Verificación de temperatura de fuego de una placa de rigidización
Introducción
El análisis de fuego no es una tarea rutinaria para un ingeniero estructural. Este artículo muestra la solución detrás de IDEA StatiCa, que calcula automáticamente la temperatura para placas en el modelo de conexión bajo exposición al fuego.
Los componentes de soldadura y pernos toman la temperatura de la placa conectada con la temperatura más alta. Más sobre suposiciones: https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Fire-design
Modelo y suposiciones
Se verificará la temperatura del rigidizador en este punto de conexión. La conexión estará expuesta al fuego y debe resistir al menos 15 minutos R15. La curva de fuego utilizada para la simulación es "Curva de fuego externo (EN 1993-1-2)." Hay un aviso importante de que no se ha aplicado protección contra incendios.
Fórmulas del código
Las suposiciones se basan en EN 1993-1-2 para materiales de acero no protegidos. Debido a que no existe aislamiento protector, el material está directamente expuesto al calor por convección y radiación de las llamas, causando que se caliente mucho más rápidamente.
El Eurocódigo define varias curvas nominales de fuego temperatura-tiempo utilizadas en el diseño estructural contra incendios:
- Curva de Fuego Estándar (ISO 834 / EN 1991-1-2, Ec. 3.1)
- Representa un incendio de compartimento convencional y severo.
- Uso: Para clasificación estándar de resistencia al fuego (R30, R60, R90, …). Típicamente aplicado en diseño prescriptivo y pruebas de laboratorio.
- Curva de Fuego de Hidrocarburos
- Aumento rápido de temperatura, alcanzando ~1100 °C en 5 minutos.
- Uso: Para incendios que involucran hidrocarburos (petróleo, gas, almacenamiento de combustible, industria petroquímica, túneles con tráfico pesado).
- Curva de Fuego Externo
- Aumento de temperatura menor comparado con la curva estándar, máx ~680 °C.
- Uso: Para exposición de fachadas y paredes externas al fuego.
- Curvas de Fuego Paramétricas (no incluidas en IDEA StatiCa)
- Basadas en tamaño del compartimento, ventilación y densidad de carga de fuego.
- Muestran fases de calentamiento y enfriamiento.
- Uso: Para diseño basado en rendimiento de compartimentos de edificios reales donde se conoce la carga de fuego y ventilación.
Cómo deben los ingenieros seleccionar la curva de fuego
Cumplimiento de código/clasificación de resistencia requerida: → Usar Curva de Fuego Estándar.
Petroquímica, túneles, almacenamiento de líquidos inflamables: → Usar Curva de Fuego de Hidrocarburos.
Fachadas, elementos externos expuestos a fuego exterior: → Usar Curva de Fuego Externo.
Escenario de fuego realista (diseño basado en rendimiento): → Usar Curva de Fuego Paramétrica (si hay suficientes datos de entrada disponibles).
Factor de sección Am/V
Sensibilidad general
El factor de sección (Am/V) es una constante significativa para cada placa. En la ecuación gobernante, aparece como numerador, indicando que aumentar el incremento de temperatura influye en la temperatura al final de la simulación. Observemos la sensibilidad del factor en el rango [50,300] después de incrementar por 25.
Cómo calcular el valor para el rigidizador
El cálculo del factor de sección para rigidizadores de referencia debe aclarar la metodología para calcular los rigidizadores. Si una cara no alineada con el borde de la placa está cubierta por otra placa, el área cubierta debe excluirse del cálculo del factor de sección.Ignorar este aspecto puede resultar en resultados engañosos comparados con la verificación manual.
Procedimiento de cálculo paso a paso
El procedimiento descrito describe el flujo de trabajo del aumento de temperatura a lo largo del tiempo para la curva de fuego externo.
Comparación de IDEA StatiCa vs cálculo manual
La temperatura calculada por IDEA StatiCa alcanzó 608 grados Celsius.
Usando el procedimiento manual paso a paso, la temperatura alcanzó 609 grados Celsius.
Conclusión
El objetivo fue introducir más transparencia en el flujo de trabajo del diseño contra incendios y alentar a los ingenieros estructurales a usar con confianza IDEA StatiCa para el diseño contra incendios y verificación de código de conexiones y elementos de acero comparado con cálculos manuales.
En el diseño contra incendios, la temperatura se convierte en una variable de estado crítica. Influye directamente en la rigidez y resistencia de los materiales a través de propiedades dependientes de la temperatura definidas en EN 1993-1-2.