Spitzenbodenbeschleunigung -Peak ground acceleration

Peak Ground Acceleration ( PGA ) ist gleich der maximalen Bodenbeschleunigung, die während eines Erdbebens an einem Ort auftrat. PGA ist gleich der Amplitude der größten absoluten Beschleunigung, die auf einem Beschleunigungsdiagramm an einem Ort während eines bestimmten Erdbebens aufgezeichnet wurde. Erdbebenerschütterungen treten im Allgemeinen in alle drei Richtungen auf. Daher wird PGA oft in horizontale und vertikale Komponenten aufgeteilt. Horizontale PGAs sind im Allgemeinen größer als solche in vertikaler Richtung, aber das trifft nicht immer zu, besonders in der Nähe von großen Erdbeben. PGA ist ein wichtiger Parameter ( auch bekannt als Intensitätsmaß) für das Erdbebeningenieurwesen) wird oft in Bezug auf PGA definiert.

Anders als die Richter- und Moment-Magnituden - Skalen ist sie kein Maß für die Gesamtenergie (Magnitude oder Größe) eines Erdbebens, sondern dafür, wie stark die Erde an einem bestimmten geografischen Punkt erschüttert wird. Die Mercalli-Intensitätsskala verwendet persönliche Berichte und Beobachtungen, um die Erdbebenintensität zu messen, aber PGA wird mit Instrumenten wie Beschleunigungsmessern gemessen . Es kann mit makroseismischen Intensitäten auf der Mercalli-Skala korreliert werden, aber diese Korrelationen sind mit großer Unsicherheit verbunden. Siehe auch Erdbebenskala .

Die horizontale Spitzenbeschleunigung (PHA) ist die am häufigsten verwendete Art der Bodenbeschleunigung in technischen Anwendungen. Es wird häufig in der Erdbebentechnik (einschließlich seismischer Bauvorschriften ) verwendet und wird häufig auf seismischen Gefahrenkarten eingezeichnet. Bei einem Erdbeben hängen Schäden an Gebäuden und Infrastruktur eher mit der Bodenbewegung zusammen, für die PGA ein Maß ist, als mit der Stärke des Erdbebens selbst. Bei mittelschweren Erdbeben ist PGA eine einigermaßen gute Schadensdeterminante; Bei schweren Erdbeben korreliert der Schaden häufiger mit der Spitzengeschwindigkeit am Boden .

Geophysik

Erdbebenenergie wird in Wellen vom Hypozentrum verteilt , wodurch Bodenbewegungen in alle Richtungen verursacht werden, die jedoch typischerweise horizontal (in zwei Richtungen) und vertikal modelliert werden. PGA zeichnet die Beschleunigung (Geschwindigkeitsänderungsrate) dieser Bewegungen auf, während die Spitzenbodengeschwindigkeit die größte Geschwindigkeit (Bewegungsrate) ist, die vom Boden erreicht wird, und die Spitzenverschiebung die zurückgelegte Entfernung ist. Diese Werte variieren bei verschiedenen Erdbeben und an verschiedenen Orten innerhalb eines Erdbebenereignisses in Abhängigkeit von einer Reihe von Faktoren. Dazu gehören die Länge der Störung, die Stärke, die Tiefe des Bebens, die Entfernung vom Epizentrum, die Dauer (Länge des Bebenzyklus) und die Geologie des Bodens (Untergrund). Flach fokussierte Erdbeben erzeugen eine stärkere Erschütterung (Beschleunigung) als mittlere und tiefe Beben, da die Energie näher an der Oberfläche freigesetzt wird.

Die Spitzenbodenbeschleunigung kann in Bruchteilen von g (der Standardbeschleunigung aufgrund der Erdanziehungskraft , äquivalent zur g-Kraft ) entweder als Dezimalzahl oder als Prozentsatz ausgedrückt werden; in m/s2 ( 1  g  = 9,81 m/s2 ) ; oder in Vielfachen von Gal , wobei 1 Gal gleich 0,01 m/s 2 ist (1  g  = 981 Gal).

Der Bodentyp kann die Bodenbeschleunigung erheblich beeinflussen, sodass PGA-Werte über Entfernungen von einigen Kilometern extreme Schwankungen aufweisen können, insbesondere bei mittleren bis großen Erdbeben. Die unterschiedlichen PGA-Ergebnisse eines Erdbebens können auf einer Shake Map angezeigt werden . Aufgrund der komplexen Bedingungen, die PGA betreffen, können Erdbeben ähnlicher Stärke unterschiedliche Ergebnisse liefern, wobei viele Erdbeben mittlerer Stärke deutlich größere PGA-Werte erzeugen als Beben größerer Stärke.

Während eines Erdbebens wird die Bodenbeschleunigung in drei Richtungen gemessen: vertikal (V oder UD, für oben-unten) und zwei senkrechte horizontale Richtungen (H1 und H2), oft Nord-Süd (NS) und Ost-West (EW). Die Spitzenbeschleunigung in jeder dieser Richtungen wird aufgezeichnet, wobei häufig der höchste Einzelwert angegeben wird. Alternativ kann ein kombinierter Wert für eine bestimmte Station notiert werden. Die maximale horizontale Bodenbeschleunigung (PHA oder PHGA) kann durch Auswahl der höheren Einzelaufnahme, Mittelwertbildung aus beiden Werten oder Berechnung einer Vektorsumme der beiden Komponenten erreicht werden. Es kann auch ein Dreikomponentenwert erreicht werden, indem auch die vertikale Komponente berücksichtigt wird.

In der Erdbebentechnik wird häufig die effektive Spitzenbeschleunigung (EPA, die maximale Bodenbeschleunigung, auf die ein Gebäude reagiert) verwendet, die in der Regel 2/3 – ¾ der PGA beträgt.

Seismisches Risiko und Technik

Die Untersuchung geografischer Gebiete in Kombination mit einer Bewertung historischer Erdbeben ermöglicht es Geologen, das seismische Risiko zu bestimmen und seismische Gefahrenkarten zu erstellen , die die wahrscheinlichen PGA-Werte zeigen, die in einer Region während eines Erdbebens auftreten, mit einer Überschreitungswahrscheinlichkeit (PE). Seismikingenieure und staatliche Planungsabteilungen verwenden diese Werte, um die angemessene Erdbebenbelastung für Gebäude in jeder Zone zu bestimmen, wobei die wichtigsten identifizierten Strukturen (wie Krankenhäuser, Brücken, Kraftwerke) das maximal berücksichtigte Erdbeben (MCE) überstehen müssen.

Schäden an Gebäuden hängen sowohl von der Spitzengeschwindigkeit am Boden (PGV) als auch von der Dauer des Erdbebens ab – je länger die Erschütterung auf hoher Ebene anhält, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit von Schäden.

Vergleich von instrumenteller und gefühlter Intensität

Die Spitzenbodenbeschleunigung liefert ein Maß für die instrumentelle Intensität , d. h. die Bodenerschütterung, die von seismischen Instrumenten aufgezeichnet wird . Andere Intensitätsskalen messen die gefühlte Intensität , basierend auf Augenzeugenberichten, gefühltem Zittern und beobachtetem Schaden. Es besteht eine Korrelation zwischen diesen Skalen, aber nicht immer eine absolute Übereinstimmung, da Erfahrungen und Schäden von vielen anderen Faktoren beeinflusst werden können, einschließlich der Qualität des Erdbebeningenieurwesens.

Allgemein gesagt,

  • 0,001  g (0,01 m/s 2 ) – von Menschen wahrnehmbar
  • 0,02   g (0,2 m/s 2 ) – Menschen verlieren das Gleichgewicht
  • 0,50   g (5 m/s 2 ) – sehr hoch; Gut gestaltete Gebäude können überleben, wenn die Dauer kurz ist.

Korrelation mit der Mercalli-Skala

Der United States Geological Survey hat eine instrumentelle Intensitätsskala entwickelt, die die maximale Bodenbeschleunigung und die maximale Bodengeschwindigkeit auf einer Intensitätsskala ähnlich der gefühlten Mercalli-Skala abbildet . Diese Werte werden verwendet, um Erschütterungskarten von Seismologen auf der ganzen Welt zu erstellen.

Instrumentale
Intensität 		Beschleunigung
(g) 		Geschwindigkeit
(cm/s) 		Zittern wahrgenommen Möglicher Schaden
ich < 0,000464 < 0,0215 Nicht gefühlt Keiner
II–III 0,000464 – 0,00297 0,135 – 1,41 Schwach Keiner
IV 0,00297 – 0,0276 1,41 – 4,65 Licht Keiner
v 0,0276 – 0,115 4,65 – 9,64 Mäßig Sehr leicht
VI 0,115 – 0,215 9.64 – 20 Stark Licht
VII 0,215 – 0,401 20. – 41.4 Sehr stark Mäßig
VIII 0,401 – 0,747 41,4 – 85,8 Schwer Moderat bis schwer
IX 0,747 – 1,39 85,8 – 178 Heftig Schwer
X+ > 1,39 > 178 Extrem Sehr schwer

Andere Intensitätsskalen

In der 7-Klassen- Skala der seismischen Intensität der Japan Meteorological Agency deckt die höchste Intensität, Shindo 7, Beschleunigungen von mehr als 4 m/s 2 (0,41  g ) ab.

PGA-Gefahrenrisiken weltweit

In Indien werden Gebiete mit erwarteten PGA-Werten über 0,36 g als „Zone 5“ oder „Very High Damage Risk Zone“ eingestuft.

Bemerkenswerte Erdbeben

PGA
Einzelrichtung
(maximal aufgezeichnet) 		PGA
-Vektorsumme (H1, H2, V)
(maximal aufgezeichnet) 		Mag Tiefe Todesfälle Erdbeben
3,23 g 7.8 15km 2 Erdbeben in Kaikoura 2016
2,7 g 2,99 g 9.1 30km >15.000 2011 Erdbeben und Tsunami in Tōhoku
4,36 g 6.9/7.2 8km 12 2008 Iwate-Miyagi Nairiku Erdbeben
1,92 g 7.7 8km 2.415 1999 Jiji-Erdbeben
1,82 g 6.7 18km 57 1994 Northridge-Erdbeben
1,81 g 9.5 33km 1.000–6000 1960 Valdivia-Erdbeben
1,51 g 6.2 5km 185 Erdbeben in Christchurch im Februar 2011
1,47 g 7.1 42km 4 April 2011 Miyagi-Erdbeben
1,26 g 7.1 10km 0 Erdbeben von Canterbury 2010
1,25 g 6.6 8,4 km 58–65 1971 Sylmar-Erdbeben
1,04 g 6.6 10km 11 2007 Chūetsu Offshore-Erdbeben
1,0 g 6.0 8km 0 Dezember 2011 Erdbeben in Christchurch
0,98 g 7.0 21km 119 Erdbeben in der Ägäis 2020
0,91 g 6.9 16km 5.502–6.434 Großes Hanshin-Erdbeben
0,78 g 6.0 6km 1 Erdbeben in Christchurch im Juni 2011
0,65 g 8.8 23km 525 Erdbeben in Chile 2010
0,6 g 6.0 10km 143 1999 Erdbeben in Athen
0,51 g 6.4 16km 612 2005 Zarand-Erdbeben
0,5 g 7.0 13km 100.000–316.000 Erdbeben in Haiti 2010
0,438 g 7.7 44km 28 1978 Miyagi-Erdbeben ( Sendai )
0,41 g 6.5 11km 2 Erdbeben auf Lefkada 2015
0,4 g 5.7 8km 0 Erdbeben in Christchurch 2016
0,367 g 5.1 1km 9 2011 Lorca-Erdbeben
0,18 g 9.2 25km 131 Erdbeben in Alaska 1964

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis