Uso de los efectos del suelo para evaluar la intensidad macrosísmica

(CNR-National Seismic Group c/o CNR-SUD geo mare, Via A. Vespucci 9, 80127 Napoli, Italia)

G .Mastrorenzo

(Observatorio Vesuvino, 249 Via Manzoni, 80123 Nápoles, Italia)

A. Nikonov

(Instituto de Sismología; Instituto Conjunto de Geofísica; Academia Rusa de Ciencias. Gruzinskaya 10, 1238 Moscú, Rusia)

Longitud reservada

(ANPA, Agencia Estatal de Protección Ambiental. Via V. Brancati 48, Roma, Italia)

Desde el La primera escala de intensidad fue introducida por Rossi y Forel en 1883, los efectos del suelo se han convertido en una parte esencial de la evaluación de la intensidad (I). Pero en la primera mitad del siglo se trabajó mucho para revisar la escala de intensidad mediante una clasificación detallada de los diferentes tipos de edificios. Como representante extremo de esta tendencia, la moderna escala de intensidad de terremotos fuertes EMS92 ignora casi por completo los efectos del suelo y sólo toca un breve apéndice. Aunque este método es razonable para áreas densamente pobladas, no puede reflejar el significado completo de los parámetros de intensidad, no es adecuado para evaluar áreas de alta intensidad, no es adecuado para áreas sísmicas remotas y no se puede utilizar para comparar terremotos históricos y repetición de terremotos; relación de período registros históricos zona de terremotos fuertes durante mucho tiempo. Por otro lado, la investigación internacional sobre la relación empírica entre los parámetros sísmicos y los efectos del suelo ha demostrado que incluso si el tipo de efectos del suelo está estrechamente relacionado con el contexto geomorfológico local, todavía se puede utilizar para estimar realmente la magnitud de los terremotos. Este artículo proporciona una breve discusión de estas relaciones para facilitar una mejor utilización de los efectos del suelo en la evaluación de la intensidad.

Intensidad sísmica, efecto suelo, intensidad de terremoto fuerte

1 Introducción

Para fines de ingeniería, intensidad (MCS: Mercali-Kankani- Sieberg; MSK: Medvedev- Sponhoyle-Kamid; MM: escala de Mercali revisada; escala de intensidad japonesa (las tres primeras se consideran equivalentes en este artículo), como indicador de la magnitud de un terremoto todavía se utiliza ampliamente a nivel internacional. Por ejemplo, los códigos de construcción de China.

Como resultado preliminar de la investigación, este artículo enumera brevemente algunas pruebas históricas y modernas de importantes efectos del suelo causados ​​por terremotos y luego analiza un posible marco para la utilización racional de los efectos del suelo en la evaluación de la intensidad.

Efectos directos e indirectos del suelo causados ​​por los terremotos

Los efectos directos del suelo causados ​​por los terremotos incluyen grandes deformaciones del suelo, como fracturas del suelo y hundimientos. Una gran cantidad de literatura describe extensa evidencia superficial de que los terremotos inducen directamente cambios en las formas del terreno y los paisajes. Por lo general, los efectos del suelo varían en escala y a menudo están relacionados con terremotos (por ejemplo, magnitud 6 y superior; el terremoto de Mino-Chanwei en Japón.

3 Evalúe la intensidad basándose en los efectos del suelo directos e indirectos.

Cerca A lo largo de las décadas se han propuesto muchas relaciones empíricas entre los efectos del suelo de los terremotos (longitud de ruptura de la superficie, desplazamientos máximos y medios) y la magnitud del terremoto. Además, se pueden encontrar algunos resultados recientes en los informes de Wells y Coppersmith. También se ha considerado la magnitud y el área de ruptura y el ancho de ruptura [31]

Pero hasta el momento no existe relación entre la intensidad y estos parámetros, aunque a valores de intensidad más altos (I≥x, ver Tabla 1[ 22]) generalmente puede identificar efectos repentinos del suelo para terremotos con profundidades focales similares, la intensidad debería aumentar al aumentar la magnitud. En otras palabras, la relación de intensidad m causada por terremotos con m = 6,5 ~ 7,0 = 7,5 ~ 8,0 para los terremotos. Por ejemplo, Johnstone [16] estimó correctamente 1811 ~ 1812 New Madrid (EE. UU.), 1886 Charleston (EE. UU.) y 6544 basándose en deslizamientos de tierra, licuefacción de arena y tsunamis. Obviamente, la intensidad del terremoto está establecida y es útil la relación entre los efectos del suelo.

Las fórmulas propuestas en este artículo se obtienen a partir de las fórmulas de Wells y Coppersmith [31], y representan la longitud y el tamaño de las rupturas superficiales.

El valor de intensidad se obtiene analizando la fórmula empírica internacional de intensidad-magnitud. El valor máximo de la escala de intensidad es el grado ⅱ, por lo que una longitud de ruptura de más de 200 km debería corresponder a la misma intensidad.

Creemos que la Figura 1 es solo un resultado muy preliminar y que queda mucho trabajo por hacer para obtener un conjunto de datos representativo que pueda representar la relación real. Su publicación debe ser aceptada por la comunidad académica.

En cuanto a los efectos secundarios, Tinsley et al. señalaron que todavía se puede observar una licuefacción de arena obvia cuando la magnitud de [29] es tan baja como 5,0 ~ 5,5, pero es más prominente en magnitudes más altas. . Además, estos autores señalaron que distancias superiores a 100 km y el nivel 7,5 parecen ser los valores críticos mínimos para la licuación de arena [30]. Gali y Ferreli [11] establecieron varias relaciones entre la intensidad del terremoto y la licuefacción de la arena basándose en todos los datos publicados sobre terremotos italianos desde 453 a. C. hasta 1982, combinados con el modelo de atenuación teórica. El principal resultado es que la intensidad del sitio es de Nivel VII (MCS), lo que puede provocar licuefacción de la arena. La distancia epicentral máxima de licuefacción de arena está directamente relacionada con la intensidad del terremoto, y solo 10 eventos ocurrieron a una distancia epicentral de más de 40 km (Figuras 2 y 3).

Figura 1 Un intento preliminar de hacer una regresión de la longitud de ruptura del suelo en función de la intensidad (terremoto de la corteza terrestre)

Figura 2 La relación entre la cantidad de licuefacción de arena y la distancia epicentral (redibujada en función de Galli y Ferreli [11] )

La relación funcional entre todos los puntos de licuefacción de arena y la distancia epicentral en la historia está representada por una curva. La curva muestra que el punto de licuefacción de la arena está a más de 40 kilómetros del epicentro, a sólo 10.

Figura 3 La relación entre distancia epicentral y distancia epicentral (según Galli y Ferreli [11])

Los eventos de licuefacción de arena están relacionados con la intensidad del terremoto. Las áreas sin puntos debajo de la línea pueden indicar que la posibilidad de licuación de arena en esos lugares es mucho menor que la del área de origen del terremoto identificada.

Kiefer [17] seleccionó 40 terremotos históricos en todo el mundo (Ms = 2 ~ 9,2). Este trabajo conduce a dos conclusiones importantes. La primera es el área del deslizamiento, que es 0 km2 cuando M=4 y aproximadamente 500.000 km2 cuando ms = 9,2. El segundo tipo se muestra en la Figura 4; consulte la figura para obtener más detalles. Además, según datos de los mismos autores, sólo unos pocos terremotos activaron deslizamientos de tierra más antiguos y, en general, nuevos. Esposito et al. [9, 10] llegaron a conclusiones diferentes. Especialmente a partir del estudio de numerosos deslizamientos de tierra provocados por el terremoto de 1980 en Ile Pigna, Italia, se encontró que todos los deslizamientos de tierra con un área de 20.000 km2 fueron causados ​​por la activación de deslizamientos de tierra latentes. En el mismo artículo (Fig. 5) se pueden distinguir claramente cuatro movimientos de talud (desprendimiento de rocas, 47; flujo de colapso del suelo, 40; otros tipos, 4; causa indeterminada, 9). Una conclusión principal es que el número de deslizamientos de tierra por kilómetro cuadrado inducidos por terremotos (en este estudio, especialmente deslizamientos de rocas debido al contexto geomorfológico) puede ser un buen indicador para determinar la distribución de intensidad.

Fig. 4 Intensidad máxima de galli de trigo después de la corrección del deslizamiento (redibujada según Keefer [17])

a - Resistencia mínima para evitar deslizamientos o caídas b - Deslizamiento coherente Resistencia mínima; c - fuerza mínima de expansión lateral y flujo.

Figura 5 Terremoto de Ile Pigna en el sur de Italia.

200 deslizamientos (diferentes tipos) se distribuyen en zonas de diferente intensidad. Por los antecedentes geomorfológicos, el desprendimiento de rocas es el rasgo más valioso y la mayoría de los deslizamientos se ubican en la zona de la línea isosísmica IV. En este campo, se pueden lograr grandes logros mediante la investigación paleosísmica basada en deslizamientos de tierra.

La rotura del terreno es otro efecto secundario importante. La figura 6 está tomada del artículo de Carmignani et al. En el caso del terremoto de Ile Pigna, la figura muestra que la distribución regional de la densidad de ruptura del suelo corresponde bien a las líneas isosísmicas ⅷ y ⅷ.

Figura 6 Distribución regional de la frecuencia de ruptura en el área de estudio (modificada con base en Carmignani et al. [3])

La cuadrícula corresponde al límite del mapa topográfico oficial del IGM. Las líneas gruesas indican líneas isosísmicas de magnitud 8 y 7. Esta imagen es del terremoto de Ile Pigna en 1980. f es el número de fracturas (incluidas las grietas) por kilómetro de línea recta.

Nikonov realizó una investigación sistemática sobre los efectos del suelo observados en 100 terremotos ocurridos en tres grandes regiones de la antigua Unión Soviética durante los siglos XIX y XX, principalmente el sur de Asia Central, el Cáucaso y Crimea. Estos efectos se pueden dividir en cuatro grupos, cuya confiabilidad aumenta (Tabla 2). La tabla también muestra los valores de intensidad mínima para diferentes tipos de efectos de suelo.

Los principales resultados son los siguientes: ① El número y tipo de efectos del suelo son proporcionales a la escala de intensidad MSK-64; (2) Los efectos del suelo leves comienzan a partir de terremotos IV-V (3) Cambios significativos; en capas de suelo terrígeno El efecto suelo comienza con sismos de grado IV-VI (4) La mayoría de los cambios de fluctuación del suelo y perturbaciones del macizo rocoso detectados se concentran en los intervalos de las líneas sísmicas VII y VIII-VI;

En general, estos datos indican que el efecto suelo en realidad ocurre entre 1 y 2 grados antes que la tabla MSK actual. Por ejemplo, la licuefacción de arena debería incluir la zona de ⅶ grados, pero ahora aparece en la zona de ⅸ grados en la tabla MSK.

Tabla 2 Relación entre la deformación por gravedad de un terremoto y su intensidad

Recientemente se ha intentado clasificar sistemáticamente los efectos del suelo para evaluar su intensidad. En particular, Dengler y MacPherson [6] utilizaron diversos efectos sísmicos como indicadores para la evaluación de peligros en zonas escasamente pobladas.

En cualquier caso, creemos que estas obras deberían seguir catalogando estos efectos en la escala de intensidad, del mismo modo que se evalúan los efectos sobre los edificios. Espero que este artículo pueda desempeñar un papel determinado en esta investigación.

4 Conclusión

Aunque la discusión en este artículo muestra que la experiencia mundial demuestra que el efecto suelo es de hecho un factor importante en la definición del tamaño de los terremotos, no ha recibido la atención se merece hasta ahora. Desde la perspectiva de la investigación de la sismicidad global, es necesario repensar los parámetros de intensidad, comprender la fórmula exacta entre terremotos y fenómenos terrestres y definir un criterio de evaluación estándar. Este objetivo implica un esquema claro y detallado para mejorar las descripciones cuantitativas actuales (como la clasificación propuesta por Nikonov u otros métodos similares) y realizar comparaciones rutinarias de combinaciones estándar de intensidades sísmicas y efectos del suelo. En este sentido, la investigación contenida en este artículo puede ser un comienzo útil. Se recomienda que se establezca un comité internacional de normas de macrosismómetros para organizar y coordinar el trabajo en este campo.

(Traducido por Zhang Minggang, traducido por Ye)

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