DOI: https://doi.org/10.3390/su16020599
تاريخ النشر: 2024-01-10
المؤلف: Aydın Büyüksaraç وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
في 6 فبراير 2023، ضرب زلزالان كبيران جنوب تركيا، مما أدى إلى وقوع إصابات واسعة النطاق وأضرار في الممتلكات عبر 11 مدينة. كانت هذه الدراسة تهدف إلى تقييم توزيع شدة الزلزال المرتبطة بالتربة، بغض النظر عن العيوب الهيكلية في المباني، من خلال استخدام مقياس شدة ميركالي المعدل (MMI). طور الباحثون معادلة جديدة بناءً على علاقة تسارع الأرض ذروة MMI (PGA) وقارنوها بعشر معادلات موجودة لحساب شدة الزلزال. أظهرت النتائج أن المعادلة المستمدة حديثًا كانت الأكثر توافقًا مع البيانات الملاحظة من زلازل فبراير، وتم إنشاء خرائط توزيع الشدة بناءً على قيم MMI المحسوبة، مما يدل على تقييم أكثر حساسية وموثوقية لتأثيرات الزلزال.
خلصت الدراسة إلى أنه بينما تتوافق شدة الزلزال عمومًا مع الحجم، فإن التباينات في الشدة عبر مواقع جغرافية مختلفة تتحدى موثوقية مقياس الشدة الموحد. يبرز هذا التباين عدم كفاية معايير التقييم الحالية، التي غالبًا ما تتجاهل تأثير ظروف الأرض على المباني. أكدت الأبحاث أن قياسات توزيع الشدة المستندة إلى حسابات PGA يمكن أن تنتج خرائط أكثر دقة ومعنى من خلال دمج التأثيرات المباشرة للأرض والاعتبارات الهيكلية. كشفت المعادلة المطورة PGA-MMI، التي تم التحقق منها ضد زلازل كهرمان مرعش، أن الشدة القصوى لم تتماشى دائمًا مع المركز، مما يدل على تأثيرات كبيرة على الأرض، لا سيما في مناطق مثل أنطاكيا. بشكل عام، تدعو الدراسة إلى نهج أكثر دقة في تقييم شدة الزلزال يدمج كل من ظروف الأرض وسلامة الهيكل لتعزيز مرونة المباني ضد الأحداث الزلزالية.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على الحاجة الملحة للدراسات حول شدة الزلزال وآثارها، خاصة في ضوء الزلازل المدمرة الأخيرة في مناطق مثل كهرمان مرعش (تركيا) ومراكش (المغرب). يتم تسليط الضوء على الزلازل ككوارث طبيعية كبيرة، حيث يتم تقييم قدرتها التدميرية تاريخيًا من خلال مفهوم الشدة، الذي يحدد آثارها على الناس والهياكل. يظل مقياس شدة ميركالي، الذي طوره جوزيبي ميركالي في عام 1902 وتم تعديله لاحقًا، أداة رئيسية لقياس شدة الزلزال، والتي يتم تمثيلها من خلال مجموعة من القيم من I إلى XII بناءً على الأضرار والآثار الملاحظة.
تناقش الورقة تطور طرق تقييم شدة الزلزال، بما في ذلك تطوير خرائط الشدة التي تعكس توزيع الأضرار عبر المناطق المتأثرة. تشير إلى أهمية تسارع الأرض (PGA) في هذه التقييمات، مما أدى إلى إنشاء خرائط مخاطر الزلازل المحدثة في تركيا التي تتضمن معايير أكثر موضوعية. تهدف الدراسة إلى تقييم موضوعي لتوزيع الشدة بعد الزلازل الكبيرة في 6 فبراير 2023، في تركيا، والتي أدت إلى أضرار واسعة النطاق عبر 11 مدينة. من خلال مقارنة قيم PGA الحالية مع تلك المتوقعة في خرائط المخاطر الموجودة وتحليل توزيعات الشدة، تسعى الأبحاث إلى تعزيز فهم تأثيرات الزلازل وتحسين تقييمات المخاطر المستقبلية، وبالتالي المساهمة في استدامة وسلامة ممارسات البناء في المناطق المعرضة للزلازل.
النتائج
في هذا القسم، يقدم المؤلفون نتائج تحليلهم، مع تسليط الضوء على فعالية المعادلة (2) المستمدة من الرسوم البيانية المقارنة في الأشكال 5 و6، والتي تمثل أفضل توزيع للشدة في منطقة الدراسة. يتم الإشارة إلى توافق هذه المعادلة مع المعادلات التي تم إنشاؤها مسبقًا المدرجة في الجدول 4. تم توضيح خرائط توزيع الشدة التي تم إنشاؤها باستخدام المعادلة (2) للزلازل ذات الأحجام $M_w = 7.7$ و$M_w = 7.6$، التي أثرت على 11 محافظة في 6 فبراير 2023، في الأشكال 8 و9، على التوالي. لوحظت تشابه كبير عند مقارنة هذه الخرائط بتلك المستندة إلى الملاحظات السطحية.
يؤكد المؤلفون أنه بينما غالبًا ما تؤثر التفسيرات الشخصية على تقييمات الشدة المستندة إلى تأثيرات الأرض والهياكل، تظل دقة هذه التقييمات عالية، حتى بالنسبة للزلازل الكبيرة مثل الزلزال في كهرمان مرعش. تشير النتائج إلى أن العوامل المستندة إلى الأرض تساهم بشكل كبير في التوافق بين خرائط الشدة المستمدة من قيم التسارع المسجلة وتلك المستندة إلى الملاحظات السطحية. على الرغم من أن جودة البناء هي عامل حاسم في تقييم الأضرار، إلا أن قيم التسارع المسجلة أشارت بفعالية إلى توزيع الشدة المتوقع، الذي تماشى إلى حد كبير مع أنماط الأضرار الملاحظة. تم تحديد ممارسات البناء غير القياسية كعامل يؤثر على التوافق في النتائج.
المناقشة
أسفرت زلازل كهرمان مرعش في 6 فبراير 2023، التي سجلت أحجامًا قدرها $M_w = 7.7$ و$M_w = 7.6$، عن دمار كارثي عبر تركيا وشمال سوريا، مما أدى إلى أكثر من 55,000 حالة وفاة وأضرار كبيرة لأكثر من 230,000 مبنى. وقعت الزلازل في منطقة صدع الأناضول الشرقي، وهي منطقة تاريخيًا معرضة للنشاط الزلزالي لكنها لم تشهد زلزالًا كبيرًا منذ عام 1513. على الرغم من التباينات في الأحجام المبلغ عنها وعمق البؤر من مصادر AFAD وUSGS، أشار كلاهما إلى شدة قصوى قدرها XI على مقياس شدة ميركالي المعدل (MMI). تسلط الدراسة الضوء على أن شدة الأضرار تفاقمت بسبب نقاط الضعف الهيكلية وتأثيرات التربة، لا سيما ظاهرة الرنين المزدوج، التي تحدث عندما تتماشى الترددات الطبيعية للمباني مع تلك الخاصة بالأرض.
كشفت تحليل بيانات حركة الأرض أن تسارعات الأرض القصوى (PGAs) المسجلة خلال هذه الزلازل كانت أعلى بكثير من تلك المتوقعة من خرائط مخاطر الزلازل الحالية، لا سيما في مناطق مثل غازي عنتاب وهاطاي. تشير النتائج إلى أن الأكواد التصميمية الحالية (TBEC-2018) قد لا تأخذ في الاعتبار المخاطر الزلزالية في هذه المناطق بشكل كافٍ، مما يبرز الحاجة إلى تقييمات محدثة والالتزام بمبادئ التصميم المقاوم للزلازل. تختتم الدراسة بأن الأضرار الواسعة النطاق التي لوحظت كانت نتيجة رئيسية لنقص الهيكل بدلاً من القوى الزلزالية فقط، مما يبرز الأهمية الحاسمة لدمج ممارسات الهندسة القوية في المناطق المعرضة للزلازل.
DOI: https://doi.org/10.3390/su16020599
Publication Date: 2024-01-10
Author(s): Aydın Büyüksaraç et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
On February 6, 2023, two significant earthquakes struck southern Türkiye, leading to extensive casualties and property damage across 11 cities. This study aimed to assess the soil-related intensity distribution, independent of structural defects in buildings, by employing a modified Mercalli intensity (MMI) scale. The researchers developed a new equation based on the MMI-peak ground acceleration (PGA) relationship and compared it with ten existing equations for calculating earthquake intensity. The findings indicated that the newly derived equation was most compatible with the observed data from the February earthquakes, and intensity distribution maps were generated based on the calculated MMI values, demonstrating a more sensitive and reliable assessment of earthquake impacts.
The study concluded that while earthquake intensity generally correlates with magnitude, variations in intensity across different geographical locations challenge the reliability of a standardized intensity scale. This inconsistency highlights the inadequacy of current evaluation criteria, which often overlook the influence of ground conditions on buildings. The research emphasized that intensity distribution measurements based on PGA calculations could yield more accurate and meaningful maps by integrating direct ground effects and structural considerations. The developed PGA-MMI equation, validated against the Kahramanmaraş earthquakes, revealed that maximum intensity did not always align with the epicenter, indicating significant ground-based impacts, particularly in regions like Antakya. Overall, the study advocates for a more nuanced approach to earthquake intensity assessment that incorporates both ground conditions and structural integrity to enhance the resilience of buildings against seismic events.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the critical need for studies on earthquake intensity and its implications, particularly in light of recent devastating earthquakes in regions such as Kahramanmaraş (Türkiye) and Marrakesh (Morocco). Earthquakes are highlighted as significant natural disasters, with their destructive potential assessed historically through the concept of intensity, which quantifies the effects on people and structures. The Mercalli intensity scale, developed by Giuseppe Mercalli in 1902 and later modified, remains a key tool for measuring earthquake intensity, which is represented through a range of values from I to XII based on observed damage and effects.
The paper discusses the evolution of earthquake intensity assessment methods, including the development of intensity maps that reflect the distribution of damage across affected areas. It notes the importance of ground acceleration (PGA) in these assessments, leading to the creation of updated earthquake hazard maps in Türkiye that incorporate more objective criteria. The study aims to objectively evaluate the intensity distribution following the significant earthquakes on February 6, 2023, in Türkiye, which resulted in extensive damage across 11 cities. By comparing current PGA values with those predicted in existing hazard maps and analyzing intensity distributions, the research seeks to enhance the understanding of earthquake impacts and improve future risk assessments, thereby contributing to the sustainability and safety of building practices in earthquake-prone regions.
Results
In this section, the authors present the results of their analysis, highlighting the effectiveness of Equation (2) derived from comparative graphs in Figures 5 and 6, which best represents the intensity distribution in the study area. The compatibility of this equation with previously established equations listed in Table 4 is noted. Intensity distribution maps generated using Equation (2) for the earthquakes of magnitudes $M_w = 7.7$ and $M_w = 7.6$, affecting 11 provinces on February 6, 2023, are illustrated in Figures 8 and 9, respectively. A significant similarity is observed when these maps are compared to those based on surface observations.
The authors emphasize that while personal interpretations often inform intensity assessments based on ground and structural effects, the precision of these evaluations remains high, even for large-scale earthquakes like the one in Kahramanmaraş. The findings suggest that ground-based factors significantly contribute to the compatibility between the intensity maps derived from recorded acceleration values and those based on surface observations. Although construction quality is a critical factor in damage assessment, the recorded acceleration values effectively indicated the expected intensity distribution, which largely aligned with the observed damage patterns. Non-standard construction practices were identified as a factor influencing compatibility in the results.
Discussion
The Kahramanmaraş earthquakes on February 6, 2023, which registered magnitudes of $M_w = 7.7$ and $M_w = 7.6$, resulted in catastrophic destruction across Türkiye and northern Syria, leading to over 55,000 fatalities and significant damage to more than 230,000 buildings. The earthquakes occurred on the Eastern Anatolian Fault Zone, an area historically prone to seismic activity but which had not experienced a major quake since 1513. Despite discrepancies in the reported magnitudes and focal depths from the AFAD and USGS sources, both indicated a maximum intensity of XI on the Modified Mercalli Intensity (MMI) scale. The study highlights that the severity of damage was exacerbated by structural vulnerabilities and soil-related effects, particularly the double-resonance phenomenon, which occurs when the natural frequencies of buildings align with those of the ground.
The analysis of ground motion data revealed that the peak ground accelerations (PGAs) recorded during these earthquakes were significantly higher than those predicted by existing earthquake hazard maps, particularly in regions like Gaziantep and Hatay. The findings suggest that the current design codes (TBEC-2018) may not adequately account for the seismic risks in these areas, emphasizing the need for updated assessments and adherence to earthquake-resistant design principles. The study concludes that the extensive damage observed was primarily due to structural deficiencies rather than solely the seismic forces, underscoring the critical importance of integrating robust engineering practices in earthquake-prone regions.