1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAINGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA CIVILFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Aspectos Básicos de SismologíaAspectos Básicos de Sismología

Dr. Javier Piqué del PozoDr. Javier Piqué del PozoIng. Rafael Salinas Ing. Rafael Salinas BasualdoBasualdo

20032003

SISMOSSISMOS

Vibraciones o sacudimientos de la Vibraciones o sacudimientos de la corteza terrestre causados por ondas corteza terrestre causados por ondas sísmicas que se generan por súbita sísmicas que se generan por súbita liberación de energía elástica acumulada liberación de energía elástica acumulada en la corteza y parte superior del manto en la corteza y parte superior del manto terrestre (terrestre (litósferalitósfera).).Por sus consecuencias sobre la Por sus consecuencias sobre la naturaleza y las zonas pobladas por el naturaleza y las zonas pobladas por el hombre, están considerados como hombre, están considerados como peligros naturales.peligros naturales.

2

i) EFECTOS DIRECTOS:

a) Fallas en el terreno: • Ruptura de fallas. (superficiales) • Vibración del suelo (efectos de las ondas):

- Agrietamiento del suelo. - Licuación. - Sacudida brusca del suelo. - Asentamiento diferencial. - Escurrimiento lateral (lateral spreading) - Deslizamientos.

b) Vibraciones transmitidas del suelo a la estructura.

MANIFESTACIONES DE LOS SISMOSMANIFESTACIONES DE LOS SISMOS((BerteroBertero, 2000), 2000)

MANIFESTACIONES DE LOS SISMOSMANIFESTACIONES DE LOS SISMOS((BerteroBertero, 2000), 2000)

ii) EFECTOS INDIRECTOS:

a) Tsunamis. b) Cambios en el nivel del agua de los lagos

(seiches) c) Deslizamientos. d) Inundaciones. e) Incendios.

3

Origen de los SismosOrigen de los SismosFuentes PrincipalesFuentes Principales

TECTONICOS: movimientos de la corteza terrestre. Son los más frecuentes y de mayor “tamaño”, o magnitud.VOLCANICOS: asociados a la actividad de los volcanesDESLIZAMIENTOS de grandes masas de tierraCOLAPSO de cavernas subterráneasEXPLOSIONES nuclearesINDUCIDOS por grandes (altos) embalses de agua

Estructura de la TierraEstructura de la Tierra

4

Estructura de la TierraEstructura de la TierraCORTEZA: comienza en la superficie y llega hasta 35 km o más en zonas continentales y 10 km bajo el mar. Es sólida y fracturable.MANTO: desde la parte inferior de la corteza hasta una profundidad de 2900 km. Por las condiciones de alta presión y temperatura, sus materiales se hallan en un estado entre sólido y plástico. (SiAl)NUCLEO EXTERNO: entre los 2900 y 5200 km de profundidad. Se ha inferido que es líquido, probablemente por las altas temperaturas. (NiFe)NUCLEO INTERNO: 2340 km de diámetro, es sólido.

Origen de los SismosOrigen de los SismosTectónica de Placas (I)Tectónica de Placas (I)

Teoría postulada por Alfred Wegener, en 1912.Explica en forma integrada el origen de los terremotos, la aparición de volcanes, la formación de cadenas de montañas y otros fenómenos.La litósfera está formada por una serie de placas que conforman la superficie terrestre. El espesor de estas placas es del orden de 70 km (bajo océanos) y el doble (bajo los continentes).Las placas se desplazan sobre la astenósfera (zona parcialmente fundida, plastificada, de 700 km de espesor), debido a corrientes de convección

5

Tectónica de Tectónica de PlacasPlacas

Causas:Causas:Líneas de Líneas de

convección de convección de calorcalor

Origen de los SismosOrigen de los SismosTectónica de Placas (II)Tectónica de Placas (II)

Los efectos de los movimientos de las placas son más perceptibles en sus bordes.Hace 225 millones de años había un solo continente (Pangea) y un mar (Panthalasa). Hace 180 millones de años, se tenían dos continentes Laurasia y Gondwanalandia.Actualmente, se identifican 22 placas: Norteamérica, Eurasia, Africa, India, Antártica, Pacífica, Nazca, Somalía, Sudamérica, Filipina, Arábica, Caribe, Cocos, China, Persa, Turquía, Tonga, Egea, Nuevas Hébridas, Adriática, Juan de Fuca y Rivera.

6

Deriva Continental Deriva Continental ((WegenerWegener, 1912), 1912)

PANGEA

LAURASIA

GONDWANALANDIA

Origen de los SismosOrigen de los SismosTectónica de Placas (III)Tectónica de Placas (III)

Evidencias de la deriva continental:Correspondencia de contornos de plataformasPaleomagnetismo (los minerales muestran características de los campos magnéticos al cristalizarse o sedimentarse)Correspondencia de sucesiones litológicas con fósiles muy similares.Observación de la distribución de zonas activas de sismos y volcanes.

7

Tectónica de PlacasTectónica de Placas

Placas TectónicasPlacas Tectónicas

8

Tipos de Encuentros entre PlacasTipos de Encuentros entre Placas

Fuerzas en la Corteza Terrestre y Fuerzas en la Corteza Terrestre y Efectos en la SuperficieEfectos en la Superficie

9

Encuentro entre Placas de Nazca y Encuentro entre Placas de Nazca y SudamericanaSudamericana

Tipos de Tipos de Subducción Subducción en el Perúen el Perú(IGP, 2000)(IGP, 2000)

10

El Mecanismo de SubducciónEl Mecanismo de SubducciónClasificación de los Sismos (por la profundidad focal)Clasificación de los Sismos (por la profundidad focal)

Generación de los SismosGeneración de los SismosTeoría del Rebote ElásticoTeoría del Rebote Elástico

Postulada por H.F.Reid, en 1910.Inicialmente propuesta para las fallas superficiales de California, EEUU. Extendido a otros tipos de fallas.La energía elástica, acumulada en las zonas de convergencia o de movimientos relativos de las placas, se libera súbitamente cuando se excede la capacidad resistente de los materiales, originándose las ondas sísmicas.

11

Teoría del Rebote Elástico Teoría del Rebote Elástico ((ReidReid, 1910), 1910)

SISMOSSISMOS

Vibraciones o sacudimientos de la Vibraciones o sacudimientos de la corteza terrestre causados por ondas corteza terrestre causados por ondas sísmicas que se generan por súbita sísmicas que se generan por súbita liberación de energía elástica acumulada liberación de energía elástica acumulada en la corteza y parte superior del manto en la corteza y parte superior del manto terrestreterrestre

12

Panorama Sísmico MundialPanorama Sísmico Mundial

De 1471 - 1991 : CERESIS 91-H De 1991 - 1995 : NEIC Mag 6.5 - 7.9 , Mag >= 8.0

SISMICIDADSISMICIDADREGIONALREGIONAL

13

Sismicidad Sismicidad InstrumentalInstrumental

Patrones de Sismicidad en el PerúPatrones de Sismicidad en el Perú

La sismicidad en el Perú es el resultado de:La interacción de las placas tectónicas Nasca y SudamericanaLos reajustes de la corteza terrestre como consecuencia de esta interacción y la morfología alcanzada por la Cordillera de los Andes. Esta última se desarrolla siguiendo los patrones geomorfológicos y tectónicos dominantes de los bordes de las cordilleras occidental y oriental.

14

Sismicidad Sismicidad Histórica Histórica (sismos con (sismos con Magnitudes Magnitudes

mayores a 8)mayores a 8)

Fecha Hora Profundidad (km)

MagnitudRichter

Intensidad Máxima (MMI)

Zonas afectadas Efectos Secundarios

17-Oct-66 16:41 38 7.5 VIII Norte de Lima Tsunami moderado

19-Jun-69 33 6.9 (MS) IX Moyobamba Licuación de suelos

31-May-70 15:23 52 7.7 VIII Chimbote Huaraz

Deslizamientos Licuación de suelos

03-Oct-74 09:21 13 7.5 VIII Lima y Sur del país Tsunami moderado

16-Feb-79 05:08 53 6.9 (MS) VII Arequipa

29-May-90 21:34 33 6.4 VII Rioja Deslizamientos leves Licuación de suelos

04-Abr-91 23:30 20 6.2 VII Moyobamba Licuación de suelos

12-Nov-96 11:59 14 7.3 (MS) VII Nasca Tsunami leve Licuación de suelos

21-Jun-2001 15:30 33 8.4(Mw) VI-VII Arequipa,

Moquegua, Tacna

Tsunami Deslizamientos

SISMOS MAS NOTABLES DE LOS SISMOS MAS NOTABLES DE LOS ULTIMOS 30 AÑOS EN EL PERUULTIMOS 30 AÑOS EN EL PERU

15

ZONAS ZONAS SÍSMICASSÍSMICAS

Esquema de Generación de las Esquema de Generación de las Ondas SísmicasOndas Sísmicas

Epicentro e HipocentroEpicentro e Hipocentro

16

Tipos de Ondas SísmicasTipos de Ondas Sísmicas

Ondas de Cuerpo, sólidas o esféricas:Ondas de Cuerpo, sólidas o esféricas:PP: primarias (: primarias (longitudinales,volumétricas,compresionaleslongitudinales,volumétricas,compresionales))SS: secundarias (transversales, : secundarias (transversales, distorsionales,cortantesdistorsionales,cortantes))

Ondas de Superficie:Ondas de Superficie:RRayleighayleighLLoveove

SismogramaSismograma

Ondas POndas P Ondas SOndas S

Ondas LOndas L Ondas ROndas R

)()()(µµ

µρ 211

1−+

−= EC P ρGC S = )( µ+

=12EG

SR CC 920,<2SLS CCC <<!

17

Trayectoria de las ondas sísmicas P y S, Trayectoria de las ondas sísmicas P y S, tangentes al núcleo exterior, para tangentes al núcleo exterior, para

conformar la zona de sombraconformar la zona de sombra

SismógrafosSismógrafosSismógrafo Sismógrafo

PendularPendular

Sismógrafo MecánicoSismógrafo Mecánico Sismógrafo ElectromagnéticoSismógrafo Electromagnético

SismoscopioSismoscopioChino Chino

AntiguoAntiguo

18

Sismógrafos en EstaciónSismógrafos en Estación

SismogramaSismogramaRegistro de un sismógrafoRegistro de un sismógrafo

19

SismogramaSismograma

Amplitud

Intervalo S-P

Tiempo, segundos

Tiempo de arribo Onda P

Tiempo de arribo Onda S

MAGNITUDMAGNITUD

Concepto creado por Richteren 1935, para sismos registrados localmente (en California).Cuantifica los sismos de forma absolutaSe define: MMLL = = loglog AAA es la máxima amplitud en micras (milésimas de mm) registrada en un sismómetro Wood-Anderson (T= 0.8 s, β=0.8, Amp=2800) a 100 kmdel epicentro.

20

MAGNITUDMAGNITUD

Se requieren correcciones por distancia al epicentro, profundidad y mecanismo focal, tipo de instrumento.En la definición no se distingue entre ondas P,S o L,R.Es habitual medir las ondas de cuerpo, en cuyo caso se obtiene la magnitud mb.Para sismos con distancia epicentral importante se determina la magnitud de ondas superficiales con períodos del orden de 20 s, Ms.Correlación empírica para Sudamérica (Sarria):

MsMs = 2.18 = 2.18 mmbb -- 6.446.44Ms es mejor que ML como medida del poder destructivo de un sismo.

Momento Sísmico (Momento Sísmico (MMoo))y Magnitud y Magnitud KanamoriKanamori ((MMww))

AADD

MoMo = A * D * G (t= A * D * G (t--m)m)A = área de la fallaD = desplazamientoG = módulo de rigidez al corte

(3 * 106 t/m2, 3 * 1011 dinas/cm2)

Magnitud Magnitud KanamoriKanamori::MMww = 0,67 = 0,67 loglog MoMo -- 10,710,7

Mo en dinas-cm.Ejemplo: sismo de Alaska,1964: Ms = 8,4 Mw = 9,2

21

ENERGIA LIBERADA POR UN SISMOENERGIA LIBERADA POR UN SISMOGutembergGutemberg y y RichterRichter,1956:,1956:

loglog E = 11,8 + 1,5 E = 11,8 + 1,5 MsMs ((ergiosergios))loglog E = 4,8 + 1,5 E = 4,8 + 1,5 MsMs (julios),(julios), 1 julio = 107 ergios

Ejemplo: Perú, 1970, Ms = 7,8 (mb= 6,6)E= 3,16 * 1023 ergios.Consumo anual de energía en EEUU: 1026 ergiosExplosión atómica en Bikini (1945): 1019 ergios

Suponiendo que se libere la energía durante un año:1 año = 3,154*107 s,r = 3,16*1023/3,154*107 ~ 1016 erg/s1 kwh(kilowatt-hora) = 1010 erg/sEnergía sísmica: 1016/1010 = 106 kwh = 1000 Mw,equivale a la producción de la Central del Mantaro

Formas de Liberación de la Formas de Liberación de la Energía durante un SismoEnergía durante un Sismo

Rotura de rocas.Fricción : calorEnergía cinéticaEnergía potencialEnergía de disipación por vibraciones (aproximadamente el 5% del total de la energía)

22

INTENSIDADINTENSIDAD

Es la valoración empírica del sacudimiento del suelo que se produce durante un sismo, considerando:a) cómo es percibido por las personas

b) cuáles son sus efectos sobre las construccionesc) alteraciones del entorno.

Los daños en las construcciones dependen de la magnitud del sismo, condiciones locales (“de sitio”) del suelo, topográficas y geológicas, prácticas constructivas, tiempo de construcción.

INTENSIDADINTENSIDAD

No puede establecerse una relación única entre la Intensidad y la Magnitud, ni entre la Intensidad y la Aceleración máxima del terreno.En un mapa, las líneas de igual intensidad se llaman ISOSISTASISOSISTAS.

23

INTENSIDADINTENSIDAD

Escalas de IntensidadEscalas de Intensidad:Rossi, Italia (1874-78)Forel, Suiza (1881)Rossi-Forel (1883): X gradosMercalli, Italia (1902)Mercalli, Cancani, Sieberg (1902-1904) Revisión de Wood y Newmann (1931): Escala Escala MercalliMercalliModificada (MM),Modificada (MM), XII gradosRevisión de Richter (1956): MMMM--5656, XII gradosMedvedev, Sponheuer y Karnik (1964): MSK, XII gradosAgencia Meteorológica Japonesa (JMA), 7 grados