2 SISMOLOGIA CONCEPTOS

7/23/2019 2 SISMOLOGIA CONCEPTOS

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Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres – CISMID – FIC – UNI

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

Facultad de Ingeniería Civil

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS

Y MITIGACIÓN DE DESASTRES

SISMOLOGIA PARA INGENIEROSCONCEPTOS BÁSICOS

Ing. Luis Fernando Lázares La Rosa

CISMID FIC UNI




Placas Tectónicas

HIPOCENTRO

O FOCO

EPICENTRO

CIUD

Distancia epicentral

Distancia hipocentral

Descripción de los sismos




PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMIC




An imación de Onda de Compresión (Onda P)

Deformación de material consiste de alternancia entre compresión y dilataciónMovimiento de partícula es paralelo a la dirección de propagación (longitudinal). Ematerial retorna a su forma original después del paso de la onda.


http://slidepdf.com/reader/full/2-sismologia-conceptos 5/31Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres – CISMID – FIC – UNI

Movimiento de partícula consiste de un movimiento transversal que es perpendicular

dirección de propagación de la onda. El movimiento de la partícula mostrado aquvertical pero puede estar en cualquier dirección; el material retorna a su forma origdespués del paso de la onda.

An imación de Onda de Corte (Onda S)



PROPAGACIÓN DE ONDAS SÍSMIC



An imación de Onda Love

Movimiento de partícula consiste de alternancia de movimiento transversal que ehorizontal y perpendicular a la dirección de propagación. La amplitud del movimientdecrese con la profundidad. El material retorna a su forma original después del pasde la onda.



An imación de Onda Rayleigh

Movimiento de partícula consiste de movimientos elipticos en el plano vertical yparalelo a la dirección de propagación. La amplitud del movimiento decrece con laprofundidad. El material retorna a su forma original despúes del paso de la onda.



Registro sísmico



El nomograma nos permite

conocer la magnitud del sismo,dado los parámetros necesarios.




Kramer, 1996




PARAMETROS DE TAMAÑO DE UN SISMO

El tamaño de un terremoto se mide con tres parámetros:

1. Magnitud Sísmica.

2. Momento Sísmico.

3. Intensidad Sísmica.

Además existen otros parámetros más modernos que también contribuyena evaluar el tamaño de un sismo y están basados en acelerogramas(Intensidades de Husid y Arias) o en espectros de respuesta (Intensidadde Housen).

MAGNITUD SÍSMICA




MAGNITUD SÍSMICA La magnitud es una medida instrumental indirecta que relaciona la energía sísmica liberada en el focy transmitida por ondas sísmicas. La magnitud es un valor que no depende del lugar de observacióIndica el tamaño 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 máxima amplitud expresada

en micrones (10- 6 m), del registro obtenido en un sismógrafo

Wood-Anderson. Matemáticamente es la diferencia:

ML= log A - log Ao donde:A = Amplitud máxima registrada en una estación por un sismógrafo de torsión Wood-Anderso(amplificación 2800, período 0.85 s y un factor de amortiguamiento igual a 0.8).

Ao = Máxima amplitud del temblor patrón. El temblor patrón, de magnitud cero se define como aquque, teniendo su epicentro a 100 Km de distancia, deja una traza de una micra en el registro sismograma producido por un sismógrafo Wood-Anderson

Como Richter definió esta magnitud utilizando información de la red sísmica de California y la utilizpara sismos en esta región es de hecho una escala local razón por laque Richter le llamó magnitulocal.




L d fi i ió d it d d Ri ht t ó h i t d tilid d




La definición de magnitud de Richter se tornó en una herramienta de enorme utilidad parestudio de los temblores. No sólo se encontró que podía emplearse para otras regiones planeta además de California sino que señaló el camino para la elaboración de escde mayor aplicación. La magnitud de Richter (magnitud local) es apropiada para temblores focos no mayores a los 20 Km de profundidad y distancias no mayores de 600 Km de estación dada. En 1936 Richter y otro gran sismólogo, Beno Gutenberg, diseñaron nueva escala aplicable a temblores lejanos registrados con otros tipos de aparatos. En eescala se utiliza la amplitud de las ondas superficiales horizontales con periodo de 20 sLa fórmula para determinar la magnitud con este criterio es:

Ms = log A - log B + C + D

En esta ecuación A es la amplitud total, es decir en lasdos dimensiones del plano de la onda superficial (Rayleigh)con periodo aproximado de 20 seg ( medida en micrones),B es el valor de la máxima amplitud horizontal calculadapara un evento de magnitud cero (en micrones) a la mismadistancia focal, C y D son constantes dependientes de cadaestación y dependen de tipo de suelo en que se encuentra

la estación, el instrumento, la profundidad focal, atenuación,etc. Se le llama magnitud de ondas superficiales Ms .




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

m = log A/ T) + B + C

Donde A es la amplitud de la onda de cuerpo elegida para la determinación, T el periodo la onda, y B y C constantes dependientes de las características del sismo y la estacisismológica. A esta escala se le conoce como magnitud de ondas de cuerpo o por el símboutilizado en la fórmula: m (b por body waves).

Estas fórmulas dan valores algo diferentes para un mismo temblor, la razón es que fuerodesarrolladas para extender el concepto de magnitud a sismos de varios tipos y resultan realidad complementarias; por ejemplo, la magnitud m arroja mejores resultados cuando aplica a sismos profundos. Con propósitos de comparación y conversión, los sismólogos hencontrado fórmulas para convertir de una escala a otra.




Magnitud de Momento Sísmico M

w

)

Una manera cualitativa del tamaño de un terremoto es midiendo la dislocación de los materialesterrestres que intervienen en la generación del terremoto.

La escala Mw , fue introducida por Kanamori en 1977 y se llama magnitud de momento sísmico:Mw 2/3)

log Mo 10.7

donde el momento sísmico escalar Mo se determina a

partir del espectro de amplitudes para bajas frecuencias

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

magnitud es válida para todo el rango de valores, mientras

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

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

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

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

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




INTENSIDAD SÍSMICA

Es el parámetro de mayor interés en Ingeniería y se obtiene determinando los efectoque el terremoto a ocasionado sobre la naturaleza, estimando cualitativamente ldaños 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 primepropuesta por Mercalli en 1902, modificada por Wood y Newman en 1931 y Richten 1956. La segunda se debe a los trabajos de Medvedev, Sponheuer y Kernik e1967.

La inmensa mayoría del daño ocasionado por los terremotos corresponde a sismocon intensidad superior a VII en la escala MM.

La intensidad es de gran interés para el Ingeniero en cuanto es una medida de fuerza del movimiento del terreno y el grado con que la vibración es sentidAdemás, es el único parámetro de tamaño aplicable directamente a la época ninstrumental.




Escalas de Intensidad Sísmica

a. Rossi, Italia (1874-78)b. Forel, Suiza (1881)c. Rossi-Forel (1883): X gradosd. Mercalli, Italia (1902)e. Mercalli, Cancani, Sieberg (1902-1904)f. Revisión de Wood y Newmann (1931): Escala Mercalli Modificada (MM), XII

gradosg. Revisión de Richter ( 1956): MM-56, XII gradosh. Medvedev, Sponheuer y Karnik (1964): MSK, XII gradosi. Agencia Meteorológica Japonesa (JMA), 7 grados

Escalas más 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: Difícil mantenerse de pie, percibido por personas manejand

autos, se producen grietas en las construcciones de adobe.

INTENSIDAD IX: Pánico Generalizado, animales se asustan y gritan, daños grave

en edificaciones de albañilería reforzada.

INTENSIDAD XII: Cambios en el paisaje, grandes desplazamientos en el terreno,

destrucción total de construcciones




INTENSIDAD SÍSMICA

Es una medición empírica y subjetiva, dependerá del evaluador el interpretar com

fue percibido el sismo por las personas y el nivel de daños que ha afectado a laconstrucciones.

Los daños encontrados se deberán a la magnitud del sismo, efectos de sit(condiciones locales: geología, suelos y topografía), tipo de construcción, materialeempleados, mano de obra y antigüedad.

No existe una relación directa entre la intensidad y magnitud así como entre intensidad y la aceleración máxima del suelo.

Los niveles de daños (intensidad) de las construcciones son mostrados en mapas dárea afectada, en estos mapas se trazan líneas de igual intensidad sísmica llamadaISOSISTAS, definiendo zonas de similar intensidad sísmico (de similar nivel ddaños)

En un mapa las líneas de igual intensidad se llaman ISOSISTAS




En un mapa las líneas de igual intensidad se llaman ISOSISTAS




Energía Liberada




g

Durante el producto del choque de placas o del fallamiento local, gran parte de la energacumulada en la corteza terrestre es liberada en forma de calor y una pequeña parte eirradiada en forma de ondas sísmicas. Diferentes investigadores han tratado de correlacion

la energía liberada con la magnitud determinada para dicho sismo. Las fórmulas que larelacionan varían porque la amplitud medida en el sismograma puede ser la de cualquiera dlas distintas fases (P, S, superficiales) que son registradas. En forma general estas tienen forma siguiente:

log E = a + bM

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

Richter y Gutenberg, quienes proponen la siguiente expresión empírica para este cálculo si sutiliza Ms:

log Es = 11.8 +1.5MsEn donde Es es la energía sísmica liberada en forma de ondas sísmicas medida en ErgiosMs es la magnitud de las ondas superficiales. La constante 11.8 ha sido sujeta a modificaciópor la existencia de una mayor cantidad de datos sísmicos, utilizándose actualmente siguiente relación :

log Es = 11.4 +1.5M

Energía Liberada




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

energía del orden de magnitud de la de una explosión atómica, es decir alrededode 1020 ergs.

En la fórmula anterior notemos que la relación entre magnitud y energía elogarítmica, es decir cuando la magnitud aumenta en una unidad el logaritmo de lenergía también lo hace. Por otra parte, el logaritmo es el exponente al que hay qu

elevar la base 10 para obtener la energía; por esta razón, la energía aumentaproximadamente 31.5 veces por cada grado. Así, se requiere la ocurrencia dalrededor de unos 31 sismos de una magnitud dada para liberar la misma cantidaque libera el sismo de una magnitud superior en una unidad o, permitiéndonocierta licencia en el lenguaje: se necesitan 31.5 sismos de una magnitud M parhacer un sismo de magnitud de magnitud M+1 . Es decir que la energía que liber

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

Energía Liberada

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