Search

Single-station microtremor measurements were conducted to investigate earthquake and soil behaviour for the first time in Nicosia, Cyprus. Cyprus is located in a tectonically complex area in the Eastern Mediterranean where three plates meet. The study area was chosen to cover the areas to be opened for new development. Nicosia, the capital of Cyprus, is also the island's most important cultural, industrial, commercial, and transportation centre. The study creates base maps for the soil to assess earthquake resistance crucial for construction. Microtremor Method was applied at 100 stations and the Multi-Channel Analysis of Surface Waves (MASW) method was used at 52 stations. Also, RefractionMicrotremor (Re-Mi) and L-Shaped Spatial Autocorrelation (L-SPAC) methods were carried out at 17 stations to substantiate the research. The results of the microtremor method indicate that the predominant soil period values have an average of 1 second and pre-dominant peak period values are generally found between 0.1 to 5 s at the study area. Peak amplitude values are observed between 1 and 2.4. The Vulnerability Index Parameter (Kg) exceeded 20 at the central and the southern stations, and Kg values change between 7 and 54 units. The Kg values were found to be higher than 20 in soils where shear wave velocity is lower than 760 m/s. At the same time, the values of the predominant peak period were greater than 1 second. Cyprus is located in the Alpine Himalayan earthquake zone. The Cyprus Arc is known as the main seismic source of the island, It constitutes the tectonic border among African and Eurasian lithospheric plates in the region. During an earthquake in Nicosia, seismic waves will be amplified by an average of 1.5 times and soil deformation will occur due to the exceeding elastic limits. The results provided important insight into soil behaviour and indicated its reactions in a potential earthquake., Mjerenja mikroseizmičkog nemira provedena su po prvi puta u Nikoziji na Cipru radi istraživanja ponašanja tla tijekom potresa. Cipar se nalazi u tektonski složenom području na istočnom Mediteranu gdje se susreću tri tektonske ploče. Istraživano područje odabrano je tako da uključi prostor planiran za novu gradnju. Nikozija je glavni grad Cipra, ujedno i najvažnije otočno kulturno, industrijsko, trgovačko i prometno središte. Za okrug Nikozija cilj je izračunati i objaviti osnovne karte tala da bi se procijenila potresna otpornost kako postojećih tako i novih zgrada. Mjerenja mikroseizmičkoga nemira obavljena su na 100 lokacija, a metoda višekanalne analize površinskih valova (MASW) na 52 lo-kacije. Također, na 17 lokacija provedene su metode refrakcijskog mikrotremora (Re-Mi) i L-Shaped Spatial Autocorrelation (L-SPAC) kako bi se povećala dubina istraživanja. Rezultati dobiveni analizom mikroseizmičkog nemira pokazuju da su prevladavajuće vrijednosti vlastitoga perioda tla oko jedne sekunde, a prevladavajuće vrijednosti perioda s najvećom amplifikacijom uglavnom su između 0.1 i 5 s. Vrijednosti vršne amplitude uglavnom su između 1 i 2,4. Parametar indeksa povredljivosti (Kg) prelazi 20 na središnjim i južnim lokacijama, a vrijednosti Kg općenito variraju između 7 i 54 jedinice. Vrijednosti brzine posmičnog vala u prvih 30 m dubine na mjestima gdje su vrijednosti indeksa Kgveće od 20, manje su od 760 m/s. Istodobno su predominantni periodi bili veći od 1 sekunde. Cipar se nalazi u alpskom himalajskom području potresa. Ciparski luk poznat je kao glavni seizmički izvor otoka. On čini tektonsku granicu između afričkih i euroazijskih litosferskih ploča u regiji. Tijekom potresa u Nikoziji, seizmički valovi pojačat će se u prosjeku 1,5 puta i doći će do deformacije tla zbog nadmašenih granica njegove elastičnosti. Rezultati su pružili važan uvid u ponašanje tla tijekom mogućih potresa.

Sigurnost građevina uvjetovana je između ostalog i svojstvima tla na kojima je temeljena. Bitno je poznavati osnovne frekvencije titranja zgrade i tla da bi se mogla izračunati amplifikacija prilikom potresa kako bi se osigurala sigurnost ljudi i smanjila potencijalna šteta. Osim toga, korisno je znati do koje se udaljenosti mogu izmjeriti oscilacije koje stvara zgrada jer se, u slučaju potresa, zgrade ponašaju kao harmonički oscilatori koji produžuju trajanje seizmičkog signala. U svrhu ovog diplomskog rada mjeren je mikroseizmički nemir u zgradi Geofizičkog odsjeka Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Zagrebu i njezinom okolišu. Potvrđene su otprije poznate osnovne frekvencije zgrade odsjeka: 4.2 Hz (longitudinalni, uzdužni smjer), 5.5 Hz (transverzalni, poprečni smjer) te torzijski mod frekvencije 6.2 Hz. Iz razlike amplituda horizontalnih komponenata spektra u smjeru dulje osi zgrade i normalno na taj smjer određeno je na kojoj se udaljenosti osjeća utjecaj zgrade na okoliš. Tlo na kojemu je sagrađena zgrada sastoji se od slojeva sivozelene gline i morena što ukazuje na teorijsku mogućnost amplifikacije u gornjim slojevima. Istraživanjem nije pokazana znatnija mogućnost amplifikacije potresnih valova u tlu u okolici zgrade Geofizičkog odsjeka. The softness of the surface ground and the thickness of surface sediments have been observed as two important local geological factors that affect the level of earthquake shaking. Their local variations can lead to spatial seismic intensity differences and may have influence in building damage level and a significant earthquake damage distribution even in the cases of moderate earthquakes. It has been shown that there are three fundamental modes of the building and how much the building effects the environment while using Horizontal to spectral ratio (HVSR) method with Tromino measurements. The fundamental modes of the building are 4.2, 5.5. and 6.2 Hz. In this work it is shown that there is no significant correlation between fundamental frequencies of the soil and the building and there is no need to be concerned about amplification of seismic waves.

Kako bi se građevine mogle projektirati i izgraditi tako da na njih ne utječu seizmičke aktivnosti, potrebno je istražiti seizmološke karakteristike prostora na kojem se majerava graditi, izvršiti kategorizaciju tla i preporučiti projektne vrijednosti maksimalnog potresa za istražnu lokaciju kako propisuje Eurokod 8. Prilikom širenja seizmičkih valova kroz tlo dolazi do amplifikacije (engl. amplification) seizmičke pobude od osnovne stijene (engl. bedrock) do površine tla (engl. surface ground). Metoda mjerenja mikroseizmičkog nemira, tzv. HVSR metoda, u posljednja dva desetljeća pokazala se kao brza i jednostavna metoda za istraživanje odziva tla, tj. za određivanje rezonantne frekvencije tla i faktora amplifikacije. U ovom radu prikazan je princip metode mjerenja mikroseizmičkog nemira u procjeni odziva tla na području zapadnog dijela urbanizirane podsljemenske zone. Uočena je veoma jaka povezanost između geološke strukture i izmjerenih frekvencija i amplifikacija tla.

Na jačinu podrhtavanja tla na nekoj lokaciji za vrijeme potresa osim njegove magnitude i udaljenosti spomenute lokacije od epicentra potresa, utječu i efekti lokalnog tla. Prilikom širenja seizmičkih valova kroz tlo dolazi do amplifikacije (engl. amplification) seizmičke pobude od osnovne stijene (engl. bedrock) do površine tla (engl. surface ground). Metoda mjerenja mikroseizmičkog nemira, tzv. HVSR metoda (engl. Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio), u posljednja dva desetljeća pokazala se kao brza i jednostavna metoda za istraživanje odziva tla, tj. za određivanje rezonantne frekvencije tla i faktora amplifikacije. Mikroseizmički nemir može se definirati kao stalno podrhtavanje tla Zemlje uzrokovano prirodnim (vjetar, oceanski valovi, daleki potresi, ciklone i anticiklone) i umjetnim (promet, industrijski strojevi) izvorima. U ovom radu prikazan je princip metode mjerenja mikroseizmičkog nemira u procjeni odziva tla na području grada Varaždina. Rezultati mjerenja su uspoređeni s postojećim bušotinama u u gradu i izvan grada. Uočena je veoma jaka povezanost između geološke strukture i izmjerenih frekvencija i amplifikacija lokalnog aluvijalnog tla. HVSR metoda pogodna je za brzu i efikasnu procjenu rezonantne ili osnovne frekvencije tla f0 te procjenu amplifikacije HVSR(f) = A(f) u području niske seizmičnosti poput grada Varaždina. Procjena odziva lokalnog tla veoma je važno kod urbanog planiranja, procjene seizmički opasnih zona u gradskim područjima, za aseizmičko projektiranje, kao i za potencijalnu seizmičku procjenu obnove povijesnih građevina., A local site effect also affects intensity of soil vibration during an earthquake except of magnitude and epicenter distance from earthquake. When seismic wave propagates through soil, it comes to the amplification of seismic ground motion from bedrock to ground surface soil. In the last two decades, microtremor measurements method, e.g. HVSR (Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio) has been showed as fast and simple method for assessment of local site effects, i.e. determination of resonant soil frequencies and soil amplification factors. Microseismic noise can be defined as a continuously Earth tremor caused by natural (wind, ocean waves, long earthquakes, cyclones and anticyclones) and artificial (traffic, industrial machines) sources. In this paper we demonstrate use of microtremor measurement method for assessment of local site effect in Varaždin city. Given results are compared to the existed boreholes inside and outside the city and a strong correlation have found between geological structure and measured frequencies and amplifications of local alluvial soil. HVSR method proved to be useful for fast and efficient assessment of resonant soil frequency f0 and soil amplification HVSR(f) = A(f) in an area of low seismicty like Varaždin city. Assessment of local site effects is very important for urban planning, assessment of seismic danger zones in city area, for aseismic building construction, and also for potential sesimic evaluation of historical building retrofiting.

Na jačinu podrhtavanja tla na nekoj lokaciji za vrijeme potresa osim njegove magnitude i udaljenosti spomenute lokacije od epicentra potresa, utječu i efekti lokalnog tla. Prilikom širenja seizmičkih valova kroz tlo dolazi do amplifikacije (engl. amplification) seizmičke pobude od osnovne stijene (engl. bedrock) do površine tla (engl. surface ground). Metoda mjerenja mikroseizmičkog nemira, tzv. HVSR metoda (engl. Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio), u posljednja dva desetljeća pokazala se kao brza i jednostavna metoda za istraživanje odziva tla, tj. za određivanje rezonantne frekvencije tla i faktora amplifikacije. Mikroseizmički nemir može se definirati kao stalno podrhtavanje tla Zemlje uzrokovano prirodnim (vjetar, oceanski valovi, daleki potresi, ciklone i anticiklone) i umjetnim (promet, industrijski strojevi) izvorima. U ovom radu prikazan je princip metode mjerenja mikroseizmičkog nemira u procjeni odziva tla na području grada Varaždina. Rezultati mjerenja su uspoređeni s postojećim bušotinama u u gradu i izvan grada. Uočena je veoma jaka povezanost između geološke strukture i izmjerenih frekvencija i amplifikacija lokalnog aluvijalnog tla. HVSR metoda pogodna je za brzu i efikasnu procjenu rezonantne ili osnovne frekvencije tla f0 te procjenu amplifikacije HVSR(f) = A(f) u području niske seizmičnosti poput grada Varaždina. Procjena odziva lokalnog tla veoma je važno kod urbanog planiranja, procjene seizmički opasnih zona u gradskim područjima, za aseizmičko projektiranje, kao i za potencijalnu seizmičku procjenu obnove povijesnih građevina.

Na jačinu podrhtavanja tla na nekoj lokaciji za vrijeme potresa osim njegove magnitude i udaljenosti spomenute lokacije od epicentra potresa, utječu i efekti lokalnog tla. Prilikom širenja seizmičkih valova kroz tlo dolazi do amplifikacije (engl. amplification) seizmičke pobude od osnovne stijene (engl. bedrock) do površine tla (engl. surface ground). Metoda mjerenja mikroseizmičkog nemira, tzv. HVSR metoda (engl. Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio), u posljednja dva desetljeća pokazala se kao brza i jednostavna metoda za istraživanje odziva tla, tj. za određivanje rezonantne frekvencije tla i faktora amplifikacije. Mikroseizmički nemir može se definirati kao stalno podrhtavanje tla Zemlje uzrokovano prirodnim (vjetar, oceanski valovi, daleki potresi, ciklone i anticiklone) i umjetnim (promet, industrijski strojevi) izvorima. Za vrijeme potresa može doći do pojave rezonancije tlo – građevina ukoliko je vlastita frekvencija građevine bliska vlastitoj frekvenciji osciliranja tla. U ovom radu dan je princip metode mjerenja mikroseizmičkog nemira u procjeni odziva tla i pojave rezonancije tlo- građevina na primjeru stambenih građevina. Usporedbom izmjerenih vlastitih frekvencija zgrade s vlastitim frekvencijama tla na kojem se ona nalazi, može se procijeniti opasnost ugroženosti pojave rezonancije tlo-građevina uz pretpostavku da temeljno tlo za vrijeme potresa oscilira frekvencijama bliskim frekvencijama građevine.

U okviru NATO projekta (SfP-980857) provedena su mjerenja mikroseizmičkog nemira u Zagrebu s ciljem određivanja dinamičkih parametara zgrada (vlastiti period i omjer mirenja). Izmjerena je 71 zgrada visine 3 do 28 katova. Izvedene su jednostavne i pouzdane empirijske relacije koje opisuju ovisnost dinamičkih parametara o visini zgrade. One se vrlo dobro slažu s drugim empirijskim relacijama, ali odstupaju od izraza predloženog u izvorniku Eurokoda 8 (EC8). Navedene relacije omogućuju procjenu dinamičkih parametara zgrada u kojima mjerenja nisu izvršena ili koje se tek trebaju izgraditi. Određivanje dinamičkih parametara zgrada i tla na kojima su one izgrađene omogućuje identifikaciju moguće pojave rezonancije, što je bitno za smanjenje seizmičkog rizika u urbanim sredinama.

The paper describes some recent applications of the measurements of ambient vibrations (microseismic noise) in Croatia. They include free-field measurements, as well as those done within buildings. Data obtained in the field at the studied localities are consistent with the properties of shallow geological structures known to exist there. In Zagreb, Horizontal-to-Vertical Spectral Ratios (HVSR) indicate thick alluvial cover (over 100 m) that gradually gets thinner towards the slopes of the Mt. Medvednica. A similar situation – on a smaller scale – is also encountered in Ston, where HVSR profiles reveal several tens of meters thick sedimentary cover over the bedrock which gets exposed at the Bartolomija hill. Analyses of records from Ston and Dubrovnik suggest that soil-building resonance must be seriously considered. Measurements in the buildings were analysed by a newly developed software package FREDA – a suite of Matlab routines. Based on tests on synthetic and real data it is concluded that spectral methods are in general more robust and less dependent on parameters of the algorithm employed, than time-domain analyses. Spectral algorithms are also better in resolving higher modes. Applications to real buildings proved that analyses of shaking induced by ambient vibrations in most cases lead to well constrained, reliable, and time independent estimates of frequencies and damping of the buildings’ vibrational modes for small excitation levels., Prikazani su rezultati i interpretacija nedavnih mjerenja mikroseizmičkog nemira u Hrvatskoj, kako onih na terenu, tako i u zgradama. Terenski podaci prikupljeni u Zagrebu, Stonu, Dubrovniku i na drugim lokacijama konzistentni su sa spoznajama o građi površinskih slojeva. U Zagrebu HVSR spektri ukazuju na postojanje debelih aluvijalnih naslaga debljine veće od 100 m koji se stanjuju s približavanjem Medvednici. Slična je situacija, samo na manjoj skali, i u Stonu, gdje se nekoliko desetaka metara duboka osnovna stijena sasvim približava površini na brdu Bartolomija. Analiza mjerenja u Stonu i Dubrovniku ukazuje na mogu}nost nastajanja rezonancije između tla i zgrade tijekom potresa. Mjerenja vibracija građevina uzrokovanih mikroseizmičkim nemirom analizirana su pomoću novorazvijenog programskog alata FREDA. Rezultati testova sa sintetičkim i realnim signalima ukazuju na to da su algoritmi bazirani na analizi spektara mnogo stabilniji u odnosu na analizu u prostoru vremena. Oni su bolji i u razlučivanju viših modova, te manje ovise o odabranim parametrima. Mjerenja u zgradama jeftina su i u velikoj većini slučajeva omogućuju pouzdane procjene vlastitih frekvencija te prigušenja vibracijskih modova pojedine građevine za oscilacije malih amplituda. Usporedbom izmjerenih dominantnih frekvencija osciliranja zgrade s vlastitim frekvencijama tla na kojem se ona nalazi, može se procijeniti opasnost pojave rezonancije zgrada-tlo za vrijeme potresa.

Dinamičko ponašanje svake zgrade ovisi o njezinim dinamičkim parametrima. Njihovo poznavanje i određivanje vrlo je važno jer pomoću njih možemo predvidjeti dinamičko ponašanje zgrade za vrijeme potresa, procijeniti njezinu seizmičku ugroženost, odrediti modifikacije dinamičkog ponašanja građevine uslijed rekonstrukcije ili oštećenja. Cilj ove radnje je odrediti dinamičke parametre što većeg broja zgrada u gradu Zagrebu na osnovi mjerenja njihovih vibracija uzrokovanih mikroseizmičkim nemirom, te odrediti njihovu ovisnost o visini zgrade.