SÍSMICA 99. Contribuição para a avaliação do risco sísmico: Aplicação à cidade de Faro.

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1 Contribuição para a avaliação o risco sísmico: Aplicação à ciae e Faro. SÍSMICA 99 4º Encontro Nacional sobre Sismologia e Engenharia Sísmica 2 éme Rencontre en Génie Parasismique es Pays Méiterranéens. Faro: Escola Superior e Tecnologia, UAlg. p

2 Risco Sísmico 93 João M.C. Estêvão Assistente EST - UAlg C.S. Oliveira Prof. Caterático DECivil - IST Contribuição para a avaliação o risco sísmico Aplicação à ciae e Faro Resumo O programa SRAPOR permite a realização e rápias avaliações e risco sísmico e aglomeraos habitacionais. A presente versão é constituía por uma base e aos e sismos, por um sistema simplificao e informação geográfica e por um móulo e avaliação a casualiae sísmica. A aplicação o programa é ilustraa com a análise a casualiae sísmica a ciae e Faro. Abstract SRAPOR is a computer program for seismic risk assessment. This version is built in with an earthquake atabase, a simple geographic information system an a seismic hazar analysis moule. As an example, we use the program for the evaluation of the seismic hazar of Faro.

3 94 SISMICA 99 INTRODUÇÃO O impacto negativo, económico e social, que a ocorrência e sismos tem sobre os aglomeraos habitacionais, tem levao ao esenvolvimento generalizao e novas ferramentas e análise o risco sísmico, nomeaamente recorreno às novas tecnologias, que permitam interligar toa a informação isponível. Nesse contexto, iniciou-se o esenvolvimento e um programa [1], estinao a computaores pessoais, em ambiente Winows, esignao por SRAPOR (Seismic Risk Assessment - PORtugal), que permite a realização e estuos sobre o impacto os sismos nas construções existentes e que poerá vir a contribuir para a mitigação o risco sísmico. O programa consiste num sistema integrao e avaliação o risco sísmico, esenvolvio em Object Pascal, e é composto pelos seguintes móulos: 1. Base e aos; 2. Sistema e informação geográfica; 3. Móulo e análise a casualiae sísmica; 4. Móulo e análise a vulnerabiliae sísmica (em esenvolvimento). Em virtue a complexiae e morosiae, envolveno os estuos sobre o risco sísmico, o objectivo o programa é possibilitar o tratamento e correlação e granes quantiaes e aos, com grane rapiez e faciliae, ao que são facultaos ao utilizaor interfaces e comunicação muito simples. Estas características o programa permitem a realização e múltiplas análises e casualiae sísmica, com variação e iversos parâmetros e com um mínimo e esforço e tempo ispenio na obtenção os resultaos. BASE DE DADOS A base e aos contém informação sobre os eventos sísmicos, ocorrios na região que envolve Portugal Continental, e sobre a geologia, os eifícios e a ree viária os aglomeraos habitacionais. No presente momento, só estão introuzios os eventos sísmicos corresponentes ao catálogo sísmico compilao por Sousa et al. [2], e que é constituío por sismos registaos e por sismos históricos (cujos aos são baseaos em parâmetros macrossísmicos). O catálogo sísmico poe ser filtrao, por opção o utilizaor, por intervalos e atas e magnitues os eventos sísmicos, com a possibiliae e não serem consieraos os sismos históricos ou os sismos instrumentais. Aicionalmente, é possibilitaa a eliminação automática as réplicas, com base na filtragem o catálogo original, em função a magnitue o sismo principal, as iferenças temporais e epicentrais entre os eventos sísmicos.

4 Risco Sísmico 95 SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA Os sistemas e informação geográfica são ferramentas muito eficazes como suporte as análises a casualiae sísmica e o risco sísmico e zonas urbanas. Nessa perspectiva, o programa SRAPOR incorpora um simplificao sistema e informação geográfica (SIG) que efectua a gestão a manipulação os mapas (e Portugal Continental, a região e o núcleo urbano seleccionao), efectuano a geo-referenciação a informação contia na base e aos e os resultaos as análises. Este sistema permite efectuar a representação cartográfica os sismos a base e aos filtraa, obter os aos sobre qualquer sismo representao no mapa, assim como possibilita a elimitação interactiva (posicionano o cursor no local) as zonas e geração e eventos sísmicos, e a obtenção e gráficos e informações respeitantes a uma zona seleccionaa (parâmetros a lei e Gutenberg-Richter, valores méios a profuniae focal, taxa anual e eventos, valores acumulaos e energia libertaa). Algumas essas opções estão ilustraas na figura 1. Fig. 1 : Exemplo a informação possibilitaa pelo SIG. ANÁLISE DA CASUALIDADE SÍSMICA A análise a casualiae sísmica é uma parte funamental e qualquer estuo e risco sísmico, e poe efinir-se como seno a probabiliae e ocorrer um evento sísmico que inuza o atingir, ou a exceência, e um ao efeito no local em estuo. O moelo proposto por Cornell [3], aa a sua simpliciae, foi o grane impulsionaor a aopção e moelos probabilistas na generaliae os estuos e casualiae sísmica que visam a aplicação a problemas e engenharia. Esse moelo pressupõe a efinição e zonas geraoras e

5 96 SISMICA 99 eventos sísmicos, para as quais são efinios eterminaos parâmetros e sismiciae. Com base no teorema a probabiliae total, é possível obter-se a probabiliae e exceência e um efeito Z, no local em estuo, como seno a soma as contribuições e toos os eventos (E j ) ocorrios nas zonas geraoras e eventos sísmicos. Assim, temos que com n [ > ] = [ > E j] [ j] P Z z P Z z P E j= 1 [ > j] = j[ > ] j( ) j( ) P Z z E P Z z M, R f M f R M R (2) em que M é a magnitue e R a istância hipocentral o evento. Amitino que a ocorrência os eventos sísmicos obeece a um processo homogéneo e Poisson e λ (taxa anual e ocorrência e eventos sísmicos), e que a probabiliae e ocorrência e um evento na zona j ( P[ E j ] ) é proporcional a λ j, então a probabiliae anual e exceência será n λ jp[ Z> z E j] j= [ ] 1 P1 ano Z > z = 1 e seno o períoo e retorno o inverso esse valor. Este moelo ( Point-source moel ) pressupõe que toa a energia é libertaa num ponto. Como tal, é necessária a aopção e leis e atenuação cuja istância seja calculaa ao epicentro ou ao hipocentro. Tomano o valor méio, ou e um ao quantilho, a lei e atenuação, poe-se escrever que com [ > j] = j[ > ] j( ) P Z z E P Z z R = r f r r (5) [ > R = r ] = [ > (, )] = [ (, )] P Z z P M m z r 1 F m z r (6) seno a magnitue m(z,r) obtia a lei e atenuação e com β( m M0 1 e ) F( m) = β e ( M U M 0 1 ) obtia a lei e Gutenbeg-Richter, com truncatura superior e inferior a magnitue. McGuire implementou no programa EQRISK [4] uma versão este moelo, entrao em conta com a ispersão os resultaos associaa às iversas leis e atenuação, em que [ z j] ( ) Z z m r P Z > E = Φ *, fj( m) fj( r ) m r σz com Φ* representano a istribuição complementar e uma istribuição normal e Gauss, e z(m,r) é o valor que se obtém a lei e atenuação. (1) (4) (7) (8)

6 Risco Sísmico 97 Der Kiureghian e Ang [5] propuseram uma variante ao moelo e Cornell, teno em conta que a energia libertaa por um sismo é irraiaa ao longo o comprimento e ruptura, em que 1 [ > z j] = Pj[ Z > z j m] f j( ) P Z E E, m m y x (9) A j O esquema geral este moelo ( Fault-rupture moel ), sem a consieração e uma orientação efinia para a ruptura, está apresentao na figura 2. Local h r Zona j 0 ruptura L/2 A Foco A j Fig. 2 : Zona geraora e eventos sísmicos sem orientação efinia para as falhas [1]. A probabiliae P[ Z>z E j, m ] epene a menor istância o local em estuo à ruptura, pelo que é necessária a aopção e leis e atenuação com base nessas istâncias. Na figura 3, estão apresentaas as iversas hipóteses e cálculo esta probabiliae, em que L 2 2 L 0 = r h ; 1 = 0 + ; 2 = r h + (10) 2 4 Este moelo foi aaptao por Bener [6] e implementao no programa SEISRISK III [7], recentemente utilizao em estuos e avaliação o risco sísmico na Europa. Toos os moelos anteriores foram implementaos no programa SRAPOR, que efectua a integração numérica as expressões (5), (8) e (9), no omínio as zonas geraoras e eventos sísmicos (constituías por associações e quariláteros convexos, com um lao comum). No caso as expressões (5) e (8), procee-se à ivisão a área e caa zona em sub-áreas elimitaas por arcos e circunferência, com centro no local em estuo [1]. Em relação à expressão (9), é aoptao um processo análogo ao a transformação e coorenaas usaa nos elementos isoparamétricos, nos moelos e análise por elementos finitos, como foi proposto por Oliveira [8] e Estêvão [1].

7 98 SISMICA 99 Situações j[ > z E j, m ] P Z Posições relativas r < h < L/2 2 < 1 γ π 0 L/2 γ 0 < 2 α π 0 L/2 α π L/2 Fig. 3 : Valores a probabiliae P[Z>z E j, m ], em função a posição relativa entre o epicentro e o local em estuo, para um ao comprimento e ruptura [1]. APLICAÇÃO À CIDADE DE FARO O moelo Point-source tem sio aplicao a Portugal por iversos investigaores [8, 9, 10], com base em leis e atenuação expressas em valores e intensiaes sísmicas, efinias em função as istâncias epicentrais. A conversão para valores e aceleração e pico tem sio feita com base em expressões empíricas. As leis e atenuação, expressas em relação à aceleração e pico, existentes para Portugal Continental [11], não estão ajustaas para magnitues elevaas (por inexistência e registos e sismos essas magnitues), pelo que não foram utilizaas na análise. As leis e atenuação propostas por Ambraseys e Bommer [12] para rocha, válias para a Europa, são apresentaas em função a menor istância à ruptura, pelo que só se ajustam ao moelo Fault-rupture. Esse moelo foi utilizao na análise a casualiae sísmica a ciae e Faro. Neste trabalho utilizaram-se nove zonas e geração e eventos sísmicos (figura 4), aaptaas o estuo realizao por Fonseca et al. [13].

8 Risco Sísmico 99 Fig. 4 : Definição as zonas e geração e eventos sísmicos. Os parâmetros a lei e Gutenberg-Richter foram obtios por regressão linear, com coeficientes e correlação superiores a 0.97, com too o catálogo sísmico. A taxa anual e ocorrência e eventos sísmicos foi obtia só com o recurso aos sismos instrumentais. Os aos referentes às zonas estão apresentaos na tabela 1. O catálogo sísmico foi filtrao para um limite inferior a magnitue e 3.5 e foram eliminaas as réplicas e acoro com os valores méios sugerios por Sousa [10], para o território Português. Efectuou-se uma truncatura superior a magnitue, corresponente ao máximo valor constante no catálogo filtrao, para caa uma as zonas. Os comprimentos as rupturas foram estimaos com base na expressão empírica e Krinitzsky, aplicável a too o muno [5]. Os resultaos as análises para os períoos e retorno e 475 e 1000 anos, foram obtios com iversas profuniaes e foco (valor méio e caa zona, valor a meiana e uma istribuição logonormal para caa zona e um valor constante h = km em toas as zonas, corresponente ao valor a meiana e uma istribuição logonormal, para toos os sismos a base e aos com M>1) e iversos quantilhos a lei e atenuação (tabela 2).

9 100 SISMICA 99 Para se efectuar uma análise e sensibiliae à orem e graneza os resultaos obtios na tabela 2, foi realizaa uma análise estatística e extremos, como é proposto por Oliveira [8]. Na figura 5, está apresentao o ajuste e uma curva e istribuição e extremos o tipo II (métoo os mínimos quaraos), aos resultaos obtios para Faro, com as leis e atenuação e Ambraseys e Bommer, para os sismos instrumentais e sem consieração o comprimento e ruptura. Os valores e aceleração e pico, componente horizontal, obtios para os períoos e retorno e 475 e 1000 anos foram, respectivamente, e 126 e 155 cm/s 2. Tab.1 : Daos sobre as zonas e geração e eventos sísmicos consieraas no estuo, nomeaamente, parâmetros a lei e Gutenberg-Richter, taxa anual e ocorrência e eventos sísmicos, profuniaes e foco (km) e magnitues máximas o catálogo sísmico. ZONA Lei e Gutenberg-Richter Taxa Valores a meiana o foco Magnitue Nº a b λ normal Logonormal máxima Tab.2 : Valores a aceleração e pico em cm/s 2 (componentes horizontal e vertical), obtios para Faro, com o moelo probabilista e Der Kiureghian e Ang, recorreno ao sistema integrao e avaliação o risco sísmico SRAPOR. Profuniae e foco Atenuação T r = 475 anos T r = 1000 anos consieraa (quantilho) a h a v a h a v Valor méio 50 % (méia) e caa zona 84 % Valor a meiana e uma 50 % (méia) logonormal, e caa zona 84 % Valor constante em toas 50 % (méia) as zonas h = km 84 %

10 Risco Sísmico 101 Fig. 5 : Distribuição e extremos e acelerações e pico obtias para Faro. CONCLUSÕES Deste estuo, poe concluir-se que os sistemas integraos e avaliação o risco sísmico, como o SRAPOR, são ferramentas importantes na elaboração e estuos, em larga escala, contribuino para o aumento o conhecimento no omínio a engenharia sísmica. A faciliae e rapiez e utilização este tipo e programas, possibilita múltiplas análises, permitino o aprofunamento o conhecimento o risco sísmico o território nacional, e a aferição o nível e segurança associao à regulamentação em vigor. Quanto aos resultaos a análise realizaa para a ciae e Faro, é e salientar a elevaa sensibiliae os moelos apresentaos em relação à profuniae o foco, pelo que é necessária alguma poneração na escolha os valores e aceleração e pico, a utilizar em análises o risco sísmico, ou na aferição a regulamentação Portuguesa, nomeaamente na aaptação ao Eurocóigo 8 [14]. Por outro lao, as ispersões associaas às leis e atenuação utilizaas, influenciam e forma marcante os resultaos as análises. É e referir que o valor máximo a aceleração e pico (componente horizontal) inerente aos espectros e potência o Regulamento e Segurança e Acções para Estruturas e Eifícios e Pontes [15], para o terreno tipo I e sismo tipo 1, e, aproximaamente, 177 cm/s 2, é inferior a toos os valores obtios para T r = 1000 anos. É e notar que a componente vertical apresenta valores e aceleração e pico inferiores a metae os valores obtios para a componente horizontal. Salienta-se o facto os valores obtios consierarem, conjuntamente, os efeitos os sismos próximos e os sismos istantes. Os moelos a utilizar em estuos futuros, everão ter em conta as incertezas relativas à profuniae o foco, ao que estas influenciam os resultaos as análises a casualiae sísmica, nomeaamente na proximiae o local em estuo.

11 102 SISMICA 99 REFERÊNCIAS [1] ESTÊVÃO, J. M. C. - Moelo computacional e avaliação o risco sísmico e eifícios. Lisboa: IST, Universiae Técnica e Lisboa, Dissertação e mestrao. [2] SOUSA, M. L. ; MARTINS, A. ; OLIVEIRA, C. S. - Compilação e catálogos sísmicos a região Ibérica. Relatório 36/92 - NDA. Lisboa: Laboratório Nacional e Engenharia Civil, [3] CORNELL, C. A. - Engineering seismic risk analysis. Bulletin of the Seismological Society of America. Vol. 58, nº 5 (1968), p [4] McGUIRE, R. K. - EQRISK: Evaluation of earthquake risk to site. Fortran computer program for seismic risk analysis. U. S. Geological Survey. Open File. Report 76-67, [5] Der KIUREGHIAN, A.; ANG, A. H.-S. - A faultrupture moel for seismic risk analysis. Bulletin of the Seismological Society of America. Vol. 67, nº 4 (1977), p [6] BENDER, B. - Seismic hazar estimation using a finite-fault rupture moel. Bulletin of the Seismological Society of America. Vol. 74, nº 5 (1984), p [7] BENDER, B. ; PERKINS, D. M. - SEISRISK III: A computer program for seismic hazar estimation. U. S. Geological Survey Bulletin, 1772 (1987). [8] OLIVEIRA, C. S. - Sismologia, sismiciae e risco sísmico. Aplicações em Portugal. Relatório. Lisboa: Laboratório Nacional e Engenharia Civil, [9] CAMPOS-COSTA, A. - A acção os sismos e o comportamento as estruturas. Porto: FEUP, Universiae o Porto, Tese e outoramento. [10] SOUSA, M. L. - Moelos probabilistas para avaliação a casualiae sísmica em Portugal continental. Lisboa: IST, Universiae Técnica e Lisboa, Dissertação e mestrao. [11] OLIVEIRA, C. S. ; PAULA, A. ; SOUSA, M. L. ; MARTINS, A.- A ree acelerográfica o continente Português e os registos sísmicos obtios em 1996 e Contribuição para a efinição a acção sísmica e caracterização o comportamento e eifícios. IX Asamblea Española e Geoesia y Geofísica / I Asamblea Hispano-Portuguesa e Geoesia y Geofísica. Almeria: Universia e Almería e Instituto Geográfico Nacional, [12] AMBRASEYS, N. N. ; BOMMER, J. J. - The attenuation of groun accelerations in Europe. Earthquake Engineering & Structural Dynamics. Vol. 20, nº 12 (1991), p [13] FONSECA, J. ; OLIVEIRA, C. S. ; VILANOVA, S. ; GUERREIRO, L. - Estuo sismológico e segurança as barragens e Ranhaos, Marateca, Meimoa e Apartaura. Relatório ICIST, EP nº 31/99. Lisboa: Instituto Superior Técnico, [14] EUROCODE 8 - Design provisions for earthquake resistance of structures. ENV , CEN/TC250/SC8/N.nn, [15] REGULAMENTO e Segurança e Acções para Estruturas e Eifícios e Pontes. Decreto-lei nº235/83, e 31 e Maio. Lisboa: Imprensa Nacional - Casa a Moea, 1983.