Fallas y Ondas Ssmicas Sismologa Ingenieril

Maestra Ingeniera Estructural Ing. Alberto Jos Prez Zarco

Los terremotos surgen como resultado de diversos procesos. En el contexto de placas tectnicas los terremotos surgen como resultado de la interaccin entre placas. Dicha interaccin se manifiesta mediante un acumulamiento de esfuerzos en la interface entre las placas (falla).

Cuando el esfuerzo entre ambas placas llega a ser mayor que la cohesin interna entre las placas (friccin interna a lo largo del plano de la falla), se desencadena el terremoto que libera los esfuerzos acumulados mediante desplazamientos del orden de centmetros hasta unos pocos metros en los casos extremos.

COMPONENTES Y TIPOS DE FALLAS GEOLGICAS

En una falla geolgica se pueden identificar los siguientes componentes: plano de falla, bloques de falla, orientacin o direccin, buzamiento, desplazamiento y facetas triangulares

El Plano de Falla es el plano o la superficie a lo largo de la cul se desplazan los bloques que se separan en la falla.

Los bloques de falla son las dos porciones de roca separadas por el plano de falla. Si el plano de falla est inclinado, el bloque sobre el plano de falla es bloque colgante, labio levantado o bloque superior y el que se encuentra debajo se llama bloque yaciente, labio hundido o labio inferior.

La falla puede tener una orientacin o direccin respecto al rumbo con el eje Norte-Sur y a una lnea horizontal que puede ser vertical, horizontal o inclinada y tambin tiene un buzamiento que es el ngulo del plano de falla con respecto al horizonte.

En la falla tambin debe determinarse un desplazamiento o escarpe que es la distancia neta entre las superficies de los bloques y la direccin en que se ha movido un bloque con respecto al otro.

Y por ltimo, se pueden identificar las facetas triangulares que son espejos de fallas que muestran el corte de una cadena montaosa cuando la falla ocurre perpendicularmente a la cadena montaosa.

Las fallas se clasifican en 3 tipos por su sentido o direccin en la que se desplazan los bloques.

La falla normal se genera por la traccin con movimientos verticales con respecto al plano de la falla, que tpicamente tiene un ngulo de 60 respecto a la horizontal, y como hemos visto, genera un bloque superior y un bloque inferior donde las rocas de un lado de la falla se hunden respecto a las rocas del otro lado de la falla.

La falla normal se producen en reas donde la roca se separa, de forma que la corteza en un rea especfica es capaz de ocupar ms espacio y no crean salientes rocosos.

La falla inversa se genera por compresin. Tiene movimientos horizontales donde el bloque superior se encuentra por encima del bloque inferior. Ocurre en reas donde las rocas se comprimen unas contra otras de forma que la corteza rocosa de un rea ocupa menos espacio, generando un rea expuesta de la falla llamada saliente.

La falla de desgarre, falla de rumbo o falla transformante tiene un componente horizontal predominante y un pequeo componente vertical. El bloque de roca de un lado se mueve a una direccin, mientras que el bloque opuesto se mueve en direccin opuesta. Se identifican debido a la discontinuidad de un terreno.

Este tipo de fallas se dividen en dextrales (movimientos relativos hacia la derecha con respecto al observador) y sinistrales (movimientos relativos hacia la izquierda con respecto al observador).

El movimiento a lo largo de una falla geolgica no ocurre de una sola manera, sino como una combinacin de los tres tipos de fallas y podr tener varias direcciones que pueden ser verticales, horizontales o una combinacin de las 3.

Adems, una falla no es nicamente una grieta en la roca sino que puede ocurrir en una amplia variedad de fracturas originadas por movimientos similares, por lo que pueden agruparse en zonas de fallas

GRABEN-HORST

Son las llamadas fosas tectnicas, se forman por levantamiento de bloques laterales que dejan una depresin central. Estas fosas pueden formar valles que pueden alcanzar varias kilmetros de ancho y muchos de largo, y son las zonas que hace falta explorar para tener ms

informacin, sobre todo las ocenicas. Se forman por

esfuerzos distensivos que hacen que bloques de tierra caigan

por gravedad.

La naturaleza del movimiento de las rocas de cualquiera de los dos lados del plano de falla puede ayudar a determinar el origen y el comportamiento de la falla tanto en fallas individuales como pequeas.

Las fallas pueden considerarse como activas cuando las deformaciones de los sedimentos cuaternarios muestran evidencia de movimientos durante los ltimos 1.8 millones de aos.

Si los deslizamientos en la falla ocurren de forma estable y casi imperceptible despus de varios aos, se llama una falla assmica, pero si los deslizamientos ocurren de forma repentina originando sismos y luego largos perodos de inactividad se llaman reptantes.

Cuando la actividad de una falla ocurre de forma repentina y brusca se puede producir un gran terremoto e incluso la ruptura de la superficie terrestre, formando un escarpe o una falla.

Las fallas ms activas causan la mayora de los sismos como la Falla de San Andrs en California.

Subduccin

La subduccin de placas es el proceso de hundimiento de una placa litosfrica bajo otra en un lmite convergente, segn la teora de tectnica de placas. La subduccin ocurre a lo largo de amplias zonas de subduccin que en el presente se concentran en las costas del ocano Pacfico en el llamado cinturn de fuego del Pacfico pero tambin hay zonas de subduccin en partes del Mar Mediterrneo, las Antillas, las Antillas del Sur y la costa ndica de Indonesia.

La subduccin es causada por dos fuerzas tectnicas una que proviene del empuje de las dorsales meso-ocenicas

Se denomina subduccin al proceso mediante el cual parte de la corteza ocenica, individualizada en una placa litosfrica, se sumerge bajo otra placa de carcter continental. Las placas tienen movimientos de separacin, de aproximacin, se separan o se aproximan unas a otras arrastradas por las corrientes convectivas generadas bajo ellas. En el contexto de la tectnica de placas, los bordes afectados por este proceso reciben el nombre de "bordes destructivos" ya que en ellos se produce la fusin de la corteza.

Esta fusin va a depender del ngulo de penetracin de una placa bajo la otra. En cualquier circunstancia, la corteza ocenica hidratada, funde a temperatura baja dando lugar a la formacin de magmas a poca profundidad, y a la generacin de cadenas volcnicas situadas sobre las zonas de subduccin.

En las zonas de colisin de placas, la liberacin sbita de las tensiones acumuladas da lugar movimientos ssmicos que pueden alcanzar gran magnitud e intensidad. Estos terremotos se sitan a diferente profundidad sobre el Plano de Benioff, que es el plano de friccin sobre el que una placa se desliza por debajo de otra. Los sismos de poca profundidad estn relacionados con el inicio de la subduccin y tienen su origen en la distensin que se produce cuando la placa que subduce se curva. Los sismos de profundidad media se relacionan con la liberacin de las tensiones acumuladas por friccin entre las placas. Los sismos profundos se atribuyen a un proceso de contraccin debido a la rpida aparicin de estructuras cristalinas compactas.

Aunque muchos de los terremotos son producidos por la interaccin entre placas directamente, la interaccin convergente o de subduccin da lugar al volcanismo que a su vez es una fuente generadora de sismos, aunque generalmente de menor magnitud.

Transformante o transcurrencia.

Son fallas usualmente verticales que acomodan el stress horizontal en la corteza. Las fallas transformantes y transcurrentes son sistemas de fallas regionales mayores que generalmente comprenden zonas con muchas fallas asociadas. Pueden tener un largo de varios kilmetros.

Transformantes: fallas que forman lmites de placas (segmentos de litsfera).

Transcurrentes: fallas de rumbo, regionales, en corteza continental. No son lmites de placas.

Segn sea el relevo o giro de las fallas, a derecha o izquierda, y segn sea el desplazamiento horizontal de las mismas, dextral o sinestral, la zona de enlace entre ambas tendr un comportamiento compresivo o distensivo de las escamas que se hubieran formado, desarrollndose elevaciones en abanico, tipo push-up, o depresiones tectnicas de tipo pull-apart.

La vibracin que acompaa a los terremotos es una reaccin natural de todo material capaz de transmitir ondas. Considerando la estructura del planeta en base a placas tectnicas en la corteza, el manto y el ncleo, es posible que se sientan diversos tipos de ondas asociadas al mismo terremoto en diversos instantes de tiempo. Esto debido a que existen varios tipos de ondas ssmicas: las que viajan a travs del material y las superficiales. Por lo general, las ondas que viajan dentro de la corteza y el manto son ms rpidas que las ondas superficiales, aunque las ondas superficiales tienen mayor amplitud y por lo tanto, son las responsable de causar daos en muchos casos.

Ondas Ssmicas

ONDAS DE CUERPO En un medio elstico pueden transmitirse dos tipos de ondas.

El primer tipo es conocido como onda de compresin, porque consiste en la transmisin de compresiones y refracciones como en el caso de la transmisin del sonido, en este caso las partculas del medio se mueven en el mismo sentido en que se propaga la onda.

A estas ondas las llamaremos ondas P, ondas Primarias.

El segundo tipo es conocido como ondas transversales o de cizallamiento; las partculas se mueven ahora en direccin perpendicular a la direccin de propagacin de la onda.

Son llamadas ondas S, ondas de corte o Secundarias.

ONDAS SUPERFICIALES

Cuando un slido posee una superficie libre3, como la superficie de la tierra, pueden generarse ondas que viajan a lo largo de la superficie. Estas ondas tienen su mxima amplitud en la superficie libre, la cual decrece exponencialmente con la profundidad. Una clase de ondas como stas son conocidas como ondas de Rayleigh en honor al cientfico que predijo su existencia. La trayectoria que describen las partculas del medio al propagarse la onda es elptica retrgrada y ocurre en el plano de propagacin de la onda

Estas ondas son similares (aunque no son las mismas) a las ondas que se producen en la superficie de un cuerpo de agua (olas).

Otro tipo de ondas superficiales son las llamadas ondas de Love, en honor del cientfico que las estudi. Estas se generan solo cuando el medio elstico se encuentra estratificado, situacin que se cumple en el caso de nuestro planeta. Las ondas de Love se propagan con un movimiento de las partculas perpendicular a la direccin de propagacin, como las ondas S, slo que polarizadas4 en el plano de la superficie de la Tierra.

Debido a dicha polarizacin slo poseen las componentes horizontales paralelas a la superficie. Las ondas de Love pueden considerarse como ondas S "atrapadas" en el medio superior. Como en el caso de las ondas de Rayleigh, la amplitud de las mismas decrece rpidamente con la profundidad. Las ondas de Love son observadas sistemticamente sobre la superficie de la tierra pues nuestro planeta posee un estrato superficial de baja velocidad, la corteza, sobre un medio mas profundo, el manto.

Como podemos ver el trmino superficial se debe a que las ondas se generan por la presencia de superficies de discontinuidad ya que en un medio elstico infinito no podran generarse. En general su existencia se puede explicar considerando que la vibracin del medio en lugares en los que existen menores tracciones, y esto sucede por la presencia del vaco o un medio de menor rigidez, tiende a compensar la energa generando este tipo especial de vibraciones.

Cul es la velocidad de estas ondas? Se puede demostrar tericamente y se observa experimentalmente que la velocidad de las ondas es tal que:

VR,L < Vs < Vp

donde Vp, Vs y VR,L son las velocidades de las ondas P, S y de Rayleigh y Love respectivamente. Entre estas dos ltimas no puede establecerse un orden de velocidades porque esta depende de muchos factores y no siempre viajan con la misma velocidad.

Las velocidades de las diferentes ondas dependen de las caractersticas del medio; por ejemplo, en rocas gneas la velocidad de las ondas P es del orden de 6 Km/seg, mientras que en rocas poco consolidadas es de aproximadamente 2 Km/seg menor. As, las ondas P de un terremoto originado en la costa de Escuintla seran percibidas en la Ciudad de Guatemala, en alrededor de 25 segundos.