Αστικό δίκτυο επιταχυνσιογράφων της Πάτρας (UPAN)
Authors: Μπατίλας Αναστάσιος 
Published: August 2021

Το αντικείμενο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής ήταν η εγκατάσταση και λειτουργία ενός αστικού δικτύου επιταχυνσιογράφων (αστικό δίκτυο επιταχυνσιογράφων της Πάτρας, UPAN) στην παραθαλάσσια πόλη της Πάτρας (πληθυσμός: 160.400), καθώς και η επεξεργασία των σχετικών σεισμικών καταγραφών, με στόχο την προώθηση της γνώσης σχετικά με το θέμα της πειραματικής διερεύνησης της επίδρασης των τοπικών εδαφικών συνθηκών στην σεισμική απόκριση του εδάφους. Δευτερεύων στόχος της Διατριβής ήταν η απόκτηση δεδομένων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας για την πόλη της Πάτρας.Το UPAN έχει εγκατασταθεί και συντηρείται με την αξιοποίηση των πόρων του Εργαστηρίου Γεωτεχνικής Μηχανικής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα. Στο παρόν στάδιο της ανάπτυξής του (Ιανουάριος 2015) το UPAN αποτελείται από οκτώ τριαξονικούς επιταχυνσιογράφους υψηλής ανάλυσης και μια κατακόρυφη διάταξη τριαξονικών επιταχυνσιογράφων τοποθετημένων σε βάθη 0.0m, -20.0m, -34.0m και -72.0m, από την επιφάνεια του εδάφους. Το δίκτυο καλύπτει αστική περιοχή 25km2 και οι θέσεις των σταθμών επιλέχθηκαν έτσι ώστε να καλύπτονται οι μεταβλητές τοπικές εδαφικές συνθήκες της πόλης με την αύξηση της απόστασης από το θαλάσσιο μέτωπο.Στην παρούσα Διατριβή έγινε αξιοποίηση δεδομένων σεισμικών καταγραφών (2084 σεισμικές καταγραφές συνιστωσών) από 512 σεισμούς, με μέγεθος ML, που κυμαίνεται από 1.1 έως 6.8, επικεντρική απόσταση, Repi, από 0.67km έως 400km, και αζιμούθιο από 0° έως 360° (μετρούμενο από το κέντρο της πόλης). Τα αποτελέσματα της επεξεργασίας των δεδομένων (κυρίως τα αποτελέσματα των οριζόντιου δικτύου επιταχυνσιογράφων) χρησιμοποιήθηκαν για (α) τον υπολογισμό των φασμάτων απόκρισης της καταγραφείσας οριζόντιας και κατακόρυφης κίνησης (καθώς και των φασμάτων Fourier) στις θέσεις των 8 επιφανειακών επιταχυνσιογράφων και τη σύγκρισή τους με τα φάσματα σχεδιασμού του EC-8 (για τις αντίστοιχες κατηγορίες του εδάφους), (β) την μελέτη της τοπικής εξασθένησης PGA της μέγιστης οριζόντιας σεισμικής κίνησης σε σχέση με την απόσταση, και τη σύγκριση με δημοσιευμένες σχέσεις εξασθένησης για την Ελληνική επικράτεια, (γ) τον υπολογισμό του φασματικού λόγου H/V (με χρήση φασμάτων απόκρισης αντί φασμάτων Fourier) στις 8 θέσεις των επιφανειακών επιταχυνσιογράφων - για σεισμικές καταγραφές καθώς και καταγραφές μικροθορύβου - και τη μελέτη της επίδρασης της τοπικής στρωματογραφίας και των σεισμικών παραμέτρων σχετικά με το σχήμα και το πλάτος του φασματικού λόγου H/V και (δ) τη μελέτη της επίδρασης της έντασης της κίνησης (δηλαδή της τιμής PGA) στην ανάπτυξη και την εκδήλωση της μη-γραμμικότητας του εδάφους.Στα πλαίσια της Διατριβής η επιφανειακή (σε βάθος ~80m) δομή κάτω από την αστική περιοχή προσδιορίστηκε από επί-τόπου μετρήσεις Vs (SASW, MASW, Remi). Με χωρική παρεμβολή αναπτύχθηκε 3-D μοντέλο Vs, το οποίο επέτρεψε την εκτίμηση της τιμής Vs30 και την κατηγοριοποίηση του εδάφους σε οποιαδήποτε θέση του αστικού χώρου. Πραγματοποιήθηκαν επίσης εργαστηριακές δοκιμές συντονισμού με σκοπό να καθοριστεί η μη-γραμμική συμπεριφορά του εδάφους, δηλαδή οι καμπύλες G/G0-γc και D-γc. Επιπλέον, μέσω πρωτότυπης εφαρμογής της μεθόδου SASW, δηλαδή με χρήση των σεισμικών γεγονότων ως πηγές κυμάτων και ζεύγη επιταχυνσιογράφων - συγγραμμικά με την πηγή του σεισμού - ως δέκτες, προσδιορίσθηκε η βαθιά δομή κάτω από την πόλη (με βάθος 10 χιλιομέτρων). Με χρήση της μεθόδου χωρικής παρεμβολής αναπτύχθηκε ένα βαθύ 3-D μοντέλο Vs-βάθος, το οποίο σε συνδυασμό με το επιφανειακό μοντέλο 3-D οδήγησε στην παραγωγή ενός ψηφιακού μοντέλου 3-D Vs για την πόλη που παρέχει τιμές Vs, από την επιφάνεια του εδάφους έως βάθος αρκετών χιλιομέτρων, σε οποιοδήποτε σημείο της αστικής περιοχής.Τα αποτελέσματα των μετρήσεων και αναλύσεων που διεξήχθησαν στα πλαίσια της παρούσας Διατριβής μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:1. Η σύγκριση των καταγραμμένων κανονικοποιημένων φασμάτων απόκρισης επιτάχυνσης στην αστική περιοχή της Πάτρας με τα αντίστοιχα φάσματα σχεδιασμού του EC-8 (για τις ίδιες κατηγορίες εδάφους) υποδεικνύει ότι ενδέχεται να είναι αναγκαία η αναθεώρηση του κανονισμού (φασματική μορφή, κατηγοριοποίηση του εδάφους και δείκτης εδάφους), ειδικά για σεισμούς Τύπου-2.2. Η καταγραμμένη εξασθένηση της κίνησης (PGA) στην περιοχή της Πάτρας υποδεικνύει διαφοροποίηση (προβλέπει χαμηλότερες τιμές της PGA) σε σχέση με δημοσιευμένες σχέσεις εξασθένησης της Ελληνική επικράτειας.3. Ο φασματικός λόγος H/V (χρησιμοποιώντας σεισμικές καταγραφές) παρέχει τιμές για την δεσπόζουσα (και δευτερεύουσες) περίοδο της εξεταζόμενης θέσης που - εκτός από τις τοπικές εδαφικές συνθήκες - μπορεί να επηρεαστεί από το σεισμικό μέγεθος και την απόσταση, αλλά και την ένταση και τον προσανατολισμό των καταγραφών. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν επίσης ότι το βάθος του βραχώδους υποβάθρου σε μια περιοχή - το οποίο θεωρείται κρίσιμη παράμετρος στις αναλύσεις εδαφικής απόκρισης - θα πρέπει να υπολογίζεται με βάση τις πειραματικές τιμές της δεσπόζουσας περιόδου, Τ0, σε συνδυασμό με την καμπύλη Vs-βάθος, και όχι υιοθετώντας συγκεκριμένη και τυποποιημένη τιμή Vs (π.χ. Vs=800m/sec) ως αντιπροσωπευτικές συνθήκες υποβάθρου.4. Ο φασματικός λόγος H/V με βάση τις καταγραφές μικροθορύβου είναι δυνατό να οδηγήσουν σε λανθασμένη εκτίμηση της δεσπόζουσας περιόδου. Αυτό οφείλεται στην αδυναμία των σεισμικών κινήσεων μικρής έντασης να διεγείρουν την ταλάντωση βαθύτερων εδαφικών στηλών.5. Η μη-γραμμικότητα του εδάφους αρχίζει να εμφανίζεται για ένταση οριζόντιας εδαφικής κίνησης >0.05g. Εν τούτοις, η μη-γραμμική συμπεριφορά γίνεται περισσότερο εμφανής για εντάσεις >0.08g.