aspectos basicos de sismologia
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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Tectónica de PlacasTectónica de Placas
Placas TectónicasPlacas Tectónicas
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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
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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)
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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.
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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
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Panorama Sísmico MundialPanorama Sísmico Mundial
De 1471 - 1991 : CERESIS 91-H De 1991 - 1995 : NEIC Mag 6.5 - 7.9 , Mag >= 8.0
SISMICIDADSISMICIDADREGIONALREGIONAL
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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.
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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
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ZONAS ZONAS SÍSMICASSÍSMICAS
Esquema de Generación de las Esquema de Generación de las Ondas SísmicasOndas Sísmicas
Epicentro e HipocentroEpicentro e Hipocentro
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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 <<!
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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
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Sismógrafos en EstaciónSismógrafos en Estación
SismogramaSismogramaRegistro de un sismógrafoRegistro de un sismógrafo
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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.
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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
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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)
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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.
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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