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ACELEROGRAMAS (SISMOGRAMAS)

Edgar David Mora Martínez, MSc. Ingeniero Civil

Introducción. Necesidad por el estudio de los terremotos

Principales Placas Tecntónicas Tomado del Curso: Seismic Hazard Assessment, ROSE School, Dr. Dario Slejko

Introducción. Necesidad por el estudio de los terremotos Conocer cómo afecta el movimiento del suelo a las estructuras de Ingeniería. Carga dinámica y súbita. Corta duración. Áltamente impredecible. Caracterización de los parámetros del sismo (velocidad, aceleración, desplazamiento, duración, energía) que reflejen mejor los daños observados en las estructuras. Mejorar los códigos de construcción. Crear mapas de peligros necesarios para las autoridades y tomadores de decisiones.

Fuente: IG-EPN. Alexandra Alvarado. Ph.D

Tectónica de Placas. Placas Tectónicas La distribución de los terremotos, volcanes y cadenas montañosas, definen 7 grandes placas principales.

-

Africana Norteamericana Sudamericana Eurasiática Australiana Antártica Del Pacífico

Introducción. Ruptura superficial

Tsunamis

Tomado del Curso: Seismic Risk and Loss Assessment , ROSE School, Dr. Hellen Crowley

CAPÍTULO I: Introducción. Deslizamientos

Licuefacción

Tomado del Curso: Seismic Risk and Loss Assessment , ROSE School, Dr. Hellen Crowley

Introducción. Mapa de Sismicidad Global 1900-2007

http://pubs.usgs.gov/sim/3064/

Mapa de Peligro Sísmico Regional y Movimiento Relativo de Placas

http://pubs.usgs.gov

Sismo de Pujilí 28. marzo. 1996

Introducción. Riesgo Sísmico Es la probabilidad de pérdidas en vidas humanas, bienes y servicios, que puede ocurrir en una comunidad particular o una sociedad debido a un terremoto. Esto evaluado en un periodo de tiempo. Componentes del Riesgo Peligro (Amenaza)

RIESGO Elementos Expuestos

Vulnerabilidad

En este curso se hará énfasis en la Evaluación del Peligro.

Introducción. Peligro (Amenaza)

Elementos Expuestos

Vulnerabilidad

Un fenómeno físico potencialmente dañino e inducido por un sismo que puede causar pérdida de vidas o heridas, daño de propiedades, desbalance económico y social o degradación ambiental. El peligro está caracterizado por: - Localización. - Intensidad. - Probabilidad (Periodo de retorno).

Personas, propiedades, sistemas u otros elementos presentes en zonas de peligro que están sujetos a potenciales pérdidas. Medidas de exposición: - Número de personas. - Tipo de bienes en un área determinada. - Número de estructuras por su tipología. - Valor de los elementos expuestos. Características y circunstancias de una comunidad, sistema o bien, que lo hace susceptible a los efectos dañinos del peligro. Hay varios aspectos de vulnerabilidad como físicos, sociales, económicos y ambientales.

Introducción.

Elementos Expuestos

Amenaza

Vulnerabilidad Riesgo

http://earthquake.usgs.gov/hazards/products/conterminous/2008/maps/us/2hzSA.usa.jpg http://www.mgs.md.gov/esic/brochures/earthquake.html

Introducción.

¿Qué pasa en Ecuador? ¿Por qué no hay mapas de riesgo sísmico?

Introducción.

Amenaza

¿Elementos Expuestos? ¿Tenemos un inventario de  edificaciones clasificadas por su  tipología?

¿Vulnerabilidad? ¿Adoptar curvas de otros países?

¿Riesgo?

NEC -11

Introducción.

La Red Nacional de Acelerógrafos (RENAC) El IG-EPN ha puesto mucho interés en la determinación del Peligro Sísmico. La instrumentación ha sido exhaustiva. La Red Nacional de Acelerógrafos (RENAC) empieza como parte del Proyecto SENESCYT en 2009. Es la primera vez que Ecuador cuenta con una red robusta de sensores de aceleración. Se inicia con una red local (Quito) de 15 acelerógrafos GURALP 5TD EAM en mayo de 2009. En la actualidad hay 76 estaciones de aceleración instaladas en todo el país, de las cuales 27 son de marca REFTEK y 49 GURALP.

Introducción. Objetivos de la RENAC:

- Monitoreo de movimientos fuertes. Los sensores de velocidad son muy sensibles y se saturan. - Los códigos necesitan datos de aceleración para la formulación de las recomendaciones de diseño. - Registrar la respuesta de los suelos en los centros poblados. - Creación de Ecuaciones de Predicción de Movimiento Fuerte (GMPEs) para Ecuador. - Elaboración de ShakeMaps. - Estudiar los efectos de sitio/ amplificación de la onda sísmica (tipo de suelo, topografía).

Introducción. Equipos Utilizados: GURALP CMG 5TD EAM Número de canales: 3 Respuesta: Hasta 4g Rango dinámico entre 0.005- 30 Hz: >130 dB Banda de frecuencias: DC a 100 Hz. Tiempo: Ajustado por GPS Tasas de muestreo: 1-1000 sps Memoria Interna: 8GB Conexiones: USB, RS232, Ethernet. Configuración RENAC Tasa de muestreo: 100 sps (continuo) 200 sps (disparos) Configuración de disparo: Algoritmo STA/LTA Transmisión: Tiempo Real

Introducción. Equipos Utilizados: REFTEK 130 SMA

Número de canales: 3 Respuesta: Hasta 4g Rango dinámico entre 0.005- 30 Hz: >137 dB Banda de frecuencias: DC a 500 Hz. Tiempo: Ajustado por GPS Tasas de muestreo: 50-500 sps Memoria externa: 8 GB Conexiones: RS232, Ethernet. Configuración: Mediante PALM Configuración RENAC Tasa de muestreo: 100 sps (continuo) 200 sps (disparos) Configuración de disparo: Algoritmo STA/LTA Transmisión: Tiempo Real

Introducción. Estado actual de la red: 18 Acelerógrafos en Quito. Alrededor de 15 sismos registrados.

Introducción. Estado actual de la red:

Tectónica de Placas.

-Al principio la Tierra era una masa semilíquida. Debido a la alta temperatura se produjo la separación de los materiales. Los más pesados se depositaron en el núcleo. (Edad de la Tierra ~4500 millones de años)

-La corteza se formó debido al enfriamiento de los materiales menos densos. Esta corteza se resquebrajó, lo que dio lugar a una serie de segmentos que flotan sobre el magma (placas tectónicas)

Tectónica de Placas.

Estructura de la Tierra

La Tierra tiene una estructura compuesta por diferentes capas. Estas capas poseen diversas composiciones químicas y comportamientos geológicos. Su naturaleza puede estudiarse a partir de la propagación de ondas sísmicas en el interior. Los geólogos han diseñado dos modelos geológicos que establecen una división de la estructura terrestre.

Tectónica de Placas.

-Nos interesa la capa superior (Litósfera). Suelo de cimentación. -Las velocidades de onda son diferentes a diferentes capas. -Propagación de las ondas de corte sólo en medios sólidos. -No nos interesa la composición química, pero sí la mecánica. Capas Mecánicas 1. Litósfera 2. Astenósfera 3. Mesósfera

Tectónica de Placas.

Modelo Geostático

Corteza Manto Superior Zona de Transición

Discontinuidad de Mohorovicic (8-40 km)

Modelo Geodinámico

Litósfera Astenósfera

Discontinuidad de Repetti (~700 km) Mesósfera

Manto Inferior Discontinuidad de Gutenberg (~2900 km)

Capa de transición entre sólidos y líquidos

Núcleo Exterior

Núcleo Interior

Discontinuidad de Lehman (~5100 km)

Endósfera

* Los modelos no son equivalentes (Litósfera no es la Corteza)

Tectónica de Placas. Litósfera -Capa superficial de la Tierra 50-100 km -No existe un límite definido entre la litósfera y la astenósfera. -Conformado por una parte de la corteza y una parte del manto superior. - Comportamiento rígido (solido).

Tectónica de Placas. Astenósfera - Se encuentra a profundidades entre 100 y 200 km. - Es la parte más débil del manto. Mesósfera -Conocida como el manto inferior. - Formada por rocas calientes y sólidas, con cierta plasticidad.

Tectónica de Placas. Tectónica de Placas = Deriva Continental + Expansión del Fondo Oceánico

TRIASSIC 200 million yrs ago

PERMIAN 225 million yrs ago

- Teoría propuesta por Alfred Wegener en 1912, basado principalmente, en la evidencia geológica y paleo- climatológica. - Hipótesis: Los continentes formaron una sola masa, pero están en movimiento constante.

Jurassic 135 million yrs ago

Cretaceous 65 million yrs ago

PRESENT DAY

- Evidencias: - Forma de los continentes. - Evidencia Fósil. - Tipo de rocas y cadenas montañosas.

Tectónica de Placas. Tectónica de Placas = Deriva Continental + Expansión del Fondo Oceánico

Composición similar en las rocas costeras de continentes diferentes.

CAPÍTULO II: Tectónica de Placas. Tectónica de Placas = Deriva Continental + Expansión del Fondo Oceánico

Importante: El modelo de Wegener (1912) no podía explicar el mecanismo de movimiento de los continentes. Se suponía que las placas se movían sobre otra capa. Demasiada fricción. En 1928, se plantea un nuevo modelo (Homes) el cual conjetura que el calor atrapado en el interior de la Tierra causa corrientes de convección, áreas en dónde los fluidos presentes debajo de la corteza se emergen, fluyen lateralmente y luego caen.

Tectónica de Placas. Tectónica de Placas = Deriva Continental + Expansión del Fondo Oceánico

En 1960, Harry Hess propone que el nuevo fondo oceánico se forma en la grieta de la dorsal. Robert Dietz en 1961, asumió que la superficie deslizante se ubicaba en la base de la litósfera, no en la base de la corteza.

Tectónica de Placas. Tectónica de Placas = Deriva Continental + Expansión del Fondo Oceánico Anomalías en el campo magnético En 1963, Fred Vine y Drummond Matthews proponen que la lava producida por erupciones a diferentes periodos, a lo largo de la grieta de la cresta de la dorsal oceánica, preserva diferentes anomalías magnéticas

Tectónica de Placas. Tectónica de Placas = Deriva Continental + Expansión del Fondo Oceánico Anomalías en el campo magnético

La lava producida en el pasado geológico, cuando el polo norte magnético estaba en el hemisferio norte, conservó una anomalía magnética positiva. Lo mismo ocurrió cuando se invirtieron los polos magnéticos.

Tectónica de Placas. Tectónica de Placas = Deriva Continental + Expansión del Fondo Oceánico Anomalías en el campo magnético

Tectónica de Placas. Características de la Zona de Subducción

Tectónica de Placas. Características de la Zona de Subducción

Puntos Calientes Puntos calientes (Hot spots) son lugares en donde el magma asciende desde el manto profundo En los océanos, estos puntos calientes forman islas. Uno de los lugares más representativos es las Islas Galápagos.

Tectónica de Placas. Características de la Zona de Subducción Puntos Calientes En 1963, J.T. Wilson propuso que las cadenas montañosas como las Islas de Hawaii, resultaron del movimiento lento de una placa tectónica que pasa sobre un “Punto Caliente” fijo.

Tectónica de Placas. Características de la Zona de Subducción Puntos Calientes Se han identificado alrededor de 50 “Puntos Calientes” alrededor del mundo, siendo Hawaii, Islas Réunion, Yellowstone, Galápagos e Islandia como las más activas.

Tectónica de Placas. Placas Tectónicas

7 placas secundarias: De Nazca, De Cocos, Filipina, Arábiga, Juan de Fuca, Del Caribe, Escocia.

Tectónica de Placas. Límites entre placas

Tectónica de Placas. Límites entre placas Divergente: - Segmentos cortados por fallas perpendiculares al eje de la dorsal “fallas transformantes” - Sismos abundantes de baja magnitud. Convergente: - Típico de la zona de subducción - Colisiones entre placas. - Placas de “igual” densidad generan cadenas montañosas. Ej. Himalayas. - Placas de diferente densidad, una subduce. Ej. Placa de Nazca bajo la Sudamericana. - Alta sismicidad con magnitudes grandes. >8.0 Mw Transformante: - Alta sismicidad. - Conectan los segmentos de las dorsales

Tectónica de Placas. La subducción en el Ecuador Diferente a la subducción en otras pates del mundo.

El vulcanismo en el Ecuador es diferente a la actividad en Colombia y Perú. Esto evidencia un proceso diferente en la subducción Michaud et al, 2009

Tectónica de Placas. La subducción en el Ecuador

- Placas fuertemente acopladas. Genera sismos grandes. - El tipo de material predominante son las andesitas. - La litósfera es joven y muy caliente.

- Acople débil. - El material predominante es el basalto. - Un movimiento relativo sustancial se produce de manera asísmica. - Litósfera vieja. Stern, 2002

Tectónica de Placas. Zonas Sismogénicas

-

Lugares en donde se generan los terremotos. Localizadas, generalmente, entre dos zonas asísmicas. Ésta área se esquematiza por la zona de Wadati-Benioff. Durante periodos intersísmicos, la deformación se acumula a lo largo de la región de contacto entre dos placas. Cuando la fricción estática se excede, empieza el proceso de deslizamiento hasta que se alcance un nuevo equilibrio Stern, 2002

Tectónica de Placas. Esquema de generación de un sismo • Teorías basadas en la fricción Material suelto en el fondo del mar no puede resistir esfuerzos de corte. La resistencia se incrementa con la profundidad debido a la compactación. • Cambios en la temperatura La temperatura se incrementa con la profundidad. ~150 grados en la parte superior y ~400 en la zona inferior. • Cambios en la geología y la composición química.

Stern, 2002

Tectónica de Placas. La subducción en el Ecuador Mayores sismos de subducción ocurridos en Ecuador Esmeraldas 1906, Mw=8.8 Manabí 1942, Ms=7.9 Manabí 1956, Ms=7.2 Esmeraldas 1958, Ms=7.8

Kanamori/ McNally, 1982

Tectónica de Placas.

Fallas corticales Fractura de rocas que muestran evidencia de movimiento relativo. Grandes fallas en la corteza de la Tierra son el resultado del movimiento en corte y las zonas de fallas activas son las causantes de la mayoría de sismos. Los sismos son causados por el deslizamiento violento en las zonas de contacto más débiles de una falla. En general, una falla divide a dos segmentos de la corteza en Hanging wall y Footwall

Tectónica de Placas.

¿Por qué saber el tipo de falla? - Cada tipo tiene características propias que se ven reflejadas en la respuesta instrumental. (Análogo a la tipología estructural) - Algunos son más peligrosos para las obras de ingeniería dependiendo de la velocidad de deformación. (Fallas inversas) - Las nuevas ecuaciones de atenuación, permiten seleccionar el tipo de falla para el cálculo de la amenaza.

Tectónica de Placas. Clasificación de las fallas

De Rumbo o Transcurrentes (transform faults o strike-slip) Dextral

Siniestral

De cabalgamiento (dip-slip)

Normal (Normal)

¿Cómo identificar las fallas?

Inversa (Reverse o Thrust)

Oblicua (Oblique-slip)

CAPÍTULO II: Tectónica de Placas.

Fallas de Rumbo o Transcurrentes - Fallas que producen únicamente el desplazamiento horizontal en la corteza. - Las fallas activas de rumbo presentan claras alteraciones en la morfología superficial, pero no un cambio significativo en la topografía. - Son difíciles de distinguir. - Se necesita una visión general del terreno en estudio para identificarlas (imágenes satelitales o aéreas)

Tectónica de Placas.

Fuente: NOAA web site Desplazamiento producido por el terremoto de San Francisco, 1906

Tect6nica de Placas.

Terremoto de El Centro, California (15.10.1979). Magnitud 6.9

[SCU[LA

Tectónica de Placas.

[SCU[LA

Falla de San Andres, Estados Unidos

Tectónica de Placas.

Fallas de Cabalgamiento - Fallas cuyo movimiento principal es vertical. - Presentan un cambio sustancial en la topografía de la región. - Las fallas normales presentan un ángulo bajo, menor a 45°. - La zona de subducción es considerada del tipo inversa. Generalmente, la subducción recibe el nombre de Thrust

Tectónica de Placas.

[SCU[LA

Tectónica de Placas.

[SCU[LA

Tectónica de Placas.

Fallas Oblicuas - Movimiento combinado (vertical y horizontal). - La mayoría de fallas activas presentan componentes en las 3 direcciones. Cuando un sismo se genera es posible identificar el tipo de falla generadora por medio del análisis de la onda; esto se conoce como Mecanismo Focal.

Tectónica de Placas. Caracterización de las Fallas 1. Tasa de deslizamiento (TD) -

Tasa promedio de deformación a lo largo de la falla TD=Desplazamiento acumulado/tiempo de observación

- Estas medidas de deformación se obtienen por medio de GPSs - Ejemplo: La tasa de deslizamiento de la zona de subducción en las costas ecuatorianas es de 6-8 cm/año (Alvarado, 2012) - Esta fórmula asume acumulación uniforme de la deformación y que el ambiente tectónico no cambia.

Fuente: Alvarado, 2012

Tectónica de Placas.

2. Deslizamiento por evento - Importante para conocer el promedio, máximo y mínimo deslizamiento por cada sismo. - Es muy diferente que un deslizamiento de 6 cm se produzca en un solo evento que en varios eventos pequeños.

Tectónica de Placas. 3. Geometría de la falla

Fuente:http://www.eqecat.com/catastrophe-models/earthquake/latin-america/

Tectónica de Placas. 3. Geometría de la falla

La geometría de la falla está descrita en término de la orientación del plano de falla. Rumbo (Strike): Orientación con respecto al norte (0‐360°) Buzamiento (Dip): Orientación con respecto a la  horizontal (0‐90°) Deslizamiento (Slip): Orientación en el plano de falla con respecto al ángulo de rumbo.  (‐180 a 180°)

Tectónica de Placas.

Ejemplos:

Dip=90° Dip=90° Dip=45° Dip=45°

Slip=0° Slip=180° Slip=90° Slip=-90°

   

Transcurrente siniestral Transcurrente dextral Inversa Normal

Tectónica de Placas. La Tectónica del Ecuador

Fuente: Lavenu, 1993

Fuente: Egüez, 2003

Tectónica de Placas. La Tectónica del Ecuador ‐ Ecuador está afectado por la Zona de  Subducción y fallas corticales, las mismas  que generan sismos importantes. ‐ La mayoría de fallas corticales  identificadas son inversas. ‐ Los estudios de estas fallas se han  realizado por medio de Paleosismología.

Fuente: Alvarado, 2012

Tectónica de Placas.

Pallas identificadas en el sector de Guapante, en la cuenca Latacunga- Salcedo. F u e n t e : VValverde, IGEPN

Tectónica de Placas.

Pallas identificadas en el sector de Guapante, en la cuenca Latacunga- Salcedo. F u e n t e : VValverde, IGEPN

Tectónica de Placas.

Tect6nica de Placas.

[SCU[LA POLITECNICA NACIONAL

Tectónica de Placas.

ESCUELA POLIT C NICA NACIONA L

Observación y registro de terremotos - Para describir la geometría de una falla, asumimos que la falla es una superficie plana a lo largo de la cual ocurre un movimiento relativo durante un sismo.

Observación y registro de terremotos - El Mecanismo Focal de un sismo es la representación del movimiento relativo de un segmento de falla y su geometría, utilizando la información de los sismogramas.

Fuente: Stein & Wysession, 2003

Observación de Terremotos

Intensidad Macrosísmica La intensidad es un índice que refleja la fuerza del movimiento del suelo (representada por emociones humanas y daño en los edificios) en una posición particular durante un sismo. En realidad, no es una medida del tamaño del sismo porque no está evaluada mediante instrumentos. Hasta hace poco la intensidad sísmica se representaba mediante números romanos porque la intensidad no es una variable continua. Importancia - Evaluar sismos históricos sin registros instrumentales. - Conocer el potencial sísmico de una región.

Observación de Terremotos

Escalas Macrosísmicas

Código RF M MCS

MWN

MM JMA

MSK

EMS

Autor(es) Rossi, Forel Mercalli Mercalli, Cancani , Sieberg Mercalli, Wood, Neuma nn Richter Japan Meteorolo gical Agency Medvedev, Sponheuer , Karnik G

th l

Año 1883 1902 1912

Características 10 grados 10 grados 12 grados

País Italia Italia Italia

1931

12 grados

U.S.A.

1956 1949

12 grados 7 grados

U.S.A. Japón

1964, 1981

99

12 grados 3 Tipos de edif.

d

Europ a, U.S.S. R. E

Observación de Terremotos

La Escala Mercalli Modificada (MM) - Escala de 12 Grados. - Es la escala Mercalli modificada por Richter. - Por primera vez se realizó una clasificación de los diferentes tipos de estructuras. - Las descripciones de cada grado de intensidad sugiere una correspondencia entre los efectos sobre las personas, edificaciones y naturaleza. - Ha sido la escala más utilizada en América Latina. Charles Richter(1900-1985) Giuseppe- Mercalli (1850-1914)

Observación de Terremotos

La Escala Mercalli Modificada

Observación de Terremotos

La Escala Medvedev- Sponheuer- Karnik (MSK)

-

Es una actualización de la MM. Se mantienen los 12 grados. Criterios de asignación de intensidades revisados. Tipos de estructuras añadidos y actualizados. Definición de cantidades y clasificación de daños.

Observación de Terremotos La Escala JMA

Observación de Terremotos La escala JMA

Observación de Terremotos La escala JMA

Observación de Terremotos La escala JMA

Observación de Terremotos La Escala Macrosísmica Europea (EMS-98)

•Es una actualización de la MSK. Se mantienen los 12 grados de intensidad. •Intenta crear un vínculo entre la Sismología y la Ingeniería. (Grünthal, 2003) •Se amplía el número de tipos de edificación. Se hace una reclasificación por el tipo de estructura. •Se define mejor los grados de daño sobre las edificaciones y se sustenta estadísticamente. •Ha sido probado alrededor del mundo con los diferentes tipos de edificaciones

Observación de Terremotos

Sismología Rama de la Ciencia que estudia las fuentes sísmicas (principalmente los terremotos) , las ondas que estos producen y las propiedades de los medios a través de los cuales viajan estas ondas. En este sentido, esta ciencia tiene un poco más de 150 años. - La teoría de propagación de ondas elásticas en materiales sólidos se desarrolló por Cauchy, Poisson, Stokes, Rayleigh, entre otros. Ellos describieron las ondas primarias y secundarias (P y S) . La teoría apareció mucho antes que la observación en campo.

Observación de Terremotos

Origen de las ondas sísmicas - Una onda es una perturbación que transfiere energía a través de un medio. - Las ondas se generan por varios procesos, como:      

Sismos Volcanes Explosiones Viento Máquinas Actividad humana.

Observación de Terremotos Ondas Sísmicas

Observación de Terremotos Superficie

Ondas Sísmicas

Love

Cuerpo

Primarias (P)

Compresionales

vp 

3K 4 3

Secundarias (S)

Rayleigh

Ondas dispersivas

Cortantes

 vs   No viajan a través de líquidos

Nota: El coeficiente de Poisson para materiales geológicos se asume 0.25

Observación de Terremotos

Ondas Sísmicas

Observación de Terremotos

Ondas Sísmicas

- Las ondas de cuerpo penetran el interior de la Tierra. - Las Ondas de superficie viajan en la capa más superficial de la corteza. (Quedan atrapadas en esta capa y sufren procesos de reflexión y refracción)

Observación de Terremotos

Ondas Sísmicas (Ondas de Cuerpo)

Observación de Terremotos

Ondas Sísmicas (Ondas de Superficie)

Observación de Terremotos Tipos de ondas sísmicas en la Tierra

•

PP = P-wave generated by the reflection of a P-wave on the Earth surface;

•

SS = S-wave generated by the reflection of an S-wave on the Earth surface;

•

PS = S-wave generated by the reflection of an P-wave on the Earth surface;

•

SP = P-wave generated by the reflection of an S-wave on the Earth surface;

•

PPP = P-wave generated by the double reflection of an P-wave on the Earth surface;

•

SSS = S-wave generated by the double reflection of an S-wave on the Earth surface;

•

SPS = S-wave generated by a reflected P-wave generated by the reflection of an S-wave;

Observación de Terremotos Tipos de ondas sísmicas en la Tierra

•

PcP = P-wave generated by the reflection of a P-wave on the Earth core;

•

ScS = S-wave generated by the reflection of an S-wave on the Earth core;

•

PcS = S-wave generated by the reflection of a P-wave on the Earth core;

•

ScP = P-wave generated by the reflection of an S-wave on the Earth core;

•

K = compressional wave in the core;

•

PKP or P’ = refracted P-wave generated by a P-wave penetrating the Earth core;

•

PKS = refracted S-wave generated by a P-wave penetrating the Earth core;

Observación de Terremotos

Ondas Sísmicas

Sismograma (izquierda ) y patrón de rayos para un sismo profundo en Tonga.

Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos Tablas de viaje de onda

Observación de Terremotos Historia de la Sismología Instrumental •132 AC: Primer sismoscopio que mostraba la dirección de las ondas sísmicas. Desarrollado en China. •1875: El primer sismómetro es inventado en Italia por Filippo Cecchi. •1889: Se registra el primer sismo lejano. (Sismo de Japón registrado en Alemania) •1892: John Milne desarrolla un sismómetro e inicia una red mundial en alrededor de 40 observatorios. •1906: Richard Oldham descubre el Núcleo de la Tierra por medio del estudio de las ondas sísmicas. •1909: Andrija Mohorovicic descubre el límite entre la corteza y el manto de la Tierra (Moho) •1935: Charles Richter desarrolla la escala de magnitudes. Se usa para determinar el tamaño de los sismos en el Sur de California. •1946: Se registra la primera explosión nuclear. •1960: Sismo de Chile, el más grande registrado en el mundo. Se inicia el uso de computadoras para problemas de sismología. Tratamiento de datos. •1966: Keiiti Aki define el momento sísmico, el cual es una medida física de la magnitud de un terremoto. •1970: Primera red digital instalada. •1977: Hiroo Kanamori establece la escala de magnitudes de momento.

Observación de Terremotos Historia de la Sismología Instrumental

Sismoscopio inventado por Chian-hen 132 AC Fuente: Slejko, 2010

Sismómetro de torsión Wood- Anderson, 1922 Fuente: Slejko, 2010

Observación de Terremotos Historia de la Sismología Instrumental (Ecuador)

Registrador en papel

Sismómetro horizontal (N-S) Geotech (1.5 s de periodo)

Sismómetro horizontal Sprengmether (3 s de periodo) Fuente: Colección particular JC Singaucho

Observación de Terremotos Historia de la Sismología Instrumental (Ecuador)

Acelerógrafo Montana Fuente: Colección particular JC Singaucho

Observación de Terremotos Tipos de Sensores Desplazamiento Registran la amplitud del movimiento del terreno Utilizados para el desarrollo de varias escalas de magnitud

Velocidad Registran la velocidad del movimiento del terreno

Aceleración Registran la aceleración del movimiento del terreno

Observación de Terremotos Escalas de Magnitud

Están basadas en la amplitud de la onda que se registra en un sismógrafo estandarizado. Las escalas de magnitud tienen la forma:

𝑀

𝑙𝑜𝑔

𝐴 𝑇

𝐹 ℎ, ∆

Como se observa las escalas son logarítmicas

𝐶

Observación de Terremotos Magnitud Local (ML) -

Primera magnitud introducida por Richter en 1935 para los sismos del Sur de California. Esta es la única escala que formalmente debe ser conocida como “magnitud en la escala de Richter”.

-

Se determinó utilizando un sismógrafo Wood Anderson.

-

Se mide la amplitud de la onda S y se corrige por la distancia entre la fuente y el receptor dada por la diferencia de arribo entre las ondas P y S.

-

Esta magnitud tiene se define como:

- La escala de Richter en su forma original no es utilizada actualmente. Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos Magnitud Local (ML)

Fuente: http://www.eas.slu.edu/eqc/eqc_instruments/

Observación de Terremotos Magnitud de Ondas de Cuerpo (Mb) -

Se mide con la primeros arribos de las ondas P.

-

La medida de Mb depende del tipo de sismómetro utilizado y la porción de la onda medida.

-

La práctica común sugiere utilizar los 5 primeros segundos.

-

La magnitud de Cuerpo se utiliza hasta una distancia de 100°. Para sismos más lejanos, existe problemas de difracción en el núcleo terrestre lo que amplifica la onda.

Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos Magnitud de Ondas de Superficie (Ms) -

Se calcula utilizando la máxima amplitud de las ondas de superficie

-

Esta medida de magnitud tiene cierta tendencia de orden 1; es decir, sismos de magnitud 5 son moderados; magnitud 6 son fuertes, 7 son altos y 8 son mayores.

Limitaciones de las escalas de magnitud

-

Estas magnitudes son totalmente empíricas. No hay ninguna conexión con la física de los terremotos. El análisis dimensional no corresponde a los resultados.

-

Las magnitudes calculadas varían notablemente con la directividad de la onda.

-

Si se calcula varias magnitudes para un mismo sismo, los valores pueden ser diferentes

-

Estas magnitudes se saturan.

Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos Escalas de Magnitud

Magnitudes calculadas para algunos sismos seleccionados

Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos Escalas de Magnitud

Observación de Terremotos Escalas de Magnitud

Observación de Terremotos Escalas de Magnitud

Observación de Terremotos Escalas de Magnitud

Observación de Terremotos Estimación de la magnitud

Fuente: Wells-Coppersmith, 1994

Observación de Terremotos Recomendaciones Generales sobre el manejo de la escala EMS-98 - Utilizar números arábigos en lugar de romanos. (Facilita su utilización en programas informáticos) - No utilizar los “efectos en la naturaleza” para asignar intensidades (demasiada dispersión). - No utilizar las intensidades 1 y 12 (En la práctica éstas no existen). - Evitar asignar intensidades con datos demasiado someros. - Reunir todas las descripciones posibles para una localidad y asignar una sola intensidad. (EXCEPCIÓN: En caso de las ciudades grandes como Quito o Guayaquil, es posible que una intensidad no sea suficiente para toda la ciudad, en estos casos es mejor dividirla en sectores) - Siempre tomar en cuenta las definiciones de “cantidad” y “grados de daño”.

Observación de Terremotos Magnitud de Momento (Mw) - En 1977 Kanamori desarrolló una escala de magnitudes estándar completamente independiente del tipo de instrumento y se la conoce como Magnitud de Momento (Mw) - Se calcula a partir del momento sísmico.

M𝑜

𝜇𝐴𝑑

Donde: 𝜇= Rigidez a corte (N/m2) A= Área de la ruptura (m2) d= Desplazamiento promedio en el plano de falla(m)

Fuente: Cotton, 2010

Observación de Terremotos Magnitud de Momento (Mw)

- Hanks y Kanamori, 1979 proponen la ecuación para convertir el momento sísmico en magnitud.

- El momento sísmico debe estar expresado en dina.cm Nota: 1 dina=10^-5 N

Comparación de momentos, magnitudes, áreas de falla y desplazamiento en el plano de falla para 4 sismos importantes. Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos Particularidades de las escalas de magnitud

- Hay muchas incertidumbres debido a la variabilidad de la Tierra. La estimación del momento sísmico depende de los modelos utilizados. - Las técnicas de estimación varían. Agencias sismológicas de distintos países reportan diferentes magnitudes incluso con los mismos datos. - Técnicas diferentes implican diferentes estimaciones (Ms, MB, Mw) - Las dimensiones de la falla y las dislocaciones calculadas son valores promedios para cantidades que pueden variar significativamente a lo largo de la falla.

Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos Particularidades de las escalas de magnitud Comparación de resultados de los desplazamientos (slips) para el Sismo de Northridge usando diferentes técnicas. El epicentro está marcado por una estrella.

Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos Particularidades de las escalas de magnitud

- La escala de magnitud de momento (Mw) es la única que no sufre problemas de saturación. - El momento sísmico M0 es una medida de la energía liberada por el sismo. Si la magnitud de momento se incrementa en una unidad, la energía aumenta en, aproximadamente, 32 veces.

Fuente: Stein-Wysession, 2003

Observación de Terremotos

Ejemplo de Aplicación 1: Considerando los sismogramas mostrados en las figuras siguientes: a) Marcar el arribo de las ondas P y S. b) Determinar la diferencia de tiempo entre las ondas P y S. c) Determinar las magnitudes del sismo (mb y Ms) . Nota: Utilizar las curvas de arribo  de las ondas para establecer la distancia epicentral.  El factor de magnificación del sismómetro utilizado es 5000.