El Comportamiento de las Estructuras ante el Fuego
El acero es un material incombustible pero buen conductor del calor.
Cuando un elemento de la estructura de acero
está sometido a un incendio, su temperatura aumenta, y sus propiedades
mecánicas se reducen como en cualquier otro material. La capacidad
portante del elemento disminuye por consiguiente y su deformación
aumenta. Si la deformación es demasiado importante, puede colapsar.
La estabilidad al fuego de un elemento no puede asegurarse más
cuándo, bajo el efecto de la elevación de temperatura, su resistencia
mecánica disminuye hasta un cierto nivel. Alcanzamos en ese instante la
temperatura crítica, comprendida entre 450°C y 800°C, que depende de
varios parámetros: calidad del acero, el grado de coacción, tipo de perfil, condiciones de sustentación y de carga, y factor de masividad
(relación de la superficie expuesta al calor y el volumen por unidad
de longitud). Cuanto más elevado sea este factor más rápido es el
calentamiento.
Entre un pilar, calentado en todo su perímetro, y una viga que soporta una losa de hormigón
que es calentada sólo por tres caras, el factor de masividad será pues
diferente. Así, cada perfil de acero se caracteriza por dos factores de
masividad, según que está sometido al fuego por tres o cuatro caras.
Sin embargo es difícil responder a una exigencia reglamentaria de
estabilidad al fuego ISO superior a 30 min con perfiles metálicos no
protegidos y solicitados a niveles usuales de coacción. Los elementos
metálicos son perjudicados por el hecho que presentan secciones pequeñas
y que se calientan rápidamente cuando no están protegidos. Nótese que,
tal como se indicó anteriormente, hay algunos tipos de edificios para
los que la exigencia de resistencia al fuego es muy pequeña, 15 minutos,
o no se requiere en absoluto.
El Control del Riesgo
Un cierto número de técnicas controladas que cumplen rigurosamente las disposiciones de seguridad pueden ser puestas en práctica. Sin embargo antes de decidir proteger sistemáticamente y sin analizar las estructuras metálicas, hay que considerar la naturaleza de los riesgos reales que se presentan para los ocupantes, para los bomberos y para los bienes. Hay que distinguir los elementos principales (estructura principal) donde el fallo pone en riesgo otras partes del edificio, de los elementos secundarios (estructura secundaria) que no presentan este riesgo. La estabilidad al fuego debe ser asegurada durante un tiempo mínimo, fijado por la reglamentación, para los elementos que acondicionan la resistencia al fuego de paredes y para los elementos que deben permitir la evacuación de los ocupantes o el acceso de los bomberos (escaleras de incendios por ejemplo).
La Evolución de la Ingeniería de Incendios
La seguridad contra incendios se contempla hoy desde dos aproximaciones, una prescriptiva y otra experimental.
En la primera, los poderes públicos fijan los tiempos de
resistencia al fuego a respetar : estas exigencias conciernen a cada
elemento aisladamente. Los métodos de cálculo, de dimensionado y de
ensayo permiten por otro lado probar y justificar que los elementos
utilizados satisfacen las exigencias solicitadas.
En la segunda, la seguridad contra incendios es una aproximación
global por la consideración del edificio como un todo. Hay que
considerar un cierto número de parámetros para calcular el nivel de
seguridad de un edificio, tal como la probabilidad de comienzo de un
incendio, las condiciones de evacuación de los ocupantes, el
comportamiento de las estructuras con arreglo a la localización del
fuego o las condiciones de propagación. Esta valuación de los riesgos
permite un compromiso óptimo entre la estética, lo funcional y el coste,
mejorando la seguridad.
Es posible a partir de hoy acudir a cálculos avanzados de
seguridad contra incendios, mediante hipótesis de escenarios de
incendios. El interés de este avance de la ingeniería contra incendios
basada en hipótesis de fuego real ( y no convencional ISO) es acercar el
fenómeno de modo realista y global, teniendo en cuenta por ejemplo los
dispositivos de protección (detección, alarma, extracción, rociadores,
salidas de emergencia,…). El resultado responde con una mejor seguridad
global.
Un dimensionado óptimo de la protección puede conducir a su supresión total. Los Eurocódigos contienen ya estos principios de cálculo avanzado (Eurocódigo 3 apartado de fuego).
El CTICM (Centro técnico e industrial de la construcción metálica
en Francia) dispone por ejemplo de instrumentos capaces de determinar
la elevación de temperatura de la estructura exterior con arreglo a
suposición con relación a la fachada, al viento y a su orientación, y de la masa combustible existente en el interior de los locales.
Esta temperatura tiene que compararse con la temperatura crítica de los diferentes elementos de la estructura.
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