Instrumentos DE Medición Y Registros DE UN Sismo PDF

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INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y REGISTROS DE UN SISMO SISMÓGRAFO Un sismógrafo es un dispositivo que se emplea para la medición de las ondas sísmicas que provocan los terremotos. Gracias a esta máquina que se utiliza en el ámbito de la sismología, es posible registrar la amplitud de las ondas y su propagación. Cabe destacar que las ondas sísmicas son las ondas elásticas provocadas por la liberación de energía que producen los movimientos de las placas tectónicas. Proporciona registros de desplazamientos, con los cuales se determinan los parámetros de origen de un sismo: hora, epicentro, profundidad del foco y magnitudes sísmicas. LOS PRIMEROS SISMÓGRAFOS En sus inicios, consistía de un péndulo que por su masa permanecía inmóvil debido a la inercia, mientras todo a su alrededor se movía; dicho péndulo llevaba un punzón que iba escribiendo sobre un rodillo de papel pautado en tiempo, de modo que al empezar la vibración se registraba el movimiento en el papel, constituyendo esta representación gráfica el denominado sismograma. Cuando ocurre un terremoto, los sismógrafos que se encuentran cerca del epicentro son capaces de registrar las ondas S y las P, pero del otro lado de la Tierra sólo pueden registrarse las ondas P. También conocido como sismómetro, el sismógrafo es una creación de James David Forbes (1809–1868), un científico escocés que lo presentó en 1842. En sus orígenes, el sismógrafo disponía de un péndulo que, debido a su masa, se quedaba quieto durante los temblores. Al contar con un punzón en su extremo, el sismógrafo grababa las vibraciones en un rollo de papel, que sí se movía por el sismo. De este modo, el resultado era un registro gráfico que se denominaba sismograma. No obstante, es interesante conocer que el primer sismógrafo de la historia data en realidad del año 130 d.C y fue inventado y desarrollado por el chino Chan-Heng. Como es de imaginar era bastante rudimentario y se componía de una vasija de bronce, en cuyo interior había seis bolas en equilibrio sobre seis bocas de dragones. Se consideraba que si una de esas bolas caía dentro de las fauces del animal se podía conocer que se había producido una onda sísmica. Con los años, la tecnología fue evolucionando. En la actualidad los sismógrafos son electrónicos: mediante un circuito, se mantiene la masa fija mientras la Tierra tiembla. Lo que se registra, de esta manera, es la cantidad de fuerza que se ejerce.

Los sismógrafos de hoy pueden analizar la propagación de las ondas sísmicas y registrar el epicentro del sismo. Además, a través de los sensores llamados geófonos (que son transductores electromagnéticos), es posible establecer mapas internos del globo terráqueo. Otra clase de sensor, denominada hidrófono, permite a los sismógrafos estudiar la propagación de las ondas en el agua. De esta manera permiten analizar los maremotos que provocan tsunamis. Además del dato curioso del primero que se creó, hay otros que también merece la pena conocer acerca de dicho artilugio:  Puede llegar a detectar hasta terremotos que son tan excesivamente pequeños que ni siquiera los seres humanos podemos sentirlos.  En los modelos más modernos y dotados de la última tecnología, tienen la particularidad de que giran en torno a varios elementos fundamentales como son la pesa, la base y el correspondiente ordenador. De esta manera, se olvidan de las piezas claves en otros más antiguos como eran el tambor y el marcador.  Otra de sus notables características es que tienen la capacidad para poder registrar movimientos en todas las direcciones.

FUNCIONAMIENTO Y UTILIDAD

Se usa para registrar los movimientos horizontales de la tierra durante un sismo. En una base fija al suelo y a través de un soporte rígido se cuelga de un fino hilo una gran masa, esta masa debido a la inercia prácticamente no se mueve con el movimiento horizontal de la base y la flexibilidad del hilo, por tal motivo se mantiene estática mientras la base se mueve al ritmo de las oscilaciones horizontales. Verticalmente la inelasticidad del hilo mantiene todo como un conjunto.

Una punta muy fina que funciona como pluma de tinta va escribiendo en el papel de un tambor giratorio un trazo equivalente al movimiento relativo de la base con respecto a la pluma o lo que es lo mismo la amplitud de las oscilaciones del suelo. La versión del sismógrafo para el registro de los movimientos verticales se muestra a la derecha. En este caso la masa inerte está fija en la punta de una fina lámina ancha, muy flexible verticalmente pero muy rígida horizontalmente. De esta manera la masa se mantiene estática debido a la flexibilidad de la lámina en lo referente al movimiento vertical, pero sigue fielmente los movimientos de la base en sentido horizontal evitando movimiento relativo entre la aguja y el tambor registrador. Igual que en el caso anterior una fina pluma va trazando en el papel del tambor giratorio la amplitud de las oscilaciones verticales del terreno. El amortiguador es necesario para evitar que el sistema flexible oscile constantemente a su frecuencia natural una vez perturbado su equilibrio. Los sismógrafos profesionales son aparatos muy sensibles y que además pueden registrar las oscilaciones horizontales en cualquier dirección y no en una sola como el representado aquí.

ACELERÓGRAFO De acuerdo con el Laboratorio de Ingeniería Sísmica (2011) “el acelerógrafo registra la aceleración del suelo durante un terremoto. Estos aparatos son utilizados en análisis de movimiento fuerte (grandes sismos) ya que han sido diseñados para resistir tales sacudidas”, a diferencia del sismógrafo, el cual al ser más sensible, al presentarse un sismo fuerte tiende a saturarse de información. Al igual que el sismógrafo puede haber acelerógrafo horizontal o vertical.

ESTACIONES SISMOLÓGICAS En el área de la sismología se utilizan diversas herramientas para poder estudiar los terremotos y la propagación de las ondas sísmicas que se generan en el interior y la superficie de la tierra. Estos instrumentos varían en funciones como lo son los medidores de inclinación y tensión, sismómetro y acelerógrafos. Para este proyecto se requiere trabajar sobre los sismógrafos y

acelerógrafos.

Este instrumento se basa en el principio de la inercia de una masa que se encuentra suspendida a un soporte rígido. De modo que el sistema es inercial ya que cumple con la primera ley de Newton. "Un cuerpo en reposo, se mantiene en reposo”. Durante un sismo, la masa se mantendrá inmóvil mientras que el soporte rígido o base se moverá junto con el suelo. Por otro lado el tambor va a estar avanzando a la velocidad de un segundero, de modo que el marcador va a estar registrando el movimiento sísmico en función del tiempo, la traza obtenida se llama sismograma. Puesto que las ondas sísmicas presentan diferentes movimientos, estas hacen que el suelo vibre tanto de forma horizontal como vertical. De modo que es necesario que en una estación sísmica se requiera de tres sismógrafos para registrar el movimiento completo. De modo tal que los sismógrafos (y acelerógrafos) pueden ser verticales u horizontales como se observa en la figura anterior. La utilidad del sismógrafo vertical es que permite registrar el movimiento en altura que produce el movimiento sísmico. Los sismómetros horizontales sirven para registrar el movimiento sísmico para ondas cuyo movimiento es horizontal, normalmente los sismómetros horizontales están ubicados en direcciones: norte sur y esteoeste. Una estación sísmica está compuesta por varios elementos, cada uno con una funcionalidad específica. Se pueden distinguir los instrumentos necesarios para establecer una estación sísmica.  Paneles solares: Elementos necesarios para la alimentación de los dispositivos eléctricos de la estación  Receptor GPS: Define la localización de estación  Bóveda subterránea: Es donde estará ubicado el sensor, la bóveda subterránea pretende ubicar al sensor bajo tierra para reducir fuentes de ruido que afecten los registros del sensor.  Sistema de recolección de datos: Se encarga de obtener la información registrada desde el sensor. Este sistema contiene al digitalizador, el cual se encarga de realizar la conversión de la señal analógica a digital. Este sistema es también el encargado de controlar las comunicaciones  Satélite o antena: Se encarga de enviar la información a la central de datos ya sea vía internet o por radio frecuencia

 Desagüe francés: Estructura diseñada para dar una salida al agua en caso de lluvia.

Estructura de una estación sismológica

INFORMACIÓN PROPORCIONADA POR LAS ESTACIONES Como se observó de la sección anterior, los distintos instrumentos mencionados sirven para medir diferentes datos. A continuación, se describen el tipo de datos que se obtiene de los instrumentos y se definen diversos conceptos necesarios de comprender para la elaboración de la herramienta. Información obtenida del sismógrafo Utilizando los sismógrafos se puede registrar los diferentes tipos de ondas sísmicas. Es necesario resaltar que existen diferentes tipos de ondas en el movimiento sísmico, donde dependiendo del tipo de onda la velocidad de la misma es distinta y dependiendo de condiciones como distancia del epicentro, la diferencia entre el tiempo de llegada de las diferentes ondas es mayor o menor en diferentes estaciones sismográficas. De acuerdo con los datos de la Red Sísmica de Puerto Rico (s.f) y del Laboratorio de Ingeniería Sísmica de Costa Rica (2011) se definen 4 tipos de onda distintos divididas en 2 grupos según su propagación en la tierra:  Ondas de cuerpo: o Ondas P o Longitudinales (primarias) o Ondas S (secundarias)  Ondas superficiales: o Ondas Love o Ondas Rayleigh

Mientras que las ondas de cuerpo siempre aparecen en los sismogramas, las ondas superficiales solo aparecen en aquellos registros de terremotos cuyo hipocentro no haya sido muy profundo. Además, como se mencionó anteriormente las ondas sísmicas viajan a diferentes velocidades, por lo que su registro en las estaciones es en diferentes tiempos. Las ondas P son más veloces que las ondas S las cuales viajan a la mitad de la velocidad que las ondas P. Mientras más distante se encuentra el terremoto de la estación sísmica, la diferencia entre el tiempo de llegada de las ondas P y S también aumenta. Así mismo para el caso de las ondas superficiales la diferencia entre el tiempo de llegada de estas ondas con respecto a las ondas de cuerpo es aún mayor. Utilizando el ejemplo de la figura, se puede observar con mayor claridad a través de un sismograma como un sismógrafo registra los diferentes tipos de onda. Se puede observar cómo dependiendo de la velocidad de propagación de la onda la primera en registrarse será la onda P, luego llegará la onda S y finalmente se observa con color azul la onda L. Es necesario aclarar que la onda Rayleigh no se muestra en este sismograma, ya que este sismograma es la representación de los datos obtenidos por un sismógrafo horizontal, para obtener los datos de esta onda se requiere un sismógrafo vertical. Además, se puede observar que el sismograma presenta la coda, que es la parte del sismograma que decae conforme pasa el tiempo hasta llegar al nivel original del pre-evento cuando los otros tipos de ondas han pasado. La coda puede llegar a durar un tiempo significativo dependiendo del tamaño del sismo.

Diferentes tipos de onda registrados en un sismograma ESCALAS DE LOS SISMOS Magnitud e intensidad son dos términos frecuentemente confundidos y, si bien es cierto tienen una íntima relación, su significado es completamente distinto. La magnitud es utilizada para cuantificar el tamaño de los sismos (mide la energía liberada durante la ruptura de una falla) mientras que la intensidad es una descripción cualitativa de los efectos de los sismos (en ella intervienen la

percepción de las personas, así como los daños materiales y económicos sufridos a causa del evento). La magnitud de un sismo, al ser una medida de energía, es objetiva, la intensidad, por el contrario, es subjetiva. Generalmente la intensidad incrementa con la cercanía al epicentro y se toman en cuenta, para su evaluación, una serie de observaciones tales como: personas durmiendo que despiertan, caída de objetos, desplazamiento de muebles, daños en infraestructura y colapso. Numerosas escalas de intensidad han sido empleadas a lo largo la historia. A finales del siglo XIX, el vulcanólogo italiano G. Mercalli se basó en trabajos anteriores para definir la suya. Esta, al igual que sus predecesoras, fue modificada a repetición. Entre dichas modificaciones se destaca su expansión a 12 posibles grados de intensidad. La escala de intensidad Mercalli Modificada se usa actualmente en los Estados Unidos y en nuestro país. El uso correcto de los conceptos de la Geología es muy importante para educar a la población y brindar información de buena calidad. Por esta razón, en lugar de decir que un sismo “fue de intensidad 5.6” (lo cual es incorrecto) se debe decir, por ejemplo, que el sismo “fue de magnitud de 5.6 y fue percibido con una intensidad de IV en San José y de III en Alajuela”.

INFORMACIÓN OBTENIDA DEL ACELERÓGRAFO A partir de los datos obtenidos de un acelerógrafo, se puede obtener una relación del tamaño de un sismo. Sin embargo, no solamente la aceleración es la única medida para determinar el tamaño de un sismo. Con respecto a la forma de medir el tamaño de un terremoto, la Red Sísmica de Puerto Rico, indica lo siguiente: “Existen básicamente tres términos para describir el tamaño de un terremoto: intensidad, magnitud y aceleración”. Es necesario definir cada uno de estos términos y hacer la relación entre estos tres para comprender que significa cada uno de estos parámetros y cómo estos servirán para realizar representaciones por medio de la simulación sobre la evolución y el impacto de un sismo. Los terremotos pueden ser medidos en función de la cantidad de energía liberada (Magnitud) y/o mediante el grado de destrucción que ellos causan en el área afectada (Intensidad). La Magnitud y la Intensidad son dos medidas diferentes de un terremoto, aunque suelen ser confundidas por el público. Parte de esta confusión, probablemente se debe a la similitud en las escalas usadas para expresar estos parámetros.

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. Posteriormente, el uso de esta escala se extendió y fue aplicándose a los diferentes terremotos que ocurrían en el mundo. 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. “La magnitud de un sismo es una medida de su tamaño. Es un dato objetivo, es decir, es el mismo en cualquier parte del mundo donde se calcule”. Así mismo, la Red Sísmica de Puerto Rico indica que para obtener la magnitud de un sismo, se debe tomar el logaritmo en base 10 del mayor movimiento del suelo registrado durante la llegada de un tipo de onda sísmica. Se debe resaltar que al ser la escala logarítmica, la magnitud aumenta en una unidad con el aumento de diez unidades en la amplitud. Sin embargo, en cuanto a energía liberada por un terremoto, un incremento de unidad en la magnitud incrementa la cantidad de energía liberada en un factor de aproximadamente 30. Aunque existen diferentes escalas de magnitud, basadas en diferentes ondas, la mayoría de las mismas son reportadas en la escala Richter. Escala de magnitud o de Richter Fue ideada en 1935 por el sismólogo Charles Richter y los valores van de 1 al extremo abierto. La medición es cuantitativa, mide la energía sísmica liberada en cada sismo independientemente de la intensidad. Se basa en la amplitud de la onda registrada en un sismograma. Es la manera más conocida y más ampliamente utilizada para clasificar los sismos. Teóricamente no tiene límite, pero un 9 en esta escala equivaldría a un Grado XII de Mercalli, es decir "destrucción total". El mayor terremoto en la historia conocida, tuvo lugar en Chile, en 1960, alcanzando los 9.5 grados Richter. Magnitud, escala Richter Menos de 3.5

Efectos del sismo o terremoto Generalmente no se siente, pero es registrado

3.5-5.4

A menudo se siente, pero sólo causa daños menores

5.5-6.0

Ocasiona daños ligeros a edificios

6.1-6.9

Puede ocasionar daños severos en áreas donde vive mucha gente

7.0-7.9

Terremoto mayor. Causa graves daños

8 o mayor

Gran terremoto. Destrucción total a comunidades cercanas

INTENSIDAD De acuerdo con la red sísmica de Puerto Rico: “La intensidad es el aparente grado de sacudida que se siente en diferentes lugares. La intensidad es determinada en un sitio en particular, anotando los efectos que produce la sacudida en objetos, edificios, personas y en el terreno mismo”. La escala de intensidad utilizada generalmente, se llama Escala de Intensidad Modificada de Mercalli. Esta escala va desde el I (no sentido) al XII (destrucción total), la escala original constaba de diez grados y la que se usa actualmente, que la escala de Mercalli modificada, consta de doce grados. La intensidad es una medida de los efectos de un sismo sobre un área determinada. De modo que la intensidad es una medida subjetiva, y cuanto más lejos del epicentro se tome la medida, tanto menor será esta. 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. Inicialmente, el esfuerzo para determinar el tamaño de un terremoto estuvo basado necesariamente en las observaciones de los efectos del terremoto. La primera escala de intensidad fue elaborada en 1883 por M. de Rossi y F. Forel y reagrupa los efectos del terremoto en 10 grados de intensidad. En 1902, G. Mercalli introduce una nueva escala con 10 grados de intensidad, siendo posteriormente incrementada a 12 por A. Cancani. En 1923 Sieberg publica una escala más detallada, pero basada en el trabajo de Mercalli-Cancani. En 1931, O. Wood y F. Newmann proponen una nueva escala, modificando y condensando la escala de Mercalli-Cancani-Sieberg, surgiendo así la escala Mercalli Modificada (MM). Esta escala de 12 grados expresada en números romanos y fue ampliamente utilizada en el mundo. Sin embargo, actualmente se utiliza la escala MSK-1964 elaborada por tres sismólogos europeos:Medvedev, Sponhever y Karnik. Esta escala consta de 12 grados denotados de I a XII, la misma que ha sido adaptada para su aplicación en terremotos de Perú por Ocola (1979). Las áreas de igual intensidad son representadas sobre un mapa mediante líneas denominadas Isosistas. El centro de la línea de mayor intensidad es llamado epicentro Macrosísmico y puede ser diferente al epicentro real llamado Microsísmico. A fin de no confundir magnitud e intensidad, dos terremotos de igual magnitud pueden generar en superficie intensidades máximas muy diferentes. La intensidad es un parámetro muy importante para el estudio de terremotos históricos, es decir terremotos ocurridos en épocas cuando no habían sismógrafos (el primer sismógrafo data de 1880, John Milne). Los diferentes tipos de archivos de la época aportan información muy valiosa sobre los efectos de los terremotos históricos y después de un análisis crítico es posible estimar las intensidades en las regiones comprometidas por el terremoto, proporcionando de esta manera una herramienta útil para medir el tamaño de los terremotos históricos.

Escala de Intensidad o Mercalli

Es una evaluación cualitativa de la clase de daños causados por un sismo, debe su nombre al físico italiano Giuseppe Mercalli. Generalmente, un gran terremoto producirá valores de mayor intensidad que uno pequeño, pero hay otros factores capaces de afectar como la cantidad de energía liberada, la distancia del epicentro, la profundidad focal del sismo, la densidad de la población, la geología local del área, el tipo de constr...