Seguridad de Edificaciones en Caso de Incendios Ing Juan David Gomez

7/25/2019 Seguridad de Edificaciones en Caso de Incendios Ing Juan David Gomez

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Ingeniera del Fuego

SEGURIDAD DE EDIFICACIONES ENCASO DE INCENDIO

Juan David Gmez Roldn. I.C., Ms.C., Ph.D.


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Ingeniera del Fuego

CONTENDIO Antecedentes NSR-10

Riesgos y objetivos ante situacin de incendio

Respuesta del acero ante el fuego

Enfoques de seguridad ante incendio

Mtodos de evaluacin de resistencia ante incendio Prescriptivo

Basado en prestaciones

Anlisis trmico

Transmisin de calor

Dimensionado

Conclusiones y recomendaciones


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ANTECEDENTES NSR-10


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Ingeniera del Fuego

ANTECEDENTES

ARTICULO 2o. ALCANCE. Las construcciones que se adelanten en el territorio de la Repblica debern sujetarse alas normas establecidas en la presente ley en las disposiciones que la reglamenten.Corresponde a las oficinas o dependencias distritales o municipales encargadas de conceder las licencias deConstruccin, la exigencia y vigilancia de su cumplimiento. Estas se abstendrn de aprobar los proyectos o planos deconstrucciones que no cumplan con las normas sealadas en esta ley o sus reglamentos.

ARTICULO 6o. RESPONSABILIDAD DE LOS DISEADORES. La responsabilidad de los diseos de los diferenteselementos que componen la edificacin, as como la adopcin de todas las medidas necesarias para el cumplimiento enellos del objetivo de las normas de esta ley y sus reglamentos, recae en los profesionales bajo cuya direccin se

elaboran los diferentes diseos particulares.

ARTICULO 15. OBLIGATORIEDAD. El Curador o las oficinas o las dependencias distritales o municipales a cargo dela expedicin de las licencias, deben constatar previamente que la edificacin propuesta cumple los requisitos exigidospor la presente ley y sus reglamentos, mediante la revisin de los planos, memorias y estudios de los diferentesdiseos mencionados en el Ttulo III.

J.1.1.3 La responsabilidad del cumplimiento del Ttulo J - Requisitos de proteccin contra el fuego en edificacionesy el Ttulo KOtros requisitos complementarios, recae en el profesional que figura como constructor del proyecto

para la solicitud de la licencia de construccin.


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RIESGOS Y OBJETIVOS ANTESITUACIN DE INCENDIO


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PRDIDAS DEBIBAS A INCENDIOS

HUMANAS:Perdidas humanas: 4 a 34 muertes por milln de habitantes

Incidentes > 5 muertes tienen eco muy importante en diarios y en la opinin pblica.

ECONMICAS:

Prdidas econmicas: 1,6 a 5,9 0/00 del PIB (Producto Interior Bruto).

Night club fire Bangkok, Thailand,50 muertos. 2009


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PRINCIPIOS DE SEGURIDAD

Objetivos Titulo J NSR-10

Seguridad en caso de incendio consiste en reducir almites aceptables el riesgo de que los usuarios de unedificio sufran daos derivados de un incendio de origenaccidental, como consecuencia de las caractersticas desu proyecto, construccin, uso y mantenimiento

La reduccin de prdidas financieras, propiedades ycontenidos toma cada da ms fuerza.


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RESPUESTA DEL ACEROANTE EL FUEGO


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PROPIEDADES MECNICAS

Lmite elstico efectivo al 2% de deformacin


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ENFOQUES DESEGURIDAD ANTE INCENDIO


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Ingeniera del Fuego

EL INCENDIO NATURAL

Ignicin: Crecimiento lento de la temperatura en el recinto. Fuego localizado. Flashover o inflamacin sbita generalizada: si la temperatura es lo suficientemente

elevada, todo el material combustible del recinto comienza a arder: La temperatura crecerpidamente hasta alcanzar una temperatura mxima.;

Enfriamiento: fase de decaimiento por consuncin del combustible

FUEGOINCONTROLADO


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PREVENCIN Y CONTROL


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ENFOQUE ESTRUCTURAL

Compartimentacin y resistencia (Suelos y paredes)

Admite alcanzar el flashover o punto de propagacin

No debe extenderse a otros habitculos (tiempo de resistencia)

Estudio de fachadas

t

T

Se acepta flashover

Resultados /riesgo aceptado

No colapso

Prdida de contenido

Interrupcin de operacin

No garantiza la reparacin de zonasafectadas


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ENFOQUE ESTRUCTURAL

La resistencia al fuego es el tiempo correspondiente de exposicin al fuego (nominal),durante el cual la estructura mantiene su funcin.

Se define en trminos de tiempo (min): 30, 60, 90, etc.

Estas funciones son tres:

Aislamiento I : Transmisin excesiva de calor.

Estanqueidad E : Llamas y gases .

Resistencia R : Capacidad para soportar las cargas


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VIGILANCIA

Deteccin automtica

Transmisin automtica a bomberos

24 horas al da

Ideal para:

Edificios con reas abiertas

Cargas de fuego bajas

Fuego de desarrollo lento Altura baja-media

Respuesta rpida (Bomberos propios)

Requiere mantenimiento 1 o 2 al ao

t

T

No se acepta flash over

Alarma temprana

Intervencin bomberos


No hay flashover No hay colapso

No hay perdidas estructurales

Prdida de contenido mnima

No hay interrupcin del negocio

Reparabilidad y servicio


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EXTINCIN

Equipos de extincin automtica (Agua, espuma,CO2, Halon)

Alarma a un equipo de bomberos

24 horas al da

Ideal para:

Edificios con reas abiertas

Cargas de fuego medio-alta

Fuegos de desarrollo rpido Requiere mantenimiento 1 o 2 al ao

t

T

No se acepta flash over

Ignicin

Extincin automtica


No hay flashover

No hay colapso No hay perdidas estructurales

Prdida de contenido mnima

No hay interrupcin del negocio

Reparabilidad y servicio


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MTODOS DE EVALUACIN DERESISTENCIA ANTE INCENDIO


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Ingeniera del FuegoRESISTENCIA ESTRUCTURAL

La resistencia estructural frente a la accin del fuego est gobernada por dosanlisis

Anlisis trmico

Modelacin del incendio. Desarrollo y predecir las acciones trmicas(temperatura del gas, flujo de calor)

Transferencia de calor

Estructural. (Acciones trmicas y mecnicas)


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Ingeniera del FuegoAPROXIMACIONES

PRESCRIPTIVAUso de curvas nominales temperatura-tiempo, lascuales aplican a un perodo de tiempo especfico ypara las cuales las estructuras estn proyectadasatendiendo reglas prescritas, incluyendo datostabulados o usando modelos de clculo. Este

enfoque utiliza fuegos normalizados para generaracciones trmicas.

PRESTACIONES

Este enfoque utiliza modelos de fuego y da lugar a

la llamada ingeniera del fuego.


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ENFOQUE PRESCRIPTIVO

El comportamiento estructural real es ignoradoLa curva de temperatura no corresponde a un incendio real

No se conoce el nivel de seguridad y robustez

Solucin ptima en trminos de: Seguridad vidas (Desconocida) Impacto econmico (desconocido)

Esfuerzo de diseo limitado La experiencia ha demostrado que el enfoque

funciona Enfoque es fcil de entender por todas las partes Basado en fuegos normalizados

DESVENTAJAS

VENTAJAS


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Ttulo J.2.4 NSR-10

Se limitar el riesgo de propagacin del incendio por el exterior del edificio

Muros cortafuego

Distancia de entre aperturas en fachadaHidrantesRed contra incendio. Ed. > 5 pisos.Materiales de acabado adecuados.

PROPAGACIN EXTERIOR


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Ttulo J.2.5 NSR-10

Se limitar el riesgo de propagacin del incendio por el interior del edificio

Divisin de reas > 1000 m con muros cortafuegoPuertas cortafuego

reas > 1000 m sin muros cortafuego deben tener rociadores o extintores.Edificios con ms de 3 pisos debe tener bloque de escaleras de evacuacinMateriales de acabado adecuados.Ventilacin

PROPAGACIN INTERIOR


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Ttulo K.3 NSR-10

Nmero de salidas Longitud de recorridos de evacuacin Escaleras Dimensiones medios de evacuacin

Proteccin de los medios de evacuacin Sealizacin e iluminacin Alarmas Control de humo Evacuacin de discapacitados Educacin y entrenamiento

EVACUACIN


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Ttulo J.4. NSR-10

Dependiendo del grupo de ocupacin y el nmero de pisos Detectores automticos de humo Detectores trmicos Alarma sonora y pulsadores manuales Rociadores Tomas fija para mangueras Extintores

Ttulo J.2.3. NSR-10

Acceso frontalSobre el nivel del terrenoBajo el nivel del terreno

DETECCIN, EXTINCIN Y ACCESODE BOMBEROS


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Ingeniera del Fuego


F.2.18.1.1 Obj etiv os de des empeo Los componentes estructurales del edificio debendisearse de tal forma que mantengan su funcin de soportar las cargas durante el incendio dediseo

J.3.4.3 Los elementos estructurales y dems elementos de la construccin debern tenercomo mnimo las resistencias al fuego normalizado exigidas en la tabla J.3.4-3.

Proteccin pasivaRESISTENCIA


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ANLISIS TRMICO

Basado en la curva normalizada deincendio

Es terica No hay vinculacin con el fuego

real Se considera en todo el recinto La temperatura nunca decae No considera la etapa de ignicin No depende de la carga de fuego No depende de las condiciones de

ventilacin

FUEGOS NORMALIZADOS

T=20 + 345 log10(8t + 1)


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Ingeniera del Fuego

EJEMPLO DE ENFOQUE PRESCRIPTIVO

2 significa que el elementodebe sobrevivir 2 horas enun aprueba de fuego

normalizado.


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Ingeniera del Fuego

DIMENSIONADO

.Mtodos experimentales. Ensayos simplificados

Temperatura media

Probetas de material protegido o sin proteger

Incendio patrn

No se modela el comportamiento real como estructura


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Ingeniera del Fuego

DIMENSIONADO

. Ensayos a escala realCondiciones estructurales ajustadas a la realidad

Apoyos y conexiones

cargas,

sistemas estructurales,

contactos con elementos robustos.

Etc.

El Underwriters LaboratoryUL. (Chicago, USA)

Ensayos en vigas bajo losa cargada

Curva ASTM E119

Resultados unrestrained beams tests

restrained beams tests

restrained assembly tests.


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Ingeniera del Fuego

DIMENSIONADO

Mtodos experimentales. Ensayos realistas

Ensayos en Cardington

El British Building Research Establishment (aos 1990)

3 edificios de acero, de hormign y de madera, ( 8, 7 y 6 pisos).

incendio-patrn como a incendio natural


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Ingeniera del Fuego

DIMENSIONADO

Soluciones tabuladas.A partir de ensayos simplificados o a escala real.

Elementos de hormign, mixtos hormign-acero

Clculo de espesores de proteccin pasiva.


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Ingeniera del FuegoPROTECCIN PASIVA

Usando la curva de incendio nominal estndar (ISO 834), el acero requiere proteccin parauna resistencia >15 minutos. (NSR-10)La proteccin es un costo adicional


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ENFOQUE BASADO EN PRESTACIONES

Comportamiento del fuego Curvas nominales (ISO 834; ASTM E 119). Curvas paramtricas Modelos de zona

CFD (Computacional Fluid Dynamics)

Respuesta trmica Ensayos (Curva de fuego estndar) Modelos simples de transferencia de calor Modelos avanzados de transferencia de calor

(FEM)

Respuesta estructural Anlisis a temperatura ambiente Anlisis a temperatura elevada

Soluciones tabuladas. Mtodos analticos simplificados Mtodos experimentales

INGENIERA DEL FUEGO


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DESVENTAJAS

Tiene en cuenta el comportamiento de la construccinLa curva de temperatura se aproxima a un incendio real

Se conoce el nivel de seguridad Solucin ptima en trminos de:

Seguridad vidas (Conocida) Impacto econmico (Conocido)

Evaluacin de mltiples riesgos Sismo seguido por fuego Explosin seguida por fuego

Requiere mayor esfuerzo de diseo Requiere habilidades multidisciplinarias El diseo puede ser complicado Cambio del uso del edificio puede invalidar el

diseo por fuego

DESVENTAJAS

VENTAJAS


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ANLISIS TRMICO

La seguridad ante incendio considera en escenario real y tiene en cuentaparmetros que inciden en el desarrollo del fuego (Carga de fuego, ventilacin,medidas activas, etc.)

FUEGO ESTNDAR VS REAL


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Ingeniera del Fuego

ANLISIS TRMICO

La curva de fuego normalizada es imprecisa

FUEGO ESTNDAR VS REAL


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TRANSMISIN DEL CALOR

El aumento de la temperatura de los elementos estructurales en los incendios se debe al flujo decalor por conveccin y radiacin provocadas por la diferencia de las temperaturas de los gases

calientes del ambiente en llamas y los componentes de la estructura.


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Ingeniera del Fuego

Integradas esas ecuaciones numricamente para los parmetros ms usuales seobtienen curvas de utilizacin directa.

ACERO SIN PROTECCIN

Calor especfico

Densidad

Flujo de calor

masividad

=

..

En situacin de incendio, debido a la gran conductividaddel acero, podemos asumir que la temperatura es entodos los puntos la misma.

El calor que se suministra por unidad de tiempo(conveccin y radiacin) se invierte en aumentar la

temperatura del cuerpo


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Ingeniera del Fuego

ACERO CON PROTECCIN

Como en general la conductividad trmicadel material de proteccin es muy baja sepuede asumir que la temperatura de la caraexterior es prcticamente la del gas

Proteccin caracterizada por Ap, gp, cp, p

at

pAp/V (gt- at)

dp Ca Pa (1 + /3)= t(e1) gt

/ 10

aire acero aire


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PROTECCIN


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Ingeniera del Fuego

DIMENSIONADO

Mtodos analticos simplificados.

De fcil aplicacin

No siempre son los ms econmicos.

Clculo estructural individualizado por elemento.


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Ingeniera del Fuego

Esta ecuacin slo se puede entender desde el punto de vista probabilstico

P ( )=1 - Pf

PfProbabilidad de fallo en la situacin de incendio

La probabilidad de estado lmite de falla debido a un incendio se puede escribir como

P (F) = P (F | D, I) P (D | I) P (I)

P (I) = probabilidad de ignicinP (D | I) = probabilidad de desarrollo de un incendio significativoP (F | D, I) = probabilidad de fallo, dados los dos anteriores.

CRITERIO DE RESISTENCIA


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Dimensionamiento habitual en Estados Lmites ltimos

P ( )=1-Pf

Pf=1/10000000 = 1x 10-7

Combinacin de acciones con coeficientes de mayoracin

Estos eventos son de una baja probabilidad

de ocurrencia y por lo generaluna corta duracin.Accidental

g


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1.2D + 1.2T + 1.6L+ 0.5G (B.2.4-2)

Combinacin ELU bajo situaciones normales

1.2D + T + 0.5L+ 0.2G (F.2.18-1)

D = Carga muerta nominalL = Carga viva nominalG = Carga nominal de granizoT = Fuerzas y deformaciones nominales causadas por el incendio de diseo

F.2.18.1.4 Combinaciones de carga y resistencia requer ida La

resistencia requerida de unaestructura y sus elementos se determinar a partir de la siguientecombinacin de cargas gravitacionales:



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ELU

Cargas: 1,2D+1,6D

Temperatura: 20 oC

Resistencia: Cargas

P T R

ELU-Accidental

Cargas: 1,2D+0,5D

Temperatura: CroC

Resistencia: = Cargas

Pf Tf Rf

mo=R/Pf

TEMPERATURA CRTICA


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RESUMEN Y CONCLUSIONES


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El diseo en situacin de incendio est contemplada por la NSR-10 y los responsables de su cumplimiento son

las entidades de expedir las licencias de construccin y el constructor

El acero experimenta una progresiva disminucin del lmite elstico y del mdulo de elasticidad al aumentar la

temperatura.

La normas dan valores realistas de esa reduccin.

La resistencia al fuego (estabilidad estructural) viene dada por el tiempo en que un elemento alcanza su

temperatura crtica.

En ese instante la capacidad de la estructura (f, E) coincide con la solicitacin de las cargas actuantes.

HASTA 400 C NO HAY REDUCCIN DE Fy

UN INCENDIO ES UN CASO DE ACCIDENTE, LAS CARGAS Y CONDICIONES DE SEGURIDAD SONINFERIORES A LA SITUACIN NORMAL


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La ley temperatura-tiempo ISO 834, corresponde al comportamiento de ensayos en horno. El tiempo de

desarrollo previo a baja temperatura no se considera. Hay curvas reales no tan desfavorables.

EL ENFOQUE BASADO EN PRESTACION ES REALIZA UNA APROXIMACIN ANALTICA DE LAS DIFERENTESPARTES DEL PROBLEMA, DANDO COMO RESULTADO SOLUCIONES SEGURAS Y ECONMICAS

ES ANTIECONMICO DIMENSIONAR LA PROTECCIN PARA UNA TEMPERATURA CRTICA DE 550 C (500C) EN ESTRUCTURAS DE MAYOR CAPACIDAD O SOBREDIMENSIONADAS



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GRACIAS

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