Seguridad de Edificaciones en Caso de Incendios Ing Juan David Gomez
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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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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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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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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
Resultados /riesgo aceptado
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
Resultados /riesgo aceptado
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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ENFOQUE PRESCRIPTIVO
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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ENFOQUE PRESCRIPTIVO
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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ENFOQUE PRESCRIPTIVO
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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ENFOQUE PRESCRIPTIVO
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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ENFOQUE PRESCRIPTIVO
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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EJEMPLO DE ENFOQUE PRESCRIPTIVO
2 significa que el elementodebe sobrevivir 2 horas enun aprueba de fuego
normalizado.
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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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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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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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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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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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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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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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DIMENSIONADO
Mtodos analticos simplificados.
De fcil aplicacin
No siempre son los ms econmicos.
Clculo estructural individualizado por elemento.
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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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CRITERIO DE RESISTENCIA
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:
CRITERIO DE RESISTENCIA
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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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RESUMEN Y CONCLUSIONES
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
RESUMEN Y CONCLUSIONES
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GRACIAS