ORIGEN DE LOS SISMOS REBOTE ELÁSTICO Origen de los Sismos

ORIGEN DE LOS SISMOS REBOTE ELÁSTICO

Origen de los Sismos Teoría 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.

Teoría del Rebote Elástico

(Reid, 1910)

Falla Geológica  Fractura

geológica a lo largo de la cual se ha producido un desplazamiento de dos bloques adyacentes en tiempos históricos, donde se han localizado los focos de los sismos.  Los bloques desplazados pueden ser de milímetros a centenares de kilómetros.  Los desplazamientos varían de 1 cm anual (en la cercanía de los polos) a 9 cm anuales (en el Pacífico Ecuatorial).

Tipos Principales de Movimiento de una Falla Falla normal Placa “encima” del plano, baja

Placa

Falla reversa Placa

Placa “encima” del plano, sube

Plano de falla

Falla lateral izquierda

Falla lateral derecha

ONDAS, MAGNITUD, INTENSIDAD (2)

Ondas P

Ondas S

Ondas Rayleigh, R

Ondas Love, L

Ondas P

Ondas L

C

P



E (1   )  (1   ) (1  2 )

CS !  CL  CS 2

Ondas S

Ondas R

CS

G 

G

E 2 ( 1  )

C R  0,92 CS

Trayectoria de las ondas sísmicas P y S, tangentes al núcleo exterior, para conformar la zona de sombra

Tipos de Ondas Sísmicas Ondas de Cuerpo, sólidas o esféricas:

P: primarias (longitudinales,volumétricas,compresionales) S: secundarias (transversales, distorsionales,cortantes)

Ondas de Superficie: Rayleigh Love

Sismograma

Sismograma Tiempo de arribo Onda P Tiempo de arribo Onda S

Amplitud

Intervalo S-P

Tiempo, segundos

(1   )  (1   ) (1  2 )

Ondas P C P  E

Ondas S

Ondas L

Ondas R

CS !  CL  CS 2

CS

G 

G

E 2 ( 1  )

C R  0,92 CS

Trayectoria de las ondas sísmicas primarias

MAGNITUD E INTENSIDAD 





Magnitud: mide la energía liberada, o sea el “tamaño” del sismo. Es un único valor para cada sismo Hay varias escalas: ML (Local o Richter), Mw (Kanamori o Momento sísmico), Ms, mb. Intensidad: Mide la fuerza del sacudimiento del suelo en un lugar determinado. Escala más usada: Mercalli Modificada (MM). También MSK

MAGNITUD 

  

Concepto creado por Richter en 1935, para sismos registrados localmente (en California). Cuantifica los sismos de forma absoluta Se define: ML = log A A es la amplitud en micras (milésimas de mm) registrada en un sismómetro Wood-Anderson (T= 0.8 s, β=0.8, Amp=2800) a 100 km del epicentro.

MAGNITUD    





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): Ms = 2.18 mb - 6.44 Ms es mejor que ML como medida del poder destructivo de un sismo.

Momento Sísmico (Mo) y Magnitud Kanamori Mo = A * D * G (t(t-m) A = área de la falla D = desplazamiento G = módulo de rigidez al corte (3 * 106 t/m2, 3 * 1011 dinas/cm2) 

A

 



Magnitud Kanamori Kanamori:: Mw = 0,67 log Mo - 10,7 Mo en dinas-cm. Ejemplo: sismo de Alaska,1964: Ms = 8,4 Mw = 9,2

Comparación de escalas de magnitudes

Energía liberada por un sismo 





Gutemberg y Richter,1956: log E = 11,8 + 1,5 Ms (ergios) log E = 4,8 + 1,5 Ms (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 ergios Explosión 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/s 1 kwh(kilowatt-hora) = 1010 erg/s Energía sísmica: 1016/1010 = 106 kwh = 1000 Mw, equivale a la producción de la Central del Mantaro

INTENSIDAD 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 construcciones  c) alteraciones del entorno. 



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

INTENSIDAD 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 ISOSISTAS. 

80°

78°

76°

74°

72°

TUMBES

70°

IQUITOS

4°

4°

III

MOYOBAMBA

6°

6°

CHACHAPOYAS CHICLAYO

IV

BRASIL

CAJAMARCA

V

TRUJILLO

8°

8°

PUCALLPA

VI CHIMBOTE HUARAZ

O

HUANUCO

VII

C

10°

10°

E A

VIII

PASCO

N

HUACHO

O CALLAO

12°

LIMA

HUANCAYO

12°

P

VII

A

PUERTO MALDONADO

C

HUANCAVELICA

I F

AYACUCHO PISCO

CUZCO

I C

14°

ABANCAY

14°

ICA

O

Líneas Isosistas

VI

VI

Grado de Intensidad según Escala de Mecalli.

V

Límite del Dpto. de Lima.

IV

16°

BOLIVIA

ISOSISTAS

PIURA

PUNO AREQUIPA

III

16°

MOQUEGUA

MOLLENDO

ILO 18°

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

18°

TACNA

PROYECTO SISRA CERESIS CHILE

MAPA DE ISOSISTAS SISMO 17 OCTUBRE 1966 - LIMA 20°

Escala de Intensidades Mercalli Modificada Referencia: E. Silgado (1977)

20°

ESCALA GRAFICA 0

80°

78°

50

100

150

200 Km.

76°

74°

72°

70°

INTENSIDAD       

  

Escalas de Intensidad: Rossi, Italia (1874-78) Forel, Suiza (1881) Rossi-Forel (1883): X grados Mercalli, Italia (1902) Mercalli, Cancani, Sieberg (1902-1904) Revisión de Wood y Newmann (1931): Escala Mercalli Modificada (MM), XII grados Revisión de Richter (1956): MM-56, XII grados Medvedev, Sponheuer y Karnik (1964): MSK, XII grados Agencia Meteorológica Japonesa (JMA), 7 grados

INTENSIDAD Se mide de acuerdo a los efectos en: • La manera como las personas perciben el sismo • Los daños que causan en las edificaciones, • Por los efectos que causan en la naturaleza. Los grados de intensidad se clasifican: Grados bajos ( I a V ), efectos en el hombre y su entorno Grados intermedios (VI a IX) efectos en las edificaciones Grados altos (X a XII), efectos en la naturaleza.

MERCALLI MODIFICADA I.

No sentido en general,

II.

Sentido solamente por pocas personas en reposo, Objetos delicadamente suspendidos pueden oscilar.

III. Sentido muy perceptiblemente en el interior de las construcciones, Vibración como el paso de un camión. IV. Durante el día, sentido en interiores por muchos, en exteriores sentido por pocos. En la noche, algunos se despiertan. V.

Sentido por casi todos. Muchos se despiertan. En algunos casos, el revestimiento se agrieta.

MERCALLI MODIFICADA

VI. Sentido por todos. Algunos muebles pesados se mueven. VII. Todos se asustan. Daño insignificante en edificios de buen diseño y construcción. VIII. Daño ligero en estructuras especialmente diseñadas. Personas manejando vehículos se desconciertan. Terrenos húmedos se agrietan en cierta extensión. IX. Gran daño en construcciones resistentes, con colapso parcial. El suelo se agrieta conspicuamente. Se rompen tuberías en el subsuelo. Se reportan varios deslizamientos.

MERCALLI MODIFICADA X.

La mayoría de las estructuras destruidas, incluyendo sus cimientos. Terreno severamente agrietado. Rieles se doblan. Considerables deslizamientos de las riberas de ríos y pendientes empinadas. Arena y lodo desplazado / trasladado. Daños severos a presas, diques, y terraplenes. Tuberías dañadas.

XI. Pocas estructuras permanece en "pie". Amplias fisuras en el terreno. Tuberías fuera de servicio. Deslizamientos rotacionales y deslizamientos de tierras en terrenos blandos. Rieles se doblan o arquean grandemente. Gran daño a presas, diques, y terraplenes. Causa maremoto significativo. XII. Daño total. Se ven ondas en la superficie del terreno. Líneas de vista y nivel distorsionadas.

Escala MSK



Tipos de edificaciones (MSK)

– Tipo A ó 1: Construcciones de piedra, adobe, ladrillos secados al sol, tapial, etc. – Tipo B ó 2: Construcciones de ladrillo, bloques de cemento, bloques grandes y paneles, piedra cortada. – Tipo C ó 3: Construcciones de ladrillo, bloques de cemento, etc. con refuerzo de concreto, vigas y columnas, casas de madera bien diseñadas. – Tipo D ó 4: Construcciones sismorresistentes

MSK Clasificación de daños  

 



Grado 1. Daño ligero: Grietas finas en el revestimiento y caídas de pequeños pedazos del revestimiento o enlucido. Grado 2. Daño moderado: Grietas pequeñas en muros, caída de pedazos muy grandes del revestimiento, caída de tejas y lozas del techo. Grado 3. Daño Grave: Grietas grandes y profundas en muros. Grado 4. Destrucción Parcial: Grietas y brechas muy grandes en muros, desplome de partes de la construcción, rotura de conexiones entre partes de la construcción, desplome de muros interiores y muros aporticados. Grado 5. Destrucción total: Destrucción total de la edificación

MSK

definiciones de cantidades Individual= alrededor del 5%  Muchos = 50%  La mayoría= alrededor del 75% 

MSK – 64 (Medvedev, Sponhever y Karnik) I. II.

No perceptible Escasamente perceptible Sacudimiento sentido por algunas personas en reposo III. Sismo ligero Sentido por algunas personas en el interior de la construcción; sentido fuera de la construcción bajo condiciones favorables. IV. Sacudimiento perceptible Sentido en el interior y fuera de la construcción. Sacudimiento como el paso de camión pesado. V. Sacudimiento severo Sentido por todas las personas en el interior y fuera de la construcción. personas dormidas se despiertan. Animales se inquietan. Objetos colgantes oscilan considerablemente. Objetos se vuelcan Posible daño de grado1 a construcciones individuales del Tipo A. En algunos casos, la cantidad de flujo de agua en los manantiales cambia.

MSK – 64 (Denominada Escala Internacional de Intensidades) VI.

Daños ligeros a construcciones Sentido por la mayoría de las personas tanto en el interior como en el exterior de la construcción. Muchas personas dentro de la construcción se asustan y corren hacia fuera. Algunas personas pierden su equilibrio. Animales domésticos salen corriendo de sus albergues. En algunos casos, platos y otros objetos de vidrio se rompen; libros se caen. Muebles pesados pueden moverse; puede escucharse el tañer de campanas pequeñas en campanarios. Daño grado-1 a construcciones individuales del Tipo B y a muchas construcciones del Tipo A. Daño grado-2 a construcciones individuales del Tipo A. En algunos casos, se forman grietas de hasta 1 cm de ancho en terreno húmedo; algunos deslizamientos en áreas montañosas. Cambios en la cantidad de flujo de agua de manantiales y en los niveles de agua de los pozos.

MSK – 64 (Medvedev, Sponhever y Karnik) VII. Daño a las construcciones La mayoría de las personas se asustan y corren fuera de la construcción. Muchas personas tienen dificultad en mantener su equilibrio. El sacudimiento es advertido por personas manejando carros. Daño de grado-1 a muchas construcciones de Tipo C; daño de grado-2 a muchas construcciones de Tipo B, daño de grado-3 a muchas construcciones de Tipo A; daño de grado-4 a construcciones individuales de Tipo A. En algunos casos, deslizamientos sobre carreteras en pendientes empinadas y grietas en carreteras. Roturas en uniones de tuberías; grietas en cercos de albañilería. Se forman ondas en superficies de agua; el agua se enturbia debido a que el lodo se levanta. Niveles de agua en pozos y flujo de la cantidad de agua de manantiales cambian. En algunos casos, nuevas fuentes de agua aparecen y viejas desaparecen. Casos individuales de deslizamientos de arena o grava en riberas de ríos.

MSK – 64 (Medvedev, Sponhever y Karnik) VIII. Fuerte daño a construcciones Miedo y pánico; aún personas manejando carros son desconcertadas. En algunos sitios se rompen ramas de árboles. Muebles pesados se mueven y algunas veces se voltean. Algunas lámparas colgantes se dañan. Daños del grado-2 a muchas construcciones del Tipo C; daño del grado-3 a edificios individuales del Tipo C. Daños del grado-3, y ocasionalmente grado-4, a construcciones del Tipo B. Daño del grado-4, y ocasionalmente del grado-5, a construcciones del Tipo A. Casos individuales de daños a tuberías. Monumentos y estatuas se mueven, y lápidas se voltean. Cercas de piedras son destruidas. Deslizamientos pequeños en pendientes empinadas de bajadas y subidas de carreteras; grietas en el terreno alcanzan varios centímetros de ancho. Aparecen nuevos cuerpos de agua. Algunas veces, pozos secos se llenan de agua o pozos que estuvieron funcionando se secan. En muchos casos, la cantidad de flujo de agua de manantiales y niveles de agua de pozos cambian.

MSK – 64 (Medvedev, Sponhever y Karnik) IX.

Destrucción parcial de construcciones Pánico general; daño severo a muebles. Animales salen precipitadamente y mugen, braman o gritan. Daño de grado-3, y ocasionalmente grado-4, a construcciones del Tipo C. Daño del grado-4, y ocasionalmente grado-5, a construcciones del Tipo B. Daño del grado-5 a muchos edificios del Tipo A. Monumentos, columnas y pilares se voltean. Daños considerables a reservorios artificiales; rotura de algunas tuberías subterráneas. En casos particulares, rieles de tren se comban y las carreteras se dañan. Planicies son inundadas, y se notan depósitos de arena y lodo. un gran número de grietas finas aparecen en el terreno. Taludes se rompen por fuerzas cortantes o por deslizamientos; frecuentes deslizamientos y 'desintegración' del terreno. Grandes olas en las superficies de agua.

MSK – 64 (Medvedev, Sponhever y Karnik) X.

XI.

XII.

Destrucción total de construcciones Daño de grado-4, y ocasionalmente grado-5, a construcciones del Tipo C, daño de grado5 a muchas construcciones del Tipo B; daño del grado-5 a muchas construcciones del Tipo A. Daño amenazante a presas y terraplenes, y daños serios a puentes. Ligero combamiento de rieles de tren. Rotura o combadura de la tubería subterránea. Cobertura y asfalto de carreteras forman una superficie ondulada. Grietas en el terreno son hasta unos pocos decímetros, y algunas veces hasta un metro, de ancho. Anchas fracturas aparecen paralelas a los cursos de agua. Caída de rocas sueltas de pendientes inclinadas. Posibles deslizamientos mayores sobre riberas de ríos y litorales empinados; Agua salpica de canales, lagos, ríos, etc. Aparecen nuevos lagos. Catástrofe Daños serios aún a edificaciones, puentes, presas y rieles de trenes bien construidos. Autopistas intransitables; destrucción de tuberías subterráneas. Considerable deformación del terreno en forma de anchas grietas, desplazamientos y roturas, tanto vertical como horizontal; numerosos deslizamientos en montañas. Determinación de la intensidad de sacudimiento en este caso requiere investigaciones especiales. Cambios en relieve

Comparación de Intensidades