La Protección de las Estructuras
De Construmatica
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Todo edificio debe poder mantener su integridad estructural por lo menos durante el tiempo de evacuación de los ocupantes definido en los reglamentos. Los dispositivos de protección contra incendio son aquellos previstos para ralentizar la elevación de temperatura de los elementos estructurales. Bien alejando la estructura de la fuente de calor disponiendola al exterior del edificio, bien colocando una protección térmica entre el acero y el fuego para prolongar la duración de la estabilidad de las estructuras cuando esto sea necesario.
La protección presenta sin embargo el inconveniente de ser onerosa, de añadir peso a la estructura y de disminuir las calidades estéticas y\o arquitectónicas de los materiales.
Los elementos de estructura situados al exterior de los edificios representan un caso particular. Contrariamente a los elementos que son rodeados por las llamas en el interior de un local, éstos están expuestos a la radiaciones y a la convección de las llamas que salen por los huecos. Están sometidos por otra parte a cambios de calor con el aire ambiente que tiende a enfriarlos. El calentamiento de tales elementos depende pues de su emplazamiento respecto de las aberturas. Así un pilar o una viga suficientemente alejada de un hueco que se sitúa al exterior de un cono de 45°podrá no disponer de protección. También, los elementos de cables y tirantes de baja masividad están generalmente situados al exterior. Su calentamiento es menor en caso de incendio.
Cuando los tirantes no estén al exterior del edificios, una solución para asegurar su estabilidad al fuego consiste en disponerlos entre pantallas: tabiques, arcones, etc.
Distinguimos tres grandes familias de protecciones.
La Protección del Acero
La pintura intumescente
Este producto se presenta bajo el aspecto de una película de pintura de 0,5 mm a 4 mm de espesor.
Calentado entre 100°C y 200°C, se hincha y se transforma en espuma con aspecto de merengue de espesor entre 30 y 40 mm. Produce entonces un aislamiento térmico a las estructuras. Es utilizado para una R (o EF) de 30 min, más raramente para una R (o EF) de 60 min o 120 min. Producto relativamente caro, permite sin embargo no alterar la percepción visual de las estructuras.
Productos proyectados
Estos productos son proyectados directamente sobre el elemento metálico. Son generalmente compuestos de productos de baja densidad (<250 kg / m3) constituidos a base de fibras minerales aglomeradas por un ligante, son productos pastosos de alta densidad (> 450 kg /m3) tales, como vermiculita, cemento, yeso, lechadas, todos exentos de amianto. Los recubrimientos pastosos son la mayoría de las veces preferibles a los fibrosos. Son aplicados en varias capas.Algunos de ellos pueden también aplicarse a una estructura no protegida contra la corrosión. Estos productos pueden proporcionar una EF de hasta 240 min. Pueden ser pintados. Estos materiales presentan el inconveniente de ser frágiles y de un aspecto poco estético. Suele utilizarse en elementos no vistos de la estructura, por ejemplo por un falso techo.
Los productos en placa
Los productos en placa forman un cajón alrededor del perfil metálico.
Son generalmente fabricados a base de fibras minerales (placas de baja densidad <180 kg/m3) o de yeso, vermiculita, o componentes silico-calcáreos (placas de alta densidad > 450kg/m3).
Las placas son fijadas mecánicamente sobre una estructura secundaria limpia mediante tornillería o encoladas. En ambos casos es necesaria una puesta en obra esmerada.
Esta técnica es particularmente utilizada para perfiles de sección constante.
Es posible obtener hasta 240 min de estabilidad al fuego. El yeso es el material más utilizado porque es económico, ligero, manejable y parcialmente compuesto por agua de cristalización que le asegura su buen comportamiento al fuego.
Asegurando la protección al fuego, tiene también la propiedad de formar tanto un paramento de pared vertical como horizontal como acabado.
La utilización de placas especiales de yeso frente al fuego permiten duplicar la duración de la protección.
Las lanas minerales
Cuando un sistema constructivo compuesto de una estructura metálica y de paredes metálicas no puede asegurar la estabilidad solicitada, utilizamos lanas de roca o compuestos de lana de roca + refractario para resistir las altas temperaturas durante un importante tiempo.
En la mayoría de los casos, las lanas son idóneas para cumplir la exigencia de resistencia al fuego de las paredes exigidas en la reglamentación. La lana de roca utilizada, en los casos de elevada resistencia al fuego, debe:
- Asegurar el comportamiento mecánico (con o sin fijaciones según la obra);
- Resistir el calor;
- Conservar la forma de la pared para la duración determinada. Debe pues responder a las características siguientes:
- Elevada masa volumétrica > 70kg/m3;
- Contenido débil atado o sin atar;
- Fuerte rigidez del producto;
- Composición específica (elección de materiales primarios).
Protecciones Mediante Pantallas
Se trata ya sea de techos suspendidos, o de paneles de separación absoluta que, por la interposición entre el fuego y la estructura de acero, disminuyen el calentamiento de esta última.
Debe cuidarse con atención el montaje y la fijación y más particularmente todas las uniones: entre los elementos de pantalla y las discontinuidades creadas (separaciones absolutas, soleras, pilares) con el fin de que el fuego no pueda propagarse a través de los falsos techos.
Combinan la función de protección de la tabiquería, del aislamiento térmico o acústico y la estética, estas pantallas ofrecen la ventaja de un coste reducido.
La utilización de pantallas horizontales o verticales implica que el producto protegido haya sido sometido a un ensayo apropiado de resistencia al fuego.
Para los techos suspendidos o los tabiques, los fabricantes dan el grado de resistencia al fuego que puede ser conseguido.
Pantallas metálicas llamadas deflectores pueden también ser utilizadas para las estructuras a proteger.
Estos deflectores son susceptiblesde formar parte de elementos arquitectónicos.
Estructuras Irrigadas en Perfiles Huecos
Los perfiles huecos son rellenados sin interrupción con agua que podrá o no circular entre los diferentes elementos.
Cualquiera sea el procedimiento, la temperatura del agua no excede los130°C bajo presión, de modo que el acero se encuentra mantenido a 200 °C ó 300 °C como máximo, temperatura inferior a su temperatura crítica.
Este procedimiento ha sido empleado en raras ocasiones a causa del elevado coste de mantenimiento que genera.
Elementos Mixtos Acero- Hormigón
Pilares mixtos
A igualdad de carga y de resistencia al fuego, los pilares mixtos presentan secciones inferiores con relación a pilares de hormigón. El pilar mixto se adapta bien a la prefabricación.
Existen tres tipos de pilares mixtos:
- Perfiles embebidos en hormigón : Es el tipo más antiguo de pilar mixto. El hormigón y las armaduras no tienen aquí una contribución importante en el soportado de las cargas. El soportado de las cargas es realizado sobre todo por el perfil que se beneficia de una buena protección térmica.
- Perfiles con hormigón en las alas : Este tipo de pilar puede estar dimensionado para estabilidades al fuego que van desde 30 min hasta 120 min. El hormigón tiene armadura que contribuye a soportar las cargas.
Los estribos se sueldan al alma del pilar para asegurar el funcionamiento solidario del hormigón armado con el perfil de acero.
- Perfiles huecos rellenos de hormigón : Los perfiles huecos de acero ofrecen una solución interesante y fácil para la realización de pilares mixtos. Las experiencias de resistencia al fuego muestran que es necesario un armado mínimo en el perfil.
Es necesario practicar taladros para la evacuación del vapor de agua en losextremos superior e inferior de los pilares, en cada nivel o cada 5 m. Esta solución mantiene la estética y la forma del pilar así como la posibilidad de todas las formas de unión.
Vigas mixtas
Una de las ventajas de las vigas mixtas consiste en que se minimiza el canto de la viga con la asociación del acero y el hormigón. El hormigón que resiste mal los esfuerzos de tracción es utilizado sólo en el lado superior comprimido y el acero en la parte de abajo traccionada.
Distinguimos tres tipos de vigas mixtas.
- Perfiles conectados a una losa de hormigón : La conexión entre el perfil y la losa de hormigón se asegura mediante unos conectadores soldados en el ala superior del perfil. La losa de hormigón puede ser una losa maciza u hormigonada in situ sobre una chapa de acero colaborante. Para aumentar la estabilidad al fuego, podemos recurrir a protecciones antes comentadas o sobredimensionar la sección.
- Perfiles laminados integrados en el canto de una losa de hormigón : Este dispositivo confiere una resistencia muy buena al fuego a causa de la casi completa envoltura de la viga de la que tan sólo el ala inferior queda vista. Sin embargo, el conjunto tiene un canto importante ya que tiene que incluir el canto de la viga más un recubrimiento de al menos 5 cm de hormigón por encima del ala superior del perfil.
- Perfiles con hormigón en las alas : La realización y la puesta en ejecución de este tipo de perfilesse identifica con la de pilares. Las conexiones en el caso de la figura no son indispensables. Sin embargo, si son hechas a una losa de hormigón o una chapa nervada colaborante, puede reducirse la sección, teniendo una buena capacidad de resistencia al incendio.
Losas mixtas
Las losas mixtas están constituidas por hormigón y por chapas de acero nervadas.
Las chapas perfiladas tienen un papel resistente y de encofrado, permitiendo una puesta en ejecución rápida y económica.
La cara inferior de las chapas nervadas no necesita generalmente protección.
Las losas mixtas tienen un grado de estabilidad al fuego de 30 min sin protección adicional.
Una resistencia superior puede ser obtenida fácilmente y de forma económica mediante el añadido de armadura de acero en los nervios.
Será similar para las losas cuando se utilice la chapa de acero como encofrado perdido.
Una alternativa de protección adicional consiste en proyectar productos como los anteriormente indicados sobre la cara inferior de la chapa de acero o bien añadir un falso techo.
Esta solución es válida económicamente para exigencias de estabilidades de 120 min y más.
En caso de incendio importante, la chapa de acero retiene las explosiones del hormigón.
Forjados secos
El comportamiento de los forjados secos en caso de incendio depende de la composición de las capas que protejan a los perfiles metálicos bajo el falsotecho.
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