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ESCUELA UNIVERSITARIA UNIVERSIDAD CATÓLICA

CICLO 2010 – 0

SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO “AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN ECONOMICA Y SOCIAL EN EL PERÚ” ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL TEMA: ONDAS SISMICAS

ASIGNATURA: FISICA II

AUTORES: QUEVEDO RIVAS,Jesus PEREZ VELASQUEZ, Carloman David SENMACHE FLORES, José Alberto

DOCENTE:

LIC FIS.CUMPA BARRIOS, Edwin

CHICLAYO – PERÚ 2010

UNIVERSIDAD CATOLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO ESCUELA PROFESIONAL INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL JUSTIFICACION

Hoy en día nuestro planeta está pasando por un momento devastador, la reciente catástrofe ocurrida en uno de los países más pobres del mundo “Haití”, nos hace recordar las vividas hace poco tiempo en nuestro país. Muchas veces nos preguntamos ¿Qué es un sismo?, ¿Cómo se localiza?, ¿Qué parte de nuestro país y del mundo es más propenso a este fenómeno natural? ¿Qué genera un sismo? Nuestro fin como estudiantes de Ingeniería Civil y Ambiental es analizar, comprender y saber definir un concepto adecuado de Ondas Sísmicas, esto nos será útil para las futuras obras a realizar y lo más importante evitar más víctimas en las diferentes partes de nuestro país y del mundo. Para ello es necesario realizar un estudio detallado sobre el tipo de ondas, la intensidad, magnitud y el riego que ocasionan dichas ondas; tener un conocimiento amplio de este fenómeno natural que se viene realizando a lo largo de nuestras vidas.

INTRODUCCION Los terremotos fuertes causan catástrofes naturales terribles. El número de víctimas que han producido en todo el mundo desde 1755, año en que un sismo destruyó Lisboa se cifra en más de catorce millones de personas (Sarria1990). Durante este siglo se produjeron más de 1100 terremotos fuertes que ocasionaron la pérdida de más de un millón y medio de vidas humanas (Coburn et al. 1992). Ejemplos como los de Chile (1985), México (1985). Armenia (1988), Estados Unidos (1987, 1989, 1994), Colombia (1985, 1994), Perú (1966, 1970. 1974) o Japón' (1995) demuestran el gran potencial destructivo de los terremotos. Por todo ello, en el mundo entero se realizan investigaciones dedicadas a encontrar medidas que permitan reducir el efecto de los desastres sísmicos. Es comúnmente aceptado que los terremotos tienen como origen roturas bruscas de la corteza terrestre seguidas de la liberación casi instantánea de la energía acumulada en el interior de la Tierra. Los más fuertes y frecuentes terremotos son los tectónicos, que están asociados a los movimientos de la litosfera terrestre (Barbat y Miquel Canet 1994; Canas et al. 1994). Los principales fenómenos que se producen durante un terremoto consisten, por una parte, en deformaciones tectónicas y, por otra, en la emisión y trasmisión de ondas a través de la Tierra. Los principales factores que afectan a las deformaciones tectónicas son las características geométricas de la fuente sísmica, el mecanismo focal del terremoto y las propiedades elásticas y anelásticas del material. Los factores que afectan a la emisión y transmisión de ondas son la radiación de la fuente sísmica, el mecanismo de propagación de dichas ondas y también la geometría y naturaleza del emplazamiento. Con el objeto de definir la severidad de los terremotos, nacen los conceptos de intensidad y magnitud sísmica, los cuales se describirán brevemente a continuación.

OBJETIVO GENERAL: Dar a conocer al estudiante los tipos de ondas que originan un sismo, incluyendo las causas y efectos que este origina. OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar los principales factores que intervienen en un sismo. Determinar la cantidad de energía que libera un sismo Analizar la intensidad y magnitud que puede producir un sismo.

INDICE CAPITULO I............................................................................................................... 6 1. Onda.................................................................................................................. 6 2. Elementos de una Onda ................................................................................... 6 3. Características .................................................................................................. 7 4. Clasificación ..................................................................................................... 7 5. Tipos ................................................................................................................. 9 6. Velocidades de una Onda ............................................................................... 12

CAPITULO II ........................................................................................................... 14 1. Sismo .............................................................................................................. 14 2. Clasificación ................................................................................................... 14 3. Causas............................................................................................................. 15 4. Localización.................................................................................................... 15 5. Sismicidad ...................................................................................................... 16 6. Magnitud ........................................................................................................ 17 7. Intensidad ...................................................................................................... 18 8. Fenómenos sísmicos ...................................................................................... 22 9. Duración efectiva de un sismo ....................................................................... 23 10. Peligrosidad sísmica ...................................................................................... 24 11. Vulnerabilidad sísmica .................................................................................. 25

CAPITULO I

1. Onda Una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal, el espacio o el vacio.

2. Elementos de una Onda Los elementos de una onda son los siguientes: • Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda. • Periodo o Desplazamiento horizontal: El periodo consiste en el tiempo de duración o intervalo de tiempo que este presenta entre dos crestas. • Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo. • Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración en otras palabras es una simple repetición de valores por un periodo de tiempo determinado. • Valle: Es el punto más bajo de una onda. • Longitud de Onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas.

3. Características Todas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de situaciones estándar y pueden experimentar lo siguiente: •

Difracción: Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo.

•

Efecto Doppler: Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el receptor de las mismas.

•

Interferencia: Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en el mismo punto del espacio.

•

Reflexión: Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo medio que no puede atravesar, cambia de dirección.

•

Refracción: Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

•

Onda de Choque: Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio se superponen formando un cono.

4. Clasificación En función del medio en el que se propagan • Ondas Mecánicas: Las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (solido, liquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas características del medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad. • Ondas electromagnéticas: Las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas

por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético

asociado.

Las

ondas

electromagnéticas

viajan

aproximadamente a una velocidad de 300000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de las ondas. • Ondas Gravitacionales: Las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo. En función de su propagación o frente a la onda • Ondas Unidimensionales: Las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos. • Ondas bidimensionales o superficiales: Son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella. • Ondas tridimensionales o esféricas: Son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.

En función de la dirección de la perturbación •

Ondas Longitudinales: Son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio se mueven (ó vibran) paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal.

•

Ondas Transversales: Son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

En función de su periodicidad •

Ondas periódicas: La perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal.

•

Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas también se denominan pulsos.

5. Tipos Con respecto a ondas sísmicas existen tres tipos de ondas que son los siguientes: ondas primarias o longitudinales, ondas secundarias o transversales y por ultimo ondas superficiales o largas. • Ondas Primarias o Longitudinales: Las ondas longitudinales son partículas que se mueven en la misma dirección de propagación de ondas, comprimiendo y experimentando sucesivamente las rocas. Estas ondas viajan a una velocidad de 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material liquido o solido. Velocidad típica son de 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito.En un medio isotopo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P es:

Donde k es el modulo de incompresibilidad, u es el modulo de corte o rigidez y þ la densidad del material y a través del cual se propaga la onda mecánica.

•

Ondas Secundaria: Las ondas S o transversales, son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, está aparecen en el terreno algo después que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños. Sólo se trasladan a través de elementos sólidos. La velocidad de propagación de las ondas S en medio isótopos y homogéneos dependen del módulo de corte y de la densidad del material.

•

Ondas Love: Son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie. Se denominan así en honor al matemático neocelandés Augustus Edward Hough Love, quien desarrolló un modelo matemático de estas ondas en 1911. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh.

•

Ondas Rayleigh: Las ondas Rayleigh, también denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por John William Strutt Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas más lentas que las ondas de cuerpo y su velocidad de propagación es casi un 70% de la velocidad de las ondas S.

• Ondas Sonoras: Una onda sonora es una onda longitudinal perceptible como sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica o cuasiperiódica.

• Ondas Sísmicas: Las ondas sísmicas son tipo de onda elástica consiste en la propagación de perturbaciones temporales del campo de esfuerzos que generan pequeños movimientos en un medio. Estas a su vez pueden ser generadas por movimientos telúricos naturales, los más grandes de los cuales pueden causar daños en zonas donde hay asentamientos urbanos.

6. Velocidades de una Onda Las investigaciones demostraron, sin embargo, que las ondas sísmicas aumentan y cambian notablemente sus velocidades y direcciones al atravesar la tierra. Adicionalmente, al ocurrir un sismo, en una ancha zona en el hemisferio opuesto, que se conoce como zona de sombra, no se detectan las ondas sísmicas “p” y “s” (entre los 103° y 143° del foco), y más allá de los 143°, se detectan sólo las ondas “p” (entre los 143° y 180°) .

La velocidad de las ondas sísmicas varían de acuerdo al medio por donde avanzan, y se conoce que, tanto la densidad como la elasticidad del medio, son las dos propiedades físicas determinantes de esta particularidad. En zonas superficiales de la corteza, las ondas “p” viajan a velocidades de 5.4 a 6.3 km/seg, y las ondas “s” lo hacen de 3.3 km/seg a 3.7 km/seg. Al llegar al límite corteza - manto las ondas “p” han aumentado bruscamente a velocidades que llegan a 8 km/seg, y las ondas “s” a 4.5 km/seg. En el manto, luego de una brusca disminución a los 100 km de profundidad, las ondas sísmicas aumentan lenta y progresivamente sus velocidades, hasta alcanzar las ondas “p” 13.7 km/seg, y las ondas “s” 7.3 km/seg, al llegar al núcleo. En el núcleo la velocidad de las ondas “p” cae bruscamente a 8 km/seg, para volver a remontar, y las ondas “s” se pierden. Tabla Nº1: Las velocidades de las ondas en diferentes medios: Velocidad de la Onda

Velocidad de la Onda

primaria (vp) en m/seg

secundaria (vp) en m/seg

Granito

5200

3000

Basalto

6400

3200

Calizas

2400

1350

Areniscas

3500

2150

MEDIO

Durante del cambio de un medio al otro, las ondas sísmicas tienen que cambiar su velocidad, significa también que van a separarse en una parte reflejada y en una otra parte refractada.

CAPITULO II

1. Sismo Los sismos ya sean terremotos o maremotos son movimientos vibratorios que sufren la corteza terrestre sobre un área determinada, el sismo es un fenómeno natural, que más impresiona al hombre por las pérdidas humanas y materiales. Es por esto que han sido calificados por la población como uno de los fenómenos naturales más terribles, debido principalmente a que ocurren en una forma repentina e inesperada y por su capacidad de destrucción.

2. Clasificación Según su origen los sismos pueden ser: • Sismos tectónicos: Producen el 90 % de los terremotos y dejan sentir sus efectos en zonas extensas, pueden ser sismos interplaca (zona de contacto entre placas) o sismos intraplaca (zonas internas de estas). Los sismos de interplaca se caracterizan por tener una alta magnitud (7), un foco profundo (20 Km.), y los sismos de intraplaca tienen magnitudes pequeñas o moderadas. • Sismos volcánicos: Se producen como consecuencia de la actividad propia de los volcanes y por lo general son de pequeña o baja magnitud y se limitan al aparato volcánico En las etapas previas a episodios de actividad volcánica mayor se presentan en número reducidos (algunos sismos por día o por mes) y durante una erupción la actividad sísmica aumenta hasta presentar decenas o cientos de sismos en unas horas. Según indican las estadísticas mundiales, muy pocas veces han rebasado los 6 grados en la escala de magnitud.

• Sismos locales: Afectan a una región muy pequeña y se deben a hundimientos de cavernas y cavidades subterráneas; trastornos causados por disoluciones de estratos de yeso, sal u otras sustancias, o a deslizamientos de terrenos que reposan sobre capas arcillosas. Otro sismo local es el provocado por el hombre originado por explosiones o bien por colapso de galerías en grandes explotaciones mineras. También se ha supuesto que experimentos nucleares, o la fuerza de millones de toneladas de agua acumulada en represas o lagos artificiales podría producir tal fenómeno.

3. Causas La litosfera no es continua en la superficie de la tierra sino que está formada por diferentes placas que hacen contacto entre sí, estas placas sufren movimientos relativos debido a las fuerzas de tensión y comprensión que producen en algunas de sus márgenes la subducción de una placa sobre otra, con la creación de una nueva porción de la litosfera. Hay tres zonas Sísmicas principales donde ocurren los sismos: un corre los bordes del Océano Pacifico, otra en el centro del Atlántico, y la tercera, el sur de Asia, desde Indonesia hasta el mar Mediterráneo. En estas zonas la roca que yace bajo el suelo no es firme. Lo cual se debe a que la parte sólida debajo de la corteza terrestre está formada por placas rocosas, cuyos bordes están en esas fajas.

4. Localización El método para la localización del epicentro sísmico es relativamente simple, y se vale de la propiedad de las ondas sísmicas de viajar a velocidades diferentes en un mismo medio. Las ondas longitudinales, que son las más veloces en propagarse, llegan primero a una estación sismológica que las transversales, y el tiempo de

intervalo entre la llegada de las primeras (p) y la llegada de las segundas (s), será en función de la distancia entre la estación y el epicentro. Los distintos grupos de ondas de un sismo determinado y de fuente conocida, se identifican en los sismogramas de numerosas estaciones (el sismograma es el registro de los movimientos sísmicos captados por el sismógrafo de la estación sismológica). Luego, los tiempos recorridos por las ondas p y s se tabula y se construyen gráficos de tiempo - distancia, que pueden ser usados para determinar la distancia de la estación al epicentro de nuevos terremotos. Finalmente, para determinar la localización exacta del epicentro del sismo, se requiere de la información de tres estaciones sísmicas que hayan registrado ese sismo. De acuerdo a la profundidad en que ocurren los sismos (foco), éstos se pueden agrupar en sismos superficiales, entre la superficie terrestre y los 70km de profundidad, sismos de foco intermedio, entre los 70 y 300km de profundidad, y sismos de foco profundo, entre 300 y 700km de profundidad. Sismos más profundos no se han detectado. La localización del foco mismo del sismo es muy importante en el estudio de la tectónica de placas, porque indica la profundidad en que ocurre la ruptura y movimiento o desplazamiento de las rocas

5. Sismicidad La sismicidad, que originalmente ha sido considerada como la distribución espacio- tiempo de los terremotos en la Tierra y de sus efectos destructivos, obtenidos a partir de la recopilación histórica de los datos, ha dado origen a los catálogos sísmicos. Con los avances de la sismología instrumental y el desarrollo de nuevos conceptos teóricos en el marco de la sismología, se han

confeccionado catálogos cada vez más completos, que incluyen datos como magnitud, duración, coordenadas exactas del foco, dirección de propagación, profundidad, etc. En los nuevos estudios de sismicidad se relaciona la actividad sísmica con su distribución espacial y temporal, e incluso se correlaciona con las características fisiográficas y geológicas de cada región (Udías y Mézcua 1986). Como ejemplo, en la figura 1.1 puede observarse la distribución de la sismicidad del área Ibero-Magrebí (Udías y Mézcua 1986), mientras que en la figura 1.2 se muestra la sismicidad en América Central y América del Sur (Bolt 1985).

Figura 1.1: Distribución de la sismicidad del área Ibero-Magrebí (Udías y Mézcua 1986)

6. Magnitud El concepto de magnitud fue introducido por Richter en1935 para compararla energía liberada en el foco por diferentes sismos. La energía total liberada por un terremoto es la suma de la energía transmitida en forma de ondas sísmicas y la disipada mediante otros fenómenos, principalmente en forma de calor. La energía disipada por medio de ondas es del orden del 1% al 10% de la total. La

magnitud caracteriza la energía total de los terremotos, calculada a partir de registros sísmicos. Por este motivo, Richter considera que la amplitud de las ondas sísmicas es prácticamente una medida de la energía total y establece para la magnitud local ML la siguiente relación: …………(1.1) En esta ecuación, A es la amplitud máxima registrada en un sismógrafo de torsión Wood-Anderson a una distancia dada y

es una función de

atenuación correspondiente a un terremoto tomado como patrón (ML = 0). La calibración de la escala se hizo tomando el valor de ML = 3 para un terremoto que a 100 km de distancia registra una amplitud

en el mencionado

sismógrafo. El valor de la magnitud así definida no tiene límite matemático, pero sí físico, determinado por las características de los materiales de la Tierra (Canas et al. 1994). Dicho límite no ha sobrepasado, hasta ahora, el grado 9 en la escala de Richter. Posteriormente, Gutemberg y Richter propusieron expresiones para evaluar, la magnitud a partir de ondas tanto superficiales (

) como internas (

).

7. Intensidad La intensidad macrosísmica es un parámetro que describe los daños producidos en edificios y estructuras, así como sus consecuencias sobre el terreno y los efectos sobre las personas, por lo que su utilización en la evaluación de daños está muy extendida. Se observa claramente la diferencia entre magnitud e intensidad ya que, mientras la primera es una característica propia del sismo, la segunda depende del lugar y la forma en que se realiza su evaluación. Existen dos procedimientos para determinar la intensidad, uno subjetivo y otro analítico, de los cuales el más extendido es el primero. Sin embargo, el segundo se suele emplear para escalar acelerogramas a una determinada magnitud, que es más conveniente que escalarlas a una aceleración máxima.

Figura 1.2: Escalas de Intensidad

a) Intensidad macrosísmica. Procedimiento subjetivo Los métodos subjetivos evalúan los efectos dé los terremotos a través del daño que producen en las construcciones y en el entorno físico. La intensidad macrosísmica proporciona una clasificación de la severidad del movimiento del terreno a través de dichos efectos. Es un parámetro descriptivo, cuya importancia radica en que aprovecha la información sísmica anterior a la aparición de los instrumentos de registro o en zonas donde no existen instrumentos (Grünthal 1993). Debido a su propia definición, la intensidad no proporciona una idea precisa acerca de la energía liberada por un terremoto. Por ejemplo, un terremoto superficial puede producir, en cierto tipo de terreno, valores de intensidad muy altos y liberar, al mismo tiempo, una energía bastante pequeña. Para la descripción de la severidad de los sismos se han elaborado más de 40 escalas diferentes en todo el mundo. Entre ellas, hay que citar la de Rossi-Forel (1873), continuando por todas las versiones de la de Mercalli (1902) y Mercalli Modificada (MM 1931, 1956, 1965), la de Mercalli-CancaniSieberg (MCS 1917, 1942) Y la de Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK 1964 y 1992). Estas escalas describen el efecto esperado para cada grado de intensidad a fin de evaluar los efectos del terremoto sobre las personas, objetos y edificios. La MM es la más utilizada en el continente americano, mientras que en Europa se utiliza más la MSK. Debido a las continuas revisiones realizadas en las escalas propuestas, existen dificultades al asignar los valores de intensidad en distintos sitios. Las escalas dependen, entre otros aspectos, de la opinión de los observadores, de la uniformidad en las tipologías de las construcciones y de la no linealidad entre los grados de intensidad de la misma (Sarria 1990).

b) Parámetros obtenidos a partir de registros. Procedimiento analítico Los métodos analíticos se basan en medidas instrumentales, para cuantificar la intensidad de los terremotos. Una de éstas es la intensidad espectral de Housner, en la que la severidad de las vibraciones inducidas en un oscilador lineal con un solo grado de libertad puede evaluarse a partir del espectro de respuesta en velocidades correspondiente a dicho oscilador. Un promedio de la severidad del movimiento sísmico puede obtenerse mediante la expresión (Housner 1970).

…………(1.2)

Donde

, es la intensidad espectral,

es la seudovelocidad espectral, T

es el período natural de vibración y v es la fracción del amortiguamiento del oscilador con respecto al crítico. Una variante de la intensidad espectral corresponde a la "raíz cuadrada del valor medio”

de las ordenadas de la aceleración a (t) del movimiento

sísmico del terreno, dada por la expresión:

…………(1.3) Otro parámetro importante para determinar la severidad de un terremoto es la denominada intensidad de Arias, fundamentada en la capacidad de daño de un sismo y que es independiente de si existen o no edificios en la zona, sin importar el tipo o la calidad de ellos. Para valores de interés práctico de la fracción del amortiguamiento crítico, v, entre el 2% y el 20%, la intensidad de Arias se evalúa mediante la siguiente expresión (Sarria 1990).

…………(1.4)

8. Fenómenos sísmicos La deformación de los materiales rocosos produce distintos tipos de ondas sísmicas. Un deslizamiento súbito a lo largo de una falla, por ejemplo, produce ondas longitudinales de empuje-tiro (P) y transversales de cizalla (S). Los trenes de ondas P, de compresión, establecidos por un empuje (o tiro) en la dirección de propagación de la onda, causan sacudidas de atrás hacia adelante en las formaciones de superficie. Los desplazamientos bruscos de cizalla se mueven a través de los materiales con una velocidad de onda menor al agitarse los planos de arriba a abajo. Cuando las ondas P y S encuentran un límite, como la discontinuidad de Mohorodovicic (Moho), que yace entre la corteza y el manto de la Tierra, se reflejan, refractan y transmiten en parte y se dividen en algunos otros tipos de ondas que atraviesan la Tierra. Los intervalos de propagación dependen de los cambios en las velocidades de compresión y de onda S al atravesar materiales con distintas propiedades elásticas. Las rocas graníticas corticales muestran velocidades típicas de onda P de 6 km/s, mientras que las rocas subyacentes máficas y ultramáficas (rocas oscuras con contenidos crecientes de magnesio y hierro) presentan velocidades de 7 y 8 km/s respectivamente.

Figura 1.3: Tipos de Ondas en un Sismo

Además de las ondas P y S ondas de volumen o cuerpo, hay dos ondas de superficie, ondas Love, llamadas así por el geofísico británico Augustus E. H. Love, que producen movimientos horizontales del suelo y las ondas Rayleigh, por el físico británico John Rayleigh, que producen movimientos verticales y son conocidas como ondas R. Estas ondas viajan a gran velocidad y su propagación se produce sobre la superficie de la Tierra.

Figura 1.4: Propagación de las ondas másicas, ondas P,S y P+S

9. Duración efectiva de un sismo Es difícil definir la duración efectiva de un sismo. En ciertos trabajos, como el de Bolt (1985), se propone la denominada duración acotada, que se define como el lapso en el que la sacudida del sismo se mantiene por encima de un cierto umbral de aceleración, normalmente 0,05g. Otros autores tienen en cuenta la forma del acelerograma y no los niveles de aceleración, y encuentran correlaciones entre la duración efectiva y la magnitud de un sismo. Trifunac y Brady (1975) relacionan dicha duración con la máxima

energía del movimiento, y definen el concepto de duración efectiva como el tiempo transcurrido para que la función de intensidad de Arias, definida por la ecuación (1.4), supere el 5% y alcance el 95% de su valor. A partir del estudio de más de 84 acelerogramas registrados en la parte occidental de los Estados Unidos, Dobry e Idriss (1978) encontraron que, para magnitudes entre 4,7 y 7,6 y distancias focales entre 0,1 km y 130 km, es válida la siguiente regresión: …………(1.5) Donde el tiempo

se mide en segundos.

10. Peligrosidad sísmica Por peligrosidad sísmica de una zona se entiende cualquier descripción de los efectos provocados por terremotos en el suelo de dicha zona (Udías y Mézcua 1986; Bertero 1992). Estos efectos pueden ser representados mediante la aceleración, la velocidad o el desplazamiento sísmico del terreno o también utilizando la intensidad macrosísmica de la zona. Para evaluar la peligrosidad, es necesario analizar los fenómenos que ocurren desde la emisión de las ondas sísmicas en el foco hasta que dichas ondas; alcanzan la zona en estudio. En la figura 1.5 puede observarse el mecanismo de propagación de la energía de un sismo desde el epicentro hasta el emplazamiento de una estructura. Cuando se produce un terremoto con determinadas características (profundidad del foco, mecanismo focal, magnitud, etc.), parte de la energía disipada se convierte en ondas sísmicas. Al propagarse por la tierra, dichas ondas se reflejan, refractan, atenúan o amplifican y llegan, en forma de excitación sísmica X1 al basamento rocoso que se encuentra debajo del emplazamiento de una estructura. Las ondas sufren un nuevo filtrado a través de la función de transferencia A correspondiente a las capas de suelo que se encuentran entre el basamento y la superficie, por lo que se obtiene la señal X2. Debido al fenómeno de

interacción suelo-estructura, descrito por una función de transferencia I, la señal sufrirá nuevos cambios hasta obtenerse la señal X3 que será la excitación en la base del edificio. La respuesta de la estructura X 4 es el resultado de la convolución de la señal X3 por la función de transferencia D de la estructura.

Figura 1.5: Propagación de la energía sísmica desde el epicentro hasta la estructura (Bertero 1992)

11. Vulnerabilidad sísmica A partir de experiencias de terremotos pasados se ha observado que ciertos edificios, dentro de la misma tipología estructural, experimentan un daño más severo que otros, a pesar de estar ubicados en la misma zona. Al grado de daño que sufre una estructura, ocasionado por un sismo de determinadas características, se le denomina vulnerabilidad. Por ello, a los edificios se les puede clasificar en "más vulnerables" o "menos vulnerables" frente a un mismo evento sísmico. El daño que puede sufrir un edificio puede ser de dos tipos: a) Estructural: Que se produce en elementos que forman parte del sistema resistente.

b) No estructural: Que ocurre en los elementos que no forman parte del sistema resistente principal, incluyendo el daño arquitectónico o en los sistemas mecánicos, eléctricos, sanitarios así como en su contenido. El daño estructural depende del comportamiento de los elementos del esquema resistente como, por ejemplo, vigas, columnas, muros de corte, sistemas de piso, etc. y puede cuantificarse mediante un índice de daño local, asociado al elemento. Se puede también definir un índice de daño global, de toda la estructura en conjunto, a partir de las contribuciones ponderadas de los índices de daño local. Por otra parte, el daño no estructural se evalúa en función de las deformaciones y distorsiones que sufra la estructura y, en ocasiones, a partir de la aceleración que experimente la misma. Desde el punto de vista de los costes financieros, es necesario conocer un índice de daño económico global de la estructura, que, generalmente, se define como:

Figura 1.3: Funciones de vulnerabilidad para diversas tipologías estructurales. “Intensidad de Mercalli Modificada”

Tabla Nº2: Sismos más fuertes del Mundo Locación 1. Chile

Fecha Magnitud 1960 05 22

2. Prince 1964 03 William Sound, 28 Alaska

9.5

Fenómeno Olas gigantescas y erupciones volcánicas Terremoto y posterior tsunami

9.2 hasta British Columbia, Canadá

Efectos 5 mil personas murieron 2 millones sin hogar 125 personas murieron 311 mil US$ daños materiales.

1957 03 09

9.1

Erupción del monte Vsevidof dormido por 200 años, tsunami con olas de 15 metros de alto hasta Hawai

4. Kamchatka, 1952 11 Rusia 04

9.0

Tsunami que golpeó las islas hawaianas.

No hubo muertos.

9.0

Tsunami

Miles de personas murieron en Sri Lanka, Tailandia, Indonesia y la India

Mil personas murieron

3. Islas Andreanof, Alaska

5. Costa oeste del norte de 2004 12 Sumatra, 26 Indonesia 6. Costa del Ecuador

1906 01 31

8.8

Tsunami, sentido a lo largo de la costa pacífica de América Central hasta San Francisco y el oeste de Japón

7. Islas Rats, Alaska

1965 02 04

8.7

Tsunami con olas de 10.7 m de alto

8. Assam-Tibet, 1950 08 15 India

8.6

Terremoto

9. Kamchatka, 1923 02 Rusia 03

8.5

Terremoto

10. Mar Banda, 1938 02 Indonesia 01

8.5

Tsunami

2 mil edificaciones destruidas Al menos 1.500 personas murieron.

Grandes daños en Banda y Kai

CONCLUSIONES En general se puede concluir que los desastres son un problema en aumento; el impacto de los fenómenos naturales, el crecimiento demográfico y los procesos de urbanización han hecho aumentar en forma continua la vulnerabilidad sísmica. En esta monografía concluimos que como estudiantes de ingeniería civil debemos tener una definición concreta de ondas sísmicas siendo importante para nuestra carrera profesional.

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