origen y tipos de ondas sismicas

8/17/2019 Origen y Tipos de Ondas Sismicas

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ORIGEN Y TIPOS DE ONDAS SISMICAS

1. INTRODUCCION

Dado que la Tierra o cualquier otro cuerpo planetario puede serconsiderado como un objeto elástico es un medio adecuado para lapropagación de ondas. Una perturbación como un terremoto en cualquierpunto de la Tierra, produce ondas energéticas conocidas como ondassísmicas.

Durante un terremoto, la energía es liberada en forma de ondas queviajan desde el punto del origen del terremoto en un lugar llamado foco.

Las ondas sísmicas se originan en el foco. Las ondas sísmicas causan untemblor intenso en la supercie de la Tierra, estos temblores puedenderrumbar edicios ! carreteras.

"o todas las ondas sísmicas son iguales. #a! varios tipos, ! cada tipo deonda sísmica tiene un movimiento $nico. %un cuando &a! diversos tiposde ondas sísmicas ! cada uno tiene su forma $nica de moverse.'ecuentos de lo que es e(perimentar un terremoto, generalmentedescriben ondas en la supercie, debido a que éstas son más notablesen la supercie de la Tierra.

La corte)a de la Tierra como objeto sólido que es, soporta ondas a sutravés llamadas ondas de cuerpo *o internas+, ! en la supercie *ondassuperciales+. n un material sólido estas ondas pueden ser tanto ondaslongitudinales, como ondas transversales. n las ondas sísmicas a travésdel material, las ondas longitudinales o de compresión se llaman ondas -*de ondas primarias+, mientras que las ondas transversales se llamanondas / *ondas secundarias+.

2. SISMOLOGIA

studio de las ondas sísmicas, la sismología *seismos 0 sacudida1 olog!0 estudio de+, data de los intentos reali)ados por los c&inos, &ace casi2.333 a4os, para determinar dirección desde la que se originaban dic&asondas. l sísmico utili)ado por los c&inos era una gran jarra &ueca queprobablemente contenía una masa suspendida desde la tapa. sta masasuspendida *similar al péndulo de un reloj+ estaba conectada de algunamanera con las mandíbulas de varias guras de dragones que rodeabanen círculo el envase. Las mandíbulas de cada dragón sostenían una bolade metal. 5uando las ondas de los terremotos alcan)aban elinstrumento, el movimiento relativo entre la masa suspendida ! la jarra


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desalojaría algunas de las bolas de metal que caen en las bocas abiertasde las ranas situadas justo debajo.

Antiguo sismógrafo chino. Durante un temblor de tierra, los dragones situados en la dirección de las

vibraciones principales tiraban una bola en las bocas de las ranas de debajo.

-robablemente, los c&inos eran conscientes de que el primer granmovimiento del terreno producido por un terremoto es direccional ! que,si es lo bastante intenso, todos los artículos sujetos débilmente secaerían en la misma dirección. %parentemente, los c&inos utili)aron este&ec&o junto con la posición de las bolas desalojadas, para detectar ladirección de procedencia de un terremoto. /in embargo, el complejomovimiento de las ondas sísmicas &ace improbable la determinación concierta regularidad de la dirección real de propagación del terremoto. nprincipio al menos, los sismógrafos *seísmos6 sacudida1 grap&6 escribir+

modernos eran instrumentos que registran las ondas sísmicas, no eranmu! diferentes de los dispositivos utili)ados por los c&inos antiguos.

stos dispositivos tienen una masa suspendida libremente de un soporteque se ja al terreno. 5uando la vibración de un terremoto lejano alcan)ael instrumento, la inercia7 *iners6 pere)oso+ de la masa suspendida lamantiene relativamente estacionaria, mientras que la Tierra ! el soportese mueven. l movimiento de la Tierra con respecto a la masaestacionaria se registra en un tambor giratorio o una cinta magnética.


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Los terremotos causan movimiento vertical ! &ori)ontal del terreno1 porconsiguiente, se necesita más de un tipo de sismógrafo. l instrumentomostrado en la 8igura, está dise4ado para permitir la oscilación de lamasa de un lado a otro !, de este modo, la detección del movimiento&ori)ontal del terreno. "ormalmente, se utili)an dos sismógrafos&ori)ontales, uno orientado de norte a sur ! otro de este a oeste. lmovimiento vertical del terreno puede detectarse si la masa se suspende

de un muelle, como se muestra en la 8igura.

Los registros obtenidos con los sismógrafos, denominados sismogramas*seismos 0 sacudida1 gramma 6 lo que está escrito+, proporcionan muc&a

información relativa al comportamiento de las ondas sísmicas. Dic&osencillamente, las ondas sísmicas son energía elástica que irradia en todas


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las direcciones desde el foco. La propagación *transmisión+ de esta energíapuede compararse con la sacudida que e(perimenta la gelatina en un ta)óncuando se coge una cuc&arada. La gelatina tendrá un solo modo devibración, pero los sismógrafos revelan que el desli)amiento de una masade roca genera dos grupos principales de ondas sísmicas. Uno de esos

grupos de ondas que viajan sobre la parte e(terna de la Tierra se conocecomo ondas superciales. 9tros viajan a través del interior de la Tierra ! sedenominan ondas de cuerpo, Las ondas de cuerpo se dividen a su ve) endos tipos, que se denominan ondas primarias o - ! ondas secundarias o /.

Las ondas de cuerpo se dividen en ondas - ! / por su modo de viajar através de los materiales. Las ondas - son ondas que empujan *comprimen+! tiran *e(panden+ de las rocas en la dirección de propagación de la onda.:maginemos que sujetamos a alguien por los &ombros ! lo sacudimos. stemovimiento de tirar ! empujar es similar a como se despla)an las ondas - através de la Tierra. ste movimiento ondulatorio es análogo al generado por

las cuerdas vocales &umanas cuando mueven el aire para crear el sonido.Los sólidos, los líquidos ! los gases se oponen a un cambio de volumencuando son comprimidos ! recuperarán elásticamente su forma cuandocesa la fuer)a. -or consiguiente, las ondas -, que son ondas compresivas,pueden atravesar todos esos materiales. -or otro lado, las ondas / , laspartículas en ángulo recto con respecto a la dirección en la que viajan. stopuede ilustrarse sujetando el e(tremo de una cuerda ! sacudiendo el otroe(tremo, como se muestra en


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9bservando un registro sísmico ;típicoilómetros por segundo. ?ajolas mismas condiciones, las ondas / viajan a @,= >ilómetros por segundo.Diferencias de densidad ! en las propiedades elásticas de las rocas inAu!enmuc&o en las velocidades de las ondas. n general, en cualquier materialsólido, las ondas - viajan apro(imadamente B,C veces más deprisa que lasondas /, ! cabe esperar que las ondas superciales viajen al 3 por cientode la velocidad de las ondas /.

%demás de las diferencias de velocidad, en la 8igura se observa también

que la altura, o, e(presado de una manera más correcta, la amplitud deesos tipos de onda varía. Las ondas / tienen una amplitud ligeramente


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ma!or que las ondas - mientras que las ondas superciales, que causan lama!or destrucción, tienen una amplitud incluso ma!or Dado que las ondassuperciales están connadas a una región estrec&a pró(ima a la supercie! no se propagan por el interior de la Tierra como las ondas - ! /, conservansu má(ima amplitud durante más tiempo.

Las ondas superciales tienen también períodos más largos *intervalo detiempo entre las crestas+1 por consiguiente, se suele &acer referencia a ellascomo ondas largas o ondas L.

5omo veremos, las ondas sísmicas son $tiles para determinar la locali)ación! la magnitud de los terremotos. %demás, proporcionan una &erramientapara estudiar el interior de la Tierra.

3. ONDAS SISMICAS

Las ondas sísmicas son un tipo de onda elástica fuerte en lapropagación de perturbaciones temporales del campo de tensionesque generan peque4os movimientos en las placas tectónicas.

Las ondas sísmicas pueden ser generadas por movimientos tel$ricosnaturales, los más grandes de los cuales pueden causar da4os en

)onas donde &a! asentamientos urbanos. (iste toda una rama de lasismología, que se encarga del estudio de este tipo de fenómenos


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físicos. Las ondas sísmicas pueden ser generadas tambiénarticialmente, por ejemplo, el uso de e(plosivos o camiones.

4. ORIGEN


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5. TIPOS

%l ocurrir un terremoto, las ondas sísmicas se propagan en todas

direcciones partiendo desde el &ipocentro. /in embargo, no todos lostipos de ondas son iguales !a que e(isten diferencias importantesentre ellas.

Las ondas sísmicas se clasican en dos grandes grupos de acuerdo ala forma de propagación en la tierra6 ondas de cuerpo ! ondassuperciales.

5.1. ONDAS DE CUERPO

/e llaman así porque estas tienden a viajar a través del interior delplaneta *adentrándose incluso a grandes profundidades+. Lasondas superciales, por el contrario, viajan a lo largo de lasupercie de la Tierra ! no tienden a adentrarse a capasprofundas. Eientras que las ondas de cuerpo siempre aparecen enlos sismogramas, las ondas superciales solo aparecen enaquellos registros de terremotos cu!o &ipocentro no &a!a sidomu! profundo.

Las ondas de cuerpo se subdividen a su ve) en dos tipos6

F 9ndas - u ondas primariasF 9ndas / u ondas secundarias

5.1.1. ONDAS PRIMARIAS (P)

Las ondas - se llaman así por ser las que primero se registran enun sismograma *son las más veloces+. Las ondas - son ondaslongitudinales, lo cual signica que el suelo es alternadamentecomprimido ! dilatado en la dirección de la propagación. stasondas generalmente viajan a una velocidad B.C@ veces de lasondas / ! puesto que cualquier material Auido sólido ó líquido,


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está sujeto a compresión, las ondas -, pueden viajar a través decualquier clase de material. Gelocidades típicas son @@3mHs en elaire, BIJ3mHs en el agua ! cerca de J333mHs en el granito.

Las ondas - en el aire son simplemente ondas sonoras ! lavelocidad del sonido es sobre @I3 mHs a temperatura ordinaria. lagua puede soportar ondas -, pero no ondas /. La velocidad deestas ondas - *velocidad del sonido+ en agua es unos BIJ3 mHs.Las ondas -, dependen del módulo de bul> de elasticidad delmaterial, así como de su densidad. La velocidad de onda en unmaterial sólido como el granito, puede ser unos J333 mHs. Lasondas - de los terremotos llegan primero, pero debido a suspeque4as amplitudes, no producen tanto da4o como las ondas / !las ondas superciales que le siguen.

n un medio isótropo ! &omogéneo la velocidad de propagaciónde las ondas - es6

v p=√ K +

4

3 μ

ρ

Donde:

K 0 módulo decompresibilidad

µ 0 módulo de corte

0 densidad del material

De estos tres parámetros, la densidad es la que presentamenor variación por lo que la velocidad está principalmente

determinada por K ! µ


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Las ondas - comprimen ! dilatan el medio conforme se propagan.

5.1.2. ONDAS SECUNDARIAS

Las ondas / */5U"D%':%/+ son ondas transversales o de corte, locual signica que el suelo es despla)ado perpendicularmente a ladirección de propagación, alternadamente &acia un lado ! &acia elotro. Las ondas / pueden viajar $nicamente a través de sólidosdebido a que los líquidos no pueden soportar esfuer)os de corte./u velocidad es alrededor de JMN la de una onda - para cualquiermaterial sólido. Usualmente la onda / tiene ma!or amplitud que la- ! se siente más fuerte que ésta.

La velocidad de propagación de las ondas / en medios isótropos !&omogéneos depende del módulo de corte µ ! de la densidad

del material.

v s=√ μ

ρ


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Las ondas / lo cortan o ci)allan.

5.2. ONDAS SUPERFICIALES

5.2.1. ONDAS RAYLEIGH

También conocidas como rodillo de tierra, se despla)an como olasoceánicas sobre la supercie de la Tierra, moviendo la supercie

del suelo &acia arriba ! &acia abajo. stas causan la ma!oría delas vibraciones de la supercie del suelo durante un terremoto.

5uando un sólido posee una supercie libre, como la supercie dela tierra, pueden generarse ondas que viajan a lo largo de lasupercie. stas ondas tienen su má(ima amplitud en la supercielibre, la cual decrece e(ponencialmente con la profundidad, ! sonconocidas como ondas de 'a!leig& en &onor al cientíco quepredijo su e(istencia. La tra!ectoria que describen las partículasdel medio al propagarse la onda es elíptica retrógrada ! ocurre enel plano de propagación de la onda. Una analogía de estas ondaslo constitu!en las ondas que se producen en la supercie delagua.


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Las ondas 'a!leig& tienen un movimiento elíptico retrógrado,

5.2.2. ONDAS LOVE

9tro tipo de ondas superciales son ondas de Love llamadas así en&onor del cientíco que las estudió. /on ondas superciales que semueven de lado a lado. stas se generan sólo cuando un medioelástico se encuentra estraticado, situación que se cumple ennuestro planeta pues se encuentra formado por capas dediferentes características físicas ! químicas. Las ondas de Love se

propagan con un movimiento de las partículas, perpendicular a ladirección de propagación, como las ondas /, sólo que polari)adasen el plano de la supercie de la Tierra, es decir sólo poseen lacomponente &ori)ontal a supercie. Las ondas de Love puedenconsiderarse como ondas / atrapadas en la supercie. 5omopara las ondas de 'a!leig&, la amplitud de las mismas decrecerápidamente con la profundidad. n general su e(istencia sepuede e(plicar por la presencia del vacío o un medio de menorrigide), tiende a compensar la energía generando este tipoespecial de vibraciones.


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Las ondas Love tienen un movimiento similar al de una serpiente.

5.3. SISMOGRAMA


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/e muestra un sismograma. 5ada tipo de onda se muestra con uncolor diferente. La parte antes del arribo de las ondas - sedenomina preFevento ! por lo general está constituido por ruidoambiente *agitación del suelo por efectos del tránsito ve&icular, el

viento, etc. que es imperceptible para el &ombre+.

Las ondas - son las primeras en llegar, !a que la velocidadpromedio de propagación es casi dos veces ma!or a la de lasondas /. Las ondas / se diferencian de las ondas - en que poseenma!or amplitud.

La energía de las ondas se calcula en base a su amplitud. -ortanto, una onda de igual período pero ma!or amplitud poseeráuna ma!or cantidad de energía. Las ondas / son por tanto las quetransportan la ma!or cantidad de la energía de un sismo. stosignica también que la ma!oría de los da4os producidos aestructuras será debido a las ondas / *las responsables de lafuer)a de la sacudida+.

Las ondas superciales viajan a velocidades muc&o menores quelas velocidades a las que viajan las ondas - ! /. /on ondas que, aligual que las ondas /, poseen amplitudes ma!ores a las de lasondas -, pero sus períodos son muc&o más largos. n la 8igura semuestra solamente la onda L, esto porque el registro mostradocorresponde al de una componente &ori)ontal.

La coda es la parte del sismograma que decae conforme pasa el

tiempo &asta llegar al nivel original del preFevento cuando losotros tipos de ondas &an pasado. La coda puede llegar a durar untiempo signicativo dependiendo del tama4o del sismo.

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