Resistencia al fuego

La adopción de un diseño estructural contra incendios basado en el rendimiento en estructuras de aparcamientos abiertos está justificada, ya que el fuego no alcanza la fase de flashover (combustión súbita generalizada). Sin embargo, esta estrategia de diseño requiere un análisis preciso de las temperaturas en los elementos estructurales expuestos a incendios de vehículos. Para este trabajo de investigación, se ha llevado a cabo un estudio numérico sobre la exposición térmica de las estructuras de acero en incendios de aparcamientos abiertos. Las temperaturas del acero se calcularon utilizando modelos analíticos de los Eurocódigos, dinámica de fluidos computacional y modelización de elementos finitos. También se evaluó el impacto de la galvanización en la evolución de la temperatura del acero.

Contenidos

Este trabajo de investigación de 2022 consta de las siguientes partes:

1.    Introducción
2.    Alcance del estudio
   2.1 Diseño y estructura del aparcamiento
   2.2 Escenarios de incendio
3.    Métodos de modelización térmica causada por incendios
   3.1 Selección del método de modelización
   3.2 Análisis de incendios
   3.3 Análisis térmico
4.    Resultados
   4.1 Evolución de la temperatura en las vigas
        4.1.1 Escenario de incendio 1
        4.1.2 Escenarios de incendio 2 y 3
        4.1.3 Comparación con datos experimentales
   4.2 Evolución de la temperatura en los pilares
5.    Comentarios
   5.1 Temperaturas alcanzadas en los elementos de acero
   5.2 Limitaciones del modelo Hasemi
   5.3 Comparación entre los enfoques de modelización de incendios simple y avanzado para pilares
   5.4 Implicaciones para el diseño de incendios basado en el rendimiento
6.    Conclusiones

Trabajo de investigación:
© Yan, X., Charlier, M. & Gernay, T. Thermal response of steel framing members in open car park fires. Front. Struct. Civ. Eng. 16, 1071–1088 (2022). https://doi.org/10.1007/s11709-022-0879-0

Texto:
© Constructalia

Imágenes:
© ArcelorMittal Europe - Long Products
© ArcelorMittal

Escrito en colaboración con ArcelorMittal Steligence®, este trabajo de investigación examina la influencia de la geometría de las secciones, los escenarios de incendio en automóviles, el enfoque de modelización y el uso de la galvanización en las temperaturas de vigas y pilares no protegidos. A partir de las distribuciones detalladas de temperatura en los elementos de acero, es posible realizar diseños estructurales eficientes en caso de incendio basados en las secciones de los elementos, la disposición y el uso de la galvanización.

Enlaces relacionados

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La respuesta de las estructuras expuestas al fuego depende en gran medida del tipo de incendio que se declare, y el tipo de incendio que se produzca depende en gran medida de la geometría del compartimento. Se ha llevado a cabo un proyecto de investigación europeo utilizando de simulaciones de dinámica de fluidos computacional para analizar la influencia de la geometría del compartimento y la interacción con cargas de combustible representativas con el fin de examinar las circunstancias que contribuyen a la propagazión de un incendio.

Contents

Este documento de 2021 consta de los siguientes capítulos:

1.    Introducción
2.    Configuración de las simulaciones CFD y sus correspondientes hipótesis
    2.1 Dominio computacional
    2.2 Carga de fuego
    2.3 Propagación del incendio y tasa de liberación de calor
    2.4 Condiciones de contorno
    2.5 Radiación
3. Modelo de diferentes configuraciones de grandes compartimentos: Resultados e influencias
    3.1 Compartimento rectangular profundo - propagación unidimensional
    3.2 Compartimento cuadrado - propagación bidimensional (2D)
4. Vinculación de la CFD y el método de los elementos finitos (FEM): Respuesta de una estructura de acero a las características de la propagación del fuego
    4.1 Estrategia de modelización
    4.2 Ejemplo
        4.2.1 Configuración del compartimento
        4.2.2 Estructura de acero
        4.2.3 Resultados
5. Discusión y mejoras adicionales
6. Conclusiones

Informe de investigación:
© Charlier M, Gamba A, Dai X et al. (2021). Modelling the influence of steel structure compartment geometry on travelling fires. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Structures and Buildings 174(9): 739–748, https://doi.org/10.1680/jstbu.20.00073

Texto:
© Constructalia

Imágenes:
© ArcelorMittal Europe
© Carlo Hommel
© ArcelorMittal Building Solutions

Este trabajo de investigación, redactado en colaboración con ArcelorMittal Steligence® y ArcelorMittal Global R&D, pone de relieve cómo las especificaciones de diseño del edificio afectan al desarrollo de la temperatura y al comportamiento mecánico de una estructura de acero cuando se tiene plenamente en cuenta la naturaleza de la propagazión de un incendio.

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En los trabajos del hotel Martin's Patershof, renovación de una iglesia y metamorfosis en un hotel de 4 estrellas, se ha recurrido a una solución innovadora utilizada por primera vez: la combinación de forjado colaborante y hormigón ligero, en este caso el Cofraplus 76  con hormigón Argex compuesto por granulados de arcilla expandida.

En los trabajos del hotel Martin's Patershof, renovación de una iglesia y metamorfosis en un hotel de 4 estrellas, se ha recurrido a una solución innovadora utilizada por primera vez: la combinación de forjado colaborante y hormigón ligero, en este caso el Cofraplus 76  con hormigón Argex compuesto por granulados de arcilla expandida.

El proyecto es el resultado de casi dos años de desarrollo, con el apoyo del ArcelorMittal Research Center y el servicio de los ingenieros de especificación de Arval, adaptado a las necesidades concretas del promotor-constructor.

Una solución para construcción nueva y para rehabilitación.

En construcción nueva, el forjado ligero es especialmente interesante en los edificios de varios pisos, ya que reduce considerablemente el peso muerto y permite aligerar la estructura y la cimentación. Este producto también resulta útil en la renovación, dado que puede resultar conveniente evitar la sobrecarga de la mampostería existente que esté al límite de capacidad de carga. Además, permite aumentar la luz libre de apoyos durante la fase de hormigonado.

En este sistema, la unión hormigón-acero se consigue gracias al diseño especial de las chapas de acero. Estas láminas cuentan con un relieve especial, repetido indefinidamente, tanto en sus superficies horizontales como en los lados inclinados. Durante el montaje y el vertido de hormigón, la plataforma de acero autoportante constituye una plataforma de trabajo.

Una respuesta personalizada para el proyecto del hotel Martin's Patershof

La decisión de utilizar el forjado colaborante Cofraplus 76 de ArcelorMittal Construction combinado con un hormigón Argex se debe a varios motivos.

En primer lugar, la configuración de las instalaciones forzaba a introducir manualmente el conjunto de los materiales por el pórtico de entrada, de anchura de tan solo 1,40 m.

En segundo lugar, el espesor de la losa debía ser de 23 cm y el peso muerto extra soportado por el hormigón ligero era por tanto de 1,5 kN/m², es decir 450 toneladas para el total de 3000 m² de forjado. El último motivo fue clave para la oficina de estudios, ya que el terreno sobre el que está construida la iglesia no permitía recurrir a soluciones de forjados colaborantes tradicionales. La capacidad de distribución de las cargas admisibles era muy limitada. Por otra parte, el contratante quería evitar los puntales del hormigón en medio de una estructura tan densa y de 5 niveles.

A pesar de su rigidez dentro la gama de forjados colaborantes, el Cofraplus 76 no hubiera permitido franquear la luz de 3,20 m con 23 cm de hormigón estándar. Con el hormigón Argex sí que ha sido posible. Los agentes del proyecto han trabajado con hormigón estructural de densidad 16 a 18 kN/m3, en lugar de 25 kN/m3. Para una losa de 15 cm de espesor, el ahorro asciende a aproximadamente 1 kN/m².

La elección de una solución innovadora ha permitido alcanzar todos los objetivos: estabilidad y resistencia al fuego para los ingenieros y cumplimiento de la planificación y ahorro para el promotor-empresario.

Enlaces relacionados

Martin's Patershof Hotel