Hola, soy Christopher Urquia, ingeniero civil de profesión y si viste mi primer post [míralo aquí] en esta plataforma sabrás que, en todas mis publicaciones, la ingeniería estará presente siempre de alguna manera. Esta vez quiero presentarte un tema, quizá cliché, pero que nunca deja de sorprendernos, de generarnos incógnitas y es el de ¿Cómo se sostienen los rascacielos?
Hello, I am Christopher Urquia, a civil engineer by profession and if you saw my first post [look it here] on this platform you will know that, in all my publications, the engineering will always be present in some way. This time I want to introduce you to a theme, perhaps a cliché, but one that never ceases to surprise us, to generate unknowns and that is. How do skyscrapers stand?
Y es que, si has visto alguno de los tantos documentales que se pueden encontrar en internet, o que han sido transmitidos en televisión, de seguro has podido comprobar que son muchas las variables a tomar en cuenta al momento de diseñar un rascacielos (y al referirme al diseño no hablo solo de la arquitectura, que siempre sale uno que otro arquitecto por allí ofendido y sintiendo que se le quita protagonismo), de lo que hablo es de la parte estructural. Y lo primero que debes saber es que, en términos prácticos de diseño, las edificaciones se dividen en dos partes: fundaciones o infraestructura y superestructura, así que en esta primera parte te hablaré de las fundaciones.
And, if you have seen any of the many documentaries that can be found on the internet, or that have been broadcast on television, you have surely been able to verify that there are many variables to take in account when designing a skyscraper (and when I’m Referring to design, I’m not just talking about architecture, that one or another architect always comes out offended and feeling that it is taken away from him), that I am really talking is about the structural component. And the first thing you should know is that, in practical terms of design, buildings are divided into two parts: foundations or infrastructure and superstructure, so in this first part I will talk about foundations.
Las fundaciones son esa parte de la estructura que esta por debajo del suelo y sobre la que se sostiene el rascacielos. Su principal función es la de brindar estabilidad a la edificación bajo diferentes solicitaciones de uso que son consideradas durante su diseño, las fundaciones evitan que la estructura se hunda, ladee o volque; de modo que son varios los factores a tomar en cuenta al diseñar las fundaciones de un rascacielos.
The foundations are that part of the structure that is below the ground and on which the skyscraper is supported. Its main function is to provide stability to the building under different requirements of use that are considered during its design, the foundations prevent the structure from sinking, tilting or overturning; so there are several factors to take in account when designing the foundations of a skyscraper.
Inicialmente se debe conocer el peso de la estructura, de modo que lo normal es que se calcule primero la superestructura antes de diseñar las fundaciones. Según la forma en que se transmita esta carga hacia las fundaciones, bien sean columnas o muros estructurales. Previamente, el equipo de ingeniería habrá recolectado algunos datos de campo durante el desarrollo del anteproyecto, entre los que se encuentran, la topografía del terreno, ubicación catastral, perfil y resistencia del suelo, entre otros. Y es la resistencia del suelo uno de las variables más importantes al momento de diseñar las fundaciones.
Initially, the weight of the structure must be known, so it is normal for the superstructure to be calculated first before designing the foundations. Depending on the way in which this load is transmitted to the foundations, whether they are columns or structural walls. Previously, the engineering team will have collected some field data during the development of the preliminary project, among which are the topography of the land, cadastral location, profile and soil resistance, among others. And the resistance of the soil is one of the most important variables when designing the foundations.
Fuente de la imagen
Imagen original de marcelopardo.com
Existen tres tipos de fundaciones, de acuerdo a la profundidad a la que se sitúan, estas son: superficiales, como las losas de fundación y las zapatas. Semi profundas, que son básicamente pilotines y fundaciones profundas, que albergan todos los tipos de pilotes. Y te preguntaras en este momento ¿y como elijen el tipo de fundaciones? Pues muy fácil, según el tipo de suelo. Y es que los rascacielos, por su gran altura son titánicamente pesados, así que el suelo debe ser resistente para soportar ese gran peso. Pero normalmente los suelos no suelen ser tan resistentes, al menos no a nivel superficial, y es por ello que es habitual que este tipo de edificaciones sean soportadas por fundaciones muy profundas.
There are three types of foundations, according to the depth at which they are located, these are: superficial, such as foundation slabs and footings. Semi-deep, which are basically pilings and deep foundations, which house all types of piles. And you will ask yourself at this moment, and how do they choose the type of foundations? Well, very easy, depending of the type of soil. And the fact is that skyscrapers, due to their great height, are titanicly heavy, so the ground must be resistant to support that great weight. But normally the soils are not usually so resistant, at least not at a superficial level, and that is why it is common for this type of buildings to be supported by very deep foundations.
Sin embargo, no siempre es así. Cuando el suelo es lo suficientemente resistente se puede construir sobre una fundación superficial como una losa estructural, claro que para evitar que la estructura llegue a volcar se debe diseñar un método de sujeción que ancle al rascacielos muy profundo en el suelo. La diferencia entre estos anclajes y un pilote es que, en el caso del primero, la fuerza que resiste es contraria a la de las fundaciones, es decir, resiste una fuerza ascendente mientras que las fundaciones resisten fuerzas descendentes. Un ejemplo claro de esta combinación de elementos es el Central Park Tower en New York, que se encuentra soportado por una losa de fundación vaciada sobre el resistente suelo de granito sólido de Manhattan y anclada por cables muy profundos que juntos con otros elementos evitan su volcamiento, puedes ver un documental acerca de su construcción usando este enlace.
However, it is not always so. When the ground is strong enough, it can be built on a superficial foundation such as a structural slab, of course, to prevent the structure from overturning, a securing method must be designed that anchors the skyscraper very deep in the ground. The difference between these anchors and a pile is that, in the case of the first, the resisting force is opposite to that of the foundations, that is, it resists an upward force while the foundations resist downward forces. A clear example of this combination of elements is the Central Park Tower in New York, which is supported by a foundation slab cast on the resistant solid granite soil of Manhattan and anchored by very deep cables that together with other elements prevent its overturning. You can see a documentary about its construction using this link
Ahora bien, como mencioné antes, estos son casos poco usuales y en la mayoría de casos se terminan usando fundaciones profundas, bien sea que estas lleguen hasta un suelo mucho mas resistente, o que alcancen la resistencia necesaria por medio de la fricción y la consolidación. Este último es el caso del rascacielos Bhur Kalifa de Dubai, que esta construido sobre la arena. Para ello los ingenieros hincaron decenas de pilotes en la arena que no solo generaban la resistencia combinada necesaria para la estructura, sino que consolidaban o compactaban el suelo alrededor de los pilotes mejorando la resistencia del suelo mismo.
Now, as I mentioned before, these are unusual cases and in most cases they end up using deep foundations, either that they reach a much more resistant soil, or that they reach the necessary resistance through friction and consolidation. The latter is the case of the Bhur Kalifa skyscraper in Dubai, which is built on sand. For this, the engineers drove dozens of piles into the sand that not only generated the combined resistance necessary for the structure, but also consolidated or compacted the soil around the piles, improving the resistance of the soil itself.
Pero será posible construir un edificio muy grande directamente sobre el suelo y sin necesidad de mecanismos de anclajes. Pues la respuesta es sí, y el mas claro ejemplo de ello son las pirámides, su base es tan grande que el peso que se transmite al suelo es relativamente bajo, y su forma piramidal, achicándose mientras asciende, hace imposible su volcamiento. De seguro deben existir muchos otros ejemplos, sin embargo, el principio será siempre el mismo. Deseo que te haya gustado el post y que te haya aclarado el como son las fundaciones de los rascacielos; si es así, te invito a seguir leyendo mis publicaciones, donde les iré compartiendo muchas cosas más como estas.
But it will be possible to build a very large building directly on the ground and without the need for anchoring mechanisms. Well the answer is yes, and the clearest example of this are the pyramids, its base is so great that the weight transmitted to the ground is relatively low, and its pyramidal shape, shrinking as it rises, makes it impossible to overturn. Surely there must be many other examples, however, the principle will always be the same. I wish you liked the post and that it clarified what the foundations of skyscrapers are like; If so, I invite you to continue reading my publications, where I will share many more things like these.