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