EN
Com els codis sísmics condicionen la resiliència de les cases prefabricades
Requisits de l’IBC i de l’ASCE 7 per a zones d’alta sismicitat (SDC D–F)
Els codis sísmics més recents per a edificis, com ara l'IBC i l'ASCE 7, establenen normes força estrictes per als edificis prefabricats construïts en zones propenses a terratrèmols. Els edificis que es classifiquen dins de les categories de disseny sísmic D a F han de suportar forces horitzontals entre 1,5 i 2 vegades superiors a les exigides en àrees amb un risc sísmic inferior. Això implica que els equips de construcció han de reforçar totes les connexions entre components, crear camins ininterromputs per a la transmissió de càrregues a tota l’estructura i fer servir materials que puguin deformar-se sense trencar-se. Segons l’ASCE 7-22, les estructures situades en emplaçaments de categoria SDC F han de complir coeficients de tall a la base compresos entre 0,5g i 1,0g, fet que explica per què molts enginyers incorporen actualment sistemes de contraventament d’acer o perfils resistent a moments als seus dissenys. L’objectiu és permetre que aquestes unitats prefabricades absorbeixin les sacsejades mitjançant una flexió controlada, en lloc d’una fallada sobtada. Això es va demostrar pràcticament durant el massiu terratrèmol xilè del 2010, de magnitud 8,8 a l’escala de Richter. Els edificis modulars que van seguir les normatives actualitzades van patir menys del 10 % de danys en conjunt, cosa que prova fins a quin punt són efectives aquestes exigències modernes quan s’apliquen correctament.
Per què els dissenys moderns de cases prefabricades sovint superen els mínims exigits pel codi
Els principals fabricants superen habitualment els requisits sísmics bàsics, no només per complir la normativa, sinó també per millorar la resiliència, reduir el risc al llarg del cicle de vida i reforçar la posició al mercat. Aquesta tendència és impulsada per tres factors interrelacionats:
- Incentius asseguradors : Els projectes que demostren un 25 % per sobre dels mínims de l'IBC (International Building Code) són elegibles per a reduccions de primes fins al 30 %, segons el document FEMA P-2078 (2023).
- Durabilitat de la cadena d’aprovisionament : Les parets resistentes redundants i les fixacions robustes de la fonamentació minimitzen les reformes posteriors als esdeveniments, preservant la capacitat de producció de la fàbrica i els calendaris d’entrega.
- Disseny basat en el comportament : La modelització avançada permet una optimització precisa de la distribució de pesos i del detallat de les connexions, reduint l’ús de materials mentre s’amplien les marges de seguretat. Com a resultat, les cases prefabricades al Japó assolen actualment de forma habitual el 150 % dels límits de desplaçament exigits per la normativa, cosa que permet la seva reocupació ràpida després d’esdeveniments sísmics importants.
Sistemes estructurals clau que permeten el rendiment de les cases prefabricades a l’escala M8
Estructura d'acer, continuïtat del diafragma i camins de càrrega redundants
El rendiment elevat en resistència sísmica de les cases prefabricades depèn de tres sistemes principals que treballen conjuntament: l’estructura d’acer, els diafragmes continus i aquells camins de càrrega redundants dels quals tant sentim parlar. Les estructures d’acer tenen una flexibilitat integrada que els permet suportar sacsejades força intenses. De fet, poden experimentar una deriva d’aproximadament el 3 % entre plantes sense col·lapsar durant terratrèmols importants. A continuació, hi ha aquests diafragmes continus que, fonamentalment, transformen els pisos i els sostres en grans superfícies planes. Aquestes superfícies distribueixen les forces generades pel sacseig, de manera que cap punt concret rebi una sobrecàrrega excessiva. I no cal oblidar aquells camins de càrrega redundants: bàsicament, creen rutes alternatives perquè les forces es transmetin a través de l’estructura. Si alguna part es trenca o cedeix, les parts veïnes assumeixen la seva funció. En proves comparatives amb estructures tradicionals de fusta, aquests sistemes mostren un rendiment aproximadament un 40 % millor en termes de desplaçament durant els terratrèmols, fins i tot quan s’exposen a aquelles intenses pulsacions properes a la falla associades a terratrèmols de magnitud 8. A més, com que tot es fabrica a fàbriques i no in situ, la variabilitat de la qualitat és molt menor. Ja no cal preocupar-se per la manca de consistència en l’execució deguda a equips diferents o a problemes climàtics durant la construcció.
Detallat avançat de connexions: cargols, soldadures i unions resistents a moments
La manera com es dissenyen les connexions juga un paper fonamental en la capacitat dels edificis prefabricats per resistir terratrèmols. Les cargols d'alta resistència combinats amb aquestes arandelles Belleville ajuden a mantenir tot el sistema fermament connectat, fins i tot després de diversos terratrèmols. Les unions d'acer soldades completament redueixen el risc que es formen fissures sobtades quan s'acumula tensió. Les estructures resistent a moments (MRF, per les seves sigles en anglès) tenen unions dissenyades específicament per a aquesta finalitat, sovint incloent components que cedeixen intencionadament durant els esdeveniments sísmics. Aquestes unions especials absorbeixen l'impacte flexionant-se de forma controlada, en lloc de trencar-se completament. Els protocols d'assaig exigeixen que aquestes connexions resisteixin més de vint cicles amb una deriva entre plantes d'aproximadament el 2,5 %. L'anàlisi del que va passar durant el gran terratrèmol xilè del 2010 també ens proporciona una prova real. Els edificis construïts amb aquestes tècniques avançades de connexió van patir només un 15 % de fallades d'unió comparats amb construccions convencionals properes. Un bon disseny de connexions transforma estructures rígides, que altrament col·lapsarien sota la pressió, en estructures capaces de moure's conjuntament amb les forces sísmiques, en lloc de resistir-les.
Evidència del món real: què revelen els estudis de camp posteriors a l’M8 sobre la supervivència de les cases prefabricades
Estudis de casos d’unitats de cases prefabricades intactes respecte a les que han fallat al Japó i al Xile
Analitzar el que passa sobre el terreny després de grans terratrèmols de magnitud superior a 8 mostra fins a quin punt el disseny de les construccions és fonamental quan hi ha vides en joc. Preneu, per exemple, el gran terratrèmol del Xile el 2010 (magnitud 8,8): els edificis d’acer construïts amb camins de càrrega adequats van tenir menys del 18 % de fallades en total. En canvi, els edificis amb connexions deficients o diafragmes trencats van col·lapsar tres vegades més sovint. La mateixa història es va repetir al Japó durant el massiu terratrèmol de Tōhoku el 2011 (magnitud 9,0): els edificis amb unions resistents van seguir funcionant correctament, mentre que aquells amb soldadures febles van patir col·lapses parcials. Què va fer tota la diferència? La capacitat d’aquestes estructures d’absorbir i dissipar l’energia durant la sacsejada. Les construccions fetes amb materials flexibles i unions dissenyades per suportar l’esforç van sobreviure millor que les seves homòlogues rígides en ambdós desastres.
Models de danys no estructurals i el seu impacte en la reprendre l’ocupació
La capacitat de recuperació després de desastres depèn tant del bon funcionament dels elements no estructurals com de la resistència estructural dels edificis. L’anàlisi de dades obtingudes d’edificis prefabricats després de terratrèmols de magnitud 8 revela un fet interessant: aproximadament el 70 % de les cases considerades temporalment inhabitable no presentaven cap problema estructural greu. Què les feia insegures? Principalment elements com a parets divisories desplaçades (uns 42 casos), línies d’instal·lacions danysades que travessen les parets (observades en aproximadament un terç dels casos) i mobles que cauen dels prestatges (uns 25 casos). Quan els constructors incloïen aquelles especials restriccions antisísmiques per a canonades, conductes de ventilació, estructures de sostre i fins i tot armaris empotrats, les persones podien tornar a habitar-les un 65 % més ràpidament del que és habitual. Realment té sentit. Una atenció adequada a tots aquests petits sistemes situats darrere de les parets pot reduir el temps d’espera després dels terratrèmols fins a gairebé un mes. En lloc de limitar-se simplement al compliment dels codis mínims, aquest enfocament converteix edificis normals i conformes en espais on les persones poden tornar a viure en qüestió de dies, i no de setmanes.
