Estabilidad al fuego de elementos estructurales
Los incendios constituyen el riesgo más grave para los ocupantes de un edificio, los bienes incluidos en el mismo, e incluso la propia edificación.
05/12/2016
Los grados de estabilidad al fuego, indicados en las tablas que figuran a continuación, son aplicables a los elementos naturales de los edificios de pisos en los que la sobrecarga de uso es menor que 3kPa (300 kp/m2), si se trata de elementos de madera, y que 5kPa (500kP/m2), si se trata de cualquier otro tipo de elemento, y en los que la altura libre entre plantas es menor que 3,50 m. Estos valores corresponden a los casos de dimensionamiento estricto.
Para los elementos en los que no se cumplan las hipótesis señaladas en el párrafo anterior, la comprobación del comportamiento ante el fuego del elemento estructural puede realizarse mediante ensayo normalizado, mediante la aplicación de un método adecuado de cálculo teórico-experimental, o bien utilizando la tabla I-11 que proporciona los grados de estabilidad ante el fuego aportados exclusivamente por el revestimiento, prescindiendo de la que posee el elemento estructural.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE HORMIGON
El recubrimiento que se indica en las tablas se refiere a la distancia menor existente entre la superficie de las barras longitudinales del elemento y el paramento exterior de éste.
En caso de soportes, puede considerarse que el espesor del guarnecido, del enfoscado o de las placas de cartón-yeso que se dispongan como acabado forman parte del recubrimiento.
Si se trata de vigas, sólo deben considerarse los guarnecidos y enfoscados que se dispongan sobre malla o las placas de cartón-yeso cuyo sistema de colocación garantice su unión con el elemento en caso de incendio.
Soportes
El grado de estabilidad al fuego de los soportes de hormigón armado se obtiene en la tabla I-1 en función de las dimensiones de su sección, del número de caras expuestas al fuego y del recubrimiento de sus armaduras.
Los valores de la tabla se basan en la hipótesis de que las pérdidas de resistencia de la sección ante la acción térmica normalizada (fuego-tipo) no superan la relación de coeficientes de seguridad entre la hipótesis accidental de incendio y la ordinaria, con la que se supone que el elemento soporte está sobredimensionado, su grado de estabilidad al fuego aumenta.
Los valores de la tabla corresponden a soportes que poseen la armadura mínima permitida por la vigente instrucción para el proyecto y la ejecución de las obras de hormigón en masa, o armado EH, es decir, que la armadura longitudinal está formada por cuatro barras, en soportes de una sección no mayor que la de 40 × 40 cm. y por ocho barras si la sección tiene unas dimensiones mayores.
Estos valores son aplicables también a soportes de sección circular.
(1) El grado de estabilidad al fuego de soportes cuyas dimensiones no figuran en la tabla se obtiene tomando el valor correspondiente a un soporte cuyas dimensiones sean las inmediatas inferiores. (2) Los valores correspondientes a soportes expuestos por dos caras se refieren a los que están embebidos en un muro contenido en un sector de incendio y los expuestos por una cara a los dispuestos en fachada o en una pared de compartimentación. Estos valores son válidos con independencia del lado que esté expuesto al fuego. (3) El recubrimiento de 3 cm. que figura en la tabla, corresponde al valor habitual de hormigón visto, el de 5 cm. puede conseguirse bien con el propio hormigón, bien con el recubrimiento habitual de 3 cm. y un guarnecido o un enfoscado.
Vigas de descuelgue
El grado de estabilidad al fuego de las vigas de hormigón armado en descuelgue se obtiene en la tabla I-2 en función del ancho de la viga, del diámetro de las barras, del tipo de armado, del tipo de viga, y del recubrimiento de sus armaduras.
Los valores de la tabla se han obtenido suponiendo que el espesor del forjado y el descuelgue de la viga son iguales o mayores que 15 y 20 cm., respectivamente, y bajo la hipótesis de que, ante la acción térmica normalizada (fuego-tipo) en la cara inferior, la pérdida de resistencia es menor que el incremento de resistencia proporcionado por el coeficiente de seguridad, aceptándose que la viga soporta la carga si entre las secciones críticas (extremos y centro) componen el momento total isostático. Asimismo, se ha supuesto que la viga posee armado estricto para cargas que actúan simultáneamente con el incendio.
No se ha considerado el caso de una viga expuesta al fuego por todas sus caras, estos casos podrán determinarse mediante alguno de los procedimientos indicados anteriormente.
Para el tipo de vigas de apoyos de continuidad se han considerado dos tipos de armado de la parte superior de dichos apoyos; uno en el que la armadura es igual a la del vano y otro en el que es el doble.
(1) Los tipos de armado se refieren al número mínimo de barras situadas en cara inferior de la viga y equidistantes. A: tres en una sola capa. B: cuatro en una sola capa. C: seis, de las cuales al menos dos, están en una segunda capa situada hacia el interior de la viga. El armado de la cara inferior de la viga con dos barras no se ha incluido porque esta disposición ocasiona, rápidamente, la pérdida casi total de resistencia a momentos positivos en caso de incendio.
Vigas planas, losas y forjados unidireccionales
El grado de estabilidad al fuego de vigas planas, losas y forjados unidireccionales de hormigón armado se obtienen en la tabla I-3 en función del tipo de elemento, de su altura, del diámetro de las barras y del recubrimiento de sus armaduras. Los valores de la tabla se han obtenido suponiendo que existe guarnecido continuo dispuesto sobre malla en la cara inferior del forjado o de la losa, que el forjado es continuo y, en los forjados unidireccionales, que existen bovedillas entre los nervios. Para las vigas planas se ha supuesto, además, que se disponen cuatro barras, como mínimo, en su armadura longitudinal inferior y que su ancho es igual al doble de su canto, como mínimo. En el caso de que no se cumpla alguna de las hipótesis anteriores pueden adoptarse los valores de la tabla I-2.
(1) El recubrimiento de 2 cm. corresponde al habitual para las barras longitudinales; el de 4 cm. corresponde a un recubrimiento adicional o a la disposición de un guarnecido o un enfoscado.
Muros de hormigón armado
El grado de estabilidad al fuego de los muros se obtiene en la tabla I-4 en función del número de caras expuestas al fuego y del espesor del muro. Los valores de la tabla se han obtenido suponiendo que las armaduras tienen el recubrimiento habitual, que en el caso de los muros es ligeramente menor que en el de los soportes debido a que aquéllos están armados con barras de menor diámetro y a que su espesor cubre muy holgadamente las solicitaciones mecánicas.
Elementos estructurales de acero
Los valores de las tablas I-5, I-6, I-7, I-8 y I-9 se han obtenido adoptando las cargas de fuego previsibles en los recintos destinados a los distintos usos especí- ficos y analizando la incidencia del incendio en sectores de tamaño no mayor que el indicado en el artículo 12. Se ha asignado el grado de estabilidad al fuego que figura en las tablas si el elemento estructural es capaz de soportar el régimen de temperaturas procedente del incendio supuesto, sin disminuir su capacidad portante por debajo del margen correspondiente al coeficiente de ponderación de acciones habitual en los recogidos en dicha tabla.
Se han adoptado cargas de fuego comprendidas entre 60 y 130 Mcal/m2 de superficie construida y un factor de ventilación comprendido entre 0,004 y 0,121/2 siendo estos valores los habituales en zonas destinadas a los usos citados.
El factor de ventilación v. en el caso de que existan huecos solamente en la fachada del sector, se define mediante la expresión:
donde:
V es el factor de ventilación.
Sa es la superficie total de los huecos de la fachada del sector.
h es la altura media de los centros de los huecos con respecto al suelo del sector.
S es la superficie total de las paredes, suelos y techos del sector.
Cuando en recintos con poca carga de fuego y fuerte ventilación, tales como naves, polideportivos, etc., se quieran utilizar soportes exentos y sin revestir, su estabilidad al fuego se determinará mediante un método adecuado de cálculo teó- rico-experimental.
Para la obtención de los grados de estabilidad al fuego de los soportes se ha supuesto que éstos tienen su dimensionamiento estricto, una longitud de pandeo de 3,50 m. y se ha tenido en cuenta la disminución del límite elástico, la del módulo de elasticidad y la de la carga crítica, derivadas del aumento de temperatura. Todo aumento de dimensión por encima de la estricta incrementa la estabilidad al fuego.
Para la obtención de los grados de estabilidad al fuego de las vigas se ha supuesto que la pérdida de resistencia mecánica debida a la disminución del límite elástico ocasionada por el aumento de temperatura, no es mayor que el incremento de resistencia debido a la aplicación del coeficiente de mayoración de acciones en las rasantes hipótesis de carga.
Soportes
El grado de estabilidad al fuego de los soportes metálicos se obtiene en las tablas I-5 a I-8, en función del tipo de perfil, de su revestimiento, del número de caras expuestas al fuego y de las dimensiones del perfil.
Los valores de las tablas correspondientes a cada revestimiento son válidos para cualquier otro que no figure en las tablas, siempre que tenga el mismo coeficiente de aislamiento térmico.
Los valores del coeficiente de aislamiento térmico correspondientes a los revestimientos que figuran en las tablas son:
Tablero de cartón-yeso (> 1,3 cm.) 0,09 m2 K/W
Tablero de cartón-yeso (> 2,6 cm.) 0,13 m2 K/W
Guarnecido sobre panderete (4-4,5 cm.) 0,18 m2 K/W
Guarnecido sobre tabique (5,5-7,5 cm.) 0,23 m2 K/W
Guarnecido sobre tabicón (9,5-11,5 cm.) 0,30 m2 K/W
Revestimiento de elementos estructurales
El grado de estabilidad al fuego de los elementos estructurales revestidos se obtiene en la tabla I-11 en función de la conductividad colorífica del revestimiento, de su espesor y del factor de forma de su sección, o bien en función del coeficiente de aislamiento térmico del revestimiento y del factor de forma de la sección.
Estos valores no son válidos para elementos estructurales de madera.
Los valores de la tabla se han obtenido comprobando que, ante la acción térmica normalizada (fuego-tipo), la superficie exterior del elemento estructural no alcanza una temperatura crítica, aproximadamente igual a 500 °C. Por lo tanto, estos valores expresan el grado de estabilidad al fuego aportado solamente por el revestimiento y pueden ser adoptados independientemente del valor de la sobrecarga de uso, del dimensionamiento y de la altura o de la luz del elemento estructural.
Los valores de la conductividad colorífica a los que se refiere la tabla son los correspondientes al intervalo en temperatura comprendido entre 400 y 600 °C. Cuando no se conozca la conductividad colorífica del material de un revestimiento, ésta puede obtenerse a partir del grado de estabilidad al fuego de un elemento estructural revestido con dicho material, del espesor del revestimiento y del factor de forma de su sección.
La estabilidad al fuego de elemento estructural revestido se determina sometiendo al elemento fuego-tipo, de acuerdo con los criterios indicados en la norma UNE 23093, y tomando como grado de estabilidad al fuego el tiempo que tarda el perfil en alcanzar la temperatura de 500 °C.
Si el revestimiento está compuesto por capas de distinto material, el grado de estabilidad al fuego se obtiene a partir del factor de forma y del coeficiente de aislamiento térmico obtenido como suma de los de las diferentes capas. Si el revestimiento posee espesor o composición diferentes en cada cara expuesta al fuego se utilizará la media ponderada del coeficiente de aislamiento térmico de cada una.
El factor de forma se define con el cociente entre el perímetro expuesto al fuego y la sección. Para elementos de hormigón armado, dado su gran aislamiento térmico, se utilizarán siempre los valores de la tabla situados en la columna correspondiente a un factor de forma igual a 33 m-1.
