![Cuadro Normativo en Europa
Ámbito Europeo
Eurocódigos estructurales.
Acciones de incendio sobre estructuras Eurocódigo-1 EN 1991 Parte 2.2.
Estructuras de Hormigón Eurocódigo-2 EN 1992 Parte 1.2.
Estructuras de acero Eurocódigo-3 EN 1993 Parte 1.2.
Estructuras mixtas acero-hormigón Eurocódigo-4 EN 1994 Parte 1.2.
Euronormas de ensayo de resistencia al fuego.
Exigencias generales EN 1363 / Clasificación de productos EN 13501.
Ensayos al fuego para estructuras de acero EN 13381 Partes 1, 2 y 4
Ámbito nacional:
Código Técnico de la Edificación CTE [SI-Seguridad contra Incendios]
Reglamento de Seguridad contra Incendios en Establecimientos Industriales
RSCIEI.
Estructuras de Hormigón Estructural Instrucción EHE
Estructuras de Acero en la Edificación Instrucción EAE
Ámbito autonómico y local:
Legislación autonómica (CAM, Generalitat de Catalunya...)
Ordenanzas municipales (Barcelona, Madrid, Valencia).](https://image.slidesharecdn.com/albert-jimenez-presentacion-construsoft-241017141207-f4d37269/85/Albert-Jimenez-Presentacion-Construsoft-pdf-10-320.jpg)
Albert-Jimenez-Presentacion-Construsoft.pdf
- 1. CÁLCULO DE RESISTENCIA AL FUEGO EN ESTRUCTURAS (EN) Albert Jiménez Ingeniero Industrial UPC Departamento de I+D de Construsoft S.L. Prof Frederic Maimón Carvajal UPC
- 2. CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN 1. Presentación de Construsoft y soluciones de Software para diseño de estructuras 2. Cuadro normativo en Europa sobre RF. 3. Método de Cálcuo de Resistencia al fuego en las estructuras 4. Ejemplos resueltos con el software
- 3. Acerca del Grupo Construsoft • Somos una empresa dedicada a la distribución de software para la construcción • Somos especialistas en software BIM desde 1995 • Tenemos oficinas en14 Países • Tenemos presencia en 30 Países • Mas de 8000 referencias trabajando en tecnología BIM
- 4. BIM software for Structural Design • Tekla Structures Steel > Design 3D workshop drawings • Tekla Structures Concrete > Design 3D precast concrete & drawings • Tekla Structures Engineering > Design 3D & general drawings • Tekla BIM Sight > www.teklabimsight.com Analysis and Design Software • Diamonds, ConSteel > FEM software A&D of structures in steel, concrete, timber • PowerConnect, IDEA Statica > Steel connection design for EC3 & AISC • Fire Module in Diamonds > A&D of structures in fire SOFTWARE QUE DISTRUBUIMOS Steel Fabrication management •Strumis ERP ERP (gestión) específico para talleres metálicos •Strumis MRP Nesting, Compras, Stock y enlace con máquinas CN
- 5. Diamonds PowerConnect Bim Expert ConCrete 12Build Software De análisis estructural de BuildSoft
- 6. Antecedentes del problema del Fuego en Estructuras Metálicas
- 7. Método tradicional para determinar la protección a fuego Conceptual Design Structural Design Architects Structural Engineers Construction & Erection Constructor Fire Requirements Constructor PINTURA ITUMESCENTE MORTEROS PLACAS IGNIFUGAS El Sistema de protección se decide al final del proceso y no en la fase de estudio No posibilidad de optimización global Acero-Protección El coste de la protección acaba siendo una partida elevada. Limitación en el campo de aplicación del acero cuando las exigencias al fuego son elevadas Inconvenientes
- 8. Nuevo método para determinar la protección a fuego Los Ingenieros estructurales pueden optimizar la solución global Acero- Protección Se racionalizan los costes de la protección pasiva Se extiende el uso del Acero bajo requerimientos altos de Resistencia al Fuego Ventajas Conceptual Design Structural Design (Including Fire Protection) Architects Structural Engineers Construction & Erection Constructor Fire Requirements
- 9. Exigencias de requerimiento al fuego en estructuras metálicas en el Marco Europeo
- 10. Cuadro Normativo en Europa Ámbito Europeo Eurocódigos estructurales. Acciones de incendio sobre estructuras Eurocódigo-1 EN 1991 Parte 2.2. Estructuras de Hormigón Eurocódigo-2 EN 1992 Parte 1.2. Estructuras de acero Eurocódigo-3 EN 1993 Parte 1.2. Estructuras mixtas acero-hormigón Eurocódigo-4 EN 1994 Parte 1.2. Euronormas de ensayo de resistencia al fuego. Exigencias generales EN 1363 / Clasificación de productos EN 13501. Ensayos al fuego para estructuras de acero EN 13381 Partes 1, 2 y 4 Ámbito nacional: Código Técnico de la Edificación CTE [SI-Seguridad contra Incendios] Reglamento de Seguridad contra Incendios en Establecimientos Industriales RSCIEI. Estructuras de Hormigón Estructural Instrucción EHE Estructuras de Acero en la Edificación Instrucción EAE Ámbito autonómico y local: Legislación autonómica (CAM, Generalitat de Catalunya...) Ordenanzas municipales (Barcelona, Madrid, Valencia).
- 11. Exigencias de Resistencia al Fuego R Criterio de Resistencia estructural E Criterio de Integridad (estanqueidad) I Criterio de Aislamiento Térmico En una viga sólo se le piden requerimientos de resistencia mecánica. Por ejemplo, R 120 (120 minutos a ISO 834) En general, en un forjado se le exigen requerimientos de resistencia mecánica y de sectorización. Por Ejemplo, REI 120 (120 minutos a ISO 834)
- 12. 1 60 8 log 345 20 t ISO834 Curvas de Fuego Normalizadas
- 13. Edificios Residenciales Edificios Industriales CARGA DE FUEGO DEL EDIFICIO Sector Superficie Ci 2 2 / 216 . 213 11 . 792 081 . 891 . 168 m MJ m MJ TIPO DE ESTABLECIMIENTO INDUSTRIAL Riesgo de Activación Ra=2 RSCIEI Riesgo Intrínseco Nivel Alto-8 La estructura dispone de un sistema de rociadores automáticos EXIGENCIAS DE RESISTENCIA AL FUEGO SEGÚN RSCIEI R15 2 / 316 . 426 m MJ Exigencias de Resistencia al Fuego en Estructuras
- 14. Métodos de cálculo propuestos para conocer la resistencia al fuego de una estructura
- 15. Métodos Tabulados Método Simplificado de Cálculo Métodos Avanzados de Cálculo · Taules Prescriptives · Es soluciona el problema tèrmic i mecànic a la vegada · Només Vàlid per focs normalitzats ISO 834 · Solució acceptable en casos senzills quan no hi ha problemes d’estabilitat 2. Problema Térmico 3. Problema Mecánico 1. Modelización Fuego 0 x x t c Aproximaciones a la solución: ISO 834 Problema Térmico Problema Mecánico Simulaciones FDS Cálculos estructurales avanzados EN1993-1-2 EN1993-1-2 EN1991-1-2 Curvas de fuego Normalizadas Tabla D.1 del CTE SI T↑ E↓ δ ↑ Acciones Indirectas Cálculo de esfuerzos a T ambiente El problema real de incendio es un fenómeno complejo donde se debe de analizar: (1) el comportamiento del fuego, (2) el calentamiento de las secciones y su influencia en los esfuerzos mecánicos (3) Ante esta complejidad existen diferentes métodos para analizar la capacidad resistente de la estructuras bajo acción del fuego Aproximación de cálculo al problema real de incendio
- 17. Deformació 300 250 200 150 100 50 0 0,5 1,0 1,5 2,0 Tensió (N/mm ) 2 20°C 200°C 300°C 400°C 500°C 600°C 700°C 800°C Límit de proporcionalitat (600°C) Límit elàstic efectiu (600°C) Mòdul elàstic (600°C) Gráfico tensión (N/mm2) - deformación (%) en funció de la temperatura para el acero S275 PROPIEDADES MECANICAS DEL ACERO AFECTADAS POR LA TEMPERATURA Disminución de resistencia y rigidez del Acero
- 18. Disminución de resistencia y rigidez del Acero
- 19. Disminución de resistencia y rigidez del Acero PANDEO POR FLEXIÓN EN PILARES VUELCO LATERAL EN VIGAS ABOLLADURA EN LAS PLACAS Tensión crítica elàstica de abolladura Clasiificación de las secciones Momento crítico elàstico Disminución de la carga crítica elástica Aumento de la esbeltez (≈1,2)
- 20. Disminución de resistencia y rigidez del Acero
- 21. Resistencia de los perfiles metálicos a Fuego Hasta que temperatura resiste un perfil metálico? • El Acero no tiene resistencia al fuego • El Acero sólo resiste a hasta 500 o 550 grados • El cálculo a fuego es muy complejo Existen métodos de cálculo simplificados que permiten encontrar la “Temperatura Crítica” t d fi t d fi R E , , , ,
- 22. No consideran los efectos de las dilataciones de barras No consideran disminución del módulo de elasticidad con la temperatura Permite calcular los esfuerzos en barras de la manera tradicional y verificar cada elemento de la estructura de manera independiente Método de la temperatura crítica 1. Consideración del estado de cargas en “situación de Incendio” 2. Obtención de esfuerzos considerando Tº ambente 3. Obtención de la Temperatura Crítica en el dominio de la resistencia cr.d θa Ky,θ KE,θ 20 1.000 1.000 100 1.000 1.000 200 1.000 0.900 300 1.000 0.800 400 1.000 0.700 500 0.780 0.600 600 0.470 0.310 700 0.230 0.130 800 0.110 0.090 Coeficientes reductores fuego
- 24. Incremento de temperatura en Secciones net h Calentamiento Uniforme de la sección Se puede utilizar Fórmula Analítica para la resolución del problema EN 1993-1-2 (Fórmula 4.25) t g t s t g s s p t s e c d V Am , 10 , , , 1 3 1 · Transmisión por Conducción 0 x x t c Transmisión por Radiación Transmisión por Convección Perfiles no protegidos Fórmula 4.25 Perfiles protegidos Fórmula 4.25 Calentamiento No Uniforme de la sección Se puede solucionar con Técnicas de Elementos Finitos
- 25. Factor de Forma o Factor de masividad de un perfil 1 Perfil del Volumen gases los con contacto en perfil del perimetral Superficie m V Am sección la de Area sección la de fuego al expuesto Perímetro L L 1 1 · • El factor de forma es un indicador de la velocidad con la que aumenta la temperatura en un perfil 1 calor almacenar de Capacidad Calor de Entrada de Puerta m V Am • Al subir la temperatura de los gases, la temperatura de la estructura aumenta, pero existe un retraso.
- 26. Ejemplo Cálculo Térmico RESPUESTA TÉRMICA del perfil IPE 600 frente al fuego normalizado ISO 834 CASO A IPE 600 sin protección CASO B IPE 600 con una protección de mortero de vermiculita de 20 mm
- 27. Sistemas de Protección habituales PLACAS ENSAMBLADAS MORTEROS PROYECTADOS PINTURAS INTUMESCENTES
- 28. Problema Mecánico T crit, RF (min) Problema Térmico Gk Qk - Nomes taules per a 500ºC Perfiles no protegidos Placas y proyectados - Propiedades térmicas conocidas (λ, c, ρ) g a g p a a p p a e t V A c d 1 3 / 1 1 1 10 / Pinturas Intumescentes - Propietats tèrmiques desconegudes (λ, c, ρ) Acciones mecánicas EN1991-1-2 Resistencia Mecanica EN1993-1-2 Temperatura Crítica Calculo calentamiento perfiles EN1993-1-2 (λ, c, ρ) net h - Calculo de (λ, c, ρ) y procedir como anterior Cálculo de esfuerzos a T ambiente Este método permite suponer que no hay interacción entre el problema térmico y mecánico. La norma ofrece una formula de combinación de acciones para conocer los esfuerzos en situación de incendio y la resistencia mecánica de los perfiles sometidos a temperaturas elevadas, y otra formula para conocer el calentamiento del perfil a lo largo del tiempo sometido a una curva normalizada de fuego. Método de la temperatura crítica Método de cálculo simplificado de Eurocódigo
- 29. Proyecto Construsoft-Universidad-Fabricante con Pinturas Intumescentes
- 30. Antecedentes en nuestra 2007 We launched a new Fire analysis module in BuildSoft software (Structural Software + Thermal solver) based in Eurocodes • We received many questions from customers (how to calculate paint in software?) • We asked paint manufacturers but only had tables and no data to enable engineers to make thermal calculations • We started a research work about intumescent coatings background 2008 First contact for pilot project using Euroquimica Paints 2009 University of Catalonia was involved in research project and Official Fire Laboratory (AFITI-LICOF) 2011 Viability study god results were found calculating paint 2012 We Started to program a software that could be usefully for all manufacturers 2014 Completion of the software.
- 31. Pinturas Intumescentes Crecimiento en el mercado de las pintures intumescentes Fabricant Logotip Pintura País Euroquímica Paints STOFIRE Espanya Valentine C-THERM Espanya Promat PromaPaint Espanya Jallut INGNIJAL Espanya Akzonobel (International Paints) INTERCHAR US (UK) Sherwin-Williams FIRETEX US (UK) PPG STEELGUARD US (UK) Nullifire SC 900 UK Hensel HensoTherm Alemanya Audax RENITHERM Alemanya Hempel HempaCore Dinamarca Sika UNITHERM Suïssa Perstorp CHARMOR Suècia Estudi del creixement de la quota de mercat de les pintures
- 32. Funcionamiento de Pinturas Intumescentes 2. Fases de la (Intumescencia) • Fusión de la pintura (melting) • Reacción de intumescencia (intumescence) • Formación de una capa superficial (char formation) • Degradación de la capa superficial (Char degradation) 3. Aplicació de les pintures intumescents 1. Reacción Química · Base Agua · Base Disolvente · Base Epoxi Materiales Orgánicos Éster carbonico Resinas Cloradas + Nitrogeno + CO2 Polifosfat Amònic Radicales Acidos ↑ V +
- 33. Ensayos Normalizados en pinturas intumescentes Fabricante de Pinturas Ensayos en Laboratorios oficiales de Resistencia al Fuego Mercat Certificación. Tablas características producto Instrumentación y ensayos con muestras pintadas Termopares EN 1363-1 o UNE-EN 1363-1 ENV 13381-4 EN 13381-8 Relacionen · Tipus Perfil · Am/V · RF · Gruix Pintura · T° Acer
- 34. Tratamiento matemático para relacionar las diferentes variables •Diferentes secciones •Diferentes espesores de pintura •Curva fuego ISO 834 1. Valoración del aislamiento térmico que proporcionan (ensayo con pilares cortos) 2. Valoración de la pérdida de aislamiento por la “pegabilidad” (Stickability) Factors de Corrección Dades Oficials D’assaig Que se busca con los ensayos de Pinturas Intumescentes?
- 35. • Algunos fabricantes solo disponen de tablas para θcr 500 °C. • No se dispone de ninguna dato termo-mecanico que permite reproducir el aislamiento que proporcionaba pintura en simulaciones • No se podía aplicar conceptos de Ingeniería de Fuego con pinturas intumescentes. • El procedimiento actual no permitía la implementación en software estructural Inconvenientes tradicionales pera determinar pintura
- 36. Bases del método de conductividad variable de una pintura EN 1993-1-2 EN 13381-8 • Consiste en suponer que todas las reacciones termo mecánicas de la intumescencia quedan resumidas en una conductividad térmica “equivalente” referida a un grueso inicial de pintura λp g a g p a a p p a e t V A c d 1 3 / 1 1 1 10 / Nuevo método de Conductividad variable Acreditación oficial del método por Afiti-Licof • El laboratorio de ensayo emitió los informes oficiales con esta conductividad variable CURVES λ 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 -150 50 250 450 650 850
- 37. Software de cálculo para Pinturas intumescentes
- 38. Aplicación pera Software de Cálculo Global Aplicación gratuita pera cálculo de elementos www.euroquimica.com • Càlcul mecànic per a casos simples Construsoft + UPC • Càlcul mecànic per a estructures 3D Aplicaciones de Software desarrolladas
- 39. Aplicación a un caso real (RSIEI) • Análisis viga forjado IPE 500 acero S355JR • Cargas: · Carga permanente: · Sobrecarga (oficinas) • Impedimento vuelco lateral per efecto diafragma del forjado • Exposición a fuego per 3 cares •Estudio de Pintura necesaria para R15, R30, R60, R90 Am/V = 132 m-1 1. Resolucion Método Tradicional 2. Resolución con Software 2D 3. Resolución con Software 3D Ejemplo de Cálculo y ventajas del método
- 40. Ejemplo de reducción de Costes en protección pasiva Comparación de resultados (usando tablas “método tradicional” /usando software) Temperatura crítica calculada por el software 643 °C El software permite demostrar reducciones en espesores de material de protección pasiva del 50% y extender el uso de la protección para tiempos mayores de resistencia al fuego.
- 41. Software y método revisado por la universidad El software utiliza métodos recogidos en las normativas europeas y se puede ampliar a otras normativas El software utiliza datos validados por los fabricantes de protección al fuego en laboratorios oficiales de Resistencia al fuego El prestigioso profesor Dr Frederic Marimón de la universidad Politécnica de Catalunya (UPC) hasrevisado el método de cálculo y los resultados del programa generando un documento benchmark y guía de diseño. El software ofrece memorias justificativas con todos los cálculos. Dr Frederic Marimón Carvajal
- 42. Muchas Gracias por su atención