SI 6 Resistència al foc de l estructura

Transcripción

1 Exigència Bàsica SI 6: L estructura portant mantindrà la seva resistència al foc durant el temps necessari perquè puguin complir-se les anteriors exigències bàsiques. Octubre 2006 Oficina Consultora Tècnica- COAC SI 6 97/97

2

3 1. Generalitats 2. Resistència al foc de l estructura 3. Elements estructurals principals 4. Elements estructurals secundaris 5. Determinació de la resistència al foc 5.1 Consideracions de càlcul 5.2 Justificació de la resistència al foc octubre 2006 Oficina Consultora Tècnica- COAC SI 6 99/99

4

5 1. Generalitats - L augment de temperatura que es produeix com a conseqüència d un incendi afecta a la seva estructura de dues formes diferents: - Els materials veuen afectades les seves propietats, modificant-se de forma important la seva capacitat mecànica. - Apareixen accions indirectes, com a conseqüència de les deformacions dels elements, que generalment provoquen tensions que s afegeixen a les provocades per altres accions. - En el Document Bàsic de Seguretat en cas d incendi, DB SI, i en aquest Manual d aplicació, només s indiquen mètodes simplificats de càlcul suficientment aproximats per a la majoria de situacions habituals. Aquests mètodes únicament recullen l estudi de la resistència al foc dels elements estructurals individuals enfront a la corba normalitzada temps-temperatura. - Això no obstant, el DB SI estableix que es poden adoptar altres models d incendi per a representar l evolució de la temperatura durant l incendi quan es requereixi un estudi més ajustat a la situació d incendi real. Aquest models són adequats per edificis singulars o per al tractament global de l estructura o part d ella. En aquest cas es proposen les anomenades corbes paramètriques o, per a efectes locals els models d incendi d una o dos zones o de focs localitzats o mètodes basats en dinàmica de fluids com els que es contemplen en la norma UNE-EN :2004 Accions en estructures exposades al foc. En l esmentada norma també es recullen d altres corbes nominals com, per exemple, per a foc exterior i mètodes per a l estudi dels elements externs situats fora de l envolvent del sector d incendi i als que el foc els afecta a través de les obertures de façana. Comentaris i ajudes CORBES TEMPS-TEMPERATURA (Annex SI A Terminologia) Representen la temperatura de l'aire en la proximitat de les superfícies d'un element, en funció del temps. Poden ser: a) Nominals: corbes convencionals adoptades per classificar o verificar la resistència al foc, per exemple, la corba normalitzada temps-temperatura, la corba de foc exterior o la corba de foc d'hidrocarburs; b) Paramètriques: determinades a partir de models de foc i dels paràmetres físics específics que defineixen les condicions del sector d'incendi (UNEIX EN :2004). CORBA NORMALITZADA TEMPS-TEMPERATURA (Annex SI A Terminologia) Corba nominal que representa un model de foc totalment desenvolupat en un sector d'incendi (UNE EN :2004). FOC DE CÀLCUL (Annex SI A Terminologia) Desenvolupament de foc específic adoptat a efectes de càlcul (UNE EN :2004) FOC TOTALMENT DESENVOLUPAT (Annex SI A Terminologia) Estat en el qual totes les superfícies combustibles existents en un determinat espai participen en el foc (UNE EN :2004) FOC LOCALITZAT (Annex SI A Terminologia) Foc que només afecta a una zona limitada de la càrrega de foc del sector d'incendi (UNE EN :2004) MODEL INFORMÀTIC DE DINÀMICA DE FLUIDS (Annex SI A Terminologia) Model de foc que permet resoldre numèricament les equacions diferencials parcials que relacionen a les variables termodinàmiques i aerodinàmiques de cada punt del sector d'incendi considerat. (UNE EN :2004). octubre 2006 Oficina Consultora Tècnica- COAC SI 6 101/101

6 2. Resistència al foc de l estructura 2.1 Exigència de resistència al foc - S admet que un element estructural té suficient resistència al foc si, al llarg d un incendi, el valor de càlcul de l efecte de les accions, en qualsevol instant t, no supera el valor de la capacitat resistent del mateix. 2.2 Comprovació de la resistència al foc - En general, és suficient fer la comprovació en l instant de temperatura més alta que, en el model de corba normalitzada temps-temperatura, es produeix al final i que correspon amb el temps exigit pel DB SI. Quan s adopti el temps equivalent d exposició al foc, com alternativa a la durada de l incendi, es comprovarà la resistència al foc en relació a la temperatura corresponent al valor d aquest temps equivalent que és inferior al exigit en el cas anterior. - En el cas de sectors de risc mínim i en aquells sectors d incendi en els que, per les seves dimensions i per la seva distribució de la càrrega de foc, no sigui previsible l existència de focs totalment desenvolupats, la comprovació de la resistència al foc pot fer-se element a element mitjançant un estudi de focs localitzats, segons s indica en l Eurocodi 1 (UNE-EN : 2004) situant successivament la càrrega de foc en la posició previsible més desfavorable. Aquest mètode no es desenvolupa ni en el DB SI, ni en aquest Manual. Comentaris i ajudes RESISTÈNCIA AL FOC (Annex SI A Terminologia) És la capacitat d un element de construcció per mantenir durant un termini de temps determinat (t) la funció portant ( R ) que li sigui exigible, així com la integritat ( E) i/o l aïllament tèrmic ( I ) en els termes especificats en l assaig normalitzat corresponent (DPC-DI2, Directiva de Productes de la Construcció). c.a. La resistència al foc es defineix per unes classes R, EI o REI segons el RD 312/2005. Per exemple: - Si un element només és estructural - com per exemple, un pilar- se li exigeix la classe R t. - Si l element estructural també és compartimentador de sector d incendi i ha de mantenir durant aquest temps t la integritat (E) i l aïllament tèrmic ( I ) - com és el cas d un forjat o un mur se li exigeix la classe: REI t. SECTOR D INCENDI (Annex SI A Terminologia) Espai d'un edifici separat d'altres zones del mateix per elements constructius delimitadores resistents al foc durant un període de temps determinat, a l'interior del qual es pot confinar (o excloure) l'incendi perquè no es pugui propagar a (o des de) una altra part de l'edifici. (DPC - DI2) SECTOR DE RISC MÍNIM (Annex SI A Terminologia) Sector d'incendi que compleix les següents condicions: - Està destinat exclusivament a circulació i no constitueix un sector sota rasant. - La densitat de càrrega de foc no excedeix de 40 MJ/m 2 en el conjunt del sector, ni de 50 MJ/m 2 en qualsevol dels recintes continguts en el sector, considerant la càrrega de foc aportada, tant pels elements constructius, com pel contingut propi de l'activitat. - Està separat de qualsevol altra zona de l'edifici que no tingui la consideració de sector de risc mínim mitjançant elements la resistència dels quals al foc sigui EI 120 i la comunicació amb les esmentades zones es realitza a través de vestíbuls d'independència. - Té resolta l'evacuació, des de tots els seus punts, mitjançant sortides d'edifici directes a espai exterior segur. 102/102 SI 6 Oficina Consultora Tècnica - COAC octubre 2006

7 3. Condicions de resistència al foc dels elements estructurals principals Es considera que la resistència al foc, R, d un element estructural principal d un edifici (inclosos forjats, bigues i suports) és suficient si: a) Assoleix la classe indicada en les taules 3.1 i 3.2 que representa el temps en minuts de resistència enfront de l acció representada per la corba normalitzada temps-temperatura, o b) Suporta aquesta acció durant el temps equivalent d exposició al foc definit a l apartat anterior Taula 3.1 Resistència al foc suficient dels elements estructurals principals de l edifici ÚS DEL SECTOR D INCENDI CONSIDERAT RESISTÈNCIA AL FOC Plantes soterrani h > 1,50 m Plantes sobre rasant Altura d evacuació de l edifici, h h < 15 m 15 h < 28 m h 28 m HABITATGE UNIFAMILIAR (1) R 30 R ADMINISTRATIU, DOCENT, RESIDENCIAL HABITATGE, RESIDENCIAL PÚBLIC, R 120 R 60 R 90 R 120 COMERCIAL, HOSPITALARI, PÚBLICA CONCURRÈNCIA APARCAMENT Edifici d ús exclusiu o situat sobre un altre ús R 120 R 180, si h edifici > 28 m R 90 R 120 R 180 R 90 Sota d un ús diferent R 120 ( R 180 si es robotitzat ) 1 En habitatges unifamiliars agrupats o adossats, els elements que formin part de l estructura comuna tindran la resistència al foc exigible a edificis d ús Residencial Habitatge. 2 La resistència al foc suficient d un terra és la que resulti quan es considera com a sostre del sector d incendi situat sota aquest terra. Taula 3.2 Resistència al foc suficient dels elements estructurals dels locals de risc d incendi LOCAL O ZONA DE RISC ESPECIAL RESISTÈNCIA AL FOC BAIX R 90 MIG R 120 ALT R La resistència al foc suficient d un terra és la que resulti quan es considera com a sostre del sector d incendi situat sota aquest terra. - El temps de resistència al foc no serà inferior al de l estructura portant de la planta de l edifici excepte quan la zona es trobi sota una coberta no prevista per a evacuació i la fallada de la qual no suposi risc per a l estabilitat d altres plantes ni per a la compartimentació contra incendis, en aquest cas pot ser R 30. Comentaris i ajudes c.a. Locals de risc: Alguns locals o zones de l edifici presenten un risc especial d incendi degut a l activitat que es desenvolupa, la càrrega de foc acumulada o el risc de les instal lacions. Són, per exemple, magatzems, arxius, tallers, locals d instal lacions o d emmagatzematge de combustible Tenint en compte la seva perillositat es classifiquen segons els graus de risc alt, mig i baix en la Taula 2.1 de la Secció SI 1. Els elements estructurals principals d un local o zona de risc especial han de complir el temps de resistència al foc que s indica en la Taula 3.2 en funció del seu risc d incendi. octubre 2006 Oficina Consultora Tècnica- COAC SI 6 103/103

8 - Elements estructurals principals de cobertes lleugeres (càrrega permanent 1 kn/m 2 ) La resistència al foc de cobertes lleugeres, així com dels elements que només sustentin a les mateixes, podran tenir una resistència al foc R 30 si es compleixen simultàniament les següents condicions: No està prevista per a ésser utilitzada en l evacuació dels ocupants Té una altura respecte de la rasant exterior 28 m La seva fallada no pot ocasionar danys greus als edificis o establiments propers, ni comprometre l estabilitat d altres plantes inferiors o la compartimentació dels sectors d incendi - Elements estructurals principals continguts en escales i passadissos protegits La seva resistència al foc serà: Escales protegides o passadissos protegits: R-30 Escales especialment protegides: no s exigeix cap resistència al foc dels elements estructurals 4. Condicions de resistència al foc dels elements estructurals secundaris - Elements estructurals secundaris com sobre llindes, entreplantes d un local, etc. a) La seva resistència al foc serà la mateixa que la dels elements principals si el seu col lapse pot ocasionar danys personals o comprometre l estabilitat global, l evacuació o la compartimentació en sectors d incendi de l edifici. b) No cal complir cap exigència de resistència al foc en d altres casos. - Estructures que suporten elements tèxtils de coberta integrats en edificis a) No han de complir cap exigència de resistència al foc si l element tèxtil és classe M2 segons norma UNE 23727:1990 i el certificat d assaig acrediti la perforació de l element. b) En cas contrari, han de ser R /104 SI 6 Oficina Consultora Tècnica - COAC octubre 2006

9 Comentaris i ajudes c.a. A continuació s explica la Corba normalitzada temps-temperatura que modelitza un tipus d incendi que en el DB SI s aplica tant per als models simplificats de càlcul de resistència al foc de l estructura com per a la realització d assaigs de comprovació de la resistència dels elements estructurals. n els models simplificats. Representa un tipus de foc molt intens en el que de seguida s assoleixen temperatures molt elevades que afecten als materials i que, caldrà tenir en compte ja que, en molts casos, implica que s han de sobredimensionar o protegir amb capes protectors. - CORBA NORMALITZADA TEMPS-TEMPERATURA segons norma UNE EN 1363: 2000 (Annex SI A Terminologia) Representa un model d incendi totalment desenvolupat en un sector d incendi definit per la següent expressió: Θ g = log 10 (8 t +1) [ºC] sent,: Θ g temperatura del gas en el sector [ºC] t temps des de l inici de l incendi [min] La corba normalitzada temps-temperatura determina, aproximadament, les següents temperatures al llarg del temps de durada prevista de l incendi: Temps t, en minuts Temperatura del sector Θ g en ºC c.a Temperatura ºC Minutos Curva normalizada Archivos de papel Edificio de oficinas Viviendas unifamiliares Comparativa de la corba normalitzada d incendi amb d altres corbes representatives d altres models d incendi TEMPS EQUIVALENT D'EXPOSICIÓ AL FOC (Annex SI A Terminologia) És el temps d'exposició a la corba normalitzada temps-temperatura que se suposa que té un efecte tèrmic igual al d'un incendi real en el sector d'incendi considerat (UNE EN :2004). El temps equivalent s obté tenint en compte les característiques geomètriques i tèrmiques del sector i el valor de càlcul de la càrrega de foc. Es determina mitjançant un procediment simplificat establert a l Annex SI B. c.a. Es un procediment simplificat que es pot utilitzar com alternativa a la durada de l incendi que han de suportar tant els elements estructurals com compartimentadors. Per tant determina un temps equivalent, teq, per al que s adoptarà la temperatura corresponent de la corba normalitzada. DENSITAT DE CÀRREGA DE FOC (Annex SI Terminologia) Càrrega de foc per unitat de superfície construïda qf, o per unitat de superfície de tota l'envolvent, incloses les seves obertures, qt. (UNE EN :2004) DENSITAT DE CÀRREGA DE FOC DE CÀLCUL (Annex SI Terminologia) Densitat de càrrega de foc considerada per determinar les accions tèrmiques en el càlcul en situació d'incendi. El seu valor té en compte les incerteses. (UNE EN :2004) octubre 2006 Oficina Consultora Tècnica- COAC SI 6 105/105

10 5. Determinació de la resistència al foc 5.1 Consideracions de les accions en cas d incendi a) Accions (DB-SE-AE). - S han de considerar les mateixes accions permanents i variables que en situació normal si és probable que actuïn en cas d incendi - Per trobar el valor de càlcul de les accions pel cas de situació extraordinària-incendi es prendran els coeficients parcials de seguretat, γ (majoració de càrregues) com: γ = 1, si el seu efecte és desfavorable γ = 0, si el seu efecte és favorable - En situació d incendi es calcularà la combinació o combinacions d accions més desfavorable amb els coeficients de simultaneïtat ψ 1 de la taula 4.2 (redueixen les càrregues d ús, neu, vent, temperatura i accions del terreny) Taula 4.1 Coeficients parcials de seguretat (γ) per les accions (DB-SE) Tipus de verificació Tipus de acció Situació persistent o transitòria desfavorable favorable Resistència Permanent Pes propi, pes del terreny 1,35 0,80 Empenta del terreny 1,35 0,70 Pressió de l aigua 1,20 0,90 Variable 1,50 0 En situació extraordinària, tots els coeficients de seguretat (γ G, γ P, γ Q ) són iguals a zero si el seu efecte és favorable, o la unitat si és desfavorable. (DB SE, art 4.2.2) Taula 4.2 Coeficients de simultaneïtat en cas d incendi (ψ) (DB-SE) Sobrecàrrega superficial d ús (Categories segons DB-SE-AE) Zones residencials (Categoria A) 0,5 Zones administratives(categoria B) 0,5 Zones destinades al públic (Categoria C) 0,7 Zones comercials (Categoria D) 0,7 ψ 1 Zones de tràfic i d aparcament de vehicles lleugers de pes total inferior a 30 kn (Categoria F) 0,7 Cobertes transitables (Categoria G) (1) Cobertes accessibles únicament per manteniment (Categoria H) 0 Neu per altituds > 1000 m 0,5 per altituds 1000 m 0,2 Vent 0,5 Temperatura 0,5 Accions variables del terreny 0,7 (1) En les cobertes transitables, se adoptaran els valors corresponents a l ús des d on s accedeix. 106/106 SI 6 Oficina Consultora Tècnica - COAC octubre 2006

11 b) Coeficients parcials de resistència dels materials Els coeficients de minoració de resistència dels materials de l estructura en el cas d incendis són γ M,fi = 1; és a dir, no s apliquen coeficients de minoració i per tant la resistència de càlcul del material en cas de foc es pren igual a la resistència característica. Si l annex corresponent al material específic (C a F) no indica el contrari, els valors dels coeficients parcials de resistència del material en situació d incendi seran γ M,fi = 1 (DB SE, art. 6.4) c) Simplificacions de càlcul - Si s utilitzen els mètodes indicats en els annexes C, D, E i F pel càlcul de la resistència al foc es pot prendre com efecte de les accions de l incendi únicament el derivat de l augment de la temperatura en la resistència de l element estructural i obviar accions indirectes (deformacions, etc.). En aquest sentit, caldrà dissenyar els detalls constructius apropiats, per evitar els efectes no tinguts en compte. - En l anàlisi de l element es pot considerar que les coaccions en els recolzaments no varien durant el temps d exposició al foc respecte a les que tenia a temperatura normal. - Es pot estimar l efecte de les accions en cas d incendi en funció de l efecte de les accions en situació normal de la següent manera: E fi,d = η fi E d sent, E d, efecte de les accions de cálcul en situació permanent (temperatura normal); E fi,d efecte de les accions de cálcul en situació d incendi η fi, factor de reducció - En la utilització d algunes taules dels annexos C i D (formigó i acer) es considera el coeficient de sobredimensionat μ fi que simplificadament es pot calcular com: GK + ψ1,1 Qk,1 η fi = μ fi = γ GGk + γ Q,1 QK,1 essent, G k : valor característic d una acció permanent (pesos propis dels elements estructurals, tancaments, envans, paviments, accions del terreny, equips fixes,..). ψ 1 : coeficient per valors freqüents d una acció variable (veure Taula 4.2) Q k,1 : valor característic de l acció variable preponderant (sobrecàrrega d ús, vent, acció tèrmica, neu,..). (Veure DB-AE accions a l edificació) γ G : coeficient parcial per una acció permanent (veure Taula, 4.1.) γ Q,1 : coeficient per valors freqüents d una acció variable 5.2 Justificació de la resistència al foc La resistència al foc d un element es pot determinar a partir d alguna de les següents opcions: a) Obtenint la seva resistència a través de les taules o pels mètodes simplificats donats en els Annexes C, D, E i F. b) Mitjançant la realització d assaigs que estableix el RD 312/2005 de 18 de març i en les normes UNE, EN de l Annex G. c) D altres procediments que permetin modelitzar el comportament de l estructura respecte del foc previsible. Aquests mètodes no són objecte d aquest Manual. octubre 2006 Oficina Consultora Tècnica- COAC SI 6 107/107