Tema del curso INCENDIOS ESTRUCTURALES. Sumario: Resistencia al fuego de elementos constructivos. Capacidad portante de elementos constructivos. Hornos de ensayo. Curvas de calentamiento. Clasificación de resistencia al fuego de elementos de construcción. Protección al fuego de estructuras. Elementos fundamentales de protección al fuego de estructuras.
Course on fires in structures for firefighters. Abstrac: Fire resistance of construction elements. Bearing capacity of construction elements. Fire resistance classification of construction elements. Fire protection of structures. Fundamental elements of fire protection of structures.
RESISTENCIA Y PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS ANTE EL FUEGO
CURSO DE INCENDIOS ESTRUCTURALES
1. RESISTENCIA AL FUEGO
La resistencia al fuego es la capacidad de un elemento de construcción para mantener, durante un periodo de tiempo determinado, la función portante que le sea exigible, así como la integridad y/o el aislamiento térmico.
- Expresándolo en otras palabras, es la capacidad, medida en tiempo, durante la cual un elemento constructivo es capaz de permanecer cumpliendo la función para la cual ha sido colocado en el edificio al ser atacado por el fuego.
Al igual que la reacción al fuego, la resistencia al fuego de los elementos también se determina en laboratorios por medio de ensayos:
- Estos simulan unas condiciones normalizadas que tratan de reproducir las condiciones a las que se vería sometido el elemento en un incendio real.
Objetivo de la Resistencia al Fuego
La misión de la resistencia al fuego es determinar el tiempo que un elemento o sistema constructivo es capaz de mantener las características relacionadas con su capacidad portante y/o integridad y/o aislamiento cuando está expuesto a temperaturas similares a las que pueden encontrarse en un incendio totalmente desarrollado (cercanas a los 1000ºC).
Además es posible evaluar otras características como por ejemplo la radiación o la estanquidad ante el humo.
Dado que las muestras que se ensayan en resistencia al fuego son sistemas constructivos completos, los ensayos se llevan a cabo en hornos de ensayo especiales donde se instalan unos bastidores con las muestras.
Para alcanzar las temperaturas que simulen las condiciones de los incendios, se emplean las curvas de calentamiento.
Hay diferentes tipos de curvas que estarán en función del escenario de incendio que se tome como referencia. El tipo de curva que se deberá seguir durante un ensayo vendrá descrito en la norma de referencia aplicable al sistema constructivo.
Algunos ejemplos se curvas de calentamiento son:
- Curva normalizada tiempo/temperatura.
- Curva de calentamiento lento (IncSlow).
- Fuego semi-natural (Sn)
- Curva de exposición a un fuego exterior (Ef).
- Temperatura constante.
Características de comportamiento
Las características que se incluyen en una clasificación de resistencia al fuego y que son obtenidas de los ensayos son las siguientes:
一 R:Capacidad portante del elemento: es la capacidad del elemento constructivo de soportar, durante un periodo de tiempo y sin pérdida de la estabilidad estructural, la exposición al fuego en una o más caras, bajo acciones mecánicas definidas.
Los criterios proporcionados para evaluar un colapso inminente variarán en función del tipo de elemento portante.
一 E: Integridad del elemento: es la capacidad que tiene el elemento constructivo con función separadora, de soportar la exposición al fuego solamente en una cara, sin que exista transmisión del fuego a la cara no expuesta debido al paso de llamas o de gases calientes.
Esto puede producir la ignición de la superficie no expuesta o de cualquier material adyacente a esa superficie.
Para valorar la integridad de un elemento se lleva a cabo mediante las siguientes observaciones:
– Grietas o aberturas que superen las dimensiones establecidas.
– Ignición de una almohadilla de algodón.
– Llama mantenida en la cara no expuesta.
一 I: Aislamiento térmico: es la aptitud del elemento constructivo para soportar la exposición al fuego en un solo lado, sin que se produzca la transmisión del incendio debido a una transferencia de calor significativa desde el lado expuesto al no expuesto.
La transmisión debe limitarse de forma que no se produzca la ignición de la superficie no expuesta, ni de cualquier material situado en la proximidad a esa superficie. El elemento también debe constituir una barrera para el calor, suficiente para proteger a las personas próximas a él.
Para evaluar esta característica, hay dos criterios generales que se deben cumplir:
- Temperatura media en la cara no expuesta.
- Temperatura máxima.
Características opcionales de comportamiento
Además de los anteriores, en determinados elementos o sistemas constructivos se pueden requerir parámetros de comportamiento adicionales o ampliar la clasificación con otros parámetros de comportamiento.
一 W: Radiación: es la aptitud del elemento constructivo para soportar la exposición al fuego en una sola cara de forma que se reduzca la posibilidad de transmisión del fuego debida a una radiación significativa de calor a través del elemento, o bien desde la cara no expuesta a los materiales adyacentes.
En los ensayos donde se precise la característica de radiación, el valor máximo de la radiación no debe exceder 15 kW/m², medido como se establece en el ensayo normalizado.
一 M: Acción Mecánica: es la aptitud del elemento para soportar impactos, y representa el caso en el que un fallo estructural de otro componente en un incendio provoca un impacto sobre el elemento considerado.
El elemento es sometido al impacto de una fuerza predefinida poco después del tiempo para la clasificación R, E y/o I deseada. Para tener su clasificación complementada con M, el elemento debe resistir el impacto sin perjuicio del comportamiento R, E o I.
一 C: Cierre automático: es la aptitud de una puerta o ventana abierta para cerrarse completamente sobre su marco y enganchar cualquier dispositivo con pasador que pueda estar instalado, sin intervención humana, mediante la energía almacenada, o mediante la red de suministro de energía eléctrica respaldada por la energía almacenada en caso de fallo de energía eléctrica.
- Se aplica a elementos que normalmente se mantienen cerrados y que deben cerrarse automáticamente después de cada apertura.
- También se aplica a elementos que normalmente se mantienen abiertos y que deben cerrarse en caso de incendio, y a elementos que funcionan mecánicamente que también deben cerrarse en caso de incendio.
一 S: Estanquidad al humo: es la capacidad de un elemento para reducir o eliminar el paso de los gases o del humo de un lado a otro del elemento.
Hay dos tipos de estanquidades en función de la temperatura:
- Sa: que se asocia a temperatura ambiente.
- Sm: que considera la estanquidad a temperatura ambiente como a 200ºC.
一 G: Resistencia al fuego de hollín: es la capacidad para resistir este tipo de fuego. Esta clasificación se emplea en chimeneas y sus productos asociados.
一 K: Aptitud de protección ante el fuego: es la aptitud que tiene un revestimiento de pared o de techo para proporcionar protección frente a la ignición, carbonización y otros daños del material que se encuentra detrás del revestimiento, durante un período de tiempo especificado.
En función del periodo de clasificación, podemos tener:
- K1: para periodos de clasificación de 10 min.
- K2: para periodos de clasificación de 10 min, 20 min o 30 min.
2. PROTECCIÓN AL FUEGO
Como el fuego puede afectar de forma importante a la estabilidad y seguridad de las estructuras, con el fin de paliar dichos efectos:
- Las estructuras deben ser debidamente protegidas contra la acción del fuego.
Por ello, el método habitual para el diseño de la protección contra incendios adecuada de las estructuras es actualmente el ensayo normalizado de resistencia al fuego, combinado con las normas de los códigos de construcción que especifican las clasificaciones de resistencia al fuego del conjunto de estructuras y muros portantes.
Normalmente los métodos más usados suelen dotar a las estructuras de mayor espesor de material del que están compuestos o en su defecto, por cuestiones generalmente económicas y de aumento de cargas, de tratamientos o impregnación de otros compuestos que soportan el calor y no transmiten la temperatura.
Por ello vamos a ver, por un lado los objetivos principales que persigue dicha protección y por otro los materiales o elementos más utilizados hoy en día para llevarla a cabo.
1. Objetivos de la protección en estructuras ante el fuego
一 Evitar el desplome o derrumbamiento de la estructura resistente durante un tiempo proporcional a la carga térmica del recinto.
一 Evitar la propagación del fuego y gases a otras zonas no afectadas por él, mediante la ubicación de parámetros resistentes al fuego (forjados y tabiques).
2. Elementos fundamentales de protección ante el fuego de estructuras
- Aumento del espesor de recubrimiento de las armaduras en las estructuras de hormigón armado (colocando hormigón en esas zonas).
- Forrado, encajonamiento o emparrillado de los elementos estructurales (sobre todo los de origen metálico) con elementos no transmisores térmicos como los recubrimientos de hormigón ligero, los elementos cerámicos, forrados de mica, las placas de yeso o escayola, etc.
- Tratamientos superficiales y proyección sobre los elementos estructurales (sobre todo en estructuras de hormigón armado) de ciertos morteros aislantes (como son la combinación del yeso o cemento con compuestos minerales como la perlita, la vermiculita, el amianto, etc.).
- Imprimación con barnices o pinturas intumescentes de los materiales que forman las estructuras, de forma que se adhieren a ellos y se esponjan, formando así capas aislantes contra los incendios.
- Aumento de la sección resistente en los elementos o estructuras de madera (denominado comúnmente como el calculo a "madera perdida").
- También se han realizado aislamientos con conjuntos de cámaras de aire y materiales aislantes que impiden la transmisión del calor, o sobre ciertos pilares que se rellenan de agua, absorbiendo el líquido o transferir el calor por convección.
