El análisis y el diseño del modelo estructural, así como la construcción del refuerzo, deben realizarse considerando:
1. Aspectos físicos y funcionales
• El sistema de refuerzo no debe afectar la operatividad del hospital.
2. Aspectos de seguridad estructural
• Reducir la vulnerabilidad a niveles aceptables que permitan el funciona
miento del hospital con posterioridad a un sismo.
3. Sistemas constructivos
• El sistema de refuerzo debe considerar la utilización de sistemas construc tivos que tengan el menor impacto en el funcionamiento normal del hospital, ya que éste se ejecuta por lo general en un hospital que se encuentra en operación.
4. Costo de intervención
De acuerdo con los datos señalados, la intervención de la estructura debe buscar la reducción de la vulnerabilidad existente, atendiendo a los problemas de comportamiento existentes. La reestructuración estructural pretende lograr:
a) Aumentar la resistencia.
b) Aumentar la rigidez y, por lo tanto, una disminución de los desplazamientos.
c) Aumentar la ductilidad.
d) Lograr una distribución adecuada de las fuerzas entre los diferentes elementos resistentes, tanto en planta como altura.
Los sistemas usuales de refuerzo de estructuras suelen recurrir a la inserción de los siguientes elementos adicionales17:
17 Iglesias, J., Evaluación de la capacidad sísmica de edificios en la Ciudad de México, Secretaría de Obras, México, 1986.
Muros en el exterior del edificio
Esta solución se emplea generalmente cuando las limitaciones de espacio y de continuidad de uso del edificio hacen preferible el trabajo en la periferia. Para asegurar la transmisión de esfuerzos por medio del diafragma a los muros, se emplean vigas colectoras en los bordes de la losa. No es recomendable para edificios muy largos (Figura 11).
Figura 11. Muros estructurales en la periferia
T. Guevara
Muros en el interior del edificio
Cuando las posibilidades de trabajo en el interior del edificio lo permitan, los muros son una alternativa de necesaria consideración en edificios largos, en los cuales la flexibilidad del diafragma deba ser reducida. Se insertan generalmente por medio de perforaciones en los diafragmas, a través de las cuales pasan las barras de refuerzo. Este método de refuerzo fue utilizado en el Hospital Nacional de Niños en Costa Rica (Figura 12).
Figura 12. Muros estructurales al interior
T. Guevara
Muros de relleno de pórticos
Tanto en el interior como en el exterior de edificios, una solución práctica al problema de rigidez y resistencia es el relleno de vanos de pórticos con muros de concreto o de mampostería reforzada. Debido a la unión con la columna, los esfuerzos en éstas cambiarán sustancialmente. Si el refuerzo de la columna es suficiente para el nuevo estado, la unión con el muro podrá realizarse solamente por medio de pasadores soldados. En caso contrario, se debe construir un encamisado de la columna, monolítico con el muro.
Pórticos contrafuertes
A diferencia de los elementos anteriores, su colocación es perpendicular a la cara del edificio. Además de aportar rigidez, son útiles para tomar el momento de vuelco en edificios esbeltos. El Hospital de Cardiología del Instituto Mexicano de Seguridad Social cuenta con este tipo de refuerzo (Fotografía 12). Debido a las limitaciones de espacio no siempre son factibles.
Fotografía 12. Hospital de Cardiología del Instituto Mexicano del Seguro Social que fue reforzado usando pórticos contrafuertes luego del sismo de México 1985.
OPS/OMS, C. Osorio
Pórticos arriostrados
Otra solución frecuente consiste en incluir varios pórticos de acero con diagonales anclados fuertemente a los diafragmas, como sustituto de los muros de rigidez (Fotografía 13).
Encamisado de columnas y vigas
Empleado para sistemas de pórtico, este sistema se realiza generalmente sobre una gran parte de las columnas y vigas de un edificio, con el fin de aumentar tanto su rigidez como su resistencia y ductilidad.
Construcción de un nuevo sistema aporticado
En ocasiones es posible llevar a cabo una reestructuración total adosando la antigua estructura a nuevos pórticos perimetrales externos, como los usados en el reforzamiento del Hospital México en San José de Costa Rica (Fotografía 14). Usualmente se combina con la incorporación de muros estructurales internos perpendiculares al sentido longitudinal de los pórticos.
Fotografía 13. Refuerzo con diagonales
O. D. Cardona
Figura 13. Soluciones conceptuales
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Demostración de voluntad política
Los estudios de vulnerabilidad de los hospitales en Costa Rica se iniciaron en 1984, en la Universidad de Costa Rica, como proyectos de investigación y en respuesta a la preocupación creciente en el medio de que se repitiera la experiencia de 1983 en San Isidro de Pérez Zeledón. La Escuela de Ingeniería Civil se vio motivada a iniciar esta labor gracias al incentivo que le diera el Fondo Nacional de Emergencias de ese entonces y al interés mostrado por las autoridades políticas de la Caja Costarricense del Seguro Social (CCSS). La OPS/OMS fue otro de los entes impulsores de esta iniciativa, ya que se presentaba como un campo de investigación nuevo en América Latina.
Después del estudio del Hospital Calderón Guardia, en 1984, la Universidad solicitó al año siguiente al Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICIT) la financiación para estudiar la vulnerabilidad del total de hospitales del país. El CONICIT aprobó parcialmente el financiamiento solicitado, así que la Universidad dio inicio al proyecto, con el estudio del Hospital México en 1986. Este financiamiento se logró, entre otros factores, gracias a que prestigiosos médicos de la CCSS apoyaron decididamente el proyecto. El estudio del Hospital México fue el primero sobre vulnerabilidad sísmica integral que se ejecutó en el país, ya que en él se tocaron los diferentes niveles de riesgos a que estaba expuesto, aspectos estructurales, no estructurales y los de índole operativo que presentaba el hospital (Figura 14).
La reestructuración de los tres edificios que conforman el complejo consistió básicamente en colocar columnas y vigas adicionales a los marcos de concreto por su parte exterior y desligar todas las paredes del sistema estructural. En forma adicional, los muros de las escaleras de emergencia se ligaron a la estructura del edificio, con el objeto de evitar su volcamiento. Con esta alternativa se aumentó la rigidez de los edificios, lo que implica una disminución de los desplazamientos laterales debidos a sismos, lo que a su vez significa reducir el daño no estructural, limitando la probabilidad de daño estructural18.
Los trabajos de reforzamiento se iniciaron en mayo de 1989 y el proceso requirió 31 meses de trabajo. El costo de las obras fue de US$ 2.350.000 dólares, que representan el 7,8% del valor del hospital. Durante todo el proceso el hospital tuvo que reducir su número de camas de 600 a 400, con la consecuente acumulación de pacientes en espera de atención.
Aparte del Hospital México, la CCSS contrató también los estudios de vulnerabilidad, los diseños del refuerzo y la construcción de las respectivas rehabilitaciones del Hospital de Niños y el Hospital Monseñor Sanabria. También en estos dos casos se presentaron dificultades en el proceso de construcción, fundamentalmente por no involucrar debidamente a la administración del hospital en el proceso. Sin embargo, estas experiencias permitieron identificar los aspectos de coordinación y trabajo multidisciplinario que deben tenerse en cuenta, con el fin de evitar sobrecostos y problemas de funcionalidad.
Varios sismos que han ocurrido desde 1990 han demostrado lo oportuno de haber reforzado los hospitales antes mencionados. Particularmente, se cree que el Hospital Monseñor Sanabria no hubiera sobrevivido al sismo del 25 de marzo de 1990. Por otra parte, los daños ocurridos en el Hospital Tony Facio, que no había sido reforzado cuando ocurrió el sismo del 22 de abril de 1991, han ratificado la importancia de continuar con el proceso. De hecho, la CCSS incorporó formalmente el diseño sismorresistente y los análisis de vulnerabilidad desde la fase de formulación de los proyectos. En el diseño del nuevo Hospital San Rafael de Alajuela, por ejemplo, se utilizaron las técnicas más desarrolladas del estado del conocimiento con un enfoque integrador. El diseño de este hospital es un ejemplo de trabajo multidisciplinario, en el cual participaron profesionales de sismología, ciencias de la tierra, ingenieros, arquitectos y personal relacionado con la salud pública19.
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18 Cruz, M. F., Comportamiento de hospitales en Costa Rica durante los sismos de 1990, Taller Regional de Capacitación para la Administración de Desastres, OPS/PNUD/UNDRO/OEA/ONAD, Bogotá, 1991.
19 Cruz, M. F., Acuña, R., Diseño sismorresistente del Hospital de Alajuela: un enfoque integrador, Conferencia Internacional sobre Mitigación de Desastres en Instalaciones de Salud, OPS, México, 1996.
Fotografía 14. Refuerzo del Hospital México
M. Cruz
Control de vibraciones
Las técnicas de aislamiento en la base y control de vibración han tenido un incremento notorio en su uso, en construcciones localizadas, en zonas sísmicas en los últimos años, como alternativa a la disipación de energía, por medio de la tolerancia de daño por ingreso de los elementos estructurales en el campo no lineal. Esto los convierte en sistemas que sin duda llegarán a ser de gran importancia en la construcción de edificios en general, debido a las crecientes exigencias de seguridad estructural y no estructural ante sismos fuertes, y de comodidad ante vibraciones ambientales.
Figura 14. Reestructuración del edificio noroeste
