El diseño sísmico rígido logrado a través del arriostramiento sísmico evita daños a la infraestructura vital
Proteger el funcionamiento interno de un edificio de los terremotos es casi tan importante como proteger el edificio mismo. Los elementos estructurales (columnas, vigas, paredes, techos) mantienen el edificio en pie. Pero el no estructural «agallas» lo hacen útil. Los sistemas eléctricos, plomería, gas natural, HVAC, equipos de telecomunicaciones y sistemas de protección contra incendios son funciones esenciales de una estructura.
La Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), el Código Internacional de Construcción y la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (ASCE) requieren protecciones sísmicas para elementos no estructurales específicos. La falla de algunos de estos componentes durante un terremoto puede causar daños financieros graves, así como la pérdida de vidas.
Proteger los sistemas de rociadores contra incendios de los terremotos es particularmente crucial por varias razones. Estos sistemas no son exactamente baratos, y si se rompen, es posible que no solo tenga que pagar las reparaciones del sistema, sino también reparar los daños causados por el agua y perder el uso del edificio. Y los terremotos traen consigo un elevado riesgo de incendio. Las líneas de gas se rompen, los cables quedan expuestos: es un mal momento para estar sin rociadores contra incendios que funcionen.
NFPA proporciona pautas para la protección de los sistemas de rociadores contra incendios contra terremotos. Capítulo 18 de NFPA 13: Norma para la instalación de sistemas de rociadores contra incendios (edición de 2019) explica cómo se deben instalar las protecciones sísmicas para los sistemas de rociadores contra incendios cuando se necesitan. Las tecnologías descritas en NFPA 13 contrarrestan las siguientes fuentes de daño en los terremotos:
- Movimiento diferencial: cuando los edificios (o diferentes partes de un edificio) se mueven de manera diferente, lo que hace que las tuberías se separen, doblen, tuerzan, golpeen o sufran daños.
- Fuerzas de inercia: cuando la sacudida de los edificios hace que la tubería se mueva en relación con el edificio, estresando los colgadores de tubería y las tuberías mismas.
En la Parte 1 de esta serie, profundizamos en cómo el principio de diseño sísmico de flexibilidad—a través de acoplamientos flexibles, conjuntos de separación sísmica o espacio libre simple— evita daños por diferencial movimienot.
En este artículo, miramos en la dirección opuesta. En lugar de hacer las cosas más flexibles, puede proteger los sistemas de rociadores contra incendios de los terremotos haciendo que ciertos componentes sean más rígidos. Esto se logra a través arriostramiento sísmico de sistemas de rociadores contra incendios.
El arriostramiento sísmico protege los componentes del edificio de las sacudidas
A medida que un edificio se mueve durante un terremoto, los componentes no estructurales pueden experimentar fuertes fuerzas de inercia. En otras palabras, se sacuden y se balancean violentamentesufrir daños y fallar potencialmente.
La solucion es rigidez. Para evitar que los componentes no estructurales se muevan y se balanceen en relación con el edificio, se unido firmemente a los componentes estructurales que se espera que se muevan como una unidad durante un terremoto.
Por ejemplo, una tubería suspendida del techo puede recibir soportes adicionales para que siempre se mueva con el techo durante un terremoto. Esta técnica se conoce como arriostramiento sísmicoo arriostramiento contra balanceo.
Los sistemas de rociadores contra incendios son particularmente vulnerables a los daños por sacudidas. Además del daño a las tuberías en sí (que es una preocupación grave), las sacudidas durante un terremoto estresan significativamente los colgadores de tuberías. Como se detalla en el Capítulo 17 de NFPA 13, las tuberías ascendentes, las líneas principales y las líneas secundarias de los rociadores contra incendios se cuelgan o se aseguran de algún otro modo a los elementos estructurales. El hardware utilizado para hacer esto incluye:
- Los anclajes se introducen en acero, hormigón o madera y se roscan para aceptar varillas de suspensión.
- Las abrazaderas de viga superior sujetan un tubo a las vigas de acero estructural sin taladrar y están roscadas para aceptar varillas de suspensión.
- Varillas para colgar.
- Tubo de soporte de anillos de suspensión de tubería.
- Las abrazaderas de los elevadores soportan los elevadores.
Debido a que este hardware que se une a los miembros estructurales es vulnerable durante un terremoto, la sección 18.5 de NFPA 13 requiere arriostramiento sísmico para elevadores de rociadores contra incendios, líneas principales y ramales de 2,5 pulgadas o más si el edificio cae en una determinada categoría de diseño sísmico. La tubería más pequeña que estas áreas generalmente es más flexible y requiere solo restricción vertical en lugar de arriostramiento.
Los principios del arriostramiento sísmico
Arriostramiento sísmico resiste el movimiento horizontal. Se instalan tirantes para resistir ambos lateral (perpendicular a la tubería) y longitudinal (paralelo a la tubería) balanceándose. El movimiento vertical no suele ser una preocupación.
como el NFPA 13 Manual explica, «generalmente se espera que las fuerzas de elevación vertical se compensen con la gravedad, y se espera que las fuerzas verticales hacia abajo se manejen dentro de los factores de seguridad normales de los sistemas colgantes». Algunas excepciones a esto, que involucran fuertes fuerzas horizontales y arriostramiento de ángulo bajo, se tratan en la sección 18.5.10 de NFPA 13.
Refuerzos sísmicos, como colgadores de tuberías, debe estar unido a la estructura del edificio para que la tubería de rociadores contra incendios y otros componentes no estructurales puedan moverse como una unidad con el edificio. Según NFPA 13, 18.5.1.2, los miembros estructurales a los que se montan los arriostramientos sísmicos deben ser capaces de resistir las fuerzas sísmicas anticipadas. Sección 18.5.1.4 agrega que cuando las riostras sísmicas se fijan a los mismos miembros estructurales de los que cuelgan las tuberías, el miembro debe ser capaz de manejar las cargas sísmicas y de gravedad combinadas que experimentará.
Él Manual NFPA 13 también establece que la parte superior del elevador del sistema, todas las líneas principales transversales y de alimentación y las líneas secundarias de 2,5″ o más de diámetro deben sujetarse contra lateral (perpendicular a la tubería) y longitudinal (paralelo a la tubería) movimiento.
Las características del equipo
Los componentes de los conjuntos de arriostramiento sísmico debe ser de material ferroso (18.5.3.1). Se permiten materiales no ferrosos cuando los componentes están específicamente listados y aprobados para este propósito (18.5.3.2). El listado y la aprobación provienen de organizaciones de pruebas de seguridad de terceros como UL (anteriormente Underwriter’s Laboratory) o FM Global.
Todo el conjunto de arriostramiento contra balanceo debe estar listado para la carga sísmica máxima (18.5.2.1), incluidos los herrajes de fijación de los tirantes a la estructura y las tuberías. Tenga en cuenta que el la carga horizontal máxima varía con el ángulo de la riostra. Cuanto más lejos de la vertical esté inclinada la riostra, más fuerza horizontal pueden soportar ella y su hardware. Esto debería ser intuitivo; un conjunto de riostra totalmente vertical soporta la misma cantidad de torsión que un conjunto de suspensión de tubería. Si la hoja de datos del fabricante no indica las cargas máximas permitidas en ángulos que no sean horizontales (90° desde la vertical), la Tabla 18.5.2.3 describe cómo calcular la carga en ángulo:
Hay una excepción (18.5.2.2) al requisito de listado para aparatos ortopédicos. Algunos materiales de acero estándar (como tubería cédula 40, ángulos, partes planas, varilla totalmente roscada y varilla roscada en el extremo) no necesitan enumerarse porque se conocen sus propiedades. Las cargas horizontales máximas de diferentes dimensiones de diferentes materiales en diferentes condiciones se pueden determinar a partir de tablas 18.5.11.8 (af) en NFPA 13.
Hay dos tipos de riostras sísmicas: aparatos ortopédicos rígidos y cable (solo tensión) tirantes. Tanto las abrazaderas rígidas como las de cable contrarrestan el movimiento de balanceo al unir firmemente la tubería a los miembros estructurales del edificio.
Arriostramiento rígido sísmico
El arriostramiento rígido es, como su nombre lo indica, un equipo rígido e inflexible. Estos aparatos ortopédicos casi siempre están compuestos de acero. La principal ventaja de este arriostramiento rígido es que resiste el movimiento en dos direcciones (mediante compresión y tensión). La gran desventaja del arriostramiento rígido va junto con su ventaja: se debe cortar un tramo rígido de acero a la longitud adecuada para que vaya desde el punto de anclaje estructural hasta su unión en las tuberías.
Para una instalación más fácil, los sistemas de abrazaderas rígidas a menudo usan accesorios con bisagras. Los accesorios se atornillan tanto a la estructura como al equipo no estructural. Los puntos de pivote donde los accesorios se conectan al miembro de la riostra permiten que se coloquen fácilmente en el ángulo correcto. Tenga en cuenta que todos los pernos y tornillos utilizados para montar riostras rígidas deben estar listados y aprobados para el propósito y la carga sísmica.
Arriostramiento de cable sísmico
El arriostramiento de cable sísmico está hecho de cable de acero que está listado para uso como arriostramiento sísmico. Dado que es algo flexible, resiste el movimiento en una sola dirección y, por esta razón, a veces se lo denomina «arriostramiento de tensión». Esto significa que para hacer el mismo trabajo que una riostra rígida, se necesitan dos riostras de cable sísmico. Pero el arriostramiento de cable tiene una gran ventaja sobre el arriostramiento rígido: básicamente tiene una longitud ilimitada y se puede cortar fácilmente para adaptarse a cualquier espacio.
El arriostramiento de cables sísmicos no puede estar hecho sólo ninguna cable de acero. Por sección 18.5.4.2 de NFPA 13, las abrazaderas solo de tensión se permiten solo cuando se enumeran con el propósito y las cargas sísmicas no excedan sus capacidades enumeradas.
La carga admisible del cable sísmico está codificada por colores con el siguiente esquema:
- Oro: carga de 418 libras
- Naranja: carga de 770 lb.
- Verde: carga de 1900 lb.
- Negro: carga de 3,180 lb.
Siga siempre las instrucciones del fabricante al instalar refuerzos de cables sísmicos. Pero el proceso de instalación es generalmente el siguiente:
- Un accesorio de anclaje se asegura a la estructura con un perno o tornillo. Los accesorios, pernos y tornillos deben estar listados y aprobados para la carga sísmica. Los accesorios se enumeran por el color del cable que aceptan sin reducir la resistencia a la rotura.
- El cable de arriostramiento se pasa a través de los orificios de fijación del anclaje. Un manguito que se coloca sobre los extremos del cable, después de engarzarlo con un prensatelas manual (calibrado para diferentes colores de cable), lo mantiene en su lugar.
El cable se enrolla alrededor de la tubería del rociador contra incendios y se asegura nuevamente engarzándolo con una pinza manual.
Restricción de ramales
Los ramales de los sistemas de rociadores contra incendios, aunque más flexibles que otras tuberías, requieren restricción contra el movimiento horizontal y vertical para evitar daños por colisión con objetos circundantes. como el Manual NFPA 13 (18.6) explica, la restricción de los ramales no necesita ser tan extensa como el arriostramiento de tuberías más grandes. La restricción de las líneas secundarias se puede lograr de las siguientes maneras:
- Con “un conjunto de refuerzo de balanceo listado”
- Con “un gancho en U envolvente”
- Con cable No. 12 de 440 lb.
- Con colgadores de tubería de CPVC listados para el propósito o con otros colgadores instalados de acuerdo con los requisitos de la sección 6.1(5) de NFPA 13
Sección 18.6.2 de NFPA 13 detalla los requisitos de instalación y espaciado para la restricción de cables.
El arriostramiento sísmico y el diseño flexible protegen los rociadores contra incendios de los terremotos
Los sistemas de rociadores contra incendios proporcionan una protección vital para los edificios. Los terremotos aumentan el riesgo de incendio, por lo que la falla de los rociadores contra incendios durante y después de los eventos sísmicos expone una estructura a un riesgo grave. Y reparar un sistema de rociadores contra incendios y limpiar cualquier daño asociado es costoso.
Afortunadamente, el arriostramiento sísmico permite que las tuberías de los rociadores contra incendios y otros elementos no estructurales se muevan con el edificio, a menudo evitando daños causados por sacudidas y balanceos.
Pero los terremotos mueven edificios, y el equipo no estructural en ellos, en tres dimensiones. Y este movimiento variable tensa y daña todos los elementos no estructurales de dos maneras: movimiento diferencial además de temblar.
Regrese y lea la Parte 1 de esta serie para conocer los principios y las tecnologías involucradas en flexible diseño sísmico: la forma principal en que los sistemas de rociadores contra incendios y otra infraestructura están protegidos contra diferencial movimienot.
¿Busca más información sobre los requisitos del código para el arriostramiento sísmico? Lea nuestra inmersión profunda en los requisitos de arriostramiento sísmico de NFPA 13 con un enfoque en los arriostramientos contra balanceo de cables.
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