφάνειες συνήθως ταυτίζονται με ενεργές επιφάνειες ρηγμάτων. Η τελευταία συμπιεστική-παροξυσμική φάση έλαβε χώρα στο Κατώτερο Πλειστόκαινο και εκφράζεται με τη δράση κανονικών ρηγμάτων καθώς επίσης και δράση ρηγμάτων οριζόντιας ολίσθησης, τα μεγαλύτερα από τα οποία είναι δεξιόστροφα. Μέχρι σήμερα εξακολουθούν να δημιουργούνται κατακόρυφες μετακινήσεις συνδεόμενες τόσο με τεκτονικά αίτια όσο και με μεταβολές της στάθμης της θάλασσας, που έχουν ως αποτέλεσμα την ελαφριά ανύψωση του δυτικού τμήματος του νησιού και την καταβύθιση του υπολοίπου. Όσον αφορά, τώρα, τη γεωλογία της περιοχής της Λευκάδας (Εικόνα 2.4.Β) μπορούμε να πούμε ότι εκτός από το έντονο μορφολογικό ανάγλυφο παρουσιάζει και σύνθετη γεωλογική δομή. Το υπόβαθρό της αποτελείται από δύο γεωτεκτονικές ενότητες - των Παξών (Εικόνα 2.5.Α) και αυτή της Ιόνιας (Εικόνα 2.5.Β) - των οποίων η σχέση καθορίζεται από μια μεγάλη γραμμή επώθησης, διευθύνσεως περίπου Β-Ν. Βρίσκεται ανατολικά της Ελληνικής τάφρου κατά μήκος της οποίας έχουμε τη 10

12 μεγάλη κίνηση του Ελληνικού τόξου. Η κίνηση αυτή, για την ενότητα των Παξών, σταμάτησε κατά το Μειόκαινο Πλειόκαινο. Εικόνα 2.6.Α: Λιθοστρωματογραφική στήλη ζώνης Παξών Εικόνα 2.6.Β: Λιθοστρωματογραφική στήλη Ιόνιας ζώνης Στη γεωλογική δομή της Λευκάδας παρατηρείται η ύπαρξη αλπικών, μολασσικών και μεταλπικών σχηματισμών. Οι αλπικοί σχηματισμοί ανήκουν τόσο στην ενότητα των Παξών όσο και στην Ιόνια. Η ενότητα Παξών καταλαμβάνει το νοτιοδυτικό τμήμα του νησιού, το οποίο είναι και κατακερματισμένο από νεοτεκτονικά ρήγματα που διαμορφώνουν και τις απότομες ακτές σε αυτήν την περιοχή. Ακόμη, εκπροσωπείται από ανθρακικά ιζήματα της ανώτερης ασβεστολιθικής σειράς και από ιζήματα της κλαστικής σειράς του φλύσχη. Η Ιόνια ενότητα αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του νησιού και περιλαμβάνει ιζήματα ηλικίας Αν. Τριαδικό και Ολιγόκαινο. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι ασβεστόλιθοι της Βίγλας, λόγω του έντονου κατακερματισμού τους από πυκνές ζώνες διακλάσεων και της δολομιτιώσεως που 11

13 έχουν υποστεί, οι λατυποπαγείς ασβεστόλιθοι του ανώτερου τμήματος της ανθρακικής σειράς επίσης λόγω του κατακερματισμού τους από το δίκτυο διακλάσεων και τέλος ο φλύσχης. Και οι τρεις αυτοί σχηματισμοί εμφανίζουν χαμηλούς δείκτες γεωμηχανικών χαρακτηριστικών με αποτέλεσμα να εκδηλώνουν κατολισθητικά φαινόμενα, ιδίως όταν σχηματίζουν φυσικά πρανή. Οι γεωλογικοί σχηματισμοί που αποτελούν την ευρύτερη περιοχή της Λευκάδας αποτελούνται από Μειοκαινικά ιζήματα. Πρόκειται για σχηματισμούς μολασσικού τύπου που εμφανίζουν μεγάλο πάχος και αποτελούνται από μάργες, αργιλικές μάργες, ψαμμιτικές μάργες και κροκαλοπαγή. Το μεγαλύτερο μέρος του νησιού αποτελείται από ασβεστολιθικά-δολομιτικά πετρώματα, τα οποία τοπικώς καλύπτονται από ιζήματα φλύσχη (κυρίως ιλυολίθους με ενστρώσεις λατυποπαγών ασβεστολίθων και ψαμμιτών). Νεώτερα ιζήματα του Νεογενούς (κυρίως κροκαλοπαγή, ψαμμίτες, μάργες και μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι) συναντάμε στο ΒΑ τμήμα, ενώ η παρουσία των Τεταρτογενών και άλλων πρόσφατων αποθέσεων περιορίζεται στην ευρύτερη περιοχή της πόλης της Λευκάδας και στις μικρές πεδινές εκτάσεις του Νυδρίου και της Βασιλικής. Χαρακτηριστική είναι η παρουσία μεγάλου πάχους πλευρικών κορημάτων, των οποίων η ανάπτυξη οφείλεται τόσο στο έντονο ανάγλυφο όσο και σε τεκτονικά αίτια, καθώς επίσης και η παρουσία λιμνοθάλασσας στα βόρεια της πόλης της Λευκάδας μεταξύ του ΒΑ άκρου του νησιού και μιας στενής λωρίδας ξηράς (ζωστήρας). Η περιοχή της πόλης της Λευκάδας βρίσκεται πάνω από έναν Ολοκαινικό γεωλογικό σχηματισμό. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για σύγχρονες αποθέσεις-προσχώσεις κατά κανόνα στα πρώτα επιφανειακά μέτρα, χαμηλής αντοχής και ακαμψίας. Όσον αφορά όλο το μήκος του ζωστήρα η ακτή συνίσταται από συμπαγές παράκτιο ψηφιδοπαγές και το εσωτερικό αποτελείται από αμμοϊλυώδεις σχηματισμούς. Στο βόρειο τμήμα της πόλης συναντάμε τεχνητές επιχώσεις, όπου κατά καιρούς έχουν αναφερθεί καθιζήσεις στην περιοχή του ιστορικού κέντρου και της προκυμαίας. Τέλος, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ομοιομορφία του γεωλογικού υποβάθρου της περιοχής υποδηλώνει ότι σε όλη την περιοχή της πόλης της Λευκάδας επικρατούν περίπου ίδιοι σχηματισμοί με περίπου οριζόντια στρωματοποίηση. Βάσει των υπαρχόντων στοιχείων (Γκαζέτας et al., 2004) το βραχώδες μαργαϊκό υπόβαθρο εκτιμάται ότι εμφανίζεται σε βάθος 9m στα βόρεια της πόλης, βυθίζεται σε βάθος 13m στο κέντρο της, στα 16m στα νότια του λιμένος ενώ αναδύεται και πάλι νοτιότερα, στην περιοχή του λιμένα της Λυγιάς. Αυτή η κατανομή του μαργαϊκού υποβάθρου δείχνει τη διαμόρφωση μιας γεωλογικής τάφρου. 2.4) Σεισμικότητα στην περιοχή του Ιονίου Πολύ υψηλή σεισμικότητα χαρακτηρίζει την περιοχή του Κεντρικού Ιονίου Πελάγους - συμπεριλαμβανομένου και των νησιών αυτού - κατατάσσοντας την σε μία από τις πιο σεισμογενής περιοχές της Ελλάδας και της Ευρώπης. Μακροσκοπικές πληροφορίες από τα νησιά του Ιονίου συνδέουν μεγάλους ιστορικούς σεισμούς με αλλαγές στην ακτογραμμή των νησιών, παραμορφώσεις του εδάφους, κατολισθήσεις και καταπτώσεις βράχων, υδρογεωλογικές μεταβολές και φαινόμενα ρευστοποιήσεως. Μόνο κατά τη διάρκεια του εικοστού αιώνα τα νησιά Κεφαλονιά, Λευκάδα, Ιθάκη και Ζάκυνθος υπέστησαν οκτώ σεισμούς με μέγεθος μεγαλύτερο του 12

14 6.5. Πρόκειται για αριθμό πολύ μεγαλύτερο από οποιαδήποτε άλλη περιοχή αντίστοιχης επιφανείας στην Ελλάδα (ίσως και στον κόσμο). Εικόνα 2.7: Α) Ανάγλυφος χάρτης δυτικής Ελλάδας με τα κύρια τεκτονικά χαρακτηριστικά, παρατηρειθέντα (συνεχείς γραμμές) ή υποτιθέμενα (διακεκομμένες γραμμές). Τα αστέρια δηλώνουν τα επίκεντρα ρηχών σεισμών (H <40 km), μεγέθους Ms 4.0 (Makropoulos et al., 2012). Τα μαύρα και πράσινα σύμβολα παρουσιάζουν τους διαθέσιμους μηχανισμούς γένεσης για εκδηλώσεις με Ms 5.8. Τα κόκκινα βέλη είναι φορείς οριζόντιου ποσοστού παραμόρφωσης του GPS (Kassaras et al., 2012; Ganas et al., 2013). Το μαύρο ορθογώνιο περιβάλλει την περιοχή που παρουσιάζεται στην εικόνα Β, [CS] Ρήγμα Κεφαλονιάς - Τμήμα Κεφαλονιάς, [LS] Ρήγμα Κεφαλονιάς - Τμήμα Λευκάδας, Β) Ζοομ στην περιοχή του μαύρου ορθογωνίου της εικόνας Α. Οι μηχανισμοί γένεσης είναι από Κασσάρας et al. (2013). Η εμφάνιση των σεισμών στην ευρύτερη περιοχή οφείλεται σε διαφορετικούς μηχανισμούς διάρρηξης, αλλά υπονοείται και από την ενεργό τεκτονική στο χώρο αυτό. Στον ευρύτερο χώρο παρατηρούνται γενικά συμπιεστικές τάσεις, τόσο κατά μήκος του κυρτού μέρους του ελληνικού τόξου που φτάνει μέχρι τη Ζάκυνθο όσο και παράλληλα προς τις ακτές της πρώην Γιουγκοσλαβίας, Αλβανίας και κεντρικής Δυτικής Ελλάδας μέχρι τη Λευκάδα. Η σεισμικότητα των Ιονίων νήσων καθορίζεται από το κύριο ρήγμα οριζόντιας ολίσθησης Κεφαλονιάς-Λευκάδας. Από δεδομένα GPS γίνεται γνωστό ότι η ταχύτητα του εδάφους φθάνει μέγιστες τιμές νότια του Πατραϊκού Κόλπου (23.10mm/ έτος σε RLSO και 26.70mm/έτος σε PATR, αντίστοιχα), ενώ μειώνεται στο κέντρο των Ιονίων Νήσων (Ζάκυνθος, Κεφαλονιά, Λευκάδα) και Αιτωλοακαρνανίας. Περαιτέρω 13

15 μείωση της ταχύτητας παρατηρείται στα κεντρικά νησιά του Ιονίου, όπου οι τιμές κυμαίνονται από 12.87mm/έτος (Zaky) στο νότο μέχρι mm/έτος (VLSM- ΚΗΠΟ) και mm/έτος (SPAN-Pont) προς τα βόρεια. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η αναμενόμενη προς το βορρά μείωση της ταχύτητας παραμόρφωσης του εδάφους δεν έχει παρατηρηθεί στη Λευκάδα, καθώς το βόρειο τμήμα (SPAN) φαίνεται να μετατοπίζεται ΝΔ με μεγαλύτερη ταχύτητα από ότι στο νότιο τμήμα (PONT) αποκαλύπτοντας μια Β-Ν ελάττωση του φλοιού στο νησί κατά ένα ποσοστό 2-3mm/έτος (Γκανάς et al. 2013). Ακόμη, η ταχύτητα μειώνεται σταδιακά προς τα βόρεια, στην περιοχή της Αιτωλοακαρνανίας, όπως παρατηρήθηκε σε AGRI (10.22mm/έτος), KARP (5.39mm/έτος) και Άρτας (5.24mm/έτος). Επιπλέον, ο προσανατολισμός της τάσης περιστρέφεται προς την κατεύθυνση ΒΔ κατά ~ 30 σε σχέση με τα νησιά του κεντρικού Ιονίου και τη ΒΔ Πελοπόννησο. Οι παρατηρήσεις σχετικά με τις μεταβολές ταχύτητας του πεδίου, συνοψίζονται ως εξής: Β-Ν παραμόρφωση του εδάφους που επικρατεί στη νότιο Αιτωλοακαρνανία και τη ΒΔ Πελοπόννησο. Αυτό είναι σύμφωνο με το άνοιγμα του Πατραϊκού Κόλπου στην ίδια κατεύθυνση. ΔΝΔ-ΑΒΑ κυριαρχεί συμπίεση στα παράλια της Κεφαλονιάς, της Ζακύνθου και της Πάτρας. ΒΒΑ-ΝΝΔ συμπίεση του φλοιού της Λευκάδας και ανύψωση του βορείου τμήματός της σε σχέση με το νότιο, το οποίο συνάγεται από κάθετες ταχύτητες που μετρούνται σε SPAN και PONT σταθμούς. ΒΒΑ-ΝΝΔ επέκταση φλοιού μεταξύ της νότιας Λευκάδας και της Κεφαλονιάς, ή ανύψωση του ανατολικού τμήματος της Κεφαλονιάς, που συνάγεται από την κατακόρυφη ταχύτητα που μετράται στο σταθμό VLSM. Η περιφερειακή οριζόντια ταχύτητα μειώνεται σταδιακά προς το βορρά. Ανύψωση ανιχνεύεται νότια του Κόλπου της Πάτρας (ΒΔ Πελοπόννησος) σε σχέση με την Αιτωλοακαρνανία. Συνολική καθίζηση χαρακτηρίζει τα κεντρικά νησιά του Ιονίου, εκτός από το ανατολικό τμήμα της Κεφαλονιάς (VLSM). Πρόσθετες παρατηρήσεις CGPS - σε ένα μεγαλύτερο χρονικό διάστημα - θα πρέπει να ενσωματωθούν στην ανάλυση, προκειμένου οι ταχύτητες να προσδιορισθούν ακριβέστερα. 2.5) Σεισμικότητα στη Λευκάδα Η Λευκάδα, όπως και τα γειτονικά νησιά της Κεφαλονιάς και της Ζακύνθου, έχουν συχνά δεχθεί ισχυρά και καταστρεπτικά σεισμικά πλήγματα. Το μέγιστο μέγεθος σεισμού που έχει αναφερθεί για τη Λευκάδα είναι ίσο με 6.8, ενώ η μέγιστη μακροσεισμική ένταση παρατηρήθηκε από το σεισμό του 1769 και ήταν της τάξης του 10 στο βόρειο τμήμα του νησιού. Κατά μέσο όρο εκδηλώνονται 4 με 5 σεισμοί μεγέθους άνω του 6 ¼ ανά αιώνα, το οποίο αντιστοιχεί σε έναν ισχυρό σεισμό κάθε 20 με 25 έτη. Η υπόθεση αυτή επαληθεύεται για τα τελευταία εκατό χρόνια όπου έχουμε εκδήλωση τεσσάρων ισχυρών σεισμών κατά τα έτη 1914, 1948, 1973 και 2003 (Γκαζέτας et al., 2004). 14

16 Πίνακας 2.1: Παράμετροι των σημαντικότερων ιστορικών και ενόργανων σεισμών της Λευκάδας (Μ> 6.0)., I m : Μέγιστη ένταση, Πηγή: PP-Παπαζάχος και Παπαζάχου (2003), FP-Fokaefs και Παπαδόπουλος (2004), Β-Μπενετάτος et al. (2005), M-Makropoulos et al., (2012), S-Stucchi et al. (2013). Ν ο Date (a) (b) Tim e 7:00 18:0 0 5:00 11:4 5 10:4 2 5:14 Lat. ( ) Lon. ( ) M Dept h (km) Strik e ( ) Di p ( ) Rak e ( ) I m (PP ) I m (FP) Sourc e 8.0 S S S S S S S S PP S S S S S 9.0 PP PP 10.0 M B 15

17 Εικόνα 2.8: Ιστορικοί σεισμοί της Λευκάδας με M>6.0. Οι παράμετροί τους παρατίθονται στον Πίνακα 2.1. Η μαύρη αγκαθωτή γραμμή είναι το ρήγμα για το οποίο υπολογίζονται οι προσομοιώσεις κίνησης του εδάφους. Πιο αναλυτικά, το χρονικό διάστημα η Λευκάδα δέχθηκε 12 καταστρεπτικούς σεισμούς. Το 1869 ισχυρός σεισμός μεγέθους 6.6 έπληξε το νησί μετατρέποντας την πόλη σε σωρό ερειπίων. Για τα επόμενα 45 χρόνια ( ) η Λευκάδα δέχεται συχνά σεισμικά πλήγματα που δεν είναι ιδιαιτέρως καταστρεπτικά. Κατά το 1914, όμως, σημειώνεται ισχυρός σεισμός (M s 6.3) ο οποίος προξενεί σημαντικές βλάβες - κατά κύριο λόγο στο δυτικό τμήμα του νησιού - όπου εκτός από βλάβες σε σπίτια και εκκλησίες εκδηλώνονται κατολισθήσεις και καταπτώσεις βράχων. Τον επόμενο χρόνο, το 1915, σημαντικές βλάβες σημειώνονται σε πολλούς οικισμούς της Λευκάδας λόγω ισχυρού σεισμού στη γειτονική Ιθάκη, μεγέθους 6.7. Για τα επόμενα 45 περίπου χρόνια ακολουθεί μία περίοδος ύφεσης της σεισμικής δραστηριότητας. Τον Απρίλιο του 1948 ισχυρός σεισμός (M s 6.5) πλήττει το νοτιοδυτικό τμήμα του νησιού και προξενεί κατολισθήσεις, καταπτώσεις βράχων και σημαντικότατες βλάβες στα σπίτια των χωριών στη ΝΔ Λευκάδα. Στην πόλη της Λευκάδας και στα ανατολικά χωριά οι ζημιές ήταν περιορισμένες. Τον Ιούνιο, όμως, του ίδιου έτους νέος σεισμός (M s 6.4) καταστρέφει το βορειοδυτικό τμήμα και κυρίως την πόλη της Λευκάδας, όπου εκτός από καταρρεύσεις κτιρίων παρατηρούνται σοβαρές βλάβες στην προκυμαία της πόλης. Σημειώνεται ότι στην παραλία του χωριού Αγ. Νικήτας έλαβε χώρα ρευστοποίηση (κρατήρας βάθους 1m και διαμέτρου 3m) όπως και κατά τον σεισμό του

18 Τα επόμενα 50 χρόνια η Λευκάδα πλήττεται από σεισμούς των γειτονικών περιοχών, με κορυφαίο τον σεισμό του 1953 (M s 7.2) ο οποίος καταστρέφει σχεδόν ολοκληρωτικά την Κεφαλονιά και τη Ζάκυνθο, χωρίς όμως να προκαλέσει τόσο μεγάλες καταστροφές στη Λευκάδα. Ο επόμενος σημαντικός σεισμός στη Λευκάδα σημειώνεται το 1973 (M s 5.8 με επίκεντρο 15km βορειοδυτικά της πόλης) όπου έχουμε και την πρώτη καταγραφή επιταχυνσιογραφήματος στον Ελληνικό χώρο. Η κορυφαία εδαφική επιτάχυνση ήταν 0.54g (και αποτελεί τη μεγαλύτερη που έχει καταγραφεί μέχρι και σήμερα στην Ελλάδα) και η μέγιστη ταχύτητα (60cm/s). Παρ όλα αυτά, οι ζημιές ήταν περιορισμένες με αυξημένες βλάβες μόνο στο βόρειο τμήμα της πόλης. Ακολουθεί ένας σεισμός το 1994 (M s 5.8) ο οποίος προκαλεί μεμονωμένες καταπτώσεις βράχων και περιορισμένες βλάβες σε παλιά κτίρια και έτσι φτάνουμε στον σεισμό της 14 ης Αυγούστου 2003 με M w =6.2 (Karakostas et al., 2004, Benetatos et al., 2005, Papadimitriou et al., 2006) με επικεντρική απόσταση 10km από την παλιά πόλη της Λευκάδας. Η υψηλή σεισμικότητα της Λευκάδας αποτυπώνεται και στον ελληνικό αντισεισμικό κανονισμό (Ε.Α.Κ., 2000), σύμφωνα με τον οποίο η περιοχή κατατάσσεται στη ζώνη ύψιστης σεισμικής επικινδυνότητας (ζώνη IV), η οποία αντιστοιχεί σε βασική σεισμική επιτάχυνση σχεδιασμού 0.36g, όπου g η επιτάχυνση της βαρύτητας. Σημειώνεται ότι και ο νέος χάρτης σεισμικής επικινδυνότητας, ο οποίος υιοθετήθηκε προσφάτως (2003), προτείνει την ίδια υψηλή βασική επιτάχυνση. Με βάση όλα τα παραπάνω καταλήγουμε σε ένα ιδιαιτέρως επίφοβο χαρακτηριστικό των σεισμών της Λευκάδας, που είναι το γεγονός ότι σεισμοί μεγέθους M s 6.5 λαμβάνουν χώρα στο ρήγμα μετασχηματισμού (δυτικά της Λευκάδας) συνήθως κατά ζεύγη, σε χρονική απόσταση μεταξύ τους η οποία κυμαίνεται από λίγους μήνες έως λίγα έτη. Τα ενεργοποιούμενα διαδοχικώς κάθε φορά τμήματα του ρήγματος έχουν μήκος περίπου 20km το καθένα και βρίσκονται εναλλάξ, τη μία φορά δίπλα στο βόρειο και την άλλη δίπλα στο νότιο τμήμα του νησιού. Αυτό σημαίνει ότι όταν μια διάρρηξη (μετά από περίοδο δεκαετιών σεισμικής "ηρεμίας") συμβεί στο βόρειο τμήμα του ρήγματος, ακολουθεί η επόμενη διάρρηξη στο νότιο τμήμα και αντιστρόφως. Πίνακας 2.2: Οι καταστρεπτικοί σεισμοί της Λευκάδας (Ροντογιάννης 1995, Σπυρόπουλος 1997, Παπαζάχος & Παπαζάχου 2003) Θέση Έτος Λευκάδα 2003 (14 Αυγούστου) Λευκάδα 1973 Λευκάδα 1948 (Απρίλιος) Μέγεθος Μέγιστη [Μερκάλια] Ένταση 6.4 Ζημιές - Απώλειες Ρευστοποιήσεις, βλάβες στα λιμάνια, μεγάλης εκτάσεως κατολισθήσεις 5.8 VII VIII Σημαντικές βλάβες σε δευτερεύοντα στοιχεία κτιρίων 6.5 IX βλάβες (κυρίως στο νότιο τμήμα) καθώς 11 νεκροί, 244 καταρρεύσεις, σοβαρές και τσουνάμι 17

19 Λευκάδα 1948 (Ιούνιος) Λευκάδα 1914 Λευκάδα 1869 Λευκάδα 1825 Λευκάδα 1820 Λευκάδα 1815 Λευκάδα 1783 Λευκάδα 1769 Λευκάδα 1723 Λευκάδα 1722 Λευκάδα 1704 Λευκάδα 1630 Λευκάδα 1625 Λευκάδα 1613 Λευκάδα ΙΧ 6.3 IX 6.4 ΙX 6.5 ΙX 6.4 VIII 7 νεκροί, 1200 καταρρεύσεις (κυρίως στο βόρειο τμήμα καθώς και στην Πρέβεζα). Ρωγμές, μετακινήσεις, βυθίσεις στην προκυμαία σε μήκος 150 m καθώς και κατολισθήσεις και ρευστοποιήσεις 16 νεκροί, καταστροφή 18 χωριών, βύθιση λιμενοβραχίονα Νυδρίου, κατολισθήσεις, καθίζηση στο Καλαμίτσι 15 νεκροί, πολλές καταρρεύσεις στην πόλη και στους Τσουκαλάδες 58 νεκροί, καταστροφή της πόλης και πολλών χωριών Μεγάλες ζημιές στην πόλη, καθίζηση στην κεντρική πλατεία 6.3 VIII 20 νεκροί, καταστροφές σε όλο το νησί 6.7 IX 10 νεκροί, 862 καταρρεύσεις, καταστροφή του χωριού Αθάνι, μεγάλες ζημιές σε 10 χωριά 6.7 IX 7 νεκροί, 497 καταρρεύσεις σε σύνολο 826 σπιτιών στην πόλη 6.7 VIII Σημαντικές ζημιές σε όλο το νησί, ιδιαίτερα στην πόλη 6.4 VIII Πολλές καταρρεύσεις στα : Αθάνι, Δαμιλιάνι, Άγιο Πέτρο, Αγία Μαρίνα 6.3 IX 34 νεκροί, πάμπολλες καταρρεύσεις στην πόλη και στο Φρύνι 6.6 IX Κατούνα, κατολισθήσεις, ρωγμές στο Καταρρεύσεις στην πόλη και στην έδαφος 6.6 VIII I Πολλές καταρρεύσεις πέτρινων σπιτιών στην πόλη Καταστροφές σπιτιών, μεγάρων και 6.4 VIII μιναρέδων στη πόλη. Καταρρεύσεις σε όλο το νησί 6.5 VIII Ζημιές σε τέσσερις οικισμούς Εξετάζοντας τη χωρική κατανομή των μετασεισμικών ακολουθιών του σεισμού του 2003, αλλά και μικροσεισμών, παρατηρείται ότι το μεγαλύτερο μέρος της σεισμικής δραστηριότητας εμφανίζεται κατά μήκος των δυτικών ακτών της Λευκάδας και των βορειοδυτικών ακτών της Κεφαλονιάς. 18

20 Εικόνα 2.9: Χωρική κατανομή των μετασεισμικών ακολουθιών του σεισμού του 2003 Η ενεργός περιοχή της Λευκάδας συμπίπτει χωρικά με τμήμα της περιοχής που εκδηλώθηκε η μετασεισμική δραστηριότητα του σεισμού του Έτσι, αποτελεί ισχυρή ένδειξη για την ύπαρξη ιδιαίτερα ενεργής δομής. Μία συγκέντρωση επικέντρων παρατηρείται επίσης στο θαλάσσιο χώρο βόρεια της Λευκάδας, κοντά στις δυτικές ακτές της ηπειρωτικής Ελλάδας. Η κατανομή των εστιακών βαθών των σεισμών δείχνει ότι όλες οι εστίες βρίσκονται σε βάθη μικρότερα των 20km, όμως το σύνολο σχεδόν της σεισμικής δραστηριότητας εκδηλώνεται σε βάθη μεταξύ 4 και 15km. Το μέγιστο της κατανομής των εστιακών βαθών παρατηρείται σε βάθη 10-11km. Εικόνα 2.10: Κάθετη σεισμική τομή σε διεύθυνση ΒΔ-ΝΑ 19

21 Ο ακριβής προσδιορισμός των υποκέντρων μέσω των τοπικών δικτύων ανέδειξε δύο χωρικές συγκεντρώσεις, οι οποίες ορίζουν αντίστοιχα δύο ενεργές δομές. Η πρώτη βρίσκεται στο θαλάσσιο χώρο δυτικά των νοτιοδυτικών ακτών της Λευκάδας και έχει μία μέση διεύθυνση ΔΒΔ-ΑΝΑ. Η διεύθυνση αυτή, η οποία επιπλέον υποδηλώνει αριστερόστροφη κίνηση παράταξης, συμφωνεί στο χαρακτηρισμό της δομής αυτής ως συζυγούς σε σχέση με τη δεσπόζουσα δομή της περιοχής της Λευκάδας (δεξιόστροφη κίνηση σε ζώνη διάρρηξης με διεύθυνση ΒΒΑ-ΝΝΔ). Δεν είναι γνωστός ισχυρός ή ενδιαμέσου μεγέθους σεισμός ο οποίος να έχει γίνει σε αυτόν ακριβώς το χώρο ώστε να χρησιμοποιηθεί επιπλέον πληροφορία για τη δομή αυτή. Το μήκος της αντιστοιχεί στη γένεση ενός σεισμού με μέγεθος περίπου 5.5, αλλά η περαιτέρω παρακολούθηση της σεισμικής δραστηριότητας στο συγκεκριμένο χώρο κρίνεται απαραίτητη ώστε να επιβεβαιωθούν οι διαστάσεις που προέκυψαν από τη σεισμική δραστηριότητα κατά τη διάρκεια ενός περιορισμένου σχετικά χρονικού διαστήματος λειτουργίας των τοπικών δικτύων. Η δεύτερη ενεργός δομή, η οποία γίνεται εμφανής από τη σεισμική δραστηριότητα, βρίσκεται στο κεντρικό τμήμα της δυτικής Λευκάδας (περιοχή Καλαμιτσίου- Χορτάτων). Η δομή αυτή έχει μέση διεύθυνση ΒΒΔ-ΝΝΑ και μήκος περίπου 7km, το οποίο αντιστοιχεί σε μήκος ρήγματος σεισμού μεγέθους της τάξης του 5.5. Εκείνο που αξίζει να σημειωθεί στο σημείο αυτό είναι η δραστηριοποίηση της δομής αυτής κατά τη διάρκεια της σεισμικής έξαρσης του 2003, κατά τη διάρκεια της μετασεισμικής δραστηριότητας του ισχυρού (Mw=6.2) σεισμού της Λευκάδας. Στην περιοχή αυτή είχαν καταγραφεί ιδιαίτερα σοβαρές βλάβες στο δομημένο και φυσικό περιβάλλον (κατολισθήσεις, πτώσεις βράχων, κλπ.). Αν και οι ισχυρότερες βλάβες ήταν αναμενόμενες κατά μήκος των δυτικών ακτών, όπου τοποθετείται η εστία του κύριου σεισμού και των ισχυρότερων μετασεισμών, η σοβαρότητα των βλαβών στη συγκεκριμένη αυτή περιοχή παρείχε ένδειξη για την ενεργοποίηση και άλλων δευτερευουσών δομών σε συνδυασμό με την κύρια διάρρηξη. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η τεκτονική δομή της περιοχής είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη και αυτό εκφράζεται και στις περιπτώσεις των ισχυρών σεισμών. Το μόνιμο σεισμολογικό δίκτυο δεν έχει τη διακριτική ικανότητα ανάδειξης των δευτερευουσών δομών με αποτέλεσμα να εμφανίζεται, στην καλύτερη περίπτωση, ο χώρος της κύριας διάρρηξης διευρυμένος ή να υπάρχει αδυναμία καθορισμού των γεωμετρικών της χαρακτηριστικών. 20

22 Κεφάλαιο 3: Γεωτεχνικά Στοιχεία της Λευκάδας 3.1) Γεωτεχνική έρευνα και εδαφικά προφίλ Προκειμένου να καθοριστεί το εδαφικό προφίλ της νήσου σε διάφορες θέσεις στην παλιά πόλη της Λευκάδας εκτελέσθηκαν εκτεταμένες γεωφυσικές έρευνες από το Σεισμολογικό Εργαστήριο του Πανεπιστημίου Πατρών, αξιοποιώντας τις γεωτρήσεις του Εργαστηρίου Γεωτεχνικής του Κ.Ε.Δ.Ε.. Επιπλέον, συγκεντρώθηκε πληθώρα αποτελεσμάτων παλαιοτέρων γεωτρήσεων που πραγματοποιήθηκαν για δημόσια και ιδιωτικά έργα στη Λευκάδα (Γκαζέτας et al., 2004). Εικόνα 3.1: Οι θέσεις εκτέλεσης γεωτρήσεων και επιτόπου δοκιμών Συνολικά εκτελέσθηκαν οι εξής γεωφυσικές και γεωτεχνικές δοκιμές : 17 γεωτρήσεις με παράλληλη δοκιμή τυποποιημένης διείσδυσης (SPT) 3 δοκιμές Crosshole 4 δοκιμές τομογραφίας Downhole 2 δοκιμές στατικής πενετρομέτρησης (CPT) Τα κυριότερα αποτελέσματα των γεωτεχνικών και γεωφυσικών μετρήσεων δίδονται στα Αποτελεσμάτα Α, στο τέλος της εργασίας Δοκιµή πρότυπης διείσδυσης (SPT - Standard Penetration Test) Η δοκιμή αυτή χρησιµοποιείται ευρέως για ποιοτική ένδειξη των επιτόπου ιδιοτήτων των εδαφών και στον προσδιορισµό, άµεσα, της σχετικής πυκνότητας και της αντίστασης των σχηµατισµών στη διείσδυση, και έµµεσα, των παραµέτρων διατµητικής αντοχής και συµπιεστότητας µε τη χρήση εµπειρικών συσχετίσεων στον καθορισµό της επιτρεπόµενης φέρουσας ικανότητας και στον υπολογισµό των καθιζήσεων των κατασκευών. 21

23 Η εκτέλεση της δοκιμής γίνεται µε τη βοήθεια γεωτρητικού συγκροτήµατος κατά την ανόρυξη των γεωτρήσεων, σε διάφορα βάθη, με τον εξής τρόπο: Αρχικά προσδιορίζεται ο αριθµός των κρούσεων (Ν) για προχώρηση του ειδικού δειγµατολήπτη Terzaghi µε την πτώση αντίβαρου 63.5kg από ύψος 76.2cm, κατά 45cm (σε τρία διαδοχικά τµήµατα των 15cm). Έπειτα απορρίπτεται ο αριθµός των κρούσεων για τη διείσδυση του δειγµατολήπτη στο πρώτο τµήµα των 15cm, καθώς πρόκειται για διαταραγµένο από τη διαδικασία διάτρησης υλικό ή πληρωµένο µε υλικά που έχουν καταπέσει από το ασωλήνωτο τµήµα της γεώτρησης. Τέλος, ακολουθεί ο χαρακτηρισµός των δειγµάτων βάση της προχώρησης στα δύο υπόλοιπα τµήµατα των 15cm (σύνολο 30cm), όπως δίνεται βιβλιογραφικά, σύµφωνα µε σχετικούς πίνακες (Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας & Υδρογεωλογίας, Ε.Μ.Π.) Δοκιμή Crosshole Η μέθοδος αυτή αποσκοπεί στον προσδιορισμό της τιμής των ταχυτήτων διάδοσης των κυμάτων S και P και απαιτούνται το λιγότερο δύο γεωτρήσεις, εκ των οποίων η μία θα είναι ο πομπός των κυμάτων και η άλλη ή οι άλλες θα είναι οι δέκτες. Γενικά, συνίσταται σε γειτονικές γεωτρήσεις να τοποθετούνται δύο δέκτες. Στόχος είναι να λαμβάνονται μετρήσεις για κάθε εδαφική στρώση, επομένως πομπός και δέκτης θα πρέπει να βρίσκονται στην ίδια στάθμη. Επιπλέον, προκειμένου να μπορεί να προσδιοριστεί το μέτρο διάτμησης του εδάφους, καλό θα είναι να προτιμώνται πηγές που ως επί το πλείστον εκπέμπουν διατμητικά κύματα. Μ αυτόν τον τρόπο θα λαμβάνεται η επιθυμητή πληροφορία από τα διατμητικά κύματα ακόμα κι αν το εδαφικό υλικό είναι πλήρως κορεσμένο. Αντιθέτως, τα διαστολικά κύματα δε θα έδιναν κάποιο στοιχείο για τη δυστμησία του εδαφικού σχηματισμού, αλλά ουσιαστικά θα μετρούσαν τη συμπιεστότητα του νερού, αφού αυτό θα παραλαμβάνει το φορτίο αντί του εδαφικού σκελετού. Βασικό μειονέκτημα της δοκιμής Crosshole είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη διεκπεραίωσή της Δοκιμή Downhole Πρόκειται για μια απλοποιημένη παραλλαγή της δοκιμής Crosshole. Η βασική διαφορά αυτής της δοκιμής από την προηγούμενη είναι ότι αρκεί μία γεώτρηση για τη διεξαγωγή της, στα διάφορα βάθη της οποίας τοποθετούνται δέκτες, ενώ ο πομπός τοποθετείται στην επιφάνεια του εδάφους. Το γεγονός ότι απαιτείται μία μόνο γεώτρηση καθιστά τη μέθοδο Downhole πολύ οικονομική, ωστόσο υστερεί της Crosshole από πλευράς ακρίβειας. Άλλα πιθανά προβλήματα της μεθόδου αυτής είναι η διάθλαση των κυμάτων σε πυκνότερα στρώματα και η κύρτωση των κυματικών ακτίνων εξαιτίας της ανομοιογένειας του εδάφους Εμπειρικοί τύποι και συσχετισμοί τους με εδαφικές παραμέτρους από επί τόπου δοκιμές Μετά από επεξεργασία και αξιολόγηση πλήθους επί τόπου αλλά και εργαστηριακών δοκιμών εκτιμήθηκαν εδαφικές παράμετροι που οδήγησαν σε ένα σημαντικό αριθμό εμπειρικών σχέσεων. Αυτοί οι τύποι αποτελούν ένα βασικό εργαλείο υπολογισμών, αλλά πρέπει πάντα να υπενθυμίζεται ότι έχουν σχετικό βαθμό αξιοπιστίας στην 22

24 επίλυση πρακτικών προβλημάτων και ότι πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο εμπειρικός χαρακτήρας και η αναφορά τους στις συγκεκριμένες εδαφικές συνθήκες. Στη δική μας περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν διάφοροι εμπειρικοί τύποι από διαφορετικούς επιστήμονες, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για όλα τα Ελληνικά εδάφη. Έτσι, πιο συγκεκριμένα έχουμε: όπου Vs σε m/sec και N 60 = 0.75(N 30 SPT) Καλτεζιώτης et al. (1992): Vs = 76.55N SPT (Συνεκτικά Εδάφη) Vs = 49.1N SPT (Μη Συνεκτικά Εδάφη) Λοντζετίδης et al. (1997): Vs = N (Χαλαρές Αμμοϊλύες Άμμοι, Ν SPT < 10) Vs = 99.95N (Μέτριες Πυκνές Άμμοι, Ν SPT > 10) Vs = N (Μαλακές Άργιλοι, Ν SPT < 8) Vs = N (Σκληρές Άργιλοι, Ν SPT >8) Vs = 10.78N (Μάργες) Τσιαμπάος & Σαμπατακάκης (2011): Vs = 112.2N (Αργιλικά Εδάφη και Μάργες) Vs = 88.8N (Ιλυώδη Εδάφη) Vs = 79.7N (Αμμώδη Εδάφη) 3.2) Γενικευμένο εδαφικό προφίλ στη Λευκάδα Βάσει των υπαρχόντων στοιχείων και δεδομένων των αβεβαιοτήτων που υπεισέρχονται στον ακριβή προσδιορισμό των ιδιοτήτων του εδάφους είναι δυνατό να εξαχθούν τα ακόλουθα γενικά συμπεράσματα ως προς το είδος των εδαφικών σχηματισμών που αναπτύσσονται στη νήσο: Το βραχώδες μαργαϊκό υπόβαθρο εκτιμάται ότι εμφανίζεται στα 9m βάθος στα βόρεια της πόλης, βυθίζεται στα 13m περίπου στο κέντρο, στα 16m στα νότια του λιμένος, ενώ φαίνεται να αναδύεται και πάλι καθώς κινούμαστε νοτιότερα προς την περιοχή του λιμένα της Λυγιάς. Η μάργα που εμφανίζεται σε βάθος κυμαινόμενο από 10-20m από την επιφάνεια είναι ο κοινός παρονομαστής όλων των εδαφικών προφίλ. Επομένως, το αγνώστου πάχους στρώμα της μάργας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως το «σεισμικό υπόβαθρο» της πόλης της Λευκάδας. Αυτό σημαίνει ότι ο προσπίπτων 23

25 εδαφικός κραδασμός στην κορυφή του υποβάθρου είναι κοινός σε όλες τις θέσεις ενδιαφέροντος. Αξίζει να σημειωθεί ότι η παραπάνω περιγραφή συμφωνεί με τις υπάρχουσες γεωλογικές μελέτες του υποβάθρου της νήσου, οι οποίες περιγράφουν τη διαμόρφωση μιας γεωλογικής τάφρου στο μαργαϊκό υπόβαθρο. Οι υπερκείμενοι του βράχου εδαφικοί σχηματισμοί παρουσιάζουν σε γενικές γραμμές μια περίπου ομοιόμορφη εικόνα (με διαφοροποιήσεις βεβαίως από θέση σε θέση). Στα πρώτα 1-2m συναντάται συνήθως ένα στρώμα τεχνητών αποθέσεων, μετά μια στρώση αμμοϊλύος στην περιοχή του κέντρου, ή αμμώδους αργίλου καθώς κινούμαστε προς τα δυτικότερα. Σε όλες τις περιπτώσεις πάντως, τόσο οι περιγραφές των τομών όσο και η δοκιμή CPT αποδεικνύουν την ύπαρξη φακών αργίλου ή άμμου μικρού πάχους. Τυπικός αριθμός κρούσεων SPT στην εν λόγω στρώση είναι της τάξης του 10, ενώ παρατηρούνται διαφοροποιήσεις από θέση σε θέση. Σε μεγαλύτερα βάθη, ανάλογα με την υπό μελέτη θέση, συναντάται είτε απευθείας το βραχώδες υπόβαθρο όταν αυτό αναδύεται σε ρηχότερα στρώματα, είτε παρεμβάλλεται ένα στρώμα αργιλοϊλύος (όπου ο αριθμός Ν SPT είναι ελαφρώς υψηλότερος του 10) ή χαλίκων με Ν SPT 25 ανάλογα με τη θέση της γεώτρησης. Στα Αποτελέσματα Α, στο τέλος της εργασίας, παρατίθενται οι γεωτρήσεις και τα αποτελέσματα των δοκιμών σε κάθε θέση. Πιο συγκεκριμένα, παρακάτω παρατίθενται γεωτεχνικά στοιχεία της πόλης της Λευκάδας που προέρχονται από δειγματοληπτικές γεωτρήσεις που έχουν ανορυχθεί στο παρελθόν (Ερευνητικό πρόγραμμα ΟΑΣΠ, 1996) στη θέση του κτιρίου όπου βρίσκεται εγκατεστημένος ο επιταχυνσιογράφος του ΙΤΣΑΚ (Νοσοκομείο Λευκάδας) καθώς και σε άλλες θέσεις στα πλαίσια γεωερευνητικών εργασιών για τη θεμελίωση δημόσιων κτιρίων. Η επιφανειακή εδαφική στρώση μέχρι βάθος 8-12m (και μέχρι βάθος 15-16m στην περιοχή του Διαύλου και της Μαρίνας) αποτελείται από (α) τεχνητές επιχώσεις, (β) αργίλους μέσης έως υψηλής πλασιμότητας έως αμμώδεις αργίλους με κυμαινόμενο ποσοστό άμμου και υψηλό ποσοστό οργανικών κατά θέσεις, (γ) αργιλώδεις άμμους έως και καθαρές άμμους, με κυμαινόμενο ποσοστό χαλικιών, χαλαρές έως μέσης πυκνότητας και ακολουθεί (δ) στρώση ιλύος με κυμαινόμενο ποσοστό άμμου σε χαλαρή κατάσταση. Σύμφωνα με τα διαθέσιμα στοιχεία η επιφανειακή αυτή στρώση φαίνεται να καλύπτει όλο το ιστορικό κέντρο της πόλης της Λευκάδας (από την περιοχή του Πνευματικού Κέντρου μέχρι τη Μαρίνα). Η υποκείμενη εδαφική στρώση, η οποία εκτείνεται τουλάχιστον μέχρι βάθος 50m, αποτελείται από αργιλική μάργα μέσης πλασιμότητας και σκληρή με τιμές αστράγγιστης διατμητικής αντοχής της τάξης των kPa. Η στάθμη του υπόγειου υδάτινου ορίζοντα βρίσκεται πολύ ψηλά, σε βάθος μόλις 0.5-2m. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω στοιχεία, σύμφωνα με τον Ελληνικό Αντισεισμικό Κανονισμό (Ε.Α.Κ., 2000), το υπέδαφος στην πόλη της Λευκάδας κατατάσσεται στην κατηγορία Γ, δηλαδή στρώσεις κοκκώδους υλικού μικρής σχετικής πυκνότητας πάχους μεγαλύτερου των 7m, εκτός των περιπτώσεων όπου εμφανίζονται χαλαρές λεπτόκοκκες, αμμοϊλυώδεις στρώσεις με μεγάλη επικινδυνότητα σε ρευστοποίηση, όταν βρίσκονται κάτω από τον υδάτινο ορίζοντα ή σε συνίζηση στην περίπτωση που είναι ακόρεστες, όπου κατατάσσονται στην κατηγορία Χ. Σύμφωνα με τον 24

26 Ευρωκώδικα 8 (CEN/TC250/SC8/N317, 2000), το υπέδαφος στην πόλη της Λευκάδας - βάσει της παραπάνω περιγραφής καθώς και βάσει της μέσης σταθμισμένης τιμής της ταχύτητας διάδοσης των διατμητικών κυμάτων στα πρώτα 30m (Vs 30 ) που κυμαίνεται από m/sec - κατατάσσεται στην κατηγορία C (πυκνή ή μέσης πυκνότητας αμμώδης, χαλικώδης ή στιφρή άργιλος πάχους από μερικές δεκάδες έως εκατοντάδες μέτρα με 180<Vs 30 <360m/sec, 15<N spt <50 και 70<C u (kpa)<250) ή στην κατηγορία D, στην περίπτωση που ο υποκείμενος εδαφικός σχηματισμός (αργιλική μάργα) χαρακτηρίζεται από σχετικά υψηλές τιμές της ταχύτητας διάδοσης των διατμητικών κυμάτων (Vs 30 >800m/sec) (Ινστιτούτο Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών, 2004) Αποτελέσματα Γεωτεχνικής Έρευνας στην πόλη της Λευκάδας Στα πλαίσια μελέτης για την εκτίμηση των γεωτεχνικών συνθηκών στην πόλη της Λευκάδας, συναξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα 16 γεωτρήσεων και ειδικών γεωφυσικών δοκιμών Crosshole που εκτελέστηκαν κατά το διάστημα , καθώς και τα αποτελέσματα 12 γεωτρήσεων που πραγματοποιήθηκαν μετά το Από την αξιολόγηση προέκυψαν τα εξής: Οι σχηματισμοί του υπεδάφους διακρίνονται σε πέντε γεωτεχνικές ενότητες, οι οποίες χαρακτηρίζονται από ένα ορισμένο πλαίσιο ομοιογένειας των φυσικών και μηχανικών τους χαρακτηριστικών. Στρώμα I: Τεχνητές Αποθέσεις Μπάζα Στρώμα II:Άργιλος Στρώμα III: Άμμος Στρώμα IV: Αργιλοϊλύς Στρώμα V: Μάργα Υπάρχουν και κάποιες ακόμη ενότητες που δεν συναντώνται σε όλες τις θέσεις και τις περισσότερες φορές αποτελούν μεταβατικούς σχηματισμούς μικρού πάχους, οπότε και ενοποιούνται με τα περιβάλλοντα στρώματα. Ακόμη, μέχρι το βάθος των 50m το «γεωλογικό» μαργαϊκό υπόβαθρο δεν ταυτίζεται με το «σεισμικό» υπόβαθρο (Vs 700 m/sec), το οποίο πιθανά βρίσκεται σε μεγαλύτερο βάθος και απαιτούνται περαιτέρω γεωφυσικές έρευνες μεγάλου βάθους για τον εντοπισμό του. Γενικά, τα αργιλικά υλικά εμφανίζουν μικρή μέση τιμή Vs, γεγονός που είναι σύμφωνο με τα χαμηλά γεωτεχνικά χαρακτηριστικά τους. Αναλυτικότερα, για την κάθε γεωτεχνική ενότητα ισχύουν τα παρακάτω: Άργιλος Η ενότητα αυτή περιλαμβάνει όλα τα αργιλικά εδάφη, τα οποία συναντώνται σε όλες τις γεωτρήσεις στα ανώτερα τμήματα των αλλουβιακών αποθέσεων. Η δοκιμή SPT έδωσε μέσο αριθμό κρούσεων Ν=7, με αποτέλεσμα το υλικό να χαρακτηρίζεται μέτρια ως στιφρή άργιλος. Η μέση ταχύτητα των διατμητικών κυμάτων - σύμφωνα με τη δοκιμή Crosshole που εκτελέστηκε στην περιοχή του Νοσοκομείου Λευκάδας - είναι Vs=150 m/sec. 25

27 Άμμος Η ενότητα αυτή εμφανίζεται σχεδόν σε όλες τις γεωτρήσεις. Η δοκιμή SPT έδωσε μέσο αριθμό κρούσεων Ν=38, με αποτέλεσμα το υλικό να χαρακτηρίζεται μέση ως πυκνή άμμος. Η μέση ταχύτητα των διατμητικών κυμάτων - σύμφωνα με τη δοκιμή Crosshole που εκτελέστηκε στην περιοχή του Νοσοκομείου Λευκάδας - είναι Vs=300 m/sec. Αργιλοϊλύς Η δοκιμή SPT έδωσε μέσο αριθμό κρούσεων Ν=18, με αποτέλεσμα το υλικό να χαρακτηρίζεται ως στιφρό. Η μέση ταχύτητα των διατμητικών κυμάτων - σύμφωνα με τη δοκιμή Crosshole που εκτελέστηκε στην περιοχή του Νοσοκομείου Λευκάδας - είναι Vs=250 m/sec. Μάργα Η ενότητα αυτή αποτελεί το σκληρό «γεωλογικό» υπόβαθρο της περιοχής και εμφανίζεται σε όλες τις γεωτρήσεις. Κατά θέσεις παρουσιάζει λεπτές φακοειδείς ενδιαστρώσεις τεφρομέλανης αργίλου με οργανικά ή τεφρής ιλυώδους άμμου. Η δοκιμή SPT έδωσε μέσο αριθμό κρούσεων Ν=50, με αποτέλεσμα το υλικό να χαρακτηρίζεται ως σκληρή μάργα. Η μέση ταχύτητα των διατμητικών κυμάτων - σύμφωνα με τη δοκιμή Crosshole που εκτελέστηκε στην περιοχή του Νοσοκομείου Λευκάδας - είναι Vs= m/sec. 26

28 Πίνακας 3.1: Αναλυτικός πίνακας στοιχείων γεωτρήσεων και τιμές ταχυτήτων, όπως υπολογίστηκαν βάσει των εμπειρικών τύπων Κωδικός Γεώτρησης Στρώμα Σχηματισμοί SPT N60 Καλτεζιώτης Λοντζετίδης Τσιαμπάος & Σαμπατακάκης Μέση Τιμή Πάχος (m) Υγρό Φαινόμενο Βάρος (t/m³) I Τεχνητές Αποθέσεις 1,2 GX1 GX2 GX4 II Άργιλος ,4 1,81 III Άμμος V Αργιλοϊλύς ,9 1,98 VI Μάργα ,2 2,17 I Τεχνητές Αποθέσεις 1,6 II Άργιλος ,7 1,94 III Άμμος V Αργιλοϊλύς ,2 2,07 VI Μάργα ,1 2,15 I Τεχνητές Αποθέσεις 2,5 II Άργιλος ,6 1,75 III Άμμος V Αργιλοϊλύς ,9 1,95 VI Μάργα 5,2 2,24 27

29 Πίνακας 3.1 (Συνέχεια) Κωδικός Γεώτρησης Στρώμα Σχηματισμοί SPT N60 Καλτεζιώτης Λοντζετίδης Τσιαμπάος & Σαμπατακάκης Μέση Τιμή Πάχος (m) Υγρό Φαινόμενο Βάρος (t/m³) I Τεχνητές Αποθέσεις 3,5 GX5 GL1 GL2 GL3 II Άργιλος ,1 1,98 III Άμμος 5,7 V Αργιλοϊλύς ,1 VI Μάργα 18,2 2,15 I Τεχνητές Αποθέσεις 4,5 II Άργιλος 1,1 III Άμμος ,4 V Αργιλοϊλύς ,93 VI Μάργα ,6 2,16 I Τεχνητές Αποθέσεις 3,3 II Άργιλος III Άμμος ,1 V Αργιλοϊλύς 1,2 VI Μάργα ,6 2,14 I Τεχνητές Αποθέσεις 5,2 II Άργιλος ,8 1,80 III Άμμος ,5 V Αργιλοϊλύς VI Μάργα ,4 2,14 28

30 Πίνακας 3.1 (Συνέχεια) Κωδικός Γεώτρησης Στρώμα Σχηματισμοί SPT N60 Καλτεζιώτης Λοντζετίδης Τσιαμπάος & Σαμπατακάκης Μέση Τιμή Πάχος (m) Υγρό Φαινόμενο Βάρος (t/m³) I Τεχνητές Αποθέσεις 1 GL4 GL5 GL11 GL12 II Άργιλος ,5 1,73 III Άμμος ,5 2,06 V Αργιλοϊλύς ,4 VI Μάργα ,9 2,11 I Τεχνητές Αποθέσεις 5,7 II Άργιλος III Άμμος ,6 1,81 V Αργιλοϊλύς VI Μάργα ,7 2,17 I Τεχνητές Αποθέσεις 1,6 II Άργιλος ,7 1,95 III Άμμος ,4 1,95 V Αργιλοϊλύς ,3 1,94 VI Μάργα ,3 2,16 I Τεχνητές Αποθέσεις 3 II Άργιλος ,93 III Άμμος ,7 V Αργιλοϊλύς ,6 VI Μάργα ,5 2,06 29

31 Πίνακας 3.1 (Συνέχεια) Κωδικός Γεώτρησης Στρώμα Σχηματισμοί SPT N60 Καλτεζιώτης Λοντζετίδης Τσιαμπάος & Σαμπατακάκης Μέση Τιμή Πάχος (m) Υγρό Φαινόμενο Βάρος (t/m³) I Τεχνητές Αποθέσεις 8 GL13 Γ H II Άργιλος III Άμμος V Αργιλοϊλύς VI Μάργα ,15 I Τεχνητές Αποθέσεις II Άργιλος ,8 1,87 III Άμμος ,8 V Αργιλοϊλύς ,7 1,97 VI Μάργα ,5 2,17 I Τεχνητές Αποθέσεις 1 II Άργιλος III Άμμος ,5 V Αργιλοϊλύς ,5 VI Μάργα

32 3.3) Ρευστοποίηση εδαφικών σχηματισμών Μη συνεκτικοί κορεσμένοι εδαφικοί σχηματισμοί έχουν την τάση όταν υπόκεινται σε άμεση φόρτιση κάτω από αστράγγιστες συνθήκες να τείνουν προς συμπύκνωση, όμως λόγω της αδυναμίας μεταβολής του όγκου τους παρουσιάζεται αύξηση της πίεσης του νερού των πόρων με ταυτόχρονη μείωση έως και μηδενισμό της διατμητικής τους αντοχής. Κατά την παραπάνω διαδικασία μετατρέπεται η κατάσταση αυτών των εδαφικών στρωμάτων από τη στερεά στη ρευστή φάση, δηλαδή προκαλείται ρευστοποίηση αυτών. Βασικό ρόλο στην πρόκληση ρευστοποίησης διαδραματίζουν οι συνθήκες κάτω από τις οποίες οι εδαφικοί σχηματισμοί συναντώνται στη φύση. Αυτοί οι μη συνεκτικοί λεπτόκοκκοι κορεσμένοι σχηματισμοί έχουν μεγάλες πιθανότητες ρευστοποίησης, όμως πριν το στάδιο της τελικής εκτίμησης του δυναμικού αυτής επιβάλλεται η εξέταση συγκεκριμένων κριτηρίων τα οποία καθιστούν ένα εδαφικό υλικό επιδεκτικό προς ρευστοποίηση. Εικόνα 3.2: Πιθανότητα ρευστοποίησεων στην πόλη της Λευκάδας (Παπαθανασίου, Παυλίδης, Γκανάς, 2005) 3.4) Μηχανισμός πρόκλησης ρευστοποίησης Η αύξηση της πίεσης των πόρων μη συνεκτικών κορεσμένων εδαφικών σχηματισμών η οποία προκαλείται από δυναμικού τύπου δονήσεις (σεισμικές ταλαντώσεις, κλπ.) - υπό αστράγγιστες συνθήκες - μπορεί να επιφέρει τη μείωση έως και την απώλεια της διατμητικής αντοχής του υλικού δημιουργώντας το φαινόμενο της ρευστοποίησης. Η διαδικασία αυτή παρατηρείται κυρίως σε ομοιόμορφα, χαλαρά, λεπτά έως μεσοκοκκώδη ιζήματα. Ο όρος που χρησιμοποιείται για την περιγραφή αυτής της κατάστασης είναι ρευστοποίηση εδαφικών σχηματισμών. 31

33 Τα φαινόμενα ρευστοποίησης διακρίνονται, με βάση το μηχανισμό γένεσης, σε δύο γενικές κατηγορίες: την εδαφική ροή (flow failure) και την ανακυκλική κινητικότητα (cyclic mobility). Μολονότι η εδαφική ροή παρουσιάζει λιγότερες πιθανότητες εμφάνισης από την ανακυκλική κινητικότητα, οι επιπτώσεις της είναι αρκετά πιο σοβαρές. Η εδαφική ροή συναντάται συνήθως σε χαλαρά, μη συνεκτικά ιζήματα τα οποία είναι τοποθετημένα σε πρανή με σημαντική κλίση και στα οποία η διατμητική τάση η οποία απαιτείται για τη στατική ισορροπία της εδαφικής μάζας είναι μεγαλύτερη από την υπολειπόμενη διατμητική αντοχή του εδάφους. Οι εφαρμοσμένες ανακυκλιζόμενες τάσεις οδηγούν τον εδαφικό σχηματισμό σε αστάθεια, καθώς η αντοχή του μειώνεται με αποτέλεσμα οι υπάρχουσες στατικές φορτίσεις να προκαλέσουν στη συνέχεια τη δημιουργία εδαφικής ροής. Ένα τέτοιο μηχανισμό μονοτονικής φόρτισης αποτελεί η διάβρωση του πόδα ενός πρανούς ή αντίστοιχα η φόρτιση της κεφαλής του. Το συγκεκριμένο φαινόμενο χαρακτηρίζεται από την απότομη εμφάνιση, την ταχύτατη κίνηση και τη μεγάλη σε κλίμακα απόσταση στην οποία μπορούν να κινηθούν τα υλικά του ρευστοποιημένου εδάφους. Χαρακτηριστικά παραδείγματα εμφάνισης εδαφικής ροής αποτελούν οι αστοχίες των φραγμάτων Sheffield και Lower San Fernando. Η ανακυκλική κινητικότητα (cyclic mobility), η οποία χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερη συχνότητα εμφάνισης, μπορεί να προκληθεί σε περιοχές χωρίς ή με μικρή κλίση (έως 3º) ενώ οι επιπτώσεις αυτής χαρακτηρίζονται ελαφριές έως πολύ σοβαρές. Σε αντίθεση με την εδαφική ροή, φαινόμενα ρευστοποίησης λόγω ανακυκλικής κινητικότητας προκαλούνται όταν η στατική διατμητική τάση είναι μικρότερη της διατμητικής αντοχής του εδαφικού σχηματισμού. 3.5) Διαδικασία ρευστοποίησης Όταν ένας χαλαρός κοκκώδης εδαφικός σχηματισμός υπόκειται σε ανακυκλική δόνηση, όπως στην περίπτωση ενός σεισμού, τότε επιδεικνύει τάση συμπύκνωσης, δηλαδή μεταβολής του όγκου. Συγκεκριμένα, οι κόκκοι από τους οποίους αποτελείται το εδαφικό υλικό μετακινούνται έχοντας ως στόχο τη μείωση των μεταξύ τους κενών. Όμως, η παρουσία νερού σε αυτά τα κενά, στην περίπτωση κορεσμένων χαλαρών εδαφών σε αστράγγιστες συνθήκες, εμποδίζει αυτήν τη μετατόπιση. Αυτή η πίεση που μεταφέρεται στο νερό των πόρων, λόγω των αστράγγιστων συνθηκών δε μπορεί να εκτονωθεί με συνέπεια την απότομη αύξηση της πίεσης των πόρων u. Η συνεχιζόμενη αύξηση της u αντιστοιχεί σε μείωση της διατμητικής αντοχής του εδάφους έως και την πλήρη απώλεια αυτής, σύμφωνα με το νόμο του Coulomb: τ = σ ν εφφ όπου σ ν = σ u, σ: τάση, σ ν: ενεργή τάση, φ : ενεργός γωνία τριβής και u: πίεση των πόρων. Ο όρος της συνοχής c δεν υπάρχει διότι αναφερόμαστε σε μη συνεκτικά εδάφη. Στο στάδιο αυτό, το οποίο ονομάζεται ολική ρευστοποίηση, η πίεση του νερού των πόρων, το οποίο δεν έχει απεγκλωβιστεί από το εδαφικό στρώμα, ανταποκρίνεται στην πίεση που ασκούν τα υπερκείμενα στρώματα διατηρώντας τον όγκο του σχηματισμού. Παράλληλα οι δυνάμεις σύνδεσης μεταξύ των κόκκων - ο δομικός 32

34 ιστός του εδάφους - έχει καταρρεύσει με αποτέλεσμα αυτό να συμπεριφέρεται πλέον ως ρευστό. Η εκτόνωση της πίεσης του νερού των πόρων, στη συνέχεια θα προκαλέσει την αύξηση της πυκνότητας του εδάφους και την ταυτόχρονη μείωση του όγκου του. Η ποσότητα του νερού που παρέμεινε εγκλωβισμένη στο ίζημα θα διοχετευτεί προς την επιφάνεια λόγω της μεγάλης υδραυλικής κλίσης παρασέρνοντας εδαφικό υλικό. Η διάρκεια αυτής της ροής προς την επιφάνεια εξαρτάται από το χρόνο που χρειάζεται για να αποκατασταθεί η υδραυλική ισορροπία στην εδαφική στήλη. Έτσι, είναι σύνηθες φαινόμενο η συνέχιση αυτής της ροής και μετά το τέλος της σεισμικής δόνησης. Εικόνα 3.3: Αναδιάταξη κόκκων εδαφικού σχηματισμού λόγω ρευστοποίησής του (τροποποιημένο από Obermeier et al., 2005) 3.6) Προϋποθέσεις πρόκλησης ρευστοποίησης Η εκτίμηση του δυναμικού ρευστοποίησης ενός εδαφικού σχηματισμού αποτελεί ένα από τα αντικείμενα των γεωτεχνικών μελετών, οι οποίες πραγματοποιούνται στο πλαίσιο εξέτασης της σεισμικής διακινδύνευσης μιας συγκεκριμένης θέσης. Προκειμένου να θεωρηθεί ένα έδαφος εν δυνάμει ρευστοποιήσιμο θα πρέπει να πληρεί ορισμένες προϋποθέσεις, η εξέταση των οποίων είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί πριν την τελική εκτίμηση της πιθανότητας ρευστοποίησης του συγκεκριμένου εδαφικού σχηματισμού. Από τα αποτελέσματα αυτής της προκαταρκτικής εξέτασης της επιδεκτικότητας προς ρευστοποίηση των εδαφικών σχηματισμών θα προκύψει η αναγκαιότητα ή όχι της περαιτέρω μελέτης του δυναμικού ρευστοποίησης αυτών. Ως επιδεκτικότητα προς ρευστοποίηση ενός εδαφικού σχηματισμού ορίζεται η ικανότητα του εδάφους να ρευστοποιείται κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες. Από τη μελέτη ιστορικών περιστατικών εμφάνισης ρευστοποίησης - στα οποία έγινε συσχετισμός κυρίως των γεωλογικών, υδρογεωλογικών και φυσικών χαρακτηριστικών των ρευστοποιηθέντων εδαφικών υλικών - ορίστηκαν τα κριτήρια επιδεκτικότητας προς ρευστοποίηση ενός εδαφικού σχηματισμού τα οποία παρουσιάζονται αναλυτικά στη συνέχεια. 33

35 Γεωλογική ηλικία εδαφικών σχηματισμών Η γεωλογική ηλικία καθώς και το περιβάλλον απόθεσης του εδαφικού σχηματισμού αποτελούν βασικά κριτήρια για την ταξινόμηση του εξεταζόμενου εδάφους ως επιδεκτικού προς ρευστοποίηση. Κορεσμένες, χαλαρές και ψαθυρές αποθέσεις παρουσιάζουν το μεγαλύτερο βαθμό επιδεκτικότητας προς ρευστοποίηση. Επειδή η πυκνότητα και ο βαθμός συγκόλλησης των εδαφών αυξάνονται με την πάροδο του χρόνου, η αύξηση της αντοχής έναντι ρευστοποίησης των σχηματισμών θα είναι ανάλογη της ηλικίας τους. Κατά συνέπεια, νεώτερες αποθέσεις παρουσιάζουν μεγαλύτερη επιδεκτικότητα προς ρευστοποίηση από παλαιότερες. Εδαφικοί σχηματισμοί ηλικίας Άνω Ολόκαινο είναι περισσότερο επιδεκτικοί προς ρευστοποίηση από σχηματισμούς του Ολοκαίνου, ενώ ρευστοποίηση εδαφών Πλειστοκαινικής ηλικίας έχει προκληθεί σε συγκεκριμένες περιστάσεις. Τέλος, δεν έχουν παρατηρηθεί σύγχρονα φαινόμενα ρευστοποίησης σε ιζήματα προ- Πλειστοκαίνου Γεωμορφολογικά κριτήρια Σημαντικό ρόλο στην επιδεκτικότητα ρευστοποίησης ενός σχηματισμού παίζει επίσης το περιβάλλον απόθεσής του. Όταν οι συνθήκες επιτρέπουν την απόθεση ενός ομοιόμορφου ταξινομημένου σχηματισμού σε χαλαρή κατάσταση τότε αυτό συνεπάγεται την υψηλή επιδεκτικότητα της απόθεσης. Έτσι, ποτάμιες, κολλούβιες και αιολικές αποθέσεις είναι επιδεκτικές προς ρευστοποίηση όταν βρίσκονται σε κορεσμένο στάδιο. Φαινόμενα ρευστοποίησης έχουν παρατηρηθεί σε σχηματισμούς αλλουβιακών ριπιδίων, σε αλλουβιακές πεδιάδες και σε δελταϊκές αποθέσεις με μικρότερη όμως συχνότητα. Ειδική αναφορά πρέπει να γίνει στις ανθρωπογενείς αποθέσεις, όπως επιχώσεις και φίλτρα φραγμάτων, στις οποίες δεν έχει πραγματοποιηθεί συμπύκνωση μετά την τοποθέτησή τους και οι οποίες σε περίπτωση κορεσμού συγκαταλέγονται στα εδάφη με μεγάλη επιδεκτικότητα προς ρευστοποίηση. Πίνακας: 3.2 Ταξινόμηση εδαφών με βάση γεωμορφολογικά κριτήρια (Iwasaki, 1986) Κατηγορία Γεωμορφολογικές ενότητες Δυναμικό ρευστοποίησης Α Πρόσφατος ποτάμιος βυθός, παλιός ποτάμιος βυθός, βάλτος Υψηλή πιθανότητα ρευστοποίησης Β Ριπίδια, ποτάμιες προσχώσεις, Πιθανότητα ρευστοποίησης πλημμυρικές πεδιάδες Γ Λόφοι, βουνά Μη ρευστοποιήσιμα Υδροφόρος ορίζοντας Όπως έχει αναφερθεί στο κεφάλαιο της διαδικασίας ρευστοποίησης, απαραίτητη και αναγκαία προϋπόθεση για τη ρευστοποίηση ενός εδάφους είναι να βρίσκεται σε κορεσμένη κατάσταση, δηλαδή να βρίσκεται κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα, οπότε η στάθμη του υδροφόρου επηρεάζει την επιδεκτικότητα προς ρευστοποίησή του. Καθώς η αντοχή έναντι ρευστοποίησης ενός στρώματος σε μια στρωματογραφική στήλη αυξάνεται όταν αυξάνεται η πίεση των υπερκείμενων (γεωστατική τάση) και η ηλικία του - δηλαδή είναι ανάλογη του βάθους αφού και οι 34

36 δύο παράγοντες αυξάνονται με αυτό - τότε θα αυξάνεται και με το βάθος της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα. Συνεπώς, όσο πιο χαμηλή είναι η στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα τόσο μεγαλύτερη αντίσταση θα προβάλει το συγκεκριμένο εδαφικό στρώμα σε ενδεχόμενη πιθανότητα ρευστοποίησης. Αποτελέσματα γεωτεχνικών ερευνών σε θέσεις εμφάνισης ρευστοποίησης έδειξαν ότι τα περισσότερα περιστατικά παρουσιάστηκαν σε περιοχές όπου η στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα βρισκόταν έως 3m βάθος από την επιφάνεια, μερικές εμφανίσεις συνδέονται με βάθος στάθμης υδροφόρου έως τα 10 m, ενώ ελάχιστες είναι οι περιπτώσεις ρευστοποίησης σε θέσεις όπου η υδροστατική στάθμη βρισκόταν σε βάθη μεγαλύτερα των 15m. Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζεται η σχέση της επιδεκτικότητας προς ρευστοποίηση εδαφών με το βάθος της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα. Πίνακας: 3.3 Επιδεκτικότητα προς ρευστοποίηση εδαφικών σχηματισμών ανάλογα με το βάθος της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα (Youd, 1998) Βάθος στάθμης υδροφόρου ορίζοντα από την επιφάνεια Σχετική πυκνότητα Επιδεκτικότητα προς ρευστοποίηση < 3 μέτρα Πολύ υψηλή 3 ως 6 μέτρα Υψηλή 6 ως 10 μέτρα Μέτρια 10 ως 15 μέτρα Χαμηλή >15 μέτρα Πολύ χαμηλή Εδαφικοί σχηματισμοί παρόμοιας κοκκομετρικής σύστασης είναι δυνατό να επιδεικνύουν διαφορετική συμπεριφορά ως προς τη δυνατότητα ρευστοποίησής τους, ανάλογα με την τιμή της σχετικής τους πυκνότητας. Όσο πιο χαλαρή είναι η διάταξη των κόκκων ενός εδάφους τόσο η τιμή του δείκτη πόρων είναι μεγαλύτερη και αντίστοιχα η τιμή της σχετικής πυκνότητας του Dr (%) είναι μικρότερη. Η τιμή της Dr υπολογίζεται με τη βοήθεια της σχέσης: Dr = (e max -e) / (e max -e min ) όπου e είναι ο πραγματικός δείκτης πόρων της άμμου, e max είναι ο δείκτης πόρων που αντιστοιχεί στην ελάχιστη συμβατική πυκνότητα (π.χ. με απλή απόθεση του υλικού) και e min είναι ο δείκτης πόρων που αντιστοιχεί στη μέγιστη συμβατική πυκνότητα (π.χ. μετά από συμπύκνωση). Σύμφωνα με τους Terzaghi & Peck (1967), στα αμμώδη εδάφη η σχετική πυκνότητα συνδέεται με τον αριθμό κρούσεων Ν SPT της επί τόπου δοκιμής τυποποιημένης διείσδυσης SPT, όπως φαίνεται στον πίνακα που ακολουθεί. 35

37 Πίνακας: 3.4 Σχετική πυκνότητα άμμων ανάλογα με τον αριθμό κρούσεων Ν SPT της δοκιμής τυποποιημένης διείσδυσης SPT (Obermeier et al., 2005) Αριθμός κρούσεων Ν Χαρακτηρισμός Σχετική πυκνότητα Dr (%) 0-4 Πολύ χαλαρό Χαλαρό Ενδιάμεσο Πυκνό >50 Πολύ Πυκνό Κοκκομετρική σύσταση και φυσικά χαρακτηριστικά των εδαφών Τα πρώτα συμπεράσματα από τις αρχικές μελέτες του φαινομένου της ρευστοποίησης χαρακτήριζαν ως επιδεκτικούς προς ρευστοποίηση τους εδαφικούς σχηματισμούς οι οποίοι αποτελούνταν μόνο από καθαρή άμμο. Τα χονδρόκοκκα εδάφη θεωρούνταν πολύ διαπερατά ώστε να διατηρήσουν την απαιτούμενη υπερπίεση του νερού των πόρων μέχρις ότου να προκληθεί ρευστοποίηση. Ιστορικά περιστατικά, όμως, ρευστοποίησης αδρόκοκκων εδαφικών σχηματισμών οδήγησαν στην επαναδιατύπωση των παραπάνω συμπερασμάτων ως προς την πιθανότητα ρευστοποίησης αυτών, η οποία αποδείχθηκε τελικά αυξημένη. Η πρώτη προσπάθεια συσχέτισης φυσικών χαρακτηριστικών αργίλων και ιλύων, πραγματοποιήθηκαν στην Κίνα από τον Wang (1979). Σύμφωνα με τα «Κινέζικα Κριτήρια» τα αργιλικά εδάφη πρέπει να θεωρούνται μη ρευστοποιήσιμα, ενώ για τον χαρακτηρισμό ενός εδάφους επιδεκτικό προς ρευστοποίηση θα πρέπει να πληρούνται οι παρακάτω προϋποθέσεις: Ποσοστό λεπτόκοκκων (<0,005mm) < 15% Όριο Υδαρότητας < 35% Περιεχόμενη υγρασία > 0,9 x Όριο Υδαρότητας Ο Koester (1992) πρότεινε τη μείωση της τιμής του LL από 35% σε 31%. Τέλος οι Andrews & Martin (2000) τροποποίησαν τις προηγούμενες θεωρίες και το πλαίσιο στο οποίο κατέληξαν για το χαρακτηρισμό ενός λεπτόκοκκου εδαφικού σχηματισμού ως επιδεκτικού προς ρευστοποίηση παρουσιάζεται στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας: 3.5 Κριτήρια επιδεκτικότητας προς ρευστοποίηση ιλυώδων και αργιλώδων άμμων (τροποποιημένο από Andrews & Martin, 2000) Ποσοστό κόκκων μεγέθους Όριο Υδαρότητας, LL<32 Όριο Υδαρότητας, LL 32 αργίλου <10% Επιδεκτικό Περαιτέρω διερεύνηση κρίνεται απαραίτητη 10% Περαιτέρω διερεύνηση κρίνεται απαραίτητη Μη επιδεκτικό Γενικά, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία (Seed et al., 2003) διακρίνονται τρεις κατηγορίες επιδεκτικότητας προς ρευστοποίηση των εδαφικών σχηματισμών (Πίνακας 3.5). 36

38 Πίνακας: 3.6 Κατηγορίες επιδεκτικότητας προς ρευστοποίηση των εδαφικών σχηματισμών PI (δείκτης πλαστικότητας) LL (όριο υδαρότητας) Περιεχόμενη υγρασία Χαρακτηρισμός <12 <37 >80%LL Εν δυνάμει ρευστοποιήσιμα <20 <37 >85%LL Επιδεκτικά προς ρευστοποίηση Μη επιδεκτικά προς ρευστοποίηση Ζώνη A B C Στην περιοχή της ζώνης Β ταξινομούνται εδάφη, στην πλειοψηφία τους άργιλοι χαμηλής πλαστικότητας CL, με μερικές εξαιρέσεις ιλύων χαμηλής πλαστικότητας ML και μπορεί να προκαλέσουν εκτεταμένες ζημιές λόγω μείωσης της αντοχής τους κατά τη διάρκεια σεισμικών ανακυκλιζόμενων διατμητικών φορτίσεων. Τα κριτήρια τα οποία χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση τέτοιων εδαφών Youd (1998) είναι τα παρακάτω: Τιμή ευαισθησίας μεγαλύτερη του 4 Όριο Υδαρότητας μικρότερο του 40 Περιεχόμενη υγρασία μεγαλύτερη του 90% του LL Διορθωμένος αριθμός κρούσεων δοκιμής SPT (Ν 1 ) 60 μικρότερος του Ιστορικά περιστατικά Η ύπαρξη ιστορικών περιγραφών συντελεί στην αξιολόγηση της περιοχής ως θέση όπου στο μέλλον υπάρχει πιθανότητα εμφάνισης ρευστοποίησης, ενώ η έλλειψη παρόμοιων αναφορών δε θα πρέπει να αποκλείει την πιθανότητα πρόκλησης ρευστοποίησης όταν τα υπόλοιπα δεδομένα οδηγούν σε αυτό το συμπέρασμα. Ο συνδυασμός ιστορικών εμφανίσεων ρευστοποίησης με το βαθμό επιδεκτικότητας των περιοχών με βάση τα γεωλογικά και γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά της τοποθεσίας, όπως αυτά αναλύθηκαν παραπάνω, παρέχει τη δυνατότητα οριοθέτησης περιοχών επιδεκτικών προς ρευστοποίηση και τη σύνταξη αντίστοιχων προκαταρκτικών χαρτών (Παπαθανασίου, 2006). 37

39 Κεφάλαιο 4: Τα Κτίρια της Λευκάδας 4.1) Κατηγορίες κτιρίων Τα περισσότερα οικήματα στην πόλη της Λευκάδας μπορούν να ταξινομηθούν σε πέντε κατηγορίες: 1) Μονώροφα ή διώροφα παραδοσιακά κτίρια με φέρουσα λιθοδομή (Local Construction Practices, Stone Masonry LCP-SM): Στα κτίρια αυτά ανήκουν τα παλαιά κτίρια κατοικιών, επαγγελματικών ή αποθηκευτικών χώρων. Η φέρουσα τοιχοποιία είναι κατασκευασμένη από λιθοδομή με συνδετικό υλικό από ασβέστη ή πιο σπάνια από τσιμέντο ή λάσπη. Ένα μικρό ποσοστό από τις κατασκευές αυτές μπορεί να έχει «σενάζ» από ξύλο (διαζώματα) ή σκυρόδεμα ή ξύλινα διαγώνια δεσίματα. Στην πλειονότητά τους τα κτίρια αυτά δεν έχουν μελετηθεί σύμφωνα με κάποιο αντισεισμικό κανονισμό και διαθέτουν έναν, δύο και σπανιότερα μέχρι τρεις ορόφους. Στην πόλη της Λευκάδας αποτελούν περίπου το 6% του συνόλου των κτιρίων. Οι αστοχίες μπορεί να αποδοθούν κυρίως σε ελλιπή ή και σε ανύπαρκτα μέτρα σεισμικής προστασίας (σχεδόν όλα κτίστηκαν χωρίς τη συμμόρφωση σε κάποιον αντισεισμικό κανονισμό), καθώς και στην ήδη κακή κατάστασή τους πριν από το σεισμό (λόγω μεγάλης ηλικίας και ανεπαρκούς συντήρησης). Εικόνα 4.1: Μονώροφα ή διώροφα παραδοσιακά κτίρια με φέρουσα λιθοδομή (Kalantoni et al., 2013) 2) Παραδοσιακά κτίρια με αμιγή ξύλινο φέροντα σκελετό (Local Construction Practices, Pontelarisma LCP-P): Πρόκειται για μία παραδοσιακή, ιδιαίτερα ελαφρά καθότι διαθέτουν μικρή μάζα, Λευκαδίτικη τυπολογία με αμιγή ξύλινο δομικό σύστημα ανάληψης των φορτίων, με ή χωρίς τοιχοπλήρωση από πλίνθους. Κτίρια αυτού του τύπου υπάρχουν μέχρι τριώροφα και λειτουργούν είτε ως κατοικίες είτε ως επαγγελματικοί χώροι, ενώ πολλά εξ αυτών είναι ηλικίας άνω των 100 ετών. Αποτελούν το 15% του συνόλου των κτιρίων της πόλης της Λευκάδας. Τα φατνώματα των ξύλινων πλαισίων έχουν διαγώνιες ράβδους για την παραλαβή των εγκάρσιων δυνάμεων. Στα κτίρια αυτά δεν παρουσιάστηκε βλάβη στο φέροντα ξύλινο σκελετό, πλην λίγων περιπτώσεων όπου είχε προηγηθεί αυθαίρετη αφαίρεση των ενισχυτικών ξύλινων κομβογωνιών ή κάποιων διαγώνιων ράβδων από τους σημερινούς ιδιοκτήτες των κτιρίων, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη μεγάλων οριζόντιων μετατοπίσεων των ορόφων στις περιοχές αυτές. 38

40 Εικόνα 4.2: Παραδοσιακά κτίρια με αμιγή ξύλινο φέροντα σκελετό (Kalantoni et al., 2013) 3) Παραδοσιακά κτίρια με διπλό δομικό σύστημα ανάληψης φορτίων από φέρουσα λιθοδομή και ξύλινο σκελετό (Local Construction Practices, Timber Frame LCP-TF): Πρόκειται για μία παλιά Λευκαδίτικη τυπολογία με διπλό δομικό σύστημα ανάληψης σεισμικών φορτίων, το οποίο αποτελείται από φέρουσα λιθοδομή στο ισόγειο, στατικά συνεργαζόμενη με παράλληλο τρισδιάστατο ξύλινο πλαίσιο. Στους ορόφους που βρίσκονται άνω του ισογείου ο ξύλινος τρισδιάστατος σκελετός συνεχίζεται, με ή χωρίς τοιχοπλήρωση από πλίνθους χτισμένους με ασβεστοκονίαμα. Κτίρια αυτού του τύπου υπάρχουν μέχρι τριώροφα και λειτουργούν ως κατοικίες, επαγγελματικοί χώροι ή ακόμα και για τη στέγαση διαφόρων Δημόσιων Υπηρεσιών, ενώ αποτελούν το 34% του συνόλου των κτιρίων της πόλης της Λευκάδας. Τα κτίρια αυτά συμπεριφέρθηκαν ικανοποιητικά παρά την παλαιότητά τους και την υψηλή αναπτυσσόμενη σεισμική εδαφική επιτάχυνση. Εικόνα 4.3: Παραδοσιακά κτίρια με διπλό δομικό σύστημα ανάληψης φορτίων από φέρουσα λιθοδομή και ξύλινο σκελετό (Kalantoni et al., 2013) 39

41 4) Κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα (Ο.Σ.) (Reinforced Concrete Frame - RCF): Στην πλειονότητά τους είναι κτίρια κατοικιών, γραφείων ή ξενοδοχείων με φέροντα οργανισμό από επιτόπου εγχυμένο οπλισμένο σκυρόδεμα και τοιχοποιίες πλήρωσης από διάτρητα τούβλα με μέγιστο αριθμό ορόφων τους τέσσερις (και σε ελάχιστες περιπτώσεις υπάρχει πατάρι προσαυξάνοντας έμμεσα τον αριθμό ορόφων σε πέντε). Σε μερικά από αυτά τα κτίρια οι όροφοι κατασκευάζονται με ξύλινο σκελετό - στις περισσότερες περιπτώσεις σε μεταγενέστερο στάδιο από το ισόγειο - και οι στέγες τους αποτελούνται από ξύλινες δοκούς που καλύπτονται με κεραμίδια. Αποτελούν το 45% του συνόλου των κτιρίων της πόλης της Λευκάδας. Τα περισσότερα κτίρια είναι σχεδιασμένα σύμφωνα με τον Ελληνικό Αντισεισμικό Κανονισμό του 1959, ενώ ένα σημαντικό ποσοστό έχει σχεδιασθεί με τον κανονισμό του Μερικά από αυτά τα κτίρια έχουν υποστεί σημαντικές βλάβες στο φέροντα οργανισμό και στους τοίχους πλήρωσης, οι οποίες επεκτείνονται και στους ανώτερους ορόφους. Οι διάφορες βλάβες που παρατηρήθηκαν (κατάρρευση ενός κτιρίου και τοπικές αστοχίες στο φέροντα οργανισμό σε άλλες περιπτώσεις) μπορούν να αποδοθούν μάλλον σε ανεπαρκή σχεδιασμό και ποιότητα κατασκευής παρά στην ισχύ της σεισμικής διέγερσης. Οι τοπικές βλάβες που παρατηρήθηκαν σε παραδοσιακά κτίρια (από λιθοδομή ή με διπλό φέροντα οργανισμό) μπορεί να αποδοθούν σε μεγάλη ηλικία, προϋπάρχουσα κακή κατάσταση λόγω ελλιπούς συντηρήσεως, καθώς και στην έλλειψη επαρκών αντισεισμικών μηχανισμών. Σε πολλές περιπτώσεις οι αστοχίες περιορίσθηκαν σε μη φέροντα στοιχεία, όπως σε τοιχοποιίες πλήρωσης σε φέροντες οργανισμούς από Ο.Σ. ή ξύλινους. Εικόνα 4.4: Κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα (Ο.Σ.) (Kalantoni et al., 2013) 40

42 5) Μεσαιωνικά και μεταγενέστερα μνημεία: Στην κατηγορία αυτή εντάσσονται κατασκευές με σημαντική πολιτιστική κληρονομιά, όπως Μεσαιωνικά και μεταγενέστερα μνημεία (Ιεροί Ναοί, κάστρα) - συνήθως χωρίς την ύπαρξη ιδιαίτερων αντισεισμικών μέτρων. Οι Ιεροί Ναοί υπέστησαν τις σοβαρότερες και εκτενέστερες βλάβες. Περισσότεροι από σαράντα Ιεροί Ναοί σε ολόκληρο το νησί (με την πλειονότητα αυτών στην πόλη της Λευκάδας) τέθηκαν εκτός λειτουργίας μέχρι να επισκευαστούν. Οι Ναοί στη Λευκάδα είναι κατασκευασμένοι από λιθόκτιστη περιμετρική τοιχοποιία, έχουν ορθογωνική κάτοψη και ξύλινη στέγη. Οι σοβαρότερες βλάβες (ρηγματώσεις) παρατηρήθηκαν στους περιμετρικούς τοίχους, καθώς επίσης και στις γωνίες συμβολής δύο εγκάρσιων τοίχων. Μερικοί από αυτούς έχρηζαν άμεσης τοπικής υποστύλωσης και υποστήριξης για αποτροπή περαιτέρω εκδήλωσης βλαβών με πιθανές καταρρεύσεις. Εικόνα 4.5: Μεσαιωνικά και μεταγενέστερα Μνημεία (Ινστιτούτο Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών, 2004) 4.2) Εκτίμηση της τρωτότητας των κτιρίων στην Παλιά Πόλη της Λευκάδας Στο πλαίσιο της εμπειρικής προσέγγισης της τρωτότητας των κτιρίων στην Παλιά Πόλη της Λευκάδας εφαρμόστηκαν για την ταξινόμηση τους οι κατευθυντήριες γραμμές της EMS-98 με βάση τα διαθέσιμα στοιχεία της απογραφής από την Ελληνική Στατιστική Αρχή (2001) και μια έρευνα απογραφής που πραγματοποιήθηκε το 2012 (Kalantoni et al., 2013). Κάθε ένα από τα 1420 κτίρια που βρίσκονται στην πόλη της Λευκάδας χαρακτηρίστηκε με έναν δείκτη τρωτότητας (VC) και μια τάξη τρωτότητας, ενώ εισήχθησαν ενδιάμεσες τάξεις στις κύριες κατηγορίες της κλίμακας EMS-98 (A-F),για να αποδοθούν σωστότερα οι τάξεις ακόμη και σε κτίρια που ακολουθουν την τοπική παραδοσιακή αρχιτεκτονική της Λευκάδας. Η εμπειρική κατάταξη των κτιρίων σε κατηγορίες τρωτότητας είναι αρκετά γενική. Πολυάριθμες μελέτες σχετικά με τις σεισμικές βλάβες έχουν αποδείξει πως η χαρακτηριστική τρωτότητα δεν είναι ακριβής κατά τη διάρκεια ισχυρών σεισμών, καθώς κτίρια που ανήκουν στην ίδια τάξη τρωτότητας συμπεριφέρονται διαφορετικά. Για αυτό το λόγο, είναι προτιμότερη η μετατροπή των ποιοτικών περιγραφών (VC) σε μετρήσιμα μεγέθη. Οι δείκτες ευπάθειας (VI) κατατάσσουν την κτιριακή συμπεριφορά σε έναν σεισμό. Οι Giovinazzi και Lagomarsino (2004) πρότειναν μια 41

43 μεθοδολογία η οποία επιτρέπει την πιθανότητα απόδοσης μιας τιμής VI αντί της τάξης τρωτότητας της EMS-98 εφαρμόζοντας τη θεωρία ασαφών συνόλων. Μετά την κατάταξη των κτιρίων σε VC με την παραπάνω μεθοδολογία υπολογίστηκε μια τιμή VI για κάθε κτίριο. Μια αριθμητική κλίμακα που κυμαίνεται από 0 έως 1 (από τη μικρότερη στη μεγαλύτερη τρωτότητα, αντίστοιχα) δημιουργήθηκε για την εκτίμηση της πιθανότητας της συμπεριφοράς των κτιρίων. Στην προσέγγιση που εφαρμόστηκε, η τιμή VI μιας κατασκευής υπολογίζεται ως το άθροισμα της πλέον πιθανής τιμής με βάση την τάξη τρωτότητας από τη βιβλιογραφία (Πίνακας 4.1) και τους εμπειρικούς δείκτες τρωτότητας. Αυτοί οι δείκτες μπορεί να έχουν θετική ή αρνητική τιμή με την αύξηση ή μείωση της τρωτότητας αντίστοιχα (Πίνακας 4.2). Μετά την παραπάνω διαδικασία μια τιμή VI αποδόθηκε σε κάθε κτίριο στη Λευκάδα. Για τα κτίρια LCP-SM και RCF, υπάρχουν τιμές για τις πιο σημαντικές παραμέτρους που επηρεάζουν την κατάσταση τρώτοτητας από τους Giovinazzi και Lagomarsino (2004). Για τα κτίρια LCP-TF και τα LCP-P δεν υπήρχαν τέτοιες τιμές διαθέσιμες. Έτσι, αξιολογήθηκε κάθε παράμετρος και το βάρος της, σύμφωνα με τους κανόνες της EMS-98 και τη βιβλιογραφία (Αναγνωστόπουλος, 1994) λαμβάνοντας υπόψη την τρωτότητα των κατασκευών με ξύλινο σκελετό (timber frame construction). Για το μεγαλύτερο μέρος των κτιρίων τύπου LCP-P, κατασκευάστηκε αρχικά η λίθινη τοιχοποιία του ισογείου (SM). Στη συνέχεια, εγκαταστάθηκαν τα ξύλινα πλαίσια των ορόφων (TF) τα οποία καρφώθηκαν πάνω στους πέτρινους τοίχους του ισογείου. Επίσης, προστίθεται ένα δεύτερο σύστημα πλαισίων στο ισόγειο για τη στήριξη του βάρους του φορτίου των ορόφων σε περίπτωση που οι τοίχοι του ισογείου υποστούν βαριές βλάβες ή καταρρεύσουν κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, και μέχρι το ισόγειο να επισκευαστεί (Βιντζηλαίου et al., 2007). Ένα τέτοιο σύστημα δείχνει πως η αντισεισμική συμπεριφορά αλλά και η τρωτότητα σε ένα κτίριο LCP-P καθορίζεται αποκλειστικά από την τρωτότητα του ισογείου (SM). Επομένως, παραβλέπονται όλες οι παράμετροι που επηρεάζουν τα αποτελέσματα της VI λόγω των ξύλινων πλάισίων του ή των πάνω ορόφων. Για τον ίδιο λόγο μόνο το RCF μέρος των κατασκευών θεωρείται ευάλωτο για τις κατασκευές RCF-TF (Καραμπαμπά και Πομώνης, 2011). Πίνακας 4.1: Τιμές για τους δείκτες τρωτότητας (Giovinazzi και Lagomarsino, 2004). VC: Vulnerability Class (Τάξη Τρωτότητας), VI: Vulnerabiblity Index (Δείκτης Τρωτότητας) VC Most probable VI Range of most probable VI A B C D E F

44 Πίνακας 4.2: Τιμές για δείκτες συμπεριφοράς. TF=Timber Frame, SM=Stone Masonry, RCF=Reinforce Concrete Frame, ERD=Earthquake Resistant Design (Kalantoni et al., 2013) Vulnerability Parameters TF SM RCF with ERD Low Medium Modern Level of Good maintenance Poor Number of storeys n/a n/a 0 Vertical irregularity Plan irregularity Mass distribution Geometry Structural system (wall thickness, distance, connections) -0.04/ /0.04 Roof weight, thrust and connections Corner Location in the Between building block buildings Header Interventions /0.08 Height difference with adjacent buildings in aggregate constructions /0.04 Πίνακας 4.3: Επεξήγηση των βαθμών βλάβης (Damage Grade-DG) σύμφωνα με το EMS-98. (Kalantoni et al., 2013) DG DG1 DG2 DG3 DG4 DG5 Περιγραφή Επιρρεπή σε ελαφρές ζημιές (χωρίς δομικές βλάβες, ελαφρές μη δομικές ζημιές) Μέτριες ζημιές (ελαφρές δομικές βλάβες, μέτριες μη-δομικές ζημιές) Κυρίως μεγάλες ζημιές (μέτριες δομικές βλάβες, σημαντικές μη-δομικές ζημιές) Πολύ μεγάλες ζημιές (σημαντικές δομικές βλάβες, πολύ σημαντικές μη-δομικές ζημιές) Καταστροφή (πολύ σημαντικές δομικές ζημιές) 43

45 Πίνακας 4.4: Τάξεις Τρωτότητας (Vulnerability Classes-VC) στην παλιά πόλη της Λευκάδας πριν από τον σεισμό του 2003, σε σχέση με τον Βαθμό Βλάβης (Damage Grade-DG) σύμφωνα με το EMS- 98 (επιθεώρηση κτιρίων μετά τον σεισμό του 2003). (Kalantoni et al., 2013) VC DG1 DG2 DG3 DG4 (%) NoB (%) NoB (%) NoB (%) NoB A A-B B B-C C C-D D D-E E *NoB = Αριθμός κτιρίων (number of Buildings), (%) = Ποσοστό επιθεωρημένων κτιρίων αναφορικά με κάθε τάξη τρωτότητας 44

46 Κεφάλαιο 5: Βλάβες και Αποτελέσματα του Σεισμού της Λευκάδας το ) Παράμετροι σεισμού Στις 14 Αυγούστου του 2003 ένας σεισμός έπληξε το νησί του Ιονίου, Λευκάδα. Το πιθανότερο είναι ότι είναι αποτέλεσμα του ρήγματος της Κεφαλονιάς. Η μετασεισμική ακολουθία τις πρώτες 24 ώρες ήταν μεγάλη, ενώ όσο περνούσαν οι μέρες μειωνόταν. Τρεις κύριοι μετασεισμοί υπήρξαν τις πρώτες 12 ώρες με μέγεθος 5.3, 5.4 και 4.7 αντίστοιχα. Ινστιτούτο NOΑ Harvard CTM USGS ETHZ Χρόνος 2003/08/ Τοποθεσία 38.81N 20.56E 38.73N 20.67E 39.17N 20.74E 39.24N 20.49E Βάθος Μέγεθος 5.9 (Mw) 6.2 (Mw) 6.2 (Mw) 6.3 (Mw) Ο σεισμικός κραδασμός όπως αποτυπώνεται στη μία και μοναδική καταγραφή, η οποία έγινε στο Νοσοκομείο της Λευκάδας, περιέχει τουλάχιστον 8 σημαντικούς κύκλους πλάτους 0.30g ή μεγαλύτερους, έχει κορυφαία τιμή επιτάχυνσης 0.42g, δεσπόζουσες περιόδους περί τα 0.5sec και μέγιστη φασματική περίπου 2sec. Κραδασμός αυτού του είδους αποδεικνύεται ότι είναι άκρως δυσμενής: (α) για ανελαστικά συστήματα με μη-συμμετρική δύναμη επαναφοράς, όπως οι τοίχοι αντιστηρίξεως και (β) για συστήματα ευαίσθητα σε μηχανισμό κοπώσεως, όπως το ρευστοποιήσιμο έδαφος. Αυτός άλλωστε είναι και ο λόγος που εξηγείται ποιοτικά η μεγάλη έκταση των αντίστοιχων ζημιών και αστοχιών, σε αντίθεση με την ικανοποιητική συμπεριφορά των κτιρίων (Γκαζέτας et al., 2004). 5.2) Βλάβες στην ευρύτερη περιοχή της Λευκάδας Το υπέδαφος της πόλης της Λευκάδας, εξαιτίας του σχετικά μικρού του πάχους ( 15m), αποδεικνύεται ότι έπαιξε σημαντικό συντονιστικό ρόλο και συνέβαλε στη μεγέθυνση (σε μικρό ή μεγάλο βαθμό) της έντασης του κραδασμού στην εδαφική επιφάνεια. Η ρευστοποίηση στην ευρύτερη περιοχή του Λιμένος Λευκάδας ήταν περιορισμένης έκτασης και συνέβη σε μικρού πάχους, χαλαρές στρώσεις αμμοϊλύος, οι οποίες δεν θα ήταν εύκολα ανιχνεύσιμες με τις γεωτρήσεις μιας συνήθους γεωτεχνικής έρευνας (Γκαζέτας et al., 2004). Όσον αφορά τις κατολισθήσεις που εκδηλώθηκαν κατά το μεγάλο αυτό σεισμό, κατανεμήθηκαν πάνω στην επιφάνεια της νήσου κατά τρόπο που δείχνει την επίδραση τριών θεμελιωδών παραγόντων όπως ακριβώς αυτοί είχαν καθορισθεί στη σχετική «Αναλυτική Μελέτη Σεισμοτεκτονικής και Σεισμικής Επικινδυνότητας και Γεωτεχνικών Συνθηκών» που είχε γίνει στη νήσο στα πλαίσια περιφερειακού επιχειρησιακού προγράμματος, το οποίο εκπονήθηκε την πενταετία

47 Με βάση τα παραπάνω, στα φαινόμενα των κατολισθήσεων επέδρασαν (Lekkas et al, 2003): 1. Η φυσική κατάσταση και αντοχή των πετρωμάτων, όπως αυτά υφίστανται στη νήσο. 2. Η μορφολογία και ιδιαιτέρως η κατανομή των φυσικών πρανών, που είναι κυρίως αποτέλεσμα της νεοτεκτονικής εξέλιξης. 3. Οι ανθρωπογενείς παρεμβάσεις, όπου τα πετρώματα παρουσιάζουν χαμηλούς δείκτες γεωμηχανικών χαρακτηριστικών. Ο σεισμός ανέδειξε μεταξύ άλλων τον ιδιαίτερο και πολύπλευρο ρόλο του εδάφους στη διαμόρφωση της ισχυρής σεισμικής κίνησης. Αυτό έγινε αντιληπτό με διαφορετικούς τρόπους: α) ενίσχυση του σεισμικού κραδασμού λόγω ύπαρξης ιδιαίτερων τοπικών εδαφικών συνθηκών (έντονη μη-γραμμική συμπεριφορά επιφανειακών εδαφικών στρώσεων), β) εμφάνιση έντονων πλευρικών (μόνιμων) εδαφικών μετατοπίσεων, δυναμικών καθιζήσεων και συνιζήσεων, σημαντική μείωση της διατμητικής αντοχής εδαφικών στρώσεων, τοπική εμφάνιση ρευστοποίησης και τέλος, γ) αστοχίες φυσικών πρανών, τεχνητών πρανών ορυγμάτων και επιχωμάτων οδοποιίας (Ινστιτούτο Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών, 2004). Εικόνα : 5.1 Βλάβες του σεισμού της Λευκάδας το 2003 (EERI, 2003) Οι εκτιμώμενες εντάσεις στο νησί έχουν εύρος από VI ως VIII+, ενώ η μέγιστη εκτιμώμενη ένταση είναι αυτή που παρατηρήθηκε στο βορειότερο μέρος του νησιού (VIII στη πόλη της Λευκάδας, VIII+ στη παραλία Πευκούλια). Τα μακροσεισμικά αποτελέσματα μοιάζουν πολύ με παλαιότερων σεισμών (1625, 1630, 1704, 1914, 46

48 1948). Το νησί αυτό έχει υποστεί σημαντικές εδαφικές αστοχίες και ζημιές κατά τη διάρκεια σχεδόν όλων των γνωστών σεισμικών δραστηριοτήτων, είτε στα βορειότερα μέρη όπως στα τωρινά δρώμενα είτε στα νοτιότερα. Παρατηρήθηκαν φαινόμενα ρευστοποίησης, καθώς είχαμε εκτοξεύσεις άμμου και εδαφικές ρωγμές, με την εκτόξευση μίγματος λάσπης και νερού στις παραθαλάσσιες περιοχές της πόλης της Λευκάδας και στα χωριά Νυδρί και Βασιλική. Δείγματα από αυτές τις εκτοξεύεις λήφθηκαν ώστε να εξεταστεί η επιδεκτικότητα της περιοχής ως προς την ρευστοποίηση. Τα αποτελέσματα από την κοκκομετρική ανάλυση δείχνουν ότι οι τιμές διασποράς βρίσκονται ανάμεσα στα πιθανά εύρη για ρευστοποίηση και έτσι καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η περιοχή θεωρείται ευπαθής στη ρευστοποίηση ως προς το μέγεθος κόκκων (Papathanassiou et.al., 2005). 5.3) Βλάβες στο Λιμάνι της Λευκάδας Η νεόδμητη Μαρίνα Αναψυχής της Λευκάδας, παρά το μικρό θαλάσσιο βάθος (3.5m) και το συντηρητικό γεωμετρικό σχεδιασμό των κρηπιδοτοίχων και παρά την ευμενή συγκυρία της εν-ξηρώ κατασκευής της, υπέστη σημαντικές μετατοπίσεις, παραμορφώσεις και καθιζήσεις. Τα πασσαλοθεμελιωμένα μικρά κτίρια της Μαρίνας δεν ακολούθησαν τις ανωτέρω μετατοπίσεις και παρέμειναν άθικτα. Καθοριστικής σημασίας για τις αστοχίες και μετακινήσεις του λιμένα της Λευκάδας είναι τα ακόλουθα αίτια: (α) οι κατασκευαστικές κακοτεχνίες, ιδίως στην τοποθέτηση των ογκολίθων που επιβεβαιώθηκαν μέσω δύτη, (β) η ανεπάρκεια ή και έλλειψη μελέτης και (γ) η εδαφική συνίζηση λόγω πλημμελούς συμπυκνώσεως των επιχώσεων (Γκαζέτας et al., 2004). 5.4) Εδαφικές Διαρρήξεις Ο κύριος σεισμός δημιούργησε ένα μεγάλο αριθμό διαρρήξεων που προκάλεσαν ζημιές σε δρόμους, τουριστικές εγκαταστάσεις, ανοιχτούς χώρους αναψυχής καθώς και σε λιμενικές εγκαταστάσεις (Μαρίνα στην πόλη της Λευκάδας). Οι περισσότερες από αυτές εμφανίστηκαν κατά μήκος της Βορειοανατολικής παράκτιας ζώνης, κοντά στην πόλη της Λευκάδα. Οι περισσότερες διαρρήξεις συνδέονται με τα φαινόμενα ρευστοποίησης που εμφανιστήκαν στο νησί μετά το σεισμό. Εικόνα 5.2: Διαρρήξεις στο λιμάνι της Λευκάδας (Ινστιτούτο Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών, 2004) 47

49 5.5) Ρευστοποιήσεις Ρευστοποιήσεις εδαφών εμφανίστηκαν σε πολλές περιοχές της Λευκάδας και προκάλεσαν μικρές ζημιές σε δρόμους, παραλίες και λιμενικές εγκαταστάσεις. Εμφανίστηκαν κυρίως σε παράκτιες περιοχές με προσχώσεις και αλλουβιακές αποθέσεις, όπου ο υδροφόρος ορίζοντας βρισκόταν στα 0.7m τουλάχιστον και από τις διαρρήξεις ή τις μετακινήσεις εδαφών που δημιουργηθήκαν εμφανίστηκε άμμος και λάσπη. Εικόνα 5.3: Ρευστοποιήσεις στο λιμάνι της Λευκάδας (Ινστιτούτο Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών, 2004) 5.6) Βλάβες σε κτιριακές κατασκευές Παρά την ισχύ της δόνησης και τις κακές σε μερικές περιπτώσεις εδαφικές συνθήκες (όπως στην πόλη της Λευκάδας), οι βλάβες στα κτίρια ήταν μάλλον περιορισμένες. Λόγω της ειδικής μορφής του φάσματος απόκρισης (μετατόπιση αιχμών προς μεγαλύτερες περιόδους), τα χαμηλού ύψους κτίρια με μικρή (<0.20sec) ιδιοπερίοδο (τα οποία και αποτελούν την πλειονότητα των κατασκευών) δεν υπέστησαν μεγάλες επιπονήσεις. Τα κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα έχουν κατασκευασθεί σύμφωνα με τους σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς, διαθέτοντας έτσι υψηλότερα όρια αντοχής σε σεισμικές δράσεις (Ινστιτούτο Τεχνικής Σεισμολογίας και Αντισεισμικών Κατασκευών, 2004). Γενικά, η σεισμική συμπεριφορά των κτιρίων κατά το σεισμό του 2003 θεωρείται επαρκής. Οι κατασκευές που υπέστησαν ζημιές (μικρές ή μεγάλες) ήταν κυρίως μονοκατοικίες και διώροφα κτίρια. Η κατανομή των κατασκευών που υπέστησαν ζημιές στο χώρο δείχνουν συγκέντρωση στο κεντρικό μέρος της πόλης (στην περιοχή 48

50 της αγοράς) και παράλληλα στο νότιο πεζόδρομο, όπου υπήρξε και μια γενική αστοχία του λιμένος. Με μια πρώτη παρατήρηση μπορούμε να συνδέσουμε την κατανομή αυτή με την ύπαρξη ασταθούς ορόφου (soft-storey) στην κεντρική περιοχή της αγοράς, καθώς υπάρχουν αρκετές αλλαγές από πρωταρχικά κατοικίες σε μετέπειτα μαγαζιά. Η δεύτερη παρατήρηση έχει να κάνει με το φαινόμενο της ρευστοποίησης. Επιπροσθέτως, το μέγεθος των ζημιών σχετίζεται με τη σχετική θέση των κτιρίων στο οικοδομικό τετράγωνο, με αυτά που βρίσκονται στις γωνίες-άκρες να παρουσιάζουν μερικώς συστηματικές αστοχίες (Kalantoni et al., 2013). Σε σύνολο κτιρίων σε όλο το νησί, 113 κατασκευές (ποσοστό 0.72%) εμφάνισαν βαριές βλάβες και κατεδαφίστηκαν. Σε 350 κτίρια στην πόλη της Λευκάδας (σε σύνολο περίπου 1450 κτιρίων), οι 124 κατασκευές με δομικό σύστημα από οπλισμένο σκυρόδεμα εμφάνισαν τη μικρότερη σεισμική τρωτότητα ως προς τις κατασκευές με άλλο δομικό υλικό. Οι κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος παρουσίασαν βαριές ή μέτριες βλάβες (βαθμός βλάβης 3, σύμφωνα με την EMS) σε ποσοστό 37.9%. Τα αντίστοιχα ποσοστά για τα υπόλοιπα συστήματα (φέρουσα τοιχοποιία-λίθινα, διπλό τροπο δομησης-ποντελάρισμα,ξύλο) είναι δυσμενέστερα και κυμαίνονται από 61.4% έως 70.5%. Στα παραδοσιακά συστήματα δόμησης καθοριστική παράμετρος της αυξημένης τρωτότητάς τους είναι και η σημαντικά μεγαλύτερη ηλικία των κατασκευών αυτών (έντονα προβλήματα συντήρησης και μειωμένης ανθεκτικότητας). Σε 124 κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος: Τα τετραώροφα και τριώροφα κτίρια (81 κατασκευές) εμφάνισαν βλάβες σε ποσοστό 40.7%, ενώ τα μονώροφα και διώροφα κτίρια (43 κατασκευές) είχαν βλάβες σε ποσοστό 32.6%. Στα κτίρια με απουσία τοίχων πλήρωσης στο ισόγειο (28 κατασκευές) εμφανίστηκαν βλάβες σε ποσοστό 53.6%, ενώ στα κτίρια με τοιχοπληρώσεις στο ισόγειο (96 κατασκευές) σε ποσοστό 33.3%. Στα κτίρια που μελετήθηκαν πριν το 1985 (77 κατασκευές) βλάβες εμφανίσθηκαν σε ποσοστό 53.2%, στα κτίρια μετά το 1985 (47 κατασκευές) σε ποσοστό 12.8% και στα κτίρια μετά το 1995 (15 κατασκευές) σε ποσοστό 6.6%, αποδεικνύοντας την αύξηση της σεισμικής ικανότητας που επέφεραν οι νέοι κανονισμοί. Σε δείγμα 75 κατασκευών οι οποίες κατεδαφίστηκαν, ποσοστό 72% αφορούσε κατασκευές σε χρήση. Από την αξιολόγηση των βλαβών σε κατασκευές οπλισμένου σκυροδέματος ως επικρατέστερα αίτια μειωμένης ικανότητας προέκυψαν τα κοντά υποστυλώματα, η απουσία τοιχοποιιών πλήρωσης από το ισόγειο (pilotis), η απουσία περίσφιγξης, η αλληλεπίδραση δομικού συστήματος-τοιχοποιιών πλήρωσης και η ανεπάρκεια των αγκυρώσεων-επιμηκύνσεων του οπλισμού (Καραμπίνης et al., 2006). Η εξέταση μεγάλου αριθμού κτιρίων στο ιστορικό κέντρο της πόλης της Λευκάδας, καθώς και η διερεύνηση της συμπεριφοράς πολλών κτιρίων μετά από τον πρόσφατο σεισμό, απέδειξαν ότι το υπό εξέταση ιστορικό δομικό σύστημα έχει διαμορφωθεί έτσι ώστε να συμπεριφέρεται ικανοποιητικά κατά τη διάρκεια σεισμών. Είναι προφανές ότι τα κτίρια του παραδοσιακού οικισμού (μερικά από τα οποία επέζησαν πολλών ισχυρών σεισμών οι οποίοι συνέβησαν στο νησί κατά την διάρκεια πολλών δεκαετιών) δεν είχαν μελετηθεί με τη σύγχρονη έννοια του όρου. Παρ όλα αυτά, 49

51 παρατηρείται ότι στα τυπικά κτίρια έχουν τηρηθεί κανόνες για τους οποίους είναι σήμερα γνωστό ότι συμβάλουν στην ικανοποιητική συμπεριφορά των δομημάτων έναντι σεισμικής δραστηριότητας. Οι βλάβες που εκδηλώθηκαν σε κτίρια του οικισμού είναι τυπικές για το είδος του δομικού συστήματος. Πρέπει, πάντως, να αναφερθεί ότι σε μεγάλο βαθμό οφείλονται στην ελλιπή συντήρηση (ή στην απουσία συντήρησης) των ξύλινων στοιχείων, καθώς και σε ανθρώπινες επεμβάσεις οι οποίες πραγματοποιήθηκαν χωρίς να ληφθεί υπ όψη ο τρόπος λειτουργίας του δομικού συστήματος. Η μελέτη έδειξε ότι ο παραδοσιακός οικισμός της πόλης της Λευκάδας μπορεί να διατηρηθεί, υπό τον όρο ότι θα ληφθούν μέτρα συμβατά με το δομικό σύστημα όπως το διαμόρφωσαν οι κατασκευαστές του (Τουλιάτος Π., 2006). Ειδικότερα, ζημιές που παρατηρήθηκαν σε σπίτια ήταν οι εξής: Λιθοδομή υπογείου: Ρωγμές με ποικίλα ανοίγματα, οι οποίες ήταν είτε κεκλιμένες είτε κατακόρυφες κοντά στις γωνίες του σπιτιού. Ξύλινοι στρωτήρες στη στέψη της λιθοδομής του ισογείου: Λόγω της φθοράς που είχε υποστεί από το χρόνο επηρεάστηκε η σεισμική απόκριση του κτιρίου. Η φθορά οδήγησε σε μείωση της διατομής του στρωτήρα µε αποτέλεσμα να μεταφέρονται τα φορτία απ ευθείας στο δευτερεύον ξύλινο σύστημα που οδήγησε στην απόκλιση ξύλινων υποστυλωμάτων από την κατακόρυφο. Δευτερεύον φέρον σύστημα (ξύλινα υποστυλώματα και συνδέσεις): Και σ αυτήν την περίπτωση παρατηρήθηκε φθορά και συνακόλουθη μείωση της διατομής των ξύλινων στοιχείων, κυρίως στην βάση τους (λόγω της αυξημένης υγρασίας). Ξυλόπηκτη τοιχοποιία: Παρόμοια φθορά παρατηρήθηκε και στα στοιχεία των ξυλόπηκτων τοίχων. Επιπλέον, σε πολλές περιπτώσεις καταγράφηκαν ρωγμές στις διεπιφάνειες οπτοπλινθοδοµής και περιβαλλόντων ξύλινων στοιχείων καθώς και αστοχία ή εκτός επιπέδου πτώση τμημάτων οπτοπλινθοδοµής. Όλες αυτές οι βλάβες είναι επισκευάσιµες. Στοές (πόντζοι): Στη βάση των υποστυλωμάτων, στα οποία στηρίζεται ο πόντζος, παρατηρήθηκε εκτεταμένη βιολογική φθορά και μετακίνηση των υποστυλωμάτων στη βάση τους. Μεγάλες παραμένουσες οριζόντιες παραμορφώσεις κτιρίων: Πρόκειται για μια αστοχία η οποία παρατηρήθηκε σε κτίρια στα οποία η λιθοδομή του ισογείου είχε κατεδαφισθεί (χωρίς προηγούμενη μελέτη) ώστε να εξυπηρετηθούν νέες χρήσεις. Με τη μερική έστω κατεδάφιση της λιθοδομής του ισογείου ο δευτερεύον εύκαμπτος φέρων οργανισμός μετατράπηκε σε κύριο. Η εξαιρετικά μικρή δυσκαμψία του οδήγησε στην εκδήλωση μεγάλων μόνιµων οριζόντιων παραμορφώσεων στο ισόγειο. 5.7) Βλάβες από καθιζήσεις υπεδάφους Στην πόλη της Λευκάδας και κυρίως στο ιστορικό κέντρο αλλά και στις περιοχές κοντά στην παραλία τα αποτελέσματα δείχνουν μια γενικευμένη καθίζηση της τάξεως των 5-10cm. Οι βλάβες που παρατηρήθηκαν λόγω των καθιζήσεων δεν κρίνονται ως σημαντικές και αυτό οφείλεται κυρίως στη χρήση ξύλινου σκελετού στη θεμελίωση των σπιτιών. Στην οδό Γκολέμη καθώς και στην περιοχή γύρω από 50

52 το κτίριο της Νομαρχίας παρατηρήθηκε αμέσως μετά το σεισμό εισχώρηση νερού και εδαφικού υλικού στα υπόγεια των σπιτιών. 5.8) Βλάβες σε δίκτυα Τις πρώτες τέσσερις ώρες του σεισμού παρατηρήθηκε βλάβη στο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας με αποτέλεσμα να σταματήσει η λειτουργία του αντλιοστασίου. Στη σταθερή τηλεφωνία δεν παρατηρηθήκαν σημαντικές ζημιές. Στην κινητή τηλεφωνία, σύμφωνα με μαρτυρίες, παρατηρήθηκαν προβλήματα. Στην πόλη της Λευκάδας υπήρξαν κάποιες βλάβες στο δίκτυο αποχέτευσης με κυριότερη αυτή στη συμβολή των οδών Αναπαύσεως και 8 ης Μεραρχίας λόγω της οποίας σταμάτησε προσωρινά η επεξεργασία λημμάτων της πόλης στη Μονάδα Βιολογικού Καθαρισμού. 51

53 Κεφάλαιο 6: Συλλογή Δεδομένων Μικροθορύβου στην Πόλη της Λευκάδας 6.1) Αναγκαίος εξοπλισμός Για τη διεκπεραίωση της μεθόδου αυτής χρειαζόμαστε μόνο έναν αισθητήρα τριών συνιστωσών καθώς και έναν ψηφιοποιητή σήματος. Σαν γενικός κανόνας συνίσταται η χρησιμοποίηση σεισμογράφων που έχουν την υψηλότερη συχνότητά τους χαμηλότερη από την συχνότητα που μας ενδιαφέρει, η οποία στη μέθοδο H/V θα πρέπει να είναι η κεντρική συχνότητα της τοποθεσίας, μαζί με κάποιο περιθώριο σφάλματος για σιγουριά. Σύμφωνα με τις οδηγίες του SESAME (Guiller et al., 2008), ο πιο ευέλικτος αισθητήρας είναι ο σεισμογράφος 5sec. Θα μπορούσε, επίσης, να χρησιμοποιηθεί κάποιος άλλος αισθητήρας μεγαλύτερου εύρους αλλά θα χρειαστεί περισσότερη ώρα να σταθεροποιηθεί, συν ότι δεν έχει κάποιο άλλο προτέρημα σε σχέση με τον προαναφερθέντα σεισμογράφο 5sec. Οποιοσδήποτε εξοπλισμός και αν χρησιμοποιηθεί σημαντικό θεωρείται να γίνουν οι σωστές περιοδικές διακυμάνσεις τιμών έτσι ώστε να εντοπιστούν τυχών προβλήματα εκ των προτέρων (Hunter J.A., Crow H.L., 2012). 6.2) Διαδικασία συλλογής δεδομένων Οι πειραματικές παράμετροι που μελετήθηκαν στα πλαίσια του προγράμματος SESAME ταξινομούνται σε τρεις βασικές κατηγορίες: 1. Παράμετροι που σχετίζονται με τα όργανα και την καταγραφή. 2. Παράμετροι που σχετίζονται με την τοποθεσία των μετρήσεων. 3. Παράμετροι που σχετίζονται με τη μεταβλητότητα των εξωτερικών συνθηκών. Όσον αφορά τα όργανα, γνωρίζουμε ότι ο τύπος του ψηφιοποιητή υψηλής ανάλυσης δεν επηρεάζει τα αποτελέσματα. Γενικά, θα πρέπει να αποφεύγεται η χρήση επιταχυνσιομέτρων, αφού τα περισσότερα δεν είναι αρκετά ευαίσθητα για συχνότητες χαμηλότερες από 1Hz, με αποτέλεσμα να δίνουν πολύ ασταθή αποτελέσματα. Δε συνιστάται οι μετρήσεις εδαφικού θορύβου να εκτελούνται χρησιμοποιώντας σεισμόμετρα με φυσική ιδιοπερίοδο υψηλότερη από 20sec, επειδή απαιτούν μεγάλο χρόνο σταθεροποίησης χωρίς ουσιαστικά να δίνουν καλύτερα αποτελέσματα. Ακόμη, δε συνίσταται να χρησιμοποιούνται σεισμόμετρα των οποίων η φυσική συχνότητα είναι μεγαλύτερη από τη χαμηλότερη συχνότητα ενδιαφέροντος (Hunter J.A., Crow H.L., 2012). Όσον αφορά τη διάρκεια των καταγραφών, για να είναι μία μέτρηση αξιόπιστη θα πρέπει να ισχύει η σχέση f 0 >(10/I w ), όπου f 0 η δεσπόζουσα συχνότητα της θέσης και I w είναι το μήκος του παραθύρου. Η συνθήκη αυτή προτείνεται έτσι ώστε στη συχνότητα ενδιαφέροντος να υπάρχουν τουλάχιστον 10 σημαντικοί κύκλοι σε κάθε παράθυρο. Συνίσταται ο συνολικός αριθμός σημαντικών κύκλων n c =I w *n w *f 0 να είναι μεγαλύτερος από 200 (π.χ. για μια κορυφή που βρίσκεται στη συχνότητα 1Hz να υπάρχουν τουλάχιστον 20 παράθυρα 10sec το κάθε ένα ή για μια κορυφή των 0.5Hz να υπάρχουν 10 παράθυρα 40sec). Για να θεωρηθεί μια κορυφή αξιόπιστη ( Clear peak ) θα πρέπει το πλάτος του φασματικού λόγου HVSR (Α 0 ) που αντιστοιχεί στη δεσπόζουσα συχνότητα (f 0 ) της θέσης να έχει τιμή μεγαλύτερη του 2. 52

54 6.3) Παράμετροι καταγραφής Το σεισμόμετρο θα πρέπει να είναι καλά οριζοντιωμένο και το επίπεδο ενίσχυσης του σήματος να είναι καθορισμένο στη μέγιστη, χωρίς κορεσμό, τιμή. Κατά τη σύζευξη εδάφους-σεισμομέτρου πρέπει το σεισμόμετρο να βρίσκεται σε άμεση επαφή με το έδαφος όποτε είναι δυνατόν. Η τοποθέτηση του σεισμομέτρου σε άσφαλτο ή σε οπλισμένο σκυρόδεμα δεν έχει επιπτώσεις στα αποτελέσματα των καμπυλών HVSR σε συχνότητες από 0.2 έως 20Hz, από την άποψη πως δεν παρατηρείται καμία τεχνητή κορυφή. Το σεισμόμετρο θα πρέπει να αποφεύγεται να τοποθετείται σε «μαλακά εδάφη» (λάσπη, οργωμένο χώμα, χλόη κλπ.) ή πάνω σε χώμα μουσκεμένο από βροχή. Πρέπει να αποφεύγονται οι πλάκες από «μαλακά» υλικά όπως το λάστιχο αφρού, το χαρτόνι κλπ.. Σε απότομες κλίσεις που δεν επιτρέπουν τη σωστή οριζοντίωση του σεισμομέτρου, αυτό πρέπει να τοποθετείται σε ένα σωρό άμμου ή σε ένα κιβώτιο γεμάτο άμμο οριζοντιωμένη. Στο χιόνι ή στον πάγο το σεισμόμετρο πρέπει να εγκατασταθεί πάνω σε μία μεταλλική ή ξύλινη πλάκα ή σε ένα κιβώτιο γεμάτο άμμο, έτσι ώστε να αποφεύγεται η κλίση του λόγω υγροποίησης του χιονιού ή του πάγου. Μετεωρολογικές συνθήκες α) Αέρας: Το σεισμόμετρο πρέπει να προστατεύεται από τον άνεμο. Ακόμη και ένας ασθενής άνεμος (ταχύτητας >5m/sec) μπορεί να επηρεάσει έντονα τα αποτελέσματα των καμπυλών HVSR, με την εισαγωγή μεγάλων διαταραχών στις χαμηλές συχνότητες (κάτω από 1Hz) που δε συσχετίζονται με τις εδαφικές συνθήκες της περιοχής. β) Βροχή: Οι μετρήσεις κατά τη διάρκεια δυνατής βροχής πρέπει να αποφεύγονται. Η ελαφριά βροχή δεν έχει καμία σημαντική επίδραση στα αποτελέσματα των καμπυλών HVSR αρκεί το σεισμόμετρο να είναι καλυμμένο. γ) Μετεωρολογικές διαταραχές: Πρέπει να αποφεύγεται η πραγματοποίηση μετρήσεων όταν η βαρομετρική πίεση είναι χαμηλή. Η πιο σημαντική παράμετρος καταγραφής είναι η διάρκεια των μετρήσεων. Σαν οδηγός, όσο πιο χαμηλή είναι η αναμενόμενη κεντρική συχνότητα και όσο πιο «θορυβώδες» είναι το περιβάλλον (π.χ. μετρήσεις κοντά σε αυτοκινητόδρομους μεγάλης κυκλοφορίας, κακές καιρικές συνθήκες κ.ά.) τόσο πιο μεγάλη θα πρέπει να είναι η διάρκεια των καταγραφών. Σύμφωνα πάντα με τις οδηγίες του SESAME, η ελάχιστη προτεινόμενη διάρκεια είναι μεταξύ 2 και 30 λεπτών για τοποθεσίες με δεσπόζουσες περιόδους κάπου μεταξύ 10 και 0.2Hz αντίστοιχα. Να σημειωθεί ότι οι τιμές αυτές είναι οι ελάχιστες προτεινόμενες. Θεωρείται προτιμότερο - εάν δεν είμαστε σίγουροι - να καταγράψουμε για περίοδο μεγαλύτερη από αυτή που υπολογίσαμε ότι χρειάζεται. Δέκα λεπτά περισσότερο στην ύπαιθρο κοστίζουν λιγότερο από το να ξαναγίνουν οι μετρήσεις αφού επιστρέψουμε για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων καταλαβαίνοντας ότι η διάρκεια καταγραφής θα έπρεπε να ήταν μεγαλύτερη. Για τη σύνδεση μεταξύ εδάφους-αισθητήρα προτιμούμε εγκατάσταση σε συμπαγές φυσικό έδαφος. Η επιφάνεια του εδάφους πρέπει να είναι σταθερή κατά την καταγραφή και να μην παραμορφωθεί, ειδάλλως ο αισθητήρας μπορεί να γύρει ή να αλλάξει γωνία, με συνέπεια η μορφή της καμπύλης H/V να αλλάξει. Μετρήσεις σε 53

55 πολύ σκληρό τεχνητό περιβάλλον (π.χ. πεζοδρόμια) πάνω από πιο μαλακά στρώματα θα πρέπει να αποφεύγεται όπου είναι αυτό δυνατόν. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η διαφορά στις ταχύτητες (που σε μια τέτοια περίπτωση θα είναι αντίθετη από το σύνηθες) μπορεί να εξαφανίσει την κορυφή της καμπύλης H/V και να δημιουργήσει πρόβλημα στην ανάλυση, όπως υπέδειξαν οι Castellaro & Mulargia (2009α,β). Παρ όλα αυτά, το πρόγραμμα SESAME έχει αναφέρει μόνο μικρές μεταβολές στις μετρήσεις που έγιναν σε άσφαλτο ή τσιμέντο. Κάποιοι περιβαλλοντολογικοί παράγοντες μπορεί, επίσης, να επηρεάσουν τις καταγραφές. Θα πρέπει να αποφεύγονται καταγραφές κατά τη διάρκεια υψηλών ανέμων, ειδικά σε περιπτώσεις τοποθεσιών με δεσπόζουσες περιόδους μικρότερες από 1 έως 2Hz, καθώς ο άνεμος μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την καμπύλη H/V σε περιόδους τέτοιου εύρους. Επιτρεπτές καταγραφές σε αυτές τις συνθήκες είναι εκείνες όπου ο αισθητήρας βρίσκεται θαμμένος σε μια τρύπα ή προστατεύεται επαρκώς απέναντι στον άνεμο. Κοντινές πηγές θορύβου, όπως κίνηση αυτοκινήτων ή ακόμη και βήματα, μπορεί να δημιουργήσουν παροδικό θόρυβο. Ο παροδικός θόρυβος (θόρυβος μικρής διάρκειας που διαταράσσει τις καταγραφές) έχει επιβλαβές αντίκτυπο στην καμπύλη H/V (πρόγραμμα SESAME, Castellaro & Mulargia, 2010), αν και ο Parolai et al. (2009) αναφέρουν ότι δεν έχει σημαντική επίδραση. Έχοντας στο νου αυτά τα αντιφατικά δεδομένα καλό θα ήταν να γίνει καταγραφή του εδαφικού θορύβου αρκετές δεκάδες μέτρα μακριά από οποιοδήποτε δυνατό παροδικό θόρυβο. Εάν αυτό δεν είναι δυνατό τότε ο παροδικός θόρυβος μπορεί να εξαλειφθεί με τη διαδικασία της επεξεργασίας σήματος, ένα πρόβλημα το οποίο δεν είναι ιδιαίτερα σοβαρό εφόσον το υπόλοιπο σταθερό σήμα είναι επαρκούς διάρκειας ώστε να προβούμε σε αξιόπιστη ανάλυση. Μεγάλο πρόβλημα δημιουργείται από συστηματικές δονήσεις που προκαλούνται από μηχανήματα και θα πρέπει να αποφεύγονται καθώς δημιουργούν λανθασμένα μέγιστα που ουδεμία σχέση έχουν με τους υπεδαφικούς γεωλογικούς σχηματισμούς και μπορεί να επηρεάσουν σημαντικά τη μορφή της καμπύλης H/V σε συχνότητες πάνω από 1Hz (Chatelain et al., 2008, Cara et al., 2010). Εάν τα μέγιστα αυτά βρίσκονται εντός του εύρους συντονισμού περιόδου της τοποθεσίας, η επεξεργασία της καταγραφής για την αφαίρεσή τους δεν μπορεί να γίνει εάν δεν αλλαχτεί το σήμα και συνεπώς το αποτέλεσμα. Μοναδική λύση είναι να ξαναγίνουν οι μετρήσεις χωρίς την παρουσία του μηχανήματος που τη δημιούργησε. Εάν δε γίνεται μελέτη σχετικά με την αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευών τότε ο εδαφικός θόρυβος θα πρέπει να καταγράφεται σε ανοιχτό χώρο. Η απόσταση όπου ο εδαφικός θόρυβος δεν επηρεάζεται από κατασκευές δεν είναι ακόμη καθορισμένος με σιγουριά, αλλά η ελάχιστη απόσταση θα πρέπει να είναι περίπου 15m. Η τιμή αυτή βασίζεται στη μελέτη των Castellaro & Mullargia (2010) οι οποίοι έχουν δείξει ότι κατάσταση ανοιχτού χώρου επιτεύχθηκε περίπου 12m μακριά από βαριές ή/και ψηλές κατασκευές που μελέτησαν, ακόμη και όταν οι καταγραφές έγιναν κάτω από την επίδραση ισχυρών ανέμων. Όσον αφορά μετρήσεις ως προς έναν σταθμό αναφοράς είναι σημαντικό να μη στηριχτούμε σε μία και μοναδική μέτρηση. Τουλάχιστον τρεις καταμετρήσεις πρέπει να γίνουν, προτιμότερα σε τρείς διαφορετικές στιγμές της ίδιας ή διαφορετικής ημέρας, έτσι ώστε να ελεγχθεί η σταθερότητα των καμπύλων H/V (SESAME, 2004). 54

56 6.4) Το πείραμα Τα δεδομένα που αναλύονται καταγράφηκαν το χρονικό διάστημα από 7 έως 12 Οκτωβρίου 2007 στην πόλη της Λευκάδας σε χαρακτηριστικές θέσεις, ώστε να επιτευχθεί πυκνή διάταξη μετρήσεων (τουλάχιστον ανά 200m). Επιλέχθηκαν εβδομήντα οχτώ (78) θέσεις, έτσι ώστε να καλυφθεί ολόκληρη η πόλη της Λευκάδας (Μακρόπουλος κ.ά., 2008). Η επιλογή των θέσεων έγινε με τα ακόλουθα κριτήρια : Δυνατότητα πρόσβασης στην επιλεγμένη θέση. Αποφυγή ανθρωπογενών και άλλων ανεπιθύμητων θορύβων. Παρ όλο που με βάση βιβλιογραφικά δεδομένα δεκάλεπτες μετρήσεις κρίνονταν ικανοποιητικές, οι μετρήσεις σε κάθε θέση είχαν διάρκεια 20 λεπτά τουλάχιστον. Αυτό έγινε προκειμένου κατά την ανάλυση να υπάρχει η δυνατότητα απόρριψης τμημάτων του σήματος με μεταπτώσεις λόγω εξωγενών παραγόντων, αφού οι περισσότερες μετρήσεις έγιναν σε πυκνοκατοικημένες περιοχές, ιδιαίτερα στην περιοχή της παλιάς πόλης. Για την εκτέλεση των μετρήσεων υπαίθρου η ερευνητική ομάδα χωρίστηκε σε γκρουπ δύο ατόμων το καθένα. Εικόνα 6.1: Μέτρηση στην πόλη της Λευκάδας Πίνακας 6.1: Πληροφορίες (θέση, ημερομηνία, χρόνος έναρξης και τέλους της εγγραφής) για τις μετρήσεις του εδαφικού θορύβου στην πόλη της Λευκάδας. Θέση Γ. Πλάτος (º) Γ. Μήκος (º) Ημερομηνία Αρχή Τέλος S :23 16:46 S :54 17:15 S :24 17:49 S :00 18:20 S :26 18:45 S :54 10:16 S :25 10:45 S :52 11:09 S :58 12:18 S :28 12:47 S :54 13:17 S :26 13:45 S :03 14:22 55

57 S :32 14:05 S :02 15:21 S :41 10:01 S :01 10:29 S :38 10:58 S :07 11:27 S :36 11:54 S :09 12:03 S :39 12:58 S :07 13:27 S :35 13:53 S :03 14:22 S :16 15:35 S :41 15:59 S :06 16:24 S :45 17:06 S :11 17:03 S :35 17:55 S :02 18:21 S :03 18:49 S :48 10:08 S :02 10:41 S :53 11:14 S :22 11:41 S :48 12:09 S :19 12:38 S :47 13:06 S :14 13:34 S :39 13:58 S :06 14:26 M :43:50 11:05:30 M :48:20 12:10:00 M :20:00 12:41:20 M :05:00 13:26:00 M :38:55 13:59:26 M :20:00 14:40:38 M :14:10 15:36:00 M :52:00 16:13:00 M :32:05 16:52:39 M :08:06 17:29:30 M :37:47 9:58:57 M :14:40 10:35:03 M :45:00 11:06:02 M :17:30 11:37:29 M :52:55 12:13:04 M :25:00 12:45:56 M :57:10 13:17:25 M :28:58 13:49:19 M :01:10 14:22:07 M :23:15 15:44:53 M :54:35 16:15:38 M :23:48 16:44:27 M :57:20 17:19:10 M :26:42 17:47:33 M :58:25 18:19:25 M :03:40 10:24:10 M :41:37 11:02:28 M :14:00 11:35:56 M :51:55 12:12:13 M :21:35 12:42:51 M :54:35 13:16:03 M :21:15 13:41:44 M :47:57 14:08:02 M :30:50 14:52:04 56

58 Εικόνα 6.2: Θέσεις όπου λήφθηκαν μετρήσεις εδαφικού θορύβου στην πόλη της Λευκάδας Για τη μέτρηση του εδαφικού θορύβου χρησιμοποιήθηκαν ψηφιακοί σεισμογράφοι τύπου REFTEK 72A τριών συνιστωσών και σεισμόμετρα τύπου Guralp CMG40T ιδιοσυχνότητας 1Hz. Ο φορητός σεισμολογικός σταθμός REFTEK 72A αποτελείται από τις ακόλουθες μονάδες: 1. Το σύστημα συλλογής δεδομένων (Data Acquisition System, DAS), που είναι εφοδιασμένο με ψηφιοποιητή 24-bits και 2.5MB στατική μνήμη RAM. 2. Το σκληρό δίσκο (Hard Disk Recording Subsystem), όπου αντιγράφονται οι καταγραφές από τη RAM του συστήματος συλλογής δεδομένων. Η χωρητικότητα του δίσκου είναι 4GB επιτρέποντας έτσι την αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων. 3. Ένα δέκτη GPS ο οποίος λαμβάνει μέσω δορυφόρων του συστήματος GPS (Global Positioning System) τον απόλυτο χρόνο UTC και τις συντεταγμένες της θέσης του. Ο χρόνος UTC χρησιμοποιείται από το σύστημα για τη διόρθωση του χρονομέτρου του οργάνου. 4. Ο αισθητήρας ή σεισμόμετρο. Χρησιμοποιήθηκε σεισμόμετρο τύπου Guralp CMG40T τριών συνιστωσών με ιδιοσυχνότητα 1Hz. Η απόκριση του σεισμομέτρου κρίθηκε ικανοποιητική για τις καταγραφές του εδαφικού θορύβου, αφού το μικρό σχετικά πάχος των επιφανειακών σχηματισμών της πόλης δεν επέτρεπε τη διέγερση και ενίσχυση χαμηλών συχνοτήτων εκτός του εύρους απόκρισης του σεισμομέτρου που χρησιμοποιήθηκε. 5. Μια μπαταρία 12Volt για την τροφοδοσία των μονάδων. 6. Έναν φορητό υπολογιστή (laptop ή palmtop) για τον έλεγχο της λειτουργίας του. 57

59 Ο χρήστης καθορίζει τις παραμέτρους και ελέγχει τη λειτουργία των μονάδων μέσω του προγράμματος FCS (Field Setup Controller). Ο παράγοντας προενίσχυσης (preamplification gain) καθορίστηκε ίσος με τη μονάδα και ο ρυθμός δειγματοληψίας (sampling rate) ίσος με 0.008sec (δηλαδή 125samples/sec). Οι γεωγραφικές συντεταγμένες των θέσεων των μετρήσεων υπολογίστηκαν με συσκευές GPS χειρός, με ακρίβεια 10m. Εικόνα 6.3: Φορητός σεισμολογικός σταθμός που χρησιμοποιήθηκε για τις καταγραφές του εδαφικού θορύβου. Περιλαμβάνει (i) μονάδα αποθήκευσης-σκληρός δίσκος, (ii) κεντρική μονάδα επεξεργασίας σήματος, (iii) σεισμόμετρο, (iv) δέκτη χρόνου και (v) μονάδα τροφοδοσίας. Κατά το πείραμα, αλλά και στη συνέχεια στην ανάλυση των στοιχείων, ακολουθήθηκε η προβλεπόμενη διαδικασία από την πιστοποίηση κατά ISO-9002, την οποία κατέχει το Εργαστήριο Σεισμολογίας από το έτος Σε κάθε μέτρηση συμπληρώθηκαν τα έντυπα που ορίζουν οι οδηγίες εργασίας κατά ISO Το πρώτο στάδιο της επεξεργασίας ήταν η μεταφορά των δεδομένων από τους σκληρούς δίσκους των σεισμογράφων στο σκληρό δίσκο του Η/Υ, όπου και έγινε η επεξεργασία. Η μετατροπή των δεδομένων και η αρχειοθέτησή τους στον Η/Υ του Εργαστηρίου έγινε μέσω του λογισμικού PASSCAL (Μακρόπουλος Κ. et al., 2008). 58

60 Κεφάλαιο 7: Προσδιορισμός Απόκρισης Επιφανειακών Εδαφικών Σχηματισμών Ένας σημαντικός στόχος μιας μικροζωνικής μελέτης είναι η εκτίμηση της απόκρισης των διαφορετικών επιφανειακών σχηματισμών που απαντούν στην περιοχή μελέτης στην περίπτωση μελλοντικού σεισμού. Ένας τρόπος προσέγγισης του παραπάνω θέματος είναι η ανάλυση επιταχυνσιογραφημάτων μεγάλων σεισμών σε διαφορετικές χαρακτηριστικές θέσεις μέσω πυκνού τοπικού δικτύου επιταχυνσιογράφων. Άλλος τρόπος είναι η μέσω γεωτρήσεων εκτίμηση της συνάρτησης μεταφοράς του εδάφους. Και οι δύο τρόποι, παρότι δίνουν αξιόπιστα αποτελέσματα, είναι πολυδάπανοι και χρονοβόροι. Γι αυτό τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί νέες τεχνικές που χρησιμοποιούν καταγραφές εδαφικού θορύβου ή μικροσεισμούς. Οι τεχνικές αυτές που βρίσκονται σε συνάρτηση με την εξέλιξη της τεχνολογίας των ψηφιακών σεισμολογικών οργάνων και των Η/Υ γίνονται συνεχώς και πιο δημοφιλείς. Ο εδαφικός θόρυβος που προέρχεται από σχετικά μακρινές πηγές και οι μικροσεισμοί περιέχουν την πληροφορία της αλληλεπίδρασής τους με τους επιφανειακούς σχηματισμούς, η οποία με κατάλληλες τεχνικές είναι δυνατόν να απομονωθεί. Η τεχνική της ανάλυσης δεδομένων εδαφικού μικροθορύβου εφαρμόστηκε στα πλαίσια μικροζωνικής μελέτης της πόλης της Λευκάδας. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για τη διεκπεραίωση της παρούσας διπλωματικής είναι αυτή του Φασματικού Λόγου Οριζόντιας προς Κατακόρυφη συνιστώσα (Horizontal to Vertical Spectral Ratio, HVSR) ή αλλιώς μέθοδος Nakamura. 7.1) Ο σεισμικός εδαφικός θόρυβος Η επιφάνεια της Γης συνεχώς πάλλεται. Αυτή η συνεχής ταλάντωση της επιφάνειας της Γης χαρακτηρίζεται ως εδαφικός θόρυβος (microtremor ή microseism). Το πλάτος μετατόπισης αυτού του θορύβου είναι σε γενικές γραμμές, με μερικές εξαιρέσεις, πολύ μικρό, της τάξης του cm. Μπορεί να προκληθεί από πολλούς παράγοντες, όπως τις καθημερινές ανθρώπινες δραστηριότητες, την κίνηση των αυτοκινήτων, τη λειτουργία των βιομηχανιών, το περπάτημα των ανθρώπων και τα φυσικά φαινόμενα, όπως η ροή του νερού στα ποτάμια, η βροχή, ο άνεμος, η μεταβολή της ατμοσφαιρικής πίεσης και τα ωκεάνια κύματα. Οι καθημερινές δραστηριότητες και τα φυσικά φαινόμενα - όπως το κλίμα και οι συνθήκες πάνω από τους ωκεανούς - μεταβάλλονται σε συνάρτηση με το χρόνο, με αποτέλεσμα και ο εδαφικός θόρυβος να μεταβάλλεται σε συνάρτηση με το χρόνο. Η μεταβολή αυτή είναι σύνθετη, ακανόνιστη και μη επαναλαμβανόμενη. Όταν ο εδαφικός θόρυβος καταγράφεται ταυτόχρονα από σταθμούς που βρίσκονται σε διαφορετική απόσταση μεταξύ τους παρατηρείται τελικά ότι δεν είναι τελείως τυχαίος και ότι υπάρχουν κάποια κύματα που εμφανίζονται σε όλες τις καταγραφές. Ο σεισμικός θόρυβος ανάλογα με την περίοδο της εδαφικής κίνησης διακρίνεται σε μικροδονήσεις (microtremors) για μικρής περιόδου σεισμικό θόρυβο και σε μικροσεισμούς (microseisms) για περιόδους μεγαλύτερες από 2sec. Η καταγραφή εδαφικού θορύβου και μικροσεισμών - που προέρχεται από σχετικά μακρινές πηγές και όχι τοπικές ισχυρές πηγές κοντά στο σταθμό καταγραφής - περιέχει την πληροφορία της αλληλεπίδρασής τους με τα επιφανειακά στρώματα, η οποία απομονώνεται με κατάλληλες τεχνικές. Οι μικροδονήσεις που οφείλονται σε 59

61 ανθρώπινες δραστηριότητες χαρακτηρίζονται από περιόδους μικρότερες του 1sec (f>1hz) και εμφανίζουν ξεκάθαρη ημερήσια μεταβολή τόσο στο πλάτος όσο και στην περίοδο. Οι μικροδονήσεις που οφείλονται σε φυσικά φαινόμενα έχουν δεσπόζουσες περιόδους μεγαλύτερες από 1sec (f<1hz) και οι μεταβολές που εμφανίζουν στο πλάτος και την περίοδο σχετίζονται άμεσα με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του φαινομένου που τις προκάλεσε. Μια λεπτομερέστερη ανάλυση δείχνει ότι ο εδαφικός θόρυβος μεταβάλλεται ανάλογα με την τοποθεσία. Παρά το γεγονός ότι οι καταγραφές του εδαφικού θορύβου δείχνουν σαφέστατα ότι πρόκειται για ένα ιδιαιτέρως ακανόνιστο χωροχρονικά φαινόμενο, στα πλαίσια της ελαστικής θεωρίας είναι ένα σύνολο κυμάτων χώρου και επιφανείας. Αποτελείται από ένα σύνολο στατικών και σταθερών φασμάτων με πολύ μικρή μεταβολή, για χρονικό διάστημα μιας ώρας και σε μια περιοχή ακτίνας 1-2km. Από την ανάλυση των καταγραφών προκύπτουν πληροφορίες για: Σύνθετες πηγές Το μέσο διάδοσης Δομή του υπεδάφους στην περιοχή μελέτης Για την κατανόηση των μικροσεισμών απαιτείται να είναι γνωστά τα παρακάτω στοιχεία: α) Η φύση της πηγής β) Ο μηχανισμός διάδοσης στις θαλάσσιες δομές γ) Οι ιδιότητες του δρόμου διάδοσης στα ηπειρωτικά όρια Έρευνα διεξάγεται τόσο για τη φύση του κυματικού πεδίου του θορύβου όσο και για τη δυνατότητα αξιοποίησης των καταγραφών του εδαφικού θορύβου μετά από κατάλληλη επεξεργασία για την εκτίμηση της απόκρισης των χαρακτηριστικών γεωλογικών σχηματισμών πάνω από τους οποίους βρίσκονται οι σταθμοί. Σε ό, τι αφορά τη φύση των μικροσεισμών είναι γνωστό ότι οφείλονται είτε σε ατμοσφαιρικές διαταραχές πάνω από τις θάλασσες είτε σε ανθρώπινη δραστηριότητα. Τα επιφανειακά στρώματα είναι συνήθως εκτεθειμένα στο θόρυβο που οφείλεται σε φυσικές δυνάμεις (καταιγίδα, θαλάσσια κύματα) και τεχνητές δυνάμεις (βλάστηση, αυτοκίνητα, τρένα, κλπ.). Τα θαλάσσια κύματα παράγουν θόρυβο σχετικά μεγάλης περιόδου (2-3sec ή και περισσότερο), δηλαδή μικροσεισμούς (microseisms), ενώ η καταιγίδα και οι τεχνητές δυνάμεις προκαλούν θόρυβο μικρής περιόδου, τον αποκαλούμενο μικροθόρυβο (microtremor). Οι μελέτες των Aki (1957), Omote et al. (1973), Irikura & Kawanaka (1980), Sato et al. (1981) και Hough et al. (1992) για εδαφικό θόρυβο μικρής περιόδου έδειξαν ότι αυτός αποτελείται από κύματα Rayleigh. Η χρησιμοποίηση του εδαφικού θορύβου μεγάλης περιόδου (microseisms) στην εκτίμηση της απόκρισης των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών σε μελλοντικό σεισμό έχει μελετηθεί από τους Sakajiri (1982), Horike (1985), Ohta et al. (1978) και Kagami et al. (1982, 1986), οι οποίοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο φασματικός λόγος της καταγραφής σε μια περιοχή με μαλακό έδαφος, σε σχέση με μια πετρώδη περιοχή, εξαρτάται άμεσα από το πάχος των ιζημάτων. Ωστόσο, παραδέχονται ότι ενώ η προσέγγιση αυτή είναι χρήσιμη για μια γενική ταξινόμηση των συνθηκών της περιοχής δεν μπορεί να δώσει μια ακριβή εκτίμηση του παράγοντα ενίσχυσης εξαιτίας της άγνωστης επίδρασης της πηγής. 60

62 Οι Kanai & Tanaka (1954, 1961), Kanai (1983), Kobayashi et al. (1986) θεωρούν ότι είναι πιθανή η εκτίμηση της δεσπόζουσας περιόδου και του επιπέδου ενίσχυσης των χαλαρών ιζημάτων μετρώντας κατευθείαν τη δεσπόζουσα περίοδο και το μέγιστο πλάτος των μικροδονήσεων. Αυτή η προσέγγιση, με κάποιες αλλαγές, χρησιμοποιήθηκε από τους Kanai & Tanaka (1954, 1961), Kobayashi et al. (1986), Lermo et al. (1988), Field et al. (1990) και Finn (1991). Η δυσκολία που συναντούν είναι στο διαχωρισμό της επίδρασης της πηγής του θορύβου και της τοπικής γεωλογίας. Στην πραγματικότητα, όσο μικρότερη είναι η περίοδος του εδαφικού θορύβου τόσο πιο ισχυρή είναι η εξάρτησή του από τις πολύ κοντινές πηγές που τον προκαλούν, δυσκολεύοντας έτσι την εξήγηση των μεταβολών που παρατηρούνται από περιοχή σε περιοχή. Παρά τα προβλήματα που φαίνεται ότι υπάρχουν, οι μετρήσεις του εδαφικού θορύβου αποδείχθηκε ότι σε πλήθος περιπτώσεων παρέχουν μια πολύ ενδιαφέρουσα προσέγγιση της εκτίμησης των εδαφικών επιδράσεων, ενώ λόγω του χαμηλού κόστους, της ταχύτητας με την οποία εκτελούνται οι εργασίες στην ύπαιθρο, καθώς και της απλότητας ανάλυσης των δεδομένων η μέθοδος αναγνωρίζεται ως ιδιαίτερα ανταγωνιστική άλλων (π.χ. μελέτη ισχυρής εδαφικής κίνησης, γεωτρήσεις κ.ά.) οι οποίες δίνουν παρόμοια αποτελέσματα. Λεπτομερέστερη ανάλυση για τη φύση του κυματικού πεδίου του εδαφικού θορύβου καθώς και για τις πληροφορίες που συλλέγουμε από την ανάλυση αυτών με διάφορες μεθοδολογίες ακολουθεί στη συνέχεια. 7.2) Μέθοδοι εκτίμησης των τοπικών εδαφικών συνθηκών Είναι γνωστό ότι το είδος και το μέγεθος των καταστροφών που προκαλούνται από ένα σεισμό εξαρτώνται άμεσα από τα δυναμικά χαρακτηριστικά του εδάφους θεμελίωσης και τις μηχανικές ιδιότητες των τεχνικών κατασκευών. Η γεωλογική μελέτη, επομένως, των επιφανειακών στρωμάτων στην περιοχή που πρόκειται να γίνει μια κατασκευή έχει πολύ μεγάλη σημασία. Ήδη από τις αρχές του 20 ου αιώνα είχαν γίνει ποιοτικές εκτιμήσεις της επίδρασης χαρακτηριστικών γεωλογικών σχηματισμών στη σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν διάφορες μεθοδολογίες με σκοπό τον καθορισμό της επίδρασης της ποιότητας και του πάχους των χαλαρών εδαφών στη συμπεριφορά τόσο της επιφάνειας του εδάφους όσο και των τεχνικών κατασκευών που θεμελιώνονται πάνω σε αυτό σε περίπτωση σεισμού. Κάθε μέθοδος παρέχει ορισμένα στοιχεία τα οποία εντάσσονται στη συνέχεια στη μελέτη μικροζωνικής της συγκεκριμένης περιοχής, συγκρίνονται με βάση τα αποτελέσματα άλλων μελετών, αξιολογούνται και συνδυάζονται μεταξύ τους ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες της περιοχής και τον ειδικό σκοπό της μελέτης. Οι μέθοδοι αυτές, με βάση τη χρονολογική σειρά εμφάνισης στη διεθνή βιβλιογραφία είναι οι ακόλουθες : 1. Η Ιαπωνική μέθοδος (1956), γνωστή και ως μέθοδος του εδαφικού θορύβου ή των μικροδονήσεων (microtremors), η οποία προτάθηκε από τον Kanai. 2. Η Ρωσική μέθοδος (1960), γνωστή και ως μέθοδος της σεισμικής ακαμψίας (seismic rigidity) ή σεισμικής αντίστασης (seismic impedance), η οποία προτάθηκε από τον S.Medvedev. 3. Η μέθοδος των Sheriff-Bostrom ( ), η οποία βασίζεται στην αναλογική μέθοδο (ratio technique). 61

63 4. Η μέθοδος του Seed (1971), γνωστή και ως μέθοδος μεταφοράς του σεισμικού κραδασμού από το βραχώδες υπόβαθρο στην επιφάνεια. 5. H φασματική πυκνότητα ισχύος (Kanai & Tanaka (1954), Katz (1976), Katz & Bellon (1978)). 6. Η μέθοδος του τυπικού φασματικού λόγου, Standard Spectral Ratio (SSR), η οποία μελετήθηκε από τους Ohta et al. (1978), Kagami et al. (1982,1986), Field et al. (1990) κ.ά.. 7. Cross-Spectral Ratio CSR (Safak (1991, 1997)), η οποία βασίζεται στον υπολογισμό της συνάρτησης ετεροσυσχέτισης μεταξύ των φασματικών λόγων H/V της υπό μελέτη θέσης και μιας θέσης αναφοράς. 8. Η μέθοδος Nakamura (1989, 1996, 2000), η οποία στηρίζεται στον υπολογισμό των φασματικών λόγων των οριζόντιων συνιστωσών της κίνησης προς την κατακόρυφη στον ίδιο σταθμό (H/V). Κάθε μέθοδος παρέχει τη δική της εξήγηση για τη φύση του εδαφικού θορύβου και δίνει καλά αποτελέσματα σε διαφορετικές περιπτώσεις. Ένα κοινό χαρακτηριστικό των παραπάνω τεχνικών είναι ότι υποθέτουν πως οι τοπικές επιδράσεις οφείλονται σε ένα απλό στρώμα μαλακού εδάφους υπερκείμενο ενός ελαστικού ημιχώρου. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μετρήσεις του εδαφικού θορύβου είναι πολύ χρήσιμες, διότι δίνουν μια εκτίμηση των τοπικών επιδράσεων λαμβάνοντας υπόψη τόσο τη δεσπόζουσα περίοδο όσο και το επίπεδο ενίσχυσης, όταν η τοπική γεωλογία είναι σχετικά απλή. 7.3) Τεχνική του φασματικού λόγου οριζόντιας προς κατακόρυφης συνιστώσας ή μέθοδος Nakamura (Horizontal to Vertical Spectral Ratio, HVSR) Για την εκτίμηση της απόκρισης των διαφορετικών γεωλογικών σχηματισμών πάνω από τους οποίους γίνονται οι μετρήσεις του εδαφικού θορύβου εφαρμόζονται δύο τεχνικές. Η τεχνική του τυπικού φασματικού λόγου (Standard Spectral Ratio, SSR) και η τεχνική του φασματικού λόγου οριζόντιας προς κατακόρυφη συνιστώσα (HVSR) ή μέθοδος Nakamura. Προσδιορίζονται οι δεσπόζουσες ιδιοπερίοδοι κάθε θέσης και η ενίσχυση που προκαλείται σε συγκεκριμένες συχνότητες, δηλαδή οι συναρτήσεις μεταφοράς κάθε σχηματισμού από το υπόβαθρο καθώς και οι σχετικές τους διαφοροποιήσεις που είναι οι συναρτήσεις μεταφοράς μεταξύ των σχηματισμών. Μια τεχνική για την εκτίμηση των τοπικών εδαφικών επιδράσεων, στην οποία δεν απαιτείται σταθμός αναφοράς, είναι αυτή του φασματικού λόγου της οριζόντιας προς την κατακόρυφη συνιστώσα (HVSR). Η τεχνική αυτή βασίζεται στην υπόθεση ότι η κατακόρυφη συνιστώσα της κίνησης δεν ενισχύεται σημαντικά στα επιφανειακά στρώματα, με εξαίρεση τα κύματα Rayleigh. Σύμφωνα με τον Nakamura (1989, 1996, 2000) είναι δυνατό να εκτιμηθεί η επίδραση της πηγής στην ενίσχυση της κίνησης, με το λόγο: E S =E VS /E VB των κατακόρυφων συνιστωσών στις αλλουβιακές αποθέσεις (E VS ) και στον βράχο (E VB ). Ο λόγος αυτός γίνεται μεγαλύτερος όσο αυξάνεται η επίδραση των κυμάτων Rayleigh. Στην περίπτωση που ο λόγος δεν είναι μονάδα, τότε σύμφωνα με τις παραδοχές του Nakamura η θεώρηση της παραμέτρου είναι περισσότερο αξιόπιστη για τον υπολογισμό της συνάρτησης μεταφοράς. Η συνάρτηση μεταφοράς S TT 62

64 ορίζεται ως ο λόγος του λόγου των οριζοντίων συνιστωσών προς το λόγο των αντίστοιχων κατακόρυφων και είναι : S TT S E T S S E HS VS S E HB VB S E HS VS E S VB HB Αντίθετα, στο βαθμό που επαληθεύεται η σχέση S HB /E VB =1, όταν δηλαδή δεν καταγράφεται ενίσχυση στο βράχο, τότε αρκεί ο υπολογισμός της S TT =S HS /E VS. Η μέθοδος του Nakamura είναι μία σχετικά νέα τεχνική η οποία έχει δώσει αρκετή ώθηση στην έρευνα των μικροδονήσεων. Μεγάλο της πλεονέκτημα είναι η απλότητα στην εφαρμογή της και στην ανάλυση των δεδομένων. Επίσης, δεν απαιτείται σταθμός αναφοράς στο υπόβαθρο με αποτέλεσμα να μειώνεται το κόστος εφαρμογής της. Τα αποτελέσματα που έχουν προκύψει με τη βοήθεια της μεθόδου αυτής είναι πολύ ενθαρρυντικά και υπάρχουν στη βιβλιογραφία αρκετά παραδείγματα επιτυχούς υπολογισμού της ιδιοπεριόδου αλλά και της ενίσχυσης εδαφικών στρωμάτων με τη χρήση της μεθόδου αυτής. Η μέθοδος έχει τύχει ιδιαίτερης προσοχής από τη διεθνή επιστημονική κοινότητα τόσο εξαιτίας της απλής εφαρμογής και συλλογής των δεδομένων όσο και της γρήγορης πληροφορίας που είναι δυνατό να παρέχει για τα δυναμικά χαρακτηριστικά του εδάφους και των κατασκευών ακόμα και σε περιοχές χαμηλής σεισμικότητας ή και ασεισμικές. Παρά το γεγονός ότι πολλοί ερευνητές ισχυρίζονται ότι το θεωρητικό υπόβαθρο της μεθόδου δεν είναι ξεκάθαρο, πολλές ερευνητικές προσπάθειες είχαν πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα. Ο Nakamura (1989) ανέπτυξε την H/V τεχνική συσχετίζοντας δεδομένα γεωτρήσεων και καταγραφές ισχυρής εδαφικής κίνησης σε περιοχές με διαφορετικούς γεωλογικούς σχηματισμούς. Υπέθεσε ότι η κατακόρυφη συνιστώσα του εδαφικού θορύβου διατηρεί τα χαρακτηριστικά της πηγής μέχρι τα επιφανειακά στρώματα και επηρεάζεται από τα κύματα Rayleigh που διαδίδονται στα ανώτερα ιζηματογενή στρώματα. Για αυτό το λόγο μπορεί να απομακρύνει τόσο την επίδραση της πηγής όσο και των κυμάτων Rayleigh από τις οριζόντιες συνιστώσες. Η τεχνική χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της θεμελιώδους συχνότητας συντονισμού ενός ιζηματογενούς στρώματος και του παράγοντα ενίσχυσης, ο οποίος είναι πιο ρεαλιστικός από αυτόν που προκύπτει από τη μέθοδο του τυπικού φασματικού λόγου. Πολλοί ερευνητές έδειξαν ότι πράγματι ο φασματικός λόγος οριζόντιας προς κατακόρυφης συνιστώσας του εδαφικού θορύβου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της θεμελιώδους συχνότητας συντονισμού και του παράγοντα ενίσχυσης. Οι εμπειρίες από μεγάλα σεισμικά γεγονότα δείχνουν ότι η ισχυρή κίνηση σε μια βραχώδη περιοχή δε διαφέρει σημαντικά στις τρεις συνιστώσες (οριζόντιες και κατακόρυφη). Επίσης, εάν θεωρήσουμε το φασματικό λόγο της καταγραφής στην επιφάνεια και στο υπόβαθρο (ταυτόχρονη καταγραφή) τότε ο λόγος της μέγιστης επιτάχυνσης είναι σταθερός όπως φαίνεται στην Εικόνα

65 Εικόνα 7.1: Μέγιστες επιταχύνσεις στην επιφάνεια και στο υπόβαθρο (Nakamura & Saito, 1983) Στην Εικόνα 7.2 φαίνεται η διαφορά στις καταγραφές που οφείλεται τόσο στους διαφορετικούς σεισμούς όσο και στις διαφορετικές τοποθεσίες των σταθμών καταγραφής. Όπως μπορούμε να παρατηρήσουμε, καταγραφές σε διαφορετικούς σταθμούς ακόμα και για τον ίδιο σεισμό είναι διαφορετικές εξαιτίας των ιδιαίτερων γεωλογικών χαρακτηριστικών κάθε περιοχής. Επίσης, παρατηρούμε ότι η μορφή των καταγραφών που προέρχονται από τον ίδιο σταθμό είναι παρόμοια για διαφορετικά γεγονότα. Με άλλα λόγια, μπορεί να πει κανείς ότι σε ό, τι αφορά τα δυναμικά χαρακτηριστικά η επίδραση των επιφανειακών γεωλογικών σχηματισμών είναι περισσότερο σημαντική από άλλους παράγοντες. Εικόνα 7.2: Επιταχυνσιογραφήματα από διαφορετικούς σεισμούς και σταθμούς καταγραφής σε διαφορετικές τοποθεσίες (Nakamura, 1989) Η τεχνική του φασματικού λόγου οριζόντιας προς κατακόρυφη συνιστώσα εφαρμόζεται και για καταγραφές σεισμικών γεγονότων. Στην εικόνα που ακολουθεί φαίνεται ο H/V φασματικός λόγος που υπολογίσθηκε (Nakamura et al., 1989) για δύο διαφορετικούς σεισμούς που καταγράφηκαν από τον ίδιο σταθμό. Παρά το γεγονός ότι οι κυματομορφές φαίνονται διαφορετικές, όταν υπολογίζουμε τους H/V φασματικούς λόγους φαίνονται όμοιοι. Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι οι H/V φασματικοί λόγοι έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά για διαφορετικούς σεισμούς, που έχουν όμως καταγραφεί από τον ίδιο σταθμό. 64

66 Εικόνα 7.3: H/V φασματικός λόγος ισχυρών εδαφικών κινήσεων από διαφορετικούς σεισμούς που καταγράφηκαν από τον ίδιο σταθμό (Nakamura et al., 1989) Μέχρι στιγμής δεν υπάρχει κάποια δεδομένη διαδικασία που να περιγράφει επακριβώς το φασματικό λόγο H/V (σύμφωνα με την εργασία των Hunter J.A. & Crow H.L., 2012). Ως μία νέα μέθοδος, η οποία βρίσκεται σε ενεργή εξέλιξη, αρκετές σημαντικές διαφορές μπορεί να υπάρχουν ως το πώς τα δεδομένα εδαφικού θορύβου συλλέγονται, επεξεργάζονται και αξιολογούνται. Παρ όλα αυτά έχουν δημιουργηθεί κάποιοι οδηγοί, κυρίως στα πλαίσια του Ευρωπαϊκού προγράμματος SESAME (project SESAME, Site Effects Assesment Using Ambient Excitations), με το οποίο ασχολήθηκαν 14 ερευνητικά κέντρα και 85 επιστήμονες λαμβάνοντας έτσι ευρεία αναγνώριση και αποδοχή. 7.4) Περιορισμοί Η μέθοδος H/V βασίζεται όπως αναφέραμε προηγουμένως στην υπόθεση ότι η κατακόρυφη συνιστώσα της κίνησης δεν ενισχύεται σημαντικά στα επιφανειακά στρώματα και άρα δεν επηρεάζεται από υπερκείμενα στρώματα, σε αντίθεση με την οριζόντια. Όμως, το θεωρητικό υπόβαθρο που επιβεβαιώνει αυτήν την υπόθεση δεν έχει αποδειχθεί πλήρως και υπάρχουν ακόμα κάποιες αμφιβολίες σχετικά με τη φυσική έννοια του φασματικού λόγου H/V (Lunedei & Albarello, 2010, Sanchez- Sesma et al., 2011). Οι Bonnefoy-Claudet et al. (2006) έχουν δείξει ότι ανάλογα με την κατανομή στο χώρο της προέλευσης του θορύβου καθώς και ανάλογα με τη φύση του, την αντίσταση του εδάφους και το πάχος των υπερκείμενων στρωμάτων, η μορφή του φασματικού λόγου H/V μπορεί να εξηγηθεί για τα οριζόντια στρώματα είτε με τη διάχυση επιφανειακών σεισμικών κυμάτων, τα κύματα Rayleigh ή με τη βασική θεωρία των κυμάτων Love. Αυτή η πολύπλοκη και δυσνόητη σχέση μεταξύ του θορύβου και των γεωλογικών σχηματισμών περιορίζει τις πληροφορίες που μπορούμε να συλλέξουμε μέσω ενός σταθμού. Ο φασματικός λόγος H/V από μόνος του δεν μπορεί με σιγουριά να μετατραπεί σε επιφανειακή ταχύτητα, εκτός εάν διαθέτουμε περαιτέρω πληροφορίες, όπως στοιχεία για τα κύματα Love και Rayleigh καθώς και το βάθος του πυθμένα (Castellaro & Mulargia, 2009b, Hobiger et al., 2009, Foti et al., 2011). Μία άλλη συνέπεια αυτών των πολύπλοκων σχέσεων είναι ότι το εύρος του μεγίστου (ή μεγίστων) του φασματικού λόγου H/V δεν είναι πάντα αξιόπιστο για την πρόβλεψη του εύρους των εδαφικών κινήσεων (Bonilla et al., 1997, Bard, 1999). 65

67 Οι γεωλογικές παρεμβολές που σχετίζονται με την κορυφή των H/V καμπύλων ή με το χαμηλότερο σημείο περιόδων, εάν έχουμε πολλές, δεν είναι πάντα η κορυφή του υποβάθρου ή η βαθύτερη μεγάλη διαφορά αντιστάσεως, αλλά μπορεί να είναι κάποια ανωμαλία εντός του εδαφικού κοιτάσματος (π.χ. στον Ανατολικό Καναδά). Τέλος, θα πρέπει να έχουμε στο μυαλό μας ότι ο εδαφικός θόρυβος έχει μικρότερο εύρος συχνοτήτων σε σχέση με αυτές που δημιουργούνται από δυνατούς σεισμούς. Συνεπώς, οι συχνότητες που καθορίζουν οι καμπύλες H/V μπορεί να μην αντικατοπτρίζουν ακριβώς τις συχνότητες (συνήθως χαμηλότερες) κατά τη διάρκεια ενός σεισμού, λόγω των μη-γραμμικών αποκρίσεων των εδαφών υπό συνθήκες δυνατών δονήσεων (Hunter J.A. & Crow H.L., 2012). 7.5) Ανάλυση δεδομένων και υπολογισμός φασματικών λόγων Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε για την εφαρμογή της μεθόδου HVSR αναπτύχθηκε στα πλαίσια Ευρωπαϊκού Προγράμματος (SESAME - Site EffectS assessment using AMbient Excitations). Δεν υπάρχει κάποια συγκεκριμένη θεωρία πίσω από τη διαδικασία επεξεργασίας των δεδομένων, αλλά μάλλον μία «συνταγή» η οποία βασίζεται σε αρχές της στατιστικής και επικυρώνεται με βάση την εμπειρία. Το SESAME έχει προτείνει η επεξεργασία να γίνεται με τα επόμενα 5 βασικά βήματα: 1. Κάθε μια από τις τρεις συνιστώσες μιας καταγραφής να χωρίζεται σε αρκετά χρονικά παράθυρα ίσης ή διαφορετικής διάρκειας. Το χρονικό παράθυρο επιλέγεται σύμφωνα με κριτήρια βασισμένα στην κεντρική συχνότητα της περιοχής καθώς και στο αποτέλεσμα της καμπύλης H/V που θέλουμε να μελετήσουμε. Επιβάλλονται, λοιπόν, μερικές δοκιμές πριν λάβουμε την κατάλληλη τιμή. Ο παροδικός θόρυβος μπορεί να αφαιρεθεί είτε χειροκίνητα είτε με τη χρήση κάποιου αυτόματου αλγορίθμου (anti-trigger algorithm). 2. Οι ακολουθίες Fourier υπολογίζονται για κάθε χρονικό παράθυρο και εξομαλύνονται έτσι ώστε να εξαφανιστούν τυχόν σφάλματα κορυφών («spikes»), που μπορεί να δημιουργήσουν λανθασμένα αποτελέσματα στη καμπύλη H/V, με τη χρήση του λογαριθμικού φίλτρου εξομάλυνσης (Konno & Ohmachi, 1998). Η τεχνική αυτή λαμβάνει υπόψη το διαφορετικό αριθμό των σημείων στις χαμηλές συχνότητες. Είναι κοινή πρακτική να θέτουμε την παράμετρο εύρου ζώνης (bandwidth parameter) στην τιμή Τα δύο οριζόντια φάσματα Fourier ενοποιούνται για κάθε παράθυρο. 4. Ο φασματικός λόγος H/V υπολογίζεται για κάθε παράθυρο. 5. Βρίσκουμε το μέσο όρο των λόγων H/V για όλα τα παράθυρα με γεωμετρικό τρόπο, έτσι ώστε να πάρουμε μία μοναδική H/V καμπύλη και υπολογίζουμε την τυπική απόκλιση. Είναι υποχρεωτικό να αναλύουμε συστηματικά τις καμπύλες H/V σε συνδυασμό με το φάσμα Fourier του καταγεγραμμένου θορύβου έτσι ώστε να εντοπιστούν ανωμαλίες, όπως π.χ. κορυφές που προέρχονται από βιομηχανικές ζώνες (SESAME, 2003). 66

68 Εικόνα 7.4: Παράδειγμα υπολογισμού. Ο μέσος φασματικός λόγος HVSR δίνεται με τη τονισμένη μαύρη γραμμή στη μέση, ενώ με τις διακεκομένες παριστάνονται οι λόγοι που απέχουν μία τυπική απόκλιση. Η γκρίζα ζώνη αναπαριστά τη θεμελιώδη συχνότητα, f 0, ± 1 μέση τυπική απόκλιση. 7.6) Λογισμικό GEOPSY Πρόκειται για ένα λογισμικό με σκοπό την οργάνωση, την προβολή και την επεξεργασία γεωφυσικών σημάτων. Είναι, επίσης, μία βάση δεδομένων που χρησιμοποιείται για τη συλλογή πληροφοριών σχετικά με τα καταγεγραμμένα σήματα. Το πρόγραμμα αυτό έχει δημιουργηθεί κυρίως για τη σεισμολογία, χωρίς όμως αυτό να σημαίνει ότι δεν έχει δυνατότητες χρήσης και σε άλλους επιστημονικούς τομείς. Διατίθεται για όλα τα γνωστά λειτουργικά συστήματα (στην περίπτωσή μας χρησιμοποιήθηκε η έκδοση για Windows Xp 32-bit). Έτσι, προκειμένου να ελεγχθούν και να διακριβωθούν τα αποτελέσματα για τον υπολογισμό του φασματικού λόγου H/V εφαρμόστηκε η διαδικασία μέσω του προγράμματος GEOPSY. Η διαδικασία περιελάμβανε τα παρακάτω στάδια: 1. Μετατροπή των κυματομορφών SAC σε SAF (SESAME Ascii Files), μέσω ειδικού λογισμικού που κατασκευάστηκε για αυτό το σκοπό. 2. Εισαγωγή των δεδομένων στο GEOPSY και αρχειοθέτηση σε βάση δεδομένων από το πρόγραμμα. 3. Για κάθε μέτρηση τριών συνιστωσών έγινε επιλογή χρονικών παραθύρων. Υιοθετήθηκε η αυτόματη επιλογή, μετά από διάφορες δοκιμές, αφού τα αποτελέσματα χειροκίνητης και αυτόματης επιλογής ήταν απολύτως συμβατά. Το χρονικό μήκος των παραθύρων επιλέχθηκε στα 20sec, εφόσον οι αναμενόμενες κεντρικές συχνότητες ενίσχυσης δεν υπερέβαιναν τα 0.5Hz. Οι τιμές των παραμέτρων που χρησιμοποιήθηκαν μετά από διάφορες δοκιμές ήταν: STA=0.2sec, LTA=20sec, max STA/LTA= FFT και εξομάλυνση του φάσματος για κάθε επιλεγμένο παράθυρο. Χρησιμοποιήθηκε η τεχνική εξομάλυνσης Konno & Ohmachi, καθώς λαμβάνει υπόψη το διαφορετικό αριθμό των σημείων στις χαμηλές συχνότητες. 5. Υπολογισμός των φασματικών λόγων H/V σε όλα τα επιλεγμένα παράθυρα για κάθε οριζόντια συνιστώσα, του μέσου όρου των δύο οριζοντίων συνιστωσών και της τυπικής απόκλισης της μέσης καμπύλης H/V. Οι 67

69 φασματικοί λόγοι υπολογίστηκαν για το εύρος συχνοτήτων ενδιαφέροντος Hz. 6. Γραφική απεικόνιση της μέσης καμπύλης και επιλογή των δεσποζουσών συχνοτήτων ενίσχυσης και του παράγοντα ενίσχυσης. Καταχώρηση των αποτελεσμάτων σε συγκεντρωτικό πίνακα. Ας σημειωθεί ότι παρ όλο που αρκετές μετρήσεις έγιναν σε κατοικημένες περιοχές με έντονες επιδράσεις εξωγενούς θορύβου, λόγω της μεγάλης διάρκειας εγγραφής (20 λεπτά τουλάχιστον) ο αριθμός των παραθύρων που χρησιμοποιήθηκαν ήταν επαρκής - με βάση τη βιβλιογραφία - για την εξαγωγή αξιόπιστων αποτελεσμάτων. Προτείνεται η παράταση των μετρήσεων σε σχέση με την προτεινόμενη από τη βιβλιογραφία διάρκεια κατά τουλάχιστον 50-60%. Εικόνα 7.5: Καμπύλη του λόγου H/V στη θέση S6 Εικόνα 7.6: Καμπύλη του λόγου H/V στη θέση S14 68

70 7.7) Χάρτες Οι χάρτες δημιουργήθηκαν με την χρήση του προγράμματος GIS, και πιο συγκεκριμένα μέθοδο χωρικής παρεμβολής Natural Neighbor. Πρόκειται για μια τεχνική που αναπτύχθηκε από τον Sibson (1981). Η μέθοδος βασίζεται στην παρεμβολή ενός διακριτού συνόλου από χωρικά σημεία και έχει πλεονεκτήματα έναντι απλούστερων μεθόδων, όπως το «Nearest Neighbor Interpolation» - καθώς παρέχει μια πιο ομαλή προσέγγιση προς την «πραγματική» κατανομή. Εικόνα 7.7: Χάρτης με την κατανομή των δεσπόζουσων συχνοτήτων (F 0 ) στην πόλη της Λευκάδας Το εύρος των δεσπόζουσων συχνοτήτων (F 0 ) κυμαίνεται από 1.25Hz έως 2.59Hz. Θεωρούμε τρεις κατηγορίες τιμών: τις χαμηλότερες τιμές, τις ενδιάμεσες και τις υψηλότερες. Υψηλότερες τιμές παρατηρούνται στο βόρειο μέρος του κέντρου της παλιάς πόλης καθώς και στο ανατολικό κομμάτι. Επίσης, μεμονωμένες τιμές εμφανίζονται νότια της περιοχής, καθώς και ΒΔ του χάρτη. Σε αυτές τις θέσεις παρατηρούνται χαλαροί σχηματισμοί μέχρι τα περίπου 15m ακολουθούμενοι από μαργαϊκό υπόβαθρο και βάθος υδροφόρου ορίζοντα στο 1m. Γενικότερα, πρόκειται για σχηματισμούς με χαμηλό βαθμό συνεκτικότητας (SPT max =26-40) που ευνοεί την εμφάνιση ρευστοποιήσεων. Ενδιάμεσες τιμές εμφανίζονται στο κέντρο της παλιάς πόλης και Δ-ΝΔ. Στις θέσεις αυτές εμφανίζονται χαλαροί σχηματισμοί σε ένα διάστημα από 15-25m, με τα βάθη να μειώνονται κοντά στη Μαρίνα, ενώ ο υδροφόρος ορίζοντας κυμαίνεται από 0.5m (κοντά στη Μαρίνα) έως και 3m (κοντά στο κέντρο της πόλης). Γενικότερα, πρόκειται για σχηματισμούς με αρκετά υψηλό βαθμό συνεκτικότητας (SPT max =83-100). 69

71 Χαμηλότερες τιμές παρατηρούνται από Ν-ΝΔ και προχωρώντας προς το κέντρο της πόλης και κάποιες ακόμα εμφανίσεις στα ΒΔ του χάρτη. Ακόμη, έχουμε μία εμφάνιση ΝΑ του χάρτη, στην περιοχή που συναντάμε τις Μαρίνες. Παρατηρούνται χαλαροί σχηματισμοί μέχρι τα 12.5m. Επίσης, συναντάμε υδροφόρο ορίζοντα μεταξύ 0.8m και 3m. Γενικότερα, πρόκειται για σχηματισμό με υψηλό βαθμό συνεκτικότητας (SPT max =92). Εικόνα 7.8: Χάρτης με την κατανομή του συντελεστή ενίσχυσης (Α 0 ), που αντιστοιχεί στη δεσπόζουσα συχνότητα στην πόλη της Λευκάδας Οι τιμές του συντελεστή ενίσχυσης των πρώτων συχνοτήτων στις θέσεις μετρήσεων κυμαίνονται από 1.22 έως Οι μικρότερες από αυτές παρατηρούνται κυρίως δυτικά του χάρτη. Ανατολικά εντοπίζονται μέσες και μεγαλύτερες τιμές συντελεστών με τις πρώτες να κυριαρχούν στο κέντρο της παλιάς πόλης και στο ΝΑ κομμάτι του χάρτη και τις δεύτερες στα Β-ΒΑ. Η διαφοροποίηση στις τιμές των συντελεστών ενίσχυσης οφείλεται στις αλλαγές του συντελεστή συνεκτικότητας ανά περιοχή. 70

72 Κεφάλαιο 8: Προσδιορισμός Δυναμικών Χαρακτηριστικών (Vs 30 ) των Επιφανειακών Εδαφικών Σχηματισμών Μέσω Αντιστροφής των Καμπύλων HVSR 8.1) Τι είναι το Vs 30 ; Το Vs 30 είναι μία μέτρηση της μέσης ταχύτητας των επιφανειακών κυμάτων των επιφανειακών υλικών στο βάθος των 30 μέτρων. Αυτό μπορεί να είναι βραχώδες, εδαφικό ή ένας συνδυασμός των υλικών αυτών. Ο όρος Vs 30 θεωρείται ακόμα πιο σωστά ως «χρόνος διαδρομής-σταθμισμένος» μέσης ταχύτητας επιφανειακών σεισμικών κυμάτων (traveltime-weighted), κάτι που την καθιστά διαφορετική από «πάχος-σταθμισμένο» μέσης ταχύτητας επιφανειακών κυμάτων (thickness-weighted). Η μέση ταχύτητα Vs 30 μπορεί να υπολογισθεί εάν διαιρέσουμε 30m με το συνολικό χρόνο διαδρομής ενός επιφανειακού σεισμικού κύματος έως τα 30m. Όπως αναφέρεται και στο Commentary J, Structural Commentaries of the NBCC (NRC, 2006), έχουμε: το οποίο ισοδυναμεί με: Έτσι, η μέτρηση αυτή αναφέρεται ως «χρόνος διαδρομής-σταθμισμένος» μέσης ταχύτητας επιφανειακών κυμάτων αφού υπολογίζεται με βάση το σύνολο των χρόνων διαδρομής μέσα από όλα τα στρώματα στα πρώτα 30m του εδάφους. Ακολουθεί εικόνα με παράδειγμα για την καλύτερη κατανόηση (Hunter J.A. & Crow H.L., 2012). Εικόνα 8.1: Δείγμα υπολογισμού Vs 30 βασισμένο στα δεδομένα του Commentary J of the 2005 NBCC (NRC, 2006) 71

73 8.2) Λογισμικό ModelHVSR Εικόνα 8.2: Αρχικό παράθυρο προγράμματος Πρόκειται για ένα λογισμικό επέκτασης του προγράμματος Matlab με σκοπό την επεξεργασία και αποτύπωση των δεδομένων εδαφικού θορύβου κυρίως του φασματικού λόγου H/V. Το πρόγραμμα: 1. Υπολογίζει AMP(S), το θεωρητικό φάσμα ενίσχυσης του κύματος S, το οποίο είναι και η οριζόντια απόκριση. 2. Υπολογίζει το AMP(P), το θεωρητικό φάσμα ενίσχυσης κύματος P, το οποίο σε αυτήν την περίπτωση αντιστοιχεί στην κάθετη απόκριση. 3. Υπολογίζει θεωρητικό λόγο H/V από τα βήματα 1 και 2, με βάση τα AMP(S)/AMP(P). 4. Συγκρίνει τα ανωτέρω αποτελέσματα με την παρατηρηθείσα τιμή HVSR. 5. Βρίσκει τη μέση τιμή των παρατηρηθέντων τιμών HVSR. 6. Ψάχνει το μοντέλο του οποίου η θεωρητική τιμή HVSR ταιριάζει καλύτερα με την παρατηρηθείσα τιμή. 7. Σχεδιάζει τα όρια εμπιστοσύνης καθώς και 3-D γραφήματα των συναρτήσεων απόκλισης για ανεστραμμένα μοντέλα. Δεν χρειάστηκε καμία εγκατάσταση για το πρόγραμμα αυτό, παρά μόνο η αντιγραφή των αρχείων σε έναν προκαθορισμένο φάκελο. Το πρόγραμμα ξεκινάει αφού τρέξουμε το πρόγραμμα Matlab, επιλέξουμε τον φάκελο που έχουμε τα αρχεία και εισάγουμε την εντολή: ModelHVSR<Enter>. Στη συνέχεια, επιλέγουμε το Load Model για να αρχίσουμε τη διαδικασία που μόλις περιγράφηκε. Οι παράγοντες Q εξαρτώνται από τη συχνότητα, όπως παραδείγματος χάρη Q=Q 0 f k, όπου το k επιλέγεται από την επιφάνεια χρήσης (GUI Graphical User Interface). Το Q 0 είναι το Q σε 1Hz. Η τιμή k=0 σημαίνει ότι δεν υπάρχει καμία εξάρτηση από τη 72

74 συχνότητα για το Q (το οποίο έχει ως αποτέλεσμα τη σημαντική απόσβεση των υψηλών συχνοτήτων), ενώ k=1 σημαίνει ομοιόμορφη απόσβεση για όλες τις συχνότητες. Η τιμή k= είναι συνήθως μια καλή επιλογή. Όταν το μοντέλο φορτώσει, εμφανίζονται οι ενδείξεις AMP(S), AMP(P) και HVSR σχεδιασμένες στην περιοχή του γραφήματος. Με τα κατάλληλα πλήκτρα της επιφάνειας χρήσης μπορεί να αλλαχθεί η κλίμακα από log σε ln (λογαριθμική σε φυσική λογαριθμική) ή αντίστροφα, μπορεί να γίνει μεγέθυνση ή σμίκρυνση, επεξεργασία σχεδίασης (edit plot) ή κλείδωμα (hold), έτσι ώστε η καινούρια να σχεδιαστεί από πάνω. Το πλαίσιο MODEL δείχνει τις παραμέτρους του τρέχοντος μοντέλου που χρησιμοποιείται μπορεί να αλλαχθεί οποιαδήποτε παράμετρος και να ελεγχθεί η μεταβολή στο AMP ή στο HVSR πατώντας τα κατάλληλα κουμπιά που βρίσκονται ακριβώς κάτω από το πλαίσιο. Όταν πιεστεί η επιλογή <Compute SH-AMP> το πρόγραμμα θα επεξεργαστεί επίσης το DAF (amplification of peak ground acceleration, ενίσχυση της μέγιστης επιτάχυνσης εδάφους) και θα σχεδιάσει το αναμενόμενο φάσμα Fourier του σεισμού που μας ενδιαφέρει. Τα πλήκτρα radio στα δεξιά των παραμέτρων του μοντέλου χρησιμοποιούνται για να διορθώσουν τις αντίστοιχες παραμέτρους κατά τη διάρκεια της αντιστροφής (διαταραχή μοντέλων). Το εύρος συχνότητας και ο βηματισμός καθορίζονται από τις τρεις καταχωρήσεις στα δεξιά. Με την αύξηση του βηματισμού έχουμε αύξηση στην ταχύτητα της αντιστροφής. Υπάρχει πρόσθετη επιλογή για την υπέρθεση της παρατηρηθείσας καμπύλης HVSR πάνω από τη θεωρητική επιλέγοντας την εντολή <Add HVSR>. Το πρόγραμμα θα διαβάσει ένα από τα παρακάτω: - Ένα μακρύ, πρότυπο αρχείο ASCII (κατάληξη αρχείου *.asc). - Ένα απλό ASCII δύο στηλών (κατάληξη αρχείου *.fhvsr, η συχνότητα βρίσκεται στην πρώτη στήλη, ενώ HVSR στη δεύτερη). - Ένα αρχείο Matlab (κατάληξη αρχείου *.mat), το οποίο περιέχει μεταβλητές f HV (τις συχνότητες) καθώς και HVSR (παρατηρηθείσες HVSR στις συχνότητες f HV ). Αρκετές παρατηρηθείσες HVSR μπορούν να υπολογιστούν κατά μέσο όρο έτσι ώστε να αποκτήσουμε μία αντιπροσωπευτική για την τοποθεσία καμπύλη HVSR. Η μέση αυτή τιμή αποθηκεύεται σε αρχείο *.mat και μπορεί να διαβαστεί από το πρόγραμμα όπως κάθε τυπικό αρχείο ASCII. Υπάρχει ακόμα η επιλογή να χρησιμοποιηθεί φίλτρο Landweber (Landweber filtering) αντί για την επιλογή εξομάλυνσης. Προσοχή στις περιπτώσεις όπου δεν υπήρχε καθόλου ή υπήρχε ελάχιστη εξομάλυνση εκ των προτέρων. Οι παράμετροι του φίλτρου επιλέγονται στη βασική επιφάνεια χρήσης (<Number of iterations>, δηλαδή αριθμός επαναλήψεων), καθώς και στο παράθυρο ρυθμίσεων (setup window, πλήκτρο <Setup>, παράμετρος tau ). Εάν μόνο ένα αρχείο έχει επιλεχθεί η επιλογή αυτή θα υπολογίσει την εκδοχή Landweber της HVSR για εκείνη την τοποθεσία και μπορεί να αποθηκευτεί ως *.mat αρχείο για μετέπειτα χρήση με το πρόγραμμα ModelHVSR. Η επιλογή φίλτρου Landweber μπορεί να διαβάσει δύο είδη αρχείων ASCII ένα τυπικό (.asc) ή ένα απλό με 4 στήλες (*.fzne, συχνότητα, κάθετο φάσμα, Β-Ν Φάσμα, Α-Δ φάσμα). Το παράθυρο <Smooth (1-50)> καθορίζει το πλάτος της επιτρεπόμενης κίνησης (με δείγματα) που 73

75 χρησιμοποιούνται για να εξομαλύνουν την καμπύλη, αφού έχει όμως πρώτα υπολογιστεί η μέση τιμή. Η επιλογή της αντιστροφής μοντέλου βρίσκεται εντός του παραθύρου Model perturbation. Το πλήκτρο <Uniform/Normal> επιλέγει με ποια διακύμανση θα επιλεχθούν τυχαία οι παράμετροι του μοντέλου. Εάν επιλέξουμε την επιλογή Uniform τότε το εύρος του παραθύρου μπορεί να επιλεχθεί ως ποσοστό της τρέχουσας τιμής. Εάν επιλεχθεί η επιλογή Normal τότε το εύρος της κανονικής καμπύλης επιλέγεται ως ποσοστό της τρέχουσας τιμής. Επιπροσθέτως, υπάρχει η δυνατότητα να τεθούν όρια σε κάθε παράμετρο (η επιλογή inf ορίζει ότι δεν έχουν εφαρμοστεί όρια). Τα όρια αυτά είναι αρκετά χρήσιμα αν κάποιες παράμετροι (π.χ. πυκνότητες) είναι περίπου γνωστές από ξεχωριστές μεμονωμένες μετρήσεις και θέλουμε να επιτρέψουμε μόνο μικρές μεταβολές στις τιμές, π.χ. +/-10%. Μπορούν να τεθούν και απόλυτα όρια για όλες τις παραμέτρους από την επιλογή Setup. Η διαδικασία διαταράσσει τυχαία τις παραμέτρους των μοντέλων όσες φορές είναι επιθυμητό, αλλά μόνο εντός καθορισμένων ορίων. Ύστερα από τον καθορισμένο αριθμό δοκιμών το καλύτερο μοντέλο αποθηκεύεται στο αρχείο Best.mod και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω επεξεργασία με σκοπό την περαιτέρω αύξηση της ποιότητάς του (κουμπί <Accept model>). Το καλύτερο μοντέλο είναι αυτό το οποίο η θεωρητική καμπύλη HVSR πλησιάζει καλύτερα την παρατηρηθείσα, π.χ. εκείνης της οποίας η συνάρτηση αποκλίσεως (MF-misfit function) είναι η μικρότερη. MF=Σ{[HVSR obs -HVSR th )**2]*HVSR obs **E} Για τιμή Ε>0, μεγαλύτερο βάρος δίνεται στα δεδομένα κοντά στα μέγιστα των HVSR obs (παρατηρηθείσα HVSR, observed). Η τιμή HVSR th είναι η θεωρητική (theoretical) καμπύλη HVSR για το συγκεκριμένο μοντέλο. Η επιλογή της τιμής του Ε καθορίζεται μέσα από το παράθυρο Setup. Ακόμη, μπορεί να γίνει επιλογή του σταθμισμένου λογαρίθμου (log-weights) από την αντίστοιχη επιλογή, η οποία θα πολλαπλασιάσει τη συνάρτηση αποκλίσεως MF(f) κατά 1/f. Κατά αυτόν τον τρόπο, μεγαλύτερο βάρος δίνεται στις πιο χαμηλές συχνότητες του φάσματος HVSR όπου τα σημεία τιμών είναι πιο διάσπαρτα στον άξονα x της λογαριθμικής κλίμακας. Όπως αναφέρεται στη θεωρία, μόνο η σεισμική αντίσταση και ο χρόνος διαδρομής μέσα από τα στρώματα παίζουν ρόλο στον προσδιορισμό του AMP και γι αυτό δεν είναι δυνατό να υπολογισθούν και τα βάθη και οι ταχύτητες ταυτόχρονα (υπάρχει άπειρος αριθμός από πραγματικά μοντέλα τα οποία μοιράζονται το ίδιο φάσμα ενίσχυσης). Η καλύτερη διαδικασία είναι να κρατηθούν τα βάθη σταθερά και να ποικίλουν οι υπόλοιπες παράμετροι. Μπορεί να γίνει αύξηση της ταχύτητας της αντιστροφής επιλέγοντας ένα πιο αραιό ζεύγος συχνοτήτων καθώς και μόνο το επιθυμητό εύρος ενδιαφέροντος (F1, βήμα, F2). Η επιλογή Setup ανοίγει ένα καινούριο παράθυρο με διάφορες επιλογές. Σε αυτό το παράθυρο υπάρχουν επιλογές που δεν είναι διαθέσιμες στο κεντρικό. 74

76 Εικόνα 8.3: Παράθυρο Setup του προγράμματος Percentage of tries centered around the best solution so far: Ποσοστό δοκιμών με επίκεντρο γύρω από την καλύτερη μέχρι τώρα λύση. Καθορίζει αν η καλύτερη λύση μέχρι στιγμής θα ληφθεί ως η νέα αρχή για τον υπολογισμό των ορίων εμπιστοσύνης στις παραμέτρους του μοντέλου. Για παράδειγμα, εάν η αρχική Vs=300 και επιτρέπουμε μόνο 20% μεταβολή, το πρόγραμμα θα έχει μόνο τιμές Vs μεταξύ 240 και 360 m/s. Παρόλα αυτά, εάν το καλύτερο μέχρι στιγμής μοντέλο έχει ταχύτητα Vs=350 m/s - και εάν γίνει η κατάλληλη επιλογή - η τιμή αυτή θα εμφανίζεται ως η νέα αρχική ταχύτητα Vs και άρα η ταχύτητα που ψάχνουμε θα γίνει μεταξύ Η διαδικασία αυτή έχει το θετικό ότι η σύγκλιση γίνεται ταχύτερα, αλλά μία λανθασμένη πτώση στο τοπικό ελάχιστο της MF μπορεί να οδηγήσει σε λύση πολύ διαφορετική από το απόλυτο ελάχιστο. Εάν γίνει επιλογή 75% τότε το 25% των μοντέλων θα δημιουργηθεί γύρω από το αρχικό μοντέλο και το 75% από αυτά γύρω από το καλύτερο μέχρι στιγμής μοντέλο. Low-velocity :=1 επιτρέπει χαμηλής ταχύτητας κύματα Ρ μόνο όταν βρίσκονται την ίδια στιγμή με χαμηλής ταχύτητας κύματα S. Εάν ορίσουμε την τιμή στο 0 τα κύματα είναι ανεξάρτητα. 75

77 Tau parameter : Επιλέγει την παράμετρο tau στο φίλτρο Landweber ως ποσοστό του 2/[max(V)**2]. Η τιμή δίνει συνήθως λογικά αποτελέσματα. Εάν το αποτέλεσμα είναι υπερβολικά ομαλό ή πολύ κοντά στο 0 σε μερικές συχνότητες τότε ενθαρρύνεται η χρήση μεγαλύτερων τιμών. Target earthquake: Το τμήμα αυτό καθορίζει το σεισμικό σενάριο. o Magnitude: μέγεθος του σεισμού o Epicentral distance (km): απόσταση επικέντρου σε χιλιόμετρα o Focal depth (km): εστιακό βάθος σε χιλιόμετρα o Fraction of rock along the path ( ): ποσοστό βράχων Όλες οι παράμετροι του παραθύρου Setup αποθηκεύονται και την επόμενη φορά που το πρόγραμμα θα ξεκινήσει, θα φορτώσει τις τελευταίες ρυθμίσεις που είχαν χρησιμοποιηθεί. Αφού τελειώσουν οι δοκιμές, το καλύτερο μοντέλο θα εμφανιστεί δίπλα από το γράφημα με μαύρο χρώμα (στα αριστερά), ενώ το αρχικό μοντέλο θα είναι με μπλε χρώμα (στα δεξιά). Ο λόγος H/V του καλύτερου μοντέλου και του αρχικού μοντέλου θα εμφανίζονται και με νούμερα σε μαύρο και σε μπλε χρώμα αντίστοιχα, ενώ η παρατηρηθείσα τιμή με έντονο κόκκινο. Εικόνα 8.4: Παράδειγμα αποτελέσματος του προγράμματος ModelHVSR από τα δεδομένα μας στη θέση M3 Αφού τελειώσει ο καθορισμένος αριθμός δοκιμών μπορεί να γίνει έλεγχος στα όρια εμπιστοσύνης του καλύτερου μοντέλου. Η επιφάνεια χρήσης των ορίων χρησιμοποιεί τις πιο πρόσφατα υπολογισμένες συναρτήσεις έτσι ώστε να υπολογίσει τα διαστήματα εμπιστοσύνης. Επομένως, εάν η τελευταία δοκιμή περιελάμβανε πολύ στενά διαστήματα γύρω από την καλύτερη λύση θα πρέπει να γίνει <Accept model> (αποδοχή του μοντέλου), αύξηση των ποσοστών για το παράθυρο διαταραχών σε 30-35% τουλάχιστον και να τρέξει άλλη μία σειρά διαταραχών σε περίπου προσπάθειες, με επιλεγμένη ΤΥΠΙΚΗ κατανομή (NORMAL distribution). Με αυτήν τη διαδικασία επιτυγχάνουμε την πλήρωση του μοντέλου με επαρκή πυκνότητα τιμών γύρω από την καλύτερη επιλογή και έτσι καθιστά δυνατό τον υπολογισμό των ορίων εμπιστοσύνης (με το πάτημα του πλήκτρου <Conf. limits>). 76

78 Εικόνα 8.5: Τέσσερις τομές ομαλοποιημένων μη αρμονικών παραγώγων, m. Οι σκιάσεις έχουν υπολογισθεί ως όρια εμπιστοσύνης εκ των οποίων το όριο 90% εμφανίζεται με την έντονη μαύρη γραμμή. Οι καλύτερες τιμές σημειώνονται με έναν άσπρο κύκλο, ενώ οι πιο «αληθείς» με ένα άσπρο τετράγωνο. Η καλύτερη πρακτική με βάση την εμπειρία - σύμφωνα με το εγχειρίδιο χρήσης του ModelHVSR - είναι: 1. Εύρος παραθύρου δονήσεων περίπου 25%, UNIFORM distribution επιλεγμένο, περίπου τυχαίες δοκιμές, επιλογή του Percentage of tries στο Setup 50-70%. Ύστερα το κουμπί <Go!> και επιλογή της παρατηρηθείσας HVSR. 2. Αναμονή μέχρι να τελειώσει η διαδικασία και ύστερα <Accept Model>. 3. Αλλαγή του εύρους παραθύρου στο 2-5%, επιλογή του NORMAL distribution, επιλογή του percentage of tries αυτή τη φορά στο 100% και πάλι τυχαίες δοκιμές. Επιλογή <Go!> και επιλέγουμε πάλι την ίδια παρατηρηθείσα HVSR. 4. Αναμονή μέχρι να τελειώσει η διαδικασία και ύστερα <Accept Model> (αυτό θα είναι ελπίζουμε και το σταθερό, τελευταίο μοντέλο). 5. Αύξηση του παραθύρου κατά >30%, NORMAL distribution, περίπου προσπάθειες, ξανά επιλογή <Go!> και η ίδια παρατηρηθείσα HVSR. 6. Περιμένουμε και όταν τελειώσει η διαδικασία, <Accept model> (δε θα πρέπει να έχει αλλάξει καθόλου ή να έχει αλλάξει ελάχιστα). 7. Επιλογή του <Conf. limits>. 8. Επιλογή οποιουδήποτε ζευγαριού παραμέτρων στα δύο Χ και Υ πεδία, πατάμε το <Plot>, περιμένουμε λίγο και αφού το σχέδιο ολοκληρωθεί επιλέγουμε όριο εμπιστοσύνης και πατάμε <Add contour>. 77

79 8.3) Υπολογισμός γεωτεχνικών μοντέλων για την πόλη της Λευκάδας Σύμφωνα με το εγχειρίδιο χρήσης του λογισμικού ModelHVSR, παραθέτουμε την πειραματική διαδικασία που ακολουθήσαμε για τη διεκπεραίωση των εργασιών: 1. Φόρτωση του προγράμματος με βάση το αρχικό πραγματικό μοντέλο της θέσης S Επιλογή κοντινών θέσεων. 3. Κλείδωμα των παχών στην αρχική επιφάνεια χρήσης. 4. Επιλογή NORMAL. 5. Number of random tries : Perturbation window : 25%. 7. Στην επιλογή Setup, percentage of tries : <GO!>, φορτώνοντας την παρατηρηθείσα καμπύλη HVSR. 9. <Accept model> και έλεγχος εάν η διεργασία πήγε καλά. Εάν το αποτέλεσμα ήταν κακό (bad result), επανάληψη των βημάτων 1 ως 8. Αλλιώς, συνέχεια στο Αλλαγή παραμέτρων Perturbation window σε 4% και στην επιλογή Setup, percentage of tries : <GO!>, φορτώνοντας την παρατηρηθείσα καμπύλη HVSR. 12. Έλεγχος των αποτελεσμάτων. 13. Επανάληψη της διαδικασίας για επόμενη, κοντινή τοποθεσία. Η διαδικασία αυτή έγινε για όλες τις τοποθεσίες του χάρτη μας. 8.4) Χάρτες 78

80 Εικόνα 8.6: α) Χάρτης με την κατανομή του πάχους του πρώτου γεωλογικού στρώματος της περιοχής, β)χάρτης με την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο πρώτο γεωλογικό στρώμα της περιοχής Στον πρώτο χάρτη της Εικόνας 8.6 παρατηρούμε την κατανομή του πάχους του πρώτου γεωλογικού στρώματος στην περιοχή της πόλης της Λευκάδας. Πιο συγκεκριμένα, βλέπουμε ότι αυτό το πρώτο στρώμα των τεχνητών αποθέσεων έχει μικρό πάχος στο δυτικό τμήμα της περιοχής (1.6 m) και μεγαλύτερο στο ανατολικό τμήμα (5.2 m). Στο δεύτερο χάρτη παρατηρούμε την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο πρώτο γεωλογικό στρώμα. Έχουμε ένα εύρος τιμών από 60 (κόκκινο) έως (μπλε). Έτσι, μπορούμε να ξεχωρίσουμε δυο κατηγορίες τιμών ταχυτήτων για τη διευκόλυνσή μας: Χαμηλές τιμές (κόκκινο ως κίτρινο) τις οποίες παρατηρούμε στο Α-ΒΑ τμήμα της παλιάς πόλης της Λευκάδας, καθώς και σε δύο ακόμη θέσεις στο ΝΔ και στο ΒΔ τμήμα. Υψηλές τιμές (γαλάζιο ως μπλε) τις οποίες παρατηρούμε σε θέσεις κυρίως - στον κεντρικό άξονα της πόλης. 79

81 Εικόνα 8.7: α) Χάρτης με την κατανομή του πάχους του δεύτερου γεωλογικού στρώματος της περιοχής, β)χάρτης με την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο δεύτερο γεωλογικό στρώμα της περιοχής Στον πρώτο χάρτη της Εικόνας 8.7 παρατηρούμε την κατανομή του πάχους του δεύτερου γεωλογικού στρώματος στην περιοχή της πόλης της Λευκάδας. Πιο 80

82 συγκεκριμένα, βλέπουμε ότι αυτό το δεύτερο στρώμα της αργίλου έχει μικρό πάχος στο ανατολικό τμήμα της περιοχής (3.8 m) και μεγαλύτερο στο δυτικό τμήμα (7.6 m). Στο δεύτερο χάρτη παρατηρούμε την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο δεύτερο γεωλογικό στρώμα. Έχουμε ένα εύρος τιμών από 130 (κόκκινο) έως 375 (μπλε). Έτσι, μπορούμε να ξεχωρίσουμε δυο κατηγορίες τιμών ταχυτήτων για τη διευκόλυνσή μας: Χαμηλές τιμές (κόκκινο ως κίτρινο) τις οποίες παρατηρούμε στο Α-ΒΑ τμήμα της παλιάς πόλης της Λευκάδας, καθώς και σε μία ακόμη θέση στο ΒΔ τμήμα. Υψηλές τιμές (γαλάζιο ως μπλε) τις οποίες παρατηρούμε στον κεντρικό άξονα της πόλης, καθώς και στο ΝΔ τμήμα αυτής. Η κατανομή που συναντάμε στις ταχύτητες διάδοσης εγκάρσιων κυμάτων των στρωμάτων I και II είναι σχεδόν όμοια, ενώ η κατανομή του πάχους των στρωμάτων αυτών είναι αντίστροφη μεταξύ τους. 81

83 Εικόνα 8.8: α) Χάρτης με την κατανομή του πάχους του τρίτου γεωλογικού στρώματος της περιοχής, β)χάρτης με την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο τρίτο γεωλογικό στρώμα της περιοχής Στον πρώτο χάρτη της Εικόνας 8.8 παρατηρούμε την κατανομή του πάχους του τρίτου γεωλογικού στρώματος στην περιοχή της πόλης της Λευκάδας. Πιο συγκεκριμένα, βλέπουμε ότι αυτό το τρίτο στρώμα της άμμου έχει μικρό πάχος στο δυτικό τμήμα της περιοχής (5.3 m) και μεγαλύτερο στο ανατολικό τμήμα (11.7 m). Στο δεύτερο χάρτη παρατηρούμε την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο τρίτο γεωλογικό στρώμα. Έχουμε ένα εύρος τιμών από 135 (κόκκινο) έως (μπλε). Έτσι, μπορούμε να ξεχωρίσουμε δυο κατηγορίες τιμών ταχυτήτων για τη διευκόλυνσή μας: Χαμηλές τιμές (κόκκινο ως κίτρινο) τις οποίες παρατηρούμε σχεδόν σε όλη την έκταση της παλιάς πόλης της Λευκάδας. Υψηλές τιμές (γαλάζιο ως μπλε) τις οποίες παρατηρούμε μόνο σε δύο θέσεις, στο Α- ΒΑ κομμάτι της πόλης, καθώς και ΒΔ. Στο χάρτη για την κατανομή ταχύτητας για το τρίτο γεωλογικό στρώμα η εικόνα αλλάζει. Παρατηρούμε αλλαγές μέσα στα όρια της παλιάς πόλης και βλέπουμε ότι στις θέσεις που το στρώμα έχει μικρότερο πάχος η ταχύτητα διάδοσης των σεισμικών κυμάτων αυξάνεται σε αρκετά μεγάλο βαθμό. 82

84 Εικόνα 8.9: α) Χάρτης με την κατανομή του πάχους του τέταρτου γεωλογικού στρώματος της περιοχής, β)χάρτης με την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο τέταρτο γεωλογικό στρώμα της περιοχής Στον πρώτο χάρτη της Εικόνας 8.9 παρατηρούμε την κατανομή του πάχους του τέταρτου γεωλογικού στρώματος στην περιοχή της πόλης της Λευκάδας. Πιο 83

85 συγκεκριμένα, βλέπουμε ότι αυτό το τέταρτο στρώμα της αργιλοϊλύος έχει μικρό πάχος στο ανατολικό τμήμα της περιοχής (3.6 m) και μεγαλύτερο στο δυτικό τμήμα (7.7 m). Στο δεύτερο χάρτη παρατηρούμε την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο τέταρτο γεωλογικό στρώμα. Έχουμε ένα εύρος τιμών από 156 (κόκκινο) έως (μπλε). Έτσι, μπορούμε να ξεχωρίσουμε δυο κατηγορίες τιμών ταχυτήτων για τη διευκόλυνσή μας: Χαμηλές τιμές (κόκκινο ως κίτρινο) τις οποίες παρατηρούμε σχεδόν σε όλη την έκταση της παλιάς πόλης της Λευκάδας. Υψηλές τιμές (γαλάζιο ως μπλε) τις οποίες παρατηρούμε μόνο στο ΒΔ τμήμα της πόλης, καθώς και σε μία πολύ μικρή εμφάνιση στο ΝΔ τμήμα. Η κατανομή που συναντάμε στις ταχύτητες διάδοσης εγκάρσιων κυμάτων των στρωμάτων III και IV είναι σχεδόν όμοια, ενώ η κατανομή του πάχους των στρωμάτων αυτών είναι αντίστροφη μεταξύ τους. 84

86 Εικόνα 8.10: α) Χάρτης με την κατανομή του πάχους του πέμπτου γεωλογικού στρώματος της περιοχής, β)χάρτης με την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο πέμπτο γεωλογικό στρώμα της περιοχής Στον πρώτο χάρτη της Εικόνας 8.10 παρατηρούμε την κατανομή του πάχους του πέμπτου γεωλογικού στρώματος στην περιοχή της πόλης της Λευκάδας. Πιο συγκεκριμένα, βλέπουμε ότι αυτό το πέμπτο στρώμα της μάργας έχει μικρό πάχος στο δυτικό τμήμα της περιοχής (29 m) και μεγαλύτερο στο ανατολικό τμήμα (57.4 m), με κάποιες μικρές εμφανίσεις και στο κεντρικό και νότιο τμήμα. Στο δεύτερο χάρτη παρατηρούμε την κατανομή των ταχυτήτων διάδοσης εγκάρσιων σεισμικών κυμάτων στο πέμπτο γεωλογικό στρώμα. Έχουμε ένα εύρος τιμών από (κόκκινο) έως (μπλε). Έτσι, μπορούμε να ξεχωρίσουμε δυο κατηγορίες τιμών ταχυτήτων για τη διευκόλυνσή μας: Χαμηλές τιμές (κόκκινο ως κίτρινο) τις οποίες παρατηρούμε στον κεντρικό άξονα, καθώς και στο δυτικό τμήμα της παλιάς πόλης της Λευκάδας. Υψηλές τιμές (γαλάζιο ως μπλε) τις οποίες παρατηρούμε στο ανατολικό τμήμα της πόλης, καθώς και σε μια θέση στο ΒΔ τμήμα. Στο χάρτη για την κατανομή ταχύτητας για το πέμπτο γεωλογικό στρώμα η εικόνα αλλάζει. Παρατηρούμε αλλαγές μέσα στα όρια της παλιάς πόλης και βλέπουμε ότι στις θέσεις που το σκληρότερο υπόβαθρο έχει μεγαλύτερο πάχος η ταχύτητα διάδοσης των σεισμικών κυμάτων αυξάνεται σε αρκετά μεγάλο βαθμό, ενώ όταν το πάχος μικραίνει και η ταχύτητα ακολουθεί αυτήν τη μείωση. 85

87 Εικόνα 8.11: Χάρτης με τη διαταραχή της ταχύτητας του εγκάρσιου κύματος ως προς τη μέση ταχύτητα (%) Στο χάρτη αυτόν παρατηρούμε τις διαταραχές της ταχύτητας του εγκάρσιου κύματος ως προς τη μέση ταχύτητα. Οι τιμές έχουν εύρος από (κόκκινο) έως και (μπλε). Οι κατηγορίες που παραθέτουμε είναι: χαμηλές τιμές (κόκκινο έως κίτρινο) και υψηλές τιμές (γαλάζιο έως μπλε). Χαμηλές τιμές παρατηρούνται στο ανατολικό μέρος του χάρτη - και κυρίως ΒΑ καθώς και σε δύο θέσεις ΒΔ και ΝΔ στην περιοχή της παλιάς πόλης. Η γεωλογία της περιοχής δηλώνει ότι οι πιο χαλαροί σχηματισμοί φτάνουν σε βάθος περίπου 15m ακολουθούμενοι από σκληρό υπόβαθρο, ενώ ο υδροφόρος ορίζοντας της περιοχής κυμαίνεται μεταξύ 0.6 και 2.5m. Υψηλές τιμές καταλαμβάνουν τη ΒΔ και ΝΔ πλευρά του χάρτη με εμφανίσεις και σε κάποιες θέσεις στο κέντρο της πόλης. 86

88 Εικόνα 8.12: Χάρτης κατανομής της Vs 30 στην πόλη της Λευκάδας Η κατανομή των ταχυτήτων Vs 30 δε διαφέρει πάρα πολύ από το χάρτη κατανομών των διαταραχών της ταχύτητας. Οι χαμηλότερες τιμές (144.8, κόκκινο ως κίτρινο) εμφανίζονται πάλι να καταλαμβάνουν την ανατολική πλευρά του χάρτη, καθώς και να εμφανίζονται σε θέσεις ΒΔ και ΝΔ της περιοχής της παλιάς πόλης. Τέλος, οι υψηλές τιμές (284, γαλάζιο ως μπλε) εμφανίζονται μόνο ΒΔ και ΝΔ, καθώς και σε κάποιες θέσεις στο κέντρο της πόλης. 87

89 Κεφάλαιο 9: Αποτελέσματα και Σύνθεση Αποτελεσμάτων 9.1) Αποτελέσματα Εικόνα 9.1: Χάρτης με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ) και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Παρατηρώντας το χάρτη με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ) και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 4, βλέπουμε ότι έχουμε μία μεγάλη συγκέντρωση στο Βόρειο τμήμα της πόλης, αλλά εντοπίζονται διάσπαρτες βλάβες και σε περιοχές με χαμηλότερες συχνότητες. 88

90 Εικόνα 9.2: Χάρτης με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ) και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Σύμφωνα με το χάρτη με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ) και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 4, βλέπουμε ότι έχουμε μεγαλύτερη συγκέντρωση σε περιοχές με υψηλές τιμές πλάτους - στο κεντρικό και Βόρειο τμήμα της πόλης και κάποιες εξαιρέσεις σε λίγο χαμηλότερες τιμές στο Ν-ΝΔ τμήμα της πόλης. 89

91 Εικόνα 9.3: Χάρτης με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ), το βαθμό συντήρησης των κτιρίων και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Στο χάρτη με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ) και το βαθμό συντήρησης των κτιρίων παρατηρούμε ότι τα κτίρια με βαθμό βλάβης 4 έχουν χαμηλό έως μέτριο βαθμό συντήρησης και υπάρχουν κυρίως στο Βόρειο τμήμα της πόλης όπου και παρατηρούνται υψηλές τιμές συχνοτήτων, καθώς και διάσπαρτα στο ΝΔ τμήμα όπου έχουμε χαμηλές τιμές συχνοτήτων. Κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και χαμηλό έως μέτριο βαθμό συντήρησης συναντάμε σε όλη την έκταση της πόλης τόσο σε υψηλές όσο και σε χαμηλές τιμές συχνοτήτων. Κτίρια, τέλος, με βαθμό βλάβης 3 και υψηλό βαθμό συντήρησης βλέπουμε κυρίως στο κεντρικό και ΝΔ τμήμα της πόλης όπου κυριαρχούν χαμηλές τιμές συχνοτήτων, με κάποια διάσπαρτα πιο Βόρεια σε περιοχές με υψηλές συχνότητες. 90

92 Εικόνα 9.4: Χάρτης με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ), το βαθμό συντήρησης των κτιρίων και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Παρατηρώντας το χάρτη με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ) και το βαθμό συντήρησης των κτιρίων βλέπουμε ότι όλα τα κτίρια (με βαθμό βλάβης 3 και 4) είτε χαμηλού είτε μέτριου είτε υψηλού βαθμού συντήρησης βρίσκονται στις περιοχές με υψηλές τιμές πλάτους, με εξαίρεση κάποιες λίγες περιπτώσεις που παρατηρούνται σε λίγο χαμηλότερες τιμές. 91

93 Εικόνα 9.5: Χάρτης με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ), τον τρόπο κατασκευής των κτιρίων και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Στο χάρτη με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ) και τον τρόπο δόμησης παρατηρούμε ότι κτίρια LCP-P με βαθμό βλάβης 3, LCP-P με βαθμό βλάβης 4, LCP- SM με βαθμό βλάβης 3 και RCF-TF με βαθμό βλάβης 3 βρίσκονται σε όλη την έκταση της πόλης τόσο σε υψηλές τιμές συχνοτήτων όσο και σε χαμηλές. Τα LCP- SM με βαθμό βλάβης 4 βρίσκονται σε όλη την έκταση της πόλης σε χαμηλές και υψηλές τιμές, με αυξημένη συγκέντρωση στο Βόρειο τμήμα της πόλης όπου επικρατούν υψηλές τιμές συχνοτήτων. Τα RCF με βαθμό βλάβης 3 υπάρχουν στο κεντρικό και ΝΔ τμήμα της πόλης και κυρίως σε τμήματα με χαμηλές τιμές συχνοτήτων. Τέλος, τα LCP-TF με βαθμό βλάβης 3 συναντώνται σε όλη την πόλη τόσο σε χαμηλές όσο και σε υψηλές τιμές, αλλά κυριαρχούν στις περιοχές με υψηλές τιμές συχνοτήτων. 92

94 Εικόνα 9.6: Χάρτης με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ), τον τρόπο κατασκευής των κτιρίων και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Σύμφωνα με το χάρτη με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ) και τον τρόπο δόμησης παρατηρούμε ότι όλων των ειδών τα κτίρια συναντώνται σε όλο το τμήμα της πόλης τόσο σε υψηλές τιμές όσο και σε λίγο χαμηλότερες. 93

95 Εικόνα 9.7: Χάρτης με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ), την περίοδο κατασκευής των κτιρίων και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Στο χάρτη με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ) και το έτος κατασκευής των κτιρίων παρατηρούμε ότι κτίρια με βαθμό βλάβης 4 είναι αυτά που κατασκευάσθηκαν πριν το 1960 (με ελάχιστες εξαιρέσεις κτιρίων κατασκευής κατά το διάστημα ) και βρίσκονται σε όλη την πόλη τόσο σε χαμηλές όσο και σε υψηλές τιμές συχνοτήτων, αλλά κυριαρχούν στο Βόρειο τμήμα όπου έχουμε υψηλές τιμές. Κτίρια με βαθμό βλάβης 3 υπάρχουν τόσο πριν το 1960 όσο και κατά το διάστημα και τα συναντάμε σε όλη την πόλη και σε όλο το εύρος τιμών των συχνοτήτων. 94

96 Εικόνα 9.8: Χάρτης με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ), την περίοδο κατασκευής των κτιρίων και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Στο χάρτη με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ) και το έτος κατασκευής των κτιρίων παρατηρούμε ότι κτίρια με βαθμό βλάβης 4 κυριαρχούν στο Βόρειο τμήμα όπου έχουμε υψηλές τιμές πλάτους. Κτίρια με βαθμό βλάβης 3 υπάρχουν τόσο πριν το 1960 όσο και κατά το διάστημα και τα συναντάμε σε όλη την πόλη. 95

97 Εικόνα 9.9: Χάρτης με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ), την ύπαρξη soft storey και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Εικόνα 9.10: Χάρτης με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ), την ύπαρξη soft storey και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας 96

98 Στους δύο παραπάνω χάρτες με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ) και την ύπαρξη soft storey - καθώς και στον αντίστοιχο με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ) - παρατηρούμε ότι αυτά τα κτίρια υπάρχουν μόνο στον κεντρικό άξονα της πόλης, όπου χρησιμοποιούνται ως καταστήματα. Σε αυτό το τμήμα της πόλης οι τιμές που επικρατούν είναι χαμηλές και μεσαίες. Εικόνα 9.11: Χάρτης με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ), το βαθμό τρωτότητας και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας 97

99 Εικόνα 9.12: Χάρτης με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ), το βαθμό τρωτότητας και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Εικόνα 9.13: Χάρτης με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ), τον αριθμό ορόφων και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας 98

100 Εικόνα 9.14: Χάρτης με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ), τον αριθμό ορόφων και τα κτίρια με βαθμό βλάβης 3 και 4 στην πόλη της Λευκάδας Στους τέσσερις παραπάνω χάρτες με τις κύριες δεσπόζουσες συχνότητες (F 0 ) και το βαθμό τρωτότητας, καθώς και τον αριθμό ορόφων, όπως και στους αντίστοιχους με το πλάτος των συντελεστών ενίσχυσης (Α 0 ), παρατηρούμε ότι ο βαθμός βλάβης δεν επηρεάζεται ούτε από το F 0, αλλά ούτε και από το A 0. Σε αυτές τις περιπτώσεις σημαντικό ρόλο παίζει το ισόγειο των κτιρίων. 9.2) Σύνθεση αποτελεσμάτων Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω, είναι προφανές ότι οι σχηματισμοί του εδάφους φαίνεται να έχουν παίξει σημαντικό ρόλο στις ζημιές που πραγματοποιήθηκαν κατά το σεισμό του Οι τιμές του Vs 30 κυμαίνονται μεταξύ 144 και 284 m/s, με τις χαμηλότερες από αυτές να παρατηρούνται στο ανατολικό τμήμα της πόλης και τις μεγαλύτερες στο δυτικό τμήμα αυτής (Εικόνα 9.15). Οι χαμηλές τιμές του Vs 30 συνδέονται με βλάβες που παρατηρήθηκαν στο ΝΑ τμήμα, ενώ στον ανατολικό τομέα - όπου παρατηρείται και η χαμηλότερη Vs 30 - δεν παρατηρούνται βλάβες, πιθανότατα λόγω της χαμηλής τρωτότητας των κτιρίων που βρίσκονται σε αυτό το τμήμα (ξενοδοχεία, καλοδιατηρημένες κατοικίες). Οι βλάβες, τώρα, που παρατηρούνται στο βόρειο τμήμα της περιοχής δε συσχετίζονται ούτε με υψηλές τιμές ταχυτήτων, ούτε με το πάχος του ριγόλιθου. Μπορούμε, όμως, να τις συσχετίσουμε με τους σχηματισμούς που συναντάμε στα δύο ανώτερα στρώματα του εδάφους (τεχνητές αποθέσεις και άργιλο) και πιο συγκεκριμένα με το πάχος τους. Οι σχηματισμοί αυτοί σίγουρα συνέβαλαν τα μέγιστα στο πλάτος του συντελεστή ενίσχυσης της διάδοσης του σεισμικού κύματος, κατά τη διάρκεια του σεισμού του Στον κεντρικό άξονα της πόλης οι βλάβες δε φαίνεται να συσχετίζονται με χαμηλές τιμές ταχυτήτων ή το πάχος των χαλαρών σχηματισμών, αλλά θα μπορούσαν 99

101 να οφείλονται στην σχετικά υψηλή τρωτότητα των κτιρίων στην περιοχή αυτή. Σε αυτό το συμπέρασμα καταλήγουμε καθώς αρκετά διώροφα και τριώροφα κτίρια με ύπαρξη soft storey στο ισόγειο τους - που διαμορφώθηκαν κατ αυτόν τον τρόπο ώστε να χρησιμοποιηθούν ως καταστήματα καταγράφηκαν με βλάβες βαθμού 3 και 4 ή ακόμη και κατάρρευση κατά τη διάρκεια του σεισμού. Τέλος, παρά την κάποια διακύμανση που οφείλεται στα δεδομένα και την αβεβαιότητα της μεθόδου, τα αποτελέσματά μας συγκλίνουν προς ένα κακής ποιότητας και έντονα ανομοιογενές έδαφος. Το αποτέλεσμά μας αυτό συσχετίζεται πολύ καλά με τις ζημιές που καταγράφηκαν στα κτίρια μετά το σεισμό του Έτσι, έχουμε ένα υποσχόμενο πλαίσιο για το επόμενο βήμα της έρευνας μας, που είναι να δημιουργήσει ρεαλιστικά σενάρια απώλειας στην περιοχή μελέτης. 100

102 Κεφάλαιο 10: Εκτίμηση Σεισμικής Επικινδυνότητας 10.1) Πιθανολογική Σεισμική Επικινδυνότητα (Probabilistic Seismic Hazard Analysis ή PSHA) Ο στόχος της πιθανολογικής σεισμικής επικινδυνότητας είναι η απεικόνιση του πιθανού κινδύνου λόγω μελλοντικών σεισμικών δονήσεων. Πιο συγκεκριμένα, η Ανάλυση Πιθανολογικής Σεισμικής Επικινδυνότητας (ΑΠΣΕ) (Probabilistic Seismic Hazard Analysis ή PSHA) είναι η μεθοδολογία που υπολογίζει τη πιθανότητα να ξεπερασθούν τα διαφορετικά επίπεδα εδαφικών κινήσεων προκαλούμενα από σεισμικές δραστηριότητας, σε συγκεκριμένες δοθείσες τοποθεσίες, σε δεδομένες μελλοντικές χρονικές περιόδους. Η Ανάλυση Πιθανολογικής Σεισμικής Επικινδυνότητας (ΑΠΣΕ) έχει γίνει ένα πολύ σημαντικό εργαλείο βοήθειας στη σχεδίαση, καθώς και στη διαδικασία λήψεως αποφάσεων σε όλα τα επίπεδα του δημόσιου και ιδιωτικού τομέα. Η ΑΠΣΕ στην παλιά πόλη της Λευκάδας εκτελείται με βάση τη θεωρία των μέγιστων τιμών που εισήλθε από την σχέση (2) και το πρόγραμμα HAZAN. Οι απαιτήσεις της εφαρμοσμένης μεθοδολογίας είναι ένας κατάλογος σεισμών σε συνδυασμό με τις σχέσεις εξασθένισης της επιταχύνσεως, της ταχύτητας και της μετατοπίσεως. Ο κατάλογος σεισμών του Makropoulos et al.(2012), όπου είναι ένας ενημερωμένος κατάλογος σεισμών της Ελλάδος και των γύρω περιοχών του 1900 που περιλαμβάνει 7352 γεγονότα, χρησιμοποιείται για την ΑΠΣΕ. Είναι φανερό ότι η αξιοπιστία των παραμέτρων και το ποσοστό ολοκληρώσεως ενός σεισμικού καταλόγου είναι οι παράγοντες καίριας σημασίας ως προς την αξιοπιστία της εκτίμησης της σεισμικής επικινδυνότητας. Αρκετοί κατάλογοι σεισμών περιέχουν δεδομένα σχετικά με τη σεισμικότητα στην Ελλάδα. Ο βαθμός ολοκλήρωσης του προαναφερθέντος καταλόγου έγινε με βάση τη μέθοδο Stepp. Τα εξαχθείσα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι σεισμοί με επιφανειακά κύματα μεγέθους Ms 4.0 έχουν αναφερθεί πλήρως από το 1976 και ύστερα. Γεγονότα με βαθμό Ms 4.5 αναφέρονται πλήρως τα τελευταία 60 χρόνια του καταλόγου, ενώ σεισμοί με Ms 5.0 και Ms 5.5 από το 1940 και 1911 αντίστοιχα. Σεισμοί με βαθμό Ms 6.0 δεν φαίνεται να έχουν παραβλεφθεί καθ' όλη την χρονική διάρκεια που ελέγχει ο κατάλογος. Οι σχέσεις εξουθένωσης των Προβλεπόμενων Εξισώσεων Εδαφικών Κινήσεων (ΠΕΕΚ) (Ground Motion Prediction Equations, GMPEs) δίνουν έναν τρόπο πρόβλεψης του επιπέδου των εδαφικών κινήσεων καθώς και των αντίστοιχων τιμών αβεβαιότητας σε κάθε δεδομένη τοποθεσία, με βάση τις παραμέτρους όπως το μέγεθος του σεισμού και την απόσταση πηγής - τοποθεσίας. Οι ΠΕΕΚ χρησιμοποιούνται αποτελεσματικά στον υπολογισμό των εδαφικών κινήσεων σε αναλύσεις σεισμικού κινδύνου καθορισμένες, αλλά και προβλεπόμενες. Οι ΠΕΕΚ που χρησιμοποιούνται στην παρούσα μελέτη προς τον υπολογισμό των PGA είναι αυτές που προτάθηκαν από τον Μακρόπουλο(1978) και που έχουν εφαρμοσθεί επανηλειμένα στην περιοχή της Ελλάδας: A 2164e 0.7M ( R 20) 1.8 (1) 101

103 όπου Α είναι η επιτάχυνση cm/s 2, M ο βαθμός του σεισμού και R η επικεντρική απόσταση σε km. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι η σχέση (1) πρόκειται για μία σχέση που καταλήγει σε ενδιάμεσες τιμές επιταχύνσεων από αυτές που λαμβάνονται με τις εξισώσεις που προτάθηκαν για την περιοχή της Ελλάδος από τους Θεοδουλίδης και Παπαζάχος (1992) και Μάργαρης et al. (2001). Οι ακόλουθες ΠΕΕΚ χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της ταχύτητας V και της μετατόπισης D: V M R 1.39 cm/sec (2) M D R cm (3) Οι μέγιστες παράμετροι εδαφικών κινήσεων PGA, PGV και PGD, προσδιορίζονται εφαρμόζοντας τη μέθοδο των ακραίων τιμών καθώς και την πρώτη ασύμπτωτη μετατόπιση του Gumbel: G I (x) = exp(-exp(-a(x- u))), a>0 (4) Ο μέγιστος αναμενόμενος βαθμός του σεισμού υπολογίζεται με βάση τη μέθοδο ακραίων τιμών και τον τρίτο νόμο ασύμπτωτης άνω περιορισμένης διανομής του Gumbel: G IΙΙ (x) = exp(-((ω-x)/(ω- u)) k ), k>0, x ω, u<ω (5) όπου G(x) αντιπροσωπεύει την πιθανότητα η μεταβλητή x να είναι ετήσια ακραία τιμή, π.χ. G(x) η ετήσια πιθανότητα η τιμή x να μην ξεπερασθεί. Η παράμετρος u είναι μία χαρακτηριστική τιμή της μεταβλητής x με τη πιθανότητα G(u) = 1/e να είναι ετήσια ακραία τιμή. Η παράμετρος k αντιπροσωπεύει την καμπυλότητα της διανομής. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης ως προς το μέγιστο αναμενόμενο βαθμό σεισμού M max παρουσιάζονται στον Πίνακα Τα αποτελέσματα λαμβάνονται σε επιστρεφόμενες περιόδους 950 χρόνων (90% πιθανότητα να μην ξεπερασθούν σε 100 χρόνια), 475 χρόνων (90% πιθανότητα να μην ξεπερασθούν σε 50 χρόνια), 98 χρόνων (60% πιθανότητα να μην ξεπερασθούν σε 50 χρόνια) και 49 χρόνων (60% πιθανότητα να μην ξεπερασθούν σε 25 χρόνια). Οι ληφθείσες τιμές M max αναφέρονται σε κυκλική περιοχή με ακτίνα 0.5 (~ 5 km) και κέντρο την παλιά πόλη της Λευκάδας. Αξίζει να σημειωθεί ότι όλα τα μέρη της περιοχής έχουν την ίδια πιθανότητα να φιλοξενήσουν ένα σεισμό του προβλεπόμενου μεγέθους. Αυτό προφανώς δε συμβαίνει στην περίπτωση των παραμέτρων που περιγράφουν την εδαφική κίνηση (PGA, PGV, PGD), αφού η χρήση των νόμων εξασθένισης επιτρέπει τον υπολογισμό των μέγιστων τιμών στην παλιά πόλη της Λευκάδας. Τα καθορισμένα μεγέθη σεισμού θα πρέπει να θεωρηθούν ως αντιπροσωπευτικά, καθώς η υπό μελέτη περιοχή περιλαμβάνει το κεντρικό και δεξιόστροφο ρήγμα μετατόπισης της Κεφαλονιάς. 102

104 Πίνακας 10.1: Μέγιστο αναμενόμενο μέγεθος σεισμού στη παλιά πόλη της Λευκάδος για τρεις επιστρεφόμενες περιόδους Επιστρεφόμενη Περίοδος (Σε Χρόνια) M max Η μέγιστη τιμή των παραμέτρων εδαφικών κινήσεων είναι η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση PGA, η μέγιστη εδαφική ταχύτητα PGV και η μέγιστη εδαφική μετατόπιση PGD. Οι τιμές των παραμέτρων αυτών λήφθηκαν με βάση την εκτίμηση προβλεπόμενης σεισμικής επικινδυνότητας που έγινε στην παλιά πόλη της Λευκάδας, με εφαρμογή της μεθόδου ακραίων τιμών και του προγράμματος HAZAN. Τα αποτελέσματα αναφέρονται στην ίδια επιστρεφόμενη περίοδο όσον αφορά το M max, δηλαδή τα 475, 98 και 49 χρόνια (Πίνακας 10.2). Όλες οι μέγιστες εδαφικές παράμετροι αναφέρονται σε κατάσταση υποβάθρου. Πίνακας 10.2: Μέγιστη εδαφική επιτάχυνση (PGA), μέγιστη εδαφική ταχύτητα (PGV) και μέγιστη εδαφική μετατόπιση (PGD) στην παλιά πόλη της Λευκάδας για τρεις επιστρεφόμενες περιόδους Επιστρεφόμενη Περίοδος PGA (cm/sec 2 ) PGV (cm/sec) PGD (cm) (Χρόνια) Η περιοχή της παλιάς πόλης της Λευκάδας ανήκει στη σεισμική ζώνη ΙΙΙ του σύγχρονου κτιριακού κώδικα της Ελλάδας στον οποίο η μέγιστη τιμή PGA που έχει προσδιορισθεί είναι 0.36g (353.2 cm/sec 2 ). Η σεισμική ζώνωση έχει βασιστεί σε τιμές PGA με 10% πιθανότητα να ξεπερασθούν σε 50 χρόνια, π.χ. περίοδο επιστροφής 475 χρόνια. Η αντιπροσωπευτική τιμή της παρούσας εργασίας είναι cm/sec 2, αρκετά χαμηλότερη από την τιμή σχεδίασης. 10.2) Αιτιοκρατική Σεισμική επικινδυνότητα Η αιτιοκρατική σεισμική επικινδυνότητα είναι η πρώτη μέθοδος που χρησιμοποιείται για περισσότερες ενέργειες, πέρα από απλή παρατήρηση επιδράσεων. Επίσης, ελέγχει τους παράγοντες της σεισμικότητας, ενώ είναι πολύ χρήσιμη σε περιοχές όπου τα τεκτονικά χαρακτηριστικά είναι ενεργά και εμφανή. Οι συνθετικές χρονοϊστορίες εδαφικών κινήσεων για την παλιά πόλη της Λευκάδας έχουν υπολογιστεί με την προτεινόμενη μέθοδο των Sabetta και Pugliese (1996). Η εξομοίωση μη-στατικών ισχυρών εδαφικών κινήσεων επιτυγχάνεται με μία εμπειρική μέθοδο όπου ο χρόνος και η συχνότητα της κινήσεως αντιπροσωπεύονται από το φυσικό φάσμα, επεκτείνοντας έτσι τη θεωρία φασματικής στιγμής στη μηστατική περίπτωση με το να αθροίζει σειρές Fourier με χρονο-στηριζόμενους συντελεστές. Η συσχέτιση των χρονο-στηριζόμενων συχνοτήτων και του περιεχόμενου πλάτους με το βαθμό του σεισμού, την απόσταση και την κατάσταση της τοποθεσίας εξήχθησαν από καταγεγραμμένα δεδομένα ισχυρών κινήσεων. Το

105 κύριο προτέρημα της προτεινόμενης μεθόδου αποτελείται από τη συσχέτιση των εξομοιωμένων παραμέτρων με το σεισμικό μέγεθος, την απόσταση της πηγής και την κατάσταση του εδάφους. Η λειτουργική μορφή που υιοθετήθηκε για τη μοντελοποίηση της εξασθένισης αντιπροσωπεύεται από την εξίσωση: log 10 (Y) = a + b M + c log 10 (R 2 + h 2 ) 1/2 + e 1 S 1 + e 2 S 2 ± σ (6) όπου Y είναι η παράμετρος εδαφικής κίνησης που θέλουμε να προβλέψουμε, M το μέγεθος του σεισμού, R η απόσταση (ρήγματος ή επίκεντρο) σε km, h ένα πλασματικό βάθος καθορισμένο από παλινδρόμηση που εντάσσει όλες τις παραμέτρους που τείνουν να περιορίσουν την κίνηση κοντά στην πηγή, a, b και c σταθερές και σ η συγκεκριμένη απόκλιση του λογαρίθμου Y. Η παράμετρος S 1 και S 2 αναφέρονται στην κατηγοριοποίηση της τοποθεσίας και παίρνουν τιμές ίσες με 1 για ρηχές και βαθιές αλουβιακές τοποθεσίες και 0 για οποιαδήποτε άλλη περίπτωση. Η εξομοίωση των συνθετικών επιταχυνσιογραφημάτων γίνεται με το άθροισμα σειρών Fourier εξαγόμενων από το φυσικό φάσμα ως: όπου, N a( t) 2 Cn ( t)cos( n2 f 0t n ) (7) n 1 C ( t) 2 f 0PS( f, t) (8) n Επίσης, α(t) η φυσική επιτάχυνση, f 0 η θεμελιώδης συχνότητα (άμεσα συσχετιζόμενη με τη συνολική διάρκεια), οι φάσεις φ n είναι τυχαίες τιμές ομοιόμορφα διανεμημένες μεταξύ 0 και 2π και PS το φυσικό φάσμα. Η ανωτέρω περιγραφόμενη μέθοδος αιτιοκρατικής σεισμικής επικινδυνότητας εφαρμόζεται στην περιοχή της παλιάς πόλης της Λευκάδας, δεχόμενη τρία σενάρια, ένα βασισμένο σε παλαιότερους σεισμούς και δύο με βάση αποτελέσματα των μέγιστων αναμενών σεισμικών δραστηριοτήτων, μέσω των επιστρεφόμενων περιόδων 475 και 950 χρόνων στο πλαίσιο της ΑΠΣΕ Το σενάριο του σεισμού του 2003 Εξομοιωμοιώσεις χρόνου - ιστορίας των προβλεπόμενων μέγιστων επιφανειακών εδαφικών επιταχύνσεων, ταχυτήτων και μετατοπίσεων για το σεισμό του 2003 φαίνονται στην Εικόνα 10.1, ενώ οι αντίστοιχες PGA, PGV, και PDV τιμές στον Πίνακα Η ληφθείσα PGA τιμή του cm/sec 2 είναι μικρότερη από αυτές που καταγράφηκαν στο Νοσοκομείο της πολης της Λευκάδας, που είναι ίσες με cm/sec 2. Η διαφορά αυτή μπορεί να αποδοθεί στο γεγονός ότι η παρούσα εξομοίωση έγινε σε βραχώδες υπόβαθρο, ενώ η καταγραφή έγινε σε μέρος με 15 m χαλαρών ιζημάτων πάνω από βραχώδες υπόβαθρο, ενώ στις καταγραφές έχουμε επίσης και σημάδια από εδαφική ενίσχυση. n 104

106 Acceleration (cm/sec2) Velocity (cm/sec) Displacement (cm) Εικόνα 10.1: Προσομοιωμένες τιμές επιταχύνσεων (πάνω), ταχύτητας (μέση) και μετατοπίσεως (κάτω) σε βασικό υπόβαθρο για το σεισμικό σενάριο του σεισμού του Το σενάριο της επιστροφής κάθε 475 χρόνων Το δεύτερο σενάριο που εφαρμόστηκε αντιστοιχεί σε ένα γεγονός με το μέγιστο αναμενόμενο μέγεθος σεισμού προσδιορίστηκε για μια πιθανότητα 90% να μη ξεπεραστεί μέσα σε 50 χρόνια, το οποίο είναι ίσο με M max =6.9. Το γεγονός αυτό μπορεί να θεωρηθεί ως Λειτουργικό Σχέδιο Σεισμού (Λ.Σ.Σ.) ή Λειτουργική Βάση Σεισμού (Λ.Β.Σ.), που ορίζεται ως το σεισμό που μπορεί να αναμένεται ότι θα συμβεί κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού των κύριων δομών (π.χ. τουλάχιστον μία φορά). Ο στόχος του σχεδιασμού Λ.Σ.Σ. - Λ.Β.Σ. είναι ότι το συνολικό σύστημα θα συνεχίσει να λειτουργεί κατά τη διάρκεια και μετά από μια Λ.Σ.Σ. - Λ.Β.Σ. και θα υποστεί λίγη εώς καμία ζημιά. Δεδομένου ότι η παραπάνω τιμή M max έχει την ίδια πιθανότητα εμφάνισης σε μια κυκλική περιοχή με ακτίνα 0.5 (~ 5 km) και το κέντρο της παλιάς πόλης της Λευκάδας, η επικεντρική απόσταση που χρησιμοποιείται για το σενάριο είναι το ελάχιστο ανάμεσα στην πόλη της Λευκάδας και το τμήμα της Λευκάδας από το κέντρο της Κεφαλονιάς, το οποίο είναι ίσο με 8 km. Οι συνθετικά υπολογισμένες ιστορίες για την Λ.Σ.Σ. - Λ.Β.Σ. εμφανίζεται στην Εικόνα 10.2 και η κορυφή της κίνησης του εδάφους βρίσκεται στον Πίνακα

107 Αξίζει να σημειωθεί ότι η προσδιορισθείσα αξία του PGA 0.51 g (496,9 cm/sec 2 ) είναι σημαντικά υψηλότερη από την τιμή της επιτάχυνσης σχεδιασμού που προτείνεται για την Λευκάδα, η οποία είναι ίση με 0.36 g. Acceleration (cm/sec 2 ) Velocity (cm/sec) Displacement (cm) Εικόνα 10.2: Προσομοίωση του χρόνου της επιτάχυνσης (πάνω), ταχύτητας (μέση) και μετατόπισης (κάτω) σε βασικό υπόβαθρο για το σεισμικό σενάριο του σεισμού κάθε 475 χρόνια Το σενάριο της επιστροφής κάθε 950 χρόνια Το τελευταίο σενάριο επιλέχθηκε να προσομοιώνει ένα γεγονός που λαμβάνει χώρα σε μια επικεντρική απόσταση 8 km από την παλιά πόλη της Λευκάδας με μέγεθος Mw=7.0. Αυτό είναι το μέγιστο αναμενόμενο μέγεθος σεισμού που καθορίζεται για περίοδο επαναφοράς 950 χρόνια, δηλαδή 90% πιθανότητα να μην ξεπεραστεί τα επόμενα 100 χρόνια. Αυτό το σενάριο που αντιστοιχεί στο Μέγιστο Σχέδιο Σεισμού (Μ.Σ.Σ.) ή Μέγιστο Αξιόπιστο Γεγονός (Μ.Α.Γ.), που ορίζεται ως το μέγιστο επίπεδο της εδαφικής κίνησης που μπορεί να εμφανιστεί στο χώρο. Μ.Σ.Σ. ορίζεται ως ένα γεγονός με μια μικρή πιθανότητα υπέρβασης κατά τη διάρκεια των κύριων εγκαταστάσεων. Ο στόχος του σχεδιασμού είναι ότι η δημόσια ασφάλεια πρέπει να διατηρείται κατά τη διάρκεια αλλά και μετά από μια Μ.Σ.Σ.- Μ.Α.Γ. Η ληφθείσα προσομοίωση χρόνου για τη Μ.Σ.Σ.- Μ.Α.Γ. παρουσιάζεται στην Εικόνα 10.3, ενώ οι αντίστοιχες τιμές PGA, PGV και PGD στον Πίνακα Οι τιμές αυτές, 106

108 αν και υψηλότερες, είναι συγκρίσιμες με αυτές που καθορίζονται για το Λ.Σ.Σ. - Λ.Β.Σ., δεδομένου ότι η τελευταία είναι μόνο 0.1 μικρότερη από το Μ.Σ.Σ. - Μ.Α.Γ. Acceleration (cm/sec 2 ) Velocity (cm/sec) Displacement (cm) Εικόνα 10.3: Προσομοίωση του χρόνου της επιτάχυνσης (πάνω), ταχύτητα (μέση) και μετατόπιση (κάτω) σε βασικό υπόβαθρο για το σεισμικό σενάριο του σεισμού κάθε 950 χρόνια Πίνακας 10.3: Επικεντρικές αποστάσεις και τιμές μέγιστης εδαφικής κίνησης για τα τρία σενάρια που εφαρμόζονται Scenario PGA (cm/sec 2 ) PGV (cm/sec) PGD (cm) 2003 Earthquake years R.P years R.P

109 Κεφάλαιο 11: Προσομοίωση Εδαφικής Κίνησης στην Παλιά Πόλη της Λευκάδας 11.1) Εισαγωγή Μια απλή και συνάμα ισχυρή μέθοδος προσομοίωσης εδαφικών κινήσεων βασίζεται στην υπόθεση ότι το εύρος των εδαφικών κινήσεων σε μια περιοχή μπορεί να προσδιοριστεί με αιτιοκρατικό τρόπο, με ένα τυχαίο φάσμα επεξεργασμένο έτσι ώστε η κίνηση να κατανέμεται κατά μία χρονική διάρκεια σχετική με το μέγεθος ενός σεισμού, καθώς και την απόσταση από την πηγή. Αυτή η μέθοδος εξομοίωσης συχνά ονομάζεται και ως «η στοχαστική μέθοδος». Είναι πολύ χρήσιμη όταν προσομοιώνονται εδαφικές κινήσεις υψηλών συχνοτήτων και χρησιμοποιείται πολύ συχνά για τον προσδιορισμό σεισμικής επικινδυνότητας σε περιοχές όπου δεν υπάρχουν επαρκή δεδομένα ως προς την καταγραφή των σεισμικών ζημιών. Η σειρά προγραμμάτων SMSIM του David M. Boore που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία ανήκει στην κατηγορία προγραμμάτων προσομοίωσης εδαφικών κινήσεων βασισμένη στη στοχαστική αυτή μέθοδο. Το πρόγραμμα αυτό βρίσκεται στον διαδικτυακό τόπο και περιέχει 4 αρχεία: source code, executables, sample input και sample output, συμπιεσμένα σε 2 αρχεία δυαδικού συστήματος με ονόματα SMSIMxx.zip και SITEAxxx.zip, όπου xxx ο αριθμός της έκδοσης. Συμπεριλαμβάνεται εγχειρίδιο χρήσης σε ηλεκτρονική μορφή με τίτλο smsim_manual.pdf, καθώς και readme.txt αρχείο που περιέχουν επιπλέον πληροφορίες ως προς την εγκατάσταση και την ιστορία των αλλαγών στις εκδόσεις του προγράμματος. Συνίσταται αποσυμπίεση των αρχείων για καλύτερη χρήση του προγράμματος. 11.2) Σύνοψη του προγράμματος SMSIM Οι οδηγοί που περιλαμβάνονται στο πρόγραμμα εξάγουν τη μέγιστη επιτάχυνση, ταχύτητα και μετατόπιση, την ένταση Arias (Arias intensity), καθώς και το φάσμα απόκρισης σε διαφορετικές περιόδους. Κάποιοι οδηγοί λαμβάνουν μια τιμή μεγέθους και απόστασης από τον χρήστη, ενώ κάποιοι άλλοι διαβάζουν την ένταση και απόσταση από ένα αρχείο ελέγχου. Τα αρχεία έχουν σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε οι οδηγοί να μπορούν να υποστούν επεξεργασία εύκολα, έτσι ώστε να εξάγουν τις παραμέτρους εδαφικών κινήσεων σε άλλους συνδυασμούς παραμέτρων εντάσεως, αποστάσεως και εισαγωγικών παραμέτρων. Η σειρά προγραμμάτων μπορεί να υπολογίσει και φάσματα Fourier σε σχέση με το μοντέλο που δίνουνε μέσω των παραμέτρων εισαγωγής, είτε άμεσα (με τις συχνότητες) είτε έμμεσα (μέσω μετατροπών Fourier των προσομοιωμένων χρονοσειρών). Τα προγράμματα δεν περιλαμβάνουν τη δημιουργία γραφημάτων. Θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί άλλο πρόγραμμα για την απεικόνιση των αποτελεσμάτων. Στην περίπτωσή μας, χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα ViewWave (T. Kashima). 108

110 1. Προγράμματα SMSIM που χρησιμοποιήθηκαν (Οδηγοί GM_RV_DRVR και GM_TD_DRVR): Προγράμματα για τον υπολογισμό εδαφικών κινήσεων (GM- Ground Motion) με τη χρήση τυχαίων δονήσεων (RN-Random Vibration) και «χρονο-κυριαρχούμενους» υπολογισμούς (TD-Time Domain). Δέχονται δεδομένα με διαδραστικό τρόπο, θέτοντας ονόματα input και output αρχείων (εισαγωγής και εξαγωγής), εάν το φάσμα απόκρισης πρέπει να υπολογιστεί, καθώς και πληροφορίες που χρειάζονται ώστε να προσδιοριστούν οι περίοδοι και η απόσβεση του φάσματος απόκρισης. Το πρόγραμμα GM_TD_DRVR χρησιμοποιήθηκε στην έρευνά μας. Οι εντολές που συναντάμε στο πρόγραμμα είναι οι εξής: Enter a message, if desired: Έχουμε τη δυνατότητα να τοποθετήσουμε ένα μήνυμα με λατινικούς χαρακτήρες, χωρίς να έχει κανένα άλλο ρόλο. Εάν δεν επιθυμούμε κάποιο μήνυμα, προχωράμε πατώντας το πλήκτρο <enter>. Enter name of file with parameters (press Enter to quit): Εισάγουμε το αρχείο των παραμέτρων, με κατάληξη.params, π.χ. ofr.params. Enter name of summary file ( Enter = ofr.gmtd.sum): Θέτουμε το όνομα του αρχείου που θα περιέχει τη σύνοψη των αποτελεσμάτων, π.χ. test.sum. Compute response spectra? (y/n): <y> για υπολογισμό του φάσματος απόκρισης, <n> σε αντίθετη περίπτωση. Enter individual periods? (y/n): <y> για να θέσουμε μεμονωμένες περιόδους), <n> σε αντίθετη περίπτωση. Use standard set of 91 periods? (y/n): <y> συγκεκριμένους κύκλους ανα 91 περιόδους), <n> σε αντίθετη περίπτωση. Enter fractional damping: Κλασματική απόσβεση, π.χ amag: Μέγεθος σεισμού, π.χ dist: Επικεντρική απόσταση σε km, π.χ. 10. Enter name of column file to contain response spectra ( Enter = ofr.m6.20r012.6_rs.td.col): Θέτουμε το όνομα του αρχείου πινάκων που θα περιέχει το φάσμα απόκρισης, π.χ. test.col. Write pga, pgv, pgd to a column file? (y/n): <y> εάν θέλουμε υπάρχουν στο παραπάνω αρχείο οι τιμές pga, pgv, pgd, <n> σε αντίθετη περίπτωση. Enter name of column file for to contain pga, pgv, pgd ( Enter = ofr.m6.20r010.0_pavd.td.col): Θέτουμε το όνομα του αρχείου που θα περιέχει τις τιμές pga, pgv, pgd, π.χ.test_pavd.col. Save acc & vel time series? (y/n): <y> εάν θέλουμε να αποθηκεύσουμε τις χρονοσειρές επιταχύνσεων και ταχυτήτων, <n> σε αντίθετη περίπτωση. Save which simulation (out of 640)?: Θέτουμε ποια από τις 640 προσομοιώσεις θα αποθηκευτεί. Εμπειρικά, προτείνεται να επιλέξουμε την τελευταία μιας και φαίνεται ότι το πρόγραμμα πλησιάζει πολύ κοντά σε πραγματικά γεγονότα όσο περισσότερες προσομοιώσεις έχει εφαρμόσει προηγουμένως. Enter file name for time series ( Enter = ofr.m6.20r012.6_avd.td.col): Θέτουμε το όνομα του αρχείο των χρονοσειρών, π.χ. test_avd.col. Compute accelogram # of 640 and rs at 91 periods: Εδώ το 109

111 πρόγραμμα τρέχει. Περιμένουμε μέχρι να τελειώσει τη διαδικασία και να προχωρήσει στο επόμενο βήμα. Compute results for another r and M? (y/n; enter =quit): <y> επανάληψη της διαδικασίας, <n> ή <enter> για να τερματίσει το πρόγραμμα. 2. Περιεχόμενο του αρχείου μοντέλου που χρησιμοποιήθηκε (ofr.params): rho, beta, prtitn, radpat, fs: Οι παράμετροι αυτοί είναι η πυκνότητα (gm/cc) και η καθαρή κυματική ταχύτητα (km/s) στην περιοχή της πηγής, ο παράγοντας διαχωρισμού, το πρότυπο ακτινοβολίας (μέσος όρος ενός μέρους της σφαίρας εστίασης, που αναφέρεται στον παράγοντα ακτινοβολίας της συνολικής ακτινοβολίας S-κυμάτων ίσης με 1/ 2), καθώς και τον παράγοντα ελεύθερης επιφάνειας (συνήθως ίσο με 2). Να σημειωθεί ότι rho, beta είναι 2.7, 3.2 και 2.8, 3.8 στην εφαρμογή των Boore (1983) και Atkinson and Boore (1995) αντίστοιχα, ενώ σύμφωνα με την τελευταία έκδοση του προγράμματος, οι προτεινόμενες τιμές είναι 2.8, 3.5 ή 3.6. Στην παρούσα διπλωματική χρησιμοποιήθηκαν οι τιμές: rho (gm/cc) = 2.8, beta (km/s) = 3.0, prtitn 0.71, radpat 0.63, fs 2.0 fm, kappa, dkappadmag, amagkref: Οι παράμετροι αυτοί χρησιμοποιούνται με το ακόλουθο φίλτρο: exp(-πκf)/ (1+(f/fm) 8 ), όπου κ=kappa+dkappadmag * (M-amagkref) Χρησιμοποιήσαμε την τιμή kappa, ενώ dkappadmag= ) Περιγραφή άλλων προγραμμάτων του David Boore 3. Site_amp: Μετατρέπει την ταχύτητα και πυκνότητα του μοντέλου σε εδαφική ενίσχυση, χρησιμοποιώντας την τετραγωνική ρίζα της αντιστάσεως (Boore, 2003). Η ενίσχυση είναι σχετική με την εδαφική κίνηση που θα υπήρχε εάν το υλικό είχε αντικατασταθεί με υλικό καλά κατανεμημένο του οποίου η ταχύτητα και η πυκνότητα ισούται με αυτές της πηγής. Για το λόγο αυτό, η ενίσχυση πλησιάζει την ταύτιση για χαμηλές συχνότητες εάν η ταχύτητα και πυκνότητα της πηγής ισούται με αυτές του ημιχώρου του εισαγόμενου μοντέλου. Το μοντέλο ταχύτητας μπορεί να συνδυαστεί με συνεχόμενα επίπεδα ταχυτήτων και γραμμικές διαβαθμίσεις. Το πρόγραμμα θα υπολογίσει την ενίσχυση σε συγκεκριμένες συχνότητες ή σε συχνότητες που αντιστοιχούν σε σημεία καμπών του μοντέλου ταχύτητας. Ο υπολογισμός της ενίσχυσης σε συγκεκριμένες συχνότητες επιτρέπει στο πρόγραμμα να δημιουργήσει αυτομάτως ένα μοντέλο μορφής σκαλοπατιού για μέρη ενός μοντέλου ταχύτητας που αντιπροσωπεύονται από διαβαθμίσεις. Το πρόγραμμα στην αρχή ρωτάει τον χρήστη για το όνομα του αρχείου εισαγωγής (INPUT file). Ύστερα, εμφανίζονται αρκετές ερωτήσεις σχετικά με τις παραμέτρους που θα χρησιμοποιηθούν στους υπολογισμούς, 110

112 ακολουθούμενες από το όνομα του αρχείου εξαγωγής (OUTPUT file) που επιθυμεί να δώσει ο χρήστης. Η πρώτη στήλη (Depth=βάθος) μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως πάχος με τις κατάλληλες ρυθμίσεις. Εάν η πρώτη σειρά έχει τιμή 0.0 το πρόγραμμα δέχεται ότι οι τιμές μας αντιπροσωπεύουν βάθος, ενώ εάν ξεκινάει με διαφορετική τιμή αντιπροσωπεύουν πάχος στρωμάτων. Επίσης, υπάρχει ερώτηση επιβεβαίωσης για το εάν οι τιμές που χρησιμοποιούμε είναι βάθος ή πάχος. Η δεύτερη στήλη περιέχει τις ταχύτητες, σε μονάδες που βρίσκονται σε συμφωνία με τις μονάδες της πρώτης στήλης. Στην τρίτη στήλη έχουμε τις πυκνότητες. Με τιμή 0.0 δίνουμε στο πρόγραμμα την ιδιότητα να χρησιμοποιήσει τη λειτουργία ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ (DENSITY function). Για να υπολογιστεί η πυκνότητα μέσω ταχύτητας, χρησιμοποιώντας σχέσεις που έχουμε ορίσει ή την προεπιλεγμένη σχέση που περιέχει το πρόγραμμα. Μια μη μηδενική αρχική τιμή θα βγάλει το πρόγραμμα εκτός λειτουργίας ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ (όπως έχει γίνει σε μερικές τιμές του παραδείγματος). Η τέταρτη στήλη περιέχει τις τιμές αποσβέσεως. Εάν οι τιμές είναι μεγαλύτερες από 1.0 τότε η τιμή θεωρείται ως Q, αλλιώς λαμβάνεται ως 1/Q. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα μέσω του προγράμματος να παραλείψει τις τιμές της τέταρτης στήλης. Το αρχείο εξαγωγής που δημιουργείται περιέχει στήλες που αντικατοπτρίζουν το αρχείο εισαγωγής, το αντίστοιχο μοντέλο ταχύτητος, τις μέσες ταχύτητες και πυκνότητες, τη συχνότητα, την ενίσχυση, το κ και τη συνδυασμένη δράση ενίσχυσης και αποσβέσεως. Οι στήλες 1-4 επαναλαμβάνουν τις παραμέτρους του αρχείου εισαγωγής. Οι στήλες 5 και 6 δίνουν τα βάθη και το χρόνο διαδρομής από την επιφάνεια σε κάθε βάθος που αντιστοιχεί σε συγκεκριμένες συχνότητες. Οι στήλες 7-10 περιέχουν μία συνεχής προσεγγιστική ταχύτητα του εισαγόμενου μοντέλου. Οι στήλες 11 και 12 είναι οι μέσες ταχύτητες και πυκνότητες από την επιφάνεια μέχρι και το συγκεκριμένο βάθος. Οι στήλες 13 και 14 είναι οι συγκεκριμένες συχνότητες και η υπολογισμένη ενίσχυση. Η στήλη 15 περιλαμβάνει την αθροιστική εξασθένιση μέσα από τη σειρά των στρωμάτων, και η στήλη 16 δίνει το συνδυασμό της ενίσχυσης και της εξασθένισης (A x exp (-πκf)). Οι εντολές που συναντάμε στο πρόγραμμα είναι οι εξής: Enter name of model file (cr=site_amp.mdl; ctl-brk to quit): Δίνουμε το όνομα του αρχείου που έχει τις τιμές που θα χρησιμοποιηθούν π.χ. ofr_amp.dat. Does model file contain either Q or 1/Q (y/n)?: <y> (ναι) εάν το αρχείο εισαγωγής περιέχει τιμές Q ή 1/Q, <n> (όχι), εφόσον δεν περιέχει. Specify a kappa for exp(-pi*k*f) (y/n)?: <y> εάν θέλουμε να δώσουμε εμείς συγκεκριμένο κ, <n> εάν αφήσουμε το πρόγραμμα να το υπολογίσει). 111

113 Enter name of output file: Δίνουμε την ονομασία του αρχείου asci που θέλουμε, πχ. test.asc. Enter the line on which the data start: Θέτουμε την γραμμή από την οποία θα αρχίσει να διαβάζει το αρχείο. Μπορεί να είναι οποιαδήποτε αριθμητική τιμή. Εάν θέσουμε 0 ξεκινάει από την 1 η γραμμή. Is density in the model file (used to determine which columns to read)? (y/n): <y> εάν σημειώνεται η πυκνότητα στο αρχείο εισαγωγής, <n> σε αντίθετη περίπτωση. Use the density from the model file? (y/n): <y> εάν χρησιμοποιηθεί η πυκνότητα του αρχείου, <n> σε αντίθετη περίπτωση. Enter units of velocity (kps, mps): Οι μονάδες της ταχύτητας, όπου kps=kilometers per seconds (χιλιόμετρα/ δευτερόλεπτο) και mps=miles per second (μίλια/ δευτερόλεπτο). Enter source velocity and density: Εισάγουμε τις τιμές της ταχύτητας και της πυκνότητας της πηγής, πχ. 3.5, 2.7. Enter angle-of-incidence at source level (in degrees): Θέτουμε την κλίση. Specify frequencies (y/n)?: <y> εάν θέλουμε να θέσουμε συγκεκριμένες συχνότητες, <n> σε αντίθετη περίπτωση. Tabulated frequencies (y/n)?: <y> εάν θέλουμε τη σύνοψη των συχνοτήτων, <n> σε αντίθετη περίπτωση. Individual frequencies (y/n)?: <y> για μεμονωμένες συχνότητες, <n> σε αντίθετη περίπτωση. Η επιλογή yes οδηγεί στη συνέχεια, ενώ με την επιλογή no, έχουμε: No, so enter freqlow, freqhich, nfreq: Όπου θέτουμε τις τιμές που μας ζητούνται, ελάχιστη συχνότητα, μέγιστη συχνότητα, αριθμό συχνοτήτων, πχ. 0.02, 15, 50. Log-spaced frequencies (y/n)?: <y> για λογαριθμική απόσταση, <n> σε αντίθετη περίπτωση. FINISHED Loop back for another case: Σε περίπτωση που θέλουμε να ξαναδοκιμάσουμε. Ctrl-brk για τη λήξη του προγράμματος. 4. F4NRATTLE: Το πρόγραμμα αυτό διαβάζει το αρχείο που δημιουργείται από το πρόγραμμα Site_amp και μετατρέπει το αρχείο σε μορφή που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο πρόγραμμα NRATTLE (το πρόγραμμα του C. Mueller, τροποποιημένο από τους Boore και R. Herrmann) για τον υπολογισμό της ανταπόκρισης επιπέδων σε κύματα SH. Το αρχείο περιέχει σαφής οδηγίες για τον προσδιορισμό των τιμών που θα χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια. Ένα μεγάλο μέρος του αρχείου εισαγωγής βρίσκεται στο αρχείο ελέγχου, του οποίου το όνομα έχει ήδη καθοριστεί σε προηγούμενα βήματα. Το πρόγραμμα χρησιμοποιεί το αρχείο που δημιουργήσαμε με το site_amp. Το αρχείο που εξάγεται είναι ένα αρχείο συγκεκριμένου τύπου ώστε να διαβάζεται από το επόμενο πρόγραμμα. 5. NRATTLE: Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, πρόκειται για το τροποποιημένο, από Boore και Herrmann, πρόγραμμα του C. Mueller που 112

114 χρησιμοποιούμε εισάγοντας τα δεδομένα από το F4NRATTLE ώστε να προχωρήσουμε στο επόμενο βήμα. Οι παράγοντες εισαγωγής βρίσκονται στο αρχείο ελέγχου (πχ NRATTLE.ctl) και υπάρχουν δύο εξαγόμενα αρχεία, ένα που δίνει το μοντέλο ταχύτητας και το φάσμα ως συνάρτηση της ενισχύσεως (nrattle.out) και ένα άλλο που δίνει την απόλυτη τιμή της ενισχύσεως ως συνάρτηση της συχνότητας (nrattle.asc). 11.4) Το πρόγραμμα SMSIM στην παρούσα διπλωματική Τα βήματα που ακολουθήθηκαν στην παρούσα διπλωματική εργασία έχουν ως εξής: 1. Άνοιγμα του εγγράφου ofr_amp.dat 2. Επεξεργασία του ανωτέρω αρχείου με εισαγωγή των τιμών από τα δεδομένα που ελήφθησαν σε κάθε σημείο. Έγινε μετατροπή των παχών των στρωμάτων σε βάθη και χρησιμοποιήθηκε η τιμή 1/Q του παραδείγματος, καθώς και οι τιμές από το βάθος 0.1 km και κάτω. Η μορφή του προγράμματος ήταν λοιπόν η εξής: 3. Άνοιγμα του αρχείου site_amp.exe 4. Επιλογές (παράδειγμα - οδηγός της παρούσας διπλωματικής): Enter name of model file (cr=site_amp.mdl; ctl-brk to quit): ofr_amp.dat Does model file contain either Q or 1/Q (y/n)?: <y> Specify a kappa for exp(-pi*k*f) (y/n)?: <n> Enter name of output file: test.asc Enter the line on which the data start: <3> Is density in the model file (used to determine which columns to read)? (y/n): <y> Use the density from the model file? (y/n): <y> Enter units of velocity (kps, mps): <kps> Enter source velocity and density: <3.5, 2.7> Enter angle-of-incidence at source level (in degrees): <0> Specify frequencies (y/n)?: <y> Tabulated frequencies (y/n)?: <n> Individual frequencies (y/n)?: <n> No, so enter freqlow, freqhich, nfreq: <0.02, 15, 50> Log-spaced frequencies (y/n)?: <n> FINISHED Loop back for another case Ctrl-brk και τέλος προγράμματος 113

115 Εικόνα 11.1: Απεικόνιση του προγράμματος με τις ανωτέρω επιλογές 5. Στη συνέχεια, προχωράμε στην επεξεργασία του f4nrattle.ctl. Εκεί, στην 7 η γραμμή του κώδικα, τοποθετούμε το όνομα του αρχείου.asc που δημιουργήσαμε με το πρόγραμμα site_amp.exe (στην περίπτωσή μας, test.asc). Στην 9 η γραμμή ονομάζουμε το αρχείο.ctl που θα δημιουργήσει το πρόγραμμα (στην περίπτωσή μας, test.f4nrattle.ctl). Προσέχουμε στη 16η γραμμή να δώσουμε την ίδια μέγιστη συχνότητα και αριθμό συχνοτήτων. Στη 18η γραμμή έχουμε το βάθος όπου ξεκινάμε (0.0 εφόσον έχουμε ελεύθερη επιφάνεια). Τέλος, στη γραμμή 15 έχουμε το αρχείο που θα δημιουργηθεί. 6. Τρέχουμε το πρόγραμμα f4nrattle.ext, με επιλογή f4nrattle.ctl, έτσι ώστε να δημιουργήσει το αρχείο που ορίσαμε (στην περίπτωσή μας, test.f4nrattle.ctl). 7. Τρέχουμε το πρόγραμμα nrattle.exe, με επιλογή το προηγούμενο αρχείο (test.f4nrattle.nrattle.ctl), που δημιουργεί με τη σειρά του τα αρχεία (στην περίπτωσή μας): nrattle_bj97_vs30_1100_ai_30.nrattle_amps4plot.out nrattle_bj97_vs30_1100_ai_30.nrattle_complex_spectra.out 8. Χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα plot (π.χ. Microsoft Excel), ανοίγουμε το αρχείο 114

116 nrattle_bj97_vs30_1100_ai_30.nrattle_amps4plot.out. 9. Προχωράμε στο πρόγραμμα SMSIM. 10. Επεξεργαζόμαστε το αρχείο ofr.params. Στην τέταρτη σελίδα, στην γραμμή 41, χρησιμοποιούμε τον αριθμό 10 και παίρνουμε τις τιμές από το αρχείο nrattle_bj97_vs30_1100_ai_30.nrattle_amps4plot.out που έχει δημιουργηθεί σε προηγούμενο βήμα από το nrattle.exe 11. Τρέχουμε το πρόγραμμα gm_td_drv.exe από το φάκελο smsim Ενδεικτικά οι επιλογές μας: Enter a message, if desired: <enter> Enter name of file with parameters (press Enter to quit): Ofr.params Enter name of summary file ( Enter = ofr.gmtd.sum): Test.sum Compute response spectra? (y/n): <y> Enter individual periods? (y/n): <n> Use standard set of 91 periods? (y/n): <y> Enter fractional damping: 0.05 amag: 6.2 dist: 10 Enter name of column file to contain response spectra ( Enter = ofr.m6.20r012.6_rs.td.col): Test.col Write pga, pgv, pgd to a column file? (y/n): <y> Enter name of column file for to contain pga, pgv, pgd ( Enter = ofr.m6.20r010.0_pavd.td.col): Test_pavd.col Save acc & vel time series? (y/n): <y> Save which simulation (out of 640)?: <640> Enter file name for time series ( Enter = ofr.m6.20r012.6_avd.td.col): Test_avd.col Compute accelogram # of 640 and rs at 91 periods Compute results for another r and M? (y/n; enter =quit): <n> Τέλος προγράμματος. 115

117 Εικόνα 11.2: Απεικόνιση του προγράμματος gm_td_drv.exe της σειράς SMSIM που χρησιμοποιήθηκε. Παράδειγμα της διαδικασίας που ακολουθήθηκε και περιγράφεται σε αυτό το κεφάλαιο. 12. Ανοίγουμε το αρχείο test_avd.col σε κάποιο αρχείο πλοταρίσματος (τύπου Excel) και δημιουργούμε το μοντέλο του σεισμού με γράφημα. Στην περίπτωσή μας χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα ViewWave. 13. Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία για όλα τα σημεία που έχουμε. 116

118 Κεφάλαιο 12: Σενάρια Σεισμικής Βλάβης στην Παλιά Πόλη της Λευκάδας 12.1) Υπολογισμός μέσης πιθανής βλάβης και βλάβης μέγιστης πιθανότητας, που χρησιμοποιήθηκαν για τον σχεδιασμό χαρτών Η EMS (European Macroseismic Scale) προτείνει πιθανολογικούς πίνακες σαν μια μέθοδο εκτίμησης της τρωτότητας των κτιρίων, καθώς και των βλαβών που θα συμβούν σε σεισμούς συγκεκριμένης έντασης. Για κάποιες τάξεις τρωτότητας - σε συγκεκριμένες τιμές έντασης - λείπει η πιθανότητα βλάβης, όπως φαίνεται και στον Πίνακα Πίνακας 12.1: Μοντέλο βλαβών της EMS-98 για τις Κλάσεις B & C Κλάση B (Class B) Βαθμός Βλάβης Ένταση V Λίγο VI Πολύ Λίγο VII Πολύ Λίγο VIII Πολύ Λίγο IX Πολύ Λίγο X Πολύ XI Περισσότερες XII Κλάση C (Class C) Βαθμός Βλάβης Ένταση V VI VII Λίγο Λίγο VIII Πολύ Λίγο IX Πολύ Λίγο X Πολύ Λίγο XI XII Πολύ Περισσότερες Σε γενικές γραμμές αυτοί οι πίνακες είναι ελλιπείς και για να καλύψουμε αυτά τα κενά θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε την κατανομή βλαβών από παλαιότερους σεισμούς. Συγκεκριμένα, θα χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο των Giovinazzi- Lagomarcino που συνδέει το μέσο αναμενόμενο βαθμό βλάβης και τη μέγιστη πιθανή βλάβη χρησιμοποιώντας την βήτα κατανομή. PDF: p β (x) = Γ(t)*(x-a)^(r-1)*(b-x)^(t-r-1)/Γ(r)*Γ(t-r)*(b-a)^(t-1) και μ x = a+(r/t)*(b-a) (1) 117

119 Όπου, a<x<b, a, b, t, r είναι οι παράμετροι της κατανομής και μ x είναι η μέση τιμή της συνεχούς μεταβλητής x που παίρνει τιμές μεταξύ των a και b. Για να εφαρμόσουμε την βήτα κατανομή είναι απαραίτητο να διαχωρίσουμε τον βαθμό βλάβης. Έτσι, θα χρησιμοποιήσουμε 5 βαθμούς βλάβης και έναν για την απουσία βλάβης. Στην παράμετρο a βάζουμε την τιμή 0 και στην b την τιμή 5. Υπολογίζουμε την πιθανότητα να συμβεί βαθμός βλάβης k (το k παίρνει τιμές από 0-5) από την σχέση: p k =P β (k+1)-p β (k) Η μέση τιμή της διακριτής μεταβλητής υπολογίζεται από την σχέση: μd = Σp k *k Η μέση τιμή της διακριτής μεταβλητής και η μέση τιμή της βήτα κατανομής συνδέονται με πολυώνυμο τρίτου βαθμού: μ x =0.042*μ D^ μ D^ *μ D (2) Συνδυάζοντας τις σχέσεις (1) και (2) προκύπτει πολυώνυμο που συνδέει τις παραμέτρους r και t της βήτα κατανομής με τη μέση τιμή βαθμού βλάβης μ D : r=t*(0.007μ D^ μ D^ μ D ) Για να καθοριστούν ποσοτικοί προσδιορισμοί αντί περιγραφικών είναι απαραίτητη η εφαρμογή κατάλληλης στατιστικής μεθόδου σε δεδομένα βλαβών προηγούμενων σεισμών. Η θεωρία του ασαφούς συνόλου, με την εφαρμογή της οποίας οι περιγραφικοί όροι μπορούν να αντικατασταθούν με συγκεκριμένα ποσοστά, έχει χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη σεισμικού κινδύνου με αξιόπιστα αποτελέσματα οδηγώντας στην εύρεση ανώτερου και κατωτέρου ορίου αναμενόμενης βλάβης (Bernadini, 1999). Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή ασαφείς έννοιες δεν μπορούν να καθορίσουν τα ακριβή όρια ενός συνόλου, όπως συμβαίνει και στις βλάβες των κτιρίων μετά από σεισμό. Είναι δυνατόν να αντικαταστήσουμε την απόφαση για το αν ένα στοιχείο ανήκει ή όχι σε ένα σύνολο, με την εκτίμηση του βαθμού στο οποίο ανήκει σε αυτό με βάση ένα μέτρο μιας διατεταγμένης κλίμακας το οποίο ονομάζεται βαθμός συμμετοχής. Ακoλουθώντας την παραπάνω θεωρία ο ποσοτικός προσδιορισμός υπολογίζεται από μια εξίσωση συμμετοχής του x (Dubois, 1980) που καθορίζει αν μια τιμή μιας συγκεκριμένης παραμέτρου (x) ανήκει σε ένα ειδικό σύνολο. Όταν η τιμή (x) ισούται με 1 είναι σχεδόν βέβαιο ότι ανήκει στο σύνολο, ενώ όταν οι τιμές είναι από 0 έως 1 η παράμετρος είναι σπάνια αλλά πιθανό να ανήκει στο σύνολο, ενώ αν είναι 0 δεν ανήκει στο σύνολο. Από τις πιθανολογικές κατανομές που αντιστοιχούν στις υπολογισμένες τιμές των μέσων πιθανών βλαβών έχουν υπολογιστεί τα ποσοστά κτιρίων που θα υποστούν βλάβη για κάθε βαθμό βλάβης. Επαναλαμβάνοντας τη διαδικασία μελέτης για κάθε τάξη τρωτότητας για τις διαφορετικές τιμές έντασης υπολογίζονται τα σχεδόν βέβαια και τα πιθανά όρια της μέσης τιμής βλάβης, καθώς 118

120 και καμπύλες που δείχνουν την σχεδόν βέβαια και την πιθανή περιοχή της μέσης πιθανής βλάβης για κάθε τάξη τρωτότητας σε συνάρτηση με την ένταση. Από την παρεμβολή των καμπυλών προκύπτει συνάρτηση που εκφράζει τη μέση τιμή βλάβης σε σχέση με τον δείκτη τρωτότητας του κτιρίου και την σεισμική ένταση. μd = 2.5*{1+tanh[(I+6.25VI-13.1)/φ]} Όπου, I είναι η ένταση στη συγκεκριμένη θέση και VI είναι ο δείκτης τρωτότητας. Η εργασία αυτή περιλαμβάνει τη δημιουργία δύο προσομοιώσεων σεισμών (πιθανά σενάρια) στο ρήγμα της Κεφαλονιάς (Μ6.2 και Μ7.0) και τον υπολογισμό της πιθανότητας βλάβης - αλλά και του βαθμού αυτής - στα κτίρια της Παλαιάς Πόλης της Λευκάδας. Για τον υπολογισμό της πιθανότητας και του βαθμού βλάβης χρησιμοποιήθηκαν οι παρακάτω προσεγγίσεις: 1. Margottini et al., 1992: logpga = *I ή I =( logpga )/ (1) (βασίστηκε σε σεισμούς στον Ευρωπαϊκό χώρο) 2. Tselentis et al., 2008: I = 3.563*log PGA (2), βασισμένη σε προσαρμογή των μέσων τιμών των παραμέτρων της εδαφικής μετατόπισης, χρησιμοποιώντας τεχνική σταθμισμένων ελαχίστων τετραγώνων.(βασίστηκε σε 89 ελληνικούς σεισμούς) 3. Wald et al., 1999: I = 3.66*logPGA (3), βασισμένη σε τεχνική για τον υπολογισμό της οριζόντιας μέγιστης εδαφικής μετατόπισης και σύγκρισής της με την ένταση που παρατηρήθηκε για οκτώ περιπτώσεις σεισμών στην Καλιφόρνια.(βασίστηκε σε σύγκριση μέγιστων τιμών επιτάχυνσης και ταχύτητας και έντασης μετά από οκτώ μεγάλους σεισμούς στην Καλιφόρνια) Στις παραπάνω προσεγγίσεις χρησιμοποιήθηκαν τα ίδια δεδομένα, όπου PGA-Peak Ground Acceleration και Ι-Ένταση (τροποποιημένη ένταση Mercalli). Οι τιμές PGA ελήφθησαν από τους αντίστοιχους χάρτες GIS, με υπολογισμό της μέσης τιμής του PGA κάθε κτιρίου. Με χρήση των τύπων (1), (2), (3) υπολογίζεται η Ένταση (I) για κάθε κτίριο. Τα δεδομένα είναι μορφοποιημένα σε στήλες υπολογιστικών φύλων ως εξής : OT: Οικοδομικό τετράγωνο id_build: Ταυτότητα κτιρίου Vi_ground: Δείκτης τρωτότητας κτιρίου PGA: Επιτάχυνση εδάφους I: Ένταση υπολογισμένη με βάση τους τύπους (1), (2), (3) Στήλη υπολογισμού του: [(I+6.25VI-13.1)/φ] Στήλη υπολογισμού υπερβολικής εφαπτομένης: tanh[(i+6.25vi-13.1)/φ] md: Στήλη υπολογισμού απόστασης από μέση τιμή (μd = 2.5*{1+tanh[(I+6.25VI-13.1)/φ]}) r: Στήλη Υπολογισμού Συντελεστή Συσχέτισης (r=t*(0.007*μd^ *μd^ *μd) Pβ(i): Στήλες Υπολογισμού Κατανομών Βήτα του Συντελεστή Συσχέτισης για τιμές Χ(i) της Κατανομής Βήτα i =

121 Ρ(j): Στήλες Υπολογισμού Πιθανότητας να συμβεί βλάβη κτιρίου κατηγορίας j=1..5 Max Probability: Η μἐγιστη πιθανότητα από τις Ρ(j) Damage Grade: Το j του Max Probability Στο Παράρτημα Δ φαίνονται τα αποτελέσματα από τους παραπάνω υπολογισμούς. 12.2) Αποτελέσματα Εικόνα 12.1: Προσομοίωση PGA του σεισμού του 2003, Μ=

122 Εικόνα 12.2: Προσομοίωση PGA πιθανού, μελλοντικού σεισμού, Μ=7 Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης σημειακής πηγής τόσο για το 2003 όσο και για ένα μελλοντικό σεισμό Μ7 εμφανίζονται στις Εικόνες 12.1 και Στην περίπτωση του σεισμού M6.2 του 2003, οι τιμές PGA βρίσκονται μεταξύ cm/sec 2, ενώ για ένα μελλοντικό σεισμό (σενάριο M7), οι τιμές PGA φτάνουν ένα ανώτατο όριο των 1.4 g στα ΒΑ και ΝΑ τμήματα της πόλης. Το μοτίβο της προσομοίωσης είναι σύμφωνο με τις ιδιότητες του εδάφους που προέρχονται από τις γεωτρήσεις και τις αναλύσεις μικροθορύβων. 121

123 Εικόνα 12.3: Κατανομή της μέγιστης πιθανότητας και βαθμού βλάβης για κάθε κτίριο για το σεισμό του 2003, Μ=6.2. Η ένταση (Ι) υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους τύπους (Α) Margottini et al., 1992, (Β) Wald et al., 1999, (C) Tselentis et al., 2008, (D) Παρατηρούμενες τιμές βαθμού βλάβης μετά το σεισμό του Οι δείκτες τρωτότητας (VI) που χρησιμοποιήθηκαν είναι σύμφωνα με δεδομένα πριν από το σεισμό του Στην περίπτωση αυτή, οι δείκτες τρωτότητας προσδιορίστηκαν σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά των κτιρίων πριν από το σεισμό του Οι χάρτες που κατασκευάστηκαν παρουσιάζουν τη μέγιστη πιθανότητα βλάβης, καθώς και τον βαθμό αυτής για κάθε κτίριο. Τα αποτελέσματα για το σενάριο 2003 στη Λευκάδα παρουσιάζονται στην Εικόνα 12.3 και υπολογίζονται από τρεις διαφορετικές σχέσεις (Margottini et al., 1992, Tselentis et al., 2008, Wald et al., 1999). Οι τιμές PGA που χρησιμοποιούνται στο συγκεκριμένο σενάριο ελήφθησαν με την προσομοίωση σημειακής πηγής. Έχει παρατηρηθεί ότι οι περισσότερες από τις κατασκευές παρουσιάζουν επαρκή αντοχή και ο μέγιστος βαθμός βλάβης δεν υπερβαίνει το 4, ενώ η μεγαλύτερη πιθανότητα να υποστούν ζημιές οποιουδήποτε βαθμού είναι χαμηλότερη από 42%. Οι υψηλότερες τιμές πιθανότητας και βαθμού βλάβης παρέχονται από την εξίσωση του Margottini et al., 1992 (Εικόνα 12.3(Α)). Κάθε σενάριο συγκρίθηκε με την παρατηρούμενη βλάβη του σεισμού του 2003 (Εικ. 12.3(D)). Είναι προφανές ότι σε όλες τις περιπτώσεις τα περισσότερα από τα κτίρια που έχουν υποστεί ζημιές εμφανίζουν αυξημένη πιθανότητα βλάβης. Από την άλλη πλευρά, τα αποτελέσματα μας υποδηλώνουν ότι ορισμένα κτίρια που θα έπρεπε να έχουν υποστεί βλάβη δεν έχουν. Τέτοιες περιπτώσεις πρέπει να αντιμετωπίζονται χωριστά για να καθοριστεί ποιες παράμετροι - και σε ποιο βαθμό - καθόρισαν τη συμπεριφορά τους. Οι τιμές που παίρνουμε από την εξίσωση του Wald et al., 1999, οδηγούν σε πολύ «αισιόδοξα» σενάρια, κάτι που αποκλίνει από τα συμπεράσματα που καταλήγουμε με βάση τα υπάρχοντα δεδομένα από το σεισμό του

124 Το σενάριο που ταιριάζει καλύτερα στις παρατηρήσεις προέρχεται από την εξίσωση του Tselentis et al., 2008 (Εικόνα 112.3(C)), δίνοντας τις ενδιάμεσες κατανομές έντασης σε σύγκριση με τις άλλες δύο σχέσεις. Αυτή η εξίσωση έχει αποδειχθεί η πλέον κατάλληλη, παρέχοντας μια πιο ρεαλιστική προσέγγιση, πιθανώς επειδή προήλθε από βλάβες και σεισμούς εντός του Ελλαδικού χώρου. Εικόνα 12.4: Κατανομή της μέγιστης πιθανότητας και βαθμού βλάβης για κάθε κτίριο για πιθανό, μελλοντικό σεισμό Μ=7. Η ένταση (Ι) υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους τύπους (Α) Margottini et al., 1992, (Β) Wald et al., 1999, (C) Tselentis et al., Οι δείκτες τρωτότητας (VI) που χρησιμοποιήθηκαν είναι σύμφωνα με δεδομένα πριν από το σεισμό του Για το σενάριο μελλοντικού σεισμού M7 χρησιμοποιήθηκαν οι δείκτες τρωτότητας των κτιρίων της Λευκάδας από μελέτη που πραγματοποιήθηκε το Οι τιμές PGA που χρησιμοποιούνται ελήφθησαν από την προσομοίωση σημειακής πηγής. Η μέγιστη τιμή βαθμού βλάβης είναι 5 και η μεγαλύτερη πιθανότητα βλάβης οποιουδήποτε βαθμού φτάνει το 60% αν και σε περιορισμένη έκταση (Εικόνα 12.4). Πολυάριθμα κτίρια παρουσιάζουν βαθμό βλάβης 4. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 12.4, μόνο μερικές κατασκευές δεν θα υποστούν καθόλου φθορές ή θα υποστούν μόνο ελαφριές βλάβες. Αυτό αφορά κυρίως τις σύγχρονες κατασκευές που βρίσκονται στο κέντρο, Νότια και Νοτιοανατολικά της πόλης. Ως εκ τούτου, το σύνολο των κτιρίων - που παρουσίασε εξαιρετική συμπεριφορά κατά το σεισμό του 2003 (M6.2) - εμφανίζεται ευάλωτο στην περίπτωση ενός ισχυρότερου μελλοντικού σεισμικού γεγονότος. Για τα λίγα κτίρια στα οποία η πιο πιθανή βλάβη φαίνεται να έχει χαμηλότερη τιμή από ότι για την περίπτωση του 2003, η τιμή αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι τα εν λόγω κτίρια κατεδαφίστηκαν μετά το 2003 και στις θέσεις τους ανεγέρθηκαν νέα. 123