Por qué los rascacielos de Dubái no se hunden en la arena

Este es el Burj Khalifa. Es el edificio más alto del mundo. Tiene 163 pisos y es dos veces más alto que el Empire State Building y 3 veces más alto que la Torre Eiffel. El peso total del hormigón para los cimientos del edificio es de 110 000 toneladas. Eso es como 2200 Boeing 737, 50 000 camionetas o 69 000 hipopótamos. Se necesitaron 22 millones de horas humanas para construirlo. Eso significa que si tuvieras que construir el Burj Khalifa por tu cuenta, te llevaría unos 2500 años hacerlo. Y ahora imagina que esa cosa enorme se hunde lentamente en la arena hasta que incluso su aguja está bajo tierra.

Los rascacielos generalmente se construyen sobre tierra firme. Toma un rascacielos en Nueva York y excava un poco debajo de él. Siempre hay algún tipo de base de roca para soportar el peso del edificio. Pero si cavas un hoyo en Dubái, solo encontrarás arena. En teoría, toda la ciudad debería haberse hundido en la arena, pero todavía está allí. La razón principal por la que el Burj Khalifa se mantiene firme es que la arena para los cimientos del edificio se trajo de Australia. Espera, pero Dubai está construido en un desierto; ¡Hay miles de millones de toneladas de arena allí!

Eso es correcto, pero el problema es su forma. Hay muchas tormentas de polvo allí. El viento levanta granos de arena. Se frotan entre sí, se pulen y gradualmente se convierten en bolas microscópicas. Esto hace que la arena sea pastosa, casi como nieve. Y si aprietas un puñado de esa arena, habrá mucho aire entre estas bolas. Eso es porque no se aferran la una a la otra con fuerza. Pero, por lo general, los granos de arena tienen forma de diamantes. Si aprietas esa arena en tu mano, los granos se presionarán unos contra otros como piezas de un rompecabezas. De esta manera, pueden soportar una presión intensa. Así que los ingenieros importaron millones de toneladas de arena a Dubái para crear una base sólida para los cimientos del edificio.

Lo segundo de este tipo de arena es la fricción. Cuanto menos suave sea, más difícil te resultará deslizarte sobre ella. El edificio se adherirá literalmente a la arena con sus cimientos. Ahora, echemos un vistazo debajo del Burj Khalifa. Primero, los ingenieros perforaron 192 pozos, cada uno de unos 50 m de profundidad. Eso es tres veces la longitud de un vagón del metro de la ciudad de Nueva York. Luego, estos agujeros se rellenaron con hormigón y unas 39 000 toneladas de barras de acero para reforzar la estructura. Estos se llaman pilotes. El concreto resiste la compresión lo suficientemente bien, pero no le va bien cuando se retuerce o se dobla. Afortunadamente, las varillas de acero son excelentes para amortiguar esas fuerzas.

La arena alrededor de los pilotes está apretada contra el hormigón. La fricción entre la arena y los pilotes evita que caigan más profundamente. Es como meter la mano en la arena de la playa. Puede bajar fácilmente una docena de cm, pero luego la fricción te detendrá. Cuando ls pilotes estuvieron listos, llegó el momento de crear la base del edificio, algo así como una almohada de hormigón. Tiene forma de flor de tres pétalos. Pero esto no es solo por la belleza, también es por la confiabilidad. Cuando pisas nieve suave con los pies, te hundes hasta un suelo más sólido. Pero si usas raquetas de nieve, puedes caminar sobre la superficie de la nieve. Esto se debe a que tu peso se distribuye sobre el área de las raquetas de nieve. La forma de la base del Burj Khalifa tiene la misma función. Distribuye el peso de la construcción de manera uniforme para que el edificio no se hunda en la arena.

Cuando la base estuvo lista, los trabajadores comenzaron a construir el edificio en sí. Vaya, sí que se mueve un poco. No te preocupes; se hace a propósito para que el rascacielos no se derrumbe. Si haces que la construcción sea demasiado rígida y no la dejas oscilar, en un momento dado, una fuerte ráfaga de viento puede romperla en la base. Y caerá. Así que todos los rascacielos se hacen un poco flexibles. Cuando sopla el viento, el rascacielos se inclina un poco. Esto pone mucha fuerza en un lado de los cimientos del edificio. Pero el hormigón tiende a encogerse levemente, lo que amortigua esa fuerza. Luego, el hormigón se descomprime y vuelve a la normalidad. Cuando el viento es especialmente fuerte, la aguja del Burj Khalifa puede oscilar 2 m.

Los arquitectos han tenido una idea aún más loca para Dubái: un edificio giratorio. Será un rascacielos normal, pero cada piso girará 360 grados. Los ingenieros planean instalar una barra rígida dentro del rascacielos. Soportará todo el peso de la constricción sobre sí misma. Luego, cada piso del edificio se sujetará a esa varilla. Y los habitantes de cada piso podrán elegir el sentido y la velocidad de rotación. Así que construir sobre arena es bastante confiable y simple. Fue mucho más difícil construir rascacielos en Manhattan. Allí hay roca dura que puede sostener un rascacielos, pero se encuentra a 10 pisos de profundidad bajo tierra. Pero los ingenieros encontraron una solución.

Estos son pozos. Primero, se coloca un anillo de hormigón en el suelo. Los trabajadores comienzan a cavar un hoyo justo debajo. Quitan la tierra blanda y el anillo de hormigón comienza a hundirse por su propio peso. Luego, los constructores le ponen otro anillo encima y continúan cavando. Uno por uno, los anillos bajan cada vez más. Una pequeña grúa ayuda a levantar el suelo a la superficie. Es esencialmente un túnel vertical que no conduce a ninguna parte. Cuando el pozo llega a la roca escondida debajo del suelo, los constructores vuelven a subir a la cima. A continuación, se llena el pozo con hormigón. Parece un pilote gigante. Una docena de estos poderosos pilotes pueden soportar un gran rascacielos.

Pero es mucho más difícil crear una base de construcción en una zona sísmicamente activa. Es decir, un lugar donde ocurren terremotos con frecuencia. El método de protección contra ellos es simple. Al igual que con los vientos fuertes, es necesario hacer que el edificio sea flexible. Veamos los cimientos de tal construcción. Los pilotes soportan el enorme peso del rascacielos. Pero la plataforma de hormigón del edificio en sí se apoya en enormes resortes. Durante un terremoto, el suelo tiembla y se mueve de un lado a otro. Pero los resortes amortiguan y compensan el movimiento. Entonces el edificio permanece en su lugar.

Además, los ingenieros rodean los edificios en las zonas de terremotos con círculos de hormigón bajo tierra. Así que aquí hay un rascacielos con sus cimientos. Aquí hay un anillo alrededor y aquí hay otro. Cuando ocurre un terremoto y el suelo comienza a temblar, estos anillos amortiguan la fuerza del terremoto. Y si alrededor de los anillos se siente como olas fuertes; dentro del perímetro es como una bahía tranquila. Otra opción es reforzar el edificio con vigas de acero. Es posible que hayas visto estas cosas en los pilares de los puentes. Pero en este caso, hay pequeños cilindros en cada viga. Cada cilindro está lleno de aceite y tiene un pistón. Cuando el edificio comienza a oscilar durante un terremoto, el pistón comienza a comprimir el aceite en el cilindro. El aceite convierte la energía mecánica del balanceo en calor. Esto amortigua la energía liberada por el terremoto.

Y a veces los ingenieros tienen que construir un edificio en un lugar donde hay mucha agua en el suelo. Si perforas un agujero para un pilote y lo llenas con concreto, el agua lavará el cemento o evitará que se seque. En tales casos, debes congelar esa agua. Para hacerlo, los constructores hacen muchos agujeros pequeños en el sitio de construcción. Luego colocan tuberías en estos orificios y crean un sistema de tuberías conectadas. Hay un sistema de tuberías similar en tu refrigerador. Está escondido debajo del revestimiento interior. Ahora, bombeamos un poco de nitrógeno líquido al interior. El agua emite su calor al nitrógeno líquido y comienza a congelarse. Mientras tanto, los trabajadores tienen tiempo para llenar los agujeros de los pilotes con hormigón.

Pero el agua en forma de hielo ocupa más espacio que en forma líquida. Así que, cuando el hielo se derrite, el suelo se hunde un poco. Entonces, ¿qué pasa si quieres construir una ciudad sobre el agua, como Venecia? Entonces necesitarás pilotes largos. Los constructores de Venecia utilizaron unos de madera. Primero tenían que llegar al fondo de la laguna. Y luego se movieron unas cuantas docenas de cm más a través del suelo arcilloso suave hasta que llegaron a la roca dura. Los constructores colocaron tales pilotes alrededor del perímetro del futuro edificio. Y la construcción en sí fue hecha de tal manera que la mayor parte de su peso descansaba sobre las paredes exteriores. Si buceas bajo el agua en Venecia, verás cientos de miles de estos pilotes.

La tarea es más difícil si construyes un puente. Además de una base sólida, debes tener en cuenta la expansión térmica. La regla es simple: cuando algo se calienta, se expande. Y cuando se enfría, se encoge. Mira los ferrocarriles. Hay un espacio entre cada riel. El traqueteo de las ruedas que oyes cuando estás en un tren nace exactamente en estos huecos. Cuando el sol calienta los rieles en verano, se expanden. Esto crea tensión dentro del metal. Entonces, el riel puede doblarse hacia los lados o incluso hacia arriba, como un gusano. Pero si los ingenieros han proporcionan esos espacios, el metal se expandirá y llenará ese hueco. Un puente es exactamente lo mismo que un gran riel. Y en climas cálidos, también puede expandirse. Así que los ingenieros dejan huecos allí a propósito. Puedes verlos en la superficie del puente. Por lo general, están cubiertos con una hoja de metal que parece un peine. Cuando el puente se calienta, estos peines se juntan.