Cálculo estructural en situación de incendio según UNE EN 1993-1-2 (propiedades térmicas del material)

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Figura 01 - Dilatación térmica del acero

Figura 02 - Capacidad calorífica específica del acero

Figura 03 - Conductividad térmicas del acero

Artículo técnico

001496

5. diciembre 2017

Artículo técnico Stefan Frenzel Módulos adicionales RFEM RSTAB RF-/STEEL EC3 Estructuras de acero Eurocódigo 3

Con RF-/STEEL EC3, puede aplicar curvas de temperatura-tiempo nominales en RFEM o RSTAB. Para ello, en el programa se implementa la curva estándar de tiempo-temperatura (ETK), la curva externa del fuego y la curva de fuego de hidrocarburo. En base a estas curvas de temperatura, el módulo adicional puede calcular la temperatura en la sección del acero y así realizar el cálculo en situación de incendio utilizando las temperaturas determinadas. Este artículo explica el comportamiento térmico del acero estructural, ya que es un impacto directo en el cálculo de las temperaturas de los componentes en RF-/STEEL EC3.

Las propiedades del material del acero estructural se describen en EN 1993-1-2 [2] utilizando funciones para tener un valor preciso para cada propiedad a cada temperatura.

Dilatación térmica

La dilatación térmica Δl/l es un cambio en las dimensiones geométricas causado por el cambio de temperatura.

A 20 °C ≤ Θ_a < 750 °C:

$$\frac{\triangle\mathrm l}{\mathrm l}\;=\;1,2\;\cdot\;10^{-5}\;\cdot\;{\mathrm\Theta}_\mathrm a\;+\;0,4\;\cdot\;10^{-8}\;\cdot\;\mathrm\Theta_\mathrm a^2\;-\;2,416\;\cdot\;10^{-4}$$

A 750 °C ≤ Θ_a ≤ 860 °C:

$$\frac{\triangle\mathrm l}{\mathrm l}\;=\;1,1\;\cdot\;10^{-2}$$
A 860 °C <Θ_a ≤ 1,200 ºC:

$$\frac{\triangle\mathrm l}{\mathrm l}\;=\;1,1\;\cdot\;10^{-2}$$
Figura 01 - Dilatación térmica del acero

Capacidad calorífica específica o calor específico

La capacidad de calor específico c_a en J/(kgK) es la cantidad de calor necesaria para calentar en un Kelvin un kilogramo de material.

A 20 °C ≤ Θ_a <600 °C:

$${\mathrm c}_\mathrm a\;=\;425\;+\;7,73\;\cdot\;10^{-1}\;\cdot\;{\mathrm\Theta}_\mathrm a\;-\;1,69\;\cdot\;10^{-3}\;\cdot\;\mathrm\Theta_\mathrm a^2\;+\;2,22\;\cdot\;10^{-6}\;\cdot\;\mathrm\Theta_\mathrm a^3$$

A 600 °C ≤ Θ_a < 735 °C:

$${\mathrm c}_\mathrm a\;=\;666\;+\;\frac{13.002}{738\;-\;{\mathrm\Theta}_\mathrm a}$$

A 735 °C ≤ Θ_a <900 °C:

$${\mathrm c}_\mathrm a\;=\;545\;+\;\frac{17.820}{{\mathrm\Theta}_\mathrm a\;-\;731}$$

A 900 °C ≤ Θ_a ≤ 1,200 °C:

$${\mathrm c}_\mathrm a\;=\;650$$
Figura 02 - Capacidad calorífica específica del acero

Conductividad térmica

La conductividad térmica λ_a en W/(mK) describe la capacidad de transferir energía térmica por medio de la transferencia de calor.

A 20 °C ≤ Θ_a <800 °C:

$${\mathrm\lambda}_\mathrm a\;=\;54\;-\;3,3\;\cdot\;10^{-2}\;\cdot\;{\mathrm\Theta}_\mathrm a$$

At 800 °C ≤ Θ_a ≤ 1,200 °C:

$${\mathrm\lambda}_\mathrm a\;=\;27,3$$

Figura 03 - Conductividad térmicas del acero

Referenia

[1]	Eurocódigo 3: Cálculo de estructuras de acero - Parte 1-1: Reglas y reglas generales para edificios ; EN 1993-1-1: 2005 + AC: 2009
[2]	Eurocódigo 3: Cálculo de estructuras de acero - Parte 1-2: Normas generales - Cálculo estructural de incendios ; EN 1993-1-2: 2005 + AC: 2009

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