EFECTOS DEL FUEGO SOBRE EL CONCRETO

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RESUMEN: 

Los efectos del fuego sobre el concreto son objeto de estudio cuando una estructura (terminada o en construcción) sufre un incendio. Este artículo da una mirada general sobre las propiedades del concreto y algunos métodos para evaluar la resistencia de una estructura que ha sido sometida a altas temperaturas; de igual forma describe cuáles son las causas más comunes de los incendios y qué procedimiento seguir después de su ocurrencia.

A diferencia de otros materiales de construcción como madera, plásticos o espumados, el concreto es incombustible, por lo tanto, no emite gases tóxicos cuando está expuesto a altas temperaturas.  Cuando el concreto está expuesto a temperaturas del orden de 800°C, es capaz de mantener su capacidad resistente por periodos relativamente largos reduciendo el riesgo de colapso.

El efecto del fuego sobre el concreto depende de factores relacionados con las propiedades de la estructura afectada y de la magnitud del incendio, que por lo general tiene gran duración y alcanza elevadas temperaturas.

La porosidad de los agregados ejerce una gran influencia en el comportamiento del concreto cuando es sometido a fuego, dependiendo del grado de temperatura, tamaño, permeabilidad y humedad. Los agregados más porosos pueden ser más susceptibles a la expansión destructiva,

El componente más sensible del concreto sometido a altas temperaturas es la cal libre, dado que se le encuentra en una gran proporción del material siendo uno de los principales productos de la hidratación del cemento. La cal libre, se presenta como hidróxido de calcio en concretos nuevos y como carbonato de calcio en concretos de mayor antigüedad.

Con altas temperaturas el hidróxido de calcio se descompone en óxido de agua, donde el agua ejerce presiones que fisuran el concreto disminuyendo su resistencia mecánica. De otro lado, a medida que aumenta la temperatura, el carbonato de calcio se descompone en óxido de calcio y anhídrido carbónico, gas que produce el mismo efecto que el vapor de agua.

¿Cuáles son las causas más comunes de incendio en estructuras?

En su mayoría, los incendios son causados por defectos en instalaciones eléctricas, la resistencia de un conductor eléctrico que falla o un aumento en la temperatura que reblandece los aislantes y genera un cortocircuito. Otra causa son los empalmes deficientes que forman arcos voltaicos entre las terminales, llegando incluso a inflamar los aislantes, pinturas, maderas y otros elementos combustibles a su alcance.

Existen también causas fortuitas, por ejemplo, la inflamación de productos volátiles durante su manipulación, el uso de lámparas o velas de parafina para iluminación, el uso de fuegos artificiales, disparo de armas de fuego, entre otros.

Así mismo, los incendios pueden ser provocados mediante el empleo de sustancias combustibles o dispositivos incendiarios con fines dolosos, que provocan desprendimiento de llama o calor que se propaga a los objetos próximos, los que se inflaman a su vez, expandiendo el incendio.

¿Cómo se evalúa la capacidad de soporte de una estructura sometida al fuego?

Tras un evento como estos, es importante considerar en primer lugar la seguridad de las personas, por lo tanto, sin importar la magnitud del incendio, la estructura debe apuntalarse, ya que en ese momento su capacidad de soporte se encuentra en duda.

Después de apuntalar la estructura y sea seguro caminar a través de la estructura para iniciar con los análisis preliminares, se debe realizar una inspección visual rigurosa de las columnas, losas, vigas y todos los elementos de concreto comprometidos por acción del fuego. La información debe ser tabulada, adjuntando diagramas esquemáticos de la estructura para reconocer las áreas que sufrieron más y las que quedaron menos expuestas.

Seguidamente, es recomendable buscar el diseño original de la construcción, esto con el fin de compararlo frente a los elementos afectados e identificar en qué situación estaban originalmente. Esto ya nos acerca cualitativa y cuantitativamente a un porcentaje inicial de los daños causados por las llamas.

La evaluación de la capacidad real de soporte de una estructura que ha sido sometida al fuego se hace compleja debido, principalmente a la heterogeneidad de la estructura de concreto, producto de la distribución irregular de los daños inducidos por el fuego, por lo que el estudio de análisis debe extenderse tanto a las áreas de la estructura visiblemente afectadas como a las no afectadas.

Inicialmente, se pueden utilizar técnicas de carácter destructivo o no destructivo, encontrando aproximaciones al problema tales como tomar pequeñas muestras de concreto a diferentes profundidades. Aquí es importante diferenciar tanto las áreas que fueron afectadas por las altas temperaturas como las que no, para de esta manera determinar los gradientes por tensiones térmicas.

También es posible tomar núcleos de concreto a la estructura y ensayarlos en laboratorio para detectar las resistencias mecánicas residuales. Otra opción son los análisis petrográficos de los agregados, alteración térmica de la pasta de cemento y pérdida de ductilidad del acero de refuerzo.

Algunos ensayos que habitualmente son utilizados para determinar transformaciones de tipo químico, corresponden a termografías de infrarrojo y cámaras digitales calorimétricas.

Para determinar cambios en la pasta de cemento se emplean técnicas de caracterización como el análisis térmico diferencial junto con la termogravimetría y la difracción de rayos X.

Actualmente se utilizan métodos para medir y determinar de modo comparativo, sobre la misma base, la resistencia al fuego que oponen diferentes tipos de elementos estructurales fabricados con diferentes clases de concreto.

Estos métodos correlacionan la temperatura de ganancia con el tiempo en minutos trascurridos de acuerdo con la siguiente tabla tomada del ASTM E-119.

TIEMPO TRANSCURRIDO

TEMPERATURA ALCANZADA EN (°C)

5 min

538

10 min

704

30 min

843

1 hora

927

2 horas

1010

4 horas

1093

8 horas en adelante

1260

 

Adicional, es posible determinar la calidad residual y el tiempo de exposición al fuego evaluando la coloración del concreto que ha pasado por fuego, para ello se cuenta con la siguiente clasificación que asocia el color del concreto, la temperatura incidente y la resistencia.

COLORES

TEMPERATURA

RESISTENCIA RESIDUAL DEL CONCRETO A COMPRESIÓN (% del original)

Sin cambio

Menos de 300°C

100 a 80

Rosa

300- 600°C

80 a 40

Gris ceniza

600-900°C

40 a 20

Amarillo/Ocre

900-1200°C

20 a 0

 

La evaluación del concreto sometido a fuego reviste cierta complejidad, pero puede ser determinado a través de varios métodos, cada uno con ventajas y limitaciones. El concreto cuenta con propiedades que lo hacen incombustible, no aumenta la carga del fuego, detiene la propagación del mismo y no emite gases tóxicos. Evaluar cada estructura que ha estado sometida a fuego requiere de un orden específico ya que la seguridad de las personas es lo que prima en estos casos, después si se continúa con un adecuado orden puede llegar a realizarse la mejor propuesta de intervención.

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.

 

Bibliografía:

Smith, Peter, «Investigation and Repair of Damage to Concrete Caused by Formwork and Falsework Fire», ACI  Journal,  Proceedings V. 60, No. 11,  págs. 1535-1566 (noviembre de 1963).

Estudio Patológico, Bodegas Industrial Romil S.A.S Valle de Cauca – Ing. Mario Monsalve Esp en Estructuras (Julio 2011)

McIntosh, J.D., “Reducing Fire Losses by Constructing in Concrete,” Con-crete (England), V. 5, No. 4, pp. 105-108 (April 1971).

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  • Profesión: Comunidad
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