INFRAESTRUCTURA

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Hospital emergente de acero

En este artículo se propone una opción estructural competitiva, eficiente y racional –y a la vez efímera– en acero para un hospital emergente en ciudades medianas de nuestro país y de América Latina. Se somete a consideración de las autoridades de salud correspondientes de México y de toda la región.

MA. ELENA MALDONADO PORRAS Gerente general del Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil (CRDIC).

HÉCTOR SOTO RODRÍGUEZ Director general del CRDIC.

Por los graves efectos y consecuencias que está ocasionando la pandemia de Covid-19 en todo el planeta, que se traduce fundamentalmente en la pérdida de un número muy elevado de vidas humanas y un impacto económico-social sin precedentes en muchos países del mundo (Brasil, Ecuador Estados Unidos, Italia, España, Francia, Reino Unido, por mencionar algunos), la ingeniería estructural y sísmica puede contribuir significativamente con propuestas estructurales de acero competitivas y convenientes para la atención de pacientes contagiados.

Históricamente, los ingenieros estructuristas mexicanos, con un espíritu de colaboración social y humanitario, hemos estado presentes en muchos desastres que han afectado severamente a la sociedad mexicana y la infraestructura rural y urbana de nuestro país, como los temblores de septiembre de 1985 de la Ciudad de México y los sismos de 2017 con epicentro en Morelos que afectaron severamente a varios estados de la República mexicana.

Sabemos que China, como otros países de gran desarrollo industrial, durante la fase crítica de la emergencia sanitaria logró construir en la ciudad de Wuhan un hospital con capacidad de mil camas para atención de pacientes con Covid-19 en un tiempo récord de seis días.

Descripción del proyecto arquitectónico

Uso o destino: hospital emergente Ubicación: terreno sensiblemente

plano en cualquier ciudad mediana de México o de América Latina Condiciones de regularidad: totalmente regular Región sísmica para fines de diseño: zona de alta sismicidad en México (condiciones adversas de diseño estructural) Número de niveles: uno Número de módulos: 12 (cuadrados) Altura total: 8.50 m Área total de construcción: 900 m 2

(30 × 30 m) Cubierta: ligera a base de panel prefabricado de 3” de espesor para reducir la carga muerta de azotea Tipo de muros: paneles prefabricados ligeros y lisos y de mampostería en sanitarios, cuarto de máquinas y en otras áreas húmedas

FIGURA 1.Aspecto general del hospital emergente.

Infraestructura

FIGURA 2. Vista general de la estructura propuesta.

FIGURA 3.Modelo matemático tridimensional del sistema estructural del hospital emergente.

Por su parte en México, una empresa siderúrgica alistó recientemente un hospital en la ciudad de Monterrey, Nuevo León, para fines de atención médica a pacientes contagiados del virus. La inversión para el hospital con superficie de 1,340 m 2 y capacidad de 100 camas fue de aproximadamente un millón de dólares.

En la Ciudad de México, el gobierno de la metrópoli ha acondicionado espacios de usos administrativos y de deporte (por ejemplo el autódromo Hermanos Rodríguez) como instalaciones emergentes temporales para enfrentar los días críticos que están por venir.

Las autoridades de salud del gobierno federal afirman que se espera una segunda oleada en octubre próximo, acompañada de otras enfermedades como la influenza AH1N1.

Consecuentemente, como una opción viable y conveniente de espacios adecuados para la atención médica en el país y en América Latina, el coautor de este artículo desarrolló conjuntamente con una empresa siderúrgica un sistema estructural constructivo que consiste en un hospital emergente con estructura de acero, innovador, competitivo, racional y razonablemente económico, que se caracteriza por salvar claros medianos con un arreglo arquitectónico modular para subdividir espacios adecuados de atención médica de acuerdo con las necesidades específicas, y que se construye en un lapso de dos semanas.

Descripción de la estructura de acero Con base en un análisis cuidadoso del proyecto arquitectónico del hospital, y teniendo en cuenta que el edificio es totalmente modular, se propuso una estructura de acero regular de un solo nivel, sencilla, económica, con claros medianos, que se resuelve a base de un sistema estructural constituido por marcos rígidos sin contraventeo en dos direcciones ortogonales (marcos rígidos de ductilidad media).

Para las vigas se proponen perfiles estructurales laminados OR que permiten salvar claros de cortos a medianos. Estos

perfiles son compactos y no exhiben pandeo local de patines o del alma.

Como se han formado tableros cuadrados (espacios comprendidos entre columnas y trabes), las columnas se proponen con perfiles circulares OC (también pueden ser de sección cuadrada OR). Tienen las mismas propiedades geométricas alrededor de sus dos ejes principales y centroidales y son completamente herméticas.

El sistema estructural descrito, además, es ligero, limpio, absolutamente prefabricado, desmontable y compatible con materiales industrializados livianos lisos (paneles metálicos aislantes lisos), de manera que pueda construirse en el menor tiempo posible.

Diseño estructural El análisis y diseño de los diversos elementos estructurales se realizó con el programa de computadora SAP2000v22 y conforme a las disposiciones de diseño de la especificación ANSI AISC 360-16, Método LRFD (Diseño por factores de carga y resistencia).

El método LRFD es consistente con el Diseño por estados límite (NTC-DCEACDMX-2017). Es racional y conduce a diseños más económicos que el ASD (Diseño por resistencia permisible), toda vez que el criterio de diseño queda a juicio del ingeniero estructurista.

Deben revisarse todos los estados límite y modos de falla pertinentes de los elementos estructurales sujetos a las solicitaciones comunes: tensión, compresión, flexión, flexocompresión, etcétera.

Además de revisar todos los estados límite de falla de un elemento estructural, deben verificarse los estados de servicio, que corresponden al funcionamiento correcto de la estructura: • Deformaciones o deflexiones • Desplazamientos laterales • Distorsión de entrepiso o deriva (drift) • Vibraciones • Corrosión • Fuego y explosiones

Propuesta de conexiones La manera de conectar piezas de acero estructural en un edificio de acero depende de numerosos factores que se mencionan a continuación: 1.Tipo de edificio (urbano o industrial) 2.Ubicación (zona sísmica, de moderada o baja sismicidad) 3.Condiciones del sitio y facilidades 4.Magnitud de las solicitaciones 5.Disponibilidad comercial, tipos, tamaños y forma de los perfiles que se van a unir (secciones abiertas, semiabiertas o cerradas) y secciones laminadas o hechas con placas soldadas

Cortesía de Isaías Torres, DIMAI.

FIGURA. 4.Conexión rígida trabe-columna OC. Alternativa 1.

Cortesía de Isaías Torres, DIMAI.

FIGURA 5. Conexión rígida trabe-columna OC.

Infraestructura

FIGURA 6.Conexión flexible vigas secundarias a trabe T-1.

Cortesía de Isaías Torres, DIMAI.

6.Tipo de conexión propuesta (atornillada o soldada): precalificada o no precalificada 7.Clasificación de las conexiones: simples o flexibles (a cortante), a momento (rígidas) o semirrígidas 8.Criterios y experiencia profesional del ingeniero 9.Infraestructura del taller de fabricación de estructuras metálicas (equipo y calidad de la mano de obra disponible) 10.Constructibilidad (las conexiones deben ser eficientes, seguras, sencillas, precisas geométricamente y razonablemente económicas) 11.Tiempo de ejecución de la obra (conexiones atornilladas versus soldadas)

En vista de las características de la estructura del edificio, que es efímera, los tipos de conexiones que se proponen son atornilladas totalmente en campo (criterio japonés).

Las piezas de acero salen de taller prefabricadas, característica fundamental de una estructura de acero, con la calidad requerida, y en campo se unen de manera sencilla y rápida con tornillos de alta resistencia ASTM A325 (NMX-H-124) o A490 (NMX-H-123).

En este proyecto se consideraron dos tipos de conexiones atornilladas, como se ilustra en las figuras 4-6.

Desde el punto de vista de fabricación, la conexión trabe columna CONX-1 resulta más económica que la equivalente con placas extremas denominada CONX2, en vista de que no tiene muchas soldaduras de penetración completa.

En la etapa de montaje, la conexión que se muestra en la figura 4 (CONX-2) es mejor, ya que es más sencilla por el número mínimo de tornillos, lo que también la hace más económica.

Consecuentemente, se propone esta conexión que agiliza el montaje. Solamente se debe revisar la necesidad de colocar diafragmas interiores o un refuerzo exterior (anillo tipo “placa galleta”)

Agradecimientos

A las siguientes personas que apoyaron este proyecto: Héctor D. Soto Maldonado, Gerardo Soto Maldonado, Marlen Barocio Urue, Gabriel Abraham Guerra, Fernando Sierra Infante, Ernesto Guzmán, Héctor Santana Pantaleón, Isaías Torres Montes, Alejandro Hernández Rodríguez, Juan Manuel León Maldonado, Armando Felipe Hernández de Anda, Jesús Miguel Rodríguez Ortega, Paola Sofía Ruiz Torres, José García Martínez y Daniel García Barrera.