WARSZTATY 006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str. 79 93 Józef DUBIŃSKI, Grzegorz MUTKE Główny Instytut Górnictwa, Katowice Weryfikacja skali GSI-004 oceny skutków drgań wywołanych wstrząsami górniczymi w obszarze LGOM Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki weryfikacji Górniczej Skali Intensywności GSI-004 do oceny skutków drgań na powierzchni wywołanych wstrząsami górniczymi. Weryfikacji dokonano po roku stosowania skali w LGOM, a analizie poddano 39 najsilniejszych wstrząsów, dla których znane były informacje o skutkach drgań w miejscach ich rejestracji. Analiza ta wskazała na bardzo dobrą korelację pomiędzy skutkami obserwowanymi makroskopowo a szacowanymi na podstawie skali GSI-004V i skali GSI-004S. Górnicza Skala Intensywności GSI-004 w pełni nadaje się w warunkach LGOM do oceny skutków drgań wywołanych wstrząsami górniczymi. 1. Wprowadzenie W ramach realizacji projektu celowego pt. System oceny oddziaływań sejsmicznych na powierzchnię wywołanych przez eksploatację złoża rud miedzi w zakładach górniczych LGOM (nr 6 T1 0063 00 C/05870), finansowanego przez KGHM Polska Miedź S.A. oraz Ministerstwo Nauki i Informatyzacji, opracowano nową skalę oceny skutków drgań od wstrząsów górniczych na zabudowę powierzchniową, pn. Górnicza Skala Intensywności (GSI-004). Do oceny skutków drgań zaproponowano nowe parametry sejsmologiczne, nie stosowane do tej pory w znanych skalach opracowanych zarówno dla trzęsień ziemi jak i dla zjawisk parasejsmicznych. Wprowadzenie nowej skali wymaga umiejętności pomiaru i interpretacji nowych parametrów charakteryzujących drgania powierzchni, jak również wszechstronnej weryfikacji skali w praktycznych, codziennych obserwacjach sejsmometrycznych i makrosejsmicznych. W artykule przedstawiono wyniki oceny według skali GSI-004, potencjalnych skutków drgań od zarejestrowanych wstrząsów zaistniałych w roku 005 oraz kilku silnych wstrząsów z lat poprzednich, nie ujętych w dotychczasowej weryfikacji skali GSI-004 na etapie jej tworzenia. Przeprowadzona analiza pozytywnie zweryfikowała skalę GSI-004, po porównaniu wyników badań z końcowymi protokołami z przeglądów i opisów skutków materialnych po zaistniałych wstrząsach. Protokoły takie prowadzone są w działach szkód poszczególnych zakładów górniczych KGHM Polska Miedź S.A. W okresie wcześniejszym (w czasie prac badawczych prowadzonych w ramach projektu celowego, tj. do połowy roku 004), analizie poddano 90 najsilniejszych wstrząsów 79
J. DUBIŃSKI, G. MUTKE Weryfikacja skali GSI-004 oceny skutków drgań wywołanych zarejestrowanych przez stanowiska powierzchniowe w LGOM. Analiza ta potwierdzała poprawne oszacowania skutków drgań od wstrząsów w LGOM, przy użyciu skali GSI-004. Skala GSI-004 została opisana szczegółowo w literaturze (Dubiński i in. 004; Dubiński, Mutke 005). Na obecnym etapie, najbardziej praktyczna i powszechna w zastosowaniu do oceny skutków drgań od wstrząsów zaistniałych jak i prognozowanych dla projektowanej eksploatacji jest skala GSI-004V (rys. 1.1). Niezbędnymi parametrami do przeprowadzenia oceny według skali GSI-004V jest maksymalna wartość wypadkowej poziomej amplitudy prędkości drgań PGV Hmax oraz wartość czasu trwania składowej poziomej drgań t HV (Dubiński, Mutke 005): PGV H max max( Vx ( t) Vy ( t)) (1.1) gdzie: v X (t) sejsmogram prędkości drgań zarejestrowanych na składowej poziomej x, m/s, v Y(t) sejsmogram prędkości drgań zarejestrowanych na składowej poziomej y, m/s. Czas trwania t Hv wyznaczany jest jako przedział czasu zawarty pomiędzy tymi momentami czasowymi, kiedy intensywność określona wzorem (1.) osiąga 5% i 95% swojej wartości: I 0 gdzie: t k zmienna opisująca zależność intensywności od czasu. V t k 80 ( tk ) ( vx ( t) vy ( t)) dt (1.) Parametry te można wyznaczyć w oparciu o: rzeczywiste przebiegi drgań w miejscach rejestracji, prognozowane parametry dla projektowanej eksploatacji. Skala uwzględnia cztery stopnie, dla których opisano skutki oddziaływania drgań w budynkach i uciążliwość ich użytkowania. Pierwsze szkody nie konstrukcyjne w budynkach sprawnych technicznie mogą mieć miejsce od II stopnia intensywności (Dubiński, Mutke 005). Stopień 0 wstrząsy niepowodujące żadnych szkód w budynkach i są słabo odczuwalne przez ludzi na powierzchni. Uciążliwość użytkowania budynków: nieodczuwalna, Zakłócenie normalnego użytkowania: praktycznie nie występuje, Odczuwalność drgań przez ludzi: znikoma / zauważalna. Stopień I wstrząsy niepowodujące uszkodzeń w budynkach, ale bardzo silnie odczuwalne na powierzchni: przesuwanie mebli, kołysanie się wiszących przedmiotów, uszkodzenia pojedynczych gipsowych plomb kontrolnych lub wystąpienie pojedynczych rys w budynkach w złym stanie technicznym (dotyczy elementów wykończeniowych: farby i tynku, okładzin i płytek ściennych). Możliwy rozwój (intensyfikacja) istniejących rys i uszkodzeń. Uciążliwość użytkowania budynków: mała. Zakłócenie normalnego użytkowania: nieistotne. Odczuwalność drgań przez ludzi: zauważalna / wzbudzająca niekorzystne reakcje.
WARSZTATY 006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Stopień II wstrząsy mogą spowodować uszkodzenie elementów wykończeniowych w budynkach. Nie występują uszkodzenia elementów konstrukcyjnych. Najbardziej typowe uszkodzenia to: odpadanie i zarysowanie płytek ściennych, rysy wokół ościeżnic drzwi i wokół okien, pęknięcia szyb, uszkodzenia pokryć z dachówek, zarysowanie elewacji, spękania i rysy ścian działowych, spękania i zarysowania tynku. Uciążliwość użytkowania budynków: średnia. Zakłócenie normalnego użytkowania: utrudniają użytkowanie. Odczuwalność drgań przez ludzi: wzbudzająca niekorzystne reakcje / dokuczliwa. Stopień III wstrząsy o tej sile wymagają indywidualnej oceny skutków drgań przez specjalistę z zakresu budownictwa. W strefie tej nie można wykluczyć pojawienia się uszkodzeń konstrukcyjnych. Uciążliwość użytkowania budynków: duża. Zakłócenie normalnego użytkowania: mogą wystąpić przerwy w użytkowaniu. Odczuwalność drgań przez ludzi: dokuczliwa / wywołująca strach. Dla liniowych obiektów infrastruktury technicznej granicą bezpieczną jest granica II pomiędzy stopniem I i stopniem II. Wstrząsy o parametrach przekraczających tę strefę powinny być analizowane indywidualnie przez specjalistów z zakresu budownictwa. Granica III jest słabo zweryfikowana empirycznie. Zarejestrowano zjawiska powyżej tej granicy. Spowodowały one wystąpienie uszkodzeń zinterpretowanych jako nie konstrukcyjne. Jednak do czasu pełniejszej weryfikacji charakterystyki drgań w strefie III przyjęto, że są one na tyle wysokie, że nie można wykluczyć wystąpienia uszkodzeń konstrukcyjnych. Dlatego też dla drgań przypisanych do tej strefy, należy każdorazowo sporządzić indywidualną, specjalistyczną opinię budowlaną. Z tego względu granica III oznaczona jest linią przerywaną i w przyszłości może ulec przesunięciu, wyznaczając dobrze zweryfikowaną, empiryczną granicę powstawania uszkodzeń konstrukcyjnych. W związku z przewidywanym rozwojem wzorcowych spektrów odpowiedzi w zagadnieniach projektowania budowli na terenach górniczych, jak również z potrzebą nawiązania do historycznych informacji o sejsmiczności terenu wyrażonej amplitudami przyspieszenia drgań gruntu, opracowano w ramach skali GSI-004 dwie dodatkowe formuły skal: GSI-004-S skala oparta na parametrze przyspieszeniowego spektrum odpowiedzi SA, stosowana do szczegółowej oceny skutków drgań w przypadku wstrząsów zaistniałych i w miejscach ich rejestracji oraz dla prognozowanych spektrów odpowiedzi (rys. 1..). GSI-004-a skala oparta na parametrach: amplitudy przyspieszenia drgań poziomych gruntu w paśmie częstotliwości do 10 Hz (PGA H10) oraz ich czasu trwania (t Ha), stosowana do przybliżonej oceny skutków drgań w przypadku przede wszystkim informacji historycznych, dla których dysponuje się tylko wartością maksymalnego przyspieszenia drgań w paśmie niskoczęstotliwościowym do 10 Hz. Skala ta pozwala na porównanie skutków sejsmiczności w dawnych rejonach eksploatacji z obecnymi. Skala GSI-004A, oparta na parametrze przyspieszenia drgań i czasu trwania drgań, najsłabiej koreluje z obserwowanymi skutkami, spośród trzech skal GSI-004. Skala GSI-004A daje jednak bardziej wiarygodne oceny niż skala MSK-64, oparta wyłącznie na parametrze przyspieszenia. 81
J. DUBIŃSKI, G. MUTKE Weryfikacja skali GSI-004 oceny skutków drgań wywołanych Rys. 1.1. Górnicza Skala Intensywności: GSI-004V Fig. 1.1. Mining Intensity Scale: GSI-004V Rys. 1.. Górnicza Skala Intensywności: GSI-004S Fig. 1.. Mining Intensity Scale: GSI-004S. Weryfikacja skali GSI-004 Na bazie zarejestrowanych wstrząsów w LGOM w roku 005 oraz dla kilku wybranych silnych wstrząsów wcześniejszych, które nie były jeszcze uwzględnione na etapie tworzenia skali GSI, dokonano obliczeń i oceny potencjalnych skutków wg skali GSI-004V (skala oparta na parametrze amplitudy prędkości drgań i czasie ich trwania). 8
WARSZTATY 006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Dla silniejszych badanych wstrząsów dysponowano końcowymi protokołami z przeglądów i opisów skutków materialnych, w miejscach zarejestrowanych drgań. W takich przypadkach możliwa była pełna weryfikacja poprawności oszacowania skutków drgań wg skali GSI-004 z obserwacjami makroskopowymi. W przypadku wstrząsów słabszych nie zgłaszano wystąpienia skutków drgań w zabudowie i w ruchomościach oraz silnych odczuć drgań przez ludzi, co również pozwala na weryfikację ocen interpretowanych w najniższych stopniach skali GSI- 004 (stopnie w których potencjalnie nie powinny wystąpić żadne uszkodzenia to 0 i I). Na rysunku.1 przedstawiono wyniki analizy dla 39 rejestracji o największych amplitudach prędkości drgań gruntu w LGOM, głownie w roku 005. Jednocześnie dysponowano informacją o skutkach w zabudowie zlokalizowanej w rejonie zarejestrowanych drgań. Widoczna jest bardzo dobra zgodność oceny potencjalnych skutków przy zastosowaniu skali GSI-004V z faktycznie zaobserwowanymi skutkami na podstawie zebranych informacji makroskopowych. Trzy najsilniejsze wstrząsy znalazły się w stopniu II lub III skali GSI-004V, i tylko w tych przypadkach odnotowano i zweryfikowano w czasie przeglądu budynków wystąpienie nowych uszkodzeń. Wstrząsy w I stopniu intensywności były silnie odczuwalne, ale nie wywołały uszkodzeń w budynkach. Podobne oceny uzyskano stosując wersję skali opartą na spektrach odpowiedzi, tj. skalę GSI-004S. 0,1 0,09 0,08 0,07 PGV Hv, m/s 0,06 0,05 0,04 st. II i III st. I st. 0 0,03 0,0 0,01 0 0 4 6 8 10 1 14 16 18 czas trwania thv, sek Rys..1. Wyniki weryfikacji skali GSI-004V Fig..1. Results of validation Mining Intensity Scale GSI-004 W tabeli.1 przedstawiono wykaz wstrząsów o największej intensywności drgań w skali GSI-004, zarejestrowanych podczas weryfikacji skali. Należy podkreślić, że w badanym okresie zarejestrowano dziesiątki wstrząsów o bardzo małej intensywności drgań (stopień 0), słabo odczutych przez mieszkańców. W tabeli.1 podano między innymi wypadkowe rejestrowane prędkości drgań gruntu oraz ich czasy trwania. Zmienność rejestrowanych parametrów drgań gruntu była następująca: prędkość drgań PGV Hmax od 0,5 do 95,7 mm/s, czas trwania drgań t HV od 0,7 do 17,01 s. 83
J. DUBIŃSKI, G. MUTKE Weryfikacja skali GSI-004 oceny skutków drgań wywołanych Tabela.1. Wykaz wstrząsów, które spowodowały uszkodzenia elementów nie konstrukcyjnych (stopień II i III) lub były silnie odczute przez mieszkańców (stopień I) Table.1. List of the tremors caused slight damaging effect on the buildings (grade II and III) or very strong felt by people (grade I) Data wstrząsu Prędkość PGV Hmax [mm/s] Czas trwania t Hv [s] Ocena wg. MSK-64 [mm/s ] Stopień intensywności GSI-004 Energia sejsmiczna [J] miejsce rejestracji / skutki 19.07.05 95,7 3,65 600 III 1,60E+08 Trzebcz / uszkodzenia 0.09.04 40,1 8,64 1183 II/III 1,80E+09 Trzebcz / uszkodzenia 16.05.04 0,3 17,01 550 II 8,40E+08 Polk. ul. Sosnowa / uszkodzenia 16.05.04 16,9 6,89 468 I 8,40E+08 Polkowice ul. Kolejowa 16.05.04 19,4 13,8 540 I 8,40E+08 Polkowice ul. Miedziana 17.06.05 6,7 5,1 393 I,0E+08 Moskorzyn.0.04 45,6 1,67 1477 I 1,70E+07 Trzebcz 08.03.05 17,5 1,1 649 I 6,30E+06 Trzebcz 07.04.05 15,3 1,8 55 I,00E+06 Trzebcz 0.07.05 19,0 1,57 683 I 3,40E+06 Trzebcz 0.07.05 18,5 3,04 43 I 1,10E+07 Trzebcz 1.08.05 5,4,59 563 I 1,30E+07 Trzebcz 07.0.05 17,5 4,51 96 I 1,60E+08 Polkowice ul. Sosnowa 14.03.05 11,3 1,05 316 I 3,10E+06 Polkowice ul. Sosnowa 19.06.05 16,3 9,06 354 I 1,60E+08 Polkowice ul. Sosnowa 18.03.05 17,5 3,95 38 I 8,60E+07 Polkowice ul. 3-go Maja 05.08.05 17,9 5, 409 I 6,40E+07 Polkowice ul. 3-go Maja 4.06.05 15,0 3,65 365 I 3,90E+06 Sucha Górna 13.07.05 14,7 5,03 95 I 1,50E+08 Sucha Górna 13.07.05 11,6 3,6 80 I,50E+06 Sucha Górna 4.09.05 11,7 3,95 46 I 1,60E+07 Sucha Górna Poniżej przedstawiono przykładową analizę trzech wstrząsów, które wywołały skutki w budynkach w postaci uszkodzeń nie konstrukcyjnych oraz jednego wstrząsu bez skutków. 84
WARSZTATY 006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie 3. Przykłady obliczeniowe dla wybranych wstrząsów 3.1. Wstrząs z dnia 0.09.004 r. o godz. 07 4 i o energii sejsmicznej E = 1,8 10 9 J Ognisko z rejonu oddziału G-/4; epicentrum w pobliżu Trzebcza (ognisko 850 m do najbliższej zabudowy). Jest to bardzo istotny wstrząs dla weryfikacji skali GSI-004. Wstrząs bardzo silny energetycznie, dla którego dysponuje się rzeczywistym zapisem drgań w samym Trzebczu: 0.07 0.065 PGVHv [m/sek] 0.06 0.055 0.05 0.045 0.04 0.035 0.03 0.05 Stopień I Stopień III 8.64sek 0.0401m/sek Stopień II 0.0 0.015 0.01 0.005 Stopień 0 0 1 3 4 5 6 czas trw ania, thv [sek] 7 8 9 10 11 1 Rys. 3.1. Ocena oddziaływania wstrząsu z dnia 0.09.004 r. na budynki w Trzebczu, wyznaczona na podstawie skali GSI-004-V Fig. 3.1. Evaluation of impact of tremor recorded on nd September 004 on buildings in Trzebcz, according to GSI-004V scale Wstrząs spowodował uszkodzenia w budynku mieszkalnym w Trzebczu 46 (opisane w Protokole nr 15/09/04/ld po wstrząsie z dnia 0.09.004 r.): zawalenie się fragmentu zwieńczającego ściankę attyki o wymiarach 50 60 cm, powstanie zarysowań i pęknięć tynków wewnętrznych, spadnięcie części tynków sufitu wykonanego przez właściciela w mieszkaniu nr 5, przewrócenie się i stłuczenie szklanych przedmiotów z mebli. Na elewacji budynku nie powstały żadne uszkodzenia w postaci rys lub pęknięć. Występujące uszkodzenia nie rzutują na nośność elementów konstrukcyjnych. Zawalenie się fragmentu ścianki attyki spowodowane zostało bezpośrednio ww. wstrząsem. Ponadto z protokołu nr 16/09/04/W z dnia 05.09.004 r. wynika, że we wszystkich budynkach w Trzebczu (oprócz: Trzebcz 46) nie stwierdzono żadnych nowych uszkodzeń elementów konstrukcyjnych i drugorzędnych (budynki mieszkalne w Trzebczu posiadają zabezpieczenia profilaktyczne). Również w budynkach gospodarczych nieposiadających wzmocnień profilaktycznych nie wystąpiły po wstrząsie uszkodzenia. Nie otrzymano zgłoszeń o uszkodzeniach w mieniu ruchomym i nieruchomym od mieszkańców (oprócz Trzebcza 46). Nie stwierdzono i nie otrzymano zgłoszeń o awariach w uzbrojeniu 85
J. DUBIŃSKI, G. MUTKE Weryfikacja skali GSI-004 oceny skutków drgań wywołanych podziemnym w Trzebczu. W odczuciach mieszkańców wstrząs został określony jako bardzo silny, charakteryzujący się przede wszystkim kołysaniem budynków oraz znajdujących się w nich przedmiotów i drżeniem szyb. Niektórzy mieszkańcy doznali uczucia lęku. Na podstawie dokonanych oględzin makroskopowych w Trzebczu, komisja stwierdziła, iż przedmiotowy wstrząs nie pogorszył istniejącego stanu technicznego obiektów. Rejestracja drgań gruntu składowych poziomych wskazała, że wstrząs ten wywołał w Trzebczu przyspieszenia na poziomie około 000 mm/s w całym rejestrowanym paśmie częstotliwości. Wypadkowe przyspieszenia wg skali MSK-64 w zakresie do 10 Hz wyniosły 1183 mm/s ).. Ocena skutków według dotychczas stosowanej skali MSK-64 znalazłaby się w VIII stopniu, co oznacza poważne uszkodzenia w zabudowie typu zniszczeń lokalnych. Ocena skutków drgań wg skali GSI-004V: Interpretacja wstrząsu wg skali GSI-004-V jest zgodna z zaobserwowanymi skutkami. Wartość prędkości drgań w funkcji czasu trwania mieści się na granicy stopnia II i III, który wskazuje na możliwość zaistnienia co najmniej uszkodzeń elementów wykończeniowych i niekonstrukcyjnych w budynkach. Amplituda prędkości wyniosła dla tego wstrząsu 40,1 mm/s, a czas trwania 8,64 s. Przykład zaistniałych skutków drgań w budynku wielorodzinnym w Trzebczu 46 po wstrząsie z dnia 0.09.004 przedstawiono na poniższych fotografiach. Rys. 3.. Uszkodzenie i odpadnięcie elementów zewnętrznego wykończenia (attyki) nad wejściem do budynku wielorodzinnego Trzebcz 46 Fig. 3.. Fall off external pieces on the front of building Trzebcz 46 86
WARSZTATY 006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys. 3.3. Uszkodzenie i odpadnięcie elementów zewnętrznego wykończenia (attyki) nad wejściem do budynku wielorodzinnego Trzebcz 46 Fig. 3.3. Fall off external pieces on the front of building Trzebcz 46 3.. Wstrząs z dnia 16.05.004 r. o godz. 11 53 i o energii sejsmicznej E = 8,4 10 8 J Ognisko z rejonu oddziału G-11/3; epicentrum w Polkowicach pod osiedlem Sienkiewicza. Wstrząs bardzo silny energetycznie, dla którego dysponuje się rzeczywistym zapisem drgań w kilku miejscach w Polkowicach. Z dostępnych zapisów przedstawiono interpretację tego wstrząsu dla rejestracji z ul. Sosnowej (osiedle Polanka), gdzie zgłoszono drobne szkody w 4 budynkach (rysy na ścianach i uszkodzenie ogniomurów) oraz dla rejestracji z osiedla Krupińskiego (ul. Miedziana), gdzie nie zaobserwowano szkód w budynkach. 3..1. Rejestracja w Polkowicach, ul. Sosnowa (osiedle Polanka) Wstrząs z dnia 16.05.004 r. o godz. 11 53 i o energii sejsmicznej E = 8,4 10 8 J. Według ska li MSK-64 poziom drgań wynosił 550 mm/s. 87
J. DUBIŃSKI, G. MUTKE Weryfikacja skali GSI-004 oceny skutków drgań wywołanych Interpretacja według skali GSI-004V wskazuje na początek II stopnia intensywności drgań. Amplituda prędkości wyniosła dla tego wstrząsu nieco ponad 0 mm/s, a czas trwania 17 s (jest to wyjątkowo długi czas trwania drgań jak na wstrząs górniczy). 0.07 0.065 PGVHv [m/sek] 0.06 0.055 0.05 0.045 0.04 0.035 0.03 0.05 Stopień I Stopień III Stopień II 17.01sek 0.003m/sek 0.0 0.015 0.01 0.005 Stopień 0 0 4 6 8 10 1 czas trw ania, thv [sek] 14 16 18 0 Rys. 3.4. Ocena oddziaływania wstrząsu na podstawie skali GSI-004-V Sosnowa, wstrząs z dnia 16.05.004 r. Fig. 3.4. Evaluation of impact of tremor recorded on 16 th May 004 on buildings in Polkowice Sosnowa, according to GSI-004V scale Zgłoszono szkody w 4 budynkach przy ul. Sosnowej. Wyniki interpretacji wg skali GSI-S oraz GSI-V wskazują na początek II stopnia intensywności drgań czyli potencjalną możliwość wystąpienia drobnych uszkodzeń nie konstrukcyjnych. Ocena ta zgadza się z obserwacjami makrosejsmicznymi i z informacjami z protokołu końcowego z przeglądu zabudowy kubaturowej miasta Polkowice po wstrząsie dnia 16.05.004 r. o energii 8,4 10 8 J, odnoszącymi się do tej części miasta (osiedle Polanka). 3... Rejestracja w Polkowicach, ul. Miedziana (osiedle Krupińskiego) Wstrząs z dnia 16.05.004 r. o godz. 11 53 i o energii sejsmicznej E = 8,4 10 8 J. Według skali MSK-64 poziom drgań wynosił 540 mm/s. Interpretacja według skali GSI-004V wskazuje na koniec I stopnia intensywności drgań. Amplituda prędkości wyniosła dla tego wstrząsu 19,4 mm/s, a czas trwania 13,8 s. Nie zgłoszono żadnej szkody w budynkach przy ulicy Miedzianej. Wyniki interpretacji wg skali GSI-004V wskazują na I stopień intensywności drgań, czyli brak potencjalnych możliwość wystąpienia drobnych uszkodzeń nie konstrukcyjnych. Wstrząs mógł być natomiast bardzo silnie odczuty. Ocena ta zgadza się z obserwacjami makrosejsmicznymi i z informacjami z protokołu końcowego z przeglądu zabudowy kubaturowej miasta Polkowice po 88
WARSZTATY 006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie wstrząsie w dniu 16.05.004 r. o godzinie 11 53 i o energii 8,4 10 8 J, odnoszącymi się do tej części miasta (osiedle Krupińskiego ul. Miedziana). 0.07 0.065 PGVHv [m/sek] 0.06 0.055 0.05 0.045 0.04 0.035 0.03 0.05 Stopień I Stopień III Stopień II 13.8sek 0.0194m/sek 0.0 0.015 0.01 0.005 Stopień 0 0 1 3 4 5 6 7 8 czas trw ania, thv [sek] 9 10 11 1 13 14 15 16 Rys.3.5. Ocena oddziaływania wstrząsu na podstawie skali GSI-004-V Miedziana, wstrząs z dnia 16.05.004 r. Fig. 3.5. Evaluation of impact of tremor recorded on 16 th May 004 on buildings in Polkowice Miedziana, according to GSI-004V scale Wyniki oceny potencjalnej możliwości wystąpienia szkód po wstrząsie z 16.05.004 r., oszacowane wg skali GSI-004, dobrze zgadzają się z obserwacjami makrosejsmicznymi i informacjami zawartymi w protokołach końcowych przeglądów. Zarówno wstrząs z dnia 0.09.004 r. o energii sejsmicznej 1,8 10 8 J, jak i z 16.05.004 r. o energii 8,4 10 8 J (w sumie pięć różnych miejsc rejestracji), weryfikują pozytywnie działanie skali GSI-004-V i GSI-004-S. Zaistnienie tak silnych wstrząsów zaraz po skonstruowaniu skali GSI pozwoliło na jej szybkie uwiarygodnienie. Kolejne bardzo silne wstrząsy wystąpiły w roku 005. Poniżej przedstawiono przykłady obliczeniowe dla z nich. 3.3. Wstrząs z dnia 19.07.005 r. o godz. 5 31 i o energii sejsmicznej E = 1,6 10 8 J Ognisko wstrząsu z rejonu oddziału G-1/4; epicentrum w pobliżu Trzebcza (ognisko 100 m do najbliższej zabudowy). Jest to bardzo istotny wstrząs dla weryfikacji skali GSI-004. Wstrząs bardzo silny energetycznie, dla którego dysponuje się rzeczywistym zapisem drgań w samym Trzebczu. Według skali MSK-64 zarejestrowano przyspieszenia 600 mm/s. Wstrząs spowodował uszkodzenia w kilkunastu budynkach mieszkalnych w Trzebczu. Zakres szkód opisany jest szczegółowo w Protokole nr 1/07/05/W po wstrząsie z dnia 19.07.005 r.). Zaistniałe szkody wystąpiły przeważnie w elementach wykończeniowych 89
J. DUBIŃSKI, G. MUTKE Weryfikacja skali GSI-004 oceny skutków drgań wywołanych i niekonstrukcyjnych. Polegały na miejscowym odpadaniu wyprawy tynkarskiej i malarskiej, rysach w tynkach, pęknięciu płytek glazurowych, wysunięcia bądź spadania pojedynczych dachówek. Jedynie w budynkach uszkodzenia były większe (budynek A zawalony fragment stropu Kleina w dwóch miejscach od strony ściany południowej, która jest znacznie wychylona na zewnątrz budynku, wychylony fragment narożnika ściany szczytowej pod belką stalową, liczne uszkodzenia w poszczególnych pomieszczeniach; Budynek B ściana szczytowa wschodnia ukośne pęknięcie ściany biegnące od pokrycia dachowego do okna, poddasze rysa biegnąca po spoinie w murze pod belką kalenicową przybudówki, kuchnia rysy w wyprawie tynkarskiej na stropie). Należy tutaj dodać, że budynek A, wcześniejszym wyrokiem sądu powinien być naprawiony przez właściciela, a więc był w złym stanie technicznym. Nie otrzymano zgłoszeń od mieszkańców o uszkodzeniach w mieniu ruchomym. Nie stwierdzono i nie otrzymano zgłoszeń o awariach w uzbrojeniu podziemnym w Trzebczu. W odczuciach mieszkańców wstrząs został określony jako bardzo silny. 3.65sek 0.0957m/sek PGVHv [m/sek] 0.095 0.09 0.085 0.08 0.075 0.07 0.065 0.06 0.055 0.05 0.045 0.04 0.035 0.03 0.05 0.0 0.015 0.01 0.005 Stopień I Stopień 0 Stopień III Stopień II 0 1 3 4 5 6 czas trw ania, thv [sek] 7 8 9 10 Rys. 3.6. Ocena oddziaływania wstrząsu na podstawie skali GSI-004V Trzebcz, wstrząs z dnia 19.07.005 r. Fig. 3.6. Evaluation of impact of tremor recorded on 19 th July 005 on buildings in Trzebcz, according to GSI-004V scale Rejestracja drgań gruntu składowych poziomych wskazała, że wstrząs ten wywołał w Trzebczu prędkości na poziomie 95,7 mm/s, lecz o stosunkowo krótkim czasie trwania 3,65 sekundy. 3.4. Wstrząs z dnia.0.005 r. o godz. 9 46 i energii sejsmicznej E = 1,7 10 7 J Ognisko wstrząsu z rejonu oddziału G-1/4; epicentrum w pobliżu Trzebcza (ognisko tylko 100 m do najbliższej zabudowy). Jest to bardzo istotny wstrząs dla weryfikacji skali GSI-004. 90
WARSZTATY 006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Wstrząs o bardzo wysokich przyspieszeniach drgań, wg skali MSK 1477,6 mm/s, dla którego dysponuje się rzeczywistym zapisem drgań w samym Trzebczu. Wstrząs nie spowodował uszkodzenia w żadnym budynku mieszkalnym ani gospodarczym w Trzebczu. Ponadto z protokołu nr 06/0/05/W z dnia.0.005 r. wynika, że we wszystkich budynkach w Trzebczu, nie stwierdzono żadnych nowych zarysowań, nawet w obiektach zaniedbanych. Kominy nie wykazały nowych zarysowań ani uszkodzeń. Również w budynkach gospodarczych nieposiadających wzmocnień profilaktycznych nie wystąpiły po wstrząsie uszkodzenia. Nie stwierdzono i nie otrzymano zgłoszeń o awariach w uzbrojeniu podziemnym w Trzebczu. W odczuciach mieszkańców wstrząs został określony jako bardzo silny. Nie odnotowano zgłoszeń od mieszkańców o uszkodzeniach w mieniu ruchomym, Rejestracja drgań gruntu składowych poziomych wskazała, że wstrząs ten wywołał w Trzebczu prędkości drgań na poziomie 45,6 mm/s, przy krótkim czasie trwania poniżej s. Bardzo silny wstrząs z.0.005 r. o energii sejsmicznej E = 1,7 10 7 J potwierdził poprawną ocenę potencjalnych skutków drgań oszacowanych przy stosowaniu skali GSI-V. Po wstrząsie nie wystąpiły uszkodzenia w zabudowie. Jest to bardzo ważny wstrząs w procesie weryfikacji skali GSI, ponieważ wykonano po nim szczegółowy przegląd zabudowy (znajomość skutków), a równocześnie dysponowano rejestracją tego wstrząsu w samym Trzebczu. Jednocześnie trzeba podkreślić, że ocena wg skali MSK-64 byłaby całkowicie błędna dla tego wstrząsu. 0.07 0.065 0.06 0.055 0.05 1.67sek 0.0456m/sek Stopień III PGVHv [m/sek] 0.045 0.04 0.035 0.03 0.05 Stopień I Stopień II 0.0 0.015 0.01 0.005 Stopień 0 0 1 3 4 5 6 czas trw ania, thv [sek] 7 8 9 10 Rys. 3.7. Ocena oddziaływania wstrząsu na podstawie skali GSI-004V Trzebcz, wstrząs z dnia.0.005 r. Fig. 3.7. Evaluation of impact of tremor recorded on th February 005 on buildings in Trzebcz, according to GSI-004V scale Wstrząs z dnia.0.005 r. z Trzebcza, o bardzo krótkim czasie trwania bardzo dobrze wpisuje się w koncepcję skali GSI-004. 91
J. DUBIŃSKI, G. MUTKE Weryfikacja skali GSI-004 oceny skutków drgań wywołanych 4. Podsumowanie Jednym z najważniejszych zadań w czasie wdrożenia nowej skali GSI-004 do praktyki jest jej weryfikacja z obserwowanymi skutkami makrosejsmicznymi. W trakcie konstruowania skali GSI-004 wykorzystano wstrząsy i obserwacje makrosejmiczne z lat 000 pierwsza połowa 004. Weryfikacja ta wskazała na prawidłowe funkcjonowanie skali GSI-004. Kilka bardzo silnych wstrząsów z roku 004 i kilkadziesiąt z roku 005 również pozytywnie zweryfikowało oceny skutków drgań wyznaczone według nowej skali GSI-004. Oceny skutków dobrze korelują się z zachowaniem budynków w dobrym stanie technicznym. Pozytywną weryfikację uzyskano również w odniesieniu do sieci uzbrojenia terenu. Po ponad rocznym okresie wdrażania Górniczej Skali Intensywności GSI-004, udokumentowano wiarygodną ocenę potencjalnych skutków drgań wyznaczanych na podstawie tej skali, zgodną z wynikami obserwacji makroskopowych w terenie. Dotychczas stosowane skale (np. MSK-64), takiej wiarygodności nie gwarantowały i prowadziły często do błędnych ocen. Autorzy składają szczególne podziękowania dla mgr inż. Z. Samokara za cenne uwagi i informacje wykorzystane podczas weryfikacji skali GSI-004. Górnicza Skala Intensywności GSI-004-V została opracowana w ramach realizacji projektu celowego nr 6 T1 0063 00 C/05870 finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Informatyzacji oraz KGHM Polska Miedź S.A. Literatura [1] Dubiński J., Mutke G., Jaśkiewicz J., Lurka A. 004: Opracowanie górniczej skali oceny oddziaływań sejsmicznych na powierzchnię wywoływanych przez wstrząsy górotworu w zakładach górniczych KGHM Polska Miedź S.A. Zadanie nr 6.4 projektu celowego KBN-KGHM- GIG o nr. 6 T1 0063 00 C/05870 pn. System oceny oddziaływań sejsmicznych na powierzchnię wywołanych przez eksploatację złoża rud miedzi w zakładach górniczych LGOM, (praca niepublikowana). [] Dubiński J., Mutke G. 005: Skala górnicza GSI-004-V do oceny oddziaływania drgań sejsmicznych od wstrząsów górniczych na powierzchnię LGOM. Problemy Eksploatacji Górniczej pod Terenami Zagospodarowanymi, GIG, Katowice, 80 91. [3] Marcak H. 004: Wpływ wymuszenia sejsmicznego na odpowiedź wibracyjną obiektów budowlanych. Materiały Sympozjum Warsztaty 004, IGSMiE PAN, Kraków, 387 401. [4] Mutke G. 004: Wstrząsy górotworu opis zjawiska oraz możliwości prognozowania dla potrzeb projektowania obiektów na terenach górniczych. Materiały II Konferencji: Problemy projektowania i ochrony obiektów budowlanych na terenach górniczych. ITB Warszawa, 149 161. [5] Sroka A. 006: Klasyfikacja odporności budynków na wstrząsy górnicze z uwzględnieniem historii wstrząsów. Geotechnika i Budownictwo Specjalne, ZSMGiG XXIX, AGH Kraków, 697 709. [6] Trifunac M.D., Brady A.G. 1975: On correlation of seismic intensity scales with the peaks of recorded strong ground motion. Bull. Seismol. Soc. Am., vol. 65, no. 1, 139 16. [7] Zembaty Z. 004: Analiza porównawcza wstrząsów górniczych LGOM i słabych trzęsień ziemi. Materiały II Konferencji: Problemy projektowania i ochrony obiektów budowlanych na terenach górniczych, ITB Oddział Gliwice, Komisja Ochrony Terenów Górniczych, ITB Warszawa, 171 181. [8] Zasady oceny możliwości prowadzenia podziemnej eksploatacji górniczej z uwagi na ochronę obiektów budowlanych, Instrukcja nr 1, GIG, Katowice, 000. 9
WARSZTATY 006 z cyklu: Zagrożenia naturalne w górnictwie Validation of the GSI-004 scale to assess of the impact of seismic tremors on the surface in the LGOM area In this paper the validation results of the GSI-004 scale to assess of the impact of seismic tremors on the surface in the LGOM area is presented. Validation process was performed on 40 tremors. For these tremors information about damaging effect around registration area were known. Analysis indicated very good correlation between observed and calculated intensity. Mining Intensity scale GSI-004 is suitable and credible to estimate damaging effect in the buildings located in the LGOM area. Przekazano: 3 kwietnia 006 r. 93