titulo
Utilizamos cookies de terceros para mejorar tu experiencia y nuestros servicios. Si continúas navegando consideramos que aceptas su uso. Puedes obtener más información sobre cookies aqui
Cerrar

Protección al fuego de las estructuras de madera

22 de Octubre de 2019 | Autor: Ana Fernández-Cuartero Paramio (@) Leído: 491 veces

Antes de descargarlo... ¡Compártelo!

| Descargar artículo | Descargas realizadas: 18

 

Indicaciones de la Norma y acciones para proteger a incendio las estructuras de madera

 

En este artículo exponemos cuáles son las exigencias que marca la norma en cuanto a protección al fuego de las estructuras de madera, cómo cumplirlas calculando con ayuda de la aplicación e-struc.

 

 

¿Cuáles son las condiciones para proteger a incendio una estructura?

 

Según el CTE DB-SI, Seguridad en caso de incendio, se considera que un elemento tiene suficiente resistencia al fuego ( R ) si, durante la duración del incendio, el valor de cálculo del efecto de las acciones, en todo instante t, no supera el valor de la resistencia de dicho elemento. La resistencia al fuego se mide en minutos, por lo que, por ejemplo, R30 significa que el elemento tiene una resistencia al fuego de 30 minutos.

 

Hay dos aspectos principales que van a condicionar el tiempo de resistencia al fuego R:

 

1.            La posición del elemento en la estructura, diferenciando estructuras principales y secundarias. Las estructuras principales son forjados vigas y soportes.

Como casos aparte están las estructuras de cubiertas ligeras y para carpas.

2.            El uso asignado a la superficie en que se halla la estructura.

 

Según estos dos parámetros, la exigencia de la norma varía. Esto significa que no hay una protección obligatoria del elemento estructural en sí mismo, sino en relación con las dos condiciones anteriores.

 

En el cuadro siguiente se resumen las resistencias obligatorias para elementos estructurales principales con respecto a los usos principales en edificación:

 

 

Por otro lado, las estructuras suelen llevar revestimientos o protecciones ignífugas. Éstas les proporcionan una determinada resistencia al fuego, por lo que en sí mismas no necesitan resistirlo. Al estar protegidas no están directamente expuestas al incendio en caso de producirse.

 

En el caso de las estructuras de madera, si hay revestimientos de yeso por la cara inferior, o entrevigados, éstos proporcionan una protección al fuego que debe considerarse a la hora de calcular la resistencia al fuego de la estructura de madera.

 

Como ejemplo, en el Anejo F del CTE DB SI hay indicaciones de resistencia al fuego de diferentes elementos de fábrica. Si la estructura está revestida no es necesario que por sí misma garantice la resistencia al fuego. La tabla F.1. Recoge la resistencia al fuego de muros y tabiques de fábrica de ladrillo cerámico o sílico-calcáreo.

 

 

¿Qué ocurre cuando la estructura está expuesta al fuego?

 

En primer lugar, siguiendo con lo anterior, hay que considerar cómo está expuesta al fuego. Para proteger a incendio las estructuras de madera ha de considerarse cuáles son las caras expuestas.

 

Además de las protecciones añadidas, la madera estructural puede alcanzar la resistencia requerida sobredimensionando la sección.

 

En el CTE Anejo SI-E, se establece un método simplificado de cálculo para determinar la resistencia al fuego de los elementos estructurales de madera. En este método se considera el efecto de carbonización de la madera. Este efecto consiste en que el fuego “se come” parte de la sección de madera en contacto con el incendio. Por lo tanto, sobredimensionándola se puede lograr que la sección no carbonizada sea suficiente hasta la extinción del incendio o la evacuación del edificio.

 

 

Como regla general, para aumentar la capacidad de las secciones ante el incendio, en cada cara de la pieza estructural expuesta al fuego, se debe incrementar la sección en 0,7 mm por cada minuto al fuego solicitado. Por ejemplo, si se requieren 30 minutos 30x0,7=21 mm de sección adicional. Esta regla nos va a servir para estimar grosso modo la protección contra incendio de las estructuras de madera. En la tabla siguiente se pueden ver las diferentes velocidades de carbonización según los tipos de madera:

 

 

No hay que olvidar que es necesario considerar únicamente las caras expuestas al fuego para esta protección. Entrevigados, cubierta o forjado sobre la pieza estructural reduce la necesidad de aumentar la sección en algunas direcciones de la sección, si la protección adicional asume toda la resistencia por sí misma. En este caso solo es necesario añadir canto o ancho en las caras expuestas directamente al fuego.

 

Calcular la protección contra incendio. La sección eficaz

 

Aunque la regla anterior puede servirnos para darnos una idea de la dimensión adicional, podemos calcularlo de forma exacta, con el método que propone el CTE.

 

Paso 1. Cálculo convencional

 

Realizaremos el cálculo de la estructura de forma convencional y dimensionaremos la pieza para que resista las tensiones y se deforme por debajo de los límites, tanto inicialmente como a tiempo infinito.

 

Supongamos una sección calculada cuyas dimensiones son de 320x360 mm y por ser estructura principal y por el uso según la tabla anterior, necesita una resistencia al fuego de 60 minutos y tiene tres caras expuestas.

 

Paso 2. Cálculo de la sección eficaz

 

A continuación calcularemos la sección eficaz, que es la que resulta de restar la parte carbonizada de las caras expuestas, como puede verse en la imagen:

 

 

La parte carbonizada la calcularemos con la siguiente ecuación.

 

 

Los valores de esta ecuación son:

 

Velocidad de carbonización. Por tipo de madera, de la tabla E1 del CTE-DB-SI-Anejo E. Si suponemos una madera laminada serían 0,70 mm/min

Tiempo t de resistencia por usos. Del la tabla 3.1. del CTE-DB-SI-6. En nuestro caso son 60 minutos.

K0, del CTE-DB-SI-Anejo E, punto e.2.1.a). Para nuestro caso, al ser mayor de 20 minutos es igual a 1.

d0, de valor 7mm

 

 

En nuestro ejemplo, con una profundidad carbonizada en tres caras, los dos laterales y la parte inferior, sería 0,70*60+1*7= 49 mm.

 

La sección eficaz que resulta tendrá un ancho de 320-49*2=222 mm y un canto de 360-49=311 mm, es decir, la sección eficaz será de 222x311 mm.

 

Paso 3. Cálculo de la resistencia de la sección eficaz.

 

Para ello hay que tener en cuenta que para proteger a fuego las estructuras de madera han de considerarse las cargas en servicio, es decir, sin mayorar.

 

Por lo tanto, calcularemos de forma convencional la pieza estructural, pero con la salvedad de no mayorar las cargas que afecten a la estructura.

 

En el ejemplo anterior, la sección de 222x311 ha de ser válida, en este segundo cálculo.

 

Calcular con e-struc la protección al fuego de una estructura de madera

 

Si lo deseamos calcular pormenorizadamente, para ajustar la sección, puede hacerse paso a paso con e-struc, conforme a lo establecido en el CTE.

 

Como la protección al fuego se calcula con las cargas sin mayorar, es necesario hacer dos cálculos independientes, del siguiente modo:

Paso 1. Cálculo normal de la pieza con e-struc.

Paso 2. Calcular la sección eficaz con el CTE.

Paso 3. Calcular con e-struc pero sin ponderar las cargas y comparar dimensiones.

 

Se planteará de la siguiente manera:

 

PASO 1.

 

Hacer con e-struc el cálculo de manera habitual, con las cargas tal y como van a ser y obtener una solución que resista la carga y cumpla con la deformación máxima admitida.

 

 

PASO 2.

 

Consultar en el CTE las condiciones a fuego de nuestra estructura, tanto la resistencia que se prescribe, en función, como veíamos, de si es una pieza estructural principal, como del uso de la zona en la que se encuentra. Así sabemos cuál es la RF exigida y podemos calcular la sección eficaz.

 

Obtenemos la sección eficaz, a partir de la sección calculada con e-struc, restando la profundidad de carbonización. No olvidemos considerar las caras expuestas al fuego. Valdría el ejemplo del caso general, y restaríamos 49 cm para un RF 60, por cada cara expuesta al fuego.

 

 

PASO 3.

 

Hacer con e-struc el cálculo para el fuego: Éste se hace sin las cargas mayoradas, es decir, tomando las cargas y dividiéndolas por el coeficiente correspondiente:

    Cargas permanentes/1,35

        Cargas de uso/1,50 y por el coeficiente que marca el CTE en la parte general para la simultaneidad y2.

 

Calcularlo en e-struc con estas nuevas cargas. Se obtendrá como resultado unas escuadrías diferentes, menores que en el primer cálculo, teniendo en cuenta que ante incendio no ha de cumplirse ningún límite de deformación.

 

Como e-struc emplea en la entrada de datos materiales y uso, o valores, no introduciremos materiales sino cargas calculadas en la opción “ver valor” de la aplicación.

 

Para verlo a través de un ejemplo, tomaremos un forjado de madera en una vivienda:

 

Para un forjado de madera con un peso propio de 2,50 kN/m2 introduciremos un peso propio de 2,50/1.35= 1.85 kN/m2.

 

Si el acabado es pesa 0.60 kN/m2, el valor será 0,60/1,35= 0,44.

 

La tabiquería, que se considera 1,00 kn/m2, será 1,00/1,35= 0,74 kN/m2

 

Y como el uso es vivienda, la sobrecarga de uso asignada es 2,00 kN/m2 (CTE), así que la carga sería 2,00/1,50*0'60=0,80 kN/m2, ya que 1,50 es el coeficiente de seguridad y 0,60 el de simultaneidad.

 

Con los datos anteriores, la pantalla de comprobación del cálculo sería:

 

 

Una vez calculado se verificará que la sección obtenida es igual o mayor que la sección eficaz calculada en el paso 2.

 

En resumen: Se ha de cumplir que la sección obtenida en el segundo cálculo es, al menos, el resultado del primer cálculo restando el espesor adicional de la sección según el CTE para cada pieza. Si no, se ha de aumentar la sección hasta que cumpla en la dirección que falte.

 

Así, garantizamos que la sección cumple a resistencia y deformación -primer cálculo- y también a fuego -segundo cálculo-.

 

 

Ana Fernández- Cuartero Paramio, arquitecta por la UPM, coautora de la aplicación e-STRUC para cálculo de estructuras - https://e-struc.com

 

 

 

 

 

| Descargar artículo | Descargas realizadas: 18

Si te ha gustado, compártelo:

Compartir en Facebook
Compartir en Google+
Cargando comentarios...
¿Quieres escribir en Prontubeam? Mándanos tu nombre, mail y tema. Contactaremos enseguida contigo
Nombre:
Dirección de correo:
Tema del artículo:
Suscribete: Prontubeam en tu mail
Nombre:
Email:
Acepto la política de privacidad
Sobre el autor
foto_quienes_somos
Ana Fernández-Cuartero Paramio . arquitecta por la UPM, coautora de la aplicación e-STRUC para cálculo de estructuras.https://e-struc.com
Vota el artículo
votar
Puntuación de artículo: 0/5 (basado en 0 votos)
Prontubeam - Comprobar, calcular, revisar...la Ingeniería Civil comienza aquí.
Esta web ha sido creada por Carlos Corral. Información sobre cookies aqui
El autor de esta página web no se hace responsable de cualquier posible error en la formulación. El usuario deberá comprobar los resultados.