Cimentación elevada para edificios: definición y aislamiento sísmico
Cimentación elevada para edificios: cómo el aislamiento sísmico reduce movimientos y daños; materiales y diseño clave para mejorar la seguridad estructural en zonas sísmicas.
La cimentación elevada de edificios (EBF) es un tipo de tecnología de aislamiento de la base sísmica que se convierte en una parte importante de la superestructura de un edificio. Se hace para proteger la superestructura del edificio contra los daños causados por las sacudidas de un terremoto.
Este objetivo puede alcanzarse con los materiales de construcción, el tamaño y la configuración de la EBF adecuados para la obra y las condiciones locales del suelo.
Como resultado de las múltiples reflexiones y difracciones de las ondas, así como de la disipación de energía de las ondas sísmicas a medida que suben a través de la EBF, se reducirá cualquier movimiento de la energía de las ondas sísmicas hacia la superestructura del edificio, lo que reducirá las cargas sísmicas y mejorará el rendimiento sísmico de la estructura.
En otras palabras, el edificio no tiembla tanto porque está asentado sobre los cimientos elevados del edificio, y probablemente sufrirá menos daños por el terremoto.
Cómo funciona la cimentación elevada
La EBF actúa modificando la forma en que las ondas sísmicas llegan a la superestructura. Sus mecanismos principales son:
- Reflexión y refracción: cambios en las propiedades del medio (densidad, rigidez) provocan que las ondas se reflejen o refracten, reduciendo parte de la energía transmitida hacia arriba.
- Difracción y dispersión: la geometría y heterogeneidad de la cimentación dispersan la energía en distintas direcciones y frecuencias.
- Disipación interna: materiales y juntas en la EBF pueden convertir energía dinámica en calor, atenuando las vibraciones.
- Desacoplamiento: en algunos diseños la EBF introduce una discontinuidad que reduce la transferencia directa de movimiento entre el terreno y la superestructura.
Materiales y configuraciones habituales
Las EBF pueden construirse con diversos materiales y configuraciones según las características del proyecto y del suelo:
- Rellenos compactados y capas filtrantes para crear una sección con distintas impedancias sísmicas.
- Pilotes o losas elevadas que sostienen la superestructura a una cota superior a la del terreno natural.
- Elementos disipativos integrados en la cimentación (por ejemplo, capas de material viscoelástico o juntas previstas para deformación controlada).
- Hormigón armado y muros de contención diseñados para soportar fuerzas horizontales y verticales adicionales producidas por el desplazamiento sísmico.
Consideraciones de diseño
Al diseñar una EBF se deben tener en cuenta factores técnicos y operativos:
- Caracterización del suelo: perfil estratigráfico, velocidades de ondas sísmicas, capacidad portante y riesgo de licuefacción.
- Nivel sísmico de la zona: intensidad esperada, espectros de diseño y requerimientos normativos.
- Compatibilidad estructural: deformaciones permitidas, sujeción de elementos no estructurales, y continuidad de servicios (tuberías, conducciones eléctricas), que suelen requerir soluciones flexibles.
- Control de asentamientos y estabilidad: la elevación puede incrementar momentos y fuerzas que requieren verificación de vuelco y capacidad última.
- Análisis dinámico avanzado: modelado de interacción suelo‑estructura, propagación de ondas y análisis modal o en el dominio del tiempo para estimar respuestas reales.
Ventajas
- Reducción de la energía sísmica transmitida a la superestructura y, por tanto, de las cargas sísmicas sobre la edificación.
- Mejor comportamiento global en términos de daño estructural y funcionalidad tras el sismo.
- Posibilidad de combinarse con otras estrategias (aisladores, disipadores) para optimizar la protección sísmica.
- Adaptable a distintos tipos de suelo mediante el ajuste de materiales y geometría.
Limitaciones y riesgos
- Puede generar mayores desplazamientos relativos y requerir detalles constructivos para acomodar movimientos (juntas, conexiones flexibles).
- Coste inicial mayor en algunos casos y mayor complejidad constructiva.
- Requiere estudios geotécnicos y análisis dinámicos específicos; un diseño incorrecto puede no proporcionar la reducción esperada.
- Problemas de mantenimiento si no se prevén drenaje y control de la humedad en la zona elevada.
Mantenimiento e inspección
Para garantizar la eficacia a largo plazo de una EBF es recomendable:
- Revisiones periódicas de asentamientos, fisuras y protección contra la erosión.
- Inspección de juntas, sellos y elementos disipativos después de eventos sísmicos significativos.
- Mantenimiento de drenajes y control de la humedad para evitar degradación de materiales.
Normativa y análisis técnico
El uso de cimentaciones elevadas con finalidad de aislamiento sísmico debe ajustarse a las normas y guías técnicas vigentes en cada país. Los proyectos suelen requerir:
- Estudios geotécnicos detallados y modelado numérico de la respuesta frente a movimientos sísmicos.
- Verificación estructural de la superestructura y de la propia EBF ante cargas combinadas (sísmicas, permanentes, de viento).
- Coordinación con instalaciones y elementos no estructurales para garantizar seguridad y continuidad de servicio.
En resumen, la cimentación elevada es una estrategia eficaz para reducir la transmisión de energía sísmica a un edificio cuando se diseña y ejecuta adecuadamente. Su éxito depende de un análisis integral que incluya el comportamiento del suelo, la geometría de la cimentación, los materiales empleados y las medidas de detalle constructivo y mantenimiento.
Vista inferior del Edificio de Servicios Municipales asentado sobre los estribos de sus cimientos elevados, Ciudad de Glendale, CA
Edificio de Servicios Municipales sísmicamente retroalimentado en Glendale, CA
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la cimentación elevada de edificios (EBF)?
R: La cimentación elevada de edificios (EBF) es una tecnología de aislamiento de bases sísmicas que protege las superestructuras de los edificios contra los daños causados por los terremotos.
P: ¿Cómo protege la EBF contra los daños causados por los terremotos?
R: La EBF protege contra los daños de los terremotos disminuyendo el movimiento de la energía de las ondas sísmicas hacia la superestructura del edificio, reduciendo las cargas sísmicas y mejorando el comportamiento sísmico de la estructura.
P: ¿Qué factores son importantes para la instalación de la EBF?
R: Los materiales de construcción, el tamaño y la configuración adecuados de los cimientos elevados del edificio para la obra y las condiciones locales del suelo son factores importantes para la configuración de la EBF.
P: ¿Pueden los EBF evitar por completo los daños provocados por los terremotos?
R: No, la EBF no puede evitar por completo los daños de los terremotos, pero puede reducir la cantidad de daños que sufre un edificio durante un terremoto.
P: ¿Cuáles son algunos de los efectos de las ondas sísmicas que se desplazan a través de la EBF?
R: A medida que las ondas sísmicas se desplazan a través de la EBF, experimentan múltiples reflexiones y difracciones de ondas, así como disipación de energía, lo que disminuye la cantidad de energía de las ondas sísmicas que penetra en la superestructura del edificio.
P: ¿Cómo cambia la EBF la forma en que los edificios responden a los terremotos?
R: La EBF disminuye la cantidad de movimiento y sacudidas que experimenta un edificio durante un terremoto, lo que puede reducir la cantidad de daños sufridos por el edificio.
P: ¿Existen limitaciones a la eficacia de la EBF?
R: Sí, existen limitaciones a la eficacia de la EBF. Por ejemplo, puede que no funcione tan bien en zonas con una actividad sísmica muy activa y no sustituye a las buenas prácticas de diseño y construcción de edificios.
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