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Resistencia al fuego de estructuras de acero

En Chile existen normativas que determinan un nivel de protección a las estructuras metálicas ante un incendio. En este sentido, métodos y productos actuales resultan ser grandes aliados para lograr que esa protección sea efectiva.

Al desencadenarse un incendio en un edificio, la estructura debe comportarse de manera satisfactoria con el fin de salvaguardar la vida de los ocupantes. Esto se logra normalmente al combinar de manera eficiente:

i) El diseño de la estructura con una determinada capacidad soportante de carga para un cierto período de tiempo.

ii) La compartimentación del recinto, tanto en su interior como en sus muros colindantes con otras construcciones, lo que imposibilita la propagación de llama y humo.

iii) El diseño de un adecuado plan de evacuación, que permita a Bomberos actuar de manera segura.

Actualmente en nuestro país, los requerimientos de resistencia al fuego de una construcción son establecidos en la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (OGUC), en la que se especifica la resistencia al fuego (RF) exigida para cada elemento de construcción, de acuerdo al tipo de edificio.

En un ensayo, la resistencia al fuego de una columna o viga es el tiempo que demora el elemento en alcanzar los 500°C expuesto a una curva de incendio estándar (normalizada). Esta temperatura está asociada a una pérdida de resistencia (tensión de fluencia y módulo de elasticidad), al punto en que el elemento puede llegar a una condición de colapso estructural.

La protección pasiva consiste en aislar térmicamente los perfiles que componen la estructura de acero de los efectos del fuego. Los materiales más comúnmente utilizados son las pinturas intumescentes, morteros proyectados, encajonamientos con placas de yeso-cartón, fibrosilicato o manta.

Dichas soluciones pueden ser publicadas por el MINVU en el Listado Oficial de Comportamiento al Fuego, de manera que el profesional encargado de cumplir los requerimientos de resistencia al fuego disponga de una base de datos de información de productos ensayados.

Además de las pinturas intumescentes tradicionales en solución acuosa presentes en el Listado Oficial, existen pinturas de nueva generación (generalmente epóxicas) que alcanzan clasificaciones por sobre F 90 y que se han ganado progresivamente un lugar en el mercado, debido a que permiten proteger estructuras que se encuentran a la intemperie en ambientes cercanos al mar y a que pueden ser aplicadas en altos espesores (entre 2 mm y 5 mm aproximadamente). Para la caracterización de una pintura intumescente, y en general de cualquier otro producto de protección, elementos de acero protegidos son sometidos a una serie de ensayos bajo la curva de incendio estándar que finalmente arrojan tablas de espesor de protección en función de la masividad (factor de forma característico de la geometría y condiciones de exposición de un elemento), que es proporcional a la tasa de calentamiento del perfil.

Cabe mencionar que existen normas chilenas vigentes que establecen procedimientos de ensayo para las pinturas intumescentes aplicadas en alguna obra, con el fin de verificar que la pintura reaccione a una llama y efectivamente corresponda al producto aplicado. En estas normas también se establece una metodología de medición de espesores aplicados, de manera de conseguir un muestreo representativo en toda la construcción.

Protección pasiva: Encajonamiento con placas para pilares y columnas.

Tendencias en el diseño

En las últimas décadas en países más desarrollados, tales como Reino Unido y EE.UU., ha habido una tendencia sostenida en incorporar a su marco regulatorio el diseño basado en desempeño (también llamado prestacional), método fundado como alternativo al diseño tradicional prescriptivo.

El diseño basado en desempeño considera las cargas mecánicas a las que se encuentra sometida una estructura y las propiedades térmicas del acero en función de la temperatura, en vez de adoptar solo un criterio de falla térmica (por ejemplo, temperatura crítica de 500°C). Se distinguen los modelos de cálculo simple que calculan analíticamente la respuesta de un miembro aislado sometido, ya sea a tensión o compresión y distintas condiciones de empotramiento.

Otra técnica de evaluación son los modelos de cálculo avanzado que, mediante software basados en el método de elementos finitos (FEM), determinan las temperaturas del acero (modelo de respuesta térmica), las que se emplean para determinar la respuesta mecánica de la estructura. Un buen ejemplo es el Laboratorio NIST (National Institute of Standards and Technology) de EE.UU., que a fines de 2011 inició el programa “Fire Risk Reduction in Buildings Program” para investigar y mejorar las herramientas computacionales existentes para predecir el comportamiento de estructuras en condiciones de incendio; y desarrollar materiales altamente resistentes a las temperaturas y de baja inflamabilidad, además de nuevos sistemas avanzados de detección y alarma. El objetivo de este programa es reducir costos en protección pasiva contra incendios sin perder de vista la seguridad global de la estructura, y así implementar en la normativa el diseño basado en desempeño.

Lo anteriormente expuesto busca contextualizar que nos encontramos insertos en un mundo globalizado y la dinámica de los avances en seguridad contra incendios es muy rápida, por lo que los organismos e instituciones involucradas en la seguridad contra incendios deben generar instancias para lograr una masa crítica, con el objetivo de que se cuente con un mayor número de profesionales especializados y, de ese modo, lograr un perfeccionamiento de nuestro marco regulatorio.

Siempre considerando que todo esto requiere que entidades (tanto públicas como privadas) y profesionales competentes en las complejas aristas técnicas involucradas, formen equipos multidisciplinarios para enfrentar estos nuevos desafíos.


Artículo gentileza de Sebastián Lagos, Ingeniero de la Unidad Ingeniería de Protección contra el Fuego de DICTUC.
Septiembre 2016
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Comentarios acerca de este artículo
LUIS PACHECO PIZARRO INGENIERIA ALPA LTDA (08/11/2018)

ME INTERESO MUCHO LA MENCIÓN DE NUEVAS pinturas de nueva generación (generalmente epóxicas) que alcanzan clasificaciones por sobre F 90 y que se han ganado progresivamente un lugar en el mercado

mario monsalve multiproposito (28/04/2018)

buen tema quisiera mas informacion

hector baeza rodriguez agrocomercial julio polanco galarce (09/03/2018)

cuesta mucho encontrar una tabla con el comportamiento de estructuras de acero al fuego o una formula para obtener algun parametro

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