UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

DESCRIPCION Y ANALISIS DE INCENDIOS IMPORTANTES PARA PROPONER CRITERIOS DE DISEÑO

MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL

MARIO IGNACIO SAILER LANTADILLA

PROFESOR GUÍA: DAVID CAMPUSANO BROWN

MIEMBROS DE LA COMISIÓN: GABRIEL RODRIGUEZ JAQUE

MIGUEL BUSTAMANTE SEPULVEDA

SANTIAGO DE CHILE ENERO 2007

RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL POR: MARIO SAILER LANTADILLA. FECHA: 25/01/2007 PROF.GUIA: Sr. DAVID CAMPUSANO BROWN.

“DESCRIPCIÓN Y ANÁLISIS DE INCENDIOS IMPORTANTES PARA PROPONER CRITERIOS DE DISEÑO" La amenaza de un incendio en un edificio es una situación eventual indeseable pero que debe ser considerada como posible durante el diseño, tal como se considera la eventualidad de un sismo.

Se ha desarrollado en estudios anteriores extensa investigación, principalmente determinando la capacidad de resistencia al fuego de los materiales utilizados en la construcción. Se han desarrollado métodos de protección, algunos de gran eficacia. Sin embargo existe otra área ,con estudios menos desarrollados, la que se refiere al comportamiento global de las construcciones desde el punto de vista de su diseño.

El objetivo general de este trabajo es contribuir a mejorar los diseños futuros, mediante el estudio de casos reales de incendios ocurridos en edificios de uso comercial, industrial o similares. Todos estos casos se caracterizan por tener amplios espacios y alta densidad de carga combustible contenida.

Los casos que se estudian se han extraído de informes de liquidaciones de seguros contra incendio que estaban contratados para estos edificios y su contenido. Se escogieron aquellos que aportaban información relevante respecto a la causa, propagación y efecto sobre los materiales.

El análisis de los casos presentados permite observar que el fenómeno de aireación o tiraje tiene importancia fundamental en la potencia que alcanzará el incendio (energía disipada por unidad de tiempo) y estará directamente relacionada con la magnitud de los daños que encontraremos en un edificio siniestrado. Se concluye que es deseable un diseño de espacios que controlen el suministro de oxígeno para que en el caso de producirse un incendio, éste sea de la menor potencia posible, aumentando el tiempo que permita el desalojo y que los daños generados sean menores.

Una forma habitual de diseño de edificios para uso industrial o comercial en nuestro país es el de estructura resistente vertical formada por pilares y/o muros, una zona amplia interior sin divisiones que generen barreras para el fuego y una cubierta de techo liviana. Esta situación desde el punto de vista de los incendios es la más perjudicial. Al iniciarse un incendio el fuego tiene acceso fácil a toda la carga combustible. No existen barreras. Rápidamente desaparece la cubierta de techo y el fuego recibe todo el oxígeno necesario para su propagación. De esta manera se genera un incendio de gran magnitud, muy peligroso para los ocupantes y personal de bomberos y muy destructivo para los elementos materiales del edificio.

La realización de un buen diseño pensado para tener un buen comportamiento frente a un incendio debe incluir variados factores. En primer lugar, elementos de prevención: Disposición adecuada de la carga combustible, procedimientos seguros, sistemas de detección y extinción, conocimiento de los iniciadores potenciales. En segundo lugar, se debe ser muy cuidadoso en el diseño de los espacios. Se deben incorporar barreras verticales y horizontales que eviten la propagación y controlen la aireación y oxigenación. En tercer lugar, es indispensable cumplir con las exigencias de la normativa chilena acerca de la protección de los materiales.

Se puede resumir, que se trata de un evento que enlaza múltiples factores, y mejores serán las soluciones en la medida que se logre un diseño integrado. Pareciera que la manera práctica de lograr este objetivo integral, sería la revisión y aprobación de los proyectos por profesionales calificados, en un Registro similar al creado para las revisiones sísmicas.

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AGRADECIMIENTOS Agradezco a mi familia que fue un importante apoyo durante el desarrollo de este trabajo y durante toda mi carrera. Agradezco a Don David Campusano por permitirme realizar este trabajo bajo su guía y entregarme todo su conocimiento y apoyo. A Don Gabriel Rodríguez por mediante sus acotaciones ayudarme a concretar un mejor trabajo.

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Tabla de Contenidos

Página

1 Introducción y Antecedentes Generales 7

1.1 Introducción 7

1.2 Orientación de este trabajo 7

1.3 Ejemplos de casos reales 8

1.4 Criterios de clasificación de casos 7

1.5 Definiciones Básicas 9

1.5.1 Incendio 9

1.5.2 Combustión o Fuego 10

1.5.3 Resistencia al fuego 11

1.5.4 Estabilidad al fuego 12

1.5.5 Estanqueidad al fuego 12

1.5.6 Fuego Normalizado 12

1.5.7 Masividad o factor de forma 13

1.5.8 Poder calorífico 15

1.5.9 Carga combustible 15

1.5.10 Densidad de carga combustible 16

1.6 Exigencias de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones 16

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2 Comportamiento de los materiales a la acción del fuego 20

2.1 Comportamiento del acero estructural frente a la acción del fuego 20

2.2 Comportamiento del hormigón armado frente a la acción del fuego 23

2.3 Comportamiento del hormigón pre y postensado frente a la acción del fuego 26

3 Casos 28

3.1 CMPC Tissue - Talagante 29

3.2 CMPC Mulchén 36

3.3 CMPC Tissue Puente Alto 45

3.4 Edificio Diego Portales 48

3.5 Falabella Lyon 56

3.6 Falabella Mall Vespucio – La Florida 60

3.6 Imprenta Seminario 62

3.7 Los Tres Montes – Mini Market – Bar Restaurant 68

3.7 Bodegas Mathiesen S.A.C. 72

3.8 Multitiendas Johnson’s 77

3.9 Pacific Star 80

3.10 Standard Wool 83

3.11 Supermercado San Francisco – Rengo 105 3.12 Resumen Casos 118

4

4 Análisis del comportamiento de los materiales como elementos

estructurales 121 4.1 Radieres 121 4.2 Soportes verticales 122

4.3 Revestimiento perimetral 124 4.4 Estructura de entrepiso 124

4.5 Estructura de techo 127 4.6 Cubierta de techo 127

5 Análisis del comportamiento de la estructura y la recuperación de la capacidad estructural 128

5.1 Análisis de un incendio desde un punto de vista energético 128

5.2 Análisis del comportamiento de una estructura según su planimetría 130

5.2.1 Estructuras de cubierta liviana 130

5.2.2 Estructuras de uno o varios niveles con losas o diafragmas horizontales 132

6 Conclusiones y Comentarios Respecto del Diseño 134 6.1 Prevención 134 6.1.1 Sobre la disposición de la carga combustible 134

6.1.2 Iniciadores potenciales de un incendio 135

6.1.3 Implementación de procedimientos seguros 137

6.1.4 Sistemas de detección temprana 137

6.1.5 Sistemas de extinción 138

6.1.6 Capacitación del personal 140

6.2 Diseño de los espacios 140 6.2.1 Ventilación abierta 141

5

6.2.2 Barreras verticales 142

6.2.3 Control de aireación y ventilación 143

6.3 Selección de los materiales y su protección 144

6.4 Factores legales y financieros que estimulan un buen diseño 145

7 Conclusiones y Comentarios respecto del comportamiento de los Materiales 146

7.1 Respecto del comportamiento de los materiales 146

7.1.1 Respecto del comportamiento del acero estructural 146

7.1.2 Respecto del comportamiento del hormigón armado 147

7.1.3 Respecto del comportamiento del hormigón pre y postensado 148

7.1.1.1 Cables pretensados 148

7.1.1.2 Cables postensados 149

7.2 Protección pasiva específica para los materiales 150

7.2.1 Protección para el hormigón armado 150

7.2.2 Protección para el acero estructural 151

Comentario Final 153

Bibliografía 154

Anexo A:

Cálculo de barrera horizontal para el caso del edificio Diego Portales 156 Anexo B:

Capítulo 9.3 Fire Resistance. PCI Design Handbook Traducción del manual del Precast Concrete Institute 161

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CAPITULO 1: INTRODUCCION Y ANTECEDENTES GENERALES

1.1 INTRODUCCION

El incendio es un evento indeseable que puede causar grandes pérdidas materiales e incluso

vidas humanas.

El desarrollo natural de la ingeniería, dirigida a diseñar y construir ingenios humanos y

preservarlos, está en continuo avance para mejorar los conocimientos y métodos para lograrlo.

En el presente trabajo se examinan casos de incendios reales, para observar las causas, el

desarrollo del siniestro y sus consecuencias, para de la observación lograda, obtener

conclusiones que permitan desde la práctica proyectar criterios para intentar mejorar los

diseños futuros.

Más que soluciones definitivas, se pretende determinar problemas que podrán ser abordados

con mayor precisión en futuros trabajos de investigación.

Por lo tanto el presente trabajo es más bien de observación y de conclusiones cualitativas que

cuantitativas, ya que en los incendios mismos no hay posibilidad de mediciones excepto por la

observación de sus efectos, que nos permite deducir rangos de temperatura y tiempos.

Las conclusiones se han separado en dos capítulos. En el sexto se incluyen aquellas respecto

al diseño, y en el séptimo las conclusiones respecto de los efectos observados en los

materiales componentes de las construcciones afectadas.

1.2 ORIENTACION DE ESTE TRABAJO

Se ha decidido orientar este trabajo hacia estructuras de uso comercial e industrial,

principalmente bodegas y usos de edificios de alta carga combustible. Estos edificios tienen

mucho riesgo de sufrir incendios los que al ocurrir son generalmente catastróficos o generan un

daño grave a la estructura.

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1.3 EJEMPLOS DE CASOS REALES

Para realizar el estudio se ha trabajado con casos de incendios reales ocurridos en edificios

industriales, comerciales y similares situados en distintos lugares de Chile a partir del año 1994.

Todos ellos se caracterizan por tener una alta carga combustible.

Se han escogido casos variados que presentan distintas técnicas de construcción y distintos

materiales con el objetivo de tener ejemplos representativos que permitan entender los métodos

de propagación de un incendio en este tipo de construcciones y obtener datos cuantitativos y

cualitativos del comportamiento de los materiales y sus métodos de protección en incendios

reales.

1.4 CRITERIOS DE CLASIFICACION DE CASOS

Los casos han sido fichados y clasificados para tener un ordenamiento que permita comparar

de mejor forma los resultados.

Se han clasificado de acuerdo a dos criterios; según su diseño y según su materialidad.

• Según su Diseño:

De acuerdo a este criterio los casos se han clasificado en:

a.- Estructuras de cubierta liviana que derivan en abiertas hacia arriba.

a.1.- Sin barreras verticales interiores resistentes al fuego.

a.2.- Con barreras verticales interiores.

b.- De uno o varios niveles con losas o barreras horizontales resistentes al fuego.

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• Según el Material Estructural:

De acuerdo a este criterio los casos se han clasificado en:

a.- Estructuras soportantes verticales y horizontales de acero

b.- Estructuras soportantes verticales de hormigón armado y horizontales de acero

c.- Estructuras soportantes verticales y horizontales de hormigón armado.

1.5 DEFINICIONES BASICAS

Para poder comprender el origen y los factores que llevan a que el fuego en una estructura se

convierta en un evento sin control, es necesario conocer distintos conceptos relacionados con la

combustión y características de los materiales. A continuación se darán a conocer una serie de

conceptos y definiciones que permitirán en el transcurso de este trabajo describir y analizar

casos de incendios reales.

Estos conceptos se encuentran definidos en la norma NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio

en edificios – Terminología.

1.5.1 INCENDIO (NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio en edificios – Terminología)

Un incendio se define como un fuego no controlado de grandes proporciones que puede surgir

súbita o gradualmente y puede llegar a ocasionar lesiones o pérdida de vidas humanas,

animales, graves deterioros en la estructura o deterioro ambiental.

9

1.5.2 COMBUSTION O FUEGO (NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio en edificios – Terminología)

La combustión o como comúnmente se le llama, fuego, es un fenómeno químico exotérmico,

durante el cual se genera luz y calor. Puede destacarse la combustión ígnea, la cual no genera

llama por lo que tampoco genera luz. Esta reacción se produce entre un combustible y un

comburente cuando la temperatura alcanza el nivel de ignición.

De esta manera entonces deben existir tres elementos para que se produzca una combustión:

• Material combustible

• Oxígeno (comburente)

• Temperatura de ignición

- Material combustible: Un material combustible se define como un sólido, líquido o gas

que puede ser oxidado rápidamente. Actúa como agente reductor, es decir, es capaz de reducir

un agente oxidante.

Al reaccionar el material combustible con el oxígeno del aire a una temperatura específica, la

cual depende de las características del material, se desprende calor y luz, se consumen

elementos como carbono, hidrógeno y azufre que componen el material y se generan residuos

tales como humos y cenizas.

- Oxígeno (comburente): En la combustión el oxígeno actúa combinándose con el

combustible produciendo la oxidación. Una oxidación es una reacción química en la cual una

sustancia se combina con el oxígeno. El oxígeno se encuentra naturalmente en el aire, y es de

él de donde se alimenta un incendio. En una construcción, por más cerrada que ésta sea,

siempre existirá aire suficiente para que se inicie el fuego, sin embargo en estructuras abiertas o

que derivan a ser abiertas esta condición se ve favorecida acelerando la reacción y

ocasionando fácilmente un fuego sin control.

10

- Temperatura de ignición: Para que se inicie una combustión, debe aumentar el nivel

de energía, desencadenando un aumento en la actividad molecular de la estructura química de

una sustancia. La temperatura de ignición es una característica propia de cada material y es la

temperatura a la cual se inflaman los gases desprendidos previamente por el material

combustible. Al iniciarse la combustión se genera más calor formándose una reacción en

cadena que provoca que continúe el proceso de liberación de gases por parte del material

combustible, los cuales se encienden y perpetúan la combustión hasta reducir el material a

cenizas incombustibles.

La velocidad de la reacción dependerá de las características de los tres factores antes

nombrados. Mientras mayor sea el estado de subdivisión del combustible, mayor será la

velocidad de combustión. Y por el contrario, mientras más denso sea el material la combustión

se realizará de manera más lenta.

De la misma manera la cantidad de comburente afectará también la reacción. Al aumentar la

cantidad de oxígeno la combustión se verá favorecida.

De esta situación se desprende que al poder controlar al menos uno de estos factores se puede

controlar la combustión y por ende evitar o detener un incendio en proceso.

1.5.3 RESISTENCIA AL FUEGO (NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio en edificios – Terminología)

Cualidad de un elemento de construcción de soportar las condiciones de un incendio, durante

un cierto tiempo (ver NCh935/1).

Esta cualidad se mide por el tiempo en minutos durante el cual el elemento conserva la

estabilidad mecánica, la estanqueidad a las llamas, el aislamiento térmico y la no emisión de

gases inflamables, ver NCh935/1 y NCh935/2.

La evaluación de la resistencia al fuego de cada material debe ser hecha en un laboratorio

aplicando un incendio normalizado.

Cada incendio es un proceso diferente de otro, donde intervienen distintas variables como el

tipo y la disposición espacial de los materiales combustibles, la ventilación, las posibles barreras

o compartimentaciones que puedan existir, el carácter o la disposición de los medios contra

incendios o la rapidez y eficacia de los servicios de bomberos. Por esta razón es necesario

11

uniformar la medición de la resistencia para todos los materiales, haciéndose necesaria la

utilización de un modelo de incendio.

1.5.4 ESTABILIDAD AL FUEGO (NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio en edificios – Terminología)

Comportamiento de un elemento constructivo sea estructural o no, que garantiza durante un

tiempo determinado su estabilidad mecánica frente a la acción del fuego.

1.5.5 ESTANQUEIDAD A LA LLAMA (NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio en edificios – Terminología)

Capacidad de un elemento separador expuesto al fuego por una cara, para no permitir el paso

de llamas desde la cara expuesta hacia la cara no expuesta (ver NCh935/1 y NCh935/2)

1.5.6 FUEGO NORMALIZADO

Para realizar estudios de resistencia al fuego en materiales es necesario utilizar un modelo de

incendio único que permita comparar la respuesta de distintos elementos. Este modelo

representa la variación de la temperatura con respecto al tiempo y condiciones de ensayo.

La utilización de un modelo único de fuego se debe a que cada incendio es distinto de otro. En

esto influyen diversas variables que afectan el desarrollo de un incendio y de cómo el fuego

actúa sobre el material.

El fuego normalizado que se considera para este tipo de estudios es el establecido en la Norma

NCh 935/1. En ella se define la curva de evolución de la temperatura en función del tiempo , con

una tolerancia de +- 15% en los primeros 10 minutos, según la siguiente fórmula:

T – To = 345 log10 (8t + 1)

donde:

t = tiempo expresado en minutos contado desde el comienzo del ensayo.

T = es la temperatura del horno en el instante t, medida en ºC.

To = es la temperatura inicial del horno, medida en ºC, la que está comprendida

entre 0 y 40 ºC.

Las condiciones simuladas representan condiciones de intensa gravedad del incendio.

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Figura 1: “Curva Temperatura vs Tiempo de Fuego Normalizado”.

Fuente: Argentina. Charreau G.L. Instituto Nacional de Tecnología Industrial. Efecto del fuego

sobre los hormigones. Curva temperatura vs tiempo de fuego normalizado.

1.5.7 MASIVIDAD O FACTOR DE FORMA

La Masividad es un factor que nos indica la susceptibilidad a los cambios de temperatura de un

elemento que está expuesto total o parcialmente al fuego. Este concepto es aplicable

principalmente en el cálculo de la protección necesaria en los distintos elementos que forman

una estructura.

Se calcula como el área (m2) que está expuesta al fuego dividida por el volumen (m3) envuelto

por esta área. En general las estructuras de acero se construyen con perfiles normalizados de

sección continua, por lo que la masividad se puede calcular en ellos como el perímetro (m) de la

cara expuesta dividida por el área (m2) de la sección. Así un perfil más esbelto tendrá

masividad más alta que un perfil menos esbelto, lo que nos indica que debe ser más protegido

para evitar el daño en su estructura. Este concepto va de acuerdo a lo que se puede intuir. Un

perfil esbelto será más susceptible al calentamiento y al posterior daño que uno menos esbelto.

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Ejemplo de cálculo de masividad:

Como ejemplo de cálculo se considerará un perfil IPE200x100 (22.4)

Dimensiones del perfil:

a.- Perfil expuesto al fuego en todo su contorno: Perímetro de la sección del perfil (cm) : P = 10 x 2 + 200 x 2 + (10 – 0,56) x 2 = 20 + 40 + 18,88 = 78,88 cm = 0,7888 m Área de la sección: A = 28,5 cm2 = 0,00285 m2

Masividad: M = 0,7888 / 0,00285 = 276,77 m-1

b.- Perfil expuesto al fuego parcialmente: Perímetro de la cara expuesta del perfil: P = 20 +10 + (10 – 0,56) = 39,44 cm = 0,3944 m Área de la sección: A = 28,5 cm2 = 0,00285 m2

Masividad: M = 0,3944 / 0,00285 = 138,39 m-1

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1.5.8 PODER CALORIFICO (NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio en edificios – Terminología)

El poder calorífico es la cantidad de calor por unidad de masa o de volumen producida por la

combustión de una sustancia, sólida, líquida o gaseosa (ver NCh1914/2). Expresa la energía

máxima que puede liberar la reacción química total entre un combustible y un comburente y es

igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas de combustible, menos la

energía utilizada en la formación de nuevos compuestos (gases resultantes de la combustión o

gases quemados).

1.5.9 CARGA COMBUSTIBLE (NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio en edificios – Terminología)

Llamamos carga combustible de un edificio a la cantidad total de calor que se desprende por

combustión completa al incendiarse totalmente un edificio o parte de él . Esta energía calórica

proviene de la suma del poder calorífico de cada uno de los materiales que componen los

elementos que se encuentran dentro del edificio, material de terminaciones y el material que

forma la estructura.

Puede distinguirse carga combustible media y carga combustible puntual. La carga combustible

media se calcula como la carga combustible total dividida por el área del edificio. La carga

combustible puntual se calcula sobre un área de 4 m2.

Se expresa en J o sus múltiplos MJ o GJ. También en kcal o Mcal (ver NCh1916).

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1.5.10 DENSIDAD DE CARGA COMBUSTIBLE (NCh 933 Of.97 – Prevención de incendio en edificios – Terminología)

La densidad de carga combustible se define como la carga combustible de un edificio o parte de

él, dividida por la superficie de planta del mismo. Se suele expresar en MJ/m2 o Mcal/m2 (ver

NCH1916).

1MJ / m2 = 238.85 Kcal / m2

1 MJ = 0.053 Kg madera equivalente de 4000 Kcal / kg

1.6 EXIGENCIAS DE LA ORDENANZA GENERAL DE URBANISMO Y CONSTRUCCIONES

En la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones, en el Capítulo 3, Título 4, referido a

la Arquitectura, se explican las condiciones de seguridad requeridas contra incendios. Estas

exigencias se refieren principalmente a los tiempos de resistencia al fuego para los elementos

de construcción de un edificio.

Las resistencias requeridas van desde los 15 a los 180 minutos. Estas se representan

nombrándolas desde F-15 hasta F-180 pasando por una graduación normalizada. F-15, F-30, F-

60, F-90, F 120, F-150, F-180. El número indica la cantidad de minutos que el elemento debe

mantener su resistencia frente a un fuego normalizado.

Los elementos de construcción están clasificados en elementos verticales, verticales-

horizontales y horizontales. De acuerdo a esta clasificación son exigidas las resistencias al

fuego de cada elemento.

Para aplicar esta disposición, se debe considerar además el destino y número de pisos del

edificio, su superficie edificada o la carga de ocupación, o la densidad de carga combustible

según corresponda. Estas consideraciones se señalan en las tablas 1, 2 y 3 del Capítulo 3,

Título 4 de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. De acuerdo a esto, la

construcción se clasificará en tipo a, b, c o d, con lo que se ingresa a la tabla de resistencia

requerida para cada elemento de construcción.

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Tabla: “Resistencia al fuego requerida para los elementos de construcción de edificios”.

Los destinos nombrados en la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones, que se

ajustan a las características de este trabajo son:

Tabla 1:

- Locales Comerciales.

Tabla 3:

- Establecimientos Industriales.

- Supermercados y Centros Comerciales.

- Establecimientos de Bodegaje.

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Tabla 1. Cap.3, Título 4. Ordenanza General de Urbanismo y Construcción.

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Tabla 3. Cap.3, Título 4. Ordenanza General de Urbanismo y Construcción.

Para el uso de esta tabla se debe conocer la carga combustible media o puntual máxima. Estos

conceptos aparecen explicados en el punto 1.5.10 CARGA COMBUSTIBLE.

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CAPITULO 2: COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES FRENTE A LA ACCION DEL FUEGO Se hace muy importante conocer las características y comportamiento ante el fuego de los

materiales más usados en la construcción de estructuras de uso industrial y comercial para

poder entender el proceso de daño de la estructura y el desarrollo y propagación del fuego.

Estos materiales son principalmente perfiles de acero estructural, elementos de hormigón

armado y elementos de hormigón pre y postensado.

A continuación se presenta una explicación del proceso de daño del fuego y las altas

temperaturas sobre estos materiales y las características de su comportamiento.

2.1 COMPORTAMIENTO DEL ACERO ESTRUCTURAL FRENTE A LA ACCION DEL FUEGO

El acero es el material más usado en la fabricación de estructuras metálicas. Es una aleación

de hierro y carbono en porcentajes muy precisos que determinan las propiedades mecánicas

del mismo.

Tiene cualidades muy beneficiosas para la construcción. Posee una alta resistencia,

homogeneidad, facilidad en sus uniones (soldabilidad, uniones apernadas), permite la

construcción de estructuras más livianas, etc. Sin embargo entrega una falsa sensación de

seguridad debido a que sus propiedades mecánicas se ven gravemente alteradas por la

temperatura.

La resistencia al fuego del acero se ve determinada principalmente por la temperatura a la cual

se presenta el fenómeno de plasticidad en él. El acero durante un incendio alcanza un

comportamiento plástico a baja temperatura y más aún, este fenómeno se extiende a toda la

estructura debido a su alta conductividad térmica ( 47 – 58 W/mK), donde W es la medida del

calor transferido por unidad de tiempo ( W = joule / seg ), m la unidad de longitud (metros) y K

la escala de medición de la temperatura (Kelvin). A partir de una temperatura de 250 º C , se

modifican la resistencia y el límite elástico del acero. Alcanzando una temperatura de alrededor

de 540 º C (denominada "temperatura crítica") la caída de la resistencia es muy acusada, con lo

que la estructura no puede soportar la carga de diseño.

20

En los gráficos de la figura 1 puede comprobarse que, por ejemplo, en un acero A-42-27 a 600°

de temperatura interna, aplicándole una tensión de 400 kg/cm2, se obtiene la misma

deformación que aplicándole 2.600 kg/cm2 a 20° de temperatura.

La variación del módulo de elasticidad con la temperatura se expresa con la siguiente ecuación: E = 2,1 x 106 [-17,2 · 10-12 (Tt

p)4 + 11,8 · 10-9 (Ttp)3 - 34,5 · 10-7 (Tt

p)2 + 15,9 · 10-5 (Ttp) + 1 ] kg/cm2.

Esta ecuación es válida para temperaturas del perfil 0° ≤ T tp ≤ 600° C.

Figura 2: “Evolución del módulo de elasticidad al variar la temperatura en un perfil de acero”

Fuente: España. Ministerio del Trabajo y Asuntos Sociales. Estructuras metálicas:

Comportamiento frente al fuego. Evolución del módulo de elasticidad al variar la temperatura en

un perfil de acero.

21

Figura 3: “Diagrama de tensión del acero para distintas temperaturas vs su módulo de

elasticidad”.

Fuente: España. Ministerio del Trabajo y Asuntos Sociales. Estructuras metálicas:

Comportamiento frente al fuego. Diagrama de tensión del acero para distintas temperaturas vs

su módulo de elasticidad.

Debido a la alta conductividad térmica del acero, el debilitamiento del material es generalizado,

por esta razón durante un incendio las fallas en la estructura se producen no sólo en las zonas

expuestas al fuego sino también en áreas vecinas, lo que puede llevar incluso al colapso total.

Además del debilitamiento del material, se suma un efecto de aumento de volumen por efecto

del alza de la temperatura, lo que aumenta las tensiones internas. Es así que durante un

incendio en una estructura metálica nos encontramos con una estructura más débil y con

mayores esfuerzos, lo que se convierte en una situación muy desfavorable.

22

2.2 COMPORTAMIENTO DEL HORMIGON ARMADO FRENTE A LA ACCION DEL FUEGO

El comportamiento frente al fuego del hormigón armado es más complejo que el del acero. Esto

se debe a que es un material compuesto y los distintos materiales que lo componen no

reaccionan de la misma manera.

El hormigón es un material compuesto, polifásico, formado por mezcla de áridos aglomerados

mediante un conglomerante hidráulico como es el cemento. Su comportamiento a compresión

es bueno, sin embargo es muy malo a tracción, por esta razón se incorporan en él barras de

acero, principalmente en las zonas que se encuentran a tracción, lo que da origen al hormigón

armado.

Principales características del hormigón armado:

– Buen comportamiento mecánico.

– Resistente a la corrosión en ambientes húmedos y alcalinos.

– Buen comportamiento a la fatiga.

– Costo bajo y posibilidad de mejora importante de sus características mecánicas con

costo reducido.

– Masivo y rígido (buen comportamiento dinámico).

– Prácticamente no necesita mantención.

– El tiempo necesario para la ejecución de las estructuras de hormigón es largo en

comparación con el de las estructuras metálicas.

– Baja conductividad térmica.

– Coeficiente de dilatación térmica similar entre el hormigón y el acero que forma la

armadura. (Coeficientes de dilatación térmica: Hormigón: α = 1 x10-5.

Acero: α = 1,1 x10-5.)

– Buen comportamiento frente al fuego.

El buen comportamiento del hormigón armado frente al fuego se debe principalmente por su

baja conductividad térmica (1,63 W/mK). Gracias a esto el avance del daño en un elemento de

hormigón armado expuesto al fuego se produce más lentamente, conservando sus propiedades

mecánicas durante mayor tiempo que una estructura de acero. La dificultad que tiene el calor de

traspasar el hormigón provoca que siempre el interior del elemento de hormigón esté a menor

temperatura que la desarrollada por el incendio.

23

La acción del fuego sobre el hormigón y sobre la armadura que él contiene se traduce en una

pérdida de resistencia y un aumento del módulo de elasticidad. Al estar sometido a temperaturas entre 300º C y 600º C toma una tonalidad rosácea por

alteración de los compuestos de hierro y pierde hasta un 60 % de su resistencia inicial a

la compresión.

Hasta los 900º C, toma un color gris claro, ya que se han comenzado a degradar los

compuestos del conglomerante endurecido. El hormigón se vuelve poroso y friable. Al

enfriarse la superficie y mientras el hormigón se mantiene caliente en su interior, se produce

una serie de fisuras que se cortan ortogonalmente (fisuración en piel de cocodrilo) y pierde

entre un 60% y 90% de la resistencia inicial.

Por encima de los 900º C, el hormigón adquiere un tono blancuzco a amarillento y carece de

resistencia residual.

El descascaramiento o spalling, es uno de los efectos del fuego sobre las

estructuras de hormigón y de éste se distinguen tres tipos :

- Descascaramiento del agregado

- Descascaramiento explosivo

- Desprendimientos

El descascaramiento del agregado se debe al estallido y fractura de las partículas del agregado

como resultado de cambios físicos o químicos bajo temperaturas elevadas. Por regla general,

este descascaramiento es de poca extensión y se limita sólo a la superficie.

El descascaramiento explosivo por su parte, corresponde a esfuerzos de tensión provocados

por el vapor de agua que se produce por la humedad interna y por los esfuerzos de restricción

debidos a la elevación de temperatura ocurrida durante el siniestro.

Los esfuerzos de tensiones causados por el movimiento de vapor de agua dependen en gran

parte del contenido de humedad y esto es función de la edad del hormigón, así los hormigones

jóvenes que se vean afectados durante la etapa de construcción mostrarán evidentemente un

contenido de humedad mas alta, por ello es que allí las tensiones inducidas serán mayores

comparativamente con aquellos hormigones más maduros.

24

En hormigones armados, este descascaramiento explosivo provoca la exposición de las

armaduras de refuerzo.

El descascaramiento por desprendimiento es el resultado del desprendimiento de secciones

de diversa geometría, ocurridas con ocasión del siniestro, normalmente son el resultado de

siniestros de larga duración y se asocian a cambios volumétricos.

La capa de recubrimiento constituye una gran protección para las barras de armadura que se

encuentran dentro del elemento de hormigón. El hormigón que forma el recubrimiento actúa

como aislante térmico, dada su baja conductividad.

En la siguiente tabla se muestra el aumento de temperatura para una barra de acero que se

encuentre en contacto directo con el fuego y para una que se encuentre protegida por un

recubrimiento dentro de una losa de hormigón de 10 cm de espesor, para distintos espesores

de recubrimiento, para temperaturas que alcance un incendio en función del tiempo de acuerdo

a una curva de fuego normalizado.

Tabla 1: “Temperatura de la armadura dentro de una losa H.A. e = 10 cm vs tiempo”.

Fuente: Burón Maestro M. 2005. Resistencia al fuego de las estructuras de hormigón. España.

25

La pérdida de resistencia del hormigón no es igual para el acero al alcanzar una misma

temperatura. En el acero este fenómeno es mucho más acusado.

A continuación se muestra la pérdida de resistencia del hormigón y del acero que compone la

armadura en función de las temperaturas que alcanzan:

Tabla 2: “ Pérdida de resistencia de la armadura de refuerzo y del hormigón en función de la

temperatura que alcanzan durante un incendio”.

Fuente: Burón Maestro M. 2005. Resistencia al fuego de las estructuras de hormigón. España.

2.3 COMPORTAMIENTO DEL HORMIGON PRE Y POSTENSADO FRENTE AL FUEGO

Llamamos hormigones pre y postensados a aquellos hormigones a los cuales se les han

introducido tensiones de compresión, previo a su puesta en servicio utilizando cables de acero

tensos en su interior.

Se diferencian principalmente en su proceso de construcción.

En los hormigones pretensados los cables han sido tensados antes del hormigonado del

elemento.

En los hormigones postensados el elemento es hormigonado primero dejándose vainas

corrugadas por los cuales se introducen los cables, posterior al proceso de fraguado y cuando

ya ha alcanzado un alto nivel de endurecimiento los cables son tensados obteniéndose un

efecto de compresión del elemento.

El comportamiento de este hormigón ante el fuego es similar al hormigón armado convencional,

pero la diferencia está en los daños que ocurren en los cables de tensado y las consecuencias

de éstos en el elemento.

26

A baja temperatura, entre los 100 y 150º C, se inicia el daño por spalling. Este daño se debe a

la migración del agua intersticial por efecto de las altas temperaturas. La presión interna que

genera esta migración provoca el desprendimiento de material en la superficie. Esta situación

puede ser tan grave, que incluso puede degradar el recubrimiento por completo.

Al aumentar la temperatura y superar los 300º C se presenta una alta pérdida de resistencia en

el hormigón.

Cuando el calor logra superar el recubrimiento se inicia el daño en los cables de acero que

tensan el elemento. Si esto ocurre, los cables rápidamente pierden la tensión ocasionando una

deformación excesiva por efecto de las cargas sobre el elemento.

La resistencia de un elemento de hormigón armado o precomprimido, dependerá del espesor del recubrimiento de las barras de armadura o de los cables tensados y de las características del material de agregado.

27

CAPITULO 3: CASOS ESTUDIADOS

A continuación se presentan casos de incendios reales en estructuras de uso industrial,

comercial y similares. Se caracterizan principalmente por tener una alta carga combustible.

En este archivo de casos se encontrarán estructuras de distinta clasificación y representantes

de distintas soluciones estructurales. Los materiales utilizados en su construcción son diversos

y se podrá observar el desempeño de estos en distintas situaciones de incendio.

28

CASO : SINIESTRO CMPC BODEGA TISSUE - TALAGANTE UBICACIÓN : TALAGANTE

FECHA SINIESTRO : 2004

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA CUBIERTA LIVIANA SIN

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACIÓN POR ESTRUCTURA: ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

H.A.

INTRODUCCION:

Se trata de un galpón utilizado como bodega de almacenamiento de productos terminados

elaborados por la empresa. Estos productos consistían principalmente en papel higiénico tipo

Confort en todas sus variedades los cuales se encontraban apilados en “bloques” formados por

palets. Los bloques mediante los cuales se ordenan están formados por 4 palets en altura lo

que está dado por el peso que resisten los rollos de papel confort.

La estructura es un galpón formado por cuatro líneas de pilares los cuales soportan

vigas prefabricadas de hormigón. Estas vigas forman un techo a seis aguas.

CROQUIS PLANTA ESTRUCTURA:

29

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

- PISO: El piso es un radier de hormigón afinado.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: El soporte vertical está dado por

cuatro líneas de pilares de hormigón armado prefabricados. Sobre ellos descansan

vigas, las que se ubican de a tres a lo ancho, apoyadas en sus extremos sobre cada uno

de los pilares. Además, están unidos longitudinalmente entre si por vigas de sección

rectangular en su extremo superior.

- REVESTIMIENTO PERIMETRAL: Perimetralmente está revestido con planchas de

acero pre pintado tipo PV-6 de Instapanel colocadas horizontalmente sobre pilares de

hormigón armado apoyados entre los pilares y entre los marcos.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: No existe.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE: La estructura de techo está formada por vigas

prefabricadas de hormigón armado, alargada en cada extremo con cabezales en sitio de

2,5 m y conectados a la sección central con cables postensados sin adherencia. Estas

vigas son del tipo doble T y son de altura variable, observándose en ellas grandes

orificios en el alma para alivianar peso. Las vigas cubren una luz de 30 metros. Las

costaneras son de hormigón pretensado, de sección de 7 cm en el alma, y

arriostramientos de hormigón.

- CUBIERTA DE TECHO: La cubierta es de chapa de acero plegada tipo PV-6 de

Instapanel.

30

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

- DAÑOS EN PISOS: No se observan daños apreciables en el radier de hormigón. No hay

daños causados por el incendio ni tampoco por caída de elementos ya que no hubo

colapso de la estructura ni caída de elementos mayores.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: En los pilares de

hormigón armado se observa en muchas zonas la pérdida del recubrimiento debido al

choque térmico por el agua de extinción, quedando a la vista la armadura.

- DAÑOS EN REVESTIMIENTO PERIMETRAL: El revestimiento de planchas de acero

pre pintado tipo PV-6 de Instapanel colocadas horizontalmente resultó totalmente

deformado por efecto de la temperatura en algunas zonas.

- DAÑOS EN ESTRUCTURA DE TECHUMBRE: Si bien existe daño en las vigas de

hormigón armado que forman la estructura de techo, este daño no es suficiente para

provocar el colapso de la estructura. Se observan fisuras y desprendimiento de la capa

de recubrimiento principalmente en la zona central inferior de las vigas que es el lugar

donde están sometidas a mayor flexión. Los mayores daños se presentan en las

costaneras que sirven de apoyo a la cubierta de techo, presentando una deformación

lateral. Al ser elementos más esbeltos el daño por efecto del fuego fue mayor. Muchas

se encuentran muy deformadas, fisuradas y con su armadura al descubierto.

Tres vigas precomprimidas sufrieron deformaciones laterales y fisuración en el cordón

inferior y las cabezas de alargue. Estas vigas se ensayaron con una prueba de carga,

que resultó satisfactoria. Sin embargo se estimó prudente reemplazarlas.

Se observó que en estas vigas, los cables postensados inferiores, con recubrimiento de

aproximadamente 3 a 4 cm perdieron la grasa mineral , que por presión rompió la vaina

de PVC, debido a la temperatura alcanzada y se escapó por fisuras en el cordón inferior,

sin alcanzar a fallar por tracción los cables mismos.

31

DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: La estructura de techo se encuentra destruida

completamente por efecto de las altas temperaturas y por la deformación de las viguetas que

forman el techo.

OBSERVACIONES:

Se puede apreciar un buen comportamiento del hormigón armado de los pilares, con

recubrimientos de 2 a 3 cm. Se debe considerar que los estribos ( 8 mm ) están a 15 y 20 cm, lo

que deja a las barras longitudinales algo más protegidas, y envueltas en el hormigón del núcleo.

Los elementos de secciones delgados, costaneras de alma 7 cm y vigas alma de 10 cm, con

una sola malla central, resultaron más afectadas.

32

ARCHIVO FOTOGRÁFICO:

Pérdida de recubrimiento en pilares. Se puede ver parte de los estribos.

Pérdida de recubrimiento en pilares. Armadura a la vista.

33

Daño en vigas y viguetas. Fisuración y desprendimiento de recubrimiento en

zonas de alta flexión.

Pérdida total de la cubierta de techo.

34

Daño en revestimientos laterales por efecto del calor.

Estado de la estructura luego del retiro de escombros. No se observan daños

en el radier de piso.

35

CASO : CMPC PLANTA MULCHÉN

UBICACIÓN : KILÓMETRO 537, CARRETERA Nº 5 SUR, MULCHÉN

FECHA SINIESTRO : 09 DE NOVIEMBRE DEL 2003

CLASIFICACION POR AIREACIÓN: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA SIN

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACIÓN POR ESTRUCTURA: ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

ACERO.

INTRODUCCION:

Se trata de un aserradero, ubicado en el kilómetro 537 de la carretera Nº 5 Sur, que forma parte

de un conjunto de varias construcciones ubicadas al poniente del cruce con el acceso a la

ciudad de Mulchén, distante a 120 km al norte de Temuco.

Estas construcciones son utilizadas para albergar los diferentes procesos de elaboración de

madera de pino en diferentes secciones para ser comercializadas en el mercado externo. La

planta pertenece a la Compañía Manufacturera de Papeles y Cartones ( C.M.P.C ) en su

división correspondiente a maderas.

Todas las construcciones que componen la planta han sido ejecutadas en diferentes períodos y

en su gran mayoría son de estructura metálica con revestimientos de planchas de acero

galvanizado. Las únicas construcciones de estructura y revestimientos de madera son las

oficinas administrativas, el casino, los baños del personal y el galpón de mantención.

El edificio afectado por el siniestro corresponde al aserradero. Esta construcción se ubica en el

centro de la plataforma principal y está compuesta de varios galpones que en su conjunto

forman una figura similar a una T. Esta forma es una respuesta al proceso productivo que se

caracteriza por ser predominantemente lineal.

36

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCIÓN ( Aserradero ):

- PISO: El pavimento es un radier de hormigón de 10 cm de espesor, distribuído en

paños de diferente tamaño.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: El soporte vertical está construído en

base a pilares tubulares rectangulares anclados a apoyos de hormigón, los cuales se

encuentran unidos entre sí por medio de un cimiento corrido de hormigón y una viga

corrida de hormigón armado. Los pilares están colocados cada 5.5 m de separación

entre ejes.

- REVESTIMIENTO PERIMETRAL: Exteriormente está revestido con tablas de madera

de pino tinglado de 1 ½ x 8” las que van clavadas a listones de 2 x 3” y estos están

anclados a costaneras metálicas 125x50x15x2 mm mediante un perno de 3/8 x 21/2”

tipo cabeza coche.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: Interiormente tiene una plataforma a 2.4 m de altura

respecto del nivel de piso terminado formada por pilares y vigas metálicas doble T. Esta

plataforma también se apoya en los pilares perimetrales, por lo tanto éstos tienen una

sección variable, son más anchos hasta el nivel de la plataforma, donde reciben el

envigado metálico de entrepiso, y después se reduce hasta recibir la cercha. El resto de

la estructura soportante son pilares tubulares metálicos y vigas doble T colocados en

una trama de 5 x 5 m.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : Está formado por cerchas metálicas, compuesta de

perfiles metálicos canales 150x50x3 mm y ángulos 40x40x2 mm. Como arriostramiento

tiene vigas reticuladas de 0.8 m. de altura y en el centro miden 3.6 m.

- CUBIERTA DE TECHO: La cubierta es de planchas de zinc onduladas colocadas sobre

un entablado tipo “encamisado” de 1 x5” con fieltro asfáltico. El entablado se fija sobre

un listoneado de pino de 2 x 3” que queda anclado a unas costaneras metálicas

150x50x15x2 mm.

37

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

El día domingo 9 de noviembre de 2003, cerca de las 20:45 hrs., se declaró un incendio que

destruyó todo el edificio correspondiente al aserradero, incluyendo los galpones que lo

componen y las construcciones adosadas.

Se pudo constatar un alto grado de daños tanto en las construcciones e instalaciones como en

la maquinaria que se utilizaba para la producción de madera elaborada.

De acuerdo al informe elaborado por el Instituto de Investigaciones Tecnológicas de la

Universidad de Concepción ( I.I.T ), la causa del incendio fue a partir de trabajos en caliente que

se estaban ejecutando en el sector de la zona de carga del aserradero (extremo nororiente del

galpón principal). En dicho sector se estaban reparando unas cadenas del sistema de

transporte de troncos.

El fuego se propagó muy rápido debido a la gran cantidad de aserrín y astillas acopiados bajo la

plataforma de mantención de las máquinas y por el piso de tablones de madera de pino que

cubren los andenes y veredas de tránsito del personal. Los revestimientos de todas las

construcciones que conforman el aserradero eran de tablas de pino tinglado las que envolvieron

con fuego todos los edificios. Además, en esta zona del país, las techumbres tienen un

revestimiento de tablas de madera denominado “ encamisado”, el que contribuyó también a la

rápida propagación del fuego por todo el perímetro de las construcciones.

- DAÑOS EN PISOS: Existen daños en zonas puntuales debido a la caída de la estructura

sobre el radier de hormigón.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Se observa un gran daño

en los pilares metálicos debido al colapso de la estructura. Los pilares se encuentran

doblados y retorcidos.

- DAÑOS EN REVESTIMIENTO PERIMETRAL: El revestimiento perimetral fue

consumido totalmente por el fuego.

38

- DAÑOS EN VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: La estructura de entrepiso colapsó junto

con el resto de la estructura.

- DAÑOS EN VIGAS DE TECHO: Debido a la pérdida de resistencia por efecto de la

temperatura las vigas de techo colapsaron produciendo un efecto en cadena que llevó

abajo toda la estructura.

- DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: Las planchas de zinc se deformaron por efecto de

la temperatura y el colapso de la estructura. El entablado fue consumido completamente

por el fuego.

ENSAYOS REALIZADOS:

Se encargó a la empresa CESMEC la realización de un estudio del daño en los elementos de

hormigón que forman la estructura de la planta CMPC Mulchén. Se extrajeron probetas testigo

desde el pavimento siniestrado. Junto con esto, se realizaron ensayos para determinar el índice

esclereométrico utilizando el martillo Schmidt en otras zonas del pavimento y directamente

sobre las fundaciones.

En general los resultados destructivos (testigos de hormigón) y no destructivos

(esclereometrías) , dan cuenta de resistencias del hormigón sin efectos del fuego reinante en el

siniestro.

Además, las probetas testigo de hormigón fueron analizadas cualitativamente.

Hasta los 900º C , el hormigón toma un color gris claro, ya que se han comenzado a

degradar los compuestos del conglomerante endurecido. El hormigón se vuelve

poroso y friable. Al enfriarse la superficie y mientras el hormigón se mantiene caliente en su

interior, se produce una serie de fisuras que se cortan ortogonalmente (fisuración en piel de

cocodrilo) y pierde entre un 60 % y 90% de la resistencia inicial.

Por encima de los 900º C, el hormigón adquiere un tono blancuzco a amarillento y

carece de resistencia residual.

39

Bajo estos conceptos, evaluadas las probetas testigo de hormigón, sumados a los resultados

obtenidos de los ensayos, se puede asegurar que los sectores obscultados mantienen las

propiedades originales. Por cuanto la resistencia obtenida es incluso alta.

Se puede observar en algunos sectores la pérdida de capa superficial de no más de 5 mm de

espesor, que generalmente corresponde a la capa de terminación. Este echo, sumado a los

efectos residuales del siniestro, dan cuenta de una superficie irregular y sucia, con una

tonalidad oscura producto del hollín. Esto sin duda es un problema estético más que resistente,

por cuanto se recomienda eliminar la capa superficial entre 4 a 5 mm mediante algún método

mecánico (escarificado o granallado) y aplicar algún revestimiento superficial según

requerimientos o necesidades.

40

Resultado de los ensayos:

ENSAYO ESCLEROMETRICO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 308114 ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 10/02/04 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ANTECEDENTES A petición del solicitante se procedió a efectuar ensaye esclerométrico por medio del martillo de Schmitd, marca Controls, Modelo C 181, según los procedimientos indicados en la Norma Nch 1565 Of. Las resistencias indicadas más adelante corresponden a una estimación a la fecha de ejecución del ensaye y se basa en estadísticas de resistencia. Por este motivo, los resultados deben ser evaluados con las reservas que la norma establece para este ensaye. Las muestras fueron tomadas con fecha 05 de febrero del 2004, desde la obra: PLANTA ASERRADERO MULCHEN – CMPC. RESULTADOS

Punto N 1 2 3 4 5 6 1 40 40 30 34 40 40 2 38 40 34 34 40 38 3 38 38 36 38 40 36 4 34 42 34 38 42 36 5 36 42 32 38 42 38 6 38 42 36 38 44 34 7 36 40 36 38 38 38 8 36 40 36 38 40 36 9 36 42 36 38 38 38

10 36 42 36 38 38 38 Promedio 37 41 35 37 40 37 Resistencia kgf/cm²

360 430 320 360 410 360

Observaciones: Muestra tomada en: M-1 = Fundación sector Chipre Canter Linck VM-30, lado oriente. M-2 = Fundación Sector Perfilador de cantos Linck VP-34 Lado oriente fundación. M-3 = Fundación lado sur poniente Sala UM Catech, lado oriente. M-4 = Fundación Sierra Múltiple Linck HMK-20, lado oriente. M-5 = Fundación Sala UH Catech cara oriente. M-6 =Fundación Sierra Cuadruple ARI KS 124, lado poniente.

41

ENSAYO ESCLEROMETRICO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 308114

ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 10/02/04 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ANTECEDENTES A petición del solicitante se procedió a efectuar ensaye esclerométrico por medio del martillo de Schmitd, marca Controls, Modelo C 181, según los procedimientos indicados en la Norma Nch 1565 Of. Las resistencias indicadas más adelante corresponden a una estimación a la fecha de ejecución del ensaye y se basa en estadísticas de resistencia. Por este motivo, los resultados deben ser evaluados con las reservas que la norma establece para este ensaye. Las muestras fueron tomadas con fecha 05 de febrero del 2004, desde la obra: PLANTA ASERRADERO MULCHEN – CMPC. RESULTADOS

Punto N 1 2 3 4 5 6 1 38 32 38 34 32 34 2 38 30 36 36 30 34 3 36 30 36 34 32 32 4 36 30 36 38 30 36 5 36 30 38 38 32 38 6 36 30 34 37 32 36 7 38 30 38 38 28 38 8 38 28 36 38 34 38 9 34 30 36 38 32 36

10 38 30 36 38 32 38 Promedio 37 30 36 37 31 36 Resistencia kgf/cm²

410 300 400 410 310 310

Observaciones: Muestra tomada en: M-1 = Pavimento sector Chipre Canter Linck VM-30 M-2 = Pavimento sector lado Oriente fundación perfilador de cantos VP-34 M-3 = Pavimento, 12 metros al poniente de fundación Perfilador de cantos V1-34 M-4 = Pavimento sector Norte sierra múltiple HMK-20 M-5 = Pavimento, lado Poniente sala UM Catech M-6 =Pavimento, lado Sur-oriente sala UM Catech

42

ENSAYO TESTIGO DE HORMIGON ENDURECIDO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 308114 ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 10-02-2004 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ENSAYO REALIZADO Se informa resultados de la extracción y ensayo de (4) Testigos de Hormigón Endurecido, de acuerdo al procedimiento indicado en Normas NCh 1171/1. IDENTIFICACION Obra :Planta Aserradero Mulchén - CMPC Fecha de extracción : 05/02/2004

CARACTERISTICAS DEL HORMIGON

Testigo Características

1 2 3 4

Diámetro cm 10.1 10.1 10.1 10.1

Espesor hormigón cm 12.0 12.5 14.9 12.6

Altura de ensayo cm 10.9 11.3 11.8 11.2

Densidad gr/cm32.400 2.426 2.402 2.398

RESISTENCIAS

Resistencia kgf/cm2

Observaciones Testigo

Corrección

1 2 3 4

Directa 374 342 346 285 Testigo Refrentado

Corregida por Esbeltez 333 307 315 255 Cilindro Normal

Corregida por forma 379 360 369 306 Cubo Normal

Observaciones: M-1 = Frente a Sierra cuádrupla ARI KS - 124 M-2 = Frente a perfilador de cantos Link VP - 34 M-3 = Frente rechazote tablas, entre sierra múltiple Link HMK – 20 y Rechazo de tablas. M-4 = Frente a sala U.H Catech

43

ENSAYO TESTIGO DE HORMIGON ENDURECIDO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 308114 ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 10-02-2004 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ENSAYO REALIZADO Se informa resultados de la extracción y ensayo de (4) Testigos de Hormigón Endurecido, de acuerdo al procedimiento indicado en Normas NCh 1171/1. IDENTIFICACION Obra :Planta Aserradero Mulchén - CMPC Fecha de extracción : 05/02/2004

CARACTERISTICAS DEL HORMIGON

Testigo Características

5 6 7 8

Diámetro cm 10.1 10.1 10.1 10.1

Espesor hormigón cm 15.3 12.0 12.4 15.6

Altura de ensayo cm 13.4 10.7 11.0 14.2

Densidad gr/cm32.448 2.434 2.371 2.419

RESISTENCIAS

Resistencia kgf/cm2

Observaciones Testigo

Corrección

5 6 7 8

Directa 284 356 301 293 Testigo Refrentado

Corregida por Esbeltez 267 315 266 259 Cilindro Normal

Corregida por forma 320 368 320 311 Cubo Normal

Observaciones: M-5 = Costado de Sierra Múltiple Linck HMK - 20 M-6 = Costado cortadora Catech KT - 53 M-7 = Entre cortadora Catech KT – 53 y cinta despuntes. M-8 = Entre chicotes de KT – 53 y cinta restos de madera.

44

CASO : SINIESTRO CMPC TISSUE PLANTA PUENTE ALTO

UBICACION : AV. EYZAGUIRRE Nº 01098 – PUENTE ALTO.

FECHA SINIESTRO : 2 DE FEBRERO DEL 2003.

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA SIN

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA: ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

ACERO.

INTRODUCCION:

Se trata de un galpón que se utiliza para el almacenamiento de productos terminados

elaborados por la empresa, específicamente papel higiénico tipo Confort en todas sus

variedades (Noble, Orquídea, etc.).

La forma de almacenamiento es en “bloques” formados por palets apilados. La razón de tener

bloques es permitir la circulación de la grúa horquilla por entre los pasillos que se generan. La

altura máxima de estos bloques es de 4 palets y está dada por el tipo de material, ya que los

rollos de papel higiénico no resisten más peso.

En la madrugada del día domingo 02 de Febrero del año 2003, cerca de las 2 A.M., se declaró

un incendio en el extremo norte del galpón propagándose rápidamente por sobre la mercadería.

El personal que trabajaba a esas horas en la fábrica procedió a retirar una parte de la

mercadería, mientras trabajaba la brigada contra incendio, hasta que se perdió el control del

fuego consumiéndose todo el contenido y destruyéndose toda la estructura metálica.

45

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

- PISO: El piso es un radier de hormigón con malla de acero terminado a grano perdido

con canterías selladas.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: La estructura del galpón está formada

por dos naves cuyo apoyo central es común a las dos. Cada una de ellas esta formada

por marcos rígidos compuestos de pilares de acero sobre los cuales se apoyan vigas

reticuladas. Los pilares se apoyan sobre un dado de hormigón que sobresale del nivel

de piso terminado mediante una placa de acero apernada perimetralmente.

- REVESTIMIENTO PERIMETRAL: Perimetralmente está revestido con planchas de

acero pre pintado tipo PV-5 de Instapanel colocadas verticalmente sobre costaneras

metálicas apoyadas entre los pilares y entre los marcos.

En el deslinde sur limita con otro galpón de similares características separado por un

muro cortafuego ejecutado con albañilería reforzada con pilares tipo machón, de ancho

variable, y vigas de hormigón armado. Todo estucado por ambos lados. Hacia el

deslinde poniente y norte tiene un muro de albañilería de 3.00 m. de altura, de similares

características, pero con pilares y vigas del mismo ancho y en toda su altura.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: No existe.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE: El techo está formado por vigas metálicas reticuladas

que forman marcos con los pilares que las sostienen. Cada marco está colocado a una

distancia aproximada de 6.00 m. de separación y como arriostramiento tiene tensores

colocados entre los pilares y bajo las vigas. Las vigas de la techumbre tienen un ancho

variable aumentando hacia la unión con el pilar y hacia el apoyo bajo la cumbrera pero

disminuyendo en su tramo intermedio.

- CUBIERTA DE TECHO: La cubierta es de planchas de asbesto cemento tipo Gran Onda

de Pizarreño colocadas sobre costaneras de perfil metálico tipo canal arrisotradas entre

sí con perfiles ángulos apernados en su encuentro con las costaneras.

46

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

- DAÑOS EN PISOS: Con relación al estado del radier de hormigón, una vez retirados los

escombros, se constató que su comportamiento a la temperatura y a la caída de la

estructura colapsada había sido muy buena. Por lo tanto se consideró recuperarlo en su

totalidad.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Por efecto de la

temperatura y del peso de las vigas que forman el techo los pilares sufrieron graves

deformaciones que terminaron con el colapso de la estructura.

- DAÑOS EN REVESTIMIENTO PERIMETRAL: El revestimiento de planchas de acero

pre pintado tipo PV-5 de Instapanel colocadas verticalmente sobre costaneras metálicas

resultó totalmente deformado por efecto de la temperatura y del colapso de la estructura

sin posibilidades de reutilizarlo.

Los muros de cierro perimetral, de albañilería reforzada con pilares y vigas de hormigón

armado, también se comportaron muy bien frente a la temperatura y el fuego, siendo

factible su reutilización con excepción de un tramo del costado nor poniente que colapsó

por la caída de la estructura.

La existencia de un muro corta fuego que lo separaba de un galpón de similares

características hacia el sur, evitó la propagación de fuego hacia dicha estructura, pero se

pudo apreciar que por el golpe de la vigas metálicas al caer colapsadas causaron

algunos desprendimientos superficiales de albañilería sin que alteraran su resistencia.

- DAÑOS EN ESTRUCTURA DE TECHUMBRE: El colapso fue total, se desplomaron los

marcos hacia el interior deformados por la temperatura.

- DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: Al colapsar la estructura la cubierta de techo se

dañó completamente quebrándose con la caída.

47

CASO : EDIFICIO DIEGO PORTALES

UBICACIÓN : ALAMEDA DEL LIBERTADOR BERNARDO O’HIGGINS

FECHA SINIESTRO : 5 DE MARZO DEL 2006.

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA CON

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA: ESTRUCTURA VERTICAL DE HORMIGON

ARMADO Y ACERO Y HORIZONTAL DE

HORMIGON ARMADO Y ACERO.

INTRODUCCION:

El edificio “Diego Portales” comenzó a construirse el año 1971 y fue entregado para su uso en

marzo de 1972.

El gobierno de Salvador Allende se encargó de las obras. Se reclutó a miles de voluntarios para

la rápida ejecución de las obras, las cuales estuvieron terminadas en 100 días.

Fue construído con este apuro para dar acogida a la Tercera Conferencia Mundial de Comercio

y Desarrollo de las Naciones Unidas, el que agrupaba a diferentes organismos de trabajo de

carácter internacional. Después de realizada la conferencia, el edificio fue transferido al

Ministerio de Educación. Luego del golpe militar y el bombardeo e incendio del Palacio de la

Moneda, el edificio se constituyó en la sede del gobierno. Actualmente el edificio alberga al

Ministerio de Defensa y constituye, además, un centro de convenciones.

El edificio, en la zona del incendio consta de tres niveles. En el primer nivel está ubicado un

casino, en el segundo nivel se encuentran los salones Azul y Blanco, además de salones más

pequeños para conferencias, y en el tercer nivel se encuentra el Salón Plenario el cual sufrió el

incendio.

El Salón Plenario tenía una superficie de 2380 m2, con dimensiones de 68 metros de fondo por

35 de ancho y con capacidad para 2130 personas.

48

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

Los dos primeros niveles están construídos en hormigón armado y se separan por losas sólidas.

El tercer nivel está formado principalmente por una estructura de acero apoyada sobre

columnas de hormigón armado.

- PISO: La cubierta de piso estaba formada por alfombrado y piso de madera.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: La estructura que forma el edificio

está construída a base de pilares de hormigón armado. Estos pilares se encuentran en

dos hileras, uno en cada extremo de las vigas de techo.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: Existe una losa de hormigón armado que hace de

separación entre los dos niveles.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : La estructura de techo está formada por vigas

reticuladas de acero de 3.5 metros de altura y luces de 40 metros.

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

A las 16:45 horas del 5 de marzo del 2006, se declaró un violento incendio originado en el ala

oriente del edificio, el cual destruyó el edificio en un 40%. El salón de plenarios fue

completamente destruído, el Salón Blanco y Azul resultaron dañados en un 25%. Además, las

altas temperaturas provocaron el colapso de la estructura metálica de techo tras media hora de

iniciado el fuego.

Las causas apuntan a un recalentamiento de la red eléctrica. En la zona del foco sólo se

encontró como fuente de calor el tendido eléctrico ubicado a nivel de piso, el cual fue revisado

con microscopios, encontrándose porosidad y cristalización de su contextura. Lo anterior se

explica debido a un recalentamiento interno excesivo.

49

- DAÑOS EN PISOS: Las llamas y las altas temperaturas consumieron completamente la

cubierta de piso de la losa que divide los dos niveles superiores. Los niveles inferiores

no sufrieron daños por las llamas por lo que la cubierta de piso se conserva intacta.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Los pilares de hormigón

no presentan daño aparente causado por el fuego.

- DAÑOS EN VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: La losa de hormigón armado de

entrepiso no sufrió daño por efecto del fuego ni la caída de la estructura, tanto así, que

en los niveles inferiores no existen daños causados por las llamas. El agua proveniente

de la extinción, sí causó daños en el primer y segundo nivel.

- DAÑOS EN ESTRUCTURA DE TECHO: Las vigas que formaban la estructura de techo

sufrieron el colapso total debido a las altas temperaturas generadas durante el incendio.

La deformación presentada por este motivo llevó a que las vigas colapsaran hacia

dentro del edificio.

- DAÑOS EN TERMINACIONES: El daño es total. Todo el material de terminaciones fue

consumido por las llamas en el segundo nivel, que corresponde a la sala de plenarios.

50

ARCHIVO FOTOGRÁFICO

Vista interior desde gradería de la Sala de Plenarios antes de ser afectada

por el incendio.

Vista interior desde graderías de la Sala de Plenarios, posterior al incendio.

Estructura de acero que forma el techo colapsada.

51

Estructura de techo colapsada hacia el interior.

Estructura de acero que forma las vigas de techo colapsada.

52

Detalle nodo perteneciente a una viga de techo. Se puede observar la

gravedad de la deformación y la ausencia de protección ignífuga.

Perfil de acero deformado perteneciente a una viga de techo.

53

Vista de las graderías. Puede observarse que no existe material combustible

que no haya sido consumido por el fuego.

Cielo del nivel inmediatamente inferior al nivel afectado. No se observan daños

por efecto del fuego y las altas temperaturas.

54

Segundo nivel inferior. Lugar donde se realizaban las reparaciones. No se observan

daños causados por las llamas o las altas temperaturas.

Vista aérea de la zona siniestrada. Trabajos de desmantelamiento.

55

CASO : FALABELLA S.A.C.I. - LYON

UBICACIÓN : NUEVA DE LYON N° 064 – PROVIDENCIA.

FECHA SINIESTRO : 8 DE NOVIEMBRE DEL 2003.

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE VARIOS NIVELES CON

LOSAS.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA: ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

HORMIGON ARMADO.

INTRODUCCION:

Falabella es una empresa dedicada a la venta de vestuario, perfumería, línea blanca,

juguetería, electrónica y otros similares del rubro que comercializa en grandes tiendas

distribuídas a lo largo del país.

La tienda Falabella – Lyon, se inauguró el 24 de febrero de 1992 con dos subterráneos más dos

pisos. En el momento de su inauguración tenía tres accesos, uno hacia la calle Lyon, uno hacia

la calle Andrés de Fuenzalida y otro hacia una plaza peatonal que comunica ambas calles.

Esta construcción se emplaza entre dos edificios de 13 pisos de altura, ocupando inclusive una

parte de sus respectivos subterráneos.

A principios del año 2003, se inició la construcción de un edificio de dos subterráneos y tres

pisos en un terreno que permitía una conexión hacia la Av. Providencia. Esta construcción fue

anexada a la tienda aumentando su superficie útil en casi un 50%. El nuevo edificio permitió

además, reaumentar el tamaño de la tienda e incorporar un restaurante ubicado en el 3º piso.

56

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

- PISO: El piso del segundo subterráneo está formado por un radier de hormigón afinado.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: El soporte vertical está constituido

por pilares, machones y muros de hormigón armado en todos los pisos. Existen además

de la estructura principal de hormigón armado, zonas que poseen pilares metálicos.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: La estructura está dividida interiormente por 4 losas

de hormigón armado las cuales se apoyan sobre vigas de este mismo material. El cielo

del 3º piso es también una losa de hormigón armado. Bajo las vigas existía un cielo de

volcanita en algunas zonas y en otras cielo americano. Sobre las losas, se había

construído una sobre losa, y como piso, dependiendo la zona, existía flexit, alfombra o

cerámica. Existen en ciertas zonas, vigas de acero.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : Losa de hormigón armado.

Cuadro de superficies:

Sector Total piso Util tienda

m2 m2

Segundo subterráneo 5997,87 0

Primer subterráneo 5494,88 3693,62

Primer piso 2179,87 2034,79

Segundo piso 2858,62 2855,62

Tercer piso 532,38 414,72

Total 17063,62 8998,75

La diferencia entre el total de cada piso y la superficie útil como tienda es utilizada como

servicios para el personal, estacionamientos, bodegas, casino personal, lockers y vestuarios,

oficinas de seguridad, etc.

57

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

En la noche del día 8 de noviembre del año 2003, cerca de las 11.45 hrs, se declaró un

incendio en el Primer Subterráneo de la multitienda, propagándose rápidamente hacia el primer

piso y saturando de humo el 2º y 3º nivel.

Al momento de ocurrir el siniestro la tienda se encontraba en remodelación y estaba a pocos

días de ser reinaugurada.

Debido a que el incendio se inició en el subterráneo de la tienda, la temperatura que alcanzó

fue muy alta, apreciándose brotes de agua hirviendo por entre las palmetas de piso ubicadas

inmediatamente encima de las losas, además de trizaduras de otros pavimentos.

La gran cantidad de humo se originó producto de la combustión de la mercadería en exhibición,

tales como colchones, zapatillas, muebles, juguetes, etc. Además de los muros divisorios de

tabiquería de madera.

Debido al grado de destrucción de la zona identificada como foco del incendio ( al interior de la

tienda, fuera de la zona de remodelación, en el sector destinado a la venta de radios de auto ),

no se puede determinar de manera exacta la causa que dio origen al siniestro. La causa de

mayor probabilidad se encontraría en un desperfecto eléctrico de un alargador de corriente, ya

sea por producto de un exceso de carga o por conexiones defectuosas.

- DAÑOS EN PISOS: No hay daño apreciable en el radier que forma el piso del 2º

subterráneo.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: El daño existe en los

revestimientos que cubrían estas estructuras, pero en ellas mismas no existe daño. En

este tipo de tiendas se utilizan revestimientos de trupán y volcanita pintados como

terminación, lo que en este caso fue muy útil como protección. Los pilares de acero que

se encontraban en la zona donde se desarrolló el incendio no exhiben daño apreciable a

58

simple vista, sin embargo, se determinó su reemplazo por el hecho de la poca

confiabilidad que tiene el acero estructural luego de ser sometido a altas temperaturas.

- DAÑOS EN VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: No existe daño en vigas y losas por

efecto del fuego. Una zona de la losa del 1º piso si resultó dañada, pero por haber sido

necesario demolerla para acceder a apagar el incendio que ocurría en el piso inferior. El

daño principalmente se concentra en los cielos, la sobrelosa y los pisos, por efecto del

fuego y el agua. Las vigas de acero ubicadas en la zona afectada por el incendio no

muestran daños apreciables a simple vista sin embargo se determinó su reemplazo por

el hecho de la poca confiabilidad que tiene el acero estructural luego de ser sometido a

altas temperaturas.

- DAÑOS EN TERMINACIONES: Los daños en terminaciones en el 1º piso y 1º

subterráneo son totales. El fuego se inició en el 1º subterráneo y se propagó al 1º piso.

Los daños en terminaciones en el 2º y 3º nivel son principalmente por efecto del humo.

ENSAYOS REALIZADOS:

Se encargó a IDIEM la realización de ensayos a los elementos estructurales de este edificio por

motivos del incendio ocurrido el 8 de noviembre del año 2003.

Del análisis del informe de IDIEM Nº 293.263 se desprende que prácticamente no hay daños en

pilares, muros y vigas de hormigón armado que conforman la estructura del edificio. Se

observan daños reparables en forma simple en losas. No hay daño estructural que afecte a la

estabilidad general del edificio y sólo se deben reparar zonas que afectan exclusivamente en

forma puntual a la tienda.

Se determinó que todos los elementos metálicos de la zona afectada, vigas y pilares, deben ser

reemplazados. Esto, debido a la poca confiabilidad del acero estructural al ser expuesto a altas

temperaturas, aunque aparentemente no haya sido comprometido.

De igual manera los anclajes de los elementos metálicos deben ser rehechos en su totalidad

por la segura falla de las substancias químicas utilizadas en la conexión al hormigón armado. La

degradación de las resinas epóxicas producto de las altas temperaturas es segura.

59

CASO : FALABELLA MALL VESPUCIO – LA FLORIDA

UBICACIÓN : AV. AMERICO VESPUCIO – LA FLORIDA

FECHA SINIESTRO : 1997

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA CON

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA : ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

HORMIGON ARMADO.

INTRODUCCION:

Se trata de un local dentro de la estructura del mall, en 3 niveles. El incendio se produjo en el

segundo y tercer nivel del local y se consumió la mercadería en exhibición. Este mall tiene losas

postensadas sin vigas de entrepiso y techo, con pilares aproximadamente a 9 x 9 m. El

incendio se comunicó por el hall de escalas hacia los pisos superiores, siendo la losa del último

nivel la más afectada.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCIÓN:

- PISO: El pavimento es un radier de hormigón de 10 cm de espesor, cubierto con

baldoza o alfombra dependiendo la zona.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: El soporte vertical está construido en

base a muros de hormigón armado y pilares separados a 9 x 9 metros.

- LOSAS DE ENTREPISO: Las divisiones verticales interiores están constituidas por

losas de hormigón armado de 25 cm de espesor postensadas. La armadura principal

son monocables postensados sin adherencia, dentro de vainas de PVC con grasa

mineral entre el cable y la funda. Lleva una malla inferior de armadura pasiva de

repartición de 10 mm a 40 cm en ambos sentidos.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : Está formado por una losa de hormigón armado

similar a las losas de entrepiso.

60

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

Los módulos de losa sobre el área siniestrada sufrieron grandes deformaciones por la falla por

tracción de algunos cables postensados. Esta deformación alcanzó flechas máximas al centro

de los módulos del orden de 20 a 25 cm, convirtiéndose en una placa o “tela” en tracción

sostenida por la armadura pasiva.

Fue necesario la demolición completa de los módulos afectados y su reconstrucción.

- DAÑOS EN PISOS: No existen daños por efectos del fuego. Existe desprendimiento y

trizaduras por efecto de la deformación de las losas.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: No existen daños

significativos en los muros de hormigón armado.

- LOSAS DE ENTREPISO: Se observan grandes deformaciones por falla de los cables

de postensado. Se observan flechas de entre 20 y 25 cm.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE: La losa que es el cielo del tercer nivel resultó con

grabes deformaciones, al igual que las losas de entrepiso.

OBSERVACIONES:

El incendio no alcanzó una magnitud importante, por la existencia de la losa de techo

que no colapsó, a pesar de la deformación.

61

CASO : IMPRENTA SEMINARIO LTDA. UBICACIÓN : RICARDO LAGOS N° 557 – SANTIAGO.

FECHA SINIESTRO : 13 DE SEPTIEMBRE DEL 2003.

CLASIFICACION POR AIREACION : ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA CON

BARRERA VERTICAL.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA : ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

ACERO.

INTRODUCCION:

Se trata de una edificación en donde funcionan las oficinas y talleres de la Imprenta Seminario

Ltda. La propiedad se compone de cuatro sectores, más un patio interior. El área principal

corresponde al sector del Taller de trabajo que posee una planta libre y en la que se ubican

varias máquinas. En el lado norte del taller se sitúa un altillo que abarca el ancho del local, el

cual se compone de una edificación liviana y que se ocupa como bodega de materias primas y

otros elementos. A este altillo se accede mediante una escalera metálica ubicada a un

costado del baño. En el sector norte de la propiedad se encuentra el sector administrativo, el

cual cuenta con oficinas, recepción, baños, comedor, bodega y baño. En el extremo oriente de

la propiedad se ubica un sector de personal, que cuenta con camarines y un baño. En el

encuentro de las tres áreas anteriores, se ubica un patio interior el cual se encuentra

descubierto.

62

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

- PISO: Los pavimentos corresponden a radieres de hormigón como base más palmetas

de flexit alto tráfico en Taller y comedor, cerámicas 20x20cm en baños, alfombras en

oficinas administrativas. En el altillo hay un entablado de pino machihembrado 1x4”.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: La propiedad está edificada con

muros de albañilería de ladrillo dispuesto en soga, estucado por ambos lados. El muro

de fachada es más alto que los muros interiores. En el sector de Taller, sobre la

albañilería oriente, se observa un tabique con estructura metálica liviana y parte en

madera pino revestido con planchas de fibrocemento (Internit) por el interior y zinc

ondulado por el exterior. En el altillo hay tabiques de madera en pino 2x2” revestidos

con planchas de fibrocemento pintado por exterior.

El taller está compuesto por una estructura metálica con pilares canal 100x50x2 mm

dobles, los cuales comienzan desde la base superior del muro de albañilería. El

perímetro norte y poniente cuenta con un revestimientos exterior en planchas Instapanel

sin pintar. Estos tienen una estructura para afirmar las planchas en tubo metálicos de

30x50 mm cada 90 cm. En el sector oriente sobre la albañilería se observa una

estructura metálica en perfil tubo 30x50 mm para sostener el revestimiento de zinc

ondulado por exterior.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: Existe en el lado Norte un altillo que abarca todo el

ancho del local. Este altillo está construido en base a perfiles metálicos y costaneras.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : En el taller se observan tres cerchas metálicas

construídas en base a costaneras 150x50x15x2mm más reticulado de perfil 20x2mm

doble. Se observan costaneras de perfil metálico 80x40x2mm.

- CUBIERTA DE TECHO: La cubierta de techo está formada por planchas de zinc

ondulado.

63

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

La propiedad fue afectada por un siniestro el día 13 de Septiembre del 2003, el cual dañó

parcialmente las estructuras metálicas, revestimientos y terminaciones del sector del taller de la

Imprenta.

El siniestro comenzó en otra propiedad, ubicada hacia esquina de calle Pedro Lagos con

Santiago Concha. El fuego se propagó entre las propiedades afectándolas por completo y

llegando hasta el muro medianero entre la Imprenta y un local vecino de embobinado . Este

muro sirvió de cortafuego, debido a que éste recibió todo el calor y la fuerza del siniestro,

resultando completamente comprometido.

- DAÑOS EN PISOS: El piso de entablado del altillo resultó totalmente destruído. La caída

de elementos en el piso de flexit al lado de la escala metálica quemó la superficie de las

palmetas.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: No se observan grandes

daños en los muros, más que daños en las pinturas causados por el hollín y humo

propagado, con excepción del muro medianero que sirvió como cortafuegos el cual

resultó comprometido completamente.

- DAÑOS EN VIGAS DE ENTREPISO: Las vigas que conforman el entrepiso del altillo

resultaron dañadas parcialmente observándose deformación producto de la temperatura

en algunas de ellas.

- DAÑOS EN VIGAS DE TECHO: La estructura de cercha metálica oriente en techumbre

de la Imprenta, resultó parcialmente deformada producto del calor del incendio. Producto

de ello, estos elementos se deberán reponer como precaución debido a la pérdida de

estabilidad estructural y disminución de resistencia.

- DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: La cubierta de planchas de zinc ondulado resultó

parcialmente afectada por la temperatura que deformó algunas planchas, principalmente

del sector oriente del taller.

64

- DAÑOS EN TERMINACIONES:

o La pintura de muros resultó completamente manchada por la impregnación de

hollín y humo que se propagó por el Taller.

o Otros elementos deteriorados en el interior del Taller corresponden a las placas

de cielo americano que resultaron deformadas, junto con un tramo de su

perfilería.

o El sector de personal, como camarines y baño resultó con impregnación de hollín

en pinturas de muros y cielos.

o Las oficinas administrativas y otros recintos cercanos resultaron con

impregnación de hollín en alfombras, pinturas de muros y cielos por lo que

deberán pintarse para retirar el olor.

o La instalación eléctrica de las oficinas administrativas no presentó deterioro ni

compromiso por el incendio.

65

ARCHIVO FOTOGRÁFICO:

Estructura de techo.

Cercha metálica afectada por las llamas.

66

Daño en flexit, placas del piso.

67

CASO : LOS TRES MONTES – MINI MARKET - BAR RESTORAN. UBICACIÓN : CACIQUE COLIN Nº 200 (EX 439), LAMPA.

FECHA SINIESTRO : 20 DE JULIO DEL 2002

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA CON

BARRERA VERTICAL.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA: ESTRUCTURA HORIZONTAL DE ACERO Y

ESTRUCTURA VERTICAL DE ACERO Y

HORMIGON ARMADO.

INTRODUCCION:

Se trata de una construcción de dos pisos, con distintos sistemas constructivos y terminaciones,

que se utiliza como minimarket y bar- restorán en el primer piso y como vivienda en el segundo

piso.

El día sábado 20 de julio de 2002, a las 05:00 A.M., se declaró un incendio que se propagó

rápidamente a todas las dependencias de la construcción, comprometiendo el minimarket, el

bar – restorán y las dos viviendas ubicadas en el segundo piso.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

- PISO: Radier revestido con cerámica.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: El primer piso tiene muros de

albañilería de ladrillo reforzada con pilares y vigas de hormigón armado estucados por

los lados y una estructura metálica compuesta de pilares reticulados de ancho constante

que soportan vigas reticuladas de similares características. Esta estructura se prolonga

hasta el segundo piso y es la característica que predomina en las dos viviendas. Los

muros divisorios no estructurales son de tabiquería de madera revestida con planchas

de yeso-cartón por ambos lados.

68

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: El entrepiso es un envigado de pino de 3x8”

colocadas cada 0.6 m de separación, como pavimento tiene un entablado

machihembrado de coigüe y raulí de 1 x 4”.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : En un sector del restaurante, donde no existe

segundo piso, hay una estructura de techumbre compuesta de cerchas metálicas a dos

aguas. El resto de la estructura de techo (que cubre el segundo piso) es similar a un

galpón de gran tamaño, cruza todo el segundo piso para soportar un envigado de

techumbre a dos aguas sobre las cuales se colocan costaneras de acero.

- CUBIERTA DE TECHO: La zona del restaurante que no posee segundo piso tiene una

cubierta de techo compuesta por planchas de fibra de cemento gran onda colocadas

sobre costaneras metálicas. La cubierta que se encuentra sobre la estructura del

segundo piso se compone de planchas de zinc acanalado onda estandar.

69

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

Los daños se producen por dos causas, una de ellas el fuego y la otra el agua que se ocupa

para extinguirlo. Por tratarse de una estructura predominantemente de acero, la acción del

fuego afectó la totalidad de éstas, deformándolas y haciéndolas colapsar totalmente.

- DAÑOS EN PISOS: Rotura de la cerámica por efecto de la caída de la estructura.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Los muros de albañilería

fueron arrastrados por el colapso de la estructura metálica desplomándose y

quebrándose en su base o bien desplomándose severamente. Los revestimientos de

cerámica que existían en algunos muros, como por ejemplo en lo baños, se “soplaron”

con la alta temperatura desprendiéndose y quebrándose por su caída. Los estucos se

agrietaron y fisuraron en forma de “piel de cocodrilo debido a la violenta retracción del

material por el cambio muy rápido de temperatura originado al recibir el agua de los

bomberos. Deformación de pilares reticulados los cuales colapsaron junto a la estructura

de techo.

- DAÑOS EN VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: Toda la estructura de entrepiso resultó

totalmente consumida por el fuego.

- DAÑOS EN VIGAS DE TECHO: La estructura del techo estaba constituída por vigas de

acero las cuales sufrieron graves deformaciones por efecto de la temperatura imperante

y lo que provocó el colapso total de la estructura.

- DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: Deformación total por altas temperaturas de la

cubierta de planchas de zinc acanalado. Las planchas de fibra de cemento que se

encontraban cubriendo la zona que no posee segundo piso se quebraron por efecto de

la caída de la estructura.

70

- DAÑOS EN TERMINACIONES:

o Deformación por altas temperaturas de elementos de terminación , metálicos y

aluminio.

o Combustión de elementos de madera tanto estructurales como de terminaciones.

o Pérdida total de aislación de tabiques, por el fuego y el agua.

o Combustión y deformación de revestimientos de paramentos verticales, pinturas,

madera, vidrios, etc.

o Combustión y deformación de puertas, marcos y ventanas de madera.

o Combustión de cielos falsos con sus respectivos entramados, ya sean de

volcanita y madera , como los de fibra mineral y perfilería de soporte.

o Rotura por temperatura de vidrios y elementos cerámicos en frío.

o Daños en artefactos sanitarios de loza, accesorios del mismo material y griferías.

o Daños por agua en elementos de yeso, volcanita y molduras.

o Combustión de muebles integrados, en cocina, closets, vanitorios, etc.

o Daños por combustión, desprendimiento y agua en aislamiento de lana mineral.

o Daños en instalaciones de electricidad, combustión de ductos, cables y

accesorios.

o Daños en instalaciones sanitarias, combustión y deformación en cañerías de

agua potable plásticas y de cobre pre-embutidas en tabiques y cielos. Daños en

ductos de plástico pre-embutidos en tabiques y cielos para ventilaciones de

alcantarillado.

o Daños en sectores no amagados por efecto del calor y el humo imperante.

o Daños por agua en sectores y materiales no comprometidos directamente por el

fuego.

o Daños en exteriores por el paso de vehículos y personas, como también por el

agua utilizada para combatir el incendio.

71

CASO : BODEGAS MATHIESEN S.A.C.I UBICACIÓN : CAMINO LO SIERRA – LO ESPEJO

FECHA SINIESTRO : DICIEMBRE DE 1994

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA CON

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA : ESTRUCTURA VERTICAL DE HORMIGON

ARMADO Y HORIZONTAL DE ACERO.

INTRODUCCION: Incendio ocurrido en Diciembre de 1994, en la Bodegas destinadas a productos químicos

importados como materias primas principalmente para industrias productoras de plásticos,

caucho y gases para industrias de refrigeración, ubicada en Camino Lo Sierra en la comuna de

Lo Espejo.

El área siniestrada corresponde a 3 bodegas de 30 x 60 m, separadas por patios de carga de

20 y 30 m respectivamente.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCIÓN:

- PISO: El pavimento es un radier de hormigón.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Las bodegas están construidas con

pilares de hormigón armado de 4,5 m de alto, en 2 naves de 15 m, la distancia entre

pilares es de 5 m en el perímetro y 10 m en el eje central. Las paredes perimetrales son

de muro de albañilería fiscal estucados por el interior.

- LOSAS DE ENTREPISO: No existe.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : La estructura de techo está compuesta por cerchas

de perfiles plegados de acero de espesor 4 mm y costaneras de espesor 3mm. En el eje

central lleva una viga portante de 10 m que recibe una cercha intermedia. No tenían

protección al fuego. La cubierta está formada por planchas onduladas de asbesto

cemento. Existe un sector de oficinas adyacente a la bodega intermedia, con losa

superior prefabricada nervada.

72

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

El incendio se inició en una pequeña bodega de productos inflamables, construida adyacente a

la nave posterior. Esta bodega y la adyacente no contaban con instalación eléctrica.

El incendio se propagó rápidamente y afectó los productos químicos que produjeron una nube

tóxica que afectó a gran parte de la ciudad. La explosión de balones de gas produjo el

esparcimiento de trozos metálicos que causó el fallecimiento de una persona a una distancia

superior a 100 m del lugar del siniestro, y daños en las propiedades vecinas.

Los efectos de los gases tóxicos en personas del vecindario se evalúa hasta esta fecha.

- DAÑOS EN PISOS: Los radiereres sufrieron daños superficiales por la caída de

elementos y descascaramiento por choque térmico en algunos sectores.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Deformación de pilares

extremos por efecto del colapso de la estructura de acero de techumbre. Los pilares

centrales se mantuvieron verticales, y se observa pérdidas de recubrimiento por efecto

del choque térmico al ser alcanzados por el agua de extinción. Las albañilerías no

sufrieron daños, excepto en sectores afectados por golpes de balones de gas que

explotaron.

- LOSAS DE ENTREPISO: No existe.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE: Las estructuras de acero de techumbre colapsaron

en pocos minutos, transformándose en cuerdas que deformaron a los pilares extremos

hacia el centro. La viga superior se deformó lateralmente por efecto del arrastre de las

cerchas, sin colapsar.

OBSERVACIONES:

Los daños de las construcciones fueron generalizados, y pudieron ser recuperados los radieres

y las estructuras verticales que no sufrieron deformaciones.

La estructura de las oficinas anexas no sufrieron daños estructurales, a pesar de haberse

consumido el combustible en su interior.

73

ARCHIVO FOTOGRAFICO

Daños en muros por efecto de golpes con objetos producidos por las explosiones.

Interior de la bodega. Se puede observar el grave daño en la estructura de acero.

74

Interior de la bodega. Estructura de acero colapsada. Pueden observarse tambores los

cuales contenían productos químicos inflamables.

Colapso de la estructura de acero.

75

Estructura de acero que compone la estructura de techo se encuentra colapsada.

Puede observarse con claridad la pérdida de la cubierta de techo lo cual facilita la

aireación.

76

CASO : SINIESTRO MULTITIENDAS JOHNSON`S

UBICACIÓN : 21 DE MAYO Nº 570 – ARICA.

FECHA SINIESTRO : 13 DE ABRIL DEL 2003

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE VARIOS NIVELES CON

LOSAS.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA : ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

HORMIGON ARMADO.

INTRODUCCION:

Se trata de un edificio de tres pisos utilizado como una tienda comercial. Ubicado en una de las

principales avenidas del centro de la ciudad de Arica. El edificio ocupa la totalidad de terreno

cuya forma es de un rectángulo alargado cuyo frente es de casi 15 m y un fondo de 42 mt.

aproximadamente.

El lugar donde se inicia el fuego corresponde a la zona denominada “cajón para el letrero” que

es un espacio de 1 m de ancho, 12 m de largo y 7 m de altura. Este volumen de estructura

metálica asoma 1 m sobre la vereda y sostiene un letrero de panaflex que se ilumina desde el

interior con equipos de tubos fluorescentes. En este lugar se había guardado mercadería de la

tienda debido al atiborramiento de la bodega por cambio de temporada. Estos productos

dificultaron el acceso al foco del fuego haciendo que el uso de los extintores no fuese efectivo

(según los fabricantes, el polvo químico se debe aplicar directamente al foco del fuego, en su

base).

El fuego comenzó a propagarse rápidamente, primero abarcando al tercer piso por completo y

después al segundo piso consumiendo toda la ropa, mobiliario y revestimientos.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

- PISO: El piso es un radier de hormigón afinado. Estos tenían palmetas de cerámica,

entablado de madera tipo flotante y alfombra, distribuídos por sectores de acuerdo a un

diseño que define zonas y senderos de circulación.

77

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: En todo el perímetro del terreno y la

edificación de dos pisos de altura, excepto el frente a la calle, tiene un muro de

albañilería de bloques de cemento reforzada con machones y vigas de hormigón armado

estucados por el interior y a la vista por el exterior. Para la habilitación de la tienda se

construyó dentro de este “cajón”, formado por los tres muros perimetrales, una

estructura metálica compuesta de pilares y vigas doble T distribuídas en dos ejes de

pilares centrales que dividen en tres franjas toda la planta a lo largo. Lateralmente se

construyeron pilares de hormigón armado adosados al muro original por el interior para

recibir el envigado del entrepiso.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: El envigado del entrepiso está ejecutado con vigas

metálicas doble T. Sobre esta trama horizontal se ejecutó una losa colaborante, formada

por una plancha de acero plegado unida a las vigas metálicas mediante anclajes

soldados entre sí y una losa de hormigón con una malla de acero. Estas placas de losa

de hormigón armado y plancha de acero actúan como un plano rígido que amarran las

vigas entre sí, formando una malla estructural muy resistente. La losa que divide el 1º

piso del 2º piso cubre toda la planta del edificio, mientras que la losa que separa el 2º

piso del 3º sólo ocupa la parte delantera de la planta lo que equivale a un poco más de

un tercio del total de ésta.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE: La parte de la estructura de techumbre,

correspondiente a los dos pisos, es en base a un tijeral y cerchas de madera a dos

aguas colocadas directamente sobre la losa de hormigón armado. El tercer piso tiene

una techumbre formada por cerchas de reticulado de perfilería metálica a dos aguas

apoyadas sobre los pilares de acero doble T. Los muros perimetrales del tercer piso

tienen una trama de perfilería metálica entre medio de la cual se colocaron paneles de

hormigón liviano estructurados con malla de acero.

- CUBIERTA DE TECHO: La cubierta de la estructura de techumbre es de planchas de

zinc ondulado colocadas sobre un entablado de pino puesto de tope y una lámina de

fieltro asfáltico.

78

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

- DAÑOS EN PISOS: El radier del 1º piso no tiene daños y es reutilizable.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: En el 1º piso, en los

pilares de apoyo perimetrales de los envigados de entrepiso, el hormigón de

recubrimiento evitó que la temperatura afectara la estructura metálica, pero en los

apoyos se produjo un desprendimiento parcial dañando el nudo.

En los pilares del 2º piso se observó una gran deformación, por lo que se estimó de

acuerdo a ella, que la temperatura que se alcanzó en ese lugar excedió los 600º C. El

segundo y tercer piso resultaron con la estructura muy afectada por deformaciones que

comprometen su estabilidad y por lo tanto no son recuperables.

El muro perimetral de albañilería de bloques de cemento reforzada con pilares y vigas

de hormigón armado no resultó con mayores daños.

- DAÑOS EN VIGAS DE ENTREPISO: Se pueden observar algunos apoyos de las vigas

que tienen un desplazamiento lateral producto de la deformación de la losa.

- DAÑOS EN LOSAS DE ENTREPISO: Las planchas de acero de las losas colaborantes

tienen deformaciones por dilatación que se acusan como englobamientos superficiales.

En grandes áreas el hormigón de las losas tiene grietas y fisuras producto de la

deformación de las planchas de acero.

- DAÑOS EN VIGAS DE TECHO: Las vigas metálicas doble T que sostienen el entrepiso

(entre el 1º y 2º piso) resultaron sin daños. La estructura metálica sobre el Segundo piso

sufrió daños considerables que no permiten su reutilización.

- DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: El daño en la cubierta de techo es total.

79

CASO : PACIFIC STAR

UBICACIÓN : SECTOR PIRUQUIMA - CASTRO

FECHA SINIESTRO : 3 DE FEBRERO DEL 2004.

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA SIN

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA : ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

ACERO.

INTRODUCCION:

Pacific Star es una planta procesadora de desechos de pescado ubicada a 12 km. de la ciudad

de Castro, en la isla de Chiloé. En esta planta se produce harina y aceite de pescado.

Todo el proceso se realiza en un ambiente de mucha temperatura, humedad y vapor, por lo

tanto la mayor parte de las piezas, ductos y en general todos los componentes de las máquinas

son de acero inoxidable o tienen algún tratamiento protector de la corrosión.

En el galpón que protege todo el proceso de elaboración de la harina y aceite de pescado,

todos los perfiles y vigas metálicas son galvanizados y la cubierta es de planchas de fibra de

vidrio.

Constructivamente, la mayoría de los edificios de la planta tienen una estructura metálica de

marcos de alma llena con costaneras metálicas y cubierta de fibra de vidrio, con excepción de

las oficinas de administración , casino y portería que son de madera.

La nave de producción y la bodega de harina de pescado forman una sola nave y es la

construcción de mayor tamaño de la planta, en ella se lleva a cabo todo el proceso productivo.

80

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

- PISO: Todo el pavimento es un radier de hormigón armado afinado.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES, MUROS Y REVESTIMIENTOS: La

estructura soportante del galpón está formada por veinticuatro pilares metálicos laterales

que forman marcos entre sí. Perimetralmente la nave de producción tiene un muro de

hormigón armado de 1.10 m de altura que forma una “cubeta” evitando el ingreso de

aguas lluvias. El revestimiento vertical y la cubierta de toda la nave es de planchas de

fibra de vidrio tipo perfil PV4 de Instapanel colocadas sobre costaneras metálicas de

perfil 100 x 50 x 15 x 2 mm. Entre la zona de producción y el sector de bodegaje, se

colocó un muro divisorio formado por perfiles metálicos, revestido por un lado con

planchas de fibra de vidrio, iguales a la cubierta.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: No existe.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : Esta formada por 12 vigas metálicas de “ alma llena”

, es decir, tienen un centro de plancha de acero rodeada de pletinas contínuas en su

perímetro. Esta solución estructural – constructiva permite evitar los rincones que son

los lugares donde generalmente se inician los procesos de corrosión. El tratamiento

“galvanizado “ de todas las piezas metálicas, además retarda el proceso corrosivo

aumentando la vida útil del galpón.

- CUBIERTA DE TECHO: La cubierta, al igual que el revestimiento lateral, es de

planchas de fibra de vidrio de perfil PV4 colocadas sobre costaneras metálicas de 100 x

50x 15 x 2 mm.

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

El día martes 03 de Febrero, cerca de las 15.45 hrs., se declaró un incendio en la planta

productora de harina y aceite de pescado. El inicio del fuego se estableció en la bodega de

productos químicos, ubicada en el costado sur poniente de la nave principal de producción y a

varios metros de separación de ésta.

81

El origen del siniestro habría sido la explosión espontánea de un envase de hipoclorito de

calcio, el cual al abrirlo habría arrojado una llamarada que se propagó al resto de los productos

almacenados en la bodega.

La propagación hacia la nave principal de producción se habría producido por el escurrimiento

de material líquido en combustión hacia el muro perimetral comprometiendo las planchas de

revestimiento de fibra de vidrio las cuales iniciaron una combustión muy rápida abarcando más

de la mitad de toda la superficie de la nave antes de ser controlado.

- DAÑOS EN PISOS: No sufrieron daños apreciables.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES, MUROS Y

REVESTIMIENTOS: Los revestimientos de fibra de vidrio resultaron gravemente

comprometidos debido a su rápida combustión. El calor de la combustión de estas

planchas provocó que las costaneras donde se apoyaban se deformaran. Los pilares

metálicos sufrieron daños, más que por efectos de la temperatura, por efecto del hollín

proveniente de la combustión de las planchas de fibra de vidrio. Este residuo de la

combustión destruye el tratamiento de galvanizado de los pilares dejando el acero

expuesto a un proceso de oxidación y posterior corrosión.

- DAÑOS EN VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: No existen.

- DAÑOS EN VIGAS DE TECHO: Las vigas de alma llena en la estructura de techo al

igual que los pilares sufrieron daños más que por efectos de la temperatura, por efecto

del hollín proveniente de la combustión de las planchas de fibra de vidrio. Este residuo

de la combustión destruye el tratamiento de galvanizado de las vigas principales de alma

llena dejando el acero expuesto a un proceso de oxidación y posterior corrosión.

- DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: Resultó destruída completamente. Al ser de fibra

de vidrio, al igual que el revestimiento lateral del galpón, sirvió como medio de

propagación del incendio.

82

CASO : STANDARD WOOL

UBICACIÓN : km. 13,5 CAMINO AEROPUERTO-PTA. ARENAS

FECHA SINIESTRO : 28 DE FEBRERO DEL 2005

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA SIN

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA : ESTRUCTURA VERTICAL Y HORIZONTAL DE

ACERO.

INTRODUCCION:

Se trata de una planta que procesa y comercializa lana de oveja para los mercados externos,

principalmente de Europa, para lo cual utiliza como materia prima la lana proveniente de los

diferentes ganaderos ubicados en la zona. Su producto terminado es lana peinada conocida

como Tops.

Standard Wool ( Chile ), pertenece al grupo Standard Commercial Corporation, con base en

Estados Unidos de Norteamérica, a través de su propietaria Standard Wool ( UK), con sede en

Bradford, Inglaterra. Está instalada en la zona de Magallanes desde julio del año 1989, fecha en

que adquirió las instalaciones a CORFO.

El proceso productivo se inicia con el bodegaje de la lana proveniente de los diferentes

productores locales en cuatro galpones que en total suman 3.693 m2 de superficie. La materia

prima llega en forma de fardos que tienen 1,3 m3 de volumen cada uno ( 1.50x0.75x1.15 m).

Están envueltos en una lámina de polietileno grueso y amarrados con alambre.

83

La planta se compone de distintas estructuras que permiten procesar la lana. Estas estructuras

son:

- Galpón de producción.

- Bodegas de materia prima N°1, N°2 y N°3.

- Bodega de materia prima N°4.

- Bodega de productos terminados.

- Sección empaque y productos terminados.

- Sección empaque y etiquetado.

- Torre compactadora.

- Bodega productos 2° calidad.

- Galpón sección productos de 2°.

- Bodega de cardas.

- Edificio administración.

- Casino y Taller.

- Altillo Taller.

- Sala calderas.

- Bodega sal.

- Pasillo techado.

- Laboratorio.

- Oficinas, baño y lavadero al interior del galpón de producción.

- Oficinas 2° piso al interior del galpón de producción.

- Sala de generador de emergencia.

- Enfermería, bodega y baño.

84

Croquis Planta Estructura. Distribución

El fuego se produce en uno de los bretes de cardas, bodega donde se acopia la lana luego de

pasar por el proceso de lavado.

85

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCIÓN ( Brete de Cardas ):

Corresponde a cuatro recintos de planta cuadrada y de 7.50 mt. de altura máxima, que sirven

como silos de almacenaje de la lana lavada.

- PISO: El piso es un radier de hormigón afinado con una pequeña pendiente.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Perimetralmente tiene una estructura

formada por pilares compuestos de dos costaneras 200 x 50 x 15 x 3 mm. y cadenetas

horizontales de costaneras 100 x 50 x 15 x 2 mm.

- REVESTIMIENTO PERIMETRAL: El revestimiento perimetral es de planchas de zinc

onduladas y tipo 5V.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: No existen.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : Su techumbre forma parte de uno de los galpones

de bodega de materia prima. Sin embargo dos de éstos recintos tienen una mayor altura

y su techumbre está formada por vigas similares a los pilares ( dos costaneras

200x50x15x3mm ) colocadas a “una agua”.

- CUBIERTA DE TECHO: El techo está formado por una cubierta de planchas de zinc

ondulado.

86

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

El día lunes 28 de Febrero, cerca de las 01:00 hrs. y poco tiempo después de iniciado el turno

de las 00:00 hrs., personal de la empresa notó que salía humo y flamas de fuego desde la parte

superior de uno de los “bretes de cardas” ( bodega donde se acopia la lana lavada). De

inmediato procedieron a tratar de controlar el fuego con extintores, pero la cantidad de humo los

obligó a evacuar la zona y llamar a los bomberos.

Según el relato de los testigos que dan la alarma del incendio, una hora después de iniciado el

turno del día lunes, no pueden controlar el fuego debido a la gran cantidad de humo que se

acumula al interior de la nave de producción. De acuerdo a lo anterior y por la magnitud de los

daños, es posible suponer que el fuego se haya iniciado muchas horas antes del inicio del turno

del día lunes y en la zona del entretecho resultante entre la cubierta y las planchas de aislación.

El fuego se propagó por toda la cubierta del galpón, bajo la cual se habían colocado, como

aislación, planchas de poliestireno expandido ( Aislapol) de alta densidad, de 100 mm. de

espesor, revestidas con planchas de acero pre pintado por las dos caras.

Este material contribuyó a que el fuego envolviera toda la nave de producción generando,

además, una alta temperatura ya que no tenía ventanas que pudieran contribuir a la disipación

del calor.

Los edificios afectados en un 100% son :

- Galpón de producción

- Una bodega de materia prima

- Un bodega de productos terminados

- Un galpón de la sección de etiquetado y empaque

- La torre de la compactadora

- Una bodega de productos de 2º calidad

- El galpón de la sección de clasificación de producto de 2º calidad

- Los cuatro “bretes de cardas” ( bodegas de lana lavada)

- Oficinas, baños y talleres ubicados al interior del galpón de producción

87

- DAÑOS EN PISOS: El pavimento de hormigón presenta desprendimientos del afinado y

numerosas fisuras. La causa es la ebullición del agua utilizada en la extinción del

siniestro y que se depositó en las fisuras y microfisuras que normalmente existen en

éste tipo de pisos, generando una fuerza de vapor que fracturó todo el radier.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Los tres primeros marcos

metálicos, que cubrían una luz de 54 mt. de ancho y que se ubicaban más cerca de los

“bretes de cardas”, colapsaron. La temperatura los hizo deformarse y caer sobre las

máquinas cardadoras. Su colapso arrastró al resto de la estructura acusándose

deformaciones en cadena en el resto de los marcos.

- DAÑOS EN REVESTIMIENTO PERIMETRAL: El revestimiento perimetral ha sufrido

grandes deformaciones por efecto de las altas temperaturas alcanzadas durante el

siniestro.

- DAÑOS EN VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: No existen estos elementos.

- DAÑOS EN VIGAS DE TECHO: Se produjo un colapso en cadena debido al colapso de

los marcos que se encontraban más cerca de los bretes de cardas.

- DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: El daño es total debido a deformaciones sufridas

en las planchas de zinc por efecto de la alta temperatura y por el colapso de la

estructura.

88

ENSAYOS REALIZADOS:

Se encargó a la empresa CESMEC la realización de análisis cualitativos y cuantitativos de las

estructuras de hormigón y acero para verificar el daño con motivo del siniestro ocurrido en dicha

planta.

Para la revisión de los hormigones de pavimento se decidió extraer testigos de hormigón

endurecido y la determinación del índice esclerométrico mediante la utilización del martillo

Schmidt.

Para determinar la capacidad de servicio remanente en las estructuras de acero siniestradas se

consideró la verificación cualitativa del estado de las estructuras no colapsadas, geometría,

alineamientos, deformaciones y espesores.

1.- Extracción testigos de Hormigón:

Se extrajeron un total de 16 testigos de hormigón repartidos en sectores dañados y no dañados

a fin de comparar los resultados obtenidos.

1.2.- Causa del deterioro en Hormigones Observados:

El hormigón al estar sometido a Temperaturas entre 300º C y 600º C toma una tonalidad

rosácea por alteración de los compuestos de hierro y pierde hasta un 60 % de su

resistencia inicial a la compresión.

Hasta los 900º C, toma un color gris claro, ya que se han comenzado a degradar los

compuestos del conglomerante endurecido. El hormigón se vuelve poroso y friable. Al

enfriarse la superficie y mientras el hormigón se mantiene caliente en su interior, se produce

una serie de fisuras que se cortan ortogonalmente (fisuración en piel de cocodrilo) y pierde

entre un 60 % y 90% de la resistencia inicial.

Por encima de los 900º C, el hormigón adquiere un tono blancuzco a amarillento y

carece de resistencia residual.

89

El descascaramiento o spalling, es uno de los efectos del fuego sobre las

estructuras de hormigón y de éste deben distinguirse tres tipos :

- Descascaramiento del agregado

- Descascaramiento explosivo

- Desprendimientos

El descascaramiento del agregado se debe al estallido y fracturación de las partículas del

agregado como resultado de cambios físicos o químicos bajo temperaturas elevadas. Por

regla general, este descascaramiento es de poca extensión y se limita sólo a la superficie.

El descascaramiento explosivo por su parte corresponde a esfuerzos de tensión producto del

vapor de agua, indicados internamente y por los esfuerzos de restricción debidos a la elevación

de temperatura ocurridas durante el siniestro.

Los esfuerzos de tensiones causados por el movimiento de vapor de agua dependen en gran

parte del contenido de humedad y esto es función de la edad del hormigón, así los hormigones

jóvenes que se vean afectados durante la etapa de construcción mostrarán evidente contenido

de humedad más alta, por ello es que allí las tensiones inducidas serán mayores,

comparativamente con aquellos hormigones más maduros.

En hormigones armados, este descascaramiento explosivo provoca la exposición de las

armaduras de refuerzo.

El descascaramiento por desprendimiento es el resultado del desprendimiento de secciones

de diversa geometría, ocurridas con ocasión del siniestro, normalmente son el resultado de

siniestros de larga duración y se asocian a cambios volumétricos.

90

1.3.- Resistencia mecánica

1.3.1.- Índice esclerométrico Los resultados obtenidos mediante el ensayo del índice esclerométrico muestran una

resistencia promedio de 135 Kgf/cm², la cual debe ser corroborada con la resistencia de

proyecto.

1.3.2.- Testigos de hormigón endurecidos en zonas sanas

Los ensayos destructivos practicados sobre el hormigón evaluado, dan cuenta de resistencia a

compresión del orden de 300 kgf/cm² promedio y 44.7 kgf/cm² de resistencia a tracción por

Hendimientos. Ambos valores se enmarcan dentro de lo normal para este tipo de construcción,

de todas maneras deberá ser verificado contra especificaciones técnicas.

1.3.3.- Testigos de hormigón endurecidos en zonas dañadas

Los ensayos destructivos practicados sobre el hormigón evaluado, dan cuenta de resistencia a

compresión del orden de 148 kgf/cm² promedio y 24.4 kgf/cm² de resistencia a tracción por

hendimientos. Ambos valores están fuera de lo normal para este tipo de construcción, de todas

maneras deberá ser verificado contra especificaciones técnicas.

91

1.3.4.- Conclusiones y recomendaciones

Concluídas las observaciones cualitativas , y sumado a ellos los resultados obtenidos en

ensayos mecánicos, se puede concluir que los pavimentos afectados por el siniestro ocurrido

en las dependencias de Standard Wool, deben separarse en dos:

Hormigones:

Sector sin daño:

Corresponde a aquel que muestra inalteradas sus propiedades mecánicas con ocasión del

siniestro, gracias a que presenta una capa de mortero superficial en algunos sectores.

Esta condición la cumplen:

- Sector Pre – Lavado

- Oficina Laboratorio

- Sector Línea de Lavado

- Bodegas Nº 1 y 2

Sector con daño:

Corresponde a aquel que muestra alteradas sus propiedades mecánicas con ocasión del

siniestro. Esta condición la cumplen:

- Bóxer Nº 1

- Bóxer Nº 2

- Bóxer Nº 3

- Bóxer Nº 4

- Sector Piscinas

- Sector Cardas

- Sector Producción

- Patio de acopio

92

1.3.5.- Recomendaciones para los sectores dañados

Alternativa A

Utilizar el radier existente como base de apoyo, previo tratamiento de lavado y desgaste

superficial, y eliminación de residuos y material suelto para posteriormente revestir con algún

tipo de pavimento o construir sobre este un pavimento nuevo.

Alternativa B

Demoler los pavimentos dañados y reconstruirlos con características similares a las del

diseño original.

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Resultados Ensayos ENSAYO ESCLEROMETRICO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 319954 ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 20-06-2005 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ANTECEDENTES A petición del solicitante se procedió a efectuar ensaye esclerométrico por medio del martillo de Schmitd, marca Controls, Modelo C 181, según los procedimientos indicados en la Norma Nch 1565 Of. Las resistencias indicadas más adelante corresponden a una estimación a la fecha de ejecución del ensaye y se basa en estadísticas de resistencia. Por este motivo, los resultados deben ser evaluados con las reservas que la norma establece para este ensaye. Las muestras fueron tomadas con fecha 4,5 y 6 de Junio de 2005. RESULTADOS

Punto N 1 2 3 4 5 6 1 15 25 14 30 11 35 2 13 21 14 28 12 28 3 19 25 13 29 14 30 4 19 20 13 28 14 28 5 21 21 13 29 14 30 6 10 25 15 29 13 28 7 19 20 15 28 12 30 8 22 25 15 30 12 34 9 10 26 14 30 14 30 10 15 26 10 28 14 30 Promedio 16 23 14 29 13 30 Resistencia kgf/cm²

<100 140 <100 230 <100 245

Observaciones: Muestra tomada en: M-1 = Linea Lavado M-2 = Bodega Nº3, 1a M-3 = Boxer 1 M-4 = Bodega Nº 3, 1b M-5 = Boxer Nº2 M-6 = Boxer Nº3

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ENSAYO ESCLEROMETRICO:

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 317954 ATENCIÓN SR: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 20-06-2005 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ANTECEDENTES A petición del solicitante se procedió a efectuar ensaye esclerométrico por medio del martillo de Schmitd, marca Controls, Modelo C 181, según los procedimientos indicados en la Norma NCh 1565. Las resistencias indicadas más adelante corresponden a una estimación a la fecha de ejecución del ensaye y se basa en estadísticas de resistencia. Por este motivo, los resultados deben ser evaluados con las reservas que la norma establece para este ensaye. Las muestras fueron tomadas con fecha 04,05,y06 de Junio de 2005. RESULTADOS

Punto N 1 2 3 4 5 6 1 10 35 20 10 15 10 2 14 28 18 8 15 14 3 10 30 15 12 16 12 4 10 28 13 12 14 14 5 12 30 18 10 16 10 6 14 28 16 8 14 12 7 12 30 16 10 16 10 8 10 34 16 10 14 16 9 14 30 18 8 14 12 10 12 30 20 12 18 16 Promedio 12 30 17 10 15 13 Resistencia kgf/cm²

<100 245 <100 <100 <100 <100

Observaciones: Muestra tomada en: M-1 = Sector piscinas M-2 = Sector Cardas M-3 = Sector Piscinas M-4 = Sector Piscinas M-5 = Sector Piscinas M-6 = Sector Producción

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ENSAYO ESCLEROMETRICO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 317954 ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 20-06-2005 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ANTECEDENTES A petición del solicitante se procedió a efectuar ensaye esclerométrico por medio del martillo de Schmitd, marca Controls, Modelo C 181, según los procedimientos indicados en la Norma NCh 1565. Las resistencias indicadas más adelante corresponden a una estimación a la fecha de ejecución del ensaye y se basa en estadísticas de resistencia. Por este motivo, los resultados deben ser evaluados con las reservas que la norma establece para este ensaye. Las muestras fueron tomadas con fecha 03, 04 y 05 de Junio de 2005. RESULTADOS

Punto N 1 2 1 26 23 2 26 25 3 26 23 4 24 25 5 26 23 6 26 25 7 24 23 8 26 25 9 26 23 10 24 23 Promedio 20 22 Resistencia kgf/cm²

100 110

Observaciones: Muestra tomada en: M-1 = Sector Laboratorio M-2 = Sector Prelavado

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ENSAYO TESTIGO DE HORMIGON ENDURECIDO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 317954 ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 20-06-2005 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ENSAYO REALIZADO Se informa resultados de la extracción y ensayo de (5) Testigo de Hormigón Endurecido, de acuerdo al procedimiento indicado en Normas NCh 1171/1. IDENTIFICACION Obra :Planta Estándar Wool , Punta Arenas Fecha de extracción : 04 al 06-06-2005 Fecha de ensayo : 17-06-2005

CARACTERISTICAS DEL HORMIGON

Testigo Características

1 2 3 4 5

Diámetro cm 9.3 9.3 9.2 9.2 9.2

Espesor hormigón cm 16.2 17.4 11.2 20.9 17.8

Altura de ensayo cm 13.9 14.9 9.5 16.2 14.5

Densidad g/cm32.385 2.385 2.325 2.361 2.291

RESISTENCIAS

Resistencia kgf/cm2

Observaciones Testigo

Corrección

1 2 3 4 5

Directa 145 272 102 201 120 Testigo Refrentado

Corregida por Esbeltez 181 270 128 251 116 Cilindro Normal

Corregida por forma 226 321 160 301 145 Cubo Normal

Observaciones: M-1 = Sector Piscinas M-2 = Sector Piscinas M-3 = Bóxer Nº 1 M-4 = Línea de Lavado

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M-5 = Acopio ENSAYO TESTIGO DE HORMIGON ENDURECIDO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 317954 ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 20-06-2005 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ENSAYO REALIZADO Se informa resultados de la extracción y ensayo de (5) Testigo de Hormigón Endurecido, de acuerdo al procedimiento indicado en Normas NCh 1171/1. IDENTIFICACION Obra :Planta Estándar Wool, Punta Arenas Fecha de extracción : 04 al 06-06-2005 Fecha de ensayo : 17-06-2005

CARACTERISTICAS DEL HORMIGON

Testigo Características

1 2 3

Diámetro cm 9.3 9.3 9.2

Espesor hormigón cm 12.8 14.3 13.8

Altura de ensayo cm 11.0 10.8 12.4

Densidad g/cm32.367 2.348 2.504

RESISTENCIAS

Resistencia kgf/cm2

Observaciones Testigo

Corrección

1 2 3 Directa

146 112 116 Testigo Refrentado Corregida por Esbeltez

130 108 109 Cilindro Normal Corregida por forma

163 135 136 Cubo Normal Observaciones: M-1 = Sector Producción M-2 = Sector Producción M-3 = Sector Piscinas

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ENSAYO TESTIGO DE HORMIGON ENDURECIDO

SOLICITANTE: CABO DE HORNOS CONSULTORES LT. ORDEN DE TRABAJO: 313177 ATENCIÓN SR.: JAIME ROJAS FECHA DE EMISIÓN: 25-10-2004 DIRECCION : LINNEO N°6557, LAS CONDES, SANTIAGO ENSAYO REALIZADO Se informa resultados de la extracción y ensayo de (5) Testigo de Hormigón Endurecido, de acuerdo al procedimiento indicado en Normas NCh 1171/1 y NCh 1170 respectivamente IDENTIFICACION Obra :, XII Región Fecha de extracción : 04 al 06-06-2005 Fecha de ensayo : 17-06-2005

CARACTERISTICAS DEL HORMIGON

Testigo Características

1 2 3 4

Diámetro cm 9.3 9.3 9.3 9.3

Espesor hormigón cm 14.2 19.1 13.7 12.2

Altura de ensayo cm 12.8 16.9 12.0 10.0

Densidad g/cm32.407 2.318 2.338 2.350

RESISTENCIAS

Resistencia kgf/cm2

Observaciones Testigo

Corrección

1 2 3 4 Resistencia Directa

44.7 34.9 34 24.4 Observaciones: M-1 = Sector Bodega Nº 3 M-2 = Sector Línea de Lavado M-3 = Sector Cardas M-4 = Sector Boxer Nº 2

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ARCHIVO FOTOGRAFICO

Estructura metálica colapsada

Realización de ensayo esclerométrico.

100

Extracción de testigo de hormigón

Extracción testigos de hormigón

101

Color blanco en hormigón sector bóxer

Estructura colapsada

102

Color blanco hormigón sector bóxer

Estructura metálica colapsada

103

Esclerometrías sector piscinas

Esclerometrías

104

CASO : SUPERMERCADO SAN FRANCISCO - RENGO

UBICACIÓN : CARLOS CONDELL ESQ. MANUEL RODRÍGUEZ –

RENGO.

FECHA SINIESTRO : 12 DE SEPTIEMBRE DEL 2004.

CLASIFICACION POR AIREACION: ESTRUCTURA DE CUBIERTA LIVIANA SIN

BARRERAS VERTICALES.

CLASIFICACION POR ESTRUCTURA : ESTRUCTURA VERTICAL DE HORMIGON

ARMADO Y HORIZONTAL DE ACERO.

INTRODUCCION:

Se trata de una construcción que se utiliza para la venta al por menor de todo tipo de artículos

alimenticios, bebidas, ropa, productos de limpieza, etc.

Está formada de una sala de ventas que es la zona de mayor superficie, cuya planta tiene una

forma casi cuadrada, la cual está rodeada por tres de sus costados por volúmenes de dos pisos

que sirven para albergar las oficinas administrativas, una cámara de frío, los servicios higiénicos

para el personal, la panadería, la pastelería, varias bodegas, salas de equipos y en general

instalaciones que requiere el rubro.

Perimetralmente tiene estacionamientos de vehículos para el público, una bodega de insumos

de reposición y una sala para el grupo electrógeno.

En la esquina norponiente del edificio se levanta un torreón de tres pisos de altura que sirve

como elemento de referencia a nivel urbano para señalar la ubicación del supermercado.

Constructivamente está compuesto de un galpón a dos aguas formado por una viga metálica

central reticulada de 3,00 mt. de altura, sobre la cual se apoyan nueve cerchas metálicas hacia

ambos lados.

105

CARACTERISTICAS GENERALES DE LA CONSTRUCCION:

- PISO: El piso es un radier de hormigón con un pavimento de baldosas microvibradas

como terminación.

- ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: La viga metálica principal de techo se

apoya en cuatro pilares de hormigón armado de 6.00 m de altura. Existen muros de

albañilería reforzada con machones y pilares de hormigón armado estucados por ambos

lados en los cuatro costados del la construcción sobre los cuales se apoyan las cerchas

que nacen en la viga central.

- VIGAS Y LOSAS DE ENTREPISO: En la sala de ventas existen dos volúmenes de dos

pisos que la limitan, los cuales están divididos horizontalmente por una losa de hormigón

armado.

- ESTRUCTURA DE TECHUMBRE : Galpón a dos aguas formado por una viga metálica

central reticulada de 3,00 mt. de altura, sobre la cual se apoyan nueve cerchas metálicas

hacia ambos lados. Los perfiles predominantes son canales 250 x 100 x 4 mm-. y

ángulos 65 x 65 x 3 mm. colocados dobles.

- CUBIERTA DE TECHO: La cubierta es de planchas de acero galvanizado pre pintado

con un núcleo de aislante de poliuretano de alta densidad adherido a ambas superficies.

Esta característica evita la condensación y es una eficiente barrera térmica para el calor.

106

DESCRIPCION DE LOS DAÑOS:

El domingo 12 de Septiembre del 2004, cerca de las 20:30 hrs., se inició un incendio en la

bodega de perfumes y aerosoles, ubicada en el segundo piso del sector nororiente del

supermercado. El fuego se propagó rápidamente hacia la bodega colindante donde se

almacenaba ropa y posteriormente avanzó hacia la parte alta de la techumbre de la sala de

ventas abarcando finalmente todo el edificio.

La existencia de materiales combustibles, almacenados en las bodegas, sumado a la capa de

poliuretano utilizada bajo las planchas de la cubierta como aislación térmica contribuyeron a la

rápida propagación del fuego generando, además, mucha temperatura lo que hizo colapsar las

cerchas y vigas reticuladas metálicas de la estructura. Posteriormente el desplome de estos

elementos traspasó el fuego a las góndolas, iniciándose la combustión de todos los alimentos y

sus envases que tienen una importante carga de combustible (cartones y plásticos).

En general, el nivel de destrucción de las instalaciones y del edificio en particular fue muy alta,

debido a la gran concentración de calor como consecuencia del uso de una cubierta de

planchas de acero con aislamiento ( poliuretano) lo que impidió la disipación del calor.

- DAÑOS EN PISOS: Grandes zonas de piso de baldosas de la sala de venta presenta

palmetas de baldosas sueltas, quebradas y trizadas, debido a la caída de la estructura

de techumbre y por una reacción de su mortero de pegamento a la temperatura.

- DAÑOS EN ESTRUCTURAS SOPORTANTES VERTICALES: Los muros y pilares y el

torreón acusan algunos daños en su verticalidad y el color del hormigón por lo que se

sugirió realizar ensayos de resistencia para verificar su estado.

- DAÑOS EN LOSAS DE ENTREPISO: Las construcciones perimetrales a la sala de

ventas que tienen losas de hormigón armado no presentan daños, sin embargo se

recomendó hacer ensayos de resistencia para verificar su estado. Principalmente por los

cambios de temperatura a que pudieron estar expuestos.

107

- DAÑOS EN ESTRUCTURA DE TECHUMBRE: Toda la estructura de techumbre y

cubierta de la sala de ventas y de los edificios que la rodean presenta un daño

irreparable debido al colapso y a la alta temperatura a que fueron expuestos durante el

desarrollo del incendio. El daño en las cerchas provocó que toda la estructura de techo

se desplomara hacia adentro del edificio.

- DAÑOS EN CUBIERTA DE TECHO: La pérdida es total debido a los daños sufridos

producto de las altas temperaturas desarrolladas y del desplome de la estructura.

- DAÑOS EN TERMINACIONES Y OTROS ELEMENTOS:

o Todos los muros divisorios interiores de tabiquería resultaron destruídos por el

fuego, por la temperatura y por el agua que utilizó bomberos en su extinción.

o Toda la instalación eléctrica resultó dañada por fuego directo, temperatura y

agua, apreciándose en las bandejas metálicas de soporte todos los cables a la

vista, sin su recubrimiento plástico. De igual manera los tableros de distribución

de alumbrado y fuerza tienen todos sus elementos dañados en forma

irrecuperable.

o Los equipos de aire acondicionado, ubicados sobre la techumbre a lo largo de la

fachada poniente, no presentan daños por fuego directo, pero tienen manchas de

hollín que pudo haber penetrado a su interior.

o Las cámaras de frío no tenían evidencia de daños por temperatura ni fuego, sin

embargo requieren de una evaluación del funcionamiento de los equipos. De

igual manera, los hornos de la panadería deben ser revisados por personal

especializado.

o Los evaporadores de la central de condensadores estaban ubicados sobre una

zona de la techumbre que resultó con un alto nivel de daños, sin embargo se

pudo verificar que habían mantenido su posición horizontal original.

108

ARCHIVO FOTOGRAFICO

Estructuras metálicas colapsadas.

Estructura metálica colapsada.

109

Vista Sector Poniente.

Detalle radier primer piso ( tuberías plásticas sin daño).

110

Detalle paneles con polietileno expandido.

Sector sin daño mayor, adyacente a panadería.

111

Sector Oriente ( Inicio siniestro).

El exceso de yeso protegió al hormigón de las altas temperaturas.

112

Capa de yeso como recubrimiento de protección.

Columna con hollín.

113

Armaduras expuestas ( extraída y ensayada ).

Columna con juntas frías.

114

Pintura englobada.

Gracias al exceso de recubrimiento de yeso, el hormigón se encuentra sin daño aparente.

115

Espesor de revestimientos de yeso de hasta 4. 0 cm , en algunos sectores.

Revestimiento losa dañado.

116

Hormigón con pérdida de propiedades mecánicas.

Hormigón con tono rosado.

117

3.12 RESUMEN CASOS ( a continuación en pag. 118 y 119)

118

119

120

CAPITULO 4: ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DEL EDIFICIO.

4.1 RADIERES

En edificios que son diseñados y utilizados como bodega o con fines comerciales o industriales,

el tipo de piso más usado es del tipo radier de hormigón afinado. Muchas veces este radier es

revestido con un piso de baldosas o cerámica lo que le da una terminación más estética.

En general los daños en radieres de hormigón no se producen por el efecto directo de las

llamas sino por fenómenos indirectos.

Durante el proceso de construcción, fraguado y uso posterior del radier se producen fisuras y

micro fisuras. Al momento de ocurrir un incendio, el radier se calienta aunque generalmente sin

alcanzar la temperatura suficiente para causar daños en él. En el proceso de apagado del

incendio el agua penetra en las fisuras y micro fisuras existentes, se calienta hasta alcanzar el

punto de ebullición. Esta fuerza de vapor es la que produce fracturas desde dentro del

pavimento, provocando el desprendimiento del afinado.

Otra causa de daño es la caída de elementos pesados pertenecientes a la estructura sobre el

pavimento o simplemente el colapso total de la estructura.

Los revestimientos de piso del tipo cerámica o baldosa no sufren daños por efectos directos de

las llamas y la alta temperatura. Están construídos con materiales de alta resistencia al fuego.

Sin embargo, el daño se produce en el mortero utilizado en el pegado. La ebullición del agua

produce el desprendimiento del mortero y por ende el desprendimiento de la palmeta.

La caída de elementos pertenecientes a la estructura o el colapso de la estructura completa es

causante también de la fractura de las palmetas de piso.

121

4.2 SOPORTES VERTICALES

- PILARES Y MUROS DE HORMIGON ARMADO:

Los efectos del fuego y las altas temperaturas en elementos de hormigón armado están dados

por los propios materiales que lo componen. La pérdida de capacidad resistente a altas

temperaturas se ve más evidenciada en el acero que en el hormigón. A diferencia del acero que

compone la armadura, el hormigón está expuesto directamente al fuego, y su comportamiento

va a variar de acuerdo a una serie de factores intrínsecos tales como la densidad, la porosidad,

el tipo de árido, el método de vibración, etc.

Los daños que se producen en estos elementos son principalmente los siguientes:

• Pérdida de adherencia del recubrimiento por diferencias de temperatura entre el acero y

el hormigón.

• Pérdida del espesor de recubrimiento por efecto spalling.

• Disminución de la resistencia del hormigón cuando la temperatura supera los 380º por

períodos prolongados.

• Disminución de la resistencia de la armadura cuando la temperatura supera los 250º.

La pérdida de adherencia del recubrimiento por diferencias de temperatura entre el hormigón y

la armadura se produce cuando las altas temperaturas atraviesan el hormigón en zonas más

débiles o agrietadas. El acero se calienta rápidamente en toda su extensión debido a su alta

conductividad térmica y tiende a expandirse, mientras que el hormigón no. Este aumento de

volumen produce fisuras en el recubrimiento y posteriormente su desprendimiento, quedando la

armadura expuesta.

El efecto spalling se produce rápidamente a una temperatura de entre 100 y 150º C, como

resultado del impacto térmico y el cambio de estado del agua intersticial.

Con al aumento de la temperatura, la humedad interna propia del hormigón comienza a migrar

para escapar en forma de agua líquida por la cara no expuesta al fuego y en forma de vapor por

la cara expuesta. Este desecamiento provoca la pérdida progresiva de material por la cara

expuesta al fuego, llegando a perderse gran parte o por completo el espesor de recubrimiento.

122

- PILARES METALICOS:

El acero que compone los pilares metálicos es muy susceptible a las altas temperaturas,

además de poseer una alta conductividad térmica. A partir de los 250º C se ve modificada su

resistencia y límite elástico. Posteriormente alrededor de los 550º C la caída de la resistencia

es tan grave que generalmente se produce la falla del elemento. En pilares, esta falla puede

causar el colapso completo de la estructura si es que ésta está construída completamente en

acero.

En un incendio, un pilar metálico sin protección puede alcanzar rápidamente altas temperaturas.

El peso de la estructura que soporta y la disminución de la resistencia nos lleva a encontrar

pilares gravemente deformados sin posibilidad de ser reparador o peor aún, estructuras

colapsadas parcial o totalmente por este efecto.

- MUROS DE ALBAÑILERIA:

En general los muros de albañilería no sufren gran daño por efecto de la temperatura debido a

su propio origen. Los muros de albañilería son construídos con ladrillos los cuales en el

momento de su fabricación fueron cocidos en hornos a altas temperaturas. El daño se produce

en el estuco si es que lo poseen. El proceso de daño puede ser por spalling, deterioro por

migración del agua intersticial y deshidratación lo que desgrana el hormigón o mortero en su

superficie, o por el contacto con el agua de bomberos cuando el muro se encuentra a muy alta

temperatura. Se produce un daño similar al ocurrido en los radieres. El agua penetra por micro

fisuras donde al hervir fractura y desprende el estuco.

123

4.3 REVESTIMIENTO PERIMETRAL

Generalmente en estructuras industriales y comerciales del tipo galpón se usa un revestimiento

perimetral formado por placas metálicas, como puede ser una placa de acero prepintada tipo

PV-5 colocadas entre costaneras, planchas de zinc onduladas, etc. Este tipo de placas, dado

su carácter metálico y su bajo espesor tienen una muy baja resistencia frente a las altas

temperaturas. Se deforman rápidamente no pudiendo ser reutilizadas posteriormente.

Otras veces el revestimiento perimetral está formado por materiales combustibles como puede

ser un entablado, el que se consume rápidamente y facilita además que el fuego se desplace a

otras zonas de la estructura.

4.4 ESTRUCTURA DE ENTREPISO

- LOSA DE HORMIGON ARMADO:

En losas de hormigón armado el daño se produce de manera similar a como ocurriría en otros

elementos de este mismo material, sin embargo la velocidad a la que ocurre es mayor. En las

losas, dada su posición horizontal, las llamas y el calor inciden perpendicularmente a su cara,

no así en muros o pilares, por lo que los daños se acentúan y aceleran.

Cuando el fuego se encuentra bajo una losa de hormigón armado el daño por spalling puede

ser muy grave. El calor y las llamas suben, concentrándose en la cara inferior de la losa. Al

aumentar la temperatura del hormigón comienza el proceso de migración de las aguas

intersticiales, lo que reseca la cara inferior y desgrana el recubrimiento hasta dejar la armadura

expuesta. Sumado a ésto, está la pérdida de resistencia del acero cuando se pierde el

recubrimiento y la pérdida de resistencia del hormigón por efectos de las altas temperaturas, lo

que dado la manera de trabajar de una losa (flexión) puede causar graves daños representados

en fisuras, deformación y pérdida de resistencia si es que las condiciones de altas temperaturas

se prolongan.

124

- LOSAS Y VIGAS PRETENSADAS:

En losas y vigas pretensadas el avance del daño se produce de la misma manera que en losas

construídas de manera tradicional. El daño por spalling es muy importante. Sin embargo cuando

el calor logra traspasar el recubrimiento por alguna zona débil o fisura y la temperatura de los

cables de pretensado aumenta, se pierde rápidamente la tensión, lo que se evidencia en la

deformación de la losa o la viga. Desde este punto de vista, el comportamiento frente al fuego

de elementos pretensados es mejor que el de elementos postensados. La diferencia no está en

qué momento se realiza el tensado, sino más bien en si el cable se encuentra embebido en el

hormigón en vez de encontrarse libre. Si se produce una falla en cualquier zona del cable, al

estar éste dentro de la masa de hormigón, no pierde la tensión, o por lo menos no en todo su

largo. Por el contrario en elementos postensados sin adherencia ( monotorones engrasados), el

cable se encuentra libre y cualquier falla que ocurra en él, implica una pérdida de tensión en

toda su extensión.

Los cables postensados inyectados con lechada tienen un comportamiento similar al

pretensado.

- ESTRUCTURA METALICA DE ENTREPISO:

Las estructuras de entrepiso formadas por perfiles metálicos tienen un muy mal comportamiento

frente al fuego si es que no están debidamente protegidas. Cuando el calor sobrepasa la

barrera de protección en algún sitio, la estructura aumenta su temperatura rápidamente debido

a la alta conductividad térmica del acero. Este sobrecalentamiento produce dos efectos que son

muy perjudiciales para las estructuras de acero.

En primer lugar la pérdida de resistencia. El acero eleva rápidamente su temperatura. Al

alcanzar 250º C se comienzan a modificar sus propiedades mecánicas. A los 550º C el acero

ha perdido gran parte de su resistencia y no es capaz de soportar las cargas de diseño. Esta es

una temperatura muy baja en comparación con las que se generan en un incendio ordinario.

En segundo lugar el aumento de temperatura provoca una dilatación del acero, incrementando

las tensiones internas en el material.

Este efecto doble de aumento de tensiones y disminución de la resistencia provoca

deformaciones plásticas en los elementos e incluso puede llevar al colapso.

125

- LOSA COLABORANTE:

Una losa colaborante está formada por una placa metálica inferior más un cierto espesor de

hormigón armado en el tramo superior. La placa de acero cumple la función de armadura

inferior de la losa, haciéndose cargo de los esfuerzos provocados por la flexión. Inicialmente la

placa de acero sirve como encofrado y se sueldan anclajes a la placa que posteriormente

servirán de unión entre los materiales.

Cuando el hormigón ha fraguado, la sección de hormigón y la placa trabajan a la par, formando

un solo elemento estructural. Este sistema permite construir losas más delgadas y livianas.

La placa de acero, que constituye la armadura inferior de la losa queda expuesta al fuego y se

dañará gravemente al ser sometida a altas temperaturas como las que se presentan durante un

incendio si no es protegida adecuadamente.

Al entrar en contacto, la placa de acero con el fuego, ésta se calienta y dilata rápidamente. Con

el aumento de temperatura el acero va perdiendo sus propiedades mecánicas y entra en un

estado de deformaciones plásticas. La placa se separa del hormigón y se pierde la sección

compuesta formada por acero y hormigón. Esto se observará como englobamientos en ciertas

zonas de la placa. Esta deformación hace que se produzcan grietas y fisuras en el hormigón.

Se pierde la capacidad de sección compuesta y deben demolerse.

126

4.5 ESTRUCTURA DE TECHO

- VIGAS METALICAS:

El daño en vigas de acero se produce rápidamente cuando el calor ha logrado traspasar las

barreras de protección. Rápidamente comienza la deformación llegando a colapsar toda la

estructura de techo si es que la temperatura se mantiene.

- VIGAS PREFABRICADAS DE HORMIGON ARMADO:

La resistencia a altas temperaturas de vigas prefabricadas de hormigón armado es superior a

las de acero. El daño en el hormigón se produce más lentamente protegiendo además la

armadura que se encuentra dentro. Se presenta daño en el recubrimiento por spalling y por

causa de la pérdida de resistencia en el acero, aumentando la deformación en la viga

apareciendo fisuras por flexión.

- LOSA DE HORMIGON ARMADO:

Es posible que como confinamiento superior o barrera horizontal en ciertas estructuras sea

usada una losa de hormigón armado. El comportamiento de ésta frente al fuego ya ha sido

detallado anteriormente. Los daños se producen por pérdida de espesor de recubrimiento y

agrietamiento y por pérdida de la resistencia del hormigón y el acero de la armadura.

4.6 CUBIERTA DE TECHO

Es común el uso de planchas de zinc u otro tipo de placa como cubierta de techo. Este tipo de

cubierta tiene una muy baja resistencia frente al fuego, no constituyendo ninguna barrera real.

Rápidamente se deforma y deja libre el paso a las llamas. Otro tipo de elementos utilizados

como cubierta de techo resultan ser combustibles desapareciendo completamente al ser

expuestos al calor y al fuego. Un ejemplo de esto son las planchas plásticas con fibra de vidrio y

entablados de madera.

127

CAPITULO 5: ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO GLOBAL DE LA ESTRUCTURA Y POSIBILIDAD DE RECUPERACION.

5.1 ANALISIS DE UN INCENDIO DESDE EL PUNTO DE VISTA ENERGETICO

Para comprender mejor el problema definamos el incendio desde el punto de vista de la energía

liberada.

Desde el punto de vista energético un incendio es la liberación descontrolada de energía

calórica. Esta energía antes de ser liberada se encuentra almacenada como energía calórica en

potencia en los materiales que se encuentran dentro del edificio y que componen la estructura,

y que llamamos carga combustible.

La liberación de esta energía se produce por efecto de la combustión de los materiales, y la

energía liberada es igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas del

combustible, menos la empleada en la formación de los nuevos compuestos (gases resultantes

de la combustión o gases quemados). La cantidad de energía que cada material produce se

expresa por su poder calorífico.

El proceso de combustión puede producirse en un mayor o menor tiempo, dependiendo

principalmente de dos factores. La capacidad que tengan los materiales de liberar vapores

combustibles y el suministro de oxígeno.

De esta manera podemos definir la Potencia de un Incendio.

La Potencia de un Incendio es entonces la cantidad de energía calórica liberada por unidad de

tiempo. Si esta energía se genera en un largo período de tiempo hablaremos entonces de un

incendio de baja potencia y por el contrario si esta energía es liberada en un corto período de

tiempo hablaremos de un incendio de gran potencia.

La potencia de un incendio para una cierta carga combustible dependerá de la cantidad de

oxígeno que sea capaz de obtener. Para combustiones con acceso ilimitado al oxígeno, la

reacción es más rápida, por lo tanto la potencia del incendio será mayor.

128

En cambio para un incendio en que el suministro de oxígeno sea controlado, obtendremos una

potencia del incendio menor.

La potencia del incendio está directamente relacionada con la magnitud de los daños que

encontraremos en una estructura siniestrada. Por ende lo que se debe buscar al momento de

proyectar una estructura es un diseño que controle el suministro de oxígeno para que en caso

de producirse un incendio éste sea de la menor potencia posible, aumentando el tiempo que

permita el desalojo y los daños generados sean menores. Esto puede lograrse a través de la

compartimentación como se explicará más adelante.

Resumen: Análisis del incendio desde el punto de vista de la energía liberada:

1. La carga combustible es la energía calórica potencial. La energía calórica se mide en

calorías (cal).

2. Llamamos potencia del incendio a la cantidad de calor generado por unidad de

volumen y de tiempo. La potencia en el sistema internacional se mide en vatios (W)

donde W = 1 J / seg.

3. La potencia del incendio será proporcional a la cantidad de oxígeno disponible.

4. La temperatura alcanzada será proporcional a la potencia.

5. El daño en los materiales es proporcional a la temperatura.

129

5.2 ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO DE UNA ESTRUCTURA SEGÚN SU DISEÑO

Existen ciertos modos de estructuración típicos con que son diseñadas y construidas las

estructuras de uso industrial y comercial. Se ha visto que además de los materiales usados en

la construcción y la carga combustible es muy importante el suministro de oxígeno que exista

para generar y mantener la combustión en ellos. Desde este punto de vista la estructuración

cumple un papel fundamental, generando barreras y confinando los espacios, evitando la

propagación y controlando la aireación.

A continuación se analiza el comportamiento frente al fuego de edificios con

estructuraciones típicas usadas en edificios industriales y comerciales.

5.2.1 ESTRUCTURAS DE CUBIERTA LIVIANA

- SIN BARRERAS HORIZONTALES

En estructuras de un piso sin barreras horizontales, el fuego se produce dentro de un solo

volumen. Llamamos barreras horizontales a aquellas barreras que puestas en posición

horizontal evitan la propagación y el flujo de gases en sentido vertical.

Al no existir barreras horizontales, el fuego fácilmente puede alcanzar el nivel de cielo. Si este

no posee una adecuada protección, el daño en la estructura de techo se produce rápidamente,

eliminando la cubierta en un principio, obteniéndose una estructura abierta superiormente. Un

brasero de grandes proporciones.

Esta situación es sumamente perjudicial para la estructura, independiente de los materiales

utilizados en su construcción.

Al encontrarse la estructura abierta en su parte superior, el fuego recibe todo el oxígeno que

necesita para su rápida propagación. Este oxígeno proviene del aire exterior.

130

Al no existir límites en el suministro de oxígeno, la reacción de la combustión se acelera, lo que

implica que nos encontraremos con un incendio de mayor potencia. La carga combustible se

quema en un menor tiempo, es decir, la energía calórica total se genera de forma muy rápida,

alcanzando mayores temperaturas que si la reacción ocurriera lentamente.

El daño en los materiales que componen la estructura se agrava al aumentar la temperatura a la

que han sido expuestos.

Al desaparecer la cubierta superior se genera un fuego de gran intensidad que incide

directamente sobre la estructura de techo. La resistencia dependerá del material utilizado en su

construcción. Si la estructura está hecha en base a vigas de acero, el daño se producirá

rápidamente y es muy probablemente el colapso. En caso que la estructura de techo esté

formada por vigas de hormigón armado, el daño en el hormigón será grave aunque

probablemente no exista colapso, siendo muy importante un estudio posterior que determine si

es posible la recuperación.

- CON BARRERAS HORIZONTALES

Las barreras horizontales en una estructura constituyen barreras en la medida que su

resistencia al fuego sea alta. Estas pueden estar constituídas por pisos livianos de madera,

estructuras de perfiles de acero, por losas colaborantes o losas sólidas.

Si el fuego se produce bajo una división, la propagación vertical se verá dificultada. El tiempo en

que el fuego alcance el nivel de techo será mayor y se evitará o por lo menos se dificultará el

fenómeno de incendio en estructura abierta al destruirse la cubierta superior.

Al confinar el incendio se reduce la aireación, ralentizando la combustión. Además mientras no

se destruya la cubierta superior el fenómeno de convección térmica tiene menor intensidad.

Esta expansión de los tiempos para la reacción de combustión provoca que la cantidad de

calorías generadas por unidad de tiempo sea menor, es decir, se alcanzan menores

temperaturas por lo que los daños en los materiales se producirán más lentamente.

131

En este tipo de estructuras el ataque del fuego se dirige principalmente a la estructura que

forma la barrera que divide la estructura en forma vertical. El comportamiento global de la

estructura dependerá de la capacidad que tenga de contener el avance de las llamas hasta el

nivel superior donde se encontrará con la estructura de techo y cubierta.

Al destruirse la cubierta entraremos en una situación de fuego abierto lo que favorecerá la

combustión y acrecentará el daño a la estructura.

Existe otra situación que se produce en este tipo de estructuras. Si bien, de alguna manera se

establece una barrera para la propagación del fuego, ésta constituye también una barrera para

la disipación del calor generado. Puede ocurrir que a pesar que la violencia del fuego no sea

exagerada, se alcancen grandes temperaturas en el interior al no ser disipadas con facilidad

como ocurriría en una estructura abierta en que el fenómeno de convección conduce el calor

hacia arriba escapando rápidamente de la estructura.

5.2.2 ESTRUCTURAS DE UNO O VARIOS NIVELES CON LOSAS O BARRERAS HORIZONTALES

En estructuras con losas o barreras horizontales se logra de buena manera detener el avance

del fuego a los niveles superiores e inferiores. Una losa de hormigón armado es una barrera de

alta resistencia al fuego. La resistencia propia del hormigón al fuego y su baja conductividad

térmica permiten confinar un incendio en un nivel, controlando además el flujo de oxígeno

desde el exterior.

El daño en una losa de hormigón armado es progresivo y se iniciará con el spalling que a baja

temperatura afecta al recubrimiento desgranándolo hasta incluso dejar al descubierto la

armadura. Si las altas temperaturas se mantienen, pueden verse alteradas las capacidades

mecánicas del hormigón que compone todo el espesor de la losa. Los daños alcanzan a la

armadura si las altas temperaturas son capaces de superar el recubrimiento.

132

En este tipo de estructuras, con divisiones en su verticalidad que representan una real barrera

contra el fuego no encontraremos una situación de fuego abierto. Por el contrario, se tiene un

incendio confinado y la combustión se realizará de manera lenta y menos violenta que lo haría

en una estructura abierta con la misma carga combustible. El menor ingreso de oxígeno

controla la combustión disminuyendo la energía calórica generada por unidad de tiempo. Sin

embargo se presentan otros fenómenos dañinos para la estructura y que revisten peligro para

los ocupantes y personal de bomberos. El confinamiento para el fuego es también un

confinamiento para el calor y los gases emitidos. Es sabido que la mayor cantidad de muertes

en incendios no ocurren por efecto de las llamas sino por intoxicación por los gases

provenientes de la combustión de elementos pertenecientes a la estructura o lo que existía

dentro de ella. En una estructura de losas se hace muy difícil la evacuación de gases. Así

también el calor se concentra siendo reflejado por las paredes y losa haciendo aumentar la

temperatura a niveles muy dañinos para los materiales.

133

CAPITULO 6: CONCLUSIONES Y COMENTARIOS RESPECTO DEL DISEÑO.

Teniendo en consideración los datos y conocimientos obtenidos a partir del estudio de los casos

presentados de incendios reales ocurridos en estructuras de uso industrial, bodegas, locales

comerciales o espacios similares, se presentan los siguientes comentarios y conclusiones

acerca de la estructuración y diseño de los espacios dirigidas a evitar o en su defecto disminuir

el daño por incendio.

6.1 PREVENCION

6.1.1 SOBRE LA DISPOSICION DE LA CARGA COMBUSTIBLE

Un factor que favorece la iniciación y propagación de un incendio es la alta densidad de carga

combustible, global y puntual. Llamamos densidad de carga combustible a la cantidad de carga

combustible cuantificada sobre el área de planta del edificio o de alguna zona particular. De

esta misma manera llamaremos densidad de carga combustible puntual a la cantidad de carga

combustible cuantificada sobre un área de cuatro metros cuadrados (NCh 1993 Of.87).

Es recomendable mantener siempre una baja densidad de carga combustible (global y puntual)

para reducir el riesgo de incendio. Esto se consigue distribuyendo la carga combustible de la

manera más homogénea posible. Se deben evitar puntos de acumulación de carga, donde la

densidad será mayor, y donde en caso de iniciarse el fuego, éste tomaría fuerza de manera

muy rápida inicialmente lo que es una situación muy poco favorable.

No se debe mantener acopiados materiales de alto poder calorífico de manera innecesaria.

También se debe evitar mantener almacenados combustibles y otros elementos volátiles que al

alcanzar cierta concentración en el aire se inflamen fácilmente.

Debería introducirse una clasificación especial para la inflamabilidad, es decir la potencialidad

de entrar en combustión rápida. Existen parámetros de peligrosidad de productos combustibles

e inflamables. Estos parámetros afectan a una gran cantidad de procesos industriales y a

operaciones de transporte y almacenamiento.

134

Para efectos de peligrosidad se suele distinguir entre líquido combustible y líquido inflamable,

basándose en el concepto de punto de inflamación. Se llama líquido combustible a aquellos

líquidos cuyo punto de inflamación está por encima de los 38º C (100° F). A su vez llamamos

líquido inflamable a aquellos líquidos cuyo punto de inflamación se encuentra bajo los 38º C

(100º F).

La peligrosidad es mayor cuando a temperatura ambiente ya se pueden desprender vapores en

cantidad suficiente para arder (inflamables), mientras que la peligrosidad es menor cuando a

temperatura ambiente no llega a desprender esa cantidad mínima necesaria (combustibles).

Debe tomarse en cuenta el efecto que tiene la presión sobre el punto de inflamación. Para

presiones atmosféricas menores, el punto de inflamación es también menor. Este efecto incide

en que en zonas de mayor altura, la concentración de vapores inflamables se alcanza con

mayor facilidad.

6.1.2 INICIADORES POTENCIALES DE UN INCENDIO

Según una estadística obtenida de los informes de bomberos en los siniestros informados por

las empresas liquidadoras de seguros, los iniciadores más frecuentes de los incendios son los

siguientes (Ref.: 1):

1º Fallas eléctricas

2º Reparaciones que involucran chispas o fuego, tales como soldadura y cortes

en metales.

3º Descuidos de los ocupantes, principalmente colillas de cigarrillos mal apagadas.

4º Causas intencionales.

No sólo es importante disponer de manera segura la carga combustible dentro de un edificio. La

disposición adecuada de la carga combustible dificulta la propagación, pero es necesario

además prevenir que se origine fuego. Se debe evitar la ocurrencia de estas causas iniciadoras

de fuego.

Respecto a fallas eléctricas se hace necesario realizar revisiones al sistema de manera

continua para evitar puntos de recalentamiento. Estas revisiones deben realizarse por un

profesional calificado el cual puede otorgar un certificado de buen funcionamiento.

135

Las reparaciones que ocurren dentro del edificio y que involucran procedimientos que generan

fuego o chispas son causas importantes de incendios. Estos procedimientos deben realizarse

alejados de zonas que contengan materiales susceptibles a quemarse fácilmente. Deben

implementarse procedimientos seguros que prevengan el origen de un incendio, que incluyan

equipos y personal de extinción en el lugar, durante el desarrollo de dichos trabajos.

Las colillas de cigarrillos mal apagadas y otro tipo de descuidos son generadores comunes de

fuego. Esta causa a pesar de parecer de simple solución puede tal vez ser la más complicada.

A pesar de existir normativas internas en las industrias que impidan fumar dentro de lugares

que posean alta carga combustible, muchas veces estas normas no son respetadas. En primer

lugar la normativa interna que impida fumar dentro de bodegas o espacios de alta carga

combustible debe existir. Pero esto debe estar acompañado además de un control propio de la

empresa y un entendimiento y compromiso por parte de los ocupantes y trabajadores lo que se

puede lograr con talleres de prevención.

Los incendios por causas intencionales si bien son menos frecuentes, no son de menor

importancia. Un buen sistema de vigilancia y control puede prevenir que ocurran.

Se recomienda el uso de sensores y cámaras de seguridad en los lugares de riesgo.

Letrero “Prohibido Fumar”. Bodega incendiada.

136

6.1.3 IMPLEMENTACION DE PROCEDIMIENTOS SEGUROS

Dependiendo de las labores que se realicen en el lugar, se debe establecer procedimientos de

trabajo seguros y adecuados que prevengan el origen de un incendio y eviten la propagación.

Estos procedimientos indican la manera de realizar las distintas labores para que ellas se

completen de manera eficaz y sin el peligro de provocar un incendio u otro evento dañino.

Dentro de estos procedimientos existen muchos factores a mencionar, tales como la revisión

constante de máquinas que produzcan calor, no generar calor en zonas de alta carga

combustible, prevención de sobrecargas en circuitos eléctricos, etc.

Se debe definir un procedimiento estudiado técnicamente de acuerdo a las características de la

carga combustible y los factores de entorno. Los factores de entorno se refieren a las

características del lugar. Existencia de pasillos y sus dimensiones, zonas de flujo de personal,

dimensiones de los espacios, etc.

La utilización de procedimientos seguros previene el origen de un incendio.

6.1.4 SISTEMAS DE DETECCION TEMPRANA

Los sistemas de detección temprana son elementos electrónicos, eléctricos y/o mecánicos que

cumplen con la función de detectar un incendio en sus inicios, emitiendo una alarma que no se

puede ignorar, ya sea de ruido, luz, etc., y permitiendo así actuar sobre ellos de manera de

evitar que se conviertan en un fuego sin control. Forman parte del sistema de protección activa

de un edificio.

El uso de este tipo de sistemas permite atacar el foco del incendio en sus inicios, aumentando

las posibilidades de controlarlo y extinguirlo antes de que cauce daños mayores.

En el mercado existe gran variedad de estos sistemas los cuales poseen además distinta

eficacia. Estos sensores actúan al detectar alzas de temperatura o cierta concentración de

humo o ambos, existen también los detectores de llamas los cuales actúan al percibir rayos

ultra violeta o infra rojos.

137

Además de la eficacia propia del aparato la cual proviene de la tecnología de su fabricación, se

debe tener en cuenta la utilización del sistema adecuado para el lugar donde se usará y su

buena instalación. Por ejemplo, no es útil la instalación de un sistema que detecte alzas de

temperatura en un lugar donde generalmente se produzcan éstas y no sean debido a un

incendio. La instalación de un sistema debe ser complementada con la instalación de otros

sistemas de detección temprana que corroboren la situación de incendio incipiente.

Un buen sistema de detección temprana y alarma de incendio puede evitar que un fuego

iniciado se convierta en un incendio y permitir que este se controle a tiempo además de la

evacuación temprana del personal que trabaja en el lugar y las personas que se encuentran en

el edificio.

6.1.5 SISTEMAS DE EXTINCION

Los sistemas de extinción forman parte de las medidas de protección activa de un edificio. Su

uso permite atacar el foco del incendio de manera rápida pudiendo controlarlo hasta la llegada

de los equipos de emergencia e incluso sofocarlo.

Al igual que los de detección, existen un sinnúmero de sistemas de extinción y control del fuego,

los cuales utilizan distintos métodos de acuerdo al origen del fuego y sus características.

Se consideran como instalaciones de extinción de incendio las siguientes:

- red seca y red húmeda

- extintores móviles

- sistemas fijos de extinción

138

Red seca y Red húmeda: Son redes de agua para el uso del personal de emergencia que actúa

en la extinción del incendio. La red húmeda se mantiene siempre con presión de agua mientras

que la red seca es alimentada por el personal de emergencias en el momento del incendio.

Estas redes permiten tener acceso al agua de extinción en todo el edificio sin desplegar

grandes tendidos de mangueras lo que dificulta y demora el trabajo de bomberos.

Extintores móviles: son cilindros generalmente metálicos que en su interior contienen agentes

extintores de fuego de distintos tipos dependiendo las características del fuego. El agente

extintor se almacena a presión permitiendo que este sea proyectado hacia el foco del fuego en

el momento que se necesite. Pueden ser transportados hacia el lugar de las llamas y resultan

útiles cuando el fuego todavía no ha alcanzado grandes proporciones.

Sistemas fijos de extinción: Los sistemas fijos de extinción tienen como finalidad el control y la

extinción de un incendio mediante la descarga automática en el área protegida, de un producto

extintor, sin intervención humana. Se pueden clasificar en de protección parcial las cuales

dirigen el agente extintor hacia la zona del fuego, y los de inundación total las cuales llenan todo

el espacio con una concentración determinada del agente extintor con el fin de sofocar el fuego

o enfriar los objetos para mantenerlos a una temperatura baja y evitar así que se inflamen.

Pueden encontrarse sistemas fijos de acción manual, automática o mixta, los cuales pueden ser

capaces de rociar, pulverizar o proyectar distintos tipos de agentes extintores tales como agua,

espuma, anhídrido carbónico, polvo seco, etc.

La normativa chilena exige la presencia de estos elementos con ciertas exigencias, lo que

aparece descrito en la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones, Cap. 3, Título 4: De

la arquitectura. Independiente a las exigencias de la ley, los sistemas de extinción son

indispensables tanto en el apagado de un incendio incipiente como en uno ya declarado, por

esta razón debe existir mucha preocupación en mantener estos elementos en buen estado y

funcionando a la perfección.

139

6.1.6 CAPACITACION DEL PERSONAL

Se hace indispensable la capacitación del personal respecto a la prevención de los incendios y

a su actuar en caso de ocurrir uno. Este conocimiento puede evitar que se inicie un incendio, o

si éste se inicia, permitir la evacuación y salvar las vidas del personal y de los ocupantes y

disminuir el daño total.

Con respecto a la prevención de incendios es muy necesario que se conozcan y se practiquen

los resguardos que deben existir dependiendo de las tareas que se realicen y las características

de la carga combustible. En este sentido debe instruirse al personal en la realización de

procedimientos seguros, evitar realizar acciones que faciliten el inicio de un incendio y el

cuidado y mantenimiento de equipos de detección y extinción.

En caso de ocurrir un incendio, el personal debe conocer los procedimientos de evacuación,

atención a heridos y extinción de un incendio incipiente. Se debe tener claro los distintos

orígenes del fuego, sus características y maneras de extinción para asegurar que las tareas de

apagado se realicen de manera efectiva y se eviten accidentes de mayor magnitud.

6.2 DISEÑO DE LOS ESPACIOS PARA MITIGAR EL EFECTO DE UN INCENDIO

De acuerdo a los casos estudiados en este trabajo se ha podido constatar que el diseño de los

espacios tiene una gran influencia en el comportamiento de los edificios frente a un incendio,

tanto en su inicio como en su propagación.

Un diseño pensado en función de obtener un buen comportamiento frente a un incendio puede

ser capaz de evitar que éste se propague extendiéndose a toda la estructura.

Pueden distinguirse principalmente dos situaciones, referidas al diseño de los espacios, que son

muy importantes.

- Se debe restringir al máximo el flujo de aire desde el exterior hacia el foco del incendio.

A su vez se debe evitar el flujo de aire desde dentro de la estructura hacia el exterior.

- Se deben establecer barreras que controlen la propagación del fuego.

140

La condición necesaria para que se genere el fuego sobre un material combustible y se

mantenga es la existencia de oxígeno sumado a la temperatura adecuada. Al existir una alta

ventilación la combustión se facilita y más aun se acelera, aumentando también el calor

generado por unidad de tiempo. En un incendio el oxígeno proviene del aire. Al existir un flujo

amplio y constante de aire hacia el interior del edificio, y un flujo hacia el exterior de los gases

generados por la combustión, el incendio puede rápidamente alcanzar grandes proporciones y

causar graves daños a la estructura y sus ocupantes.

6.2.1 VENTILACION ABIERTA

En una situación de incendio, la peor condición que se puede esperar es la de ventilación

abierta sin restricción.

Esta situación se produce cuando se pierde la cubierta superior y la estructura queda abierta al

flujo de gases por convección. La entrada de oxígeno proveniente del aire es masiva e ilimitada,

mientras que los gases generados por la combustión pueden escapar sin restricción por efecto

de la convección por lo que la renovación de aire en el interior es constante.

Los casos reales en los que se basa este trabajo nos permiten observar que al producirse un

incendio en estas condiciones, los resultados son catastróficos. El daño en la estructura es muy

grave a pesar del uso de materiales que tienen un reconocido comportamiento frente al fuego.

Esto es por que en este tipo de incendios la carga combustible se quema rápidamente

generando temperaturas excesivamente altas.

La potencia del incendio alcanza su máximo.

En la mayoría de los casos el daño en los materiales que componen la estructura es tan grave

que no es posible la reparación y muchas veces esto ha conducido al colapso total durante el

incendio.

Se debe evitar entonces la ocurrencia del fenómeno de ventilación abierta, en particular la

pérdida de la cubierta del nivel afectado. Para ello se deben crear barreras horizontales

resistentes que protejan la pérdida de la cubierta. Se puede observar el buen comportamiento

de los recintos con losa superior de hormigón armado.

El costo de crear una barrera que separe el espacio interior de la estructura de techo formada

por un cielo protector, puede ser una solución económicamente conveniente.

141

Esta barrera debe estar formada por placas incombustibles de alta resistencia al fuego que

detengan el paso del calor, llamas y gases.

En Anexo A se incorpora un ejemplo de barrera horizontal para el caso del Edificio Diego

Portales.

6.2.2 BARRERAS VERTICALES

Llamamos barreras verticales a aquellas barreras que puestas en posición vertical evitan la

propagación del fuego en sentido horizontal produciendo divisiones horizontales. Este tipo de

barreras están constituidas por elementos resistentes al fuego impidiendo que este las traspase

o simplemente por un espacio ausente de carga combustible. Se crea una compartimentación

que impide o retarda la propagación.

En plantas libres como es el caso de la mayoría de los edificios diseñados para ser usados

como bodega, la aplicación de barreras sólidas que eviten el paso del fuego puede ser poco

práctico para la operación normal. En este tipo de edificaciones se hace necesario el acceso

libre de maquinaria y personal dentro del espacio interior para trasladar los elementos que son

almacenados. La manera de crear barreras que eviten o dificulten la propagación consiste en

crear espacios libres de carga combustibles. Los materiales deben ser almacenados en “islas”

no ocupando todo el espacio de la bodega de manera continua.

En estructuras donde el uso lo permita, deben utilizarse barreras sólidas construidas usando

materiales que no generen gases combustibles al ser sometidas a altas temperaturas y que

posean una baja conductividad térmica.

Los muros de hormigón armado y albañilería han demostrado un muy buen comportamiento

como barreras verticales teniendo una alta resistencia al fuego. Mantienen la estanqueidad a

gases y llamas durante mucho tiempo y su baja conductividad térmica asegura el aislamiento

térmico exigido. Estas barreras pueden no necesariamente ser estructurales, por lo que se

pueden construir a modo de tabique utilizando placas no combustibles que aseguren una alta

resistencia al fuego.

142

El uso de barreras formadas por materiales no combustibles es comúnmente llamado

compartimentación.

La compartimentación reduce el riesgo para las personas, aislando el fuego en una zona

limitada, evitando que se propague. Esta situación facilita la extinción y reduce los daños

producidas por la combustión y el humo.

La compartimentación debe estructurarse dividiendo en zonas, separadas en dirección

horizontal y vertical por elementos de alta resistencia al fuego. Esta situación es similar a la

compartimentación que evita que un buque se inunde por completo al hacerse una fisura en su

casco. Los sistemas de compartimentación y compuertas aíslan la zona dañada evitando que el

agua escurra libremente por el interior. En una situación de incendio un sistema de

compartimentación debe comportarse aislando el foco del incendio producido en el interior,

evitando su propagación, protegiendo a los ocupantes, disminuyendo el daño y facilitando las

labores de extinción del fuego.

6.2.3 CONTROL DE LA AIREACION Y VENTILACION

Llamamos aireación a la entrada de aire desde el exterior hacia el interior del edificio y

ventilación a la salida de aire y gases provenientes de la combustión desde el interior hacia el

exterior. Este flujo produce el recambio de aire en el interior de la estructura y alimenta de

oxígeno al incendió lo que genera una rápida quema de la carga combustible. La velocidad de

la combustión es directamente proporcional a la potencia del incendio, concepto definido

anteriormente (Cap. 5.1).

El control de la aireación y ventilación es indispensable para controlar la magnitud del incendio.

Esta debe llevarse a cabo desarrollando una compartimentación de los espacios que evite que

el flujo de gases se desarrolle fácilmente.

Principalmente se debe poner atención a los muros perimetrales y la cubierta. Estos elementos

deben poseer una resistencia al fuego que asegure que el flujo de gases entre el interior y el

exterior de la estructura será limitado. En segundo lugar, se hace necesaria la división de la

planta de la estructura en sectores compartimentados. Un sistema de compartimentación, a la

vez que evita la propagación, dificulta el flujo de aire y gases lo que disminuye el oxígeno

disponible para la combustión.

143

6.3 SELECCION DE LOS MATERIALES Y SU PROTECCION

Actualmente la normativa chilena está enfocada en el comportamiento y resistencia de los

materiales y su protección, la cual varía en sus requerimientos de acuerdo a la densidad de

carga combustible, número de ocupantes o superficie edificada.

Por los comentarios y conclusiones expuestos anteriormente, se llega al convencimiento de que

es tanto o más importante el buen diseño de los espacios y sus barreras, que el

comportamiento aislado de los materiales, por lo tanto lo que habría que calificar es el

comportamiento global del edificio y los materiales que lo componen.

Es muy importante poder controlar la resistencia de los materiales en el tiempo, durante un

incendio, para lograr servir como barreras o estructuras resistentes durante un tiempo

prudencial.

Se concluye que la normativa actual debe evolucionar a considerar el funcionamiento global de los edificios en la eventualidad de un incendio.

Existen métodos de protección pasiva de los materiales que son de uso muy extendido en

Chile. A pesar de que su funcionamiento en laboratorio es bueno, el comportamiento en

incendios reales deja dudas de su real efectividad. El caso más representativo es el de las

pinturas intumescentes. El uso de este tipo de protección requiere de una cuidada aplicación y

un periodo de renovación debido a la pérdida de efectividad con el tiempo. No es una solución

que proteja a la estructura durante toda su vida útil. Incluso, cuando este tipo de protección

actúa en el mejor de sus estados, no otorga suficiente protección al acero, que es el uso que se

le da principalmente.

Se propone la revisión de los riesgos de incendio y de la seguridad de los edificios importantes por profesionales expertos, calificados en un registro de manera similar a como se realiza la revisión sísmica, para asegurar el buen comportamiento del edificio y la seguridad de las personas y los edificios vecinos.

144

6.4 FACTORES LEGALES Y FINANCIEROS QUE PUEDEN ESTIMULAR EL BUEN DISEÑO

Se proponen las siguientes acciones administrativas que pueden estimular el diseño y

mantención de la seguridad de los edificios frente a la eventualidad de un incendio:

- Aprobación municipal de la construcción. Se debe considerar una revisión técnica de

riesgos hecha por un profesional calificado e inscrito en un registro especial. Esta acreditación

certificaría que el proyecto se encuentra en regla y se han tomado todas las medidas

necesarias para que la estructura tenga un buen comportamiento frente a los incendios, tanto

para prevenirlos como para afrontarlos.

- Revisión técnica periódica para la renovación de las patentes de uso. Este tipo de revisión

es de carácter preventivo. Se busca eliminar las causas más comunes de inicio de incendio y

verificar que los sistemas de protección se encuentren en buen estado. Se debe concentrar

principalmente en el estado de las instalaciones (eléctrica, gas, etc.) y otros aspectos como el

tipo de carga combustible, su disposición y estado de los sistemas de detección y extinción.

- Tasa de aseguramiento o primas de las compañías de seguros que cubren los daños por

incendio deben ser diferenciadas de acuerdo a las prevenciones. Edificios que de acuerdo a los

aspectos que se han analizado anteriormente sean más propensos a sufrir incendios y en caso

de sufrirlos estos serían más extendidos y de mayor magnitud, deben tener primas mayores, lo

que estimularía a gastar más en prevención. Un diseño que dificulte el flujo de aire es un diseño

más seguro (según lo que se ha visto en conclusiones anteriores) por lo que las primas

cobradas deben favorecerlos.

145

CAPITULO 7: CONCLUSIONES Y COMENTARIOS RESPECTO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES Y ELEMENTOS DEL EDIFICIO.

7.1 RESPECTO DEL COMPORTAMIENTO DE LOS MATERIALES Y ELEMENTOS DEL EDIFICIO

Teniendo en consideración los datos y conocimiento obtenido a partir del estudio de casos

reales de incendios ocurridos en estructuras de uso industrial, bodegas, locales comerciales o

espacios similares, se presentan los siguientes comentarios y conclusiones respecto del

comportamiento de los materiales y elementos del edificio dirigidas a evitar o en su defecto

disminuir el daño por incendio.

7.1.1 RESPECTO DEL COMPORTAMIENTO DEL ACERO ESTRUCTURAL

Se ha visto que el acero estructural tiene un comportamiento muy débil frente a los incendios si

es que no es debidamente protegido.

El acero como material es muy sensible a los cambios de temperatura. La modificación de sus

capacidades mecánicas comienza cuando alcanza los 250º C. En este punto se ve modificada

su resistencia y límite elástico. Al llegar a los 540º C la pérdida de resistencia es tan grave que

la estructura no logra soportar las cargas de diseño. Dada la alta conductividad térmica del

acero, la temperatura aumenta de manera similar en toda la sección y más aun, se transmite

hacia toda la estructura que está conectada, por lo que el daño es también extendido.

En los casos estudiados en que el acero no presenta una protección ignífuga efectiva, se

pueden observar daños graves a la estructura, muchas veces terminando con el colapso de

esta. La razón del colapso es que al ocurrir un incendio la temperatura aumenta de manera

general en la estructura por efecto de la alta conductividad térmica del acero. El aumento de

temperatura provoca un aumento de volumen, generando tensiones adicionales internas. Esto

sumado a la pérdida de resistencia general por efecto del aumento de temperatura provoca que

al dañarse gravemente un elemento, este arrastre al resto de la estructura generando una

reacción en cadena que termina con el colapso parcial o total del edificio.

146

Para obtener un buen comportamiento frente al fuego de estructuras construidas en acero se

debe evitar que este alcance altas temperaturas. Esto se puede conseguir por dos vías, ambas

a la vez. En primer lugar evitando que el incendio alcance temperaturas desmesuradas. Como

se vio anteriormente, se debe evitar la situación de ventilación abierta. En segundo lugar una

protección efectiva del acero en toda la estructura es indispensable.

Una alternativa de protección que debe ser estudiada es el uso de perfiles cerrados llenos con hormigón que si bien no protegen al material mismo, la masa del hormigón absorbe una cantidad importante de calor y le otorga al perfil compuesto una resistencia estructural residual. Otra alternativa a estudiar es la utilización de perfiles embebidos en hormigón armado.

7.1.2 RESPECTO DEL COMPORTAMIENTO DEL HORMIGON ARMADO

El hormigón armado es considerado un material de buen comportamiento frente al fuego,

situación que puede corroborarse con los casos presentados en este trabajo. Este buen

comportamiento está dado principalmente por su bajo grado de conductividad térmica, lo que

provoca que el avance del daño hacia el interior del elemento sea lento.

Se observan dos aspectos de gran importancia para el buen comportamiento frente al fuego del

hormigón armado. En primer lugar el recubrimiento se presenta como primera barrera para la

protección del acero de refuerzo y el hormigón del interior. Por otro lado el confinamiento del

núcleo se hace muy importante para evitar que se pierda material en la sección interna.

- Recubrimiento: El espesor de recubrimiento actúa como primera barrera de protección

de las barras de acero y del núcleo de hormigón armado. Dada su baja conductividad térmica

es un eficiente aislante. El daño por efectos del fuego en el recubrimiento se produce de

manera progresiva. Se pierde material por descascaramiento debido a esfuerzos de tensión

provocados por el vapor de agua que se produce por la humedad interna y las altas

temperaturas. Además se produce fisuración por efecto de choques térmicos al calentarse el

material por zonas o por efecto del agua de extinción.

De los casos observados se concluye que un recubrimiento efectivo en pilares es de 3 a 4 cm.

147

- Mantener el núcleo confinado: De las observaciones hechas se desprende que

además del recubrimiento es importante el confinamiento del núcleo.

Un buen confinamiento evita que se pierda material lo que mantiene la protección del acero y el hormigón interno. En los casos estudiados el confinamiento ha tenido un buen comportamiento, esto es debido a que el diseño sísmico obliga a colocar estribos cercanos y bien anclados en los extremos.

7.1.3 RESPECTO DEL COMPORTAMIENTO DEL HORMIGON PRE Y POSTENSADO

7.1.3.1 CABLES PRETENSADOS

Los elementos precomprimidos tienen un buen comportamiento frente al fuego debido a que los

cables de tensado se encuentran adheridos en todo su largo al hormigón que los envuelve. La

imposibilidad de desplazamiento que tienen los cables en el interior del hormigón evitan que por

el aumento de la temperatura se pierda la tensión en todo el largo del cable.

Ensayos realizados por la firma TENSOCRET han resultado favorables en este sentido.

Indudablemente, al igual que para un elemento de hormigón armado común, el recubrimiento y

confinamiento son factores de los que depende el buen comportamiento de la pieza, como se

explica en el punto 7.2 respecto del comportamiento del hormigón armado.

Se observa que el comportamiento del hormigón pretensado es similar es similar al del hormigón armado, es decir, los factores de protección son el recubrimiento y el confinamiento.

148

7.1.3.2 CABLES POSTENSADOS

Cables postensados con cables no adheridos:

Las observaciones indican que el uso de este tipo de cable no presenta un buen

comportamiento frente al fuego.

Las altas temperaturas provocan la pérdida de grasa mineral debido a la rotura de la vaina de

PVC que envuelve el cable por efecto de la presión ejercida por la grasa al calentarse. La grasa

escapa por fisuras que se producen en el elemento.

Al aumentar la temperatura del cable este comienza a variar sus cualidades mecánicas

aumentando su módulo de elasticidad y disminuyendo su resistencia, lo que genera una pérdida

de tensión en el cable completo debido a que no está adherido internamente.

Deben realizarse ensayos y estudios de la resistencia al fuego de este tipo de elementos debido

a que las observaciones realizadas en este trabajo no son suficientes para ser concluyentes ni

cuantificar el daño que sufren en el tiempo.

Se sugiere utilizar monocables con inyección de mortero y evitar el uso de monocables engrasados en losas interiores a menos que se utilicen protecciones adicionales como pueden ser planchas de yeso que aíslen la superficie del hormigón.

149

7.2 METODOS DE PROTECCION PASIVA PARA LOS MATERIALES

De acuerdo a las conclusiones expuestas en el punto 7.1 se proponen los siguientes criterios de

protección pasiva de los materiales.

7.2.1 PROTECCION PARA EL HORMIGON ARMADO

La protección contra incendios para el hormigón armado está dada principalmente por el

espesor de recubrimiento.

El recubrimiento, dado el bajo grado de conductividad del hormigón, genera una barrera efectiva

que dificulta el paso del calor hacia el interior del elemento de hormigón armado. El daño se

produce de manera progresiva desde afuera hacia adentro, dañando en primer lugar el

recubrimiento, luego las barras de acero y por último el hormigón del interior.

El sobredimensionamiento del espesor de recubrimiento es una gran ayuda como protección

para las barras y el hormigón del interior. A mayor espesor el daño se retrasa, otorgando mayor

resistencia al fuego al elemento y disminuyendo el daño final.

Sin embargo el aumento del espesor de recubrimiento no puede ser desmesurado. Para

grandes espesores (mayores a 4 cm) el efecto es contrario. Un recubrimiento de gran espesor,

al aumentar la temperatura, se fisura y se desprende más fácilmente. El acero queda al

descubierto no existiendo ninguna protección para él ni para el hormigón del interior.

Otra manera de proteger efectivamente las piezas de hormigón armado es aumentar el

recubrimiento mediante la añadidura de un recubrimiento extra formado por otro material da

baja conductividad térmica como puede ser el yeso.

La protección del hormigón armado en base a un recubrimiento adicional de yeso otorga una

protección efectiva y de bajo costo frente a los incendios. Es de fácil aplicación y su reparación

no representa mayores dificultades. Permite la utilización de diversas terminaciones por lo que

su uso no es a cambio de pérdida estética.

150

7.2.2 PROTECCION PARA EL ACERO ESTRUCTURAL

La protección pasiva contra incendios en el acero estructural depende principalmente de la

masividad de la pieza o el perfil. La masividad se calcula como el perímetro de la cara expuesta

dividido por el área de la sección. Así, un perfil esbelto tendrá mayor masividad por lo que debe

ser más protegido.

El acero es un material muy sensible a los cambios de temperatura. El daño en él se produce a

bajas temperaturas (comparadas con las que puede desarrollar un incendio común) por lo que

su protección se hace indispensable. Su alta conductividad térmica permite que el calor viaje a

través de toda la estructura por lo que el daño es generalizado. Además el coeficiente de

dilatación del acero es también alto lo que introduce esfuerzos en la estructura al aumentar su

volumen por efecto de los cambios de temperatura.

Estas dos situaciones que se presentan en un incendio (pérdida de resistencia generalizada a

“baja” temperatura y aumento de los esfuerzos internos) provocan un daño que en general es

grave y muchas veces termina con el colapso de la estructura o parte de ella.

Debido al cuidado que se debe tener con este material (respecto a su sensibilidad a las altas

temperaturas), la protección a usar debe ser muy efectiva.

La experiencia indica que protecciones como la pintura intumescente, elemento usado

masivamente en Chile, no entregan resultados satisfactorios. A pesar de ello su uso es

extendido debido a que los resultados de laboratorio aseguran resistencias que satisfacen las

exigencias de la normativa chilena. Este mal funcionamiento real puede deberse a deficiencias

en la aplicación, no aplicación de los espesores de pintura necesarios, vida útil de la pintura la

cual rara vez es reemplazada a tiempo debido a su alto costo, etc.

Es más seguro pensar que para el acero una sola barrera de protección es insuficiente y debe

utilizarse más de una solución para evitar daños por el fuego.

151

El comportamiento de una capa de recubrimiento cementicio proyectado sobre el perfil a

proteger es muy bueno, su espesor va a depender, como en todas las protecciones para el

acero, de la masividad del perfil. Si a esto sumamos una barrera formada por placas de alta

resistencia al fuego que rodeen el perfil estaremos seguros de que la protección para el acero

será adecuada. Los espesores dependerán de la masividad del perfil.

Debe tomarse en cuenta además que al proteger una estructura de acero se deben proteger

todos sus elementos. Como se mencionó anteriormente, la alta conductividad térmica de este

material permite que el calor viaje fácilmente por la estructura. Si por ejemplo tomamos el caso

de una estructura de acero en que sus pilares estén muy bien protegidos pero su estructura de

techo no tenga protección, frente a un incendio el daño ocurrirá de igual manera en los pilares.

En estructuras de acero las resistencias al fuego no pueden considerarse para elementos

independientes ya que la resistencia total está dada prácticamente por el elemento de menor

resistencia frente al fuego. Para el momento en que un elemento resulte con un gran daño por

efectos de la temperatura, este daño ya se habrá extendido a gran parte o toda la estructura.

152

COMENTARIO FINAL

Estimamos que el presente trabajo cumplió con el objetivo planteado de establecer criterios

para investigaciones futuras, sobre la base de examinar casos reales de incendios en bodegas

y edificios comerciales.

En nuestro criterio estas investigaciones deben enfocarse en el comportamiento global del edificio y de los materiales que lo componen formando parte de una unidad constructiva.

Barreras adecuadas que controlen la aireación y eviten la propagación serán muy efectivas en el control de un incendio.

Podemos resumir, que un incendio es un evento que enlaza múltiples factores y más eficientes

serán las soluciones en la medida que se logre un diseño integrado, que considere los

procedimientos de prevención, y en el caso de producirse el incendio, considere

adecuadamente la mitigación y protección de los bienes, privilegiando la seguridad de las

personas.

Pareciera que la manera práctica de lograr este objetivo integral, son las medidas

administrativas a través de las aprobaciones de construcción y otorgamiento de patentes

municipales, la aplicación de tasas diferentes de aseguramiento según las medidas de

prevención y mitigación adoptadas.

Se propone como herramienta de calificación, la revisión y aprobación de los proyectos por profesionales calificados inscritos en un registro creado especialmente, similar al de las revisiones sísmicas.

153

BIBLIOGRAFIA

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[2] Chile, Ministerio de Vivienda y Urbanismo, (2005). Ordenanza General de Urbanismo y

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parte 1: determinación de la no combustibilidad de materiales de construcción.

- Nch1914/2 Of.1985. Prevención de incendio en edificios: ensaye de reacción al fuego:

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154

[6] Flores Peters, I.A. (2005). Incendio en Edificios. Materiales Combustibles y Carga de

Fuego. Memoria para optar a título de Ingeniero Civil. Santiago, Universidad de Chile.

Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.

[7] García Aspillada, P.A. (2001). Estudio de un producto alternativo destinado a la

protección de estructuras de acero a la acción del fuego” Memoria para optar a título de

Ingeniero Civil. Santiago, Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Físicas y matemáticas.

[8] Gaueca Martinez, I.F. (1999). Compartimentación contra incendios. Memoria para optar

a título de Ingeniero Civil. Santiago, Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Físicas y

Matemáticas.

[9] Hinostroza, H. (1984). Métodos de evaluación de riesgo de incendio. Memoria para optar

a título de Ingeniero Civil. Santiago, Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Físicas y

Matemáticas.

[10] Burón Maestro M. (2005). Resistencia al fuego de las estructuras de hormigón.

Instituto español del cemento y sus aplicaciones. España.

[11] Ruiz Muñoz, R.J. (200x). Estudio del comportamiento al fuego de los materiales

de construcción. Memoria para optar a título de Ingeniero Civil. Santiago, Universidad de

Chile. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.

[12] España. Ministerio de trabajo y asuntos sociales. (200x). Estructuras metálicas:

Comportamiento frente al fuego. http://www.mtas.es/insht/ntp/ntp_200.htm

155

ANEXO A: EJEMPLO DE CÁLCULO DE BARRERA HORIZONTAL, COMPLEJO CIELO - TECHUMBRE PARA EL CASO DEL EDIFICIO DIEGO PORTALES:

La zona siniestrada del edificio Diego Portales corresponde al Salón Plenario. Esta sala, con

una superficie de 2380 m2 tenía capacidad para 2130 personas. El uso de este salón es para

reuniones y conferencias.

De acuerdo a la Tabla 2 de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones, Capítulo 3,

Título 4: De la Arquitectura, este edificio clasifica según su destino como de reuniones. Tiene un

máximo de ocupantes superior a 1000 personas, y debe considerarse de tres pisos, existiendo

dos subterráneos donde se encuentran otros salones de conferencias y un casino. Según estos

datos el edificio clasifica como tipo a, clasificación de mayor exigencia para las resistencias

requeridas para los elementos de construcción.

Tabla 2: Capítulo 3, Título 4: De la Arquitectura, Ordenanza General de Urbanismo y

Construcciones.

156

La tabla de resistencia al fuego para elementos de construcción indica que la resistencia

requerida para la estructura de techumbre incluido el cielo falso es de F-60, siendo el

edificio de tipo (a) y la techumbre incluido cielo falso corresponde al número (9) en la tabla.

Tabla de Resistencias requeridas para elementos de construcción. Capítulo 3, Título 4: De la

Arquitectura, Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones.

157

La industria VOLCAN, fabricante de planchas de yeso-cartón y otros elementos aislantes posee

una lista de soluciones constructivas dentro de las cuales se puede encontrar una para

complejo cielo – techumbre de resistencia F- 60.

Esta es:

2 placas yeso-cartón (V15 RF) e =15 mm + una capa lana de vidrio (Aislanglass R-188),

espesor total 80 mm.

La determinación del comportamiento frente al fuego de esta solución constructiva y las otras existentes en la lista se ensaya empíricamente en laboratorios especializados aplicando para ello la norma de ensaye Nch 935/1 of. 97.

CUADRO DE ANALISIS DE PRECIOS

NOMBRE DEL ITEM : CIELO - BARRERA CONTRA INCENDIOS UNIDAD M2 MATERIALES UNIDAD CANTIDAD P/UNITARIO TOTAL VOLCANITA V15 RF DE 15 MM PL 0,75 9.800 7.350 LANA DE VIDRIO AISLANGLASS R-188 80MM ROLLO 0,10 27.000 2.700 TORNILLOS AUTOPERFORANTES CAJA 0,1 3.000 300 TORNILLOS P/YESO CARTON CAJA 0,1 1.800 180 COSTANERAS DE APOYO KG 6 1.200 7.200 0 MANO DE OBRA MAESTRO CARPINTERO C/AYUD. M2 1,00 3.500 3.500 MAESTRO SOLDADOR C/ AYUD. KG 6 350 2.100 0 MAQUINAS Y EQUIPOS 1.500 1.500 PINTURA TERMINACIÓN 1.200 SUBTOTAL COSTO DIRECTO $26.030 G.G. Y UTILIDAD 20% 5.206 TOTAL NETO / M2 $31.236 UF 1,7 1 UF = $ 18.337,56 (30 Diciembre 2006)

158

Monto estimado de pérdidas del incendio:

Estructura de acero: 600 ton UF 100 / ton : UF 60.000

Construcción Sala Plenarios: 4.500 m2 UF 20 / m2 : 90.000

Pérdidas anexas

Accesos y otros niveles: 10.000 m2 UF 4 / m2 : 36.000

Total pérdida directa estimada: UF 186.000

Pérdidas indirectas:

Lucro cesante 1 año: 15.000 m2 UF 1.5 / m2 UF 22.500

(5% anual de la inversión estimada en 30 UF / m2 incluido terreno)

Total de la pérdida: UF 208.500

Nota:

No se considera la pérdida de equipos especiales tales como: sonido, proyección, iluminación y

otros.

Inversión estimada para construir barrera horizontal:

4.500 m2 UF 1.7 / m2: UF 7.650

% de la pérdida directa: 3.7 %

Conclusiones y comentarios:

Se observa que con una mayor inversión inicial del orden del 4% se podría proveer al edificio de

una barrera horizontal que habría reducido los efectos del incendio y posiblemente se habría

logrado extinguir por lo cual las pérdidas habrían sido menores.

Si estimamos en ese caso, como probable la pérdida del contenido de la sala de plenarios, ésta

habría alcanzado aproximadamente a:

Superficie afectada: 10.000 m2 UF 4 / m2 UF 40.000

Es decir, aproximadamente un 20% de la pérdida ocurrida.

Obviamente sería un buen negocio hacer la mayor inversión, la que podría alcanzar a un 5% de la inversión inicial, si se consideran otros elementos necesarios que surgirán del estudio de

expertos.

159

Sin embargo está contra la cultura tradicional nacional de no invertir en prevención por la escasez de

recursos.

Por este motivo en las conclusiones se proponen criterios administrativo y económicos para

incentivar la prevención, como son las aprobaciones municipales y muy importante el cobro

diferenciado de las tasas de aseguramiento, de modo que un edificio protegido debería pagar una

tasa considerablemente menor que un edificio que no previene los riesgos.

El otro criterio importante es asumir que el incendio se puede producir aún con las protecciones

propuestas. Sin embargo en este caso los daños serán sustancialmente inferiores por el diseño para

evitar que el incendio alcance una potencia máxima para los materiales que contiene.

Hay que considerar que en el caso de este edificio el colapso de la estructura de cubierta se produjo

después de 20 minutos de iniciada la acción de bomberos, y que iniciaron la extinción 10 minutos

después del llamado de alarma.

En el caso de este edificio que es patrimonio público y de carácter emblemático debería ser obligada

la protección, más allá de las consideraciones económicas.

160

ANEXO B: CAPITULO 9.3: FIRE RESISTANCE

PCI DESIGN HANDBOOK TRADUCCION DEL MANUAL DEL PRECAST CONCRETE INSTITUTE

161

9.3 RESISTENCIA AL FUEGO 9.3.1 Notación: a = altura del bloque rectangular equivalente de la tensión de compresión

Aps = área del acero de preesfuerzo sin recubrimiento

As = área del refuerzo no pre esforzado As- = área del refuerzo in zona de momento negativo b = ancho de miembros d = distancia del centro de presiones del acero a la fibra extrema de compresión f`c = resistencia a la compresión del hormigón fps = tensión en el acero pre esforzado sin recubrimiento sometido a la fuerza nominal fpu = tensión ultima del acero pre esforzado sin recubrimiento h = altura total de un miembro l = longitud del elemento Mn = momento nominal

M+nθ = momento nominal positivo y negativo para temperaturas elevadas

M-nθ R = resistencia al fuego de un elemento o de un elemento compuesto R1,R2,R3 = resistencia al fuego de cursos individuales s = espaciamiento de costillas en paneles acanalados t = espesor mínimo de paneles acanalados te = espesor equivalente de paneles acanalados

u = distancia del acero pre esforzado a la cara expuesta al fuego

w = carga total uniforme wd = carga muerta uniforme wl = carga viva uniforme

X,X0 = distancias horizontales como se muestra en Figs. 9.3.13, 9.3.14, y 9.3.15

X1,X2 Ys = distancia del centroide de presiones en el acero a la cara inferior θσ = temperatura del acero φ = factor de reducción de esfuerzo Nota: El subíndice θ indica la característica según lo afectado por temperaturas elevadas 9.3.2 Glosario Concreto con agregado de carbono: concreto hecho con agregados que consisten principalmente en carbonato del calcio o de magnesio, e.g., piedra caliza o dolomía. Resistencia del fuego: corresponde a una medida del tiempo durante el cual un material o un conjunto continúa exhibiendo resistencia al fuego bajo las condiciones de la prueba y del funcionamiento. En relación a elementos de edificios será medida por los métodos y los criterios definidos en ASTM E119. (definido en ASTM E176).

162

Resistencia de fuego: corresponde a la propiedad de un material o de un conjunto para soportar el fuego o para dar la protección contra él. En relación a elementos de edificios, es caracterizada por la habilidad para confinar el fuego o para continuar realizando una función estructural dada.(definida en ASTM E176). Grado de resistencia al fuego: (a veces llamado grado del fuego, clasificación de la resistencia al fuego, o grado cada hora) - un término legal definido en los códigos de edificio, basados generalmente en resistencia al fuego. Los grados de la resistencia al fuego son asignados por los códigos de edificio para los distintos tipos de construcción y de ocupaciones y se dan generalmente en incrementos cada hora. Concreto agregado ligero: concreto hecho con el agregado de arcilla ampliada, pizarra, escoria, o pizarra o cenizas volantes sintetizadas, y pesa cerca de 85 a 115 pcf. Concreto Arena-ligero: concreto hecho con una combinación de arcilla ampliada, pizarra, escoria, o pizarra o arena sintetizada de ceniza volante y natural. Su peso por unidad está generalmente entre 105 y 120 pcf. Concreto agregado silíceo: concreto hecho con el peso normal que consiste en agregar principalmente silicona u otros compuestos, con excepción del carbonato del calcio y del magnesio. 9.3.3 Introducción

Los elementos de concreto prefabricados y pretensados pueden ser diseñados proporcionando cualquier grado de resistencia al fuego que pueda ser requerida por códigos de edificio, compañías de seguros, y otras autoridades. La resistencia al fuego de los montajes de edificio se determina bajo pruebas estándares de fuego definidas por la Sociedad Americana de ensayos y materiales.

Para asegurarse de que los requisitos de resistencia al fuego estén satisfechos, el ingeniero puede utilizar la información tabulada proporcionada por los variados cuerpos autoritarios, tales como Underwriters Laboratories, Inc., la Asociación Americana de Seguros y Códigos de Edificios.

Esta información se basa en los resultados de las pruebas estándares de fuego en elementos que pueden incluir techos y otros componentes del edificio. La edición de 1983 del Directorio de la Resistencia de Fuego de la UL solamente proporciona la información de 120 elementos de concreto prefabricado. En ausencia de datos tabulados, la resistencia al fuego de elementos de concreto prefabricados y pretensados puede estar determinada en la mayoría de los casos por el cálculo. Este cálculo se basa en principios de la ingeniería y considera las condiciones de una prueba estándar del fuego. Esto se conoce como el método de diseño racional de resistencia al fuego. Se basa en la investigación extensa patrocinada en parte por el Instituto de Concreto Prefabricado / Pretensado (PCI) y conducida por la asociación del cemento de Portland (PCA) y otros laboratorios.

Posteriormente se realizará una discusión sobre ensayos de fuego en seccs. 9.3.4 y 9.3.5, considerando cálculos que usan el Método de Diseño Racional, que se describen en las secciones que siguen. Las breves explicaciones de los principios subyacentes también se dan. Se adiciona, las cartas del diseño y una explicación completa del método, referido al manual de PCI, a MNL-124-89, al diseño para la resistencia al fuego del concreto prefabricado, y a las referencias enumeradas del manual, así como la resistencia al fuego del manual de concreto reforzado de CRSI. Cada uno de los códigos modelo, reconoce el uso de PCI MNL-124 como

163

una alternativa para ensayar elementos prefabricados específicos, las unidades concretas de preesfuerzo se incorporan a los requisitos tabulados generales de la resistencia de fuego.

9.3.4 Pruebas Estándar de Fuego

La resistencia al fuego de los componentes de los edificios se mide en la prueba estándar del fuego definida por ASTM E119, Métodos Estándares de Prueba para los Ensayos de Fuego de la Construcción de Edificios y Materiales. Durante estas pruebas el montaje del edificio, tal como una porción de pisos, las paredes, las azoteas o las columnas, están sujetas a temperaturas de aumento que varían con el tiempo según lo demostrado en fig.9.3.1. Esta vez la relación de la temperatura se utiliza como estándar para representar la combustión de cerca de 10 libras de madera (con un potencial del calor de 8.000 BTU por libra) por pie cuadrado de área expuesta por hora de la prueba. El consumo de combustible necesario para mantener la hora estándar, la relación de temperatura durante una prueba de fuego, depende del diseño del horno y del espécimen de la prueba. El fuego de prueba con los miembros de concretos expuestos requiere considerablemente más combustible que otros casos debido a la capacidad de calor favorable. Este hecho no se reconoce al evaluar resistencia al fuego.

Además de definir una relación de temperatura de la hora estándar, las pruebas estándares de fuego implican regulaciones referentes al tamaño del elemento, la cantidad de carga aplicada, la región del elemento que se expondrá al fuego, y a los criterios del punto final en los cuales se basa la resistencia de fuego (duración).

ASTM E119 especifica los tamaños mínimos de los elementos que se expondrán en pruebas de fuego. Para los pisos y las azoteas, se deben exponer por lo menos 180 pies cuadrados al fuego desde abajo, y ninguna de las dos dimensiones puede ser menor a 12 pies para las pruebas de paredes. La longitud mínima especificada para las columnas debe ser 9 pies, mientras que para las vigas es 12 pies. Fig.9.3.1 Tiempo estándar - Curva de Temperatura

164

Durante pruebas de fuego de pisos, de azoteas, de vigas, de paredes y de columnas, la carga sobrepuesta máxima permitida se aplica según lo requerido o permitido por estándares nacionalmente reconocidos. Una carga con excepción de la carga máxima puede ser aplicada, pero los resultados de las pruebas entonces se aplican solamente a la condición de carga restricta.

Los elementos del piso y de la azotea se exponen al fuego por debajo, a las vigas del fondo y de los lados, a las paredes lateralmente, y a las columnas de todos los lados. ASTM E119 distingue entre las estructuras refrenadas y libres. Las define como sigue:

Los "elementos del piso y de la azotea y las vigas individuales en edificios serán considerados refrenadas cuando la estructura de soporte es capaz de resistir la extensión termal substancial a través de la gama de temperaturas elevadas anticipadas. Las construcciones que no se conforman con esta definición se asumen que estarán posibilitadas de rotar y ampliarse y por lo tanto serán consideradas como libres".

ASTM E119 incluye una guía para clasificar tipos de construcción según lo refrenado o libre. La guía indica que la mayoría de las construcciones de concreto prefabricado están considerados para ser refrenados. Resistencia al fuego, criterios del punto final, y clasificación del fuego

La resistencia al fuego de una estructura es medida por su tolerancia al fuego, definida como el período del tiempo transcurrido antes de que ocurra una condición de falla o se alcance el punto final durante una prueba estándar de fuego. Un grado de fuego o una clasificación es un término legal para una resistencia de fuego requerida por la autoridad del código de edificio. Los criterios del punto final definidos por ASTM E119 incluyen:

1. Los elementos deben sostener el cargamento aplicado. El derrumbamiento es un punto final obvio (punto final estructural).

2. No se deben formar agujeros, grietas, o fisuras a través de las cuales se traspasen

gases calientes para encender basura de algodón (punto final del paso de la llama).

3. El aumento de la temperatura de la superficie no expuesta de pisos, de azoteas, o de paredes no debe exceder un promedio de 250°F o un máximo de 325°F en cualquier punto (punto final de la transmisión del calor).

Las clasificaciones de estructuras libres se pueden derivar de las pruebas del piso, de la azotea, o de los elementos refrenados de la viga a condición de que la temperatura media del acero de tensión en ninguna sección debe exceder 800°F para el acero de pretensión retirado a frío o 1100°F para las barras que refuerzan. Los criterios adicionales del punto final para los elementos refrenados son:

1. Vigas de más de 4 pies en centros: la temperatura del acero antes dicha no se debe exceder para las clasificaciones de 1 hora o menos; para las clasificaciones de más de 1 hora, las temperaturas antes dichas no se deben exceder para la primera mitad del período de la clasificación o de 1 hora.

2. Las vigas de 4 pies o menos en centros o losas no se sujetan a las limitaciones de la temperatura del acero.

Las paredes deben resolver el mismo paso estructural y los puntos finales de la transmisión del calor descritos arriba. Además, deben probarse considerando la presión ejercida por el chorro de una manguera (que simula, de una manera, la manguera de un bombero).

165

9.3.5 Pruebas de Fuego en Estructuras de Concreto La primera prueba del fuego de una estructura de concreto preesforzado en América fue conducida en 1953 en el Instituto Nacional de la Ciencia y la Tecnología (NIST), antes la Oficina Nacional de Estándares. Desde ese tiempo, han expuesto a más de 150 estructuras de concreto pretensado a las pruebas estándares del fuego en América. Aunque muchas de las pruebas fueron conducidas con el fin de derivar grados específicos del fuego, la mayoría de las pruebas fueron realizadas conjuntamente con los amplios estudios de la investigación cuyo objetivos ha sido entender el comportamiento del concreto preesforzado expuesto al fuego. El conocimiento ganado de estas pruebas ha dado lugar al desarrollo (1) de listas de los componentes de concretos preesforzados resistentes de los edificios al fuego, y (2) de procedimientos para determinar la resistencia al fuego de miembros de concreto preesforzado mediante el cálculo.

Diversos tipos de elementos preesforzados han sido probados para el fuego. Estos elementos incluyen las viguetas, tes dobles, tes monowing, tes solas, losas, vigas rectangulares, vigas del libro mayor, y vigas formadas. Además, las azoteas con el aislamiento termal y los paneles de pared también se han probado. Casi todos estos elementos se han expuesto directamente al fuego, pero algunas pruebas se han conducido en los elementos que recibieron la protección adicional contra el fuego por aerosol, capas, techos, etc. 9.3.5.1 Pruebas de Fuego en Elementos Flexurales

Las pruebas han demostrado que la resistencia estructural del fuego de un elemento de concreto prefabricado depende de varios factores, el más importante depende de cuál es el método de Apoyo, es decir, refrenada o libre. Otros factores incluyen tamaño y forma del elemento, el grueso de la cubierta (o más exacto, la distancia entre los centros de los tendones de pretensión y la superficie expuesta el fuego más cercana), el tipo de agregado, y la intensidad de la carga. La resistencia del fuego según lo determinado por los criterios para la subida de la temperatura de la superficie no expuesta (transmisión del calor) depende sobre todo del tipo concreto, del espesor y del agregado.

Los informes de un número de pruebas patrocinadas por el Instituto de Concreto prefabricado / pretensado han sido publicados por los laboratorios de Underwriters, Inc.. La

mayoría de los informes han sido reimpresos por el PCI, y los resultados de las pruebas son la base para los listados y las especificaciones del UL para los elementos tales como doble T y T simples,

pisos y azoteas, losas sólidas, y vigas de concreto pretensado. La asociación del cemento de Pórtland condujo muchas pruebas de fuego de estructuras de concreto pretensado. Los hornos, únicos de

PCA, han permitido estudiar en profundidad los efectos de las condiciones de soporte. Cuatro series de pruebas se ocuparon para losas y vigas simplemente apoyadas; y una serie importante se ocupó

de los efectos de extensión termal refrenada en el comportamiento durante el fuego de pisos y de azoteas de concreto pretensado. PCA también ha conducido un número de pruebas misceláneas de

fuego de estructuras de concreto pretensado y reforzadas. Los informes de estas pruebas se han publicado y están disponibles en PCA.

Además de la prueba patrocinada por PCI y PCA, un número de pruebas de fuego de productos independientes han sido patrocinadas por sus fabricantes. La mayoría de estas pruebas han sido realizadas por los laboratorios de los Underwriters, Inc., pero algunos han sido conducidos por la universidad del estado de Ohio, el Instituto de Investigación de la Prevención Contra los Incendios y el NIST. Los informes de pruebas independientes están generalmente disponibles por los patrocinadores de las pruebas. El directorio de la resistencia de fuego de la UL incluye a muchas estructuras independientes.

166

9.3.5.2 Pruebas de Fuego en Paredes y Columnas

No todas las pruebas conducidas por los laboratorios de los Underwriters, Inc., dan lugar a listados en las publicaciones del UL; algunas pruebas se conducen para propósitos de investigación. Una prueba fue conducida en un muro ensamblado con doble T. El fuego fue aplicado a la superficie plana del reborde. El reborde era solamente 1 ½ pulg. y muy denso. Una carga de cerca de 10 kilolibras por pie fue aplicada en la tapa de la pared. La pared soportó un fuego de 2 horas y una prueba subsiguiente de la corriente de la manguera, seguidos por una prueba doble de la carga sin señal de socorro. Debido a que el reborde era solamente 1 ½ pulg., el requisito de transmisión del calor fue excedido para la mayoría de la prueba. Proporcionando mayor espesor o el aislamiento adecuado del reborde, el requisito de transmisión del calor habría sido resuelto además del requisito estructural.

Las pruebas de fuego en columnas de concreto reforzadas han sido conducidas por el PCA y el consejo de investigación nacional de Canadá. Mientras que no se haya conducido ninguna prueba para columnas de concreto pretensado, los resultados de estas pruebas se consideran igualmente aplicables a ellas. 9.3.6 Diseño para la Transmisión del Calor

Según lo observado en la secc. 9.3.4, ASTM E119 impone los criterios de la transmisión del calor para el piso, la azotea, y los montajes de la pared. Así, los pisos, las azoteas, o las paredes que requieren un grado de la resistencia de fuego deben satisfacer los requisitos de transmisión del calor así como los variados criterios estructurales. La resistencia al fuego y la transmisión del calor de una estructura de concreto es esencialmente igual a la estructura de un piso (orientado horizontalmente) o como pared (probada verticalmente). Debido a esto, y a menos que se indicare en forma diferente, la información, que sigue es aplicable a los pisos, a las azoteas, o a las paredes. 9.3.6.1 Losas Individuales o Paneles de Muros

Para las losas de concreto o los paneles de muros, la subida de la temperatura de la superficie no expuesta depende principalmente del espesor y del agregado del concreto. Otros factores menos importantes incluyen el peso de unidad, la condición de la humedad, el contenido de aire, y el tamaño agregado máximo. La relación agua cemento, la resistencia, y la edad del cemento tienen efectos insignificantes.

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Fig.9.3.2 Resistencia al fuego (transmisión del calor) de losas de concreto o de paneles.

La Fig.9.3.2 muestra la resistencia del fuego (transmisión del calor) de losas de concreto según lo influenciado por los tipos de agregado y el espesor. Para una losa, este espesor puede ser obtenido dividiendo el área representativa neta por su ancho. Las curvas representan el aire incluido en el concreto hecho con agregados secos que tienen un tamaño máximo nominal del ¾ pulg. y el fuego probado cuando el concreto estaba en la condición estándar de la humedad (el 75% R.H en la mitad del espesor). En el gráfico, los agregados del concreto se señalan como peso ligero, peso ligero de la arena, el carbonato, o silíceo. Los agregados ligeros incluyen la arcilla, la pizarra, y la pizarra ampliadas que producen los concretos que tienen pesos de unidad del cerca de 95 a 105 pcf. sin el reemplazo de la arena. Los concretos ligeros, en los cuales se utiliza la arena pesa no más que 120 pcf.. Los agregados del carbonato incluyen la piedra caliza y la dolomía, es decir, ésas que consisten principalmente en el carbonato de calcio y/o de magnesio. Los agregados silíceos incluyen la cuarcita, el granito, el basalto, y la mayoría de las rocas duras como la piedra caliza y la dolomía.

168

169

170

9.3.6.2 Pisos, azoteas o paredes hechos con tablero de yeso

La tabla 9.3.1 demuestra la resistencia del fuego de losas de concreto con 5/8 pulg. de cartón yeso, (tipo X) para dos casos: (1) un espacio de aire 6-in. entre el cartón de yeso y la losa, y (2) ningún espacio entre el cartón de yeso y la losa. Los materiales y las técnicas de unir el cartón de yeso deben ser similares a ésos usados en la prueba de la UL en la cual están basados los datos. Tabla 9.3.1 Espesor de las losas de concreto o de los paneles de 5/8 pulgada. Condiciones para proporcionar resistencias de fuego de 2 y 3 horas

171

9.3.6.3 Paneles Acanalados

La transmisión del calor con los paneles acanalados es influenciada por la porción más fina del panel y por el grueso "equivalente" del panel. Aquí, se define el grueso equivalente como el área representativa neta del panel dividido por el ancho de la sección transversal. Al calcular el área representativa neta del panel, las porciones de las costillas que proyectan más allá de dos veces del grueso mínimo, se deben despreciar, según lo demostrado en la Fig. 9.3.7(a). La resistencia del fuego de la transmisión del calor se puede gobernar por el más fino, o por el grueso medio, o por una combinación de los dos. La regla siguiente de las expresiones del pulgar parece dar una guía razonable en cuanto a cuando el grueso medio gobierna: If t ≤ s/4 , resistencia R del fuego gobernado por t y es igual al Rt. If t ≥ s/2 , resistencia R del fuego gobernado por te y es igual al Rte. If s/2 > t > s/4 : R = Rt + (4t/s – 1) (Rte – Rt) Donde: t = mínimo grueso te = grueso equivalente del panel s = espaciamiento de la costilla Y donde la resistencia R del fuego de un panel de concreto y los subíndices t y te relacionan los valores correspondientes de R con el grueso t de la losa de concreto y te, respectivamente. Estas expresiones se aplican a los paneles acanalados, pero para los paneles con surcos extensamente espaciados dan resultados excesivamente bajos. Por lo tanto, el juicio debe ser utilizado al aplicar las expresiones antes dichas. Fig. 9.3.7 Sección transversal de paneles de pared acanalados

172

Ejemplo 9.3.1 Resistencia al fuego de un panel acanalado Dado: La sección de un panel de pared demostrado.

Problema: Estime la resistencia del fuego si el grueso mínimo es 4 pulg. y el grueso equivalente es 4.8 pulg.. Asuma que el panel está hecho de concreto ligero de la arena. Solución: Observando la Fig.9.3.2. t = 4 in., s/2 = 6 in., s/4 = 3 in. Luego, s/2 > 4 > s/4 R = Rt + (4t/s – 1) (Rte – Rt) Rt = Resistencia al fuego del panel ligero de arena de 4 pulg. = 135 minutos. Rte Resistencia al fuego del panel ligero de arena de 4.8 pulg. = 193 minutos R = 135 + (4(4)/12 – 1)(193 – 135) = 154 min. 9.3.6.4 Resistencia de elementos compuestos por mas de un elemento individual

Los pisos y azoteas a menudo consisten en losas bajas de concreto cubiertos además de otros tipos de hormigón o materiales aislantes. Las azoteas además, contienen generalmente materiales usados para techar.

Si se conoce la resistencia al fuego de elementos individuales, la resistencia al fuego de la estructura puede ser estimada de la fórmula: R = ( R1 0.59 + R2 0.59 + … + Rn 0.59) 1.7 (Eq.9.3.1) Donde: R = resistencia al fuego de la estructura en minutos. R1, R2,…, Rn = resistencias al fuego de los elementos individuales en minutos. El siguiente ejemplo ilustra el empleo de esta ecuación.

173

Ejemplo 9.3.2 resistencia de Fuego de una estructura Problema: Determine la resistencia de fuego de una losa de 2 pulg. con agregado silicio de 2 ½ pulg. El peso del concreto con arena corresponde a 115 pcf. Solución: De la Fig. 9.3.2, las resistencias al fuego de 2 pulg. de losa de hormigón y 2 ½ pulg. de agregado silicio del hormigón son 25 minutos y 54 minutos, respectivamente.

R = [(25)0.59+(54)0.59]1.7

R = (6.68+10.52)1.7 = 126 min = 2 hr 6 min.

Tabla 9.3.2 Valores de R de distintos materiales aislantes para usar en Eq. 9.3.1

La tabla 9.3.2 da los valores que pueden ser usados en esta ecuación para ciertos materiales aislantes. Para la transmisión de calor, los materiales usados para techar contribuyen 10 minutos a la resistencia de fuego.

La Eq.9.3.1 tiene ciertos defectos ya que esta no considera la posición de los elementos individuales en relación con la superficie encendida(despedida). También, no es posible directamente obtener las resistencias al fuego de muchos materiales aislantes. Sin embargo, en una serie de pruebas, la fórmula estimó las resistencias al fuego dentro de aproximadamente el 10 % para la mayor parte de las estructuras.

Un informe sobre dos pisos da los resultados de muchas pruebas de fuego. El informe también muestra gráficamente las resistencias al fuego de estructuras que consisten de varios espesores de materiales. Las tablas 9.3.3 a 9.5.5, que están basadas en resultados, pueden ser usadas para estimar el grosor requerido de dos materiales de elementos para distintas resistencias al fuego.

174

9.3.6.5 Paneles Laminados

Algunos paneles de la pared son hechos por laminación de un material aislante entre dos losas de cara de hormigón. Reglamentaciones de construcción requieren que la construcción con elementos combustibles sea especificada, elementos combustibles en paredes serán limitados con el aislamiento termal y una clasificación de extensión de llama de no más que 75 cuando el aislamiento es de arena entre dos capas de materiales no combustibles como el hormigón.

Cuando el aislamiento no es instalado de esta manera, se requiere que ello tenga una extensión de llama de no más de 25. Los datos sobre la llama se extienden de la clasificación disponible de fabricantes de aislamiento.

Una prueba de fuego fue realizada en un panel de 2 pulg.. La losa de hormigón contenía un agregado carbonato de 1 pulg., capa de aislamiento de poliestireno celular de 1 pulg.. La resistencia de fuego era 2 hr obtenida de la Eq.9.3.1. La capa de poliestireno fue calculada para 5 minutos. Esto probablemente va en que la R comparable valora para 1 pulg. La capa de poliestireno celular sería algo mayor que esto para 1 pulg. La capa de poliestireno celular, paro valores de prueba no está disponible. Hasta que datos más definitivos sean obtenidos, se sugiere usar 5 minutos como el valor R para cualquier capa de plástico celular de 1 pulg. o mayor.

Esto debería hacer notar que los plásticos celulares se derriten y son consumidos en aproximadamente 400 a 600 °F. Así, el grosor adicional o cambios de la composición probablemente tienen sólo un efecto menor sobre la resistencia de fuego en paneles laminados. El peligro de vapores tóxicos causados por los plásticos celulares que se queman, prácticamente es eliminado cuando los plásticos son completamente revestidos dentro de paneles de laminación con concretos.

175

Tabla 9.3.3 Espesor de aislamiento de rocío aplicado sobre superficie expuesta al fuego de losas de concreto o paneles para oponerse (resistirse) a transferencia de calor. Tabla 9.3.4 Espesor de ensambles de azotea consistentes de losa de concreto con aislamiento de concretos.

176

Tabla 9.3.5 Espesor de ensambles de azotea que consisten en losas de concreto con aislamiento y materiales usados para techar.

177

La tabla 9.3.6 contiene listas de resistencias al fuego de paneles de laminado con plástico celular, tablas de fibra de cristal, o con aislando de hormigón, usado como el material aislante. Los valores de resistencia al fuego fueron obtenidos utilizando la Eq.9.3.1 9.3.6.6 Tratamiento de Unión entre Paneles de Pared

Las uniones entre paneles de pared deberían ser detalladas para que el paso de la llama o gases calientes sea prevenido, y la transmisión de calor no excede los límites especificados en ASTM E119. El recubrimiento con hormigón de paneles de pared se amplía cuando es calentado, entonces las uniones tienden a cerrarse durante la exposición al fuego. Los materiales no-combustibles que son flexibles, como mantas de fibra de cerámica, proveen aislamiento de la llama, y barreras de humo, y, cuando son usados en la conjunción con materiales que calafatean, ellos pueden proporcionar la estrechez meteorológica necesaria permitiendo movimientos de cambio de volumen normales. Las uniones que no se mueven pueden estar llenas de mortero.

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Tabla 9.3.6 Resistencia al Fuego de Paredes Laminadas Prefabricadas de concreto (basado en Eq. 9.3.1)

Las uniones entre paneles de pared son similares a una apertura. La mayor parte de reglamentaciones de construcción no que requieren que estas uniones sean protegidos contra el fuego, si estas constituyen sólo un pequeño porcentaje del área de la pared.

En otro caso, estas deben ser protegidas, pero la mayor parte de los códigos permiten un grado menor de protección. Por ejemplo, la Reglamentación de Construcción Uniforme requiere que, cuando las aperturas son permitidas y deben ser protegidas, entonces " las aperturas serán protegido por una estructura que permita ¾ hora de protección contra incendios". Donde no se permite ninguna apertura, se debería proporcionar la resistencia al fuego requerida para la pared en las uniones.

La tabla 9.3.7 esta basada en los resultados de las pruebas de fuego de paneles con uniones de extremo y es conservadora en el caso de uniones.

Las uniones entre el piso adyacente prefabricado o elementos de azotea no pueden ser ignorados en el cálculo del grosor de losas de hormigón de al menos 1 ½ pulg.

Donde no es usado ningún encabezamiento de hormigón, el grosor de losa en la unión y las uniones resistentes al fuego deben ser hechas de manera aceptable para la autoridad que tiene la jurisdicción.

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Tabla 9.3.7 Protección de uniones entre paneles de pared que utilizan fibra de cerámica.

9.3.7 Diseño para Integridad Estructural

Esto fue desarrollado luego de muchas pruebas de fuego y relacionando los estudios de investigación que han sido dirigidos hacia un entendimiento del comportamiento estructural de hormigón pretensado expuesto al fuego. La información ganada de aquel trabajo ha conducido al desarrollo de los procedimientos de cálculo que pueden ser usados en lugar de pruebas de fuego. El objetivo de esta sección es de presentar una introducción a estos procedimientos de cálculo.

Como el método de apoyo es el factor más importante que afecta el comportamiento estructural de elementos durante el fuego, la discusión que sigue trata con tres condiciones de apoyo: miembros simplemente apoyados, losas continuas y rayos, y miembros en los que ocurre el refrenamiento a la extensión termal. 9.3.7.1 Miembros Simplemente Apoyados

Asuma que una losa de concreto pretensado simplemente apoyada es expuesta al fuego y que los finales de la losa son libres de girar, y aquella extensión puede ocurrir sin restricción. También, asuma que el refuerzo consiste en barras de acero incubiertos directos localizados cerca del inferior de la losa. Con el lado de abajo de la losa expuesta al fuego, el inferior se ampliará más que la cima, lo que causa que la losa se desvíe hacia abajo; también, la tensión del acero se disminuye lo que podría provocar el derrumbamiento.

En esencia, los esfuerzos de momento aplicados son prácticamente constantes durante la exposición de fuego, pero la capacidad de resistir momento del acero se debilita. La Fig. 9.3.8 ilustra el comportamiento de una losa simplemente apoyada expuesta al fuego desde abajo, como se describió anteriormente. Como la barras son paralelas al eje de la losa, la fuerza de momento de diseño es constante en todas partes de la longitud: φ Mn = φ Aps fps (d - a/2) (Eq.9.3.2)

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fps puede ser determinado de la Fig. 4.10.3 o Eq. 18-3 de la Reglamentación de construcción ACI, ACI 318-89. Si la losa es cargada uniformemente, el diagrama de momento será parabólico con un valor máximo en el centro de : M = W l2 / 8 (Eq.9.3.3) Donde: W = carga muerta más carga viva por unidad de longitud, k/pulg. L = longitud, pulg.

Como la fuerza de los materiales se disminuye con temperaturas elevadas, la fuerza conservada nominal se hace: Mnθ = Aps fpsθ (d-aθ/2) (Eq. 9.3.4)

En el que θ significa los efectos de temperaturas altas. Note que Aps y d no son afectados, pero reducen fps. Asimismo a es reducido, pero generalmente no reducen la fuerza del concreto f'c significativamente en lo alto de la losa debido a su temperatura inferior. La falla puede ser asumida cuando ocurre que se reducen Mnθ a M.

El factor de reducción de fuerza, φ, no es aplicado porque es incluido un factor de seguridad en las posiciones requeridas.

De esta expresión, puede ser visto que la resistencia al fuego depende de la carga aplicada y de las características de temperaturas de fuerza del acero. A su turno, la duración del fuego antes de la temperatura "crítica" del acero es alcanzada dependiendo de la protección que se le dio al refuerzo. Fig. 9.3.8 Diagrama de momento para viga o losa simplemente apoyada

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Para solucionar problemas en las que se aplican las ecuaciones anteriores, es necesario utilizar datos sobre las relaciones de temperaturas de fuerza para el acero y el hormigón, y la información sobre distribuciones de temperaturas dentro de miembros de concreto durante exposiciones de fuego.

La Fig. 9.3.9 muestra las fuerzas de ciertos aceros a temperaturas elevadas, y la Fig. 9.3.10 muestra datos similares para los distintos tipos de hormigón. En las Fig. 9.3.11 y 9.3.12 se muestran datos sobre la distribución de temperaturas en losas de concreto durante pruebas de fuego. Estas figuras también pueden ser usadas para vigas de aproximadamente 10 pulg. Una “u efectiva, " u-, es usado, y corresponde al promedio de las distancias entre los centros de las barras individuales y la superficie cercana expuesta al fuego. Los valores para barras de esquina es reducido para considerar la exposición de los dos lados (visto el ejemplo 9.3.4). El procedimiento no se aplica a barras atadas. Fig. 9.3.9 Relación Esfuerzo-Temperatura para distintos aceros.

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Fig. 9.3.10 Fuerza compresiva del concreto a alta temperatura.

Fig. 9.3.11 Temperatura dentro de losas de concreto o paneles durante pruebas de fuego – peso normal del concreto

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Fig. 9.3.12 Temperatura dentro de losas de concreto o paneles durante pruebas de fuego – concreto de peso ligero 9.3.7.2 Elementos continuos

Los elementos continuos sufren cambios de esfuerzo cuando se exponen al fuego. Estos esfuerzos son resultado de gradientes de temperaturas dentro de los miembros estructurales, o cambios de la fuerza de los materiales en temperaturas altas, o ambos. La Fig. 9.3.13 muestra una viga continuo de dos palmos cuyo lado de abajo es expuesto al fuego. El inferior de la viga se hace más caliente que la cima y tiende a ampliar mas que la cima. Este efecto diferencial de temperaturas causa en los extremos de la viga que se tiendan a levantar de su apoyo. Esta acción termina en una redistribución de momentos, esto es, el momento negativo aumenta en los apoyo mientras que el momento positivo disminuye.

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Fig. 9.3.13 Diagrama de momento para una viga continua de dos tramos

Durante un incendio, el refuerzo de momento negativo (Fig. 9.3.13) permanece mas frío que el refuerzo de momento positivo porque este es mejor protegido del fuego. La redistribución que ocurre es suficiente para causar la falla del refuerzo de momento negativo. Así, un aumento relativamente grande del momento negativo puede ser acomodado en todas partes de la prueba. La disminución del refuerzo de momento positivo puede ser expuesto a altas temperaturas lo que podría provocar el colapso. Por lo tanto, la resistencia al fuego de un hormigón continuo es generalmente considerablemente más largo que él de una viga simplemente apoyado que tiene la misma cubierta y las mismas cargas aplicadas. Es posible diseñar el refuerzo en una viga continua o losa durante un período de resistencia de fuego particular. De la Fig. 9.3.13 se pueden esperar que la viga colapse cuando se reduce la capacidad de momento positivo, M+nq al valor del máximo momento positivo redistribuido en una distancia x1 del apoyo externo.

La Fig. 9.3.14 muestra viga o la losa continuo uniformemente cargada, fija en un apoyo y simplemente apoyado en el otro. También muestra el diagrama de momento redistribuido aplicado en el colapso. Esto puede ser visto en el punto de momento positivo, x1.

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wlMlX ne

−

−=21 (Eq. 9.3.5)

Con X = X2, Mx = 0 and X2 = 2x1

wlMX n

−

= θ20 (Eq. 9.3.6)

22

2 22 wl

MwlwlM n

−− ±= θθ (Eq. 9.3.7)

Fig. 9.3.14 Carga uniformemente continua al miembro en un apoyo

En la mayor parte de los casos, la redistribución de momentos ocurre temprano durante

el curso de un incendio y se puede esperar que el refuerzo de momento negativo ceda antes de que los efectos del fuego hayan reducido la capacidad de momento negativo. En tales casos, la longitud de x0 es aumentada, esto es, el punto de inflexión se mueve hacia el apoyo simple. Si la inflexión señala movimientos más allá del punto donde la tensión de barra no puede ser desarrollada en el refuerzo de momento negativo, puede ocurrir una falla repentina. La Fig. 9.3.15 muestra una viga o losa simétrica en la que los momentos de los extremos son iguales.

+− −= θθ nn MwlM8

2

(Eq. 9.3.8)

+= θnMwX8

22 (Eq. 9.3.9)

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wMX n

+

= θ82 (Eq. 9.3.10)

)(21

20 XlX −= (Eq. 9.3.11)

wMl n

+

−= θ821

2

Para determinar el valor máximo de x0, el valor de w debería ser la carga de servicio mínima esperada, y( w l2 / 8-M-n) debería ser substituido a M+nθ en Eq. 9.3.11. Durante cualquier período de resistencia al fuego dado, el valor de M+nq puede ser calculado según los procedimientos dados en la Secc. 9.3.7. Entonces el valor de M-n puede ser calculado utilizando Eqs. 9.3.7 o 9.3.8 y las longitudes el necesarias del refuerzo de momentos negativo pueden ser determinadas de Eqs. 9.3.6 o 9.3.11. El uso de estas ecuaciones es ilustrado en el Ejemplo 9.3.5.

Debería ser notado que la cantidad de redistribución de momento que puede ocurrir es dependiente de la cantidad de refuerzo de momento negativo. Las pruebas claramente han demostrado que en la mayor parte de los casos el refuerzo de momento negativo cederá, entonces la capacidad de momento negativa será alcanzada rápidamente durante una prueba de fuego, independientemente de la carga aplicada.

El diseñador debe tener cuidado para asegurar que un tipo secundario de falla no ocurra. Para evitar una falla de compresión en la región de momento negativa, la cantidad de refuerzo de momento negativo debería ser bastante pequeña para que wθ = As fyθ/bθ dθ f'cθ sea menos de 0.30, antes y después de la reducción de fy, b, d y f'c. Además, las barras de momento negativo deben ser bastante largas para acomodar el momento completo redistribuido y el cambio de los puntos de inflexión.

Debería ser notado que la peor condición ocurre cuando la carga aplicada es la más pequeña, como la carga muerta más parcial o ninguna carga viva. Se recomienda que al menos el 20 % del refuerzo de momento máximo negativo en todas partes supere el tramo. Fig. 9.3.15 Carga simétrica uniforme distribuida sobre miembro continuo en ambos apoyos

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9.3.7.3 Miembros restringidos contra la extensión termal

Si se aplica fuego por la parte inferior de una losa de hormigón reforzada la parte acalorada tenderá a ampliar y empujar contra la parte circundante de la losa. A su turno, la parte no calentada de la losa ejerce la fuerza compresiva, o el empuje, el que va disminuyendo producto de las propiedades mecánicas de los cambios de temperatura del concreto. Este empuje generalmente es bastante grande lo que aumenta la resistencia al fuego considerablemente. El refrenamiento afecta a la extensión termal y puede ser caracterizado como se muestra en la Fig. 9.3.16. El empuje termal actúa en una manera similar a una fuerza de presión externa, que, en efecto, aumenta la capacidad de momento positivo.

El aumento de la capacidad de momento que se logra es similar al efecto de refuerzo adicional localizado a lo largo de la línea de acción del empuje. Puede ser asumido que el refuerzo adicional tiene una fuerza de producción igual al empuje. Por este acercamiento, es posible determinar la magnitud y la posición del empuje requerido para proporcionar una resistencia de fuego dada.

La explicación anterior es enormemente simplificada porque en realidad el refrenamiento es bastante complejo, y puede ser comparado con el comportamiento de un miembro flexural sujetado a una fuerza axial.

La interacción hace el diagrama similar a aquellos para columnas y pueden ser construidos para una sección transversal dada en una etapa particular de un incendio, por ejemplo, 2 hr de una exposición de fuego estándar. Las indicaciones de ASTM E119 dado para determinar las condiciones de refrenamiento son útiles para objetivos de anteproyecto. Existen casos en que la resistencia al fuego es gobernada por la transmisión de calor más bien que por consideraciones estructurales en los cuales la magnitud y la posición del empuje es generalmente sólo de interés académico. 9.3.7.4 Resistencia de Corte

Muchas pruebas del fuego se han desarrollado en elementos de concreto reforzados o pretensados simplemente apoyados así como en los elementos en los cuales la restricción a la extensión termal ocurrió. Las fallas por corte no ocurrieron en ninguna de estas pruebas. Debe ser observado que cuando las vigas que son continuas sobre un apoyo (por ejemplo como se muestra en la Fig. 9.3.13) se exponen al fuego, el momento y el corte aumenta en el interior del apoyo. Tal redistribución de momento y de corte da lugar a condiciones severas. Sin embargo, de las variadas pruebas del fuego de vigas de concreto reforzadas en las cuales esa condición fue simulada, la falta ocurrió solamente en una viga.

En esta prueba, el refuerzo de corte era inadecuado, uniforme para las condiciones de carga del servicio sin fuego, según lo juzgado por los requisitos de corte de ACI 318-89. Así, aparece como dato de prueba disponible que los elementos que se diseñan para la fuerza de corte de acuerdo con ACI 318-89 se comportarán satisfactoriamente en situaciones de fuego, es decir, no ocurrirá la falla prematura debido a una falta de refuerzo de corte. 9.3.8 Protección de Conexiones

Muchos tipos de conexiones en la construcción de concreto prefabricado no son vulnerables a afectos del fuego, y por lo tanto, no requiera ningún tratamiento especial. Por ejemplo, el tipo conexiones de gravedad, tal como ocurre entre paneles de concreto

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prefabricado y los pies o las vigas concretos que los apoyan, no requieren generalmente protección especial contra los incendios.

Si los paneles se reclinan sobre los cojines elastoméricos u otros materiales combustibles, la protección de los cojines no es generalmente necesaria porque el deterioro de los cojines no causará derrumbamiento. Las conexiones que se pueden debilitar por el fuego y de tal modo comprometer la capacidad de carga de la estructura se deben proteger al mismo grado que la requerida para el miembro apoyado. Por ejemplo, un soporte de acero expuesto que apoya un panel o una viga del spandrel será debilitado por el fuego y podrá fallar haciendo el panel o la viga derrumbarse. Tal soporte debe ser protegido. La cantidad de protección depende (a) del cociente de la tensión-fuerza en el acero a la hora del fuego y (b) de la intensidad y de la duración del fuego. El espesor de los materiales de la protección requeridos será mayor dependiendo del aumento de la severidad del fuego y del nivel de tensión.

Fig. 9.3.16 Viga longitudinalmente restringida durante la exposición del fuego.

La Fig. 9.3.17 demuestra el espesor de los distintos materiales comúnmente usados en la protección contra los incendios requeridos para la resistencia del fuego hasta 4 horas. Los valores demostrados se basan en una temperatura de acero crítica de 1000ºF, es decir, un cociente de la fuerza de la tensión (fs/fy) de el cerca de 65%. Los valores en la Fig.9.3.17 (b) son aplicables para concreto o mortero seco de paquete, en el caso de uso de acero estructural como soporte. 9.3.9 Cubiertas de Columnas de Concreto Prefabricado

Las columnas de acero son a menudo revestidas con los paneles o las cubiertas de concreto prefabricado por razones arquitectónicas. Tales cubiertas también proporcionan protección contra los incendios. La Fig. 9.3.18 muestra que la relación entre el espesor de la columna de concreto y la resistencia del fuego para las distintas secciones de acero de la

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columna. Las resistencias al fuego demostradas se basan en una relación empírica desarrollada por Lie y Harmathy. Los autores antedichos también encontraron que el espacio de aire entre la base de acero y las cubiertas de la columna hacen solamente un pequeño efecto en la resistencia del fuego. Un espacio de aire aumentará probablemente la resistencia del fuego pero solamente en una cantidad insignificante. La mayoría de las cubiertas de la columna de concreto prefabricado están a 3 pulg. o más, pero algunas están 2 1/2 adentro. De Fig. 9.3.18, puede ser visto que las cubiertas de la columna de concreto prefabricado pueden calificar la columna para resistencias al fuego por lo menos 2 1/2 hora, y generalmente más de 3 horas. Para las secciones de acero de columna distintas a las demostradas la interpolación entre las curvas generalmente da resultados razonables.

Por ejemplo, la resistencia al fuego para una columna gruesa de 3 pulg. cubierta de concreto de peso normal para una columna de acero de tubo de 8 x 8 x ½ pulg. será cerca de 3 horas 20 minutos (el peso de la sección es 47.35 libras por el pie).

Las cubiertas de la columna del concreto prefabricado (Fig. 9.3.19) se hacen en varias formas tales como (a) cuatro paneles planos con extremo o empalmes juntados con junta a inglete que quedan juntos para incluir la columna de acero, (b) cuatro unidades en forma de L, (c) dos unidades en forma de L, (d) dos unidades en forma de U, y (e) y (f) las unidades en forma de U y los paneles planos del encierro. El tipo (a) sería probablemente el más vulnerable durante la exposición del fuego, mientras que el tipo (f) sería probablemente el menos vulnerable. Hay, por supuesto, muchas combinaciones para acomodar columnas aisladas, columnas de esquina, y paredes de columna.

Para ser completamente eficaz las cubiertas de la columna deben permanecer en un lugar sin distorsión severa. Muchos tipos de conexiones se utilizan para llevar a cabo las cubiertas de la columna. Algunas conexiones consisten en los ángulos apernados o soldados con autógena a las tapas y a los fondos de las cubiertas. Otros consisten en placas de acero en las cubiertas que se sueldan con autógena a los ángulos, a las placas, o a otras formas que, alternadamente, se suelden con autógena o se apernen a la columna de acero. En cualquier caso, las conexiones se utilizan sobre todo para colocar las cubiertas de la columna pues tales no se tensionan altamente. Consecuentemente, los límites de temperatura no necesitan ser aplicados al acero en la mayoría de las conexiones de la cubierta de la columna.

Si están restringidos, parcialmente o completamente, los paneles de concreto tienden a desviarse o arquearse cuando están expuestos al fuego. Las cubiertas de la columna tenderán a bombearse en el medio que tiende así a abrir boquetes a lo largo de los lados. El tamaño de boquete disminuye cuando el espesor del panel aumenta. Con L, C, o los paneles en forma de U, el tamaño de boquete se reduce más a fondo. El tamaño de boquete se puede reducir al mínimo para las conexiones en el centro. En algunos casos, traslapar los empalmes puede ser utilizado para reducir al mínimo los efectos de aberturas comunes.

Los empalmes se deben sellar de tal manera de prevenir el paso de la llama a la columna de acero. Un material incombustible tal como mortero de arena-cemento o manta de cerámica de fibra se puede utilizar para sellar el empalme. Las cubiertas de la columna de concreto prefabricado deben ser instaladas de manera que, si se exponen al fuego, no sean restringidas verticalmente. A medida que se calientan las cubiertas tienden a ampliarse. Las conexiones deben acomodar tales recomendaciones sin someter la cubierta a cargas adicionales. Los materiales compresibles resistentes de fuego, tales como fibra mineral, se pueden utilizar para sellar las tapas o las bases de las cubiertas de la columna, así permitiendo que las cubiertas de la columna se amplíen.

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Fig. 9.3.17 Espesor de los materiales de protección que se aplicó en las conexiones Fig. 9.3.18 Resistencia al fuego de las columnas de acero produjo la protección a las cubiertas de concreto de las columnas

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9.3.10 Código y Consideraciones Económicas

Un aspecto importante de ocuparse en la resistencia al fuego, es entender cuáles son las ventajas al dueño de un edificio, la selección apropiada de los materiales incorporados en su estructura. Estas ventajas caen en dos áreas: códigos y economía. Los códigos de edificio son los leyes que se deben satisfacer sin importar cualquier otra consideración, y la manera de la cual se alcanza la aceptación de los requisitos del código se explica en las páginas precedentes.

El diseñador, representando al dueño, no tiene ninguna opción en las regulaciones del código, sólo en los materiales que resuelven estas regulaciones. Las ventajas económicas asociadas a resistencia de fuego creciente se deben considerar por el equipo del diseñador /del dueño cuando las decisiones se toman en el sistema estructural. La consideración apropiada para la construcción resistente al fuego con un análisis de coste de ciclo vital, proporcionará las ventajas económicas del dueño sobre otros tipos de construcción en muchas áreas; un coste más bajo del seguro, un área gruesa permisible más grande bajo ciertos tipos de construcción de edificios, valor creciente para los propósitos del préstamo, términos de hipotecas más largos, y un valor mejor de la reventa.

Para asegurar a un dueño de la mejor vuelta en su inversión, debe ser preparado un análisis de coste del ciclo vital que usa la construcción resistente de fuego. Más allá de las consideraciones teóricas está la historia del funcionamiento excelente del concreto pretensado en incendios reales. Se ha mantenido la integridad estructural, los fuegos se contienen en el área del origen, y, en muchos casos, las reparaciones consisten solamente en terminaciones, conduciendo rápidamente la reocupación de la estructura. Fig. 9.3.19 Tipos de cubiertas de columna de concreto prefabricado

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9.3.10 Referencias

1. “Floor and Ceilling Assembly Consisting of Prestressed, Precast Concrete Double Tee Units with a Wallboard Ceiling” File R1319-131, Febrero 21, 1973, Underwriters Laboratories, Inc., Northbrook, IL.

2. Abrams, M.S. and Gustaferro, A.H., “Fire Endurance of two – course floors and roofs”,

Journal of the American Concrete Institute,V.66., No.2, Febrero 1969.

3. Gustaferro A.H. and Abrams M.S., “Fire Test of Joints Between Precast Concrete Wall Panels : Effect of Various Joint Treatments”, PCI Journal, V.20, No.5, Septiembre-Octubre 1975.

4. “Design for Fire Resistance of Precast Prestressed Concrete”, Second Edition, MNL-124-

89, Precast / Prestressed Concrete Institute, Chicago, IL, 1971.

5. Abrams M.S., Gustaferro A.H. and Salse, E.A.B., “Fire Test of Concrete Joist Floors and Roofs” , RD 006B, Portland Cement Association , Skokie, IL, 1971.

6. “Fire Endurance of Continuous Reinforced Concrete Beams”, RD 072B, Portland Cement

Association , Skokie, IL.

7. Lie. T.T. and Harmathy , T.Z., “Fire Endurance of Concrete Protected Steel Columns”, Journal of the American Concrete Institute, V.71, No.1, Enero, 1974.

8. Lie. T.T., “Contribution of Insulation in Cavity Walls to Propagation of Fire”, Fire Study

No.29, Division of Building Research, National Research Council of Canada, Ottawa, Ontario, Canada.

9. “Fire Resistance Directory”, Underwriters Laboratories, Inc., Northbrook, IL.

10. “Reinforced Concrete Fire Resistance”, Concrete Reinforcig Steel Institute, Schaumburg,

IL, 1980.

11. “Buildong Code Requirements for Reinforced Concrete”, ACI 318-89, and “Commentary”, ACI 318R-89, American Concrete Institute, Detroit, MI, 1989.

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