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IIFUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍAEstructura terrestreTectónica de placas
Naturaleza de los sismosDimensionamiento de sismos
Sismicidad ColombianaII.1
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
ESTRUCTURA TERRESTRE
La tierra está conformada por tres capas:1. Núcleo (r ~ 3 470 km):
Hierro fundido + trazas de níquel, 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
122
3
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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
IIFUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍAEstructura terrestreTectónica de placas
Naturaleza de los sismosDimensionamiento de sismos
Sismicidad ColombianaII.4
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
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
4 Antonio Snider-Pellegrini (1858), fue el primero en proponer movimiento continental, basándose en fósiles.
4 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..)
4 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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4 En 1937, A.L. DuToit propuso que, en lugar de un sólo megacontinente, al principio hubo dos, Laurasia y Gondwanaland
TECTÓNICA DE PLACAS(Continuación..)
II.7
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4 Al final del Paleozoico se fractura Pangaea (o Laurasia y Gondwanaland)
TECTÓNICA DE PLACAS(Continuación..)
II.8
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4 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.
TECTÓNICA DE PLACAS(Continuación..)
II.9
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PRINCIPALES PLACAS TECTÓNICAS
TECTÓNICA DE PLACAS(Continuación..)
Placa EuroasiáticaPlaca EuroasiáticaPlaca Placa
NorteamericanaNorteamericana
Placa Placa SudameriSudameri−−
canacana
Placa AfricanaPlaca AfricanaPlaca Placa
IndoaustralianaIndoaustraliana
Placa AntárticaPlaca Antártica
Placa Placa PacíficaPacífica
Placa Placa de de
NazcaNazca
Placa Placa CaribeCaribe
II.10
IIFUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍAEstructura terrestreTectónica de placas
Naturaleza de los sismosDimensionamiento de sismos
Sismicidad ColombianaII.11
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NATURALEZA DE LOS SISMOS
Movimiento de placas
Tensiones > Fuerzas de fricción
Grandes tensiones en el material rígido
Acumulación de energía de deformación = TensionesTensiones
Ruptura violenta y liberación súbita de energía en forma de ondas sísmicas y calor
II.12
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Falla de San Andrés Falla de San Andrés CaliforniaCalifornia
• Límites entre placastectónicas
•Fallas geológicas
NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
II.13
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• Zonas volcánicas
• Zonas de actividad humana
NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
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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4 Subducción:Dos placas de espesor similar entran en contacto y una se introduce bajo la otra
4 Deslizamiento (o rumbo):Dos placas en contacto que se mueven a lo largo de sus bordes
4 Extrusión:Dos placas en contacto que se alejan una de la otra presionadas por material fundido que sale del manto
NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
Mecanismos de interacción entre placas
I.16
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PLACA
PLACA
ASTENOSFERA
LÍMITE CONVERGENTE
LÍMITE DE TRANSFORMACIÓN
LÍMITE DIVERGENTE
ZONA DE “RIFT” CONTINENTAL
ARCO DE ISLAS
ESTRATO VOLCÁNICO
CORDILLERA OCEÁNICA DE
EXTRUSIÓN
FOSA
LITOSFERACORTEZA OCEÁNICA
PUNTO CALIENTE
LÍMITE CONVERGENTE
FOSA
ASTENOSFERA PLACA DE SUBDUCCIÓN
CORTEZA CONTINENTAL
II.17
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Mecanismos de las fallas geológicas
4 Normal
4 Invertida
4 Deslizamiento
NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
II.18
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4 Foco, centro o hipocentro:Punto de origen de las ondas sísmicas.
EpicentroEpicentro
FocoFoco
EstaciónEstación
EstaciónEstación
Distancias Distancias HipocentralesHipocentrales
Distancias Distancias EpicentralesEpicentrales
4 Epifoco o epicentro:Proyección vertical del foco en la superficie terrestre.
NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
LOCALIZACIÓN
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4 En realidad, el foco no es un punto, sino una región
NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
II.20
Plano de falla
Foco
EpicentroEpicentro
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NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
Ondas P
CompresionesCompresiones
DilatacionesDilataciones
Medio Sin PerturbarMedio Sin Perturbar
AmplitudAmplitud
Longitud de OndaLongitud de Onda
Propagación de OndasPropagación de Ondas
Propagación de PartículasPropagación de Partículas
Propagación de OndasPropagación de Ondas
Propagación de PartículasPropagación de Partículas
CompresionesCompresiones
DilatacionesDilataciones
Medio Sin PerturbarMedio Sin Perturbar
AmplitudAmplitud
Longitud de OndaLongitud de Onda
Propagación de OndasPropagación de Ondas
Propagación de PartículasPropagación de Partículas
Propagación de OndasPropagación de Ondas
Propagación de PartículasPropagación de Partículas
ONDAS DE CUERPO O MÁSICAS
II.21
Ondas S
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NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
Propagación de OndasPropagación de Ondas
Propagación de OndasPropagación de Ondas
Propagación de PartículasPropagación de Partículas
Propagación de PartículasPropagación de Partículas
Propagación de OndasPropagación de Ondas
Propagación de OndasPropagación de Ondas
Propagación de PartículasPropagación de Partículas
Propagación de PartículasPropagación de Partículas
Ondas Love
Ondas Rayleigh
ONDAS DE SUPERFICIE
II.22
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NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
OSCILACIONES LIBRES
La tierra vibra como un todo
Sin PerturbarSin Perturbar PerturbadaPerturbada
II.23
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NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
La velocidad de las ondas P y S se calculan mediante las expresiones
( )( )µµ
µλ
+−=
121E
donde
( ) ( )25,0 para 321
12==
−
−= µ
µ
µ
s
p
v
vAhora bien,
ρ
λ Gvp
2+=
ρ
Gvs =y
( )µ+=
12E
Gy
II.24
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
4 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
NATURALEZA DE LOS SISMOS(Continuación...)
Intervalos de velocidad
II.25
CAPA VELOCIDAD, km/s
PROFUNDIDAD km VP VS
Superficie 0 5 3 Corteza continental 0-30 6 3,5 Moho 30 8,2 4,5 Manto 2 900 13,5 8 Núcleo 5 000 10 N/A Centro 6 370 11,5 N/A
IIFUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍAEstructura terrestreTectónica de placas
Naturaleza de los sismosDimensionamiento de sismos
Sismicidad ColombianaII.26
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
4 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
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS
Donde:A = Amplitud del registroT = Período de la onda, s∆ = Distancia epicentralH = Profundidad del foco, kmCs = Factor de corrección propio de la estación sismológicaCr = Factor de corrección regional
M = LOG (A/T) + F(∆,H) + Cs + Cr
II.27
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4Intensidad: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
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)
II.28
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
Escala de intensidad de Mercalli modificada por Richter
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)
II.29
I. El terremoto no se nota.II. Es notado por pocas personas favorablemente situadas,
especialmente en las plantas superiores de los edificios.III. El terremoto es notado en el interior de los edificios, por
muchas personas. Se puede estimar su duración.IV. 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.
V. Es notado por todo el mundo. Los objetos inestables se desplazan o caen. Los líquidos se mueven. Se afectan los relojes de péndulo.
VI. 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.
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Escala de intensidad de Mercalli (Continuación...)
II.30
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.
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Escala de intensidad de Mercalli (Continuación...)
II.31
X. 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.
XI. Rieles fuertemente doblados. Tuberías subterráneas fuera de servicio.
XII. Destrucción casi total. Grandes masas de rocas desplazadas. Objetos lanzados al aire.
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SISMÓGRAFOS
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)
II.32
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
ACELERÓGRAFOSUtilizan 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.
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)
II.33
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
Componentes que registra el acelerógrafo
W
E
N
S
Arriba
Abajo
t
t
t
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)
II.34
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
Acel. máx. del terreno = 0.171g
Acel. máx. del terreno = 0.263g
Acel. máx. del terreno = 0.363g
Acel. máx. del terreno = 0.629g
Acel. máx. del terreno = 0.316g
Acel. máx. del terreno = 0.348g
-0.4g
0.4g
-0.4g
0.4g
-0.4g
0.4g
-0.4g
0.4g
-0.4g
0.4g
-0.4g
0.4g
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Tiempo (s)
Temblor de México - Registro "SCT1 - Secretaria de Transporte" - Sep. 19/85 - Comp. E-W
Temblor de Miyagi-Ken-Oki, Japón - Registro "Tohoku University, Sendai" - Junio 12/78 - Comp. N-S
Temblor de Chile - Registro "Viña del Mar" - Marzo 3/85 - Comp. N-S
Temblor de San Fernando, Cal. - Registro "Castaic Old Ridge"- Febrero 9/71 - Comp. N21E
Temblor del Imperial Valley, Cal. - Registro "El Centro" - Mayo 18/40 - Comp. S00E
Temblor de Loma Prieta, Cal. - Registro "Corralitos" - Octubre 17/89 - Comp. N-S
Ejemplos de acelerogramas
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)
II.35
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
-1.00-0.75-0.50-0.250.000.250.500.751.00
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tiempo, (s)
Ate(g)
-1.00-0.75-0.50-0.250.000.250.500.751.00
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tiempo, (s)
Ate(g)
Temblor de Loma Prieta, 1989 - Registro “Corralitos”
Componente N-S
Componente E-W
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)
II.36
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
Acelerogramavisto en planta
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
N
Aceleración horizontal (g)
E
S
W
Temblor de Loma Prieta, 1989 Registro “Corralitos”
DIMENSIONAMIENTO DE SISMOS(Continuación...)
II.37
IIFUNDAMENTOS DE
SISMOLOGÍAEstructura terrestreTectónica de placas
Naturaleza de los sismosDimensionamiento de sismos
Sismicidad ColombianaII.38
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
SISMICIDAD EN COLOMBIA(Continuación...)
Principalesfallas geológicas
en el territorio Colombiano
II.39
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4 1566 - Primer registro sísmico4 1922 - Primer sismógrafo en el país4 1957 - Red puede calcular profundidad4 1993 - Comienza a operar la RSNC4 1995 - Comienza a operar el CPIS4 1996 - Instrumentación de Medellín4 1999 - Microzonificación sísmica de
Medellín4 2002 - Microzonificación sísmica del Valle de
Aburrá
SISMICIDAD EN COLOMBIA
II.40
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RSNCRSNCRED SISMOLÓGICA RED SISMOLÓGICA
NACIONAL COLOMBIANANACIONAL COLOMBIANA
17 ESTACIONESSISMÓLOGICASCOMUNICADAS VIA SATÉLITE CON BASE DE INGEOMINAS
0.5 N
5.5 N
10.5 N
80 W 75 W 70 W
SISMICIDAD EN COLOMBIA(Continuación...)
II.41
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
Código Nombre Departamento Latitud(grados n)
Longitud(grados w)
Altura(m.s.n.m)
PED San Pedro de laSierra
Magdalena 10.91 74.05 1600
CAP Capurganá Chocó 8.30 77.20 50OCA Ocaña N. Santander 8.20 73.40 1200BAR Barichara Santander 6.64 73.18 1860HEL Santa Helena Antioquia 6.23 75.55 2790SOL Bahía Solano Chocó 6.37 77.46 50RUS La Rusia Boyacá 5.93 73.08 3360NOR Norcasia Caldas 5.60 74.89 510CHI Chingaza Cundinamarca 4.63 73.73 3100TOL Nev. Tolima Tolima 4.59 75.34 2520MAL Bahía Málaga Valle 4.10 77.35 50PRA Prado Tolima 3.70 74.90 410BET Betania Huila 2.68 75.44 540MUN Munchique Cauca 2.47 76.96 3010CRU La Cruz Nariño 1.50 76.95 2740FLO Florencia Caqueta 1.51 75.63 360CUM Cumbal Nariño 0.86 77.84 3420
SISMICIDAD EN COLOMBIA(Continuación...)
Estaciones de la red y su ubicación
II.42
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ACTIVIDAD SÍSMICA
REGISTRADA POR LA RSNC
A Ñ O 1 9 9 4
-4.5 N
0.5 N
5.5 N
10.5 N
-80 W -75 W -70 W
0 - 30 31 - 70 70 - 150 >150
0 - 2 .5
2.6 - 4.0
4.1 - 5.5
Magni tud
Profundidad, Km
C O N V E N C I O N E S
SISMICIDAD EN COLOMBIA(Continuación...)
II.43
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
¿CÓMO SE LOCALIZA UN SISMO?
ESTACIÓNESTACIÓN
EPICENTROEPICENTRO
ESTACIÓNESTACIÓN
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
SISMICIDAD EN COLOMBIA(Continuación...)
II.44
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
PARÁMETROS DE LA RSNC
MODELO DE CORTEZA
0-22-5
5-2525-35>35
45,56,47,18,1
2,23,13,64,14,6
PROFUNDIDAD DE LA CAPA(km)
VELOCIDAD DE LAS ONDAS P
(m/s)
VELOCIDAD DE LAS ONDAS S
(m/s)
SISMICIDAD EN COLOMBIA(Continuación...)
II.45
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
ERRORES EN LA LOCALIZACIÓN DE LA RSNC4 POR DENSIDAD DE LA RED.
4 POR “GAP” GRANDES.
ESTACIÓNESTACIÓN
ESTACIÓNESTACIÓN
ESTACIÓNESTACIÓN
EPICENTROEPICENTRO
GAP: MÁXIMA GAP: MÁXIMA
SEPARACIÓN ENSEPARACIÓN EN
GRADOSGRADOS
SISMICIDAD EN COLOMBIA(Continuación...)
II.46
Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín
Continúa en el archivoDinámica_UGDL.ppt