resistencia a incendios

TECNOLOGIA DEL CONCRETO II EC613

UNIVERSIDAD NACIONAL INGENIERIA 1

RESISTENCIA DEL CONCRETO A LOS INCENDIOS E INFLUENCIA DE LA

TEMPERATURA EN LA RESISTENCIA

La resistencia del concreto al fuego es un tema que esta fuera de alcance de este libro,

pues se aplica, en realidad, mas a los elementos de construcción que a determinado

material. Sin embargo, podemos decir que, en general, el concreto tiene buenas

propiedades con respecto a la resistencia al fuego; es decir que el periodo durante el cual

el concreto sometido a la acción del fuego se comporta en forma satisfactoria es

relativamente largo, y no se producen en emanaciones toxicas.

Los criterios mas importantes para definir el desempeño del concreto son: la capacidad

para soportar cargas, la resistencia a la penetración de las flamas y la resistencia a la

transferencia de calor, cuando el concreto se usa como material de protección para el

acero.

En la practica, lo que se requiere del concreto estructural es que preserve durante

cierto tiempo la acción de la estructura (lo cual se conoce como clasificación de

incendios). Esto es distinto de la resistencia al calor, Nagarat y Shinha proporcionan

información útil sobre este último tipo de material. En esta obra baste decir que la

exposición sostenida a una temperatura mayor a 35°C, en condiciones tales que se

permita una pérdida considerable de humedad del concreto, causa una reducción de la

resistencia y del modulo de elasticidad (figura 7.35).

Figura 7.35 Resistencia a la

compresión, a la tensión y modulo

de plasticidad del concreto

después de 90 días de exposición

a baja humedad relativa y a

varias temperaturas como

porcentaje del valor a

temperatura ambiente, y 85% de

humedad relativa a una edad de

90 días. (Relación agua/cemento

= 0.50; contenido de cemento =

330 kg/m3.)



Tal vez valga la pena recordar que los metales pierden resistencia con el aumento de

temperatura. Por ejemplo, se observo que la resistencia del cobre fue de 2320 kg/cm2

(225 MPa) a 20°C, pero, a 750°C, fue de solo 211kg/cm2 (20 MPa); en cambio, a 200°C

llego a 3515 kg/cm2 (345 MPa). El comportamiento del acero es más complicado, ya que

no se registra pérdida en el rango de 30°C a 430°C, pero se pierde solo la mitad del valor

de cedencia a 600°C en el caso de acero dulce, y a 430°C en los cables preforzado.

Considerando solamente el comportamiento del concreto como un material, cabe

señalar que el fuego introduce altos gradientes de temperatura y, como consecuencia, las

capas calientes de la superficie tienden a separarse y descascararse de la parte interior

del cuerpo que esta mas fría. Esto fomenta la formación de grietas en las juntas, si esta

parte del concreto esta mal compactada, o en los planos de varillas de refuerzo; una vez

que el refuerzo ha quedado expuesto, conduce el calor y acelera su acción.

El efecto del aumento de temperatura sobre la resistencia del concreto es insignificante

y bastante irregular a menos de 250°C (figura 7.36), pero sobre los 300°C ocurre una

perdida definitiva de resistencia, como lo muestra la figura 7.37. Si la alta temperatura

dura poco (por ejemplo, una hora), puede haber una lenta recuperación de la resistencia.

A bajas temperaturas, la resistencia del concreto es mas alta que a la temperatura

ambiente. Por ejemplo, a - 60 ó - 157°C la resistencia a la compresión del concreto

húmedo es de dos a tres veces mayor que la que prevalece a la temperatura ambiente,

pero el concreto seco es solo un 20% más resistente. La figura 7.38 muestra los datos de

Yamane y colaboradores; en la figura 7.39 se observa que el aumentó relativo de

resistencia es mayor con relaciones agua/cemento mas altas. Cuando el concreto esta

saturado, la resistencia a la tensión también aumenta a bajas temperaturas, pero no

sucede lo mismo en condiciones bajas de humedad. El deshielo subsecuente del concreto

saturado conduce a una perdida de resistencia.

Fig. 7.36 Resistencia del concreto a la

compresión después de calentarlo a

diferentes temperaturas (agregado

calcáreo; especímenes probados a

ala temperatura de exposición).

La perdida de resistencia a temperatura mas altas es mayor en concreto saturado que

en concreto seco, y el contenido de humedad en el momento de la aplicación de la carga

es la causa de la diferencia. Parece ser que la resistencia del concreto curado en masa, a

los 14 días de edad, no resulta afectada por las temperaturas que se localicen dentro del

rango de 21 a 96°C. Probablemente este comportamiento se deba a la falta de cambios

en el contenido de humedad y a la ausencia de contracción. La influencia del contenido de



humedad en la resistencia es también aparente en las pruebas de resistencia del concreto

al fuego, en el cual la causa primordial de descascaramiento. En términos generales, el

contenido de humedad del concreto es el factor más importante de los que determinan su

comportamiento estructural a altas temperaturas.

Aparentemente, las mezclas mas pobres sufren una perdida de resistencia

relativamente menor que las ricas. Se ve mas afectada la resistencia a la flexión que a la

compresión. Cuando los agregados no contienen sílice, la perdida de resistencia es

bastante menor; por ejemplo , las piedras calizas, las rocas ígneas básicas y,

especialmente, el ladrillo triturado y la escoria de alto horno. El concreto de baja

conductividad térmica es mas resistente al fuego, por lo que el concreto ligero, por

ejemplo, soporta mejor los incendios que el concreto normal (vease en el capitulo 9 en

Concreto aireado).

Fig 7.37 Resistencia del concreto a la compresión después de calentarlo a elevadas

temperaturas.

Nota: Cuando la temperatura es superior a 1200°C, el concreto se pone amarillo.



Fig 7.38 Resistencia del concreto a temperaturas muy bajas, expresada como porcentaje de su resistencia a

los 20°C (relación agua/cemento = 0.5).

Fig 7.39 Resistencia a la compresión del concreto saturado a bajas temperaturas, expresada como porcentaje

de su resistencia a los 20°C.



Es interesante notar que la grava dolomítica hace un concreto muy resistente al fuego.

Esto se debe a que la calcinación del agregado con carbonato es endotérmica y, por lo

tanto absorbe el calor y retarda el consecuente aumento de temperatura. Asimismo, el

material calcinado es menos denso y, en consecuencia, proporciona cierto aislamiento

superficial. Este efecto es importante cuando se trata de elementos gruesos.

Abrams confirmo que, a temperaturas superiores a los 430°C, los concretos que

contienen agregado silíceo pierden mayor proporción de resistencia que de aquellos

hechos con piedra caliza o agregados ligeros, pero una vez que se llega a los 800°C, la

diferencia desaparece (figura 7.40). Se descubrió que, para todos los agregados; el

porcentaje de perdida de resistencia es independiente del nivel original de la misma, pero

la secuencia de calentamiento y la carga influye en la resistencia residual.

Fig 7.40 Reducción en la resistencia a la compresión de concreto calentado sin aplicarle carga y, después,

probado calienta; resistencia inicial promedio = 281 kg/cm2 (28MPa).

Específicamente, el concreto calentado bajo carga retiene la mayor parte de su

resistencia, mientras que calentar especímenes sin carga conduce a la menor resistencia

del concreto ya enfriado. Si la carga se aplica mientras el concreto esta todavía caliente,

se logran valores intermedios La figura 7.41 muestra los resultados típicos (también

puede ser interesante ser interesante consultar la figura 2.12, capitulo 2, tomo I).

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Resaltado



Los concretos hechos con agregado silíceo o de caliza muestran un cambio de color

con la temperatura (figura 7.37). Puesto que esto depende de la presencia de algunos

compuestos de hierro, hay ciertas diferencias en las respuestas de distintos concretos. El

cambio de color es permanente, de tal manera que la temperatura máxima alcanzada

durante un incendio se puede calcular a posteriori. Por lo tanto, es posible calcular

aproximadamente a la resistencia residual: en general, se duda del concreto cuyo color

alcance una totalidad de rosa oscuro, y es probable que el concreto que pase de una

tonalidad de gris sea quebradizo y poroso.

Fig 7.41 Reducción de la resistencia a la compresión en concreto hecho con piedra caliza: A, calentado sin

aplicarle carga y probado caliente; B, calentado a una relación inicial esfuerzo/resistencia de 0,4 y probado

caliente; C, calentado sin aplicar carga y probado a los 7 días de almacenamiento a 21°C.

Las figuras 7.35 y7.42 muestran el patrón de influencia de la temperatura en el modulo

de elasticidad. Para el concreto curado en masa no hay diferencia dentro del rango de 21

a 96°C. Sin embargo, cuando el concreto puede expulsar agua, se observa un descenso

progresivo del modulo de elasticidad de entre 50 y 400°C aproximadamente (véase la

figura 7.42); en este caso el relajamiento de la adherencia puede ser un factor muy

importante. La proporción en que se reduzca dicho modulo depende del agregado que se



use, pero es difícil generalizar en este aspecto. En términos generales, la variación de la

resistencia y del modulo con la temperatura son de la misma forma.

Para limpiar con flama las superficies de concreto, se aplica deliberadamente una

temperatura muy alta sobre un área pequeña. Esto no daña el concreto mas allá de la

capa que se retira, digamos de 1mm, siempre y cuando se mueva el quemador a la

velocidad especificada.

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