Metodología para evaluación rápida de susceptibilidad de pérdida de función por sismos en infraestructura hospitalaria

Abstract

Hospitals are a fundamental part of a country's health system and are considered essential facilities for dealing with natural disasters. Nevertheless, hospitals may be highly vulnerable structures. Loss of functionality, even for a short period of time, may be critical for people inside the hospital, as well as for those who may need urgent medical attention following a natural disaster. Despite the importance of these buildings, many hospitals have resulted severely damaged, and some have lost functionality after moderate earthquakes. Recent seismic events, such as the 2016 Ecuador Mw 7.8 earthquake, highlighted the role of nonstructural components and systems after a seismic event. The damage observed showed that the loss of functionality of most hospital buildings was mostly related to damage of ceilings, partitions, water supply systems, and overturning of mechanical and medical equipment, among others. However, only a few studies have addressed the consequences of nonstructural damage in the functionality loss of health facilities. In this study, a methodology for rapid visual assessment of susceptibility of functional loss due to earthquakes in health infrastructure by using an automated tool is presented. In particular, the tool allows estimating the operational vulnerability of the infrastructure following strong ground motions. The nonstructural elements are classified according to FEMA and World Health Organization procedures as architectural components (exterior and interior), building utility systems (equipment and distributed systems of critical support services), medical equipment (medical services and medical gases), and contents (cabinets, furniture, fixtures, and similar). Potential physical losses caused by story drifts and floor accelerations are considered. The prediction of damage is determined by using fragility curves taken mainly from the FEMA P-58 database, HAZUS, test reports and analytical methods. The tool is calibrated using damage observed during recent earthquakes affecting 17 case studies. The seismic actions that generated these damages are estimated from accelerograms recorded by the closest seismological stations. The calibration is based on comparing the observed damage with the predicted one, obtained from combining the fragility curves with the estimated actual seismic demands. This automated tool for rapid assessment of susceptibility of functional loss due to earthquakes is expected to contribute to a better understanding of the seismic performance of nonstructural components and systems in health infrastructure. This work will be useful for hospital managers and staff, as well as decision-makers in the health ministries of a country, in order to anticipate the functional loss expected in health infrastructure or in a health care network within an administrative area local, or at regional or country-level. Consequently, the presented tool can be used to determine the actions and measures that are required in order to improve safety and achieve continuous operation of health facilities during and after seismic events.

Los hospitales constituyen una parte fundamental del sistema de salud de un país y se consideran instalaciones esenciales para afrontar desastres naturales. No obstante, pueden ser en gran medida vulnerables. La pérdida de función, incluso por un corto período de tiempo, puede ser crítica para las personas que se encuentran dentro del hospital, así como las que necesitan atención médica urgente. A pesar de la importancia de estos edificios, muchos hospitales han resultado severamente dañados y algunos de ellos han perdido su capacidad de operación después de eventos sísmicos moderados. Recientes acontecimientos sísmicos, como el terremoto de Ecuador Mw 7.8 de 2016, enfatizó el papel estratégico de los componentes y sistemas no estructurales después de un determinado evento sísmico. Las observaciones de campo mostraron que la pérdida de función de la mayoría de los edificios hospitalarios fue causada principalmente por los daños producidos en falsos techos, particiones interiores y fachadas, daños en los sistemas de suministro de agua y vuelco de equipos mecánicos y médicos, entre otros. Sin embargo, solo unos pocos estudios han discutido las consecuencias del daño no estructural en la pérdida de función por sismos en infraestructura hospitalaria. En este estudio, se presenta una metodología para la evaluación rápida de la susceptibilidad de pérdida de función por sismos en infraestructura hospitalaria mediante el uso de una herramienta automatizada. En particular, la herramienta permite evaluar la vulnerabilidad operativa de la infraestructura de salud después de eventos sísmicos severos o excepcionalmente severos. Los componentes y sistemas no estructurales son clasificados según los procedimientos de FEMA y de la Organización Mundial de la Salud como elementos arquitectónicos (exteriores e interiores), instalaciones (equipos y sistemas distribuidos), equipamiento médico (servicios y gases médicos) y contenidos (mobiliario, estanterías, accesorios, etc.). Se consideran las posibles pérdidas físicas causadas por las derivas de entrepiso y las aceleraciones de piso. La estimación del daño se efectúa utilizando curvas de fragilidad disponibles en bases de datos como las de FEMA P-58, HAZUS y reportes de pruebas experimentales o métodos analíticos. La herramienta se calibra considerando los daños observados durante eventos sísmicos recientes. Las acciones sísmicas que generaron estos daños se estiman a partir de acelerogramas registrados en las estaciones sismológicas más cercanas a los hospitales estudiados. La calibración efectuada se basa en comparar el daño observado con el estimado usando la herramienta propuesta, obtenido de evaluar las curvas de fragilidad disponibles para las demandas sísmicas estimadas. Se espera que esta herramienta automatizada para evaluación rápida de susceptibilidad de pérdida de función por sismos contribuya a una mejor comprensión de la importancia del desempeño sísmico de componentes y sistemas no estructurales en infraestructura hospitalaria. Este trabajo será útil a los gerentes y al personal del hospital, así como a los encargados de la toma de decisiones en los ministerios de salud de un país, para anticipar la pérdida de función en infraestructuras de salud o en una red de hospitales, en un área administrativa local, regional o de país. En consecuencia, la herramienta permitirá determinar las acciones y medidas requeridas para mejorar la seguridad necesaria para alcanzar la continuidad de operación de los componentes y sistemas no estructurales, y en consecuencia de la infraestructura hospitalaria, ante un evento sísmico.