Protección de estructuras metálicas, hormigón y madera
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Los incendios, relacionados con el ámbito del trabajo o del esparcimiento han causado la muerte de cientos de personas y lesionado un sin número de otras. Sin embargo muchos de estas muertes podrían haberse evitado, si se hubieran tomado los recaudos necesarios en cuanto a instalaciones denominadas de protección activa (Extintores, mangueras de incendio, hidrantes, etc.) y se tomara en cuenta factores tales como la resistencia o estabilidad y la reacción al fuego de los materiales utilizados, lo que se conoce como protección pasiva, o sea las acciones que podemos realizar, encaminadas a mejorar el comportamiento de dichos materiales frente al fuego.
Con respecto a la protección pasiva, es mucho lo que se puede hacer para mejorar la performance de una obra frente a un incendio. Le proponemos un simple ejercicio: Observe a su alrededor y determine que tipo de materiales lo rodean: Paredes, puertas, ventanas, cielo raso, equipos de iluminación, sillas, escritorios, archivos, alfombras, estanterías, etc. ¿Cuántos de estos materiales son inflamables? ¿Lo pensó alguna vez? Queremos comentarle también algunos datos de interés para evaluar:
Según estudios realizados por especialistas Suizos en un ambiente con materiales tradicionales el gradiente de temperaturas una ves iniciado un incendio es el siguiente:
EN 5 MINUTOS LA TEMPERATURA ASCIENDE A 550 oC
EN 10 MINUTOS LA TEMPERATURA ASCIENDE A 720 oC
EN 30 MINUTOS LA TEMPERATURA ASCIENDE A 830 oC
EN 60 MINUTOS LA TEMPERATURA ASCIENDE A 1000 oC
Estos gradientes son estimados y varían de acuerdo a factores tales como:
a) Conductividad de los elementos que intervienen
b) Características endotérmicas y exotérmicas
c) Calor específico de los mismos
d) Temperatura ambiental
e) Ventilación
f) Grado de inflamabilidad
Para los proyectistas estos datos son fundamentales dado que tienen que considerar al fuego como una carga especial, comparativa a otras cargas que intervienen en la construcción, ya que las resistencias de los materiales estructurales dependerán fundamentalmente de su naturaleza, teniendo cada uno de ellos un comportamiento diferente.
MATERIALES ESTRUCTURALES
Se consideran bajo esta denominación a todos los elementos de construcción que por su capacidad de resistencia a esfuerzos exteriores, sirven de base para las estructuras. Muchos son los materiales utilizados a través de la historia por el hombre, desde la piedra y la madera, pasando por los ladrillos y tejas de barro cocido hasta las modernas estructuras de acero y de hormigón armado. Estos últimos presentan ciertas desventajas frente al fuego que son necesarias conocer para poder evaluar adecuadamente los riesgos en el caso de incendio.
EL ACERO EN LAS ESTRUCTURAS
Se Considera al acero, dentro del grupo de metales utilizados en la construcción ( acero, aleaciones de aluminio, hierro forjado, galvanizado, etc.) por poseer una elevada resistencia a la carga estructural y una calidad muy uniforme. Por otra parte el acero es incombustible frente al fuego, pudiéndose considerar esto como una ventaja. Sin embargo es un material muy vulnerable a las temperaturas, perdiendo resistencia en forma rápida. Esta característica hace que los espacios utilizados por la gente, que ofrecen las estructuras de acero, debido a la inmediata perdida de su resistencia, sumada a su elevado coeficiente de dilatación, sufran hundimientos sin dar tiempo para que actúen los sistemas contra incendios (extintores, bomberos etc.) No solamente hay que tomar en cuenta la perdida de resistencia del acero frente a las temperaturas, la cual dependerá fundamentalmente de la masividad del mismo y la temperatura generada por el fuego, sino que al dilatarse por lo general el acero desplaza su base, originado fuerzas que provocan una compresión de aproximadamente 1200 Kg /cm2. Esos desplazamientos así como las torsiones y flexiones propias, originan serios daños a otros elementos próximos por tracción y rotura de las soldaduras: Ej: escaleras, puertas, etc.
A temperaturas entre 315 y 420oC el acero comienza a debilitarse, si recordamos la tabla de gradiente térmicos comentada anteriormente, estas temperaturas se obtiene antes de los 5 minutos. El Aluminio por su parte pierde consistencia y rigidez entre los 100 y 315oC
LA MADERA EN LAS ESTRUCTURAS
Si bien la madera no constituye el elemento constructivo por excelencia en nuestro mercado, fácilmente lo podemos encontrar en construcciones antiguas y también en algunos proyectos dirigidos a diferentes sectores que aprecian este tipo de material.Si bien se trata de un material calificado como Inflamable y Combustible, posee ciertas ventajas frente al acero, fundamentalmente derivadas de su baja conductividad térmica. La estabilidad portante de las estructuras de madera resiste condiciones durísimas, permaneciendo en su base soportando la carga preestablecida. En las mismas condiciones una estructura de acero quedaría totalmente inutilizada
. Este comportamiento estable frente al fuego (en cuanto a su resistencia) se comprende fácilmente a partir del conocimiento de los cambios que ocurren en la estructura interna de las mismas por efecto de la temperatura.
En primer lugar, la madera se deshidrata, aumentando su resistencia. Según la especie, por cada 1% de agua perdida, aumenta casi un 4 % la resistencia a la compresión y un 2% la resistencia a la flexión. Valores muy importantes dado que aportan una acción directa sobre las posibles deformaciones de la estructura y su colapso. Este aumento de la resistencia a la compresión y flexión compensa la posible perdida de sección por carbonización de la superficie. Está comprobado que aún a temperaturas de 1000oC, las estructuras de madera expuestas, sin entrar en contacto directo con el fuego, han soportado sin deformaciones por un tiempo superior a dos horas.
La carbonización de la madera por efecto del fuego es lenta y disminuye aún más dicha velocidad al formarse la primer capa de carbonización. Los tratamientos ignifugantes realizados previamente a la madera, aportan una mayor protección contra el fuego, demorando la propagación de la llama.
EL HORMIGON EN LAS ESTRUCTURAS
El hormigón es sin duda el elemento constructivo por excelencia en nuestro mercado, dada sus características de colada con armadura de barras de acero, sus valores de compresión y flexión son elevados, muy superiores a los del acero, no así la resistencia a la tracción dado que justamente esta asociada a la del acero que contiene.Si bien no todos los hormigones tienen el mismo comportamiento, debido fundamentalmente a la variación de sus formulaciones, podemos definir que a temperaturas superiores a los 550oC la resistencia a la tracción se reduce prácticamente a cero tal como ocurre con el acero. Esta perdida, comparativamente con el acero es mayor en el hormigón a temperaturas menores, equiparándose a los 600oC. Este fenómeno de perdida de resistencia a la tracción genera colapsos en las estructuras. El efecto del calor sobre el material recibe el nombre de Fatiga y esta producida fundamentalmente cuando la tracción no es constante por la doble acción de la temperatura propia del fuego y el agua de extinción.
REVESTIMIENTOS DE PROTECCIÓN:
Como comentamos al principio de esta nota, “En caso de Incendios no se tiene una segunda oportunidad” y todo lo que hagamos para brindar un tiempo adecuado para permitir la llegada de los bomberos, seguramente dará la posibilidad de salvar una o más vidas. La protección de los elementos estructurales y la posibilidad de disminuir el grado de combustión de los elementos que conforman los ambientes, son dos acciones concretas que aseguran un tiempo extra de 30 a 60 minutos, Primordiales a la hora de proteger vidas.Las pinturas aportan una amplia gama de productos destinados fundamentalmente a la Protección de las estructuras y a disminuir el grado de inflamabilidad o reacción al fuego de los materiales.
De acuerdo a las normas UNE españolas se ha establecido la siguiente clasificación:
REACCIÓN AL FUEGO
MATERIALES
q M - 0 No combustible
q M – 1 Combustible pero no inflamable (Ignífugo)
q M – 2 Difícilmente Inflamable
q M – 3 Moderadamente Inflamable
q M – 4 Fácilmente Inflamable
ELEMENTOS COMPARTIMENTADORES
Para estos elementos se determina la Resistencia al fuego: RF Que es el tiempo transcurrido hasta que un elemento deja de satisfacer una de las siguientes condiciones:1. Estabilidad mecánica hasta llegar a la temperatura crítica (500 oC) o flecha (deformación) admisible
2. Estanqueidad a las llamas entre compartimentos
3. Estanqueidad a los gases inflamables entre compartimentos
4. Aislamiento térmico entre compartimentos
Dentro de los elementos Compartimentadores se consideran: paredes, muros, cubiertas, fachadas, puertas, elementos vidriados.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Para estos elementos se determina la Estabilidad al Fuego: EF y se expresa en minutos: 15 – 30 – 45 – 60 minutos etc.Dentro de la definición de los productos para la protección contra el fuego, encontramos dos tipos, especialmente en las pinturas:
1. Pinturas Ignífugas: son aquellas que no colaboran con la propagación del fuego, es decir se queman en presencia de llama pero sé auto extinguen al desaparecer la misma.
2. Pinturas Intumescentes: desarrollan frente al fuego o las altas temperaturas (+ de 250oC) una reacción química interna que produce un aumento considerable de su volumen, generando una espuma carbonosa disipadora del calor, disminuyendo por un lapso de tiempo, el efecto del mismo sobre el material de soporte. De esta manera se puede prevenir el colapso de una estructura por un tiempo cercano a los 90 minutos (tiempo máximo)
El esquema de pintado más conveniente se debe definir de acuerdo al tipo de material a proteger y en el caso de los perfiles de acero dependerá también de las características de los mismos, su masividad y la cantidad de caras expuestas al fuego, fijándose el espesor de la capa final en función de dichos valores.
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