Ondas sísmicas introducción



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ONDAS SÍSMICAS

Introducción

    Si desplazamos un diapasón de su posición de equilibrio y lo soltamos repentinamente, percibimos su sonido característico. Lo mismo sucede en la Tierra, un sismo consiste precisamente en la liberación repentina de los esfuerzos impuestos al terreno. De esta manera, la tierra es puesta en vibración. Esta vibración es debida a la propagación de ondas como en el caso del diapasón.

    En un terremoto se transmiten ondas que viajan por el interior de la tierra. Siguen caminos curvos debido a la variada densidad y composición del interior de la Tierra. Este efecto es similar al de la refracción de ondas de luz. A este tipo de ondas se llaman ondas internas, centrales o de cuerpo, transmiten los temblores preliminares de un terremoto pero poseen poco poder destructivo. Las ondas de cuerpo son divididas en dos grupos: ondas primarias (P) y secundarias (S).

    También se propagan ondas por la superficie. Son las que más tardan en llegar.  Debido a su baja frecuencia provocan resonancia en edificios con mayor facilidad que las ondas de cuerpo causando los efectos más devastadores. Hay ondas superficiales de dos tipos: de Rayleigh y de Love.

Ondas Primarias (P)http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_06_07/io3/public_html/ondas/p.gif



Las ondas P (PRIMARIAS) son ondas longitudinales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la dirección de la propagación. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a través de cualquier tipo de material. Velocidades típicas son 330m/s en el aire, 1450m/s en el agua y cerca de 5000m/s en el granito.

Como viajan a una velocidad veces mayor que las ondas secundaria se registran primero en un sismómetro o sismógrafo, por tanto hay una diferencia de tiempo entre los registros de las ondas primarias y las ondas secundarias



 Si se pudiera describir una onda primaria, diríamos que es una onda del tipo longitudinal, es decir su desplazamiento es en la dirección del eje de propagación , es lo que ocurre cuando se aplica una compresión en un resorte y esta perturbación se propaga a lo largo del mismo.

Como dato aparte. Estas ondas se propagan más rápidamente en un medio de alta densidad, en consecuencia dependen de la elasticidad del medio, en física este parámetro se representa por el módulo de compresión, que en el caso da las rocas tectónicas es del orden de los 3 a 4 giga-pascales por metro cuadrado.

En la práctica, estas ondas primarias son el “primer latigazo” que percibimos en un sismo de gran intensidad.

 





Ondas Secundarias (S)http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_06_07/io3/public_html/ondas/s.gif

Las ondas S (SECUNDARIAS) son ondas transversales o de corte, lo cual significa que el suelo es desplazado perpendicularmente a la dirección de propagación, alternadamente hacia un lado y hacia el otro. Las ondas S pueden viajar únicamente a través de sólidos debido a que los líquidos no pueden soportar esfuerzos de corte. Su velocidad es alrededor de 58% la de una onda P para cualquier material sólido. Usualmente la onda S tiene mayor amplitud que la P y se siente más fuerte que ésta.

Una descripción cotidiana de estas ondas se puede entender como una perturbación que se genera en una cuerda. En donde un punto de esta oscila perpendicularmente al eje de propagación, son ondas cuya velocidad de propagación son más lentas.

La amplitud de estas ondas va disminuyendo, precisamente por las refracciones que va experimentando en su propagación en los distintos medios que va encontrando por el camino. Esto ocurre porque las rocas van cambiando de densidad, en consecuencia cambian de medio y de acuerdo a la ley de Snell cambian su velocidad, si en su propagación subterránea encontraran además “bolsas de aire” o de agua, disminuirían aún más su velocidad.

La experiencia muestra que estas ondas son los movimientos verticales que experimentamos en un sismo de gran intensidad( sentimos que nos movemos arriba y abajo a gran intensidad)

 Estas ondas sísmicas secundarias , que son las verdaderamente destructivas , se clasifican según su características de propagación y sus efectos en dos tipos:





Ondas de Rayleighhttp://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docencia/ing_ond_1/trabajos_06_07/io3/public_html/ondas/rayleigh.gif

    Cuando un sólido posee una superficie libre, como la superficie de la tierra, pueden generarse ondas que viajan a lo largo de la superficie. Estas ondas tienen su máxima amplitud en la superficie libre, la cual decrece exponencialmente con la profundidad, y son conocidas como ondas de Rayleigh en honor al científico que predijo su existencia. La trayectoria que describen las partículas del medio al propagarse la onda es elíptica retrógrada y ocurre en el plano de propagación de la onda. Una analogía de estas ondas lo constituyen las ondas que se producen en la superficie del agua.

Para entenderlas, se puede pensar que en el lugar que se produce el sismo, sobre la superficie terrestre corresponde al Epicentro y la profundidad bajo la superficie de la tierra corresponde al Hipocentro.

Cuando la onda secundaria de Rayleigh se propaga desde el Hipocentro va cambiando su velocidad por las distintas densidades que encuentra a su paso porque el módulo de elasticidad de la roca no es uniforme, es decir sufre refracciones, y va produciendo perturbaciones perpendiculares a su eje de propagación ( la roca sube y baja) , en este punto tiene cierta amplitud( un punto de la roca oscila de “arriba abajo” una distancia determinada. Cuando “sube” a la superficie su amplitud aumenta porque sobre ella no “encuentra roca”





Ondas de Love

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Las ondas Love son las que provocan cortes horizontales en la tierra.

 

 

 

   Otro tipo de ondas superficiales son ondas de Love llamadas así en honor del científico que las estudió. Estas se generan sólo cuando un medio elástico se encuentra estratificado, situación que se cumple en nuestro planeta pues se encuentra formado por capas de diferentes características físicas y químicas. Las ondas de Love se propagan con un movimiento de las partículas, perpendicular a la dirección de propagación, como las ondas S, sólo que polarizadas en el plano de la superficie de la Tierra, es decir sólo poseen la componente horizontal a superficie. Las ondas de Love pueden considerarse como ondas S "atrapadas" en la superficie. Como para las ondas de Rayleigh, la amplitud de las mismas decrece rápidamente con la profundidad. En general su existencia se puede explicar por la presencia del vacío o un medio de menor rigidez, tiende a compensar la energía generando este tipo especial de vibraciones.

Si pudiéramos “ver las ondas” sísmicas que viajan desde el hipocentro mirándolas desde la superficie terrestre , veríamos un punto de la roca oscilando de arriba a abajo , y cuando llegan a la superficie , como la densidad del medio en el que se van a refractar , es de menor densidad(el aire) , de acuerdo a la ley de Snell se alejarían de la normal , en consecuencia cambian la dirección de propagación , aumentando su amplitud y se “arrastran” y mueven las partículas de la superficie de un “lado a otro” y no de arriba abajo”



El tema no es tan sencillo, pues se producen ondas de todos los tipos, las que llegan se transforman en ondas del tipo Love, y las que aún están ascendiendo son Rayleigh. Aparte de las rareferacciones, los trenes de ondas, las ondas sincronizadas , las desfasadas, las superposiciones positivas , que aumentan la amplitud, las negativas que producen el efecto contrario , es decir en un sismómetro o sismógrafo se vería un registro que no es muy claro , pero que hay que interpretar y modelar.



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Velocidad de las Ondas

    Se puede demostrar teóricamente 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 últimas 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 características del medio; por ejemplo, en rocas ígneas la velocidad de las ondas P es del orden de 6 Km/s,(¡21.600km/h!) mientras que en rocas poco consolidadas es de aproximadamente 2 Km/s o menor.

     La secuencia típica de un terremoto es: primero el arribo de un ruido sordo causado por las ondas ("P"), luego las ondas ("S") y finalmente el "retumbar" de la tierra causado por las ondas superficiales.



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