Como afecta el fuego a las estructuras de hormigón!

Tras ver por las noticias digitales el incendio en uno de los pilares del puente del Arenal en Córdoba, me he decidido por este artículo, en el que poder recoger la problemática a la que se enfrentan las estructuras ante un incendio.
Adjunto fotografía de cordopolis, aunque en ella no se aprecia la gravedad del incendio.

Habría que empezar hablando de las excelentes propiedades que tiene el hormigón frente al fuego, se pueden definir dos componentes claves para explicar la excelencia del hormigón frente al fuego: es incombustibles (no arde) y tiene una baja conductividad térmica. En la mayoría de los casos, una estructura de hormigón puede utilizarse sin protección frente al fuego. El hormigón es una protección muy eficaz frente al fuego debido a su composición mineralógica y su estructura porosa, es esta baja conductividad la que permite al hormigón actuar como protección eficaz. Pero claro, todo material es afectado en mayor o menor medida, veamos como es afectado el hormigón.

Propiedades del hormigón ante el fuego.

• Prácticamente no resulta afectado por temperaturas inferiores a 300º.
• A partir de ahí empieza una fuerte pérdida de resistencia, y lo importante, no se recupera tras el incendio.
• Como aspecto positivo su bajo coeficiente calorífico hace que tarde mucho en alcanzar los niveles peligrosos.
• Si el incendio es corto, normalmente se comporta favorablemente. 

Para el estudio de protección contra incendios de una estructura se estudia el incendio patrón definido por la norma ISO.

El incendio real es distinto del previsto por la norma ISO pero se consideran equivalentes ya que el área rayada situada por encima de los 300º es la misma.

Como hemos dicho anteriormente, prácticamente no resultará afectado a temperaturas inferiores a 300º, a partir de ellos se inicia una fuerte pérdida de resistencia que ya no se recupera tras el incendio, por el contrario, su bajo coeficiente calorífico hace que tarde mucho en alcanzar los niveles peligrosos. Esto podemos apreciarlo en la gráfica anterior.

Si vemos mas detalladamente el comportamiento del hormigón a medida que aumenta la temperatura, obtenemos lo siguiente:

• 200 ºC < Tª < 300 ºC: pérdida del agua capilar, no parecen modificaciones estructurales ni disminuye la resistencia.
• 300 ºC < Tª < 400 ºC: pérdida del agua del cemento. Aparecen fisuras superficiales y el hormigón armado tiende a una coloración rosácea debido a los cambios que sufren los compuestos de hierro.
• 400 ºC < Tª < 600 ºC: desprendimiento de cal viva a partir del hidróxido cálcico de hidratación de silicatos. Cuando se enfría el hormigón sus propiedades mecánicas pueden disminuir en función del método de extinción del incendio y de las tensiones estructurales a las que esté sometido. Color rojizo.
• 600 ºC < Tª < 950 ºC: los áridos se expanden y debido a sus diferentes coeficientes de dilatación, aparece la disgregación. El hormigón adquiere tonalidades grisáceas, pierde agua intersticial y se vuelve poroso. En estas
• situaciones se produce una pérdida de resistencia que puede oscilar entre el 60% y el 90%, siendo necesaria su total sustitución para garantizar la estabilidad estructural del edificio.
• 950 ºC < Tª < 1200 ºC: destrucción del conglomerado, adquiriendo un tono amarillento. El hormigón carece de resistencia residual alguna.

No esta de más comentar que esto es solo una primera impresión a la hora de estudiar una estructura de hormigón afectada, posteriormente habrá que medir la resistencia del mismo mediante probetas testigo.

Por último habría que hacer el diagnóstico después del incendio.

• En primer lugar y si el jefe de bomberos lo autoriza, se debe realizar una inspección visual de estado de la construcción después del incendio.

• Se establecerá una batería de ensayos para determinar el estado resistente residual de los elementos portantes:

Ultrasonidos. La velocidad de propagación de los ultrasonidos dependen de entro otros parámetros del módulo de elasticidad, el cual su disminución está relacionada con el incremento de temperatura.

Extracción de testigos para ensayarlos en laboratorio. Se realizarán ensayos a compresión simple para establecer de forma directa la resistencia residual de la muestra.

Profundidad de carbonatación.

• Interpretación de los resultados en gabinete y toma de decisiones: rehabilitación o demolición.

El fuego afecta también al comportamiento de las armaduras en lo que al diagrama tensión-deformación se refiere, aunque el alargamiento repartido bajo carga permanente permanece prácticamente estable en el orden del 2,5%. Debe prestarse especial atención a estructura de hormigón armado construidas con barras retorcidas o estiradas en frio utilizadas en estructuras durante los años 70 con una resistencia de 400 MPa a partir de barras de acero ordinario de 240 MPa. Bajo la acción del fuego se produce una disminución del límite elástico y de la tensión de rotura, llegando a valores del acero de partida en tiempos altos de exposición. Un aspecto crítico es la adherencia entre armaduras y hormigón, esta propiedad es mayor después del incendio que durante la máxima temperatura alcanzada. En incendios con temperaturas superiores a 300º el deterioro es muy rápido.

Ni que decir tiene que los estudios de patología de estructuras dañadas por el fuego necesitan un alto grado de especialización, en especial para realizar el cálculo de la capacidad resistente residual después del incendio a la vista de la evaluación experimental de la situación.

Fuentes: Ingenierodelacrisis / ETSA de La Coruña