protección del acero contra la corrosión y el fuego

PROTECCIÓN DEL ACERO

CONTRA INCENDIOS Y

CORROSIÓN CONSTRUCCIONES II

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PROTECCIÓN DEL ACERO CONTRA INCENDIOS Y CORROSIÓN

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PROTECCIÓN DEL ACERO CONTRA LA CORROSIÓN E INCENDIOS

1. CORROSIÓN

La corrosión es un proceso espontáneo y con nuo que afecta a un material en este caso el acero como una serie de alteraciones sico químicas por la acción de agentes naturales. En general, los metales y el hierro en par cular se encuentran en la corteza terrestre en forma de minerales, de óxidos y/o sales. Para transformar estos minerales en metales se requiere energía y mientras más energía demanda el proceso metalúrgico, mayor es la tendencia del metal a volver a su condición original (Oxido o sal). El acero, cuyo mineral de origen es el hierro en forma de óxidos, no es ajeno a esta situación y está, como se sabe, expuesto a la corrosión u oxidación. Sin embargo, el problema más común con la u lización de acero en un entorno marino es su suscep bilidad a la corrosión. Por lo tanto, para una u lización más efec va de acero es necesario poseer algunos conocimientos de los fenómenos de corrosión y sobre los métodos existentes de protección contra los mismos.

1.1. ¿Qué es la corrosión? La corrosión es el consumo o la alteración del metal debido a la reacción galvánica (electroquímica), o al ataque químico directo, esto debido a la interacción del metal con el medio que lo rodea. La mayor parte de los metales son estables a la atmósfera, y enden a formar, en presencia de la humedad y del oxígeno, soluciones químicas estables como el óxido sobre el acero.

1.2. Corrosión por ataque directo La corrosión por ataque químico directo más común es la corrosión atmosférica, debida al oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua, azufre y compuestos de cloro. La presencia de humedad o de agua en el aire es determinante para el fenómeno de ataque directo. La rapidez de la corrosión, es tanto mayor, cuanto mayor es la concentración de los productos anteriormente mencionados, presentes en la atmósfera. Las atmósferas industriales son las más corrosivas, o los ambientes salinos, como el clima costero. También las corrientes parásitas pueden acelerar la corrosión.

1.3. Corrosión electroquímica

La corrosión electroquímica es un fenómeno de corrosión acelerada, que se experimenta, cuando se unen materiales diferentes. Es del máximo interés, ya que en la prác ca, a me nudo se verifica que, el tonillo es de material diferente respecto del alojamiento o de la pieza atornillada. Conviene por ello recordar el fenómeno químico: cuando dos metales de diverso potencial eléctrico se unen en presencia de un tercer elemento (electrolito), se genera un ligero flujo de electrones que van del metal menos noble, poseedor de menor potencial (ánodo o polo posi vo), al material más noble, de mayor potencial (cátodo o polo nega vo).



1.4. Oxidación galvánica Todos los metales enen su propio potencial de oxidación, que es la capacidad de entregar o liberar electrones. Mientras mayor sea este potencial de oxidación, más electronega vo es un metal y, a la inversa, cuanto más electroposi vo es un metal, menor es su potencial de oxidación (son los que conocemos como metales nobles). Estas propiedades de los metales están definidas en la Serie Galvánica.

2. PROTECCIÓN ANTICORROSIVA (Reves mientos de protección)

La aplicación de reves mientos de protección a las fijaciones viene dada, esencialmente, para obtener una protección contra los fenómenos de la oxidación, o para dar unas caracterís cas determinadas a la superficie tratada como: disminución del coeficiente de rozamiento o elevación de la conduc vidad eléctrica. Otra razón para la aplicación del reves miento, sería la función decora va.



2.1. MEJORAR LA RESISTENCIA A LA CORROSION DEL ACERO

En lo principal consiste en proteger el acero mediante la aplicación de una capa protectora de otro metal más resistente como zinc o zinc y aluminio, mediante procesos por inmersión en caliente, electrodeposición o metalización. Cuando se trata de materiales gruesos o de piezas y estructuras, se debe aplicar la galvanización por inmersión en caliente en potes o nas o a la metalización. (Foto 1).

Las chapas galvanizadas (protegidas con zinc) o del po galvalume son de uso muy difundido en bajos espesores, especialmente en soluciones de reves mientos, cubiertas, placas colaborantes en que el recubrimiento es aplicado sobre bobinas de acero al carbono laminadas en frío por ambas caras mediante el proceso de inmersión en caliente. En el caso de las chapas galvanizadas la capa de protección es zinc. El galvalume está recubierto en ambas caras por una capa de aleación de Aluminio‐Zinc de composición nominal: Aluminio 55%, Zinc 42% y Silicio 1.6%, en que el Zinc aporta la protección galvánica y el Aluminio aporta la resistencia a largo plazo, proporcionándole una alta resistencia a la corrosión.

2.2. INSTALAR BARRERA ENTRE EL ACERO Y EL MEDIO

Consiste en la aplicación de un reves miento no metálico y mal conductor de la electricidad sobre la superficie a proteger, con la finalidad de aislar el contacto entre el acero y las condiciones de humedad y oxígeno que ga llan el proceso de corrosión. Esta forma de protección depende de la naturaleza del reves miento, de su porosidad y de la adherencia que logra con la superficie de acero. Algunas de las soluciones picas para diferentes pos de usos son:

Protección de maquinaria: Oleo, grasa, aceites, parafina

Ductos y estanques en contacto con el suelo: Betunes, asfaltos y alquitranes

Orgánicos: Plás cos, PVC, epóxicos, teflón

Inorgánicos: Vidrio, cerámica y hormigón

Pinturas

FOTO 1: Galvanización por inmersión en caliente.



2.3. SOLUCIONES.

Las soluciones para prevenir la ocurrencia de la corrosión son variadas y dependen, en gran medida, del ambiente al que estará expuesta la estructura a proteger. Para enfrentar adecuadamente el problema es necesario ordenar el proceso de toma de decisiones a par r del siguiente esquema de secuencia:

Evaluación de condiciones

Preparación de la superficie

Aplicación de la protección

Mantenimiento

Sin embargo se pueden tener en consideración algunas precauciones que, desde la perspec va del diseño, contribuyen a prevenir la ocurrencia de la corrosión.

2.3.1. EVALUACIÓN DE CONDICIONES Y RIESGO DE CORROSIÓN

Ambiente Rural ‐ BAJO RIESGO El ambiente rural, lejano a grandes ciudades y del borde de mar es considerado de bajo riesgo de corrosión, siendo exclusivamente un factor de riesgo la humedad presente en algunos sectores y el eventual uso de fer lizantes o insec cidas concentrados.

Ambiente Urbano – RIESGO MEDIO En las grandes ciudades con gran concentración de tráfico vehicular, la presencia de CO2, SO2, y el hollín sumados a condiciones de humedad ambiental local, generan condiciones de mayor riesgo de corrosión que el rural.

Ambiente Industrial – ALTO RIESGO La industria suele liberar gases, vapor y polvo, elementos que, según su naturaleza química y concentraciones, generan condiciones de mayor riesgo de corrosión.

Ambiente Marino – ALTO RIESGO

En los ambientes del borde mar y dependiendo de la topogra a y la rompiente de la ola, se forma niebla salina que impulsada por el viento, genera condiciones de alto riesgo de corrosión, especialmente en los primeros 100m.

Ambientes Mixtos – ALTO RIESGO La combinación de ambientes urbanos con zonas industriales y/o con bordes marinos, aumenta el riesgo de la corrosión.

Según la Norma ISO‐9223, la corrosividad atmosférica se clasifica en 5 categorías:

C1 ‐ muy baja: ambientes interiores limpios y calefaccionados

C2 ‐ baja: ambientes rurales e interiores con algún riesgo de condensación

C3 ‐ media: ambientes urbanos o industriales de moderada contaminación e interiores de naves industriales de alta humedad rela va y presencia de contaminantes.

FOTO 2: Protección de acero con pintura



C4 ‐ alta: áreas industriales y costeras de moderada salinidad e interiores de plantas químicas, piscinas temperadas, as lleros, barcos.

C5 ‐ I ‐ Industrial muy alta: áreas industriales de alta humedad y ambientes agresivos e interiores de condensación casi permanente y alta contaminación.

C5 ‐ M ‐ Marino, muy alto: áreas costeras de alta salinidad e interiores de condensación casi permanente y alta contaminación.

2.3.2. PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

Cualquiera sea la estrategia de protección a desarrollar, una de las acciones principales e irrenunciables es el adecuado tratamiento de la superficie a proteger. Esto es par cularmente importante no sólo por el aspecto técnico sino porque el costo de la preparación de la superficie supera el 50% del costo total de protección, en tanto el costo de la pintura, se sitúa alrededor del 30% del costo total. Es importante conocer el grado de corrosión de una superficie de acero, conocida como “intemperismo” para determinar la correcta forma de prepararla para recibir el esquema de protección adecuado a las condiciones a las que estará expuesta. Estos son:

GRADO A: Superficie completamente cubierta por cascarilla de laminación intacta con poca o ninguna corrosión.

GRADO B: Superficie con incipiente corrosión atmosférica: la cascarilla ha comenzado a agrietarse.

GRADO C: La corrosión elimina la cascarilla de laminación agrietada dejando sólo oxidación. (la eventual cascarilla aún adherida a la superficie se remueve raspando fácilmente)

GRADO D: La cascarilla ha sido removida completamente y aparece corrosión por picaduras

La preparación de las superficies se clasifica según el método de limpieza:

QUIMICOS Desengrase Decapado en caliente Removedores de pinturas Lavados Químicos

FÍSICOS Escobillado Manual

FOTO 3: Limpieza de superficie del cero para protección.



Limpieza mecánica Limpieza con llamas

ARENADOS Y GRANALLADOS Metal Blanco Casi Metal Blanco Comercial Brush Off

2.3.2.1. DESENGRASADO POR DISOLVENTES

Se debe hacer siempre antes de cualquier otro tratamiento: remover grasa, óleos, erra, polvo. Secuencia: a) Remover con cepillos duros los restos de erra, cemento, etc. b) Remoción de aceites ‐ Fregado con paño, pinceles, cepillos embebidos en disolvente (aguarrás, xilol, bencina, toluol) ‐ Inmersión en disolvente. Se debe cuidar la contaminación del disolvente. ‐ Chorros de disolvente. ‐ Vapor de disolvente (para piezas pequeñas: deben ser no inflamables (percloroe leno, tricloroe leno, cloruro de me lo.

2.3.2.2. LIMPIEZA MANUAL

Mar llos, picadores, raspadores, espátulas, cepillos de acero, lana de acero (viru lla), lija o esmeril. Eliminar cascarilla de laminación suelta, restos de pintura y óxido parcialmente suelto. Secuencia: ‐ Remoción de aceites. ‐ Remoción oxidación estra ficada con mar llos y picadores. ‐ Remoción cascarilla y oxidación suelta con cepillos. ‐ Remoción polvo y polvo de oxidación con cepillo, paño o aire. 2.3.2.3. LIMPIEZA MECANICA. Cepillos rotatorios, discos abrasivos, esmeriles y lijadoras rotatorias u orbitales.

FOTO 4: El granallado es una técnica de tratamiento de limpieza superficial por impacto con el cual se puede lograr un acabado superficial y simultáneamente una correcta terminación superficial.

Consiste en la proyección de partículas abrasivas a gran velocidad que, al impactar con la pieza tratada, produce la eliminación de los contaminantes de la superficie.



Remover cascarilla de laminación parcialmente suelta, restos de pintura y oxidación parcialmente suelta. Secuencia: ‐ Remoción de aceites. ‐ Remoción oxidación estra ficada o cáscaras con mar llos y picadores. ‐ Remoción cascarilla y oxidación suelta con cepillos. ‐ Eliminar polvos y polvo de oxidación.

2.3.2.4. LIMPIEZA A FUEGO

Con soplete se suelta la cascarilla de laminación por diferencial de dilatación térmica. Más efec va que la limpieza manual pero más riesgosa (incendio, explosión, deformación).

2.3.2.5. CHORRO ABRASIVO METAL BLANCO Elimina grasas, cascarilla de laminación, óxido, pinturas an guas, etc. Terminación: 100% de la superficie de color grisácea‐plateada, uniforme.

2.3.2.6. CHORRO ABRASIVO COMERCIAL Elimina grasas, cascarilla de laminación, óxido, pinturas an guas, etc. Terminación: 65% de la superficie de color grisácea, resto con leves muestras de sombras decoloración.

2.3.2.7. CHORRO ABRASIVO LIGERO – BRUSH OFF Remueve ves gios de grasas, cascarilla de laminación, óxido, pinturas an guas, etc. Terminación: Suave brillo metálico. Los restos de cascarilla, óxido o pinturas an guas deberán quedar firmemente adheridos.

2.3.2.8. DECAPADO QUÍMICO Remueve cascarilla de laminación y escamas de óxido. Baños con ácidos: clorhídrico, sulfúrico, fosfórico: Secuencia: desengrase, decapado, neutralización Terminación: superficie uniforme gris metálico.

2.3.2.9. CHORRO ABRASIVO CASI METAL BLANCO Elimina grasas, cascarilla de laminación, óxido, pinturas an guas, etc. Terminación: 95% de la superficie de color grisácea libre de toda sombra. Esto puede mostrar ligeras sombras o venas. Uno de los aspectos importantes a tener en consideración es generar un perfil de anclaje adecuado entre la superficie de acero y la capa de pintura de protección, que se recomienda no sea inferior a 1/3 del espesor de la pintura.

2.3.3. APLICACIÓN DE PROTECCIÓN En general, hablamos de sistema de protección al referirnos al conjunto de acciones que involucran la protección de una estructura metálica contra la corrosión, incluyendo el po de superficie, el análisis del ambiente a la que estará expuesta, las condiciones de servicio o de trabajo, las posibilidades de acceso a los lugares a proteger, la preparación de la superficie, el esquema de protección o pintura, y el método de aplicación.



La protección mediante galvanoplas a (metalización, electrodespositación o inmersión en caliente) es generalmente considerada la solución más adecuada para condiciones de alto riesgo de corrosión por su durabilidad, sin embargo, existen diversas soluciones de protección que dependerán en gran medida de las condiciones de exposición y de servicio a las que estarán expuestas las estructuras de acero. El cuadro siguiente presenta algunas de las resinas o aglu nantes de uso más frecuente y

las propiedades que los caracterizan. Como se puede observar, los dis ntos aglu nantes enen propiedades específicas que los pueden hacer más recomendables que otros según

las condiciones a las que estará expuesta la estructura.

Hay que mencionar, además, que existen también los sistemas o soluciones mixtas, como el tratamiento de prepintado que se aplica sobre planchas de zincalum ( picamente en planchas de reves mientos, cubiertas y planchas aisladas) o los denominados sistemas dúplex, aplicados sobre estructuras galvanizadas por inmersión en caliente o por metalización.

FOTO 5: Galvanoplas a



2.3.3.1. PINTURAS

Las pinturas están conformadas básicamente por tres componentes que son: el vehículo, los pigmentos y los adi vos. Las resinas son las formadoras de película y son el componente más importante y le dan el nombre a las pinturas (pinturas de caucho clorado, epóxicas, poliuretano, etc.). Actúan como aglomerante de los pigmentos, y afectan sus propiedades (impermeabilidad, flexibilidad, con nuidad secado, etc.).

El pigmento está formado por par culas en suspensión y le dan el color a la pintura. Para la protección de estructuras metálicas son importantes los pigmentos que le otorgan caracterís cas an corrosivas a la pintura, como el azarcón (oxido de plomo ‐ color naranja), cromato de zinc (color amarillo de zinc), cromato de plomo (color naranjo pero menos efec vo que el óxido de plomo), entre otros. Los adi vos se agregan en pequeñas can dades y le dan propiedades específicas a la pintura (secantes, etc.) Los disolventes son líquidos volá les que reducen la viscosidad de las resinas y permiten mejorar la uniformidad de la capa de pintura, controlar el secado, siendo además, importante en la limpieza de los instrumentos de aplicación. Las pinturas actúan a través de diferentes mecanismos en la protección de la superficie del acero:

Protección por barrera: aún sin tener pigmentos inhibidores de corrosión como los mencionados arriba, la pintura actúa como una barrera mecánica que permite aislar la superficie de acero del medio ambiente. La permeabilidad al vapor de agua es una variable importante, siendo las pinturas de caucho clorado las más impermeables y las alquídicas las de menor impermeabilidad.

Protección anódica: mediante pigmentos an corrosivos sumados a la protección por barrera ofrecen una solución eficiente.

Protección catódica: u lizando un pigmento en base a zinc en polvo se fabrican pinturas ricas en zinc, también llamadas galvanización en frío, que con altos contenidos de zinc y logrando un contacto efec vo entre las par culas de zinc y el acero base, actúa como ánodo.

Las principales resinas u lizadas en la protección de estructuras de acero son:

FOTO 6: Pinturas



Resinas de Caucho Clorado: es una resina mono‐componente resistente a ácidos, álcalis y sales, a agentes oxidantes, a la humedad y al desarrollo de hongos, aunque es termoplás ca, por lo que no debe aplicarse a elementos expuestos a temperaturas superiores a los 70ºC. Resinas Vinílicas: son resinas de secado rápido que se conocen usualmente como látex y se fabrican en base a acetato de vinilo (PVA) o cloruro de vinilo (PVC) o ambos, logrando una excelente resistencia química, especialmente a los álcalis. Resinas Alquídicas: conocidas usualmente como esmalte o primer sinté co, son más permeables y menos resistentes que las anteriores. Cuando se modifican con aceites y vegetales dan origen a nueva resina de mayor adherencia y flexibilidad. Resinas Acrílicas: son mono‐componentes en base a disolventes orgánicos o agua, también conocidos como látex, enen en el úl mo empo, aplicación sobre aceros al carbono gracias al desarrollo de adi vos y pigmentos que los protegen. Resisten bien la corrosión y el intemperismo. Son inodoras, por lo que se prestan para su aplicación en recintos como hospitales o industrias alimen cias. Resinas Epóxicas: en su gran mayoría son bi‐componentes y presentan una alta resistencia química y sica, y muy buena flexibilidad y dureza. Al sol pierden su brillo volviéndose opacas (por pulverización o “chalking”). Muy usadas en mantenimiento industrial, equipos portuarios y marinos como “primers” para recibir una terminación en poliuretano. Existen también en base agua, apropiadas para la industria alimen cia. Resinas de Poliuretano: pinturas en base a resinas de poliuretano se usan en forma de esmaltes y barnices como una forma de terminación con una muy buena resistencia a la intemperie, y gran dureza, flexibilidad y brillo. Muy usadas sobre bases epóxicas en aeronáu ca, marina, obras industriales y en grandes estructuras. Resinas de E l‐Silicato: son bi‐componentes en base de aluminio o zinc, sirven como acabados resistentes a altas temperaturas (hasta 600ºC) pero no resisten ácidos o álcalis. Se usa en pintura de chimeneas, ductos calientes, hornos y calderas. También como fondo en esquemas de pintura de plataformas marinas.

2.3.3.2. GALVANIZACIÓN Y METALIZACIÓN (reves miento en caliente)

En términos generales consiste en el recubrimiento de las superficies de acero con zinc fundido. Si la aplicación se hace mediante proyección de par culas fundidas hablamos de metalización, que es una excelente forma de lograr recubrimientos de altos espesores (entre 100 y 250µm). El proceso de galvanización por inmersión en caliente consiste en,



previo tratamiento de la superficie de acero, sumergir las piezas en nas de zinc fundido a aproximadamente 450ºC. El procedimiento logra una unión metalúrgica entre el hierro y el zinc, formando varias capas en que varía la proporción de la aleación de ambos metales. Es un reves miento de gran resistencia a la corrosión, tanto por la protección catódica que otorga como por la protección de barrera. Los espesores dependen del empo de inmersión y varían entre 25µm para chapas planas y entre 75 y 125µm para piezas no planas de acero. En el diseño de una solución que ha de recibir una protección por galvanización en caliente se deben observar algunos aspectos importantes: Es conveniente conocer las limitaciones de tamaño de las cubas de galvanizado disponibles en las plantas de galvanizado por inmersión en caliente en la región del proyecto, ya que determinan las dimensiones máximas de las piezas a galvanizar (para mejorar esta limitación existe la posibilidad de hacer galvanizados por doble inmersión, bañando primero un extremo y luego el opuesto de la pieza). Asimismo, es conveniente considerar que las conexiones de piezas galvanizadas por inmersión en caliente se ejecuten mediante pernos a fin de evitar soldaduras que, por la temperatura de fusión rela vamente menor del zinc, dañen esta protección. En todo caso, existe la posibilidad de aplicar protecciones en frío (pinturas ricas en zinc) en las zonas afectadas. Se deben evitar cantos y ángulos muertos.

El acero desprotegido ene un promedio de vida de tan solo dos años, antes de que queden afectadas su funcionalidad o su integridad estructural. En cambio, los recubrimientos galvanizados obtenidos en las instalaciones de galvanización general duran como mínimo quince años sin necesidad de mantenimiento alguno, incluso en las peores condiciones atmosféricas.

VENTAJAS DE GALVANIZAR 1. Larga vida ú l: La duración de la protección de los elementos galvanizados es directamente proporcional al espesor de los mismos, en un ambiente determinado. En un ambiente agresivo puede durar por más de 20 años.

FOTO 7: Proceso de Galvanización



2. Doble protección: Protección de barrera: Aleación metalúrgica del zinc con el acero que protege el metal contra la acción corrosiva del ambiente. Protección catódica: El cinc actúa como ánodo de sacrificio y protege al acero de los efectos nocivos de la corrosión. 3. Tenacidad del recubrimiento: La unión metalúrgica genera diversas capas de aleación que le brindan mayor dureza y tenacidad al material, haciéndolo mayor resistente a los golpes y a la abrasión. 4. Mantenimiento Innecesario: Gracias a la duración que ofrece el galvanizado por inmersión en caliente, el mantenimiento se hace innecesario. 5. Confiabilidad: Los recubrimientos galvanizados en caliente son uno de los pocos sistemas de protección del acero que están perfectamente especificados por normas nacionales e internacionales, como la NTC y la ASTM.

6. Economía: En comparación con otros pos de recubrimientos el galvanizado es una opción económica. 7. Recubrimiento integral: Debido a la unión metalúrgica formada, tanto los bordes como las esquinas quedan igualmente protegidos. 8. Versa lidad: El proceso permite galvanizar una variedad de materiales en diversas formas y tamaños. 9. Fácil de soldar. Mediante una técnica opera va correcta pueden conseguirse soldaduras de alta calidad con caracterís cas de tracción, fa ga y doblado análogas a las que se ob enen con acero sin galvanizar. 10. Fácil de pintar: El acero galvanizado se puede pintar, ya sea por mo vos decora vos, de señalización, camuflaje, etc., o bien para aumentar la duración de la protección en ambientes muy agresivos. El acero galvanizado prolonga la vida ú l de la infraestructura y protege las inversiones de capital.

FOTO 8: Compara vo Galvanizado vs. Pinturas



3. PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS Por qué proteger el acero del fuego si este no se quema? Es bastante razonable esta pregunta, pues aparentemente parece ilógico proteger al acero del fuego, pero la cues ón es que el acero expuesto a temperaturas mayores a 550°C se vuelve vulnerable, las altas temperaturas sumado a las cargas propias del proyecto que soporta el acero producirán pandeos severos en el acero y aún un efecto más grave que falle toda la estructura y por ende que el proyecto colapse. El riesgo de incendio es una constante en todo po de edificaciones y depende de una gran variedad de aspectos, entre otros, la estructura y sus materiales predominantes, la forma y la ven lación, el contenido del edificio y la carga combus ble que representa. Siendo el acero un material de construcción considerado “no combus ble” presenta, sin embargo algunas caracterís cas que hacen necesaria su protección frente a la acción del fuego. En general, toda la legislación rela va a la protección de las estructuras frente al fuego, responde a los siguientes criterios: Proteger la vida de los ocupantes, lo que usualmente se traduce en norma vas relacionadas a la evacuación y salvamento de ellos.

Proteger las construcciones y permi r el eficaz combate del incendio.

Proteger las edificaciones vecinas y el espacio público. Existen dos pos de protección al fuego que corresponden a dos conceptos diferentes que son recogidos con diversa profundidad en las reglamentaciones de cada país, por lo que se deberá siempre, consultar la norma va específica del lugar de emplazamiento del proyecto. Ellas son: PROTECCIÓN ACTIVA, conformada por sistemas y disposi vos de detección (de humo, temperatura, etc.) que ac van sistemas de alarmas y combate del fuego, como rociadores de agua, espumas, gases, etc. Su eficacia radica en que permiten la detección y combate temprano del conato de incendio. PROTECCIÓN PASIVA, basada en elementos de construcción que, por sus condiciones sicas, aíslan la estructura de un edificio de los efectos del fuego durante un determinado lapso de empo. En general, las reglamentaciones vigentes especifican un determinado empo de resistencia al fuego a diferentes elementos cons tu vos de una edificación, empo que se mide en minutos (15; 30; 60; 120; 120; 150 y 180). La presente inves gación se centra en el segundo po de protección, La Pasiva, dentro de la cual encontramos varis soluciones encaminadas a la protección del acero contra los incendios. A con nuación detallamos algunos ejemplos:

FOTO 9: El acero a más de 500°C se debilita rápidamente



3.1. SOLUCIONES

3.1.1. PROTECCIÓN SÓLIDA

Rodear el elemento estructural con hormigón corriente o de baja densidad, asumiendo que el hormigón no cumple función estructural sino sólo aporta resistencia al fuego. El espesor del recubrimiento de hormigón dependerá de la resistencia al fuego requerida para el elemento estructural. Este po de solución deja un resultado en el cual la construcción aparenta ser de estructura de hormigón.

El peso de la estructura y por ende de la edificación sube considerablemente, de igual manera el volumen. Esta solución también es posible de aplicar dejando los elementos de acero parcialmente expuestos (por ejemplo aplicando hormigón sólo en el interior de las alas, lo que reduce el uso de encofrados o moldajes.

3.1.2. 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 u lizado para una R (o EF) de 30 min, más raramente para una R (o EF) de 60 min o 120 min. Producto rela vamente caro, permite sin embargo no alterar la percepción visual de las estructuras.

FOTO 10: Detalles de la Protección Sólida

FOTO 11: Reacción de Pintura



3.1.3. PRODUCTOS PROYECTADOS

Estos productos son proyectados directamente sobre el elemento metálico. Son generalmente compuestos de productos de baja densidad cons tuidos a base de fibras minerales aglomeradas por un ligante, son productos pastosos de alta densidad 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 esté co. Suele u lizarse en elementos no vistos de la estructura, por ejemplo por un falso techo.

3.1.4. 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 par cularmente u lizada para perfiles de sección constante. Es posible obtener hasta 240 min de estabilidad al fuego. El yeso es el material más u lizado 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, ene también la propiedad de formar

tanto un paramento de pared ver cal como horizontal como acabado. La u lización de placas especiales de yeso frente al fuego permiten duplicar la duración de la protección.

FOTO 12: Recubrimiento con productos proyectados

FOTO 13: Recubrimiento con placas de yeso



3.1.5. LAS LANAS MINERALES

Cuando un sistema construc vo compuesto de una estructura metálica y de paredes metálicas no puede asegurar la estabilidad solicitada, u lizamos lanas de roca o compuestos de lana de roca + refractario para resis r las altas temperaturas durante un importante empo. 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.

3.1.6. PROTECCIÓN 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 úl ma. Debe cuidarse con atención el montaje y la fijación y más par cularmente todas las uniones: entre los elementos de pantalla y las discon nuidades 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 acús co y la esté ca, estas pantallas ofrecen la ventaja de un coste reducido.

FOTO 14: Recubrimiento con lana de roca.

FOTO 15: Protección mediante pantallas



3.1.7. 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 u lizado sólo en el lado superior comprimido y el acero en la parte de abajo traccionada. Dis nguimos tres pos 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 disposi vo 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 ene un canto importante ya que ene 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 po de perfiles se iden fica 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.

3.1.8. LOSAS MIXTAS Las losas mixtas enen 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 u lice la chapa de acero como encofrado perdido. FOTO 16: Losas Mixtas

FOTO 16: Perfiles conectados a una losa de hormigón



Una alterna va 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 re ene las explosiones del hormigón.

APÉNDICE ENSAYOS REALISTAS REALIZADOS POR BRE EN CARDINGTON, GRAN BRETAÑA.

Ensayos en Cardington. El Bri sh BuildingResearch Establishment (BRE) realizó en la década de los años 1990 ensayos en edificios especialmente construidos para los análisis experimentales. Fueron 3 edificios de acero, de concreto y de madera, de respec vamente 8, 7 y 6 pisos. El edificio de acero fue some do tanto a incendiopatrón como a incendio natural (Figura 33). Inves gadores de diversos ins tutos de inves gación analizaron los resultados. Los incendios severos produjeron pilares con su extremidad achatada, pandeo localizado de vigas y uniones parcialmente rotas, pero sin colapso global. El resultado más impresionante fue el de una viga que alcanzó más de 1.000°C y a pesar de la deformación, no colapsó (Figura 34).

(Foto SCI) Edificio incendiado en Cardington _ Figura 33

(Foto SCI) en Cardington Aspecto final después de uno de los incendios experimentales _ Figura 34

protección del acero contra la corrosión y el fuego

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