Mitos y Realidades de La Protección Contra El Fuego en Estructura Metálica

Barranquilla, Julio 4 de 2013

AGENDA 1. Definición de Protección Contra Fuego

2. Objetivos de la protección contra Fuego 3. Sistemas de protección contra Fuego 4. Protección Contra Fuego en Estructuras Metálicas 5. Definición de Protección Pasiva Contra Fuego 6. Métodos de Protección Pasiva Contra Fuego

7. Requerimientos de Ley 8. Concepto de Masividad 9. Cálculo de espesores (Tipo/T de diseño/Masividad)

10. Costos de la protección pasiva contra Fuego 11. Conclusiones

PROTECCIÓN CONTRA FUEGO Un producto de protección contra fuego es:  “Un producto cualquiera que, en caso de un incendio, actúe de manera activa o pasiva para reducir la tasa de aumento de temperatura sobre los elementos constructivos” - Los elementos constructivos son cualquier parte de una construcción necesarios para mantener la integridad estructural incluyendo vigas, columnas, pisos techos y paredes.

OBJETIVOS DE LA PROTECCIÓN CONTRA FUEGO • Reducir en todo lo posible el riesgo de incendio en edificaciones. • Evitar la propagación del fuego tanto dentro de las edificaciones como hacia estructuras aledañas • Facilitar las tareas de evacuación de los ocupantes de las edificaciones • Minimizar el riesgo de colapso de la estructura durante las labores de evacuación y extinción

SISTEMA S DE PROTECCIÓN CONTRA FUEGO ACTIVOS Emplean dispositivos automáticos o de acción humana para iniciar medidas para combatir el fuego, alertar a los ocupantes o atacar y suprimir el fuego.

• Sistemas de rociadores automáticos. • Alarmas y sistemas de detección de humo y fuego.

• Sistemas de suministro de agua, gabinetes para mangueras y extintores.

SISTEMA S DE PROTECCIÓN CONTRA FUEGO PASIVOS • Operan sin necesidad de acción externa • Limitación de la combustibilidad de productos al interior de las edificaciones (muebles, equipos, etc) • Diseño por áreas independientes, cada una con barreras contra humo y fuego y puertas, ventanas y sellos contra fuego • Sistemas de recubrimientos con materiales de protección contra fuego que prevengan o retarden el incremento de la temperatura en los elementos estructurales

PROTECCIÓN CONTRA FUEGO EN ESTRUCTURAS METÁLICAS El acero es un material susceptible a los cambios de temperatura ocasionados por un incendio debido a su alta conductividad térmica (aprox. 50 W/mK) El acero pierde resistencia a medida que la temperatura aumenta, llegando aproximadamente a 40% a 1000°F (538 °C)

PROTECCIÓN CONTRA FUEGO EN ESTRUCTURAS METÁLICAS PÉRDIDA DE RESISTENCIA ESTRUCTURAL

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PROTECCIÓN CONTRA FUEGO EN ESTRUCTURAS METÁLICAS

MITO O REALIDAD? “Todas

las estructuras metálicas deben llevar protección contra fuego”.

MITO O REALIDAD? “Todas

las estructuras metálicas deben llevar protección contra fuego”

.\..\..\INFORMACION TECNICA\MODIFICACION NSR 10.pdf

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DEFINICIÓN DE PROTECCION PASIVA CONTRA FUEGO

Protección Pasiva contra el Fuego • La protección pasiva contra fuego consiste en colocar una barrera entre el fuego y la estructura expuesta con el fin de retrasar el calentamiento del mismo • Se busca retrasar el tiempo en el cual el acero alcanza una temperatura de diseño determinada (entre 500°C y 650°C)

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MÉTODOS DE PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO

Existen básicamente dos métodos de protección pasiva contra fuego: 1. Membranas y placas 2. Materiales proyectados • Fibra mineral • Mortero Cementicio • Pintura Intumescente

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MÉTODOS DE PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO

El método más usado en Colombia es el uso de materiales proyectados, principalmente morteros cementicios y pinturas intumescentes.

MORTERO CEMENTICO PINTURA INTUMESCENTE

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PINTURAS INTUMESCENTES

Los recubrimientos intumescentes son materiales reactivos para la protección contra el fuego usados en estructuras metálicas de centros comerciales, aeropuertos, estadios, centros educativos, centros manufactureros, etc. Funcionan por reacción al calor creando una película carbonizada que se expande para proteger y aislar el acero expuesto extendiendo el tiempo en que se alcanza la temperatura de falla establecida. ..\..\MEXICO\INTUMESCENCIA.mpg

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PINTURAS INTUMESCENTES Las pinturas intumescentes son usadas normalmente en estructuras que por diseño arquitectónico se encuentran a la vista debido a sus propiedades altamente estéticas.

MITO O REALIDAD?

“Las

pinturas intumescentes sirven para todo tipo de fuego”.

no

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CURVA DE FUEGO NORMALIZADO

MITO O REALIDAD?

“Las

pinturas intumescentes sirven para todo tipo de fuego”.

no

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MORTEROS CEMENTICIOS

Los morteros ignífugos son morteros compuestos de áridos ligeros, ligantes inorgánicos y una serie de aditivos que aportan una resistencia al fuego de hasta 240 minutos.

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MORTEROS CEMENTICIOS Los morteros cementicios se usan en estructuras que no se encuentran a la vista debido a que no aportan calidad estética.

REQUERIMIENTOS DE LEY LEY 400 DE 1997 Por la cual se adoptan normas sobre construcciones sismo resistentes El título IX trata sobre las responsabilidades y sanciones para

profesionales

y

funcionarios,

constructores

propietarios y finalmente para las alcaldías. ..\..\..\NORMAS\LEY 400 DE 1997.pdf

y

REQUERIMIENTOS DE LEY NORMA SISMO RESISTENTE NSR 10 Creada bajo la ley 400 de 1997, establece los requisitos de protección contra incendio en edificaciones (Título J). Título J, Capítulo 3: Requisitos de resistencia contra incendio en edificaciones Capítulo 4: Detección y Extinción de Incendios ..\..\..\NORMAS\NORMA SISMO RESISTENTE NSR 10.pdf

..\..\..\NORMAS\TITULO J NORMA NSR 10.pdf

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CONCEPTO DE MASIVIDAD

La masividad es la relación entre el perímetro expuesto al fuego y el área de la sección transversal para una estructura determinada. Determina la velocidad a la que se incrementa la temperatura en una sección de acero

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CONCEPTO DE MASIVIDAD

CALCULO DEL FACTOR DE MASIVIDAD (HP/A) 260

250mm

7,5 mm

12,5 mm

Hp=4(260)-2(7,5)+2(250)-Hp=1.525 mm A=2(260)(12,5)+(7,5)(250-2*12,5)-A=8.187,5 mm² Hp/A=1.492,8 mm/6.539,04 mm²-Hp/A=0,186 mm-1-Hp/A=186 m -1

MITO O REALIDAD? “Una

estructura más pesada requiere menor protección contra fuego y por lo tanto puede ser más económica”

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COSTOS DE LA PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO COSTOS POR KILO DE PROTECCIÓN CON PINTURAS INTUMESCENTES POR DOS HORAS ELEMENTO

DESCRIPCIÓN

MASA MASIVIDAD ESPESOR -1 SUPERFICIAL (m ) (micras) 2 (Kg/m ) CARACTERISTICAS HEMPACORE ONE

COLUMNA

IPE 200

29.17

269

2598

$6.725

COLUMNA

IPE 500

52.01

150

1782

$2.587

DIFERENCIA PORCENTUAL

COSTO /KILO ($/Kg

61,5%

MITO O REALIDAD?

“Una estructura más pesada requiere menor protección contra fuego y por lo tanto puede ser más económica”

MITO O REALIDAD? “Recubrir

o rellenar los elementos metálicos con concreto es un método efectivo de protección contra fuego”

REQUERIMIENTOS DE LEY NORMA SISMO RESISTENTE NSR 10 Creada bajo la ley 400 de 1997, establece los requisitos de protección contra incendio en edificaciones (Título J). ..\..\..\NORMAS\TITULO J NORMA NSR 10.pdf

MITO O REALIDAD?

“Recubrir o rellenar los elementos metálicos con concreto es un método efectivo de protección contra fuego”

”

MITO O REALIDAD? “Los

nuevos requisitos de protección contra fuego no son compatibles con el uso de celosía liviana en cubiertas ”

REQUERIMIENTOS DE LEY NORMA SISMO RESISTENTE NSR 10 Creada bajo la ley 400 de 1997, establece los requisitos de protección contra incendio en edificaciones (Título J). ..\..\..\NORMAS\TITULO J NORMA NSR 10.pdf

MITO O REALIDAD? “Los

nuevos requisitos de protección contra fuego no son compatibles con el uso de celosía liviana en cubiertas ”.

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CALCULO DE ESPESORES DE PELICULA SECA Para determinar el espesor de película seca apropiado para cada proyecto se debe determinar: • Tipo de estructura (Vigas, Columnas, SRH, etc) • Periodo de protección (30,60, 90, 120 minutos) CARACTERISTICAS HEMPACORE ONE

• Temperatura de diseño

• Número de caras expuestas al fuego • Calcular la masividad de cada elemento estructural (tablas o expresiones matemáticas) ..\..\..\INFORMACION TECNICA\MASIVIDADES VIGAS Y COLUMNAS.pdf

• Tomar el espesor del certificado correspondiente

MITO O REALIDAD? “La

protección contra fuego exigida en la norma NSR 10 incrementó considerablemente los costos de la estructuras metálica en Colombia”.

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COSTOS DE LA PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO El costo de la protección pasiva contra fuego es un item importante em cualquier proyecto que involucre estructuras metálicas; por tal razón se hace imprescindible optimizar los diseños contra fuego de tal manera que se cumpla con la normatividad con el menor costo posible. CARACTERISTICAS HEMPACORE ONE

Se analiza a continuación el proyecto Banco de la República de San Andrés aplicando pinturas intumescentes .

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COSTOS DE LA PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO VIGAS ESTRUCTURALES CON DOS HORAS DE PROTECCIÓN ESPESOR 1 (micras)

ESPESOR 2 (micras)

$/m2 1

$/m2 2

ELEMENTO

MASIVIDAD (m-1)

AREA TOTAL (m2)

IPE 300

188

IPE 400

153

2144

2971

$161.894

$242.531

670

HEA 400

101

1596

2971

$120.514

$242.531

521

HEA 700

84

1408

2971

$106.318

$242.531

122

2493 3529 $188.247 CARACTERISTICAS HEMPACORE ONE$288.082

LOS ESPESORES SE TOMARON TENIENDO EN CUENTA UNA TEMPERATURA CRÍTICA DE 600 °C

1.270

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COSTOS DE LA PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO COLUMNAS ESTRUCTURALES CON DOS HORAS DE PROTECCIÓN ESPESOR 1 (micras)

ESPESOR 2 (micras)

$/m2 1

$/m2 2

ELEMENTO

MASIVIDAD (m-1)

AREA TOTAL (m2)

HEA 300

153

HEA 450

113

2097

2600

$158.345

$212.245

243

250X100X7

149

2595

3030

$195.949

$247.347

54

150X150X6

174

2908

3300

$219.584

$269.388

95

2712 3200 $204.784 CARACTERISTICAS HEMPACORE ONE$261.224

LOS ESPESORES SE TOMARON TENIENDO EN CUENTA UNA TEMPERATURA CRÍTICA DE 550 °C

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COSTOS DE LA PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO COSTOS TOTALES DE PROTECCIÓN CON PINTURAS INTUMESCENTES OPCIÓN

AREA VIGAS (m2)

AREA COSTO COLUMNAS VIGAS ($) 2 (m ) CARACTERISTICAS

COSTO COLUMNAS ($) HEMPACORE

COSTO TOTAL ($)

COSTO/m2

ONE

1

2.583

489

$423.301.260

$89.783.609

$513.084.869

$167.020

2

2.583

489

$684.307.343

$115.862.861

$800.170.204

$260.472

DIFERENCIA PORCENTUAL

36%

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COSTOS DE LA PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO Con el fin de analizar la reducción de costos con una alternativa diferente, se muestran los costos comparativos al proteger las vigas com mortero cementicio tomando como precio de mercado para suministro y aplicación de mortero cementicio para protección de dos horas $85.000/m2

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COSTOS DE LA PROTECCIÓN PASIVA CONTRA FUEGO COSTOS TOTALES DE PROTECCIÓN CON MORTERO CEMENTICIO Y PINTURAS INTUMESCENTES OPCIÓN

AREA VIGAS (m2)

AREA COSTO COSTO COLUMNAS VIGAS ($) COLUMNAS 2 (m ) ($) CARACTERISTICAS HEMPACORE

COSTO TOTAL ($)

COSTO/m2

ONE

PINTURA

2.583

489

$423.301.260

$89.783.609

$513.084.869

$167.020

MORTERO

2.583

489

$219.555.000

$89.783.609

$309.338.609

$100.696

DIFERENCIA PORCENTUAL

40%

MITO O REALIDAD? “La

protección contra fuego exigida en la norma NSR 10 incrementó considerablemente los costos de la estructuras metálica en Colombia”.

MITO O REALIDAD?

“El

diseño estructural no tiene nada que ver con el sistema de protección contra fuego”.

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CONCLUSIONES

• De acuerdo con la normatividad vigente en Colombia, es de obligatorio cumplimiento la protección contra fuego de estructuras metálicas. CARACTERISTICAS HEMPACORE ONE • Un diseño adecuado de protección contra fuego permitirá obtener una relación costo-beneficio que será la más adecuada para el proyecto

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PREGUNTAS?

CARACTERISTICAS HEMPACORE ONE

PROTECCION PASIVA CONTRA EL FUEGO PROTECION PASIVA CONTRA FUEGO Juan Carlos Salazar

Barranquilla, Julio 4 de 2013