Új utak a földtudományban; Óriásvárosok, 2010. december 15. Budapest földrengés- veszélyeztetettsége Győri E., Mónus P., Tóth L., Bus Z., MTA GGKI, Szeizmológiai Főosztály Bevezetés Magyarország szeizmicitása közepes, kisebb károkat okozó földrengések közelítőleg 20 évente, jelentősebb károkat okozó, 5 6 magnitúdójú rengések kb. 50 évente előfordulnak. Az utolsó nagyobb (M=4,9) földrengés 25 éve, 1985-ben, Berhidán keletkezett. Közben a társadalom sebezhetősége a kedvezőtlen adottságú területek beépítésével, az infrastruktúra fejlődésével fokozatosan nő a földrengésekkel szemben. Különösen igaz ez a nagyvárosokra, így Budapestre is. A földrengéseknek ellenálló épületek tervezésével, a megfelelő felkészüléssel a kockázat csökkenthető.
A Pannon medence szeizmicitása Szeizmicitás Szeizmicitás Budapest környezetében Szeizmicitás Közepes szeizmicitás: 466 földrengésről tudunk Budapest 50 km-es körzetében 25 rengés okozott károkat (I 0 > 5 ) Legnagyobb földrengés: 1956. január 12., Dunaharaszti (ML=5.6, I 0 = 8) A terület aktív jelenleg is. (Gyömrő, 2006. december 31., ML=4.1, I 0 = 6)
A dunaharaszti földrengés országos intenzitás eloszlása Dunaharaszti földrengés, Szeizmicitás 1956. 1956. január 12.; M=5.6; I 0 =8 Dunaharaszti földrengés, 1956. Épületkárok Dunaharasztiban A földrengés során 3500 épületből 3144 károsodott. A megfelelően elkészített és alapozott épületek csak kisebb károkat szenvedtek. Az épületek nagy részét kitevő vályog és vert falú házak viszont súlyosan megrongálódtak.
Károk az Károk epicentrális az epicentrális területen területen Dunaharaszti földrengés, 1956. Több helyen a mennyezet leszakadt, a temetőkben a sírkövek ledőltek vagy elfordultak. Dunaharaszti földrengés, 1956. Talajfolyósodás előfordulások az epicentrális területen Iszapvulkánok a taksonyi Liget csárda mögötti területen Homokkilövellések nyomai egy eliszaposodott kútnál (Dunaharaszti, Duna u. 2.
Károk Budapest belterületén (Simon, 1956; Szeidovitz, 1992) Dunaharaszti földrengés, 1956. Több, mint 1200 bejelentés, de a kerületek túlnyomó részében nem haladta meg az 50-et Az épületek kevesebb, mint 1 %-a sérült. A rengés intenzitása sehol nem haladta meg a 8-as intenzitás értéket. A károk É felé haladva, az epicentrumtól távolodva csökkentek. A földrengés Budapesten belül a legnagyobb károkat Soroksáron okozta, míg a közel azonos epicentrális távolságra található Csepelen a jelentések csak kisebb sérülésekről tesznek említést. A budai oldalon átlagosan kisebb károk keletkeztek, az erősebben károsodott területek főleg a pesti oldalon voltak találhatók. Az adatok értékelésénél óvatosan kell eljárni: Nehezen vehető figyelembe az épületek állaga és építési módja. Az adatok hiánya nem okvetlenül a károk, hanem a beépítettség hiányát is jelenthetik. Intenzitás eloszlás Budapest belterületén (Simon, 1956) Dunaharaszti földrengés, 1956. 1 2 3 4 5
Dunaharaszti földrengés, 1956. 1 2 3 4 5 A tapasztalt intenzitások eltérése az adott távolságra számított átlagos intenzitás értéktől Dunaharaszti földrengés, 1956. Az átlagosnál erősebben károsodott területek I. 1. Hűvösvölgy Negyedidőszaki üledékekkel feltöltött elnyúlt völgy (Laza üledék + laterális fókuszáló hatás) (Az agglomeráció földtani térképén, MÁFI) 2. Angyalföld Alacsony teherbírású képződmények magas talajvízszinttel. (Budapest építésalkalmassági térképén, MÁFI) 3. Külső Erzsébetváros (A Városliget és a Keleti pályaudvar között) Alacsony teherbírású képződmények magas talajvízszinttel. (Budapest építésalkalmassági térképén, MÁFI)
Dunaharaszti földrengés, 1956. Az átlagosnál erősebben károsodott területek II. 4. Ferencváros 5. Kispest Nagyobb vastagságú kvarter üledékek és gyenge minőségű épületállomány (A negyedidőszaki képződmények vastagság térképén, FTV, MÁFI, 1977) Földrengés-veszélyeztetettség 50 év, 10 % meghaladási valószínűség (1/475 év gyakoriság) Budapest veszélyeztetettsége kissé magasabb az országos átlagnál. (Tóth et al. 2006)
Maximális horizontális gyorsulások (PGA) Budapest környezetében Földrengés-veszélyeztetettség General characterization A veszélyeztetettség mértéke DK felé haladva enyhén nő A PGA értékei 0,11g és 0,13g között változnak. A számított értékek alapkőzetre érvényesek (Eurocode 8: A kőzettípus) A helyi talajviszonyok nagymértékben módosíthatják a gyorsulásokat Földrengés-veszélyeztetettség Mikrozonáció A keletkezett károkat módosító helyi geológiai körülmények: Laza, kis sebességű felszíni üledékek A talaj és a szerkezetek rezonanciafrekvenciájának egybeesése Talajfolyósodás Talajvízszint Mesterséges feltöltések Felszínmozgásra hajlamos területek Felszín alatti laterális inhomogenitások Domborzat ( + Gyenge minőségű épületek ) MIKROZONÁCIÓ: A szeizmikus veszélyeztetettségnek a helyi geológiai viszonyok hatását is magában foglaló, lokális feltérképezése
Budapest geomorfológiája és földtani felépítése Mikrozonáció Változatos geológiai felépítés: A Duna jobb és bal partja alapvetően különbözik egymástól. Jobb part: Pilis és a Budaihegység idősebb, triász és miocén képződményei a felszínen. Bal part: nagyrészt a Pesti síkság holocén folyóvízi, keleten a Gödöllői-dombság pleisztocén löszös üledékei borítják. Mikrozonáció Előzmények: Budapest földrengésveszélyeztetettsége Bisztricsány és Szeidovitz (1980) Intenzitásnövekedés megadása a gránithoz, mint alapkőzethez viszonyítva (Medvegyev módszer) Jelenlegi tervezési gyakorlatban inkább a gyorsulások használata került előtérbe Intensity increase on MSK scale 1 degree 2 degree 3 degree
Módszer Alkalmazott módszer A módszer a Magyarországon érvényes Eurocode 8 (MSZ EN 1998 1:2008) földrengésbiztonsági szabványon alapul 5 szabványos és 2 speciális altalaj kategória definiálása a felső 30 m S hullám sebességének átlaga alapján. Minden szabványos kategóriához rendel egy S altalaj tényezőt, amellyel meg kell szorozni az alapkőzetre számított maximális gyorsulást (a gr ) ahhoz, hogy megkapjuk az adott talajtípusra vonatkozó gyorsulást (S*a gr ). ( γ I =1 mellett) A maximális gyorsuláson kívül fontos a spektrum alak figyelembe vétele. Önmagában a csúcsgyorsulás nem elég a várható károk jellemzésére Az Eurocode szabvány altalaj típusai Módszer Altalaj típus Leírás V s,30 (m/s) N SPT (ütés/30cm) c u (kpa) A Olyan kőzet, vagy egyéb képződmény, amelynek legfeljebb 5 m vastagságú lazább fedője van. > 800 B Olyan nagy tömörségű homokból, kavicsból vagy erősen konszolidált agyagból álló szilárd üledék, amely néhányszor 10 m vastag, a mélységgel fokozatosan egyre kedvezőbb mechanikai paraméterekkel jellemezhető. 360-800 > 50 > 250 C Vastag, tömör, közepesen tömör homokból, kavicsból, vagy közepesen szilárd agyagból álló üledék, amelynek vastagsága néhányszor 10 m-től több száz méterig terjedhet. 180-360 15-50 70-250 D Közepes és laza állapotú kohéziómentes anyagból álló (esetleg néhány gyengén kohéziós réteget tartalmazó) üledék, vagy döntően lágy, illetve közepesen szilárd kohéziós talajokból álló üledékek. < 180 < 15 < 70 E Olyan rétegsor, amely 5-20 m közötti vastagságú C vagy D típusba tartozóhoz hasonló V s sebességgel jellemezhető fedőből és az A kategóriába tartozó feküből áll - S 1 Nagy plaszticitású (PI>40), legalább 10 m vastag réteget tartalmazó, vagy teljesen abból álló nagy víztartalmú üledék < 100 _ 10-20 S 2 Folyásra hajlamos talajok, agyagok, és bármely a fentiekbe nem sorolható egyéb rétegsor
Az EC8 altalaj típusaihoz rendelt talajtényezők és válaszspektrumok I. típusú spektrum Módszer Talaj típusa A B C D E S 1,0 1,2 1,15 1,35 1,4 v S30 térképezés: ELGI (2001-) Talajkategória térkép Zugló (Tildy et al. 2006) Pestszentlőrinc (Tildy et al. 2003) Józsefváros (folyamatban)
Talajkategória térkép Talajkategória térkép előállítása az EUROCODE 8 altalaj típusai alapján Hibrid módszer különböző információk felhasználásával: 1. Geológiai információk Budapest és az agglomeráció mérnökgeofizikai térképsorozatai (MÁFI, 1977 2001) 2. Geofizikai mérésekből nyert adatok ELGI v S30 térképezés (Tildy et al., 2003 ) Súlyejtéses sebességmérések közel 600 pontban (GGKI, 1978 80) Szeizmikus mérésekből nyert sebesség adatok (Geomega, 2008) Mikroszeizmikus zajmérések közel 50 pontban 3. Topográfiai gradiensből számított v S30 térkép Mikroszeizmikus zajmérések Talajkategória térkép Mikroszeizmikus zajmérések helyszínei az előzetesen E kategóriásnak ítélt területeken. Rezonanciafrekvenciák meghatározása Nakamura H/V módszerével Kőbánya, Liget tér
Talajkategória térkép Budapest topográfiai gradiensekből számított v S30 térképe (Módszer: Allen and Wald, 2009) Alapelv: a lejtőszög korrelációban van a kőzet szilárdságával és így a benne terjedő hullámok sebességével. A topográfiai gradiens számítása 9 ívmásodperces SRTM adatokból történt. Előny: a módszer alkalmas nagyobb területek gyors feltérképezésére. Hátrány: helyenként alul-, míg máshol túlbecsüli a sebességeket (Tétényi-fennsík, ill. a lösszel borított területek) Talajkategória térkép az Eurocode 8 szabvány altalaj típusai alapján A: Triász, eocén, miocén mészkövek, miocén vulkáni képződmények, pleisztocén édesvízi mészkő a Pilis és a Budai-hegység magasan felvő részein, a Tétényi Fennsík és Kőbánya B: Eocén képződmények, Budai Márga, Kiscelli Agyag, oligocénmiocén üledékes képződmények C: Budapest legnagyobb kiterjedésű területei; a holocén és pleisztocén üledékek nagy része D: Nagyon fiatal, iszapos, agyagos üledékek, öntésiszapok, tőzeges talajok az ártereken, patakmedrekben, lefolyástalan, mocsaras területeken E: a Budai hegység, Újpest, Kőbánya, Pesterzsébet és a Csepel-sziget kisebb területei
Az egyes altalaj kategóri riákhoz tartozó szorzók és s a megfelelő spektrum alakok Eurocode 8 I. típusú spektrum A talajkategóriákon alapuló, módosított PGA térkép A terület nagy részén a kőzetkibúvások területeit kivéve a gyorsulás nő. Értéke 0.11g és 0.18g között változik. A legnagyobb gyorsulásértékek főként Budapest DK-i részének kedvezőtlen altalajú területein várhatók. A térkép kizárólag a v S30 értékeken alapul, nem vesz figyelembe egyéb módosító tényezőket.
A legnagyobb épületkárok Dunaharasztiban Dunaharaszti földrengés, 1956. 1992. Mérnökgeofizikai szondázások Dunaharaszti belterületén (Fejes és Nemesi, 1993): Egyértelmű kapcsolatot a károsodás mértéke és a földtani felépítés között nem sikerült bizonyítani. Korreláció egyedül a talajvízszint mélységével látható. Legnagyobb épületkárok területei (Szeidovitz, 1992) Átlagos talajvízszint (MÁFI, 2001) Veszélyeztetettséget növelő tényezők I. Magas talajvízszint Ok: Magas pórusvíznyomás szilárdságot csökkentő hatása Szélsőséges esetekben a laza, szemcsés talajok folyósodása Az 5 m-nél kisebb talajvíz mélységek az agglomeráció vízföldtani térképe alapján (MÁFI, 2001)
Veszélyeztetettséget növelő tényezők II. Mesterséges feltöltések Felszínmozgásos területek Budapest építésalkalmassági térképe alapján (MÁFI, 1998) Összefoglalás A helyi geológia jelentősen módosítja a földrengések során keletkezett károkat. Budapest helyi talajviszonyok módosító hatását is figyelembe vevő veszélyeztetettség térképét az Eurocode 8 altalaj kategóriáira alapozva, az I. típusú válaszspektrumra megadott talajtényezők felhasználásával készítettük el. Eszerint 1/475 év valószínűségi szinten a felszíni maximális horizontális gyorsulás a területen 0,11g és 0,18g között várható. Az elkészített térkép egy általános képet ad Budapest földrengésveszélyeztetettségéről. Mivel nagyrészt térképi információk felhasználásával készült, helyenként hibákat tartalmazhat. Nem helyettesíti a v S30 értékek pontosabb, mérésekkel történő meghatározását.
Köszönöm a figyelmet!