La protección pasiva contra incendios y la importancia de la temperatura límite para la estructura de acero

¿Qué es una temperatura límite o temperatura crítica de una estructura de acero?

La resistencia del acero a alta temperatura está bien comprendida y documentada. Se sabe que a una temperatura superior a 500 °C, el acero estructural pierde una cantidad significativa de su capacidad de carga.

Las estructuras de estructura de acero pueden diseñarse de modo que la tensión máxima en los miembros de acero se limite al 60% de su capacidad máxima individual a temperatura ambiente. Esta redundancia adicional del 40% proporciona resistencia al marco en situaciones anormales, como un incendio. Dependiendo del tamaño, la forma y la orientación, esta capacidad adicional puede equivaler a una temperatura de colapso calculada de 550 °C. Esto significa que por encima de 550 °C, el miembro de acero estructural no tiene suficiente resistencia para soportar la estructura que está manteniendo. Esta es la temperatura límite o crítica.

• Si el acero se utiliza más del 60%, la temperatura límite se reduce.
• Si el acero se utiliza menos del 60%, la temperatura límite aumenta.

Para saber más, observe por favor esta infografía de abajo.

¿Cómo reacciona el recubrimiento intumescente al fuego?

En el ejemplo anterior, si 550 °C es la temperatura límite antes de que la estructura colapse, el siguiente gráfico muestra los perfiles de temperatura típicos:

• Curva de calentamiento BS EN 1363-1,

• Una sección de acero protegida por un revestimiento intumescente, en color verde

• Una sección de acero sin protección, en rojo.

El recubrimiento intumescente no comienza a proteger significativamente hasta ~ 250-270 ° C, que suele ser unos 10 minutos después de que comience el incendio. Aquí es donde podemos ver por primera vez una reacción. Eso está relacionado con la reacción química del recubrimiento intumescente, que se convierte de una película de pintura en una masa compacta y aislante.

Una vez que esta masa intumescente se activa, comienza a aislar a un ritmo más bajo, lo que ralentiza la acumulación de calor en el núcleo de acero. La curva generalmente presenta la misma forma independientemente del grosor de la masa intumescente, pero cuanto más grueso es el recubrimiento, más alargada es la curva verde. Esto equivale a más tiempo para alcanzar la temperatura límite. El tiempo adicional necesario dividido por la diferencia con la temperatura crítica del núcleo es un factor en el espesor de protección que requiere.  

Por ejemplo:

• Para una protección de 60 minutos con una temperatura límite de 350 °C:
• Para agregar 50 minutos para proteger 80 °C adicionales de temperatura (basado en una reacción completada de 270 °C) = 50/80 = 0,625.

Otro ejemplo:

• Para una protección de 60 minutos con una temperatura límite de 750 °C:
• 50 minutos adicionales para proteger 480 °C adicionales = 50/480 = 0,104.

¿Por qué el espesor necesario es menor a una temperatura más alta?

Este no es un valor absoluto, sino una demostración de que se necesita aproximadamente 6 veces más intumescente para proteger la misma pieza de acero durante 60 minutos si la temperatura límite es de 350 °C, en comparación con si fuera de 750 °C. Esto es proteger con el mismo recubrimiento.

En todos los recubrimientos intumescentes Nullifire hay tablas para darle los requisitos de protección evaluados correctos. Las tablas no siempre muestran este factor de 6 como se demostró anteriormente porque el rendimiento no siempre es lineal como sugiere el ejemplo.

El rendimiento varía para cada producto, en diferentes sustratos y en diferentes períodos de resistencia al fuego, por lo que no se puede modelar el rendimiento. El rendimiento siempre debe ser probado y evaluado.  

¿Por qué es importante la temperatura crítica en la protección del acero?

Para entender con la temperatura crítica es importante, debe tener en cuenta esta información:

• 350 °C podría ser la temperatura de fallo si el acero se utiliza mucho, casi al límite de su capacidad. No hay mucha fuerza adicional para resistir cualquier calentamiento por encima de la temperatura ambiente.

• 750 °C podría ser la temperatura de falla cuando el acero está muy infrautilizado. Hay mucha fuerza adicional para resistir el aumento de calor adicional.

• El diseño real del edificio y los principios utilizados dictan la temperatura límite o crítica real de la estructura de acero. Si se conoce la utilización del acero, se puede calcular. Si se desconoce, se debe utilizar la limitación predeterminada del código de construcción del país o la temperatura crítica.

Solo una persona formada y competente, como un ingeniero estructural y/o de incendios, puede determinar la temperatura límite o crítica del acero estructural en función de las dimensiones, la longitud, la resistencia, la carga y la orientación del acero, etc.

• El uso de espesores de protección para una temperatura límite de 650 °C y superior, sin comprender la utilización o carga real del acero, puede proteger significativamente el marco de acero estructural. La protección contra incendios no se instalará al nivel requerido.