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Proyecto básico: Selección de la estrategia de ingeniería de seguridad ante incendio adecuada para edificios comerciales y de viviendas de varias plantas

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Este documento presenta una guía sobre los enfoques más adecuados de diseño de ingeniería de seguridad ante incendio, para condiciones específicas para edificios de oficinas de varias plantas.

Índice

1. Introducción general a las estrategias de ingeniería de seguridad ante incendio 2

2. Selección del enfoque de diseño óptimo 3

3. Descripción de los métodos 5

4. Conclusiones 8

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1. Introducción general a las estrategias de ingeniería de seguridad ante incendio

Existe una amplia gama de estrategias de ingeniería de seguridad ante incendio, para edificios de acero y mixtos. La Tabla 1.1 resume las alternativas disponibles.

Tabla 1.1 Opciones para la ingeniería de seguridad ante incendio de edificios de acero y mixtos

Selección de la estrategia general

Metodología Acciones térmicas Modelo térmico (Transferencia de calor)

Modelo estructural (Comportamiento del fuego)

(Respuesta estructural)

Uso de información de ensayos estándar (Datos de los fabricantes)

Los datos de los fabricantes gobiernan todos los aspectos de la ingeniería de seguridad ante incendio

A

Datos tabulados de EC4

EN1994-1-2 §4.2Curva estándar ISO

B

Acero EN1993-1-2 §4.2.5SD004SD005

Acero EN1993-1-2 §4.2.3 & 4.2.4(Temperatura crítica, Métodos simplificados)

Métodos de cálculo simplificados para los eurocódigos

Curva estándar ISO

C

Mixta EN1994-1-2 §4.3

Acero y mixta

Mét

odos

de

fueg

o es

tánd

ar

Métodos de cálculo avanzado (modelos)

Análisis por elementos finitos


Análisis por diferencias finitas

D

Acero EN1993-1-2 §4.2.5SD004SD005

Acero EN1993-1-2 §4.2.3 & 4.2.4

Métodos de cálculo simplificados de los eurocódigos

Curva paramétrica (fuego totalmente desarrollado)

E

Fuego en elementos externos Fuego localizado

Mixta EN1994-1-2 §4.3

Acero y mixta

Inge

nier

ía d

e se

gurid

ad a

nte

ince

ndio

bas

ada

en p

rest

acio

nes

Métodos de cálculo avanzado (modelos)

Modelos de zonas Fluido-dinámica computacional (CFD)



Análisis por diferencias finitas

F

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La selección del método óptimo depende de:

Los reglamentos nacionales

La obtención de un equilibrio entre simplicidad y economía del resultado

La disponibilidad de información, por ejemplo de la carga de fuego

Las características del edificio específico

Experiencia disponible

2. Selección del enfoque de diseño óptimo 2.1 Edificios convencionales La selección óptima del enfoque depende de las características específicas del edificio. LaTabla 2.1 proporciona una guía acerca de la importancia del criterio clave en edificios convencionales.

Al utilizar la Tabla 2.1, se observa que las reglamentaciones sobre incendios, actitud de las autoridades frente a nuevos métodos, costos relativos (por ejemplo de protección ante incendio) varían enormemente según los países.

Es posible combinar diferentes métodos para diversos aspectos de la ingeniería de seguridad ante incendio. Por ejemplo, podría ser económico, utilizar:

Datos de los fabricantes (A) para columnas y arriostramiento y datos tabulados del Eurocódigo 4 (B) para las losas mixtas.

La curva estándar ISO (C) para acciones térmicas, con métodos de cálculo avanzados (D) para modelización térmica y estructural.

2.2 Características especiales La sección previa ha tratado sobre edificios convencionales de varias plantas. Cualquier característica especial, tal como un atrio, puede resultar ventajosa si es tratada de forma especial. Esto debería hacerse, siempre, en coordinación con las autoridades pertinentes.

Atrio Un atrio tiene generalmente un gran volumen, y consta casi siempre de un solo sector. En muchos casos, tendrá una carga de fuego baja y existirá una distancia considerable entre las cargas de fuego y los elementos estructurales. Las estructuras de acero probablemente estén expuestas. Por todas estas razones, es probable que se obtengan ventajas con un enfoque especializado del comportamiento del fuego, transferencia de calor y respuesta estructural.

En muchos casos, el control de humo es, probablemente, un importante problema de diseño, independientemente del método de construcción. Se pueden lograr ahorros, efectuando un trabajo especializado conjunto de ingeniería de seguridad ante incendio y de control de humo.

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Tabla 2.1 Guía para la selección del enfoque de diseño para un edificio específico de varias

plantas de proporciones convencionales, sin atrio

Métodos de fuego estándar Métodos basados en prestaciones

A.

Dat

os d

e lo

s fa

bric

ante

s

B.

EC4

Dat

os

para

co

nstr

ucci

ón

mix

ta

D.

Cál

culo

s

avan

zado

s

C.

Cál

culo

s si

mpl

es

E. C

álcu

los

sim

ples

F. C

álcu

los

avan

zado

s

Tamaño del edificio– superficie en planta

Pequeño, < 200 m2

Mediano

Esto está asociado con potenciales ahorros, los cuales serán mayores en edificios más grandes, debido a economías de escala en el diseño.

1.

Grande, >2 000 m2

Altura del edificio 2.

Hasta 5 plantas

Cuanto más alto el edificio mayor la posibilidad de lograr ahorros y de obtener mayores periodos de resistencia

6+ plantas

Consideración de las medidas activas de lucha contra incendio

3.

Detección, alarma y evacuación de humos — —

Algunos reglamentos nacionales y/o autoridades locales permiten la utilización de estas medidas para reducir las cargas de fuego Rociadores — —

Ventaja de la reserva estructural 4.

Dimensionadas económicamente para resistencia en el diseño en "frío" (sin considerar temperatura)

Sobredimensionadas para resistencia en el diseño en "frío"

Las reservas implícitas de resistencia, por ejemplo las que se pueden hallar en uniones semirígidas y una exposición reducida al fuego, incrementan el valor potencial de enfoques más avanzados

Reserva adicional disponible proveniente de la forma de comportamiento de la estructura en "frío", por ejemplo al considerar el comportamiento de membrana de las losas

—

Pilares externos al revestimiento —

Mixta

Características especiales 5. Condiciones más inusuales generalmente requieren un estudio

Estructura de acero sin protección —

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Métodos de fuego estándar Métodos basados en prestaciones

A.

Dat

os d

e lo

s fa

bric

ante

s

B.

EC4

Dat

os

para

co

nstr

ucci

ón

mix

ta

D.

Cál

culo

s

avan

zado

s

C.

Cál

culo

s si

mpl

es

E. C

álcu

los

sim

ples

F. C

álcu

los

avan

zado

s

más detallado Estructura de acero protegida —

Asesoría especializada 6.

No hay asesoría especializada X X X

Asesoría especializada limitada X X

Si no hay asesoría adecuada no se pueden utilizar métodos más avanzados

Asesoría especializada

Leyenda Solución más económica Probablemente una solución económica — Parámetro no influye en este método de diseño X Este parámetro imposibilita el uso de este método

3. Descripción de los métodos 3.1 Uso de datos de pre-ingeniería para ensayos (A y B) Datos de los fabricantes y datos de EC4 Implica fuego estándar. Las respuestas estructural y térmica asumidas, están basadas en ensayos estándar. Generalmente, se aplica a elementos estructurales individuales.

Condiciones favorables:

Condiciones de fuego no definidas (por ejemplo carga de fuego incierta o que probablemente cambie)

Características térmicas particulares que no impliquen un riesgo potencial, podrían dar como resultado una reducción significativa de las temperaturas en el acero expuesto al fuego, por ejemplo la protección inherente de las vigas de acero en un forjado

Características estructurales particulares que no impliquen un riesgo potencial, podrían dar como resultado un comportamiento ante el fuego significativamente mejor, por ejemplo el hecho que las cargas sean pequeñas

No hay requisitos de diseño especiales tales como estructuras expuestas

Requisitos esenciales para que estos enfoques sean válidos:

Datos de los fabricantes (A) disponibles para las secciones consideradas

Se debe cumplir con todos los requisitos relacionados con el diseño del edificio, tales como tamaño de sectores (volumen máximo de sector), distancia de evacuación, etc.

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Donde no haya disponibilidad de contar con asesoría especializada, estos son los únicos métodos que se pueden adoptar en un diseño práctico.

Resultado: Niveles estándares de protección ante incendio.

3.2 Métodos de cálculo simplificado según los Eurocódigos Fuego estándar (C) o Ingeniería de seguridad ante incendio basada en prestaciones (E)

Utilización de cálculos sencillos para modelizar el desarrollo de la curva tiempo-temperatura del fuego (sólo E), calentamiento de elementos individuales y/o respuesta estructural. Análisis del fuego aplicado al sector, pero análisis térmico y estructural aplicado a elementos individuales.

Para la modelización del fuego: Se puede utilizar la curva de fuego estándar o ingeniería de seguridad ante incendio basada en prestaciones.


Determinar las condiciones del incendio (por ejemplo que la carga de fuego esté definida y sea improbable que cambie significativamente)

Se cumplen totalmente los requisitos relacionados con el diseño del edificio, tales como sectores (volumen máximo de sector), distancia de evacuación, etc.

Se necesita limitada asesoría especializada.

Para la modelización térmica: Condiciones favorables:

Características térmicas de los materiales conocidas

Probablemente sea ventajoso para los detalles constructivos, lo cual puede resultar en una reducción significativa de la temperatura en el acero, por ejemplo la protección inherente de una parte de la viga por el forjado

Se necesita asesoría especializada limitada.

Para la modelización estructural Condiciones favorables:

Elementos bastante sobredimensionados que tienen una reserva de resistencia efectiva

Se necesita asesoría especializada limitada.

Condiciones indispensables para poder utilizar el cálculo simplificado:

Disponibilidad de cierto grado de asesoría especializada

Conformidad por parte de las autoridades

Resultado: Existe la posibilidad que se puedan reducir los niveles de protección ante incendio

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3.3 Métodos de cálculo avanzado: Fuego estándar (D) o

Ingeniería de seguridad ante incendio basada en prestaciones (F)

Utilización de cálculos para modelizar el desarrollo de la curva tiempo-temperatura del fuego (sólo F), calentamiento de elementos individuales y/o respuesta estructural. Análisis del fuego aplicado al sector, análisis térmico aplicado a elementos individuales y análisis estructural aplicado a toda la estructura en conjunto (pero no necesariamente a la estructura completa)

Para la modelización del fuego: Los métodos y condiciones para su uso son generalmente los mismos que para el enfoque basado en cálculo simple. Es mejor hacer la selección del método, en coordinación con las autoridades pertinentes; por ejemplo, los modelos de zonas son aceptados generalmente por la mayoría de las autoridades, no así los modelos de incendios paramétricos. El uso de CFD puede ser útil cuando se necesita predecir el desplazamiento del humo.


Determinar las condiciones del incendio (por ejemplo que la carga de fuego esté definida y sea improbable que cambie significativamente)

Tamaño del sector más allá de los límites establecidos por la norma

Se cuenta con asesoría especializada.

Para la modelización térmica: Los métodos y condiciones para su uso son generalmente los mismos que para el enfoque basado en cálculo simple. Rara vez hay una ventaja significativa al utilizar enfoques analíticos más sofisticados para elementos de acero; secciones compuestas sólo pueden analizarse por métodos avanzados.


Se conocen las características térmicas de los materiales – obsérvese que puede ser difícil obtener esto, particularmente para revestimientos intumescentes.

Probablemente sea ventajoso para los detalles constructivos, lo cual puede resultar en una reducción significativa de la temperatura, por ejemplo la protección inherente de una parte de la viga por el forjado


Para la modelización estructural Condiciones favorables:

Se tiene una reserva efectiva de resistencia, producto de acciones estructurales secundarias (por ejemplo tensión en el comportamiento de membrana de un forjado o conexiones semirígidas), las cuales normalmente se ignoran en un diseño normal

Comportamiento tridimensional de la losa estructural de un sistema aporticado

Idealmente el forjado actúa en forma compuesta con la vigas sobre las que se apoya

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Condiciones indispensables para poder utilizar el cálculo avanzado:


Conformidad por parte de las autoridades

Condiciones que hacen obligatorio el uso de métodos avanzados:

El edificio no cumple con las normas en aspectos tales como compartimentación (máximo volumen de sector), distancias de evacuación

Resultado: Reducción importante en los niveles de protección contra fuego, que podría, en muchos casos, justificar la no necesidad de proteger el acero.

4. Conclusiones La elección de un método de ingeniería de seguridad ante incendio para un edificio de varias plantas, depende de una combinación de experiencia y datos reales y concretos.

La lectura de la Tabla 2.1 y la sección 3 permitirán al ingeniero, realizar una elección justificada del método, sin la necesidad de un conocimiento especializado.

Cuando se utilicen métodos de cálculo más avanzados, el ingeniero deberá contar con una asesoría especializada.

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Registro de Calidad TÍTULO DEL RECURSO Proyecto básico: Selección de la estrategia de ingeniería de

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Referencia(s)

DOCUMENTO ORIGINAL

Nombre Compañía Fecha

Creado por Roger Plank University of Sheffield

Contenido técnico revisado por Ian Simms, SCI

Contenido editorial revisado por

Contenido técnico respaldado por los siguientes socios de STEEL:

1. Reino Unido G W Owens SCI 25/04/06

2. Francia A Bureau CTICM 25/04/06

3. Suecia B Uppfeldt SBI 25/04/06

4. Alemania C Müller RWTH 25/04/06

5. España J Chica Labein 25/04/06

6. Luxemburgo M Haller PARE 25/04/06

Recurso aprobado por el Coordinador técnico

G W Owens SCI 13/07/06

DOCUMENTO TRADUCIDO

Traducción realizada y revisada por: eTeams International Ltd. 09/08/06

Recurso de traducción aprobado por: J Chica Labein 04/10/06

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