Edificaciones en situación de incendio

Es conocido que el acero sufre degradación de sus propiedades mecánicas ante el aumento de la temperatura.  Es por ello que ante una situación de incendio, la reducción del límite de elástico F_y y el módulo elástico E pueden producir el colapso estructural, y por ello es necesario estudiar la necesidad de proporcionar una protección que retarde el aumento de la temperatura en el acero y consecuentemente su degradación, de manera que la estructura esté en capacidad de soportar las cargas impuestas por un tiempo determinado, mientras sus ocupantes evacuan la edificación y los organismos de socorro realizan sus labores, de forma segura.

Esta protección se conoce como protección pasiva debido a que, al contrario de la llamada protección activa, no trata de extinguir el fuego o impedir que este se propague, sino que simplemente defiende al acero reduciendo la velocidad con que éste incrementa su temperatura y por lo tanto, proporciona un tiempo antes de que la estructura colapse.

Finalmente, el objetivo del diseño de la protección pasiva busca determinar el espesor del material de protección que será utilizado,  de forma que la falla no sobrevenga antes del tiempo establecido.

Para determinar los espesores de la protección pasiva de una estructura se conocen dos enfoques:

• Enfoque prescriptivo
• Enfoque prestacional o ingeniería del fuego

El enfoque prescriptivo

El enfoque prescriptivo  consiste en cumplir unos requisitos establecidos en las normas de diseño que, de cierta manera, llevan a alcanzar una seguridad bajo incendio determinada.  Normalmente estas recomendaciones parten de los resultados de ensayos experimentales de materiales, perfiles, secciones, materiales de protección, detalles constructivos, etc. realizados en hornos bajo la ley de temperatura definida por las curvas ISO 834 o ASTM E- 119.

Con el objeto de determinar el espesor de la protección pasiva  y de acuerdo con la NSR-10, se debe definir inicialmente el uso de la edificación (título K) y en la mayoría de los casos con parámetros sencillos como el área total y el número de pisos, se selecciona el nivel de seguridad requerido (Título J).

La determinación entonces del espesor del material de protección pasiva está en manos de los proveedores que, de acuerdo con los resultados experimentales de sus productos, determinan el espesor necesario para cumplir con la norma. Bajo este enfoque, prácticamente todas las edificaciones requieren protección pasiva.

Es claro que para determinar el espesor de la protección bajo este enfoque no se requiere del más mínimo cálculo de ingeniería y puede considerarse que es inmediato; sin embargo, una de sus principales desventajas es que está basado en curvas que fueron concebidas para comparar el desempeño de diferentes materiales o productos de construcción ante el fuego y no de representar las condiciones de un incendio real.  Aunque se acepta que estas curvas presentan una condición severa de incremento de temperaturas, éstas no contemplan las variables que condicionan el  comportamiento de un incendio real y por lo tanto, no es posible establecer cuál es el grado de seguridad que resulta de su utilización y usualmente las soluciones presentan costos elevados.

El enfoque prestacional

La NSR-10 en sus numerales F.2.18.4.3.2.1 y J. 5.2 permite la aplicación de métodos analíticos que dan paso al enfoque basado en prestaciones o ingeniería del fuego.

A través de la ingeniería se puede evaluar la resistencia al fuego necesaria que precisa una estructura y proveer las medidas de seguridad necesarias para evitar un colapso estructural prematuro.  Un enfoque de este tipo tiene en cuenta la severidad de la exposición al fuego, teniendo en cuenta variables que afectan el comportamiento y el riesgo que el incendio tiene para la edificación.  Entre estos parámetros se encuentran la densidad de carga de fuego, la presencia o no de medidas activas, la ventilación, la altura y el área de la edificación, las propiedades térmicas de la envolvente, entre otros.

Bajo este enfoque, el diseñador tiene injerencia sobre algunas de las variables que determinan el comportamiento del fuego, principalmente sobre la ventilación, la presencia de medidas activas y la envolvente del edifico; con lo cual puede buscar la combinación más adecuada que permita optimizar la aplicación de medidas de protección pasivas, en contraposición al enfoque prescriptivo en donde el diseñador es prácticamente un espectador.

El diseño basado en prestaciones permite conocer cuál será la respuesta real que tendrá la estructura frente a la acción del fuego, permite flexibilidad en el diseño, permite, en ocasiones, una reducción importante del costo de la protección pasiva sin reducir el grado de seguridad del edificio.  Debido a lo anterior, no necesariamente la mayoría de edificaciones requiere protección pasiva o no el 100% de sus elementos, lo cual depende de las condiciones particulares de la edificación bajo análisis.

En Integral, con el apoyo de las especialidades de estructuras y contra incendio, venimos aplicando estos conceptos en proyectos tales como: PTAR Canoas, tranvía de Ayacucho e Ituango.