Origen de los TerremotosSismología Ingenieril

Maestría Ingeniería EstructuralIng. Alberto José Pérez Zarco

El Curso

• El curso de Sismología Ingenieril es de suma importancia para el Ingeniero estructural, aporta los principios básicos de sismología, amenaza sísmica e ingeniería de terremotos necesarios en un país con alto riesgo sísmico.

• El curso ha sido diseñado de tal manera que paso a paso

entendamos los fenómenos sísmicos, sus posibles consecuencias y las formas en las que podemos reducir la vulnerabilidad estructural.

Objetivos del Curso

• Conocer el origen de los sismos y terremotos, cómo se miden y que parámetros utilizamos dentro de la ingeniería estructural.• Evaluar nuestra vulnerabilidad ante este tipo de

eventos.• Estimar escenarios de Riesgo Sísmico.• Conocer la parte que involucra la sismología en

normativa de construcción Guatemalteca.• Los efectos de los sismos en las distintas

tipologías estructurales.

Introducción

• Una de las lecciones de la Geología es que la Tierra tal como la vemos hoy es transitoria. Las montañas crecen y se desgastan. Los grandes océanos se forman y luego desaparecen. • La sismología es la rama de la geofísica que se

dedica a analizar los sismos con la meta de caracterizar los diversos tipos de sismos que se pueden manifestar en el planeta, la amenaza sísmica en una región determinada de un país, así como la estructura interna y externa del planeta.

Historia del estudio de los Terremotos

• El estudio de los terremotos (o seísmos o sismos) es tan antiguo como la humanidad misma. Existen registros escritos en China de hace 3000 años, registros japoneses y de Europa oriental con 1600 años de antigüedad también describen en detalle los efectos de los terremotos sobre la población y su infraestructura.

• Como lo comenta Comte “dada la naturaleza de la mente humana, cada una de las ciencias o ramas del saber debe pasar por "tres estadios teoréticos diferentes: el teológico o estadio ficticio; el metafísico o estadio abstracto; y por último, el científico o positivo". De aquí que el fenómeno de los terremotos comenzara como una intervención divina.

• A los terremotos se les dio una explicación divina desde la Antigüedad hasta la Edad Media. En Japón, los terremotos eran atribuidos a un enorme pez gato llamado Namazu, que yacía bajo la tierra y era controlado por un dios llamado Daimyojin, quien mantenía su cabeza enterrada bajo una piedra. Cuando el dios se descuidaba, Namazu se movía y con fuertes latigazos de su cola hacía temblar la tierra.

Por otra parte, los griegos creían que Atlas sostenía al mundo en sus hombros, y el dios de los mares Poseidón, hacia tambalear a Atlas generando así terremotos.

En América Central las culturas precolombinas pensaban que cuando la Tierra estaba superpoblada, cuatro dioses que la sujetaban la sacudían para retirar la gente sobrante y restablecer el equilibrio. Este es un pensamiento social, donde la influencia del pensamiento del conglomerado social daba una lógica a la muerte y la destrucción.

• La Iglesia Católica, por su parte, encuadraba los terremotos como castigos divinos y no permitía ninguna teoría que le diera un origen natural o científico hasta finales del siglo XVI. Esto se manifiesta desgraciadamente hoy en día, cuando alguna parte de la población al no entender el fenómeno se “encomiendan a las manos de Dios”

• Sin embargo mucho antes de la era Cristiana ya existían ideas claras que le atribuían un principio natural a los terremotos.

• Los filósofos griegos fueron los primeros en asignar causas naturales a los terremotos. Anaxímenes (siglo V a. C.) y Demócrito (siglo IV a. C.) pensaban que la humedad, el vapor y el agua eran los causantes de los eventos. Esto es basado en algunas observaciones de eventos paralelos a los grandes terremotos, como es el incremento en la actividad geotérmica, para la época y siguiendo el pensamiento Kuhniano es normal y aceptable como ciencia.

• Tales de Mileto (siglo VI a. C.) consideró que la Tierra flotaba sobre agua bajo su teoría que todo era agua y que los terremotos eran similares al movimiento de un barco sobre el oleaje. Poco después surgió la idea de que los terremotos se debían a explosiones por la liberación de gases en el éter que componía el universo. Las teorías de Tales de Mileto eran basadas en que todo era agua, el agua era la base de la vida y de todos los fenómenos o eventos sobre la tierra.

• En el siglo IV a. C. Anaxágoras y Empédocles propusieron que los terremotos eran generados a partir de salidas súbitas de aire caliente, esta teoría fue aceptada por Aristóteles por lo que se le dio gran aceptación en la Europa antigua. La teoría llegó a Roma a través de Séneca y Plinio el Viejo. En la Edad Media fue difundida por Avicena, Averroes y los dominicos Alberto Magno y Tomás de Aquino. Sin embargo, durante el medioevo la iglesia católica consideraba cualquier justificación u origen natural de los sismos como una herejía, por lo que no fue sino hasta principios del siglo XVII, que se volvió a presentar este tipo de teorías.

• Probablemente, Alexander Von Humboldt fue el primero en establecer una relación entre las fallas geológicas y los terremotos. Estableció una relación entre los terremotos y los volcanes comparando las erupciones del Vesubio y sus temblores, con los sentidos en las laderas del Guagua Pichincha y el Puracé.

Investigación moderna• Desde 1940 hasta nuestros días, la sismología ha

experimentado un rápido desarrollo. Este desarrollo se puede dividir en dos grandes apartados, el primero estudia los mecanismos de la generación de los terremotos y el segundo la naturaleza de la propagación de las ondas sísmicas en la tierra. En ambos casos, el desarrollo comprende los aspectos teóricos y de observación.

• En cuanto al mecanismo de los terremotos, los modelos han evolucionado desde los modelos simples de focos puntuales a los que representan el fenómeno complejo de la fractura del material de la corteza terrestre.

Richter y Mercalli• Charles Francis Richter (1900-1985) • Sismólogo estadounidense que estableció, junto con el

germano-estadounidense Beno Gutenberg, también sismólogo, una escala para medir los terremotos.

• Richter y Gutenberg también trabajaron en la localización y catalogación de los grandes terremotos y los utilizaron para estudiar el interior profundo de la Tierra.

• Juntos escribieron un manual muy importante, publicado en 1954, llamado Seismicity of the Earth (Sismicidad de la Tierra). Richter escribió otros textos fundamentales de sismología: en 1958 publicó el manual Elementary Seismology (Sismología elemental), considerado por muchos como su principal contribución en ese campo.

• Giuseppe Mercalli (1850-1914)• Sismólogo y vulcanólogo, escogió la orden sacerdotal y fue

alumno del geólogo lombardo Antonio Stoppani, graduado en Ciencias Naturales, se inició en el estudio geológico de los depósitos de los glaciares de la Lombardia.

• Entre sus numerosos estudios de sismología y vulcanología tenemos la monografía los volcanes activos de la tierra (1889) y sus estudios sobre los terremotos de Casamicciola (1883), de la Isla Pontine (1892) y de Messina (1908).

• La escala de Mercalli fue desarrollada en el siglo XIX. Es una escala subjetiva, porque evalúa la percepción humana del sismo. Sirve para recolectar información en zonas donde no existen aparatos detectores, o instrumentos de medición. Se basa en lo que sintieron las personas que vivieron el sismo, o en los daños ocasionados. Cuando se utiliza esta escala, se habla de grados de intensidad.

• En décadas recientes, la sismología ha avanzado en la caracterización de la amenaza sísmica en muchos sitios del mundo, incluyendo en Guatemala. El estudio de tal amenaza en base a catálogos de sismos históricos ha permitido definir el período de retorno para sismos de diversas magnitudes, así como las aceleraciones pico que puede experimentar el suelo en sitios o regiones particulares asociadas a tales sismos.

• La sismología ha permitido confirmar la teoría de placas tectónicas. Dicha teoría propone que la superficie del planeta tierra está conformada por una serie de placas que experimentan presiones que las forzan a moverse en determinadas direcciones. Tales movimientos, que van acompañados de sismos o terremotos, liberan las presiones que se generan por la interacción entre las capas internas del planeta y las placas tectónicas externas.

Actualidad

• En la actualidad el gran reto de la sismología es el pronóstico de terremotos, que permita minimizar la pérdida de vidas humanas. Asociado al pronóstico de terremotos, el gran terremoto de Aceh en Indonesia en Diciembre del 2004 puso de manifiesto la necesidad de pronosticar no solo terremotos, sino también los tsunamis que pueden ser generados por maremotos o sismos bajo el mar.

• De acuerdo al INSIVUMEH, en Guatemala se instaló el primer sismógrafo en el Observatorio Nacional de Guatemala en el año 1925. Posteriormente, en la década de los setentas se instalaron seis sismómetros de tipo electrómagnético para la vigilancia de volcanes activos en Guatemala como parte de un proyecto conjunto entre el INSIVUMEH y el Servicio Geológico de los Estados Unidos, USGS. Aunque la red sísmica Guatemalteca ha tenido sus altibajos en décadas recientes, en la actualidad se cuenta con 14 estaciones sísmicas situadas en diversos departamentos del país.

• A lo largo de varias décadas se han registrado miles de sismos en aparatos cada vez más sofisticados. En la actualidad se utilizan desde geófonos hasta acelerómetros para registrar diversos parámetros asociados a distintos tipos de sismos en todo el país.

• El sismo de mayor magnitud que se ha detectado en el último siglo en Guatemala tuvo lugar el 6 de agosto de 1942 a las 23 horas y 37 minutos. Dicho terremoto tuvo una magnitud de 8.3 grados en la escala Richter. Otros eventos catastróficos se registraron en 1773 (los terremotos de Santa Marta que propiciaron el traslado de la ciudad desde la Antigua hasta la actual capital), en 1917/18 y más recientemente en 1976.

• ESTRUCTURA INTERNA DE LA TIERRA

• El planeta Tierra tiene una estructura compuesta de un núcleo que se encuentra en el centro del planeta, un manto que rodea al núcleo y una corteza, que es la superficie externa en la cual yacen los continentes y los océanos.

• La interfase entre la corteza y el manto se le conoce como discontinuidad de Mohorovicic. La corteza tiene una composición química similar a la del manto en base a silicatos y cuarzos. Aunque la corteza está en estado sólido, se deforma, se pliega y se fractura debido a fuerzas que provienen del manto.

Las Placas Tectónicas, su dinámica y su relación con los terremotos

• Desde hace más de un siglo, el geólogo suizo Suess propuso la existencia de un antiguo supercontinente que incluía India, Africa y Madagascar. Posteriormente, el astrónomo y meteorólogo alemán Alfred Wegener (1880-1930) propuso la hipótesis de que los continentes que conocemos en la actualidad surgieron de un supercontinente denominado Pangea, que se fragmentó por un proceso denominado deriva continental.

• Este proceso se iniciaría en el período Pérmico hace cerca de 225 millones de años. Para el período Triásico la parte norte de Pangea se convertiría en Laurasia, mientras la parte sur se transformaría en Gondwana. Para ese entonces, India iniciaría su migración hacia el norte que la llevaría a colisionar con Asia dando lugar a los montes Himalayas. De manera paralela, la Antártica y Australia empezarían a separarse de Gondwana

Teoría de Placas Tectónicas• La teoría de deriva continental propuesta por Wegener ha sido

reemplazada hoy en día por la teoría de Placas Tectónicas. De acuerdo a la teoría de Placas Tectónicas, la corteza terrestre está compuesta de dos tipos de de suelos: las masas continentales que están hechas de materiales menos densos (granitos) y las masas de tierra debajo de los océanos que son más densas (basaltos). En términos básicos, las masas continentales flotan por encima de las masas oceánicas. Sin embargo, la diferencia entre el modelo de deriva continental de Wegener y la teoría de placas tectónicas radica en el reconocimiento de la existencia de placas en los continentes y en el lecho marino, algo que Wegener no podía deducir en base a modelos meramente continentales.

• La teoría de Placas Tectónicas propone la existencia de 7 placas mayores y cerca de 12 menores que conforman toda la corteza del planeta. Esta teoría propone que las placas tectónicas en todo el planeta conforman la litósfera. Estas placas de la litósfera se componen de material rígido que se puede fracturar y yacen sobre la Astenósfera, que es una capa más densa y fluida.

• Otra de las deficiencias que manifiesta el modelo de deriva continental propuesto por Wegener fue su incapacidad de predecir la localización de epicentros de terremotos en franjas particulares de los continentes o del mar. En contraste, la teoría de placas tectónicas propone que la interacción dinámica entre placas (el movimiento relativo entre dos placas) se manifiesta mediante terremotos.

• la delimitación geográfica de las distintas placas se lleva a cabo analizando los epicentros de terremotos en las intersecciones entre dichas placas, que pueden estar localizados ya sea en los continentes, o en el lecho del mar.

• La teoría de placas tectónicas define las fallas como las zonas fronterizas entre placas tectónicas. Además, la teoría propone que existen tres tipos de interacciones entre las placas que están asociadas a los posibles tipos de movimientos relativos entre tales placas

Movimientos entre placas• Interacciones divergentes: en este caso material incandescente

proveniente de la Astenósfera emerge entre las placas de tal manera que provoca una separación entre las placas. Este tipo de frontera se manifiesta en el lecho de varios océanos como el Océano Atlántico y el Pacífico.

• Interacciones convergentes: en este caso dos placas colisionan de tal forma que una se incrusta debajo de la otra con un cierto grado de inclinación. A este proceso se le conoce como sub-ducción y este tipo de interacciones se manifiestan en zonas marinas mayormente. Por ejemplo, la placa de Cocos se incrusta por debajo de la placa del Caribe frente a las costas Centroamericanas.

• Interacciones transcurrentes o transformantes: en este caso las placas se mueven lateralmente la una con respecto a la otra. Un ejemplo de este tipo de frontera es la falla del Motagua. En este caso la Placa del Caribe se mueve en una dirección opuesta a la dirección en la cual se mueve la placa de Norte América.

• La teoría de placas tectónicas permite explicar la localización de epicentros asociados a terremotos en base a las interacciones entre placas, el volcanismo asociado a las interacciones convergentes, así como aspectos asociados a la deriva continental. Además, propone que como resultado de procesos internos en el manto y en la Astenosfera se generan presiones sobre las placas tectónicas, forzándolas a desplazarse de ciertas maneras. La separación entre algunos continentes se explica de esta manera, al igual que los procesos de subducción y los procesos transcurrentes entre las placas.