Abstract
Este estudio presenta un análisis estructural avanzado de una estantería metálica sometida a condiciones reales de incendio, empleando técnicas de simulación numérica. Se integraron herramientas de dinámica de fluidos computacional (CFD), modelado térmico y análisis estructural mediante el método de elementos finitos (FEM) para evaluar la estabilidad de un bastidor representativo de una estantería de picking expuesta a un escenario de fuego natural. Los resultados indican que la estructura mantiene su integridad durante al menos 60 minutos sin experimentar colapso parcial ni global.
Introducción
La resistencia al fuego de sistemas de almacenamiento metálicos en entornos industriales es un aspecto crítico para garantizar la seguridad estructural en situaciones de incendio. En este contexto, se ha desarrollado un estudio detallado de una estantería industrial, aplicando una metodología numérica basada en los Eurocódigos y en el método de elementos finitos, para simular su comportamiento estructural bajo condiciones térmicas realistas.
Case study
El objeto de estudio es un bastidor típico de una estantería metálica de picking, conectado a una entreplanta situada a 3,5 m de altura y con largueros formando módulos de 2,7 m de luz. La estructura considera 12 niveles de carga distribuidos, soportando una capacidad total de hasta 7500 kg por bastidor.
Objetivos del Análisis Estructural
- Evaluar la estabilidad estructural del sistema de almacenamiento frente a un incendio natural representativo.
- Simular la evolución térmica de los elementos estructurales expuestos, sin protección pasiva.
- Identificar los mecanismos de fallo más críticos bajo condiciones combinadas de carga térmica y estructural.
- Verificar el cumplimiento de los requisitos de estabilidad al fuego conforme a la norma EN 1991-1-2.
Resultados
Modelización del Incendio y Condiciones de Simulación
El escenario de incendio fue modelado mediante dinámica de fluidos computacional utilizando el software FDS (Fire Dynamics Simulator), desarrollado por el NIST, conforme al Anexo D de la EN 1991-1-2. La curva de liberación de calor (HRR) y su evolución temporal fueron definidas para representar un incendio localizado.
La temperatura del gas no supera los 400 °C durante el evento simulado. Este límite, junto con la elevada conductividad térmica del acero, el espesor reducido y el elevado factor de masividad de los perfiles, permite validar la estructura frente a exposiciones equivalentes a 15 y 60 minutos de incendio.
Modelización Estructural
Se realizó un análisis estático no lineal, incorporando tanto la no linealidad geométrica (efectos de segundo orden) como la no linealidad material (modelo elasto-plástico), mediante elementos finitos.
Las condiciones de contorno fueron definidas como sigue:
- Los puntales se consideraron articulados en su base.
- Las cargas de picking se aplicaron con una excentricidad de 0,1 m en la dirección de los largueros.
- La carga en la entreplanta presenta una excentricidad reducida (0,05 m) debido a la continuidad del tablero superior, que minimiza la generación de momentos flectores.
Los resultados obtenidos incluyen mapas de desplazamiento total y en direcciones principales, así como distribuciones de tensiones de Von Mises. No se observaron concentraciones críticas que comprometan la estabilidad del sistema.
Conclusiones
El análisis numérico realizado confirma que el bastidor de la estantería metálica de picking, incluyendo la entreplanta, mantiene su capacidad portante durante al menos 60 minutos de exposición al escenario de fuego modelado. La estructura no presenta indicios de colapso parcial ni global dentro del período crítico. El enfoque multidisciplinar aplicado —integrando simulación CFD, análisis térmico y cálculo estructural avanzado— permite predecir con elevada precisión el comportamiento de sistemas metálicos frente al fuego. Se asegura el cumplimiento normativo y la integridad de instalaciones y personal.
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