SISMOLOGIA CONCEPTOS

Centro Peruano Japons de Investigaciones Ssmicas y Mitigacin de Desastres CISMID FIC UNI

SISMOLOGIA PARA INGENIEROS CONCEPTOS BSICOS


Placas Tectnicas

HIPOCENTRO

O FOCO

EPICENTRO

CIUDAD

Distancia epicentral

Distancia hipocentral

Descripcin de los sismos


PROPAGACIN DE ONDAS SSMICAS


Animacin de Onda de Compresin (Onda P)

Deformacin de material consiste de alternancia entre compresin y dilatacin.

Movimiento de partcula es paralelo a la direccin de propagacin (longitudinal). El

material retorna a su forma original despus del paso de la onda.


Movimiento de partcula consiste de un movimiento transversal que es perpendicular a la

direccin de propagacin de la onda. El movimiento de la partcula mostrado aqui es

vertical pero puede estar en cualquier direccin; el material retorna a su forma original

despus del paso de la onda.

Animacin de Onda de Corte (Onda S)


PROPAGACIN DE ONDAS SSMICAS


Animacin de Onda Love

Movimiento de partcula consiste de alternancia de movimiento transversal que es

horizontal y perpendicular a la direccin de propagacin. La amplitud del movimiento

decrese con la profundidad. El material retorna a su forma original despus del paso

de la onda.


Animacin de Onda Rayleigh

Movimiento de partcula consiste de movimientos elipticos en el plano vertical y

paralelo a la direccin de propagacin. La amplitud del movimiento decrece con la

profundidad. El material retorna a su forma original despes del paso de la onda.


Registro ssmico


El nomograma nos permite

conocer la magnitud del sismo,

dado los parmetros necesarios.


Kramer, 1996


PARAMETROS DE TAMAO DE UN SISMO

El tamao de un terremoto se mide con tres parmetros:

1. Magnitud Ssmica.

2. Momento Ssmico.

3. Intensidad Ssmica.

Adems existen otros parmetros ms modernos que tambin contribuyen a evaluar el tamao de un sismo y estn basados en acelerogramas (Intensidades de Husid y Arias) o en espectros de respuesta (Intensidad de Housen).


MAGNITUD SSMICA

La magnitud es una medida instrumental indirecta que relaciona la energa ssmica liberada en el foco y transmitida por ondas ssmicas. La magnitud es un valor que no depende del lugar de observacin. Indica el tamao de un sismo.

La magnitud local (ML) fue inicialmente definida por

Richter (1935)para los terremotos del Sur de California

como el logaritmo decimal de la mxima amplitud expresada

en micrones (10- 6

m), del registro obtenido en un sismgrafo

Wood-Anderson. Matemticamente es la diferencia:

ML= log A - log Ao donde:

A = Amplitud mxima registrada en una estacin por un sismgrafo de torsin Wood-Anderson (amplificacin 2800, perodo 0.85 s y un factor de amortiguamiento igual a 0.8). Ao = Mxima amplitud del temblor patrn. El temblor patrn, de magnitud cero se define como aquel que, teniendo su epicentro a 100 Km de distancia, deja una traza de una micra en el registro o sismograma producido por un sismgrafo Wood-Anderson

Como Richter defini esta magnitud utilizando informacin de la red ssmica de California y la utiliz para sismos en esta regin es de hecho una escala local razn por laque Richter le llam magnitud local.


La definicin de magnitud de Richter se torn en una herramienta de enorme utilidad para el estudio de los temblores. No slo se encontr que poda emplearse para otras regiones del planeta adems de California sino que seal el camino para la elaboracin de escalas de mayor aplicacin. La magnitud de Richter (magnitud local) es apropiada para temblores con focos no mayores a los 20 Km de profundidad y distancias no mayores de 600 Km de una estacin dada. En 1936 Richter y otro gran sismlogo, Beno Gutenberg, disearon una nueva escala aplicable a temblores lejanos registrados con otros tipos de aparatos. En esta escala se utiliza la amplitud de las ondas superficiales horizontales con periodo de 20 seg. La frmula para determinar la magnitud con este criterio es:

Ms = log A - log B + C + D

En esta ecuacin A es la amplitud total, es decir en las dos dimensiones del plano de la onda superficial (Rayleigh) con periodo aproximado de 20 seg ( medida en micrones), B es el valor de la mxima amplitud horizontal calculada para un evento de magnitud cero (en micrones) a la misma distancia focal, C y D son constantes dependientes de cada estacin y dependen de tipo de suelo en que se encuentra la estacin, el instrumento, la profundidad focal, atenuacin, etc. Se le llama magnitud de ondas superficiales Ms.


Entre 1945 y 1956 Gutenberg desarroll una nueva escala aplicable a temblores profundos (que son menos eficientes en la generacin de ondas superficiales) utilizando la amplitud de las ondas internas. Esta escala esta dada por la frmula:

mb = log (A/ T) + B + C Donde A es la amplitud de la onda de cuerpo elegida para la determinacin, T el periodo de la onda, y B y C constantes dependientes de las caractersticas del sismo y la estacin sismolgica. A esta escala se le conoce como magnitud de ondas de cuerpo o por el smbolo utilizado en la frmula: mb (b por body waves). Estas frmulas dan valores algo diferentes para un mismo temblor, la razn es que fueron desarrolladas para extender el concepto de magnitud a sismos de varios tipos y resultan en realidad complementarias; por ejemplo, la magnitud mb arroja mejores resultados cuando se aplica a sismos profundos. Con propsitos de comparacin y conversin, los sismlogos han encontrado frmulas para convertir de una escala a otra.


Magnitud de Momento Ssmico (Mw)

Una manera cualitativa del tamao de un terremoto es midiendo la dislocacin de los materiales

terrestres que intervienen en la generacin del terremoto.

La escala Mw , fue introducida por Kanamori en 1977 y se llama magnitud de momento ssmico:

Mw = (2/3) log Mo 10.7

donde el momento ssmico escalar Mo se determina a

partir del espectro de amplitudes para bajas frecuencias

(zona plana del espectro de amplitudes). Esta escala de

magnitud es vlida para todo el rango de valores, mientras

que las dems se saturan, es decir, no dan valores fiables

a partir de un cierto valor. El momento ssmico escalar Mo

(en N-m y dyn-cm) es definido por la forma: Mo = m Du S

donde: u D = Valor medio de la dislocacin (desplazamiento relativo de la fractura).

S = rea de la fractura. m = Coeficiente de rigidez del medio en que se ha producido.


INTENSIDAD SSMICA

Es el parmetro de mayor inters en Ingeniera y se obtiene determinando los efectos que el terremoto a ocasionado sobre la naturaleza, estimando cualitativamente los daos producidos a las construcciones y como el ser humano lo ha percibido.

Las escalas mas utilizadas son la Mercalli Modificada (MM) y la MSK. La primera propuesta por Mercalli en 1902, modificada por Wood y Newman en 1931 y Richter en 1956. La segunda se debe a los trabajos de Medvedev, Sponheuer y Kernik en 1967.

La inmensa mayora del dao ocasionado por los terremotos corresponde a sismos con intensidad superior a VII en la escala MM.

La intensidad es de gran inters para el Ingeniero en cuanto es una medida de la fuerza del movimiento del terreno y el grado con que la vibracin es sentida. Adems, es el nico parmetro de tamao aplicable directamente a la poca no instrumental.


Escalas de Intensidad Ssmica

a. Rossi, Italia (1874-78)

b. Forel, Suiza (1881)

c. Rossi-Forel (1883): X grados

d. Mercalli, Italia (1902)

e. Mercalli, Cancani, Sieberg (1902-1904)

f. Revisin de Wood y Newmann (1931): Escala Mercalli Modificada (MM), XII

grados

g. Revisin de Richter ( 1956): MM-56, XII grados

h. Medvedev, Sponheuer y Karnik (1964): MSK, XII grados

i. Agencia Meteorolgica Japonesa (JMA), 7 grados

Escalas ms utilizadas:

1. Escala de Intensidad Mercalli Modificada MM (XII grados)

2. Escala de Intensidades MSK 64 (XII grados)


Escala de Mercalli Modificado para los paises andinos (Kuroiwa et al, 1992)

INTENSIDAD I: No sentido por personas. INTENSIDAD IV: Ruidoso, ventanas y puertas vibran. INTENSIDAD VII: Difcil mantenerse de pie, percibido por personas manejando autos, se producen grietas en las construcciones de adobe. INTENSIDAD IX: Pnico Generalizado, animales se asustan y gritan, daos graves en edificaciones de albailera reforzada. INTENSIDAD XII: Cambios en el paisaje, grandes desplazamientos en el terreno, destruccin total de construcciones


INTENSIDAD SSMICA

Es una medicin emprica y subjetiva, depender del evaluador el interpretar como fue percibido el sismo por las personas y el nivel de daos que ha afectado a las construcciones.

Los daos encontrados se debern a la magnitud del sismo, efectos de sitio (condiciones locales: geologa, suelos y topografa), tipo de construccin, materiales empleados, mano de obra y antigedad.

No existe una relacin directa entre la intensidad y magnitud as como entre la intensidad y la aceleracin mxima del suelo.

Los niveles de daos (intensidad) de las construcciones son mostrados en mapas del rea afectada, en estos mapas se trazan lneas de igual intensidad ssmica llamadas ISOSISTAS, definiendo zonas de similar intensidad ssmico (de similar nivel de daos)


En un mapa las lneas de igual intensidad se llaman ISOSISTAS


Energa Liberada Durante el producto del choque de placas o del fallamiento local, gran parte de la energa

acumulada en la corteza terrestre es liberada en forma de calor y una pequea parte es

irradiada en forma de ondas ssmicas. Diferentes investigadores han tratado de correlacionar

la energa liberada con la magnitud determinada para dicho sismo. Las frmulas que las

relacionan varan porque la amplitud medida en el sismograma puede ser la de cualquiera de

las distintas fases (P, S, superficiales) que son registradas. En forma general estas tienen la

forma siguiente:

log E = a + bM

donde a y b dependen de la escala de magnitud utilizada, entre los cuales se destacan las de

Richter y Gutenberg, quienes proponen la siguiente expresin emprica para este clculo si se

utiliza Ms:

log Es = 11.8 +1.5Ms

En donde Es es la energa ssmica liberada en forma de ondas ssmicas medida en Ergios y

Ms es la magnitud de las ondas superficiales. La constante 11.8 ha sido sujeta a modificacin

por la existencia de una mayor cantidad de datos ssmicos, utilizndose actualmente la

siguiente relacin :

log Es = 11.4 +1.5M


Con esta frmula podemos ver que un temblor de magnitud digamos, 5.5 libera una

energa del orden de magnitud de la de una explosin atmica, es decir alrededor

de 1020 ergs.

En la frmula anterior notemos que la relacin entre magnitud y energa es

logartmica, es decir cuando la magnitud aumenta en una unidad el logaritmo de la

energa tambin lo hace. Por otra parte, el logaritmo es el exponente al que hay que

elevar la base 10 para obtener la energa; por esta razn, la energa aumenta

aproximadamente 31.5 veces por cada grado. As, se requiere la ocurrencia de

alrededor de unos 31 sismos de una magnitud dada para liberar la misma cantidad

que libera el sismo de una magnitud superior en una unidad o, permitindonos

cierta licencia en el lenguaje: se necesitan 31.5 sismos de una magnitud M para

hacer un sismo de magnitud de magnitud M+1 . Es decir que la energa que libera

un sismo de magnitud 6 es 31.5 veces mayor a la de uno de magnitud 5.

Energa Liberada

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