1. memoria descriptiva -...

Proyecto redactado por Juan Rodríguez García.

5

1. MEMORIA DESCRIPTIVA

Laboratorio para ensayos de resistencia al fuego de materiales de construcción.

6

1.1. OBJETO DEL PROYECTO

El objetivo del presente proyecto es el diseño de un laboratorio para realizar ensayos de

resistencia al fuego en materiales de construcción, inspirado en los criterios definidos en la norma

UNE-EN 1363-1 (2000). Se evaluarán las necesidades de la planta en cuanto a maquinaria, se

proyectarán las instalaciones necesarias y se reformará una nave ya existente para adecuarla a las

necesidades del laboratorio.


7

1.2. ANTECEDENTES Y PROPUESTA ADOPTADA

En caso de incendio en un edificio, la naturaleza de los elementos y materiales que integran

su construcción y su contenido influyen decisivamente en el inicio, desarrollo y propagación del

fuego, y pueden determinar el tiempo disponible para la evacuación de sus ocupantes y el alcance de

los daños materiales.

Una vez que comienza el incendio las medidas de protección pasiva ralentizan y contienen el

fuego en el recinto de origen, lo que permite la acción combinada de medios de protección activa y la

intervención de equipos de emergencia.

Entre las medidas de protección pasiva se pueden diferenciar las derivadas de:

▪ Los materiales de construcción, que son los componentes de un edificio e integrados

permanentemente en él y que no tienen ni función estructural ni compartimentadora (aislamientos

térmicos, revestimiento de paredes y techos, etc.). Su comportamiento en caso de incendio se

estudiaría desde el punto de vista de reacción al fuego, es decir, de su potencial contribución al fuego

en caso de incendio.

▪ Los elementos de construcción, que son los componentes de un edificio que tienen una

función sustentadora o compartimentadora o ambas a la vez (pilares, muros, puertas, etc.). Su

comportamiento en caso de incendio se estudiaría desde el punto de vista de resistencia al fuego.

Se denomina resistencia al fuego de un elemento de construcción a su capacidad para

desempeñar su función en caso de incendio.

En España el marco normativo que especifica los requisitos necesarios a tener en cuenta en

la construcción de nuevos edificios y reformas de los mismos los componen dos documentos

fundamentalmente:

- Código técnico de la edificación: Vigente desde 2006 se aplica a edificios públicos o

privados de nueva construcción o reforma de los ya existentes cuyo proyecto necesite disponer de una

Licencia de Autorización de Obra. Incluye un apartado específico sobre requisitos de seguridad ante

incendios (Documento básico de seguridad ante incendios, DB-SI).

- Reglamento de protección contra incendios en los establecimientos industriales: De

aplicación en el ámbito de las construcciones industriales.


8

Entre otros, estos documentos exigen materiales y medios constructivos con una resistencia

al fuego determinada.

La resistencia al fuego se evalúa mediante criterios normalizados, estableciendo modelos de

fuego recreados en hornos de laboratorio. De esta manera se consigue un escenario de fuego realista y

sobre todo, reproducible de las condiciones de exposición, lo que permite al usuario la comparación y

elección de un material sobre una base común de aceptación en función de las exigencias técnicas o

administrativas vigentes.

De la necesidad existente de centros capaces de realizar dichos ensayos según tales criterios

surge la idea del diseño de este laboratorio, donde los diferentes fabricantes de elementos de la

construcción puedan venir a certificar sus productos. Estos serán generalmente elementos

prefabricados o métodos de construcción patentados


9

1.3. EMPLAZAMIENTO.

El laboratorio estará contenido en un edificio de carácter industrial ya existente. Sito en la C/

Río Viejo nº 29 (Polígono La Isla), Dos Hermanas, Sevilla. Este emplazamiento es adecuado tanto

por su situación y fácil acceso mediante vehículos pesados como por las infraestructuras a las que

tiene acceso, principalmente líneas de distribución de gas adecuadas.

El edificio se compone de dos partes principales, un módulo de oficinas y servicios y otro de

espacio diáfano donde se concentrará la actividad productiva.


10


11

1.4. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO.

1.4.1. Determinación de la resistencia al fuego de los elementos de la construcción.

La resistencia al fuego de los elementos de construcción se define como el tiempo que un

elemento constructivo, ya sea separador, portante o ambos a la vez, cumple unos requisitos de

capacidad portante (si es el caso), de integridad y/o de aislamiento térmico determinados en caso de

incendio. Es evaluada mediante criterios estandarizados, dado la escasa practicidad de utilizar datos

obtenidos de incendios reales. La Norma española UNE-EN 1363-1:2000, que sustituye a la norma

UNE 23-093:1978, establece los requisitos esenciales para los ensayos de resistencia al fuego.

El principio básico consiste en someter al elemento de construcción a un ensayo en horno

normalizado, que se calienta siguiendo una curva T-t [temperatura-tiempo] hasta que se produzca el

fallo del elemento. Si además dicho elemento debe tener capacidad portante, antes de empezar el

ensayo se carga hasta producir en él la misma configuración de tensiones a la que estaría sometido si

estuviera ubicado en la estructura de la que se considera

una parte representativa.

De forma general se ha venido considerando que la

mayor parte de los incendios en edificios se producen o

alimentan por materiales combustibles de tipo celulósico

que se encuentran en su interior. Por tanto se ha elegido la

curva T-t estándar como aquella establecida sobre esta base.

Para tales fuegos la curva T-t definida por la norma

EN 1363-1 es:

T [ºC] = 345 log10 (8 t + 1) + 20; t: tiempo [mín.]


12

Además, en la realidad es posible identificar situaciones donde las condiciones descritas no se ajusten

apropiadamente a las condiciones de un incendio determinado. Tal circunstancia puede originarse por

la naturaleza del producto que arde o el escenario donde tiene lugar el incendio. De esta forma, en la

norma EN 1363-2 se identifican otros tres regímenes de calentamiento alternativos, que se emplean

en situaciones muy específicas:

a) Curva de hidrocarburos: En industria petroquímica y refinerías existe un riesgo de

exposición a fuegos muy intensos como los que se producen en tanques de combustibles,

caracterizados por sus muy altas temperaturas y su rápido ritmo de crecimiento.

[ ] 20·675.00.325·e-11080 = C][º T ·5.2-0.167·t +− − te t : tiempo [mín.]

b) Curva de fuego exterior: En algunos casos los elementos de construcción pueden estar

sometidos a condiciones menos severas que cuando este mismo elemento se encuentra en el interior

de un sector de incendio. Un ejemplo sería los muros perimetrales de un edificio que pudieran quedar

expuestos a un fuego exterior o a llamas que sobresalen a través de las ventanas. Dado la disipación

de calor que se produce en el exterior la curva proporciona un nivel de exposición térmica menor que

las anteriores.

[ ] 20·313.00.687·e-1660 = C][º T ·8.3-0.32·t +− − te t : tiempo [mín.]

c) Curva de calentamiento lento: Especialmente diseñada para el estudio del comportamiento

frente al fuego de materiales de protección intumescentes. Estos materiales se caracterizan por su

incremento de volumen cuando están sometidos a altas temperaturas, siendo utilizados por ello como

agentes protectores frente al fuego.

Para 0 < t ≤ 21: 20154·t = C][º T 0.25 +

Para t > 21: ( )( ) 20120·8345·log = C][º T 10 ++−t

t : tiempo [mín.]


13

Curvas de temperatura-tiempo normalizadas en función del régimen de calentamiento,

según normas EN 1363-1 y EN 1363-2:

Curva 1: Curva normalizada.

Curva 2: Curva de hidrocarburos.

Curva 3: Curva de fuego exterior.

Curva 4: Curva de calentamiento lento.


14

1.4.2. Medios para ejecutar los ensayos de resistencia al fuego.

La manera de recrear dichas curvas de calentamiento sobre la superficie de los elementos

ensayados es mediante el uso de hornos industriales, generalmente alimentados con gas, que deben

ser construidos atendiendo a los requerimientos de las normas UNE-EN 1363-1, UNE-EN 1363-2, y

UNE-EN 1363-2. Donde se describe la aparamenta complementaria necesaria (termopares, sensores

de presión, cronometraje, etc.) para los ensayos así como la metodología a seguir para llevar a cabo

los mismos en función del tipo de ensayo y elemento ensayado. Para facilitar la puesta en ensayo de

las muestras que no sean autoportantes (montajes de puertas en tabiques, sistemas de muros de

fábrica, etc.) se prevé la existencia de unos bastidores dentro de los cuales se confinen las muestras

durante su construcción y que permitan el transporte y unión con los hornos.

En las familias de normas UNE-EN 1364 y UNE-EN 1365 se describe cómo debe ser el

ensayo para cada uno de los elementos de la construcción más representativos (léase pilares, forjados,

muros, cubiertas, etc.). Mostrando que serán necesarios diferentes hornos que permitan colocar

elementos en posición vertical, horizontal e incluso interior, además de las superficies mínimas

expuestas al fuego que van a afectar a las dimensiones de los hornos.

Para la puesta en carga de elementos portantes de manera que se recree la situación real en

un incendio será necesario algún sistema que simule las diferentes cargas existentes en la realidad

sobre cada uno de los elementos ensayados. Según la norma UNE-EN 1363-2 a este efecto pueden

usarse tanto prensas mecánicas o hidráulicas como pesos muertos, que mediante las estructuras

intermedias necesarias aplicarán las cargas de forma lo más fiel posible a la situación real en la que

trabajará la muestra de ensayo.

La opción elegida que aúne tanto ventajas económicas como de flexibilidad y buen

funcionamiento en las condiciones del ensayo hacen decantarse por la opción de prensa hidráulica.

Esta se conforma por una estructura soporte en forma de marco móvil (que permite su colocación en

diferentes configuraciones de ensayo) con un émbolo hidráulico accionado por un compresor y una

célula de carga que mida la presión aplicada. La movilidad del marco se consigue apoyándolo sobre

ruedas que para facilitar las tareas de traslado se guiarán a través de carriles.

Debido a la magnitud de las cargas que pueden llegar a aplicarse se ha preferido desvincular

la prensa de los hornos en todo lo posible de manera que formen elementos independientes. Esto

simplifica la construcción y el diseño de los hornos por un lado ya que su estructura se libera de

cargas actuando sobre ella. Por otro lado mejora las condiciones de trabajo de las prensas, que no se


15

encontrarán con situaciones de elevado stress térmico debido a defectos de aislamiento de los hornos.

Desde un punto de vista productivo permite realizar labores de mantenimiento y preparación de los

hornos mientras se trabaja en las muestras de ensayo, aumentando la flexibilidad del proceso.

Además será necesaria aparamenta (galgas, reglas, etc.) para medir las flexiones,

contracciones, extensiones y deformaciones que se produzcan durante el ensayo, tal y como se

menciona en la norma UNE-EN 1363-1:2000.

Por último serán necesarios sistemas para evaluar la integridad y el aislamiento de los

elementos ensayados y un cronómetro para medir la duración del ensayo.

1.4.3. Procedimiento de ensayo

1.4.3.1. Preparación de las muestras

Las muestras de ensayo deben representar los más fielmente posible el comportamiento del

elemento ensayado en la realidad. Por ello debe respetarse todas las indicaciones del solicitante del

ensayo en cuanto a colocación así como las indicaciones respecto a medios, materiales, anclajes,

herramientas, elementos auxiliares, etc. También tendrá que tenerse en cuenta las dimensiones

mínimas exigidas por las normas UNE-EN 1364 y UNE-EN 1365 para las muestras.

En general y siempre que sea posible la muestra se recibirá en el laboratorio en el estado

constructivo más avanzado posible. En caso que sea necesario construir, modificar o rematar parte

alguna siempre será con el consentimiento del cliente y si fuera posible con algún representante

autorizado del mismo delante.

El laboratorio dispondrá de un taller de construcción con todas las herramientas necesarias

para que el personal propio, personal enviado de parte del cliente o ambos trabajen en condiciones

adecuadas tanto de seguridad como de medios en la preparación de las muestras.

1.4.3.2. Elementos de medida

Se colocarán y conectarán a los sistemas de adquisición de datos correspondientes a todos

los sistemas de medida de temperaturas, tiempos, presiones, deformaciones, etc. previstos en la

norma UNE-EN 1363.

También se probará y calibrará, si fuese necesario, los sistemas de regulación de

alimentación de combustible. Configurándolos de manera que se pueda realizar el seguimiento de la


16

curva de temperatura correspondiente según las condiciones prescritas en la norma.

1.4.3.3. Puesta en posición de las muestras

En función del elemento a ensayar se ubicará la muestra frente a la boca del horno adecuado.

La muestra debe actuar como tapa del horno, de manera que sirva de barrera al calor generado en el

horno durante el ensayo.

Si el tamaño de la probeta fuera menor que la boca del horno debe rellenarse el espacio con

un cerramiento en material refractario adecuado. En caso de que el cliente opte por fabricar él mismo

su probeta de ensayo, para facilitar el transporte y la manipulación del conjunto muestra-cerramiento

se le suministrará un marco metálico que delimite las dimensiones de la boca del horno y dentro del

cual deba situar su muestra que conformará la probeta de ensayo.

Todas las juntas que puedan existir entre la boca del horno y la muestra se cerrarán con

mortero de cemento u otro material sellante adecuado de manera que no se permita la salida de humos

ni llamas a través de las mismas.

El izado y movimiento de las muestras se realizará con ayuda del puente grúa de que

dispondrá el laboratorio.

1.4.3.4. Carga de las muestras

Se someterá la muestra al valor de carga establecido por la norma UNE-EN 1363 mediante

el uso de las prensas hidráulicas. Mediante el posicionamiento adecuado y el uso de piezas

intermedias si fuera necesario se obtendrá la configuración de cargas necesarias.

La carga aplicada se controlará a través de los medidores de presión disponibles en las

bombas encargadas de aplicar presión al sistema hidráulico.

1.4.3.5. Comienzo del ensayo

Se dará por comenzado el ensayo en el momento en que se alcance una temperatura en el

horno de 50ºC. Únicamente a partir de éste momento empezará a correr el tiempo del que es objeto

este ensayo.

1.4.3.6. Fin del ensayo

Se dará por finalizado el ensayo en el momento en que se alcance al menos uno de los


17

parámetros que provocan el fin del ensayo mencionados en la norma UNE-EN 1363-1.

Son los siguientes:

a.) Se hayan obtenido los criterios seleccionados.

− Pérdida de aislamiento térmico.

− Velocidad de deformación.

− Deformaciones excesivas (debido a dilataciones o por pérdidas de propiedades

mecánicas).

− Pérdida de integridad (frente al paso de gases, humos o llamas).

− Perdida de integridad (aparición de grietas).

− Temperatura y radiación emitida en la cara no expuesta.

− Pérdida de capacidad de cierre (caso de puertas, ventanas o separadores).

− etc.

b) Estén comprometidos la seguridad del personal o de los equipos de ensayo.

c) A petición del solicitante.

Por último, de los ensayos se emitirá un informe que contengas los datos especificados en la

norma UNE-EN 1363-1 y en el que la entidad acreditadora resuelva la resistencia al fuego de la

muestra.


18

1.5. CONDICIONES GENERALES DE DISEÑO DEL LABORATORIO.

El funcionamiento del laboratorio se concibe como un proceso de carácter industrial, por

tanto, para el espacio contenedor del mismo se ha seleccionado una nave industrial ya construida en

la que se realizarán las obras de mejora pertinentes para su correcta adaptación.

Actualmente la nave dispone de un módulo de oficinas de 207 m2 construido que incluye

vestuarios y baños.

El resto de la nave es un espacio diáfano de 738 m2 disponible que se repartirán

aproximadamente de la siguiente manera:

Zona de ensayo Albergará hornos, prensas y equipos de ensayo

156 m2.

Almacén Almacén de materias primas y herramientas, generalmente elementos de construcción y mantenimiento de la maquinaria.

40 m2

Zona de carga, descarga y espacio libre

Área libre con dimensión suficiente para que entre un camión a descargar, realizar maniobras de logística o acopio temporal de materiales.

235 m2

E.R.M. Cuarto de la estación de regulación y medida de la instalación de gas natural.

4 m2

Taller Taller de trabajo para la construcción de las muestras de ensayo.

142 m2

Zonas de paso 161 m2

• Zona de ensayo: Espacio principal donde se encuentran los hornos y prensas para el

ensayo. Comprende la superficie necesaria para la colocación de los mismos así como un área libre

alrededor a la que por seguridad y comodidad no se accederá en el tiempo en que los ensayos estén en

marcha salvo para las labores necesarias dentro del propio ensayo.

• Oficinas y servicios: Espacios de trabajo del personal administrativo y técnico. Se

construirá un espacio de oficinas dentro de la propia nave dentro del plan de reforma. Será un espacio

de dos plantas (baja + primera) con espacios diferenciados que servirán a diferentes usos: zona

general de oficinas, despachos, salas de reuniones y juntas, zona de esparcimiento. Además se


19

incluyen los servicios y vestuarios.

• Almacén: Espacio de almacenaje de materias, herramientas y otros enseres.

• Zona de carga y descarga: Puesto que muchos de las muestras a ensayar son enviados

por los clientes ya fabricados o semi-fabricados se requiere una zona que permita la entrada a

camiones y furgonetas para su carga y descarga. Esto se hará bien mediante carretillas elevadoras,

bien mediante el uso del puente grúa. Este espacio debe permitir adecuadamente las maniobras de la

maquinaria relativa a la logística y el acopio temporal de material entrantes y salientes.

• E.R.M.: Espacio diferenciado del resto de la planta donde se encuentra la aparamenta

necesaria para recibir y acondicionar el gas natural canalizado. El acceso se hará desde el exterior de

la planta para facilitar su acceso en situaciones de emergencia.

• Taller: Espacio de fabricación o terminación de las muestras a ensayar.

Los diferentes espacios no tendrán una separación física del resto salvo en el caso de las

E.R.M. y el módulo de oficinas y servicios para permitir la flexibilidad necesaria en el proceso.


20

1.6. COMBUSTIBLE DE LOS HORNOS.

La elección de combustible del horno va a ser decisiva ya que ello va a condicionar el

posterior diseño y funcionamiento así como la forma de trabajo y los medios auxiliares necesarios.

Frente a la amplia oferta de posibles combustibles seleccionamos aquel que permita un

equilibrio entre precio, alto poder calorífico y disponibilidad.

Los combustibles sólidos (carbón principalmente) son descartados por su poder calorífico

generalmente bajo y por la dificultad de automatizar el proceso de alimentación y control de

temperatura, así como por la suciedad que producen.

Los combustibles líquidos presentan una mayor facilidad de alimentación y automatización

de la dosificación, sin embargo son sucios al producir carbonilla e incómodos para los operarios ante

pequeñas fugas de humos que llenarían el espacio de trabajo. Además la presencia de azufre supone

una dificultad añadida que encarecería el diseño de los hornos y chimeneas.

Por último los combustibles gaseosos que tienen la ventaja de producir una combustión

limpia obteniéndose como productos de salida CO2 y agua. Entre ello encontramos los GLP derivados

del petróleo o el gas natural (GN). Los primeros tienen la ventaja de su mayor poder calorífico que

permite un menor consumo por ensayo. En cambio el GN ofrece la ventaja de la existencia de redes

de gas canalizado disponible en la mayor parte del tejido urbano y áreas industriales. Lo que nos va a

permitir prescindir de depósitos de almacenamiento y disminuye la dependencia frente a

suministradores de combustible. Además el GN tiene un poder calorífico alto aún siendo menor que

el de los GLP.

El poder calorífico del gas natural varía en función de la procedencia y calidad ya que su

composición no es fija, conteniendo en su mayor parte metano (~90.8%), etano (~6,1 %), propano

(~0.9 %), butano (~0.3 %) y pequeñas cantidades de otros gases como pentano, hexano, dióxido de

carbono o nitrógeno. Asimilándolo a su componente principal, el metano (CH4), puede formularse de

manera aproximada como C1,0759H4,1181.

Si tenemos en cuenta un exceso de oxígeno del 4% para una combustión correcta siguiendo

la norma UNE-EN 1363-1, necesitamos un exceso de aire de entrada para la combustión del 25%

sobre el estequiométrico.

Entonces tenemos que para quemar un mol de GN en los hornos necesitamos 12.532 moles


21

de aire.

El dimensionamiento y diseño del suministro de GN a los hornos se expone en el capítulo

correspondiente a las instalaciones de gas.


22

1. memoria descriptiva -...

Documents