Ondas Sísmicas: Definición, Tipos, Propagación y Mucho Más

Las Ondas Sísmicas también son denominadas como Ondas Elásticas, estas posee una fuerza grande en cuanto a la propagación de formas temporales y son las que tienden a generar pequeños movimientos en las Placas Tectónicas.

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¿Que son las Ondas Sísmicas?

Las Ondas Sísmicas son una clase de onda llamada elástica que es muy fuerte en cuanto a la propagación de las perturbaciones temporales del campo de tensiones que tienden a generar movimientos mínimos en las Placas Tectónicas.

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Las Ondas Sísmicas pueden llegar a ser creadas por los llamados movimientos telúricos los cuales son producidos de forma natural, los más grandes de los cuales pueden llegar a causar diversos daños en las áreas donde existen asentamientos urbanos.

Existe 1 clase de rama completa de la sismología, que es la que se encarga del estudio e investigación de todo tipo correspondiente a este fenómeno físico. Las Ondas Sísmicas también pueden llegar a ser creadas de manera artificial como por ejemplo con el uso de ciertos explosivos o con los camiones vibroseis. La sísmica es la rama perteneciente a la sismología que se encarga del estudio de dichas ondas artificiales.

Esta clase de Ondas son oscilaciones que se tienden a propagar desde 1 fuente que puede ser tanto un foco o del hipocentro a través de un medio de material elástico que tiende a ser sólido y líquido que va transportando la energía mecánica. Se pueden clasificar en:

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Corpóreas

Las llamadas Corpóreas suelen viajar por el interior de la Tierra y son clasificadas en:

  1. Primarias ( P )

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  2. Secundarias ( S )

Superficiales

Las denominadas Superficiales, como el nombre lo describe, se suelen desplazar por la superficie del planeta y se dividen en 2 clases de ondas que son:

  1. Ondas Love ( L )

  2. Ondas Rayleigh ( R )

Tipos de Ondas Sísmicas

Existen 2 tipos de ondas sísmicas que son las Ondas Internas o también denominadas de cuerpo y las Ondas Superficiales. Existen también otros modos de propagación de estas ondas, sin embargo son de una importancia muy mínima para las ondas que se producen en la Tierra, a pesar de que estas son muy relevantes en cuanto al campo de la astrosismología, pero especialmente en la ciencia de la heliosismología.

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Ondas Internas

Las llamadas Ondas Internas son las que viajan a través del interior de la tierra. Estas siguen caminos curvos por causa de la variada densidad y también de la composición del interior de la Tierra. Este tipo de efecto es muy parecido al de la refracción de las ondas de luz. (Ver artículo: Continente Americano).

Las ondas internas se tienden a transmitir los llamados temblores preliminares de un terremoto sin embargo el poder destructivo que posee en muy poco. Las ondas internas se encuentran divididas en 2 grupos diferentes que son:

  1. Las Ondas Primarias ( P )

  2. Las Ondas Secundarias ( S )

Las Ondas ( P ) o Primarias

Las nominadas Ondas P o en otros casos también conocidas como las Primarias se deriva del verbo griego, se trata de las ondas longitudinales o compresionales, que significa que el suelo es comprimido de una manera alternada y también se va dilatado en dirección de la propagación.

Estas clases de ondas por lo general tienden a viajar a una velocidad mayor de 1.73 veces más que las ondas S o secundarias de igual manera pueden llegar a viajar por medio de cualquier clase de material tanto en estado líquido como en estado sólido. Las Velocidades típicas de estas ondas son de 1.450 m/s en el agua y más o menos unos 5.000 m/s en el granito.

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Las Ondas ( P ) de Segunda Especie

Según la teoría de Biot, en el caso de los medios que son porosos que se encuentran saturados por un fluido, las llamadas perturbaciones sísmicas se tienden a propagar en forma de 1 denominada Onda Rotacional o también conocida como Onda S y de 2 compresionales. Las 2 ondas compresionales se suelen nominar como:

  • Ondas P de Primera

  • Ondas S de Segunda especie

Las ondas de presión de 1ra especie suelen corresponder a una clase de movimiento del fluido y del sólido en la fase, entretanto que para las ondas de 2da especie el tipo de movimiento del sólido y del fluido se tiende a producir fuera de la fase.

Según Biot este demuestra que las ondas de 2da especie se suelen extender a unas velocidades mínimas a diferencia de las de 1ra especie, debido a esto es por tal motivo que se suele referir a ellas respectivamente como las ondas lenta y rápida de Biot. Las ondas lentas son las que tienen una naturaleza disipativa y su amplitud tiende a decae rápidamente con la distancia desde el origen de la fuente.

Las Ondas ( S ) o Secundaría

Las conocidas Ondas S que también son denominadas como las Ondas Secundarias derivadas del mismo verbo griego, consiste en las ondas en las cuales el tipo de desplazamiento es de una manera transversal a la dirección de su propagación. La velocidad de esta clase de onda tiende a ser mucho menor a diferencia de las ondas primarias.

Debido a todo esto, dichas ondas suelen aparecer en el terreno poco después de las primeras. Estas Ondas Sísmicas son las que llegan a generar las oscilaciones que van durante el movimiento sísmico y también son las que producen la mayor parte de los daños ocasionados en los movimientos de tierra. Esta no es del tipo que de onda que se traslada a través de los elementos líquidos. Posee una velocidad aproximada de unos 4 a 7 km/s.

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Las Ondas Superficiales

Cuando las ondas internas tienden a llegar a la superficie, es cuando se generan las Ondas L, que se suelen propagar por la superficie de manera de discontinuidad de la interfase de la superficie terrestre sea tanto por tierra – aire y / o tierra – agua. Estas son las causantes de los diversos daños que son producidos por los sismos en las construcciones. Estas clase de ondas son las que tienen una mínima velocidad de propagación a diferencia de las otras 2.

Oscilaciones Libres

Son las que se producen únicamente por medio de los terremotos que son muy fuertes o también de gran intensidad y pueden llegar a definirse como las vibraciones de la Tierra en su gran totalidad.

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Las Ondas de Love

Las nombradas Ondas de Love son una clase de ondas superficiales que tienden a producir un tipo de movimiento de manera horizontal de corte en la superficie. Estas se denominan así debido o en honor al gran matemático llamado Augustus Edward Hough Love del Reino Unido, quien fue el que desarrolló un gran modelo matemático de dichas ondas en el año 1911.

La velocidad de las ondas Love es de un 90% de la velocidad de las ondas S y también es ligeramente algo superior a la velocidad de las ondas de Rayleigh. Estas ondas solo únicamente se tienden a propagar por las superficies, es decir, solo por el límite entre las áreas o los niveles, por ejemplo la superficie de un terreno o por la discontinuidad de Mohorovicic.

Resultado de imagen para Ondas de LoveOndas de Rayleigh

Las denominadas Ondas Rayleigh que de manera errónea frecuentemente es llamada Raleigh, también son nominadas como ground roll, estas son las ondas superficiales que tienden a producir un tipo de movimiento elíptico retrógrado en el suelo.

La existencia de dichas ondas fueron predichas por el experto investigador llamado John William Strutt, reconocido como Lord Rayleigh, en el año 1885. Son clase de ondas son más lentas que las ondas internas y su velocidad de propagación suele ser casi de un 90% de la velocidad de las ondas S.

Ondas Transversales 

La Onda Transversal es aquella en la que el tipo de movimiento de oscilación tiende a ser de manera perpendicular a la dirección a la que se extiende, es parecida como las ondas electromagnéticas, o también a las olas del mar. La alternancia en el tipo de desplazamiento de los puntos de 1 cuerda que se encuentra tensa es la que constituyen a 1 onda típicamente llamada transversal.

El tipo de desplazamiento de sus puntos es de manera perpendicular a la dirección de su propagación como mencionamos anteriormente y es en cualquier instante. En este caso dicho desplazamiento coincide con la representación de la función de la onda con el aspecto que suele presenta la cuerda.

Cualquier equivalente de puntos del medio en los distintos estado de vibración se encuentran desfasados y si la diferencia de la fase llegase a ser de 90º se podría decir que se encuentran en oposición. En este tipo de caso los 2 puntos poseen siempre el mismo valor opuesto del desplazamiento.

Como ya se ha señalado anteriormente, esta clase de onda transversal es también de la misma manera el de las vibraciones de los llamados campos eléctrico y de los campo magnético en las ondas electromagnéticas. Una onda electromagnética que puede llegar a propagarse en el espacio vacío no tiende a producir un desplazamiento puntual de masa.

Resultado de imagen para Ondas TransversalesOndas Mecánicas Longitudinales

Una nominadas Onda Longitudinal es una clase de onda en la que el tipo de movimiento de oscilación de las partículas del medio tiende a ser de forma paralela a la dirección de la propagación de la onda. Las ondas longitudinales también suelen recibir el nombre de ondas de presión o en ciertas ocasiones ondas de compresión.

Un ejemplo de las onda longitudinal es el sonido, es decir la Acústica. En las Ondas Sísmicas también se tienen la presencia de estas ondas longitudinales.

Las Ondas Mecánicas longitudinales pueden o tienden a llegar a propagarse a través de los medios o materiales tanto:

  • Sólidos

  • Líquidos

  • Gaseosos

Sin embargo las ondas mecánicas transversales solo pueden llegar propagarse por medio de los que son sólidos. Esto es de esa forma debido a que los puntos de 1 onda transversal tienden a oscilar de manera paralelas a un plano, lo cual suele requerir que el medio tiene que ejercer fuerza paralelas al plano.

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Un medio que sea solidó puede llegar ejercer dichas fuerzas, aunque un fluido no.

Por lo consiguiente, solo aquellas ondas longitudinales se pueden llegar a propagar en los medios fluidos como por ejemplo el aire y el agua.

Para que se produzca un tipo de onda mecánica son muy necesarias las siguientes condiciones mencionadas a continuación:

  • Una clase de fuente de perturbación.

  • Un tipo de medio a través del cual se puede llegar a propagar la perturbación.

  • Un tipo de mecanismo por medio del cual las llamadas partículas del medio puedan interactuar entre sí para de esa forma intercambiar la energía.

Las ondas mecánicas necesitan contar con las siguientes características:

  • La onda se llegara a propagar desde la fuente en todas las direcciones en las que le sea posible hacerlo.

  • Unas 2 ondas pueden llegar a entrecruzarse en el mismo punto del medio sin la necesidad de modificarse 1 a la otra. Esta propiedad es denominada interferencia.

  • La velocidad de la onda es una clase de propiedad dependiente de manera única de las características físicas del medio, a excepción de en el caso de las ondas a flexión en la que son también un tipo de función de la frecuencia.

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¿Cómo se Propagan las Ondas Sísmicas?

Al llegar a producirse un sismo, existen 3 tipos básicos de ondas que son las que producen la sacudida que es sentida y es la que también causa los daños; de los cuales únicamente 2 se propagan en diversas direcciones en el interior de la Tierra; por ello se les es nominadas ondas internas. La más rápida de dichas es la onda primaria u onda P, la cual cuya velocidad tiende a variar todo es dependiendo del tipo de roca, puede ser de entre 1.100 y 8.000 m/s.

La característica principal de dicha onda es que de manera alternada tiende a comprimir y a expandir la roca, en la misma orientación que su trayectoria. Esta es capaz de poder propagarse por medio de las rocas que sean sólidas y también de los líquidos; como por ejemplo:

  • El Magma

  • Los Océanos

Además, se puede llegar a transmitir a través de la capa de la tierra llamada atmósfera; en ciertas ocasiones, en el caso de las personas y también los animales la tienden a percibir como una especie de sonido grave y profundo.

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La 2da onda, también llamada secundaria u onda S, es la que suele viajar a una mínima velocidad en comparación con la P que por lo normal es entre 500 y 4,400 m/s. Mientras esta se va propagando, tiende a deformar el material de forma lateral con respecto de su trayectoria. Por esta misma razón este tipo de onda no es transmitida en los fluidos como líquidos y gases.

Cuando tiende a ocurrir un terremoto lo primero es que se siente, en un lugar a cierta distancia del propio epicentro, la onda P, con un efecto de tipo retumbo que hace vibrar todas las paredes y hasta las ventanas.

Unos segundos posteriores es cuando llega la onda S, con una clase de movimiento de forma vertical que va de arriba hacia abajo y viceversa y también de lado a lado, de tal manera que va sacudiendo la superficie del terreno de manera vertical y horizontal. Este es el tipo de movimiento responsable de los daños causados a las construcciones, en las áreas cercanas al epicentro e incluso a unas distancias considerables.

El 3er tipo de Ondas Sísmicas es las llamadas ondas superficiales, la cual cuya característica única es el poder propagarse por la parte o zonas más superficial de la corteza terrestre; a medida que la profundidad del mismo aumenta va disminuyendo la amplitud de su movimiento. Las ondas superficiales que son generadas por el terremoto se pueden llegar a clasificar en 2 grupos que son:

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  1. Ondas Love, llamadas de esta manera en honor de su descubridor, el famoso físico A.E.H. Love, las cuales son las que deforman las rocas parecidamente a las ondas S, no obstante únicamente en dirección horizontal.

  2. Ondas Rayleigh, denominadas de esta forma en honor de Lord Rayleigh, estas son las que producen un tipo de movimiento vertical, muy parecido al de las olas marinas.

Velocidad de las Ondas Sísmicas

Se puede llegar a demostrar de manera teórica y también se puede observa de forma experimental que la velocidad de las ondas es tal que:

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VR,L < Vs < Vp. En donde Vp, Vs y VR,L

todas estas son las velocidades de las ondas P, S, de Rayleigh y respectivamente de Love.

Entre las 2 últimas no se puede llegar a establecerse un tipo de orden de velocidades debido a que ellas tienden a depender de diversos factores y no siempre suelen viajar con la misma velocidad.

Las velocidades de las distintas ondas suelen depender de las características del medio; como por ejemplo, en en caso de las rocas ígneas la velocidad de las ondas ( P ) es del orden de unos 6 Km/s, entretanto que en las rocas que son poco consolidadas es de aproximadamente unos 2 Km/s o hasta menor. (ver artículo: Energía Térmica).

La secuencia que normalmente ocurre en un terremoto es, que primero el arribo de un ruido sordo el cual es causado por las llamadas ondas ( P ), posteriormente las ondas ( S ) y por ultimo el ” retumbar ” de la tierra es causado por las denominadas ondas superficiales.

Velocidad de la Onda Sísmica P y S

A continuación se pueden ver las diferentes clases de velocidades de las ondas en distintos medios:

Medio 

Velocidad de la onda primaria (vp) en m/ seg.

Velocidad de la onda secundaria (vs) en m/seg.

Granito

5.200

3.000

Basalto

6.400

3.200

Calizas

2.400

1.350

Areniscas 

3.500

2.150

Durante el proceso de cambio de un medio al otro las Ondas Sísmicas tienden a cambiar su velocidad, esto significa que también van a ir separándose en una parte reflejada y en otra parte refractada.

Refracción de las Ondas Sísmicas

La Refracción Sísmica es uno de los tipos de métodos sísmicos de la ciencia de la geofísica aplicada. En este tipo de método se tiende a medir el tiempo de la propagación de las ondas elásticas, que ha transcurrido entre un lugar donde se generan las Ondas Sísmicas y también la llegada de dichas ondas a distintos puntos de observación. (ver artículo: Alquimia).

Para esto se tiene que disponer de una serie de sensores en línea recta a unas distancias conocidas, llegando a formar lo que se conoce como el tendido sísmico o también la línea de refracción sísmica.

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La aplicación que tiende a ser mucho mas común para los métodos de la llamada refracción sísmica en la materia de la ingeniería civil consiste en el poder determinar la profundidad al basamento en los proyectos de levantamientos de las represas y de las grandes estructuras hidroeléctricas, y para llegar a poder determinar las condiciones tanto de la meteorización, fracturación y competencia de las rocas en donde se llegaran a asentar las estructuras.

Así como también de donde se llegaran a realizar los túneles. También es un método muy útil para lograr la detección de fallas geológicas.

Este tipo de método se suele basar en la determinación de los tiempos de recorrido de las ondas P o primarias, las ondas longitudinales o también de las ondas compresionales, desde un punto reconocido es decir de la fuente sísmica hasta una serie de sensores los cuales son conocidos como geófonos que están ubicados a lo largo de una línea de adquisición.

Unas ves conocido el tiempo de recorrido y la distancia entre la fuente y los geófonos, se puede llegar a establecer a que velocidad de propagación va del medio ubicado entre ambos. La refracción sísmica tiende a permitir la reconstrucción de un perfil de Vp 2D o 3D en cuanto a la función de la profundidad a lo largo de la línea de los geófonos.

Dichas velocidades se encuentran controladas por los parámetros elásticos que tienden a describir el material y pueden llegar a correlacionarse con incontable propiedades geomecánicas.

Este tipo de método es muy útil para poder determinar, de forma rápida, la estructura del subsuelo.

Comportamiento de las Ondas Sísmicas en las Rocas

Los parámetros característicos de las rocas, que se llegan a determinar con los métodos sísmicos son:

  • Las velocidades de las ondas P y S
  • El coeficiente de reflexión
  • La densidad

Las Propiedades de las rocas, que tienden a influir en estos parámetros son los siguientes:

  • Petrografía, que trata del contenido en minerales.

  • El Estado de compacidad

  • La Porosidad es igual al porcentaje o proporción de espacio vacío es decir los poros que se encuentran en una roca.

  • El Relleno del espació vacío o también quiere decir de los poros.

  • La Textura y la estructura de la roca

  • La Temperatura.

  • La Presión

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¿Cómo se Mide una Onda Sísmica?

Un terremoto el cual también es denominado Seísmo, Sismo o particularmente, temblor de tierra se puede llegar a medir la magnitud y también su intensidad. Para esto, se pueden llegar a usar diversas escalas; entre las cuales las que son más comunes son la de Richter y la de Mercalli. (ver artículo: Dorsal Oceánica).

  1. La Escala de Richter es la que mide la magnitud = Causa

  2. La Escala de Mercalli es la que se encarga d medir la Intensidad = Efecto

La Escala de Richter

La escala Sismológica de Richter, es también denominada como la escala de magnitud local conocida por sus siglas ( ML ), esta es una escala de forma logarítmica arbitraria la cual es nominada de esta manera en honor al famoso sismólogo estadounidense llamado Charles Richter del año 1900-1985.

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La Escala de Mercalli

Los expertos sismólogos utilizan un tipo de método muy diferente para poder calcular los efectos producidos de los sismos, como por ejemplo la intensidad. La intensidad no debe de ser confundida con la magnitud del mismo. Sin embargo cada clase de sismo posee 1 solo valor de magnitud, todos los efectos tienden a variar de un lugar a otro, y existirán diversas estimaciones diferentes con respecto a la intensidad.

Tabla de referencia sobre la Escala de Mercalli

Intensidad

 Descripción

I. Muy débil

Lo advierten muy pocas personas y en condiciones de percepción especialmente favorables (reposo, silencio total, en estado de mayor concentración mental, etc.)

II. Débil

Lo perciben sólo algunas personas en reposo, particularmente las ubicadas en los pisos superiores de los edificios.

III. Leve

Se percibe en el interior de los edificios y casas. No siempre se distingue claramente que su naturaleza es sísmica, ya que se parece al paso de un vehículo liviano.

IV. Moderado

Los objetos colgantes oscilan visiblemente. Es sentido por todos en el interior de los edificios y casas. La sensación percibida es semejante al paso de un vehículo pesado. En el exterior la percepción no es tan general.

V. Poco Fuerte

Sentido por casi todos, aún en el exterior. Durante la noche muchas personas despiertan. Los líquidos oscilan dentro de sus recipientes y pueden derramarse. Los objetos inestables se mueven o se vuelcan.

VI. Fuerte

Lo perciben todas las personas. Se siente inseguridad para caminar. Se quiebran vidrios de ventana, vajillas y objetos frágiles. Los muebles se desplazan y se vuelcan. Se producen grietas en algunos estucos. Se hace visible el movimiento de los árboles y arbustos.

VII. Muy fuerte

Se experimenta dificultad para mantener en pie. Se percibe en automóviles en marcha. Causa daños en vehículos y estructuras de albañilería mal construidas. Caen trozos de estucos, ladrillos, cornisas y diversos elementos electrónicos.

VIII. Destructivo

Se hace difícil e inseguro el manejo de vehículos. Se producen daños de consideración y a veces derrumbe parcial de estructuras de albañilería bien construidas. Caen chimeneas, monumentos, columnas, torres y estanques. Las casas de madera se desplazan y se salen totalmente de sus bases.

IX. Ruinoso

Se produce inquietud general. Las estructuras corrientes de albañilería bien construidas se dañan y a veces se derrumban totalmente. Las estructuras de madera son removidas de sus cimientos. Se pueden fracturar las cañerías subterráneas.

X. Desastroso

Se destruye gran parte de las estructura de albañilería de toda especie. Algunas estructuras de madera bien construidas, incluso puentes, se destruyen. Se producen grandes daños en represas, diques y malecones. Los rieles de ferrocarril se deforman levemente.

XI. Muy desastroso

Muy pocas estructuras de albañilería quedan en pie. Los rieles del ferrocarril quedan fuertemente deformados. Las cañerías quedan totalmente fuera de servicio.

XII. Catastrófico

El daño es casi total. Se desplazan grandes masas de rocas. Los objetos saltan al aire. Los niveles y perfiles de las construcciones quedan distorsionados.

 

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