Pode a casa prefabricada resistir terremotos de magnitude 8?

Como os códigos sísmicos determinan a resiliencia das casas prefabricadas

Requisitos do IBC e do ASCE 7 para zonas de alta sismicidade (SDC D–F)

Os últimos códigos de construción sísmica, como o IBC e o ASCE 7, establecen normas bastante estritas para as construcións prefabricadas edificadas en zonas propensas a terremotos. Os edificios que se inclúen nas categorías de deseño sísmico D a F deben soportar forzas laterais entre 1,5 e 2 veces superiores ás requiridas en zonas de menor risco. Isto significa que os equipos de construción deben reforzar todas as conexións entre os compoñentes, crear camiños ininterrompidos para as cargas a través de toda a estrutura e empregar materiais capaces de deformarse sen romperse. Segundo o ASCE 7-22, as estruturas situadas en zonas da categoría de deseño sísmico F deben cumprir coeficientes de esforzo cortante na base comprendidos entre 0,5g e 1,0g, o que explica por que moitos enxeñeiros incorporan agora sistemas de arriostramento de acero ou pórticos resistentes aos momentos nos seus deseños. O obxectivo principal é permitir que estas unidades prefabricadas absorban o choque mediante unha flexión controlada, en vez dunha falla súbita. Vimos isto funcionar na práctica durante o enorme terremoto chileno de 2010, de magnitude 8,8 na escala Richter. Os edificios modulares que cumpriron os códigos actualizados presentaron un dano total inferior ao 10 %, demostrando ata que punto son realmente eficaces estes requisitos modernos cando se aplican correctamente.

Por que os deseños modernos de casas prefabricadas superan frecuentemente os mínimos establecidos no código

Os principais fabricantes superan de maneira habitual os requisitos sísmicos básicos, non só para cumprir coa normativa, senón tamén para mellorar a resiliencia, reducir o risco ao longo do ciclo de vida e reforzar a posición no mercado. Tres factores interrelacionados impulsan esta tendencia:

• Incentivos aseguradores : Os proxectos que demostran un 25 % por riba dos mínimos do IBC cualifican para reducións nas primas ata dun 30 %, segundo o documento FEMA P-2078 (2023).
• Durabilidade da cadea de suministro : As paredes resistentes redundantes e as ancraxes robustas das cimentacións minimizan as reformas posteriores aos eventos sísmicos, preservando a capacidade de produción na fábrica e os prazos de entrega.
• Deseño baseado no desempeño : A modelización avanzada permite a optimización precisa da distribución de pesos e dos detalles das conexións, reducindo o consumo de materiais ao tempo que se amplían as márxenes de seguridade. Como resultado, as casas prefabricadas no Xapón alcanzan agora de maneira habitual o 150 % dos límites de desprazamento obrigatorios pola normativa, o que posibilita a súa reocupación rápida tras eventos sísmicos importantes.

Sistemas estruturais clave que permiten o desempeño das casas prefabricadas en eventos sísmicos de magnitude 8

Estruturación de acero, continuidade do diafragma e trazados de cargas redundantes

O rendemento en resistencia sísmica elevada nas casas prefabricadas basease en tres sistemas principais que funcionan conxuntamente: estruturas de acero, diafragmas continuos e esas vías redundantes de carga das que tanto se fala. As estruturas de acero posúen unha flexibilidade inherente que lles permite soportar sacudidas bastante intensas. De feito, poden experimentar un desprazamento de ata o 3 % entre plantas sen colapsar durante terremotos importantes. Despois están eses diafragmas continuos que, basicamente, transforman os soallos e os techos en grandes superficies planas. Estas superficies distribúen as forzas derivadas das sacudidas para que ningún punto concreto sufra unha sobrecarga excesiva. E non debemos esquecer esas vías redundantes de carga. En esencia, crean rutas alternativas polas que as forzas poden percorrer a estrutura. Se algo se rompe ou cede, as partes contiguas asumen a súa función. Cando se comparan coas estruturas tradicionais de madeira, estes sistemas presentan un rendemento aproximadamente un 40 % mellor no que respecta ao seu desprazamento durante os terremotos, incluso cando se tratan esas perigosas pulsacións próximas á falla provocadas por terremotos de magnitude 8. Ademais, dado que todo se fabrica en fábricas e non no lugar da obra, hai moito menos variabilidade na calidade. Xa non hai que preocuparse pola inconsistencia na execución debida a equipos diferentes ou a problemas meteorolóxicos durante a construción.

Detalles avanzados de conexión: parafusos, soldaduras e xuntas resistentes a momentos

O modo no que se deseñan as conexións desempeña un papel fundamental na capacidade dos edificios prefabricados para resistir os terremotos. As parafusos de alta resistencia combinados con esas arandelas Belleville axudan a manter todo firmemente conectado incluso despois de múltiples terremotos. As xuntas de acero soldadas completamente reducen o risco de que se formen repentinamente fisuras cando se acumula tensión. Os marcos resistentes a momentos ou MRF teñen xuntas deseñadas especificamente para este fin, incluíndo frecuentemente elementos que ceden intencionadamente durante os movementos sísmicos. Estas xuntas especiais absorben o choque dobrándose de maneira controlada en vez de romperse por completo. Os protocolos de ensaio requiren que estas conexións sobrevivan a máis de vinte ciclos cun desprazamento entre plantas de aproximadamente o 2,5 %. O que ocorreu durante o gran terremoto chileno de 2010 tamén nos ofrece probas do mundo real. Os edificios construídos con estas técnicas avanzadas de conexión tiveron só o 15 % de fallos nas xuntas comparados coas construcións convencionais próximas. Un bo deseño de conexións transforma estruturas que doutro xeito serían ríxidas nunha estrutura capaz de moverse xunto coas forzas sísmicas en vez de opoñerse a elas e colapsar baixo a presión.

Evidencia do mundo real: o que revelan os estudos de campo posteriores ao M8 sobre a supervivencia das casas prefabricadas

Estudos de caso de unidades de casas prefabricadas íntegras fronte a unidades fallidas no Xapón e Chile

Observar o que ocorre no terreo despois de grandes terremotos de magnitude superior a 8 mostra ata que punto importa o deseño das edificacións cando están en xogo vidas humanas. Tomemos, por exemplo, o gran terremoto chileno de 2010 (magnitude 8,8). As edificacións de acero construídas con camiños de carga adecuados tiveron menos do 18 % de fallos en total. Porén, as edificacións con conexións deficientes ou diafragmas rotos colapsaron tres veces máis frecuentemente. A mesma historia repitíuse no Xapón durante o inmenso terremoto de Tohoku en 2011 (magnitude 9,0). As edificacións con xuntas resistentes funcionaron correctamente, mentres que aquelas con soldaduras débiles colapsaron parcialmente. Que foi o que marcou toda a diferenza? A capacidade destas estruturas para absorber e distribuír a enerxía durante a sacudida. As edificacións construídas con materiais flexibles e xuntas deseñadas para soportar tensións sobreviviron mellor ca as súas contrapartes ríxidas en ambos os desastres.

Patróns de Danos Non Estruturais e o seu Impacto na Retomada da Ocupación

A capacidade de recuperarse despois de desastres depende tanto do bo funcionamento dos elementos non estruturais como da solidez dos edificios. A análise de datos de vivendas prefabricadas tras terremotos de magnitude 8 revela algo interesante: aproximadamente o 70 % das casas consideradas temporalmente inabitables non presentaban problemas estruturais graves. Que as facía inseguras? Principalmente elementos como tabiques divisorios desprazados (uns 42 casos), liñas de servizos danadas que atravesan os muros (observadas en cerca dun terzo dos casos) e mobles que caían das estanterías (aproximadamente 25 casos). Cando os construtores incluían esas restricións especiais antiterremoto para tuberías, condutos de ventilación, falsos techos e incluso armarios empotrados, as persoas podían volver a ocupar as vivendas un 65 % máis rápido do habitual. Isto ten sentido, de feito. Prestar a debida atención a todos eses pequenos sistemas ocultos detrás dos muros reduce, ás veces, o tempo de espera tras os terremotos en case un mes. En vez de limitarse simplemente ao cumprimento dos códigos mínimos, esta aproximación converte edificios ordinarios, pero conformes coas normativas, en lugares nos que as persoas poden volver a vivir en cuestión de días, e non de semanas.