02-sismología

IIFUNDAMENTOS DE

SISMOLOGÍAEstructura terrestreTectónica de placas

Naturaleza de los sismosDimensionamiento de sismos

Sismicidad ColombianaII.1

Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

ESTRUCTURA TERRESTRE

La tierra está conformada por tres capas:1. Núcleo (r ~ 3 470 km):

Hierro fundido + trazas de níquel, sulfuro y silicio.

2. Manto ( e ~ 2 900 km):•Manto superior(400km):

Olivina y piroxenos•Transición(237km):

Olivina•Manto inferior(2 263 km):

Magnesio, óxidos de hierro y cuarzo 3. Corteza o litosfera (hasta 60 km):

Rocas basálticas (océanos) y rocas graníticas (continentes)

II.2

122

3


ESTRUCTURA TERRESTRE(Continuación...)

Entre la corteza y el manto hay una zona de fluencia, compuesta por rocas cristalinas en estado viscoplástico, conocida con el nombre de moho, porque dicha discontinuidad la propuso un investigador llamado Mohorovicic

II.3

IIFUNDAMENTOS DE





TECTÓNICA DE PLACAS

Sir Francis Bacon (1620)François Placet (1668)Alexander Von Humboldt (1801)

Notaron las similitudes entre las costas atlánticas de América y África

4 Antonio Snider-Pellegrini (1858), fue el primero en proponer movimiento continental, basándose en fósiles.

4 Un geólogo australiano, Edward Suess (finales siglo XIX), propuso que el hemisferio sur de los continentes estuvo unido por un puente de tierra que llamó Gondwanaland.

II.5


TECTÓNICA DE PLACAS(Continuación..)

4 F.B. Taylor y Alfred Wegener, propusieron, en 1912, que los continentes estuvieron juntos en un sólo megacontinente, al que llamaron pangaea, que comenzó a separarse hace unos 200 millones de años.

II.6


4 En 1937, A.L. DuToit propuso que, en lugar de un sólo megacontinente, al principio hubo dos, Laurasia y Gondwanaland


II.7


4 Al final del Paleozoico se fractura Pangaea (o Laurasia y Gondwanaland)


II.8


4 Probablemente al final del Mesozoico (hace unos 150 millones de años), los continentes tenían ya la forma que tienen hoy, pero sólo durante el Cenozoico ocuparon su posición actual.


II.9


PRINCIPALES PLACAS TECTÓNICAS


Placa EuroasiáticaPlaca EuroasiáticaPlaca Placa

NorteamericanaNorteamericana

Placa Placa SudameriSudameri−−

canacana

Placa AfricanaPlaca AfricanaPlaca Placa

IndoaustralianaIndoaustraliana

Placa AntárticaPlaca Antártica

Placa Placa PacíficaPacífica

Placa Placa de de

NazcaNazca

Placa Placa CaribeCaribe

II.10

IIFUNDAMENTOS DE





NATURALEZA DE LOS SISMOS

Movimiento de placas

Tensiones > Fuerzas de fricción

Grandes tensiones en el material rígido

Acumulación de energía de deformación = TensionesTensiones

Ruptura violenta y liberación súbita de energía en forma de ondas sísmicas y calor

II.12


Falla de San Andrés Falla de San Andrés CaliforniaCalifornia

• Límites entre placastectónicas

•Fallas geológicas

NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)

II.13


• Zonas volcánicas

• Zonas de actividad humana


II.14



Principales cinturones sísmicos coinciden con los límites entre placas

II.15


4 Subducción:Dos placas de espesor similar entran en contacto y una se introduce bajo la otra

4 Deslizamiento (o rumbo):Dos placas en contacto que se mueven a lo largo de sus bordes

4 Extrusión:Dos placas en contacto que se alejan una de la otra presionadas por material fundido que sale del manto


Mecanismos de interacción entre placas

I.16


PLACA

PLACA

ASTENOSFERA

LÍMITE CONVERGENTE

LÍMITE DE TRANSFORMACIÓN

LÍMITE DIVERGENTE

ZONA DE “RIFT” CONTINENTAL

ARCO DE ISLAS

ESTRATO VOLCÁNICO

CORDILLERA OCEÁNICA DE

EXTRUSIÓN

FOSA

LITOSFERACORTEZA OCEÁNICA

PUNTO CALIENTE

LÍMITE CONVERGENTE

FOSA

ASTENOSFERA PLACA DE SUBDUCCIÓN

CORTEZA CONTINENTAL

II.17


Mecanismos de las fallas geológicas

4 Normal

4 Invertida

4 Deslizamiento


II.18


4 Foco, centro o hipocentro:Punto de origen de las ondas sísmicas.

EpicentroEpicentro

FocoFoco

EstaciónEstación

EstaciónEstación

Distancias Distancias HipocentralesHipocentrales

Distancias Distancias EpicentralesEpicentrales

4 Epifoco o epicentro:Proyección vertical del foco en la superficie terrestre.


LOCALIZACIÓN


4 En realidad, el foco no es un punto, sino una región


II.20

Plano de falla

Foco

EpicentroEpicentro



Ondas P

CompresionesCompresiones

DilatacionesDilataciones

Medio Sin PerturbarMedio Sin Perturbar

AmplitudAmplitud

Longitud de OndaLongitud de Onda

Propagación de OndasPropagación de Ondas

Propagación de PartículasPropagación de Partículas



CompresionesCompresiones

DilatacionesDilataciones

Medio Sin PerturbarMedio Sin Perturbar

AmplitudAmplitud

Longitud de OndaLongitud de Onda





ONDAS DE CUERPO O MÁSICAS

II.21

Ondas S











Ondas Love

Ondas Rayleigh

ONDAS DE SUPERFICIE

II.22



OSCILACIONES LIBRES

La tierra vibra como un todo

Sin PerturbarSin Perturbar PerturbadaPerturbada

II.23



La velocidad de las ondas P y S se calculan mediante las expresiones

( )( )µµ

µλ

+−=

121E

donde

( ) ( )25,0 para 321

12==

−

−= µ

µ

µ

s

p

v

vAhora bien,

ρ

λ Gvp

2+=

ρ

Gvs =y

( )µ+=

12E

Gy

II.24


4 Ondas de superficie: [0,5 km/s y 5 km/s]• Ondas Love: 4,5 km/s, en promedio

• Ondas Rayleigh: 4 km/s, en promedio


Intervalos de velocidad

II.25

CAPA VELOCIDAD, km/s

PROFUNDIDAD km VP VS

Superficie 0 5 3 Corteza continental 0-30 6 3,5 Moho 30 8,2 4,5 Manto 2 900 13,5 8 Núcleo 5 000 10 N/A Centro 6 370 11,5 N/A

IIFUNDAMENTOS DE





4 Magnitud:Es una medida del tamaño del evento, en función de la energía liberada. Es un concepto instrumental que no depende de la distancia, ni de la posición del observador

DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS

Donde:A = Amplitud del registroT = Período de la onda, s∆ = Distancia epicentralH = Profundidad del foco, kmCs = Factor de corrección propio de la estación sismológicaCr = Factor de corrección regional

M = LOG (A/T) + F(∆,H) + Cs + Cr

II.27


4Intensidad:Capacidad de destrucción de un sismo, en un punto dado. Concepto instrumental = f(distancia, posición del observador)Medición:– Relación de daños y de la forma como se

siente el sismo (Subjetiva)– Instrumentalmente: Aceleración del terreno

DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)

II.28


Escala de intensidad de Mercalli modificada por Richter


II.29

I. El terremoto no se nota.II. Es notado por pocas personas favorablemente situadas,

especialmente en las plantas superiores de los edificios.III. El terremoto es notado en el interior de los edificios, por

muchas personas. Se puede estimar su duración.IV. El terremoto es notado en el interior de los edificios, por

muchas personas. En el exterior es menos perceptible. Los edificios y pórticos de madera se fisuran en sus plantas superiores.

V. Es notado por todo el mundo. Los objetos inestables se desplazan o caen. Los líquidos se mueven. Se afectan los relojes de péndulo.

VI. Las personas andan con dificultad. Las ventanas y los objetos de vidrio se quiebran. Los libros y lo cuadros se caen. Los muebles se desplazan o vuelcan. Las estructuras débiles de mampostería se agrietan. Las campanas pequeñas repican.


Escala de intensidad de Mercalli (Continuación...)

II.30

VII. Lo notan los conductores de automóvil. Caen las chimeneas débiles. Se agrietan las estructuras ordinarias de mampostería. Las campanas grandes repican. Caen los ornamentos, cornisas, revestimientos, etc. Deslizamientos en bancos de arena y grava.

VIII. Colapso parcial de estructuras ordinarias de mampostería. Dañadas las estructuras bien ejecutadas de mampostería, pero no diseñadas para resistir fuerzas sísmicas. Las estructuras de mampostería diseñadas para resistir fuerzas sísmicas no sufren daños importantes. Caen chimeneas, torres, monumentos, depósitos elevados, etc.

IX. Pánico general. Las estructuras ordinarias de mampostería sufren daños importantes pudiendo incluso sufrir colapso. Las estructuras con diseño sismo resistente son seriamente dañadas. Daños en los cimientos. Grietas en el terreno. En zonas aluviales la arena es expulsada.


Escala de intensidad de Mercalli (Continuación...)

II.31

X. La mayoría de las estructuras de mampostería y pórticos son destruidos, junto con sus cimientos. Daños importantes en las presas y en los diques. Grandes deslizamientos del terreno. Los rieles se doblan.

XI. Rieles fuertemente doblados. Tuberías subterráneas fuera de servicio.

XII. Destrucción casi total. Grandes masas de rocas desplazadas. Objetos lanzados al aire.


SISMÓGRAFOS


II.32


ACELERÓGRAFOSUtilizan un elemento

transductor (análogo o digital) que, esquemáticamente, es un pequeño sistema de un grado de libertad (SUGDL), con sus respectivos masa, resorte y amortiguador.

En los instrumentos análogos el sistema está completamente definido en función de la frecuencia natural fn (o el período, Tn) y la amortiguación ξ.

Los aparatos más modernos funcionan con frecuencias de 50 Hz y amortiguación cercana al 70% de la crítica.


II.33


Componentes que registra el acelerógrafo

W

E

N

S

Arriba

Abajo

t

t

t


II.34


Acel. máx. del terreno = 0.171g






-0.4g

0.4g

-0.4g

0.4g

-0.4g

0.4g

-0.4g

0.4g

-0.4g

0.4g

-0.4g

0.4g

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Tiempo (s)

Temblor de México - Registro "SCT1 - Secretaria de Transporte" - Sep. 19/85 - Comp. E-W

Temblor de Miyagi-Ken-Oki, Japón - Registro "Tohoku University, Sendai" - Junio 12/78 - Comp. N-S

Temblor de Chile - Registro "Viña del Mar" - Marzo 3/85 - Comp. N-S

Temblor de San Fernando, Cal. - Registro "Castaic Old Ridge"- Febrero 9/71 - Comp. N21E

Temblor del Imperial Valley, Cal. - Registro "El Centro" - Mayo 18/40 - Comp. S00E

Temblor de Loma Prieta, Cal. - Registro "Corralitos" - Octubre 17/89 - Comp. N-S

Ejemplos de acelerogramas


II.35


-1.00-0.75-0.50-0.250.000.250.500.751.00

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tiempo, (s)

Ate(g)

-1.00-0.75-0.50-0.250.000.250.500.751.00

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tiempo, (s)

Ate(g)

Temblor de Loma Prieta, 1989 - Registro “Corralitos”

Componente N-S

Componente E-W


II.36


Acelerogramavisto en planta

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8

N

Aceleración horizontal (g)

E

S

W

Temblor de Loma Prieta, 1989 Registro “Corralitos”


II.37

IIFUNDAMENTOS DE





SISMICIDAD EN COLOMBIA(Continuación...)

Principalesfallas geológicas

en el territorio Colombiano

II.39


4 1566 - Primer registro sísmico4 1922 - Primer sismógrafo en el país4 1957 - Red puede calcular profundidad4 1993 - Comienza a operar la RSNC4 1995 - Comienza a operar el CPIS4 1996 - Instrumentación de Medellín4 1999 - Microzonificación sísmica de

Medellín4 2002 - Microzonificación sísmica del Valle de

Aburrá

SISMICIDAD EN COLOMBIA

II.40


RSNCRSNCRED SISMOLÓGICA RED SISMOLÓGICA

NACIONAL COLOMBIANANACIONAL COLOMBIANA

17 ESTACIONESSISMÓLOGICASCOMUNICADAS VIA SATÉLITE CON BASE DE INGEOMINAS

0.5 N

5.5 N

10.5 N

80 W 75 W 70 W


II.41


Código Nombre Departamento Latitud(grados n)

Longitud(grados w)

Altura(m.s.n.m)

PED San Pedro de laSierra

Magdalena 10.91 74.05 1600

CAP Capurganá Chocó 8.30 77.20 50OCA Ocaña N. Santander 8.20 73.40 1200BAR Barichara Santander 6.64 73.18 1860HEL Santa Helena Antioquia 6.23 75.55 2790SOL Bahía Solano Chocó 6.37 77.46 50RUS La Rusia Boyacá 5.93 73.08 3360NOR Norcasia Caldas 5.60 74.89 510CHI Chingaza Cundinamarca 4.63 73.73 3100TOL Nev. Tolima Tolima 4.59 75.34 2520MAL Bahía Málaga Valle 4.10 77.35 50PRA Prado Tolima 3.70 74.90 410BET Betania Huila 2.68 75.44 540MUN Munchique Cauca 2.47 76.96 3010CRU La Cruz Nariño 1.50 76.95 2740FLO Florencia Caqueta 1.51 75.63 360CUM Cumbal Nariño 0.86 77.84 3420


Estaciones de la red y su ubicación

II.42


ACTIVIDAD SÍSMICA

REGISTRADA POR LA RSNC

A Ñ O 1 9 9 4

-4.5 N

0.5 N

5.5 N

10.5 N

-80 W -75 W -70 W

0 - 30 31 - 70 70 - 150 >150

0 - 2 .5

2.6 - 4.0

4.1 - 5.5

Magni tud

Profundidad, Km

C O N V E N C I O N E S


II.43


¿CÓMO SE LOCALIZA UN SISMO?

ESTACIÓNESTACIÓN

EPICENTROEPICENTRO

ESTACIÓNESTACIÓN

El cálculo se basa en el conocimiento de las velocidades de las ondas P y S, y la diferencia de tiempo en su llegada a, por lo menos, tres estaciones


II.44


PARÁMETROS DE LA RSNC

MODELO DE CORTEZA

0-22-5

5-2525-35>35

45,56,47,18,1

2,23,13,64,14,6

PROFUNDIDAD DE LA CAPA(km)

VELOCIDAD DE LAS ONDAS P

(m/s)

VELOCIDAD DE LAS ONDAS S

(m/s)


II.45


ERRORES EN LA LOCALIZACIÓN DE LA RSNC4 POR DENSIDAD DE LA RED.

4 POR “GAP” GRANDES.

ESTACIÓNESTACIÓN

ESTACIÓNESTACIÓN

ESTACIÓNESTACIÓN

EPICENTROEPICENTRO

GAP: MÁXIMA GAP: MÁXIMA

SEPARACIÓN ENSEPARACIÓN EN

GRADOSGRADOS


II.46


Continúa en el archivoDinámica_UGDL.ppt

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