مقدِّر التسارع الأرضي الأقصى
Estimate Peak Ground Acceleration at your location for a given earthquake scenario.
Calculationما هو ذروة التسارع الأرضي (PGA)؟
تسارع الأرض الأقصى (PGA) هو أقصى تسارع يُعاش على سطح الأرض خلال زلزال، يُقاس ككسر من تسارع الجاذبية (g = 9.81 م/ث²). هو أحد أهم المعلمات في الهندسة الزلزالية لأنه يرتبط مباشرة بالقوى التي يجب أن تتحملها المباني والبنية التحتية. PGA بقيمة 0.1g يعني أن الأرض تسارعت بنسبة 10% من الجاذبية — كافٍ ليُشعر به بقوة ويسبب أضراراً طفيفة. عند 0.5g، التسارع نصف الجاذبية، وتصبح الأضرار الإنشائية للمباني جيدة التصميم محتملة. أعلى PGA مسجل كان 2.7g خلال زلزال توهوكو 2011 في اليابان.
معادلات التنبؤ بحركة الأرض (GMPEs)، وتُسمى أيضاً علاقات التخميد، هي نماذج تجريبية تُقدّر PGA بناءً على قوة الزلزال والمسافة من الصدع والعمق وظروف الموقع. تستخدم هذه الأداة GMPE مبسطة لتوفير تقديرات تعليمية. يستخدم التحليل المهني للخطر الزلزالي GMPEs متعددة ويراعي عدم اليقين من خلال أشجار المنطق. ظروف الموقع مهمة جداً — يمكن للتربة الرخوة تضخيم PGA بـ 2-3 أضعاف مقارنة بالصخر، وهي ظاهرة تُلتقط بعوامل تضخيم الموقع المحددة في قوانين البناء مثل ASCE 7 وEurocode 8.
PGA والتصميم الإنشائي
- تحدد قوانين البناء قيم PGA الأساسية للتصميم: يجب أن تقاوم المنشآت مستوى معيناً من تسارع الأرض بدون انهيار. في المناطق ذات النشاط الزلزالي العالي، هذا عادة 0.3-0.4g.
- PGA وحده لا يصف بالكامل شدة حركة الأرض — المدة ومحتوى التردد مهمان أيضاً. قد يكون نبض قصير من PGA العالي أقل ضرراً من اهتزاز معتدل مطول.
- تصنيف الموقع (A إلى F في ASCE 7) يؤثر على طيف التصميم: مواقع التربة الرخوة (فئة D/E) تتطلب قوى تصميم أعلى بسبب تأثيرات التضخيم.
- خرائط الخطر الزلزالي، مثل تلك التي ينتجها USGS وGSHAP، تُظهر قيم PGA باحتمال 10% للتجاوز في 50 عاماً — المرجع المعياري لقوانين البناء.
الاستخدامات الشائعة
- تقدير مستوى الاهتزاز الأرضي في موقع محدد لسيناريو زلزال افتراضي.
- فهم كيف تؤثر المسافة وظروف التربة على تسارع الأرض.
- مقارنة PGA المقدّر بمتطلبات قوانين البناء لتقييم الأضرار المحتملة.
- عروض تعليمية لتخميد الموجات الزلزالية وتأثيرات تضخيم الموقع.
How to Use
-
1
Define the Earthquake Scenario
Enter the earthquake magnitude (Mw), epicenter coordinates, and focal depth. For site-specific design purposes, you may also use a return period (e.g., 475-year) to retrieve the probabilistic PGA from the USGS seismic hazard map.
-
2
Specify Your Site Location and Soil Class
Enter your coordinates and select your site soil class (A through F per ASCE 7 / Eurocode 8). Site class D (stiff soil, Vs30 = 180–360 m/s) is the reference class; softer soils amplify PGA, harder rock reduces it.
-
3
Review the PGA Estimate and Design Implications
Read your estimated PGA in g-units and its corresponding approximate MMI intensity. The tool notes the relevant building code seismic design category (SDC) for US locations and the equivalent Eurocode 8 PGA design value.
About
Peak Ground Acceleration emerged as the primary seismic engineering parameter in the 1950s–60s when strong-motion accelerographs first became widely deployed following the 1940 El Centro earthquake (which produced the first complete accelerogram used in engineering, with PGA = 0.33g). PGA's appeal lies in its direct measurement from instruments, its physical intuition (how hard the ground shakes), and its correlation with observations from historical earthquakes. The USGS National Seismic Hazard Maps, first produced in the 1970s and updated through PSHA methodology, express seismic hazard primarily as PGA at specific probability levels.
However, PGA has known limitations as a sole damage predictor. It reflects high-frequency energy that governs rigid structural response but may not capture the damage potential for taller, more flexible structures sensitive to long-period energy. The 1985 Mexico City earthquake illustrated this dramatically: soft sediment resonance amplified long-period (2 second) waves while PGA on those same sediments was not extreme, yet mid-rise (8–15 story) buildings resonating at the site's natural period collapsed while shorter and taller buildings survived. This observation drove the adoption of design response spectra and, more recently, spectral acceleration at specific periods (Sa(1.0s), Sa(0.2s)) as primary design parameters in modern codes.
The emergence of broadband seismic networks and dense strong-motion arrays has dramatically expanded the observational database underpinning PGA prediction models. The Next Generation Attenuation (NGA) project, coordinated by PEER (Pacific Earthquake Engineering Research Center), compiled an international database of over 21,000 ground motion records from 600+ earthquakes to develop the NGA-West2 model suite—five independent GMPEs now used as the foundation of USGS hazard maps and incorporated into building codes in the US and internationally. These models explicitly account for magnitude, distance, depth, style of faulting, hanging wall effects, basin depth, and Vs30, providing PGA predictions with quantified uncertainty at any site worldwide.