JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
ESTRUCTURES D’ACER
I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ
Departament de Resistència de Materials i Estructures a l’Enginyeria
Frederic Marimon Carvajal
Dr. Enginyer industrial
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termomecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termomecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
ESTRUCTURES D’ACER
Estructures en edificació industrial
Estructures tensades
Estructures d’edificis
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
ESTRUCTURES MIXTES D’ACER-FORMIGÓ
composite columnfloor = beam + slab
composite beam
composite slab
Pilars mixtes
Bigues mixtes
Lloses mixtes de xapa nervada
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Àmbit europeu
Eurocodis estructurals
Accions del incendi sobre les estructures Eurocodi-1 EN 1991 Part 2.2
Estructures de formigó Eurocodi-2 EN 1992 Part 1.2
Estructures d’acer Eurocodi-3 EN 1993 Part 1.2
Estructures mixtes d’acer-formigó Eurocodi-4 EN 1994 Part 1.2
Euronormes d’assaig de resistència al foc
Exigències generals EN 1363 / Classificació de productes EN 13501
Assaigs al foc per a les estructures d’acer EN 13381 Parts 1, 2, 4 i 8
Àmbit nacional
Codi Tècnic de l’Edificació CTE [SI- Seguretat en cas d’Incendis]
Reglament de Seguretat contra Incendis en Establiments Industrials RSIEI
Estructures de Formigó Estructural Instrucció EHE
Estructures d’Acer en la Edificació Instrucció EAE
Àmbit autonòmic y local
Legislació autonòmica (CAM, Generalitat de Catalunya, …)
Ordenances municipals (Barcelona, Madrid, València, …)
NORMATIVA ACTUAL
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Sección SI 6
Resistencia al fuego de la estructura
1 Generalidades
2 Resistencia al fuego de la estructura
3 Elementos estructurales principales
4 Elementos estructurales secundarios
5 Determinación de los efectos de las acciones durante el incendio
6 Determinación de la resistencia al fuego
Anejo SI A Terminología
Anejo SI B Tiempo equivalente de exposición al fuego
Anejo SI C Resistencia al fuego de las estructuras de hormigón armado
Anejo SI D Resistencia al fuego de las estructuras de acero
Anejo SI E Resistencia al fuego de las estructuras de madera
Anejo SI F Resistencia al fuego de los elementos de fábrica
Anejo SI G Normas relacionadas con la aplicación del DB-SI
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termo-mecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Ignició Foc latent
Abans del punt
d’inflamació
Després del punt
d’inflamació
1000-1200°C
Puntd’inflamació
Ignició
Començamentdel foc
Mots clau: Escalfament RefredamentTemps
Control: Inflamabilitat Desenvolupamentdel fum
Càrrega de foc Ventilació
ISO 834 corba estàndard
de foc
Corba de foc natural
Temperatura R 120
E 120
I 120
120 min
Foc normalitzat ISO 834
Foc natural
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
R Criteri de resistència estructural
E Criteri d’integritat
I Criteri d’aïllament tèrmic
A una biga només se li
demanen requeriments de
resistència mecànica
Per exemple, R 120
(120 minuts a ISO 834)
EI
màx. 140 ºC (180ºC)
R
R
R Résistance Resistance
Resistencia o
Capacidad
portante
Resistència
E Étanchéité Integrity Integridad Estanquitat
I Isolat ion Insulat ionAislamiento
térmicoIsolació
Français English Español Català
En general, a un forjat se li demanen
requeriments de resistència mecànica i de
sectorització
Per exemple, REI 120 (120 minuts a ISO 834)
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Comportament ordinari dels murs durant la fase inicial d’un incendi
Comportament dels murs amb una ruïna estructural associada
COMPORTAMENT ESTRUCTURAL
EXEMPLE PÈRDUA DE L'ESTANQUITAT (Criteri E)
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Eurocodi 4 UNE-EN 1994-1-2
EXEMPLE PÈRDUA DE L'AÏLLAMENT TÈRMIC (Criteri I)
Màx 140ºC
Localment180ºC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
ENFOC PRESCRIPTIU
EXIGÈNCIES RESISTENTS [R] DINS LA TAULA “PRESCRITIVA” CTE DB-SI 6
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
ENFOC PRESTACIONAL
Simulació del incendi mitjançant la mecànica computacional de fluids [CFD]
Aplicació a una nau industrial amb
diferents càrregues de foc i
condicions de ventilació
escenarios reales de incendios
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
tiempo (min)
tem
pe
ratu
ra (
ºC)
caso más crítico
Caso realista
fuego nominal ISO
Fuego NATURAL del caso crítico
•Densidad de carga de fuego 3400 MJ/m2
(nivel 5 de riesgo intrínseco)
•Velocidad de liberación del calor 1900
KW/m2
•Superficie de la zona de fuego 70 m2
Fuego NATURAL del caso realista
•Densidad de carga de fuego 990 MJ/m2
(nivel 3 de riesgo intrínseco)
•Velocidad de liberación del calor 1000
KW/m2
•Superficie de la zona de fuego 70 m2
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termomecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
• Se considera que hay suficiente resistencia de la estructura portante, de un
elemento estructural, sección, punto o de una unión entre elementos, si para
todas las situaciones de dimensionado pertinentes, se cumple la siguiente
condición:
Ed valor de cálculo del efecto de las acciones
Rd valor de cálculo de la resistencia correspondiente
• Combinación de acciones
ACCIONS MECÀNIQUES
Codi Tècnic DB-SE. Situació temperatura ambient
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Coeficientes de simultaneidad
y0El valor de combinación de una acción variable representa su intensidad en caso de que, en un determinado periodo de referencia, actúe simultáneamente con otra acción variable, estadísticamente independiente, cuya intensidad sea extrema. En este DB se representa como el valor característico multiplicado por un coeficiente Y0.
y1El valor frecuente de una acción variable se determina de manera que sea superado durante el 1% del tiempo de referencia. En este DB se representa como el valor característico multiplicado por un coeficiente Y1.
y2El valor casi permanente de una acción variable se determina de manera que sea superado durante el 50% del tiempo de referencia. En este DB se representa como el valor característico multiplicado por un coeficiente Y2.
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
ACCIONS MECÀNIQUESCodi Tècnic DB-SE. Situació accidental (incendi)
El valor de cálculo de los efectos de las acciones correspondiente a una situación extraordinaria, se determina mediante combinaciones de acciones a partir de la expresión
es decir, considerando la actuación simultánea de:
a) todas las acciones permanentes, en valor de cálculo gG Gk, incluido el pretensado gP P
b) una acción accidental cualquiera, en valor de cálculo ( Ad ), debiendo analizarse sucesivamente con cada una de ellas.
c) una acción variable, en valor de cálculo frecuente gQ y1 Qk, debiendo adoptarse como tal, una tras otra sucesivamente en distintos análisis con cada acción accidental considerada.
d) El resto de las acciones variables, en valor de cálculo casi permanente gQ,i y2,i Qk,i.
e) En situación extraordinaria, todos los coeficientes de seguridad gG, gP, gQ, son iguales a cero si su efecto es favorable, o a la unidad si es desfavorable, en los términos anteriores.
gG = gP = gQ= 1,0
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
EXEMPLE – Combinació d'accions en cas d’incendi
Càrrega dominant Càrregues d’acompanyament
W Q
S
Combinació d’accions per a un edifici residencial: Categoria A, situat a una altitud inferior a 1000 m.
1,0 G + 0,5 Q
1,0 G + 0,2 S
1,0 G + 0,5 W
1,0 G + 0,2 S + 0,3 Q
1,0 G + 0,5 W + 0,3 Q
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Coeficient de sobredimensionament
Coeficiente de sobredimensionado
Grado de utilización (UNE EN 1993-1-2)
Càrrega dominant
Càrregues d’acompanyament
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Dominis de comprovació analítics
Temps: tfi.d > tfi.requ
Resistència: Rfi.d.t > Efi.d.t
Temperatura: cr.d > d
Mètodes avançats de
càlcul:
a) Problema tèrmic
b) Problema mecànic
• Comprovació amb les
taules y els models
simplificats de la
normativa
Mètode senzill i exclusiu
per a l’estructura
metàl·lica
ATENCIÓ LIMITACIONSMètodes experimentals d’assaig
l fi =0,7L
l fi =0,5L
100
200
300
0 1200 2400 3600
Tiempo (sec)
Flecha (mm)
Fuego estandar
Luz/30
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termomecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Deformació
300
250
200
150
100
50
0 0,5 1,0 1,5 2,0
Tensió (N/mm ) 2
20°C
200°C 300°C
400°C
500°C
600°C
700°C
800°C
Límit de proporcionalitat (600°C)
Límit elàstic efectiu (600°C)
Mòdul elàstic (600°C)
Gràfic tensió (N/mm2) - deformació (%) en funció de la temperatura per a l’acer S275
PROPIETATS MECÀNIQUES DE L’ACER AFECTADES PER LA TEMPERATURA
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Vinclament per flexió als pilars
Bolcada lateral a les bigues
Abonyegament a les plaques planes
Tensió crítica elàstica
Classificació del les seccions
Moment crític elàstic
Disminució de la càrrega crítica elàstica
Esveltesa
(≈1,2)
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
L’alta deformabilitat de les estructures metàl·liques sense protecció és deguda a la disminució del mòdul d’elasticitat longitudinal de l’acer; Es.
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
arctan(
c1
c f c(20°C)
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 0 1 2 3 4
20°C
200°C
400°C
600°C
800°C
1000°C
)
c cu
Deformació
(%)
Tensió nominal
Gràfic tensió (disminució percentual) - deformació (%) en funció de la temperatura, corresponent a un formigó tipus normal i lleuger
PROPIETATS MECÀNIQUES DEL FORMIGÓ AFECTADES PER LA TEMPERATURA
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termomecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
(A) IPE 600 sense cap protecció
addicional
(B) IPE 600 amb una protecció de
morter de vermiculita de 20 mm
RESPOSTA TÈRMICA del perfil IPE 600 front el foc normalitzat ISO 834
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
s,t h·
net,d
Problema Tèrmic
Evolució de la temperatura en l’acer s,t
Cas de l’acer sense protecció
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Ap/V Factor de Forma [m-1]
Cas sense recobriment
UNE EN 1993-1-2
(antic factor de massivitat)
b
h
t
b
h
t
Sección abierta expuesta al fuego en todas sus
caras:
ansversalsección tr la de superficie
perímetrom = V
A
Tubo expuesto al fuego en todas sus caras:
Am / V = 1 / t
Sección abierta expuesta al fuego en tres de sus
caras:
ansversalsección tr la de superficie
fuego al expuesta superficiem = V
A
Sección hueca (o sección en cajón soldada con
espesor uniforme) expuesta al fuego en todas sus
caras:
Si t « b: Am / V 1 / t
Sección abierta expuesta al fuego en tres de sus
caras:
Am / V = (b + 2tf ) / (btf )
Si t « b: Am / V 1 / tf
btf
Sección en cajón soldada expuesta al fuego en todas
sus caras:
ansversalsección tr la de superficie
m h) + 2(b =
V
A
Si t « b: Am / V 1 / t
Perfil angular expuesto al fuego en todas sus caras:
Am / V = 2/t
Sección abierta reforzada en cajón, expuesta al
fuego en todas sus caras:
ltransversaciónladeárea
h) + 2(b =
V
A
sec
m
b
h
Chapa expuesta al fuego en todas sus caras:
Am / V = 2(b + t) / (bt)
Si t « b: Am / V 2 / t
bt
Chapa expuesta al fuego en tres de sus caras:
Am / V = (b + 2t) / (bt)
Si t « b: Am / V 1 / t
bt
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Evolució de la temperatura en l’acer a,t Cas d’acer protegit amb un gruix dp
s,t h·
net,d
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Ap/V Factor de Forma [m-1]
Cas de recobriment
UNE EN 1993-1-2
(antic factor de massivitat)
Diseño Descripción Factor de sección ( Ap / V )
Revestimiento de
contorno con espesor
uniforme
perímetro de acero
─────────────
superficie de la sección
transversal de acero
b
h h
b c2c
1
Revestimiento hueco con
espesor uniforme)1
2 (b + h )
─────────────
superficie de la sección
transversal de acero
b
Revestimiento de
contorno con espesor
uniforme, expuesto al
fuego en tres de sus caras
perímetro de acero - b
─────────────
superficie de la sección
transversal de acero
b
h
b
h
c1
c2
Revestimiento hueco con
espesor uniforme,
expuesto al fuego en tres
de sus caras)1
2h + b
─────────────
superficie de la sección
transversal de acero
)1 Las dimensiones de la holgura c1 y c2 , por lo general, no deberían ser superiores a h/4
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Integració numèrica de la equació diferencial amb t < 5 a 60s
Dt <5-60 s
s,t
s,t
s,t
s,t h·
net,d
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Problema Mecànicplantejament rigorós segons EC-3
Efi,d Rfi,d,t Accions mecàniques en
situació d’incendi segons EN
1991 Part 2.2
Resistència de l’element calculat
segons Eurocódi 3, però modificant
les propietats de l’acero a la
temperatura a,t
Tracció
Flexió Classes 1 y 2
Vinclament por flexió
Bolcada lateral
Fórmules generals de
interacció Classe 1 y 2
Problema Tèrmicsegons EC-3 i CTE DB-SI 6
s,t h·
net
La temperatura fa disminuir la tensió
de límit elàstic, fy, i el mòdul
d'elasticitat , Es, de l’acer
Efi,d Rfi,d,t
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
OPCIÓN DEL MÉTODO “ULTRA SIMPLIFICADO” DEL CÓDIGO TÉCNICO
DB-SI ANEJO D. Sólo para vigas arriostradas lateralmente (sin posibilidad
de vuelco lateral), tirantes y pilares definidos en D.2.2.1 (2)
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Exigència R60 per a una biga IPE550 d’un forjat
Hem estimat un coeficient de sobredimensionament; mfi = 0,50
Perfil IPE 550, Factor de forma:
Am/V = 124 m-1
Provem amb un recobriment de gruix 15 mm d’un morter de vermiculita projectat sobre la biga. Dades:
d = 15 mm = 0,015 m
lp = 0,12 W/(mK)
Així, el càlcul:
d/lp= 0,015/0,12 = 0,125 m2K/W
Finalment, comprovem a la taula D.1 que es verifica:
0,125 > 0,10 COMPLEIX
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Opción del método alternativo de la Temperatura Crítica a,cr
• Se trata de la resolución simultánea del Problema Térmico + Problema Mecánico en el dominio de la temperatura. No contemplado directamente en CTE DB-SI Anejo D, pero “compatible”.
• Concepto de a,cr : “Es la temperatura del acero cuando se produce el colapso del elemento para un determinado nivel de cargas, cuantificado por el grado de utilización m0”. El valor m0 = mfi del Código Técnico.
• En la versión actual de Eurocódigo 3 (2005), salvo cuando los fenómenos de inestabilidad o deformabilidad deban ser tenidos en cuenta, la expresión de la temperatura crítica en función del factor de utilización es:
a,cr = 39,19 ln
1
0,9674
1
0
3,833m
+ 482
m0 = Efi,d / Rfi,d,0
Table 4.1: Critical temperature a,cr for values of the utilization factor m0
m0 a,cr m0 a,cr m0 a,cr
0,22 711 0,42 612 0,62 549
0,24 698 0,44 605 0,64 543
0,26 685 0,46 598 0,66 537
0,28 674 0,48 591 0,68 531
0,30 664 0,50 585 0,70 526
0,32 654 0,52 578 0,72 520
0,34 645 0,54 572 0,74 514
0,36 636 0,56 566 0,76 508
0,38 628 0,58 560 0,78 502
0,40 620 0,60 554 0,80 496
NOTE: The national annex may give default values for critical temperatures.
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Nomograma europeo ECCS nº 89 basado ENV 1993 Parte 1.2 (1995)
R 15 R 90
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termomecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
ESTRUCTURA MIXTA ACER-FORMIGÓ.
LES LLOSES MIXTES AMB XAPA NERVADA D’ACER
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termo-mecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
ESTUDI DEL COL·LAPSE ESTRUCTURAL EN UNA PLANTA DE BIODIESEL
Anàlisi “element a element”
Efi,d Rfi,d,t
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
MODEL DE ZONES
Software OZONE V2.2
ESCENARI D’INCENDI
• Càrregues de foc i posició
• Propietats tèrmiques tancaments
Col·lapse parcial de la coberta 500ºC
Ruptura de vidres 400ºC
Obertura dels exutoris 60º
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1 - Càrregues mecàniques reals (y1) 2 - Anàlisi mecànic global de l’estructura (sense efectes indirectes)
3 – Anàlisi tèrmic de cada barra individual sota la corba de foc
escollida, en aquest cas IS0834 fins un temps determinat t =15 min
4 – Verificació individual de cada barra en el domini de la resistència,
segons EN 1993-1-2 i en un instant determinat t =15 min
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
1- Tipologies estructurals. Normativa
2- Modelització de l’acció tèrmica del foc
3- Accions mecàniques sobre les estructures
4- Comportament termomecànic dels materials
5- Resolució del problema tèrmic i mecànic
6- Estructura mixta
EXEMPLE 1 Aplicació del mètode simplificat
EXEMPLE 2 Aplicació del mètode general
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
HIPÒTESIS
- Dilatacions tèrmiques de les barres
- Integració en el temps, resolució del problema tèrmic
- No linealitats geomètriques. Actualització de la geometria
- No linealitats del material, característiques funció de la temperatura
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Resposta mecànica obtinguda en el cas d’ una estructura metàl·lica desprotegida.
El col·lapse estructural succeeix desprès de 35 minuts de exposició a ISO 834 y està provocat
pel vinclament del pilar
PÒRTIC METÀL·LIC DE NUSOS RÍGIDS
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Accions versus Anàlisi
Corbes de foc natural Mètodes Avançats
Corba normalitzada ISO 834 Mètodes Simplificats CTE DB-SI i EC3
Valors Tabulats
CONCLUSIÓ
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
Gràcies per la seva atenció
Departament de Resistència de Materials i Estructures a l’EnginyeriaUniversitat Politècnica de Catalunya
Frederic Marimon Carvajal
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
JORNADA TÉCNICA - Dijous 14 de gener 2016 - Associació de Consultors d’Estructures
“Introducció al comportament de les estructures davant el foc”
ESTRUCTURES D’ACER I MIXTES D’ACER-FORMIGÓ- Frederic Marimon UPC
CAS PARTICULAR D’ACCIONS MECÀNIQUES EN FORJATS
En situació normal de dimensionament:
gG= 1,35 càrregues permanents G (pes propi)
gQ= 1,5 càrregues variables Q (sobrecàrrega d’us)
En el cas de situació accidental d’incendi:
gGA= 1,0 les accions característiques permanents G es prenen sense majorar
y1.1= Afecta a Q, depenen de l’ús de l’edifici. Entre 0,5 (oficines) y 0,9 (magatzems EC-1).
1.1.
1.1.1
kQkG
kkGAfi
QG
QG
gg
yg
3,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Q / G k,1 k
fi
yfi,1= 0,7
yfi,1= 0,5
yfi,1= 0,2
yfi,1= 0,9
Factor de reducció de càrregues: