1 clase 01 sismica
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Curso: Ingeniería Sismorresistente 1 Docente: Ing. Anita Alva Sarmiento
Ingeniería Civil
UNIDAD I
FUNDAMENTOS DE LA SISMOLOGIA Y RIESGO
SISMICO
Logro de la Unidad: Al finalizar la I unidad, el estudiante explica la
sismología y determina el peligro sísmico para zonas
específicas, estableciendo zonificaciones de mayor y
menor peligro sísmico, con criterios de orden y
coherencia.
I. INTRODUCCION:
La Ingeniería Sismorresistente es una parte de la Ingeniería cuyo principal
objetivo es el proyecto y construcción de obras civiles de manera tal que
puedan tener un comportamiento satisfactorio durante los sismos.
Originalmente los esfuerzos de la Ingeniería sismorresistente se orientaban
casi exclusivamente, a tratar de evitar el colapso de las construcciones en
sismos grandes. Hoy en día se trata de cuantificar este objetivo en términos
de probabilidad y riesgo, analizando básicamente el comportamiento de las
construcciones frente a terremotos menos severos pero más frecuentes.
Frente a los grandes sismos las estructuras sufren un daño importante, por
tanto para poder anticipar su comportamiento en estos eventos, es
necesario conocer el comportamiento de los materiales y elementos
estructurales en régimen inelástico, no solo de cargas estáticas sino
fundamentalmente de cargas dinámicas.
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II. CONCEPTOS BASICOS DE SISMOLOGIA:
Tenemos los siguientes conceptos que nos ayudaran en la comprensión de
los temas a tratar en el desarrollo de nuestro curso.
1. Sismo, temblor o terremoto: Vibraciones de la corteza terrestre
inducidas por el paso de las ondas sísmicas provenientes de un lugar o
zona donde han ocurrido movimientos súbitos de la corteza terrestre
(disparo sísmico o liberación de energía).
2. Sismología: Es la ciencia y estudio de los sismos, sus causas, efectos
y fenómenos asociados
3. Sismicidad: Es la frecuencia de ocurrencia de sismos por unidad de
área en una región dada. A menudo esta definición es empleada
inadecuadamente, por lo que se define en forma más general como “la
actividad sísmica de una región dada”, esta última definición implica que
la sismicidad se refiere a la cantidad de energía liberada en un área en
particular.
Fig. 1: Muchas disciplinas son necesarias para llevar un proyecto de Ingeniería
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4. Amenaza Sísmica: Es el valor esperado de futuras acciones sísmicas
en el sitio de interés y se cuantifica en términos de una aceleración
horizontal del terreno esperada, que tiene una probabilidad de
excedencia dada en un lapso de tiempo predeterminado.
5. Microzonificación sísmica: División de una región o de un área urbana
en zonas más pequeñas, que presentan un cierto grado de similitud en
la forma como se ven afectadas por los movimientos sísmicos, dadas
las características de los estratos de suelo subyacente.
6. Fallas geológicas: Ruptura, o zona de ruptura, en la roca de la corteza
terrestre cuyos lados han tenido movimientos paralelos al plano de
ruptura.
7. Ondas sísmicas: Son vibraciones que se propagan a través de la
corteza terrestre causadas por la repentina liberación de energía en el
foco.
8. Acelerograma: Descripción en el tiempo de las aceleraciones a que
estuvo sometido el terreno durante la ocurrencia de un sismo real.
9. Sismograma: Es un registro del movimiento sísmico y mide la magnitud
de los sismos.
10. Aceleración pico del suelo: Es la aceleración máxima de un punto en
la superficie alcanzada durante un sismo, expresada como fracción de
la gravedad (g).
11. Licuación: Respuesta de los suelos sometidos a vibraciones, en la cual
estos se comportan como un fluido denso y no como una masa de suelo
húmeda.
12. Epicentro: Punto que se encuentra en la superficie de la tierra
inmediatamente por encima del foco.
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13. Hipocentro: Foco sísmico o fuente, es el punto o grupo de puntos
subterráneos desde donde se origina el sismo.
14. Distancia epicentral (D): Es la distancia horizontal desde un punto en
la superficie al epicentro, ver la Figura
15. Distancia focal (R): Es la distancia desde un punto en la superficie al
foco, hipocentro o fuente, ver la Figura 1.1.
16. Profundidad focal (H): Es la distancia entre el foco y el epicentro.
17. Sismo de diseño: Es la caracterización de los movimientos sísmicos
en un sitio dado que deben utilizarse en la realización del diseño sismo
resistente.
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III. FUNDAMENTOS DE SISMOLOGIA Y RIESGO SISMICO:
1. CAUSAS DE LOS SISMOS:
Varios fenómenos son los causantes del temblor en la tierra,
dependiendo de éstos actualmente se reconocen tres clases de sismos:
los sismos de origen tectónico, los de origen volcánico y los
artificialmente producidos por el hombre. Siendo más devastadores los
sismos de origen tectónico, y por ende los de mayor interés dentro la
ingeniería.
2. TEORIAS MODERNAS:
Existen varios motivos que causan los temblores. La teoría principal que
explica el origen de los sismos es la tectónica de placas. Esta teoría se
basa en que la corteza terrestre está formada por varias placas, las
cuales están unidas entre sí.
Las placas se mueven unas con otras sobre las capas de rocas que son
más viscosas y que se encuentran por debajo de ellas. La corteza
terrestre es como un rompecabezas donde cada una de las piezas son
las placas, que se mueven unas con respecto a otras y flotan sobre un
material viscoso en movimiento (magma).
Los tres tipos más importantes de movimientos de placas son los
siguientes:
a) Movimiento friccionante: Consiste en que las placas se
desplazan relativamente una de otra, la cual es el caso de la falla
de San Andrés ubicada en el golfo de Cortés y en el estado de
California en Estados Unidos. Las magnitudes de este tipo de
sismo no rebasan un promedio de 7.0.
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b) Movimiento divergente: Consiste en que dos placas se
separan una respecto de la otra, por lo que aflora lava que
sustituye a la corteza anterior. Un ejemplo es la fosa oceánica
ubicada en el fondo del Océano Atlántico.
c) Movimiento convergente: Consiste en que una placa subyace
sobre la vecina, o sea se introduce debajo de ella. Este es el
caso de la Placa de Cocos que está enfrente de las costas de
Jalisco Michoacán, Guerrero, Oaxaca y Chiapas, y se introduce
debajo de la plataforma continental, produciendo los principales
terremotos de la República Mexicana de Jalisco.
La brecha sísmica es un segmento del área de contacto entre las dos
placas en el cual no se ha producido un temblor importante en un
periodo grande (por ejemplo: 30 años para México).
La segunda causa de origen de los temblores es la actividad volcánica;
es decir son provocados por la erupción violenta de los volcanes.
La tercera causa de origen de los temblores es el derrumbamiento de
cavernas en el interior de la corteza terrestre.
Otra causa de los temblores pueden ser los movimientos gigantescos
de la superficie del terreno, ya sea por deslizamientos, explosiones y
corrimientos.
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IV. TECTONICA DE PLACAS
Algunas observaciones del pasado nos muestran que a lo largo de la
historia, se ha reconocido la naturaleza cambiante de nuestro planeta,
así tenemos:
En el siglo V a.c. Herodoto descubrió fósiles marinos en el desierto de
Libia, con esto afirmó que ese lugar había sido alguna vez parte del
fondo marino. En el siglo XVII, Francis Bacon hizo notar la correlación
entre las costas orientales de América del Sur y las de Africa, sugiriendo
que éstas alguna vez estuvieron unidas.
El primer intento de explicar los cambios en la corteza terrestre se debe
a J. Hutton, quien en 1975, presentó su obra Teoría de la Tierra, donde
presentaba a la tierra como una máquina térmica, tratando de explicar
la dinámica general del planeta.
En el siglo XIX, se presentaron diversas teorías, descartándose algunas
y quedando actualmente la Teoría de las Placas Tectónicas.
Según esta teoría, la tierra consta de una capa sólida exterior de aprox.
100 km, de espesor, denominada litósfera, cuya superficie exterior
corresponde al fondo marino y a la superficie de los continentes. La
litósfera descansa sobre una capa denominada astenósfera, que se
encuentra en estado de semifusión debido a las altas temperaturas en
el interior de la tierra.
Fig. 2: Estructura de la Tierra según la Teoría de la Tectónica de la Placas
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Debido a las corrientes de convección, los continentes continúan en
movimiento. En el siglo XIX ya se pensó que Groenlandia se movía,
hipótesis que ha sido confirmada en el siglo XX con estudios que
demuestran que se separa de Europa.
Las corrientes de convección se producen en la parte superior del manto
líquido, en una capa denominada Astenósfera. En forma figurativa se
puede decir que la corteza terrestre flota sobre la Astenósfera.
El movimiento de la corteza no se da en forma uniforme, en el sentido
de que todo se mueve en la misma dirección y con la misma magnitud,
no se presenta así. Existen regiones en las cuales el movimiento es muy
lento del orden de una centésima de milímetro al año y otras en las
cuales este movimiento es muy rápido con movimientos de más de 10
cm. al año. De igual forma, existen zonas en las que segmentos de la
corteza chocan entre si y otras en que no existe este choque.
Las principales placas tectónicas, se indican en la Fig. 3 y son las placas
de: Nazca, Sudamérica, Cocos, Norteamericana, Caribe, Africana,
Euroasiática, Antártica, Pacífico, Filipinas, Arábica, Australiana y de la
India. Estas placas a su vez contienen micro placas.
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Estos movimientos llamados tectónicos son los responsables de la
aparición de las montañas, de los volcanes, de los sismos, de la
formación de plegamientos y fallas geológicas en la tierra.
Investigaciones desarrolladas entre los años 1950 y 1960, encontraron
que en el lecho de los mares, existen largas y espectaculares cadenas
montañosas con una forma muy similar a la columna dorsal de los
reptiles, de ahí su nombre de dorsal marino. Por lo tanto, en la tierra
existen dos tipos de montañas, las que se hallan en los continentes y
las que se encuentran en los mares con características diferentes.
Al chocar dos placas, una de las dos cede y se va para abajo con
dirección al manto; la región de la zona de choque se denomina zonas
de subducción. Por otra parte, en la zona donde no existe el choque,
que es en los dorsales marinos aparece, una nueva superficie terrestre.
Fig. 3: Principales Placas Tectónicas, en el Mundo
Principales Zonas Tectónicas, lomos oceánicos y zonas de subducción.
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De esta forma se mantiene el equilibrio en el mundo, por las zonas de
subducción desaparece la superficie creada y por los dorsales marinos
aparece nuevas superficies.
V. TERREMOTOS:
1. CONCEPTO:
Un terremoto es el movimiento brusco de la Tierra (con mayúsculas, ya
que nos referimos al planeta), causado por la brusca liberación de
energía acumulada durante un largo tiempo.
La corteza de la Tierra está conformada por una docena de placas de
aproximadamente 70 km de grosor, cada una con diferentes
características físicas y químicas.
Estas placas ("tectónicas") se están acomodando en un proceso que
lleva millones de años y han ido dando la forma que hoy conocemos a
la superficie de nuestro planeta, originando los continentes y los relieves
geográficos en un proceso que está lejos de completarse.
Habitualmente estos movimientos son lentos e imperceptibles, pero en
algunos casos estas placas chocan entre sí como gigantescos
témpanos de tierra sobre un océano de magma presente en las
profundidades de la Tierra, impidiendo su desplazamiento. Entonces
una placa comienza a desplazarse sobre o bajo la otra originando lentos
cambios en la topografía.
Pero si el desplazamiento es dificultado comienza a acumularse una
energía de tensión que en algún momento se liberará y una de las
placas se moverá bruscamente contra la otra rompiéndola y liberándose
entonces una cantidad variable de energía que origina el Terremoto.
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Las zonas en que las placas ejercen esta fuerza entre ellas se
denominan fallas y son, desde luego, los puntos en que con más
probabilidad se originen fenómenos sísmicos. Sólo el 10% de los
terremotos ocurren alejados de los límites de estas placas.
La actividad subterránea originada por un volcán en proceso de
erupción puede originar un fenómeno similar.
En general se asocia el término terremoto con los movimientos
sísmicos de dimensión considerable, aunque rigurosamente su
etimología significa "movimiento de la Tierra".
2. HIPOCENTRO (O FOCO):
Es el punto en la profundidad de la Tierra desde donde se libera la
energía en un terremoto. Cuando ocurre en la corteza de ella (hasta 70
km de profundidad) se denomina superficial. Si ocurre entre los 70 y
los 300 km se denomina intermedio y si es de mayor profundidad:
profundo (recordemos que el centro de la Tierra se ubica a unos 6.370
km de profundidad).
3. EPICENTRO:
Es el punto de la superficie de la Tierra directamente sobre el
hipocentro, desde luego donde la intensidad del terremoto es mayor.
4. HISTORIA:
El estudio de los terremotos se denomina Sismología y es una ciencia
relativamente reciente. Hasta el siglo XVIII los registros objetivos de
terremotos son escasos y no había una real comprensión del
fenómeno.
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De las explicaciones relacionadas con castigos divinos o respuestas
de la Tierra al mal comportamiento humano, se pasó a explicaciones
pseudo-científicas como que eran originados por liberación de aire
desde cavernas presentes en las profundidades del planeta.
El primer terremoto del que se tenga referencia ocurrió en China en el
año 1177 A de C. En la Historia de Europa el primer terremoto aparece
mencionado en el año 580 A de C, pero el primero claramente descrito
data de mediados del siglo XVI. Los terremotos más antiguos
conocidos en América ocurrieron en México, a fines del siglo XIV y en
Perú en 1741, aunque no se tiene una clara descripción de sus efectos.
En Norteamérica se reporta una importante serie de terremotos
ocurridos entre 1811 y 1812 cerca de New Madrid, Missouri,
destacándose uno de magnitud estimada alrededor de los 8 grados. La
mañana del 16 de Diciembre de 1811. El 23 de Enero y el 7 de Febrero
de 1812 hubo otros dos terremotos considerables en la zona,
especialmente el último mencionado, cuyas réplicas duraron meses y
fue sentido en zonas tan lejanas como Denver y Boston. Por no estar
tan pobladas entonces, las ciudades no registraron demasiados
muertes o daños.
No ocurrió lo mismo en 1906 cuando en San Francisco se produjeron
más de 700 víctimas y la ciudad fue arrasada por el sismo y el incendio
subsecuente en el mayor terremoto de la historia de EE.UU. 250.000
personas quedaron sin hogar.
En Alaska, el 27 de Marzo de 1964 se registró un terremoto de aún
mayor energía, pero por ser una zona de poca densidad demográfica,
los daños en la población no fueron tan graves, registrándose sólo 107
personas muertas, lo que no es tanto si se considera que el terremoto
fue sentido en un área de 500.000 millas cuadradas y arrancó los
árboles de la tierra en algunas zonas.
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5. MEDICION DE LOS SISMOS:
Se realiza a través de un instrumento llamado sismógrafo, el que
registra en un papel la vibración de la Tierra producida por el sismo
(sismograma). Nos informa la magnitud y la duración.
Este instrumento registra dos tipos de ondas: las superficiales, que
viajan a través de la superficie terrestre y que producen la mayor
vibración de ésta (y probablemente el mayor daño) y las centrales o
corporales, que viajan a través de la Tierra desde su profundidad.
Tenemos dos tipos de medición de escalas de sismos:
a) Escala de Richter. (magnitud)
b) Escala de Mercalli. (intensidad)
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Bibliografía:
Alejandro Muñoz Pelaez (1999) INGENIERIA SISMORRESISTENTE. PUCP
Lima-Perú
Salvador Ismael Gómez Chávez (2007) ANALISIS SISMICO MODERNO.
Editorial Trillas. México
Enrique Bazán y Roberto Molli (2011) DISEÑO SISMICO DE EDIFICIOS
Editorial Limusa. México