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

Artículo técnico

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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 exacto para cada propiedad a cada temperatura.

Expansión Térmica

La expansión 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 ° C:

$$ \ frac {\ triangle \ mathrm l} {\ mathrm l} \; = \; 2 \; \ cdot \; 10 ^ {- 5} \; \ cdot \; {\ mathrm \ Theta} _ \ mathrm a \; - \; 6.2 \; \ cdot \; 10 ^ {- 3} $$

Figura 01 - Dilatación térmica del acero

Capacidad calorífica específica

La capacidad calorífica específica c a en J/(kgK) es la cantidad de calor requerida para calentar un kilogramo de material en un Kelvin.

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

Cond. 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:

$$ {\ mathrm \ lambda} _ \ mathrm a \; = \; 54 \; - \; 3.3 \; \ cdot \; 10 ^ {- 2} \; \ cdot \; {\ mathrm \ Theta} _ \ mathrm a $$

A 800 ° C ≤ Θ a ≤ 1.200 ° C:

$$ {\ mathrm \ lambda} _ \ mathrm a \; = \; 27.3 $$

Figura 03 - Conductividad térmicas del acero

Bibliografía

[1]Eurocódigo 3: Diseño de estructuras de acero - Parte 1‑1: Reglas generales y reglas para edificios; EN 1993‑1‑1: 2005 + AC: 2009
[2]Eurocódigo 3: Diseño de estructuras de acero. Parte 1‑2: Reglas generales - Diseño de fuego estructural; EN 1993‑1‑2: 2005 + AC: 2009

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