cap. 4-comportarea o+óelului la temperaturi ridicate

COMPORTAREA OELULUI LA TEMPERATURI RIDICATE

Rezistenele mecanice ale oelului sunt diminuate datorit creteriitemperaturii care provoac o difuzie a atomilor de carbon. Au loctransformri ale reelei cristaline; astfel spre 700C, oelul cuconinut redus n elemente de aliere, trece din (ferit) cu sistem decristalinizare cubic centrat n (austenit) cu sistem de cristalinizarecubic cu fee centrate.

n jurul temperaturii de 1500C, oelul nu este dect o soluie lichidde carbon n fier.

Aceste transformri structurale atrag modificri ale proprietilormecanice:

creterea temperaturii are ca efect reducerea rezistenei laforfecare care antreneaz o majorare a alungirii i striciunii larupere.

n acelai timp, are loc o reducere a rezistenei la ntindere i alimitei de elasticitate.

tgE a,

Curba a oelului la

temperaturi ridicate considernd

ecruisarea

Curba a oelului la temperaturi ridicate fr ecruisare.

Modulul de elasticitate longitudinal n

domeniul elastic-liniar:


Coeficienii de reducere raportai la mrimilecaracteristice la 20C, pentru relaia la temperaturi ridicate sunt:

Coeficientul de reducere al limitei de curgere, ca fiind raportulntre limita de curgere efectiv i limita de curgere la 20C:

Coeficientul de reducere al limitei de proporionalitate, cafiind raportul ntre limita de proporionalitate i limita de curgerela 20C:

Coeficientul de reducere al modulului de elasticitatelongitudinal, ca fiind raportul ntre modulul de elasticitatelongitudinal i modulul de elasticitate la 20C:

E,p,y, k,k,k

y,

y,

y

fk =

f

p,

p,

y

fk =

f

a,

E,

a

Ek =

E


Factorii de reducere ai caracteristicilor mecanice ale oelului


Oelul este un material incombustibil, dar bun conductor de cldur.

Alungirea relativ termic a

oelului funcie de temperatur

Cldura specific a oelului

funcie de temperatur

Conductivitatea termic a

oelului funcie de

temperatur


TEMPERATURA CRITIC

TEMPERATURA CRITIC, numit i temperatur de cedare,corespunde momentului n care capacitatea portant a structuriimetalice corespunztoare acestei temperaturi devine egal cuncrcarea aplicat structurii.

Temperatura critic este cuprins ntre 450C i 700-800C.


FACTORII CARE INFLUENEAZ

TEMPERATURA CRITIC

tipul de oel gradul de solicitare condiii de rezemare (sistem izostatic sau hiperstatic) forma profilului condiii de ncrcare


Temperatura critic a elementului din oel, la timpul , pentru un efort capabil , se calculeaz cu relaia:

unde:

este gradul de utilizare, cu valori la timpul cuprinse ntre 0.01 i 1.0, determinatcu relaia:

n care:

este efortul de calcul produs de aciuni, la starea limit de incendiu, inclusiv efectele dilatrii i deformaiei termice,

este efortul capabil al seciunii, la starea limit de incendiu la timpul

a,cr t = 0

fi,d,t fi,dR = E

a,cr 3.833

0

1 = 39.19ln - 1 + 482

0.9674

0

fi,d

0

fi,d,0

E =

R

fi,dE

fi,d,0R

t = 0


Creterea temperaturii ntr-un element structural neprotejat la foc dintr-o

structur interioar, n intervalul de timp se determin cu relaia:

unde:

este cldura specific a oelului [J/kgK],

este densitatea oelului [kg/m3],

este factorul de corecie pentru efectul de umbr, care are urmtoarele

expresii de calcul:

pentru: profile dublu te; pentru celelalte

cazuri, pentru profile nchise rectangulare sau circulare.

t

hma,t sh net,d

a a

A1 = k t

c V

ac

a

shk

m bsh

m

(A / V)k = 0.9

A V

m bsh

m

(A / V)k =

A V

1ksh


este factorul de seciune neprotejat [m-1] , n care: este

suprafaa expus la foc a elementului pe unitatea de lungime [m2/m],

este volumul elementului pe unitatea de lungime [m3/m],

este valoarea de contur convex a factorului de seciune i

reprezint raportul dintre suprafaa expus la foc a unui contur convex

care circumscrie seciunea i volumul elementului metalic, raportate la

unitatea de lungime,

este intervalul de timp [sec],

este valoarea de calcul a fluxului termic net pe unitatea de

suprafa [W/m2], determinat prin considerarea radiaiei termice ct i a

conveciei de la i spre focul din imediata vecintate a elementului

mA V mA

V

m b(A V )

t

net,dh


Factorul de seciune pentru elemente de oel neprotejate, exemple:

Seciune deschis expus la foc pe toate feelemA V = perimetru / arie seciune

Seciune deschis expus la foc pe trei feelemA V =

suprafaa expus la foc / arie

seciune transversal

Platband expus la foc pe toate feele

Dac

VAm mA V = 2(b+ t) / (bt)bt

mA V 2 t

:

eav circular expus la foc pe toate feelemA V = 1 t

evi profilate fr sudur expuse la foc pe toate feele: mA V 1 t

mA V


Creterea temperaturii ntr-un element structural protejat, n intervalul de timp

n care:

unde:

este factorul de seciune pentru elementul de oel izolat prin materialul de

protecie: este aria suprafeei interioare a materialului de protecie pe

unitatea de lungime a elementului structural, este volumul elementului pe

unitatea de lungime,

t

p p p 10

a,t g,t a,t g,t

a a

d A 1 = - t - e - 1 0

c V 1+ 3

p p p

p

a a

c A = d

c V

pA V

pA

V


sunt cldura specific i respectiv densitatea oelului, n [J/kgK] i

respectiv [kg/m3],

sunt cldura specific i respectiv densitatea materialului de protecie, n

[J/kgK] i respectiv [kg/m3],

este grosimea materialului de protecie [m],

este conductivitatea termic a materialului de protecie la foc corespunztoare

temperaturii medii de protecie i grosimii izolaiei [W/mK],

este temperatura gazelor fierbini la timpul [C],

este creterea temperaturii gazelor fierbini n intervalul de timp [K],

este temperatura oelului la timpul [C],

este intervalul de timp [sec]: .

a ac ,

p pc ,

pd

p

g,t t

g,t t

a,tt

t 30sect


Factorul de seciune pentru elemente de oel protejate:pA V

Protecie pe contur de grosime uniform, expus la foc pe toate feele

= Perimetrul profilului /Aria seciunii de oel

Protecie n carcas de grosime uniform, expus la foc pe toate feele

pA V

= 2(b+h) /Aria seciunii de oelpA V

Protecie pe contur de grosime uniform, expus la foc pe trei fee

= Perimetrul profilului b/Aria seciunii de oelpA V

Protecie n carcas de grosime uniform, expus la foc pe trei fee

= 2h+b /Aria seciunii de oelpA V


A = mareV = redusnclzire rapid

A = redusV = marenclzire lent

Exemplu: profil IPE 100 expus pe 4 fee A/V = 389profil IPE 500 expus pe 4 fee A/V = 150.

INFLUENA FACTORULUI DE SECIUNE ASUPRA NCLZIRII OELULUI


Creterea temperaturii pe

seciune funcie de timp

pentru seciuni

neprotejate

Creterea temperaturii pe

seciune funcie de timp

pentru seciuni protejate


Sistemele de protecie termic pot fi aplicate pe suprafaa exterioar aprofilelor sau, n cazul profilelor nchise, se utilizeaz apa care poate circula ninteriorul acestora, rcindu-le (structuri irigate).

Soluii de protecie termic aplicat la exterior:

Produse care se aplic n straturi, prin imersie, prin pulverizare: vermiculit, fibreminerale aglomerate cu un liant, zgur, ipsos etc.

Produse sub form de plci care formeaz o cutie n jurul profilului metalic: plci din ipsos, din vermiculit, din fibre minerale sau compui silico-calcaroi. Acestea sunt fixate fie mecanic (agrafe, uruburi etc.), fie prin lipire.

Vopsele intumescente care se aplic sub form de pelicul, de la 0,5 la 4 mm grosime. nclzite la temperaturi cuprinse ntre 100C i 200C, acestea se umfl, transformndu-se ntr-o spum cu grosimi ce ating 3040 mm. Rezult astfel o izolaie termic care ntrzie nclzirea elementului metalic. Aceast soluie de protecie este apreciat deoarece conserv estetica i greutatea profilului.

Structurile mixte oel beton (profile deschise nglobate n beton, profile nchiseumplute cu beton sau planee cu table profilate) au un comportament favorabilla temperaturi ridicate.


Majoritatea sistemelor de protecie sunt caracterizate de temperatura atins de profilul

metalic n funcie de masivitatea sa i de grosimea stratului protector

Temperatura profilului metalic protejat cu un anumit material, dup 60 min de incendiu convenional


MaterialDensitatea

[kg/m3]

Umiditatea

[%]

Conductivitatea

termic [W/mK]

Cldura specific

[J/KgK]

Spray-uri (materiale torcretate)

- fibre minerale 300 1 0.12 1200

- vermiculit 350 15 0.12 1200

- perlit 350 15 0.12 1200

Spray-uri grele (mortare speciale)

- vermiculit (sau perlit) i ciment 550 15 0.12 1100

- vermiculit (sau perlit) i ipsos 650 15 0.12 1100

Plci

- vermiculit (sau perlit) i ciment 800 15 0.20 1100

- fibre-siliciu

sau fibre-calciu-siliciu600 3 0.15 1200

- fibre-ciment 800 5 0.15 1200

- plci de ipsos 800 20 0.20 1700

Plci comprimate

- fibre silicate, vat mineral, vat

de sticl150 2 0.20 1200

Materiale grele

- beton 2300 4 1.6 1000

- beton uor 1600 5 0.80 840

- crmid de beton 2200 8 1.00 1200

- crmid cu goluri 1000 - 0.40 1200

- crmid plin 2000 - 1.20 1200

Proprietile termice ale materialelor de protecie


Protecie la foc cu produse aplicate prin vopsire, pulverizare

PROTECIA TERMIC A OELULUI

Se utilizeaz dou tipuri de produse: produse cu densitate redus (< 250 kg/m3) alctuite din fibreminerale, sau produse past cu densitate ridicat (> 450 kg/m3) alctuite din vermiculit, ciment, ipsosetc. Grosimea stratului aplicat prin pulverizare depinde de factorul de seciune, de rezistena la focprevzut i de temperatura critic. Se aplic cu ajutorul unei maini pneumatice speciale,torcretndu- se direct pe suportul ce trebuie protejat. Stabilitate la foc - 4 ore.

VOPSEA TERMOSPUMANT de protecie la foc este o protecie pasiv care aplicat pesuprafaa structurilor metalice , mrete rezistena la foc a acestora prin formarea unui stratde spum izolatoare. Se aplic cu pensula sau trafaletul pe suprafee din oel protejateanticorozov cu grund alchidic. Se utlizeaz att n interiorul ct i exteriorul cldirilor , pentruelemente de oel cu factorul de masivitate de pn la max 300 m-1 i rezistena la foc demaxim 60 de minute.


Stlp metalic

Grinzi metalice

Protecie la foc prin placare

PROTECIE CU PLCI DIN SILICAT DE MAGNEZIU

(TECBOR)


Elemente structurale protejate la foc

prin placare


Protecie la foc prin ecranare

Stlpi integrai Tavane suspendate Stlpi integrai n zidrii Stlpi protejain structura peretelui rezistente la foc parial de zidrie


Structurile mixte oel beton (profile deschise nglobate n beton, profile

nchise umplute cu beton)

Stlpi i grinzi metalice: profile deschise sau nchise din oel, nglobate total sau parial n beton

nglobare

parial

nglobare

total


Structurile mixte oel-beton (planee)

Planeu din grinzi cu seciune mixt oel-beton

Planeu din dal mixte oel-beton cu armtur suplimentar la foc

Planeu cu grinzi integrate n placa de beton

Structur de planeu uscat protejat prin placare

Planeu din dale mixte oel-beton cu protecie la foc prin placare


Soluii constructive pentru elemente de nchidere

Acoperi: 1.-nvelitoare de tabl cutat, 2.-pan, 3.-termoizolaie, 4.-

tavan de protecie la foc

Perei: 1.-nvelitoare de tabl cutat, 2.-termoizolaie, 3.-rigle perei, 4.- placaj

interior din panouri gips-carton

Compartimentri interioare anti-foc


cap. 4-comportarea o+óelului la temperaturi ridicate

Documents