3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 8 Άρθρο 95 Ανάλυση Καταγραφών σε Κατακόρυφο Δίκτυο Επιταχυνσιογράφων και Συσχέτισή τους με Αποτελέσματα Προσομοίωσης Analysis of strong ground motion recordings at a downhole array and correlation with simulation results Κωνσταντία ΜΑΚΡΑ, Δημήτριος ΡΑΠΤΑΚΗΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Η ισχυρή κίνηση σε ιζηματογενείς λεκάνες μπορεί να ενισχυθεί σημαντικά. Επί πλέον της επίδρασης της ακουστικής αντίθεσης μεταξύ αποθέσεων και βράχου, η περίπλοκη γεωμετρία της λεκάνης μπορεί να ενισχύσει ακόμη περισσότερο την κίνηση με τα επιφανειακά κύματα που διαδίδονται πλευρικά. Στην εργασία αυτή επαναπροσδιορίζονται οι δυναμικές ιδιότητες των σχηματισμών χρησιμοποιώντας δεδομένα από καταγραφές σε κατακόρυφο δίκτυο επιταχυνσιογράφων. Αναλύονται εκ νέου καταγραφές από σεισμούς τόσο στο πεδίο του χρόνου όσο και στο πεδίο των συχνοτήτων και οι φασματικοί λόγοι, και υπολογίζονται συνθετικά επιταχυνσιογραφήματα με τη διαδικασία της συνέλιξης μεταξύ θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς και καταγραφών στο βραχώδες υπόβαθρο. Η καλή συσχέτιση των ενόργανων και θεωρητικών αποτελεσμάτων δείχνει ότι οι πλευρικές μεταβολές της λεκάνης έχουν σημαντικό ρόλο και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στην πρόβλεψη των χαρακτηριστικών της ισχυρής κίνησης. ABSTRACT : Ground motion in sedimentary valleys is well amplified, in addition to D wave propagation, due to the locally generated at the lateral discontinuities surface waves. In this paper, we determine the dynamic properties of soil formations using records from a downhole array. We re-analyze records in time and frequency domain and spectral ratios and we compute synthetic accelerograms using convolution of theoretical transfer functions and records at bedrock. The good correlation of empirical and theoretical results indicates the important role of the lateral discontinuities of the basin and that they should be taken into account in the prediction of the characteristics of strong ground motion. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η σημασία της επίδρασης της τοπικής γεωλογίας στην ενίσχυση της σεισμικής κίνησης είναι ευρέως γνωστή στη σεισμική μηχανική. Τα τελευταία χρόνια μεγάλος αριθμός ερευνών αναλώθηκε στην εκτίμηση της σημασίας διαφόρων παραγόντων που σχετίζονται με τη σεισμική απόκριση μεγάλης κλίμακας γεωλογικών δομών, όπως η γεωμετρία των ιζηματογενών λεκανών, η αντίθεση (λόγος) της δυσκαμψίας αποθέσεων - βραχώδους υποβάθρου, και η Δρ Πολιτικός Μηχανικός, Eντεταλμένη Ερευνήτρια ΙΤΣΑΚ, email: makra@itsak.gr Επίκουρος Καθηγητής Τμ. Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ, email: raptakis@auth.gr
εξασθένηση των επιφανειακών κυμάτων που διαδίδονται πλευρικά λόγω φαινομένων περίθλασης στις οριζόντιες επαφές αποθέσεων βράχου. Οι παράγοντες αυτοί προκαλούν Δ και 3Δ περίπλοκα φαινόμενα και επομένως πρόσθετη ενίσχυση της σεισμικής κίνησης. Πρόσφατες έρευνες (Field 99, Rassem et al. 997, Chávez-García & Faccioli,, Makra et al.,, 5 και Raptakis et al. a,b) αναδεικνύουν την αναγκαιότητα η επιρροή των περίπλοκων αυτών φαινομένων να λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό των κατασκευών. Στην εργασία αυτή διερευνάται το κυματικό πεδίο που αναπτύσσεται στη Μυγδονία λεκάνη, χρησιμοποιώντας δεδομένα από καταγραφές σε κατακόρυφο δίκτυο επιταχυνσιογράφων, το οποίο λειτουργεί στο κέντρο της σε μία θέση όπου η στρωματογραφία θα μπορούσε να θεωρηθεί μονοδιάστατη. Κατά τη διάρκεια λειτουργίας αυτού του ευρωπαϊκού πειράματος, προσδιορίσθηκαν η γεωμετρία και οι δυναμικές ιδιότητες των γεωλογικών σχηματισμών της λεκάνης και εγκαταστάθηκε ένα μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων περιλαμβάνοντας ένα κατακόρυφο δίκτυο με τριαξονικά επιταχυνσιόμετρα. Η καλή γνώση της γεωλογικής δομής έδωσε τη δυνατότητα της προσομοίωσης της ισχυρής κίνησης με πλήθος θεωρητικών Δ και Δ αναλύσεων της σεισμικής απόκρισης με σκοπό την πρόβλεψη του σεισμού σχεδιασμού (Raptakis et al., Chavez-Garcia et al., Makra et al. ). Στο πλαίσιο της παρούσης εργασίας αναλύονται καταγραφές από σεισμούς στο κατακόρυφο δίκτυο, τόσο στο πεδίο του χρόνου όσο και στο πεδίο των συχνοτήτων. Η ύπαρξη ταυτόχρονων καταγραφών στο δίκτυο αυτό έδωσε τη δυνατότητα επαναπροσδιορισμού των δυναμικών ιδιοτήτων των σχηματισμών με τον υπολογισμό της μεταξύ των σταθμών χρονικής υστέρησης. Ο επαναπροσδιορισμός των ιδιοτήτων αποσκοπεί στη βελτίωση της προσομοίωσης της ισχυρής κίνησης καθώς διαπιστώθηκαν, από προηγούμενες μελέτες, μικρές διαφορές στα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης (πλάτος, συχνοτικό περιεχόμενο, διάρκεια διέγερσης). Με βάση τις νέες ιδιότητες (ταχύτητα Vs) επαναλήφθηκε Δ θεωρητική προσομοίωση με τον υπολογισμό των συνθετικών επιταχυνσιογραφημάτων και των αντίστοιχων συναρτήσεων μεταφοράς για όλα τα βάθη των οργάνων. Στις αναλύσεις περιλήφθηκαν υπολογισμοί των κλασσικών φασματικών λόγων των καταγραφών σε όλους τους σταθμούς σε σχέση με τον βαθύτερο (στο βραχώδες υπόβαθρο) για αριθμό σεισμών, καθώς και των λόγων, στο χρόνο και τη συχνότητα, καταγραφών και συνθετικών. Όλα τα δεδομένα συγκρίνονται με σκοπό την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων. Δίνεται παράδειγμα για ένα σεισμό και παρουσιάζονται οι μέσοι όροι για το σύνολο των σεισμών που χρησιμοποιήθηκαν. Από τις συγκρίσεις στο πεδίο τιμών των συχνοτήτων και χρόνου, προκύπτει ότι όλα τα αποτελέσματα συγκλίνουν στο συμπέρασμα ότι τα τοπικά παραγόμενα στα όρια της λεκάνης επιφανειακά κύματα επηρεάζουν σημαντικό όγκο αποθέσεων και ότι η επιρροή αυτή μπορεί να προβλεφθεί ποιοτικά και ποσοτικά σε ικανοποιητικό βαθμό. ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΗ ΕΜΠΕΙΡΙΑ Στη Μυγδονία λεκάνη, εκπονείται ανελλιπώς από το 993 με χρηματοδοτήσεις της ΕΕ, το διεθνές πειραματικό πεδίο δοκιμών EUROSEISTEST (Pitilakis et al., 999). Μεταξύ των κύριων στόχων του, ήταν η εγκατάσταση και λειτουργία ενός πυκνού δικτύου επιταχυνσιογρά-
φων επιφανείας και εντός γεωτρήσεων, η πλήρης διερεύνηση της στρωματογραφίας και των δυναμικών ιδιοτήτων της εδαφικής δομής έως το βραχώδες υπόβαθρο της ιζηματογενούς αυτής λεκάνης καθώς και η μελέτη της επιρροής της γεωμετρίας και των εδαφικών σχηματισμών στα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης. Δεδομένα σεισμών και επεξεργασία καταγραφών Κατά τη διάρκεια λειτουργίας του πεδίου δοκιμών EUROSEISTEST, εγκαταστάθηκε ένα μόνιμο δίκτυο επιταχυνσιογράφων το οποίο καλύπτει τόσο τον άξονα ΒΝ όσο και τον άξονα ΑΔ της Μυγδονίας λεκάνης. Το δίκτυο περιλαμβάνει και ένα κατακόρυφο δίκτυο με τριαξονικά επιταχυνσιόμετρα εγκατεστημένα στο κέντρο της λεκάνης στη θέση TST (σχήμα ), στην επιφάνεια και σε βάθη 8.7,, 73., 3, και 9 m όπου εντοπίζεται και το βραχώδες υπόβαθρο της λεκάνης. Τα παραπάνω επιταχυνσιόμετρα είναι συνδεδεμένα με 8-κάνναλο καταγραφικό, με το οποίο εξασφαλίζεται κοινή διέγερση, απόλυτος χρόνος στις καταγραφές καθώς και έλεγχος του προσανατολισμού των οριζοντίων συνιστωσών των επιταχυνσιομέτρων. Στην εργασία αυτή χρησιμοποιούνται καταγραφές σεισμών στο κατακόρυφο αυτό δίκτυο, για τους οποίους σεισμολογικές πληροφορίες δίνονται στον πίνακα. Οι σεισμοί αυτοί επιλέχθηκαν μεταξύ άλλων (που καταγράφηκαν στο διάστημα -7) με τρόπο ώστε να πληρείται το κριτήριο της αντιπροσωπευτικότητας ως προς τα σεισμολογικά κυρίως χαρακτηριστικά τους. Οι πρωτογενείς καταγραφές έχουν διορθωθεί για την απόκριση του οργάνου και τη γραμμή αναφοράς. Στη συνέχεια οι οριζόντιες συνιστώσες των καταγραφών (τυχαίου όμως γνωστού προσανατολισμού) στρέφονται ως προς τον μικρό (Β9.5 A) άξονα της λεκάνης ώστε να προκύψουν οι επιμήκεις και εγκάρσιες συνιστώσες τους. Οι εγκάρσιες 5 NNW SSE 5 C ΥΨΟΜΕΤΡΟ (m) ALTITUDE (m) 5-5 - C E F G* G F B C D E F G* G TST TST_8.7 TST_. TST_73. TST_3. A B C D E F F B C D E F G* G G* G F -5 F3 TST_9. G* G - -.5..5..5..5 3. 3.5..5 5. 5.5. DISTANCE (Km) ΑΠΟΣΤΑΣΗ (m) Σχήμα. Το δισδιάστατο εδαφικό προσομοίωμα της λεκάνης (Raptakis et al., ), οι θέσεις του κατακόρυφου δικτύου επιταχυνσιογράφων στη θέση TST (ρόμβοι) και των πλευρικών ασυνεχειών F, F, F3 και F. 3
συνιστώσες των καταγραφών (Σχ. ) απαιτούνται για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των θεωρητικών προσομοιώσεων και χρησιμοποιούνται για τον επαναπροσδιορισμό της ταχύτητας διάδοσης των διατμητικών κυμάτων των γεωλογικών σχηματισμών στο κέντρο της λεκάνης. Πίνακας. Σεισμολογικές παράμετροι των σεισμών που χρησιμοποιούνται στην εργασία (Κατάλογοι σεισμικότητας Εργαστηρίου Γεωφυσικής ΑΠΘ) Date Time (GMT) Latitude Longitude M L Depth (km) 8 :38:35.85.58 3.9 3.. 5 7:5:..87.935 3.7. 95 7::.8.77 3.33 3. 9. 95 9:8:3..95 3.3.3. 5 7::.8.5 3..3. 77 :55:.3.73 3.9 3.9 7. ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗ (cm/sec ) ΧΡΟΝΟΣ (sec) Σχήμα. Δείγμα αντιπροσωπευτικών σεισμών (εγκάρσια συνιστώσα στην ελεύθερη επιφάνεια) που επιλέχθηκαν μεταξύ άλλων με διαφορετικά σεισμολογικά κυρίως χαρακτηριστικά (διάρκεια διέγερσης, πλάτος, συχνοτικό περιεχόμενο, αζιμούθιο επικέντρων, επικεντρικές αποστάσεις, κ.λ.π). Δ Εδαφική τομή της λεκάνης Στο πλαίσιο της γεωτεχνικής και γεωφυσικής διερεύνησης των σχηματισμών της λεκάνης, χρησιμοποιήθηκε το σύνολο των γεωφυσικών (σεισμικών) και γεωτεχνικών (επί τόπου και εργαστηριακών) μεθόδων. Το τελικό αποτέλεσμα αυτής της προσπάθειας απέδωσε το δισδιάστατο εδαφικό προσομοίωμα του σχήματος (Raptakis et al., 5). Τα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά της δομής αυτής είναι α) το μεγάλο εύρος των ταχυτήτων Vs, από 9
έως 9 m/s, από την επιφάνεια έως το υπόβαθρο, σε βάθος μ. περίπου στο κέντρο της λεκάνης, β) η υψηλή σχετικά ταχύτητα Vs του βραχώδους υποβάθρου, ίση με m/s, γ) η σημαντική και απότομη μεταβολή του βάθους του υποβάθρου, από τα άκρα της λεκάνης προς το κέντρο της, δ) η περίπλοκη τεκτονική και γεωμετρία της λεκάνης λόγω της ύπαρξης τεσσάρων ρηγμάτων και ε) η αποκάλυψη εκτός του γνωστού σεισμικού ρήγματος F, των υπολοίπων τριών, με τη συστηματική και ορθή χρήση των κυριοτέρων επιφανειακών σεισμικών διασκοπήσεων μικρής (αναπτύγματα μερικών δεκάδων μέτρων) και μεγάλης κλίμακας (εκατοντάδων μέτρων) (Raptakis et al., 5). Οι μέσες τιμές των εδαφικών ιδιοτήτων των εδαφικών σχηματισμών του Δ προσομοιώματος δίνονται στον πίνακα. Πίνακας. Μέσες τιμές των δυναμικών ιδιοτήτων των εδαφικών σχηματισμών (Raptakis et al., 5). Σε παρένθεση οι νέες τιμές της Vs για τους σχηματισμούς (Ε, F, G*) Σχηματισμός Ταχύτητα S κυμάτων Vs (m/s) Πυκνότητα ρ (t/m 3 ) Παράγοντας ποιότητας Q S A 3.5 5 B.5 5 C 3.75 3 D 5. E 5 (5).55 F 8 (7). 8 G* 5 (75).5 G. Ανασκόπηση προηγούμενων μελετών Ο προσδιορισμός της εδαφικής δομής πραγματοποιήθηκε κατά βάση με όρους Vs, προκειμένου το Δ Vs προσομοίωμα να αποτελέσει τη βάση για το πλήθος των θεωρητικών Δ και Δ αναλύσεων της σεισμικής απόκρισης που ακολούθησε αλλά και τη φυσική ερμηνεία της επίδρασης της τοπικής γεωλογίας στην ισχυρή κίνηση (Raptakis et al., Chavez-Garcia et al., Makra et al. ). Οι μελέτες αυτές ανέδειξαν ότι τα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης (πλάτος, διάρκεια και συχνοτικό περιεχόμενο) στη λεκάνη αυτή οφείλονται σε φαινόμενα μονοδιάστατου συντονισμού και κυρίως τοπικά παραγόμενων στις πλευρικές ασυνέχειές της επιφανειακών κυμάτων. Τα επιφανειακά αυτά κύματα διαδίδονται σε όλο το εύρος της λεκάνης και επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης ακόμα και στο κέντρο της, στη θέση TST, όπου η στρωματογραφία θα μπορούσε πρακτικά να θεωρηθεί μονοδιάστατη και άρα η μονοδιάστατη θεωρία διάδοσης των σεισμικών κυμάτων θα μπορούσε να αναπαραστήσει ικανοποιητικά τα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης. Οι Makra et al. () και Makra et al. (5) μετά από πλήθος μονοδιάστατων και δισδιάστατων παραμετρικών αναλύσεων και σύγκρισης των αποτελεσμάτων τους με τις καταγραφές απέδειξαν ότι τα αποτελέσματα της λεπτομερέστερης (βάσει της στρωματογραφίας στη θέση TST) μονοδιάστατης προσομοίωσης είναι χειρότερα από αυτά της πλέον απλοποιημένης δισδιάστατης, αναδεικνύοντας τη γεωμετρία της λεκάνης ως τον καθοριστικότερο παράγοντα επιρροής της σεισμικής κίνησης. Ωστόσο ακόμα και για το λεπτομερές Δ εδαφικό προσομοίωμα του σχήματος, παρατηρήθηκαν μικρές διαφορές στο πλάτος και στο συχνοτικό περιεχόμενο της σεισμικής κίνησης των Δ αποτελεσμάτων σε σύγκριση με τις κατα- 5
γραφές στη θέση ΤST (ελεύθερη επιφάνεια). Για παράδειγμα, η θεμελιώδης συχνότητα συντονισμού υπολογίσθηκε στα.85ηz ενώ από τις καταγραφές προέκυψε στα.7hz περίπου, το πλάτος ενίσχυσης της θεωρητικής συνάρτησης μεταφοράς είναι κατά τι μεγαλύτερο από το αντίστοιχο μέσο πλάτος των καταγραφών, καθώς επίσης παρατηρήθηκαν ταχύτερες αφίξεις στα S και σε φάσεις των επιφανειακών κυμάτων στα συνθετικά επιταχυνσιογραφήματα από ότι στις καταγραφές. ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Vs ΑΠΟ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΣΕ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟ ΔΙΚΤΥΟ Καταγραφές από κατακόρυφα δίκτυα επιταχυνσιομέτρων είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της ταχύτητας Vs των εδαφικών σχηματισμών, από τη συσχέτιση της σεισμικής κίνησης μεταξύ των θέσεων των σταθμών του δικτύου. Ο υπολογισμός βασίζεται στην υστέρηση του χρόνου (time lag) στη διάδοση της κυματομορφής από σταθμό σε σταθμό (Elgamal et al. 995). Η χρονική υστέρηση υπολογίζεται με τις μεταξύ των καταγραφών συναρτήσεις συσχέτισης στο χρόνο. Τα μέγιστα των συναρτήσεων συσχέτισης για κάθε βάθος (σε σχέση με το βαθύτερο σταθμό) εμφανίζονται στα S κύματα και παρουσιάζουν τη χρονική υστέρηση από την οποία υπολογίζεται η φαινόμενη ταχύτητα (λόγος αποστάσεων σταθμών προς χρονική υστέρηση) των κυμάτων S. Δεδομένου ότι τα S κύματα διαδίδονται σχεδόν κατακόρυφα κοντά στην επιφάνεια του εδάφους, η φαινόμενη ταχύτητα συμπίπτει με την ταχύτητα διάδοσης των S κυμάτων. Για αμφότερες τις οριζόντιες συνιστώσες των καταγραφών του πίνακα στο κατακόρυφο δίκτυο επιταχυνσιομέτρων, υπολογίσθηκαν οι συναρτήσεις συσχέτισης όλων των σταθμών σε σχέση με τον βαθύτερο στα -9,m (TST_9.) με τη βοήθεια του προγράμματος SAC (Seismic Analysis Code). Η συνάρτηση συσχέτισης για τον βαθύτερο σταθμό είναι η συνάρτηση αυτοσυσχέτισης για την οποία η μέγιστη τιμή παρατηρείται με μηδενική χρονική υστέρηση. Τυπικό παράδειγμα του παραπάνω υπολογισμού για τις εγκάρσιες συνιστώσες δίνεται στο σχήμα 3. Σημειώνεται ότι τα αποτελέσματα των ταχυτήτων που προέκυψαν από την ανάλυση αμφότερων των οριζοντίων συνιστωσών είναι παρόμοια. Οι ταχύτητες Vs από τις εγκάρσιες συνιστώσες για όλους τους σεισμούς (για τις καταγραφές του πίνακα ) μαζί με το μέσο όρο (Μ.Ο.) τους παρουσιάζονται στο σχήμα α. Από τη διακύμανση της ταχύτητας προκύπτει μικρή τυπική απόκλιση (<%) δεδομένου ότι πρόκειται για σεισμούς με διαφορετικές επικεντρικές αποστάσεις και βάθη (στοιχεία που επηρεάζουν την κατακόρυφη διάδοση των κυμάτων χώρου). Επίσης παρατηρείται αύξηση της δυσκαμψίας με το βάθος όπως και στο Δ προσομοίωμα του σχήματος και αναδεικνύεται μία σημαντική διεπιφάνεια στα 3, m. Στη συνέχεια, ο Μ.Ο. της Vs από τις καταγραφές (Τομή Α, Σχ. β) συγκρίνεται με τον αντίστοιχο των ταχυτήτων που προσδιορίσθηκαν για τους βασικούς εδαφικούς σχηματισμούς της λεκάνης (πίνακας για τη θέση TST Τομή Β). Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί ότι οι ταχύτητες του πίνακα εκτιμήθηκαν με βάση όλες τις διαθέσιμες τιμές τους κατά μήκος της λεκάνης και αντικατοπτρίζουν το «μέσο» εδαφικό προσομοίωμα της και όχι μόνο αυτό στο TST. Από τη σύγκριση (σχήμα β) προκύπτει ότι οι τιμές Vs είναι σημαντικά διαφοροποιημένες, καθώς οι σχηματισμοί της τομής Β εμφανίζονται πιο δύσκαμπτοι για βάθη μεγαλύτερα
Σχήμα 3. Εγκάρσιες συνιστώσες των καταγραφών του σεισμού της //5 στο κατακόρυφο δίκτυο (αριστερά) και συναρτήσεις συσχέτισης των σταθμών σε σχέση με τον βαθύτερο TST_9. (δεξιά). Τα βέλη δείχνουν τη χρονική υστέρηση των απευθείας S κυμάτων. Vs (m/sec) 5 5 75 5 Vs (m/sec) 5 5 75 5 ΒΑΘΟΣ (m) ΒΑΘΟΣ (m) ΧΡΟΝΟΣ (sec) ΧΡΟΝΟΣ ΥΣΤΕΡΗΣΗΣ (sec) 8 5 95 5 77 95 M.O. από καταγραφές Τομή Α Τομή Β Τομή Γ Τομή Δ 8 8 Bάθος (m) Bάθος (m) 8 8 Σχήμα. α) Διακύμανση της ταχύτητας που προέκυψε για τις καταγραφές του πίνακα καθώς και ο μέσος όρος τους (Μ.Ο.) β) Σύγκριση του Μ.Ο. της Vs από τις καταγραφές (συνεχής έντονη γραμμή) με εκείνη του Δ προσομοιώματος του σχήματος στη θέση TST (διακεκομμένη γραμμή), της Vs τομής που προσδιορίσθηκε με τη μέθοδο της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων στη θέση TST (συνεχής γραμμή) και τέλος την τροποποιήμενη βάσει των παραπάνω (στικτή γραμμή) 7
των 5m και ιδιαίτερα μεταξύ 8 και m. Όμως η σύγκριση της τομής Α βρίσκεται σε ικανοποιητική συμφωνία με τη Vs τομή που προσδιορίσθηκε στη θέση TST, με τη μέθοδο της αντιστροφής των επιφανειακών κυμάτων σε σεισμική τομή διάθλασης μήκους 5m (Τομή Δ) (Ραπτάκης 995, Raptakis et al. ). Προκειμένου λοιπόν να αναπαραχθούν με θεωρητικές αναλύσεις περισσότερο αξιόπιστα χαρακτηριστικά των καταγραφών στο κατακόρυφο δίκτυο, υιοθετήθηκε μία νέα Vs τομή για τη θέση TST (Τομή Γ), με κριτήριο - για τους σχηματισμούς κάτω από τα 8m - οι νέες τιμές Vs να περιλαμβάνονται μεταξύ των υπολογισμένων δηλ. μεταξύ των τιμών των τομών Α και Δ. Βασικά, οι τροποποιήσεις αφορούν τη μείωση των τιμών Vs των βαθύτερων εδαφικών σχηματισμών (Ε και F) καθώς και του αποσαθρωμένου βράχου (G*), ενώ διατηρήθηκαν οι υπόλοιπες τιμές των δυναμικών ιδιοτήτων (σχήμα β). Οι αναθεωρημένες τιμές της ταχύτητας Vs δίνονται σε παρένθεση στον πίνακα. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΩΝ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ Το νέο Δ εδαφικό προσομοίωμα, αναθεωρημένο ως προς τις ταχύτητες Vs, χρησιμοποιήθηκε ως βάση για μία σειρά Δ θεωρητικών αναλύσεων προκειμένου να αποτυπωθούν πιθανές διαφοροποιήσεις στα χαρακτηριστικά (πλάτος, διάρκεια, συχνοτικό περιεχόμενο) της σεισμικής κίνησης σε σχέση με τα αποτελέσματα των παλαιότερων αναλύσεων (Makra et al., 5) αλλά και των καταγραφών. Οι Δ αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν, όπως και στο παρελθόν, με τη μέθοδο πεπερασμένων διαφορών η οποία προτάθηκε από τον Moczo (989) και τροποποιήθηκε από τους Moczo & Bard (993). Στη μέθοδο αυτή λαμβάνεται υπόψη η τοπογραφία της ελεύθερης επιφάνειας του εδάφους και το ακριβές σχήμα των διεπιφανειών των εδαφικών σχηματισμών όπως επίσης και η απόσβεση με τρόπο τέτοιο ώστε να θεωρείται σχεδόν σταθερή στο εύρος των συχνοτήτων για το οποίο τα αποτελέσματα της προσομοίωσης είναι έγκυρα. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης είναι αξιόπιστα για συχνότητες μέχρι Ηz. Το προσομοίωμα διεγείρεται από ένα επίπεδο SH κύμα μοναδιαίου πλάτους που διαδίδεται κατακόρυφα από το βραχώδες υπόβαθρο στην επιφάνεια και έχει τη χρονική διακύμανση ενός παλμού Gabor. Συνθετικά σεισμογράμματα Στο σχήμα 5 παρουσιάζονται τα συνθετικά σεισμογράμματα στις θέσεις του κατακόρυφου δικτύου επιταχυνσιογράφων για τα δύο εδαφικά προσομοιώματα (το υφιστάμενο στο εξής θα αναφέρεται ως «Δ» και το αναθεωρημένο στο εξής «νέο Δ») για συχνότητες μικρότερες των Ηz, δεδομένου ότι οι μεγαλύτερες συχνότητες δεν επηρεάζουν σημαντικά τα αποτελέσματα. Η μείωση της ταχύτητας Vs στους βαθύτερους σχηματισμούς, οι οποίοι παρουσιάζουν και το μεγαλύτερο πάχος, επέφερε διαφοροποιήσεις στον χρόνο άφιξης των S κυμάτων καθώς και των καθυστερημένων φάσεων. Οι τελευταίες αυτές φάσεις έχει αποδειχθεί (Chavez-Garcia et al. ) ότι σχετίζονται με τον θεμελιώδη τρόπο (mode) διάδοσης των επιφανειακών LOVE κυμάτων τα οποία δημιουργούνται στο εσωτερικό της λεκάνης λόγω της ύπαρξης πλευρικών ασυνεχειών. Η χρονική αυτή μετάθεση των τελευταίων κυματομορφών οφείλεται στο γεγονός ότι ο θεμελιώδης τρόπος των LOVE κυμάτων δίνει πληροφορία για το σύνολο των αποθέσεων (μέχρι το υπόβαθρο). Οι διαφοροποιήσεις στις αφίξεις των απευθείας και ανακλώμενων S κυμάτων είναι μικρότερες από ότι στις φάσεις των επιφανειακών κυμάτων, δεδομένου ότι τα τελευταία διαδίδονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Το πλάτος των συνθετικών σεισμογραμμάτων μεταξύ των δύο αναλύσεων δεν παρουσιάζει ιδιαίτερες διαφοροποιήσεις. 8
Input motion TST_9 TST_3 TST_73 TST_ TST_8 TST_ DISPLACEMENT ΕΛΑΣΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΕΙΣ (cm) - Νέο Δ Δ - 8 - - 8 - - 8 - - 8 - - 8 - - 8 - - 8 ΧΡΟΝΟΣ TIME (SEC) (sec) input Σχήμα 5. Συνθετικά σεισμογράμματα στις θέσεις του κατακόρυφου δικτύου επιταχυνσιογράφων για τα δύο εδαφικά προσομοιώματα (το υφιστάμενο «Δ» και το αναθεωρημένο «νέο Δ») για συχνότητες μικρότερες των Ηz καθώς και ο παλμός διέγερσης των προσομοιωμάτων (input motion). 9
Συναρτήσεις μεταφοράς Από τα συνθετικά σεισμογράμματα που προέκυψαν για τα δύο εδαφικά προσομοιώματα (παλιό και νέο), υπολογίσθηκαν οι Δ συνθετικές συναρτήσεις μεταφοράς στις θέσεις των σταθμών (Σχ. ). Στη συνέχεια, υπολογίσθηκαν οι κλασσικοί φασματικοί λόγοι της εγκάρσιας συνιστώσας των καταγραφών των σεισμών (του πίνακα ) καθώς και ο μέσος όρος τους. Ως κίνηση αναφοράς χρησιμοποιήθηκε η χρονοϊστορία στο βαθύτερο σταθμό στα -9.m. Στο σχήμα δίνονται συγκριτικά ο μέσος όρος των φασματικών λόγων των καταγραφών και των Δ θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς για όλα τα βάθη του κατακόρυφου δικτύου. Τα αποτελέσματα των συνθετικών που προέκυψαν με το αναθεωρημένο Δ προσομοίωμα συμφωνούν ικανοποιητικά με τα αντίστοιχα από τις καταγραφές, καθώς τόσο τα πλάτη ενίσχυσης όσο και οι συχνότητες συντονισμού (σε μεγάλο εύρος περιλαμβανομένης και της θεμελιώδους) συμπίπτουν, ενώ παρατηρούνται μικρές ποσοτικές, έστω, διαφορές με τα συνθετικά του παλαιού δύσκαμπτου προσομοιώματος (σχήμα ). Συνθετικά επιταχυνσιογραφήματα και καταγραφές Αξιοποιώντας το πλεονέκτημα των καταγραφών σεισμικών κινήσεων στο υπόβαθρο, στη θέση ακριβώς του κατακόρυφου δικτύου, υπολογίζονται τα συνθετικά επιταχυνσιογραφήματα σε όλα τα βάθη ακολουθώντας τη διαδικασία της συνέλιξης των Δ θεωρητικών συναρτήσεων μεταφοράς με τα εγκάρσια επιταχυνσιογραφήματα του βαθύτερου αισθητήρα. Το πλεονέκτημα αυτό δίδει περισσότερο ρεαλιστικά αποτελέσματα σε σχέση με καταγραφή σε επιφανειακό βράχο (συνθήκες outcrop) σε άλλη θέση από αυτή του δικτύου. Καταγραφές του είδους παρουσιάζουν προβλήματα που σχετίζονται κυρίως με την «πιστότητα» του σταθμού αναφοράς (μη πλήρως απαλλαγμένος από site effects) και τη διάρκεια διέγερσης, η οποία κατά κανόνα είναι μικρότερη από αυτή στο υπόβαθρο του δικτύου και επομένως αναντίστοιχη ως προς το συνολικό κυματικό πεδίο που καταγράφεται στους επιφανειακούς σταθμούς. Η συνέλιξη με τα δεδομένα των σεισμών πραγματοποιήθηκε με τα αντίστοιχα συνθετικά σεισμογράμματα σε όλα τα βάθη που προέκυψαν από τα δύο Δ προσομοιώματα (υφιστάμενο και αναθεωρημένο). Τα συνθετικά αποτελέσματα συγκρίνονται με τις αντίστοιχες καταγραφές για ένα σεισμό (5), ως παράδειγμα, στο σχήμα 7. Τόσο το υφιστάμενο όσο και το νέο προσομοίωμα είναι ικανά να αναπαραγάγουν ποιοτικά τα χαρακτηριστικά των κατάγραφών. Ωστόσο, με το νέο προσομοίωμα επήλθε και ποσοτική βελτίωση στο πλάτος, στο χρόνο άφιξης και στη μορφή των διαφόρων τύπων κυμάτων σε όλο σχεδόν το εύρος των χρονοϊστοριών. Φασματογραφήματα καταγραφών και συνθετικών χρονοϊστοριών Ως γνωστό οι εμπειρικοί φασματικοί λόγοι των φασμάτων Fourier δίνουν μερική άποψη, μόνο ως προς το συχνοτικό περιεχόμενο της ενίσχυσης της κίνησης, καθώς δεν δίνουν καμιά πληροφορία ως προς το χρόνο και τη συμμετοχή των διαφόρων φάσεων στην ενίσχυση. Για αυτό το λόγο υπολογίσθηκαν τα φασματογραφήματα για όλους τους σεισμούς και για τις 3 συνιστώσες. Τα φασματογραφήματα είναι η ταυτόχρονη απεικόνιση στο χρόνο και τη συχνότητα των φάσεων της καταγραφής και δίνει τη δυνατότητα κατανόησης της συμβολής των χαμηλών συχνοτήτων κυμάτων (επιφανειακών) στο χρονικά εξελισσόμενο φάσμα ισχύος. Η μέθοδος που επιλέχθηκε για τον υπολογισμό των φασματογραφημάτων είναι αυτή της φασματικής πυκνότητας ισχύος (SAC, Goldstein et al. 998). Όλα τα φάσματα για κάθε χρονικό παράθυρο διάρκειας sec με επικάλυψη.5 sec, για όλη τη χρονοσειρά και για συχνότητες μέχρι Hz παρατίθενται το ένα δίπλα στο άλλο.
TST_ TST_8 ΠΛΑΤΟΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΠΛΑΤΟΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΠΛΑΤΟΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ AMPLIFICATION AMPLIFICATION AMPLIFICATION... TST_ TST_3 M.O. καταγραφών Δ Νέο Δ FREQUENCY [HZ] ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (Hz) FREQUENCY [HZ] ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (Hz) FREQUENCY [HZ] ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (Hz).. TST_73 FREQUENCY [HZ] ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (Hz) FREQUENCY [HZ] ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (Hz) Σχήμα. Mέσος όρος των φασματικών λόγων των καταγραφών και των συνθετικών συναρτήσεων μεταφοράς για τα δύο προσομοιώματα σε όλα τα βάθη. Ως κίνηση αναφοράς χρησιμοποιήθηκε η χρονοϊστορία (συνθετική ή πραγματική) στο βαθύτερο σταθμό στα -9.m. Παράδειγμα υπολογισμού των φασματογραφημάτων για τις δύο οριζόντιες συνιστώσες σε όλα τα βάθη ενός σεισμού (5) δίνεται στο σχήμα 8. Παρατηρείται καταρχήν ότι υπάρχουν ευδιάκριτες διαφορές στα μέγιστα πλάτη μεταξύ των δυο συνιστωσών για όλα τα βάθη. Ενώ στην εγκάρσια συνιστώσα τα μέγιστα πλάτη εμφανίζονται σε όλη τη χρονοσειρά (S: εγκάρσια κύματα, SW: επιφανειακά, coda: κύματα ουράς) σε χαμηλές συχνότητες, στην ακτινική εμφανίζονται κυρίως στο παράθυρο των S κυμάτων και για μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων. Το γεγονός αυτό οφείλεται στο είδος και τη συνεισφορά των επιφανειακών κυμάτων Rayleigh και Love για κάθε οριζόντια συνιστώσα, δηλ. στην ακτινική (και την κατακόρυφη)
TST_ TST_8 TST_ TST_73 TST_3 ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗ Acceleration (cm/sec) ) καταγραφή Νέο Δ καταγραφή Δ 8 8 - - -8-8 - - 8 8 8 8 8 8 - -8-8 8 8 8 8 3-3 - - 8 8 8 8 3-3 - - 8 8 8 8 3-3 - - 8 8 8 8 Time (sec) ΧΡΟΝΟΣ (sec) - 3-3 3-3 3-3 ΧΡΟΝΟΣ Time (sec) (sec) Σχήμα 7. Σύγκριση συνθετικών επιταχυνσιογραφημάτων των δύο αναλύσεων (αριστερά το νέο και δεξιά το παλιό) με τις αντίστοιχες καταγραφές για ένα σεισμό (5) για συχνότητες μέχρι Ηz. προεξάρχουν τα πρώτα ενώ στην εγκάρσια τα δεύτερα. Τα μέγιστα πλάτη στην εγκάρσια είναι από έως 3 φορές μεγαλύτερα από τα αντίστοιχα της ακτινικής, ενώ μειώνονται βαθμιαία με το βάθος ακόμη και 5- φορές. Η επιρροή των επιφανειακών κυμάτων (στα μέγιστα) φαίνεται για βάθη τουλάχιστον μέχρι τον αισθητήρα των 73m, ενώ στον βαθύτερο (9m) η ύπαρξή τους ελαχιστοποιείται. Στη συνέχεια υπολογίσθηκαν οι λόγοι των φασματογραφημάτων σε όλα τα βάθη με καταγραφή αναφοράς αυτή στο βαθύτερο αισθητήρα, για όλους τους σεισμούς και για αμφότερες τις οριζόντιες συνιστώσες και την κατακόρυφη, καθώς επίσης και οι μέσοι όροι τους. Πριν τον υπολογισμό των φασματογραφικών λόγων, προηγήθηκε «ευθυγράμμιση» των καταγραφών όλων των καταγραφών, ως προς την πρώτη άφιξη των S κυμάτων. Οι λόγοι που υπαγόρευσαν την «ευθυγράμμιση» ήταν δυο, ο ένας αφορούσε το γεγονός ότι η καταγραφή των σεισμών δεν είχε το ίδιο μήκος θορύβου πριν το πρώτο P κύμα και ο άλλος αφορούσε τη φυσική χρονική υστέρηση άφιξης της κυματομορφής από τον βαθύτερο αισθητήρα μέχρι τον επιφανειακό. Το αποτέλεσμα αποκοπής του σχετικού χρόνου για την ευθυγράμμιση των S κυμάτων έφερε όλες τις πρώτες αφίξεις των S κυμάτων στα sec, περίπου. Η διαδικασία αυτή «ομογενοποίησης» των καταγραφών οδήγησε στη ορθή διαίρεση ομοειδών «πακέτων» κυμάτων (P, S, SW κυμάτων κλπ) καθώς και στον ορθό υπολογισμό των αντίστοιχων μέσων όρων.
ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΑΚΤΙΝΙΚΗ TST_9 ΠΛΑΤΟΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Amplitude ΕΠΙΤΑΧ. (cm/sec ) TST_3 TST_73 TST_ TST_8 TST_ ΧΡΟΝΟΣ Time (sec) ΧΡΟΝΟΣ Time (sec) (sec) Σχήμα 8. Φασματογραφήματα για τις δύο οριζόντιες συνιστώσες εγκάρσια και ακτινική σε όλα τα βάθη για έναν σεισμό (5). 3
Παράδειγμα για ένα σεισμό (5), με τα μέγιστα σε συνάρτηση του χρόνου και της συχνότητας, δίνεται στο σχήμα 9 με τη μορφή ισοκαμπυλών. Τα μέγιστα πλάτη για κάθε βάθος είναι σχετικά ως προς το μέγιστο της εγκάρσιας συνιστώσας, το οποίο είναι πάντοτε μεγαλύτερο της ακτινικής. Από τη σύγκριση για κάθε βάθος παρατηρείται ότι τα Love κύματα κυριαρχούν στην εγκάρσια σε σχέση με τα Rayleigh στην ακτινική. Οι ισοκαμπύλες των μεγίστων της ακτινικής παρουσιάζουν σε όλα τα βάθη διασπορά ως προς το χρόνο (για t > s) και ως προς τη συχνότητα μέχρι Hz, περίπου. Τα μέγιστα των μεγίστων εμφανίζονται σε συχνότητες μικρότερες των Hz. Αντίθετα, στην εγκάρσια η διασπορά για όλα σχεδόν τα βάθη και κυρίως για τα πρώτα 73m είναι αμελητέα, δεδομένου ότι τα μέγιστα εμφανίζονται στις συχνότητες μέχρι Hz και για χρόνους μεγαλύτερους των 7 sec όπου προεξάρχουν τα περιθλώμενα Love κύματα. Στα βάθη των 73 και 3m βαθμιαία τα μέγιστα μετακινούνται σε μικρότερους χρόνους και μεγαλύτερες συχνότητες όπου τα κατακόρυφα S κύματα είναι λιγότερο επηρεασμένα από τα επιφανειακά. Στη συνέχεια υπολογίστηκαν τα φασματογραφήματα, οι λόγοι και οι μέσοι όροι τους με την ίδια διαδικασία που ακολουθήθηκε και στις καταγραφές. Στο σχήμα 9 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για ένα σεισμό (5) σε σύγκριση με τα αντίστοιχα των καταγραφών. Τα μέγιστα των λόγων των φασματογραφημάτων των συνθετικών είναι σχετικά ως προς το μέγιστο της εγκάρσιας συνιστώσας για κάθε βάθος. Παρατηρείται ότι τόσο τα ποιοτικά (εμφάνιση μεγίστων σε χρόνο-συχνότητα) όσο και τα ποσοτικά χαρακτηριστικά (πλάτος) παρουσιάζουν ικανοποιητική ομοιότητα παρά τις επουσιώδεις διαφορές, τουλάχιστον για τα πρώτα 73m, γεγονός που υπογραμμίζει την επιτυχία της προσομοίωσης και της επανεκτίμησης του εδαφικού προσομοιώματος. Είναι φανερό ότι και τα συνθετικά περιγράφουν την ισχυρή εμφάνιση των περιθλώμενων επιφανειακών κυμάτων, γεγονός το οποίο δεν θα μπορούσε να αναδειχθεί με τη μονοδιάστατη προσέγγιση. Βέβαια, η διέγερση των περιθλώμενων επιφανειακών κυμάτων για άλλους σεισμούς μπορεί να είναι διαφορετική, καθώς εξαρτάται από το αζιμούθιο των εισερχόμενων σεισμικών κυμάτων στο εσωτερικό της ιζηματογενούς λεκάνης καθώς και από τη γεωμετρία του περιγράμματος του πλευρικού γεωλογικού ορίου αποθέσεων - βράχου. Όμως, όλες οι ενδείξεις οδηγούν στη διαπίστωση ότι τα επιφανειακά κύματα που εμφανίζουν μέγιστα στη θεμελιώδη ιδιοπερίοδο της λεκάνης (περίπου. ±.3 Hz), παράγονται λόγω φαινομένων περίθλασης στα άκρα της. Παρά τις σημαντικές διαφορές των σεισμών (Σχ. ), που τελικά επιλέχθηκαν για την εξασφάλιση ευρείας αντιπροσωπευτικότητας του δείγματος ως προς τις επικεντρικές αποστάσεις, τη θέση του υποκέντρου, τη διάρκεια και το μέγεθός τους, υπολογίζονται οι μέσοι όροι των λόγων των φασματογραφημάτων αμφότερων των καταγραφών και των Δ συνελιγμένων συνθετικών, για κάθε βάθος για την εγκάρσια συνιστώσα, και συγκρίνονται στο σχήμα. Παρατηρείται ότι σε όλους τους προαναφερόμενους μέσους όρους (οριζοντίως και καθέτως) τα μέγιστα (πλάτους) εμφανίζονται πρακτικά σε χρόνους μεγαλύτερους των 7 sec, όπου η συμμετοχή των S κυμάτων ελαχιστοποιείται σε σχέση με τα προεξάρχοντα επιφανειακά κύματα (κυρίως LOVE), αν ληφθεί μάλιστα υπόψη ότι η μεγαλύτερη διάρκεια των S κυμάτων δεν υπερβαίνει τα -.5 sec για όλο το δείγμα των σεισμών. Σε ότι αφορά τους μέσους των καταγραφών σε σχέση με το βάθος, τα μέγιστα που εμφανίζονται στο διάστημα από 7 έως sec στις συχνότητες μέχρι Hz, περίπου, περιλαμβάνουν πρακτικά όλο το κυματικό πεδίο που αποτελείται κυρίως από τα επιφανειακά κύματα (τοπικά παραγόμενα) και τα ανερχόμενα
ΕΓΚΑΡΣΙΑ ΑΚΤΙΝΙΚΗ Δ ΣΥΝΘΕΤΙΚΗ (ΝΕΟ) TST_ 8 8 8 TST_8 TST_ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (Ηz) 8 8 8 8 8 8 TST_73 8 8 8 TST_3 8 Time (sec) 8 ΧΡΟΝΟΣ Time (sec) (sec) 8 Time (sec) Σχήμα 9. Λόγοι φασματογραφημάτων της εγκάρσιας (αριστερά) της ακτινικής (κέντρο) συνιστώσας των καταγραφών καθώς και της Δ συνθετικής (δεξιά) του σεισμού της 5. Τα μέγιστα των λόγων των φασματογραφημάτων των συνθετικών είναι σχετικά ως προς το μέγιστο της εγκάρσιας συνιστώσας της καταγραφής για κάθε βάθος. και κατερχόμενα πολυ-ανακλώμενα κύματα χώρου, τα οποία αναμιγνύονται με τα επιφανειακά σε διαφορετικούς χρόνους για κάθε βάθος. Ο λοβός μεγίστων μεταξύ 8 και sec, και και Hz αφορά στα χαμηλόσυχνα επιφανειακά κύματα, ενώ οι λοβοί στις υψηλότερες συχνότητες θα μπορούσαν να αποδοθούν στα πολυ-ανακλώμενα κύματα χώρου τα οποία είναι περισσότερο ενεργά κοντά στην ελεύθερη επιφάνεια παρά στους ενδιάμεσους σταθμούς. Οι μέσοι όροι των συνθετικών με το βάθος παρουσιάζουν σχήμα παραπλήσιο με αυτό των καταγραφών όμως με ορισμένες διαφορές σε ότι αφορά τα χρονικά και συχνοτικά όρια των λοβών των μεγίστων της ενίσχυσης. Για παράδειγμα τα επιφανειακά κύματα εντοπίζονται με τους χαμηλόσυχνους λοβούς σε χρόνους μεγαλύτερους από τα sec, ενώ τα υψίσυχνα κύματα καλύπτουν μεγαλύτερο εύρος συχνοτήτων από ότι στις καταγραφές. Η επέκταση του δείγματος των σεισμών στο μέλλον ενδεχομένως να συνεισφέρει περισσότερο στη σαφήνεια των τάσεων που δείχνονται με τους σεισμούς που χρησιμοποιήθηκαν στο παρόν άρθρο. 5
ΕΜΠΕΙΡΙΚΟΙ ΛΟΓΟΙ ΣΥΝΘΕΤΙΚΟΙ ΛΟΓΟΙ (ΝΕΟ) TST_ 8 8 TST_8 TST_ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ (Ηz) 8 8 8 8 TST_73 8 8 TST_3 8 Time (sec) ΧΡΟΝΟΣ (sec) 8 Time (sec) Σχήμα. Μέσοι όροι των λόγων των φασματογραφημάτων αμφότερων των καταγραφών (αριστερά) και των Δ συνελιγμένων συνθετικών (δεξιά), για κάθε βάθος για την εγκάρσια συνιστώσα. Τα μέγιστα των λόγων των φασματογραφημάτων των καταγραφών είναι σχετικά ως προς το μέγιστο των αντίστοιχων συνθετικών για κάθε βάθος.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην εργασία αυτή χρησιμοποιείται το πλεονέκτημα ύπαρξης ενός ορθά εγκατεστημένου κατακόρυφου δικτύου επιταχυνσιογράφων στο κέντρο της Μυγδονίας λεκάνης. Σημαντικό πλεονέκτημα του δικτύου αυτού αποτελεί η ύπαρξη σταθμού στην επιφάνεια του βραχώδους υποβάθρου (-9.m), του οποίου οι καταγραφές χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορά στο σύνολο των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν. Το δίκτυο των αισθητήρων απέδωσε στην περίοδο -7 έναν αριθμό δεδομένων με ταυτόχρονες καταγραφές από τις οποίες αξιοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία έξι, που επιλέχθηκαν με κριτήρια τη διαφορετικότητα και αντιπροσωπευτικότητα με παραμέτρους τη διάρκεια, το πλάτος, το αζιμούθιο, το συχνοτικό περιεχόμενο. Η εγκατάσταση των οργάνων στα συγκεκριμένα βάθη σε σχέση με τους βασικούς σχηματισμούς στη θέση του δικτύου, έδωσε τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν οι καταγραφές για τον προσδιορισμό των ταχυτήτων Vs (με μέθοδο υπολογισμού της χρονικής υστέρησης). Οι νέες Vs, για τους βαθείς σχηματισμούς, διαφέρουν από τις μέσες τιμές για όλη την λεκάνη, που προσδιορίσθηκαν στο παρελθόν, ενώ βρίσκονται σε σχετικά καλή συμφωνία με ανεξάρτητες μετρήσεις ειδικά στη θέση του δικτύου. Άπαξ και προέκυψαν οι νέες τιμές Vs, υιοθετήθηκαν για το Δ προσομοίωμα, του οποίου η Δ θεωρητική προσέγγιση έδωσε σειρά αποτελεσμάτων στα πεδία χρόνου και συχνοτήτων, για τις θέσεις των οργάνων. Τα αποτελέσματα αναλύθηκαν με το σύνολο των γνωστών μεθόδων (συναρτήσεις μεταφοράς και η συνέλιξή τους με την καταγραφή αναφοράς, φασματογραφήματα) και συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα παρελθόντων αναλύσεων που βασίσθηκαν στις μέσες ιδιότητες της στρωματογραφίας της λεκάνης. Δεδομένου ότι τόσο οι Δ θεωρητικές συναρτήσεις μεταφοράς όσο και οι εμπειρικοί φασματικοί λόγοι δεν δίνουν καμία πληροφορία ως προς τη χρονική εξέλιξη των τύπων των κυμάτων που συνεισφέρουν στην ενίσχυση και επίσης ότι δεν υπάρχει δυνατότητα έκφρασης μέσης τιμής στο πεδίο του χρόνου, γίνεται ευρεία χρήση των φασματογραφημάτων τα οποία δίνουν πληρέστερη εικόνα και ως προς το χρόνο. Από τις συγκρίσεις τους, καταρχήν μεταξύ των οριζοντίων συνιστωσών των καταγραφών, προκύπτει ότι τα περιθλώμενα στα άκρα της λεκάνης επιφανειακά κύματα που διαδίδονται οριζόντια (LOVE) προεξάρχουν των άλλων τύπων τόσο των κυμάτων χώρου όσο και των επιφανειακών ακτινικής και κατακόρυφης συνιστώσας (Rayleigh), και μάλιστα επηρεάζουν ένα σημαντικό όγκο αποθέσεων (για πάχος των πρώτων 7-8m). Η σύγκριση των μέσων φασματογραφημάτων (των σεισμών) που προέκυψαν από τη συνέλιξη των Δ θεωρητικών (με βάση τις νέες Vs) με τα αντίστοιχα των καταγραφών, έδειξε ότι τα ποιοτικά χαρακτηριστικά της ισχυρής κίνησης μπορούν να προβλεφθούν σχετικά ικανοποιητικά παρά τις δικαιολογημένες ποσοτικές διαφορές που κυρίως οφείλονται στη διασπορά των ενόργανων δεδομένων που επιλέχθηκαν. Σημειώνεται ότι η Δ προσομοίωση δεν θα μπορούσε να αναπαράξει τα χαρακτηριστικά των καταγραφών δεδομένου ότι αδυνατεί να λάβει υπόψη τη Δ γεωμετρία και ως εκ τούτου τα τοπικά παραγόμενα λόγω περίθλασης επιφανειακά κύματα. Η σύγκριση των μέσων Δ θεωρητικών αναλύσεων μεταξύ του παλαιού και περισσότερου δύσκαμπτου προσομοιώματος και του νέου, δείχνει τη βελτίωση της προσομοίωσης, η οποία επιτεύχθηκε χάριν στην ύπαρξη του κατακόρυφου δικτύου. 7
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι συγγραφείς θα ήθελαν να ευχαριστήσουν τον καθ. Κ. Πιτιλάκη συντονιστή του ερευνητικού προγράμματος EUROSEISRISK: Seismic Hazard Assessment, Site Effects and Soil Structure Interaction Studies In An Instrumented Basin (EUROPEAN COMMISSION, EVG- CT--, -5) στα πλαίσια του οποίου χρηματοδοτήθηκε η επέκταση, αναβάθμιση και λειτουργία του δικτύου επιταχυνσιογράφων και τους κ.κ. Απόστολο Μαρίνο και Νικόλαο Αδάμ (Ηλεκτρονικούς του ΙΤΣΑΚ) για τη συνεχή τεχνική υποστήριξη που παρέχουν στην απρόσκοπτη λειτουργία του δικτύου. Οι αναλύσεις σήματος πραγματοποιήθηκαν με το λογισμικό SAC (Goldstein et al. 998). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Chávez-García, F.J. and E. Faccioli (). Complex site effects and building codes: making the leap, J. of Seismology, 3-. Chavez-Garcia F., Raptakis, D.G., Makra, K.A. and K.D. Pitilakis (). Site Effects at Euroseistest-II. Results from D Numerical Modeling and Comparison with Observations. Soil Dynamics & Earthquake Engineering, 9 (), pp. 3-39. Elgamal, A.W., M. Zeghal, H.T. Tang and J.C. Stepp (995). Lotung Downhole Array. I. Evaluation of site dynamic properties. Journal of Geotechnical Engineering (ASCE), (), pp. 35-3. Field, E.H. (99). Spectral amplification in a sediment filled valley exhibiting clear basinedge-induced waves. Bull. Seism. Soc. Am., 8, 99-5. Goldstein, P., D. Dodge, M. Firpo, and R. Stan (998). Electronic Seismologist: What s new in SAC? Enhanced processing and database access, Seismol. Res. Lett., 9, - 5. Makra, K., D. Raptakis, F.J. Chávez-García & K. Pitilakis (). Site effects and design provisions: The case of EUROSEISTEST. Pure and Applied Geophysics (PAGEOPH) Special Issue on Microzoning, 58(), pp. 39-37. Makra, K., D. Raptakis, F.J. Chávez-García & K. Pitilakis (). How important is the detailed knowledge of a D soil structure for site response evaluation. Proc th European Conference on Earthquake Engineering, September 9-3, London, United Kingdom, CDRom paper No 8. Makra K., F.J. Chávez-García, D. Raptakis & K. Pitilakis (5). Parametric analysis of the seismic response of a D sedimentary valley: Implications for code implementations of complex site effects. Soil Dynamics & Earthquake Engineering, 5, 33-35. Moczo, P. (989). Finite difference technique for SH waves in -D media using irregular grids: application to the seismic response problem. Geophys. J. Int., 99, 3-39. Moczo, P. and P.-Y. Bard (993). Wave diffraction,amplification and differential motion near strong lateral discontinuities. Bull. Seism. Soc. Am., 83, 85-. Pitilakis, K., D. Raptakis, K. Lontzetidis, Th. Tika-Vassilikou & D. Jongmans (999). Geotechnical and geophysical description of EURO-SEISTEST, using field, laboratory tests and moderate strong motion recordings. J. Earthq. Engnr., 3 (3), 38-9. Ραπτάκης, Δ. (995). Συμβολή στον Προσδιορισμό της Γεωμετρίας και των Δυναμικών Ιδιοτήτων των Εδαφικών Σχηματισμών και στη Σεισμική Απόκρισή τους. Διδακτορική Διατριβή. Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, ΑΠΘ. Raptakis, D.G., Chavez-Garcia F., Makra, K.A. and K.D. Pitilakis (). Site Effects at Euroseistest-I. D Determination of the Valley Structure and Confrontation of the Observations with D Analysis. Soil Dynamics & Earthquake Engineering, 9(), pp. -. Raptakis D., K. Makra, A. Anastasiadis & K. Pitilakis (a). Complex site effects in Thessaloniki (Greece): I. Soil structure and confrontation of observations with D 8
analysis. Bulletin of Earthquake Engineering,, 7-3 Raptakis D., K. Makra, A. Anastasiadis & K. Pitilakis (b). Complex site effects in Thessaloniki (Greece): II. D SH modeling and engineering insights. Bulletin of Earthquake Engineering,, 3-37 Raptakis D., Manakou M., Chávez-García, F.J., Makra K., and K. Pitilakis (5). 3D configuration of Mygdonian basin and preliminary estimate of its site response. Soil Dynamics & Earthquake Engineering, 5, pp. 87-887. Rassem, M, A. Ghobarah & A.C. Heidebrecht (997). Engineering perspective for the seismic site response of alluvial valleys. Earthq. Eng. Struct. Dyn.,, 77-93. 9