Пиковое ускорение грунта

Пиковое ускорение грунта (PGA, Peak ground acceleration) — мера интенсивности землетрясения, соответствующая амплитуде наибольшего абсолютного ускорения на акселерограмме. PGA часто разделяют на горизонтальную и вертикальную составляющие. Горизонтальные PGA  больше, чем в вертикальном направлении, но это не всегда так, особенно вблизи сильных землетрясений. Расчётное движение грунта при землетрясении (DBEGM) часто определяется в терминах PGA. PGA измеряется с помощью акселерографов.

PGA является наиболее часто используемым типом ускорения грунта в инженерных приложениях. Он часто используется в сейсмостойком проектировании (включая сейсмические строительные нормы и правила) и обычно наносится на карты сейсмической опасности.  При землетрясении повреждение зданий и инфраструктуры более тесно связано с движением грунта, мерой которого является PGA, а не с магнитудой самого землетрясения. Для умеренных землетрясений PGA является достаточно хорошим определителем ущерба; при сильных землетрясениях повреждения чаще коррелируют с максимальной скоростью грунта.

Геофизика 
Энергия землетрясения распространяется волнами от гипоцентра, вызывая движение грунта во всех направлениях, но обычно моделируется по горизонтали (в двух направлениях) и по вертикали. PGA регистрирует ускорение (скорость изменения скорости) этих движений, в то время как пиковая скорость грунта представляет собой наибольшую скорость (скорость движения), достигаемую землей, а пиковое перемещение представляет собой пройденное расстояние.   Эти значения различаются при разных землетрясениях и в разных местах в пределах одного землетрясения в зависимости от ряда факторов. К ним относятся длина разлома, магнитуда, глубина землетрясения, расстояние от эпицентра, продолжительность (продолжительность цикла сотрясений) и геология земли (недра). Мелкофокусные землетрясения вызывают более сильное сотрясение (ускорение), чем промежуточные и глубокие землетрясения, поскольку энергия высвобождается ближе к поверхности. 

PGA может быть выражено в долях g (стандартное ускорение из-за силы тяжести Земли, эквивалентное перегрузке ) либо в виде десятичной дроби, либо в процентах; в м/с 2 (1 g равно 9,81 м/с 2 );  или кратно Gal, где 1 Гал равен 0,01 м/с  (1 g равно 981 Гал).

Тип грунта может значительно влиять на ускорение грунта, поэтому значения PGA могут демонстрировать крайнюю изменчивость на расстоянии в несколько километров, особенно при землетрясениях от умеренных до сильных.  Различные результаты PGA от землетрясения могут быть отображены на карте сотрясений .  Из-за сложных условий, влияющих на PGA, землетрясения одинаковой магнитуды могут давать несопоставимые результаты, при этом многие землетрясения средней магнитуды генерируют значительно большие значения PGA, чем землетрясения большей магнитуды.

Во время землетрясения ускорение грунта измеряется в трех направлениях: вертикальном (V или UD, для вверх-вниз) и двух перпендикулярных горизонтальных направлениях (H1 и H2), часто с севера на юг (NS) и с востока на запад (EW). Регистрируется пиковое ускорение в каждом из этих направлений, причем часто сообщается самое высокое индивидуальное значение. В качестве альтернативы можно отметить комбинированное значение для данной станции. Пиковое горизонтальное ускорение грунта (PHA или PHGA) можно получить, выбрав более высокую индивидуальную запись, взяв среднее значение двух значений или вычислив векторную сумму двух компонентов. Трехкомпонентное значение также может быть достигнуто за счет учета вертикальной составляющей.

В сейсморазведке часто используется эффективное пиковое ускорение (EPA, максимальное ускорение грунта, на которое реагирует здание), которое обычно составляет ⅔ – ¾ PGA.  .

Повреждение зданий связано как с пиковой скоростью грунта (PGV), так и с продолжительностью землетрясения: чем дольше сохраняется сотрясение высокого уровня, тем выше вероятность повреждения.

Сравнение инструментальной и ощущаемой интенсивности 
Пиковое ускорение грунта обеспечивает измерение инструментальной интенсивности, то есть сотрясения грунта, регистрируемого сейсмическими приборами . Другие шкалы интенсивности измеряют интенсивность ощущений, основываясь на сообщениях очевидцев, ощущениях сотрясения и наблюдаемых повреждениях. Между этими шкалами существует корреляция, но не всегда абсолютное совпадение, поскольку на опыт и ущерб могут влиять многие другие факторы, в том числе качество сейсморазведки.

Вообще говоря,

 0,001 г (0,01 м/с  ) – воспринимаемый людьми
 0,02  г (0,2  м/с  ) – люди теряют равновесие
 0,50  г (5  м/с  ) – очень высокая; хорошо спроектированные здания могут выжить, если продолжительность невелика.

Корреляция со шкалой Меркалли 
Геологическая служба США разработала инструментальную шкалу интенсивности, которая отображает пиковое ускорение грунта и пиковую скорость грунта по шкале интенсивности, аналогичной войлочной шкале Меркалли . Эти значения используются сейсмологами всего мира для создания карт сотрясений.

Известные землетрясения

Примечания

Литература 
 
 

Ускорение
Сейсмостойкое строительство
Сейсмология
Механика грунтов
Страницы с непроверенными переводами