02-Sism

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 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.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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

TECTÓNICA DE PLACAS (Continuación..)
Al final del Paleozoico se fractura Pangaea (o

Laurasia y Gondwanaland)

II.8 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 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.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

Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

NATURALEZA DE LOS SISMOS (Continuación...) • Límites entre placas tectónicas •Fallas geológicas

Falla de San André Andrés California

II.13 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

NATURALEZA DE LOS SISMOS (Continuación...)

• Zonas volcánicas

• Zonas de actividad humana

II.14 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

NATURALEZA DE LOS SISMOS (Continuación...) Principales cinturones sísmicos coinciden con los límites entre placas

II.15 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

NATURALEZA DE LOS SISMOS (Continuación...)

Mecanismos de las fallas geológicas
Normal
Invertida
Deslizamiento

II.18 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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

Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

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 Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín

Continúa en el archivo Dinámica_UGDL.ppt

Josef Farbiarz F. - Diseño Sismo-Resistente - Facultad de Minas - Universidad Nacional - Medellín