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7/25/2019 %5CFrancisco%5Csismologiab

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Introduccin Terremotos Maremotos (Tsunamis) Estudio de Peligrosidad Ssmica

Anlisis Ssmico de Estructuras:Nociones de Sismologa

Francisco Martnez CutillasGrupo de Mecnica Computacional(http://w3.mecanica.upm.es)

Escuela de Ingenieros de Caminos,Universidad Politcnica de Madrid

09/02/09
http://w3.mecanica.upm.es/http://w3.mecanica.upm.es/http://w3.mecanica.upm.es/


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ndice

1 Introduccin

Alcance y BibliografaMetodologa General de Anlisis Ssmico

2 TerremotosOrigen

PropagacinLocalizacinTamao Terremoto

3 Maremotos (Tsunamis)Origen

Propagacin

4 Estudio de Peligrosidad SsmicaDefinicinMetodologa: Determinista - Probabilista

Metodologa: Con Zonas - Sin Zonas


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Anlisis Ssmico de Estructuras:Nociones de Sismologa

Francisco Martnez CutillasGrupo de Mecnica Computacional(http://w3.mecanica.upm.es)

Escuela de Ingenieros de Caminos,Universidad Politcnica de Madrid

09/02/09
http://w3.mecanica.upm.es/http://w3.mecanica.upm.es/http://w3.mecanica.upm.es/


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Alcance

1 Definicin y origen de los terremotos

2 Estructura de la Tierra3 Propagacin accin ssmica

4 Caracterizacin y medicin de los terremotos

5 Peligrosidad ssmica en un emplazamiento


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Bibliografa

1 S.L. Kramer (1996) Geotechnical Earthquake Engineering,Prentice Hall.

2 B. A. Bolt (1998) Earthquakes, W.H. Freeman and Company.3 C. H. Scholz (2002) The Mechanics of Earthquakes and

Faulting, Cambridge University Press.

4 W.F. Chen y C. Scawthron (2003) Earthquake EngineeringHandbook, CRC Press.

5 E. Buforn, A. Udas y R. Madariaga (1994) Mecanismo Focalde los Terremotos, Fsica de la Tierra, No 6, Ed. Complutense.

6

Fsica de la Tierra (1989), No 1, Ed. Complutense.7 Benfield Remetrics (2005) 26th December 2004 Indian Ocean

Earthquake and Tsunami: The Geophysical Event,GAPResponse 3, Benfield, 14 enero.

8 K. Aki y P.G. Richards (2002)Quantitative Seismology, 2nd

Edition, University Science Books, Sausalito California.

I d i M ( i ) di d P li id d S i


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Metodologa General de Anlisis Ssmico

Estudio de la demanda ssmica: caracterizacin de la accin

ssmicaEstudio del emplazamiento

Inestabilidades estructurales: taludes, macizos, etcInestabilidad del terreno: licuefaccin

Estudio de la respuesta estructural: esfuerzos ydesplazamientos

Estudio de la capacidad resistente: modos de fallo

Figura:Terremoto Niigata (1964)

I d i T M (T i ) E di d P li id d S i


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Definicin

Liberacin repentina de energa elstica acumulada

Figura:Origen terremoto

I t d i T m t M m t (T mi ) E t di d P li id d S mi


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Figura:Actividad Ssmica Mundial



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Estructura Interna de la Tierra

Corteza: 25 a 40 km Discontinuidad de Moho (1909) Manto

Manto Superior: 650 kmManto Inferior: 2200 km

Discontinuidad de Gutemberg Ncleo

Ncleo Exterior o Lquido:2260 km

Ncleo Interior

Figura:Estructura Interna dela Tierra



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Dinmica Interna de la Tierra

Manto: Termodinmicamente Inestable

Figura:Dinmica Interna de la Tierra



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Tectnica de Placas

Figura:Placas Tectnicas Principales



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Figura:Zona de Subduccin



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( ) g

Mecanismo de Generacin de los terremotos

Mecanismo de generacin

Desplazamiento brusco labios de una fallaErupciones volcnicas

Desglaciaciones

Otros (Terremoto New Madrid)



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( )

Figura:Zona Subduccin - Mjico



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Figura:Zona Subduccin - Chile



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Figura:Zona Subduccin - Chile



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Modelos Cinemticos

un

(xs, t) =

t

u(lin

j+l

jn

i)G

ni,jdS d

Figura:Parmetros de la Falla



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Propagacin de Ondas



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Ondas elsticas: Espacio indefinido

Ondas P: Deformacin Volumtrica

= 1

c2p

2

t2 (1)

Deformacin volumtrica: Velocidad de propagacin: cp=

+2

Ondas S: Deformacin Distorsional

i= 1

c2s

2it2 (2)

Vector rotacin: i

Velocidad de propagacin: cs=



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Notacin

E =(3 +2)

+

K = +2

3G =

=

2( + )

ui =

xi+eijk

kxj

=2x2i

i =eijkkxj



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Ecuacin de la cantidad de movimiento:

2ui

t2

=ij

xj

Ecuacin constitutiva

ij=ij+2ij

resulta

ijxj

= ( + )

xi+

2uix2j

2ui

t2 = ( + )

xi+

2uix2j

Las ecuacin (1) se obtiene derivando sta ltima respecto a xi ysumando las 3 ecuaciones. Las ecuaciones (2) se obtienen

derivando sta ltima respecto a xiy restando 2 a 2.



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Ondas elsticas: Semiespacio indefinido

Ondas de Superficie: Ondas Ray-

leigh cR=0, 92Velocidad de onda-S de la roca Ondas de interfaz: Ondas Love1


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Figura:Desplazamientos

Ondas Love

Figura:DesplazamientosOndas Rayleigh



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Notacin Geomtrica

Foco o Hipocentro Epicentro Distancia Epicentral Distancia Hipocentral



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Localizacin de un Terremoto

Localizacin preliminar del epicentro:diferencia de tiempos de llegada de ondas-p y ondas-s: tps

d= tps1/vs 1/vp

Velocidades:

Vp=3 a 8 km/s

Vs=2 a 5 km/sNecesidad de una red mnima de sismgrafos



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Figura:Localizacin de Terremotos

Localizacin refinada de terremotosRed amplia de sismgrafos

Modelos tridimensionales de velocidad

Tcnicas de optimizacin

Arrays Ssmicos: Antenas ssmicas



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Figura:Antenas ssmicas



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Medida por sus Efectos: Intensidad

Intensidad: Medida cualitativa de los efectos de un terremoto enun emplazamiento determinado.

Medicin terremotos preinstrumentales

EscalasRossi-Forel (RF): I a XIntensidad Mercalli Modificada (MMI): I a XIIAgencia Meterolgica Japonesa (JMA): I a VIIMedvedev-Spoonheuer-Karnik (MSK): I a XII

Encuestas a observadores despus del evento ssmico



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Figura:Escalas de Intensidad



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Figura:Mapa Isosistas (MMI)


M did E Lib d M i d


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Medida Energa Liberada: Magnitud

Magnitud: Medida cuantitativa del tamao de un terremoto apartir de registros instrumentales

Magnitud Local de Richter (ML): Escala para terremotoslocales, superficiales con distancias epicentrales inferiores a600 km. Logaritmo en base 10 de la mxima amplitud (enmicrmetros) registrado en un sismgrafo Wood-Anderson

ubicado a 100 km del epicentro del terremoto (Richter, 1935).

Magnitud de ondas de superficie (MS): Escala paradescribir terremotos superficiales (distancias focales inferiores a70 km) y distantes (distancias epicentrales mayores de 1000

km)(Gutemberg y Richter, 1936).

MS=log A+1, 66log +2, 0

A: mximo desplazamiento del terreno en micrmetros

: distancia epicentral en grados



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Magnitud de ondas de volumen (mb): Escala paraterremotos profundos. Amplitud de los primeros ciclos deondas-p. (Gutemberg, 1945).

mb=log A log T+0, 01 +5, 9

A: amplitud de la onda-p en micrmetros: distancia epicentral en gradosT

: perodo de la onda-pMagnitud de momento (MW):

MW = log M0

1, 5 10, 7

M0: Momento ssmico M0 =AD es mdulo transversalA es el rea de deslizamientoDes el desplazamiento relativo de los labios de la falla

M0=10, 92+1, 11

MS



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Energa de un terremoto (E):(Gutemberg y Richter, 1956)

log E=11, 8+1, 5MS; E(ergs)

log E=4, 8+1, 5MS; E(J)



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Figura:Saturacin de las Escalasde Magnitud

Figura:Energa Relativa distintosFenmenos


Ejemplo Clc lo Magnit d


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Ejemplo Clculo Magnitud

Ejemplo Magnitud Richter (M

L)


Parmetros de un terremoto:


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Parmetros de un terremoto:Onda P: Amplitud (A= 1, 4106m); Perodo (T =12s)

Onda Rayleigh: Amplitud (A=4, 3106m); Perodo

(T =20s)Distancia epicentral: =28o

Magnitud de ondas de volumen (25o


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Momento ssmico

M0=10, 92+1, 11MS

M0 3 1016 Nm

Energa del terremoto

log E=4, 8+1, 5MS

E=2 1012J


Definicin y Origen


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Definicin y Origen

Onda de periodo largo generada por un fenmeno geofsicoimpulsivo:

Terremoto submarino

Erupcin volcnica

Deslizamiento submarino laderas

Impacto meteorito

Condiciones sismolgicas que pueden dar origen maremotoTerremoto de magnitud muy alta: MW =7,5 - 9,0

Desplazamiento vertical en la falla submarina

Terremoto relativamente superficial



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Figura:Origen Maremoto


Propagacin


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Propagacin

Caractersticas olas generadas por el viento:Longitud onda corta respecto a la profundidad: teora aguas

profundas d

l >1, 5

Longitud de onda: L 200mPeriodo: T 0, 5 - 30s

Velocidad independiente de la profundidad

Ondas dispersivas: velocidad de propagacin depende de la

frecuencia v gLInvolucran movimiento de partculas prximo a la superficie


Caractersticas olas generadas por un maremoto:


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Caractersticas olas generadas por un maremoto:Longitud onda larga respecto a la profundidad: teora aguas

superficiales d

l


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Figura:Parmetros Maremoto


Introduccin


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Introduccin

El objetivo de un diseo ssmico es poder resistir sin dao

excesivoun terremoto de diseo Niveles de dao: Criterios de AceptabilidadOperatividad de la infraestructura

Estabilidad estructural

Terremoto de diseo: papel de las autoridades

MCE - Mximo terremoto creible

DBE - Terremoto base de diseo

SSE - Terremoto de parada segura

OBE - Terremoto base de operacin

MPE - Terremoto mximo probable Objetivo del estudio de peligrosidad del emplazamiento:determinacin

Terremoto de diseo

Curva de peligrosidad



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Predecir el futuro a partir de lo ocurrido en el pasado: noexistencia de modelos predictivos Identificacin y evaluacin de las fuentes de sismicidad

Evidencias geolgicas: paleosismologa

Actividad de las fallasIndicadores de magnitud

Evidencias tectnicas

Sismicidad histrica e instrumental: catlogo ssmico


Estudio de Peligrosidad Ssmica Determinista (DSHA)


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g ( )

1 Identificacin y caracterizacin de todas las fuentessusceptibles de producir un terremoto significativo en elemplazamiento

2 Seleccin de la distancia de la fuente al emplazamiento

3 Seleccin del terremoto de control

4 Determinacin parmetros de definicin de la accin ssmicaen el emplazamiento



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Figura: Metodologa Determinista



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EjemploMediante aplicacin ecuacin Cornell (1979):

ln PHA (gals)=6,74+0,859M 1,8 ln(R+25)

PHA: Aceleracin horizontal de pico (cm/s2)

M: Magnitud

R: Distancia (km)

Fuente M R(km) a(g)

1 5.0 60.0 0.022 7.3 23.7 0.423 7.7 25.0 0.56


Estudio de Peligrosidad Ssmica Probabilista (PSHA)


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g ( )

1 Identificacin y caracterizacin de todas las fuentessusceptibles de producir un terremoto significativo en elemplazamiento: distribucin de probabilidad

2 Determinacin de una ley de recurrencia temporal

3 Determinacin de una relacin predictiva entre prametros dela fuente y el emplazamiento

4 Determinacin curva de peligrosidad



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Figura: Metodologa Probabilista



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P[Y >y] =P[Y >y|X]P[X] =

P[Y >y|X]fX(X)dx

X: Vector variables aleatorias

Y: Parmetro movimiento del terreno

Se suele adoptar como variables (M, R); Magnitud y Distancia:

P[Y >y] = m

r

P[Y >y

|m, r]fM(m)fR(r)dmdr


Caracterizacin fuente de terremotos


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Incertidumbre Espacial Incertidumbre Tamao:Ley de Gutemberg-Richter (1944)

log m =a bM

m es la tasa media anual de excedencia de un terremoto demagnitud M



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Figura:Catlogo Ssmico Pennsula Ibrica


Metodologa con Zonas


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Figura:Zonificacin de Huelva


Metodologa sin Zonas


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Figura:Terremotos y Leyes atenuacin - Zaule (Italia)


Metodologa Sin Zonas / Con Zonas


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Figura:Diferencias Metodologa


Ejemplos


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Figura:Curva Peligrosidad - Zaule (Italia)



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Figura:Terremotos Canarias



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0.05g

0.06g

0.06g

0.07g

0.08g

17W

17W

16W

16W

28N 28N

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

Figura:Mapa de Peligrosidad para 475 aos



61/61

0.09g

0.1g

0.1g

0.11g

0.11g

0.12g

0.12g

0.13g

17W

17W

16W

16W

28N 28N

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

Figura:Mapa de Peligrosidad 2475 aos

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