פוטנציאל ההתנזלות בדרום שפלת החוף - חבל עזה

פוטנציאל ההתנזלות פוטנציאל ההתנזלות בדרום שפלת החוף - בדרום שפלת החוף -

חבל עזה.חבל עזה., פרופ' חיים (1), פרופ' יוסי חצור (1)ויינשטיין איליה

(2)גבירצמן המחלקה למדעי הגיאולוגיה והסביבה, . 1

אוניברסיטת בן גוריון בנגב, באר שבע 84105.

המכון למדעי כדה"א, האוניברסיטה . 2.91904העברית, גבעת רם, ירושלים,

המחקר מומן ע"י משרד הביטחון )מפא"ת(

אזור המחקר

אפיצנטראפשרי

לבדוק את פוטנציאל ההתנזלות בדרום שפלת החוף – חבל עזה כתוצאה מרעידת אדמה חזקה בחלקו הצפוני של סגמנט הערבה של

טרנספורם ים המלח

מטרת מטרת המחקרהמחקר

אזור זה מיוצג ע"י אתר כרם

שלום

רקע תיאורטירקע תיאורטי

תיאור תופעת תיאור תופעת ההתנזלותההתנזלות

התנזלות היא תופעה בה* חוזק וקשיחות של קרקע רוויה פוחתים עקב העמסה דינמית מהירה. ההעמסה גורמת להגדלת לחץ מי

נקבים ולחץ זה במקרה הקיצוני יכול לנתק מגע בין גרגרי החול ובכך לאפס את חוזקו לגזירה.

Turkey,1999

Kocaeli, 1999

Turkey, 1999 Venezuela, 1967

Niigata, 1967

דוגמאות לנזקי דוגמאות לנזקי ההתנזלות:ההתנזלות:

זיהוי קרקעות בעלות פוטנציאל זיהוי קרקעות בעלות פוטנציאל התנזלותהתנזלות

זיהוי ראשוני של קרקעות בעלות פוטנציאל ההתנזלות מבוססת על התפלגות גודל הגרגר של קרקע .

גבולות להגדרת קרקע בעלת פוטנציאל ההתנזלות לפי Tsuchida ,1970

גבולות להגדרת קרקע בעלת פוטנציאל ההתנזלות לפי

Das ,1993

מקובל להגדיר את פוטנציאל ההתנזלות כמותית באמצעות יחס המאמצים ששורר בקרקע בזמן רעידת אדמה. במצב זה מגדירים

- זהו היחס בין (C.S.R - Cyclic Stress Ratio)יחס מאמצים מחזורי 1.שני פרמטרים: בקרקע בעומק כלשהו למאמץ אנכי אפקטיבי hמאמץ גזירה

בזמן העמסה מחזורית.

'...

o

hRSC

- זהו יחס (C.R.R - Cyclic Resistance Ratio)יחס התנגדות מחזורי 2.מאמצים מכסימלי בו לא תתפתח התנזלות בקרקע בתנאי

העמסה מחזורית.

'...

o

RRC

ומקדם הביטחון CRR< CSRהתנזלות תתרחש כאשר להתנזלות מוגדר כ:

...

.....

RSC

RRCSF

הגדרה כמותית של פוטנציאל הגדרה כמותית של פוטנציאל ההתנזלותההתנזלות

מאמץ גזירה בבסיס פלח קרקע קשיח

מסת עמודת הקרקע

תאוצה

הגדרת הגדרת C.S.RC.S.R

בשתי שיטות:CSRמקובל להגדיר את

אנליזת מעבר גלי גזירה דרך שכבות 1.הקרקע )לדוגמה, באמצעות תוכנת

SHAKE .)שיטה מפושטת של 2.

Seed&Idriss,1971

g

raRSC

o

do

o

avsoil '

65.0

'.. max.

C.R.RC.R.Rהגדרת הגדרת

בשתי שיטות:CRRמקובל להגדיר את

הגדרה באמצעות בדיקות גזירה מחזוריות. 1.

קורלציות אמפיריות בין מקרי התנזלות ואי התנזלות לבדיקות 2.In-Situ.שונות

קרקע "קשיחה"

קרקע אמיתית

rdמקדם הפחתה מבטא התנהגות "לא קשיחה" של

קרקע אמיתית

בדיקת החדרה תקנית - בדיקת החדרה תקנית - SPTSPT

( של פטיש סטנדרטי, N זאת מודדת מספר הקשות )In-Situבדיקת ס"מ לתוך הקרקע 30אשר נדרשות להדרת כף דגימה תקני

שבתחתית בור הקידוח. לפי קריטריונים שונים:SPTמקובל לנרמל ערכי

N1 .מספר הקשות מנורמל ללחץ השכבות -

N1,60 מספר הקשות מנורמל ללחץ השכבות ולפטיש בעל יעילות -60% .N1,60cs.כמו קודם, אך גם אקוויוולנטי לחול נקי -

פטיש

כף דגימה -20

-16

-12

-8

-4

0

0 10 20 30 40 50 60 70

N

De

pth

,m

N N1 N1,60 N1,60cs

SPTנרמול ערכי

2קידוח מס'

Seed et al., 1984

הרחבת בסיס עדכונים:הנתונים והתחשבות באחוז

דקים בקרקע

עבור חול נקי

Seed&Idriss, 1982

SPTSPT לפי לפי CRRCRRהערכת הערכת מבוססת על בניית בסיס נתונים של SPT באמצעות בדיקת CRRהגדרת

מקרי התנזלות ששרר במקומות אלו CSRואי-התנזלות ברעידות אדמה שונות, הערכת

הקו שמפריד בין התנזלות . SPTבזמן הרעידה וקביעת ערכי .CRRלאי-התנזלות הוא הקו של

מקרי התנזלו

ת

מקרי אי - התנזלות

ו ק

CR

R

Seed et al., 2002

הרחבת בסיס עדכונים :הנתונים, בסיס סטטיסטי

CRRלבניית קווי

אפיון חתך אפיון חתך הקרקע באזור הקרקע באזור

המחקרהמחקר

Borehole 1

Borehole 2

Borehole 3

Borehole 4

Borehole 5

Borehole 6

0 m 1 0 0 m 2 0 0 m 3 0 0 m

פריסה מרחבית של הקידוחים באזור המחקרפריסה מרחבית של הקידוחים באזור המחקר

קידוחים, כל אחד 6אזור המחקר אופיין ע"י מטר.20בעומק

מיון גיאומכני של חתך קרקע באזור כרם שלוםמיון גיאומכני של חתך קרקע באזור כרם שלום

(, חול טיני SM(, חול טיני )SC(, חול חרסיתי )CLסוגי קרקע: חרסית רזה )(SM-SPמדורג חסר )

קידוח מס' 1

קידוח מס' 2

קידוח מס' 3

קידוח מס' 4

קידוח מס' 5

קידוח מס' 6

חול חרסיתי

טיניחול

חול נקי

חרסית רזה

פריסה מרחבית של סוגי הקרקע באזור המחקרפריסה מרחבית של סוגי הקרקע באזור המחקר

תוצאותתוצאות

Eilat EARTHQUAKE, 22/11/95 - Component: N; Measured on 50 m fill

Acc

eler

atio

n(g

's)

Time (sec)

-0.02

-0.04

-0.06

-0.08

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0 10 20 30 40 50 60

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 20 40 60 80 100 120

,kPa

Dep

th,m

מאמץ גזירה בתחתית הפלח הקשיח מאמץ גזירה בתחתית הפלח שאינו קשיח

(max)r

(max)d

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

rd

Dep

th,m

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

rd

Dep

th,m

This Study Seed&Idriss,1971 Idriss,1999

עבור אזור עבור אזור rrddפיתוח קורלציה ל – פיתוח קורלציה ל – המחקר:המחקר:

)כפי שנקלט באילת 1995הזנת רקורד של רעידת האדמה נוייבה , 1. מטר מילוי( בסיס החתך של אזור המחקר וביצוע אנליזת 50על

. SHAKEמעבר גל גזירה דרך שכבות הקרקע באמצעות תוכנת מאנליזה זאת בעומקים שונים וחישוב max,dקבלת מאמץ גזירה 2.

אילו עמודת הקרקע הייתה קשיחה )באמצעות max,rמאמץ גזירה amax.)ומשקל עמודת הקרקע

, בכל עומק max,rל- max,d, שהוא היחס בין rdהערכת מקדם הפחתה 3.ועומק לאורך החתך ובניית קורלציה תלוית עומק.

זיהוי ראשוני של קרקעות בעלות פוטנציאל התנזלותזיהוי ראשוני של קרקעות בעלות פוטנציאל התנזלות

0

20

40

60

80

100

0.001 0.01 0.1 1 10

Grain size, mm

Pe

rce

nt

fin

er

by

we

igh

t, %

Most liquefiable soil

Potentially liquefiable soilTsuchida ,1970לפי

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10

Grain size, mm

Pe

rce

nt

fin

er

by

we

igh

t, %

Most liquefiable soil

0.075mm

0.2mm

Das ,1993לפי

נמצא חלקו הצפוני של 7.5מוקד הרעידה האפשרית במגניטודה 1.סגמנט הערבה של טרנספורם ים המלח.

מפלס מי תהום נמצא על פני הקרקע.2.

, Seed&Idriss, 1971 מחושבים לפי השיטה המפושטת של CSRערכי 3.כאשר הערכת תאוצת קרקע מרבית מבוצעת באמצעות משוואת

.Idriss,1991 ו- Boore et al.,1997ניחות של

מחושבים לפי קורלציות אמפיריות עם בדיקת החדרה CRRערכי 4. ולפי תוצאות בדיקות גזירה מרחבית מחזורית של (SPT)תקנית

Frydman et al., 1980 -ו Seed&Idriss, 1971.

הנחות עבודה:

amax

Boore et al.,1997

amax

Idriss, 1991

מרחק אפיצנטרלי

משוער

אתר

0.0690g 0.186g ~100km כרם שלום

הערכה כמותית של פוטנציאל הערכה כמותית של פוטנציאל ההתנזלותההתנזלות

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

Youd & Idriss, 1997

Idriss& Boulanger,2004

Seed et al.,2002

Law et al., 1990

Lab. Test(Seed&Idriss,1971)

Lab. Test (Frydman etal.,1980)

קידוח מס' 1 קידוח מס' 2 קידוח מס' 3

קידוח מס' 4 קידוח מס' 6

הערכה כמותית של פוטנציאל ההתנזלות - הערכה כמותית של פוטנציאל ההתנזלות - כרם שלוםכרם שלום

.Boore et al.,1997: ≈ 100km, amax=0.0690g Rמשוואת ניחות

תתנזלו

ה

תתנזלו

ה

תתנזלו

ה

תתנזלו

ה

תתנזלו

ה

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 1 2 3 4 5F.S.

Dep

th,m

Youd & Idriss, 1997

Idriss& Boulanger,2004

Seed et al.,2002

Law et al., 1990

Lab. Test(Seed&Idriss,1971)

Lab. Test (Frydman etal.,1980)

קידוח מס' 1 קידוח מס' 2 קידוח מס' 3

קידוח מס' 4 קידוח מס' 6

הערכה כמותית של פוטנציאל ההתנזלות - הערכה כמותית של פוטנציאל ההתנזלות - כרם שלוםכרם שלום

.Idriss,1991: ≈ 100km, amax=0.186g Rמשוואת ניחות

תתנזלו

ה

תתנזלו

ה

תתנזלו

ה

תתנזלו

ה

תתנזלו

ה

1

10

100

7 9 11 13 15 17 19

N1,60cs (Youd&Idriss,1997)

r,km

7 8 9 10 11 12 13 14 15

N1,60cs (Seed et al.,2002)

M = 6 (CRR:Youd&Idriss,1997) M = 6.5 (CRR:Youd&Idriss,1997) M = 7 (CRR:Youd&Idriss,1997)

M = 7.5 (CRR:Youd&Idriss,1997) M = 6.5 (CRR:Seed et al.,2002) M = 7 (CRR:Seed et al.,2002)

M = 7.5 (CRR:Seed et al.,2002)

d =1.7 2.0 m

מקור אחר לרעידת אדמה.מקור אחר לרעידת אדמה.

במחקר זה נבנו תרשימי מתאם, עבור אזור המחקר, אשר מקשרים של קרקע חולית למרחק המכסימלי עד האפיצנטר N1,60csבין ערכי

של הרעידה שתגרום להתנזלות בעומקים שונים.

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 10 20 30 40 50 60 70

N

De

pth

,m

N N1 N1,60 N1,60cs

N1,60cs = 19

M=7.5, Rmax= 35km

M=7.0, Rmax= 18km

M=6.5, Rmax= 9km

1

10

100

7 9 11 13 15 17 19

N1,60cs (Youd&Idriss,1997)

r,km

7 8 9 10 11 12 13 14 15

N1,60cs (Seed et al.,2002)

M = 6 (CRR:Youd&Idriss,1997) M = 6.5 (CRR:Youd&Idriss,1997) M = 7 (CRR:Youd&Idriss,1997)

M = 7.5 (CRR:Youd&Idriss,1997) M = 6.5 (CRR:Seed et al.,2002) M = 7 (CRR:Seed et al.,2002)

M = 7.5 (CRR:Seed et al.,2002)

d =1.7 2.0 m

Mmax=5.5

(1/600 (שנה

Mmax=6.0

(1/280 (שנה

Mmax=5.5

(1/450 (שנה

Mmax=7.5

(1/3800 (שנה

M R,km

5.5 7.5

6.0 16.5

7.5 100

M=7.5

M=6.0

M=5.5

אזור המחקר - מקור אחר לרעידת אדמה.אזור המחקר - מקור אחר לרעידת אדמה.

אשדוד

?

לפי רוב שיטות החיזוי שנבדקו ישנה חשיבות רבה להערכת יחס 1.המאמצים שמתפתח בעומק בזמן רעידת אדמה. השיטה המפושטת של

Seed and Idriss, 1971 מעשית יותר ותלויה בעיקר בתאוצת קרקע מכסימלית שמתפתחת בפני השטח ולכן יש לה חשיבות בניתוח

פוטנציאל ההתנזלות.לפי רוב שיטות החיזוי לא צפויה ההתנזלות בחתך החולי של אזור 2.

המחקר כאשר מוקד הרעידה בסגמנט הערבה של טרנספורם ים . גם רעידות Boore et al., 1997המלח, בהתבסס על משוואת הניחות של

אדמה מאזורים סייסמים אחרים, קרובים יותר לאזור המחקר, לא יגרמו התנזלות, פרט אולי לחלקו הצפוני של חבל עזה.

שיטות החיזוי האמפיריות, והמבוססות על בדיקות גזירה מעבדתיות 3.נותנות מקדמי בטחון די קרובים בעומקים זהים ולעיתים קרובות אף ישנה חפיפה בין השיטות האלו מה שמרמז על אמינותן של השיטות האמפיריות אשר ברובן מתבססות על בדיקות שדה פשוטות, זולות

ומהירות.תופעת ההתנזלות הינה אחת התופעות המסוכנת שעלולות להתרחש 4.

בזמן רעידת האדמה ויש להקדיש לה התייחסות ראויה בתכנון המבנים והמתקנים.

סיכום.סיכום.

תודה תודה רבה !רבה !