Cálculo estructural frente al fuego según EN 1993-1-2 (comportamiento en calefacción)

Comportamiento general de calentamiento del acero

El acero consiste en una rejilla de cristal con los cristales individuales moviéndose alrededor de un punto de reposo a temperatura normal. Este movimiento disminuye al alcanzar la temperatura del cero absoluto de -273 ° C y aumenta con el calentamiento. Debido a este movimiento de los cristales alrededor del punto de reposo, la ductilidad del acero aumenta con el aumento de temperatura. Mientras tanto, la resistencia del acero disminuye. Debido a la pérdida de resistencia, es bastante difícil proteger los componentes no protegidos contra los efectos del fuego sin medidas adicionales, ya que el acero ya ha perdido el 50% de su resistencia a una temperatura de 600 ° C. Por lo tanto, suele estar sobrecargado ya que hoy en día se tienen en cuenta las reservas plásticas de la estructura con respecto al material en la construcción de acero convencional. Por ejemplo, si el acero trabajado en frío o tratado térmicamente se somete a tensión térmica, ya ha perdido su refuerzo a 400 ° C con el método de cálculo mencionado anteriormente. Además, el acero tiene la desventaja de que se aplica expansión térmica al aumentar la temperatura, que es muy alta en comparación con otros materiales de construcción. Esto puede dar lugar a los efectos debidos a la contención en el componente, que no estaban presentes en el cálculo a temperatura normal.

El acero tiene malas propiedades térmicas para la ingeniería civil, especialmente en términos de resistencia al fuego. El aumento de temperatura depende de la masa del componente de acero. Eso significa: Cuanto más masivo sea el componente, más energía puede absorber. Si la superficie es uniforme y se aumenta el volumen, el resultado son temperaturas más bajas en el componente estructural. Esta propiedad del componente se denomina factor de sección A/V. Es la relación del área de la superficie con el volumen por unidad de longitud del componente. En DIN 4102, este factor todavía se conoce como la relación U/A y se relaciona con la relación del perímetro con el área, aunque es el mismo si la sección relacionada con la longitud no cambia. El Eurocódigo [5] proporciona tablas para facilitar el cálculo de este factor de sección.

Factor de sección Am/V para componentes de acero sin protección (Fuente: [5])

Comportamiento de calentamiento de los componentes de acero protegidos

En el caso de estructuras de acero resistentes al fuego, el comportamiento de calentamiento cambia hacia el positivo a medida que las malas propiedades de temperatura del acero son absorbidas o compensadas por el sistema de protección contra incendios. Los sistemas de protección contra incendios suelen estar compuestos por materiales de baja conductividad térmica. Además, estos materiales suelen tener una alta capacidad calorífica específica (capacidad de almacenamiento). La duración de la resistencia al fuego se puede aumentar significativamente mediante el uso de sistemas pasivos de protección contra incendios. Estos materiales suelen ser muy pesados y, por lo tanto, deben tenerse en cuenta en el análisis estructural. Sin embargo, EN 1993-1-2 no incluye información sobre las propiedades de los materiales de los revestimientos o revestimientos, ya que estos dependen de su fabricante. Por esta razón, faltan los valores importantes para el análisis estructural de componentes resistentes al fuego, pero se presentaron mientras tanto en el Documento Nacional de Aplicación para materiales de construcción aprobados según DIN 4102-4. El factor de sección de dichos componentes estructurales se compone de la siguiente manera.

Revestimiento hueco: Un revestimiento hueco suele ser más adecuado, porque el revestimiento de la sección transversal reduce el perímetro del componente estructural mientras que el área permanece igual. Por lo tanto, el factor de sección se vuelve más pequeño, lo que aumenta la masividad del componente estructural. Como revestimiento, a menudo se utilizan placas de protección contra incendios de yeso o placas de silicato de calcio. Todos los principales fabricantes de estas placas también ofrecen sistemas de placas adecuados, incluidas las propiedades de resistencia al fuego.

Encaje de contorno: Si se quiere preservar la apariencia del soporte de acero, recomendamos utilizar el revestimiento o revestimiento del contorno, o aplicar un sistema de yeso. La desventaja de los revestimientos de contorno es el factor de sección de la sección porque este no cambia. Los tipos de revestimiento suelen ser sistemas de yeso o revestimientos de placas. Para aplicar los sistemas de yeso, generalmente se unen rejillas de alambre a las vigas, sujetando el sistema de yeso. El revestimiento con sistemas de paneles es similar al revestimiento con revestimiento hueco, pero requiere más trabajo ya que los sistemas de paneles deben cortarse a medida. Como alternativa, se puede utilizar el aislamiento intumescente, que es un tipo de encapsulado de contorno y se aplica al componente estructural. Esta intumescente se hincha cuando se calienta y actúa como una capa aislante entre el componente estructural y el área circundante. Sin embargo, no existe un método de cálculo desarrollado para este tipo de revestimiento, ya que las propiedades de este material a altas temperaturas no se conocen con exactitud o están muy dispersas.