Tema del curso incendios estructurales disponible en pdf. Sumario: 1. Comportamiento del fuego en estructuras de madera. 2. Comportamiento del fuego en estructuras de acero. 3. Comportamiento del fuego en estructuras de hormigón armado. 4. Comportamiento del fuego en en estructuras de muros de carga.
Structural fire course for firefighters. Summary: 1. Behavior of fire in wooden structures. 2. Fire behavior in steel structures. 3. Fire behavior in reinforced concrete structures. 4. Fire behavior in load-bearing wall structures.
COMPORTAMIENTO ANTE EL FUEGO EN ESTRUCTURAS
CURSO DE INCENDIOS ESTRUCTURALES
Como ya vimos, las estructuras se denominan isostáticas cuando el fallo de un elemento produce su hundimiento e hiperestáticas cuando los esfuerzos soportados por un elemento pueden, en ciertas condiciones, ser absorbidos por otros elementos del sistema, caso de ocurrir el fallo de uno de ellos.
Veamos los diferentes tipos de estructuras que podemos encontrarnos:
1. Comportamiento del fuego en estructuras de madera
La madera, al contrario que el acero y el hormigón, es combustible, pero puede proporcionar una seguridad razonable durante un incendio en función de:
- su densidad
- contenido de humedad
- sección del elemento que se vea afectado
Colapsan por perdida de sección resistente de sus elementos al ser sometidos a la acción del fuego.
La rapidez de dicho proceso depende de la velocidad del proceso de carbonización como vimos en el comportamiento de la madera.
El comportamiento de las estructuras de madera se ve modificado de forma importante a causa de:
- Existencia de insectos xilófagos: carcoma, termitas, hormigas, etc.
- Defectos en las piezas debidos a nudos, humedades, hongos, etc.
- Existencia de rotura de uniones o de refuerzos.
- Cuando para su ejecución se han utilizado elementos metálicos (tornillos, platabandas, flejes, etc.) o son estructuras mixtas (cuchillos, tirantes, etc).
Las estructuras de madera tienen como aspectos negativos:
- No se producen deformaciones apreciables en la estructura que anuncien o hagan intuir su colapso, produciéndose este por lo general, de forma mucha mas brusca que en las de acero.
- Dificultad de observación de las grietas producidas en su masa durante el proceso del incendio (fundamentalmente en las vigas), debido a la gran cantidad de humo que se condensa o acumula.
- La madera no pierde propiedades resistentes al ser atacada por el fuego.
- No provocan esfuerzos adicionales por dilatación de sus elementos (fuerzas o momentos).
- Las estructuras fallan por perdida de sección resistente, por carbonización en un proceso de evolución relativamente lento que puede en cierto modo seguirse con medios organolépticos o estimativos (tiempo transcurrido, perdida de sección, crujidos, aspecto, etc.).
- Las estructuras son habitualmente (salvo cerchas y cuchillos) isostáticas y de poca altura y complejidad, lo que facilita su control y evolución.
2. Comportamiento del fuego en estructuras de acero
Tienen un comportamiento muy distinto de las de madera.
Su colapso o hundimiento se produce por fallo de resistencia en uno o varios de sus elementos.
Las estructuras metálicas isostáticas (viga apoyada) tendrían teóricamente que colapsar al rebasarse los 500-550ºC.
Por lo general, las estructuras metálicas son hiperestáticas, lo cual permite en cierto modo, una redistribución de esfuerzos que podría alargar el tiempo de colapso o derrumbe de la estructura, a pesar de que alguno de sus elementos esté fuera de servicio.
Los puntos más débiles de las estructuras metálicas suelen ser las piezas largas y de poca sección y su colapso se produce por pandeo.
Las estructuras metálicas tienen como aspectos negativos:
- Pierden propiedades resistentes con relativa rapidez, si no están protegidas.
- Las dilataciones y deformaciones producidas por el calor provocan empujes y giros muy fuertes no previstos en el calculo de la estructura que pueden provocar el derrumbe de la estructura o el desplome de elementos en contacto con ella (muro, cerramiento, etc.)
- Cuando la estructura es compleja y la redistribución de esfuerzos hacen difícil la predicción real de su comportamiento y por tanto su colapso o hundimiento.
- No son combustibles y por tanto no contribuyen a aumentar la carga térmica.
- No participan en la propagación del incendio aunque nos pueden transmitir por conducción el calor a otro punto.
- La deformación es un indicador de su evolución, sobre todo en cerchas o naves cubiertas con estructuras o grandes luces en estructuras vistas, en las que se producen grandes deformaciones antes del hundimiento.
3. Comportamiento del fuego en estructuras de hormigón armado
Al igual que las de acero, fallan cuando uno o mas de sus elementos llegan al limite de su resistencia.
Asimismo, y al igual que las de acero, las estructuras de hormigón tienen una cierta capacidad de reabsorción de esfuerzos en caso de fallo de alguno de sus elementos (hiperestáticas).
El colapso de los elementos en estructura de hormigón armado se debe fundamentalmente al calentamiento excesivo de las armaduras de acero que la conforman, aunque también influye la perdida de propiedades resistentes del hormigón cuando este se ve afectado en una profundidad considerable.
Los aspectos negativos de las estructuras de hormigón armado son:
- No se producen deformaciones apreciables en la estructura que anuncien o hagan intuir su colapso, produciéndose este por lo general, de forma mucha mas brusca que en las de acero.
- Dificultad de observación de las grietas producidas en su masa durante el proceso del incendio (fundamentalmente en las vigas), debido a la gran cantidad de humo que se condensa o acumula.
- No son combustibles y por lo tanto no contribuyen al aumento de la carga térmica
- No suelen propagar el calor con facilidad.
- Aunque el calor provoca dilataciones finales del hormigón iguales a las del acero, aquellas son mucho mas lentas, facilitando por ello una redistribución gradual de los esfuerzos estructurales que se producen.
4. Comportamiento del fuego en estructuras de muros de carga
Tienen en general un buen comportamiento frente al fuego, el espesor de los muros y su propia inercia térmica les confieren un buen grado de seguridad frente al incendio.
El problema fundamental de este tipo de estructuras está en la existencia de lesiones por disgregación, desplomes, asientos, etc., que puedan verse agravadas por las sobrecargas del agua de extinción, o por las producidas a causa del desplome de forjados.
En general, los forjados de vigueta y revoltón, no suelen colapsar en grandes superficies, sino de forma gradual y paulatina, por zonas o tramadas.
En el caso de desprendimiento de varios forjados, existe el peligro de desplome de muros por falta de trabarán y arriostramiento entre ellos.
CONSIDERACIONES PRACTICAS Y GENERALES
• La evolución y comportamiento de las estructuras de madera se puede ver alterada de forma sustancial si está afectada por humedades, pudriciones, insectos xilófagos y por la existencia de herrajes metálicos en sus uniones.
Por ello hay que tener un especial cuidado en observar los vicios y defectos que ocultan, así como con la carga térmica que pueden aportar y la potencia calorífica que pudieran desarrollar.
• En las estructuras metálicas, es importante no tirar agua directamente sobre las mismas si previamente estas ya han sido calentadas con cierta intensidad (las contracciones suelen ser más peligrosas que las propias dilataciones), ya que se pueden producir enfriamientos bruscos que provoquen tensiones internas y fragilización del elemento, junto al propio fenómeno de contracción.
Hay que vigilar la evolución de la misma en el periodo de enfriamiento posterior a la extinción, pues se pueden desprender a causa de dicha contracción.
Los muros donde apoyan cerchas metálicas suelen desplomarse hacia el interior de la nave.
• La evolución de las estructuras de hormigón debe seguirse a través de las posibles grietas y fisuras de sus elementos (sintomatología principal) y otros síntomas adicionales (deformaciones, disgregaciones, desagregaciones, hinchamientos, abombamientos, cambios de coloración, etc.). Por ello es importante ver si las fisuras son recientes o no y controlar su evolución.
Hay que tener especial cuidado con las fisuras paralelas a las caras de los pilares y las cortantes que se producen en pilares, vigas y forjados.
• En las estructuras mixtas y de muros de carga, hay que prever el comportamiento de cada uno de los elementos que la componen (potencia calorífica, diferente dilatación, etc...), suelen ser peligrosas debido a ese diferente comportamiento.
Hay que tener sumo cuidado cuando nos encontremos con una estructura que tiene pilares de hormigón y vigas metálicas, vigilando fundamentalmente los nudos de unión en la cabeza de los pilares.
En las estructuras de muro de carga hay que fijarse en las roturas que se producen en los materiales que las componen, siendo de especial observación las zonas cercanas a sus aristas y nervios, lo cual nos da un síntoma de como se encuentran y las tensiones internas que se han producido.
• En todas las estructuras que hemos analizado, es conveniente siempre observar y analizar las posibles y diversas grietas y fisuras que suelen aparecer en los elementos de cerramiento y en los solados de los pisos, pues son un buen indicativo de la evolución que sigue la estructura y con ello cual puede ser el comportamiento más o menos inmediato que van a tener.
Por otro lado, debemos estudiar como están compuestas dichas estructuras, como trabajan o soportan los esfuerzos, que capacidades de reacción y resistencia al fuego poseen y cual es el estado general de conservación y mantenimiento que poseen.
