Accélération maximale au sol -Peak ground acceleration
L'accélération maximale du sol ( PGA ) est égale à l'accélération maximale du sol qui s'est produite lors d'un tremblement de terre à un endroit. PGA est égal à l'amplitude de la plus grande accélération absolue enregistrée sur un accélérogramme sur un site lors d'un tremblement de terre particulier. Les secousses sismiques se produisent généralement dans les trois directions. Par conséquent, PGA est souvent divisé en composants horizontaux et verticaux. Les PGA horizontaux sont généralement plus grands que ceux dans la direction verticale, mais ce n'est pas toujours vrai, en particulier à proximité de grands tremblements de terre. Le PGA est un paramètre important (également connu sous le nom de mesure d'intensité) pour l'ingénierie parasismique , Le mouvement du sol sismique de base de conception ( DBEGM) est souvent défini en termes de PGA.
Contrairement aux échelles de magnitude de Richter et de moment , il ne s'agit pas d'une mesure de l' énergie totale (magnitude ou taille) d'un tremblement de terre, mais plutôt de la force avec laquelle la terre tremble à un point géographique donné. L' échelle d'intensité de Mercalli utilise des rapports et des observations personnels pour mesurer l'intensité des tremblements de terre, mais le PGA est mesuré par des instruments, tels que des accélérographes . Elle peut être corrélée aux intensités macrosismiques sur l'échelle de Mercalli mais ces corrélations sont associées à une grande incertitude. Voir aussi échelle sismique .
L'accélération horizontale maximale (PHA) est le type d'accélération du sol le plus couramment utilisé dans les applications d'ingénierie. Il est souvent utilisé dans l'ingénierie parasismique (y compris les codes de construction sismiques ) et il est couramment tracé sur les cartes des risques sismiques . Lors d'un tremblement de terre, les dommages aux bâtiments et aux infrastructures sont plus étroitement liés au mouvement du sol, dont le PGA est une mesure, plutôt qu'à la magnitude du tremblement de terre lui-même. Pour les tremblements de terre modérés, le PGA est un assez bon déterminant des dommages ; dans les tremblements de terre graves, les dommages sont plus souvent corrélés à la vitesse maximale du sol .
Géophysique
L'énergie sismique est dispersée en ondes à partir de l' hypocentre , provoquant un mouvement du sol omnidirectionnel mais généralement modélisé horizontalement (dans deux directions) et verticalement. PGA enregistre l' accélération (taux de changement de vitesse) de ces mouvements, tandis que la vitesse maximale au sol est la plus grande vitesse (taux de mouvement) atteinte par le sol, et le déplacement maximal est la distance parcourue. Ces valeurs varient selon les tremblements de terre et les sites différents au cours d'un événement sismique, en fonction d'un certain nombre de facteurs. Ceux-ci incluent la longueur de la faille, la magnitude, la profondeur du séisme, la distance de l'épicentre, la durée (longueur du cycle de secousse) et la géologie du sol (subsurface). Les séismes peu profonds génèrent des secousses (accélérations) plus fortes que les séismes intermédiaires et profonds, car l'énergie est libérée plus près de la surface.
L' accélération maximale du sol peut être exprimée en fractions de g (l'accélération standard due à la gravité terrestre , équivalente à la force g ) sous forme décimale ou en pourcentage ; en m/s 2 (1 g = 9,81 m/s 2 ); ou en multiples de Gal , où 1 Gal est égal à 0,01 m/s 2 (1 g = 981 Gal).
Le type de sol peut influencer de manière significative l'accélération du sol, de sorte que les valeurs PGA peuvent afficher une variabilité extrême sur des distances de quelques kilomètres, en particulier avec des tremblements de terre modérés à importants. Les différents résultats PGA d'un tremblement de terre peuvent être affichés sur une carte des secousses . En raison des conditions complexes affectant le PGA, les tremblements de terre de magnitude similaire peuvent offrir des résultats disparates, de nombreux tremblements de terre de magnitude modérée générant des valeurs de PGA nettement plus élevées que les tremblements de terre de plus grande magnitude.
Lors d'un tremblement de terre, l'accélération du sol est mesurée dans trois directions : verticalement (V ou UD, pour le haut vers le bas) et deux directions horizontales perpendiculaires (H1 et H2), souvent nord-sud (NS) et est-ouest (EW). L'accélération maximale dans chacune de ces directions est enregistrée, la valeur individuelle la plus élevée étant souvent signalée. Alternativement, une valeur combinée pour une station donnée peut être notée. L'accélération horizontale maximale du sol (PHA ou PHGA) peut être atteinte en sélectionnant l'enregistrement individuel le plus élevé, en prenant la moyenne des deux valeurs ou en calculant une somme vectorielle des deux composantes. Une valeur à trois composantes peut également être atteinte, en tenant également compte de la composante verticale.
En génie sismique, l'accélération maximale effective (EPA, l'accélération maximale du sol à laquelle un bâtiment réagit) est souvent utilisée, qui tend à être ⅔ - ¾ de la PGA.
Risque sismique et ingénierie
L'étude des zones géographiques combinée à une évaluation des tremblements de terre historiques permet aux géologues de déterminer le risque sismique et de créer des cartes de risque sismique , qui montrent les valeurs PGA susceptibles d'être rencontrées dans une région lors d'un tremblement de terre, avec une probabilité de dépassement (PE). Les ingénieurs sismiques et les services de planification gouvernementaux utilisent ces valeurs pour déterminer la charge sismique appropriée pour les bâtiments de chaque zone, les structures clés identifiées (telles que les hôpitaux, les ponts, les centrales électriques) devant survivre au tremblement de terre maximal considéré (MCE).
Les dommages aux bâtiments sont liés à la fois à la vitesse maximale du sol (PGV) et à la durée du tremblement de terre - plus les secousses de haut niveau persistent, plus la probabilité de dommages est grande.
Comparaison de l'intensité instrumentale et ressentie
L'accélération maximale du sol fournit une mesure de l' intensité instrumentale , c'est-à-dire des secousses du sol enregistrées par des instruments sismiques . D'autres échelles d'intensité mesurent l'intensité ressentie , sur la base des rapports de témoins oculaires, des tremblements ressentis et des dommages observés. Il existe une corrélation entre ces échelles, mais pas toujours un accord absolu puisque les expériences et les dommages peuvent être affectés par de nombreux autres facteurs, y compris la qualité de l'ingénierie parasismique.
En général,
- 0,001 g (0,01 m/s 2 ) – perceptible par les personnes
- 0,02 g (0,2 m/s 2 ) – les gens perdent l'équilibre
- 0,50 g (5 m/s 2 ) – très élevé ; des bâtiments bien conçus peuvent survivre si la durée est courte.
Corrélation avec l'échelle de Mercalli
Le United States Geological Survey a développé une échelle d'intensité instrumentale, qui cartographie l'accélération maximale du sol et la vitesse maximale du sol sur une échelle d'intensité similaire à l'échelle ressentie de Mercalli . Ces valeurs sont utilisées pour créer des cartes de secousses par des sismologues du monde entier.
Intensité instrumentale |
Accélération (g) |
Vitesse (cm/s) |
Secousse perçue | Dommages potentiels |
---|---|---|---|---|
je | < 0,000464 | < 0,0215 | Pas ressenti | Aucun |
II–III | 0,000464 – 0,00297 | 0,135 – 1,41 | Faible | Aucun |
IV | 0,00297 – 0,0276 | 1.41 – 4.65 | Lumière | Aucun |
V | 0,0276 – 0,115 | 4.65 – 9.64 | Modéré | Très léger |
VI | 0,115 – 0,215 | 9.64 – 20 | Fort | Lumière |
VII | 0,215 – 0,401 | 20 – 41.4 | Très fort | Modéré |
VII | 0,401 – 0,747 | 41,4 – 85,8 | Sévère | Modéré à lourd |
IX | 0,747 – 1,39 | 85,8 – 178 | Violent | Lourd |
X+ | > 1,39 | > 178 | Extrême | Très lourd |
Autres échelles d'intensité
Dans l'échelle d'intensité sismique à 7 classes de l'Agence météorologique japonaise , l'intensité la plus élevée, Shindo 7, couvre les accélérations supérieures à 4 m/s 2 (0,41 g ).
Risques de danger PGA dans le monde
En Inde , les zones avec des valeurs PGA attendues supérieures à 0,36 g sont classées en "Zone 5" ou "Zone à très haut risque de dommages".
Tremblements de terre notables
Voir également
- Simulation de tremblement de terre
- Échelle d'intensité sismique de l'Agence météorologique japonaise
- Accélération spectrale
Références
Bibliographie
- Murphy, JR; o'brien (1977). "La corrélation de l'amplitude d'accélération maximale du sol avec l'intensité sismique et d'autres paramètres physiques". Bulletin de la Société sismologique d'Amérique . 67 (3): 877–915. Bibcode : 1977BuSSA..67..877M . doi : 10.1785/BSSA0670030877 . S2CID 129134843 .
- Campbell, KW (1997). "Relations empiriques d'atténuation à proximité de la source pour les composants horizontaux et verticaux de l'accélération maximale du sol, de la vitesse maximale du sol et des spectres de réponse d'accélération pseudo-absolue". Lettres de recherche sismologique . 68 : 154–179. doi : 10.1785/gssrl.68.1.154 .
- Campbell, KW; Y. Bozorgnia (2003). "Mise à jour des relations de mouvement du sol (atténuation) à proximité de la source pour les composants horizontaux et verticaux des spectres de réponse d'accélération et d'accélération maximales du sol" (PDF) . Bulletin de la Société sismologique d'Amérique . 93 (1): 314–331. Bibcode : 2003BuSSA..93..314C . doi : 10.1785/0120020029 .
- Wald, DJ ; V. Quitoriano; TH Heaton; H. Kanamori (1999). "Relations entre l'accélération maximale du sol, la vitesse maximale du sol et l'intensité modifiée de Mercalli en Californie". Spectres de tremblement de terre . 15 (3): 557. doi : 10.1193/1.1586058 . S2CID 110698014 .