CONCEPTOS BASICOS DE INGENIERIA SISMICA

Sismo

Se denomina sismo o terremoto a las sacudidas o movimientos bruscos del terreno producidos en la

corteza terrestre como consecuencia de la liberación repentina de energía en el interior de la Tierra o

a la tectónica de placas. Esta energía se transmite a la superficie en forma de ondas sísmicas que

se propagan en todas las direcciones. El punto en que se origina el terremoto se llama foco o

hipocentro; este punto se puede situar a un máximo de unos 700 km hacia el interior terrestre. El

epicentro es el punto de la superficie terrestre más próximo al foco del terremoto.

Tamaño de un Sismo

Los sismos pueden ser medidos mediante el grado de destrucción que ellos causan en el área

afectada como intensidad o en función de la cantidad de energía liberada denominada magnitud,

además existen parámetros modernos que contribuyen a evaluar el tamaño de un sismo y están

basados en acelerogramas o en espectros de respuesta.

Intensidad Sísmica

Se entiende por intensidad sísmica a la fuerza con que se experimenta los efectos del terremoto y

delimita las áreas con efectos similares. La intensidad se mide por el grado de daños a las

construcciones realizadas por el hombre, la cantidad de perturbaciones en la superficie del suelo y el

alcance de la reacción animal en la sacudida.

La inmensa mayoría del daño ocasionado por los terremotos es generado por sismos con intensidad

superior a VII en la escala de MM. La intensidad es de gran interés para el Ingeniero ya que es una

medida de la fuerza del movimiento del terreno y el grado con que la vibración es sentida.

Magnitud Sismica

Para un sismo dado, la magnitud es una constante única que representa una medida cuantitativa del

tamaño del sismo, independientemente del sitio de observación. La magnitud se determina midiendo

la máxima amplitud de las ondas registradas en el sismograma correspondiente al evento. Una

escala estrictamente cualitativa, que puede ser aplicada en sismos de regiones habitadas o no

habitadas. Existen diferentes tipos de magnitud, destacando las siguientes:

o Magnitud de Ondas de Cuerpo Mb: Medida de magnitud basada en la amplitud

máxima de las ondas de cuerpo con periodos cercanos a 1,0 segundo.

o Magnitud de Ondas de Superficie MS: Medida de magnitud basada en la amplitud

máxima de las ondas de superficie con períodos de aproximadamente 20 segundos.

o Magnitud Momento Mw: Medida de magnitud basada en el momento sísmico Mo de

la fuente generadora del sismo; es una escala de magnitud establecida por H.

Kanamori.

o Magnitud Richter M: Magnitud medida en la escala establecida por Ch. Richter en

1933, llamada también magnitud local Ml.

Escalas Sismicas

Las escalas más utilizadas son las de Mercalli Modificada (MM) propuesta en 1902 y Medvedev

Sponheuer Karnik propuesta en 1967 (MSK); la escala propuesta por Mercalli fue modificada por

Wood y Newman en 1931 y Richter en 1956

La inmensa mayoría del daño ocasionado por los terremotos es generado por sismos con intensidad

superior a VII en la escala de MM. La intensidad es de gran interés para el Ingeniero ya que es una

medida de la fuerza del movimiento del terreno y el grado con que la vibración es sentida.

Escala Ritcher (CAUSA)

Representa la energía sísmica liberada en cada terremoto y se basa en el registro sismográfico. El

gran mérito del Dr. Charles F. Richter (del California Institute for Technology, 1935) consiste en

asociar la magnitud del Terremoto con la amplitud de la onda sísmica, lo que redunda en

propagación del movimiento en un área determinada. El análisis de esta onda (llamada "S") en un

tiempo de 20 segundos en un registro sismográfico, sirvió como referencia de calibración de la

escala. Teóricamente en esta escala pueden darse sismos de magnitud negativa, lo que

corresponderá a leves movimientos de baja liberación de energía.

Escala de Mercalli Modificada en 1931 por Harry O. Wood y Frank Neuman)

Creada en 1902 por el sismólogo italiano Giusseppe Mercalli, no se basa en los registros

sismográficos sino en el efecto o daño producido en las estructuras y en la sensación percibida por

la gente. Para establecer la Intensidad se apoya a la revisión de registros históricos, entrevistas a la

gente, noticias de los diarios públicos y personales.

La Intensidad puede ser diferente en los diferentes sitios reportados para un mismo terremoto y

dependerá de:

1. La energía del terremoto.

2. La distancia de la falla donde se produjo el terremoto

3. La forma como las ondas llegan al sitio en que se registra (oblicua, perpendicular, etc.)

4. Las características geológicas del material subyacente del sitio donde se registra la Intensidad

5. Cómo la población sintió o dejó registros del terremoto.

Los grados no son equivalentes con la escala de Richter. Se expresa en números romanos y es

proporcional, de modo que una Intensidad IV es el doble de II.

Instrumentos para la Medición de Movimiento Sísmico

Los instrumentos utilizados para la medición del movimiento símico nos permiten conocer las

características dinámicas del suelo. Entre los más conocidos tenemos:

a) Sismógrafo.- Es un instrumento que registra desplazamientos o velocidades del suelo

causadas por el paso de ondas sísmicas, los registros se llaman sismográficas.

Su funcionamiento se representa mediante un simple modelo de un solo grado de libertad.

Estos equipos se utilizan para medir las vibraciones producidas por un terremoto, como la

hora y la localización del epicentro así también la magnitud y la profundidad.

La existencia de los sismógrafos data de los siglos VIII – XI y fueron ampliamente utilizados

en China. Estos sismógrafos consistían básicamente de una figura de dragón de cuatro

cabezas en cuyas bocas se colocan bolas metálicas en equilibrio inestable que al producirse

un sismo y la llegada de las ondas sísmicas, la bola correspondientemente caía a la

dirección de llegada indicando así la ocurrencia de los sismos y la dirección de la cual

procedían.

A mitad del siglo XIX, se inició la construcción de los primeros sismógrafos basados en el

principio simple de oscilación de un péndulo. En general estos péndulos eran de oscilación

vertical y consistían en una masa pendiente de un muelle que registra su movimiento

usando un estilete adosado a la masa y que dejaba una huella sobre una placa de cristal

ahumado. A este tipo de instrumento se les llamo Sismoscopio debido a que no contaban

con control e tiempo; a fin de salvar esta dificultad recurrieron al principio de la inercia de

cualquier cuerpo por el cual todos los cuerpos tienden a resistirse al movimiento o variar su

velocidad.

b) Sismoscopio.- Se trata pues de un diseño, ingenio o aparato que permite detectar la ocurrencia de

un sismo. Sólo indica que tal movimiento tuvo lugar, pero no deja un registro de su desarrollo. Por

ese motivo, el término ya casi no se usa porque los científicos desechan algo tan

rudimentario. De hecho, fueron los antecesores de los sismógrafos, y algunos se remontan a

miles de años atrás.

El mecanismo más simple considera una masa suspendida de un resorte que está atado a

un soporte anclado al suelo. Cuando el resorte se agita al paso de ondas sísmicas, la inercia

de la masa hace que esta permanezca instante en el mismo punto de reposo y cuando sale

del mismo tiende a oscilar; es lógico pensar que la oscilación posterior del péndulo no

reflejara el movimiento real del suelo; por lo tanto hay que amortiguarlo, antiguamente

utilizaban aceite para el amortiguamiento y hoy en día se logra con el uso de imanes o

bobinas que amortigüen la oscilación libre de la masa.

c) Acelerógrafo.- Utilizado para medir el movimiento fuerte del suelo causado por el paso de

las ondas sísmicas, los registros se llaman acelerogramas. Estos instrumentos registran la

aceleración del terreno.

Su funcionamiento se puede representar mediante un simple modelo de un solo grado de

libertad. Los acelerógrafos son capaces de registrar aceleraciones menores a 0.1% de

aceleración de gravedad y superiores a 100%.

Los acelerógrafos deben ser instrumentos portátiles y compactos a prueba de intenperismo

y de construcción robusta para permitir su transporte y manipulación en diversas situaciones

y medios ambientes. Debe ser fácil de instalar y calibrar, usualmente no requieren

mantenimiento frecuente y son operados por baterías recargables. Los acelerógrafos son

capaces de registrar al menos tres componentes del movimiento dos componentes

ortogonales entre si y una componente vertical.

d) Microtremores.- Estos instrumentos nos proporcionan el periodo natural del suelo de una

forma rápida y práctica, valor que sirve para reconocer cuantitavamete el comportamiento

dinámico del suelo para determinar los factores sísmicos relativos al diseño de las

construcciones sismo – resistentes.

Los microtremores también son conocidos como mirotrepidaciones, microsismos, ruido

sísmico de fondo, campo natural, vibración o ruido ambiental.