Estructuras Dañadas Por El Fuego
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Integrantes: De la Cruz Azula Luis García Calderón Orlando Manay Mego Jesús Hoyler Medina Ramírez José Lennin Montalvo Malca Jorge Serrano Díaz José Alexander Docente: Cachay Lazo Cesar Eduardo Escuela Profesional de Ingeniería Civil ESTRUCTURAS DAÑADAS POR EL FUEGO
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Integrantes: De la Cruz Azula Luis
García Calderón Orlando
Manay Mego Jesús Hoyler
Medina Ramírez José Lennin
Montalvo Malca Jorge
Serrano Díaz José Alexander
Docente: Cachay Lazo Cesar Eduardo
Escuela Profesional de Ingeniería Civil
ESTRUCTURAS DAÑADAS POR EL FUEGO
ESTRUCTURAS DAÑADAS
POR EL FUEGO
II. Generalidades
Materiales combustibles
Materiales no combustibles
rigidez
Disminución
capacidad resistente
deformaciones Estructuras de concreto Estructuras de acero
Estructuras de madera
La tabla siguiente, extraída del Documento “Seguridad y protección completa frente al
fuego con hormigón” de la plataforma Europea del Hormigón, establece cómo los
materiales más habituales empleados para construir las estructuras de los edificios se
caracterizan por su comportamiento en condiciones de incendio.
Madera Acero Concreto
Normativa peruana vigente – RNE
1. Norma A.130
1.1. Capítulo III – Protección de barreras contra el fuego
- Artículo 42.- Para clasificarse dentro del tipo
”resistentes al fuego”, la estructura, muros
resistentes y muros perimetrales de cierre de
la edificación, deberán tener una resistencia
al fuego mínima de 4 horas, y la tabiquería
interior no portante y los techos, una
resistencia al fuego mínima de 2 horas.
Tabique
- Artículo 46.- Estructuras clasificadas por su Resistencia al
fuego
a. Construcciones de muros portantes.
b. Construcciones aporticadas de concreto.
c. Construcciones especiales de concreto.
d. Construcciones con elementos de acero.
Construcciones de muros
portantes
Construcciones aporticadas de
concretoConstrucciones con
elementos de acero
III. ESTRUCTURAS DE CONCRETO DAÑADAS POR FUEGO
La tabla 1, deducida del documento “Méthode de prévision par
le calcul du compertement au feu des structures en béton (XP
P92701/A1, Décembre 2000)”, de acuerdo con la curva de
fuego normalizado, nos indica lo siguiente:
Nota: La armadura de acero está dispuesta en una losa de concreto de 10 cm de espesor a diversos recubrimientos
La variación de la temperatura dentro del horno
o sector de incendio responde a la ecuación:
𝑇ℎ𝑡 − 𝑇ℎ
0 = 345 𝑙𝑜𝑔10 (8𝑡 + 1) ; siendo t el
tiempo transcurrido en minutos.
Fig. III.2.1. Curva normalizada ISO 834 (elaboración propia)
La tabla 2, deducida del Eurocódigo 2: Diseño de estructuras de
hormigón. Parte 1-2: Resistencia al fuego (ENV 1992-1-2), nos
indica lo siguiente:
Nota: Hormigón o concreto con árido silíceo
árido silíceo
La tabla 2, deducida del Eurocódigo 2: Diseño de estructuras de
hormigón. Parte 1-2: Resistencia al fuego (ENV 1992-1-2), nos
indica lo siguiente:
Nota: Hormigón o concreto con árido silíceo
su deformabilidad aumenta
menos rígida
Disminución de los módulos de elasticidad
Secciones habituales de concreto armado
recubrimientos
3 cm
5 cm
Buena respuesta frente al fuego
secciones pretensadas
aumentarse entre 1 cm y 1.5 cm
recubrimiento
Se pretende, en general y de modo
resumido, que la temperatura
alcanzada en la sección interior del
concreto durante el incendio no
supero los 500 °c, y, por tanto, se
puede contar con una capacidad de la
sección resistente.
Artículo 47
Normativa peruana vigente – RNE1. Norma A.130
1.1. Capítulo III – Protección de barreras contra el fuego
Artículo 48.- Clasificación de los pisos o techos por su resistencia al fuego.
Artículo 49.- Clasificación de las paredes y tabiques por su resistencia al fuego
Edificio Windsor de Madrid
El comportamiento de la estructura de concreto armado evitó el derrumbamiento del edificio cuyas consecuencias hubieran sido catastróficas
Según investigaciones realizadas sobre la dinámica delincendio, y después de realizar ensayos mediante análisistérmicos y técnicas de microscopía electrónica sobre loselementos de concreto armado que resistieron la accióndel fuego, se concluyó que la temperatura alcanzada en elinterior del concreto fue de 500 °c a una distancia de entre2.5 y 5 cm contada desde la superficie del elemento deconcreto expuesta directamente a la acción del fuego
Las temperaturas especiales que se elevan losincendios generalmente llegan a 1000 °C o más, yson muy pocos los materiales que conservan unaresistencia estructural de importancia a dichastemperaturas.
Una propiedad importante del concreto es la cualidad deresistir la transmisión de calor y de limitar estas elevadastemperaturas a una zona comparativamente poco profundacerca de la superficie expuesta.
Una propiedad que es de gran ayuda en este proceso, es lareducción de conductividad que a altas temperaturas puedeser únicamente una tercera parte del valor a temperaturasambientes normales.
El resultado práctico de esta propiedad es, por ejemplo, queen una típica columna e concreto reforzado expuesta a unaprueba estándar de fuego durante un periodo de dos horas, seobservara una temperatura superior a los 300°C solamenteen los 5cm exteriores del concreto.
.- La temperatura de 300°C es importante por dos razones:
a).- Es la temperatura bajo la cual se presenta unacoloración rosada.
b).-Es la temperatura bajo la cual el efecto del calor sobre laresistencia del concreto probablemente es insignificante entérminos estructurales.
La coloración rosada puede identificarse prácticamente entodos los tipos de concreto y permanece después deenfriarse, algunas veces se requiere de un ojo experimentadoy buena iluminación para descubrirla, pero frecuentementela coloración es notoria y bien definida en una muestradesprendida de la superficie.
La resistencia del concreto disminuye conforme se eleva latemperatura y hay disminución al enfriarse, probablementedebido al micro agrietamiento adicional.
En estructuras expuestas a temperaturas no superiores a300°C conservan un 75% de resistencia residual.
Después de quitar el concreto color de rosa puede suponerse que el concreto restante tiene una resistencia promedio no menor del 80% de su resistencia anterior al incendio.
Resistencia del concreto a lacomprensión cuando está caliente ydespués de enfriarse.
Los elementos estructurales de concreto pueden verse afectados pordescascaramiento y agrietamiento así como, en ciertos casos, por la acciónde gases que contienen ácido clorhídrico, así como los que emite el PVC enignición como resultado de su exposición al fuego, se distinguen tres dedescascaramiento:
Descascaramiento del agregado
Descascaramiento explosivo
Descascaramiento por desprendimientos
Este se debe al estallido y fracturación de las partículas del agregado comoresultados de cambios físicos o químicos bajo temperaturas elevadas. Porregla general este descascaramineto es de poca extensión y se limita sóloa la superficie del elemento del concreto
Las causas principales del descascaramiento explosivo son los esfuerzos de tensión causados por el vapor de agua, inducidos internamente, y por los refuerzos de restricción debidos a la elevación de temperatura que siempre ocurre en un incendio. Los esfuerzos de tensión causados por movimientos de vapor de agua dependen, en gran parte, del contenido de humedad y por tanto de la edad del concreto. Como el proceso de hidratación no se ha completado, en el concreto joven habrá, si ocurre en un incendio durante en la construcción de la estructura, un contenido de humedad relativamente elevado en el concreto, por lo que es probable entonces que se desarrollen esfuerzos de tensión elevados.
Se refiere a las capas o trozos de concreto de tamaños diversos, queocurren como resultado de una exposición al fuego bastante larga. Esproducido por roturas o agrietamiento del concreto y es más probable queocurra aumentando la deformación.
Un tema que no es de menor importancia a la hora de verse enfrentado a un incendio de una estructura cualquiera, es el comportamiento que tendrá cada uno de los materiales que la componen al contacto con las altas temperaturas que genera el fuego. ya que generalmente el fuego afecta a todos los materiales de la construcción, los materiales que funcionan como combustibles se sumaran a la extensión del incendio, en cambio los que no lo son, se verán afectados perdiendo su capacidad de resistencia su rigidez, incluso produciéndose en su estructura deformaciones.
El incremento de la temperatura en estructuras de acero, conlleva a un decremento en las propiedades mecánicas. Por lo tanto, cuando un elemento de acero es sometido a un incendio este sufre una disminución en su capacidad resistente. El acero, como material con alta conductividad térmica, se calienta de modo inmediato, de forma tal que, expuesto directamente al incremento de temperaturas producido por el fuego, adquiere inmediatamente, y en toda su sección, la temperatura que se alcanza en el incendio .Si la duración e intensidad del incendio son lo suficientemente grandes, la capacidad resistente puede caer hasta el valor de las cargas aplicadas, es decir, la estructura puede tender al colapso.
La reducción de la resistencia en el acero mediante el incremento de la
temperatura se puede apreciar en la siguiente figura.
En la siguiente figura, se puede apreciar más claramente el concepto de “temperatura crítica”, a partir de los 500 º C la resistencia del elemento decae considerablemente
Curva tensión- deformación para el acero
1
• Las estructuras portantes metálicas de los edificios en la actualidad, están constituidas por perfiles normalizados de acero (aleación de hierro y carbono), que tienen una elevada capacidad para absorber las solicitaciones mecánicas.
2
• La acción del fuego sobre el acero modifica la plasticidad del mismo y con ello se rompe el equilibrio de las tensiones de trabajo previstas, con lo que se origina una pérdida de la estabilidad de la estructura.
3
• Otro efecto negativo es la dilatación producida en los elementos que constituyen la estructura, aumentando las tensiones que pueden producir el colapso de la misma. Resumiendo la estructura además de perder resistencia mecánica, esta sometida a tensiones mayores
Escriba aquí la ecuación.
conductividad térmica del acero, 𝑘 = 52 𝑊 𝑚.𝑘
calor especifico del acero (486 𝑗 𝑘𝑔.𝑘),
Densidad del acero 7.850 kg/m3
IMPORTANTE:
La temperatura de 250 ºC, modifican la resistencia y el límite elástico del acero.
A partir de una temperatura de 538 ºC (denominada "temperatura crítica") la caída de la resistencia es muy
acusada, con lo que la estructura no puede soportar la carga de diseño.
El coeficiente de pérdida de sus propiedades mecánicas supone que alrededor de los 500 ºC éstas se
reducen, aproximadamente, entre un 45 y un 60 %.
REDUCCION DE LAS CARACTERISTICAS MECANICAS DEL ACERO EN FUNCION DE LA TEMPERATURA
ky, = fy, /fy Factor de reducción del límite elástico.kp, = fp, /fy Factor de reducción del límite proporcional.kE, = Es, Es Factor de reducción del módulo de deformación longitudinal.
Variación de las características mecánicas del acero en función de la temperatura
Curvas de los materiales
GRAFICA DE DEFORMACIÓN DEL ACERO EN FUNCIÓN DE LA
TEMPERATURA Y EL TIEMPO
Protegido No protegido
El acero es incombustible, pero el aumento de su temperatura supone importantísimas pérdidas en sucapacidad mecánica.
Suele denominarse temperatura crítica aquella en la que la capacidad mecánica del elemento estructuraldesciende por debajo de la necesaria para soportar las cargas que actúan sobre él.
Que un elemento estructural de acero alcance la temperatura crítica en un tiempo determinado depende,además de factores que consideraremos fijos (carga de fuego, aberturas, etc.), de la superficie que expone alfuego y de la sección o espesor del perfil, denominándose factor de forma a la interrelación entre ambos.
La dilatación producida por la elevación de temperatura en elementos lineales puede contribuir alderrumbe o colapso de la estructura.
La seguridad estructural en caso de incendio no implica el mantenimiento de la integridad estructuralhasta la finalización del mismo, sino que busca que la estructura resista el tiempo suficiente para permitirsu evacuación y asegurar también que los equipos de emergencia puedan trabajar de la forma segura yrelativamente cómoda.
El acero enfriado recupera gran parte de su resistencia inicial, aunque es un problema delicado dictaminarsi la estructura puede seguir en servicio, siendo en muchas ocasiones la imposibilidad de corregir lasdeformaciones el factor determinante de desecho.
Para aumentar hasta los limites requeridos la estabilidad al fuego de loselementos estructurales de acero, es necesario revestirlos con un materialaislante térmico que disminuya de forma efectiva el flujo de calor. Sepuede revestir mediante paneles de lana minerales, mediante morterosque se proyectan sobre el elemento estructural o mediante pinturas
La mejor manera de proteger una estructura es tomando medidas activasde protección frente a incendios, como por ejemplo la colocación derociadores, para conseguir extinguir el incendio antes del inicio de la fasede flashover.
10/10/2015 44EVALUACION Y REPARACION DE ESTRUCTURAS
UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
A.- OBJETIVOS:
Objetivo principal de los códigos de construcción.
Protección de la vida de losocupantes (Criterios: el tiemponecesario para la evacuación).
Otros objetivos de desempeñodeterminados por las partesinteresadas para los propietariosde edificios
10/10/2015 45EVALUACION Y REPARACION DE ESTRUCTURAS
UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
La práctica actual en la seguridad contra incendios:
Combinación de medidas de protección contra incendios activa y pasiva.
Activo: sistemas de alarma y detección de incendios, rociadores, etc.
Pasivos: Built-in por elección de los materiales, las dimensiones de componentes, compartimentación, y las pruebas de fuego (fuego diseño de la resistencia).
Ambas medidas activas y pasivas prescriben en el modelode los códigos de construcción.
10/10/2015 46EVALUACION Y REPARACION DE ESTRUCTURAS
UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
Dos códigos de construcción modelo
Los códigos de construcción:
Código Internacional de Construcción (IBC) 2000 (International Code
Council (ICC), 2006)
Construcción de Edificios y el Código de Seguridad NFPA 5000 (NationalFire Protection Asociación, 2006).
10/10/2015 47EVALUACION Y REPARACION DE ESTRUCTURAS
UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN
- Las pruebas de clasificación basada en la norma ASTM
E 119 o NFPA 251
- Los métodos de análisis por norma ACI / TMS 216 o
ASCE / SFPE 29
Reglaemento nacional de edificaciones 2006
Un incendio es un fuegoincontrolado cuya magnitud esconsecuencia de los materiales quese encuentran en el edificio y cuyaduración es función de loselementos estructurales con quedicho edificio esté construido.
La reacción al fuego de cadamaterial es el alimento que puedeaportar al fuego y a su desarrollo.
La resistencia al fuego de unaestructura es el tiempo que ésta semantiene cumpliendo su funciónal ser atacada por el fuego.
La madera y sus productos derivadosestán formados principalmente porcelulosa y lignina,
Los cuales se componen de carbono,hidrógeno y oxígeno.
Estos componentes la hacencombustible.
Sin embargo la madera maciza noarde rápidamente y son realmentepocos los casos en los que en unincendio haya sido el primer materialen arder.
Sin la presencia de llama, la maderanecesita una temperatura en lasuperficie superior a 400ºC paracomenzar a arder en un plazo detiempo medio o corto.
Incluso con la presencia de llama senecesita una temperatura en lasuperficie de unos 300º C durante uncierto tiempo antes de que seproduzca la ignición.
A pesar de que la madera sea un material inflamable a
temperaturas realmente bajas, en relación con las que se
producen en un incendio, es más seguro de lo que la
gente cree por las siguientes razones:
su baja conductividad térmica hace que la temperatura
disminuya hacia el interior.
la carbonización superficial que se produce impide por
una parte la salida de gases y por otra la penetración
del calor, por lo que frena el avance de la combustión.
y al ser despreciable su dilatación térmica no origina
esfuerzos en la estructura ni empujes en los muros.
Resistencia al fuego de la viga laminada
La resistencia al fuego de un elemento constructivo se
mide como el tiempo durante el que es capaz de seguir
cumpliendo su función (resistencia, estanqueidad,
aislamiento) en una situación de incendio
La descomposición térmica conpérdida de masa se inicia entre los 120y 200ºC en Esta fase se liberan elcontenido de humedad y se producela degradación de los Materiales nocombustibles en el área decombustión.
Entre 200 y 280ºC se produceprincipalmente reaccionesendotérmicas y se absorbe la energíacalorífica de la fuente de ignición
Entre 280 y 500ºC las reaccionesexotérmicas de los productos endescomposición Se aceleranconstantemente dando lugar alproceso primario y al mismo tiempo,se desarrollan fenómenos decarbonización
A temperaturas superiores a 500ºC, lamadera carbonizada forma residuos.Al calentarse al rojo, se producencenizas que contienen materialesinorgánicos sólidos, y concluye elproceso.
