Παραμετρική ανάλυση της 1Δ και 2Δ σεισμικής απόκρισης στη λεκάνη Euroseistest. Parametric analysis of 1D and 2D site response at Euroseistest basin

Παραμετρική ανάλυση της 1Δ και 2Δ σεισμικής απόκρισης στη λεκάνη Euroseistest Parametric analysis of 1D and 2D site response at Euroseistest basin ΜΑΚΡΑ, Κ., ΡΑΠΤΑΚΗΣ, Δ. CHAVEZ-ARCIA, F.J. ΠΙΤΙΛΑΚΗΣ, Κ. Δρ Πολιτικός Μηχανικός, Δόκιμος Ερευνητής ΙΤΣΑΚ Λέκτορας, Τμ. Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ Ερευνητής, Instituto de Ingeniería, UNAM, Mexico Καθηγητής, Τμ. Πολιτικών Μηχανικών ΑΠΘ ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται αποτελέσματα παραμετρικής 1Δ και 2Δ ανάλυσης της σεισμικής απόκρισης της λεκάνης Euroseistest με σκοπό τον προσδιορισμό των σημαντικότερων παραμέτρων που επηρεάζουν την απόκρισή της. Κανένα 1Δ προσομοίωμα δεν μπορεί να αναπαραγάγει την διάρκεια της σεισμικής κίνησης που οφείλεται στην πλευρική διάδοση τοπικά παραγόμενων στις ασυνέχειες της λεκάνης επιφανειακών κυμάτων. Αξιόπιστες εκτιμήσεις της απόκρισης προέκυψαν από 2Δ προσομοιώσεις με απλοποιημένες ως προς τη στρωματογραφία και τη γεωμετρία τομές. Η πρόσθετη ενίσχυση λόγω της γεωμετρίας της λεκάνης ποσοτικοποιείται με σχεδόν σταθερό συντελεστή επιβάρυνσης 2Δ/1Δ με τιμή που κυμαίνεται μεταξύ 2 και 3. ABSTRACT: A parametric study of the seismic response of the Euroseistest sedimentary valley is presented, to determine the most important parameters that condition its seismic response. We model site response using 1D & 2D methods. None of the 1D simulations reproduces the time duration of the record due to lateral propagation of surface waves generated at the lateral discontinuities of the valley. Reliably modeling of its site response was obtained using 2D method, although only little information on the geometry and geological age of the main soil formations were considered. Seismic codes could include provisions to account 2D phenomena with the form of an almost constant along the valley 2D/1D aggravation factor with values between 2 and 3. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η σημασία της επίδρασης της τοπικής γεωλογίας στην ενίσχυση της σεισμικής κίνησης είναι ευρέως γνωστή στη σεισμική μηχανική. Τα τελευταία 2 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 εξασθένηση των επιφανειακών κυμάτων που διαδίδονται πλευρικά λόγω φαινομένων περίθλασης στις οριζόντιες επαφές αποθέσεων βράχου. Οι παράγοντες αυτοί προκαλούν 2D και 3D φαινόμενα και πρόσθετη ενίσχυση της σεισμικής κίνησης. Πρόσφατες έρευνες (Field, 1996; Rassem et al., 1997; Chávez-arcía & Faccioli, 2; Makra et al., 21, 22, 2; Raptakis et al., 24a,b) αναδεικνύουν την αναγκαιότητα η ε- πιρροή των περίπλοκων αυτών φαινομένων να λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό των κατασκευών. Οι εφαρμογές, όμως, που ενδιαφέρουν τους μηχανικούς βασίζονται, κυρίως στους αντισεισμικούς κανονισμούς, όπου οι ε- δαφικές κατηγορίες θεωρούνται αποκλειστικά με την κατακόρυφη μεταβολή των χαρακτηριστικών των εδαφικών σχηματισμών και κατά συνέπεια οι όποιες αναλύσεις εξαντλούνται στη μονοδιάστατη σεισμική απόκριση. Κατά αυτή την έννοια λοιπόν, η επίδραση της επιφανειακής γεωλογίας στη σεισμική κίνηση τυπικά ποσοτικοποιείται με τα φάσματα απόκρισης σχεδιασμού ανάλογα με τις διαφορετικές εδαφικές ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/-2/6/26 1

κατηγορίες αναφοράς, και στην καλύτερη περίπτωση σε συνδυασμό με έναν συντελεστή ενίσχυσης (όπως στον EC8) ή μέσω διαφορετικών συντελεστών απόκρισης (όπως στον UBC97). Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα παραμετρικής ανάλυσης της σεισμικής απόκρισης της ιζηματογενούς λεκάνης Euroseistest επωφελούμενοι της πληθώρας των ερευνών που πραγματοποιήθηκαν για τη λεπτομερή περιγραφή της εδαφικής δομής της (Raptakis et al., 2; Chavez-arcia et al. 2). Η προσπάθεια διερεύνησης τόσο της ε- δαφικής δομής όσο και της απόκρισής της ξεπερνά κάθε προδιαγραφή τυπικών μελετών της επιρροής της τοπικής γεωλογίας στη σεισμική κίνηση. Ωστόσο, τα αποτελέσματα της διερεύνησης αυτής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να απαντηθεί το ερώτημα σχετικά με το πόσο λεπτομερής απαιτείται να είναι η εδαφική δομή για την αξιόπιστη εκτίμηση της σεισμικής της απόκρισης. Για το σκοπό αυτό, η απόκριση της λεκάνης υπολογίσθηκε για μία σειρά απλοποιήσεων του λεπτομερούς προσομοιώματος της εδαφικής δομής. Αρχικά, θεωρούμε διαφορετικά 1Δ προσομοιώματα στο κέντρο της λεκάνης, ενώ σε ένα δεύτερο στάδιο, υπολογίζουμε την απόκριση δύο 2Δ προσομοιωμάτων με την ίδια γεωμετρία αλλά διαφορετική διακύμανση με το βάθος της ταχύτητας διάδοσης των S κυμάτων και 2 με διαφορετική γεωμετρία της διεπιφάνειας αποθέσεων και βραχώδους υποβάθρου με σκοπό να προκύψουν οι ελάχιστες απαιτούμενες πληροφορίες (ιδιότητες) της δομής που «ελέγχουν» τα χαρακτηριστικά της σεισμικής απόκρισης. Οι διαφορές των χαρακτηριστικών της σεισμικής απόκρισης μεταξύ των διαφορετικών προσομοιωμάτων μελετώνται τόσο στο πεδίο τιμών των συχνοτήτων (συναρτήσεις μεταφοράς) όσο και στο πεδίο τιμών του χρόνου (συνθετικές χρονοϊστορίες). Επιπροσθέτως, υ- πολογίζεται ο συντελεστής ενίσχυσης μεταξύ των δισδιάστατων και των αντίστοιχων μονοδιάστατων φασμάτων απόκρισης με σκοπό την ποσοτικοποίηση της πρόσθετης, σε σχέση με τη 1Δ προσέγγιση, ενίσχυσης που προκαλείται λόγω φαινομένων που σχετίζονται με τη γεωμετρία της λεκάνης και την πρόταση συναφών με την φιλοσοφία των κανονισμών διορθωτικών συντελεστών. 2. Η ΛΕΠΤΟΜΕΡΗΣ ΕΔΑΦΙΚΗ ΔΟΜΗ Η λεκάνη Euroseistest αντιπροσωπεύεται από μία 2Δ τομή της Μυγδονίας λεκάνης μεταξύ των λιμνών Βόλβης και Λαγκαδά με μήκος περίπου 6 km και μέγιστο βάθος 2m. Από το 1993, η λεκάνη αυτή αποτελεί το αντικείμενο πληθώρας ερευνών που αφορούν στον προσδιορισμό της εδαφικής δομής και στην εκτίμηση της σεισμικής της απόκρισης. Η εδαφική τομή με τη μέγιστη δυνατή λεπτομέρεια προτάθηκε από τους Raptakis et al. (2) και δίνεται στο σχήμα 1a. Αποτελείται από 8 διαφορετικούς εδαφικούς σχηματισμούς (Πίνακας 1) και τέσσερις πλευρικές ασυνέχειες. Τα χαρακτηριστικά της απόκρισης σε σχέση με τις καταγραφές του μόνιμου δικτύου της λεκάνης παρουσιάζονται αναλυτικά από τους Chávez- arcía et al. (2). Η αριθμητική προσέγγιση που χρησιμοποιείται για την προσομοίωση της σεισμικής κίνησης είναι αυτή των πεπερασμένων διαφορών (Moczo 1989; Μoczo & Bard 1993; Moczo et al. 1996) για γραμμική ανελαστική με σταθερή απόσβεση συμπεριφορά των εδαφικών υλικών σε κατακόρυφη διάδοση επίπεδου SH κύματος. Το βήμα της χωρικής διακριτοποίησης είναι 1.3m και άρα, λαμβανομένης υπόψη της ελάχιστης Vs της τομής, η μέγιστη συχνότητα για την οποία τα αποτελέσματα της προσομοίωσης είναι σωστά, ορίζεται στα 1Hz. Η διέγερση του προσομοιώματος δίνεται με τη χρονική διακύμανση ενός παλμού abor για επιλεγμένες παραμέτρους ώστε το φάσμα πλάτους Fourier να έχει σταθερό πλάτος για συχνότητες από έως 1 Hz. Η συνθετική κίνηση υπολογίζεται για ισαπέχουσες θέσεις κατά μήκος της ελεύθερης επιφάνειας της τομής. Στο σχήμα 1b παρουσιάζονται τα συνθετικά 1 2 2 1 - -1 - -2 PRO C E * F F4 B C D E F * RA RB TST -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4... 6. DISTANCE (km) PRO RARB TST - 1 2 2 3 3 4 4 Σχήμα 1. a) Λεπτομερής εδαφική τομή Ι b) Συνθετικά σεισμογράμματα (f<1hz) Figure 1. a) Detailed 2D cross section b) Synthetic seismograms (f<1hz) E F * A BC D B C D E F * C * ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/-2/6/26 2

Πίνακας1. Δυναμικές ιδιότητες των εδαφικών υλικών των 2Δ προσομοιωμάτων Table1. Dynamic properties of the soil materials included in the 2D models. Εδαφικός σχηματισμός A B C D E F * Vs (m/sec) 13 2 3 4 6 8 12 26 Τομή I Τομή II, IV, V Τομή III Qs (=1/2ξ) 2 3 4 6 8 1 2 ρ (t/m 3 ) 2. 2. 2.7 2.1 2. 2.2 2. 2.6 Vs (m/sec) 33 7 26 Qs (=1/2ξ) 33 7 2 ρ (t/m 3 ) 2.1 2.2 2.6 Vs (m/sec) 9 26 Qs (=1/2ξ) 2 ρ (t/m 3 ) 2.2 2.6 σεισμογράμματα για την λεπτομερή εδαφική τομή (Σχ. 1a). Στο κέντρο της λεκάνης, παρατηρούνται οι αφίξεις των απευθείας S-κυμάτων σε χρόνους 3-4sec, ωστόσο ολόκληρη η τομή κυριαρχείται από την πλευρική διάδοση Love κυμάτων. Τα κύματα αυτά δημιουργούνται κυρίως στις πλευρικές ασυνέχειες, και F4, και αντιστοιχούν στο θεμελιώδη και στον πρώτο ανώτερο τρόπο (mode) διάδοσης. Τα τοπικά παραγόμενα κύματα έχουν μεγάλα πλάτη και αυξάνουν τη διάρκεια της κίνησης από τα άκρα προς το κέντρο της λεκάνης. Οι συνθετικές χρονοϊστορίες χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των εξεταζόμενων περιπτώσεων. 3. ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 3.1 1Δ προσομοιώματα Δεδομένου ότι στο κέντρο της λεκάνης η στρωματογραφία είναι σχεδόν επίπεδη και οριζόντια μπορεί να θεωρηθεί ότι η μονοδιάστατη προσομοίωση αναπαράγει το σημαντικότερο μέρος της επιρροής των τοπικών εδαφικών συνθηκών στη θέση αυτή. Για να διερευνηθεί η υ- πόθεση αυτή, υιοθετούμε διαφορετικα Vs προσομοιώματα. Το πρώτο προκύπτει από το 2Δ προσομοίωμα (τομή Α, Σχ. 2). Το δεύτερο ακολουθεί τους αντισεισμικούς κανονισμούς ως προς τον ορισμό των εδαφικών κατηγοριών με βάση την ταχύτητα Vs για τα πρώτα 3m βάθους. Στην περίπτωση αυτή υπάρχει η αμφιβολία στην επιλογή των παραμέτρων του υποβάθρου και για το λόγο αυτό επιλέχθηκαν τρεις διαφορετικές τιμές: η Vs του σχηματισμού της τομής του σχήματος 1a κάτω από τα 3m, 8m/sec αντιπροσωπευτική για «μαλακούς» βράχους και 2 m/sec για «σκληρούς» βράχους (τομές Β, C και D, Σχ. 2). Τέλος, μία τρίτη προσέγγιση προκύπτει από την λεπτομερή τομή μέχρι βάθους όπου η ταχύτητα Vs είναι μεγαλύτερη από 7m/sec (τομή Ε, Σχ. 2) Οι μονοδιάστατες συναρτήσεις μεταφοράς για όλες τις 1Δ προσεγγίσεις παρουσιάζονται στο σχήμα 3. Οι συναρτήσεις μεταφοράς είναι πολύ διαφορετικές μεταξύ τους και εξαρτώνται από τη διαφορετικότητα των 1Δ τομών. Η ορθή εκτίμηση της θεμελιώδους συχνότητας απαιτεί τη σωστή εκτίμηση του βάθους όπου και η σημαντικότερη αντίθεση στις δυσκαμψίες, όπως στην περίπτωση αυτή τα 2m (τομή Α) με ταχύτητες Vs μικρότερες από 1m/sec για τις αποθέσεις και 26m/sec για το βραχώδες υ- πόβαθρο. Η τομή D με 3m μόνο πάχος έχει παρόμοιο μέγιστο πλάτος με την τομή Α, όμως ως περίπτωση θεωρείται εξεζητημένη. Τέλος, η συνάρτηση μεταφοράς για την τομή Ε δεν παρουσιάζει σημαντικές ενισχύσεις διότι είναι πολύ επιφανειακή για να συμπεριλάβει την ε- πιρροή τις διεπιφάνειας αποθέσεων και βράχου. Από τα παραπάνω αναδεικνύεται η σπουδαιότητα της γνώσης τόσο του βάθους όσο και των ιδιοτήτων του βραχώδους υποβάθρου, σε αντίθεση με συνήθεις παραδοχές που θεωρούν ότι το υπόβαθρο μπορεί σε αδρή προσέγγιση να θεωρηθεί ίδιο παντού. Στο σχήμα 4 συγκρίνονται οι συνθετικές χρονοϊστορίες επιτάχυνσης μεταξύ των διαφορετικών 1Δ προσεγγίσεων της εδαφικής δομής και της 2Δ τομής του σχήματος 1a για ένα σεισμό. Οι μεγάλες διαφορές που παρατηρούνται Depth (m) 1 2 3 4 6 7 8 9 1 11 12 13 14 16 17 18 19 2 21 22 Vs velocity (m/sec) 1 2 2 Profile A Depth (m) Vs velocity (m/sec) 1 1 2 3 4 3m/sec 87m/sec Profile B Profile C Profile D 2m/sec Depth (m) 1 2 3 4 6 7 8 9 1 11 12 13 14 16 Vs velocity (m/sec) 1 Profile E Σχήμα 2. 1Δ τομές στο κέντρο τη λεκάνης Figure 2. 1D profiles at the centre of the valley ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/-2/6/26 3

Amplification 1. 1. Profile A Profile B Profile C Profile D Profile E 1. 1. Frequency (Hz) Σχήμα 3. 1Δ συναρτήσεις μεταφοράς για τις τομές του σχήματος 2. Figure 3. Transfer functions for vertical incidence of S waves on the 1D profiles of figure 2 2D - Model I Profile A Profile B Profile C Profile D Profile E 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 Σχήμα 4. 1Δ συνθετικές χρονοϊστορίες σε σχέση με εκείνη στο κέντρο του 2Δ εδαφικού προσομοιώματος. Figure 4. 1D Synthetic seismograms compared with that computed at the centre from the 2D model. στις 1Δ συναρτήσεις μεταφοράς είναι μικρότερες στις 1Δ συνθετικές χρονοϊστορίες. Παρατηρούνται επιμέρους διαφορές στο μέγιστο πλάτος γεγονός που μπορεί να συσχετισθεί με τις επιμέρους διαφορές των συναρτήσεων μεταφοράς. Ωστόσο, όλες οι 1Δ χρονοϊστορίες έ- χουν παρόμοια διάρκεια, πολύ μικρότερη αυτής που υπολογίζεται για το λεπτομερές 2Δ ε- δαφικό προσομοίωμα, όπου η συνεισφορά των τοπικά παραγόμενων επιφανειακών κυμάτων στις πλευρικές ασυνέχειες είναι μεγάλη στο κέντρο τη λεκάνης. Για το λόγο αυτό δεν μπορεί η απόκριση στη θέση αυτή να θεωρηθεί ότι οφείλεται μόνο στη μονοδιάστατη διάδοση κυμάτων χώρου. 3.2 Απλοποιημένες ως προς τη Vs 2Δ τομές Στη συνέχεια διερευνάται ο βαθμός λεπτομέρειας που απαιτείται στα 2Δ προσομοιώματα. Θεωρούμε δύο διαφορετικά προσομοιώματα με βάση την ταχύτητα Vs των αποθέσεων ενώ η γεωμετρία διεπιφάνειας αποθέσεων βράχου και οι ιδιότητές του παραμένουν όπως στη λεπτομερή εδαφική τομή. Στην πρώτη περίπτωση (Σχ. a), οι εδαφικοί σχηματισμοί ομαδοποιούνται με βάση τη γεωλογική τους ηλικία (A, B, C, D και Ε, F, *) και προκύπτουν δύο νέοι σχηματισμοί με ιδιότητες (Vs, Qs) τις μέσες σταθμισμένες με το βάθος στο κέντρο της λεκάνης τιμές. Στο δεύτερο προσομοίωμα (Σχ. b), η δομή των αποθέσεων θεωρείται ομογενής με τη μέση τιμή όλων των σχηματισμών. Στο σχήμα c δίνονται τα συνθετικά σεισμογράμματα της τομή ΙΙ μετά την εφαρμογή χαμηλοπερατού φίλτρου με συχνότητα αποκοπής 1Hz. Tα αποτελέσματα είναι παρόμοια με εκείνα του λεπτομερούς εδαφικού προσομοιώματος. Ωστόσο η απλή στρωματογραφία της τομής ΙΙ επιτρέπει τη διάκριση των α- πευθείας και ανακλώμενων κυμάτων χώρου (μονοδιάστατη διάδοση) από την πλευρική διάδοση των επιφανειακών κυμάτων. Η μονοδιάστατη διάδοση επηρεάζει την κίνηση στο κέντρο της λεκάνης για μικρό χρονικό διάστημα μικρότερο από 2sec από όπου αρχίζει η επιρροή των επιφανειακών κυμάτων. Τα συνθετικά σεισμογράμματα της τομής ΙΙΙ (Σχ. d) είναι απλούστερα των δύο προηγούμενων περιπτώσεων και στο κέντρο της λεκάνης διακρίνονται τρεις ανακλάσεις στη διεπιφάνεια αποθέσεωνβράχου πριν την άφιξη των επιφανειακών κυμάτων. Και στις τρεις περιπτώσεις, το πλάτος των περιθλώμενων επιφανειακών κυμάτων είναι μεγαλύτερο των κατακόρυφα διαδιδόμενων S. Η ταχύτητα ομάδας των LOVE κυμάτων είναι μεγαλύτερη στην τομή ΙΙ σε σχέση με την Ι με μεγαλύτερη αυτή της τομής ΙΙΙ και συνεπώς, η αύξηση της διάρκειας είναι μικρότερη στην τομή ΙΙΙ δεδομένου ότι και στις τρεις τομές οι παράγοντες ποιότητας (Qs) είναι αρκετά μικροί για να αποσβεσθούν οι ανακλάσεις των επιφανειακών κυμάτων στα όρια της λεκάνης. Στο σχήμα 6 δίνονται συγκριτικά για τις τρεις τομές τα συνθετικά σεισμογράμματα και οι αντίστοιχες συναρτήσεις μεταφοράς στις θέσεις TST και των σταθμών του μόνιμου δικτύου. Ο βαθμός της ετερογένειας των προσομοιωμάτων σχετίζεται άμεσα με το μέγιστο πλάτος των σημάτων το οποίο μειώνεται από την τομή Ι στην ΙΙ και από την ΙΙ στην ΙΙΙ. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η παρατήρηση ότι η μείω- ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/-2/6/26 4

-2 3 3 2 2 1 - -1 - PRO RA RB TST m(a,b,c,d) S e d i m e n t s - B e d r o c k a) ΤΟΜΗ II F4 m(e,f,*) -1 b) ΤΟΜΗ III F4 - B e d r o c k -2 -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4... 6. -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4... 6. DISTANCE (Km) DISTANCE (Km) 2 2 1 PRO RA RB TST PRO RARB TST PRO RARB TST 1 1 c) ΤΟΜΗ II d) ΤΟΜΗ III - 1 2 2 3 3 4 4-1 2 2 3 3 4 4 Σχήμα. Απλοποιημένες ως προς τη 2Δ τομές (a,b) και συνθετικά σεισμογράμματα (c,d) Figure. 2D simplified in terms of Vs models (a,b) and synthetic seismograms (c,d) ση αυτή του πλάτους είναι παρόμοια για τα α- πευθείας S κύματα όσο και για τα επιφανειακά. Αυτό σημαίνει ότι ακόμα και αν οι απόλυτες τιμές του πλάτους των S κυμάτων εξαρτώνται έ- ντονα από την επιλογή του προσομοιώματος, η ενέργεια των επιφανειακών κυμάτων σχετίζεται κατά σταθερό παράγοντα με το πλάτος των κυμάτων χώρου. Για παράδειγμα στη θέση TST, ο λόγος του πλάτους μεταξύ δύο μέγιστων αιχμών (peak-to-peak) των πρώτων αφίξεων και των επιφανειακών κυμάτων με το μεγαλύτερο πλάτος είναι 1.4 για την τομή Ι, 1.6 για την ΙΙ και 1. για την ΙΙΙ. Στη θέση, ο ί- διος λόγος είναι 2.4 για την τομή I, 2.2 για την II, και 2.6 για την III. Συνεπώς, η σταδιακή α- πλοποίηση της εδαφικής δομής επιφέρει αλλαγές στο μέγιστο πλάτος αλλά όχι σε αυτό των επιφανειακών κυμάτων δηλαδή και οι τρεις προσεγγίσεις της εδαφικής δομής προκαλούν κατά την προσομοίωσή τους το ίδιο ποσό ε- νέργειας τοπικών παραγόμενων επιφανειακών κυμάτων σε σχέση με το πλάτος της κίνησης εισαγωγής. Από τη σύγκριση των συναρτήσεων μετα- TST τομή model I I τομή model IΙ II τομή model IΙΙ III Amplification 1 1 2 4 6 8 1 1 1 model τομή I model τομή IΙ I model τομή IΙΙ III Amplification 1 1 2 4 6 8 1 1 1 Frequency (Hz) Σχήμα 6. 2Δ συνθετικά σεισμογράμματα (αριστερά) και συναρτήσεις μεταφοράς (δεξιά) Figure 6. 2D synthetic seismograms (left) and transfer functions (right) ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/-2/6/26

φοράς στη θέση TST για τις τρεις τομές προκύπτει ότι η μέγιστη ενίσχυση παρατηρείται συστηματικά γύρω στο 1.Hz και ότι το πλάτος και η μορφή τους είναι παρόμοια για συχνότητες μικρότερες των 1.Hz. Για μεγαλύτερες συχνότητες, παρατηρούνται διαφορές μεταξύ των συναρτήσεων μεταφοράς με αυτήν για την τομή ΙΙ να βρίσκεται μεταξύ αυτών για τις τομές Ι και ΙΙΙ. Οι συναρτήσεις μεταφοράς στη θέση παρουσιάζουν το μέγιστο πλάτος στη συχνότητα των μεγαλύτερο 4.Hz, χαρακτηριστικό το οποίο προσομοιώνεται ικανοποιητικά και για τις τρεις τομές. Παρά τις παρατηρούμενες επιμέρους διαφορές, τα 2Δ αποτελέσματα είναι περισσότερο συμβατά μεταξύ τους από οποιαδήποτε 1Δ προσέγγιση. Η πρώτη αιχμή ενίσχυσης στο κέντρο της λεκάνης προσομοιώνεται ικανοποιητικά και στις τρεις τομές, γεγονός που δεν παρατηρείται για τις 1Δ αναλύσεις. Από όλα τα παραπάνω συνάγεται το συμπέρασμα ότι η εισαγωγής της επιρροής της πλευρικής ετερογένειας της δομής στα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης οδήγησε σε ορθότερες εκτιμήσεις της σεισμικής απόκρισης της λεκάνης από ότι οι λεπτομερείς 1Δ προσεγγίσεις. Επίσης, η απλοποίηση της στρωματογραφίας που βασίσθηκε στην γεωλογική ηλικία των εδαφικών σχηματισμών δεν επέφερε σημαντικές αλλαγές στην προσομοίωση των χαρακτηριστικών της σεισμικής κίνησης σε σχέση με τη λεπτομερή εδαφική τομή. 3.3 Απλοποιημένες ως προς τη γεωμετρία 2Δ τομές Στη συνέχεια, εξετάζουμε την περίπτωση της τομής ΙΙ για δύο διαφορετικές προσεγγίσεις της γεωμετρίας της διεπιφάνειας βράχου αποθέσεων (σχήμα 7a,b). Στο ίδιο σχήμα (c,d) δίνονται τα συνθετικά σεισμογράμματα για κατακόρυφη διάδοση SH κυμάτων. Η απόκριση είναι παρόμοια με αυτή της τομής ΙΙ με την οποία έ- χουν τα ίδια χαρακτηριστικά Vs Qs στις αποθέσεις. Στο σχήμα 7 φαίνεται καθαρά ότι η λεπτομερής περιγραφή της διεπιφάνειας βράχου αποθέσεων επηρεάζει το σχετικό πλάτος των κυμάτων χώρου και επιφανείας που δημιουργούνται στις πλευρικές ασυνέχειες της λεκάνης. Ωστόσο, η απόκριση της λεκάνης συνίσταται στο συνδυασμό μονοδιάστατου συντονισμού και πλευρικής διάδοσης τοπικά παραγόμενων επιφανειακών κυμάτων. Ο μονοδιάστατος συντονισμός κυριαρχεί στο κέντρο της τομής ΙV (Σχ. 7c), ενώ η απλή αυτή δομή δημιουργεί LOVE κύματα που συνεισφέρουν ελάχιστα στη σεισμική κίνηση στο κέντρο της λεκάνης. Ωστόσο, στα άκρα της λεκάνης, τα κύματα αυτά επηρεάζουν σημαντικά τα χαρακτηριστικά της. Τα συνθετικά σεισμογράμματα της τομής V (Σχ. 7d) έχουν παρόμοια με την τομή ΙV χαρακτηριστικά μόνο που στην περίπτωση αυτή τα LOVE κύματα είναι αυτά που παρουσιάζουν το μεγαλύτερο πλάτος. Η διάρκεια της σεισμικής κίνησης εξαιτίας της μονοδιάστατης διάδοσης είναι μικρή ενώ η μεγαλύτερη συνεισφορά προέρχεται από την επιρροή των πλευρικών ασυνεχειών. Από τις αναλύσεις αυτές συμπεραίνεται ότι η γνώση όχι μόνο των ιδιοτήτων του υποβάθρου αλλά και της γεωμετρίας (με σχετική ακρίβεια) της διεπιφάνειας με τις α- ποθέσεις είναι ιδιαίτερα σημαντική για την αξιόπιστη εκτίμηση της απόκρισης της λεκάνης. 3 2 2 2 2 a) PRO ΤΟΜΗ IV b) ΤΟΜΗ V 1 RA RB TST m(a,b,c,d) - F4 m(e,f,*) -1 - -2 -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4... 6 DISTANCE (Km) 3 1 m(a,b,c,d) - F4 m(e,f,*) -1 - -2 -... 1. 1. 2. 2. 3. 3. 4. 4... 6 DISTANCE (Km) PRO RARB TST PRO RARB TST 1 c) 1 d) - 1 2 2 3 3 4 4-1 2 2 3 3 4 4 Σχήμα 7. 2Δ τομές με απλοποιημένη γεωμετρία (a,b) και συνθετικά σεισμογράμματα (c,d) Figure 7. 2D simplified in terms of geometry models (a,b) and synthetic seismograms (c,d) ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/-2/6/26 6

4. ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΕΠΙΒΑΡΥΝΣΗΣ Για τη σύγκριση των αποτελεσμάτων με όρους σχετικούς με τους αντισεισμικούς κανονισμούς, ποσοτικοποιήθηκε για κάθε 2Δ προσομοίωμα ο συντελεστής επιβάρυνσης σύμφωνα με τους Chávez-arcía & Faccioli (2) και Makra et al. (21). Οι συντελεστές αυτοί ορίζονται ως ο λόγος των μέσων τιμών των δισδιάστατων προς τα αντίστοιχα μονοδιάστατα φάσματα απόκρισης επιτάχυνσης (2Δ/1Δ). Αν η μονοδιάστατη επιρροή της τοπικής γεωλογίας στη σεισμική κίνηση μπορεί να εξηγήσει την ενίσχυσή της εξαιτίας της αντίθεσης της δυσκαμψίας μεταξύ αποθέσεων και βράχου, τότε η πρόσθετη ενίσχυση λόγω των φαινομένων που σχετίζονται με τη γεωμετρία μπορεί να εκφρασθεί από τους συντελεστές αυτούς. Για τους συντελεστές αυτούς απαιτείται ένα δείγμα καταγραφών για τον υπολογισμό των φασμάτων απόκρισης. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν 12 καταγραφές (Makra et al., 21) του μόνιμου δικτύου. Οι επικεντρικές αποστάσεις των σεισμών από το κέντρο της λεκάνης κυμαίνονται από 3 έως 16 km. Για κάθε 1Δ και 2Δ συνάρτηση μεταφοράς κατά μήκος της λεκάνης και για κάθε αποσυνελιγμένη καταγραφή στο σταθμό αναφοράς (PRO) (Makra et al., 22), υπολογίσθηκαν τα συνθετικά επιταχυνσιογραφήματα, στη συνέχεια τα αντίστοιχα φάσματα απόκρισης (ξ=%) και οι μέσοι όροι τους και τέλος ο λόγος μεταξύ των μέσων τιμών των 2Δ προς τα αντίστοιχα 1Δ φάσματα. Τα αποτελέσματα για τις θέσεις των σταθμών του μόνιμου δικτύου δίνονται στο σχήμα 8. Οι παρατηρούμενες διαφορές μεταξύ των αποτελεσμάτων για κάθε τομή εξομαλύνθηκαν στη διαδικασία που ακολουθήθηκε για τον υπολογισμό των φασμάτων απόκρισης. Παρατηρείται ότι στις περισσότερες περιπτώσεις ο συντελεστής επιβάρυνσης κυμαίνεται μεταξύ 2 και 3 για περιόδους από.1 έως 3. sec, αναδεικνύοντας τη σημαντική συνεισφορά της γεωμετρίας της λεκάνης στην πρόσθετη ενίσχυση της κίνησης. Οι συντελεστές αυτοί, όπως αναμενόταν, εξαρτώνται από τη συχνότητα με τις μεγαλύτερες τιμές στη θέση σε μικρότερες περιόδους από ότι στη θέση TST. Ωστόσο, η διακύμανση κατά μήκος της λεκάνης είναι μικρή και για λόγους απλότητας να μπορούν να παραβλέπονται, υιοθετώντας έναν σταθερό συντελεστή επιβάρυνσης για όλη τη λεκάνη. Ratios of Average Acceleration Response Spectra 1. 1..1 1. 1..1 1. 1. RB.1.1 1. Period (sec) TST RA.1 1. Period (sec) Model I Model II Model III Model IV Model V Σχήμα 8. Συντελεστές επιβάρυνσης για όλες τις τομές στις θέσεις των σταθμών του δικτύου Figure 8. Aggravation factor at the strong motion stations for the examined models. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από όλα τα αποτελέσματα, προκύπτει το γενικό συμπέρασμα ότι η απόκριση της λεκάνης Euroseistest οφείλεται στη μορφή/γεωμετρία της καθώς κύριο φαινόμενο είναι τα τοπικά παραγόμενα στις ασυνέχειες επιφανειακά κύματα. Επίσης συμπεραίνεται ότι για την αξιόπιστη πρόβλεψη των χαρακτηριστικών αυτών (πλάτος, συχνοτικό περιεχόμενο, διάρκεια) είναι προτιμότερο να έχουμε μία γενική και αδρή εικόνα της μορφής της λεκάνης και των μέσων δυναμικών ιδιοτήτων των σχηματισμών παρά μία λεπτομερή περιγραφή της κατακόρυφης διαδοχής των εδαφικών σχηματισμών σε μία θέση π.χ. στο κέντρο της. Παρόλο που κατά περίπτωση μπορεί να υπάρχουν διαφορές στα αποτελέσματα των απλοποιημένων προσομοιωμάτων της λεκάνης, η ενέργεια των τοπικά παραγόμενων επιφανειακών κυμάτων σχετίζεται σταθερά με το πλάτος των κυμάτων χώρου. Η πρόσθετη ενίσχυση που οφείλεται στα επιφανειακά κύματα και άρα στην επιρροή των πλευρικών ετερογενειών της δομής στη σεισμική κίνηση ποσοτικοποιείται με τους συντελεστές επιβάρυνσης. Από τη χωρική διακύμανση των συντελεστών αυτών προκύπτει ότι 1 1.. 1 1.. 1 1.. ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/-2/6/26 7

ένας περίπου σταθερός παράγοντας μεταξύ 2 και 3 είναι κατάλληλος για να περιγράψει την επιρροή των πλευρικών ετερογενειών. Η σωστή εκτίμηση της μέσης αντίθεσης της δυσκαμψίας μεταξύ αποθέσεων και βράχου είναι απαραίτητη στην αξιόπιστη πρόβλεψη για του επιπέδου ενίσχυσης, απαίτηση που ισχύει επίσης και στα 1Δ προσομοιώματα. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η πιο σημαντική αντίθεση αφορά το βράχο που βρίσκεται στα 2m βάθος με Vs 26m/sec και η επιρροή της δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη ούτε με την περιγραφή των εδαφικών σχηματισμών για τα πρώτα 3m ούτε με λεπτομερείς εδαφικές τομές σε ημίχωρο με ταχύτητες Vs μεγαλύτερες από 7m/sec. Τα συμπεράσματα της παρούσας μελέτης υποδεικνύουν ότι η βελτίωση του τρόπου με τον οποίο λαμβάνεται υπόψη στους αντισεισμικούς κανονισμούς η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών στη σεισμική κίνηση συνδέεται με την εισαγωγή της επιρροής της πλευρικής ετερογένειας τουλάχιστον στις περιπτώσεις αβαθών ιζηματογενών λεκανών όπου τα τοπικά παραγόμενα επιφανειακά κύματα επηρεάζουν σημαντικά τη σεισμική κίνηση. 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Chávez-arcía, F.J. and E. Faccioli (2). Complex site effects and building codes: making the leap, J. of Seismology 4, 23-4. Chávez-arcía, F.J., D. Raptakis, K. Makra, and K. Pitilakis (2). Site effects at Euroseistest II. Results from 2D numerical modeling and comparison with observations, Soil Dyn. Earthq. Engrg. 19, 23-39. Field, E.H. (1996). Spectral amplification in a sediment filled valley exhibiting clear basinedge-induced waves. Bull. Seism. Soc. Am., 86, pp. 991-. Makra, K., D. Raptakis, F.J.Chávez-arcía, and K. Pitilakis (21). Site effects and design provisions: the case of Euroseistest, PAEOPH 8, 2349-2367. Makra, K., D. Raptakis, F.J.Chávez-arcía, and K. Pitilakis (22). How important is the detailed structure of a 2D soil structure for site response evaluation, Proc. 12 th Eur. Conf. on Earthq. Engrg., Sept. 9-13, London, CDROM edited by Elsevier Science Ltd., paper 682, 1 pp. Makra, K., D. Raptakis, F.J.Chávez-arcía, and K. Pitilakis (2). Parametric analysis of the seismic response of a 2D sedimentary valley: Implications for code implementations of complex site effects. Soil Dyn, & Earthq. Eng., 2, 33-3. Moczo, P. (1989). Finite difference technique for SH waves in 2-D media using irregular grids: application to the seismic response problem, eophys. J. Int. 99, 321-329. Moczo, P. and P.-Y. Bard (1993). Wave diffraction, amplification and differential motion near strong lateral discontinuities, Bull. Seism. Soc. Am. 83, 8-16. Moczo, P., P. Labák, J. Kristek, and F.Hron (1996). Amplification and differential motion due to an antiplane 2D resonance in the sediment valleys embedded in a layer over the half-space, Bull. Seism. Soc. Am. 86, 1434-1446. Pitilakis, K., D. Raptakis, K. Lontzetidis, Th. Tika-Vassilikou & D. Jongmans (1999). eotechnical & geophysical description of EURO-SEIST, using field, laboratory tests and moderate strong motion recordings. J. of Earthq.Eng., 3(3): 381-49. Raptakis, D., F.J. Chávez-arcía, K. Makra, and K. Pitilakis (2). Site effects at Euroseistest I. Determination of the valley structure and confrontation of observations with 1D analysis, Soil Dyn. Earthq. Engrg. 19, 1-22. Raptakis D., K. Makra, A. Anastasiadis & K. Pitilakis (24a). Complex site effects in Thessaloniki (reece): I. Soil structure and confrontation of observations with 1D analysis. Bulletin of Earthquake Engineerin, 2(3), 271-3 Raptakis D., K. Makra, A. Anastasiadis & K. Pitilakis (24b). Complex site effects in Thessaloniki (reece): II. 2D SH modeling and engineering insights. Bulletin of Earthquake Engineering, 2(3), 31-327 Rassem,M, A. hobarah & A.C. Heidebrecht, 1997. Engineering perspective for the seismic site response of alluvial valleys. EESD, 26, 477-493. ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/-2/6/26 8