Ondas (P y S) (R y L)

     La aplicación de un esfuerzo puntual mediante la liberación instantánea de energía en un macizo rocoso produce una deformación proporcional a tal esfuerzo, gobernada por la Ley de Hooke para esfuerzos relativamente pequeños que no sobrepasen el límite elástico del medio. 
     A partir del instante en que se rompe el equilibrio entre esfuerzo y deformación, por ejemplo cuando cesa el esfuerzo aplicado, la deformación se propaga a través del medio rocoso como una onda elástica. Son varios los tipos de ondas que se generan y propagan a partir de ese momento. 
     A efectos prospectivos cabe clasificarlos en dos grupos:

Ondas volumétricas que se transmiten a través del material pudiendo sufrir en su tránsito procesos de refracción y reflexión. Son las ondas de comprensión (P) y las de cizalla (S).

Ondas superficiales, tipos Rayleigh y Love que se transmiten por la superficie con mínima penetración en el material. El estudio de estas ondas en términos prospectivos tiene menor interés que el de las ondas volumétricas aunque existen métodos específicos basados en su estudio como el del Análisis Espectral de las Ondas Superficiales.

     A partir del punto interior de la tierra donde se produce un sismo se originan diversas ondas elásticas que se propagan en todas direcciones. estas ondas son detectadas por sismógrafos, instrumentos de registro continuo y que consisten simplemente en un péndulo al que se acoplan diversos mecanismos de amplificación, de amortiguamiento, de registro. etc. Un estudio detallado de las señales sísmicas inscritas en los sismogramas, como se les denomina a los registros de los sismógrafos, permite conocer las principales características del temblor que las produjo. Puesto que el movimiento producido por un temblor tiene tres componentes (una vertical y dos horizontales) para resgistrar cada una de las componentes.

     El estudio de un gran número de sismogramas ha permitido diferenciar dos tipos principales de ondas sísmicas: las ondas de cuerpo y las ondas superficiales.

     Las ondas de cuerpo son las más rapidas, y por lo tanto son las primeras que registran los sismografos. Estas ondas se dividen a su vez en longitudinales o compresionales (ondas P) y en transversales o de corte (ondas S).

Ondas de Cuerpo (Volumétricas)

Ondas P
Son las primeras en llegar a los sismógrafos por tanto las más veloces.
- Dependen de la compresibilidad del medio (como el sonido): ondas de compresión. Se transmiten por sucesivas compresiones y descompresiones del medio, con cambios de volumen.
- Como los sólidos, líquidos y gases se pueden comprimir, se propagan por todos los medios.
- El movimiento de vibración de las partículas es paralelo a la dirección de propagación, lo que implica mayor velocidad.

Ondas S
Son las segundas en llegar a los sismógrafos por tanto menos veloces que las P.
- Dependen de la elasticidad (rigidez) de las rocas: ondas de cizalladura. Se transmiten por una deformación cizallante (↓) que no hace variar el volumen.
- Como los sólidos tienen propiedades elásticas y los líquidos y gases no, sólo se propagan en medio sólido.
- El movimiento de vibración de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación, lo cual supone un mayor recorrido (menor velocidad).

Ondas Superficiales

     Las ondas superficiales representan la energía que ha sido atrapada en la superficie terrestre y son generadas por la interacción constructiva de las ondas de cuerpo con la estructura interna de la tierra. Este tipo de ondas se propagan paralelas a la superficie libre de medio. En los sismos poco profundos son las que transportan más energía las de mayor efecto destructor 
    Otra característica de este tipo de ondas es que tienen una amplitud maxima en la superficie libre y disminuye exponencialmente con la profundidad. Pueden ser registradas a grandes distancias, ya que a diferencias de las ondas de cuerpo, sufren una dispersión goemétrica con la distancia que es mucho menor (~1/√R para las ondas superficiales, mientras que para las ondas de cuerpo es ~1/R). 

     Existen basicamente dos tipos de ondas superficiales: las ondas de Rayleigh y las ondas de Love. Estas ondas juegan un papel muy importante en la sismología, no sólo porque son las ondas de amplitud más prominente en un sismograma registrado a gran distancia, sino también porque pueden ser utilizadas en estimaciones del momento sísmico, del mecanismo focal, de la profundidad focal de sismos remotos y en la descriminación entre temblores y pruebas nucleares.

 Ondas R    

      Aunque las ondas de superficie arriban después que las ondas de cuerpo, en algunos casos son casi enteramente responsables del daño y de la destrucción de los terremotos asociados. Este daño y la fuerza de las ondas superficiales se reducen en terremotos más profundos. Otra importante propiedad de las ondas superficiales es que exhiben dispersión, lo que se debe a que la velocidad de la onda en la superficie depende se su frecuencia (o periodo).

     Como se dijo anteriormente, un tipo de ondas de superficie son las ondas de Rayleigh, nombradas así por Johb William Strutt (conocido como Lord Rayleigh), quien matemáticamente predijo la existencia de esta clase de ondas en 1885. Estas son ondas de periodo largo que producen a su paso un movimiento elíptico-longitudinal de las partículas sobre un plano vertical.

     Son el resultado de la interacción en la superficie de la incidencia de ondas P y ondas SV planas y viajan paralelas a la superficie. Las ondas de Rayleigh viajan a lo largo de la superficie con un movimiento de partícula que elíptico retrógrado, es decir, las partículas del material se mueven describiendo una elipse en dirección opuesta a la direccióm de propagación de la energía. Dicho movimiento cambia a progrado con la profundidad pasando por un nodo en el cual no existe movimiento alguno de partícula. El eje vertical de la elipse es siempre el de mayor amplitud.


     La velocidad de propagación de las ondas de Rayleigh Vr es menor que las ondas S, siendo esta Vr = 0,92 Vs (para una razon de Poisson v = 1/4). Sin embargo, esta velocidad de propagación varía en función del periodo de la onda, por lo que se dice que las ondas de Rayleigh son ondas dispersivas, significando esto que las diferentes componentes armónicas de las onas Rayleigh que constituyen un sismo viajan con velocidades diferentes.

     Otro tipo de ondas de superficie son las ondas de Love. Estas está, formadas por la interferencia constructiva de múltiples reflexiones en la superfice libre de ondas SH. Las ondas de Love son más rápidas que las ondas de Rayleigh y por lo tanto arriban antes que ella en el sismograma. El movimiento de partícula para la onda de Love es paralelo a la superficie pero perpendicular a la dirección de propagación y se encuentra en la componente horizontal del sismograma. Las ondas de Love también son dispersivas, esto es, la velocidad de propagación de la onda depende de su frecuencia, siendo mayor para frecuencias menores.

 Ondas L
 


Gentileza:
Ing. Paul Gálvez


     












15 comentarios:

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  2. cual de las ondas sismicas que llega a la superficie es mas destructiva ? y cual es la razon ?

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  3. Estimado,

    Existen ondas de cuerpo, también llamadas volumétricas. Estas ondas son las ondas P y ondas S.
    Las ondas P, son las de compresión y las ondas S, son las de corte. Ambas se propagan más rápido que las ondas superficiales, pero la amplitud de las ondas de cuerpo es bajisima.
    En cambio las ondas superficiales no poseen una propagación rápida, es decir, frecuencia baja y por ende son más lentas que las ondas de cuerpo.
    Ahora bien donde esta el detalle, en la amplitud de las ondas superficiales, su valor en amplitud es considerable. La onda que provoca más daño es la onda superficial Rayleigh, ya que su amplitud es alta y su longitud de onda "largo".

    Gracias por consultar.
    Saludos.
    Atte.
    P.G.F.

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  4. Muy completo, gracias, lo sugerí como material de apoyo para mis estudiantes. Saludos.

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    1. Gracias a ustedes por interesarse en estos temas...

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  5. ondas elásticas que se propagan en un cuerpo de agua a gran profundidad? Si acaso, describa las circunstancias y explique su razonamiento. Si no, explique por qué no

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    1. Las ondas elásticas tienen su modo y forma de propagación.
      Elementalmente existen 3 medios, aire, agua y tierra (suelo).
      El núcleo esta en constante agitamiento térmico, lo que da como resultado la generación de estas ondas "volumétricas" y las "superficiales".
      Las ondas superficiales "Love y Rayleigh", normalmente son medidas en la superficie terrestre, la liberación de la energía que ellas transportan y al mismo tiempo liberan cuando cambian de medio, es decir, de tierra a aire; es la que genera mas daño.

      Bueno, en cambio las ondas volumétricas, P y S. Es posible que se propaguen en aire, agua y tierra (suelo).

      De acuerdo a una serie de mediciones sus valor típicos son:

      Onda "P": en aire 330 [m/s]
      en agua 1450 [m/s]

      Onda "S": en aire 190 [m/s]
      en agua 840 [m/s]

      Ahora bien, la propagación de ondas en el agua genera ondas sonoras y estas se combinan con las ondas sísmicas y es por este motivo que se puedan propagar a gran profundidad.
      Una cosa más, recuerda que el sonido en el agua no se atenúa nunca. Excepto en parte de las costas de Nueva Zelanda, misterioso pero cierto.

      Saludos, y espero haber respondido a tu inquietud.

      Si deseas averiguar mas de ondas en el agua o hielo...
      Mejor información la manejan los Glaceologos.

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    2. Saludos, soy Ing geólogo y me encanto este contenido.

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  6. hay una utilidad de las ondas sismicas que tiene que ver con el descubrimiento de las capas de la tierra o me equivoco

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  7. Nuestro planeta es totalmente dinámico y no lineal, esto significa que no existe un patrón literalmente fijo para asegurar la dirección y velocidad de una partícula.

    Las ondas sísmicas no es lo único que se mide para determinar el movimiento de placas y el muy conocido efecto de sitio.
    Una variable importante es el período fundamental del suelo, el cual vincula ondas verticales y la onda horizontal. Con ello es posible determinar el espectro de aceleración del suelo y determinar zonas más críticas en donde posiblemente el suelo afecte más a las construcciones.

    Ahora bien, las capas al estar en constante movimiento pueden provocar a lo largo del tiempo, afloramiento rocoso o licuefación mediante plasma magmático.
    Para lograr un dato real, se utilizan redes de acelerómetros.

    El posible descubrimiento de capas de la tierra, solo se debería a la fragmentación de una de estas...
    Cosa bastante imposible de manera natural.

    Pero no imposible de manera artificial.
    ¿Como?
    R1: mediante estímulos eléctricos pequeños, pero constantes.
    R2: mediante alteración del magnetismo del planeta, en sus diversos sectores.

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  8. Hola me gustaría saber si las ondas p se pueden medir con un acelerometro o algún sensor de bajo costo? , estoy investigando acerca de este tipo de ondas, si tienen material sobre ellas estaría bastante agradecido

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  9. Estimado,

    Las ondas P, siempre llegan primero que las ondas S.
    Técnicamente, el suelo siempre está vibrando y genera 4 tipos de ondas:

    * Las corporales:
    * Onda P de compresión.
    * Onda S de corte.

    *La superficiales:
    *Ondas Rayleigh. (siendo esta la más dañina).
    *Ondas Love.

    Están puestas en orden de llegada, y también en orden creciente de intensidad, es decir, las que llegan primero, tiene menor intensidad que las siguientes. Normalmente la onda P es 1.73 veces más rápida que la onda S. Y la onda S es 1.13 veces más rápida qué onda R.

    Después de todo este preámbulo, siempre existen ondas, el detalle es la intensidad de estas. Para tal efecto los aerógrafos están ajustados para leer estos cambios de velocidad, y los instrumentos que tú tienes poseen un indicador, tipo alarma cuando la onda P supera cierto umbral. Dicho umbral lo da el fabricante.

    En lo que concierne a las siguientes alertas después de un sismo de gran magnitud. Se deben a 2 posibles motivos:
    *La amortiguación del sector es mala (efecto de sitio), por lo tanto, sigue midiendo hasta que se estabilice de acuerdo a las réplicas que trae el sismo central, es decir, lee armónicas de gran intensidad y eso es normal.
    *Y también puede ser que, si el equipo no está certificado, puede ser que no esté bien ajustado o simplemente mal instalado.

    Saludos cordiales.

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