Nova karta potresne nevarnosti Slovenije – vršni pospešek tal (2021)

Karta je v postopku za spremembo zakonodaje.

Stara (uradna) karta potresne nevarnosti Slovenije (2001)

Pojasnila k novi karti vršnega pospeška tal

Slovensko zakonodajo o potresno odporni gradnji sestavljajo: Pravilnik o mehanski odpornosti in stabilnosti objektov (Ur.l. RS, št. 101/2005), Standard Evrokod 8: Projektiranje potresnoodpornih konstrukcij - EC8 (SIST EN 1998-1:2005)

in Nacionalni dodatek k EC8 (SIST EN 1998-1:2005/oA101:2005), v katerem je priloga Karta potresne nevarnosti Slovenije. Po EC8 je temeljni parameter potresne nevarnosti projektni pospešek tal za povratno dobo 475 let za trdna tla. Projektni pospešek tal je po EC8 enak vršnemu (ali največjemu) pospešku tal. To je največja absolutna vrednost pospeška na prostem površju. Novo karto vršnega pospeška tal dopolnjujejo karte spektralnega pospeška za 10 nihajnih časov (od 0 s do 2 s) ter spektri in krivulje potresne nevarnosti za izbrane lokacije. Po sprožitvi postopka za spremembo zakonodaje bodo nove karte predstavljale strokovno podlago gradbeni stroki, ki bo z nadaljnjimi raziskavami ocenila potrebo po spremembi parametrov Nacionalnega dodatka. Nato pa bo nova karta potresne nevarnosti Slovenije nadomestila dosedanjo uradno karto za obvezno uporabo pri projektiranju. V pripravi je večja posodobitev standarda EC8, ki bo predvidoma sprejeta čez nekaj let. Temeljni parameter potresne nevarnosti ne bo več vršni pospešek tal oz. PGA, ampak

- spektralni pospešek pri nihajnem času, ki predstavlja vrh spektra, ter - spektralni pospešek pri nihajnem času 1 s.

Z novimi kartami potresne nevarnosti omogočamo nadaljnje raziskave v procesu spreminjanja slovenske zakonodaje o potresno odporni gradnji.

Definicija osnovnih parametrov: - Projektni pospešek tal, angl. design ground acceleration je po EC8 enak vršnemu (ali največjemu) pospešku tal, angl. peak ground acceleration (PGA). To je največja absolutna vrednost pospeška na prostem površju.

Pospešek tal je določen za povratno dobo 475 let, ki ustreza 90 % verjetnosti, da vrednosti na karti ne bodo presežene v 50 letih, kar je predvidena življenjska doba navadnih objektov. Povratna doba je povprečen čas med prekoračitvami vrednosti pospeška tal na dani lokaciji.

Vrednosti pospeška tal na karti veljajo za tla tipa A oz. trdna tla. Po EC8 je tip tal A skala ali druga geološka formacija, v kateri je hitrost strižnega valovanja vsaj 800 m/s in na kateri je največ 5 m slabšega površinskega materiala. Za druge tipe tal je treba pospešek tal pomnožiti z ustreznim koeficientom tal S, angl. soil coefficient. Vrednosti koeficienta S za različne vrste tal so določene v EC8.

Zakaj smo izdelali novo karto potresne nevarnosti

V preteklih dvajsetih letih od izdelave uradne karte potresne nevarnosti Slovenije (Lapajne in drugi, 2001, 2003) smo pridobili številne nove seizmološke in geološko-tektonske podatke, modele in relacije, posodobljene so tudi metode ocenjevanja parametrov. 1. Pomemben vpliv na izračun karte potresne nevarnosti ima model pojemanja pospeška tal z

oddaljenostjo od nadžarišča potresa. V obstoječi karti potresne nevarnosti (iz leta 2001) je uporabljen model pojemanja Sabetta-Pugliese (1996), ki podcenjuje razpon pospeška tal, saj je bilo takrat premalo meritev. Številne nove potresne opazovalnice v Sloveniji in v svetu pa omogočajo razvoj novih modelov pojemanja pospeška tal. Uporabili smo model, ki temelji na najnovejših spoznanjih in je bil razvit za izračun nove evropske karte potresne nevarnosti, parametri pa so prilagojeni razmeram v Sloveniji.

2. Prvič doslej smo v izračunu slovenske karte upoštevali aktivne prelome in prelomne izvore, ki so

jih opredelili strokovnjaki Geološkega zavoda Slovenije. Ocenjevanje potresne nevarnosti z uporabo teh podatkov ne temelji več le na potresni zgodovini, temveč se v izračunu upošteva tudi možnost, da na opredeljenih prelomih, izven poznanih območij pretekle seizmičnosti, nastane močnejši potres.

3. Katalog potresov Slovenije in bližnje okolice smo dopolnili z novimi spoznanji zgodovinske seizmičnosti in s potresi zadnjih 20 let.

4. Pri izdelavi nove karte smo z analizo občutljivosti določili najbolj vplivne parametre in z logičnim

drevesom modelirali njihovo nezanesljivost. V stari (uradni) karti je obravnava nezanesljivosti omejena le na različice kataloga potresov.

5. Razvoj slovenske karte potresne nevarnosti je potekal vzporedno s projektom posodobitve

evropske karte ESHM20. Skupaj s strokovnjaki evropskega projekta smo usklajevali metodologijo in vhodne podatke na ozemlju Slovenije. Zaradi različnega merila izračuna so vhodni parametri slovenske karte potresne nevarnosti bolj podrobni. Nova evropska karta bo izšla predvidoma konec marca 2021.

6. V pripravi je posodobitev evropskega standarda EC8 za potresno odporno gradnjo. Z novimi kartami potresne nevarnosti omogočamo nadaljnje raziskave v procesu spremembe zakonodaje o potresno odporni gradnji v Sloveniji.

Postopek ocenjevanja potresne nevarnosti

Za izdelavo karte smo uporabili Cornellov postopek [Cornell, 1968] verjetnostnega ocenjevanja potresne nevarnosti (slika 1), ki vsebuje štiri glavne korake: opredelitev potresnih izvorov, ocena aktivnosti potresnih izvorov in največje magnitude, opredelitev modela pojemanja pospeška ter izračun verjetnosti prekoračitve referenčnih pospeškov. Potresni izvor je geografsko območje, v katerem predpostavljamo enake strukturno-geološke in kinematske značilnosti ter homogeno seizmičnost. To pomeni, da ima vsaka točka potresnega izvora enako verjetnost za nastanek potresa dane magnitude. Glede na geometrijsko obliko je potresni izvor lahko točkovni, ploskovni ali pa linijski. Linijski izvor predstavlja površinsko traso prelomnega izvora, ki ima opredeljeno tudi 3-dimenzionalno obliko. Pri izračunu karte potresne nevarnosti Slovenije smo modelirali vse tri oblike potresnih izvorov. Najpreprostejši je točkovni model oziroma model glajene pretekle seizmičnosti (slika 2). Zaradi nezanesljivosti so lokacije nadžarišč potresov porazdeljene z Gaussovim krožnim in eliptičnim glajenjem [Lapajne in drugi, 2001, 2003], pri čemer so osi elipse v smeri prevladujočih prelomov. Število zglajenih prispevkov potresov v vsaki celici mreže 10 x 10 km določa aktivnost točkovnega izvora. Model torej večinoma temelji na seizmoloških podatkih in je postopkovno primerljiv z uradno karto potresne nevarnosti iz leta 2001.

Slika 1: Glavni koraki verjetnostnega ocenjevanja potresne nevarnosti (Reiter, 1990)

Slika 2: Model glajene pretekle seizmičnosti (s pikami so označene lokacije nadžarišč potresov) v točkovnih izvorih – središčih celicah mreže 10 x 10 km

Slika 3: Model ploskovnih potresnih izvorov

Model ploskovnih izvorov (slika 3) predstavlja najbolj standarden tip potresnih izvorov in združuje geološke (geometrija in kinematske značilnosti) ter seizmološke (seizmogena globina, največja magnituda, povprečno letno število potresov) ocene parametrov. Najbolj kompleksen je geološko-seizmotektonski model aktivnih prelomov [Atanackov in drugi, 2020], iz katerega je izpeljan model prelomnih potresnih izvorov (slika 4). Vsi parametri prelomnih izvorov so ocenjeni na podlagi geološko tektonskih značilnosti, zato lahko predvidevamo tudi možnost potresov izven poznanih območij pretekle seizmičnosti. V tem modelu so opredeljeni vsi aktivni prelomi, ki so zmožni generirati potrese nad magnitudo 5,8. Manjši potresi (pod magnitudo 5,8) so modelirani v ozadju kot ploskovni ali točkovni potresni izvori.

Slika 4: Model prelomnih potresnih izvorov (Atanackov in drugi, 2020) Temeljni vir seizmoloških podatkov je poenoten katalog Slovenije in sosednjih dežel, ki zajema obdobje od leta 456 do leta 2018 in površino okoli 170.000 km2. Iz kataloga smo izločili pred in popotrese, da smo izpolnili predpostavko o med seboj neodvisni porazdeliti potresov. Ocenili smo, da je katalog glavnih potresov z magnitudo vsaj 3,8 kompleten od leta 1875 dalje (slika 5); predpostavljamo torej, da v tem obdobju nismo spregledali nobenega tako velikega potresa. Kompleten katalog glavnih potresov smo uporabili za oceno seizmogene globine, največje magnitude ter aktivnosti vseh ploskovnih in točkovnih potresnih izvorov.

Slika 5: Katalog potresov za magnitudo 3,8 in več od leta 1875 naprej

Za model pojemanja pospeška tal z oddaljenostjo od žarišča potresa je bil uporabljen model, ki je bil razvit za izračun nove evropske karte potresne nevarnosti [Weatherill in drugi, 2020; Kotha in drugi, 2020]. V modelu pojemanja pospeška so poleg razdalje upoštevani še številni drugi parametri (npr. magnituda, žariščni mehanizem, vrsta tal). Pri oceni potresne aktivnosti izvorov smo predpostavili dvojno eksponentno magnitudno frekvenčno porazdelitev, pri čemer smo za spodnjo mejo magnitude določili vrednost 4,3. Na podlagi instumentalnega kataloga potresov smo namreč ocenili, da potresi nad to magnitudo že lahko povzročijo zmerne konstrukcijske poškodbe na stavbah, saj je take poškodbe povzročil npr. potres 1. novembra 2015 na Gorjancih. Za glajenje pretekle seizmičnosti smo uporabili računalniški program OHAZ [Zabukovec, 2000], vrednosti na kartah potresne nevarnosti pa smo izračunali s programom OpenQuake [GEM, 2020].

Primerjava z uradno karto potresne nevarnosti

Najpomembnejše razlike v postopku izračuna nove in stare (uradne) karte potresne nevarnosti Slovenije so podane v preglednici 1, na sliki 7 pa je prikazana razlika v pospešku tal obeh kart. Na obeh kartah pas večje potresne nevarnosti poteka po osrednjem delu Slovenije od severozahoda proti jugovzhodu države. Z oddaljevanjem od tega pasu proti severovzhodu in jugozahodu se potresna nevarnost vidno zmanjšuje. V severnem delu osrednje Slovenije (Ljubljana, Kranj, Kamnik) ter na jugozahodu Slovenije so vrednosti na obeh kartah primerljive. V severovzhodni Sloveniji so večje vrednosti na stari (uradni) karti, v okolici Celja in v osrednjem dinarskem pasu pa so večje vrednosti pospeška tal na novi karti. Največji prirastek pospeška tal na novi karti je v Beli Krajini. Preglednica 1: Metodološke razlike pri izdelavi nove in stare (uradne) karte potresne nevarnosti Slovenije

stara (uradna) - 2001 nova - 2021

Modeli potresnih izvorov Pet različic glajenja pretekle seizmičnosti v katalogu potresov

Glajenje pretekle seizmičnosti, ploskovni izvori in prelomni izvori z ozadjem

Model pojemanja pospeškov z razdaljo

Sabetta – Pugliese (1996); podcenjen razpon pospeškov

Kotha in drugi (2020); nov evropski model pojemanja, regionalizacija, logično drevo

Obravnava nezanesljivosti in variabilnosti

Enolična vrednost parametrov

Modeliranje nezanesljivosti in variabilnosti vseh vplivnih parametrov

Tip magnitude in spodnja meja magnitude pri izračunu potresne nevarnosti

Lokalna magnituda M3,7

Momentna magnituda

M4,3 za ploskovne in točkovne izvore

M5,8 za prelomne izvore

Katalog potresov Kompletnost: 1880, M3,7 in 1690, M5,0

20 let več podatkov o potresih in posodobljen z novimi spoznanji o pretekli seizmičnosti; kompletnost: 1875, M3,8

Računalniški program OHAZ OpenQuake in OHAZ

Slika 7: Razlika v pospešku tal med novo in staro (uradno) karto potresne nevarnosti

Drugi parametri ocene potresne nevarnosti Slovenije

Nova karta potresne nevarnosti je karta vršnega pospeška tal oziroma PGA (ki je enak spektralnemu pospešku pri nihajnem času 0 s). Po obstoječem standardu EC8 se poleg vršnega (projektnega) pospeška tal uporablja tudi elastični spekter pospeškov, ki ima vrh spektra enak 2,5 kratniku vršnega pospeška in predpisano obliko. Lastnosti stavbe (npr. višina) namreč določajo, kateri spektralni pospešek ima največji vpliv na obnašanje stavbe med potresom. Novo oceno potresne nevarnosti Slovenije dopolnjujejo karte spektralnega pospeška za 10 nihajnih časov, da bo gradbena stroka raziskala nova razmerja med spektralnimi pospeški in vršnim pospeškom tal. Povečane vrednosti vršnega pospeška tal zato niso nujno povezane z morebitno podražitvijo gradnje, ampak je potrebno upoštevati tudi spektralne vrednosti. Za izbrane lokacije so izračunani tudi spektri enotne potresne nevarnosti (slika 8).

Slika 8: Izračunani spekter enotne potresne nevarnosti za izbrane lokacije (levo) in predpisana oblika elastičnega spektra pospeška po EC8 (desno). V posodobljenem EC8 bodo na novo opredeljena tudi mejna stanja, kot so zahteva po neporušitvi, zahteva po omejitvi škode, zahteva po funkcionalnosti pomembnih stavb… Za te primere bodo dodatno izračunane karte potresne nevarnosti za predpisane ustrezne povratne dobe. Večja povratna doba se uporablja tudi pri objektih posebnega pomena, npr. bolnišnice, šole. Odvisnost pospeška tal od povratne dobe prikazujejo krivulje potresne nevarnosti, ki so izračunane za izbrane lokacije. Slika 9 prikazuje krivulje potresne nevarnosti za Ljubljano. Fraktilne krivulje odražajo modeliranje nezanesljvosti parametrov v logičnem drevesu.

Slika 9: Krivulja potresne nevarnosti za Ljubljano in fraktili, ki prikazujejo (ne)zanesljivost ocenjevanja

elastični spekter pospeškov po EC8

Nihajni časi TB, TC in

TD

predpisujejo obliko spektra

in označujejo območja konstantnih vrednosti spektralnega pospeška, hitrosti in odmika.

Literatura

Atanackov, J., Jamšek Rupnik, P., Celarc, B., Jež, J., Novak, M., Milanič, B., Markelj, A. 2020. Izdelava seizmotektonskih kart za leto 2020 - Seizmotektonska parametrizacija aktivnih prelomov in potresnih virov Slovenije, 7. del (1/2), rev 0. Geološki zavod Slovenije, 224 str.

Cornell, C.A. (1968). Engineering seismic risk analysis, Bull. Seism. Soc. Am. 58, 1583-1606. Global Earthquake Model (GEM), 2020. The OpenQuake-engine User Manual. OpenQuake

Manual for Engine version 3.10.1. doi: 10.13117/GEM.OPENQUAKE.MAN.ENGINE.3.10.1. Grünthal, G. (ed.): European Macroseismic Scale 1998 (EMS-98). Cahiers du Centre Européen de

Géodynamique et de Séismologie 15, Centre Européen de Géodynamique et de Séismologie, Luxembourg, 99 pp., 1998.

Kotha, S.R., Weatherill, G., Bindi, D. et al. A regionally-adaptable ground-motion model for shallow crustal earthquakes in Europe. Bull Earthquake Eng (2020). https://doi.org/10.1007/s10518-020-00869-1

Lapajne, J., Šket Motnikar, B., Zupančič, P., (2001). Nova karta potresne nevarnosti – projektni pospešek tal namesto intenzitete. Gradbeni vestnik 50, 140-149.

Lapajne, J.K., Šket Motnikar, B., Zupančič, P. (2003), PSHA methodology for distributed seismicity, BSSA, Vol. 93, No. 6, str. 2502-2515.

Reiter, L., 1990. Earthquake Hazard Analysis: Issues and Insights. Columbia University Press. Sabetta, F., Pugliese, A. (1996). Estimation of response spectra and simulation of nonstationary

earthquake ground motions, Bull. Seism. Soc. Am. 86, 337-352. SIST EN 1998-1:2005 - Evrokod 8 - Projektiranje potresnoodpornih konstrukcij - 1. del: Splošna

pravila, potresni vplivi in pravila za stavbe, slovenski standard, Slovenski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2005 - Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings, angl. standard, I.

SIST EN 1998-1:2005/oA101:2005 - Evrokod 8 - Projektiranje potresnoodpornih konstrukcij - 1. del: Splošna pravila, potresni vplivi in pravila za stavbe - Nacionalni dodatek, Slovenski inštitut za standardizacijo, Ljubljana, 2005.

Ur. l. RS, št. 101/2005, Pravilnik o mehanski odpornosti in stabilnosti objektov. Weatherill, G., Kotha, S.R. & Cotton, F. A regionally-adaptable “scaled backbone” ground motion

logic tree for shallow seismicity in Europe: application to the 2020 European seismic hazard model. Bull Earthquake Eng 18, 5087–5117 (2020) https://doi.org/10.1007/s10518-020-00899-9

Zabukovec B. (2000). OHAZ – A computer program for spatially smoothed seismicity approach. V (J. K. Lapajne, ur.): Seismicity modeling in seismic hazard mapping, Workshop proceedings, Ministry of the Environment and Spatial Planning, Geophysical Survey of Slovenia, Ljubljana,

Slovenia, 135-140.

Pri izdelavi nove karte potresne nevarnosti so sodelovali: ARSO: Barbara Šket Motnikar, Polona Zupančič, Mladen Živčić, Martina Čarman, Andrej Gosar GeoZS: Jure Atanackov, Petra Jamšek Rupnik, Bogomir Celarc, Jernej Jež, Matevž Novak, Blaž Milanič, Anže Markelj Strokovnjaki drugih institucij: Gregor Rajh (UL-NTF), Vanja Kastelic (INGV), Laurentiu Danciu (ETH), Roberto Basili (INGV), Michele M. C. Carafa (INGV), Graeme Weatherill (GFZ-Potsdam) MOP – Agencija RS za okolje, Urad za seizmologijo Leto izdelave: 2021