EL FUEGO VS. LAS ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN, ¿ENEMIGOS?


Desde hace cientos de años el fuego es conocido por el ser humano, de hecho este fenómeno cambio nuestra historia de una forma considerable. Su utilidad fue rápidamente apreciada preocupándose de mantener vivo el fuego durante una cierta cantidad de tiempo añadiendo materiales parecidos a los que estaban ardiendo. Más adelante pudieron comprobar que en los días lluviosos el fuego se apagaba, por lo que les llevó a utiliza el agua como medio de lucha contra los fuegos que se descontrolaban. Desde entonces el agua es e agente extintor más utilizado.

Fue Galileo quien primero estudió rigurosamente la dilatación de las sustancias. Santorio fue uno de los primeros en establecer una escala termométrica con fines médicos, finalmente Robert Boyle perfeccionó un termómetro independiente de la presión atmosférica (el actual) siendo el primero en medir con bastante fiabilidad la temperatura del cuerpo humano.

En todas las religiones primitivas se empleaba el fuego como elemento central en las ofrendas, ya que dado que la combustión se producía hacia arriba se creía que era símbolo de comunicación con los dioses. Según los griegos, toda materia que ardía era porque en su interior estaba presente el fuego.

El efecto destructor del fuego era ya sobradamente conocido por los griegos que los emplearon en sus guerras y crearon las primeras cuadrillas de hombres destinadas a paliar los efectos del fuego (los bomberos).

Teoría del flogisto

Esta teoría afirmaba que esta sustancia misteriosa formaba parte de todos los cuerpos combustibles, cuanto más flogisto, más combustible. La combustión suponía una pérdida de ésta por lo que quedaba después de la combustión no tenía flogisto y podía seguir ardiendo. Según esta teoría los metales estaban formados por flogisto y cal (antiguamente todas las impurezas de los metales o sus óxidos se denominaban cal), de ahí la expresión de que una materia cuando se ha quemado es que se ha calcinado. En siglo XVIII Lavoisier demostró la inexistencia del flogisto y formuló su teoría de la combustión en 1783: “cuando un cuerpo arde o se inflama, se combina con el aire para formar un óxido”.

Se considera incendio la combustión y abrasamiento con llama, capaz de propagarse, de un objeto u objetos que no estaban destinados a ser quemados en el lugar y momento en que se produce (artº 45 de la Ley 50/1.980 de 8 de Octubre).

Las excelentes y ampliamente demostradas propiedades de resistencia al fuego del hormigón protegen vidas, las propiedades y el medio ambiente en caso de incendio. Los ejemplos cotidianos y las estadísticas internacionales proporcionan una amplia evidencia de las propiedades de protección frente al fuego del hormigón y por ello los constructores de edificios, las aseguradoras y los prescriptores, están convirtiendo al hormigón en su material favorito. El empleo del hormigón en edificios y estructuras proporciona unos niveles excepcionales de protección y seguridad en caso de incendio:

– El hormigón no arde y no aumenta la carga de fuego. No produce humo ni gases tóxicos.

– Tiene una elevada resistencia al fuego y detiene la propagación del mismo.

– El hormigón es fácil de reparar después de un incendio y no se ve afectado por el agua utilizada para sofocar el incendio.

Se pueden definir dos componentes claves para explicar la excelencia del hormigón frente al fuego: es incombustibles (no arde) y tiene una baja conductividad térmica. En la mayoría de los casos, una estructura de hormigón puede utilizarse sin protección frente al fuego. El hormigón es una protección muy eficaz frente al fuego debido a su composición mineralógica y su estructura porosa, es esta baja conductividad la que permite al hormigón actuar como protección eficaz.

Para el estudio de protección contra incendios de una estructura se estudia el incendio patrón definido por la norma ISO.

El incendio real es distinto del previsto por la norma ISO pero se consideran equivalentes ya que el área rayada situada por encima de los 300º es la misma.

Prácticamente no resultará afectado a temperaturas inferiores a 300º, a partir de ellos se inicia una fuerte pérdida de resistencia que ya no se recupera tras el incendio, por el contrario, como se ha comentado anteriormente su bajo coeficiente calorífico hace que tarde mucho en alcanzar los niveles peligrosos.

  • 200 ºC < Tª < 300 ºC: pérdida del agua capilar, no parecen modificaciones estructurales ni disminuye la resistencia.
  • 300 ºC < Tª < 400 ºC: pérdida del agua del cemento. Aparecen fisuras superficiales y el hormigón armado tiende a una coloración rosácea debido a los cambios que sufren los compuestos de hierro.
  • 400 ºC < Tª < 600 ºC: desprendimiento de cal viva a partir del hidróxido cálcico de hidratación de silicatos. Cuando se enfría el hormigón sus propiedades mecánicas pueden disminuir en función del método de extinción del incendio y de las tensiones estructurales a las que esté sometido. Color rojizo.
  • 600 ºC < Tª < 950 ºC: los áridos se expanden y debido a sus diferentes coeficientes de dilatación, aparece la disgregación. El hormigón adquiere tonalidades grisáceas, pierde agua intersticial y se vuelve poroso. En estas
  • situaciones se produce una pérdida de resistencia que puede oscilar entre el 60% y el 90%, siendo necesaria su total sustitución para garantizar la estabilidad estructural del edificio.
  • 950 ºC < Tª < 1200 ºC: destrucción del conglomerado, adquiriendo un tono amarillento. El hormigón carece de resistencia residual alguna.

Cabe matizar, que las tonalidades del hormigón están sujetas a varios fenómenos: en cualquier incendio el hormigón queda cubierto por humo procedente de la combustión por lo que habrá que limpiar para observar su tonalidad y la variación de las tonalidades está sujeta a que el hormigón esté compuesto por áridos silíceos. Este método vale como estimación inicial para posteriormente medir la resistencia mediante probetas testigos.

PROBLEMÁTICA DEL HORMIGÓN ARMADO EN ELEMENTOS EXPUESTOS AL INCENDIO

Hay que tener en cuenta que en los trabajos de extinción se produce un rápido enfriamiento de las armaduras que hayan podido quedar al descubierto pudiendo generar problemas de rotura frágil.

Debemos hacer una distinción entre el coeficiente de dilatación térmica y el coeficiente de conductividad térmica del acero y del hormigón, el primero es muy parecido en ambos y en el segundo se sabe que el acero conduce 4000 veces mejor el calor que el hormigón. Debido a este hecho en la zona de ataque directo del fuego, ambos materiales dilatarán de forma más o menos uniforme, ocurriendo lo mismo al ser enfriados por el agua de extinción, en cambio, en un punto separado el calor se habrá propagado rápidamente por el acero, dilatándose éste más que el hormigón de la zona alejada. Consecuencia de este hecho es que se acaban produciendo lesiones por fisuración del hormigón, oxidación, carbonatación, variaciones del pH, etc,… en función del medio.

REQUISITOS DE SEGURIDAD FRENTE AL FUEGO Y SU RELACIÓN CON EL HORMIGÓN

En le proyecto de seguridad frente al fuego, las funciones de un elemento estructural pueden ser designadas como capacidad de soporte, separación y/o aislamiento (R, E, I) y se les asigna un valor numérico en minutos que es la duración para la que se espera que el elemento lleve a cabo estas funciones. En caso de incendio, la estructura debe comportarse como mínimo en el nivel exigido por la legislación, pero además, el que la estabilidad de las estructuras se mantengan durante tanto tiempo como sea posible es obviamente deseable para sobrevivir, escapar y combatir el incendio. Esto tiene una importancia especial en complejos de gran tamaño y en edificios de muchas plantas. Las estructuras de hormigón se proyectan para satisfacer esta demanda de estabilidad global en caso de incendio y en muchas ocasiones sobrepasan las expectativas. La incombustibilidad y baja conductividad térmica del hormigón se traducen en que éste no arde y en que su resistencia no se ve afectada de forma significativa durante un incendio normal de un edificio. Por otra parte actúa como una protección pasiva y de larga duración. La protección proporcionada por el hormigón se puso claramente de manifiesto en el comportamiento del edificio Windsor en Madrid. Los pilares de hormigón y los núcleos impidieron que el edificio se derrumbara, y las vigas de gran canto situadas encima de la planta 16 confinaron el fuego por encima de la misma durante siete horas.

DIAGNÓSTICO DESPUÉS DEL INCENDIO

– En primer lugar y si el jefe de bomberos autoriza la entrada al edificio siniestrado se debe realizar una inspección visual de estado del edificio después del incendio.

– Se establecerá una batería de ensayos para determinar el estado resistente residual de los elementos portantes:

  • Ultrasonidos. La velocidad de propagación de los ultrasonidos dependen de entro otros parámetros del módulo de elasticidad, el cual su disminución está relacionada con el incremento de temperatura.
  • Extracción de testigos para ensayarlos en laboratorio. Se realizarán ensayos a compresión simple para establecer de forma directa la resistencia residual de la muestra.
  • Profundidad de carbonatación.

– Interpretación de los resultados en gabinete y toma de decisiones: rehabilitación o demolición.

Los estudios de patología de estructuras dañadas por el fuego necesitan un alto grado de especialización, en especial para realizar el cálculo de la capacidad resistente residual después del incendio a la vista de la evaluación experimental de la situación.

El fuego afecta también al comportamiento de las armaduras en lo que al diagrama tensión-deformación se refiere, aunque el alargamiento repartido bajo carga permanente permanece prácticamente estable en el orden del 2,5%. Debe prestarse especial atención a estructura de hormigón armado construidas con barras retorcidas o estiradas en frio utilizadas en estructuras durante los años 70 con una resistencia de 400 MPa a partir de barras de acero ordinario de 240 MPa. Bajo la acción del fuego se produce una disminución del límite elástico y de la tensión de rotura, llegando a valores del acero de partida en tiempos altos de exposición. Un aspecto crítico es la adherencia entre armaduras y hormigón, esta propiedad es mayor después del incendio que durante la máxima temperatura alcanzada. En incendios con temperaturas superiores a 300º el deterioro es muy rápido.

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2 Respuestas a “EL FUEGO VS. LAS ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN, ¿ENEMIGOS?

  1. Esta muy bien detallado los diferentes tipos de eventos, con referente al hormigon y el fuego, resistencia, armado de fierro entre otras, el punto es el siguiente…. Cuando una casa ya ha sido calcinada, muchos no la derrumban por el costo sino que la reparan, “repellan” y la pintan. ¿Las sustancias del hormigon al trascurrir de los años son tóxicos para los que viven en la casa calcinada? Sería correcto que te ampliaras con más detalles de ese aspecto de la salud de los que viven en esa casa. Saludos cordiales

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  2. quiero construir un horno para quemar ladrillos de arcilla, para las paredes quiero utilizar ladrillos y juntarlo con arena y cemento. ¡es posible? o hay otro tipo de mescla.

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