Lokalni uvjeti tla – potres u Mexico Cityju
Što je potres?
Potres je podrhtavanje zemljine površine. To je rezultat naglog sloma stijenske mase u litosferi Zemlje koji stvara seizmičke valove. Seizmički valovi šire se zemljom u svim smjerovima i oni valovi koji dopiru do zemljine površine uzrokuju potres.
Podrhtavanje tla pod utjecajem potresa može oštetiti ili uništiti zgrade, mostove, tvornice, brane i drugu infrastrukturu te pokrenuti velika klizišta.
Izvor potresa, potresni rasjedi i seizmički valovi
Kako bismo razumjeli potres i podrhtavanje tla, potrebno je poznavati strukturu našeg planeta (strukturu i dinamiku njegovih gornjih slojeva).
Zemljina kora je površinski sloj Zemlje izrađen od čvrste stijene. Debljina kore kreće se od 5 km ispod oceana, zvanom oceanska kora, do 70 km ispod nekih planinskih lanaca, zvanih kontinentalna kora. Uobičajena debljina kontinentalne kore iznosi oko 40 km. Ispod kore nalazi se plašt od relativno krutog stjenovitog sloja debljine oko 2900 km. Ispod plašta je vanjska jezgra, rastopljeni metalni sloj, a u središtu zemlje je čvrsta unutarnja jezgra željeza.
Zemljina kora i gornji sloj gornjeg plašta, do otprilike 100 km dubine, nazivaju se litosferom sastavljenom od tektonskih ploča, unutar koje se događaju potresi.
Kako se tektonske ploče pomiču jedna prema drugoj, povećavaju se i naprezanja u stijenskoj masi dok ne dođe do točke sloma. Ako je stijena lomljiva, slom se događa iznenada uzrokujući potres. Ravnina sloma naziva se potresni rasjed, dok se točka na ravnini u kojoj rasjed počinje pucati naziva fokus ili hipocentar potresa. Točka na površini tla neposredno iznad hipocentra naziva se epicentrom potresa.
Valovi koji dolaze do površine, uzrokuju podrhtavanje tla koje je uzrok najvećeg dijela oštećenja tijekom potresa.
Postoje različite vrste valova koji se mogu širiti kroz stijene i tla. Valovi mogu putovati unutar medija dok se površinski valovi razvijaju i šire na slobodnoj površini medija. Ista vrsta vala će se širiti brže kroz krući elastični medij. Budući da su stijena i tlo krući u kompresiji nego kod smicanja, kompresijski seizmički valovi (P-valovi) putuju brže kroz tlo nego posmični seizmički valovi (S-valovi).
Pomaci tla prilikom potresa
Pomaci tla prilikom potresa i pripadajuća ubrzanja razlikuju se od potresa do potresa. Trajanje podrhtavanja može trajati od djelića sekunde, uključivši samo nekoliko ciklusa ubrzanja do nekoliko minuta. Zabilježene su karakteristične frekvencije do oko 0,5 Hz do 15 Hz. Najveća zabilježena horizontalna ubrzanja bila su oko 1,25 g.
Potencijal pomaka tla za oštećenjem konstrukcija složena je funkcija amplitude, frekvencije i trajanja potresa. Pomaci tla ovisit će o tome kako su valovi koji putuju na površinu tla nastali na izvoru, kako su oblikovani duž svog puta kroz dublje, kruće i prilično jednolike geološke naslage i mijenjali se krajnjim putem kroz plitke naslage na lokaciji koje su relativno meke i često nejednolike.
Put i lokalni uvjeti tla mijenjaju osnovne karakteristike seizmičkih valova djelujući kao filteri. Oni mogu filtrirati valove određenih frekvencija i omogućiti širenje valova drugih frekvencija. Također mogu oslabiti i pojačati određene komponente valova.
Lokalni uvjeti tla – Mexico City
Lokalni uvjeti tla mogu značajno utjecati na pokrete površine tla. Glinovite naslage, posebno duboke i / ili meke glinovite naslage, obično pojačavaju dolazne seizmičke pokrete.
U potresu koji je pogodio Mexico City 1985. godine poginulo je više od 15 000 ljudi. Potres je bio magnitude 8,0 ispod obale Michoacana, više od 450 km udaljene od grada. Tijekom potresa došlo je do povećanja pomaka tla zbog lokalnih osobina tla.
Mexico City je smješten na rubu starog korita jezera. Zapadni dio grada smješten je na stijenama i naslagama tvrdog tla, dok je istočni dio grada smješten na naslagama meke gline koja je ispunjavala nekadašnje dno jezera.
Tijekom potresa 1985. godine u Mexico Cityju, snažno podrhtavanje tla trajalo je otprilike 60 sekundi s maksimalnim ubrzanjem od 10 do 15% gravitacije. Rana istraživanja pokazala su da se 179 zgrada srušilo, a dodatnih 85 bilo je u opasnosti od urušavanja. Interakcija s podzemnim slojevima tla starog korita jezera prouzročila je odziv mnogih građevina blizak njihovim rezonantnim karakteristikama (vlastitim frekvencijama).
Zapis ubrzanja dobiven na stijenovitom i krutom tlu pokazuje mala ubrzanja, dok zapisi dobiveni na dubokim naslagama meke gline pokazuju ubrzanja koja su 4 do 5 puta veća i imaju nešto različite frekvencije.
Istraživanja o šteti koje je prouzrokovao potres pokazala su da su gotovo sve građevine koje su se srušile ili pretrpjele velike štete u potresu u Mexico Cityju 19. rujna 1985. bile u zoni sa dubinom do tvrdog sloja od oko 26 do 44 m. Na plitkim naslagama tla na zapadu i jugu, te na dubljim naslagama gline na istoku i sjeveru, šteta je bila relativno mala. Velika oštećenja na teško oštećenom području nastala su na građevinama koja su imala od 6 do 18 katova.
*Reference:
Murty C.V.R., Goswami R. , Vijayanarayanan A.R., Mehta V.V., Some Concepts in Earthquake Behaviour of Buildings, Gujarat State Disaster Management Authority, September 2012.
Seed H.B., Romo M.P., Sun J., Jaime A., Lysmer J., Relations between soil conditions and earthquake ground motions in Mexico City in the earthquake if September 19, 1985, College of Engineering, University of California, Berkeley, California
Lutgens, Frederick K. and Tarbuck, Edward J., Essentials of Geology, 7th Ed., Prentice Hall, 2000.
Tarbuck, Edward J., Lutgens, Frederick K., Tasa, Dennis, Science Science, 10. izdanje, Prentice Hall, 2002.
Pročitajte više: Sanacija temelja, Likvefakcija tla
