Placas Tsunamis

CURSO GEOLOGÍA

CIV-323

ALUMNOS CARRERA DE INGENIERÍA

CIVIL

UV

Sismicidad (+Tsunamis)

2014 Eleonora Muñoz.

PARTE I – Tema 2

Qué postula / cómo explica el movimiento

Antecedentes

Teoría Tectónica de Placas (alrededor 1960)

PARTE I – Tema 2

Movimientos convectivos en el manto

PARTE I – Tema 2

Teoría Tectónica de Placas

Las placas tectónicas se desplazan unas respecto a otras con velocidades entre 1 y 10 cm/año e interaccionan unas con otras a lo largo de sus fronteras o límites provocando intensas deformaciones en la corteza, lo que ha dado lugar a la formación de grandes cadenas montañosas y grandes sistemas de fallas.

– Placa Pacífica – Placa Filipina

– Placa Pacífica – Placa Norteamericana

– Placa Árabe – Placa Africana

– Placa Hindú - Placa Euroasiática

– Placa Africana – Placa Sudamericana

– Placa Euroasiática – Placa Norteamericana

PARTE I – Tema 2

El contacto por fricción entre los

bordes de las placas es responsable

de la mayor parte de los terremotos.

PARTE I – Tema 2

Tectónica de Placas y zonas sísmicamente activas

PARTE I – Tema 2

Tectónica de Placas

ZONAS SÍSMICAMENTE ACTIVAS RECIENTES

PLACAS TECTÓNICAS

Convergencia de placa de Nazca

bajo Sudamericana del orden de

8 cm/año

Convergencia en zona de Fosa

Chile Austral es de 2 cm/año

Al Oeste de Golfo de Penas,

existe un “punto triple” (contacto

de 3 placas).

Se forma la dorsal de Chile

(expansión 4 cm/año)

http://cienciasdelatierra2011.blogspot.com/2011/06/tectonica-de-placas.html

http://www.geology.um.maine.edu/geodynamics/analogwebsite/UndergradProjects2005/MKF_ERS416_2005/HTML/Background.html

PARTE I – Tema 2

El ángulo de descenso varía entre 25° y 90°

(inferido a partir de la localización de

focos sísmicos)

Margen tipo Chileno – tipo Mariano

Sismicidad

registrada entre

los 29º y los 35º S

entre los años

1980 y 2007 por

el Servicio

Sismológico

Nacional. Se

representan los

epicentros por

colores según su

profundidad.

Rauld, 2011

Secciones en profundidad de la sismicidad registrada en la Zona de Chile central (Rauld, 2011)

Otros datos relevantes (paréntesis):

La zona de subducción de la placa de Nazca se divide en 5 fragmentos

relevantes (Barazangi e Isacks 1976). Cada uno tiene ángulo de subducción

particular.

En Chile se reconocen 3 segmentos relevantes:

Norte Grande de Chile: ángulo de subducción entre 25° y 30°

Zona de valles transversales (entre 26° y 33° lat. Sur): ángulo

subducción 10°

Zona sur de 33° lat Sur.: ángulo subducción 30°

Volcanismo activo

PARTE I – Tema 2

PARTE I – Tema 2

Terremotos y Tsunamis

Por qué, cómo y dónde se producen los terremotos

Magnitudes y escalas de medición

Tsunamis (el hermano terrible del terremoto)

Predicciones ?

Cultura sísmica: Cómo y cuando actuar

El contacto por fricción entre los bordes de las placas es

responsable de la mayor parte de los terremotos.

PARTE I – Tema 2

Terremotos y Tsunamis

A pesar que los terremotos a la escala humana nos parecen fenómenos bruscos

y agresivos, a la escala de procesos y fenómenos geológicos, son procesos suaves y

lentos que responden a una dinámica interna de la tierra

NOS RECUERDAN QUE LA TIERRA ES UN SISTEMA

DINÁMICO EN PERMANENTE MOVIMIENTO Y CAMBIO

Debido a lo inesperado de su ocurrencia y potencia destructiva a la cual no

estamos acostumbrados en forma cotidiana, los terremotos corresponden a uno

de los fenómenos naturales que más impacta al ser humano, tanto en su

dimensión social como en lo personal.

PARTE I – Tema 2

Por qué, cómo y donde se producen los terremotos

Los terremotos tienen una relación directa con los márgenes

convergentes y márgenes transversales de placas.

Debemos entender que las fuerzas tectónicas que originan los

sismos, así como el desplazamiento de las placas es de acción

continua.

El desplazamiento de las placas a escala humana es lento (10

cm/año). Condiciones que generan acumulación de tensiones.

Cuando la cohesión entre placas se rompe, se produce un sismo y el

desplazamiento ocurre en segundos, liberando la energía en forma

brusca.

PARTE I – Tema 2

Caso Chile: Zona Sísmica producto de margen convergente (subducción de corteza

oceánica bajo corteza continental). Subducción de placa de Nazca bajo placa Sudamericana.


Por ejemplo, la placa

de Nazca se mueve 7

cm/año hacia el Este y la

placa Sudamericana se

mueve 3 cm/año hacia

el Oeste (esto hace un

movimiento relativo de

colisión de 9 a 10

cm/año) (*) Fuente: Departamento de Geofísica U. de Chile


Los terremotos pueden ser de diferentes tipos:

Terremotos Tectónicos (más importantes tanto en términos de magnitud

como en número), causados por un rápido deslizamiento que tiene lugar en

las fallas geológicas o bien por un deslizamiento repentino en las zonas de

contacto entre dos placas tectónicas.

Terremotos asociados a erupciones volcánicas como resultado de rápidos

movimientos de magma, colapso de cavidades magmáticas o fisuramiento de

las mismas durante el ascenso del magma por un dique o de la chimenea de

un volcán

Producidos por grandes deslizamientos de tierra

Explosiones o reventones de roca durante laboreo minero

PARTE I – Tema 2


ZONAS DE RIESGO SISMOLÓGICO EN SUDAMÉRICA (Rojo zona de mayor riesgo. Verde Casi nulo)

PARTE I – Tema 2

Hipocentro o Foco: Punto en el interior de la Tierra, en el cual se da inicio a la ruptura que genera un sismo (puede variar desde pocos Km. Hasta 700 Km.)

Epicentro: Punto en la superficie de la Tierra ubicado directamente sobre el foco o hipocentro

Distancia Epicentral: Distancia entre un observador y el epicentro de un sismo medida sobre la superficie de la Tierra

Algunos conceptos básicos

PARTE I – Tema 2


PARTE I – Tema 2

Hipocentro o Foco: Punto en el interior de la Tierra, en el cual se da inicio a la ruptura que genera un sismo (puede variar desde pocos

Largo de la zona de ruptura

Sismos interplaca

históricos con

magnitud

estimada o

calculada mayor a

7.2, y sus áreas de

ruptura

estimadas. (Rauld

2011)

PARTE I – Tema 2

La Magnitud de un sismo, se considerar como un tamaño relativo de

un temblor.

Antes se describía la energía liberada en forma de ondas (originalmente para

terremotos de California). Escala de Richter. Hoy se utiliza comúnmente la

Magnitud de Momento (estimación del área que se rompe).

La Intensidad de un sismo es una medida cualitativa de los efectos en un

lugar determinado debido a un sismo.

Un sismo tiene sólo una medida de magnitud y varias observaciones de

intensidad


Terremotos tectónicos en márgenes convergentes (subducción): Caso Chile

PARTE I – Tema 2

Fuentes sismogénicas

~ 10 Km.

PLACA OCEÁNICA (NAZCA)

FOSA

FUSION PARCIAL

PLACA CONTINENTAL

(SUDAMERICANA)A

B

C

D

E

-W- -E-

MOVIMIENTOS

CONVECTIVOS EN EL MANTO

En las zonas de subducción se producen 4 tipos de terremotos:

(A): Terremotos tipo Intra placa (outer rise)

(B): Terremotos tipo Inter placa (Thrust)

(C): Terremotos Profundidad intermedia Intra placa (60 < h < 150 Km.)

(D): Terremotos Superficiales Intra placa (h < 20 Km.)

(E): Terremotos Profundos Intra placa (h > 150 Km.). Los mayores han sido

detectados a 800 Km.

La mayoría de los terremotos en Chile son de tipo B y C (y el 95% de ellos son a

profundidades menores que 100 Km.)

PARTE I – Tema 2


PARTE I – Tema 2


70 - 100 Km.

PLACA OCEPLACA OCEÁÁNICA (NAZCA)NICA (NAZCA)FOSA

FUSION PARCIAL

PLACA CONTINENTAL PLACA CONTINENTAL

(SUDAMERICANA)(SUDAMERICANA)AB

C

D

ELa mayoría de los terremotos en Chile

son de tipo B y C (y el 95% de ellos son

a profundidades menores que 100 Km.)

ZONA DE WADATI - BENIOFF

-W- -E-

MOVIMIENTOS MOVIMIENTOS

CONVECTIVOS EN EL MANTOCONVECTIVOS EN EL MANTO

70 - 100 Km.


FUSION PARCIAL



C

D





-W- -E-



70 - 100 Km.


FUSION PARCIAL



C

D





-W- -E-



A B

C D

MATERIAL ELÁSTICO QUE SE DOBLA GENERA CAMPOS

EXTENSIONALES

COMO PLACAS CHOCAN, SE GENERAN REACCIONES DE

TIPO CARGA DESCARGA (=> LIBERACIÓN ENERGÍA)

PLACA OCEÁNICA RUGOSA. SE GENERAN ZONAS

ENGANCHADAS QUE SE DESTRABAN REPENTINAMENTE

PROFUNDIDAD INTERMEDIA. PLACA SE ROMPE Y SE

DESPLAZA METROS (CASO 1960 CHILLÁN)

SUPERFICIALES MUY DESTRUCTIVOS Y EN ZONAS LA

CORDILLERA ABSORBE DEFORMACIÓN (MOVIMIENTO DE

FALLAS REGIONALES)

Terremotos tipo Intra placa (outer rise) Terremotos tipo Inter placa (Thrust)

Terremotos Profundidad intermedia Intra

placa (60 < h < 150 Km.)

Terremotos Superficiales Intra placa (h < 20

Km.)

TAREA TECTÓNICA DE PLACAS

PARTE I – Tema 2


En palabras simples, los terremotos tectónicos se producen por que durante el

movimiento de las placas, las rocas se estiran cómo una banda elástica, acumulan

energía y se deforman

En determinado minuto, no son capaces de soportar esa deformación y tensión

y se deforman en forma brusca, ya sea:

Recobrando su forma original

Rompimiento

PARTE I – Tema 2 PARTE I – Tema 2


Durante un terremoto, se generan ondas sísmicas en distintas direcciones (lo

que sentimos es su manifestación es superficie, que hacen que sintamos que el

piso se mueve de arriba abajo y de un lado hacia otro)

Las ondas típicas que se reconocen son:

Ondas P (primarias): Ondas longitudinales a la fuente. Compresionales

Ondas S (secundarias): Ondas transversales a la fuente. Corte

Ondas Rayleigh

Ondas Love (L)

VIAJAN A TRAVÉS DE LA TIERRA

SUPERFICIALES

Las ondas P (primarias) viajan a velocidades del orden de 5 a 6 Km/seg

Las ondas S (secundarias) viajan a velocidades menores que las primarias (Vs = Vp/3)

Cuando ambas ondas tocan superficie, su amplitud aumenta (se amplifica) y se acoplan

PARTE I – Tema 2


Las ondas P tiran y empujan, comprimen y estiran, atraviesan los cuerpos, cambiando transitoriamente el volumen de estos cuando los atraviesan y luego se recuperan elásticamente

Las ondas S sacuden los cuerpos

FUENTE

P

S ^ k


Las otras ondas típicas que se reconocen son:

Ondas Rayleigh: Ondas de superficie generadas a partir de ondas P y S, contenidas en un plano vertical que

contiene la dirección de propagación de la onda. El suelo se mueve hacia adelante, arriba, atrás y hacia abajo.

Ondas Love (L): Las Ondas L son horizontales. El suelo se mueve de un lado a otro en un plano horizontal en

ángulo recto a la dirección de propagación de la onda. Pueden ser las más destructivas en caso de terremotos

debido a que frecuentemente poseen grandes amplitudes que producen esfuerzos de corte a nivel de las

fundaciones de las estructuras.

PARTE I – Tema 2


PARTE I – Tema 2


PARTE I – Tema 2

Sismómetro: Estos son los principios básicos.

La Tierra se mueve, y por ende, también mueve todo el instrumento del sismómetro.

Tanto el peso suspendido como el lápiz, se mantienen relativamente estacionarios.

A medida que la base de concreto se mueve, el lápiz estacionario dibuja una línea de tinta en el papel sobre el cilindro rotatorio.

PARTE I – Tema 2

Sismograma:

Arriba puede verse un sismograma registrado en Rusia en un terremoto de 1909 en Asia.

Tres tipos de onda son observadas: ondas P (primaria), S (secundaria) y L (superficial o de Love).

Un hecho importante de destacar, es la diferencia en el tiempo entre la llegada de las ondas P y S.

PARTE I – Tema 2

Ondas de cuerpo:

Dos tipos de ondas se mueven a través de la Tierra (son las ondas de cuerpo):

(a) Ondas P. Son las ondas que viajan más rápido, semejante al movimiento del vaivén de un resorte (en un graniteo a 4.8 km/seg).

(b) Ondas S. Se mueven en un movimiento hacia arriba y hacia abajo perpendicular a la dirección de avance. Semejante a las ondas en una cuerda sacudida. (en un granito a 3 km/seg).

PARTE I – Tema 2

Ondas superficiales:

Las ondas superficiales son creadas cuando las ondas de cuerpo golpean la superficie de la tierra.

Son similares a las ondas creadas al tirar una roca en un lago.

Consisten de ondas Love que están polarizadas horizontalmente y de ondas Raleigh, que provocan tanto movimiento vertical como horizontal.

Estas ondas viajan más despacio que las ondas de cuerpo, pero con menos atenuación debido a su longitud de onda larga y baja frecuencia.

PARTE I – Tema 2

Transmisión de ondas

sísmicas por el interior de

la Tierra

PARTE I – Tema 2

La destrucción causada

por los terremotos puede

ser provocada por las

ondas sísmicas

propiamente tal (que

mueven, sacuden el suelo y

estructuras).

La destrucción generada

dependerá de muchos

factores (tipo

construcción, tipos

de suelos,

distancias de la

fuente, diseño de

estructuras,

duración de

vibraciones, etc.)

CONO DONDE SALIÓ

ARENA

AGRIETAMIENTO

ESCALONADO

ENTORNO A CONO

PARTE I – Tema 2

Daños adicionales pueden ser por fenómenos como la licuefacción

de suelos, o movimiento de terrenos, caídas de rocas, etc.

Otros daños colaterales son los incendios (por ruptura de

cañerías), destrucciones de redes de agua, comunicaciones

PARTE I – Tema 2

Zonificación sísmica (NCh 433 Of1996)

PARTE I – Tema 2

Efecto de Sitio

Roldán et al, 1998

Aguirre et al, 2005

PARTE I – Tema 2

Predicciones

No es factible la predicción de terremotos, sin embargo los especialistas determinan una “ventana o brecha sísmica” que es el lugar donde se estima puede ocurrir un sismo importante debido a una acumulación continua de energía

En el caso último de Chile (27 Febrero 2010) se sabía de una ventana sísmica entre la zona de Constitución – Concepción

Antes de un terremoto, se generan sismos precursores los cuales pueden ocurrir en ventanas de días, meses incluso años

En otros países (Japón) hay estudios que pretenden acercarse a una predicción (deformación gadual de rocas, comportamiento animal, cambios en niveles de agua subterránea, conductividad eléctrica)

Ventajas GPS, estudios relacionados con la liberación de energía generada en un terremoto

PARTE I – Tema 2

Tsunamis (el hermano terrible del terremoto)

La palabra Tsunami viene del japonés (ola de bahía) y es un término aceptado internacionalmente para designar marejadas producidas por impulsos en masas de agua

Los maremotos o tsunamis corresponden a una o un

grupo de olas de gran energía, que se desplazan a gran velocidad que se producen cuando algún fenómeno extraordinario desplaza verticalmente una gran masa de agua.

Según su magnitud, pueden causar enormes daños materiales y pérdidas de vidas al alcanzar las costas continentales e islas oceánicas

PARTE I – Tema 2

Tsunamis

TSUNAMI

FALLA

SISMO

SUPERFICIE DEL MAR

PISO OCEANICO

Mecanismos Generadores

SISMOS (94%)

DERRUMBES COSTEROS

PARTE I – Tema 2

Tsunamis

Mecanismos Generadores

CAÍDA DE METEORITOS

ERUPCIONES VOLCÁNICAS

PARTE I – Tema 2

Tsunamis

Fuente: Curso Geografía del Mar, Pontificia Universidad Católica de Chile


Dislocación del Fondo Marino

PARTE I – Tema 2

Tsunamis

PARTE I – Tema 2

Tsunamis

La dislocación de la corteza terrestre en las zonas de subducción produce un desplazamiento en el fondo marino, cuya energía se transmite a la masa de agua y es radiada desde la zona de generación en forma de ondas de período largo.

DISLOCACIÓN DE LA CORTEZA

DESPLAZAMIENTO FONDO MARINO

ENERGÍA TRANSMITIDA A MASA DE AGUA

FORMACIÓN DE ONDAS DE PERÍODO LARGO

Condiciones para la generación de un tsunami de origen tectónico:

La mayor parte del área de ruptura del sismo esté bajo el lecho marino y a una profundidad menor a 60 km

Importante componente vertical del desplazamiento

Cantidad de energía libera (suficiente)

Estas condiciones son de carácter cualitativo y actualmente no existe ningún

modelo teórico confiable que permita determinar el potencial tsunamigénico de un sismo.

(Fuente: Evaluación de riesgo de tsunami en Quintero, Chile. Patricio Winckler Grez, Javier Vásquez Álvarez, 2008)

PARTE I – Tema 2

Tsunamis

En un tsunami, puede retirarse el mar y posteriormente avanzar como una gran ola (tren de olas) o sencillamente avanzar directamente sobre la tierra (cambio anómalo en el nivel del mar, generalmente se presenta un aumento o recogimiento previo de las aguas).

Los períodos de retorno entre las olas (lapso de tiempo entre el paso de dos olas sucesivas) son de 15 a 60 minutos

Cuando llegan a superficie, disminuyen su velocidad (fenómenos refracción) y longitud de onda, aumentan su altura

PARTE I – Tema 2

Tsunamis

La altura alcanzada por un tsunami al arribar a la costa se debe a la interacción de varios factores físicos y morfológicos

Características de las ondas en mar abierto

Batimetría del fondo

Configuración de la costa

Fenómenos de difracción, refracción y reflexión de las ondas en las distintas formaciones costeras, etc.

Costa Este Norteamérica

PARTE I – Tema 2

Tsunamis

PARTE I – Tema 2

Tsunamis


PARTE I – Tema 2

Tsunamis

El Sistema Nacional de Alarma de Maremotos (SNAM) comprende 4 aspectos básicos: Programa Período de Retorno: referido al cálculo de la probabilidad de ocurrencia en el tiempo. Cálculo de Curvas de Seguridad de Inundación en los sectores costeros. Se considera en general la cota de 20 m desde nivel de más alta marea, por ejemplo para Antofagasta se estima una cota de riesgo 13 metros.

Sistema local de alerta: determina hora probable de llegada de las olas a través de los registros sismológicos y los registros de mareas Emergencia Social: encargado de educar y coordinar a poblaciones potencialmente amenazadas.


Generación de olasGeneración de olasGENERACIÓN DE LAS OLAS: vientos, mareas, corrientes y maremotos.

CIV203 PARTE I – TEMA 2. ADICIONAL TSUNAMI


Tsunamis: Características Físicas

La velocidad de propagación de las olas de un tsunami dependerá de la profundidad del océano.

Puede ser calculada como:

V = d g

(V: Velocidad de propagación, g: aceleración de gravedad y d: profundidad del fondo marino)

Para el Océano Pacífico la profundidad media es de 4.000 m, lo que da una velocidad de propagación promedio de 198 m/s ó 713 km/h. De este modo, si la profundidad de las aguas disminuye, la velocidad del tsunami decrece.

PROFUNDIDAD (m) VELOCIDAD (nudos)

9000 582

5400 451

1800 260

900 184

180 82

18 26

V = d g




Parámetros físicos y geométricos de la onda de tsunami (Ramírez, 1986. En Curso Fuente: Curso Geografía del Mar, Pontificia Universidad Católica de Chile)

d > PEO

d < PEO

El efecto orbital alcanza una profundidad igual a la mitad de su longitud de onda (PROFUNDIDAD EFECTO ORBITAL PEO = ½ L)

Una ola generada por el viento sólo en grandes tormentas puede alcanzar unos 300 metros de longitud de onda, lo cual indica que ejercerá efecto hasta 150 metros de profundidad.

Los tsunamis tienen normalmente longitudes de onda que superan los 50 kilómetros y pueden alcanzar hasta 1000 kilómetros, en tal caso el efecto orbital es constante y vigoroso en cualquier parte del fondo marino, ya que no existen profundidades semejantes en los océanos.

PEO



La Longitud de las ondas (L) de un tsunami se puede calcular en función de la velocidad de la onda (V) y el período (T) de la forma:

L = V x T

Por ejemplo, para una velocidad de propagación V = 713 km/h, y un período T = 15 minutos, la longitud de onda es L = 178 km.

Debido a su gran longitud onda (50 kilómetros y pueden alcanzar hasta 1000

kilómetros), el desplazamiento de un tsunami a grandes profundidades se manifiesta en la superficie oceánica con amplitudes tan solo de unos pocos centímetros




PARÁMETRO TSUNAMI OLA COMÚN

Velocidad Máxima 900 Km./hora y más < 100 Km./hora

Período De 10 a 90 minutos < 15 segundos

Altura o amplitud mar adentro Pocos centímetros < 13 metros

Altura o amplitud costa 1 a 30 metros ~ 6 metros

Influencia en el fondo Perturba totalmente el fondo Sólo en playa

El efecto destructor de un tsunami se genera cuando las olas alcanzan aguas menos profundas, perdiendo velocidad y el agua se empiezan a “apilar” (fenómenos de refracción, disminuyen su velocidad y longitud de onda, aumentando su altura)

El agua puede avanzar cientos de metros, y a veces un par de kilómetros tierra adentro (en función de la morfología y geografía costera)

El impacto de avance de las olas es destructivo.

El impacto del retroceso es mayor pues se suma el arrastre

Tsunamis: Impacto y efecto destructor



Tsunamis: Impacto y efecto destructor

La capacidad destructiva del tsunami en áreas costeras depende de:

Magnitud del fenómeno que lo induce (considerar la magnitud y profundidad del foco en caso de ser un sismo).

Topografía submarina.

Distancia a la costa desde el punto donde ocurrió el fenómeno (epicentro).

Configuración de la línea de costa.

Influencia de la orientación del eje de una bahía respecto al epicentro

Presencia o ausencia de corales o rompeolas, y el estado de la marea al tiempo de la llegada del tsunami.

Influencia de la topografía en superficie, incluye pendientes y grado de rugosidad derivado de construcciones, árboles y otros obstáculos en tierra.

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