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DALGUER GUDIEL, Luis Angel. Simulação de movimentos sísmicos considerando o mecanismo de ruptura da falha causativa do terremoto. Orientação de Jorge Daniel Riera.145fTese (Pós-graduação em Engenharia Civil) - Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul,Porto Alegre,2000.
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Resumo

O estudo dos terremotos, considerado um tema de interesse na comunidade científica internacional, tem como um dos objetivos a prevenção de desastres. Para este propósito é necessário o estudo do mecanismo da falha para atingir um melhor entendimento do processo envolvido nos terremotos. Neste contexto, no presente trabalho é apresentado um modelo teórico de simulação do mecanismo dinâmico da falha. O meio contínuo, com uma falha pré-existente, é modelado em condições de estado plano de deformações. A solução numérica é calculada utilizando o Método dos Elementos Discretos (MED). O MED consiste na representação de sólidos modelados com um arranjo de barras normais e diagonais unidas por massas nodais. A análise dinâmica é desenvolvida resolvendo a simples equação de movimento, dada pela segunda lei de Newton, para cada massa nodal através do método explícito de integração numérica no domínio do tempo. A solução numérica é desenvolvida acoplando o movimento elastodinâmico do meio contínuo perto da falha com o deslizamento friccional de uma falha pré-existente. A simulação da ruptura espontânea, causada pelas repentinas quedas de tensão das asperezas da falha, é modelada utilizando uma lei de fricção ao longo da falha dependente do deslizamento “slip-weakening friction model”. A ruptura é iniciada impondo quedas de tensão em um domínio limitado de espaço da área hipocentral. A validade do modelo é mostrada comparando a solução numérica do processo de ruptura dinâmica de uma falha obtida através do MED com a solução analítica e soluções numéricas apresentadas na literatura especializada. Em seguida simula-se o mecanismo de aderência-deslizamento para descrever seqüências de terremotos e o processo de nucleação representada através dos precursores de um terremoto. Ajusta-se o modelo para simular seqüências de terremotos, em escala real, e avalia-se a geração dos movimentos sísmicos mostrando os efeitos da direcionalidade da propagação da ruptura. Finalmente, o modelo proposto é utilizado para a simulação do mecanismo focal e movimentos sísmicos dos terremotos de Kobe de 1995 e de Taiwan de 1999 e comparando os resultados obtidos da simulação com os observados. A simulação dos movimentos sísmicos perto do epicentro correspondem satisfatoriamente aos observados. Mostrando desta maneira que as principais características dos terremotos são reproduzidas.

Abstract

The study of earthquakes, which they are an interest of the international community, has the objective of disaster prevention. For this purpose the study of faults mechanism is fundamental to achieve a better understanding of process involved in earthquakes. In this context, a theoretical model to simulate the dynamic mechanism of a fault is presented herein. The continue medium with a pre-existing fault, assumed in a plane strain condition, is considered. The numerical simulation is calculated using the Discrete Element Method (DEM). The DEM consists in the representation of solids modeled by an array of normal and diagonal elements linking lumped nodal masses. The dynamic process is obtained by resolving the simple equation of motion of Newton law for each lumped nodal mass by an explicit numerical integration in the time domain. The numerical solution is developed for near-field elastodynamic motion coupled to frictional sliding on a pre-existing fault. The spontaneous rupture by a sudden break of the fault under the slip-weakening friction model is simulated. Rupture is initiated in the simulation by imposed slip in a limited space domain of the hypocentral area. In order to validate the dynamic model studied here, the numerical solution of the dynamic rupture process of a fault obtained using the DEM is compared with analytical solution and numerical solution presented in the specialized literature. Continuously, the stick-slip motion is simulated in order to show earthquake sequences and nucleation process represented as a foreshock of a principal event. The earthquakes sequences in real scale are simulated and the effects of the rupture propagation directivity on ground motion are analyzed. Finally, the model is used to simulate the dynamic rupture process and the ground motion of the 1995 Kobe earthquake and the 1999 Chi-Chi (Taiwan) earthquake is simulated. The simulated motions show that the main features of the recorded ground motion can be reproduced. Thus, the 2D model used for the dynamic source simulation leads to good approximations in the vicinity of the epicenter.
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