Daniel Sánchez Especialista en Análisis Estructural y Evaluación Sísmica, Instituto de Ingeniería (II) UNAM.
Marcos M. Chávez Investigador del II UNAM. Responsable del Laboratorio de Ingeniería Estructural. Secretario del Comité de Resiliencia de la Infraestructura del CICM.
Sergio M. Alcocer Investigador del II UNAM. Coordinador de la revisión de las Normas Técnicas Complementarias del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. Premio Nacional de Ingeniería Civil 2023.
La evaluación y rehabilitación de la infraestructura física educativa es una tarea crucial para garantizar la resiliencia de este tipo de edificios. Después de la ocurrencia de los sismos de septiembre de 2017, el Instituto de Ingeniería de la UNAM, en conjunto con el Instituto para la Seguridad de las Construcciones de la Ciudad de México, desarrolló un proyecto de investigación para fortalecer la seguridad y resiliencia de cientos de edificios escolares. En este artículo se presentan las principales lecciones aprendidas.
Los edificios escolares son espacios en donde diariamente conviven cientos de estudiantes, docentes y personal administrativo; son lugares que, además de cumplir una función educativa, pueden convertirse en refugios temporales en caso de ocurrir una emergencia. Por ello, es fundamental garantizar su seguridad estructural.
Los sismos del 7 y el 19 de septiembre de 2017 dejaron en evidencia la vulnerabilidad de una parte importante de la infraestructura física educativa del país. Si bien numerosos edificios resistieron adecuadamente, otros presentaron daños que hicieron necesaria su rehabilitación o, en algunos casos, su demolición. La magnitud del desafío obligó a desarrollar un programa de intervención sustentado en criterios técnicos y en una evaluación sistemática de cada inmueble.
En este contexto, el Instituto para la Seguridad de las Construcciones de la Ciudad de México (ISC) y el Instituto de Ingeniería de la UNAM (II UNAM) emprendieron un proyecto de acompañamiento técnico relativo a la rehabilitación sísmica de los planteles de educación pública y privada de la capital. Además de revisar proyectos estructurales, el trabajo consistió en la integración de una base de datos de escuelas, la realización de mediciones de campo de las propiedades de materiales y las propiedades dinámicas de los edificios, levantamientos con tecnologías de medición avanzadas, análisis numéricos lineales y no lineales, así como evaluaciones económicas de distintas estrategias de reforzamiento.
Inventario de edificios escolares públicos y privados
Para realizar una evaluación estructural adecuada de la infraestructura física educativa se recabó la mayor cantidad de información posible. Se obtuvieron planos y memorias de cálculo; se identificaron los daños causados por el sismo; se caracterizaron los materiales de construcción, intervenciones previas y el estado de conservación, entre otras actividades. El inventario de los edificios escolares sujetos de evaluación permitió identificar el tipo de edificios existentes.
El inventario consistió en 309 escuelas públicas, muchas de ellas conformadas por más de un edificio, que en conjunto sumaron 929 edificios con proyectos de rehabilitación. Asimismo, se elaboró un inventario de 37 escuelas privadas, correspondiente a 70 edificios. La información recopilada permitió caracterizar cada inmueble en función de su sistema estructural, número de niveles, materiales de construcción, ubicación geotécnica y técnicas de rehabilitación propuestas.
El análisis estadístico reveló aspectos interesantes. Casi la mitad de los edificios estudiados correspondieron a construcciones de un nivel, y cerca de 40%, a edificios de dos niveles. Asimismo, predominaron las estructuras a base de marcos resistentes a momento de concreto reforzado con muros diafragma de mampostería para dividir los salones. Esta es una tipología ampliamente utilizada durante varias décadas en la infraestructura física educativa nacional.
Trabajos de campo
Con el propósito de recabar la mayor cantidad posible de información sobre el estado actual de los edificios escolares, se realizaron visitas técnicas a planteles públicos y privados. El reconocimiento físico permitió identificar el sistema constructivo y los materiales de construcción empleados, los daños estructurales y la presencia de hundimientos diferenciales, entre otros.
Para obtener las características geométricas de los edificios se utilizó un escáner tipo LiDAR que permitió, además de la generación de nubes de puntos con precisión milimétrica del estado actual de los edificios, la obtención de modelos tridimensionales completos. También se elaboraron planos arquitectónicos que fueron de gran utilidad cuando no se contaba con los planos originales de los edificios.
Se realizaron sobrevuelos con dron para realizar un reconocimiento tanto de los edificios como de las condiciones de su entorno que resultan difíciles de observar desde el nivel de banqueta.
La identificación de la configuración y diámetro de las barras de los armados de los elementos de concreto se realizó mediante el empleo de un detector y escáner de pared. Para evaluar la calidad del concreto se utilizó un equipo de ultrasonido. A mayores velocidades, mejor calidad del concreto. Se extrajeron núcleos de concreto de vigas y columnas para determinar en laboratorio sus propiedades mecánicas básicas, como la resistencia a compresión y el módulo de elasticidad, así como su peso volumétrico. Estas actividades permitieron disminuir la incertidumbre asociada a las propiedades mecánicas de los materiales empleados en la construcción de edificaciones antiguas, al proporcionar mediciones directas y parámetros actualizados para su evaluación estructural.
La vibración como una herramienta de diagnóstico estructural
Con objeto de obtener un primer diagnóstico del comportamiento estructural, si bien grueso, se midió la respuesta dinámica de los edificios mediante pruebas de vibración ambiental. Aunque las vibraciones producidas por el viento, el tránsito o la actividad cotidiana son prácticamente imperceptibles para las personas, con el uso de sensores de gran precisión fue posible medir estas vibraciones y obtener información suficiente para estimar las frecuencias naturales de vibrar de una estructura. Con esta información pudieron validarse los modelos numéricos elaborados para cada edificio y obtener estimaciones más precisas del comportamiento sísmico.
Técnicas de rehabilitación más empleadas
El análisis de varios centenares de proyectos permitió identificar tendencias claras en las estrategias de reforzamiento. Las intervenciones más frecuentes fueron el encamisado de muros de mampostería, la incorporación de nuevos muros de concreto reforzado y el encamisado de columnas de concreto, utilizadas de manera individual o combinadas dentro de una misma edificación, según las deficiencias estructurales identificadas y los objetivos de la intervención. Estas soluciones buscaron incrementar la resistencia y la rigidez de los edificios, reduciendo la probabilidad de daños severos durante futuros sismos. Asimismo, se identificaron casos en los que fue necesario intervenir la cimentación para mejorar su desempeño estructural frente al incremento de cargas gravitacionales y de las fuerzas sísmicas asociadas a las intervenciones de reforzamiento.
Sin embargo, la revisión detallada de los proyectos también permitió detectar errores recurrentes de diseño y construcción. Esta información sirvió para fortalecer los procesos de revisión técnica y mejorar la aplicación de la Guía Técnica para la Rehabilitación Sísmica de Edificios Escolares, preparada por el II UNAM para el ISC. Para cada una de las técnicas más empleadas se elaboraron listas de verificación y videos explicativos sobre el alcance y la metodología por aplicar en cada una.
De la investigación a la toma de decisiones
Con objeto de aportar información para la toma de decisiones de las autoridades de la Ciudad de México, los arquetipos más comunes de edificios escolares, así como edificios con configuraciones especiales fueron modelados numéricamente y analizados suponiendo comportamiento lineal y no lineal.
Estos análisis permitieron evaluar el desempeño esperado antes y después de la rehabilitación, considerando los efectos de la interacción suelo-estructura en las distintas zonas geotécnicas de la Ciudad de México. Paralelamente, se desarrollaron metodologías para estimar costos de las diversas técnicas de rehabilitación con objeto de proporcionar información para planificar futuros programas de reducción del riesgo sísmico.
Identificación de edificios que requieren una atención prioritaria
Uno de los aportes más relevantes del proyecto fue la identificación de arquetipos de edificios escolares con niveles adecuados de seguridad sísmica. Los análisis no lineales realizados sobre los prototipos Capfce/Inifed permitieron evaluar el desempeño esperado de las estructuras representativas construidas en distintas épocas y ubicadas en las diferentes zonas geotécnicas de la Ciudad de México.
Los resultados mostraron que los prototipos de concreto reforzado de uno, dos y tres niveles con rehabilitación posterior a 1985, así como los prototipos desarrollados en 2011 cuentan con capacidad estructural suficiente para resistir las demandas sísmicas de diseño en las zonas de Lomas y Transición, manteniendo un desempeño compatible con el nivel de Ocupación Inmediata. Es decir, estos edificios, en adecuadas condiciones de mantenimiento, no requieren ser rehabilitados. Sin embargo, el comportamiento cambia al analizar las edificaciones localizadas en la Zona del Lago, donde las mayores amplificaciones del movimiento sísmico incrementan significativamente las demandas sobre las estructuras. En estas condiciones, algunos prototipos de dos y tres niveles con rehabilitación posterior a 1985 no alcanzaron la capacidad necesaria para satisfacer los niveles de desempeño establecidos; se evidenció un mayor riesgo y, por tanto, la necesidad de ser rehabilitados.
Estos resultados muestran que el desempeño sísmico de un mismo prototipo puede variar significativamente en función de su ubicación. En la Ciudad de México, las características del suelo, particularmente su periodo dominante y la forma espectral, condicionan la demanda sísmica y pueden hacer que un prototipo presente un desempeño adecuado en una zona y desfavorable en otra.
Este hallazgo tiene una implicación directa para la gestión del riesgo. En un escenario donde los recursos económicos y humanos son limitados, los programas de evaluación y rehabilitación pueden maximizar su beneficio si se priorizan aquellos edificios que, por su tipología estructural y ubicación geotécnica y sísmica, presentan una mayor probabilidad de experimentar daños importantes durante futuros sismos.
Más que una recomendación generalizada para todas las escuelas, los resultados ponen de manifiesto la importancia de establecer estrategias de intervención basadas en evidencia. Priorizar la revisión detallada y, en su caso, la rehabilitación de edificios de dos y tres niveles ubicados en la zona lacustre de la Ciudad de México puede contribuir significativamente a reducir el riesgo sísmico de la infraestructura física educativa y optimizar la inversión destinada a su conservación. Una lección adicional es que la definición de la vulnerabilidad estructural mediante observaciones o métodos simplificados basados en la geometría de las estructuras y su ubicación en la manzana suele conducir a determinaciones inexactas, especialmente graves cuando subestiman el riesgo real.
Conclusiones
La rehabilitación sísmica de la infraestructura física educativa requiere mucho más que la ejecución de obras de reforzamiento. La experiencia obtenida durante este proyecto demuestra que la combinación de inspecciones en campo, caracterización experimental, tecnologías de levantamiento digital, mediciones dinámicas y análisis estructurales avanzados permite comprender con mayor precisión el comportamiento de los edificios y fundamentar mejor las decisiones de intervención.
Uno de los principales aportes del trabajo fue generar información técnica que permite establecer prioridades en los programas de evaluación y rehabilitación. Los análisis mostraron que los prototipos escolares de concreto reforzado tienen altas probabilidades de exhibir un comportamiento satisfactorio en las zonas de Lomas y Transición; sin embargo, algunos edificios representativos de dos y tres niveles ubicados en la Zona del Lago muestran una capacidad insuficiente para satisfacer las demandas sísmicas esperadas. Este hallazgo tiene implicaciones directas para la gestión del riesgo, ya que, en un contexto en el que los recursos económicos y humanos son limitados, resulta conveniente priorizar la evaluación detallada y, en su caso, la rehabilitación de aquellas tipologías estructurales y ubicaciones geotécnicas y sísmicas con mayor probabilidad de experimentar daños durante futuros sismos.
Otro de los principales logros del proyecto fue transformar una gran cantidad de información dispersa en conocimiento útil para la toma de decisiones. La integración de una base de datos de edificios escolares, el empleo de tecnologías como drones, escáneres LiDAR, ensayos no destructivos y mediciones de vibración ambiental, así como la evaluación sistemática de proyectos y técnicas de rehabilitación constituyen herramientas que pueden replicarse y adaptarse en futuros programas de gestión del riesgo sísmico.
Aunque estos resultados fueron obtenidos para la Ciudad de México, también son válidos para la infraestructura educativa de cualquier estado de nuestro país. Las lecciones aprendidas evidencian que la colaboración entre instituciones públicas, universidades y especialistas permite generar conocimiento científico e ingenieril con un impacto directo en la seguridad de la población. La experiencia adquirida demuestra que una rehabilitación sísmica basada en evidencia no solo fortalece el desempeño estructural de los edificios, sino que también contribuye a optimizar la inversión pública y a proteger uno de los patrimonios más valiosos de cualquier sociedad: las y los estudiantes
Bibliografía
Alcocer, S. M., et al. (2018). Servicio de asesoramiento para apoyar la recuperación de la infraestructura escolar en México afectada por los sismos de septiembre de 2017. II UNAM. Disponible en: https://www.resilienciasismica.unam.mx/docs/MX_Schools_2017EQ_Executive_Summary_Annex_BM.pdf
Alcocer, S. M., et al. (2024). Acompañamiento técnico del proceso de rehabilitación sísmica de la infraestructura escolar de la Ciudad de México. Quinta etapa. II UNAM.
Instituto Nacional de la Infraestructura Física Educativa, Inifed (2021). Rehabilitación sísmica de la infraestructura física educativa de México. Guía técnica.
Gerardo Rodríguez y Luis Á. Hernández contribuyeron al desarrollo del presente artículo mediante sus aportaciones técnicas.
