10 Nov 17

Resistencia al fuego de las estructuras de concreto

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Este artículo fue escrito por el Instituto del Cemento Portland Argentino – ICPA

El concreto estructural, además de las prestaciones de carácter resistente, presenta otras complementarias. Algunas se refieren a su utilización y forman parte de la funcionalidad de la obra en su conjunto. Otras, tales como la resistencia al fuego y la durabilidad, tienen que ver con la vida de servicio.

El fuego, como situación accidental, exige de las estructuras una capacidad de resistencia que permita desalojar a las personas que lo estén habitando, el objeto incendiado de manera que no se produzcan víctimas ni entre los usuarios ni entre el cuerpo de bomberos que actúa para controlar y extinguir el incendio.

concreto resistente al fuego

Mortero de protección pasiva
Crédito: bloggrupoherfer.es

El concreto estructural, armado y pretensado combina el material acero de las armaduras y el material de concreto que conforma el elemento estructural y que, mediante el espesor del recubrimiento, separa al acero del exterior.

El acero, como material con alta conductividad térmica, se calienta de modo inmediato, de tal forma que, expuesto directamente al incremento de temperaturas producido por el fuego, adquiere inmediatamente la temperatura que se alcanza en el incendio. No se comporta de la misma manera el concreto que se calienta mucho más lentamente alcanzando temperaturas, en cada instante, inferiores a las que, en ese instante, se alcanzan en el incendio.

La Tabla 1 indica la temperatura que se alcanza en un incendio, de acuerdo con la curva normalizada, en función del tiempo que dura el mismo, la temperatura que alcanzaría un acero estructural sin protección y aquella que alcanzaría una losa de concreto de 10 cm de espesor a diversas profundidades, medidas desde la superficie exterior que sufre el incendio. Si a esa profundidad se dispusiera una armadura de acero, a las diversas profundidades a las que nos referimos las llamaríamos “recubrimientos” y las temperaturas a las que nos referimos serían las temperaturas que alcanzaría el acero de la armadura dispuesta en función del recubrimiento.

concreto resistente al fuego

Tabla 1: Temperatura-Tiempos

El efecto del aumento de la temperatura sobre la estructura es doble, por una parte afecta a las características resistentes de los materiales (concreto y acero en armaduras) y, por otra, genera una deformación (dilatación) impuesta que, al no ser en general libre, origina los esfuerzos correspondientes.

concreto resistente al fuego

Prueba de fuego en varios materiales
Crédito: Light Facade Lab – blogger

La acción sobre los materiales se resume en una pérdida de capacidad resistente y en una disminución del módulo de elasticidad.

La Tabla 2 indica la pérdida de resistencia a tracción del acero de la armadura (fyk) de un concreto armado y de la resistencia a compresión del propio concreto con árido silíceo (fck) en función de la temperatura alcanzada por el material.

concreto resistente al fuego

Tabla 2: Pérdidas de resistencia-Temperatura

La Tabla 3 recoge la disminución, en tanto por ciento, del Módulo de Elasticidad del acero de las armaduras y del concreto con árido silíceo en función de la temperatura alcanzada por el material.

De las tablas anteriores se deduce que las resistencia de los materiales cuando alcanzan una temperatura de 500°C se reduce al 0.70 de la que presentan a 20 °C y que, para dicha temperatura, la deformación del acero resulta ser 1.7 veces superior a la correspondiente a 20 °C y en el concreto 6 veces superior.

La fuerte disminución de los módulos de elasticidad hace que la estructura bajo la acción del fuego sea mucho menos rígida, por lo cual su deformabilidad aumenta y puede aceptar elevadas deformaciones impuestas por el incremento de temperatura sin que aparezcan esfuerzos de importancia.

Por otra parte, la combinación de cargas con que se comprueba la resistencia al fuego de una estructura es, en general, la correspondiente a la situación accidental, con todos los coeficientes de mayoración iguales a la unidad, y, además, con el valor de la sobrecarga frecuente (caso de sobrecarga determinante) y el valor casi permanente de las demás sobrecargas concomitantes con la determinante. Se trata, en consecuencia, de un estado de cargas inferior a aquel que se ha utilizado para el dimensionamiento de la estructura en los diferentes estados limites últimos. Es habitual considerar que la totalidad de las cargas (valores ponderados), representa el 70% del valor mayorado utilizado para asegurar la resistencia de la estructura en los estados límite últimos.

concreto resistente al fuego

El incendio en un edificio residencial en Londres
Crédito: publico.es

Las razones anteriormente expuestas son la base del dimensionamiento de las estructuras frente a la acción del fuego. De acuerdo con el Eurocódigo, se utiliza un procedimiento simplificado de dimensionado consistente en disponer secciones de concreto con dimensiones adecuadas a las resistencia al fuego requerida, que se indican en unas tablas de uso directo. Las mismas tablas indican el recubrimiento de cálculo que debe tener la armadura dispuesta, así como las precauciones a considerar según el fuego alcance al elemento de concreto en una, dos, tres o las cuatro caras.

Es frecuente, con recubrimientos entre 3cm y 5cm, al centro de gravedad de la armadura pasiva, que las secciones habituales de concreto armado sean suficientes para dar una buena respuesta frente al fuego y asegurar la resistencia a fuego requerida. En el caso de secciones pretensadas, dicho recubrimiento deberá aumentarse entre 1cm y 1,5cm, según el tipo de obra y las condiciones de las acciones en situación accidental.

Por todo ello, el comportamiento de las estructuras de concreto sometidas a la acción del fuego es correcta, cumpliendo con las condiciones de estabilidad requeridas en situación accidental, lo que permite desarrollar los trabajos de extinción del fuego y en su caso, de auxilio eficazmente.

En resumen, el concreto debido a su baja conductividad térmica y al espesor de las secciones resistentes de las estructuras de concreto estructural, evita que la temperatura interior de la estructura sea la que alcanza el incendio, dando tiempo a que el fuego se controle eficazmente, y se extinga, sin que dicha temperatura interna llegue a alcanzar los valores para los que se produciría el agotamiento de la estructura. Este hecho unido a la posible redistribución de esfuerzos que una estructura de concreto bien dimensionada frente al incendio puede admitir, permite ofrecer como prestación del concreto una buena resistencia al fuego, lo que se traduce en que una estructura de concreto proporciona la resistencia al fuego requerida sin más que dimensionar adecuadamente el recubrimiento de las armaduras y, por tanto, de modo eficaz, seguro y muy competitivo.

 

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.


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