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SISMOLOGIA

CAPITULO I : NATURALEZA DE LOS SISMOS 1.0 INTRODUCCION - Relación sismología con ciencias de la tierra - Relación Geofísica con ciencias naturales

La Geofísica Comprende :

- Ciencias de la Tierra sólida

- Ciencias de la Tierra Fluida

* Sismología * Vulcanografía * Geomagnetismo * Gravedad * Meteorología * Oceanografía

- Tectonofísica 1.1

DEFINICIONES FUNDAMENTALES

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* Sismología = Rama de Geofísica donde estudiaremos los temblores. (Temblor → Sismo → Terremoto) * Temblores = Fenómeno transcientes (de corta duración) que ⇒ el movimiento de la corteza terrestre. •

Sismicidad ⇒ Estudiar la distribución de los temblores tanto en espacio como en profundidad. ⇒ Estudiar el tamaño de los temblores : - Magnitud - intensidad - momento sísmico.

⇒ Riesgo sísmico: Efecto de los temblores (Aspecto Político Social) ⇒ Estudiar Tectónica Regional. * ~ Transmisión energía los temblores ~ Ondas en la tierra estructura de la tierra ~ Procesos en el foco: tipo de falla - radiación de falla etc. HISTORIA DE LA SISMOLOGIA En muchos países las leyendas populares atribuían los terremotos a monstruos grotescos que estaban en la Tierra. Por ejemplo, en agitar su cuerpo producía los terremotos (ver la lámina de la cubierta). La actividad del Namazu era controlada por un dios (daimyojin) que manejaba un gran mazo de piedra. Pero cundo el Daimyojin se se destraía, el namazu se movía y el suelo temblaba. El Dios Supremo del Templo de Kashima, Japón, manda al daimojin que incruste una piedra en la cabeza del namazu (siluro) del terremoto de Yedo (Tokyo) para escarmiento de otros terremotos. Cada uno de los namazus que están observando la escena representa un terremotos histórico. De izquierda a derecha los terremotos representados son los de Kwanto, Osaka, Kyushu, Echigo, Odawara y Sado.

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¾ La Biblia en el Antiguo testamento : Se encuentra alusiones a grandes terremotos en la región mediterránea. Experiencia de Moisés en el Monte Sinaí. Colapso muralla de Jericó ~ 1.100 a.C. Destrucción de Sodoma y Gomorra : ¡Tal vez! Terremotos palestinos asociados a las fallas Geológicas de la fosa tectónica en Mar Muerto. ¾ 400 a.c. El primer tratamiento sistemático y no mítico de los terremotos viene de Grecia, a lo largo del Mediterráneo. ¾ Filósofos Griegos: dieron explicaciones mecánicas para estos “ Acontecimientos Naturales”. ¾ Estrabon : “Los Terremotos ocurrían frecuentemente a lo largo de las costas más que tierras adentro. ¾ Aristóteles : “Los Terremotos son causados por vientos subterráneos que encendían los materiales combustibles del subsuelo”. ¾ a.C. : Los chinos comienzan a recopilar descripciones de los terremotos graves. “ Se cree que este catálogo asombrosamente extenso documento todos losTerremotos ~ medianos y grandes, desde el año 780 a.C. hasta el presente. ¾ 130 a.C.

: Primer instrumento descubierto para detectar temblores (locales y lejanos): “Un Jarrón chino. No hay antecedentes en temblores.

¾ Siglo 13 : Japón comienza a formar un catálogo de Terremotos destructores. ¾ : Terremoto de Massachusetts. 1.663

: “Tres Ríos en Canadá : 5 Febrero.

Siglo 18 : Se construyen los primeros sismógrafos. 1755

: Gran Terremoto de Lisboa (1º Nov. 1755) : ~ 70.000 víctimas.

Siglo 19 : Cauchy y Gauss habían definido algunos tipos de ondas que se generan en un sólido, pero no tenían muy claro el problema de estas ondas en la tierra. 100 años mas tarde quedó claro que las ondas registradas en los sismógrafos. “ Eran ondas elásticas que se propagaban en la Tierra”. 1880

: John Milxe en Japón, fue el primero que identificó estas ondas (ondas P ) y (ondas S).

1900 1911

: Se estudian ondas de cuerpo (Body waves). : Se estudian ondas de superficie.

1920 → Hacia adelante : “Grandes avances en la sismología”.

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1950 → “Uso de : computadores para determinar la ubicación de hipocentros. 1960 → Se detecta por 1era. vez las oscilaciones libres de la tierra (21de Mayo, Chile). 1970 : Se trabaja con teorías globales de sismicidad (constante ajuste geológico de nuestro planeta).

Hoy : Los terremotos se clasifican según su modo de generación. * Terremotos Tectónicos : Fracturamiento de rocas como respuesta a esfuerzos tectónicos (fuerzas geológicas). Son los : mas frecuentes; de mayor peligros ( importancias social) ; mas importantes para estudio del interior de la tierra. * Terremotos que acompañan a erupciones volcánicas antiguamente el terremoto se asociaba a volcanismo. Hoy : El Terremoto y el volcanismo tendrán origen tectónico. * Terremoto de colapso : Son pequeños y causados por colapso de techo de la mina o caverna. por deslizamiento de tierra (Perú). * Terremoto de explosión : producidos por explosión de artefactos químicos o nuclares. Ej.: Prueba nuclear en Nevada, 26 abril 1968. Prueba Boxcar → Energía ∼ 1,2 millones de TNT (Mag ∼ Richter). TIPOS DE ONDAS SÍSMICAS EN UN TERREMOTO ONDA P o Primaria es más rápida llega primero movimiento similar al sonido: A medida que se propaga comprime y delata alternativamente la roca. ONDA S o secundaria onda transversal, la roca perpendicularmente a la dirección de propagación (no se propagan en líquidos).

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SISMOMETRIA

* ¿Cómo se detectan los temblores ? ⇒ instrumentos usados en sismología. 1. Sismoscopia : Aparato que entrega evidencia visual de un evento sísmico sin dar un registro del movimiento de la tierra en función del tiempo. 2. Sismómetro : Detector cuantitativa del movimiento.

movimiento de

la

tierra

entrega

señal

que

contiene información

3. Sismógrafo : Instrumento completo para el registro del movimiento de la tierra. En general contiene : Sismómetro + amplificadores + filtros eléctricos aparato de control de inscripto.

tiempo +

4. Acelerágrofo : Registra aceleraciones del suelo provocadas por el sismo.

* ¿ Que es lo que detecta un buen instrumento ? - El desplazamiento del suelo ⇒ “Desplacímetro” - La velocidad del suelo ⇒ “Sismógrafo” - La aceleración del suelo ⇒ “Acelerógrafo” (Mov. fuerte)

SISMOGRAFOS Y SISMOGRAMAS Para detectar las ondas sísmicas producidas por los terremotos se utilizan unos aparatos llamados sismómetros o sismógrafos (de las palabras griegas, sismo = terremoto, metro = medida, y grafo = escritura). En su desarrollo intervinieron el sismólogo inglés John Milne (1850 - 1913), considerando como su creador, y el ruso B. B. Galitzin (1862 - 1916) que diseño el primer sismógrafo electromagnético. Estos aparatos amplifican el movimiento del suelo hasta millones de veces, lo que permite detectar

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movimientos del suelo imperceptibles al hombre, como pueden ser los producidos por terremotos muy pequeños o por los grandes pero muy lejanos. Los sismómetros consisten básicamente en un péndulo, bien vertical u horizontal. Dependiendo del período del péndulo, los sismómetros se llaman de período corto (menos de dos segundos) y de período largo (más de diez segundos). Los sismómetros antiguos eran instrumentos puramente mecánicos y con ellos sólo se lograban amplificaciones del movimiento del suelo de cien a doscientas veces.

Los sismógrafos modernos convierten el movimiento del suelo en una señal eléctrica que pasa a un amplificador y de éste, a un registrador. Esto permite amplificaciones de cientos de miles de veces y, en ocasiones, hasta millones de veces, dependiendo de las condiciones del lugar donde se instalan.

*

¿Cuál es el rango de período que uno espera detectar en sismometría?

RANGO DE AMPLITUD Mareas ∼ 1 [mts] Ondas P ∼ 1 Aº - 1µ Ondas sup ∼ 1 mm

Un buen instrumento para sismicidad de considerar. - Rango de frecuencias - Rango de amplitud A sismógrafos : Aclarar conceptos : 1. Vibración : movimiento de un cuerpo bajo acción de fuerza fluctuamente. 2. Oscilación : vibración centrada punto de equilibrio. 3. Movimiento periódico : movimiento que se repite durante intervalos iguales de tiempo.

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4. Amplitud : > Desplazamiento el punto de equilibrio. 5. Grados de libertad : Nº de coord. independientes necesarias para completa descripción del movimiento del

PARAMETROS DE LA FUENTE 1. LOCALIZACIÓN : HORAS DE ORIGEN HIPOCENTRO EPICENTRO 2. ENERGÍA : INTENSIDAD MAGNITUD MOMENTO SÍSMICO INTRODUCCIÓN El interés por la determinación del punto en que se produce el terremoto (foco o hipocentro) y su proyección sobre la superficie (epicentro) se remonta a los primeros sismólogos modernos, entre ellos, proyección sobre la superficie (epicentro) se remonta a los primeros sismólogos modernos, entre ellos, R.Mallet (1810 - 1881), J.Milne (1850 - 1913) y a F. Omori (1868 - 1923). Las primeras determinaciones de la localización del epicentro y profundidad del foco se basan en el estudio de la extensión y distribución de los daños producidos y de la dirección de las grietas en edificios y en el terreno. Estos métodos sitúan el epicentro en el centro de la zona de mayor daño y éste se denomina epicentro macrosísmico. Con el desarrollo de la instrumentación sismológica y la extensión por todo el mundo de observatorios, la determinación del foco sísmicos se realiza apartir de los registros de las ondas producidas por los terremotos. El FOCO representa el punto inicial en el espacio y en el tiempo de la producción de estas ondas. Los cuatro parámetros que definen la localización del foco en el espacio y en el tiempo son : (t) : hora de origen (Φ, λ): coordenas geográficas del epicentro. (h) : profundidad. Las características fundamentales de un terremoto vienen dadas por su situación, la hora en que sucede y su tamaño. • • •

Epicentro : proyección en la superficie de la Tierra del foco sísmico. Foco Sísmicos y Hipocentro : lugar donde se localiza el terremoto y está a una cierta profundidad en el interior de la Tierra. ( h = 0 hasta h = 700 Km.) Hora origen : instante de ocurrencia del terremoto.

TERREMOTOS MUNDIALES NOTABLES

Año

Fecha(GMT) Región

Muertos

Magnitud

Comentarios

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1755 1 noviembre Lisboa, Portugal 1884 25 diciembre Granada, España 1906 1908 1920 1923 1960 1960 1963 1964

18 abril San Francisco,California 28 diciembre Messina, Italia 16 diciembre Kansu, China 1 septiembre Kwanto, Japón 29 febrero Agadir, Marruecos 21-30 mayo Sur de Chile 26 julio Skopje, Yugoslavia 28 marzo Alaska

1972 23 diciembre Managua, Nicaragua 1976 4 febrero Guatemala

1976 6 mayoFriuli (Gemona), Italia 1976 27 julioTangshan, China

•

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70.000 Gran tsunami 850 7 Destrucción casi total en los prueblos de Alhama y Arenas del Rey. 700 8,2 120.000 7,5 180.000 8,5 143.000 8,2 Gran fuego en Tokio 14.000 5,9 5.700 8,5 1.200 6,0 131 8,6 Tsunami en la bahía Prince William. 5.000 6,2 22.000 7,9 200 Kms de rotura en la falla de Motagua. 965 6,5 Importantes daños 650.000 7,6 Grandaño económico, quizá 780.000 heridos.

La magnitud es otra medida del tamaño de un terremoto y representa la energía liberada en su foco. La escala para medir la magnitud fue establecida en 1935 por Charles F. Richter, sismólogos de California, generalizándose más tarde su definición por el mismo Richter y Beno Gutenberg (1889-1960). Este último, profesor durante veintisiete años en California, es uno de los padres de la sismología moderna.

En esta escala, un terremoto con foco a profundidad normal (entre 10 y 30 Km.), de magnitud menor de 3 apenas se siente en la zona cerca del epicentro. Entre 4 y 5 se siente y produce caídas de objetos y daños pequeños. A partir de magnitud entre 5 y 6 los daños son apreciables, aumentando rápidamente para los grandes terremotos destructores de magnitud 7 y 8. La mayor magnitud registrada para un terremoto fue de 8,7. Cuando un terremoto es muy superficial puede causar grandes daños, aunque su magnitud no sea muy grande. Un ejemplo de esto fue el terremoto de Agadir (Marruecos), en 1970, de magnitud 5,7 y que causó más de diez mil muertos. Como es natural, el número de terremotos pequeños es mucho mayor que el de los grandes. En efecto, en toda la Tierra, durante un año, tienen lugar, aproximadamente, un terremoto de magnitud mayor de 8, veinte entre 7 y 8, siete mil entre 4 y 5 y el número de terremotos de magnitud entre 3 y 4 pasa de los cincuenta mil. La magnitud de un terremoto se determina midiendo la amplitud de las ondas sísmicas registradas por un sismógrafo. Una de las fórmulas para determinar la magnitud es ⎛ A⎞ m = log ⎜ ⎟ + D ⎝T⎠

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donde A es la amplitud de la onda P medida en una estación sismológica (ésta es la primera de las ondas sísmicas y de ella se hablará en el apartado 2.5), T su período, y D una constante que depende de la distancia entre la estación y el epicentro del terremoto. Esta constante compensa por la atenuación de las ondas sísmicas en la Tierra. La atenuación es la pérdida de energía que experimenta una onda al propagarse por el interior de la Tierra. Naturalmente, cuanto más lejos se propaga una onda más energía pierde; por eso, el valor de D depende de la distancia. El valor obtenido para la magnitud M representa, por lo tanto, la energía producida en el foco de un terremoto y permite su clasificación por tamaño, independientemente de los daños que haya producido.

M = log ( A) − log A0

⎛ A⎞ m b = log ⎜ ⎟ + D ⎝T⎠

A

Amplitud máxima en una estación por un sismógrafo Wood-Anderson (ampl.2800, T = 0,85s) A0 Amplitud a la misma distancia de sismo patrón, M = 0 Calib M = 3 para sismo que a 100 Km. registra A = 1cm. Ondas internas (Body waves) r.mb A Amplitud en µm de ondas P o S. en componente vertical T Período corto D función de calibración que corrige por atenuación de conSuperficiales distancia MSlas ondas Ondas

⎛ A⎞ MS = log ⎜ ⎟ + 1, 66 log ∆ + 3, 3 ⎝T⎠

A T ∆

Amplitud en µm del movimiento vertical del suelo Período largo (20 s aproximadamente) Distancia epicentral en grados.

mb = 2, 5 + 0 , 63M S log E = 5 , 8 + 2, 4 mb log E = 11, 8 + 1, 5 M S

E = ES + ER

Establecida por Gutenberg y Richter en 1956 si M = 8 ⇒ E = 1018Joules E = 1012J en Explosión atómica de 10Kilotoes en Bikini en 1946

ES Energía liberada en forma de ondas elásticas. ER Energía no elástica disipada en el foco, principalmente en calor

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ESCALA DE INTENSIDAD SÍSMICA I.

Registrado sólo instrumentalmente.

II.

Perceptible sólo por pocas personas en pisos altos.

III.

Perceptible por algunos en edificios. Ligero balanceo de objetos colgados.

IV.

Sentido por todos en edificios y algunos en el exterior. Vibración de puertas y ventas, balanceo de objetos colgados y movimientos de muebles.

V.

Sentido por todos dentro y fuera de edificios. Caída de objetos ligeros, golpear de puertas y ventanas. Ligeros daños en construcciones de tipo A.

VI.

Temor generalizado. Posible rotura de vajilla, caída de objetos, movimientos de muebles pesados. Daños moderados en construcciones de tipo A, ligeros en B. Grietas pequeñas en terrenos, deslizamientos y cambios de nivel en pozos.

VII.

Mayoría aterrorizada. Graves daños en construcciones tipo A, llegando a destrucción completa, moderados en B y ligeros en C. Deslizamientos de tierras, cambios de caudal en manantiales y pozos.

VIII. Miedo pánico general. Destrucción y algunos colapsos de construcciones tipo A, daños graves y alguna destrucción de B moderados y algún grave en C. Derrumbamiento de muros, deslizamiento de laderas y barrancos, grietas grandes en terreno, cambios de caudal.. IX.

Pánico general. Colapso de construcciones tipo A, destrucción de B y daños graves y alguna destrucción de C. Doblamiento de raíles, rotura de carreteras. Numerosas grietas en terreno y desprendimiento de rocas y tierras. Licuefacción, extrusión de agua, arena y fango.

X.

Colapso de la mayoría de construcciones tipo A y algunas B, destrucción de muchas y colapso de algunas de C. Daños serios en presas y puentes, ondulación de raíles y pavimento. Grandes grietas en terreno con fuertes deslizamientos y formación de lagos.

XI.

Daños importantes en todas las construcciones, carreteras fuera de servicio y canalizaciones destruidas. Deformaciones considerables en el terreno con anchas grietas y muchos deslizamientos de tierra.

XII.

Todas las estructuras destruidas o gravemente dañadas. Cambios en la topografía, grandes grietas con importantes desplazamientos, desviación de ríos y formación de lagos.

TIPO DE CONSTRUCCIÓN A. Muros de mampostería en seco o en barro, adobe y tapial. B. Muros de ladrillos, bloques de mortero, mampostería con mortero, entramado de madera. C:

Estructura metálica o de hormigón armado.