Modelación por elementos finitos de pintura intumescente aplicada sobre perfiles de acero expuestos a incendio

Abstract

El objetivo del presente trabajo fue buscar una herramienta computacional eficaz y rápida, para estudiar el comportamiento frente a la acción del fuego de los elementos estructurales de acero protegidos con pintura intumescente. En la búsqueda de esta herramienta de trabajo se desarrollaron tres modelaciones numéricas y/o computacionales que simulan el desarrollo de transferencia de calor dinámica que se genera en el ensayo normalizado de resistencia al fuego definido en la norma NCh 935/1 Of 1997. Para su desarrollo se utilizó como base de calibración una serie de ensayos de resistencia al fuego de pilares de acero protegidos con pintura intumescente, los cuales que se realizaron en el Laboratorio de Incendios del IDIEM de la Universidad de Chile, según lo indicado en la norma NCh 935/1. Para efecto del estudio se consideró la relación tiempo-temperatura de cada elemento ensayado. El primer modelo se desarrolló a partir de una serie de regresiones numéricas sobre la información obtenida de los ensayos realizados y permite predecir la temperatura promedio de un perfil de acero expuesto al fuego como una función del tiempo de exposición al fuego, de su masividad y espesor inicial de la pintura intumescente. El segundo modelo tiene como base la fórmula 4.22 del Eurocódigo 3 Parte 1.2, del año 2001, que permite determinar el aumento de la temperatura de la sección transversal de un perfil de acero protegido del fuego con diversos materiales tales como: placas de yeso-cartón, madera, morteros livianos y otros. Esta fórmula no considera la pintura intumescente dentro de las soluciones de protección, por lo que para esta modelación se estudió la forma de incluirla y validar el método. El tercer modelo utiliza un software de elementos finitos llamado COMSOL Multiphysics versión 4.0, Módulo de Transferencia de Calor. Este software simula el comportamiento térmico dinámico considerando la transmisión térmica por conducción, convección y radiación, para determinar las variaciones de temperatura de un perfil de acero protegido con pintura intumescente expuesto a las condiciones de un incendio. Como resultado de este estudio, puede afirmarse que las tres modelaciones numéricas cumplen el objetivo propuesto, dado que permiten reproducir analíticamente y en corto tiempo el comportamiento al fuego por conducción térmica dinámica de los elementos de acero cuando se protegen con pintura intumescente. Los resultados son similares a los obtenidos en ensayos de resistencia al fuego realizados de acuerdo con la norma NCh 935/1 Of 1997.