Proyecto básico: Selección de la estrategia adecuada de

Proyecto básico: Selección de la estrategia adecuada de ingeniería de seguridad ante
incendio para edificios de una sola planta
SS039a-ES-EU
Proyecto básico: Selección de la estrategia adecuada de
ingeniería de seguridad ante incendio para edificios de una
sola planta
Este documento presenta una guía sobre los enfoques de diseño de ingeniería de seguridad
ante incendio, más adecuados, para condiciones específicas en edificios públicos de una
sola planta.
Índice
1.
Introducción general a las estrategias de ingeniería de seguridad ante incendios
2
2.
Selección del enfoque de diseño óptimo
3
3.
Descripción de los métodos
6
4.
Conclusiones
9
Página 1
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incendio para edificios de una sola planta
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1.
Introducción general a las estrategias de
ingeniería de seguridad ante incendios
Existe una amplia gama de estrategias de ingeniería de seguridad ante incendio, para edificios
públicos de una sola planta. La Tabla 1.1 resume las alternativas disponibles.
Tabla 1.1
Selección
de la
estrategia
general
Opciones para la ingeniería de seguridad ante incendio de edificios de una sola
planta
Metodología
Acciones térmicas
(Comportamiento del
fuego)
Uso de
información de
ensayos
estándar
(Datos de los
fabricantes)
A
Los datos de los fabricantes consideran todos los aspectos de la ingeniería
de seguridad ante incendio
Datos
tabulados de
EC4
Curva estándar ISO
EN1994-1-2 §4.2
Curva estándar ISO
Acero
EN1993-1-2 §4.2.5
SD004
SD005
Modelo térmico
(Transferencia de
calor)
Modelo estructural
(Respuesta
estructural)
B
Ingeniería de seguridad ante
incendio basada en prestaciones
Métodos de fuego estándar
Métodos de
cálculo
simplificados
para los
eurocódigos
Acero
EN1993-1-2 §4.2.3 &
4.2.4
(Temperatura crítica,
Métodos simplificados)
Mixta
EN1994-1-2 §4.3
C
Métodos de
cálculo
avanzado
(modelos)
Acero y mixta
D
Métodos de
cálculo
simplificados
de los
eurocódigos
Curva paramétrica (fuego
totalmente desarrollado)
Fuego en elementos
externos
Fuego localizado
Análisis por
elementos finitos
Análisis por
diferencias finitas
Análisis por elementos
finitos
Acero
EN1993-1-2§4.2.5
SD004
SD005
Acero
EN1993-1-2 §4.2.3 &
4.2.4
Mixta
EN1994-1-2 §4.3
E
Métodos de
cálculo
avanzado
(modelos)
Modelos de zonas
Fluido-dinámica
computacional (CFD)
F
Acero y mixta
Análisis por
elementos finitos
Análisis por
diferencias finitas
Análisis por elementos
finitos
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La selección del método óptimo depende de:
‰ Los reglamentos nacionales
‰ Lograr un equilibrio entre la simplicidad del diseño y la economía del resultado
‰ Disponibilidad de información, por ejemplo de la carga de fuego
‰ Características del edificio específico
‰ Experiencia disponible
2.
Selección del enfoque de diseño óptimo
Los edificios de una sola planta tienen un rango muy amplio de usos y presentan una amplia
variedad de formas estructurales.
La mayoría de edificios de una sola planta industriales, no requieren mayor resistencia al
fuego, aparte de la necesaria para asegurar que los muros cercanos a los límites del terreno no
colapsen prematuramente, a fin de evitar que el fuego se expanda a edificios vecinos,
Para edificios públicos de una planta, almacenes, centros de congresos, centros deportivos , en
general se debe establecer periodos definidos de resistencia al fuego, a fin de permitir una
evacuación segura del edificio. Sin embargo, la carga de fuego puede ser bastante baja.
Los centros comerciales deben tener períodos de resistencia definidos, para asegurar una
evacuación segura. Probablemente, existan normas que regulen el tamaño de los sectores,
mediante el uso de compuertas enrollables.
Con esta diversidad de exigencias y en coordinación con los organismos regulatorios en lo
que sea necesario, lo más importante en primer lugar, es establecer lo siguiente:
‰ periodos de resistencia al fuego, si existe alguno
‰ requisitos especiales para prevenir la propagación del fuego, si existe alguno
‰ actitudes hacia los enfoques específicos de ingeniería de seguridad ante incendio
La actitud de las autoridades regulatorias, tendrán un importante impacto en la elección del
enfoque de diseño. La Tabla 2.1 resume todos los enfoques disponibles y suministra una guía
para la elección de un método dentro del marco general definido por los reglamentos
nacionales. Debe observarse que la tabla es exhaustiva; sólo unos pocos parámetros serán
relevantes para un edificio en particular.
Con el apoyo de una asesoría experta, es posible combinar diferentes métodos para diversos
aspectos de la ingeniería de seguridad ante incendio. Por ejemplo, podría ser económico,
utilizar la curva estándar ISO (C) para acciones térmicas, con métodos de cálculo avanzado
(D) para la modelación térmica y estructural.
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incendio para edificios de una sola planta
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Guía para la elección de un enfoque de diseño para un edificio de una sola planta
con exigencia de resistencia al fuego
1.
3.
4.
5.
99
9
Mediano
99
9
9
9
9
9
Esto está en relación a potenciales
ahorros, los cuales serán mayores
en edificios más grandes, debido a
economías de escala.
9
9
Reglamentaciones para
edificios
Enfoque dentro del límite
permitido
99
Enfoque fuera del límite
permitido
X
Comentario
F. Cálculos
avanzados
D. Cálculos
avanzados
C. Cálculos simples
Pequeño, < 1,000 m2
Se pueden utilizar enfoques
prescriptivos solo dentro de rangos
especificados.
9
9
9
Consideración de
medidas activas de lucha
contra incendio
Detección, alarmas y
evacuación de humos
–
–
9
9
Rociadores
–
–
9
99
Proximidad a edificios
vecinos o al límite de
propiedad
Algunos reglamentos nacionales y/o
autoridades locales permiten la
presencia de medidas activas para
reducir las cargas de fuego
Los reglamentos nacionales pueden
exigir algún tratamiento especial
Cerca
9
Remoto
–
9
–
–
–
9
–
–
Período de resistencia al
fuego
99
Muy baja (15 min)
6.
Métodos
basados en
prestaciones
Tamaño del edificio–
superficie en planta
Grande, > 10,000 m2
2.
B. EC4 Datos para
construcción mixta
A. Datos de los
fabricantes
Métodos de fuego
estándar
E. Cálculos simples
Tabla 2.1
Baja (30 mins,)
9
Media (60 mins,)
9
Alta > 90 mins
9
9
9
9
9
9
Puede ser económico alcanzar
bajos períodos de resistencia al
fuego con enfoques prescriptivos
simples. Para periodos mayores, es
posible demostrar, mediante
cálculos, la necesidad de una
protección reducida
99
Intensidad del fuego
No conocida
X
X
9
Conocida, carga típica de
fuego
–
–
–
–
Conocida, carga de
fuego baja
–
–
–
–
9
Fuego localizado
–
–
–
–
9
La intensidad de fuego está
relacionada con la carga de fuego
de uso y las características del
edificio o sectorización
9
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•
•
El viento y la nieve
gobiernan el diseño en
"frío"
–
La reserva adicional
disponible, producto del
comportamiento de la
estructura, no tomada en
cuenta en el diseño en
"frío", como por ejemplo
los desplazamientos
grandes debidos a la
acción de catenaria
–
Pilares externos al sector
–
99
9
9
99
X
9
9
99
9
9
9
Riesgos especiales
Las reservas implícitas de
resistencia, por ejemplo el hecho de
una carga reducida para la
condición de fuego, y una
exposición reducida al fuego,
incrementa el valor potencial de
enfoques más avanzados
9
Características
especiales
Sectores grandes
•
99
9
Comentario
F. Cálculos
avanzados
Estructura
Elementos de acero sin
protección
•
E. Cálculos simples
Métodos
basados en
prestaciones
D. Cálculos
avanzados
C. Cálculos simples
B. EC4 Datos para
construcción mixta
A. Datos de los
fabricantes
Métodos de fuego
estándar
Condiciones más inusuales
generalmente requieren un estudio
más detallado
99
Tipología especial
Centro comercial
–
Edificio alto > 15 m
–
–
9
9
99
9
Asesoría especializada
No hay asesoría
especializada
99
9
X
X
X
X
Asesoría especializada
limitada
99
9
9
X
X
X
9
99
9
99
Asesoría especializada
Leyenda
99
9
–
X
Si no hay asesoría adecuada no se
pueden utilizar métodos más
avanzados
Solución más económica
Probablemente una solución económica
Parámetro no influye en este método de diseño
Este parámetro imposibilita el uso de este método
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3.
Descripción de los métodos
3.1
Uso de datos de pre-ingeniería para ensayos (A y B)
Datos de los fabricantes y datos de EN1994
Implica fuego estándar. Las respuestas estructural y térmica asumidas, están basada en
ensayos estándar. Generalmente, se aplica a elementos estructurales individuales.
Condiciones favorables:
‰ Condiciones de fuego no definidas (por ejemplo carga de fuego incierta o muy probable
que cambie)
‰ Características térmicas particulares que no impliquen un riesgo potencial, podrían dar
como resultado una reducción significativa de las temperaturas en el acero expuesto al
fuego, por ejemplo la protección inherente de las vigas de acero en un forjado
‰ Características estructurales particulares que no impliquen un riesgo potencial, podrían
dar como resultado un comportamiento ante el fuego significativamente mejor, por
ejemplo el hecho que las cargas sean pequeñas
‰ No hay requisitos de diseño especiales tales como estructuras expuestas
Requisitos esenciales para que estos enfoques sean válidos:
‰ Se debe cumplir con todos los requisitos relacionados con el diseño del edificio, tales
como tamaño de sectores (volumen máximo de sector), distancia de evacuación, etc.
Donde no haya disponibilidad de contar con asesoría especializada, estos son los únicos
métodos que se pueden adoptar en un diseño práctico.
Resultado: Niveles estándares de protección ante incendio.
3.2
Métodos de cálculo simplificado según los
Eurocódigos: Fuego estándar (C) o Ingeniería de
seguridad ante incendio basada en prestaciones (E)
Utilización de cálculos sencillos para modelizar el desarrollo de la curva tiempo-temperatura
del incendio (sólo E), calentamiento de elementos individuales y/o respuesta estructural.
Análisis del incendio aplicado al sector, pero análisis térmico y estructural aplicado a
elementos individuales.
Para modelizar el incendio:
Se puede utilizar la curva de fuego estándar o ingeniería de seguridad ante incendio basada en
prestaciones.
Condiciones favorables:
‰ Determinar las condiciones del incendio (por ejemplo que la carga de fuego esté definida
y sea improbable que cambie significativamente)
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‰ Tamaño de los sectores dentro de los límites establecidos por la norma
‰ Se necesita limitada asesoría especializada.
Para la modelización térmico:
Condiciones favorables:
‰ Características térmicas de los materiales conocidas
‰ Probablemente sea ventajoso para los detalles constructivos, lo cual puede resultar en una
reducción significativa de la temperatura en el acero, por ejemplo pilares construidos
dentro de muros
‰ Se necesita limitada asesoría especializada.
Para la modelización estructural
Condiciones favorables:
‰ Elementos bastante sobredimensionados que tienen una reserva de resistencia efectiva
‰ Se necesita asesoría especializada limitada.
‰ Se cumplen totalmente los requisitos relacionados con el diseño del edificio, tales como
sectorización (volumen máximo de ambientes individuales), distancia de evacuación, etc.
Condiciones indispensables para poder utilizar el cálculo simplificado:
‰ Disponibilidad de cierto grado de asesoría especializada
‰ Conformidad por parte de las autoridades
Resultado: Existe la posibilidad que se puedan reducir los niveles de protección ante incendio
3.3
Métodos de cálculo avanzado: Fuego estándar (D) o
Ingeniería de seguridad ante incendio basada en
prestaciones (F)
Utilización de cálculos para modelizar el desarrollo de la curva tiempo-temperatura del fuego
(sólo F), calentamiento de elementos individuales y/o respuesta estructural. Análisis del fuego
aplicado al sector, análisis térmico aplicado a elementos individuales y análisis estructural
aplicado a toda la estructura en conjunto (pero no necesariamente a la estructura completa)
Para modelizar el fuego:
Los métodos y condiciones, para utilizar cálculos avanzados, son generalmente los mismos
que los utilizados en los enfoques de cálculo simple. Es mejor hacer la selección del método,
en coordinación con las autoridades pertinentes; por ejemplo, los modelos de zonas son
aceptados generalmente por la mayoría de las autoridades, no así los modelos de fuego
paramétricos. El uso de CFD puede ser útil cuando se necesita predecir el desplazamiento del
humo.
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Condiciones favorables:
‰ Determinar las condiciones del incendio (por ejemplo que la carga de fuego esté
determinada y sea improbable que cambie significativamente)
‰ Tamaño del sector más allá de los límites establecidos por la norma
‰ Distancias de evacuación más allá de los límites establecidos por la norma
‰ Se cuenta con asesoría especializada.
Para la modelización térmica:
Los métodos y condiciones para su uso son generalmente los mismos que para el enfoque
basado en cálculo simple. Rara vez hay un beneficio significativo al utilizar enfoques
analíticos más sofisticados para elementos de acero; secciones compuestas sólo pueden
analizarse por métodos avanzados.
Condiciones favorables:
‰ Se conocen las características térmicas de los materiales – obsérvese que puede ser difícil
obtener esto, particularmente para revestimientos intumescentes.
‰ Probablemente sea beneficioso para detalles constructivos, lo que resulta en temperaturas
reducidas significativamente, por ejemplo pilares construidos dentro de muros
‰ Se cuenta con asesoría especializada.
Para la modelización estructural
Condiciones favorables:
‰ Se tiene una reserva efectiva de resistencia, producto de acciones estructurales
secundarias (por ejemplo conexiones semirígidas), las cuales normalmente se ignoran en
un diseño normal
Condiciones indispensables para poder utilizar el cálculo avanzado:
‰ Se cuenta con asesoría especializada.
‰ Conformidad por parte de las autoridades
Condiciones que hacen obligatorio este enfoque :
‰ El edificio no cumple con las normas en aspectos tales como sectorización (máximo
volumen de sector), distancias de evacuación
Resultado: Reducción importante en los niveles de protección contra fuego, que podría, en
muchos casos, justificar que el acero quede sin protección.
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4.
Conclusiones
Muchos edificios particulares de una sola planta, no necesitan contar con resistencia al fuego.
La mayoría de edificios públicos de una sola planta si necesitan tener resistencia al fuego. Los
periodos de resistencia y otras exigencias deberían determinarse en coordinación con las
autoridades respectivas.
La elección de un método de ingeniería de seguridad ante incendio para un edificio de una
sola planta, depende de una combinación de experiencia y datos reales y concretos. En
muchos casos un enfoque de diseño prescriptivo será suficiente, pero en algunos casos, el uso
de cálculos simplificados pueden dar como resultado algunas ahorros. Los métodos de cálculo
más avanzados deberían utilizarse sólo cuando las investigaciones preliminares, muestren que
se puede obtener un beneficio importante.
La lectura de la Tabla 2.1 y la sección 3 permitirán al ingeniero, realizar una elección
justificada del método, sin la necesidad de un conocimiento especializado.
Cuando se utilicen métodos de cálculo más avanzados, el ingeniero deberá contar con una
asesoría especializada.
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Registro de Calidad
TÍTULO DEL RECURSO
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Referencia(s)
DOCUMENTO ORIGINAL
Nombre
Compañía
Creado por
Roger Plank
University of Sheffield
Contenido técnico revisado por
Ian Simms, SCI
Fecha
Contenido editorial revisado por
Contenido técnico respaldado por los
siguientes socios de STEEL:
1. Reino Unido
G W Owens
SCI
25/04/06
2. Francia
A Bureau
CTICM
25/04/06
3. Suecia
B Uppfeldt
SBI
25/04/06
4. Alemania
C Müller
RWTH
25/04/06
5. España
J Chica
Labein
25/04/06
6. Luxemburgo
M Haller
PARE
25/04/06
G W Owens
SCI
28/01/08
Traducción realizada y revisada por:
eTeams International Ltd.
09/08/06
Recurso de traducción aprobado por: J Chica
Labein
04/10/06
Recurso aprobado por el
Coordinador técnico
DOCUMENTO TRADUCIDO
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