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II
FUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍA
Estructura terrestre
Tectónica de placas
Naturaleza de los sismos
Dimensionamiento de sismos
Curso va en Sismicidad Colombiana
II.1
II.1
ESTRUCTURA TERRESTRE
La tierra está conformada por
tres capas:
3
1. Núcleo (r ~ 3 470 km):
2
Hierro fundido + trazas de níquel,
1
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
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
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
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II
FUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍA
Estructura terrestre
Tectónica de placas
Naturaleza de los sismos
Dimensionamiento de sismos
Sismicidad Colombiana
II.4
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
Antonio Snider-Pellegrini (1858), fue el primero en
proponer movimiento continental, basándose en fósiles.
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
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TECTÓNICA DE PLACAS
(Continuación..)
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
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TECTÓNICA DE PLACAS
(Continuación..)
En 1937, A.L. DuToit propuso que, en lugar de un
sólo megacontinente, al principio hubo dos,
Laurasia y Gondwanaland
II.7
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TECTÓNICA DE PLACAS
(Continuación..)
Al final del Paleozoico se fractura Pangaea (o
Laurasia y Gondwanaland)
II.8
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TECTÓNICA DE PLACAS
(Continuación..)
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
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TECTÓNICA DE PLACAS
(Continuación..)
PRINCIPALES PLACAS TECTÓNICAS
Placa
Norteamericana
Placa Euroasiá
Euroasiática
Placa
Caribe
Placa
Pací
Pacífica
Placa Placa Africana
Sudameri−−
Placa Sudameri
cana
de
Nazca
Placa
Indoaustraliana
Placa Antá
Antártica
II.10
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II
FUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍA
Estructura terrestre
Tectónica de placas
Naturaleza de los sismos
Dimensionamiento de sismos
Sismicidad Colombiana
II.11
NATURALEZA DE LOS SISMOS
Movimiento de placas
Grandes tensiones en el material rígido
Acumulación de energía de deformación = Tensiones
Tensiones > Fuerzas de
fricción
Ruptura violenta y
liberación súbita de
energía en forma de
ondas sísmicas y
calor
II.12
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
• Límites entre placas
tectónicas
•Fallas geológicas
Falla de San André
Andrés
California
II.13
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
• Zonas volcánicas
• Zonas de actividad
humana
II.14
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
Principales cinturones sísmicos
coinciden con los límites entre placas
II.15
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
Mecanismos de interacción entre placas
Subducción:
Dos placas de espesor similar entran en contacto y
una se introduce bajo la otra
Deslizamiento (o rumbo):
Dos placas en contacto que se mueven a lo largo de
sus bordes
Extrusión:
Dos placas en contacto que se alejan una de la otra
presionadas por material fundido que sale del manto
I.16
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PLACA
PLACA
ASTENOSFERA
LÍMITE
CONVERGENTE
LÍMITE DE
TRANSFORMACIÓN
ZONA DE “RIFT”
CONTINENTAL
LÍMITE
CONVERGENTE
LÍMITE
DIVERGENTE
FOSA
FOSA
CORDILLERA
OCEÁNICA DE
EXTRUSIÓN
ARCO DE
ISLAS
ESTRATO
VOLCÁNICO
LITOSFERA
ASTENOSFERA
CORTEZA
CONTINENTAL
CORTEZA
OCEÁNICA
PLACA DE
SUBDUCCIÓN
PUNTO
CALIENTE
II.17
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
Mecanismos de las fallas geológicas
Normal
Invertida
Deslizamiento
II.18
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
LOCALIZACIÓN
Distancias Epicentrales
Estació
Estación
Epifoco o
epicentro:
Proyección vertical
del foco en la
superficie
terrestre.
Estació
Estación
Epicentro
Foco
Foco, centro o
hipocentro:
Punto de origen de
las ondas
sísmicas.
Distancias Hipocentrales
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
En realidad, el foco no es un punto, sino
una región
Epicen
tro
Foco
Plano d
e
falla
II.20
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
ONDAS DE
CUERPO O
MÁSICAS
Ondas P
Compresiones
Medio Sin Perturbar
Propagació
Propagación de Partí
Partículas
Dilataciones
Propagació
Propagación de Ondas
Propagació
Propagación de Partí
Partículas
Ondas S
Amplitud
Longitud
Longitud de
de Onda
Onda
Propagació
Propagación de Ondas
II.21
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
ONDAS DE
SUPERFICIE
Ondas
Love
Propagació
Propagación de Partí
Partículas
Propagació
Propagación de Ondas
Ondas
Rayleigh
Propagació
Propagación de Partí
Partículas
Propagació
Propagación de Ondas
II.22
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
OSCILACIONES
LIBRES
Sin Perturbar
Perturbada
La tierra vibra
como un todo
II.23
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
La velocidad de las ondas P y S se calculan
mediante las expresiones
G
λ + 2G
y vs =
vp =
ρ
ρ
donde
E
µE
y G=
λ=
2(1 + µ )
(1 − 2µ )(1 + µ )
Ahora bien,
2(1 − µ )
=
= 3 (para µ = 0,25)
vs
1 − 2µ
vp
II.24
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
(Continuación...)
Intervalos de velocidad
CAPA
Superficie
Corteza continental
Moho
Manto
Núcleo
Centro
PROFUNDIDAD
km
0
0-30
30
2 900
5 000
6 370
VELOCIDAD, km/s
VP
VS
5
3
6
3,5
8,2
4,5
13,5
8
10
N/A
11,5
N/A
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
II.25
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
II
FUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍA
Estructura terrestre
Tectónica de placas
Naturaleza de los sismos
Dimensionamiento de sismos
Sismicidad Colombiana
II.26
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
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
M = LOG (A/T) + F(∆,H) + Cs + Cr
Donde:
A = Amplitud del registro
T = Período de la onda, s
∆ = Distancia epicentral
H = Profundidad del foco, km
Cs = Factor de corrección propio de la estación sismológica
Cr = Factor de corrección regional
II.27
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
(Continuación...)
Intensidad:
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
II.28
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
(Continuación...)
Escala de intensidad de Mercalli modificada por Richter
I.
II.
III.
IV.
V.
VI.
El terremoto no se nota.
Es notado por pocas personas favorablemente situadas,
especialmente en las plantas superiores de los edificios.
El terremoto es notado en el interior de los edificios, por
muchas personas. Se puede estimar su duración.
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.
Es notado por todo el mundo. Los objetos inestables se
desplazan o caen. Los líquidos se mueven. Se afectan los
relojes de péndulo.
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.
II.29
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
Escala de intensidad de Mercalli (Continuación...)
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.
II.30
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
Escala de intensidad de Mercalli (Continuación...)
X.
XI.
XII.
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.
Rieles fuertemente doblados. Tuberías subterráneas fuera de
servicio.
Destrucción casi total.
Grandes masas de rocas
desplazadas. Objetos lanzados al aire.
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
II.31
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
(Continuación...)
SISMÓGRAFOS
II.32
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
(Continuación...)
ACELERÓGRAFOS
Utilizan 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
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
(Continuación...)
Componentes que registra el acelerógrafo
Arriba
t
t
N
Abajo
S
E
W
t
II.34
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
(Continuación...)
Ejemplos de acelerogramas
Centro" - Mayo 18/40 - Comp. S00E
0.4g Temblor del Imperial Valley, Cal. - Registro "ElAcel.
máx. del terreno = 0.348g
-0.4g
Old Ridge"- Febrero 9/71 - Comp. N21E
0.4g Temblor de San Fernando, Cal. - Registro "Castaic
Acel. máx. del terreno = 0.316g
-0.4g
Temblor de Loma Prieta, Cal. - Registro "Corralitos" - Octubre 17/89 - Comp. N-S
0.4g
Acel. máx. del terreno = 0.629g
-0.4g
Temblor de Chile - Registro "Viña del Mar" - Marzo 3/85 - Comp. N-S
0.4g
Acel. máx. del terreno = 0.363g
-0.4g
Temblor de Miyagi-Ken-Oki, Japón - Registro "Tohoku University, Sendai" - Junio 12/78 - Comp. N-S
0.4g
Acel. máx. del terreno = 0.263g
-0.4g
Temblor de México - Registro "SCT1 - Secretaria de Transporte" - Sep. 19/85 - Comp. E-W
0.4g
Acel. máx. del terreno = 0.171g
-0.4g
0
5
10
15
20
25
Tiempo (s)
30 35 40 45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95 100
II.35
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
(Continuación...)
Temblor de Loma Prieta, 1989 - Registro “Corralitos”
1.00
0.75
0.50
Ate 0.25
0.00
(g) -0.25
-0.50
-0.75
-1.00
0
5
10
15
20
25
30
35
40
30
35
40
Tiempo, (s)
Componente N-S
1.00
0.75
0.50
Ate 0.25
0.00
(g) -0.25
-0.50
-0.75
-1.00
0
5
10
15
20
25
Tiempo, (s)
Componente E-W
II.36
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DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
(Continuación...)
Acelerograma
visto en planta
N
0.8
0.6
Aceleración horizontal (g)
0.4
0.2
W
0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
E
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
Temblor de Loma Prieta, 1989
Registro “Corralitos”
S
II.37
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
II
FUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍA
Estructura terrestre
Tectónica de placas
Naturaleza de los sismos
Dimensionamiento de sismos
Sismicidad Colombiana
II.38
SISMICIDAD EN COLOMBIA
(Continuación...)
Principales
fallas geológicas
en el territorio
Colombiano
II.39
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
SISMICIDAD EN COLOMBIA
1566
1922
1957
1993
1995
1996
1999
- Primer registro sísmico
- Primer sismógrafo en el país
- Red puede calcular profundidad
- Comienza a operar la RSNC
- Comienza a operar el CPIS
- Instrumentación de Medellín
- Microzonificación sísmica de
Medellín
2002 y 2007 - Microzonificación sísmica del
Valle de Aburrá
II.40
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
SISMICIDAD EN COLOMBIA
(Continuación...)
RSNC
80 W
75 W
70 W
10.5 N
RED SISMOLÓGICA
NACIONAL COLOMBIANA
5.5 N
17 ESTACIONES
SISMÓLOGICAS
COMUNICADAS
VIA
SATÉLITE
CON BASE DE
INGEOMINAS
0.5 N
II.41
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SISMICIDAD EN COLOMBIA
(Continuación...)
Estaciones de la red y su ubicación
Código
PED
CAP
OCA
BAR
HEL
SOL
RUS
NOR
CHI
TOL
MAL
PRA
BET
MUN
CRU
FLO
CUM
Nombre
Departamento
San Pedro de la Magdalena
Sierra
Capurganá
Chocó
Ocaña
N. Santander
Barichara
Santander
Santa Helena
Antioquia
Bahía Solano
Chocó
La Rusia
Boyacá
Norcasia
Caldas
Chingaza
Cundinamarca
Nev. Tolima
Tolima
Bahía Málaga
Valle
Prado
Tolima
Betania
Huila
Munchique
Cauca
La Cruz
Nariño
Florencia
Caqueta
Cumbal
Nariño
Latitud
(grados n)
10.91
Longitud
(grados w)
74.05
Altura
(m.s.n.m)
1600
8.30
8.20
6.64
6.23
6.37
5.93
5.60
4.63
4.59
4.10
3.70
2.68
2.47
1.50
1.51
0.86
77.20
73.40
73.18
75.55
77.46
73.08
74.89
73.73
75.34
77.35
74.90
75.44
76.96
76.95
75.63
77.84
50
1200
1860
2790
50
3360
510
3100
2520
50
410
540
3010
2740
360
3420
II.42
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
SISMICIDAD EN COLOMBIA
(Continuación...)
AÑ O 1994
ACTIVIDAD
SÍSMICA
REGISTRADA
POR LA RSNC
-80 W
-75 W
-70 W
10.5 N
5.5 N
0.5 N
C ON VE N C IO N E S
Profu nd id a d, Km
0 - 30
31- 70
70 - 1 50
> 1 50
M agnit ud
0 - 2. 5
2 .6 - 4.0
4 .1 - 5.5
-4.5 N
II.43
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
SISMICIDAD EN COLOMBIA
(Continuación...)
¿CÓMO SE LOCALIZA UN SISMO?
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
ESTACIÓN
EPICENTRO
ESTACIÓN
II.44
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
SISMICIDAD EN COLOMBIA
(Continuación...)
PARÁMETROS DE LA RSNC
MODELO DE CORTEZA
PROFUNDIDAD DE LA
CAPA
(km)
VELOCIDAD DE LAS
ONDAS P
(m/s)
VELOCIDAD DE
LAS ONDAS S
(m/s)
0-2
2-5
5-25
25-35
>35
4
5,5
6,4
7,1
8,1
2,2
3,1
3,6
4,1
4,6
II.45
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SISMICIDAD EN COLOMBIA
(Continuación...)
ERRORES EN LA LOCALIZACIÓN DE LA RSNC
POR DENSIDAD DE LA RED.
POR “GAP” GRANDES.
GAP: MÁXIMA
SEPARACIÓN EN
EPICENTRO
GRADOS
ESTACIÓN
ESTACIÓN
ESTACIÓN
II.46
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Continúa en el archivo
Dinámica_UGDL.ppt
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