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

Artículo técnico

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 ≤ Θa < 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 ≤ Θa ≤ 860 °C:

$$\frac{\triangle\mathrm l}{\mathrm l}\;=\;1,1\;\cdot\;10^{-2}$$
A 860 °C <Θa ≤ 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 ca en J/(kgK) es la cantidad de calor necesaria para calentar en un Kelvin un kilogramo de material.

A 20 °C ≤ Θa <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 ≤ Θa < 735 °C:

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

A 735 °C ≤ Θa <900 °C:

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

A 900 °C ≤ Θa ≤ 1,200 °C:

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

Conductividad térmica

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

A 20 °C ≤ Θa <800 °C:

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

At 800 °C ≤ Θa ≤ 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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