Tema del curso online. Sumario: Comportamiento del fuego en la madera. Comportamiento del fuego en el acero. Comportamiento del fuego en el hormigón. Comportamiento del fuego en hormigón armado. Comportamiento del fuego en albañilería. Comportamiento del fuego en el vidrio. Comportamiento del fuego en aluminio.
Summary: Behavior of fire in wood. Fire behavior in steel. Fire behavior in concrete. Fire behavior in reinforced concrete. Behavior of fire in masonry. Behavior of fire in glass. Fire behavior in aluminium.
COMPORTAMIENTO DEL FUEGO EN MATERIALES DE CONSTRUCCION
Curso online incendios estructurales
Vamos a ver cual es el comportamiento que poseen algunos de los materiales que más usualmente se utilizan en la construcción cuando son sometidos a la acción del fuego, tanto del punto de vista de su reacción al fuego, como su resistencia, además de otros factores como la dilatación, transmisión térmica, potencia calorífica, etc.
1. COMPORTAMIENTO DEL FUEGO EN LA MADERA
Se inflama fácilmente teniendo así una mala reacción al fuego, además su combustión desarrolla gran cantidad de calor aunque tiene un bajo coeficiente de transmisión térmica, por lo cual el calor no se transmite con facilidad a través de ella.
Cuando una pieza de madera esta sometida a la acción del fuego, esta pierde su contenido de agua y se inflama, entonces se inicia un proceso de carbonización de sus capas superficiales y que poco a poco, va profundizando hasta su total combustión.
Dicha velocidad de penetración se estima de forma aproximada en 1 cm. por cada 15 minutos, aunque varía en función de la intensidad del fuego, el tipo de madera, la humedad y el grado y tiempo de exposición al fuego.
Por otro lado la velocidad de propagación suele ser inferior a la de penetración y puede observarse su dirección y sentido a través de líneas o marcas que van separando la zona carbonizada de la no quemada.
Al observar una pieza de madera después de un incendio, podemos ver que está recubierta de una capa de carbón de mayor o menor espesor en función de los factores anteriores, pero si rascamos podemos observar la parte central en perfectas condiciones. La capa de carbón no tiene capacidad resistente alguna, pero actúa como protección de la parte interna de la pieza hasta que se desprende.
La humedad de la madera protege asimismo de la acción del fuego, ya que la energía se consume en evaporar el agua contenida antes de comenzar el proceso de carbonización.
El tipo de madera ( existen especies con mayor contenido de la humedad que otras), el tiempo transcurrido desde la tala y la humedad ambiental son factores que influyen en la velocidad del proceso.
Durante un incendio, las propiedades resistentes de la madera sólo se ven afectadas en la capa directamente expuestas al proceso de carbonización, manteniéndose intactas, e incluso mejorando con la temperatura, las propiedades resistentes de la reunión no afectada por dicho proceso.
- La madera, pues, no pierde propiedades mecánicas resistentes durante un incendio, lo único que se pierde es sección resistente en la pieza afectada.
2. COMPORTAMIENTO DEL FUEGO EN EL ACERO
Al contrario que la madera este material se considera no combustible y por tanto no se inflama, sin embargo su comportamiento ante el fuego en general (mala resistencia al fuego), es peor que el de la madera.
Cuando una pieza de acero se somete a la acción del fuego, éste eleva su temperatura en función de la intensidad del foco.
Debido a que el acero es un buen conductor del calor (su coeficiente de transmisión es mucho mayor que el de la madera), esta elevación de temperatura es transmitida rápidamente a través de todas las piezas metálicas que están en contacto con la pieza sometida al calor.
En principio este efecto es favorable, ya que la disipación de calor, retrasa el aumento de temperatura en el punto sometido al foco de calor. Sin embargo, si el fuego sigue, el aumento de calor recibido es mayor que el calor disipado y la pieza, aunque con cierto retraso respecto al foco (inercia térmica) sigue aumentando su temperatura.
Al contrario que la madera, el acero no pierde sección resistente, en cambio pierde, y de forma acusada, su capacidad de resistencia.
Dicha capacidad disminuye rápidamente a partir de los 350ºC a 400ºC, y aunque en el cálculo de estructuras metálicas se incluyen unos coeficientes de seguridad, dichos coeficientes son insuficientes para compensar esta disminución a entre los 450ºC-550ºC (Temperaturas críticas).
La temperatura se alcanza en un tiempo teórico entre 10-15 minutos. Es conveniente resaltar que la resistencia en frío son los ensayos de rotura después de hacer enfriar el acero hasta la temperatura ambiente.
En un incendio real y dependiendo de los factores que intervengan (intensidad del foco, distancia, inercia térmica, masividad del elemento, etc.) la sección de una pieza de acero puede alcanzar en su totalidad dichas temperaturas en un tiempo entre 10 y 20 minutos, tiempo a partir del cual entramos en peligro de colapso.
La alta conductividad térmica del acero, hace que el calor se propague con facilidad entre las piezas de acero, pudiendo transmitir calor a zonas alejadas que den origen a nuevos focos de incendio.
- El acero pues, no pierde como la madera, sección resistente, pero pierde y de forma relativamente rápida, propiedades resistentes.
3. COMPORTAMIENTO DEL FUEGO EN EL HORMIGON
Al igual que el acero es incombustible y no sufre por tanto perdida de sección resistente por carbonización como la madera.
Al igual que el acero, su fallo se debe a una perdida de propiedades mecánicas resistentes que varían de forma importante en función de la dosificación, del tipo y granulometría del árido utilizado, tipo de cemento, evaporación del agua, etc.
En términos generales al aumentar la temperatura y hasta los 200-250ºC no hay perdidas de resistencia, pero a partir de los 300ºC el hormigón pierde hasta un 20% de su resistencia inicial, y que al seguir aumentando dicha temperatura el decremento de su resistencia va en aumento, perdiendo prácticamente la mitad de su resistencia a los 450ºC.
Hacia los 600ºC los áridos se expanden fuertemente y con diferentes valores, dando lugar a tensiones internas que empiezan a disgregar el hormigón produciendo crujidos y pequeñas explosiones internas.
El hormigón, en este proceso de elevación de la temperatura, va sufriendo una serie de cambios de coloración que pueden indicarnos de forma aproximada la temperatura a que está o ha estado sometido el hormigón durante el proceso de incendio (ver la siguiente gráfica).
Así, hasta los 200ºC el color del hormigón es gris y no hay cambio apreciable de sus condiciones.
Desde los 200º a los 600ºC el color varia del rosa al rojo, permaneciendo el hormigón prácticamente sano (perdidas apreciables).
Entre los 600º y los 900ºC, el color cambia a un segundo gris con partículas rojas (perdidas importantes de su resistencia).
De 900ºC a 1.200ºC el color pasa a un color ante o amarillento y su resistencia es prácticamente nula.
Estos cambios de coloración son permanentes y las observaciones pueden ser hechas una vez extinguido el incendio.
La baja conductividad térmica del hormigón hace que el calentamiento del hormigón por el fuego afecte solo a las capas externas del mismo (5-10 cm) a causa de lo cual se produce una dilatación en dichas capas que produce grandes tensiones con la zona interna y provoca su agrietamiento.
Por ejemplo, observando las capas inferiores de una pieza probeta de hormigón, los 300ºC se localizan a unos 34 mm cuando ha estado expuesto a 30 minutos y a unos 154 mm cuando el fuego dura una hora.
- Es decir, el hormigón es incombustible, no obstante, el aumento de temperatura de un incendio provoca una perdida importante de propiedades resistentes y fuertes tensiones en una masa que producen su agrietamiento.
4. COMPORTAMIENTO DEL FUEGO EN HORMIGON ARMADO
Es un elemento mixto de construcción constituido por dos elementos : hormigón y acero.
- Por ello, constituye un elemento mixto de construcción de gran versatilidad, el acero y hormigón se colocan y calculan para absorber los esfuerzos a los que van a ser sometidos.
El comportamiento del hormigón armado frente al fuego va a depender en gran manera del comportamiento de cada uno de sus componentes (acero y hormigón) y de las funciones resistentes que cada uno de ellos desempeñan en el conjunto; lo cual indica que debemos considerar las temperaturas críticas de ambos.
El hormigón y el acero tienen un coeficiente de dilatación térmica muy similar; es decir, ante un determinado aumento de temperatura, ambos dilatan prácticamente lo mismo.
Sin embargo, el acero lo hace de una forma muy rápida y el hormigón lo hace lentamente.
Como vimos en el hormigón, el calentamiento de sus capas superficiales producía el agrietamiento y descascarillamiento del mismo.
Si a consecuencia de este descascarillamiento, quedaran descubiertas las armaduras de acero, se producirán seguramente los siguientes efectos:
- El acero, expuesto directamente al calor dilatará mas rápidamente que el hormigón provocando fuertes tensiones de desgarre, provocando perdidas de adherencia entre ambos materiales y comprometiendo el trabajo conjunto de ambos.
- Las armaduras, expuestas directamente al fuego y zunchadas por los estribos, pandearán entre ellos favoreciendo aun más el desconchamiento.
- Ambos materiales perderán capacidad resistente según hemos visto al estudiar cada uno de ellos, pero las perdidas serán mas notables en el acero que en el hormigón, ya que de este último, no se ve afectada toda la masa, sino solo los 5 ó 10 cm. externos.
- La perdida de la capa de protección de hormigón dejará al descubierto las armaduras de las vigas, pilares y forjados que, al llegar a su punto critico de temperatura, provocarán el colapso del elemento.
- Por tanto, el hormigón armado, elemento incombustible, pierde su resistencia al fuego, al quedar al descubierto sus armaduras de acero por desconchamiento y perdida de la capa protectora de hormigón que las protege.
5. COMPORTAMIENTO DEL FUEGO EN ALBAÑILERIA
Los componentes de albañilería y de fabrica (ladrillos, bloques, baldosas, morteros, etc.) son incombustibles y en general su resistencia ante el fuego no es mala.
Cuando tiene forma de ladrillo hueco, macizo o bloques de hormigón, ofrece una considerable resistencia al fuego, siendo los bloques de hormigón los mejores aislantes.
En los elementos huecos de cerámica y por efecto del calor se produce la rotura de las paredillas en su cara expuestas al fuego.
Ello crea unas condiciones de excentricidad que acaban convirtiéndose en una pérdida de capacidad resistente e incluso de inestabilidad del muro.
La rotura de las paredes inferiores de las bovedillas en los forjados, no tiene mayor transcendencia que la caída de cascotes que originan, ya que la misión de las bovedillas no es resistente, sino que hacen el papel de encofrado perdido del forjado.
Sus coeficientes de conductividad térmica suelen ser bajos por lo que no transmiten dicha temperatura y funcionan como aislantes.
Sin embargo, debido a su rápida dilatación los elementos de fabrica tienden a presentar finalmente formas redondeadas en sus extremos.
6. COMPORTAMIENTO DEL FUEGO EN EL VIDRIO
Aunque el vidrio es incombustible, presenta mal comportamiento de resistencia ante el fuego.
Debido principalmente a su incapacidad para sufrir deformaciones, es uno de los elementos mas frágiles que se conocen.
Es muy mal conductor del calor y por ello salta o estalla en pedazos cuando se calienta; es decir no se dilata.
El desprendimiento de cristales puede llegar a ser un problema que dificulte seriamente las tareas de extinción y la seguridad de los equipos de intervención.
El vidrio también se utiliza como elemento estructural en (baldosas, pavés) con un comportamiento térmico bastante aceptable.
7. COMPORTAMIENTO DEL FUEGO EN ALUMINIO
El aluminio utilizado en las construcciones es prácticamente incombustible y sus propiedades resistentes son por lo general malas.
Conduce rápidamente el calor y tiene su punto de fusión sobre los 650ºC.
Normalmente colapsa a temperaturas muy bajas (aproximadamente 200ºC).
Su utilización como elemento portante estructural aun no está muy desarrollada, utilizándose fundamentalmente en carpintería metálica y en perfilería de sujeción de techos colgantes.
Aunque tiene grandes posibilidades resistentes, su comportamiento ante el fuego es muy deficiente.
