Introducción al diseño contra incendios y a los detalles de construcción en madera laminada.

La madera, como material de construcción, lleva consigo un antiguo prejuicio: si la madera arde, ¿cómo puede ser seguro un edificio de madera en caso de incendio?

La madera arde, es cierto. Pero lo hace de forma más controlada y previsible que otros materiales.
Sin embargo, esta característica no exime de la necesidad de realizar un atento diseño contra incendios, tanto en las construcciones de madera laminada como en construcciones híbridas, de hormigón u otros materiales.

Es esencial prestar una especial atención a los detalles de construcción relacionados con las uniones y las conexiones metálicas, ya que el metal puede perder gran parte de su capacidad portante cuando se somete a temperaturas altas.

En concreto, el aluminio tiene una mayor sensibilidad térmica que el acero.
Esto significa que, en caso de incendio, la resistencia y la rigidez del aluminio pueden disminuir rápidamente y poner en peligro la estabilidad de toda la estructura de madera si los detalles de construcción no se diseñan con esmero.

En el ámbito del diseño contra incendios, las normas internacionales, como la EN 1995-1-2 (madera), proporcionan directrices para evaluar la resistencia al fuego y la correcta aplicación de dispositivos de protección pasiva y de sistemas intumescentes.

Sin embargo, las normas, por sí solas, no son suficientes. Es necesario probar las soluciones y los nodos mediante campañas experimentales.

Por este motivo, Rothoblaas ha realizado diversos ensayos: de especial importancia son los resultados obtenidos por LOCK T 75215 en diferentes configuraciones de gaps, que ponen en relieve las implicaciones prácticas del diseño contra incendios de las conexiones para los sistemas viga-pilar de madera laminada, que debe tener en cuenta no solo el conector y la madera, sino también otros factores.

Comportamiento del aluminio e importancia del diseño contra incendios en las construcciones de madera.

Para optimizar el diseño contra incendios, es fundamental conocer el comportamiento del aluminio a temperaturas elevadas.
Por encima de 200-250 °C, la resistencia del aluminio disminuye significativamente; si se superan los 300 °C, su capacidad portante se reduce de forma aún más drástica.
Paralelamente, la madera tiende a carbonizarse y a formar una capa superficial aislante, pero cualquier espacio vacío (gap) alrededor de los conectores permite que el aire caliente penetre más profundamente y favorezca un aumento de la temperatura del metal.

Si se observa la sección de un elemento de madera tras haber sido sometido a una carga de incendio, se pueden identificar tres capas:

• una zona carbonizada que corresponde a la capa de madera completamente afectada por el proceso de combustión;

• una zona alterada todavía no carbonizada, pero que ha sufrido aumentos de temperatura superiores a 100 °C, para la cual se supone una resistencia residual igual a cero;

• una sección residual que conserva intactas sus propiedades iniciales de resistencia y de rigidez.

Si el conector se coloca dentro de la sección residual, es posible obtener las prestaciones de resistencia al fuego requeridas por el proyecto. Pero, debido a los requisitos de colocación y a las tolerancias de instalación, se puede crear una ranura entre los elementos de madera. Dentro de esta ranura, es posible aplicar una junta (FIRE STRIPE GRAPHITE) que, al expandirse gracias al calor del fuego, selle los espacios y aísle el conector.

Así pues, los detalles de construcción deben tener en cuenta:

• Posición y tipo de conectores metálicos utilizados.

• Necesidad de reducir o proteger los intersticios.

• Elección de sistemas de protección para mejorar la resistencia al fuego.

Campaña experimental en el conector LOCK T MIDI

Los ensayos realizados en LOCK T 75215 han previsto tanto pruebas a pequeña escala (sin cargas) como a gran escala (con carga) de manera que se pudiera evaluar su comportamiento en diferentes condiciones de incendio estándar (curva ISO 834). La viga probada estaba diseñada para 60 minutos de resistencia al fuego, valor objetivo en todas las configuraciones.

Las principales variables analizadas han sido:

1. Dimensión del gap: 1 mm, 6 mm y 22 mm.

2. Uso de materiales intumescentes (FIRE STRIPE GRAPHITE) para reducir la entrada de aire caliente.

3. Aplicación de una carga mecánica en las pruebas a gran escala, para simular condiciones de servicio reales

Resultados sin carga

• Gap de 1 mm: después de 80 minutos de exposición al fuego estándar, la temperatura del LOCK T 75215 ha alcanzado los 97±1 °C, lo que indica un calentamiento relativamente limitado.

• Gap de 6 mm: la temperatura del conector ha alcanzado valores de aproximadamente 286±36 °C en el mismo intervalo de tiempo, lo que demuestra que un espacio mayor favorece la penetración de aire caliente y, por consiguiente, el aumento de temperatura.

• Uso de materiales intumescentes: con un gap de 6 mm, la aplicación de FIRE STRIPE GRAPHITE ha disminuido la temperatura del conector de aproximadamente 280 °C a 140 °C y, por lo tanto, se ha mejorado la protección contra el fuego.

Pruebas con carga

Cuando los ensayos se han realizado en muestras de tamaño casi real, sometidas a una carga mecánica, LOCK T MIDI ha presentado fallos cuando se han alcanzado temperaturas de alrededor de 315 °C:

• Gap de 6 mm: el colapso ha ocurrido al cabo de 87 minutos (muy por encima de los 60 minutos objetivo).

• Gap de 22 mm: el colapso ha ocurrido mucho antes, al cabo de 32 minutos (en todo caso, un buen plazo de tiempo teniendo en cuenta que la conexión estaba completamente expuesta).

Esto confirma que un gap excesivo provoca un calentamiento más rápido y, por lo tanto, un colapso anticipado de la capacidad portante del aluminio. Además, la capacidad portante de los conectores se reduce significativamente a medida que aumenta la temperatura.
Después de 60 minutos de exposición al fuego, la reducción estimada de la capacidad portante es del 22 % para un gap de 6 mm sin protección, del 9 % para un gap de 6 mm con protección intumescente y del 6 % para un gap de 1 mm, lo que demuestra la importancia del diseño contra incendios de los detalles de construcción con el fin de minimizar los espacios o de protegerlos adecuadamente.

Directrices para el diseño contra incendios en presencia de uniones con conexiones metálicas

1. Minimizar los gaps
   Mantener un espacio lo más reducido posible entre el conector de aluminio y la superficie de madera. La escasa disponibilidad de aire dificulta el calentamiento rápido del metal y, por lo tanto, se alarga la resistencia del elemento en condiciones de incendio.

2. Usar materiales intumescentes
   Si, por razones constructivas o de tolerancia, no es posible evitar un gap amplio, el uso de FIRE STRIPE GRAPHITE puede reducir considerablemente la temperatura máxima alcanzada por el conector.

3. Diseño contra incendios
   En los cálculos del diseño contra incendios, la evaluación de una conexión empieza con comprobar los estados límite últimos (ULS) a temperatura ambiente. Es aconsejable diseñar la conexión para una tasa de trabajo inferior a la unidad (por ejemplo, tasa de trabajo del 80 %) para la cual la resistencia de diseño es mayor que la carga actuante.

4. Prever protecciones pasivas-intumescentes adicionales
   Además de reducir los gaps, la instalación de revestimientos de cartón yeso, paneles de silicato de calcio u otras soluciones resistentes al fuego puede frenar la propagación de las llamas y el recalentamiento del conector y, en consecuencia, optimizar los detalles de construcción desde una perspectiva de prevención.

5. Integrar las normativas en los detalles de construcción
   Respetar los requisitos de la norma EN 1995-1-2 (diseño contra incendios para madera) teniendo en cuenta también los reglamentos nacionales para que las estructuras cumplan eficazmente con los requisitos de resistencia al fuego (R30, R60, R90, etc.).

Las pruebas experimentales en LOCK T MIDI muestran claramente cómo la gestión de los gaps afecta el comportamiento del aluminio frente al fuego en sistemas de madera laminada.

Un diseño contra incendios atento a los detalles de construcción es la mejor manera de mejorar el nivel de seguridad y fiabilidad estructural en caso de incendio.

La elección óptima depende de las necesidades específicas del proyecto, del tipo de carga prevista y del nivel de resistencia al fuego requerido. En cualquier caso, es necesario evaluar desde el principio las dinámicas de recalentamiento del conector y el potencial de protección que ofrecen los materiales intumescentes.

Más información y documentación

• Consulta el catálogo “PLACAS Y CONECTORES PARA MADERA” para saber más.

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