lunes, 23 de diciembre de 2013

PROTECCIÓN DE LA ESTRUCTURA CONTRA EL FUEGO

El incendio es una situación accidental que puede producirse durante la vida de un edificio, por lo que debe ser considerado en su estudio como una acción más.

La protección contra incendios en nuestro país se encuentra regulada por la norma NBE-CPI96. En ella se conceptúa la seguridad en base a la tipificación de los elementos constructivos según su estabilidad ante el fuego, independientemente de otros factores, tales como los referidos a la intensidad y duración del incendio, a la tipologia del edificio, a su ubicación, al contenido en su interior, etc. Tampoco se tiene en consideración el gran aumento en la seguridad que proporcionan los modernos sistemas de detección y extinción de incendios.

La razón principal de una protección contra incendios es evitar la pérdida de vidas humanas. Generalmente, cuando lamentablemente ésta se producen, es debido a la asfixia y/o la intoxicación causadas por los gases de la combustión, y a veces, a las quemaduras, pero son insignificantes, por no decir nulas. las producidas por colapso estructural. Siendo esto así, las medidas de protección deben dirigirse principalmente a evitar la propagación del incendio y a la correcta definición y señalización de las vías de evacuación necesarias.

1. Efectos del fuego.

Iniciado el incendio en un edificio, por las diferentes causas que pueden originario, el fuego se incrementa y mantiene por la combustión de los materiales del continente (estructuras, cerramientos, instalaciones...), pero sobre todo de los de su contenido.

Los efectos que produce el incendio son:

• La combustión de los materiales. En el caso de estructuras de madera, ésta puede quemarse, pudiendo llegar a perder su capacidad resistente por disminución de sus secciones.
• La generación de calor por la reacción exotérmica de combustión. Este calor puede transmitirse a elementos no combustibles, como las estructuras de acero y de hormigón, provocando un aumento de su temperatura, lo que da lugar a dilataciones excesivas y a la disminución de la resistencia de los materiales.

La producción de gases eventualmente tóxicos. Este es el mayor de los problemas al provocar asfixia y falta de visibilidad, durante la evacuación urgente del edificio.

2. Prevención.

La primera medida para evitar un incendio es la reducción de las cargas de fuego de continente y contenido. Habitualmente esto no se puede conseguir de forma absoluta, por la necesidad de utilización y/ó almacenamiento de materiales combustibles. Por tanto la detección del incendio en un primer momento, mediante detectores de humos u otros, y la creación de compartimentos estancos para evitar su propagación, se convierten en las mejores medidas de prevención.

Por otra parte, el objetivo primordial tras producirse el incendio es salvaguardar la vida de las personas, por lo que deben preverse las necesarias vías de evacuación, diseñadas según el número cJe personas que puedan poblar el edificio y su movilidad, de acuerdo con la normativa vigente (NBE-CPI-96).

En el mismo sentido, las estructuras deben mantener también unas condiciones de seguridad, que no dificulten la extinción del incendio.

3. Estabilidad ante el fuego de los elementos estructurales.

La norma NBE-CPI-96 establece el grado mínimo de estabilidad al fuego de los elementos estructurales en función del uso del edificio y de la altura máxima de evacuación.

El grado de estabilidad al fuego viene determinado por el tiempo que el elemento permanece es• table al fuego según el ensayo definido por la norma UNE 23093. Se expresa por las siglas EF seguidas por un número que indica los minutos de estabilidad. Los tiempos normalizados son 15. 30, 60, 90, 120, 180 y 240 minutos.

En la tabla siguiente se indican los grados de estabilidad mínimos exigibles a los elementos estructurales de edificios de distintos usos, según la NBE-CPI-96:



Otras normas, como las DIN, determinan la categoría del edificio para su protección contra el fuego en función de la llamada carga de fuego calculada, y de acuerdo con ésta establecen el grado de resistencia al fuego exigible a la estructura.

La carga de fuego calculada se obtiene a partir de la carga de fuego unitaria, el espesor de los materiales, la superficie del sector de incendio y el número cJe plantas del edificio.

La carga de fuego unitaria se obtiene sumando los productos de los pesos de los materiales combustibles (continente y contenido) por la cantidad de calor que cada uno produce en su combustión completa y dividiendo el resultado por la superficie afectada. Se expresa en McaI/m2.

Otras normas (CEPREVEN) evalúan el riesgo de incendio en función del pe’igro potencial, exposición al riesgo y medidas de protección adoptadas.

4. Protección contra el fuego de los elementos estructurales.

Para alcanzar los valores de estabilidad al fuego exigibles por la norma, se debe proceder al recubrimiento de las superficies o al ocultamiento de los elementos estructurales en la tabiqueria. fachadas y forjados del  edificio.

Los medios habitualmente empleados para alcanzar la resistencia y estabilidad requeridas en los elementos estructurales, son los siguientes:

• Proyección de mortero de cemento y vermiculita, o de fibras minerales.
• Recubrimientos con placas de vermiculita o yeso.
• Imprimación con pinturas intumescentes.
• Escamoteamiento de la estructura en las fachadas, divisiones interiores de albañilena y forjados de piso.

La velocidad con la que un perfil alcanza la temperatura crítica de fallo, depende de cociente entre el perímetro de las superficies expuestas al fuego y el área de la sección del perfil: U/A (masividad). En vigas que soportan forjados, el perímetro para superficies proyectadas o imprimadas se obtiene mediante la expresión:


El perímetro para superficies recubiertas con placas se obtiene mediante la expresión:


Existen tablas homologadas confeccionadas por los fabricantes que, en función de la masividad (U/A) y del grado de estabilidad requerido, proporcionan el espesor del tipo de protección elegido.

La protección por medio de proyecciones se logra por adherencia al elemento estructural en toda su superficie (Fig. 7.3). La proyección más habituaf se realiza con mortero de cemento y vermiculita. en una o varias capas, y se ejecuta en obra. una vez finalizado el montaje, sobre la estructura sin pintar. La misma protección se encarga de la función anticorrosiva. Es necesario que la cubierta del edificio esté terminada antes de proceder a la ejecución de este proceso para evitar humedades en el revestimiento.



Otros tipos de proyecciones comunes son las de fibra mineral, las de ana mineral y las de vermiculita en solitario.

Todas estas proyecciones necesitan la colGcación de mallas adicionales de refuerzo a partir de espesores de 60 ó 65 mm (Fig. 7.4). Las superficies de aplicación deben estar limpias de grasas, restos de pintura y cascarillas de laminación. El mínimo espesor de recubrimiento suele rondar los 10 mm.



Los recubrimientos con placas de vermiculita, de yeso o de fibras minerales ligadas con resma, se disponen formando un cajón alrededor de los elementos, mediante placas rígidas unidas por adhesivos, ganchos o grapas de conexión (Figs. 7.5 y 7.6). Se ejecutan tras el montaje, y es conveniente el dotar a los elementos estructurales de una imprimación anticorrosiva previa, Los espesores mínimos de las placas son del orden de 20 mm y, habitualmente, es un trabajo más laborioso que la proyección, pero con la ventaja de ser más limpio y no depender del criterio del aplicador a la hora de determinar el espesor.






La protección por medio de pinturas intumescentes es muy utilizada, fundamentalmente en elementos que van a dejar vista alguna de sus superficies, Estos productos se caracterizan por aumentar su volumen, hasta alcanzar el espesor de protección, por la acción del calor producido en el incendio, presentando previamente un aspecto exterior como el de cualquier pintura. Las pinturas para la protección anticorrosiva deben aplicarse antes que la pintura intumescente.

Otra forma de protección de la estructura consiste en embeber, total o parcialmente, los elementos estructurales en otros elementos constructivos con una resistencia al fuego contrastada. Este es el caso de jácenas embebidas en los forjados, que presentan únicamente su ala inferior visible, y de pilares ocultos en las fachadas o en las medianerías. En estos casos, la estabilidad al fuego de los elementos constructivos que rodean a la estructura, debe tenerse en cuenta a la hora de definir el tipo de protección, pudiendo, en muchos casos, obviarse una protección específica para el elemento estructural. Por ejemplo, un tabique sencillo de ladrillo hueco de 4 cm guarnecido por la cara expuesta, tiene una resistencia al fuego de 60 minutos.

En el apéndice 1 de la NBE-CPI-96 se dan datos de resistencia al fuego de elementos constructivos,  Conviene insistir en que la protección contra incendios debe considerarse en todo tipo de edificios, con independencia del material estructural elegido. En el caso concreto del acero, la estabilidad de la estructura al fuego durante un período de tiempo determinado se garantiza por cualquiera de los sistemas descritos. El costo de la protección anticorrosiva y contra incendios en edificios del tipo estudiado, rara vez supera el 1,5% del presupuesto total. Esta cantidad puede ser notablemente inferior cuando los elementos estructurales quedan naturalmente protegidos por las obras de fábrica, siendo tanto menor cuanto mayor número de elementos estructurales queden ocultos.

lunes, 16 de diciembre de 2013

PROTECCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO CONTRA LA CORROSIÓN

La corrosión es un fenómeno natural que se produce por la reacciin del oxígeno del aire con el hierro del acero. En esta reacción se produce una liberación de energía, dando lugar a compuestos químicamente más estables.

La corrosión se ve favorecida por diversas circunstancias, entre las que caben destacar las siguientes:

• Elevada humedad relativa del aire
• Elevada temperatura
• Existencia de determinadas substancias contaminantes en el aire que, con la humedad, generan un  medio electrolítico (Ambientes agresivos)
• Existencia de corrientes eléctricas erráticas.

Salvo la oxidación por elevadas temperaturas, que puede tener lugar en un medio no iónico, el resto de los fenómenos de oxidación se produce por reacciones electroquímicas. La existencia de diferencias de potencial entre el hierro y otros elementos, menos activos que él, hace que, puestos en contacto en un medio electrolítico, se produzca una pequeña corriente eléctrica entre ánodo (hierro) y cátodo (otros elementos), dando lugar a una transferencia jónica que convierte al hierro en óxido férrico que se deposita sobre la superficie del material.

Por tanto, el medio más simple para evitar este fenómeno es introducir una capa dieléctrica que impida el contacto del acero con el medio que le rodea. Esta capa se consigue normalmente por recubrimiento de pinturas, cuyo proceso de aplicación más general se describe a continuación.

1. Protección con pintura.

La correcta elección de las pinturas de protección requiere el conocimiento cJe las características del material a proteger, del tipo de ambiente que lo rodea y de los posibles productos agresivos.cuya actuación sea previsible.

En el caso de las estwcturas de acero, el proceso general requiere las siguientes fases:
 
A. Preparación de las superficies 
B. Aplicación de las pinturas de protección activa y pasiva o de acabado

A. Preparación de las superficies

La correcta preparación de las superficies es fundamental para lograr un buen comportamiento de la pintura a aplicar posteriormente. Una pintura aplicada sobre una superficie mal preparada es totalmente inútil. 

El método más completo consiste en:

• Eliminación de aceites y grasas.
• Eliminación de cascarillas o costras de laminación y óxidos.
• Limpieza final mediante chorreado de las superficies con arena, granaila o perdigones. El grado del chorreado puede variar desde el grado comercial hasta el denominado de metal blanco.

Es recomendable pintar lo más rapidamente posible estas superficies. una vez preparadas, para evitar nuevas oxidaciones.

B. Aplicación de pinturas de protección activa y pasiva o de acabado

La barrera de protección se divide en dos partes, activa y pasiva. La protección pasiva se realiza por un recubrimiento uniforme y continuo, que no permita al oxígeno llegar hasta el hierro. Sin embargo cualquier  pequeño poro convierte esta barrera en insuficiente. Para evitar la penetración del oxigeno hasta la superficie del acero por dichos poros, se aplica una capa interior, que contiene partículas metálicas activas que pueden combinarse con el oxígeno, antes que el hierro. Estos metales son el plomo, el cinc y el cadmio, entre otros. Este es el recubrimiento activo.

Las pinturas activas o de fondo más empleadas llevan pigmentos de minio de plomo o de polvo de cinc. Debido a la toxicidad del plomo, la tendencia actual es la utdización de pinturas a base de compuestos de cinc. Los espesores habituales son de 80 pm para exteriores y de 40 μm para interiores.

Las pinturas pasivas o de acabado, impiden la destrucción prematura de la capa activa. Los compuestos de ambas capas deben tolerarse químicamente. Los pigmentos de las pinturas pasivas proporcionan los colores deseados. Los espesores varían de 30 a 50 μm.

Entre los sistemas de aplicación, directamente relacionados con el tipo de pintura a aplicar, los habituales son la brocha, el rodillo y la pistola.

En estructuras intenores, la protección anticorrosiva se ve favorecida por la protección adicional que proporcionan los paramentos exteriores frente a los agentes del medio externo. En elementos situados entre las dos hojas de un tabique tambor, o en el espacio entre el forjado y el falso techo. prácticamente no es necesaria ninguna protección pasiva, siendo suficiente la capa de protección activa.

Una adecuada protección de pintura consigue hacer muy duraderas a las estructuras de acero. Buen ejemplo de ello son los numerosos puentes de ferrocarril construidos en nuestro país a finales del siglo pasado y que todavía están en servicio o lo han estado hasta hace muy escasos años.

Un buen revestimiento anticorrosivo tiene una duración aproximada de unos 10 años en ambientes exteriores normales. Tras este plazo, suele ser suficiente la renovación de la capa de acabado. No obstante, si anualmente se reparan los pequeños deterioros que se produzcan, el plazo para la renovación de toda la pintura se alarga considerablemente, reduciendose los gastos de conservación.

2. otras protecciones

En ciertos diseños especiales, se utilizan otros métodos de protección tales como el galvanizado o el denominado de ánodos de sacrificio.

El galvanizado del ácero consiste en recubrirlo de una capa de cinc puro, metal mucho más resistente que el hierro a los ataques ambientales. El recubrimiento puede hacerse por inmersión en un baño de metal fundido, por proyección del cinc sobre el acero o por deposición electrolftica. La aplicación de uno u otro medio depende de los espesores de recubrimiento que se quieran obtener, del tamaño y de la situación de los elementos a galvanizar.

La protección mediante ánodos de sacrificio consiste en colocar unos electrodos desprotegidos, de metales más activos, en contacto con el elemento a proteger, para que la oxidación se produzca sobre ellos. Una variante de este sistema es el de las corrientes impresas, que consiste en introducir una corriente eléctrica con un potencial determinado entre el elemento a proteger (cátodo) y los ánodos.

Estos sistemas no se utilizan habitualmente en estructuras de edificación.

Mucho más interesante es señalar la existencia en el mercado de unos aceros de baja aleación, patinables, en los que la oxidación de su superficie, crea una capa de óxido protectora que impide el progreso de la oxidación.

lunes, 9 de diciembre de 2013

FORJADOS CON ESTRUCTURA EMBEBIDA (SLIMFLOOR)



Hay ocasiones en las que la reducción cJe las alturas entre pisos de un edificio puede ser de gran importancia. Una posible solución para lograrlo es, entre otras, reducir el espacio total ocupado por el forjado, haciendo que las alturas correspondientes a la viga y a la losa no se sumen.  

Para ello, es preciso diseñar forjados con las vigas embebidas en su canto, que forma que el techo quede plano, sin descuelgues de vigas. Esto, además de reducir la altura total, facilita el paso de las instalaciones entre el falso techo y el forjado. 

Este tipo constructivo, muy extendido por el Norte de Europa, puede ejecutarse con los dos tipos de forjado descritos anteriormente.
 
La ejecución de estos forjados exige que la anchura del ala superior de las vigas sea menor que la de la inferior. Esto se logra por medio de secciones armadas (Figs. 6.7 y 6.8).


Esta solución, en general, encarece la estructura debido a que los cantos de las vigas quedan limitados por el espesor del forjado y, para la misma luz y la misma flecha admisible, los espesores de las alas y almas de la viga armada son superiores a los de una viga laminada de canto normal. Por otra parte, el precio por kilogramo de una viga armada es siempre superior al de una viga de perfil laminado normal.
 

lunes, 2 de diciembre de 2013

FORJADO DE LOSAS ALIGERADAS

Se materializan mediante elementos prefabricados de hormigón armado pretensado, en forma de placas o losas, con huecos longitudinales de aligeramiento, que se colocan sobre las vigas de la estructura. Normalmente se complementan con una capa de compresión, hormigonada “in situ”, que da continuidad al conjunto (Fig. 6.4).


Estos forjados comparten las ventajas de rapidez de ejecución, limpieza y buen control de calidad con los compuestos de chapa, consiguiendo también alcanzar grandes luces.

El montaje se realiza por medio de grúas con unos útiles especiales de sujeción, siendo por tanto necesario que el entramado de vigas y pilares permita el posicionamiento de cada placa en su lugar correspondiente.

Es recomendable la colocación de una pequeña capa de compresión, de 4 ó 5 cm, que consiga la solidarización de la estructura a las placas. Esta se realiza por medio de unos conectores de redondo de acero soldados a las vigas, que garantizan el trabajo del forjado en conjunto con el resto de la estructura (Figs. 6.5 y 6.6).


Para las sujeciones de instalaciones y falsos techos, es conveniente prever elementos embebidos, tales como casquillos roscados u otros, durante la fabricación.

Hay que tener sumo cuidado cuando sea necesario abrir agujeros para el paso de instalaciones, que deben hacerse en los puntos indicados por el fabricante.

Los costos obtenidos con esta solución son sumamente competitivos para forjados de gran luz.