PGA-Schätzer
Estimate Peak Ground Acceleration at your location for a given earthquake scenario.
CalculationWas ist die Spitzenbodenbeschleunigung (PGA)?
Die maximale Bodenbeschleunigung (PGA) ist die höchste Beschleunigung, die an der Erdoberfläche während eines Erdbebens auftritt, gemessen als Bruchteil der Erdbeschleunigung (g = 9,81 m/s²). Sie ist einer der wichtigsten Parameter im Erdbebeningenieurwesen, da sie direkt mit den Kräften zusammenhängt, denen Gebäude und Infrastruktur standhalten müssen. Ein PGA von 0,1g bedeutet, dass der Boden mit 10 % der Schwerkraft beschleunigt wurde – genug, um stark gespürt zu werden und geringe Schäden zu verursachen. Bei 0,5g beträgt die Beschleunigung die Hälfte der Schwerkraft, und Strukturschäden an gut konstruierten Gebäuden werden wahrscheinlich. Die höchste gemessene PGA betrug 2,7g während des Tōhoku-Erdbebens 2011 in Japan.
Ground-Motion-Prediction-Equations (GMPEs), auch Dämpfungsbeziehungen genannt, sind empirische Modelle, die die PGA basierend auf Erdbebenmagnitude, Entfernung von der Verwerfung, Tiefe und Standortbedingungen schätzen. Dieses Werkzeug verwendet eine vereinfachte GMPE für pädagogische Schätzungen. Professionelle seismische Gefahrenanalysen verwenden mehrere GMPEs und berücksichtigen Unsicherheiten durch Logikbäume. Standortbedingungen sind erheblich – weiche Böden können die PGA um das 2–3-Fache im Vergleich zum Grundgestein verstärken, ein Phänomen, das durch Standortverstärkungsfaktoren in Bauvorschriften wie ASCE 7 und Eurocode 8 erfasst wird.
PGA und Tragwerksplanung
- Bauvorschriften legen Bemessungs-PGA-Werte fest: Strukturen müssen einem bestimmten Grad an Bodenbeschleunigung ohne Einsturz standhalten. In hoch seismischen Zonen liegt dieser typischerweise bei 0,3–0,4g.
- PGA allein beschreibt die Schwere der Bodenbewegung nicht vollständig – Dauer und Frequenzinhalt spielen ebenfalls eine Rolle. Ein kurzer Impuls hoher PGA kann weniger schädlich sein als lang anhaltende moderate Erschütterungen.
- Die Standortklassifikation (A bis F in ASCE 7) beeinflusst das Bemessungsspektrum: Standorte auf weichem Boden (Klasse D/E) erfordern höhere Bemessungskräfte aufgrund von Verstärkungseffekten.
- Seismische Gefahrenkarten, wie sie von USGS und GSHAP erstellt werden, zeigen PGA-Werte mit einer 10%igen Überschreitungswahrscheinlichkeit in 50 Jahren – die Standardreferenz für Bauvorschriften.
Häufige Anwendungen
- Den Bodenerschütterungspegel an einem bestimmten Ort für ein hypothetisches Erdbebenszenario abschätzen.
- Verstehen, wie Entfernung und Bodenverhältnisse die Bodenbeschleunigung beeinflussen.
- Vergleich der geschätzten PGA mit den Anforderungen der Bauvorschriften zur Bewertung potenzieller Schäden.
- Pädagogische Demonstrationen der seismischen Dämpfung und Standortverstärkungseffekte.
How to Use
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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.
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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.
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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.