Download Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda

Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
SP018a-ES-EU
Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
Esta torre de 135 m de altura fue construida utilizando construcción mixta (acero y
hormigón). Una evaluación detallada de la ingeniería de seguridad ante incendio,
efectuada después de la construcción, demostró el potencial para realizar ahorros en este
tipo de construcción.
Torre Rembrandt en Amsterdam
Índice
1.
El logro
2
2.
Introducción
2
3.
Estructura
2
4.
Evaluación de la seguridad ante incendios
3
5.
Información general
6
6.
Referencias
6
Página 1
Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
SP018a-ES-EU
1.
El logro
Este edificio de gran altura fue diseñado en construcción mixta y se logró un altura mínima de
planta a planta de 3,4 m utilizando secciones HE en vigas mixtas.
Un estudio de ingeniería de seguridad ante incendio, de este edificio, demostró su potencial
para lograr una reducción de costes de protección ante incendios de hasta 540 000 euros.
2.
Introducción
Este edificio de oficinas, de 36 plantas, está situado en Amsterdam. El diseño original de
ingeniería de seguridad ante incendio se hizo según las regulaciones holandesas vigentes, el
cual está basado en el sistema de clasificación tradicional. Se llevó a cabo un método de
diseño alternativo, basado en la ingeniería de seguridad ante incendios, el cual se describe
aquí. Se demostró el potencial para lograr ahorros sustanciales mediante este tipo de
construcción.
3.
Estructura
El edificio tiene una altura de 135 m. Consiste en una estructura aporticada de acero, con
columnas de acero en la fachada, arriostrada por un núcleo de hormigón, en el cual se han
ubicado los ascensores y escaleras. Los forjados están hechos de losas mixtas apoyadas sobre
vigas de acero utilizando perfiles HE. Las vigas están simplemente apoyadas, tanto en el
núcleo de hormigón como en las columnas continuas. Una planta típica tiene 3,40 m de altura
y cada planta tiene un compartimento para incendio. La forma en planta del edificio se
muestra en la Figura 3.1.
HE240M
HE280AA
HE280AA
HE280AA
HE280AA
1
Leyenda: 1 = Dirección del forjado de losa
Figura 3.1
Planta típica donde se muestra el perfil empleado para las vigas
Página 2
Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
SP018a-ES-EU
4.
Evaluación de la seguridad ante incendios
4.1
Requerimientos convencionales
Las regulaciones de Holanda exigen un nivel equivalente de seguridad ante incendios, tanto
para edificios con alturas mayores a 70 m como para aquellos con alturas menores a 70 m. La
exigencia funcional, es que el colapso no ocurra durante el período completo de exposición al
fuego. Sin embargo, no está prohibido el uso de algún método alternativo para evaluar el nivel
de seguridad. En el proceso de diseño, entre otras medidas, que incluyen un sistema de
roceadores totalmente automatizado, se acordó entre el proyectista y las autoridades locales,
una resistencia al fuego de 120 minutos, para la estructura portante principal.
La resistencia estándar al fuego está determinada para elementos estructurales simples,
expuestos a un fuego estándar. Con este método, se han ignorado las incertidumbres
relacionadas a la interacción entre elementos estructurales y estructura global. No se han
considerado, las cargas ni las deformaciones, introducidas por las restricciones a la expansión
térmica, y las redistribuciones de las cargas aplicadas, pese a que es bien conocido que, estos
factores, frecuentemente dominan otros efectos, en estructuras expuestas al fuego. Más aún, el
efecto beneficioso de otras medidas que, atenúan el efecto del fuego en la estructura no se han
podido tomar en cuenta.
4.2
Método alternativo de seguridad ante incendios
El objetivo del estudio de Ingeniería de seguridad ante incendios (ISAI - FSE en inglés) fue
obtener una comprensión del comportamiento del fuego, incluyendo la interacción entre las
elementos estructurales. Más aún, se modificó la protección térmica exigida en los elementos
de acero, a fin de obtener un diseño eficiente en costos. Para este propósito, se desarrolló un
MEF (Modelo de Elementos Finitos de ingeniería de seguridad ante incendios) con el
programa para ordenador DIANA, en el cual se asumió un incendio totalmente desarrollado
en un compartimento de fuego. El incendio estándar, fue reemplazado por una simulación del
desarrollo del incendio, en un compartimento típico del edificio, con el programa para
ordenador OZONE. El tamaño de las columnas arriostradas de acero, se va reduciendo en la
parte superior del edificio, debido a que las cargas axiales son bajas. Un análisis simple de las
columnas en cada planta, basado en una exposición a un incendio estándar, mostró que las
columnas en el nivel 21° eran las más críticas. Por consiguiente, se modelizó este nivel.
4.3
Desarrollo del incendio
El desarrollo del incendio se modelizó con el programa OZONE. Ya que la mayoría de
ambientes para oficinas en la torre, no tienen tabiquería de división, se modelizó un gran
compartimento de 32,40 × 32,40m, excluyendo el núcleo central de 14,40 m2. Las
propiedades térmicas del núcleo de hormigón, las losas mixtas y el sándwich de construcción
utilizado en la fachada (lámina de acero - lana mineral - granito) fueron modeladas con
valores nominales para el hormigón, acero y lana mineral, tal como lo da el programa. Se
tomó en cuenta el efecto de los rociadores. Una gran incertidumbre es la ventilación resultante
de la rotura de las ventanas. Un resultado paramétrico, mostró que el efecto de la hipótesis,
con relación a la rotura de las ventanas bajo el calor de los elementos de acero en el
compartimento, es relativamente pequeño. El resultado, basado en la hipótesis de la rotura de
todas las ventanas, al inicio del incendio, fue utilizado como "entrada" para el modelo MEF .
Página 3
Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
SP018a-ES-EU
4.4
Respuesta térmica
Se utilizaron modelos separados de MEF para determinar el tiempo, dependiendo de la
distribución no uniforme de temperatura, de la sección transversal de la losa mixta de acero y
hormigón, las vigas HE280AA y las vigas pesadas de esquina HE240M. La temperatura de
las columnas fue obtenida mediante el programa OZONE, se pudo asumir una distribución
uniforme de temperatura para dichas columnas en los lugares donde estuviera expuesta por
los cuatro lados. La Figura 4.1 muestra una distribución típica de temperatura en la losa y en
la viga.
700
600
500
400
300
200
150
100
75
50
HE280AA
Symmetry line
Línea de simetría
Figura 4.1
4.5
350
300
200
150
100
50
Symmetry line
Línea de simetría
Distribución de la temperatura en la losa mixta después de 75 min. Exposición
al fuego (izquierda) y en las vigas sin protección después de 50 min
Respuesta estructural
Se modelizó toda la planta del nivel 21°, incluyendo las columnas. En la base y en el extremo
superior, las columnas fueron modelizadas con soportes rígidos, el extremo superior permite
desplazamientos verticales. En la parte superior de las columnas, se aplicaron las cargas
verticales debidas al resto del edificio, aplicando factores de seguridad parciales iguales a la
unidad. Las vigas, columnas y nervaduras reforzadas de las losas mixtas, fueron modelizadas
con elementos unidimensionales, integrados numéricamente, basados en la teoría de MindlinReissner. La losa de hormigón armado, se modelizó con elementos de cáscara con curvatura.
La chapa de acero se modelizó como reforzada, considerando un desarrollo de la temperatura
independiente para el ala inferior, el alma y el ala superior. La distribución de la temperatura
no-lineal en la nervadura y en la losa, obtenida con los modelos de respuesta térmica, fue
simplificada con una distribución de temperatura lineal, encima de la viga y elementos tipo
cáscara. Para este propósito, la temperatura promedio se tomó igual al promedio de la
temperatura por encima de la línea de simetría de los modelos de respuesta térmica, tal como
se muestra en la Figura 4.1, y el gradiente térmico, se obtuvo, tal que la temperatura del
refuerzo en el modelo estructural igualase la temperatura en el nudo, en el modelo de
respuesta térmica. No ocurrió ningun fallo estructural considerado durante el incendio.
La flecha de la losa fue 337 mm, luego de transcurridos 92 minutos, como se muestra en la
Figura 4.2. En la etapa de enfriamiento, las flechas se redujeron, como se ilustra en la
Página 4
Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
SP018a-ES-EU
Figura 4.3. Se utilizaron modelos separados de MEF para determinar el tiempo, dependiendo
de la distribución no uniforme de temperatura de las secciones transversales de la losa mixta
de acero y hormigón, las vigas HE280AA y las vigas pesadas de esquina HE240M. La
temperatura de las columnas fue obtenida mediante el programa OZONE, se pudo asumir una
distribución uniforme de temperatura para dichas columnas donde estuvieran expuestas por
los cuatro lados (véase la Figura 4.1 para un ejemplo).
Time
1 92 min.
Vertical deflections [mm]
-3.47
-36.8
-70.1
-103
-137
-170
-203
-237
-270
-303
Max = 29.9 Min = -337
Y
Z
X
HE280AA
SB-floor
2
HE240M
Leyenda:
1 Flechas verticales en el tiempo de = 92 mins [mm] (Max = 29.9 mm Min= -337 mm)
2 Losa SB
Figura 4.2
Desplazamientos verticales de la losa
time 1[min.]
0
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
-400
15
30
45
60
75
90
105
120
HE240
HE280A
2SB-floor
3
deflection
[mm]
1
2
3
Tiempo [min]
Losa SB
Flecha [mm]
Figura 4.3
Flechas de la losa y vigas
Además de lo anterior, cálculos avanzados muestran que, como resultado de la redistribución
de cargas, se origina esfuerzos significativos (cerca de las vigas HE240). Esta área puede ser
crítica (debido al aplastamiento del hormigón), pero tal fenómeno no se manifiesta en un
análisis a nivel de componente.
Finalmente, debido a la eliminación de la protección contra el fuego de las vigas, se obtuvo
una reducción significativa de los costes en aislamiento, comparados con un diseño bajo un
incendio estándar, el ahorro estimado para este edificio de 36000 m2 fue de 540 000€ (precios
al 2001).
Página 5
Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
SP018a-ES-EU
5.
Información general
‰ Cliente: Philips BV
‰ Arquitecto: ZZ+P Architects
‰ Diseño estructural: Samenwerkende Adviesbureaus Amstelhoek
‰ Compañía constructora: Sedijko
‰ Expertos en ingeniería de seguridad ante incendios: (ISAI) Centro para investigación de
incendios (Centre for Fire Research) TNO
‰ Año de construcción: 1996
‰ Altura total: 135 m
‰ Superficie en planta: 32,40 × 32,40m
6.
Referencias
[1]
Steenbakkers, P. (2001) Brandveilig Ontwerpen van Hoogbouwconstructies, Deel I –
Verkennend onderzoek, Graduation report TU Delft (in Dutch).
[2]
Steenbakkers, P. (2001) Brandveilig Ontwerpen van Hoogbouwconstructies, Deel II Case Studie Rembrandttoren, Graduation report TU Delft (in Dutch) InfoBEC–Bilbao
Exhibition Centre Newsletter, Issues 1-4,Year 2003. Publicado por BEC.
Página 6
Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
SP018a-ES-EU
Registro de Calidad
TÍTULO DEL RECURSO
Ejemplo práctico: Torre Rembrandt, Amsterdam, Holanda
Referencias(s)
DOCUMENTO ORIGINAL
Nombre
Compañía
Fecha
Creado por
Leen Twilt
TNO
2003
Contenido técnico revisado por
Mike Haller
PARE
8/11/05
Contenido editorial revisado por
Marc Brasseur
PARE
8/11/05
1. Reino Unido
G W Owens
SCI
20/01/06
2. Francia
A Bureau
CTICM
20/01/06
3. Suecia
A Olsson
SBI
20/01/06
4. Alemania
C Müller
RWTH
20/01/06
5. España
J Chica
Labein
20/01/06
6. Luxemburgo
M Haller
PARE
20/01/06
G W Owens
SCI
13/7/06
Traducción realizada y revisada por:
eTeams International Ltd.
27/04/06
Recurso de traducción aprobado por: F Rey
Labein
24/05/06
Contenido técnico respaldado por los
siguientes socios de STEEL:
Recurso aprobado por el
Coordinador técnico
DOCUMENTO TRADUCIDO
Página 7