ONDAS SÍSMICAS

ONDAS SÍSMICAS

1. Dado que la Tierra o cualquier otro cuerpo planetario puede ser considerado como un objeto elástico es un medio adecuado para la propagación de ondas. Las ondas sísmicas se encuentran dentro de la categoría de ondas elásticas, que son aquellas perturbaciones tensionales que se propagan a lo largo de un medio

   • Las ondas sísmicas se clasifican en ondas internas y ondas superficiales. Las ondas internas son aquellas que se propagan desde su origen hasta la superficie de la Tierra, que se subdividen en ondas P y ondas S.
     • Onda interna, Ondas tipo P.
       • Su velocidad de propagación es de aproximadamente unos 7,5 kilómetros por segundo, aunque ésta puede cambiar dependiendo de la densidad del medio en el que se transmiten. Las ondas P son ondas longitudinales que se propagan produciendo oscilaciones del material con el que se encuentran en el mismo sentido en el cual se propagan.
         • En un medio isótropo y homogéneo la velocidad de propagación de las ondas P es: Vp=√K+4/3 μ /p donde K es el módulo de compresibilidad, miu es el módulo de corte o rigidez y rho la densidad del material a través del cual se propaga la onda mecánica.
     • Onda interna, Ondas tipo S.
       • Las ondas S tienen una velocidad propagación de alrededor de 4,2 kilómetros por segundo, aunque al igual que las P, estas también varía de acuerdo al material en el que se propagan. Las ondas S son ondas transversales que se propagan produciendo movimientos perpendiculares a la dirección en que se propagan, a través del material en que se transmiten.
         • La velocidad de propagación de las ondas S en medios isótropos y homogéneos depende del módulo de corte miu y de la densidad rho del material. Vs=√μ/p
     • Onda superficial, Onda Rayleigh
       • Las ondas Rayleigh, también denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elíptico retrógrado del suelo. La existencia de estas ondas fue predicha por John William Strutt, Lord Rayleigh, en 1885. Son ondas más lentas que las ondas internas y su velocidad de propagación es casi un 90% de la velocidad de las ondas S
     • Onda superficial, Onda love
       • Las ondas de Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie. Se denominan así en honor al matemático Augustus Edward Hough Love del Reino Unido. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las ondas S y es ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh.

2. Terremoto

   • Un terremoto también llamado sismo, temblor, temblor de tierra o movimiento telúrico, es un fenómeno de sacudida brusca y pasajera de la corteza terrestre producida por la liberación de energía acumulada en forma de ondas sísmicas. El punto de origen de un terremoto se denomina foco o hipocentro. Para medir la energía liberada por un terremoto se emplean diversas escalas, entre ellas, la escala de Richter que es la más conocida.
     • Medidas de un terremoto, Magnitud.
       • El concepto de magnitud fue introducido en 1935 por Charles Francis Richter, sismólogo del Instituto de Tecnología de California, para medir los terremotos locales y así poder estimar la energía por ellos liberada a fin de ser comparados con otros terremotos. La magnitud está asociada a una función logarítmica calculada a partir de la amplitud de la señal registrada por el sismógrafo (ML, Ms, mb) o a partir de su duración (MD) sobre el sismograma. Existen diferentes escalas de magnitud que dependen del tipo de onda sísmica que se utiliza para medir el tamaño del terremoto, siendo las más importantes las siguientes:
         • Magnitud local (ML)
           • La definición de ML es realizada en función del registro de un terremoto en un sismógrafo del tipo WA. ML=LogA(Δ)-LogAo(Δ) donde A y Ao representan a las amplitudes máximas de un terremoto registrado a una distancia Δ para el terremoto de magnitud ML y magnitud cero.
         • Magnitud de ondas superficiales (Ms)
           • Magnitud válida para terremotos con foco superficial en donde la amplitud máxima debe ser medida en el modo fundamental de la onda Rayleigh con periodo (T) entre 18 – 22 segundos. La relación utilizada frecuentemente es: Ms=Log(A/T)+1.66 logΔ +3.3 donde A es la amplitud del desplazamiento del suelo en micras y Δ la distancia epicentral en grados. La fórmula anterior es válida para distancias comprendidas entre 20°<<90° y para terremotos con focos localizados a profundidades menores a 70 km.
         • Magnitud de ondas de volumen (mb)
           • Magnitud calculada a partir de la relación (A/T) de la componente vertical para una onda P. Esta magnitud es válida para terremotos ocurridos a diferentes profundidades y a distancias comprendidas entre 5° y 90°. La relación que permite calcular mb es conocida como la fórmula de Gutenberg, mb= log(A/T) +Q (Δ,h) donde A es la amplitud de la señal sísmica medida sobre la componente vertical de un registro de periodo corto (micras), T el periodo (s) y Q expresada en función de la distancia epicentral (Δ) y la profundidad del foco (h) según las tablas de Gutenberg y Richter (1956).
         • Magnitud de duración (MD).
           • Magnitud válida para sismos de magnitud menor a 5 ocurridos a distancias menores a 200 km. Esta magnitud se basa en medir la duración de la señal del registro del terremoto (t) después del arribo de la onda P hasta cuando la amplitud de la señal se confunde con el ruido de fondo. Esta magnitud es definida con la siguiente relación. MD=a + blog t + clog t^2 + dΔ
     • Medidas de un terremoto, Intensidad
       • La intensidad no permite medir el movimiento del suelo, pero si los efectos que ellos producen en la superficie en donde causan daños al hombre y a las construcciones. La intensidad es un parámetro muy importante para el estudio de terremotos históricos, es decir terremotos ocurridos en épocas cuando no habían sismógrafos.
     • Medidas de un terremoto, Geometría de falla y movimiento sísmico
       • La orientación de la falla, la dirección del movimiento y el tamaño del terremoto puede ser descrito por la geometría de la falla y el momento sísmico. Las diferentes formas y direcciones del movimiento de las ondas registradas a diferentes distancias y azimutes desde el foco del terremoto, son usadas para determinar la geometría de la falla y la amplitud de la onda para conocer el momento sísmico. El momento sísmico es una medida más consistente del tamaño de un terremoto y hoy en día es el parámetro más importante.
     • Medidas de un terremoto, Energía
       • La Energía total liberada por un terremoto es difícil de calcular con precisión, debido a que ella es la suma de la energía disipada en forma térmica por la deformación en la zona de ruptura y la energía emitida como ondas sísmicas, la única que puede ser estimada a partir de los sismogramas. Se ha mencionado que la magnitud está relacionada con la energía disipada en forma de ondas; por lo tanto, Gutenberg y Richter (1956) establecieron las siguientes relaciones: Log E= 5.8+2.4 ms y Log E= 11.8+1.5 Ms Considerando estas relaciones, un terremoto de magnitud igual a 8 libera energía equivalente a 1024 ergios. Como ejemplo, la energía liberada por una explosión nuclear de 10 kilotones es de 1019 erg y equivale a un terremoto de magnitud igual a 5.5.

3. Usos de las ondas sísmicas

   • Estudios del terreno
     • La prospección geofísica constituye una herramienta muy versátil en estudios del terreno permitiendo obtener información de carácter continuo en forma de modelos bidimensionales y tridimensionales de la estructura interna del terreno.
   • Estudio de estructuras
     • Las técnicas geofísicas cada vez son más utilizadas en la investigación de estructuras por su carácter no destructivo, rapidez en toma de datos y relativo bajo coste. Con estas técnicas se puede estudiar el estado del hormigón y de su armadura, identificar defectos ocultos (coqueras, grietas, humedades..), determinar la disposición de armaduras en 3D, etc. Una vez identificada una patología y reparada, se puede repetir la inspección geofísica para verificar la eficacia de la reparación.
   • Obras de ingeniería Civil
     • Tanto en la fase de proyecto, construcción como de mantenimiento la geofísica es un herramienta de investigación ampliamente utilizada. Se utiliza en la investigación de túneles, puentes, desmontes, terraplenes, firmes, vías férreas, etc. Generalmente se utiliza para determinar su estructura interna, estimar espesores de capas, delimitar zonas de humedad, localizar posibles huecos, fracturas, etc…