Documento Básico SI - Seguridad en caso de Incendio

En este anejo se establece un método simplificado que permite determinar la resistencia de los elementos de acero ante la acción representada por la curva normalizada tiempo-temperatura .

En el análisis del elemento puede considerarse que las coacciones en los apoyos y extremos del mismo en situación de cálculo frente a fuego no varían con respecto de las que se producen a temperatura normal.

Se admite que la clase de las secciones transversales en situación de cálculo frente a fuego es la misma que a temperatura normal.

En elementos con secciones de pared delgada, (clase 4), la temperatura del acero en todas las secciones transversales no debe superar los 350 ºC.

En cuanto a la resistencia al fuego de los elementos de acero revestidos con productos de protección con marcado CE , los valores de protección que éstos aportan serán los avalados por dicho marcado.

Mediante la Tabla D.1 puede dimensionarse la protección frente al fuego de vigas arriostradas lateralmente o tirantes para una determinada resistencia al fuego , siendo:

$\mu_{fi}$ coeficiente de sobredimensionado, definido en SI 6.

$A_m/V$ factor de forma, siendo: Para elementos de sección constante, $A_m/V$ es igual al cociente entre el perímetro expuesto y el área de la sección transversal.

$A_m$ superficie expuesta al fuego del elemento por unidad de longitud, la del elemento si no está protegido o la de la cara interior de la protección si está revestido. Se considerará únicamente la del contorno expuesto en el sector de incendio analizado.

$V$ volumen del elemento de acero por unidad de longitud,

$d/\lambda_p$ coeficiente de aislamiento del revestimiento, (m ² K/W) obtenido como promedio de las caras expuestas al fuego, siendo:

$d$ espesor del revestimiento, [m];

$\lambda_p$ conductividad térmica efectiva del revestimiento, para el desarrollo total del tiempo de resistencia a fuego considerado; (W/mK). En materiales de tipo pétreo, cerámico, hormigones, morteros y yesos, se puede tomar el valor de $\lambda_p$ correspondiente a 20 ºC.

En soportes de acero revestidos mediante elementos de fábrica en todo el contorno expuesto al fuego, se puede considerar del lado de la seguridad que la resistencia al fuego del soporte es, al menos igual a la resistencia al fuego correspondiente al elemento de fábrica.

En el caso de estructuras arriostradas en las que cada sector no abarque más de una planta y en las que la sección del soporte se haya determinado adoptando como longitud de pandeo al menos el 0,7 de la altura entre plantas, la resistencia al fuego puede determinarse mediante la Tabla D.1.

En cualquier caso, en soportes de pared no delgada (clases 1, 2 o 3), la capacidad resistente de cálculo considerando pandeo de un elemento sometido a flexocompresión puede verificarse, a partir de las solicitaciones obtenidas de la combinación de acciones en caso de incendio, mediante las expresiones generales de DB-SE-A usando los valores modificados dados a continuación:

el límite elástico se reducirá multiplicándolo por el coeficiente $k_{y,\theta}$ de la tabla D.2

como longitud de pandeo se tomará, en estructuras arriostradas y si el sector de incendio no abarca más de una planta, la mitad de la altura entre plantas intermedias, o el 0,7 de la altura de la última planta.

como curva de pandeo se utilizará la curva c, con independencia del tipo de sección transversal o el plano de pandeo.

la esbeltez reducida se incrementará multiplicándola por el coeficiente $k_{\lambda,\theta}$ de la tabla D.2

Para comprobar vigas o soportes, en función de la variación de los parámetros mecánicos del acero, establecidas en la tabla D.2, es preciso obtener la temperatura en el elemento, mediante un cálculo incremental, de acuerdo con la variación de la temperatura del sector.

Para acero sin revestir, el incremento de temperatura en el acero, $\Delta \theta_{s,t}$, suponiéndola distribuida uniformemente en la sección, en un incremento de tiempo $\Delta t$, se determina mediante la expresión: $$ \Delta \theta_{s,t} = \frac{A_m/V}{c_s \rho_s} h_{net,d} \Delta t \eqno{(D.1)} $$ siendo:

$A_m/V$ factor de forma, según se define en D.2.1;

$c_s$ calor específico del acero, que puede suponerse independiente de la temperatura, y de valor $c_s = 600$ J/kgK;

$h_{net,d}$ valor de cálculo del flujo de calor neto por unidad de área (W/m ² ), que se considera suma del valor del flujo de calor por radiación $h_{net,r}$ y por convección $h_{net,c}$, siendo: $$ h_{net,r} = \Phi \cdot \varepsilon_f \cdot \varepsilon_m \cdot \sigma [(\Theta_r + 273)^4 - (\Theta_s + 273)^4], \quad [W/m^2] \eqno{(D.2)} $$ donde: $$ h_{net,c} = \alpha_c (\Theta_g - \Theta_s) \quad [W/m^2] \eqno{(D.3)} $$ donde:

$\Phi$ factor de configuración, de valor 1,0 si no existen datos específicos;

$\varepsilon_f$ emisividad del fuego, de valor 1,0 si no existen datos específicos;

$\varepsilon_m$ emisividad superficial del material, que en el caso del acero tiene valor 0,50;

$\Theta_r$ temperatura de radiación efectiva en el sector de incendio [ºC], que puede tomarse igual a la del gas según B.2 ;

$\Theta_s$ temperatura superficial del elemento (ºC), y

$\sigma$ constante de Boltzmann; igual a $5,67 \cdot 10^{-8}$ W/m ² K ⁴

$\alpha_c$ coeficiente de transferencia de calor por convección (W/m ² K), que para el caso de la curva normalizada tiempo-temperatura es igual a 25 W/m ² K. En el lado no expuesto de elementos separadores, puede considerarse únicamente el flujo de calor por convección, tomando como coeficiente de transferencia el valor de $\alpha_c = 9$ W/m ² K

$\Theta_g$ temperatura del gas en el sector de incendio [ºC]

$\Theta_s$ temperatura superficial del elemento [ºC].

$\Delta t$ intervalo de tiempo, no superior a 5 segundos;

$\rho_s$ densidad del acero, que puede suponerse independiente de la temperatura y de valor 7850 kg/m ³ .

Para acero revestido, el incremento de temperatura en el acero, $\Delta \theta_{s,t}$, suponiéndola distribuida uniformemente en la sección, en un incremento de tiempo $\Delta t$, se determina mediante la expresión: $$ \Delta \theta_{s,t} = \frac{\lambda_p A_m / V}{d \cdot c_s \rho_s} \frac{(\theta_{g,t} - \theta_{s,t})}{(1 + \phi / 3)} \Delta t - (e^{\phi/10} - 1) \Delta \theta_{g,t} \quad \text{con } \Delta \theta_{s,t} \ge 0 \eqno{(D.4)} $$ siendo: $$ \phi = \frac{c_p \rho_p d}{c_s \rho_s} \frac{A_m}{V} $$ donde:

$A_m/V$ definido en el apartado D.2.3;

$d$ definido en el apartado D.2.1;

$\theta_{g,t}$ temperatura del gas en el instante t;

$\theta_{s,t}$ temperatura del acero en el instante t;

$\lambda_p$ conductividad térmica del material de revestimiento, [W/mK].

$c_p$ calor específico del revestimiento, [J/kgK];

$c_s$ calor específico del acero, [J/kgK];

$\rho_p$ densidad del revestimiento, [kg/m ³ ];

$\rho_s$ definido en D.2.3.

La conexión entre elementos debe tener un valor de $\mu_{fi}$ mayor que el valor pésimo de los elementos que une.

Si los elementos están revestidos, la unión entre los mismos debe estar asimismo revestida, de tal forma que el valor del coeficiente de aislamiento del material de revestimiento de la unión sea mayor o igual al de los elementos.