ESCUELA UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD CATÓLICA CICLO 2010 – 0

SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO

“AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN ECONOMICA Y SOCIAL EN EL PERÚ”

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

TEMA:

ONDAS SISMICAS

ASIGNATURA:

FISICA II

AUTORES:

QUEVEDO RIVAS,Jesus

PEREZ VELASQUEZ, Carloman David

SENMACHE FLORES, José Alberto

DOCENTE:

LIC FIS.CUMPA BARRIOS, Edwin

CHICLAYO – PERÚ

2010

UNIVERSIDAD CATOLICA SANTOTORIBIO DE MOGROVEJO

ESCUELA PROFESIONAL INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL

JUSTIFICACION

Hoy en día nuestro planeta está pasando por un momento devastador, la reciente

catástrofe ocurrida en uno de los países más pobres del mundo “Haití”, nos hace

recordar las vividas hace poco tiempo en nuestro país.

Muchas veces nos preguntamos ¿Qué es un sismo?, ¿Cómo se localiza?, ¿Qué

parte de nuestro país y del mundo es más propenso a este fenómeno natural?

¿Qué genera un sismo?

Nuestro fin como estudiantes de Ingeniería Civil y Ambiental es analizar,

comprender y saber definir un concepto adecuado de Ondas Sísmicas, esto nos

será útil para las futuras obras a realizar y lo más importante evitar más víctimas

en las diferentes partes de nuestro país y del mundo.

Para ello es necesario realizar un estudio detallado sobre el tipo de ondas, la

intensidad, magnitud y el riego que ocasionan dichas ondas; tener un

conocimiento amplio de este fenómeno natural que se viene realizando a lo largo

de nuestras vidas.

INTRODUCCION

Los terremotos fuertes causan catástrofes naturales terribles. El número de víctimas que

han producido en todo el mundo desde 1755, año en que un sismo destruyó Lisboa se

cifra en más de catorce millones de personas (Sarria1990). Durante este siglo se

produjeron más de 1100 terremotos fuertes que ocasionaron la pérdida de más de un

millón y medio de vidas humanas (Coburn et al. 1992). Ejemplos como los de Chile

(1985), México (1985). Armenia (1988), Estados Unidos (1987, 1989, 1994), Colombia (1985,

1994), Perú (1966, 1970. 1974) o Japón' (1995) demuestran el gran potencial destructivo de

los terremotos.

Por todo ello, en el mundo entero se realizan investigaciones dedicadas a encontrar

medidas que permitan reducir el efecto de los desastres sísmicos.

Es comúnmente aceptado que los terremotos tienen como origen roturas bruscas de la

corteza terrestre seguidas de la liberación casi instantánea de la energía acumulada en el

interior de la Tierra. Los más fuertes y frecuentes terremotos son los tectónicos, que están

asociados a los movimientos de la litosfera terrestre (Barbat y Miquel Canet 1994; Canas et

al. 1994). Los principales fenómenos que se producen durante un terremoto consisten,

por una parte, en deformaciones tectónicas y, por otra, en la emisión y trasmisión de

ondas a través de la Tierra. Los principales factores que afectan a las deformaciones

tectónicas son las características geométricas de la fuente sísmica, el mecanismo focal

del terremoto y las propiedades elásticas y anelásticas del material. Los factores que

afectan a la emisión y transmisión de ondas son la radiación de la fuente sísmica, el

mecanismo de propagación de dichas ondas y también la geometría y naturaleza del

emplazamiento. Con el objeto de definir la severidad de los terremotos, nacen los

conceptos de intensidad y magnitud sísmica, los cuales se describirán brevemente a

continuación.

OBJETIVO GENERAL:

Dar a conocer al estudiante los tipos de ondas que originan un sismo,

incluyendo las causas y efectos que este origina.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar los principales factores que intervienen en un sismo.

Determinar la cantidad de energía que libera un sismo

Analizar la intensidad y magnitud que puede producir un sismo.

INDICE

CAPITULO I............................................................................................................... 61. Onda .................................................................................................................. 62. Elementos de una Onda ................................................................................... 63. Características .................................................................................................. 74. Clasificación ..................................................................................................... 75. Tipos ................................................................................................................. 96. Velocidades de una Onda ............................................................................... 12

CAPITULO II ........................................................................................................... 141. Sismo .............................................................................................................. 142. Clasificación ................................................................................................... 143. Causas............................................................................................................. 154. Localización.................................................................................................... 155. Sismicidad ...................................................................................................... 166. Magnitud ........................................................................................................ 177. Intensidad ...................................................................................................... 188. Fenómenos sísmicos ...................................................................................... 229. Duración efectiva de un sismo ....................................................................... 2310. Peligrosidad sísmica ...................................................................................... 2411. Vulnerabilidad sísmica .................................................................................. 25

CAPITULO I

1. OndaUna onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de

un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo

magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía.

El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un

trozo de metal, el espacio o el vacio.

2. Elementos de una OndaLos elementos de una onda son los siguientes:

• Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto

máximo de saturación de la onda.

• Periodo o Desplazamiento horizontal: El periodo consiste en el

tiempo de duración o intervalo de tiempo que este presenta entre

dos crestas.

• Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el

punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya

amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del

tiempo.

• Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración en

otras palabras es una simple repetición de valores por un periodo

de tiempo determinado.

• Valle: Es el punto más bajo de una onda.

• Longitud de Onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas.

3. CaracterísticasTodas las ondas tienen un comportamiento común bajo un número de

situaciones estándar y pueden experimentar lo siguiente:

• Difracción: Ocurre cuando una onda al topar con el borde de un

obstáculo deja de ir en línea recta para rodearlo.

• Efecto Doppler: Efecto debido al movimiento relativo entre la fuente

emisora de las ondas y el receptor de las mismas.

• Interferencia: Ocurre cuando dos ondas se combinan al encontrarse en

el mismo punto del espacio.

• Reflexión: Ocurre cuando una onda, al encontrarse con un nuevo

medio que no puede atravesar, cambia de dirección.

• Refracción: Ocurre cuando una onda cambia de dirección al entrar en

un nuevo medio en el que viaja a distinta velocidad.

• Onda de Choque: Ocurre cuando varias ondas que viajan en un medio

se superponen formando un cono.

4. ClasificaciónEn función del medio en el que se propagan

• Ondas Mecánicas: Las ondas mecánicas necesitan un medio elástico

(solido, liquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio

oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de

materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo

cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda

se propaga a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas

características del medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la

densidad y la temperatura. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las

ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.

• Ondas electromagnéticas: Las ondas electromagnéticas se propagan por el

espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en

el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas

por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo

magnético asociado. Las ondas electromagnéticas viajan

aproximadamente a una velocidad de 300000 km por segundo, de acuerdo

a la velocidad puede ser agrupado en rango de frecuencia. Este

ordenamiento es conocido como Espectro Electromagnético, objeto que

mide la frecuencia de las ondas.

• Ondas Gravitacionales: Las ondas gravitacionales son perturbaciones que

alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común

representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar que

se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones

del espacio-tiempo.

En función de su propagación o frente a la onda

• Ondas Unidimensionales: Las ondas unidimensionales son aquellas que se

propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en

los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única,

sus frentes de onda son planos y paralelos.

• Ondas bidimensionales o superficiales: Son ondas que se propagan en dos

direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una

superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo

son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando,

por ejemplo, se deja caer una piedra en ella.

• Ondas tridimensionales o esféricas: Son ondas que se propagan en tres

direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas

esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen

de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El

sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas

sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.

En función de la dirección de la perturbación

• Ondas Longitudinales: Son aquellas que se caracterizan porque las

partículas del medio se mueven (ó vibran) paralelamente a la dirección de

propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar

a una onda longitudinal.

• Ondas Transversales: Son aquellas que se caracterizan porque las

partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de

propagación de la onda.

En función de su periodicidad

• Ondas periódicas: La perturbación local que las origina se produce en

ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal.

• Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o,

en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen

características diferentes. Las ondas aisladas también se denominan pulsos.

5. TiposCon respecto a ondas sísmicas existen tres tipos de ondas que son los

siguientes: ondas primarias o longitudinales, ondas secundarias o transversales

y por ultimo ondas superficiales o largas.

• Ondas Primarias o Longitudinales:

Las ondas longitudinales son partículas que se mueven en la misma

dirección de propagación de ondas, comprimiendo y experimentando

sucesivamente las rocas.

Estas ondas viajan a una velocidad de 1.73 veces de las ondas S y pueden

viajar a través de cualquier tipo de material liquido o solido.

Velocidad típica son de 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el

granito.En un medio isotopo y homogéneo la velocidad de propagación

de las ondas P es:

Donde k es el modulo de incompresibilidad, u es el modulo de corte o

rigidez y þ la densidad del material y a través del cual se propaga la onda

mecánica.

• Ondas Secundaria:

Las ondas S o transversales, son ondas en las cuales el desplazamiento es

transversal a la dirección de propagación. Su velocidad es menor que la de

las ondas primarias. Debido a ello, está aparecen en el terreno algo después

que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el

movimiento sísmico y las que producen la mayor parte de los daños. Sólo se

trasladan a través de elementos sólidos.

La velocidad de propagación de las ondas S en medio isótopos y

homogéneos dependen del módulo de corte y de la densidad del material.

• Ondas Love:

Son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en

superficie. Se denominan así en honor al matemático neocelandés Augustus

Edward Hough Love, quien desarrolló un modelo matemático de estas ondas

en 1911. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las

ondas S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh.

• Ondas Rayleigh:

Las ondas Rayleigh, también denominadas ground roll, son ondas

superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La

existencia de estas ondas fue predicha por John William Strutt Lord Rayleigh,

en 1885. Son ondas más lentas que las ondas de cuerpo y su velocidad de

propagación es casi un 70% de la velocidad de las ondas S.

• Ondas Sonoras:

Una onda sonora es una onda longitudinal perceptible como sonido. Si se

propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de

presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica o

cuasiperiódica.

• Ondas Sísmicas:

Las ondas sísmicas son tipo de onda elástica consiste en la propagación de

perturbaciones temporales del campo de esfuerzos que generan pequeños

movimientos en un medio.

Estas a su vez pueden ser generadas por movimientos telúricos naturales, los

más grandes de los cuales pueden causar daños en zonas donde hay

asentamientos urbanos.

6. Velocidades de una OndaLas investigaciones demostraron, sin embargo, que las ondas sísmicas

aumentan y cambian notablemente sus velocidades y direcciones al atravesar

la tierra.

Adicionalmente, al ocurrir un sismo, en una ancha zona en el hemisferio

opuesto, que se conoce como zona de sombra, no se detectan las ondas

sísmicas “p” y “s” (entre los 103° y 143° del foco), y más allá de los 143°, se

detectan sólo las ondas “p” (entre los 143° y 180°) .

La velocidad de las ondas sísmicas varían de acuerdo al medio por donde

avanzan, y se conoce que, tanto la densidad como la elasticidad del medio,

son las dos propiedades físicas determinantes de esta particularidad.

En zonas superficiales de la corteza, las ondas “p” viajan a velocidades de 5.4 a

6.3 km/seg, y las ondas “s” lo hacen de 3.3 km/seg a 3.7 km/seg.

Al llegar al límite corteza - manto las ondas “p” han aumentado bruscamente a

velocidades que llegan a 8 km/seg, y las ondas “s” a 4.5 km/seg.

En el manto, luego de una brusca disminución a los 100 km de profundidad,

las ondas sísmicas aumentan lenta y progresivamente sus velocidades, hasta

alcanzar las ondas “p” 13.7 km/seg, y las ondas “s” 7.3 km/seg, al llegar al

núcleo.

En el núcleo la velocidad de las ondas “p” cae bruscamente a 8 km/seg, para

volver a remontar, y las ondas “s” se pierden.

Tabla Nº1: Las velocidades de las ondas en diferentes medios:

MEDIOVelocidad de la Onda

primaria (vp) en m/seg

Velocidad de la Onda

secundaria (vp) en m/seg

Granito 5200 3000

Basalto 6400 3200

Calizas 2400 1350

Areniscas 3500 2150

Durante del cambio de un medio al otro, las ondas sísmicas tienen que

cambiar su velocidad, significa también que van a separarse en una parte

reflejada y en una otra parte refractada.

CAPITULO II

1. SismoLos sismos ya sean terremotos o maremotos son movimientos vibratorios que

sufren la corteza terrestre sobre un área determinada, el sismo es un

fenómeno natural, que más impresiona al hombre por las pérdidas humanas y

materiales.

Es por esto que han sido calificados por la población como uno de los

fenómenos naturales más terribles, debido principalmente a que ocurren en

una forma repentina e inesperada y por su capacidad de destrucción.

2. ClasificaciónSegún su origen los sismos pueden ser:

• Sismos tectónicos: Producen el 90 % de los terremotos y dejan sentir sus

efectos en zonas extensas, pueden ser sismos interplaca (zona de contacto

entre placas) o sismos intraplaca (zonas internas de estas). Los sismos de

interplaca se caracterizan por tener una alta magnitud (7), un foco

profundo (20 Km.), y los sismos de intraplaca tienen magnitudes pequeñas

o moderadas.

• Sismos volcánicos: Se producen como consecuencia de la actividad propia

de los volcanes y por lo general son de pequeña o baja magnitud y se

limitan al aparato volcánico En las etapas previas a episodios de actividad

volcánica mayor se presentan en número reducidos (algunos sismos por

día o por mes) y durante una erupción la actividad sísmica aumenta hasta

presentar decenas o cientos de sismos en unas horas. Según indican las

estadísticas mundiales, muy pocas veces han rebasado los 6 grados en la

escala de magnitud.

• Sismos locales: Afectan a una región muy pequeña y se deben a

hundimientos de cavernas y cavidades subterráneas; trastornos causados

por disoluciones de estratos de yeso, sal u otras sustancias, o a

deslizamientos de terrenos que reposan sobre capas arcillosas.

Otro sismo local es el provocado por el hombre originado por explosiones

o bien por colapso de galerías en grandes explotaciones mineras. También

se ha supuesto que experimentos nucleares, o la fuerza de millones de

toneladas de agua acumulada en represas o lagos artificiales podría

producir tal fenómeno.

3. CausasLa litosfera no es continua en la superficie de la tierra sino que está formada

por diferentes placas que hacen contacto entre sí, estas placas sufren

movimientos relativos debido a las fuerzas de tensión y comprensión que

producen en algunas de sus márgenes la subducción de una placa sobre otra,

con la creación de una nueva porción de la litosfera.

Hay tres zonas Sísmicas principales donde ocurren los sismos: un corre los

bordes del Océano Pacifico, otra en el centro del Atlántico, y la tercera, el sur

de Asia, desde Indonesia hasta el mar Mediterráneo. En estas zonas la roca

que yace bajo el suelo no es firme. Lo cual se debe a que la parte sólida debajo

de la corteza terrestre está formada por placas rocosas, cuyos bordes están en

esas fajas.

4. LocalizaciónEl método para la localización del epicentro sísmico es relativamente simple,

y se vale de la propiedad de las ondas sísmicas de viajar a velocidades

diferentes en un mismo medio.

Las ondas longitudinales, que son las más veloces en propagarse, llegan

primero a una estación sismológica que las transversales, y el tiempo de

intervalo entre la llegada de las primeras (p) y la llegada de las segundas (s),

será en función de la distancia entre la estación y el epicentro.

Los distintos grupos de ondas de un sismo determinado y de fuente conocida,

se identifican en los sismogramas de numerosas estaciones (el sismograma es

el registro de los movimientos sísmicos captados por el sismógrafo de la

estación sismológica).

Luego, los tiempos recorridos por las ondas p y s se tabula y se construyen

gráficos de tiempo - distancia, que pueden ser usados para determinar la

distancia de la estación al epicentro de nuevos terremotos.

Finalmente, para determinar la localización exacta del epicentro del sismo, se

requiere de la información de tres estaciones sísmicas que hayan registrado

ese sismo.

De acuerdo a la profundidad en que ocurren los sismos (foco), éstos se pueden

agrupar en sismos superficiales, entre la superficie terrestre y los 70km de

profundidad, sismos de foco intermedio, entre los 70 y 300km de profundidad,

y sismos de foco profundo, entre 300 y 700km de profundidad. Sismos más

profundos no se han detectado.

La localización del foco mismo del sismo es muy importante en el estudio de

la tectónica de placas, porque indica la profundidad en que ocurre la ruptura

y movimiento o desplazamiento de las rocas

5. SismicidadLa sismicidad, que originalmente ha sido considerada como la distribución

espacio- tiempo de los terremotos en la Tierra y de sus efectos destructivos,

obtenidos a partir de la recopilación histórica de los datos, ha dado origen a

los catálogos sísmicos. Con los avances de la sismología instrumental y el

desarrollo de nuevos conceptos teóricos en el marco de la sismología, se han

confeccionado catálogos cada vez más completos, que incluyen datos como

magnitud, duración, coordenadas exactas del foco, dirección de propagación,

profundidad, etc.

En los nuevos estudios de sismicidad se relaciona la actividad sísmica con su

distribución espacial y temporal, e incluso se correlaciona con las

características fisiográficas y geológicas de cada región (Udías y Mézcua 1986).

Como ejemplo, en la figura 1.1 puede observarse la distribución de la

sismicidad del área Ibero-Magrebí (Udías y Mézcua 1986), mientras que en la

figura 1.2 se muestra la sismicidad en América Central y América del Sur (Bolt

1985).

Figura 1.1: Distribución de la sismicidad del área Ibero-Magrebí (Udías y

Mézcua 1986)

6. MagnitudEl concepto de magnitud fue introducido por Richter en1935 para compararla

energía liberada en el foco por diferentes sismos. La energía total liberada por

un terremoto es la suma de la energía transmitida en forma de ondas sísmicas

y la disipada mediante otros fenómenos, principalmente en forma de calor. La

energía disipada por medio de ondas es del orden del 1% al 10% de la total. La

magnitud caracteriza la energía total de los terremotos, calculada a partir de

registros sísmicos. Por este motivo, Richter considera que la amplitud de las

ondas sísmicas es prácticamente una medida de la energía total y establece

para la magnitud local ML la siguiente relación:

…………(1.1)

En esta ecuación, A es la amplitud máxima registrada en un sismógrafo de

torsión Wood-Anderson a una distancia dada y es una función de

atenuación correspondiente a un terremoto tomado como patrón (ML = 0). La

calibración de la escala se hizo tomando el valor de ML = 3 para un terremoto

que a 100 km de distancia registra una amplitud en el mencionado

sismógrafo. El valor de la magnitud así definida no tiene límite matemático,

pero sí físico, determinado por las características de los materiales de la Tierra

(Canas et al. 1994). Dicho límite no ha sobrepasado, hasta ahora, el grado 9 en

la escala de Richter. Posteriormente, Gutemberg y Richter propusieron

expresiones para evaluar, la magnitud a partir de ondas tanto superficiales

( ) como internas ( ).

7. IntensidadLa intensidad macrosísmica es un parámetro que describe los daños

producidos en edificios y estructuras, así como sus consecuencias sobre el

terreno y los efectos sobre las personas, por lo que su utilización en la

evaluación de daños está muy extendida. Se observa claramente la diferencia

entre magnitud e intensidad ya que, mientras la primera es una característica

propia del sismo, la segunda depende del lugar y la forma en que se realiza su

evaluación. Existen dos procedimientos para determinar la intensidad, uno

subjetivo y otro analítico, de los cuales el más extendido es el primero.

Sin embargo, el segundo se suele emplear para escalar acelerogramas a una

determinada magnitud, que es más conveniente que escalarlas a una

aceleración máxima.

Figura 1.2: Escalas de Intensidad

a) Intensidad macrosísmica. Procedimiento subjetivo

Los métodos subjetivos evalúan los efectos dé los terremotos a través del

daño que producen en las construcciones y en el entorno físico. La

intensidad macrosísmica proporciona una clasificación de la severidad del

movimiento del terreno a través de dichos efectos. Es un parámetro

descriptivo, cuya importancia radica en que aprovecha la información

sísmica anterior a la aparición de los instrumentos de registro o en zonas

donde no existen instrumentos (Grünthal 1993). Debido a su propia

definición, la intensidad no proporciona una idea precisa acerca de la

energía liberada por un terremoto.

Por ejemplo, un terremoto superficial puede producir, en cierto tipo de

terreno, valores de intensidad muy altos y liberar, al mismo tiempo, una

energía bastante pequeña.

Para la descripción de la severidad de los sismos se han elaborado más de

40 escalas diferentes en todo el mundo. Entre ellas, hay que citar la de

Rossi-Forel (1873), continuando por todas las versiones de la de Mercalli

(1902) y Mercalli Modificada (MM 1931, 1956, 1965), la de Mercalli-Cancani-

Sieberg (MCS 1917, 1942) Y la de Medvedev-Sponheuer-Karnik (MSK 1964 y

1992).

Estas escalas describen el efecto esperado para cada grado de intensidad a

fin de evaluar los efectos del terremoto sobre las personas, objetos y

edificios. La MM es la más utilizada en el continente americano, mientras

que en Europa se utiliza más la MSK. Debido a las continuas revisiones

realizadas en las escalas propuestas, existen dificultades al asignar los

valores de intensidad en distintos sitios. Las escalas dependen, entre otros

aspectos, de la opinión de los observadores, de la uniformidad en las

tipologías de las construcciones y de la no linealidad entre los grados de

intensidad de la misma (Sarria 1990).

b) Parámetros obtenidos a partir de registros. Procedimiento analítico

Los métodos analíticos se basan en medidas instrumentales, para

cuantificar la intensidad de los terremotos. Una de éstas es la intensidad

espectral de Housner, en la que la severidad de las vibraciones inducidas

en un oscilador lineal con un solo grado de libertad puede evaluarse a

partir del espectro de respuesta en velocidades correspondiente a dicho

oscilador. Un promedio de la severidad del movimiento sísmico puede

obtenerse mediante la expresión (Housner 1970).

…………(1.2)

Donde , es la intensidad espectral, es la seudovelocidad espectral, T

es el período natural de vibración y v es la fracción del amortiguamiento

del oscilador con respecto al crítico.

Una variante de la intensidad espectral corresponde a la "raíz cuadrada del

valor medio” de las ordenadas de la aceleración a (t) del movimiento

sísmico del terreno, dada por la expresión:

…………(1.3)

Otro parámetro importante para determinar la severidad de un terremoto

es la denominada intensidad de Arias, fundamentada en la capacidad de

daño de un sismo y que es independiente de si existen o no edificios en la

zona, sin importar el tipo o la calidad de ellos. Para valores de interés

práctico de la fracción del amortiguamiento crítico, v, entre el 2% y el 20%,

la intensidad de Arias se evalúa mediante la siguiente expresión (Sarria

1990).

…………(1.4)

8. Fenómenos sísmicosLa deformación de los materiales rocosos produce distintos tipos de ondas

sísmicas. Un deslizamiento súbito a lo largo de una falla, por ejemplo, produce

ondas longitudinales de empuje-tiro (P) y transversales de cizalla (S). Los

trenes de ondas P, de compresión, establecidos por un empuje (o tiro) en la

dirección de propagación de la onda, causan sacudidas de atrás hacia

adelante en las formaciones de superficie. Los desplazamientos bruscos de

cizalla se mueven a través de los materiales con una velocidad de onda menor

al agitarse los planos de arriba a abajo.

Cuando las ondas P y S encuentran un límite, como la discontinuidad de

Mohorodovicic (Moho), que yace entre la corteza y el manto de la Tierra, se

reflejan, refractan y transmiten en parte y se dividen en algunos otros tipos de

ondas que atraviesan la Tierra. Los intervalos de propagación dependen de los

cambios en las velocidades de compresión y de onda S al atravesar materiales

con distintas propiedades elásticas. Las rocas graníticas corticales muestran

velocidades típicas de onda P de 6 km/s, mientras que las rocas subyacentes

máficas y ultramáficas (rocas oscuras con contenidos crecientes de magnesio

y hierro) presentan velocidades de 7 y 8 km/s respectivamente.

Figura 1.3: Tipos de Ondas en un Sismo

Además de las ondas P y S ondas de volumen o cuerpo, hay dos ondas de

superficie, ondas Love, llamadas así por el geofísico británico Augustus E. H.

Love, que producen movimientos horizontales del suelo y las ondas Rayleigh,

por el físico británico John Rayleigh, que producen movimientos verticales y

son conocidas como ondas R. Estas ondas viajan a gran velocidad y su

propagación se produce sobre la superficie de la Tierra.

Figura 1.4: Propagación de las ondas másicas, ondas P,S y P+S

9. Duración efectiva de un sismoEs difícil definir la duración efectiva de un sismo. En ciertos trabajos, como el

de Bolt (1985), se propone la denominada duración acotada, que se define

como el lapso en el que la sacudida del sismo se mantiene por encima de un

cierto umbral de aceleración, normalmente 0,05g. Otros autores tienen en

cuenta la forma del acelerograma y no los niveles de aceleración, y

encuentran correlaciones entre la duración efectiva y la magnitud de un

sismo. Trifunac y Brady (1975) relacionan dicha duración con la máxima

energía del movimiento, y definen el concepto de duración efectiva como el

tiempo transcurrido para que la función de intensidad de Arias, definida por la

ecuación (1.4), supere el 5% y alcance el 95% de su valor. A partir del estudio

de más de 84 acelerogramas registrados en la parte occidental de los Estados

Unidos, Dobry e Idriss (1978) encontraron que, para magnitudes entre 4,7 y 7,6

y distancias focales entre 0,1 km y 130 km, es válida la siguiente regresión:

…………(1.5)

Donde el tiempo se mide en segundos.

10. Peligrosidad sísmicaPor peligrosidad sísmica de una zona se entiende cualquier descripción de los

efectos provocados por terremotos en el suelo de dicha zona (Udías y Mézcua

1986; Bertero 1992). Estos efectos pueden ser representados mediante la

aceleración, la velocidad o el desplazamiento sísmico del terreno o también

utilizando la intensidad macrosísmica de la zona. Para evaluar la peligrosidad,

es necesario analizar los fenómenos que ocurren desde la emisión de las

ondas sísmicas en el foco hasta que dichas ondas; alcanzan la zona en estudio.

En la figura 1.5 puede observarse el mecanismo de propagación de la energía

de un sismo desde el epicentro hasta el emplazamiento de una estructura.

Cuando se produce un terremoto con determinadas características

(profundidad del foco, mecanismo focal, magnitud, etc.), parte de la energía

disipada se convierte en ondas sísmicas.

Al propagarse por la tierra, dichas ondas se reflejan, refractan, atenúan o

amplifican y llegan, en forma de excitación sísmica X1 al basamento rocoso

que se encuentra debajo del emplazamiento de una estructura.

Las ondas sufren un nuevo filtrado a través de la función de transferencia A

correspondiente a las capas de suelo que se encuentran entre el basamento y

la superficie, por lo que se obtiene la señal X2. Debido al fenómeno de

interacción suelo-estructura, descrito por una función de transferencia I, la

señal sufrirá nuevos cambios hasta obtenerse la señal X3 que será la excitación

en la base del edificio. La respuesta de la estructura X4 es el resultado de la

convolución de la señal X3 por la función de transferencia D de la estructura.

Figura 1.5: Propagación de la energía sísmica desde el epicentro hasta la

estructura (Bertero 1992)

11. Vulnerabilidad sísmicaA partir de experiencias de terremotos pasados se ha observado que ciertos

edificios, dentro de la misma tipología estructural, experimentan un daño más

severo que otros, a pesar de estar ubicados en la misma zona. Al grado de

daño que sufre una estructura, ocasionado por un sismo de determinadas

características, se le denomina vulnerabilidad. Por ello, a los edificios se les

puede clasificar en "más vulnerables" o "menos vulnerables" frente a un

mismo evento sísmico.

El daño que puede sufrir un edificio puede ser de dos tipos:

a) Estructural: Que se produce en elementos que forman parte del sistema

resistente.

b) No estructural: Que ocurre en los elementos que no forman parte del

sistema resistente principal, incluyendo el daño arquitectónico o en los

sistemas mecánicos, eléctricos, sanitarios así como en su contenido. El daño

estructural depende del comportamiento de los elementos del esquema

resistente como, por ejemplo, vigas, columnas, muros de corte, sistemas de

piso, etc. y puede cuantificarse mediante un índice de daño local, asociado al

elemento. Se puede también definir un índice de daño global, de toda la

estructura en conjunto, a partir de las contribuciones ponderadas de los

índices de daño local. Por otra parte, el daño no estructural se evalúa en

función de las deformaciones y distorsiones que sufra la estructura y, en

ocasiones, a partir de la aceleración que experimente la misma.

Desde el punto de vista de los costes financieros, es necesario conocer un

índice de daño económico global de la estructura, que, generalmente, se

define como:

Figura 1.3: Funciones de vulnerabilidad para diversas tipologías estructurales.

“Intensidad de Mercalli Modificada”

Tabla Nº2: Sismos más fuertes del Mundo

Locación Fecha Magnitud Fenómeno Efectos

1. Chile 1960 0522

9.5 Olas gigantescas yerupciones volcánicas

5 mil personas murieron

2 millones sin hogar

2. PrinceWilliam Sound,

Alaska

1964 0328 9.2

Terremoto y posteriortsunami

hasta British Columbia,Canadá

125 personas murieron

311 mil US$ dañosmateriales.

3. IslasAndreanof,

Alaska

1957 0309

9.1

Erupción del monteVsevidof dormido por 200años, tsunami con olas de

15 metros de alto hastaHawai

4. Kamchatka,Rusia

1952 1104 9.0 Tsunami que golpeó las

islas hawaianas. No hubo muertos.

5. Costa oestedel norte de

Sumatra,Indonesia

2004 1226 9.0 Tsunami

Miles de personasmurieron en Sri Lanka,

Tailandia, Indonesia y laIndia

6. Costa delEcuador

1906 0131

8.8

Tsunami, sentido a lo largode la costa pacífica de

América Central hasta SanFrancisco y el oeste de

Japón

Mil personas murieron

7. Islas Rats,Alaska

1965 0204

8.7Tsunami con olas de 10.7 m

de alto

8. Assam-Tibet,India

1950 0815

8.6 Terremoto2 mil edificaciones

destruidas Al menos 1.500personas murieron.

9. Kamchatka,Rusia

1923 0203

8.5 Terremoto

10. Mar Banda,Indonesia

1938 0201 8.5 Tsunami

Grandes daños en Banday Kai

CONCLUSIONES

En general se puede concluir que los desastres son un problema en aumento;

el impacto de los fenómenos naturales, el crecimiento demográfico y los

procesos de urbanización han hecho aumentar en forma continua la

vulnerabilidad sísmica.

En esta monografía concluimos que como estudiantes de ingeniería civil

debemos tener una definición concreta de ondas sísmicas siendo importante

para nuestra carrera profesional.

BIBLIOGRAFIA

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Americana José Simeón Cañas: San Salvador.

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