Thermo-Active Foundations for Net-Zero Buildings: A Transferable Energy-Geostructure Design Framework from the United Kingdom to the Peruvian Andes

Resumen Técnico: Cimentaciones Termoactivas para Edificaciones de Emisiones Netas Cero

Planteamiento del Problema
Las geoestructuras de energía (EGS, por sus siglas en inglés)—elementos de cimentación como pilotes y muros integrados con intercambiadores de calor terrestres—son una estrategia madura y de bajo carbono para la calefacción y refrigeración de edificios en el Reino Unido y los Estados Unidos. Sin embargo, existe una brecha de conocimiento significativa respecto a su aplicación en regiones sísmicamente activas y geológicamente distintas de América Latina, específicamente en Perú. A pesar de que el alto riesgo sísmico de Perú exige pilotes excavados de gran profundidad para la mayoría de los edificios de mediana y alta altura (según la Norma Técnica de Edificación NTE E.030), y ante una creciente demanda de refrigeración mecánica en Lima, no existen instalaciones de EGS documentadas en la literatura científica indexada del país. Además, no existe una guía de diseño local para el acoplamiento de cimentaciones con intercambio de calor terrestre, y hay una falta de datos mapeados sobre la conductividad térmica de suelos superficiales en los Andes peruanos, lo cual es crítico para el diseño.

Metodología
Este estudio es un análisis de ingeniería comparativo estructurado, basado en la literatura. No involucra nueva instrumentación de campo, pruebas de laboratorio ni recolección de datos humanos. La metodología consta de tres componentes primarios:

1. Síntesis de Marcos de Trabajo del Reino Unido: Una consolidación de los parámetros de diseño geotécnico, térmico y termomecánico, así como de las ecuaciones rectoras (p. ej., flujo de calor conductivo de Fourier, respuesta radial transitoria, estrés axial termomecánico restringido) utilizados en el Reino Unido para pilotes de energía.
2. Matriz Comparativa Cuantitativa: Una matriz construida exclusivamente a partir de datos reportados en fuentes revisadas por pares y con DOI verificado para el Reino Unido, los EE. UU. y condiciones de suelo andinas análogas (específicamente un mapeo geoespacial de Ecuador de 2025). Para los parámetros donde los datos peruanos están ausentes, los valores se etiquetan explícitamente como "proyectados" basándose en los análogos andinos más cercanos disponibles.
3. Propuesta de Vía de Adaptación: Una propuesta de ruta de construcción e instrumentación por etapas para Perú que integra la construcción de EGS con los códigos sísmicos y geotécnicos obligatorios (NTE E.050, E.060, E.030).

Contribuciones Clave
El artículo proporciona la primera traducción sistemática y cuantitativa de la experiencia de los pilotes de energía del Reino Unido y los EE. UU. al contexto peruano. Sus contribuciones específicas incluyen:

• Síntesis de la Base de Diseño: Organización de complejos marcos de diseño termomecánico en una forma utilizable para ingenieros en ejercicio en Perú.
• Análisis Comparativo: Establecimiento de una matriz citada en fuentes que contrasta los parámetros del Reino Unido, EE. UU. y los parámetros proyectados para Perú (incluyendo conductividad térmica del suelo, tecnología dominante y rendimiento del ciclo de vida).
• Vía de Cumplimiento Normativo: Propuesta de un procedimiento de construcción específico donde la función de intercambio de energía se trata como una adición de modernización (retrofit) a los pilotes sísmicos ya exigidos por la ley peruana. Esta vía detalla la integración de circuitos de bucle en U de HDPE con las jaulas de refuerzo, asegurando la compatibilidad con los requisitos de detallado sísmico.
• Especificación de Piloto: Definición de los requisitos para el primer pilote de energía piloto instrumentado de Perú en Lima, incluyendo el uso de pruebas de respuesta térmica, extensómetros (strain gauges) y termopares para validar los valores proyectados.

Resultados
El estudio destaca que, si bien la tecnología EGS es madura en el Reino Unido y los EE. UU., su aplicación en Perú sigue siendo teórica.

• Proyecciones de Desempeño: Basándose en evaluaciones de ciclo de vida internacionales, se proyecta que los sistemas de fuente terrestre pueden reducir el consumo de energía operativa en aproximadamente un 40% y las emisiones de carbono en alrededor de un 35% en comparación con las líneas base de HVAC basadas en combustibles fósiles. Sin embargo, el artículo señala que estas cifras dependen de los factores de emisión de la red local; la red de Perú, dominada por la hidroelectricidad, puede alterar la lógica de evitación de carbono en comparación con las redes dependientes del carbón.
• Conductividad Térmica: Utilizando datos de Ecuador como análogo, el estudio proyecta que más del 70% de los sitios andinos (incluido Perú) probablemente tengan una conductividad térmica del suelo superior a 1.25 W·m⁻¹·K⁻¹, con un rango proyectado de 1.0–2.3 W·m⁻¹·K⁻¹.
• Lógica Económica: La lógica de costo marginal para los pilotes de energía en Perú se considera favorable en principio, ya que los pilotes profundos ya son requeridos para la seguridad sísmica, lo que significa que el costo incremental se limita a los bucles de intercambio de calor y la bomba de calor, de manera similar a la lógica en Londres y ciudades norteamericanas.
• Brecha de Datos: Crucialmente, los resultados confirman que actualmente no existe ningún pilote de energía instrumentado en Perú. Por lo tanto, todos los valores cuantitativos específicos de Perú en este estudio son proyecciones, no mediciones empíricas.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo reclama modestamente cerrar una brecha de conocimiento específica mediante el ensamblaje de una vía de adaptación defendible, que cumpla con las normas y sea lógicamente rentable para Perú. No pretende haber generado nuevos datos de campo o haber validado la tecnología localmente. En cambio, su significancia radica en:

1. Cerrar la Brecha: Proporcionar un marco estructurado para traducir las prácticas internacionales establecidas a una región sísmicamente activa y poco investigada.
2. Definir el Siguiente Paso: Identificar explícitamente la construcción de un único pilote de energía piloto totalmente instrumentado en Lima como el siguiente paso necesario. Los autores afirman que sin este piloto, los valores proyectados presentados no pueden elevarse a parámetros de diseño validados.
3. Distinguir Hecho de Proyección: Mantener rigurosamente la distinción entre los resultados de campo documentados (del Reino Unido/EE. UU.) y las estimaciones generadoras de hipótesis para Perú, asegurando que el marco propuesto sea transparente sobre su naturaleza teórica a la espera de verificación local.