Influencia de la interacción suelo-estructura y los parámetros del movimiento del terreno en la vulnerabilidad sísmica de edificios de hormigón armado

Cuando el terreno y el edificio se mueven juntos

Los terremotos no solo sacuden los edificios; también agitan el suelo que los sostiene. Este estudio analiza qué sucede cuando el terreno bajo un edificio de hormigón de altura media puede moverse y deformarse durante un sismo, en lugar de tratarse como una base perfectamente rígida. Al explorar cómo distintos tipos de suelo y diferentes tipos de sacudida modifican la manera en que un edificio oscila y fisura, el trabajo ayuda a explicar por qué algunas estructuras están mucho más en riesgo que otras, incluso cuando siguen las mismas normas de diseño.

El papel oculto del terreno bajo nuestros pies

Muchas cuentas de diseño asumen, sin decirlo, que la cimentación descansa sobre roca que apenas se mueve. Ese atajo puede funcionar en terrenos muy duros, pero falla en capas blandas de arena y arcilla, comunes en muchas ciudades del mundo. En esos contextos, el edificio y el suelo se comportan como un sistema acoplado: a medida que la estructura oscila, empuja el terreno; el terreno se deforma y devuelve la fuerza. Ese vaivén, conocido como interacción suelo–estructura, puede alargar el periodo natural de la edificación y cambiar cuánto deriva lateralmente durante un sismo.

Un edificio virtual sobre capas de arena y arcilla

Los autores construyeron un modelo numérico tridimensional detallado de un pórtico típico de hormigón armado de cinco plantas apoyado sobre zapatas poco profundas. El perfil de suelo bajo él se dividió en una capa superior de arena densa y una capa inferior más gruesa de arcilla blanda sobre roca a unos 50 metros de profundidad. Se utilizaron modelos de suelo sofisticados para que la arena densa pueda endurecerse o ablandarse de forma realista a pequeñas deformaciones, mientras que la arcilla se trató con una descripción más simple basada en su resistencia. El modelo se verificó primero frente a ensayos conocidos en zapatas y vigas para asegurar que reproducía asentamientos, flexiones y capacidad portante del suelo realistas antes de aplicar cualquier movimiento sísmico.

Cómo cambia la sacudida sísmica según el suelo y la distancia

Para sondear el comportamiento sísmico, los investigadores simularon cientos de terremotos en el sistema suelo–edificio. Seleccionaron movimientos reales del terreno registrados tanto en campo lejano como muy cerca de fallas. Los sismos de campo lejano tienden a producir sacudidas más largas y redondeadas, mientras que los eventos cercanos a fallas pueden generar pulsos agudos que empujan al edificio con fuerza en una dirección. Todos los movimientos se escalaron gradualmente en intensidad, y para cada caso el modelo registró cuánto derivó lateralmente cada planta de la estructura, un indicador directo de grietas y daño potencial.

Más flexibilidad, más deriva, mayor riesgo de daño

Cuando se permitió que el suelo bajo el edificio se deformara, el sistema global se volvió más flexible y su periodo natural se alargó, especialmente cuando había arcilla blanda. Esa mayor flexibilidad condujo a desplazamientos laterales mayores y a derivas entre plantas superiores a las del caso idealizado de «base fija». Bajo cargas verticales únicamente, el sistema suelo–edificio asentó aproximadamente tres veces más que el modelo de base rígida. En carga sísmica, las derivas laterales en el sistema interactuante crecieron entre cinco y siete veces las de la base fija, con la arcilla blanda y cimentaciones flexibles amplificando el movimiento con más intensidad. Cuando el equipo convirtió estas derivas en las llamadas curvas de fragilidad —que muestran la probabilidad de que una estructura alcance daño leve, moderado, extenso o completo para un nivel dado de sacudida— encontraron un patrón claro: la combinación de suelo blando, flexibilidad de la cimentación y pulsos cercanos a fallas empujó al edificio hacia daños severos a intensidades de sacudida más bajas que cualquier otro escenario.

Qué significa esto para ciudades más seguras

Para un terremoto de nivel de proyecto, el edificio modelado tenía casi el doble de probabilidad de sufrir daño completo cuando coexistían interacción suelo–estructura y sacudidas cercanas a fallas, en comparación con un edificio similar sobre una base rígida sacudido por movimientos de campo lejano. En pocas palabras, el terreno no es solo una plataforma pasiva; influye activamente en cómo responde un edificio y en la rapidez con que puede fallar. El estudio muestra que el comportamiento realista del suelo y las características locales del sismo deben incorporarse en el diseño sísmico moderno y en las evaluaciones de riesgo, especialmente para edificios de hormigón de media altura sobre suelos blandos cerca de fallas activas.

Cita: Debnath, P., Das, T. & Choudhury, D. Influence of soil-structure interaction and ground motion parameters on the seismic vulnerability of RC buildings. Sci Rep 16, 9400 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37898-w

Palabras clave: interacción suelo-estructura, vulnerabilidad sísmica, edificios de hormigón armado, terremotos cerca de fallas, curvas de fragilidad