C -7 Asignatura: Asignatura: Geología Geología para Ingenieros Ingenieros
Año: 2do 2do Ingeniería Ingeniería Hidráulica Hidráulica
TEMA III – GEODINÁMICA INTERNA Y EXTERNA Conferencia 7: Geodinámica Interna Smario: 8.1 Efecto de los terremotos 8.2 Intensidad y origen de los sismos 8.3 Sismógrafo y ondas sísmicas 8.4 La construcción en zonas sísmicas 8.5 eterminación de la carga sísmica
O!"eti#o$:
1. escri!ir escri!ir el origen origen de los terremoto terremotos" s" #aciendo #aciendo referencia referencia a los distinto distintos s ti$os de ondas" ondas" así como sus efectos so!re las estructuras. 2. Señalar Señalar las formas formas de medici medicin n de la intensidad intensidad de los sismos! sismos! destacand destacando o las "ases usadas usadas en cada caso. #. Conocer Conocer las las $onas $onas sísmicas sísmicas de Cu"a! Cu"a! seg%n seg%n la norma norma cu"a cu"ana. na.
%i!&io'raf(a: 1. %eología %eología $ara Ingeniero Ingenieros" s" &'2. &'2. Sergio Sergio (az )orales. )orales. (*g. (*g. 38+'3,2 38+'3,2.. 2. %eología %eología %eneral. %eneral. %ors#o-' %ors#o-' /a/a-us#o us#oa. a. (*g. 453'4, 453'4,2. 2. 3. %eología %eología %eneral %eneral.. ). ). 0#ariguin. 0#ariguin. (*g. (*g. 383'4 383'4+4. +4.
Introdcci)n: Se lla llama ma sis sismo mo o ter terrremot emoto" o" a tod todo o tem! tem!lo lorr de la la cort cortez eza a terr terres estr tre e de!i de!ido do a des$lazamientos s!itos s!itos ocurridos en ella" ue se transmiten transmiten a grandes distancias en forma forma de oscilaciones el*sticas. En algunos lugares" los terremotos son muy frecuentes y alcanzan gran intensidad" mientr mientras as ue en otros otros dic#os dic#os fenómen fenómenos os no se #an registr registrado ado o son muy escasos escasos.. La intensidad de los mismos es muy aria!le" $udiendo llegar a ser fenómenos erdaderamente catastrócos. &erremoto &erremotos s muy conocidos fueron los de San rancisco en 1,+" 6a$ón 1,23" 7sa!ad 1,48 1,48"" 7sma 7sma 1,5+ 1,5+"" de!ido de!ido a sus grandes grandes estragos estragos.. )as )as recie reciente ntes" s" $odemo $odemos s recor recordar dar los ocurridos en 0#ile 1,+ 95":++ muertos;" Ir*n 1,2 y 1,8 912"2++ y 12"++ muertos;" (er 1,:+ 952"+++ muertos;" ico 1,85 y 7rmenia 1,8:. Segn 0. ?ic#ter y @. %uten!erg" destacados sismólogos norteamericanos" se $roducen anualmente" como t=rmino medio" un sismo AcatastrócoB" AcatastrócoB" cerca de 1++ sismos AdestructiosB y cerca de un millón millón de sismos sismos A$erce$ti!lesB A$erce$ti!lesB en lugares lugares $o!lados. $o!lados. 7sí $ues" los los terremotos terremotos no re$resentan en modo alguno un fenómeno raro" lo cual de!e tenerse !ien en cuenta en el $royecto y construcción de o!ras ciiles. El estudio de los terremotos $ermite a los ingenieros conocer las zonas donde e>iste una cierta $ro!a!ilidad $ro!a!ilidad de ocurrencia de sismos sismos de determinada intensidad. intensidad. 7dem*s $osi!ilita la o!tención de los datos necesarios $ara el diseCo de estructuras sismorresistentes. 8.1 Efectos de los
terremoto$
Los efectos m*s destacados $roocados $or los terremotos ienen dados $or el $aso de lagas lagas ondas ondas su$ercial su$erciales" es" caracterizad caracterizadas as $or una eleada frecuenci frecuencia. a. Estos Estos efectos efectos $ueden o!serarse de forma directa" $ues en las carreteras y caminos se a!ren grandes grietas" los $uentes se derrum!an" muc#os edicios son destrozados total o $arcialmente" etc. (eroD Fu= otros efectos $roducenG Los Los efecto efectos s geológ geológico icos s de los terre terremot motos os tam!i= tam!i=n n son son de consid considera era!le !le magni magnitud tud"" $roocando la a$arición de fallas con diferentes des$lazamientos" y en otros casos" $onen de maniesto fallas antiguas" como ocurrió en el terremoto de San rancisco de 1,+" con la gran falla de San 7ndr=s.
La ocurrencia de las fallas $uede traer como consecuencia la a$arición de nueos manantiales y la desa$arición de otros e>istentes" cam!ios de dirección en el curso de los ríos" etc. Htros efectos muy im$ortantes son los deslizamientos de tierra" ue a eces interrum$en el curso de los ríos formando grandes lagos o riadas de lodo" como ocurrió en el terremoto de tensión. urante el terremoto de Lis!oa en el aCo 1:55" el mar se retiró r*$idamente m*s de 1 m de la costa" oliendo en forma de una ola gigantesca de 12'2+m de altura" causando la muerte a muc#os de los so!reiientes refugiados en la costa. Los tsunamis $ueden recorrer grandes distancias" como el ue afectó la costa a$onesa en 1,+" $roocado $or un terremoto ocurrido en 0#ile" a 1 +++ m de distancia. Los tsunamis son m*s frecuentes en el (acico" rodeado como est* $or el llamado Acinturón de fuegoB.
*+, Inten$idad - ori'en de &o$ $i$mo$ Jasta la actualidad" la intensidad de los terremotos se #a enido midiendo mediante o!seración directa de las destrucciones y otras consecuencias del moimiento sísmico. 0on este o!etio se #an esta!lecido diferentes escalas cualitatias" mediante las cuales se clasican los terremotos en AgradosB. Es decir" ue de acuerdo con los efectos del moimiento so!re las construcciones y otros o!etos" se an asignando grados al mismo" $or eem$lo grado I" IK" KI" etc. Estos grados de intensidad" como es lógico" no son constantes en un terremoto" sino ue su alor disminuye a $artir del e$icentro #acia fuera. 0omo es eidente" estas escalas resultan $oco $recisas" de!ido a ue su determinación de$ende de muc#os factores su!etios" im$recisión de las descri$ciones" etc. Sin em!argo estas escalas resultan muy e>tendidas. Son muy conocidas las escalas sísmicas de ?ic#ter" así como la de )ercalli. Esta ltima muy usada en las informaciones noticiosas. 9(*g. 38: del te>to; La determinación del grado de un terremoto resulta $oco $recisa y $oco informatia" $or lo ue se acudió al uso de distintas escalas cuantitatias" tomando como !ase diferentes factores como la am$litud" energía li!erada" etc. na de las $rimeras de este ti$o fue ela!orada $or 0. ?ic#ter. na escala a!soluta de intensidades 9);" es la de %uten!erg'?ic#ter" la cual est* relacionada con la energía del sismo" li!era en el foco. ic#a energía $uede ealuarse a $artir de la e>$resiónD
E
=
( T )
π ρ ·v a 2
2
donde" E M Energía K M Kelocidad de las ondas
& ' (ensidad media de las rocas ) ' *eriodo de las oscilaciones +n esta escala los sismos más d,"iles tienen una intensidad / / ergios01 los más fuertes 3 / ergios1. 5os límites de intensidad están dados por la resistencia de las rocas. 24
De$i'naci)n 0atastróco uertemente destructor
.er/a
Inten$idad 0M1
Ener'(a 0er'io$1
2 de $i$mo$ 3or a4o
11 ' 12 , M 11
8 o m*s : M :.,
1+ 25 1+23
1 1+
estructor 7com$aCados de daCos @astante d=!il Sólo $erce$ti!le N 1 ergio O 1dinaPcm
:M, ':
M ., 5 M 5.,
1+21 1+1,
1++ 1 +++
5' 4'5
4 M 4., 3 M 3.,
1+1: 1+15
1+ +++ 1++ +++
*+,+5 E& ori'en de &o$ $i$mo$ e acuerdo con su origen" los sismos $ueden diidirse en tres grandes gru$os" los tectónicos" los olc*nicos y los de cola$so. La gran mayoría de ellos" $or lo menos los de cierta im$ortancia son de origen tectónico. El origen tectónico de los terremotos se #a determinado $or el #ec#o de ue las zonas de mayor actiidad sísmica" coinciden con las de los moimientos tectónicos actuales m*s intensos. Lo e>$resado $uede com$ro!arse su$er$oniendo un ma$a sísmico a uno tectónico" fundamentalmente de moimientos actuales ue son los ue #an $roocado los sismos registrados. El origen inmediato de los sismos" es $roocado $or el incremento de las tensiones tectónicas el*sticas en las rocas" #asta llegar a su límite de resistencia" ue es cuando de re$ente sufren la ru$tura y se des$lazan. 7ntes de ocurrir el terremoto" el incremento de las tensiones #ace ue se aya acumulando energía $otencial el*stica" ue al $roducirse el c#oue" se li!era" transform*ndose en energía cin=tica" ue se $ro$aga en todas las direcciones" amortigu*ndose gradualmente" en forma de ondas el*sticas" ue al llegar a la su$ercie $roducen el terremoto. El $unto o zona donde se origina el terremoto se denomina AfocoB o A#i$ocentroB. La $royección del #i$ocentro so!re la su$ercie terrestre es el llamado Ae$icentroB" ue lógicamente es el lugar donde las sacudidas son m*s intensas. 0ómo se determina su intensidadG La $rofundidad #i$ocentral de los terremotos $uede ser #asta de ++'8++-m" $ero lo m*s frecuente es ue los focos se encuentren relacionados con las $artes su$eriores de la corteza terrestre. En general $uede decirse ue son frecuentes a $rofundidades menores de 5+ -m. Ker g.
7lrededor del e$icentro" la intensidad del terremoto a disminuyendo a medida ue nos aleamos del mismo. Los $untos de igual intensidad $ueden unirse $or medio de una línea llamada AisosistaB. Estas curas rodean al e$icentro en forma de eli$ses conc=ntricas" conform*ndose de este modo un ma$a de intensidades" ue nos $ermite resumir las características generales de la intensidad del terremoto. 0u*l es el origen de los sismosG
*+6 Si$m)'rafo$ - onda$ $($mica$+ 0omo ya conocemos" a $artir del foco se $ro$agan en todas direcciones ondas el*sticas" ue al llegar a la su$ercie $roducen el terremoto. Estas ondas sísmicas son de tres ti$os $rinci$alesD
' Hndas Longitudinales 9$;D Son ondas en las ue las $artículas i!ran en la misma dirección de $ro$agación del moimiento oscilatorio" es decir" son una serie de moimientos de dilatación y com$resión de la roca. Estas ondas se conocen tam!i=n con el nom!re de Aondas $rimariasB 9$;" $or ser las ue tienen mayor elocidad de $ro$agación. Ellas son $roducidas $or alteración del olumen. ' Hndas transersales 9s;D En este caso las $artículas i!ran $er$endicularmente a la dirección de $ro$agación del moimiento. &ienen una elocidad de $ro$agación menor ue las ondas $" y se les llaman tam!i=n Aondas secundariasB 9s;" $or llegar a la su$ercie des$u=s ue las longitudinales. Ellas se $roducen como reacción a la alteración de la forma. ' Hndas su$erciales 9l;D Se originan en la su$ercie de frontera entre dos medios de diferente estado" $or eem$lo" roca'atmósfera 9sólido'gaseoso;. Estas ondas se $ro$agan $or la su$ercie de discontinuidad" y con una elocidad muc#o menor ue l as anteriores.
Si$m)'rafo$D (ara el registro y estudio detallado de los sismos se utilizan a$aratos es$eciales altamente sensi!les denominados sismógrafos. Estos eui$os se !asan en el $rinci$io del $=ndulo de inercia" y los mismos son de dos ti$os fundamentalesD de com$onente ertical de com$onente #orizontal • •
La determinación real de la dirección de las oscilaciones se #ace utilizando tres eui$os. En las guras se muestran los dos ti$os !*sicos de sismógrafos" con sus $artes m*s im$ortantes. 0omo $uede o!serarse los elementos $rinci$ales son el $=ndulo" el sistema euialente y el tam!or giratorio con sus aditamentos de gra!ación. El registro tomado $or los sismógrafos reci!e el nom!re de sismograma y en el mismo uedan gra!ados las oscilaciones del terreno de una forma e>agerada. So!re =sta gr*ca" autom*ticamente se a marcando el tiem$o en segundos" ue $ermite inter$retar con cierta $recisión los resultados. El estudio del sismograma $ermite conocer as$ectos im$ortantes de los terremotos" como son $or eem$lo" la distancia del instrumento al e$icentro" la $rofundidad #i$ocentral" etc. En el sismograma mostrado $ueden o!serarse las ondas $" s y l" con sus tiem$os de llegada corres$ondientes. La inter$retación de los sismogramas es una tarea difícil y de!e ser realizada solamente $or es$ecialistas.
*+ 8a con$trcci)n en /ona$ $($mica$+ Segn seCalan distintos autores" los edicios de estructura de acero" !ien calculados y construidos resisten los terremotos m*s fuertes. En el terremoto de &o-io 91,43;" de 1 grandes edicios de acero" sólo uno casi se derrum!ó y cinco sufrieron daCos de consideración. En este terremoto se derrum!aron 5: 22 casas.
En nuestro $aís se #an realizado estudios de microregionalización sísmica" fundamentalmente en la zona de Santiago de 0u!a" ue es la m*s $eligrosa en este sentido. La <0'+53'114. 0onstrucción Sismorresistente" esta!lece la metodología $ara el c*lculo de la carga de sismo a em$lear en el $royecto estructural" segn el llamado Am=todo din*micoB. En este documento se esta!lece un esuema de zonas sísmicas $ara el sector de la construcción" en el ue se denen 4 zonasD Rona +D e sismicidad !aa" sin efectos daCinos $ara la construcción y donde no es necesario tomar medidas sismorresistentes en estructuras y o!ras" no o!stante" desde el $unto estadístico" no $uede decirse ue e>iste sismicidad nula. Rona 1D e sismicidad moderada" sin efectos daCinos $ara la construcción y donde no es necesario tomar medidas sismorresistentes en estructuras y o!ras" no o!stante" la u!icación de o!ras de e>ce$cional im$ortancia en la misma" conllea la o!ligación de estar $recedida $or inestigaciones geológicas $ara determinar la $resencia de fallas actuales o $otencialmente actias. Esta zona corres$onde a intensidades del grado KI en la escala )S'4. En este caso $odemos citar como eem$lo la 0entral Electronuclear de 6uragu*" ue se encuentra u!icada en zona 1" $ero dada la im$ortancia de la o!ra" fue necesario realizar una am$lia inestigación geológica $reia a la construcción" e incluso durante su construcción. Rona 2D e sismicidad media" ue $uede ocasionar desperfectos en las construcciones " de!i=ndose tomar medidas sismorresistentes en todas las construcciones y o!ras. Esta zona corres$onde a intensidad del grado KII en la escala )S'4. Rona 3D e sismicidad acusada" ca$az de ocasionar daños graves en las construcciones" de!i=ndose tomar medidas sismorresistentes en todas la edicaciones y o!ras. Esta zona corres$onde a las intensidades del grado KIII en la escala )S'4. 0omo $uede a$reciarse en el ma$a" esta zona se $resenta al sur de las $roincias orientales. 9(ilón ' Santiago de 0u!a;.
*+9 Determinaci)n de &a car'a $($mica+ La carga sísmica ue acta so!re una edicación u o!ra se determinaD - e acuerdo con el $eriodo y el modo o grado de i!ración $ro$ia del edicio u o!ra. - En de$endencia del $eso" cargas de la o!ra. - El grado sísmico de la zona. - Las condiciones del su!suelo. - La im$ortancia de la o!ra o edicio. Las cargas sísmicas #orizontales se asume ue actan a lo largo de los ees longitudinales y transersales. Se asumen a$licadas a los nieles de los $isos 9$ues es a#í donde se consideran a$licadas" de forma concentradas las masas;. Las cargas sísmicas erticales $ara !alcones" oladizos" segn la fórmula de carga #orizontal a$licada en el centro de masa del elemento en o!ras de f*!rica del 15'25T de carga est*tica ertical" $ara sismicidades KII y KIII grados. En el c*lculo simult*neo de las acciones sísmicas #orizontal y ertical se utilizar* como carga resultante la com$osición ectorial de am!as acciones y se considerara el diseCo en el sentido ue resulte m*s desfaora!le.
Conc&$ione$ El estudio de los terremotos constituye una de las disci$linas geológicas" denominada Sismología" siendo una es$ecialidad de la %eofísica. 0a!e su$oner ue con esta conferencia #emos dic#o muy $oco so!re los terremotos. (or otro lado" el diseCo de construcciones antisísmicas es una es$ecialidad de la Ingeniería Estructural" ue no $uede ser e>$licada en tan $oco tiem$o. $oner algunas conclusiones generales so!re lo tratado en la conferenciaD
1ro Las escalas a!solutas de medición de la intensidad de los terremotos resultan m*s $recisas ue las relatias" $ero estas ltimas siguen em$le*ndose $orue son muy $r*cticas y sencillas. 2do Las ondas (" S y L tienen distintas elocidades" frecuencias" am$litud" etc. y ellas $ueden llegar a $roocar fenómenos de resonancia en las estructuras. 3ro (ara el c*lculo de la carga sísmica a considerar en el $royecto de una estructura" es necesario contar con los ma$as de zonicación sísmica.
re'nta$ de com3ro!aci)n: 1. 2. 3. 4.
0ómo $uede medirse la intensidad de los terremotosG Fu= se entiende $or #i$ocentro de un sismoG 0u*les son los distintos ti$os de ondas sísmicasG 0ómo $ueden registrarseG Fu= im$ortancia $r*ctica tiene el estudio de los sismos $ara la construcciónG
%i!&io'raf(a 1. 2. 3. 4. 5.
%eología $ara Ingenieros. Sergio (az )orales. (ag 38+'3,2. %eologia %eneral. %ors#o'/a-us#oa. (ag 44,'4,2. ?eista AEl 0orreoB
Orientacione$ 3ara e& e$tdio: El estudio de esta conferencia no de!e estar orientado a memorizar datos so!re terremotos ocurridos" frecuencia" etc." sino ue de!e encaminarse fundamentalmente a los as$ectos intensidad" origen 9ondas; y a$licación $r*ctica a la construcción. (ara su estudio recomendamos el li!ro de te>to" ue res$onde a las e>igencias del $rograma" $ero $uede usarse adem*s el li!ro de los autores %os#-o'/a-us#oa" seCalado en la !i!liografía de!ido a su !uen niel cientíco y accesi!ilidad. Es coneniente el estudio de esta materia mediante la realización de resmenes" destacando siem$re el origen de los terremotos y ondas sísmica. e modo $articular" recomendamos al alumno la reista AEl correoB de )ayo 1,:" cuyo estudio resulta instructio y refrescante. 0onsideramos ue $ara el estudio de esta materia se reuiere" al menos" 1.5 #oras de dedicación.
