Razmjeri oštećenja nastalih na nekoj lokaciji, osim o magnitudi potresa i epicentralnoj udaljenosti, znatno ovise i o lokalnim uvjetima tla (Reiter, 1990). Ti efekti igraju važnu ulogu u amplifikaciji seizmičkog gibanja tla na pojedinoj lokaciji te se moraju odrediti za svaku lokaciju. Uočeno je da su gibanja tla zabilježena na rahlom tlu (npr. aluvijalni bazeni) značajno veća od onih zabilježenih na izdancima stijena. Glavne karakteristike lokalnog tla su srednja seizmička brzina transverzalnih valova od površine do dubine od 30 m (VS30) i rezonantna frekvencija tla, a određuju se geofizičkim istraživanjem, metodoma MASW i HVSR.
Višekanalna analiza površinskih valova (engl. Multichannel Analysis of Surface Waves, MASW) je nedestruktivna seizmička metoda koja se koristi za procjenu debljine slojeva tla, brzina posmičnih (S-) valova (VS30), Poissonovog omjera i gustoće tla (Xia i sur., 1999). Temelji se na analizi površinskih seizmičkih valova izazvanih nekim umjetnim izvorom (čekić, eksplozija). Metoda je brza i jednostavna jer takvi seizmički izvori mogu uzrokovati dovoljno jake površinske seizmičke valove koji se zatim mjere pomoću grupe geofona (Slika 1). Klasični MASW sustav za mjerenje sastoji se od seizmografa, 24 geofona (obično frekvencije 4.5 Hz) te uređaja za prikupljanje i pohranu podataka (Slika 2). Rezolucija snimke ovisi o udaljenosti između geofona, dok dubina snimanja ovisi o duljini profila snimanja, jačini i tipu izvora vala. Ovisno o specifičnim potrebama mjerenja, mogući su različiti rasporedi geofona – linearni, L-raspored, trokutasti itd. Površinski valovi su disperzivni, tj. fazna brzina vala ovisi o valnoj duljini, odnosno frekvenciji. To omogućava da se mjerenjem vremena putovanja pojedinih faza vala dobije disperzijska krivulja. Iz disperzijske krivulje inverznim modeliranjem moguće je dobiti 1D ili 2D profil brzine S-valova (Slika 3; Foti i ur., 2018).
Slika 1. MASW mjerenje bežičnim geofizičkim sustavom Geometrics Atom
Slika 2. Shematski dijagram prikupljanja podataka MASW metodom (Strelec i sur., 2016)
MASW mjerenja obavljaju se pomoću bežičnog Geometrics Atom sustava, nabavljenog u sklopu projekta CRONOS. Za razliku od klasičnog žičanog sustava, on nije ograničen duljinom kabla, te je razmak između geofona proizvoljan, a time i dubina snimanja potencijalno veća. Uz to su i geofoni niže frekvencije (2 Hz), što također doprinosi kvaliteti snimaka kod dubljih profila.
Slika 3. Primjer 1D profila brzine posmičnih valova dobivenog korištenjem MASW metode
Omjer horizontalnog i vertikalnog spektra (The Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio, HVSR) je nedestruktivna seizmička metoda koja koristi mjerenja mikroseizmičkog nemira za dobivanje osnovne rezonantne frekvencije tla, ključnog parametra koji se koristi u potresnom inženjerstvu. HVSR se izračunava kao omjer amplitude Fourierovog spektra horizontalne i vertikalne komponente mikroseizmičkog nemira (Nakamura, 1989). Mikroseizmički nemir je stalno podrhtavanje površine tla uzrokovano prirodnim (vjetar, morski valovi, udaljeni potresi itd.) i antropogenim (industrija, infrastruktura itd.) izvorima. Mjerenja HVSR-a provode se trokomponentnim velocimetrom/akcelerometrom koji je čvrsto pričvršćen za tlo na mjestu mjerenja (Slika 4). Frekvencija na kojoj se javlja maksimalna amplituda, odnosno frekvencija na kojoj se javlja najveće pojačanje, određena je iz HVSR krivulja (Slika 5). Ta se frekvencija naziva rezonantnom frekvencijom tla (f0), a koristi se za klasifikaciju tla i određivanje dubine do temeljne stijene (H800, dubina do stijena s brzinama posmičnih valova (VS) većim od 800 m/s), kao i za određivanje prosječne brzine posmičnog vala do dubine od 30 m (VS30) pomoću empirijskih relacija (Stanko i Markušić, 2020) koje povezuju H800 i VS30 s f0. HVSR mjerenja obavljaju se pomoću instrumenata Moho Tromino, kojih je nabavljeno sedam u sklopu projekta CRONOS.
Slika 4. lijevo: Instrument Moho Tromino; desno: HVSR mjerenje instrumentom Moho Tromino
Slika 5. Primjer HVSR krivulje mjerene novim Tromino instrumentom
Uz procjenu vlastite frekvencije lokalnog tla i dubine osnovne stijene, HVSR metoda se primjenjuje i u seizmičkom praćenju rizičnih zgrada. Drugim riječima, metoda i mjerenja se mogu provoditi i slobodno izvan, ali i unutar zgrada za procjenu vlastitih frekvencija ispitivane zgrade. Tako HVSR metoda omogućava i identifikaciju potencijalno seizmički opasnih područja u smislu rezonancije tlo – zgrada što se može implementirati u prostorne planove i protupotresnu gradnju.
Spomenute metode koriste se u okviru Komponente 2 projekta CRONOS kako bi se procijenili lokalni uvjeti tla (i promjene u lokalnim i regionalnim svojstvima tla) na odabranim lokacijama instrumenata (akcelerografa, seizmografa). To će omogućiti izradu lokalnih i regionalnih karata karakterizacije tla prema VS30, po normi klasifikacije tla Eurokoda 8. Ove karte pružaju informacije o mogućoj amplifikaciji ili prigušenju gibanja tla, a mogu se koristiti i za nelinearne amplifikacijske modele temeljene na empirijskom i stohastičkom modeliranju. Karakterizacija lokalnih uvjeta tla je nužna pri probabilističkoj procjeni seizmičkog hazarda na realnoj površini.
Pripremili Bruno Mravlja i Iva Lončar
LITERATURA:
Foti, S., Hollender, F., Garofalo, F., Albarello, D., Asten, M., Bard, P.Y., Comina, C., Cornou, C., Cox, B., Di Giulio, G. and Forbriger, T. (2018) ‘Guidelines for the good practice of surface wave analysis: a product of the InterPACIFIC project’, Bulletin of Earthquake Engineering, 16(6), pp. 2367–2420. https://doi.org/10.1007/s10518-017-0206-7.
Nakamura, Y. (1989) ‘A method for dynamic characteristics estimation of subsurface using microtremor on the ground surface’, Railway Technical Research Institute, Quarterly Reports, 30(1).
Reiter, L. (1990). Earthquake hazard analysis (254 p). Columbia University Press. References – Scientific Research Publishing. https://www.scirp.org/(S(vtj3fa45qm1ean45%20vvffcz55))/reference/referencespapers.aspx?referenceid=10 18276 (Pristupljeno: 10 January 2022).
Stanko, D. and Markušić, S. (2020) ‘An empirical relationship between resonance frequency, bedrock depth and VS30 for Croatia based on HVSR forward modelling’, Natural Hazards, 103(3), pp. 3715–3743. https://doi.org/10.1007/s11069-020-04152-z.
Strelec, S., Stanko, D. and Gazdek, M. (2016) ‘Empirical correlation between the shear-wave velocity and the dynamic probing heavy test : case study Varaždin, Croatia’, Acta Geotechnica Slovenica, 13(1), pp. 3–15.
Xia, J., Miller, R.D. and Park, C.B. (1999) ‘Estimation of near‐surface shear‐wave velocity by inversion of Rayleigh waves’, GEOPHYSICS, 64(3), pp. 691–700. https://doi.org/10.1190/1.1444578.
