Servicio Geológico Nacional
Area de Sismología
Edwin R. Alvarenga, Ing. Civil en Unidad Técnica, CIG.
Douglas A. Hernández, Ing. Civil Coordinador de Unidad Investigación
y Desarrollo, CIG.
Daniel A. Hernández Flores, Ing. Civil Subdirector, CIG
Escalas
de Magnitud
Al
momento de producirse un sismo, gran parte de la Energía
Sísmica
se libera en forma de calor y una pequeña parte mediante la propagación de
diversas tipos de ondas que hacen vibrar la corteza terrestre. Dentro de estas
ondas encontramos las de Cuerpo que viajan a grandes distancias a
través de la roca, identificándose las ondas P, primarias o de compresión,
que producen que las partículas experimenten un movimiento paralelo a la
dirección de propagación y las ondas S, secundarias o de corte, inducen un
movimiento transversal. Otro tipo de onda son las Superficiales,
las cuales se deben a reflexiones y refracciones de las ondas de cuerpo cuando
éstas llegan a la superficie o a una interfase entre estratos, se identifican
dentro de éstas ondas las Rayleigh con movimiento vertical y elíptico, y las
Love con movimiento horizontal.
Con la
finalidad de medir y analizar el movimiento producido por un sismo fue diseñado
a finales del siglo pasado el sismógrafo; el registro obtenido se denomina
sismograma que es un gráfico de las ondas sísmicas o una representación
amplificada del movimiento del terreno. La diferencia en el arribo de las ondas
P y S, permite la localización del epicentro del sismo. El tamaño de los
sismos puede ser expresado en términos de su Magnitud o de su Intensidad.
La Intensidad
es un índice de los efectos causados por un temblor y depende de las
condiciones del terreno, la vulnerabilidad de las edificaciones y la distancia
epicentral. Para estandarizar los niveles de intensidad se utilizan escalas tal
como la Escala
Mercalli Modificada (MM).
La Magnitud
es un valor único y es una medida cuantitativa del sismo relacionada con la
energía sísmica liberada. Teóricamente la magnitud no tiene límite superior,
pero está limitada por la resistencia de las rocas en la corteza terrestre y la
longitud de ruptura probable en la falla. Para su determinación han sido
creadas diferentes escalas, dependiendo del tipo de onda en que se basa la
medición tenemos:
1.
Magnitud Local ( ML ).
La idea
de medir la magnitud de un sismo basado en un registro instrumental fue
introducido en 1935 por Charles Richter, Sismólogo de California Technological
Institute. Fue definida para sismos locales en California para un radio de
aproximadamente 600 km y se determina a partir de la máxima amplitud registrada
por un sismógrafo Wood Anderson con constantes específicas (período = 0.8
segundos, amplificación estática = 2800 y factor de amortiguamiento = 0.8)
ubicado a 100 kilómetros de la fuente sísmica. Para su determinación se
utiliza la siguiente expresión:
ML
= 1og A – log Ao
Donde A
es la máxima amplitud de la traza registrada y Ao la
amplitud máxima que sería producida por un sismo patrón, siendo éste aquel
que produciría una deflexión de 0.001 mm en un sismógrafo ubicado a 100 km
del epicentro.
Ya que la
escala de magnitud es logarítmica, el incremento en una unidad de magnitud
significa un aumento en diez veces de la amplitud de las ondas en el sismograma,
lo cual no debe confundirse con lo que sucede con la energía
sísmica liberada en donde un incremento en magnitud equivale a un aumento de
aproximadamente 31.5 veces de energía.
2.
Magnitud de Ondas Superficiales( MS ).
Esta
escala se basa en la amplitud máxima producida por las ondas superficiales
Rayleigh con período en el rango de 18 a 22 segundos. La expresión para
determinar su valor es la siguiente:
MS
= log10 (A/T) + 1.66 log10 D + 3.30
Donde A
es la máxima amplitud horizontal del terreno medida en micrómetros, T
es el período de la onda en segundos y D la distancia epicentral en
grados.
3.
Magnitud de Ondas de Cuerpo ( mb ).
La
determinación de la magnitud MS para los sismos con
profundidad focal mayor a 50 kilómetros se dificulta, debido a que no se
generan ondas de superficie con suficiente amplitud; para compensar ésto se
utilizó un factor de corrección de tal forma que se pudieran utilizar las
ondas de cuerpo. La magnitud mb se basa en la amplitud
de ondas de cuerpo con períodos cercanos a 1.0 segundos, para su determinación
se utiliza la siguiente expresión:
mb
= log (A/T) + Q(D,h)
donde A
es la amplitud del terreno en micrómetros, T es el período en segundos
y Q es un factor de atenuación que está en función de la distancia D
en grados y la profundidad focalh en kilómetros.
Las
escalas de magnitud MS y mb no
reflejan adecuadamente el tamaño de sismos muy grandes, subestiman su valor y
dan una estimación poca exacta de la energía liberada, lo que se ha denominado
saturación de las escalas de magnitud. Las máximas magnitudes mb
se encuentran alrededor de 6.5 a 6.8, y la magnitud MS
entre 8.3 a 8.7. Así también la magnitud definida empíricamente con base en
la amplitud de las ondas sísmicas no permite definir el tamaño del sismo en términos
del proceso físico de ruptura y de las dimensiones de la zona de dislocación.
La
introducción del concepto de Momento Sísmico en la sismología, ha aportado
una medida para designar el tamaño de un sismo que está en función directa de
las propiedades físicas de la roca y de las dimensiones del área que sufre la
ruptura. Es a partir de este concepto que se ha desarrollado la magnitud de
momento.
4.
Magnitud Momento( MW ).
La
cantidad de energía liberada por un sismo a partir del Momento Sísmico se
define así:
MO
= :
DA
En la
cual MOes el momento sísmico, medido en dinas-cm, :es
la rigidez de la roca en dinas/cm2 , D es el desplazamiento
promedio de la falla en cm y A es el área del segmento que sufrió la
ruptura expresada en cm2.
La nueva
escala de magnitud, denominada magnitud momento fue desarrollada por Hiroo
Kanamori de California Technological Institute. Para su determinación se
utiliza la siguiente expresión:
MW
=2/3 log MO – 10.7
Las
magnitudes de los sismos grandes fue recalculada usando esta nueva escala y para
algunos de ellos cambió notablemente, tal como sucedió con el sismo de Chile
de 1960 que tenía una magnitud MS de 8.3 y que al
calcularle la magnitud momento ésta fue de 9.5 convirtiéndose así en el sismo
de mayor magnitud hasta hoy registrado.
5.
Magnitud Energía ( Me ).
La
cantidad de energía irradiada por un sismo es una medida del potencial de daño
a las estructuras. El cálculo de esta magnitud requiere la suma del flujo de
energía sobre un amplio rango de frecuencias generadas por un sismo. Debido a
limitantes instrumentales, la mayoría de cálculos de energía han dependido
históricamente de la relación empírica desarrollada por Beno Gutenberg y
Charles Richter.
Log10E
= 11.4 + 1.5 Ms
Donde la
energía E es expresada en Ergios. La magnitud basada en la energía irradiada
por un sismo se puede definir de la siguiente manera:
Me=2/3log10
E - 9.9
6.
Magnitud de duración, Md .
Esta
magnitud es una variación del concepto de magnitud local que se emplea en
algunas redes. Su nombre proviene del hecho que es calculada con base a la
duración del registro de la señal sísmica. Su expresión es la siguiente:
Md=
a log(J)
- b + c?°
Donde J
es la duración del registro de la señal sísmica en segundos, ?° la
distancia epicentral y a,b,c son coeficientes ajustados para que Md
corresponda a ML .
A
continuación se detallan los sismos de mayor magnitud ocurridos en el mundo a
partir de 1900.
| No |
Localización |
Fecha
UTC |
Magnitud
(Mw) |
|
1 |
Chile |
22 de mayo
de 1960 |
9.5 |
| 2 |
Prince
William
,
Alaska |
28 de
marzo de 1964 |
9.2 |
| 3 |
Andreanof Islands
,
Aleutian Islands |
9 de marzo
de 1957 |
9.1 |
| 4 |
Kamchatka |
04 de
noviembre de 1952 |
9.0 |
| 5 |
Frente
a la Costa de Ecuador |
31 de
enero de 1906 |
8.8 |
| 6 |
Rat Islands
,
Aleutian Islands |
04 de
febrero de 1965 |
8.7 |
| 7 |
Frontera
India-China |
15 de
agosto de 1950 |
8.6 |
| 8 |
Kamchatka |
03 de
febrero de 1923 |
8.5 |
| 9 |
Banda Sea
,
Indonesia |
01 de
febrero de 1938 |
8.5 |
| 10 |
Kuril Islands |
13 de
octubre de 1963 |
8.5 |
Referencias
1.
Sauter, Franz, 1989, Fundamentos de Ingeniería Sísmica-Introducción a la
Sismología, 1° Ed.Editorial Tecnológica de Costa Rica, Costa Rica.
3. Bolt, B., Bullen,
K.(1985). An introduction to the Theory of Seismology, fourth edition,
Cambrigde University Press.
4. Measuring the Size of an Earthquake, United States
Geological Survey (USGS).
