DIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURAS DE ACERO Y DE ESTRUCTURAS MIXTAS DE ACERO Y HORMIGÓN DE EDIFICIOS EN SITUACIÓN DE INCENDIO

AGOSTO DE 2010 Origen ABNT NBR 14323:1999

SUMARIO

PrefacioIntroducción1. Alcance2. Referencias normativas3. Definiciones 4. Simbología5. Propiedades de los materiales6. Condiciones básicas para el dimensionamiento estructural7. Dimensionamiento por ensayos8. Método simplificado de dimensionamiento para estructuras de acero9. Método simplificado de dimensionamiento para estructuras mixtas de acero y hormigón 10. Métodos avanzados de dimensionamiento11. Reutilización de estructuras luego de un incendioAnexo A (normativo): Dimensionamiento de vigas mixtas acero y hormigónAnexo B (normativo): Dimensionamiento de pilares mixtos acero y hormigónAnexo C (normativo): Dimensionamiento de losas mixtas acero y hormigónAnexo D (normativo): Detalles constructivos para estructuras mixtasAnexo E (normativo): Propiedades térmicas del aceroAnexo F (normativo): Propiedades térmicas del hormigónAnexo G (normativo): Método del tiempo equivalente

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PREFACIO

La ABNT Asociación Brasileña de Normas Técnicas es el Foro Nacional de Normalización.Las normas brasileñas, cuyo contenido es de responsabilidad de las Comisiones Brasileñas (ABNT/CB) y de los Organismos de Normalización Sectorial (ABNT/ONS) y de las Comisiones de Estudio Especiales Temporarias (ABNT/CEET), son elaboradas por Comisiones de Estudio (CE), formadas por representantes de sectores involucrados de los que forman parte: productores, consumidores e instituciones (universidades, laboratorios, otros).

Los Documentos Técnicos ABNT son elaborados conforme a los principios de las Directivas ABNT, Parte 2.

La Asociación Brasileña de Normas Técnicas (ABNT) llama la atención sobre la posibilidad de que algunos elementos de este documento puedan ser objeto de derechos de patente. La ABNT no debe ser considerada responsable por la identificación de cualquier derecho de patente.

Esta Norma contiene los Anexos A, B, C, D, E , F y G todos de carácter normativo.

Esta segunda edición cancela y substituye la edición anterior (ABNT NBR 14323:1999), la cual fue técnicamente revisada.

INTRODUCCIÓN

Para la elaboración de esta norma se mantuvo la filosofía de la edición anterior, de modo que a esta Norma le cabe definir los principios generales que rigen en el dimensionamiento en situación de incendio de las estructuras de acero y mixtas de acero y hormigón de edificios.

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DIMENSIONAMIENTO DE ESTRUCTURAS DE ACERO Y DE ESTRUCTURAS MIXTAS DE ACERO Y HORMIGÓN DE EDIFICIOS EN SITUACIÓN DE INCENDIO

1. ALCANCE

1.1 Esta Norma, que tiene por base el método de los estados límites, fija las condiciones que se exigen para un dimensionamiento en situación de incendio de estructuras de acero y estructuras mixtas de acero hormigón de edificios cubiertas por ABNT NBR 8800 y ABNT NBR 14762, conforme a las exigencias de resistencia al fuego prescriptas por ABNT NBR 14432. 1.2 Los proyectos que favorecen la prevención o protección contra incendio, reduciendo el riesgo de incendio o su propagación y especialmente facilitando el escape de usuarios y las operaciones de combate de fuego, pueden tener exigencias menores en relación a la resistencia de sus estructuras a fuego, conforme a lo previsto en ABNT NBR 14432. Con este enfoque, en el Anexo G de esta Norma se presenta un método para la obtención del tiempo requerido de resistencia al fuego (TRRF), como alternativa a los valores suministrados por el Anexo A de ABNT NBR 14432.

1.3 Se entiende por dimensionamiento en situación de incendio la verificación de la estructura en los estados límites últimos aplicables en temperatura elevada. Ese dimensionamiento debe evitar el colapso estructural en condiciones que perjudiquen el escape de los usuarios del edificio, y, cuando perjudiquen la aproximación o el ingreso de personas y equipamientos para las acciones de combate del fuego, aumenten el riesgo de propagación del fuego o transmisión de calor y el riesgo a la vecindad.

1.4 Las estructuras dimensionadas de acuerdo con esta Norma, no necesitan verificación en estados límites de servicio

1.5 Las estructuras dimensionadas de acuerdo con esta Norma, deben estar protegidas a temperatura ambiente de acuerdo con ABNT NBR 8800 ó ABNT NBR 14762, la que sea aplicable.

1.6 Para situaciones o soluciones constructivas no contempladas por esta Norma, el responsable técnico del proyecto debe usar un procedimiento aceptado por la comunidad técnica, acompañado de estudios para mantener el nivel de seguridad previsto por ABNT NBR 14432. Para situaciones o soluciones constructivas contempladas de manera simplificada, el responsable técnico del proyecto puede usar un procedimiento mas preciso con los requisitos mencionados.

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2. REFERENCIAS

2.1 Normativas

Los documentos presentados a continuación son indispensables para la aplicación de este documento. Para referencias no fechadas, se aplican las ediciones más recientes del referido documento (incluyendo enmiendas).

ABNT NBR 5628:2001ABNT NBR 6118:2003ABNT NBR 6123:1988ABNT NBR 8681:2003ABNT NBR 8800:2008ABNT NBR 14432:2000ABNT NBR 14762:2010ABNT NBR 15200:2004Env 13381-1:2002Env 13381-2:2002Env 13381-3:2002Env 13381-4:2002Env 13381-5:2002Env 13381-6:2002Eurocódigo 1:2002Eurocódigo 2:2004Eurocódigo 3:2005LPS 1107:ISSUE 1

2.2 Laboratorios

Los ensayos, citados en varias partes de esta Norma, se deben realizar en laboratorios nacionales comprobadamente habilitados o en laboratorios extranjeros reconocidos y aceptados por parte de la comunidad técnico-científica internacional. Cuando la norma a ser seguida en el ensayo no fuera mencionada, cabe al laboratorio identificar y hacer uso de una norma de reconocida aplicabilidad al caso en cuestión.

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3. DEFINICIONES

A los efectos de esta norma, se aplican las siguientes definiciones:

3.1 acciones térmicas: acciones en una estructura descriptas mediante el flujo de calor para sus componentes.

3.2 elementos estructurales: elementos con capacidad de resistir a los esfuerzos solicitantes y que forman parte de la estructura, incluyendo arriostramientos.

3.3 elementos estructurales protegidos: elementos estructurales parcial o totalmente revestidos o en contacto con elementos que absorben calor, de modo de retardar su elevación de temperatura en situación de incendio.

3.4 elementos estructurales revestidos: elementos estructurales envueltos por material de revestimiento contra fuego.

3.5 estanqueidad: capacidad de un elemento de compartimentación (conforme con ABNT NBR 14432) de impedir la ocurrencia en un incendio de grietas u otras aberturas a través de las cuales puedan pasar llamas y gases calientes capaces de encender una almohadilla de algodón.

3.6 estructuras externas: partes de la estructura situadas en el lado externo de un edificio

3.7 estructuras internas: partes de la estructura situadas en el interior de un edificio

3.8 flujo de calor: energía térmica transferida por unidad de tiempo y área.

3.9 incendio patrón: incendio cuya curva temperatura versus tiempo de los gases calientes está normalizada por ABNT NBR 5628 (ver ABNT NBR 14423:2000)

3.10 aislamiento térmico: capacidad de un elemento de compartimentación (conforme con ABNT NBR 14432) de impedir la ocurrencia, en la cara no expuesta al incendio, de incrementos de temperatura superiores a 140°C, en la media de dos puntos de medida, o superiores a 180°C en cualquier punto de medida

3.11 material de revestimiento contra fuego: material que debido a sus propiedades térmicas y físicas retarda la elevación de la temperatura de un elemento estructural revestido en situación de incendio

3.12 tiempo de resistencia al fuego: tiempo durante el cual un elemento estructural estando bajo la acción del incendio patrón, definido según ABNT NBR 5628, no sufre colapso estructural

3.13 temperatura ambiente: temperatura supuesta igual a 20°C

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4. SIMBOLOGÍA

La simbología adoptada en esta Norma está constituida por símbolos base (mismo tamaño en el mismo nivel del texto corriente) y símbolos subscriptos.

Los símbolos base utilizados con más frecuencia se encuentran establecidos en el artículo 4.1 y los símbolos subscriptos en 4.2.

La simbología general se establece en este Capítulo y la simbología más específica de algunas partes de esta Norma está presentada en los artículos pertinentes, con el objeto de simplificar la comprensión y por lo tanto la aplicación de los conceptos establecidos.

4.1 Símbolos base

Algunos símbolos base presentados a continuación están acompañados de símbolos subscriptos, con el objeto de simplificar la comprensión y por lo tanto la aplicación de los conceptos establecidos.

4.1.1 Letras romanas minúsculas

a coeficiente

b longitud efectiva de la losa de hormigón; longitud, coeficiente

bc longitud de una sección mixta

bf longitud de mesa del perfil de acero

c revestimiento de hormigón para un perfil de acero

ca calor específico del acero

cc calor específico del hormigón

cc* constante que tiene en cuenta las unidades presentes en el hormigón

cm calor específico del material de revestimiento contra fuego

d altura, diámetro, coeficiente

dc altura de la sección mixta

e espesor de la faja de losa de hormigón

fck resistencia característica a compresión del hormigón a temperatura ambiente

fck, resistencia característica a compresión del hormigón en temperatura elevada

fu resistencia a rotura del acero laminado a temperatura ambiente

fy resistencia a la fluencia lenta del acero laminado a temperatura ambiente

fyo resistencia a la fluencia lenta del acero trefilado a temperatura ambiente

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fy, resistencia a la fluencia lenta del acero laminado a temperatura elevada

fyo, resistencia a la fluencia lenta del acero trefilado a temperatura elevada

fys resistencia a la fluencia lenta del acero de armadura a temperatura ambiente

h altura del alma, altura del piso más elevado, altura

hef altura efectiva para la losa de hormigón

kc, factor de reducción para la resistencia característica a compresión del hormigón en temperatura elevada relativo al valor a temperatura ambiente

kE, factor de reducción para el módulo de elasticidad del acero laminado en temperatura elevada relativo al valor a temperatura ambiente

kEo, factor de reducción para el módulo de elasticidad del acero trefilado en temperatura elevada relativo al valor a temperatura ambiente

kEs, factor de reducción para el módulo de elasticidad de las armaduras en temperatura elevada relativo al valor a temperatura ambiente

ksh factor de corrección para el efecto de sombra

ky, factor de reducción para la resistencia a la fluencia lenta del acero laminado en temperatura elevada relativo al valor a temperatura ambiente

kyo, factor de reducción para la resistencia a la fluencia lenta del acero trefilado en temperatura elevada relativo al valor a temperatura ambiente

kys, factor de reducción para la resistencia a la fluencia lenta del acero de las armaduras en temperatura elevada relativo al valor a temperatura ambiente

k factor de reducción para la resistencia a la fluencia lenta del acero laminado de las secciones sujetas a pandeo local en temperatura elevada relativo al valor a temperatura ambiente

kt coeficiente

qfi,d carga uniformemente distribuida de cálculo en situación de incendio

qfi.k carga de incendio específica característica

t tiempo requerido de resistencia al fuego (TRRF); espesor

tc espesor de la losa de hormigón

te tiempo equivalente

tf espesor de mesa del perfil de acero

tm espesor del material de revestimiento contra fuego

tw espesor del alma

u perímetro del elemento estructural expuesto al incendio

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uf distancia mínima entre ejes de barras de armaduras en relación a la forma del acero

um perímetro efectivo del material de revestimiento contra fuego

us distancia mínima de la cara de hormigón a los ejes de barras de armadura

usm media geométrica de las distancias de los ejes de barras hasta las caras externas del hormigón

u1 distancia del eje de la barra de armadura hasta la cara interna de mesa del perfil metálico

u2 distancia del eje de la barra de armadura a la superficie de hormigón

4.1.2 Letras romanas mayúsculas

Ae área de hormigón

Aef área efectiva

Af área total del piso del compartimiento

Ag área bruta de la sección transversal de la barra de acero

Ah área de ventilación horizontal

As área de armadura

Av área de ventilación vertical para el ambiente externo del compartimiento

E módulo de elasticidad del todos los tipos de acero a temperatura ambiente

Ec módulo de elasticidad secante inicial del hormigón a temperatura ambiente

Ecu, módulo de elasticidad del hormigón a temperatura elevada

E módulo de elasticidad del acero laminado a temperatura elevada

Eo, módulo de elasticidad del acero trefilado a temperatura elevada

FG.k valor característico de las acciones permanentes

FQ,k valor característico de las acciones variables admitidas de uso y ocupación de la edificación

FQ,exc valor característico de las acciones térmicas corrientes de incendio

H altura del compartimiento (distancia del piso al techo)

I momento de inercia

L longitud, altura del tramo

Le,fi longitud de pandeo de la columna en situación de incendio

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M momento flector

Mcr momento flector de pandeo elástico a temperatura ambiente

Mfi,Rd momento flector resistente de cálculo en situación de incendio

Mfi,Sd momento flector solicitante de cálculo en situación de incendio

Mpl momento flector de plastificación a temperature ambiente

Mx,fi,Rd momento flector resistente de cálculo en situación de incendio en relación al eje x

My,fi,Rd momento flector resistente de cálculo en situación de incendio en relación al eje y

Mx,fi,Sd momento flector solicitante de cálculo en situación de incendio en relación al eje x

My,fi,Sd momento flector solicitante de cálculo en situación de incendio en relación al eje y

Nfi,e carga de pandeo elástica en situación de incendio

Nfi, pl ,Rd fuerza axial de plastificación de cálculo en situación de incendio

Nfi,Rd fuerza axial resistente de cálculo de una barra traccionada o comprimida axialmente en situación de incendio

Nfi,Sd fuerza axial solicitante de cálculo en situación de incendio

NRd fuerza axial de compresión resistente de cálculo a temperatura ambiente

Ns fuerza axial de tracción resistente proporcionada por la armadura a temperatura ambiente

Rfi,d esfuerzo resistente de cálculo en situación de incendio

Sfi,d esfuerzo solicitante de cálculo en situación de incendio

Vfi,Rd fuerza de corte resistente de cálculo en situación de incendio

W módulo resistente de elasticidad de la sección transversal; factor que depende del área de ventilación y de la altura del compartimiento

Wef módulo resistente de elasticidad de la sección transversal efectiva

4.1.3 Letras griegas minúsculas

coeficiente

c coeficiente de transferencia de calor por convección

fi factor de reducción asociado a la resistencia a compresión en situación de incendio

dist factor de reducción de la fuerza axial de compresión resistente asociado a pandeo local

cu deformación del hormigón

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res emisividad resultante

factor de configuración o factor de vista de mesa superior de la forma del acero

a1 coeficiente de ponderación de resistencia del acero

c coeficiente de ponderación de resistencia del hormigón

g coeficiente de ponderación para acciones permanentes

n factor que depende de las medidas de protección activa de la edificación

r factor que depende del riesgo de activación del incendio

s factor que depende de la altura del piso más elevado de la edificación y del área del compartimiento

fi nivel de carga

valor del flujo de calor por unidad de área

c componente del flujo de calor debido a convección

coeficiente de reducción dependiente de los efectos de tensiones térmicas

r componente del flujo de calor debido a radiación

1 factor de corrección para temperatura no uniforme en la sección transversal

2 factor de corrección para temperatura no uniforme en la extensión de un elemento estructural

parámetro de esbeltez a temperatura ambiente

a conductividad térmica del acero

c conductividad térmica del hormigón

m conductividad térmica del material de revestimiento contra fuego

o índice de esbeltez reducido para barras sometidas a compresión axial a temperatura ambiente

o,fi índice de esbeltez reducido para barras sometidas a compresión en temperatura elevada

p parámetro de esbeltez correspondiente a plastificación a temperatura ambiente

p parámetro de esbeltez correspondiente a plastificación en situación de incendio

r parámetro de esbeltez correspondiente al inicio del escurrimiento a temperatura ambiente

r parámetro de esbeltez correspondiente al inicio del escurrimiento en situación de incendio

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a temperatura del acero

c temperatura del hormigón

g temperatura de los gases

s temperatura de la armadura

a.t temperatura del acero en el tiempo t

g.t temperatura de los gases en el tiempo t

a masa específica del acero

c masa específica del hormigón

m masa específica del material de revestimiento contra fuego

4.1.4 Letras griegas mayúsculas

incremento, elevación, variación

sumatoria

4.2 Símbolos suscriptos

4.2.1 Letras romanas minúsculas

a acero

b caja

c hormigón, convección, compresión

d de cálculo

dist torsional

ef efectivo

eq equivalente

f mesa (alas?), piso, forma de acero

fi en situación de incendio, ala inferior?

fs ala superior?g bruta (total)

h horizontal

i inferior

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k característico

m material de revestimiento contra fuego

o relacionado a los acero trefilados

pl plastificación

s superior, armadura

t tiempo

u relacionado con resistencia a rotura

v vertical

w alma

x relacionado con el eje x

y relacionado con el eje y o con la resistencia al escurrimiento del acero

4.2.2 Letras romanas mayúsculas

Rd resistencia de cálculo

Sd solicitación de cálculo

4.3.3 Letras griegas minúsculas

excentricidad

temperatura

5 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

5.1 Acero

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Las propiedades mecánicas y térmicas presentadas respectivamente en los artículos 5.1.1 y 5.1.2 se aplican, en principio, en temperaturas elevadas, a los aceros de uso estructural permitido por ABNT NBR 8800 o ABNT NBR14762. En caso que algún acero estructural posea propiedades diferentes de las presenta das, o establezca propiedades diferentes en virtud de trabajos realizados para la formación o revestimiento de perfiles o composición de estructuras, se deben utilizar los valores de esas nuevas propiedades. Sin embargo, tales valores, se deben obtener de literatura aceptada científicamente o de ensayos realizados en laboratorios nacionales o extranjeros.

5.1.1 Propiedades mecánicas

5.1.1. Resistencia al escurrimiento y módulo de elasticidad

5.1.1.1.1 Para medir el calentamiento entre 2°C/min y 50°C/min, la Tabla 1 provee de factores de reducción, relativos a valores a 20°C, para la resistencia al escurrimiento del acero laminado (acero utilizado en los perfiles estructurales y barras de armaduras CA 50), la resistencia al escurrimiento del acero trefilado (barras de armadura CA 60), el módulo de elasticidad del acero laminado y el módulo de elasticidad del acero trefilado, en temperatura elevada, respectivamente, ky, , kyo, , kE, , kEo, , de modo que

donde:

f y, resistencia al escurrimiento del acero laminado a temperatura a;

fy resisitencia al escurrimiento del acero laminado a 20°C;

f yo, resistencia al escurrimiento del acero trefilado a temperatura a;

fyo resistencia al escurrimiento del acero trefilado a 20°C ;

E módulo de elasticidad del acero laminado a temperatura a;

Eo, módulo de elasticidad del acero trefilado a temperatura a;

E módulo de elasticidad de todos los aceros a 20°C ;

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Tabla 1 Factores de reducción del acero

Temperaruta del acero a

°C

Factor de reducción para la

resistencia al escurrimiento en

aceros laminados *ky,

Factor de reducción para la

resistencia al escurrimiento en

aceros trefilados *kyo,

Factor de reducción pára el

módulo de elasticidad de

aceros laminados *kE,

Factor de reducción pára el

módulo de elasticidad de

aceros trefilados *kEo,

20100200300400500600700800900100011001200

1,0001,0001,0001,0001,0000,7800,4700,2300,1100,0600,0400,0200,000

1,0001,0001,0001,0000,9400,6700,4000,1200,1100,0800,0500,0300,000

1,0001,0000,9000,8000,7000,6000,3100,1300,0900,06750,04500,02250,0000

1,0001,0000,8700,7200,5600,4000,2400,0800,0600,0500,0300,0200,000

*Para valores intermedios de temperatura del acero se puede interpolar linealmente

5.1.1.1.2 Para la medida de calentamiento citada en el artículo 5.1.1.1.1 la Tabla 2 provee de factores de reducción relativos a los valores a 20°C, para resistencia al escurrimiento del acero de secciones sujetas a pandeo local, en temperatura elevada, k, de modo que:

5.1.1.2 Masa específica

La masa específica del acero se puede considerar independiente de la temperatura, y es igual a:

a = 7850 kg/m3

5.1.2 Propiedades térmicas

Las variaciones de alargamiento, calor específico y conductividad térmica de los aceros estructurales con la temperatura se presentan en el Anexo E.

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Tabla 2 Factor de reducción para la resistencia al escurrimiento de secciones sujetas a pandeo local

Temperatura del aceroa (°C)

Factor de reducción *k,

20100200300400500600700800900100011001200

1,0001,0000,8900,7800,6500,5300,3000,1300,0700,0500,0300,0200,000

* Para valores intermedios de temperatura del acero se puede interpolar linealmente

5.2 Hormigón

Las propiedades mecánicas y térmicas presentadas respectivamente en los artículos 5.2.1 y 5.2.2, se aplican en principio, en temperatura elevada, a los hormigones normalmente usados en la construcción, para fines estructurales, previstos por ABNT NBR 8800 para uso en las estructuras mixtas de acero y hormigón.

En caso de que algún hormigón posea propiedades diferentes a las presentadas, se deben usar los valores de esas propiedades. Tales valores, se deben obtener de literatura aceptada científicamente o de ensayos realizados en laboratorios nacionales o extranjeros.

5.2.1 Propiedades mecánicas

5.2.1.1 Resistencia característica a compresión

5.2.1.1.1 En la Tabla 3 se presentan los factores de reducción relativos a los valores de 20°C, para resistencia característica a compresión de hormigones de densidad normal y de baja densidad, en temperatura elevada, kc, , de modo que:

donde:

fck, resistencia característica a compresión del hormigón de densidad normal o de baja densidad a temperatura c;

fck resistencia característica a compresión del hormigón de densidad normal o de baja densidad a 20°C

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5.2.1.1.2 La Tabla 3 muestra también la deformación del hormigón de densidad normal correspondiente a fck,, representada por cu,.

Tabla 3 Factores de reducción del hormigón

Temperatura del hormigón

c (°C)

Factor de reducción para la resistencia característica a compresión del hormigón *

kc

Deformación del hormigón de

densidad normal correspondiente a

fck, *cu, x 103

Densidad normal Baja densidad

20100200300400500600700800900

100011001200

1,0001,0000,9500,8500,7500,6000,4500,3000,1500,0800,0400,0100,000

1,0001,0001,0001,0000,8800,7600,6400,5200,4000,2800,1600,0400,000

2,53,54,56,07,59,5

12,514,014,515,015,015,015,0

* Para valores intermedios de temperatura del acero se puede interpolar linealmente

5.2.1.2 Masa específica

5.2.1.2.1 La masa específica del hormigón de densidad normal se puede considerar independiente de la temperatura, e igual a:

c = 2400 kg/m3

5.2.1.2.2 La masa específica del hormigón de baja densidad se puede considerar independiente de la temperatura y se debe obtener mediante ensayos, debiendo ubicarse entre los valores 1500 kg/m3 y 2200kg/m3.

5.2.2 Propiedades térmicas

Las variaciones por alargamiento, calor específico y conductividad térmica del hormigón de densidad normal y de hormigón de baja densidad con la temperatura se presentan en el Anexo F

5.3 Materiales de revestimiento contra fuego

Las propiedades térmicas y mecánicas y el comportamiento de los materiales de revestimiento contra fuego deben ser determinadas mediante ensayos, según ABNT NBR 5628 ó ENV 13381 (partes 1 a 6 , las que sean de aplicación)

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6 CONSIDERACIONES BÁSICAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO ESTRUCTURAL

6.1 Generalidades

6.1.1 El dimensionamiento de una estructura en situación de incendio debe ser hecho mediante resultados de ensayos, según el Capítulo 7, o por medio de métodos analíticos de cálculo. En este último caso, se puede usar un método simplificado de dimensionamiento, descripto en el Capítulo 8, o un método avanzado de dimensionamiento, que obedezca las directrices presentadas en el Capítulo 9, o también por una combinación entre ensayos y métodos analíticos.

6.1.2 El dimensionamiento por medio de resultados de ensayos se debe hacer de acuerdo con ABNT NBR 5628, ASTM E 119, ENV 13381 (partes 1 a 6) y LPS 1107, donde sean aplicables

6.1.3 El dimensionamiento por medio de métodos analíticos se debe hacer guiándose considerando que las propiedades mecánicas del acero y del hormigón se debilitan progresivamente con el aumento de temperatura y como consecuencia, puede ocurrir el colapso de un elemento estructural o aglutinamiento como resultado de su incapacidad de resistir las acciones aplicadas.

6.1.4 El método simplificado de dimensionamiento descripto en el Capítulo 8 se aplica a elementos que componen la estructura aisladamente.

6.1.5 Los métodos avanzados de dimensionamiento son aquellos en que los principios de ingeniería de incendio son aplicados de manera realista a situaciones específicas

6.2 Condiciones de seguridad

Las condiciones de seguridad de una estructura en situación de incendio se pueden expresar mediante:

Cuando la seguridad se verifica aisladamente en relación a cada uno de los esfuerzos solicitantes, las condiciones de seguridad se pueden expresar de la siguiente manera simplificada:

Sfi,d Rfi,d

donde:

Sfi,d esfuerzo solicitante de cálculo en situación de incendio, obtenido a partir de combinaciones de acciones presentadas en el artículo 6.3.

Rfi,d esfuerzo resistente de cálculo correspondiente del elemento estructural para el estado límite último en consideración, en situación de incendio, determinado según el artículo 6.4.

6.3 Combinaciones de acciones para los estados límites últimos

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Las combinaciones de acciones para los estados límites últimos en situación de incendio se deben considerar como combinaciones últimas excepcionales y obtenidas de acuerdo con ABNT NBR8681. Se debe considerar que las acciones transitorias excepcionales, o sea, aquellas consecuentes con la elevación de temperatura en la estructura en virtud del incendio, tienen un tiempo de actuación muy pequeño. De esa forma, como combinaciones de acciones se pueden expresar por:

* en locales en que no hay predominio de pesos debidos a equipamientos que permanezcan fijos por largos períodos de tiempo, ni de elevadas concentraciones de personas (por ejemplo, edificaciones residenciales con acceso restringido):

* en locales en que hay predominio de pesos de equipamientos que permanecen fijos por largos períodos de tiempo, o de elevadas concentraciones de personas (por ejemplo, edificaciones comerciales, de oficinas y con acceso público):

* en bibliotecas, archivos, depósitos, oficinas y garajes:

donde:

FGi,k valor característico de las acciones permanentes directas,

FQ,exc valor característico de las acciones térmicas consecuentes con el incendio,

FQ,k valor característico de las acciones variables consecuentes con el uso y ocupación de la edificación

g valor del coeficiente de ponderación para las acciones permanentes directas, igual a 1,00 para acciones permanentes favorables a la seguridad y dados en la Tabla 4 u, opcionalmente en la Tabla 5 para acciones permanentes favorables a la seguridad .

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Tabla 4 Coeficiente g para acciones permanentes directas consideradas separadamente

Acciones permanentes directas g

Peso propio de estructuras metálica 1.10

Peso propio de estructuras premoldeadas, estructuras moldeadas en el lugar y de elementos constructivos

industrializados y soportes permanentes1,15

Peso propio de elementos constructivos industrializados con adiciones in sittu

1,20

Peso propio de elementos constructivos en general y equipamientos

1,30

Tabla 5 Coeficiente g para acciones permanentes directas agrupadas

Tipo de edificación g

Edificaciones donde las acciones variables consecuentes con el uso y ocupación superan 5kN/m2 1,15

Edificaciones donde las acciones variables consecuentes con el uso y ocupación no superan 5kN/m2 1,20

6.4 Esfuerzo resistente de cálculo

Para los estados límites últimos en situación de incendio, el esfuerzo resistente de cálculo se debe determinar usando el coeficiente de ponderación unitario. De esta forma, ese esfuerzo resistente es realmente del mismo valor del esfuerzo resistente nominal correspondiente.

Así, en esta Norma, por simplicidad, el coeficiente de ponderación de resistencia no aparece explicitado en la expresión de esfuerzo resistente de cálculo.

7 Dimensionamiento por medio de ensayos

7.1 Los componentes estructurales considerados por esta Norma (ver artículo 1.1), envueltos o no por material de revestimiento contra fuego, pueden tener su resistencia al fuego determinada a partir de resultados de ensayos.

7.2 El espesor necesario de los materiales de revestimiento contra fuego se debe obtener a partir de los resultados de los ensayor.

8 Método simplificado de dimensionamiento para estructuras de acero

8.1 Curva temperatura- tiempo y distribución de temperatura en elementos estructurales

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8.1.1 Una distribución de temperatura en la sección transversal y a lo largo de la extensión de los elementos estructurales del acero debe ser determinada por métodos comprobados científicamente. Un método simple que se puede utilizar se presenta en el artículo 8.5.

8.1.2 Las expresiones para la obtención de valores de capacidad resistente de elementos estructurales de acero proporcionados en el artículo 8.4, se aplican a situaciones en que las distribución de temperatura en la sección transversal sea uniforme.

En el caso de ser adoptada la exposición al incendio patrón, esas expresiones también pueden ser empleadas, de forma conservadora, cuando se tiene una distribución no uniforme, con los factores de reducción de resistencia al escurrimiento y del módulo de elasticidad correspondiente a mayor temperatura de la sección transversal.

La consideración más precisa de distribución no uniforme se puede hacer usando el Eurocódigo 3 Parte 1-2, con los debidos ajustes para mantener el nivel de seguridad previsto por esta Norma.

8.2 Determinación de los esfuerzos solicitantes de cálculo

8.2.1 En las estructuras de pequeña y media desviación, los esfuerzos solicitantes de cálculo se pueden obtener por medio de análisis estructural elástico lineal global, pero considerando el efecto local de segundo orden (P-) según el artículo 8.2.3. En esas estructuras, los efectos de las imperfecciones iniciales se pueden despreciar.

En estructuras con grandes desviaciones (excentricidades?), los esfuerzos solicitantes de cálculo se deben determinar usando los procedimientos de ABNT NBR 8800. La clasificación de las estructuras en cuanto a sensibilidad a desviaciones laterales se debe hacer a temperatura ambiente, según ABNT NBR 8800.

8.2.2 Se deben utilizar las combinaciones de acciones dadas en el artículo 6.3. En el caso de que se adopte la exposición al incendio patrón, además:

* los efectos de las deformaciones térmicas resultantes de gradientes térmicos a lo largo de la altura de la sección transversal de las barras se pueden despreciar, en caso de que el tiempo requerido de resistencia al fuego (TRRF), obtenido de ABNT NBR 14432, no sea inferior a 30 minutos;

* los efectos de las expansiones térmicas se pueden despreciar siempre.

8.2.3 Para la consideración del efecto local consecuente de la no linealidad geométrica (segundo orden), si la fuerza axial solicitante de cálculo en situación de incendio de la barra considerada para compresión, los momentos flectores de las estructuras de pequeña y mediana desviación, obtenidos del análisis estructural citado en el artículo 8.1.1 , se deben multiplicar directamente por:

donde:

fuerza axial de compresión solicitante de cálculo en la barra;

20

fuerza axial que provoca pandeo elástico de la barra en situación de incendio, en el plano de actuación del momento flexor dado por

Cm coeficiente cuyo valor se debe obtener de la siguiente manera:

si no hay fuerzas transversales entre las extremidades de la barra en el plano de la flexión

relación entre el mayor y menor de los dos momentos flexores

solicitantes de cálculo en situación de incendio en el plano del momento flexor, en las extremidades apoyadas de la barra, tomada positiva cuando los momentos provoquen curvatura inversa y negativa cuando provoquen curvaturas simples.

si hay fuerzas transversales entre las extremidades de la barra en el plano de la flexión, el valor de Cm se debe determinar mediante análisis racional o se tomará conservativamente igual a 1,00

Si la fuerza axial solicitante de cálculo en situación de incendio de la barra considerada para tracción, se debe tomar B1 igual a 1,0.

8.2.4 Se manera simplificada, en vez de las prescripciones de los artículos 6.3, 8.2.1 y 8.2.3, se permite adoptar para los esfuerzos solicitantes de cálculo en situación de incendio un valor igual al 60% de los esfuerzos empleados en el dimensionamiento a temperatura ambiente, tomándose luego las combinaciones de acciones que no incluyen viento.

8.3 Estados límites últimos y determinación de esfuerzos resistentes de cálculo

8.3.1 Los estados límites últimos que se deben verificar son los mismos previstos por ABNT NBR 8800 o ABNT NBR 14762, la que sea de aplicación, para el dimensionamiento a temperatura ambiente, con excepción de aquellos relacionados a rotura de sección líquida, que no se consideran en situación de incendio.

8.3.2 Los esfuerzos resistentes de cálculo para los estados límites últimos aplicables, Rif,d

,se deben determinar observando lo dispuesto en el artículo 6.4 y considerando la variación de las propiedades mecánicas del acero y del hormigón con la temperatura, conforme al Capítulo 5. En el artículo 8.4, Rif,d se torna en Mfi,Rd, Nfi,Rd, etc., separadamente o en combinación, y el valor correspondiente del esfuerzo solicitante, Sfi,d, se trona en Mfi,Sd, Nfi,Sd, etc.

21

8.4 Capacidad resistente de los elementos estructurales de acero

8.4.1 Barras sometidas a fuerza axial de tracción

8.4.4.1 Este artículo se aplica a barras de acero axialmente traccionadas, con perfiles previstos por ABNT NBR 8800 o por ABNT NBR 14762

8.4.4.2 La fuerza axial resistente de cálculo, Nfi,Rd, de una barra de acero axialmente traccionada, para el estado límite último de escurrimiento del área bruta, es igual a:

8.4.2 Barras sometidas a fuerza axial de compresión

8.4.2.1 Perfiles previstos por ABNT NBR 8800 no sujetos a pandeo local

8.4.2.1.1 Este artículo se aplica a barras de acero axialmente comprimidas, con perfiles previstos por ABNT NBR 8800, no sujetas a pandeo local en situación de incendio, a sea, barras cuyos elementos componentes de sección transversal no posean una relación entre largo y espesor (b/t) superior al valor correspondiente de (b/t)fi,lim.

La relación (b/t) se define en el Anexo F de ABNT NBR 8800:2008 y el valor correspondiente de (b/t)fi,lim está dado en la Tabla F.1 de ese mismo anexo, debiendo multiplicarse el valor de (b/t)min de esa tabla por un factor de corrección igual a 0,85.

8.4.2.1.2 La fuerza axial resistente de cálculo, Nfi,Rd, de una barra de acero, considerando el estado límite último de inestabilidad de la barra como un todo, está dada por:

donde:

factor de reducción asociado a la resistencia a compresión en situación de incendio determinado según el artículo 8.4.2.1.3,

factor de reducción de resistencia al escurrimiento del acero dado en 5.1.1.1.1

8.4.2.1.3 El valor de se debe obtener mediante la expresión:

con:

y

22

siendo el índice de esbeltez reducido en situación de incendio, dado por

donde es el índice de esbeltez reducido de barras comprimidas a temperatura ambiente, determinado de acuerdo con ABNT NBR 8800, de forma simplificada, se puede adoptar:

8.4.2.1.4 La longitud de pandeo para el dimensionamiento en situación de incendio, Le,fi, se puede determinar como en el dimensionamiento a temperatura ambiente. Mientras tanto, las columnas continuas de pisos intermedios de edificios de varios pisos, se pueden considerar con una rotación perfectamente impedida abajo y arriba del compartimiento incendiado, desde que la resistencia al fuego de los componentes que aislan ese compartimiento no sea menor que la resistencia al fuego de la columna y que la estructura sea de pequeña desviación (Figura 1).

Las columnas del primer piso se deben considerar con rotación impedida encima del compartimiento de incendio y las columnas del último piso se deben considerar con rotación impedida apenas por debajo del compartimiento de incendio.

Subestructura de arriostramiento (ver ABNT NBR 8800)Modo de deformación y longitud de pandeo a temperatura ambienteModo de deformación y longitud de pandeo en situación de incendio

Figura 1 Comportamiento estructural de columnas en estruturas de pequeño desplazamiento

8.4.2.2 Perfiles previstos por ABNT NBR 8800 sujetos a pandeo local y Perfiles previstos por ABNT NBR 14762

8.4.2.2.1 Las barras de acero axialmente comprimidas con perfiles provistos por ABNT NBR 8800, sujetas a pandeo local en situación de incendio, o sea, barras cuyos elementos componentes de la sección transversal posean una relación longitud-ancho (b/t) superior a (b/t)lím,fi, con (b/t) y (b/t)lím,fi determinados según el artículo 8.4.2.1.1 y con perfiles previstos por ABNT NBR 14762, en que el área efectiva de la sección transversal de la barra, Aef, determinada conforme a procedimientos de ABNT NBR 14762, sea inferior al área bruta de la sección transversal de la barra, Ag, la fuerza axial resistente de cálculo se debe obtener según el artículo 8.4.2.2.2.

8.4.2.2.2 La fuerza axial de compresión resistente de cálculo, Nfi,Rd, de una barra de acero conforme a 8.4.2.1.1 se puede obtener mediante la siguiente expresión:

donde:

23

factor de reducción asociado a la resistencia a compresión en situación de incendio, determinado según 8.4.2.1.3.

factor de reducción de tensión del acero, dado en el artículo 5.1.1.1.2;área efectiva de la sección transversal en situación de incendio considerandoel pandeo local, determinada según 8.4.2.2.3.

8.4.2.2.3 El área efectiva de la sección transversal en situación de incendio, Aef,fi, se debe determinar multiplicándose el valor del área bruta por un factor de reducción total Q, dado en ABNT NBR 8800 o en ABNT NBR 14762, la que sea de aplicación. Sin embargo, en ambos casos, en todo el procedimiento, se debe multiplicar el valor del módulo de elasticidad E por un factor de reducción kE, el valor de la resistencia al escurrimiento fy por el factor de reducción ky con ambos factores dados en la Tabla 1. De forma simplificada se puede adoptar:

8.4.2.2.4 Las barras de acero axialmente comprimidas con perfiles previstos por ABNT NBR 14762, sujetos a inestabilidad por distorsión, en que el área efectiva de la sección transversal de la barra a temperatura ambiente, Aef, determinada conforme a ABNT NBR 14762, sea igual al área bruta de la sección transversal de la barra Ag, la fuerza axial resistente de cálculo en situación de incendio se debe obtener de acuerdo con los artículos 8.4.2.2.2 y 8.4.2.2.4, empleándose ky, en lugar de k.

8.4.3 Barras sometidas a momento flexor y fuerza de corte

8.4.3.1 Campo de aplicación

8.4.3.1.1 En este artículo se presentan las prescripciones para el dimensionamiento a los efectos del momento flexor y fuerza de corte de barras de acero flexionadas que cumplan las condiciones previstas en el Anexo G de ABNT NBR 8800:2008 o en ABNT NBR 14762.

8.4.3.1.2 En este artículo los factores de reducción ky, y kE , en los casos de estado límite último de pandeo local debido al momento flexor y de pandeo de alma debido a fuerza cortante, se refieren al elemento tratado, y en caso de estado límite último de pandeo lateral con torsión, con ala comprimida. Simplificando, se puede determinar esos dos factores usando la máxima temperatura de la sección transversal.

8.4.3.2 Efecto del momento flexor en barras con perfiles previstos por ABNT NBR 8800

8.4.3.2.1 El valor del parámetro de esbeltez para los estados límites últimos relacionados con el rendimiento del momento flexor se debe determinar como en el Anexo G de ABNT NBR 8800:2008.

8.4.3.2.2 Los valores de los parámetros de esbeltez correspondientes a plastificación y al inicio del escurrimiento en situación de incendio, respectivamente p,fi y r,fi, se deben determinar usando los procedimientos del Anexo G de ABNT NBR 8800:2008, multiplicándose respectivamente los valores de p y r por 0,85.

8.4.3.2.3 El momento flexor resistente de cálculo en situación de incendio, Mfi,Rd de una barra flexionada es igual a:

24

* para los estados límites a los que se aplica pandeo local, definidos en el Anexo G de ABNT NBR 8800:2008, en al menos uno de los elementos componentes de la sección transversal:

si

si p,fi r,fi

si r,fi

(excepto para FLA)

donde:

momento de plastificación de la sección transversal a temperatura ambientefactores de corrección dados en 8.4.3.2.5 y 8.4.3.2.6 respectivamentemomento flexor correspondiente al inicio del escurrimiento a temperatura ambiente, sin tener en cuenta las tensiones residuales, cuyo valor es igual al producto Wmin fy con Wmin igual al módulo resistente elástico mínimo de la sección transversal en relación al eje de flexión.

* para el estado límite de pandeo lateral con torsión, cuando se aplica ensegundolugar? el Anexo G de ABNT NBR 8800:2008:

si

si p,fi

donde:

factor de reducción asociado a la resistencia a compresión en situación de incendio, determinado según 8.4.2.1.3, haciendo:

con , Mcr y W obtenidos de ABNT NBR 8800:2008 (en las secciones en que el eje de flexión no es de simetría, W se debe sustituir por We). De manera simplificada se puede adoptar:

25

8.4.3.2.5 El factor de corrección tiene en cuenta el efecto beneficioso de una distribución de temperatura no uniforme en la sección transversal y tiene los siguientes valores:

* para una viga con los cuatro lados expuestos: 1,00,

* para una viga envuelta con material de revestimiento contra fuego, con tres lados expuestos, con una losa de hormigón o losa con desbaste de acero incorporada al cuarto lado: 1,40,

* para una viga sin material de revestimiento contra fuego, con tres lados expuestos, con una losa de hormigón o losa con desbaste de acero incorporada al cuarto lado: 1,15.

8.4.3.2.6 El factor de corrección tiene en cuenta el efecto beneficioso de una distribución de temperatura no uniforme a lo largo de la longitud de la barra y tiene los siguientes valores:

* en los apoyos de una viga estáticamente indeterminada: 1,15

* en todos los demás casos: 1,00.

8.4.3.3 Efecto del momento flexor en barras con secciones previstas por ABNT NBR 14762

8.4.3.3.1 Las barras de acero bajo momento flexor con secciones previstas por ABNT NBR 14762, en las que el área efectiva de la sección transversal de la barra, Aef, determinada conforme a procedimientos de ABNT NBR 14762, sea inferior al área bruta de la sección transversal de la barra, Ag, el momento flexor resistente de cálculo en situación de incendio se debe obtener de acuerdo con la siguiente expresión:

donde Wef,fi es el módulo resistente elástico de la sección transversal efectiva para considerar la inestabilidad local en situación de incendio, determinado según 8.4.3.3.2.

8.4.3.3.2 El módulo resistente elástico de la sección transversal efectiva para considerar la inestabilidad local en situación de incendio, Wef,fi, se debe determinar usando los procedimientos de ABNT NBR 14762 mediante el método de los anchos efectivos, pero multiplicando el módulo de elasticidad E por el factor de reducción kE, y la resistencia al escurrimiento fy por el factor de reducción ky con ambos factores dados en la Tabla 1. De manera simplificada se puede adoptar:

26

8.4.3.3.3 Las barras de acero bajo momento flexor con secciones previstas por ABNT NBR 14762, sujetos a inestabilidad por torsión, en que el área efectiva de la sección transversal de la barra, Aef, determinada conforme a procedimientos de ABNT NBR 14762, sea inferior al área bruta de la sección transversal de la barra, Ag, el momento flexor resistente de cálculo en situación de incendio debe ser el menor valor entre el obtenido según el artículo 8.4.3.3.1 y el siguiente:

donde es un factor de reducción del momento flexor resistente, asociado al pandeo torsional, calculado conforme a lo previsto en ABNT NBR 14762.

8.4.3.3.4 Las barras de acero bajo momento flexor con secciones previstas por ABNT NBR 14762, en las que el área efectiva de la sección transversal de la barra, Aef, determinada conforme a procedimientos de ABNT NBR 14762, sea igual al área bruta de la sección transversal de la barra, Ag, el momento flexor resistente de cálculo en situación de incendio se debe obtener de acuerdo con 8.4.3.3.1 y 8.4.3.3.3, empleándose ky en lugar de k.

8.4.3.4 Efecto de la fuerza de corte

8.4.3.4.1 La fuerza de corte resistente de cálculo en situación de incendio, Vfi,Rd, se debe determinar usando las prescripciones de ABNT NBR 8800 o ABNT NBR 14762, la que sea de aplicación, tomándose el coeficiente de ponderación de resistencia a1 igual a 1,00 y:

*multiplicando los valores de p y r por 0,85 para obtener p,fi y r,fi respectivamente, (se debe usar p,fi y r,fi en lugar de p y r respectivamente),

* multiplicando el valor del módulo de elasticidad E por kE,

* multiplicándose las secciones en que no supere r,fi, la resistencia al escurrimiento fy por ky y en las secciones en que supere r,fi, por k.

8.4.4 Barras sometidas a combinación de esfuerzos solicitantes

8.4.4.1 Combinación de fuerza axial y momentos flexores en barras con secciones previstos en ABNT NBR 8800

Para barras de acero en situación de incendio cuya sección transversal posea uno o dos ejes de simetría, sujetas a los efectos combinados de fuerza axial de tracción o compresión y momento flexor en torno a uno o dos de los ejes centrales de inercia de la sección transversal, se debe cumplir la expresión de interacción:

* si

27

* si 0,2

donde:

fuerza axial solicitante de cálculo en situación de incendio, de tracción o compresión, considerada constante a lo largo de la barra,fuerza axial resistente de cálculo en situación de incendio, determinada conformeal artículo 8.4.1 para barras traccionadas u 8.4.2 para barras comprimidas,momento flexor solicitante de cálculo en situación de incendio, en la sección

considerada, en relación al eje x, momento flexor solicitante de cálculo en situación de incendio, en la sección

considerada, en relación al eje y, momento flexor resistente de cálculo en situación de incendio, en relación al eje

x, determinado según el artículo 8.4.3, momento flexor resistente de cálculo en situación de incendio, en relación al eje

y, determinado según el artículo 8.4.3,

8.4.4.2 Combinación de fuerza axial y momentos flexores en barras formadas por secciones previstas en ABNT NBR 14762

Para barras de acero en situación de incendio cuya sección transversal posea uno o dos ejes de simetría, sujeta a los efectos combinados de fuerza axial de tracción o compresión y momento flexor en torno de uno o dos ejes centrales de inercia de la sección transversal, se debe cumplir la expresión de interacción:

8.4.5 Uniones

Se puede dispensar una verificación de las uniones estructurales de acero en situación de incendio, si las mismas estuvieran envueltas por material de revestimiento contra fuego con mayor espesor que entre aquellos elementos estructurales conectados (si todos los elementos unidos pudieran estar sin material de revestimiento contra fuego, la unión también puede estar en esa condición).

8.5 Elevación de temperatura del acero

8.5.1 Elementos estructurales pertenecientes a estructuras internas

28

8.5.1.1 Elementos estructurales sin revestimiento contra fuego

8.5.1.1.1 Para una distribución uniforme de temperatura en la sección transversal, la elevación de temperatura at en grados Celsius, de un elemento estructural de acero sin revestimiento contra fuego, situado en el interior de una edificación, durante un intervalo de tiempo t, puede ser determinada mediante:

donde

factor de corrección para el efecto de sombreado, que se puede tomar igual a 1,0 o determinar conforme al artículo 8.5.1.1.2,

factor de masividad para elementos estructurales de acero sin revestimiento

contra fuego, en 1/m,perímetro expuesto a incendio del elemento estructural de acero, en m,área bruta de la sección transversal del elemento estructural, en m2,masa específica del acero, según 5.1.1.2, en kg/m3,calor específico del acero, conforme a 5.1.2, en joule/kg °C,valor del flujo de calor por unidad de área, dado en 8.5.1.1.3, en watts/m2,intervalo de tiempo, en s (ver artículo 8.5.1.1.4.

8.5.1.1.2 En secciones con forma de o H expuestas al incendio patrón, el factor de corrección para el efecto de sombreado está dado por:

donde es el valor de caja del factor de masividad, definido como la relación entre

el perímetro expuesto a incendio de una caja hipotética que envuelve el perfil y su área de sección transversal (en una sección o H con altura d y ancho de alas b, el perímetro igual a 2bd).

En secciones transversales cerradas, como las secciones cajón y tubulares circulares o rectangulares, y secciones sólidas, como las rectangulares, totalmente expuestas a incendio, es igual a 1,0.

8.5.1.1.3 El valor de , en W/m2 está dado por:

siendo:

29

y

donde:

componente del flujo de calor debido a convección, en W/m2;componente del flujo de calor debido a radiación, en W/m2;coeficiente de transferencia de calor por convección, pudiendo tomarse, a los fines Prácticos, igual a 25W/m2 °C en el caso de exposición al incendio patrón, o bien35W/m2 °C para otros tipos de exposición al fuego;temperatura de los gases, en °Ctemperatura en la superficie del acero en °Cemisividad resultante, a los fines prácticos se puede tomar igual a 0,7

8.5.1.1.4 El valor no debe ser tomado mayor de 5segundos.

8.5.1.1.5 Algunas expresiones para la determinación del factor de masividad para piezas de acero sin revestimiento contra fuego se dan en la Tabla 6. Al usar la expresión dad en 8.5.1.1.1, el valor del factor de masividad no puede ser tomado menor que 10 m-1.

8.5.1.1.6 La distribución de temperaturas de elementos de acero que se encuentren en contacto con albañilería u hormigón se debe determinar mediante un análisis térmico más preciso, conforme al artículo 9.2. Se permite adoptar, en algunos casos, distribución uniforme de temperatura utilizando los valores del factor de masividad indicados en Tabla 6.

8.5.1.2 Elementos estructurales envueltos por material de revestimiento contra fuego

8.5.1.2.1 Para una distribución uniforme de temperatura en la sección transversal, la elevación de temperatura de un elemento estructural situado en el interior del edificio, envuelto por un material de revestimiento contra fuego, se puede determinar por cálculo, según los artículos 8.5.1.2.2 y 8.5.1.2.6, o mediante ensayos, de acuerdo con el Capítulo 7, observando lo dispuesto en 8.5.1.2.7.

8.5.1.2.2 La elevación de temperatura , en °C, de un elemento estructural situado en el interior de un edificio, envuelto por un material de revestimiento contra fuego, durante un intervalo de tiempo t, se puede determinar mediante:

siendo

30

siendo:

donde:

factor de masividad para elementos estructurales envueltos por material de

revestimiento contra fuego, en 1/m.perímetro efectivo del material de revestimiento contra fuego, igual al perímetro de la cara interna del material de revestimiento, limitando las dimensiones del elemento estructural de acero, en m;

cm calor específico del material de revestimiento contra fuego, conforme al artículo 5.3, en J kg/°C;

tm espesor del material de revestimiento contra fuego, en m;

a,t temperatura del acero en el tiempo t, en °C;

g,t temperatura de los gases en el tiempo t, en °C;

conductividad térmica del material de revestimiento contra fuego, conforme con el artículo 5.3, en W/m°C;

masa específica del material de revestimiento contra fuego, según el artículo 5.3, en kg/m3;

intervalo de tiempo, en s. (Ver 8.5.1.2.3)

8.5.1.2.3 El valor de no se puede tomar mayor que 30s.

8.5.1.2.4 Algunas expresiones para la determinación de valores de cálculo del factor de

masividad para elementos estructurales de acero envueltos por material de

revestimiento contra fuego son dadas en Tabla 7. Es esa Tabla, el material de revestimiento contra fuego debe rodear el perímetro de la sección transversal del elemento (revestimiento de contorno) o envolver como una caja la sección transversal del elemento (revestimiento tipo caja).

8.5.1.2.5 Para materiales de revestimiento contra fuego que presenten humedad, el cálculo de elevación de temperatura del acero puede ser modificado para tener en cuenta un retardo en el aumento de la temperatura del acero cuando la misma alcanza 100°C. Ese retraso se debe determinar mediante ensayos realizados en laboratorios nacionales o extranjeros.

8.5.1.2.6 Todas las propiedades del material de revestimiento contra incendio a ser usadas en la expresión dada en el artículo 8.5.1.2.2 se deben obtener de ensayos y se refieren al material en su situación real de trabajo en la estructura.

31

8.5.1.2.7 El proceso presentado desde 8.5.1.2.2 a 8.5.1.2.6 no puede ser aplicado cuando el material de revestimiento contra fuego es una tinta intumescente o algún material que presenta comportamiento similar a esas tintas en situación de incendio.

8.5.1.2.8 La distribución de temperatura de elementos de acero envueltos con material de revestimiento contra fuego, que estén en contacto con albañilería u hormigón, debe ser determinada por un análisis térmico más preciso, conforme al artículo 10.2. Está permitido adoptar, en algunos casos, distribución uniforme de temperatura utilizando los valores del factor de masividad presentados en la Tabla 7

Tabla 6 Factor de masividad para algunos elementos estructurales sin material de revestimiento

Sección abierta expuesta a incendio por todos lados

Sección tubular de forma circular expuesta a incendio por todos lados

Sección abierta expuesta a incendio por todos lados Sección tubular de forma rectangular (o sección cajón soldada de espesor uniforme) expuesta a incendio por todos lados

Ala de sección expuesta a incendio por tres lados Sección cajón soldada expuesta a incendio por todos lados

Esquina expuesta a incendio por todos lados Sección con refuerzo en cajón expuesta a incendio por todos lados

Chapa expuesta a incendio por todos lados Chapa expuesta a incendio por todos lados

Tabla 7 Factor de masividad para algunos elementos estructurales con material de revestimiento

Situación Descripción Factor de masividad (um/Ag)Sección con revestimiento tipo contorno de espesor uniforme expuesto a incendio por todos ladosSección con revestimiento tipo caja de espesor uniforme expuesto a incendio por todos ladosSección con revestimiento tipo contorno de espesor uniforme expuesto a incendio por tres lados

32

Sección con revestimiento tipo caja de espesor uniforme expuesto a incendio por tres lados

Tipo caja vale solo para c1 y c2 inferiores o iguales a d/4

8.5.2 Elementos estructurales pertenecientes a estructuras externas

8.5.2.1 La elevación de temperatura en la estructura externa se puede determinar usando los métodos provistos por Eurocódigo 3 Parte 1-2. Las máximas temperaturas en las regiones internas del edificio próximas a la estructura externa, las dimensiones y las temperaturas de las llamas que emanan de esas regiones y los flujos de calor debidos a radiación y convección se pueden obtener del Eurocódigo 1 Parte 1-2.

8.5.2.2 La elevación de temperatura en las estructuras externas se puede también determinar, conservadoramente, usándose el procedimiento indicado en el artículo 8.5.1.

8.5.3 Elementos estructurales pertenecientes a elementos de compartimentación

8.5.3.1 La elevación de temperatura en elementos estructurales pertenecientes a elementos de compartimentación (Figura 2) se debe determinar mediante un análisis térmico adecuado, conforme al artículo 10.2.

8.5.3.2 La elevación de temperatura en elementos estructurales que pertenecen a elementos de compartimentación, expuestos al incendio-patrón, se puede determinar también, conservadoramente, usándose el procedimiento indicado en el artículo 8.5.1, adoptándose para el área Ag solo una parte del área total determinada por el perímetro expuesto al fuego.

Elemento de compartimentación Parte que no está expuesta al indendio

Figura 2 Elementos estructurales de sellado8.5.4 Uniones

En caso de no realizar un análisis más preciso, la temperatura de una unión se puede considerar, conservadoramente, igual a la mayor temperatura entre aquellas de los elementos estructurales conectados. Alternativamente, se puede emplear un método simplificado de definición de temperatura en los componentes de unión previsto en el Eurocódigo 3 Parte 1-2.

33

9 MÉTODO SIMPLIFICADO DE DIMENSIONAMIENTO PARA ESTRUCTURAS MIXTAS DE ACERO Y HORMIGÓN

9.1 Las vigas mixtas de acero y hormigón se pueden verificar en situación de incendio por el método presentado en el Anexo A, las columnas mixtas de acero y hormigón por el método presentado en el Anexo B y las losas mixtas de acero y hormigón por el método presentado en el Anexo C.

9.2 En el Anexo D se presentan algunos detalles constructivos para uniones de elementos estructurales mixtos de acero y hormigón, para asegurar un comportamiento adecuado de esas uniones en situación de incendio.

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10 MÉTODOS AVANZADOS DE DIMENSIONAMIENTO

10.1 Generalidades

10.1.1 Se denominan métodos avanzados de dimensionamiento a aquellos que proporcionan un análisis real de la estructura y de la escena del incendio y se pueden usar para elementos estructurales individuales con cualquier tipo de sección transversal, incluyendo elementos estructurales mixtos, para subconjuntos o para estructuras completas, internas, externas, o pertenecientes a elementos de compartimentación.

Estas deben tener por base el comportamiento físico fundamental de modo de conducir a una aproximación confiable de comportamiento esperado de los componentes de la estructura en situación de incendio.

10.1.2 Los métodos avanzados pueden incluir modelos separados para:

*el desenvolvimiento y distribución de temperatura en componentes estructurales (análisis térmico)* el desenvolvimiento mecánico de la estructura o de alguna de sus partes (análisis estructural)

10.1.3 Cualquier modo de ruina potencial que no sea cubierto por el método empleado (incluido inestabilidad local o colapso por cizallamiento) se deben impedir que ocurran mediante un proyecto estructural adecuado.

10.1.4 Los métodos avanzados se pueden usar en asociación con cualquier curva de calentamiento, cuando las propiedades del material sean conocidas para la franja de temperatura considerada.

10.2 Análisis Térmico

10.2.1 El análisis térmico se debe basar en principios reconocidos e hipótesis de la teoría de transferencia de calor.

10.2.2 El modelo de respuesta térmica utilizado debe considerar:

* las acciones térmicas relevantes,* la variación de las propiedades térmicas de los materiales con la temperatura, conforme al capítulo 5, o de forma más realista en caso de que existan datos para tal cosa.

10.2.3 Los efectos de exposición térmica no uniforme y de transferencia de calor a componentes de edificios adyacentes se deben incluir cuando sean relevantes.

10.2.4 La influencia de humedad o la migración de humedad en el material de revestimiento contra fuego puede, conservativamente, ser despreciada.

10.3 Análisis estructural

10.3.1 El análisis estructural se debe basar en principios reconocidos e hipótesis de mecánica de sólidos, teniendo en cuenta las alteraciones de las propiedades mecánicas con la temperatura.

10.3.2 Se deben considerar los efectos de las tensiones y deformaciones inducidas térmicamente debidas al aumento de temperatura y a las temperaturas diferenciales.

35

10.3.3 También se debe considerar el modelo de respuesta mecánica:

* los efectos combinados de acciones mecánicas, imperfecciones geométricas o acciones térmicas,* las variaciones de las propiedades del material en función del aumento de temperatura,* los efectos de no linealidad geométrica,* los efectos de no linealidad del material, incluyendo, cuando sea relevante, los efectos desfavorables debidos a carga y descarga en la rigidez estructural.

10.3.4 Las deformaciones en estado límite último deben ser limitadas, cuando sea necesario, para asegurar que se mantenga la compatibilidad de todas las partes de la estructura.

10.3.5 El modelo debe ser capaz de considerar el estado límite último por el cual las deformaciones de la estructura pueden causar el colapso debido a la pérdida de apoyo adecuado de un elemento estructural.

10.3.6 En el análisis de elementos verticales aislados, una imperfección inicial en el medio de la longitud, con un valor máximo de 1/1000 de ésta, se debe usar, cuando no hay otra especificación relacionada con esta cuestión.

10.4 Validez

10.4.1 Una verificación de la precisión del método avanzado de dimensionamiento se debe hacer con base en resultados confiables de ensayos.

10.4.2 Los resultados a ser verificados se deben referir al menos a temperaturas, deformaciones y a tiempos de resistencia al fuego.

10.4.3 Los parámetros fundamentales relacionados, por ejemplo, a longitudes desbloqueadas de barras, nivel de cargas, etc, se deben conferir rigurosamente para asegurar que el método avanzado no contraría los principios básicos de ingeniería.

36

11 REUTILIZACIÓN DE UNA ESTRUCTURA DESPUÉS DE UN INCENDIO

La estructura solo se puede reutilizar después si fuera nuevamente verificada a temperatura ambiente de acuerdo con ABNT NBR 8800, teniéndose en cuenta la reducción de los valores de las propiedades mecánicas de los materiales, luego del enfriamiento. Esa verificación puede concluir que no existe necesidad de recuperación de la estructura si el incendio fue de poca severidad o si la estructura tenía la envoltura adecuada de material de revestimiento contra fuego. En caso contrario, se debe proyectar y ejecutar su recuperación. Esa recuperación presupone que la estructura vuelva a tener las características que presentaba antes del incendio, incluyendo todas las capacidades últimas y de servicio exigidas.

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ANEXO A (normativo)

Dimensionamiento de vigas mixtas de acero y hormigón

A.1 Campo de aplicación

A.1.1 Este anexo presenta prescripciones para el dimensionamiento por el método simplificado de vigas mixtas previsto por ABNT NBR 14762.

A.1.2 Las vigas mixtas con componentes de acero en perfil u otro perfil de alma llena, denominadas vigas mixtas de acero y hormigón de alma llena,pueden estar apoyadas de form,a que estén sometidas a momentos positivios o momentos negativos (momentos que comprimen la cara superior)y las vigas mixtas con componente de acero en treliça, denominadas treliças mixtas de acero y hormigón, solo pueden ser doblemente apoyadas.

A.2 Calentamiento de la sección transversal en elementos internos

A.2.1 Componente de acero

A.2.1.1 Perfil de alma llena

A.2.1.1.1 Cuando una viga mixta posee componente de acero en perfil , sin revestimiento contra fuego o con revestimiento tipo envoltura perimetral, la distribución de temperatura en ese perfil se debe tomar como no uniforme. La sección transversal del perfil se puede dividir en tres partes (ala inferior, alma y ala superior), según la figura A.1, en ese caso:

* se considera que no se produce transferencia de calor entre esas partes ni entre ala superior y losa de hormigón;

* el aumento de temperatura de las alas inferior y superior de la viga de acero durante el intervalo de tiempo se debe determinar conforme 8.5.1.1 u 8.5.1.2, respectivamente si el perfil de acero no está envuelto por material de revestimiento contra fuego o o tienen revestimiento tipo contorno, con factor de masividad u/Ag o bien um/Ag

igual a:

para ala inferior: 2(bfi + tfi)/bfi tfi

para ala superior: superpuesta por losa maciza: (bfs +2tfs)/bfs tfs

superpuesta por losa con forma metálica incorporada: 2(bfs + tfs)/bfs tfs

para alma: 2(h +tw)/h tw

Figura A.1 División de componentes de acero en perfil para la distribución de temperatura

A.2.1.1.2 El componente de acero en un perfil se puede considerar con temperatura uniforme si posee revestimiento tipo caja. La elevación de esa temperatura se debe obtener conforme con el artículo 8.5.1.2.

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A.2.1.1.3 La elevación de temperatura de los componentes de acero de alma llena de vigas mixtas no citados en los artículos A.2.1.1.1 y A.2.1.1.2, incluyendo perfiles formados en frío, se debe obtener de acuerdo según 8.5.

A.2.1.2 Componente de acero en treliça

Cuando una viga mixta posee componente de acero en treliça, la elevación de temperatura de las barras constitutivas de esa treliça se debe obtener según el artículo 8.5.

A.2.2 Losa de hormigón

A.2.2.1 Las prescripciones de este artículo se pueden usar para losas de hormigón macizas moldeadas en el lugar, con pre-losas de hormigón premoldeado o con secciones de acero incorporadas con nervaduras entrantes o trapezoidales, que obedezcan al criterio de aislamiento térmico presentado en el artículo C.3.1.1 del Anexo C que se hallan expuestas al incendio patrón.

A.2.2.2 La temperatura se puede considerar constante a lo largo de la longitud efectiva b de la losa de hormigón.

A.2.2.3 Para hormigón de densidad normal, la variación de temperatura en la altura de la losa se puede obtener de la Tabla A.1, en función del tiempo requerido de resistencia al fuego (TRRF), dividiéndose la altura de la losa en un máximo de 14 fajas.

Tabla A.1 Variación de temperatura en altura de losas de hormigón de densidad normal

Temperatura c (°C) TRRF, en

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Faja j Altura y(mm)

minutos, de

Extremidad inferior de altura efectiva hef de la losa a) b) c)

30 60 90 120

12

0 a 55 a 10

535470

705642

754738

-754

34

10 a 1515 a 20

415350

581525

681627

754697

56

20 a 2525 a 30

300250

469421

571519

642591

78

30 a 3535 a 40

210180

374327

473428

542493

910

40 a 4545 a 50

160140

289250

387345

454415

1112

50 a 5555 a 60

125110

200175

294271

369342

1314

60 a 80 80

8060

140100

220160

270210

a la altura efectiva hef para losa de hormigón maciza moldeada en el lugar es igual al espesor de la losa te; b la altura efectiva hef para losa de hormigón maciza moldeada en el lugar con pre-losas de hormigón premoldeado, es igual al espesor total de la losa, incluyendo la pre-losa; c la altura efectiva hef para losa de hormigón con un perfil de acero incorporado se debe obtener del artículo C.3.1.1 del Anexo C.

A.2.2.4 Para hormigón de baja densidad, la variación de temperatura en la altura de la losa se puede obtener de los valores de Tabla A.1, multiplicados por 0,90.

A.2.2.5 La temperatura a lo largo de la altura de la losa de hormigón puede ser simplificadamente, supuesta uniforme e igual a :

donde:

n número de franjas en que se divide la losa, respectivamente, temperatura y espesor de las n franjas

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A.3 Capacidades resistentes

A.3.1 Vigas mixtas de alma llena

A.3.1.1 Momento flexor resistente de cálculo en zonas de momentos positivos

A.3.1.1.1 El momento flexor resistente de cálculo de vigas mixtas en situación de incendio, en las regiones de momentos flexores positivos, , se debe obtener de acuerdo con ABNT NBR 8800 o bien ABNT NBR 14762, la que sea de aplicación, tomando la temperatura en la sección transversal según el capítulo A.2 y:

* multiplicando la resistencia al escurrimiento fy y el módulo de elasticidad E de los diversos componentes de la sección transversal del perfil de acero (alma, alas, etc) por los factores de reducción ky y kE dados en el artículo 5.1.1.1.1,

* multiplicando la resistencia característica a compresión del hormigón de le losa fck por el factor de reducción kc dado en el artículo 5.2.1.1.3, (ya que se usa la temperatura constante en la altura de la losa, según el artículo A.2.5, se aplica un único valor de kc ).

* considerando los coeficientes de ponderación de resistencia del acero y hormigón, respectivamente a1 y c iguales a 1,0

* determinando la fuerza resistente de los conectores de corte conforme a A.3.1.1.2.

A.3.1.1.2 La fuerza resistente de cálculo de un conector de corte en situación de incendio, Qfi,Rd, se debe determinar como establece ABNT NBR 8800, tomándose el coeficiente de ponderación de resistencia cs igual a 1,0 y sustituyéndose:

* los valores de la resistencia característica a compresión, fck, y del módulo de elasticidad Ec, del hormigón de densidad normal a temperatura ambiente por y , respectivamente, donde el factor de reducción en temperatura elevada kc se debe obtener del artículo 5.2.1, para una temperatura equivalente al 40% de la temperatura del ala inferior del perfil de acero;

* el valor de resistencia a rotura del acero del conector a temperatura ambiente, fu, por el producto ky fu, donde el factor de reducción ky se obtiene del artículo 5.1.1.1 para una temperatura equivalente al 80% de la temperatura del ala inferior del perfil de acero;

A.3.1.2 Momento flexor resistente de cálculo en las zonas de momentos negativos

El momento flexor resistente de cálculo de vigas mixtas en situación de incendio, en las zonas de momentos negativos, , se puede determinar, con resultados conservadores, de acuerdo con el artículo 8.4.3, despreciándose la losa de hormigón y la armadura longitudinal presente en la longitud efectiva de esa losa.

A.3.1.3 Fuerza de corte resistente de cálculo

La fuerza de corte resistente de cálculo en situación de incendio de vigas mixtas de alma llena, VfiRd, se debe obtener según el artículo 8.4.3.4, con el factor de reducción ky

relacionado a la temperatura del alma del perfil de acero, determinada según A.2.1.1.

A.3.2 Treliças mixtas (enrejados?)

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En los enrejados mixtos, diagonales y montantes se deben dimensionar de acuerdo con los artículos 8.4.1 u 8.4.2, el que sea de aplicación.

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