Οι σεισμοί κοντινού πεδίου με παλμό κατευθυντικότητας στη χρονοϊστορία ταχύτητας αποτελούν αντικείμενο μεγάλου ενδιαφέροντος στη σεισμολογία και στην αντισεισμική τεχνολογία. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων χρόνων, γίνονται αρκετές προσπάθειες εντοπισμού του σημαντικού παλμού σε μια διέγερση κοντινού πεδίου, αλλά και προσδιορισμού των χαρακτηριστικών του όπως η δεσπόζουσα περίοδος του παλμού.

Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία παρουσιάζεται μια μέθοδος αναγνώρισης των σημαντικών παλμών σε καταγραφές κοντινού πεδίου, όπως αυτή εισήχθη από τους P.Mimoglou, I.Psycharis and I.Taflampas (2012). Στη συνέχεια διερευνάται κατά πόσο οι μέγιστες φασματικές τιμές των καταγραφών, πριν και μετά την αφαίρεση του παλμού, μπορούν να συσχετιστούν με χαρακτηριστικά όπως είναι το μέγεθος του σεισμού Μw, η κοντινότερη από το ρήγμα απόσταση ClD (Closest Distance) και η χρονική διάρκεια  του παλμού, γ. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στον συντελεστή κατευθυντικότητας ξ, ο οποίος ορίστηκε από τον Rowshandel (2006) και εξαρτάται από τα γεωμετρικά και αζιμουθιακά χαρακτηριστικά του ρήγματος. Αναφορικά στον συντελεστή ξ μελετάται τόσο η συσχέτιση του με τις μέγιστες φασματικές τιμές ως προς τις αντίστοιχες εδαφικές, όσο και η αποτελεσματικότητά του ως δείκτης πρόβλεψης ύπαρξης παλμού σε μια σεισμική διέγερση. Στο τελευταίο μέρος της παρούσας εργασίας εστιάζουμε στη σημασία του ολοκληρώματος της απόλυτης εδαφικής ταχύτητας CAD, όπως αυτό εισήχθη από τους Taflampas et al (2008) και εισάγουμε ωε δείκτη κατευθυντικότητας τον λόγο της μέγιστης φασματικής τιμής μετακίνησης για μηδενική απόσβεση ως προς την αντίστοιχη τιμή CAD μιας καταγραφής. Μια μικρή αναφορά γίνεται και στον συντελεστή της ισόχρονης θεωρίας  (Isochrone Theory) των Spudich et al (2004) και στο αν αυτός ο συντελεστής δείχνει να μπορεί να λειτουργεί ως συντελεστής κατευθυντικότητας.

Για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων χρησιμοποιούνται 90 καταγραφές της βάσης δεδομένων NGA που χαρακτηρίστηκαν παλμικές από τον Baker (2007). Οι καταγραφές οφείλουν να πληρούν συγκεκριμένα κριτήρια. Ειδικότερα, πρέπει η μέγιστη εδαφική ταχύτητα PGV να είναι μεγαλύτερη από 30cm/sec, και ο παλμός να  φτάνει νωρίς στη χρονοϊστορία ταχύτητας. Από τις παραπάνω καταγραφές αφαιρείται αρχικά ο πρώτος σημαντικός παλμός και στη συνέχεια όλοι  οι παλμοί από τη χρονοϊστορία ταχύτητας. Στη συνέχεια εξάγονται τα ελαστικά φάσματα σχεδιασμού ψευδοταχύτητας και μετακίνησης για απόσβεση 5% και υπολογίζονται οι λόγοι των μέγιστων φασματικών τιμών ως προς τις αντίστοιχες εδαφικές. Οι εδαφικές τιμές ψευδοταχύτητας και μετακίνησης υπολογίζονται από τις ασύμπτωτες των φασμάτων στις μεγάλες περιόδους. Η εξαγωγή των φασμάτων γίνεται με τη χρήση του προγράμματος Seismosignal. Στους λόγους μετά την αφαίρεση του πρώτου και εν συνεχεία όλων των παλμών, στον παρανομαστή παραμένει η αρχική εδαφική ταχύτητα και μετακίνηση πριν την αφαίρεση του παλμού.

Διερευνάται κατά πόσο οι παραπάνω λόγοι μπορούν να συσχετιστούν με το μέγεθος του σεισμού Mw, την κοντινότερη από το ρήγμα απόσταση ClD, τη διάρκεια των παλμών γ και το δείκτη κατευθυντικότητας Rowshandel ξ, πριν και μετά την αφαίρεση του παλμού, δημιουργώντας τα κατάλληλα διαγράμματα. Επίσης, ελέγχεται το αν μπορούν οι τιμές του Ευρωκώδικα 8 για τα ελαστικά φάσματα μετακίνησης για απόσβεση 5%, να καλύψουν επαρκώς τους προκύπτοντες λόγους. Για τον σκοπό αυτό, οι τιμές των ελαστικών φασματικών μετακίνησης σχεδιασμού του EC8 κανονικοποιούνται κατάλληλα, διαιρώντας την αντίστοιχη φασματική τιμή με την εδαφική μετακίνηση, όπως αυτή ορίζεται από τον κανονισμό.

Ειδικότερα για τον συντελεστή κατευθυντικότητας ξ γίνεται περεταίρω διερεύνηση της καταλληλότητας του ως δείκτης ύπαρξης παλμού σε μια καταγραφή. Θετικές τιμές του συντελεστή ξ αντιστοιχούν σε διεγέρσεις έμπροσθεν κατευθυντικότητας, ενώ αρνητικές σε περιπτώσεις όπισθεν. Ο συντελεστής ξ υπολογίστηκε για κάθε μια καταγραφή με τη χρήση ενός απλού προγράμματος στη γλώσσα Fortran.

Στο τελευταίο μέρος της παρούσας διπλωματικής εργασίας εισάγεται ως δείκτης πρόβλεψης της ύπαρξης παλμού ο λόγος της μέγιστης φασματικής τιμής μετακίνησης για μηδενική απόσβεση ως προς το ολοκλήρωμα της απόλυτης εδαφικής ταχύτητας CAD. Σε έναν μονοβάθμιο ταλαντωτή με αρμονική διέγερση στη βάση του, η θεωρητική τιμή του λόγου της μέγιστης φασματικής τιμής μετακίνησης στον συντονισμό για μηδενική απόσβεση, ως προς το CAD είναι π/4. Τιμές του λόγου των καταγραφών μεγαλύτερες η κοντά στο π/4 ίσως υποδεικνύουν την ύπαρξη παλμού στις καταγραφές κοντινού πεδίου. Ο λόγος maxSD_0%/CAD υπολογίζεται για τις 90 παλμικές καταγραφές του Baker και για 43 μη παλμικές προκειμένου να εξαχθούν τα αποτελέσματα.

Τέλος, μελετάται σε αρχικό βέβαια στάδιο, η αποτελεσματικότητα του συντελεστή  ως δείκτης κατευθυντικότητας.

Από την επεξεργασία των δεδομένων και των καταγραφών προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα.

Λόγος μέγιστης φασματικής τιμής προς την εδαφική

·         Στα ελαστικά φάσματα ταχύτητας των παλμικών κινήσεων για απόσβεση 5%, ο μέσος όρος του  λόγου της μέγιστης φασματικής ταχύτητας προς την εδαφική είναι ίσος με 2.14 ενώ μειώνεται με την αφαίρεση του πρώτου σημαντικού παλμού σε 1.40, ως προς την αρχική εδαφική ταχύτητας. Μετά την αφαίρεση όλων των παλμών από τη χρονοϊστορία ταχύτητας ο λόγος πέφτει ακόμα περισσότερο και ο λόγος λαμβάνει την τιμή 1.17.

·         Στα ελαστικά φάσματα μετακίνησης των παλμικών κινήσεων για απόσβεση 5%, ο μέσος όρος του  λόγου της μέγιστης φασματικής ταχύτητας προς την εδαφική είναι ίσος με 1.97 ενώ μειώνεται με την αφαίρεση του πρώτου σημαντικού παλμού σε 1.08, ως προς την αρχική εδαφική μετακίνηση. Μετά την αφαίρεση όλων των παλμών από τη χρονοϊστορία ταχύτητας ο λόγος πέφτει ακόμα περισσότερο και ο λόγος λαμβάνει την τιμή 0.85 κάτι που σημαίνει ότι ο παλμός αντιστοιχεί σε τόσο μεγάλο κομμάτι της χρονοϊστορίας ώστε η εναπομένουσα καταγραφή να δίνει φασματικές τιμές κάτω από την τιμή της αρχικής εδαφικής μετακίνησης.

·         Οι λόγοι της μέγιστης φασματικής τιμής προς την εδαφική των φασμάτων ψευδοταχύτητας και μετακίνησης ακολουθούν την ευθεία y = x πριν την αφαίρεση των παλμών, ενώ απλώνονται ελαφρά με την αφαίρεση όλων των σημαντικών παλμών από τη χρονοϊστορία ταχύτητας των καταγραφών.

·         Ο λόγος της μέγιστης φασματικής τιμής ψευδοταχύτητας πριν και μετά την αφαίρεση όλων των παλμών είναι σχεδόν ίδιος με τον λόγο των μέγιστων φασματικών τιμών μετακίνησης και είναι 2.04 και 2.57 αντίστοιχα. Θα μπορούσαν οι τιμές αυτές να συσχετιστούν με τον συντελεστή 2.5 των Newmark & Hall, 1969, McGuire, (1975) που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ενεργής φασματικής τιμής.

 Μέγεθος του σεισμού Mw και λόγος μέγιστης φασματικής τιμής προς την εδαφική

·         Ο λόγος της μέγιστης φασματικής τιμής, προς την εδαφική, τόσο για τα φάσματα ταχύτητας, όσο και για τα φάσματα μετακίνησης πριν και μετά την αφαίρεση του παλμού, είναι ανεξάρτητος του μεγέθους του σεισμού.

 Χρονική διάρκεια παλμών γ και λόγος μέγιστης φασματικής τιμής προς την εδαφική

·         Ο λόγος της μέγιστης φασματικής τιμής, προς την εδαφική, τόσο για τα φάσματα ταχύτητας, όσο και για τα φάσματα μετακίνησης πριν και μετά την αφαίρεση του παλμού, είναι ανεξάρτητος της διάρκειας γ των παλμών.

 Κοντινότερη απόσταση από το ρήγμα και λόγος μέγιστης φασματικής τιμής προς την εδαφική

·         Ο λόγος της μέγιστης φασματικής τιμής, προς την εδαφική, τόσο για τα φάσματα ταχύτητας, όσο και για τα φάσματα μετακίνησης πριν και μετά την αφαίρεση του παλμού, φαίνεται να είναι ανεξάρτητος της κοντινότερης απόστασης από το ρήγμα, ClD.

Συντελεστής κατευθυντικότητας ξ (Rowshandel 2006)

• Ο λόγος της μέγιστης φασματικής τιμής, προς την εδαφική, τόσο για τα φάσματα ταχύτητας, όσο και για τα φάσματα μετακίνησης πριν και μετά την αφαίρεση του παλμού, φαίνεται να είναι ανεξάρτητος του συντελεστή κατευθυντικότητας ξ
• Ο συντελεστής κατευθυντικότητας ξ δείχνει να μην μπορεί να είναι αποτελεσματικός ως συντελεστής κατευθυντικότητας, καθώς στις παλμικές καταγραφές μόνο το 54% υπολογίζονται να έχουν θετικό ξ, ενώ θα έπρεπε σε όλες τις καταγραφές η τιμή να είναι μεγαλύτερο του μηδενός.

 Ευρωκώδικας 8

• Οι αντίστοιχες τιμές του Ευρωκώδικα 8 φαίνεται να επαρκούν στις καταγραφές, τόσο πριν όσο και μετά την αφαίρεση των σημαντικών παλμών από τη χρονοϊστορία ταχύτητας.

 Λόγος maxSD_0%/CAD

·         Οι παλμικές καταγραφές έχουν τιμή του λόγου maxSD_0%/CAD μεγαλύτερη από 0.47 και μάλιστα δείχνουν να ακολουθούν μια κανονική κατανομή με μέση τιμή 0.86 και τυπική απόκλιση 0.23.

·         Οι μη παλμικές καταγραφές έχουν τιμή του λόγου maxSD_0%/CAD μεγαλύτερη από 0.33 και μάλιστα δείχνουν να ακολουθούν μια κανονική κατανομή με μέση τιμή 0.56 και τυπική απόκλιση 0.18.

·         Το μεγαλύτερο ποσοστό των παλμικών καταγραφών και συγκεκριμένα το 80% έχει τιμές του λόγου μεγαλύτερες του 0.6

·         Το μεγαλύτερο ποσοστό των μη παλμικών καταγραφών και συγκεκριμένα το 80%, λαμβάνει τιμές του λόγου μικρότερες από 0.6 .

·         Υπάρχει μια περιοχή αλληλοεπικάλυψης για τις παλμικές και μη καταγραφές στα εύρη του λόγου maxSD/CAD από 0.45 μέχρι περίπου 0.9

·         Πέντε (5) τιμές των μη παλμικών καταγραφών σύμφωνα με τον Baker με λόγο μεγαλύτερο του 0.6, αποδείχτηκαν παλμικές.

·         Ο λόγος maxSD_0%/CAD δείχνει να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης πρόβλεψης ύπαρξης παλμού για μια καταγραφή κοντινού πεδίου

 Ολοκλήρωμα απόλυτης εδαφικής ταχύτητας CAD

·         Στα διαγράμματα του CAD συναρτήσει του χρόνου, στο κομμάτι ύπαρξης παλμού, η κλίση του διαγράμματος είναι πολύ εντονότερη στις παλμικές καταγραφές, ενώ η κλίση της καμπύλης στις μη παλμικές καταγραφές είναι ομαλότερη.

·         Ο χρόνος έναρξης και λήξης της έντονης κλίσης αντιστοιχεί στο χρόνο έναρξης και λήξης του παλμού στη χρονοϊστορία ταχύτητας. Οι παραπάνω λοιπόν χρονικές στιγμές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως κριτήριο για τον χρόνο άφιξης του παλμού στις χρονοϊστορίες ταχύτητας

 Συντελεστής κατευθυντικότητας

·         Ο συντελεστής  δεν φαίνεται να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης κατευθυντικότητα.