Comportamiento frente al fuego de sistemas de forjado...
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Comportamiento frente al fuego de sistemas de forjado colaborante de acero Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales Olivier VASSART - Bin ZHAO Oct. 2010
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Comportamiento frente al fuego de sistemas de forjado colaborante de aceroRevisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios realesOlivier VASSART - Bin ZHAO Oct. 2010
2Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayos de fuego de Cardington– Ensayo de vigas con quemadores– Ensayo de estructuras con quemadores– Ensayos de esquinas con piletas de madera– Ensayos de demostración con mobiliario de oficina
real• Ensayos de fuego en aparcamientos al aire libre
– Ensayos localizados de fuego en vehículos • Pruebas de incendios accidentales en edificios reales y
otros ensayos de fuego fuera de Europa– Incendios accidentales– Otros ensayos frente al fuego
Contenido de la presentación
3Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Edificio de estructura de acero de ocho plantas
Unión viga con viga
Unión viga con columna
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
4Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Parámetros principales del edificio
– Longitud: 42 m en 5 luces de 9 m– Anchura: 21 m en 3 luces de 6 m, 9 m y 6 m– Altura por planta: 4,2 m– Elementos de acero: VD para vigas y CD para columnas– Forjado colaborante: hormigón ligero con profundidad
total de 130 mm y cubierta trapezoidal de acero– Malla de acero: 142 mm²– Juntas de acero: uniones con cartela para juntas viga-
viga y uniones con chapa de borde flexible para juntas viga-columna
– Carga aplicada: sacos de arena
Ensayos de fuego de Cardington
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
5Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo de viga arriostrada: luz = 9,0 m
Ensayos de fuego de Cardington
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
6Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
0
50
100
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200
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0
200
400
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800
1000
Tiempo (min)
Des
plaz
amie
nto
vert
ical
(mm
)
Tª m
áx. (
°C)
• Ensayo de viga arriostrada: resultados experimentales
• Observación– Calentamiento máximo ≈ 900 °C– Flecha de la viga: < 250 mm
Ensayos de
fuego de
Cardington
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fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
7Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Comparación con ensayo de fuego en horno estándar
0
1.0
2.0
3.0
0 200 400 600 800 1000Temperatura (°C)
Flec
ha (%
luz)
Ensayo estructura
Ensayo horno estándar
Flecha = Luz/30
• Conclusión– No hay signos de fallo en el sistema global de forjado
colaborante– Se produce colapso a θ ≈ 650 °C si existe un soporte
sencillo
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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8Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo de viga de estructura plana
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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9Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo de estructura plana: resultados experimentales
• Observación– Calentamiento máximo ≈ 750 °C– Flecha de la viga ≈ 300 mm
0
50100
150200
250
300350
400
0
200
400
600
800
1000
Tiempo (min)
Máx
. Tª
de c
olum
na
expu
esta
(°C
)
Máx. Desplazamiento vertical Tª de columna
Des
plaz
amie
nto
vert
ical
máx
. (m
m)
0 50 100 150 200 250 300 350
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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10Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Estado deformado de la parte caliente del forjado
• Conclusión– Aplastamiento de la parte desprotegida de la columna– No hay colapso adicional a pesar del fallo local anterior
Ensayos de
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Cardington
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aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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11Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo del sector de esquina
Ensayos de
fuego de
Cardington
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Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
12Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo del sector de esquina: configuración
Muros del sector con bloques de hormigón
huecos
La carga de fuego con piletas de madera es igual
a 45 kg/m²
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fuego de
Cardington
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aparcamientos al
aire libre
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incendio
accidental
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13Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo del sector de esquina: resultados experimentales
Fuego durante el ensayo
Forjado deformado tras el
ensayo
Ensayos de
fuego de
Cardington
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Pruebas de
incendio
accidental
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14Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Observación– Calentamiento máximo del acero ≈ 1014 °C– Flecha máxima del forjado ≈ 428 mm
00
100
200
300
400
500
600
0
200
400
600
800
1000
1200
Tiempo (min)
Des
plaz
amie
nto
vert
ical
máx
imo
(mm
)
Máx
ima
Tª d
el
acer
o (°
C)
Desplazamiento vertical máximo
Tª máxima
50 100 150 200 250 300 350
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
• Ensayo del sector de esquina: resultados experimentales
15Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo del sector de esquina: estructura tras el ensayo
Estado deformado de la parte caliente del forjado colaborante
Estado deformado de los elementos de acero alrededor de la columna de acero
protegida
• Conclusión– No hay signos de fallo global ni de flecha limitada del
forjado a pesar del calentamiento significativo del acero
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
16Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo de demostración (superficie superior a 130 m²)
Ensayos de
fuego de
Cardington
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aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
17Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo de demostración: configuración
Carga de fuego con mobiliario de
oficina real
Aperturas con ventanas de acristalamiento
normal
Ensayos de
fuego de
Cardington
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aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
18Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo de demostración: resultados experimentales
Fase temprana del incendio
Incendio de desarrollo completo
Ensayos de
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Cardington
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incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
19Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Observación– Temperatura máxima del gas ≈ 1200 °C– Calentamiento máximo del acero ≈ 1150 °C
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Tiempo (min)
Tª a
tmos
féric
a (°
C)
• Ensayo de demostración: resultados experimentales
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
20Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Observación– Flecha importante del forjado ≈ 640 mm – No se produce colapso del forjado
0
100
200
300
400
500
600
700
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Tiempo (min)
Des
plaz
amie
nto
vert
ical
(mm
)
0
200
400
600
800
1000
1200
Tª (°
C) Desplazamiento
vertical máx.
Tª acero
• Ensayo de demostración: resultados experimentales
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
21Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayo de demostración: estructura tras el ensayo
• Conclusión– No hay señal de fallo global del forjado a pesar del
calentamiento significativo del acero y de la flecha del forjado
Estado deformado de la parte caliente del forjado colaborante
Estado deformado de los elementos de acero alrededor de la columna de acero
protegida
Ensayos de
fuego de
Cardington
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fuego en
aparcamientos al
aire libre
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incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
22Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Otros ensayos frente al fuego– Ensayo de la segunda esquina– Ensayo de sector de incendios
grande– Ensayo de sector de incendios
central
Ensayos de
fuego de
Cardington
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fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
23Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Observaciones generales– Se realizaron gran cantidad de ensayos de incendios
graves en este edificio de estructura de acero sin producirse colapso de la estructura global
– Se observó un mejor comportamiento frente al fuego que con ensayos de fuego estándar con elementos de acero aislados
– Comportamiento global excelente de los forjados colaborantes, incluso si las vigas de acero se calientan por encima de los 1000 °C
– Mejora sustancial de la resistencia al fuego del forjado colaborante gracias al efecto membrana inducido por una gran flecha
– Buena resistencia estructural del sistema de forjado colaborante ante un agrietamiento importante del hormigón
Ensayos de
fuego de
Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego de Cardington
24Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Edificio de estructura de acero de una planta
3 m32m15 m
5m 16m
Ensayos de fuego
de Cardington
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fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego en aparcamiento al aire libre
25Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
5,0 m2,33m
2,5m
• Edificio de estructura de acero de una planta
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego en aparcamiento al aire libre
26Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Parámetros principales de la estructura
– Longitud: 32 m en 2 luces de 16 m
– Anchura: 15 m en 3 luces de 5 m
– Altura de la planta: 3,0 m
– Elementos de acero: IPE para vigas y H para columnas
– Forjado colaborante: hormigón ligero con profundidad total de 120 mm y cubierta de acero entrante
– Malla de acero:
– Juntas de acero: uniones angulares dobles de entramado para juntas viga-viga y uniones con chapa de borde flexible para juntas viga-columna
– Carga aplicada: coches reales
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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27Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Dos ensayos de fuego con tres coches cada uno
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego en aparcamiento al aire libre
IPE500IPE400 IPE550
16 m
5 m
Edge columns: HEA 180 Central columns: HEB200
Ensayo 2
Direcciondel viento
Ensayo 1
28Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales (ensayo 1)
0 min
Ensayos de fuego
de Cardington
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fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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29Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales (ensayo 1)
10 min
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fuego en
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aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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30Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales (ensayo 1)
33 min
Ensayos de fuego
de Cardington
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aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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31Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales (ensayo 1)
62 min
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de Cardington
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fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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32Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales (ensayo 2)
0 min
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fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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33Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales (ensayo 2)
10 min
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fuego en
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aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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34Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales (ensayo 2)
25 min
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aire libre
Pruebas de
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35Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales (ensayo 2)
44 min
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accidental
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36Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Resultados experimentales: temperatura del gas
0
200
400
600
800
1000
1200
0 30 60 90 120 150 180 210Tiempo (min)
Tªde
l fue
go (°
C)
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego en aparcamiento al aire libre
37Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
0
200
400
600
800
0 30 60 90 120 150 180 210
Tiempo (min)
Tªde
l ace
ro (°
C) Viga 1 - Ensayo 1
Viga 2 - Ensayo 1Viga 1 - Ensayo 2Viga 2 - Ensayo 2
• Resultados experimentales: temperatura del acero
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego en aparcamiento al aire libre
38Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
-150
-100
-50
0
50
0 30 60 90 120 150 180 210Tiempo (min)
Des
p. v
ertic
al (m
m)
Viga 2 - Ensayo 1Viga 1 - Ensayo 1Viga 2 - Ensayo 2Viga 1 - Ensayo 2
• Resultados experimentales: temperatura del acero
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
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39Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Consecuencias del efecto membrana en 3D
-200
-160
-120
-80
-40
00 15 30 45 60 75
Tiempo (min)D
esp.
Vert
. (m
m)
EnsayoCal. 3DCal. 2D
0
20
40
60
0 20 40 60 80Tiempo (min)
Des
p.H
oriz
. (m
m)
• Conclusión– Reducción de desplazamientos con el efecto de
membrana en 3D frente al comportamiento de la estructura del portal en 2D
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de
fuego en
aparcamientos al
aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
Ensayos de fuego en aparcamiento al aire libre
40Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Incendio de Broadgate– Edificio de oficinas de 14 plantas con sistema de
forjado colaborante– Temperatura del fuego superior a 1000 °C– Flecha importante del forjado (más de 600 mm) pero
sin colapso alguno
Incendios accidentales y otros ensayos de fuego
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de fuego
en aparcamientos
al aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
41Oct. 2010 Revisión de ensayos frente al fuego a gran escala e incendios reales
• Ensayos de fuego en Australia– Sistema de forjado colaborante a gran
escala – Carga de fuego: 52 kg/m² de piletas de
madera– Temperatura del fuego superior a 1228 °C– No se produce colapso del forjado
Incendios accidentales y otros ensayos de fuego
Ensayos de fuego
de Cardington
Ensayos de fuego
en aparcamientos
al aire libre
Pruebas de
incendio
accidental
