DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 1 Diseo al fuego de uniones de acuerdo con la norma EN 1995-1-2. FUENTE: Holz Brandschutz Handbuch. 3. Auflage. 2009. Ernst & Sohn2/2015 Las reglas de la normativa europea EN 1995-1-2 para la verificacin al fuego de uniones de madera con medios de unin mecnicos metlicos rigen para uniones de cizalle doble simtricas que vinculan piezas de madera con piezas de madera como tambin uniones entre planchas o perfiles de acero con piezas de madera. Se consideran resistencias al fuego de hasta 60 minutos. Tal como para el diseo o verificacin al fuego de elemento estructurales se dispone de un mtodo aproximado y un mtodo exacto aplicables tanto sobre uniones protegidos como sobre uniones expuestas sin proteccin a la accin del fuego. Uniones sin proteccin. Para la verificacin de uniones con medios de unin metlicos barriformes es posible alcanzar, por medio de un mtodo simplificado y a travs del incremento, tanto de las dimensiones de los maderos laterales como de los espaciamientos normativos mnimos entre los medios de uniny los bordes de las piezas de madera, resistencias al fuego de hasta 30 minutos.En el mtodo exacto se consideran reducciones sobre las solicitaciones de fuego que permiten alcanzar resistencias de uniones de hasta 30 minutos, y para el caso de uniones madera madera con pasadores de hasta 40 minutos. Se exceptan de esta ltimaposibilidad las uniones clavadas y atornilladas. Mtodo simplificado Si se respetan las exigencias dimensionales mnimas para los dimetros de medios de unin, en lo siguiente designados como sujesores, y los espesores de maderos laterales establecidas en la normativa de diseo en fro, las uniones expuestas directamente al fuego y calculadas de acuerdo con la normativa de diseo en fro aseguran las siguientes duraciones de resistencia al fuego,. Tabla 1.Duracin de resistencia al fuego en uniones no protegidas Medio de uninPerodo de resistencia al fuego,, (min) Dimensin mnima ! d y ! t1(mm) Clavos15 ! d ! 2,8 Tornillos15 ! d ! 2,8 Pasadores20 ! t1 ! 45 Pernos15 ! t1 ! 45 conectores15 ! t1 ! 45 NOTA: d corresponde al dimetro del medio de unin y t1 al espesor de la pieza lateral Si se incrementan las dimensiones mnimas de los maderos laterales y los espaciamientos mnimos a los bordes de los maderos especificados en la normativa de diseo en fro en una ! td , fi! td , fiDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 2 magnitud ! afi estas duraciones de resistencia al fuego se pueden incrementar hasta un mximo de 30 minutos. En consecuencia si se designa el espesor o el espaciamiento al borde de madero requerido por la verificacin al fuego por ! sb, entonces se debe respetar la exigencia ! sb " sb,req+ afi donde ! sb,req corresponde al valor mnimo especificado en la normativa de diseo en fro para el espesor de maderos laterales o para el espaciamiento mnimo a los bordes, segn corresponda. Figura 1. Incrementos dimensionales de espaciamientos y espesores mnimos El incremento dimensional queda dado por la expresin (1) con velocidad de carbonizacin nominal; coeficiente de incremento del flujo de calor a travs del sujesor; perodo requerido de resistencia al fuego; perodo de resistencia al fuego de la unin sin proteccin segn tabla 1. Al factor se le asigna un valor 1,5. Considerando los valores de carbonizacin nominal 0,7 mm/min y 0,8 mm/min en madera laminada encolada y madera aserrada de conferas, respectivamente, se pueden determinar los incrementos dimensionalesrequeridos para alcanzar una duracin de resistencia alfuego de 30 minutos para los medios de unin mecnicos Tabla 2 Incremento dimensional requerido para alcanzar la categora F30 en uniones no protegidas Medio de uninFactor incremental, en mm MA conferasMLE Clavos1816 Tornillos1816 Pasadores1211 ! afi! afi= "n #kflux # treq $ td, fi ( )! "n! kflux! treq! td , fi! kflux! afi! afiDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 3 Si para las piezas laterales se respeta un espesor equivalente a la suma del espesor mnimo requerido para asegurar el Modo de Fluencia 4 (en este caso la capacidad de carga ltima de la unin no queda condicionada por la resistencia al aplastamiento de la madera sino por la resistencia de flexin del acero) y el valor de incremento , es posible alcanzar la duracin de resistencia al fuego de hasta 30 minutos sin requerir incrementos adicionales del espesor. En todos los restantes casos se deber incrementar el espesor de madero lateral en. Para que las uniones con pernos o conectores puedan alcanzar una duracin de resistencia al fuego de 30 minutos, stas se deben proteger constructivamente o bien verificarse por medio del procedimiento de mayor exactitud, que considera una reduccin de las solicitaciones durante el evento de fuego.Cabe notar que por medio del incremento de las dimensiones transversales de los maderos laterales y de los espaciamientos a los bordes es posible alcanzar una resistencia al fuego de a lo mas 30 minutos.Cuando se desee alcanzar duraciones de resistencia al fuego superiores a este valor la verificacin se debe llevar a cabo por medio del mtodo de solicitaciones reducidas. Uniones protegidas Una solucin alternativa a la exposicin directa al fuego y con el propsito de incrementar la duracin de la resistencia al fuego consiste en proteger las uniones por medio derecubrimientos adicionales o tarugos de madera. Estos recubrimientos se pueden materializar por medio de madera, materiales de madera o tableros de yeso cartn que retardan el inicio de la combustin de las piezas de madera de la unin. Los recubrimientos no impiden, sin embargo, que antes del inicio de la combustin se produzca un recalentamiento del entorno de la unin. Por medio de la duracin requerida es posible determinar el espesor de revestimiento en funcin de la materialidad de este y del tipo de unin. El efecto protector del recubrimiento se pierde con el inicio de la carbonizacin, por lo queel tiempo de falla del recubrimiento se define como el tiempo requerido para el inicio de la carbonizacin,tch, en la unin. Para recubrimientos de madera: (2) con : espesor del revestimiento, en mm; : velocidad de carbonizacin unidimensional, en mm/min. Adicionalmente se exige que (2 a) con : duracin de resistencia al fuego requerida, en min; : duracin de resistencia al fuego de la unin no protegida, segn Tabla 1 ! afi! afithch0pb=hp0 b, t t t 0 5 ch req d,fi ) $ -treqtd,fiDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 4 Para recubrimientos de yeso cartn Tipo F DIN EN 520: (3) con : espesor del revestimiento, en mm; Adicionalmente se exige que (3 a) La fijacin de los recubrimientos debe evitar su falla prematura, esto es, los elementos de proteccin deben mantenerse en su lugar hasta el inicio del proceso de carbonizacin de la madera en la unin ( ). Para el caso de tableros de yeso cartn TipoF se debeasegurar su fijacin a la madera durante el lapso de resistencia al fuego especificado para la unin ( ). La distancia entre los medios de fijacin de recubrimiento no debe superar10 cm en los bordes y 30 cm en lneas de fijacin interiores. La distancia a los bordes de recubrimiento no debe ser menor quey la penetracin de los medios de fijacin del recubrimiento en la madera no carbonizada debe ascender al menos a 6 d en el caso de recubrimientos de madera, tableros de madera o tableros de yeso cartn Tipo A o H y 10 d para el caso de tableros de yeso cartn Tipo F.

Cuando la disposicin de sujesores se protege por medio de tarugos de madera encolados , el largo de estos tarugos debe corresponder al menos a ! afi. 1tarugo encolado 2proteccin adicional usando tableros 3 medios de unin que fijan tableros que brindan proteccin adicional

Figura 2. Proteccin de uniones por medio de tarugos encolados o tableros de derivados de maderas o de yeso cartn (no se muestra la proteccin de los cantos de las piezas laterales y central) En uniones con planchas de acero interiores, de espesor no inferior a 2 mm y que no se proyecten mas all de los bordes de las piezas de madera, el ancho de las planchas debe respetar las condiciones establecidas en Tabla 3. , t h 28 14 ch p ) = -hp, t t t 1 2 ch req d,fi ) $ -t tch =t treq =! afibstDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 5 Tabla 3 Anchos de planchas de acero con bordes no protegidos ! bst Bordes no protegidos en general R 30! 200 mm R 60! 280 mm Bordes no protegidos en uno o dos lados R 30! 120 mm R 60! 280 mm Cuando las planchas de acero sonmas angostas que la pieza de madera se las puede considerar como protegidas en las siguientes situaciones (ver Figura 3): Planchas de espesor no mayor que 3 mm con una profundidad de desplazamiento ! dg mayor que 20 mm para un perodo de resistencia al fuego de 30 minutos y mayor que 60 mm para un perodo de resistencia al fuego de 60 minutos Uniones con tiras insertas encoladas o tableros de proteccin materializadas en madera con profundidad de insercin de tira, ! dg, oespesor de tablero, ! hp,mayores que 10 mm para un perodo de resistencia al fuego de 30 minutos y mayores que 30 mm para un perodo de resistencia al fuego de 60 minutos a) bordes enrasados, esto es, sin proteccin alguna; b) borde desplazado hacia el interior en !s y por lo tanto, protegido; c) borde cubierto con listn encolado de espesor !s y por lo tanto, protegidod) borde cubierto por cubrejunta clavada y por lo tanto, protegido Figura 3. Proteccin de bordes de planchas de acero (no se muestran los sujesores) Mtodo de solicitaciones reducidas. Uniones no protegidas Este mtodo permite incrementar la duracin de resistencia al fuego de las uniones no protegidas por sobre las determinadas por el mtodo simplificado, sin modificar la geometra de la unin condicionada por el diseo en fro. Para uniones con pernos y/o pasadores se debe respetar para las piezas laterales un espesor no menor que el mximo entre 50 mm y 50 + 1,25 (d-12) mm, donde d corresponde al dimetro del perno o pasador, en mm. Con la excepcin de las uniones clavadas y atornilladas se pueden obtener resistencias de hasta 30 minutos para uniones con uso pernos o pasadores, ambos de dimetro no inferior a DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 6 12 mm, y conectores e incluso de hasta 40 minutos en uniones madera madera con pasadores. Se excluyen de esta posibilidad las uniones no protegidas con clavos y tornillos que a lo mas pueden alcanzar una duracin de resistencia al fuego mxima de 20 minutos. Tabla 4. Perodo de validez mximo para la duracin de resistencia al fuego de uniones no protegidas UninPerodo de validez mximo, min Clavos, tornillos20 Pernos en unin madera madera con d ! 12 mm30 Pernos en unin acero madera con d ! 12 mm30 Pasadores en unin madera maderaa con d ! 12 mm 40 Pasadores en unin acero maderaa con d ! 12 mm30 conectores30 aLos valores para pasadores dependen de la disposicin de un perno por cada 4 pasadores Para poder alcanzar duraciones de resistencia al fuego mayores, las uniones debern materializarse con proteccin o bien se debern incrementar las dimensiones de los espesores de maderos laterales y de los espaciamientos normativos mnimos a los bordes. En total, por medio del uso de este mtodo se pueden verificar duraciones de resistencia al fuego de hasta 60 minutos. Para duraciones de resistencia al fuego superiores a 30 minutos los espaciamientos a los bordes de maderos se deben incrementar al doble. Esto rige igualmente para las piezas de madera centrales. El mtodo ofrece dos alternativas para la verificacin de una suficiente capacidad resistente de uniones ante una determinada exigencia de duracin de resistencia al fuego. La primera considera la verificacin de la capacidad resistente de la unin para una duracin de resistencia al fuego requerida, mientras que la segunda determina la duracin de resistencia al fuego que asegura una unin calculada en fro, en funcin del grado de aprovechamiento de la capacidad de carga de diseo en condiciones normales de temperatura (diseo en fro). Mtodo I La capacidad resistente a extraccin lateral de una unin expuesta a un evento de fuego ante una exigencia especfica de duracin de resistencia al fuego se estima a partir de la capacidad resistente de la unin en fro por medio de la expresin (4) con! " = e#k$td, fi(5) donde son: Fv, Rk, fi: capacidad de carga de extraccin lateral caracterstica de la unin en un incendio : capacidad de carga de extraccin lateral caracterstica de la unin con sujesores a temperatura normal (la capacidad de carga caracterstica de la unin en el diseo en fro) ! Fv,Rk, fi="#kfi#Fv,Rk! Fv,RkDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 7 : factor de conversink : parmetro que considera el tipo de unin y que se indica en la Tabla 4; es la resistencia al fuego de diseo de la unin no protegida, en minutos. ! kfi coeficiente que refiere la capacidad resistente al percentil del 20% En funcin del tipo de unin y de la duracin de resistencia al fuego deseada se obtiene de la expresin (5) la reduccin de la capacidad resistente de la unin ante una exposicin al fuego. En la siguiente tabla se presentan los coeficientes k definidos en la norma y las reducciones de capacidad resistente de uniones asociadas a un perodo de 30 minutos Tabla 5 Parmetros k y factores de reduccin ! " para una duracin de resistencia al fuego de 30 minutos UninK ! " 30 minutos Pernos en unin madera madera con d ! 12 mm0,0650,142 Pernos en unin acero madera con d ! 12 mm0,0850,078 Pasadores en unin madera maderaa con d ! 12 mm0,040,301 Pasadores en unin acero maderaa con d ! 12 mm0,0850,078 conectores0,0650,142 a)estos valores dependen de la presencia de 1 perno por cada 4 pasadores b)Cuando los extremos de pasadores sobresalgan mas de 5 mm, se deber usar el valor de k asociado a pernos A guisa de ejemplo sise considera el caso de la capacidad resistente caracterstica asociada al percentil del 20%, de una unin madera madera con pasadores de acuerdo con (5), esta se estima como ! "#kfi= 0, 301#1,15 = 0, 346 La capacidad normal de la unin se reduce al 34,6 % con respecto a la condicin fra, lo que puede resultar poco tranquilizante. Sin embargo, como las solicitaciones de diseo en el caso de fuego quedan considerablemente reducidas, la unin diseada en fro alcanza habitualmente la duracin de resistencia al fuego de 30 minutos. Para uniones con piezas de acero y pernos se obtiene capacidades de resistencia al fuego marcadamente reducidas. Las piezas de acero expuestas hacen que estas uniones experimenten calentamientos mas intensos, tanto en el acero como en las piezas de madera . Ante temperaturas superiores a 400 C la resistencia del acero se reduce notoriamente de modo que el comportamiento de calentamiento de esta unin tiene un fuerte efecto sobre su capacidad resistente. Esto resulta igualmente pertinente para uniones con pasadores, cuyos extremos sobresalen mas de 5 mm, en cuyo caso se tratan como pernos. Cabe alertar adems que la capacidad resistente de una unin en condiciones normales puede quedar condicionada por la desangulacin fuerza fibra inducida por la solicitacin crtica. El valor de esta desangulacin durante un incendio y como consecuencia de las reducciones o incluso eliminacin de las sobrecargas eventuales y la consecuente modificacin de la solicitacin puede experimentar alteraciones. ! "! td , fiDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 8 La expresin actual de la norma no considera esta posibilidad ya que se encuentra referida exclusivamente a solicitaciones axiales puras de traccin o compresin, en las que tanto en condiciones normales como durante una exposicin al fuego las fuerzas actan siempre segn la direccin de la fibra. Para salir del paso en estas situaciones existen dos caminos: -asumir conservadoramente la peor orientacin de la desangulacin fuerzafibra, esto es, 90, opcin evidentemente poco econmica. -Analizar la desangulacin real durante la condicin de exposicin al fuego y estimar la capacidad resistente del diseo en fro considerando esta desangulacin. Mtodo II Permite determinar la duracin de la resistencia al fuego que puede alcanzar una unin diseada en fro. Esta se determina en funcin del tipo de unin, el estado de carga considerado en caso de fuego y el grado de aprovechamiento de la capacidad de carga de la unin en el diseo en fro, por medio de la expresin

! td, fi= "1k ln#fi$% $kmod $&M , fi&M $k fi(6) La expresin anterior se deriva a partir de las frmulas (4) y (5) bajo la condicin de que para la mxima duracin de la resistencia al fuego el grado de aprovechamiento de la capacidad resistente ante un evento de fuego asciende al 100%. Debe tenerse presente que la mxima duracin de resistencia al fuego alcanzable se encuentra limitada por los valores indicados en la tabla 4. La expresin anterior permite en algunos casos alcanzar resistencias al fuego superiores, pero estos valores no pueden ser utilizados. Para tornillos y clavos sin cabezas salientes se puede incrementar la duracin de la resistencia al fuego hasta 30 minutos incrementando los espaciamientos normativos mnimosa los bordes en, tal que (7) con velocidad de carbonizacin nominal; perodo requerido de resistencia al fuego; resistencia al fuego de la unin sin proteccin solicitada por el estado de carga considerado en el evento de incendio. La duracin de resistencia al fuego existente se estima como el menor valor entre (8) Uniones protegidas afia t t , fi n req d fi ) b = - ^ h! "n! treq! td , fi!"! #$ = !"! #$ %&'()"#$*+,$!&% -./*.%!"#$#%'#DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 9 El procedimiento es el mismo descrito para el mtodo simplificado, excepto que la duracin de la resistencia al fuego de la unin se estima mediante la expresin (6). Uniones con piezas de acero. Uniones con cubrejuntas exteriores. Como consecuencia de la elevada transmitancia trmica del acero y los reducidos espesores de las cubrejuntas se debe contar con un elevado incremento de temperaturas transcurridos pocos minutos desde el inicio de un incendio. Las temperaturas de las piezas de acero corresponden, con un leve desfase temporal, a las temperaturas del recinto del incendio. Ya a diez minutos de iniciado el fuego la curva unitaria de temperaturas alcanza una temperatura de aproximadamente 660 C. Para esta temperatura el lmite de fluencia del acero asciende a solo el 30 % y despus de 15 minutos ante una temperatura de 720 C a solo el 18 % de su valor en temperatura normal. Despus de 30 minutos de duracin de la solicitacin de fuego la temperatura del recinto asciende de acuerdo con la Curva Unitaria de Temperaturas, CUT, a 822 C. Para esta temperatura se dispone de solo el 9 % del valor inicial de la tensin de fluencia. Por esto, cuando se establezcan exigencias mnimas de duracin de resistencia al fuego las uniones de cizalle doble con cubrejuntas externas, diseadas para temperaturas normales no pueden se utilizadas. Uniones con tornillos o tirafondos solicitados en extraccin directa. Se considera solo uniones en las que se dispone una proteccin que evita la exposicin directa al fuego del tornillo. Se considera la aplicacin de una reduccin de la capacidad de carga especificada para el diseo en fro, que se define en funcin del recubrimiento aplicado y la duracin de resistencia al fuego requerida. En consecuencia, la capacidad de carga de diseo de un tornillo o tirafondo durante el instante t de un incendio,,se expresa como donde: : percentil del 20 % de la capacidad resistente a temperatura normal sin considerar los efectos de duracin de carga y humedad ( ); : factor de seguridad parcial para la madera ante el evento de incendio. En la norma se sugiere un valor.

: espesor del recubrimiento lateral, en mm : perodo requerido de resistencia la fuego, en minutos R,, d t fiRR,,,d t fiM fi20) hc=R20k 1 mod =, M fi c1 , M fi c =,,, ,, ,,, , ,,,paraa tta tpara t a tta tpara t a tparaa t0 0 602 50 44 026406 08 50 2 230 56 036 7320 8 5 281 0 28,,,, ,,,, ,,d fid fid fid fi d fid fid fid fi d fid fi111111))) )) ))) ))## ## #$h =+-++- ++ ++Z[\]]]]]]a1t , d fiDEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVILCI 5224 DISEO Y CONSTRUCCION EN MADERA UNIVERSIDAD DE CHILEProfesor : Mario Wagner M. 10 Las distancias y deben satisfacer las condiciones mm y mm. Cuando en las distancias a los bordes y mm, el factor de reduccin se debe calcular reemplazando por . ,,, ,, ,,, , ,,,paraa tta tpara t a tta tpara t a tparaa t0 0 602 50 44 026406 08 50 2 230 56 036 7320 8 5 281 0 28,,,, ,,,, ,,d fid fid fid fi d fid fid fid fi d fid fi111111))) )) ))) ))## ## #$h =+-++- ++ ++Z[\]]]]]]a2 a3a a 40 2 1 $ + a a 20 3 1 $ +a a 2 1 = a a 20 3 1 $ + ht , d fi, t 1 25 , d fi )