Comportamiento frente al fuego de sistemas de forjado colaborante de acero Nuevas pruebas experimentales

Transcripción

1 Comportamiento frente al fuego de sistemas de forjado colaborante de acero Olivier VASSART - Bin ZHAO

2 Contenido de la presentación de los nuevos ensayos de fuego Ensayos a gran escala dentro de los proyectos de FRACOF COSSFIRE experimentales Temperatura Desplazamiento Observación y análisis de cálculo simplificado 2

3 Por qué más ensayos de incendio? de cálculo simplificado Antecedentes Ensayos de fuego de Cardington Excelente comportamiento frente al fuego en condiciones de fuego natural Max θ del acero 1150 C, duración del fuego 60 min (> 800 C) Detalles de construcción en el Reino Unido Confirmar un comportamiento similar con una duración de fuego superior (al menos 90 minutos de fuego ISO) Investigar el impacto de diferentes detalles de construcción, como la malla de acero de armadura y la protección contra el fuego de las vigas de los extremos Validar diferentes herramientas de ingeniería de seguridad 3

4 Diseño de muestras de prueba Ensayo FRACOF HEB260 IPE300 C O R N E R Red estructural de un edificio real IPE400 IPE300 IPE400 Armazones de acero aprobados para el ensayo de fuego FRACOF 4

5 Diseño de muestras de prueba Ensayo COSSFIRE IPE270 HEB200 E D G E IPE270 IPE270 P A R T Pin joint Red estructural de un edificio real Armazones de acero aprobados para el ensayo de fuego COSSFIRE 5

6 Diseño de muestras de prueba Sistemas finales de forjado colaborante FRACOF COSSFIRE 6

7 Diseño de elementos estructurales Armazón de acero Vigas colaborantes de acero y hormigón Según el Eurocódigo 4 parte 1-1 (EN ) Columnas cortas de acero Forjado colaborante Profundidad total Según el Eurocódigo 4 parte 1-2 (EN ) Malla de acero de armadura Basada en normas de cálculo simplificado Juntas de acero Juntas de uso habitual: doble ángulo y chapa de borde Según el Eurocódigo 3 parte 1.8 (EN ) 7

8 Diseño de elementos estructurales Disposición de los puntales con cabezal en las vigas de acero 300 mm COSSFIRE 100 mm FRACOF mm 207 mm 125 mm 125 mm Vigas secundarias Vigas principales Tipo de puntales de acero TRW Nelson KB 3/4" 125 (Φ = 19mm; h = 125 mm; f y = 350 N/mm²; f u = 450 N/mm²) 8

9 Juntas de acero Viga secundaria Uniones angulares de doble ángulo Viga a columna Viga principal Chapa de borde flexible Viga a viga Uniones angulares de doble ángulo Grado de los pernos de acero: 8,8 Diámetro del perno de acero: > 20 mm 9

10 Dimensiones de los elementos estructurales 58 mm Forjado colaborante 101 mm 107 mm 62 mm Cubierta de acero: COFRAPLUS60 0,75 mm Calidad del hormigón: C30/ mm FRACOF 135 mm COSSFIRE Malla de acero de armadura Luz de malla: 150x150 Diámetro: > 7 mm Grado de acero: S500 Distancia del eje desde la parte superior del forjado: 50 mm FRACOF 35 mm COSSFIRE 10

11 Condiciones de carga mecánica F R A C O F 15 sacos de arena de 1512 kg Carga uniforme equivalente: 390 kg/m² COSSFIRE 20 sacos de arena de 1098 kg Carga uniforme equivalente: 393 kg/m² 11

12 Preparación de fuego FRACOF

13 Comportamiento del forjado durante el fuego Antes Tras el ensayo Vigas secundarias desprotegidas Forjado colaborante 13

14 experimentales experimentales y Temperatura del fuego Calentamiento de vigas de acero desprotegidas Calentamiento de elementos de acero protegidos Calentamiento del forjado colaborante Flecha del forjado Observaciones del comportamiento de los sistemas de forjado colaborante Agrietamiento del hormigón y aplastamiento del hormigón Fallo de la malla de acero de armadura durante el ensayo Colapso de las vigas de extremo 14

15 experimentales Temperatura del fuego experimentales y Temperature ( C) ISO834 FRACOF COSSFIRE Time (min) 15

16 experimentales Calentamiento de vigas de acero sin proteger experimentales y Temperature ( C) Time (min) FRACOF COSSFIRE A A B B C C 16

17 experimentales experimentales y Temperature ( C) Calentamiento de vigas de acero protegidas 0 A B C FRACOF COSSFIRE Time (min) Temperature ( C) A B C Time (min) Observación Vigas a una temperatura muy superior en el ensayo COSSFIRE 550 C, una viga secundaria superó los 600 C 17

18 experimentales Calentamiento del forjado colaborante experimentales y Temperature ( C) DandE: reinforcing steel A' C Time (min) E D F Temperature ( C) A C E B D F DandE: reinforcing steel Time (min) FRACOF COSSFIRE 18

19 experimentales Transductores de desplazamiento para la flecha experimentales y D4 D3 800 mm D2 D mm D5 D mm D2 D3 D mm D mm D7 D4 FRACOF COSSFIRE 19

20 experimentales Flecha de los forjados experimentales y Vertical displacement (mm) D1 D2 D3 D Time (min) Vertical displacement (mm) Extrapolated results D1 D3 D2 D4 D5 D7 D8 D Time (min) FRACOF COSSFIRE 20

21 experimentales Agrietamiento del hormigón (FRACOF) experimentales y Grieta en hormigón Observación Excelente estabilidad global del forjado a pesar del fallo de la malla de acero de armadura 21

22 experimentales Trituración del hormigón (COSSFIRE) experimentales y Aplastamiento hormigón Observación La estabilidad global del forjado se mantiene adecuadamente a pesar del fallo de una viga de extremo 22

23 con normas de cálculo simplificado FRACOF COSSFIRE del ensayo Clasificación de fuego (min.) Ensayo Métodos de cálculo simplificado Ensayo Métodos de cálculo simplificado 123(*) (*) 96 de cálculo simplificado (*) Se paró el ensayo sin fallo global de resistencia del forjado Observación experimentales: Clasificación de fuego > 120 minutos 23

24 Nuevas evidencias experimentales de cálculo simplificado Conclusiones generales con respecto a los nuevos ensayos de fuego Excelentes resultados de los sistemas de forjado colaborante, manteniendo la acción de membrana durante largas exposiciones a fuego ISO (>120 minutos) Alto nivel de resistencia del sistema de forjado colaborante a pesar de ciertos fallos locales Hay que prestar una atención específica a los detalles de construcción con respecto a la malla de acero de armadura para garantizar unos buenos resultados de los criterios de integridad El método de cálculo simplificado resulta seguro en vista de los resultados No hay señales de fallo durante la fase de enfriamiento de los sistemas de forjado colaborante 24