01.terminos o indicadores para la medicion de amenazas por sismos

MEDICIN DE AMENAZAS SSMICAS CON LA UTILIZACIN DE INDICADORES

TGR. Fernando Durn

MEDICIN DE AMENAZAS SSMICAS CON LA UTILIZACIN DE

INDICADORES

TEXTO GUA

Certificacin de Tcnico en Gestin de Riesgos de

Desastres

LIBRO NMERO 1

Periodo 9 Noviembre 2009 / 1 Febrero 2009

ELABORADO POR:TGR. Fernando Durn

COMIT DE VOLUNTARIOS TUNGURAHUA COVOT

Ambato, Octubre 2009


TGR. Fernando Durn

TERMINOS O INDICADORES PARA LA MEDICION DE AMENAZAS PORSISMOS

Para la medicin de amenazas no existen indicadores que nos den una recet adefinida para poder realizar la misma, as que el presente documento es un estudioque sirve de gua para la determinacin de parmetros estandarizados.

1. PARA ENTENDER DE MEJOR MANERA PORQUE SE DA UN SISMODEBEMOS DEFINIR ALGUNOS TRMIN OS Y CONCEPTOS COMO LOSSIGUIENTES:

1.1. SUELOS, ORIGEN Y FORMACION

La corteza terrestre de apenas pocos kilmetros de espe sor, se ve afectada por losprocesos meteorizantes de descomposicin qumica y desintegracin fsica, especial -mente en la superficie por lo que as se forman los materiales blandos sobre ella.

En la lmina siguiente se puede observar un corte geomor folgico de la tierra y sedeber establecer la relacin existente entre las capas internas y la meteori zada quees el SUELO de inters muy particular ya que sobre l se producen los fenmenosnaturales y antrpicos.

La recopilacin de los temastratados en el presente documentoencasillarn sutilmente al estudiante a lointeresante de la materia, por lo tanto laintencin se cumplir, aunque de nin gunamanera pueda considerarme el autor de lamateria, sino mas bien el Docentetransmisor y facilitador de la misma.

DOCENTEFACILITADOR DEL

APRENDIZAJE


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1.2 CUADRO DE LOS AGENTES GENERADORES DE SUELO

1.3 DEFINICIONES DE SUELOS

a.- Capa suprayacente a la corteza terrestre sujeta a desin tegracin ydisgregacin permanente.

b.- Agregado orgnico e inorgnico constituido por un conjunto de partculascon organizacin defi nida, cuyas propiedades varan vectorialmente, apareciendolos cambios en la direccin verti cal, ms rpido que en la direccin horizontal.

c.- Todo tipo de material terroso, desde un relle no de desperdicios, hasta unaarenisca parcialmente cementada, lutitas suaves, dejando excluidas todas las rocassanas gneas metamr ficas y los depsitos altamente cementados que no se ablan-den desintegran rpidamente.

1.4 TIPOS DE SUELOS

De acuerdo con el origen de sus elementos, los suelos se di viden en dos grupos:

- Suelos cuyo origen haya sido la desintegracin fsica o la descomposicin qumicade las rocas, y

- Suelos cuyo origen sea exclusivamente orgnico, stos casi siempre se forman enel sitio. La cantidad de materia orgnica en forma de humus, o de materia nodescompuesta, o cuando su estado de des composicin es tan alta con relacin a lacantidad de suelo inorgnico que las propiedades que pudieran derivarse de laporcin mineral, quedan disminuidas total mente eliminadas.

Esto es comn en las zonas pantanosas en las cuales los restos de la vegetacinacutica llegan a formar verdaderos depsitos de gran espesor, conocidas con elnombre genrico de:


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1.4.1 TURBASCuyo color caracterstico es el negro o caf obscuro poco peso cuando estn secasgran compresibilidad y su enorme porosidad.

Al grupo de suelos inorgnicos se les ha dividido dependiendo de las necesidadesdel Ingeniero Civil, y los siguientes son los principales:

1.4.2 LAS GRAVAS.-Son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas y que tienen ms de 2 mm dedimetro.

Dependiendo de su origen, las gravas si han sido arrastradas por las aguas de losros, sufren desgaste en sus aristas y por lo tanto pueden aparecer comoredondeadas. Como material suelto se pueden encontrar en los ros y en muchasdepresiones rellenadas tambin por el acarreo o transporte de las aguas lluvias,aluviones, etc. Las gravas ocupan grandes ex tensiones, pero casi siempre seencuentran con una mayor o menor proporcin de cantos rodados , arenas, limos yarcillas.

1.4.3 LAS ARENAS.-Es el nombre que toman los materia les de granos finos procedentes de la"denudacin" de las rocas y/o de su trituracin artificial, y cuyas partculas varandesde 2 mm, hasta los 0.05 mm de dimetro.

El origen y tambin la existencia de las arenas es anlo go a la de las gravas, los dossuelen encontrarse juntos en el mismo depsito.La arena de ro contiene a menudo proporciones relativamente grandes de grava,limo y arcilla.Las arenas son materiales que estando limpios:No se contraen al secarse, no son plsti cos, son menos compresibles que las arcillasy si se aplican una carga en su superficie, se compri men o densifican casiinstantneamente.

1.4.4 LOS LIMOS.-Los limos son suelos finos que van de poca a ninguna plasticidad, pudiendo ser:

1.4.4.1 LIMO INORGNICO . Como el producido en las canteras por tritura-cin de gravas, o

1.4.4.2 LIMO ORGNICO. Como el que suele encontrarse en los ros, siendoen ste ltimo caso en que los limos son de carcter plstico.El dimetro de las partculas de limo est comprendido entre 0.05 mm y 0.005 mm.

Su color vara de gris claro a gris obscuro.La permeabilidad de los limos orgnicos es muy baja ySu compresibilidad es muy alta.

Los limos sueltos saturados son completa mente inadecuados para soportar cargaspor medio de zapatas.


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1.4.5 LAS ARCILLAS.-

Son partculas slidas cuyos dimetros son menores al 0.05 mm y cuya masa tiene lapropiedad de volverse plstica al ser mezclada con agua.

Qumicamente son silicatos de aluminio hidratado, aunque en existen tambin arcillasque contienen silicatos de magnesio o de hierro, pero siempre hi dratados. Lasestructuras de sus minerales son generalmente cristalinas y complicadas, ya que sustomos se disponen en forma laminar.

Los tipos clsicos de lminas de arcilla son: SILICICA Y ALUMINICA

Los grupos principales de las arcillas se les puede englobar en:

CAOLINITAS ILITAS Y MONTMORILONITAS

Todos los grupos de las arcillas son comunes teniendo una marcada cohesin y queal aplicrseles cargas en su superficie, se comprimen lentamente.

Desde el punto tcnico de la Ingeniera aparece otra caracte rstica y que es laresistencia perdida por el remoldeo y que se recupera parcialmente con el tiempo,fenmeno conoci do con el nombre de TIXOTROPIA, cuya naturaleza es fsica -qumica.

Se ha establecido en la prctica que con un 15% de arci lla en cualquier suelole dar a este la caracterstica y las propiedades de las arcillas.

1.5 TABLA DE ALGUNAS PROPIEDADES MECNICAS DE L SUELO QUE SETOMAN EN CUENTA PARA SI ANALISIS SSMICO


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1.5.1 TABLA DE VALORACIN DE LA AMENAZA SSMICA SEGN EL TIPO DESUELO PREDOMINANTE EN EL SITIO DE ESTUDIO.

Tipo de suelo Valoracin

CONGLOMERADO O ROCA BASAL 1

GRAVAS 2

ARENAS 3

LIMOS INORGNICOS 4

LIMOS ORGNICOS 4,5

ARCILLAS 5

TURBAS 5

1.5.2 TABLA DE VALORACIN DE LA AMENAZA SSMICA SEGN LACONDICION DE HUMEDAD DEL SUELO.

Estado de humedad del suelo Valoracin

SUELO SUMERGIDO 5

SUELO PARCIALMENTE SUMERGIDO 5

SUELO HUMEDO 4

SUELO PARCIALMENTE HUMEDO 3

SUELO SECO 2

1.5.3 TABLA DE VALORACIN DE LA AMENAZA SSMICA SEGN LACONDICION DEL SUELO.

Condicin del suelo Valoracin

SUELO GRANULAR SUELTO 5

SUELO GRANULAR COMPACTADO 3

SUELO COHESIVO COMPRIMIDO 4

SUELO COHESIVO ESPONJADO 5


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2 TECTNICA DE PLACAS

La teora de tectnica de placas o nueva tectnica global, ampliamente aceptadaen la actualidad, considera que la litosfera est dividida como gran mosaico de 17placas principales que se desplazan lateralmente una con relacin a las otrasimpulsadas por corrientes de conveccin del manto terrestre. Por lo tanto, eltrmino "tectnica" se refiere al estudio a gran escala de la estr uctura ycaractersticas de deformacin de la Tierra, sus orgenes, relaciones ymovimientos. Existe en la actualidad evidencia de que las placas se mueven, semueven a diferentes velocidades y la velocidad de movimiento vara de acuerdo ala direccin. Ad ems la misma placa puede moverse con velocidades distintas indiferentes direcciones y rotar alrededor de distintos polos. Las placas msimportantes son la del Pacfico, la Australiana, la Antrtica, las de Amrica delNorte y del Sur, la de Nazca, la Euroasitica y la Africana.Estas ideas comenzaron a gestarse cuando algunos estudiosos se dieron cuentade la similitud de las costas de Amrica del Sur y frica que parecen encajar entresi como piezas de un rompecabezas, especulando que esos dos continentespodran haber estado unidos mucho tiempo atrs. De esta forma, Placet crea queel Ocano Atlntico se form por el hundimiento de una gran isla, "Atlntida",mientras que von Humboldt atribua la separacin de los dos continentes afenmenos de erosi n. A principios del siglo XX, A. Wegener, un meteorlogoalemn, propuso que en algn momento todos los continentes estuvieron unidosformando una gran masa continental que ellos llamaron Pangea (del griego "todaslas tierras"). Por alguna razn este supe rcontinente comenz a fracturarse y adividirse al inicio del Mesozoico y los fragmentos, actuales continentes,comenzaron a desplazarse lentamente sobre un manto lquido. Esta teora seconoci como deriva de los continentes y fue ampliamente rechazada po r lacomunidad cientfica internacional. En las ltimas dcadas, la investigacin en elcampo de la geofsica, oceanografa, geologa y sismologa han confirmado lasideas bsicas de Wegener, que han quedado plasmadas en la moderna teora de latectnica d e placas. Hay diferencias importantes entre las teoras de la derivacontinental y de tectnica de placas. La tectnica de placas es ms general dadoque incluye a la superficie de la Tierra en su totalidad y no slo los continentes.Adems, la tectnica d e placas explica en forma conveniente el mecanismo por elcual se producen los movimientos y deformaciones de la litosfera.

Continentes y placas litosfricas en los que se divide la corteza terrestre segn la tectnica de placas.


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La idea de la movilidad de la corteza plante numerosas incertidumbres hasta quela parte ms extensa del la superficie del planeta, es decir los ocanos, pudo serestudiada en detalle gracias al desarrollo tecnolgico de las embarcaciones parainvestigacin y el invento del sona r. Por mucho tiempo se crey que el fondo de losocanos era una superficie prcticamente plana, sin accidentes de importancia. Sinembargo, los oceangrafos descubrieron u na extensa cordillera en el OcanoAtlntico que se extiende como una gigantesca cos tura desde la Antrtida hastaIslandia. Algo similar se descubri posteriormente en el Ocano Indico y en elPacfico. Estudios detallados del fondo marino, en base a mediciones magnticas,expediciones submarinas, perforaciones y toma de muestras, revelaron que lasrocas son tanto ms viejas cuando ms se aleja de cadena montaosa o dorsalocenica. Este hecho se explic considerando material incandescente, o magma,aflora a la superficie en la cima de las dorsales, a travs de una depresin centralllamada rift. El material fundido se extiende sobre el fondo marino y se solidifica,empujando a la corteza hacia ambos lados a razn de varios centmetros por ao.Es decir que las depresiones de las dorsales ocenicas son las zonas activas apartir de las cuales se produce la expansin del fondo marino. Esto explica el porqu de la disgregacin del supercontinente Pangea de acuerdo a la teora de laderiva continental. Obviamente que si la Tierra no se expande, el aporte de materialnuevo en las dorsales debe compensarse con material que desaparece en otraszonas del planeta. Esto ocurre cerca de las plataformas continentales donde laplaca ocenica (de material basltico ms pesado) se sumerge debajo de la placacontinental y el material de la litosfera es nuevamente fundido para pasar a integrarel manto. El proceso de ascenso y descenso de material en el manto se debe a lapresencia de corrientes de conveccin trmica, originadas por las grandesdiferencias de temperatura entre el ncleo y la corteza. La zona donde se sumergela placa ocenica se denomina zon a de subduccin y se caracteriza por unatrinchera o fosa marina frente a la costa (por ejemplo, la fosa Tonga -Kermadec enel Pacfico occidental quetiene 10 km de profundidad).La dinmica de la corteza terrestre muestra que unas placas tienden a separarseentre scomo resultado del aporte de nuevo material cortical mediante la inyeccinde magma; este es el caso de la placa Sur Americana y la Africana. En otros casoslas placas colisionan en forma fr ontal, produciendo el plegamiento de la corteza ypor lo tanto el levantamiento de cadenas montaosas como el Himalaya. Otrasveces la colisin frontal produce el hundimiento de una placa debajo de otra. Uncaso tpico de esta situacin es la placa de Nazc a que se sumerge debajo de laplaca de Sur Amrica en la costa chilena .

Formacin y subduccin de la litosfera.


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Existe una estrecha vinculacin entre la tectnica de placas y los terremotos, talcomo puede observarse al estudiar la distribucin de los s ismos registrados, loscuales no se encuentran aleatoriamente distribuidos sino que se concentransignificativamente en los bordes de las placas (el 95% de la energa ssmica esliberada en los lmites entre placas). Se observa una alta ocurrencia de sismo sintensos y actividad volcnica en una zona perifrica del Ocano Pacfico desde laPatagonia, pasando por Chile Per, el istmo de Amrica Central, Mxico, California.Contina en Alaska y se extiende formando un arco con la pennsula deKamchatka, Japn, Filipinas para terminar en Fiji y Nueva Zelanda. Esta zona seconoce como Anillo de Fuego del Pacfico o Cinturn Circum -Pacfico. Algo similarocurre en la zona que rodea el Mar Mediterrneo, pasando por Turqua, Irn, AsiaCentral y el Himalaya, que se conoce como Franja Ssmica Alpino-Asitica. Por lotanto existen regiones con alta sismicidad y otras donde la ocurrencia deterremotos es despreciable o nula.

Mapa de sismicidad mundial, donde se observa el epicentro de ms de 30000 sismos

3 MECANISMO DE LOS TERREMOTOS

3.1 GENERALIDADESActualmente se reconoce que el mecanismo principal que desencadena losterremotos est asociado a la deformacin de la corteza rocosa que forma estratoexterno de la Tierra. El estado tensional induc ido en los materiales slidos originadeformaciones que se traducen en: (1) cambio en el tamao y/o forma del material,y (2) fractura del material. Si el slido es sometido a un estado tensional reducido,las deformaciones desaparecen cuando la tensiones se eliminan (procesoreversible, deformacin elstica). Si las tensiones aplicadas exceden el lmiteelstico el material fluye plsticamente, presentando deformaciones permanentescuando las tensiones son eliminadas. Las rocas ubicadas a grandes profundidadesse deforman generalmente en forma plstica debido a las condiciones de altapresin y temperatura existentes. Contrariamente, las rocas localizadas cerca de lasuperficie sufren una falla frgil (fractura) cuando su capacidad de deformacin esexcedida. La resistencia a la ruptura de la roca depende principalmente de suresistencia a la compresin y traccin, temperatura, presin de confinamiento,


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presencia de lquidos, velocidad y duracin del proceso de deformacin. Comoresultado de las deformaciones de la corteza terrestre se originan fallas, es decirzonas de fractura a lo largo de las cuales se producen movimientos relativos. Estosdesplazamientos representan el mecanismo desencadenante de los sismosdenominados tectnicos. Es decir que el movimiento de la falla produce elterremoto y no viceversa. La zona en el interior de la corteza donde se originan lasondas ssmicas se denomina hipocentro. Estas ondas se propagan hasta alcanzarla superficie provocando el movimiento oscilatorio irregular del suelo que es tpicode este fenmeno. El punto terico sobre la superficie, determinado por un radioterrestre que pasa por el hipocentro, se denomina epicentro. La idealizacin delhipocentro como un foco de ondas es slo una aproximacin. En realidad eldesplazamiento relativos de la falla se produce en a lo largo de una zona quepuede ser muy extensa. Por ejemplo la falla de San Andrs, en Estados Unidos,origina terremotos a lo largo de una lnea de ms de 400 km. En el terremoto deAlaska de 1964 el desplazamiento de la falla ocurri a lo largo de aproximadamente600 km.


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El continente Pangea tal como se supone que era hace 200 millones de aos (partesuperior), luego de su lento movimiento de deriva comienzan a separarse paraadoptar la configuracin indicada en el plano central hace 135 millones de aos alfinal de Jursico. Finalmente, hace 65 millones de aos, al final del Cretcico, loscontinentes tenan una disposicin similar a la actual (parte inferior).

3.2 TIPOS DE FALLAS

Se denomina falla geolgica al plano de fractura de la roca de la corteza terrestre, atravs del cual se han producido desplazamientos relativos. Durante un sismo, unbloque de la corteza terrestre se mueve con respecto al bloque adyacente. Elmovimiento relativo de los bloques puede ser vertical, horizontal o combinado y sedenomina rechazo de la falla. Cuando la falla intercepta la superficie terrestre semanifiesta en forma ms o menos aparente, formando la traza de la falla. Sinembargo, los vestigios superficiales de la falla tienden a desaparecer por accin dela erosin, presencia de vegetacin o actividad humana.Los distintos tipos de falla pueden clasificarse en cuatro grupos principales, segnsea el tipo de movimiento relativo:

3.2.1 FALLA TRANSCURRENTE (O DE RUMBO ): el movimiento se producefundamentalmente en la direccin horizontal dado que los dos bloques sedesplazan lateralmente con sentidos opuestos.

3.2.2 FALLA NORMAL: se produce cuando el plano de falla es oblicuorespecto al horizonte y los bloques adyacentes estn sometidos tensin. En estecaso el movimiento es predominante en la direccin vertical, y las fuerzas inducidasen la roca son perpendiculares a la falla.

3.2.3 FALLA INVERSA: se produce cuando el plano de falla es oblicuorespecto al horizonte y los bloques adyacentes estn sometidos a compresin.

3.2.4 FALLA VERTICAL : es un tipo particular de falla normal o inversa en lacual el plano de falla y el movimiento relativo entre los bloques espredominantemente vertical.


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En muchos casos, el desplazamiento de la falla es compuesto, esto es concomponentes en la direccin vertical y horizontal. Por lo tanto el tipo de falla seconsidera como una combinacin de los dos de los grupos descriptosanteriormente.Las fallas tambin pueden clasificarse en activas o inactivas dependiendo si existenevidencias o no de su movimiento en tiempos geolgicos recientes. Sin embargono hay comn acuerdo para definir "reciente". En forma genrica, puede decirseque fallas activas son aquellas que han experimentado desplazamiento en tiemposrecientes, esto es en los ltimos miles de aos.

4. SISMOS

4.1 INTRODUCCIN . Los movimientos ssmicos pueden activar deslizamientosde tierra. En el caso de un sismo existe el triple efecto de aumento de esfuerzocortante, disminucin de resistencia por aumento de la presin de poros ydeformacin asociados con la onda ssmica; pudindose llegar a la falla al cortante yhasta la licuacin, en el caso de suelos granular es saturados.

4.2 SISMICIDAD.Cuando se produce la fractura de la roca en una zona de falla geolgica, la energaliberada es radiada en todas las direcciones. La fuente del movimiento o zona deliberacin de energa no es generalmente, un punto sino una lnea o un reacomnmente alargada en la direccin de la falla.Los sismos que generalmente producen un mayor dao son los sismos relativamentesuperficiales. El rea de superficie inmediatamente encima del rea de liberacin deenerga se ledenomina epicentro o rea epicentral.

4.3 FACTORESLos factores que deben tenerse en cuenta para los anlisis de taludes y laderasexpuestos a eventos ssmicos son los siguientes:

a. El valor de las fuerzas ssmicas aplicadas sobre las masas de suelopotencialmente deslizables.

b. La disminucin de la resistencia debida a las cargas vibratorias, las cualesinducen deformaciones cclicas, esta resistencia puede disminuirse en ms del50% en suelos sensitivos y en la mayora de los casos, la disminucin deresistencia puede llegar a un 20% durante el sismo (Makdisi y Seed, 1978).

c. El aumento de presin de poros especialmente, en suelos limosos y arenasfinas, en los cuales se puede producir una disminucin de resistencia tal queproduzca el fenmeno de licuacin.

d. El aumento de fuerza ssmica generado por la amplificacin en los mantosde suelos blandos.

e. La posibilidad de ocurrencia de fenmenos de resonancia relacionados conla similitud entre la frecuencia natural de vibracin del talud y la del eventossmico.

f. La magnitud de las deformaciones en la masa de suelo.


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4.4 MTODOS O FORMAS PARA EVALUAR MANIFESTACIONES Y EFECTOSDE UN SISMO.

4.4.1 MAGNITUD (sismo)Medida de la energa liberada en el foco, calculada analizando el registro de ondasssmicas en un aparato llamado sismgrafo, situado a una distancia definida desde elepicentro. Richter defini la magnitud de sismos locales como el logaritmo de base 10de mxima amplitud de la onda ssmica, expresada en milsimas de milmetros(micrones), registrada en un sismmetro estndar a una distancia de 100 kilmetrosdel epicentro del evento.Tabla de aceleracin de sismos segn Housner 1970 .

4.4.2 INTENSIDAD (sismo)Grado de los efectos destructivos en el lugar donde se evalaTabla de la escala modificada de Mercalli.


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