Evaluación del comportamiento sísmico y la capacidad de colapso de estructuras duales de pórtico y muro de hormigón armado considerando la interacción suelo-estructura bajo condiciones de suelo variables

Por qué importa el terreno bajo los edificios

Cuando imaginamos edificios resistentes a terremotos, solemos centrarnos en la resistencia de columnas, vigas y muros. Sin embargo, una parte crucial de la historia está fuera de la vista, en el suelo y las cimentaciones que sostienen la estructura. Este estudio plantea una pregunta aparentemente simple con grandes implicaciones de seguridad: ¿hasta qué punto la flexibilidad del propio terreno modifica el comportamiento de los edificios de hormigón armado ante terremotos intensos, y podrían las normas de diseño actuales estar subestimando el riesgo de colapso, especialmente en suelos blandos?

Cómo se comportan los edificios modernos de hormigón frente al movimiento

Muchos edificios de altura media y alta de hormigón emplean un sistema “dual” para resistir sismos. Muros de hormigón verticales, llamados muros de corte, trabajan conjuntamente con pórticos formados por vigas y columnas. Los muros rígidos soportan la mayor parte del movimiento lateral, mientras que los pórticos proporcionan resistencia secundaria y ayudan a controlar el daño. Los códigos de construcción suelen suponer que la base de la estructura está empotrada en el suelo, es decir, que la cimentación no cabecea ni desliza. En la realidad, especialmente en suelos más blandos, la estructura, la cimentación y el suelo se mueven y deforman de forma acoplada. Esta interacción suelo–cimentación–estructura puede alargar el periodo natural del edificio, cambiar cómo se transmiten las fuerzas por pórticos y muros, y alterar dónde se concentra el daño durante un terremoto.

Poniendo a prueba edificios y suelos

Los investigadores crearon modelos numéricos detallados de tres edificios de hormigón armado —de 5, 10 y 15 plantas— diseñados según los códigos vigentes en EE. UU. para dos tipos de sitio comunes: un suelo más rígido (Tipo C) y otro más blando (Tipo D). Para cada altura y tipo de suelo compararon una versión idealizada con base empotrada con una versión más realista de base flexible en la que las cimentaciones podían cabecear y asentarse sobre resortes que representan el comportamiento del suelo. A continuación ejecutaron miles de simulaciones usando registros reales de terremotos, incluidos eventos de nivel de proyecto y sacudidas mucho más intensas. Estas simulaciones capturaron no solo los desplazamientos generales (cuánto se desplaza cada planta) sino también las “bisagras plásticas”, zonas donde vigas y columnas fluyen y acumulan daño permanente, y finalmente si se esperaba que el edificio colapsara.

Qué ocurre en suelos blandos frente a suelos rígidos

Los resultados muestran que las cimentaciones flexibles pueden tanto suavizar como poner en peligro a los edificios, con efectos más fuertes en estructuras más bajas y en suelos blandos. Permitir que el edificio cabecee alargó su periodo de vibración y redujo las fuerzas máximas en la base, pero también aumentó los desplazamientos por planta y el daño en las vigas. En el suelo más blando, los desplazamientos interplantas en el modelo de 5 plantas aumentaron hasta un 100 % respecto al caso empotrado; incluso los modelos de 10 y 15 plantas en suelo blando registraron aumentos de desplazamiento de aproximadamente 58 % y 18 %, respectivamente. Conforme el suelo se hizo más blando, los muros de corte soportaron una fracción menor del movimiento, desplazando más carga hacia los pórticos circundantes. Esa redistribución provocó mayores rotaciones en los extremos de las vigas —hasta un 65 % más en suelo blando y un 36 % más en suelo más rígido—, especialmente en las plantas inferiores y en las bahías externas donde el daño tiende a desencadenar el colapso.

Del mayor balanceo a un riesgo de colapso más alto

Para ir más allá de simulaciones individuales, el equipo usó un método llamado análisis dinámico incremental para construir curvas de fragilidad —relaciones estadísticas entre la intensidad de la sacudida y la probabilidad de colapso. Estas curvas revelaron que las bases flexibles aumentaban de forma consistente la probabilidad de colapso, particularmente en terreno blando. Para edificios sobre el suelo más blando, el margen entre la sacudida de diseño y el colapso se redujo hasta en un 35 % cuando se incluyó la flexibilidad del suelo. En niveles máximos considerados de terremoto, la probabilidad de colapso para estructuras sobre suelo blando saltó al rango del 9–12 %, frente a solo unos pocos porcentajes cuando se asumía que las cimentaciones eran perfectamente empotradas. Es notable que, para edificios altos, el cabeceo adicional parecía modesto a la intensidad de diseño, pero a intensidades muy elevadas amplificó los desplazamientos laterales y los denominados efectos P–Delta, donde las cargas gravitatorias desplazadas por la inclinación desestabilizan aún más la estructura.

Qué significa esto para ciudades más seguras

Para no especialistas, el mensaje clave es que la “flexibilidad” del terreno puede erosionar silenciosamente el margen de seguridad incorporado en los edificios modernos de hormigón, especialmente en sistemas duales muro–pórtico sobre suelos blandos. Diseños que parecen robustos cuando las cimentaciones se tratan como rígidas pueden, en realidad, estar más cerca del colapso si el suelo permite cabeceo y asentamientos significativos. Los autores concluyen que los códigos de construcción y la práctica de la ingeniería deberían contemplar más explícitamente la interacción suelo–cimentación–estructura, en lugar de asumir que siempre es beneficiosa. Hacerlo proporcionaría estimaciones más fiables de las demandas sísmicas y una seguridad más homogénea entre distintos emplazamientos, ayudando a garantizar que los edificios sobre suelos blandos no sufran una desventaja oculta cuando llegue el próximo gran terremoto.

Cita: Yousefi, A., Tehrani, P. Evaluation of seismic behavior and collapse capacity of dual RC frame–shear wall structures considering soil-structure interaction under varying soil conditions. Sci Rep 16, 6211 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36577-0

Palabras clave: interacción suelo-estructura, ingeniería sísmica, edificios de hormigón armado, riesgo de colapso sísmico, efectos de suelos blandos