ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ
ΕΞΑΜΗΝΟ: 7ο
ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Β. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ, Καθηγητής Β. ΜΑΡΙΝΟΣ, Λέκτορας
ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΦΟΙΤΗΤΗ:……………………………………
10η ΑΣΚΗΣΗ*:
.………….……………………………………...…ΗΜ/ΝΙΑ: ………….
Τίτλος άσκησης: Eκτίµηση του δυναµικού ρηγµάτων και της σεισµικής επικινδυνότητας. Υπολογισµός πιθανότητας εκδήλωσης φαινοµένων ρευστοποίησης στην επιφάνεια. Σκοπός
της
άσκησης:
επικινδυνότητας
µε
Eκτίµηση
βάση
του
δυναµικού
δηµοσιευµένες
σχέσεις
ρηγµάτων
και
εξασθένισης.
της
σεισµικής
αξιολόγηση
της
επιδεκτικότητας σε ρευστοποίηση των εδαφικών σχηµατισµών. Υπολογισµός δείκτη δυναµικού ρευστοποίησης (Άσκηση Α). Αξιολόγηση επιδεκτικότητας σε ρευστοποίηση εδαφικών σχηµατισµών. Κατάταξη της θέσης σε σχέση µε τη δριµύτητα των φαινοµένων ρευστοποίησης. Υπολογισµός της πιθανότητας εκδήλωσης φαινοµένων ρευστοποίησης στην επιφάνεια. Αξιολόγηση της θέσης αναφορικά µε την εκδήλωση φαινοµένων ρευστοποίησης µε βάση το διάγραµµα Ishihara (1985) (Άσκηση Β).
Άσκηση Α Στο χάρτη απεικονίζεται µε αστέρι η θέση στην οποία πρόκειται να κατασκευαστεί νοσοκοµείο. Έπειτα από γεωλογική χαρτογράφηση και σεισµική µελέτη στην περιοχή προσδιορίστηκαν 3 γειτονικές θέσεις (Α, Β και Γ) οι οποίες συνιστούν σεισµικές πηγές. Από την τεχνικογεωλογική και γεωτεχνική έρευνα της περιοχής προέκυψε ότι η περιοχή θεµελίωσης αποτελείται από ασβεστόλιθο µε ταχύτητα διατµητικών κυµάτων στα πρώτα 30m (Vs30) ίση µε 900m/sec. Προσδιορίστε µε τη βοήθεια των παρακάτω σχέσεων εξασθένισης το δυσµενέστερο σεισµικό σενάριο για το κατασκευαστικό έργο και την αναµενόµενη τιµή της επιτάχυνσης σχεδιασµού PGA. Δίνονται: Α: σεισµογενής πηγή χωρίς επιφανειακή εµφάνιση ρήγµατος. Η σεισµική µελέτη που πραγµατοποιήθηκε κατέληξε στο συµπέρασµα ότι το µέγιστο µέγεθος σεισµού είναι Mw=5.9 , µηχανισµού κανονικής διάρρηξης Β: ανάστροφο ρήγµα Γ: ρήγµα οριζόντιας µετατόπισης
Τύποι υπολογισµού και διάγραµµα εκτίµησης δυναµικού ρηγµάτων (Wells and Coppersmith, 1994) Κανονικό Mw=4.86+1.32*log(SRL) Ανάστροφο Mw=5.00+1.22*log(SRL) Οριζόντιας µετατόπισης Mw=5.16+1.12*log(SRL) SRL = επιφανειακή εµφάνιση ρήγµατος (km)
Σχέσεις εξασθένισης (Skarlatoudis et al., 2003): Κανονικά ρήγµατα: log PGA = 0.86+0.45M–1.27 log(R2+h2)0.5+0.10F +0.06S ± 0.286 Ανάστροφα ρήγµατα και ρήγµατα οριζόντιας µετατόπισης: log PGA = 1.07+0.45M–1.35 log(R+6)+0.09F +0.06S ± 0.286 όπου PGA: µέγιστη εδαφική επιτάχυνση (cm/sec2) Mw: Mέγεθος σεισµικής ροπής (περιορισµοί εφαρµογής: M = 4.5–7.0) h: Εστιακό βάθος (km) - Για την Ελλάδα h = 7.0km R: Επικεντρική απόσταση (περιορισµοί εφαρµογής: 1 < R < 160km) S: Παράµετρος που εξαρτάται από το είδος των εδαφικών σχηµατισµών (NHERP) Κατηγορία εδάφους Β: S = 0 Κατηγορία εδάφους C: S = 1 Κατηγορία εδάφους D: S = 2 F: Παράµετρος ρήγµατος Κανονικά ρήγµατα: F = 0 Ρήγµατα οριζόντιας µετατόπισης: F = 1 Ανάστροφα ρήγµατα: F = 2
Ζητούµενα: 1. Εκτιµήστε το δυναµικό των χαρτογραφηµένων ρηγµάτων στην περιοχή µελέτης. 2. Υπολογίστε τη σεισµική επικινδυνότητα στη θέση κατασκευής του τεχνικού έργου. 3. Επιλέξτε ποιά είναι η πιο δυσµενής συνθήκη για τη θεµελίωση.
Σηµείωση; Η τιµή της παραµέτρου S αναφορικά µε το είδος των εδαφικών σχηµατισµών θα πρέπει να αναζητηθεί στον πίνακα κατηγοριοποίησης των εδαφών κατά NHERP ο οποίος υπάρχει τόσο στην παρουσίαση της 10ης άσκησης όσο και στο βοηθητικό φυλλάδιο. Άσκηση B Στην τοµή που ακολουθεί εµφανίζεται η στρωµατογραφία µιας θέσης καθώς επίσης και οι τιµές Ν για κάθε στρώµα της επί τόπου δοκιµής SPT που πραγµατοποιήθηκε στη συγκεκριµένη
θέση.
Επιπλέον,
στον
πίνακα
εµφανίζονται
οι
τιµές
του
δείκτη
πλαστικότητας, το πάχος και ο δείκτης δυναµικού ρευστοποίησης LPI κάθε στρώµατος. Με βάση την τιµή του δείκτη δυναµικού ρευστοποίησης ταξινοµήστε τη θέση αναφορικά µε τη δριµύτητα των αναµενόµενων φαινοµένων ρευστοποίησης και υπολογίστε την πιθανότητα εµφάνισης αυτών. Τέλος, µε βάση το διάγραµµα του Ishihara (1985) αξιολογήστε την εµφάνιση φαινοµένων ρευστοποίησης, χρησιµοποιώντας ως PGA την τιµή που υπολογίσατε στην Άσκηση Α. Η στάθµη του υδροφόρου ορίζοντα βρίσκεται στα 4m
1 2 3 4 5 6 7
Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά εδαφικών σχηµατισµών PI Χαρακτηρισµός (Plasticity Πάχος (m) Index) CL (άργιλος) 17 1.3 ML (ιλύς) 11 1.7 CL (άργιλος) 18 1 SM (ιλυώδης άµµος) NP 2.5 SM (ιλυώδης άµµος) NP 1.5 CL (άργιλος) 21 4 ML (ιλύς) 10 4
LPI 0 1.86 8.65 7.25 8.75 7.33 3.17
Σχήµα 1. Στρωµατογραφική στήλη στη θέση µελέτης
Σχήµα 2. Διάγραµµα εκτίµησης επιφανειακών εµφανίσεων ρευστοποίησης σε σχέση µε την τιµή της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (τροποποιηµένο από Ishihara, 1985)
Δίνονται: • Η ταξινόµηση της δριµύτητας των φαινοµένων ρευστοποίησης εκτιµάται µε βάση το δείκτη δυναµικού ρευστοποίησης χρησιµοποιώντας τον παρακάτω πίνακα:
• Η πιθανότητα εκδήλωσης φαινοµένων ρευστοποίησης στην επιφάνεια υπολογίζεται µε βάση τον τύπο:
⎛ ⎞ 1 ⎟ Pr ob( ρευστοποίησης ) = ⎜ ⎜ − (3.092 + 0.218 * LPI ) ⎟ ⎝ 1 + e ⎠ Ζητούµενα: 1. Αξιολογήστε την επιδεκτικότητα σε ρευστοποίηση των εδαφικών σχηµατισµών µε βάση τα προτεινόµενα κριτήρια από τους Seed et al. (2003) 2. Υπολογίστε το δείκτη δυναµικού ρευστοποίησης (LPI) της εδαφικής στήλης και ταξινοµήστε τη θέση σε σχέση µε τη δριµύτητα των φαινοµένων ρευστοποίησης 3. Υπολογίστε την πιθανότητα εµφάνισης ρευστοποίησης στην επιφάνεια 4. Κατατάξτε τη θέση αναφορικά µε την εµφάνιση φαινοµένων ρευστοποίησης µε βάση τα πάχη του επιφανειακού µη ρευστοποιήσιµου και του υποκείµενου ρευστοποιήσιµου στρώµατος, χρησµιοποιώντας την δυσµενέστερη τιµή της PGA που υπολογίσατε στην Άσκηση Α.
*Σηµείωση: Η άσκηση διαµορφώθηκε από τον Δρ. Γ. Παπαθανασίου. Βιβλιογραφία Άσκησης: § Ishihara, K., 1985. Stability of natural deposits during earthquakes. Proc. 11th Internatioanl Conference on Soil mechanics and Foundation Engineering, San Fransisco, CA, A.A. Balkema, Rotterdam 1: 321–376. § Papathanassiou, G., 2008. LPI-based approach for calibrating the severity of liquefactioninduced failures and for assessing the probability of liquefaction surface evidence, Engineering Geology, Volume 96, Issues 1-2, Pages 94-104 § Seed, R.B., Cetin, O.K., Moss, R.E.S., Kammerer, A.M., Wu, J., Pestana, J.M., Riemer, M.F., Sancio, R.B., Bray, J.D., Kayen, R.E., Faris, A., 2003. Recent advances in soil liquefaction engineering: a unified and consistent framework,26th annual ASCE L.A. Geot. Spring Sem., Long Beach, California, April 30, 71 pp § Skarlatoudis, A.A., Papazachos, C.B., Margaris B.N., Theodoulidis, N., Papaioannou, Ch., Kalogeras, I., Skordilis, E.M., Karakostas, V., 2003. Empirical Peak ground-motion predictive relations for shallow earthquakes in Greece, Bull. Seism. Soc. Am., 96 (6), pp. 2591-2603 § Wells, D. and Coppersmith, K. (1994). New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area and surface displacement. Bulletin of the Seismological Society of America, 84(4):974–1002.Aydan, O., Ulusay, R., Kumsar, H., Tuncay, E., 2000. Site investigation and engineering evaluation of the Duzce-Bolu earthquake of November 12, 1999. Turkish Earthquake Foundation, Instanbul. Report No. TDV/DR 09-51,307pp