Análisis del articulo “Effect of fire on concrete structures”

1. Comportamiento del hormigón frente al fuego2. Efecto del fuego en las estructuras de hormigón

3. Diseño para resistencia ante fuego4. Métodos de comprobación de resistencia al fuego

5. Consideraciones

Universidad de AlcaláMáster en Proyecto de Arquitectura y CiudadMateriales de ultima generación y materiales eficientes

Sustentante: Eilin Castillo Jáquez

[Efectos del fuego en las estructuras de hormigón]

[1. Comportamiento del hormigón frente al fuego]Existen una serie de curvas tiempo/temperatura estándarresultantes de pruebas de fuego:

Edificaciones [BS 476 o ISO 834]: basadas en un fuego celulósicocuya fuente combustible puede ser madera, papel, tela, entre otros.Tienen un aumento de temperatura relativamente lento.

Túneles [RWS y RABT]: La RWS modela un fuego más severo dehidrocarburos, excediendo rápidamente los 1200°C y llegando a los1350°C (temperatura de derrite del concreto) después de 60min ydescendiendo gradualmente a 1200°C a los 120min, el fin de la curva.calentamiento inicial y temperaturas máximas. Representa la formamás severa de incendio en un túnel en términos de

Puede ser que los materiales de aislamiento se comportenbien bajo la BS 476, ISO 834 y la RABT, pero puede que nosoporten un fuego bajo las condiciones de la RWS. Es poresto que el fabricante de capas térmicas de aislamiento paratúneles de hormigón Lightcem ha desarrollado aislamientostérmicos, llamados Fireshield LC-01, 05 y 10 (paratemperaturas de hasta 1100°C) , y LC-1350 (paratemperaturas de hasta 1350°C), que consisten en un morterocon base cementicia que contiene cemento de alta densidad,micro sílice, granos de poliestireno, fibras de vidrioresistentes al álcali y mezcla LCK.

La curva alemana RABT representa un panorama de fuego menossevero llegando a una temperatura máxima de 1200°C (punto dederretido de ciertos agregados) sostenida por más de una hora antesde decaer a temperatura ambiente.

Tem

pera

tura

[°C

]

Tiempo [min]

Figura 1. Escenarios de fuego estándar para edificaciones, industrias costeras y petroquímicas, y túneles. Figura 2. Capa de aislante térmico Fireshield LC-1350 de Lightcem .

Existen ciertas ventajas en el concreto alser calentado:1. Influencia de fluencia transitoria: Estecontribuye a una relajación y redistribuciónsignificante de las fuerzas térmicas en lasestructuras de hormigón calentado.2. Influencia de carga durante elcalentamiento: La influencia de carga ubica elmaterial en compresión, “compacta” elhormigón durante el calentamiento e inhibe eldesarrollo de grietas. La fuerza a compresióny el módulo de elasticidad se reducen muchomenos con el aumento de la temperatura enel hormigón calentado bajo carga, al contrariodel hormigón calentado sin carga.

Influencia de temperatura: El aumento en elarrastre básico de la mezcla de cementoPortland y del hormigón a aproximadamente550-600°C indica que sobre esta temperaturael hormigón no es estructuralmente útil. Elproceso dominante para el hormigón sinsellado se relaciona con la perdida de variasformas de agua, mientras el procesodominante en el hormigón sellado se relacionacon reacciones químicas hidrotérmicas quepueden resultar en un gel mucho más débil ofuerte dependiendo del ratio CaO/SiO₂.

Existen dos problemas con el hormigón anteel fuego: deterioro en las propiedadesmecánicas y el efecto spalling odesconchamiento del hormigón.

El deterioro de las propiedades mecánicaspuede ser atribuido a 3 factores: cambiosfisicoquímicos en la mezcla de cemento, cambiosfisicoquímicos en el agregado e incompatibilidadtérmica entre el agregado y la mezcla decemento; y están influenciados por factorestales como: nivel de temperatura, rango decalentamiento, carga aplicada, sellamientoexterno. Este deterioro puede ser reducido porel diseño juicioso de la mezcla de concreto:-Agregado: Ciertos agregados rompen atemperaturas relativamente bajas (inferiores a350°C) , mientras otros exhiben estabilidadtérmica hasta los 600°C. Esta estabilidadaumenta en el orden siguiente: sílex, grava delTámesis, piedra caliza, basalto, granito, y rocaígnea. Otras características deseables en losagregados son: expansión térmica baja, lo quemejora la compatibilidad térmica con la mezclade cemento; superficie angular áspera, lo quemejora el enlace físico con la mezcla decemento; y la presencia de sílice reactivo, loque mejora el enlace químico con la mezcla decemento.-Mezcla de cemento: Una característicaimportante en esta es el ratio C/S. Bajosratios C/S dan lugar a un bajo contenido dehidróxido de calcio (Ca(OH)₂) en la mezclaoriginal y aseguran una reacción hidrotérmicamás beneficiosa. En la practica se utilizan laescoria, cenizas volcánicas pulverizadas (PFA),humo de sílice, entre otros, como sustitutosdel cemento para reducir el ratio C/S.

Figura 4. Relación tensión-deformación del hormigón.Deformación [%]

Fuer

za d

e co

mpr

esión

relativ

a [%

]

Temperatura [°C]

Tiempo [h]

Def

orm

ación

[%]

25 % carga

45% carga

Figura 3. Fluencia transitoria en hormigón.

Temperatura [°C]

Defo

rmac

ión

térm

ica

[%]

hormigón de cuarcitahormigón de piedra calizahormigón basáltico

hormigón ligero

piedra cementicia

Figura 5. Expansión térmica en hormigones.

El efecto spalling es la interrupción violenta o no-violenta de capas opedazos de hormigón en la superficie de un elemento estructural al serexpuesto a temperaturas altas y que se incrementan rápidamente. Este efectopuede ser agrupado en cuatro categorías: a) desconchamiento del agregado; b)desconchamiento por explosión; c) desconchamiento de la superficie; d)desconchamiento en esquinas. Las primeras tres pueden ocurrir durante losprimeros 20-30min en un fuego y están influenciados por el grado decalentamiento, mientras que la cuarta ocurre luego de 30-60min de fuego yestá influenciada por la temperatura máxima. El desconchamiento de superficiey el desconchamiento por explosión son violentos, siendo el desconchamientopor explosión el más grave de todos.

Entre los factores que influyen en el desconchamiento por explosiónencontramos ciertos materiales, geometrías y factores medioambientales. Losprincipales factores son: el grado de calentamiento, la permeabilidad delmaterial, el nivel de saturación de los poros, la presencia de refuerzo y elnivel de carga externa aplicada.

El hormigón de alta resistencia (HPC) es más propenso a desprenderseexplosivamente y a experimentar múltiples desconchamientos que el hormigónde resistencia normal ya que se crea mayor presión en los poros durante elcalentamiento por el aumento de densidad y menor porosidad de su mezcla.

1. El vapor de agua es uncomponente estable e integral delhormigón con carácter previo a sucalentamiento.

2. Con el fuego, el vapor de aguaemigra a través de capilaresmientras sube la temperatura.

3. En la parte caliente, el vaporde agua emerge como vapor en laparte caliente, y como liquido enla parte fría.

4. El hormigón se deseca yempieza a “desconcharse”.

5. El desconchamiento se hacemas grave a medida que el fuegoavanza, dejando expuestos losrefuerzos.

Figura 10. Proceso del efecto spalling o desconchamiento del hormigón por presión en los poros.

Figuras 9-12. Efecto spalling en diferentes escenarios.

6

8

7

9

agregado

fibra de pp

El efecto spalling trae como resultado la pérdida de material, la reducción en tamaño dela sección, y la exposición del acero del hormigón reforzado ante temperaturasexcesivas.

Mecanismos de desconchamiento por explosión-Desconchamiento por presión en los poros: Los principales factores que influye en esteson la permeabilidad del hormigón, el nivel de saturación de agua inicial, y el grado decalentamiento. Es difícil de predecir confiablemente por medio de métodos analíticos.-Desconchamiento por tensión térmica: Los materiales cerámicos pueden experimentardesconchamientos por explosión debido a tensiones térmicas excesivas generadas por elrápido calentamiento. El hormigón caliente genera gradientes de temperaturas queinducen fuerzas a compresión cerca de la superficie caliente y fuerzas a tensión en lasregiones más frías. La compresión en la superficie puede ser aumentada por la carga opre-tensión, pero muy pocas estructuras de hormigón están cargadas a niveles donde sealcanza el estado de tensión en falla necesario, haciendo que este tipo dedesconchamiento tenga una ocurrencia relativamente rara.-Tensión térmica y presión de poros combinadas: El desconchamiento por presión en losporos y el desconchamiento por tensión térmica, influenciados por cargas externas,actúan individualmente o combinados, dependiendo del tamaño de la sección, el tipo dehormigón y el contenido de humedad. En el hormigón de resistencia normal y el hormigónde alta resistencia el desconchamiento por presión en los poros es el más dominante.

Predicción del desconchamiento: Intentos de predecir el desconchamiento por métodosanalíticos han fallado debido a la compleja microestructura y la naturaleza polifásica delhormigón calentado, que no se presta fácilmente a modelos analíticos simplificados.

Diseño contra desconchamiento: El único método efectivo ha sido hasta ahora el uso debarreras térmicas, protegiendo la superficie del hormigón del fuego. Es sólo ahora quefibras de polipropileno (pp) están siendo consideradas para su uso en las mezclas dehormigón con el fin de aumentar la permeabilidad durante calentamientos sobre los 160°C,reduciendo así las presiones en los poros y el riesgo de desconchamiento.

Fibra

Posición de la fibra luego de derretirse

Figura 11. Fibra de polipropileno en HPC antes de la prueba al fuego.

Figura 12. Forma de la fibra luego de derretirse.

Zona de transición interfacial

matriz cementicia

Figura 13. Actuación de las fibras e pp en una matriz cementicia.

[2. Efecto del fuego en las estructuras de hormigón]

Tres temperaturas críticas pueden ser identificadas para el hormigón:-temperatura critica en la superficie de desconchamiento: oscila en el rango deentre 250-420°C, dependiendo del grado de calentamiento y las característicasdel hormigón.-temperatura critica de inicio de pérdida de fuerza: esta depende del tipo dehormigón. Para el hormigón silíceo esta es de unos 300°C, pero puede sermenor para hormigones con agregados pétreos y mayor para hormigones conagregados de granito.-temperatura critica de pérdida genérica en la capacidad de soportar carga: elhormigón con base en el cemento Portland experimenta un arrastreconsiderable en los 550-600°C, temperatura en la cual el material no seríaestructuralmente útil en estado caliente.

El fuego impacta ante las estructuras de hormigón en la medida en quegenera flujos de calor en la superficie expuesta del hormigón, produciendogradientes de temperatura, humedad y presión en los poros dentro de la masadel hormigón. Fuerzas térmicas, tensiones y fisuras pueden desarrollarse en elhormigón calentado. El desconchamiento por explosión del hormigón puedeocurrir. Tanto el hormigón como el acero, así como el enlace entre estos,experimentan pérdida de fuerza al calentarse. El diseñador debería, por lotanto, asegurar que todos estos factores combinados no perjudiquen lasfunciones primarias de las estructuras de separar y/o de soportar durante ya continuación del fuego.

La temperatura del aire durante un incendio excede los 900°C. Sin embargo,las buenas propiedades de aislamiento del hormigón indican que el declive de latemperatura es largo y sólo la temperatura de las capas exteriores seincrementa de manera significativa, mientras la temperatura del hormigóninterior se mantiene comparativamente baja.

Des

conc

ham

ient

o po

r ex

plos

ión

Hormigón derretido

Pérdida completa de hidratación

Disociación del carbonato de calcio

Aumento marcado de la fluencia “básica”

Disociación del hidróxido de calcioTriple punto de agua

Se rompe el agregado de grava del TámesisInicio de perdida de fuerza del concreto silíceoDeshidratación de algunos agregados pétreos

Reacciones hidrotérmicasInicio de la perdida de enlace químico

La permeabilidad “caliente” aumenta marcadamente

Perdida de agua libre

Β α inversión expansiva del cuarzo

Inicio del derretimiento del hormigón

1400°C

1300°C

1200°C

800°C

700°C

600°C

500°C

400°C

300°C

200°C

100°C

horm

igón

no

útil

estru

ctur

alm

ente

Figura 14. Procesos fisicoquímicos en el hormigón con base encemento Portland, como material, mientras aumenta la temperatura.

La resistencia al fuego puede ser definida como la habilidad de un elementoen una edificación de satisfacer su función diseñada por un período del tiempodurante el cual se desarrolla el fuego. Se define mientras el tiempo que pasaantes del estado límite del fuego es violado.

Cada parte de la estructura tendrá una función distinta durante un fuego,según su tipo y posición. Esta función podría ser la de contener el fuego (comomuros que no sean de carga), soportar las cargas del diseño (como las vigas ylas columnas), o ambas (como el piso).

Un diseño para la resistencia del fuego debe asegurar:-que las dimensiones totales de la sección de un elemento son suficiente pararetener la transferencia de calor a través de sus elementos dentro de loslímites aceptables;-una cubierta de hormigón promedio para los refuerzos capaz de mantener latemperatura del refuerzo bajo los niveles críticos antes de sobrepasar elperíodo de resistencia al fuego.

La pérdida de cubierta de hormigón por desconchamiento pone en peligro lacapacidad de carga debido al incremento del grado de calor transferido alacero y a la reducción del espesor total del hormigón. Es recomendable utilizarun espesor máximo para cubrir los refuerzos y así reducir el riesgo dedesconchamiento, pero a la vez es necesario un espesor mínimo paraaislamiento térmico. Así entonces, el espesor deberá estar comprendido entreestos dos límites.

Debe tomarse en cuenta factores como la robustez, una adecuada continuidaddel refuerzo, un nivel reducido de carga, una construcción compuesta, y ladisponibilidad de trayectorias alternativas para el soporte de las cargas.

[3. Diseño para resistencia ante fuego]

Figura 15. Desconchamiento en vigas de hormigón armado dejandoexpuestas las armaduras de acero.

Figura 16. Desconchamiento en losa de hormigón armado.

Factores que afectan la resistencia alfuego de elementos de hormigón según BS8110 son:-tamaño y forma de los elementos;-disposición y propiedades de los refuerzoso tirantes;-la carga soportada;-el tipo de hormigón y agregados;-la cubierta protectora de hormigón provistapara los refuerzos o tirantes;-las condiciones en que termina el soporte;-el espesor general de la sección paramantener la transferencia de calor en elpiso o pared dentro de límites aceptables;-la provisión de aislamiento de la superficie.

Tipos de fallos del hormigón estructuralfrente al fuego-Fallo a flexión: generalmente ocurre cuandolos refuerzos fallan mientras la fuerza aflexión del acero se reduce durante elcalentamiento.-Fallo de enlace: cuando el calor reduce lafuerza de enlace entre el acero y elconcreto. Suele estar relacionado con lasfallas a flexión del hormigón.-Fallo por cortante: está influenciado por lafuerza a flexión del hormigón; complicado dedeterminar debido a la falta de experienciaexperimental.-Fallo a compresión: debido al fallo delhormigón en el área de compresión mientrassu fuerza disminuye con el calentamiento. Figura 18. Efecto de disminución de la fuerza de

compresión bajo la acción de la temperatura.

Ratio cemento/agregado

Temperatura [°C]

Fuer

za a

com

pres

ión

[%]

Estado calienteEstado refrescado

Figura 17. Efectos del fuego en estructura de hormigón armado.

Figura 19. Colapso de parte de la estructura a causa de un fuego.

1. Pruebas de fuego: Es el método más costoso, particularmente paraestructuras grandes y complejas. Son usualmente conducidas bajo un sóloelemento de la edificación.

2. Métodos preceptivos: Se diseña de acuerdo con requisitospredeterminados, basados en ocupaciones o clases genéricas de riesgo defuego. Son los menos exactos de los tres métodos. Los requerimientos seexpresan por puntuaciones de resistencia al fuego de un objetivo paraelementos expuestos a fuegos BS 476 ó ISO 834.

3. Métodos basados en el comportamiento: Se basan en cálculos ingenierilesdel fuego y proveen efectividad en rentabilidad y métodos flexibles decomprobación superiores a los métodos prescriptivos. En estos laestructura no tiene permitido colapsar durante el proceso completo delfuego, incluyendo la fase de enfriamiento. Se pueden clasificar en trescategorías de sofisticación y complejidad incrementadas:-cálculos simplificados basados en el análisis del estado limite;-análisis de elementos termo-mecánicamente finitos;-análisis comprensivo de elementos termo-mecánicamente finitos.

Análisis térmicoPara funciones de separación sólo es requerido el análisis térmico. Para lafunción de soporte de carga, el análisis térmico deberá ser conducido enlas tres categorías funcionamiento-basadas como parte del análisisestructural.Los software para análisis térmicos se dividen en dos categorías:-programas generales desarrollados por casas de software profesionales(ABAQUS, ADINA, ANSYS, PAFEC, LUSAS).-programas dedicados al fuego, diseñados por grupos de investigación enesta rama (FIRES-T3, TASEF-2, TEMPCALC).

[4. Métodos de comprobación de resistencia al fuego]

Datos tabulados Métodos de cálculo simplificado

Métodos de cálculo general

Curva estándar temperatura/tiempo

(R, I, E)

Análisis del miembro de una estructura

Análisis de una parte de la estructura

Análisis global de la estructura

Figura 20. Procedimiento de diseño para estructuras resistentes al fuego según elEurocódigo 2.

Figura 21. Ejemplo de interfaz del software ANSYS analizando la deformacióntérmica en una junta de empalme.

-Análisis simplificado del estado limitePropuesto por primera vez por Anderberg, quien sugiere un método de análisisbasado en la hipótesis de que el grosor del hormigón silíceo dañado es asumidopara igualar el promedio de la isoterma 500°C en la zona de compresión de lasección transversal. No se espera que el hormigón dañado contribuya a lacapacidad de carga del miembro, mientras que la sección transversal es asumidapara retener los valores totales iniciales de fuerza y módulo de elasticidad. Esaplicable para secciones de hormigón armado con respecto a la carga axial,momento de flexión y sus combinaciones. La elección de la temperaturaisotérmica dependerá del tipo de hormigón utilizado y su pérdida de fuerzacaracterística frente al fuego.

-Análisis de elementos termo-mecánicamente finitosEl cálculo térmico es llevado a cabo primero por la duración completa del fuegoy luego llevado al programa de análisis mecánico para producir fuerzas ytensiones en el miembro o estructura. En estos se introduce la fluenciatransitoria. El plano de evaporación y el desconchamiento por explosión nopueden ser predichos. Programas: FIRES-RC (1974- University of California);CONFIRE (1982-FOrSen); STABA-F (1985-Technical University of Braunschweig);CEFICOSS (1987-Franssen, University of Liege); STRUCT (1991-Imperial College); yFIREXPO (1999-Bouygues).

-Análisis comprensivo de elementos termo-hidromecánicamente finitosUn análisis comprensivo incorpora análisis térmicos, hídricos y mecánicos en unmodelo completamente integrado e interactivo. En 1999 se desarrolló un modeloavanzado no linear diseñado para predecir el comportamiento y potencial dedesconchamiento de las estructuras de hormigón calentadas por el fuego yaplicaciones de reactores nucleares llamado HITECOSP. Aporta grandes avancescomo la incorporación de las fases del hormigón, determinación delcomportamiento microestructural, hídrico y mecánico del HPC/UHPC, incorporaciónde los fenómenos de fluencia y fluencia transitoria, entre otros. Los resultadosson presentados en forma de diagramas de temperatura, presión de vapor,saturación de agua y distribución de los daños, tridimensionalmente y en colores.

Figuras 22 y 23. Representaciones en HITECOSP de: a) la distribución delos daños en una columna de 200x200mm, y b) condiciones detemperatura en la distribución espacial de gas en una columna; ambos bajolas condiciones de fuego ISO-834.

[5. Consideraciones]

Figura 25. Formas de desconchamiento en especímenes de hormigón luego de las pruebas de resistencia ante fuego.

Algunos estudios revelan el comportamiento de ciertos hormigones frente a altas temperaturas, así como posibles soluciones a tomar en cuenta.

1. Comportamiento en la resistencia a desconchamiento delhormigón de alta resistencia (HPC) con contenido de fibras depolipropileno y confinamiento adicional. [1]

En los hormigones que no contienen fibras de polipropilenoocurre un serio desconchamiento, mientras que en las mezclascon un volumen de más del 0.05% de fibras de pp se puedeprevenir el desconchamiento por la liberación de la altapresión de vapor interno. La inclusión de mallas metálicascomo confinamiento adicional favorece a la resistencia frentea desconchamiento y a mejorar el ratio residual de fuerza acompresión en un 90%. Las fibras de vidrio y carbón no sonrecomendadas ya que en este caso el hormigón actúa frente aaltas temperaturas de manera similar a cuando no contieneningún tipo de fibra.

Figura 24. Resultados de pruebas de desconchamiento con fibras de polipropileno luego de la exposición a altas temperaturas. Figura 26. Fibras de polipropileno.

2. Mecanismo de fibras de polipropileno para prevenir el desconchamiento frente alfuego en mezclas de cemento para hormigones auto-compactantes y de altaresistencia. [2]

A temperaturas de 400°C, el agua de hidratación dentro del hormigón se libera,dando como resultado cambios microestructurales. Al incluir fibras de pp, estasson absorbidas por los poros a su alrededor, favoreciendo a la conectividad entreestos y ayudando a la salida del vapor.

Figura 27. Muestra de cemento para hormigónauto-compactante con un 1% de fibras de ppcalentado a 200 °C.

Figura 28. Ídem. Al derretirse las fibras de pp, lasfibras derretidas en estado liquido pasan a los porosalrededor. Cuando las fibras se evaporan dejan unared de canales que conectan a los poros entre si,liberando la presión que se causa en estos.

Figura 30. Muestra de cemento para hormigón dealta resistencia con un 1% de fibras de ppcalentado a 300 °C, mostrando el derretido de lasfibras, las cuales proveen un canal deevaporación para la humedad.

Figura 29. Muestra de cemento para hormigón dealta resistencia con 0% de fibras de pp calentadoa 300 °C. Se observan microfisuras.

3. Comportamiento ante el fuego de HSC con inclusiónde caucho reciclado. [3]

Pruebas de fuego para observar el comportamientodel HSC con inclusión de fibras de caucho recicladomuestran que se puede reducir el riesgo de efectospalling de éste sin comprometer su funcionamiento.El grado de daño causado por el fuego también sereduce por lo que se podría considerar la reducciónde la capa de protección de los refuerzos. Esto esporque, al igual que con las fibras de pp, el cauchoquemado deja canales permitiendo el escape del vapory reduciendo la presión en los poros.

Figura 31. Efecto del fuego en muestra de HSC sin caucho reciclado.

Figura 32. Ídem con 3% caucho reciclado.

4. Resistencia al fuego del Ultra High Performance Concrete (UHPC) [4]/ Comportamiento frente a la temperatura del UHPC. [5]

Investigaciones han mostrado el desfavorable comportamiento del UHPC frente al fuego debido a su alta densidad. Estos estudios demuestranque el uso apropiado de fibras de polipropileno mejoran el comportamiento de este tipo de hormigón frente a altas temperaturas al igual quehemos visto en casos anteriores. Las muestras con cierto volumen de fibras de pp en cantidades adecuadas no mostraron desconchamiento.

Sin fibras de pp 0.30% de fibras de pp 0.66% de fibras de pp

Sin fibras de pp 0.30% de fibras de pp 0.66% de fibras de pp

Figura 35. Canal de fibra de pp en estadoliquido. Temp. max. 350 °C.

Figura 36. Superficie de fibras de pp derretidas a200°C.

Temp. Max. 27°C Temp. Max. 180°C Temp. Max. 200°C Temp. Max. 400°C

Figura 37. Imágenes microscópicas de fibras de pp en diferentes estados de temperatura.Figuras 33 y 34. Dos pruebas de fuego llevadas a cabo en muestras de UHPCy el efecto de las fibras de pp frente al efecto spalling.

Existen métodos pasivos de protección contra incendios que permiten aislar una estructura permitiendo que el hormigón no alcance sutemperatura crítica. Estos métodos también aportan, en general, aislamiento térmico y acústico. Algunas casas comerciales queofrecen estos servicios son Cafco International, Promat Tunnel, entre otras. Cuentan con una amplia gama de morteros, pinturas ypaneles para diversas aplicaciones a base de lana mineral, yeso, aglutinantes de cemento, vermiculita, entre otros.

Figura 38. Dos tipos de instalaciónde paneles PROMAT®-T,permitiendo conseguir la curvaturade la superficie de hormigón.

Figura 39. Sistema de instalación de paneles protectoresde hormigón con anclas.

Figura 40. Aplicación de paneles en el túnel Elb, Hamburgo.

Figura 41. Cubrimiento de una columna en la estaciónde trenes Sankt Marx, Viena.

Figura 43. Sistema de anclaje de paneles Cafco.

Figura 42. Aplicación de paneles Cafco en un túnel.

[Conclusiones]

El comportamiento del hormigón como material bajo los efectos dealtas temperaturas se ve condicionado por sus características comosu densidad, porosidad, proporciones y constituyentes de su mezcla(tipo de árido, ratio C/S, etc.), así como también factores externoscomo el nivel de temperatura, rango de calentamiento, entre otros.

El fuego afecta negativamente en hormigón de dos maneras:-en la perdida de las propiedades mecánicas, la cual puede serreducida con un diseño cauteloso de la mezcla de hormigón;-en el denominado efecto spalling o desconchamiento del hormigón,definido como el desprendimiento de capas de hormigón de un elementoestructural, ya sea del agregado, en su superficie, en esquinas o demanera explosiva. Se debe a ciertos factores como la permeabilidad delmaterial, el nivel de saturación de los poros, grado de calentamiento,entre otros; éste se da entre los 250-420°C. Este efecto puede dejarcomo consecuencia la perdida significativa del espesor de recubrimientode los refuerzos amenazando el comportamiento de la estructura.

El fallo de una estructura de hormigón frente al fuego se vedeterminado por las condiciones de fuego, el sistema de carga y el tipode estructura. Para asegurar la resistencia al fuego es recomendablegarantizar el espesor de hormigón para el recubrimiento de losrefuerzos dentro de dimensiones aceptables de sección, por un períodode tiempo donde no se ponga en riesgo la estructura.

Actualmente existen métodos termohidromecánicos no lineales finitospara evaluar la resistencia al fuego de las estructuras, capaces depredecir el efecto spalling y el comportamiento de ciertos hormigonesavanzados de manera fiable.

Entre las recomendaciones para asegurar un mejorcomportamiento de las estructuras de hormigón, incluso dehormigones avanzados, se encuentran los métodos deprotección pasiva para limitar la temperatura del hormigón yretardar o evitar su temperatura crítica, y la utilización defibras de polipropileno en la mezcla de manera adecuada, quese funden con temperaturas alrededor de los 160°C creandocanales para la evaporación de vapor de agua y contribuir enla disminución de la presión en los poros.

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[Índice Figuras]

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