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COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE LA MADERA EN FLOR MORADO, EL ACERO LAMINADO Y EL CONCRETO DE 3000 PSI FRENTE AL FUEGO
JHON EDISON LADINO GUERRERO
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL VILLAVICENCIO
2018
COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE LA MADERA EN FLOR MORADO, EL ACERO LAMINADO Y EL CONCRETO DE 3000 PSI FRENTE AL FUEGO
JHON EDISON LADINO GUERRERO
Análisis sistemático de la literatura para optar el título de Ingeniero Civil
Asesor Metodológico JEISON ARANGO CARRILLO
Esp. Ingeniero Electrónico
Asesor Técnico VICTOR MAURICIO TREJOS CALVO
Esp. Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA
PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL VILLAVICENCIO
2018
3
Nota de aceptación: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________ Jurado ______________________________ Jurado
Villavicencio, 15 noviembre de 2018
4
CONTENIDO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ 9
LISTA DE TABLAS ................................................................................................ 11
LISTA DE GRÁFICAS ............................................................................................ 13
GLOSARIO ............................................................................................................ 15
RESUMEN ............................................................................................................. 18
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 19
OBJETIVOS ........................................................................................................... 20
1. LA MADERA EN FLOR MORADO, EL CONCRETO DE 3.000 PSI Y EL
ACERO LAMINADO COMO MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ....................... 21
1.1. MADERA EN FLOR MORADO ................................................................. 21
1.1.1. Partes del tronco de un árbol ............................................................. 22
1.1.1.1. Corteza externa. .......................................................................... 22
1.1.1.2. Corteza interna. ........................................................................... 22
1.1.1.3. Cámbium. .................................................................................... 22
1.1.1.4. Albura. ......................................................................................... 22
1.1.1.5. Duramen. ..................................................................................... 23
1.1.1.6. Núcleo ......................................................................................... 23
1.1.2. Características de la madera. ............................................................ 23
1.1.2.1. Propiedades físicas. .................................................................... 23
1.1.2.2. Propiedades mecánicas. ............................................................. 24
1.1.3. Uso de la madera en flor morado. ...................................................... 25
1.2. CONCRETO DE 3.000 PSI ....................................................................... 25
1.2.1. Componentes del concreto. ............................................................... 26
1.2.2. Tipos de concreto. .............................................................................. 26
1.2.3. Diseño de mezcla concreto 3.000 PSI, según ACI 211.1. .................. 27
1.2.4. Características del concreto. .............................................................. 34
1.2.4.1. Propiedades físicas. .................................................................... 34
1.2.4.2. Propiedades mecánicas. ............................................................. 35
5
1.2.5. Uso del concreto reforzado. ............................................................... 35
1.3. ACERO LAMINADO ................................................................................. 35
1.3.1. Clasificación del acero. ...................................................................... 36
1.3.2. Características del acero. ................................................................... 37
1.3.2.1. Propiedades físicas del acero. ..................................................... 37
1.3.2.2. Propiedades mecánicas del acero. .............................................. 38
1.3.3. Usos del acero laminado. ................................................................... 39
2. COMPORTAMIENTO DE LA MADERA EN FLOR MORADO, EL CONCRETO
DE 3.000 PSI Y EL ACERO LAMINADO FRENTE AL FUEGO ............................. 39
2.1. FÍSICA Y QUÍMICA DEL FUEGO ............................................................. 40
2.1.1. Fuego. ................................................................................................ 40
2.1.2. Triangulo del fuego. ............................................................................ 40
2.1.3. Tetraedro del fuego. ........................................................................... 41
2.1.4. Métodos de propagación del fuego. ................................................... 42
2.1.5. Fases del incendio estructural. ........................................................... 43
2.1.6. Fenómenos físico químicos de los incendios estructurales. ............... 46
2.2. COMPORTAMIENTO DE LA MADERA FRENTE AL FUEGO ................. 48
2.2.1. Factores que influyen en la combustión de la madera. ...................... 49
2.2.2. Reacción de la madera frente al fuego. .............................................. 50
2.3. COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO FRENTE AL FUEGO ............... 53
2.3.1. Reacción del concreto frente al fuego. ............................................... 55
2.3.2. Propiedades protectoras y de seguridad del concreto. ...................... 58
2.4. COMPORTAMIENTO DEL ACERO FRENTE AL FUEGO ....................... 58
2.4.1. Reacción del acero frente al fuego. .................................................... 59
3. DESARROLLO Y RECOPILACIÓN DE RESULTADOS EN LA MADERA EN
FLOR MORADO, EL ACERO LAMINADO Y EL CONCRETO DE 3000 PSI
FRENTE AL FUEGO ............................................................................................. 63
3.1. DESARROLLO DE LAS PRUEBAS.......................................................... 63
3.1.1. Materiales, equipos y elementos para el desarrollo de la prueba. ..... 63
3.1.2. Descripción del desarrollo de la prueba. ............................................ 67
6
3.1.2.1. Muestras ...................................................................................... 67
3.1.2.2. Estufa artesanal ........................................................................... 68
3.1.2.3. Medición de temperatura. ............................................................ 70
3.1.2.4. Peso de las muestras .................................................................. 70
3.1.2.5. Prueba del esclerómetro. ............................................................. 70
3.1.2.6. Fallado de muestras .................................................................... 71
3.2. RECOPILACIÓN DE RESULTADOS........................................................ 72
3.2.1. Prueba de temperatura. ..................................................................... 72
3.2.1.1. Madera. ....................................................................................... 72
3.2.1.2. Concreto. ..................................................................................... 80
3.2.1.3. Acero. .......................................................................................... 86
3.2.2. Peso de las muestras. ........................................................................ 90
3.2.2.1. Madera ........................................................................................ 90
3.2.2.2. Concreto ...................................................................................... 91
3.2.2.3. Acero. .......................................................................................... 91
3.2.3. Prueba a compresión (esclerómetro). ................................................ 91
3.2.3.1. Madera. ....................................................................................... 92
3.2.3.2. Concreto. ..................................................................................... 92
3.2.3.3. Acero. .......................................................................................... 93
3.2.4. Prueba de fallado de vigas. ................................................................ 94
3.2.4.1. Madera. ....................................................................................... 94
3.2.4.2. Concreto. ..................................................................................... 95
3.2.4.3. Acero. .......................................................................................... 96
4. ANALISIS DE LOS DATOS RECOPILADOS .................................................. 97
4.1. PRUEBA DE TEMPERATURA ................................................................. 97
4.1.1. Madera ............................................................................................... 97
4.1.1.1. Elementos expuestos a temperatura alta durante 15 minutos. .... 97
4.1.1.2. Elementos expuestos a temperatura alta durante 30 minutos. .... 98
4.1.1.3. Elementos expuestos a temperatura alta durante 45 minutos. .... 99
4.1.1.4. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora. ......... 100
7
4.1.1.5. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora y 15
minutos. 101
4.1.1.6. Promedio de las muestras de madera en la prueba de fuego. .. 102
4.1.2. Concreto ........................................................................................... 105
4.1.2.1. Elementos expuestos a temperatura alta durante 15 minutos. .. 105
4.1.2.2. Elementos expuestos a temperatura alta durante 30 minutos. .. 106
4.1.2.3. Elementos expuestos a temperatura alta durante 45 minutos. .. 107
4.1.2.4. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora. ......... 108
4.1.2.5. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora y 15
minutos. 109
4.1.2.6. Promedio de las muestras de concreto en la prueba de fuego. . 110
4.1.3. Acero ................................................................................................ 112
4.1.3.1. Elementos expuestos a temperatura alta durante 15 minutos. .. 112
4.1.3.2. Elementos expuestos a temperatura alta durante 30 minutos. .. 113
4.1.3.3. Elementos expuestos a temperatura alta durante 45 minutos. .. 114
4.1.3.4. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora. ......... 115
4.1.3.5. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora y 15
minutos. 116
4.1.3.6. Promedio de las muestras de concreto en la prueba de fuego. . 117
4.2. PRUEBAS ESCLEROMETRO ................................................................ 120
4.2.1. Madera ............................................................................................. 120
4.2.2. Concreto ........................................................................................... 122
4.2.3. Acero. ............................................................................................... 123
4.3. PRUEBAS FLEXIÓN DE VIGAS ............................................................ 125
4.3.1. Madera. ............................................................................................ 125
4.3.2. Concreto ........................................................................................... 126
4.3.3. Acero. ............................................................................................... 128
4.4. ANALISIS COMPARATIVO DE LAS MUESTRAS .................................. 128
4.4.1. Prueba de fuego ............................................................................... 128
4.4.2. Prueba de compresión. .................................................................... 130
8
4.4.3. Prueba de flexión ............................................................................. 132
CONCLUSIONES ................................................................................................ 135
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 137
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Partes del tronco de un árbol. 22
Figura 2. Triangulo del fuego. 40
Figura 3. Tetraedro del fuego. 42
Figura 4. Conducción. 42
Figura 5. Convección. 43
Figura 6. Radiación. 43
Figura 7. Fase incipiente. 44
Figura 8. Fase de libre combustión. 44
Figura 9. Fase latente o arder sin llamas. 45
Figura 10. Flashover. 46
Figura 11. Backdraft. 47
Figura 12. Flameover. 47
Figura 13. Comportamiento de la madera expuesta a una fuente de ignición. 48
Figura 14. Cambios de la madera por acción del fuego. 49
Figura 15. Madera expuesta a temperatura menor a 100 °C. 51
Figura 16. Madera expuesta a temperatura de 100 a 270 °C. 51
Figura 17. Madera expuesta a temperatura de 270 a 350 °C. 52
Figura 18. Madera expuesta a temperatura mayor a 350 °C. 52
Figura 19. Madera expuesta a temperatura mayor a 450 °C. 53
Figura 20. Concreto expuesto a temperaturas de 200 a 300 °C. 55
Figura 21. Concreto expuesto a temperaturas de 300 a 400 °C. 56
Figura 22. Concreto expuesto a temperaturas de 400 a 600 °C. 56
Figura 23. Concreto expuesto a temperaturas de 600 a 950 °C. 57
Figura 24. Concreto expuesto a temperaturas de 950 a 1200 °C. 57
Figura 25. Acero expuesto a temperaturas de 400 a 500 °C. 60
Figura 26. Acero expuesto a temperaturas de 500 a 600 °C. 60
Figura 27. Acero expuesto a temperaturas de 600 a 700 °C. 61
Figura 28. Acero expuesto a temperaturas de 700 a 1200 °C. 61
Figura 29. Acero expuesto a temperaturas mayores a 1200 °C. 62
Figura 30. Estufa artesanal. 63
Figura 31. Cilindro de gas. 64
Figura 32. Medidor de temperatura. 64
Figura 33. Muestras madera. 65
Figura 34. Muestras concreto. 65
Figura 35. Muestras acero. 66
Figura 36. Maquina fallado de vigas. 66
10
Figura 37. Esclerómetro. 67
Figura 38. Balanza digital. 67
Figura 39. Dimensiones de las muestras. 68
Figura 40. Muestras demarcadas. 68
Figura 41. Estufa artesanal regulada en llama. 69
Figura 42. Temperatura de la llama. 69
Figura 43. Posicionamiento de las muestras. 70
Figura 44. Prueba esclerómetro. 71
Figura 45. Posicionamiento fallado de vigas. 71
Figura 46. Madera expuesta a 15 minutos. 73
Figura 47. Madera expuesta a 30 minutos. 74
Figura 48. Madera expuesta a 45 minutos. 76
Figura 49. Madera expuesta a 1 hora. 78
Figura 50. Madera expuesta a 1 hora y 15 minutos. 80
Figura 51. Concreto expuesto a 15 minutos. 81
Figura 52. Concreto expuesto a 30 minutos. 82
Figura 53. Concreto expuesto a 45 minutos. 83
Figura 54. Concreto expuesto a 1 hora. 84
Figura 55. Concreto expuesto a 1 hora y 15 minutos. 85
Figura 56. Acero expuesto a 15 minutos. 86
Figura 57. Acero expuesto a 30 minutos. 87
Figura 58. Acero expuesto a 45 minutos. 88
Figura 59. Acero expuesto a 1 hora. 89
Figura 60. Acero expuesto a 1 hora y 15 minutos. 90
Figura 61. Prueba de esfuerzo a compresión madera. 92
Figura 62. Prueba de esfuerzo a compresión concreto. 93
Figura 63. Prueba de esfuerzo a compresión acero. 94
Figura 64. Prueba de flexión madera. 95
Figura 65. Prueba de flexión concreto. 96
11
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Propiedades físicas de la madera en flor morado. 24
Tabla 2. Propiedades mecánicas de la madera en flor morado. 25
Tabla 3. Selección de asentamiento. 27
Tabla 4. Cantidad de agua recomendada, en kg por m³. 28
Tabla 5. Esfuerzo promedio requerido a compresión cuando existen más de 30
datos registrados. 29
Tabla 6. Esfuerzo promedio requerido a compresión cuando existen de 15 a 29
datos registrados. 30
Tabla 7. Esfuerzo promedio requerido a compresión cuando existen menos de 15
datos registrados. 30
Tabla 8. Relación agua/cemento. 30
Tabla 9. Propiedades físicas del concreto. 35
Tabla 10. Propiedades mecánicas del concreto. 35
Tabla 11. Propiedades físicas del acero. 38
Tabla 12. Propiedades mecánicas del acero. 39
Tabla 13. Madera expuesta a 15 minutos frente al fuego. 72
Tabla 14. Madera expuesta a 30 minutos frente al fuego. 73
Tabla 15. Madera expuesta a 45 minutos frente al fuego. 75
Tabla 16. Madera expuesta a 1 hora frente al fuego. 77
Tabla 17. Madera expuesta a 1 hora y 15 minutos frente al fuego. 78
Tabla 18. Concreto expuesto a 15 minutos frente al fuego. 81
Tabla 19. Concreto expuesto a 30 minutos frente al fuego. 81
Tabla 20. Concreto expuesto a 45 minutos frente al fuego. 82
Tabla 21. Concreto expuesto a 1 hora frente al fuego. 83
Tabla 22. Concreto expuesto a 1 hora y 15 minutos frente al fuego. 84
Tabla 23. Acero expuesto a 15 minutos frente al fuego. 86
Tabla 24. Acero expuesto a 30 minutos frente al fuego. 86
Tabla 25. Acero expuesto a 45 minutos frente al fuego. 87
Tabla 26. Acero expuesto a 1 hora frente al fuego. 88
Tabla 27. Acero expuesto a 1 hora y 15 minutos frente al fuego. 89
Tabla 28. Peso de la madera. 90
Tabla 29. Peso del concreto. 91
Tabla 30. Peso del acero. 91
Tabla 31. Prueba a compresión de la madera. 92
Tabla 32. Prueba a compresión del concreto. 92
Tabla 33. Prueba a compresión del acero. 93
12
Tabla 34. Fallado de vigas de la madera. 94
Tabla 35. Fallado de vigas del concreto. 95
Tabla 36. Resultados temperatura de la madera durante 15 minutos. 97
Tabla 37. Resultados temperatura de la madera durante 30 minutos. 98
Tabla 38. Resultados temperatura de la madera durante 45 minutos. 99
Tabla 39. Resultados temperatura de la madera durante 1 hora. 100
Tabla 40. Resultados temperatura de la madera durante 1 hora y 15 minutos. 101
Tabla 41. Resultados del promedio total de la madera. 103
Tabla 42. Resultados temperatura del concreto durante 15 minutos. 105
Tabla 43. Resultados temperatura del concreto durante 30 minutos. 106
Tabla 44. Resultados temperatura del concreto durante 45 minutos. 107
Tabla 45. Resultados temperatura del concreto durante 1 hora. 108
Tabla 46. Resultados temperatura del concreto durante 1 hora y 15 minutos. 109
Tabla 47. Resultados del promedio total del concreto. 110
Tabla 48. Resultados temperatura del acero durante 15 minutos. 112
Tabla 49. Resultados temperatura del acero durante 30 minutos. 113
Tabla 50. Resultados temperatura del acero durante 45 minutos. 114
Tabla 51. Resultados temperatura del acero durante 1 hora. 115
Tabla 52. Resultados temperatura del acero durante 1 hora y 15 minutos. 116
Tabla 53. Resultados promedio total del acero. 118
Tabla 54. Resultados a compresión de la madera. 120
Tabla 55. Resultados a compresión del concreto. 122
Tabla 56. Resultados a compresión del acero. 123
Tabla 57. Resultados a flexión de la madera. 125
Tabla 58. Resultados a compresión del concreto. 126
Tabla 59. Análisis exposición al fuego madera – concreto - acero. 128
Tabla 60. Análisis esfuerzo a compresión madera – concreto - acero. 130
Tabla 61. Análisis esfuerzo a flexión madera - concreto. 133
13
LISTA DE GRÁFICAS
Gráfica 1. Resultados temperatura de la madera durante 15 minutos. 98
Gráfica 2. Resultados temperatura de la madera durante 30 minutos. 99
Gráfica 3. Resultados temperatura de la madera durante 45 minutos. 100
Gráfica 4. Resultados temperatura de la madera durante 1 hora. 101
Gráfica 5. Resultados temperatura de la madera durante 1 hora y 15 minutos. 102
Gráfica 6. Resultados promedio total de la madera. 103
Gráfica 7. Porcentaje aumento de temperatura de la madera. 104
Gráfica 8. Porcentaje diferencia de temperatura de la madera. 104
Gráfica 9. Resultados temperatura del concreto durante 15 minutos. 105
Gráfica 10. Resultados temperatura del concreto durante 30 minutos. 106
Gráfica 11. Resultados temperatura del concreto durante 45 minutos. 107
Gráfica 12. Resultados temperatura del concreto durante 1 hora. 108
Gráfica 13. Resultados temperatura del concreto durante 1 hora y 15 minutos. 109
Gráfica 14. Resultados promedio total del concreto. 111
Gráfica 15. Porcentaje aumento temperatura del concreto. 111
Gráfica 16. Resultados diferencia temperatura del concreto. 112
Gráfica 17. Resultados temperatura del acero durante 15 minutos. 113
Gráfica 18. Resultados temperatura del acero durante 30 minutos. 114
Gráfica 19. Resultados temperatura del acero durante 45 minutos. 115
Gráfica 20. Resultados temperatura del acero durante 1 hora. 116
Gráfica 21. Resultados temperatura del acero durante 1 hora y 15 minutos. 117
Gráfica 22. Resultados promedio total del acero. 119
Gráfica 23. Resultados porcentaje aumento temperatura del acero. 119
Gráfica 24. Porcentaje diferencia temperatura del acero. 120
Gráfica 25. Resultados a compresión de la madera. 121
Gráfica 26. Comparación esfuerzo a compresión de la madera. 121
Gráfica 27. Resultado a compresión del concreto. 122
Gráfica 28. Comparación esfuerzo a compresión del concreto. 123
Gráfica 29. Resultado esfuerzo a compresión del acero. 124
Gráfica 30. Comparación esfuerzo a compresión del acero. 124
Gráfica 31. Comparación resultado a flexión de la madera. 125
Gráfica 32. Comparación presión-fuerza a flexión de la madera. 126
Gráfica 33. Comparación resultado a flexión de la madera. 127
Gráfica 34. Comparación presión-fuerza a flexión del concreto. 127
Gráfica 35. Análisis esfuerzo a compresión madera – concreto – acero punto 1-3.
129
14
Gráfica 36. Análisis esfuerzo a compresión madera – concreto – acero punto 2.130
Gráfica 37. Análisis esfuerzo a flexión madera – concreto – acero punto 1-3. 131
Gráfica 38. Análisis esfuerzo a flexión madera – concreto – acero punto 2. 132
Gráfica 39. Análisis esfuerzo a flexión (presión) madera – concreto 133
Gráfica 40. Análisis esfuerzo a flexión (fuerza) madera – concreto 134
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GLOSARIO
AISLANTE TÉRMICO: Aptitud de un elemento estructural, de evitar una transmisión excesiva de calor. CALOR: Unidad de temperatura alta capaz de actuar como chispa o detonante de un fuego. CARGA CALORIFICA: el material calorífico expresado en unidades SI de la totalidad de los materiales contenidos en un espacio. CILINDRO DE GAS: Recipiente metálico que contiene gas natural, utilizado para contener el material combustible que alimenta la estufa. CENIZA: Residuo mineral pulverizado, resultante de una combustión. COMBUSTIBLE: Todo aquel material o elemento susceptible de arder. COMPORTAMIENTO ANTE EL FUEGO: Todos los cambios físicos y químicos que ocurren cuando un material o elemento es expuesto a la acción del fuego. CONDUCCIÓN: Transferencia de calor por contacto directo de la llama al material, o de un material a otro. CONVECCIÓN: Transferencia de calor por medio de gases calientes emanados del fuego. DENSIDAD DE CARGA CALORIFICA: Carga calorífica por unidad de superficie. ESCLEROMETRO: Es un instrumento de medición empleado, para la determinación de resistencia a compresión. ESFUERZOS: Son aquellas cargas a fuerzas actuantes sobre un elemento y que tienden a deformarlo. ESTABILIDAD ANTE EL FUEGO: Aptitud de un elemento de construcción, portado o no de carga, a resistir el colapso cuando es sometido al fuego. ESTUFA: Sistema constituido por un mechero de tubo metálico conectado a un cilindro de gas por medio de una manguera, el cual será utilizado para el ensayo de las muestras. EXTINCIÓN: Acción destinada a combatir incendios hasta su control o eliminación.
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FISURA: Son roturas de distintas longitudes, espesores y profundidades, y se manifiestan externamente con un desarrollo lineal. FUEGO: Oxidación rápida de un material combustible generada por una reacción en cadena y que expele luz, calor y gases calientes. GRADO DE DESPRENDIMIENTO DE CALOR: La cantidad de calor desprendido por un cuerpo ardiendo en la unidad de tiempo. HUMO: Gases calientes emanados de un incendio. HOLLÍN: Residuo pulverulento de carbono amorfo formado durante una combustión incompleta. INCENDIO: Es un fuego fuera de control. INCOMBUSTIBLE: Todo aquel material o elemento no susceptible de arder. LLAMA: Representación visual del fuego. Destello de luz y calor. MUESTRA: Elementos compuestos de acero laminado, madera en flor morado y concreto, cuyas dimensiones son iguales y que serán utilizados para la realización de los ensayos. OXIDACIÓN: Reducción de la capacidad de resistencia de un material combustible frente al fuego. OXIGENO: Gas presente en la atmosfera; actúa como agente oxidante o reductor del material combustible. PIRÓLISIS: Descomposición química de un material combustible, partícula por partícula en forma de cadena, generada por una temperatura alta. POTENCIAL CALORÍFICO: La cantidad de energía que puede desprender la masa unitaria del elemento de construcción sometido a una combustión total. POTENCIAL CALORIFICO REAL: Energía calórica que efectivamente se desprende debido a la combustión, de un material o elemento de construcción durante un incendio. PROPAGACIÓN DEL FUEGO: Transferencia de calor por medio de la conducción, convección o radiación. PUNTO DE IGNICIÓN: Temperatura mínima necesaria para que un material combustible inicie a arder.
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QUEMAR: Destruir por efecto del fuego o pirolisis. RADIACIÓN: Transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas que viajan horizontalmente. Transferencia de energía calórica liberada por el fuego. REACCIÓN EN CADENA: Interacción del triángulo del fuego generando un cambio fisicoquímico. Partículas y átomos moviéndose libremente en la base del fuego. REACCIÓN AL FUEGO: Comportamiento de un material que, por su propia descomposición, alimenta el fuego al cual está expuesto. REGULADOR DE PRESIÓN: Dispositivo compuesto por un medidor de presión y un semi-racor normalizado que permite fijarlo al cilindro de gas, tiene como fin permitir la salida de gas a una misma presión constante. RESISTENCIA AL FUEGO: Actitud de un elemento a conservar durante un periodo determinado de tiempo la estabilidad requerida, integridad o aislamiento térmico al estar expuesto al fuego. SUPERFICIE QUEMADA: Zona de un material destruida por el fuego, excluyendo las zonas dañadas por contracción del mismo. TEMPERATURA: Es una magnitud física que refleja la energía interior de un cuerpo, objeto o ambiente; que dependiendo del movimiento de sus partículas, la sensación de calor o frio aumento o disminuye. TERMÓGRAFO: Aparato que sirve para registrar los cambios de temperatura. TERMÓMETRO: Instrumento que sirve para medir la temperatura. TERMÓPAR: Es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que producen una diferencia potencial muy pequeña, son usados como sensores de temperatura. TETRAEDRO DEL FUEGO: Representación gráfica del fuego. Combinación del material combustible, calor, oxígeno y reacción en cadena. TIEMPO DE EXPOSICIÓN: Periodo de tiempo mediante el cual un material es sometido a una fuente de calor. TRIANGULO DEL FUEGO: Elementos necesarios para que exista el fuego; luz, calor y oxígeno.
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RESUMEN
El actual proyecto está encaminado a determinar la transformación que presentan como material de estudio la madera en flor morado, el acero laminado y el concreto de 3.000 PSI, después de estar sometidos a altas temperaturas. Los resultados obtenidos nos servirán como punto de referencia al momento de elegir los diferentes materiales que van a utilizarse en el desarrollo de cada uno de nuestros proyectos constructivos. Para determinar la rapidez de descomposición de los materiales ya mencionados, es necesario someter una cantidad igual de muestras de cada uno a pruebas de temperatura, para ello se utilizará una estufa artesanal como fuente de calor que recree la condición de incendio durante unos lapsos de tiempos específicos; de esta manera se podrá observar los cambios de color, aspecto, deformación y fisuras que se van desarrollando, para posteriormente determinar la perdida de resistencia, las descomposición, la tolerancia al fuego, la capacidad de propagación de calor y la posible rehabilitación resultante en cada uno de ellos. En el mercado actual existe una amplia variedad de materiales de construcción que cumplen con las condiciones mínimas de resistencia, con precios accesibles, y una muy buena calidad y confort; condiciones muy importantes para el proceso de construcción, pero no son las más recomendadas como factor de seguridad frente al fuego ya que debido a sus características aportan una gran cantidad de carga combustible, rápida descomposición y facilidad para la propagación del fuego; por consiguiente todos estos factores desencadenarían un inminente colapso estructural y como consecuencia la pérdida de vidas humanas. Palabras claves: Temperatura, resistencia, propagación, construcción, madera,
acero, concreto, calor, colapso, material, seguridad, vida, descomposición, prueba,
muestra y estructura.
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INTRODUCCIÓN En la mayoría de proyectos de construcción los ingenieros civiles al momento de diseñar y edificar estructuras se encuentra con una serie de interrogantes que deben definir rápidamente, uno de ellos es alusivo al material que se desee utilizar, para dar respuesta a dicho interrogante se deben determinar algunas condiciones apropiadas para elegirlos tales como; el tipo de construcción a realizar, su procedimiento estructural, la resistencia que me brinda el material, la durabilidad que puede suministra, el glamour, el confort y la estética que le otorgaría a la obra, la sismo resistencia que genera, su carga portante, la economía que me represente, entre otras características importantes, pero en pocas oportunidades nos detenemos a preguntar algunas características que son igualmente valiosas y determinantes tales como: ¿qué tan combustible es el material?, ¿Cuál generaría una mayor propagación del fuego?, ¿Qué material es más resistente al ser sometido al fuego?, ¿Cuál de los materiales me brindara una mayor protección contra incendio?, ¿Cuál tendrá una mayor condición de recuperación después de un incendio?; estos y otros grandes interrogantes son muy poco tenidos en cuenta al momento de determinar el material que vamos a utilizar en la construcción de nuestras obras civiles; gran parte de dicha problemática se presenta debido al poco interés que demostramos por los esfuerzos y debilidades que se presentan en los materiales de construcción al momento de estar sometidos al fuego. Son pocos los procesos de investigación que se realizan acerca del comportamiento de los materiales de construcción frente al fuego, por ello es de vital importancia que se realicen con una mayor regularidad y profundización; el desarrollo de este proyecto ayudara a los ingenieros a tener una pequeña referencia en el momento de tomar la decisión de elegir un material que no solo supla las condiciones exigidas por la normas Colombianas, sino que también se construyan edificaciones que generen una protección contra incendio aún más eficiente que las actuales, lo cual contribuiría con el aumento de los lapso de tiempo en un posible colapso estructural y en la reducción de los riesgos de descomposición rápida de la estructura sometida a altas temperaturas.
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OBJETIVOS Objetivo General Identificar la manera como el concreto de 3.000 PSI, la madera en flor morado y el acero laminado reaccionan al estar sometidos a altas temperaturas. Objetivos Específicos
• Establecer la capacidad de propagación del calor generada por parte de la madera en flor morado, el acero laminado y el concreto de 3.000 PSI.
• Reconocer la resistencia a esfuerzos que presentan los materiales, frente a cargas propias y a cargas adicionales después de estar sometidos al fuego.
• Verificar la tolerancia al fuego y el grado de combustibilidad que presentan los tres materiales puestos en estudio.
• Determinar la capacidad de rehabilitación que poseen los materiales en estudio después de someterlos a temperaturas altas.
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1. LA MADERA EN FLOR MORADO, EL CONCRETO DE 3.000 PSI Y EL
ACERO LAMINADO COMO MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Descripción de las características que poseen cada uno de los tres materiales en estudio, su composición y comportamiento como elemento usado en la construcción. Además de algunas propiedades importantes como la resistencia, densidad, elasticidad y rigidez entre otras. Es de vital importancia conocer cada uno de los aspectos mencionados en dichos materiales, con el fin crear un cuadro comparativo de la diferencia que se obtiene de los materiales en estado normal con respecto a materiales sometido a altas temperaturas.
1.1. MADERA EN FLOR MORADO La madera a través de la historia ha acompañado al hombre como uno de los materiales predilectos en la utilización del sistema constructivo o como elemento estructural. A través de los años aparecieron nuevos materiales que relegaron su utilización. Actualmente la evolución de su tecnología ha permite obtener productos estructurales más fiables y económicos, y gracias a una mayor obtención de conocimiento, tanto desde el punto de vista estructural como ecológico y medioambiental, le permite competir con el resto de los materiales estructurales existentes. La madera es la parte sólida que se obtiene de un árbol justo debajo de su corteza. Es considerada como el conjunto de tejidos, de una dureza específica, constituida la mayor parte por el tronco y las ramas del árbol. Está formada por un material fibroso compuesto de un 50% de celulosa, 30% de lignina, elemento que permite la unión de las fibras y un 20% restante de elementos tales como la resina, el agua y el almidón. La madera en flor morado se obtienen de un árbol que posee su mismo nombre, proveniente de la familia de especies del genero Quercus. Se caracteriza por ser una madera muy dura y pesada, de gran densidad. Visualmente de identifica por tener anillos de una coloración parda clara, lo cual la vuelve muy llamativa por dar un estilo decorativo tanto clásico como moderno.
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1.1.1. Partes del tronco de un árbol1. Desde un corte transversal de un árbol del exterior al interior, se obtienen las siguientes partes:
Figura 1. Partes del tronco de un árbol.
Fuente. http://luismibarrios.blogspot.com.co/p/partes-del-tronco-del-arbol.html
1.1.1.1. Corteza externa. Capa externa del tronco, formada por células
muertas, las cuales protegen de los factores atmosféricos a las capas del interior.
1.1.1.2. Corteza interna. También denominada floema o líber, está formada por células que poco a poco se desplazan hasta el exterior convirtiéndose en la capa externa, en ella circula la savia ya elaborada.
1.1.1.3. Cámbium. Capa delgada formada por celular vivas que permiten que el árbol crezca y sea más grueso.
1.1.1.4. Albura. Capa compuesta por una red de células vivas, las cuales se encargan de transportar agua y nutrientes a las demás partes del árbol, lugar donde se crea la savia.
1 Tecnología industrial 1. Materiales de uso técnico. La madera. I.E.S. Villalba Hervás, 2015. Recuperado de https://www.academia.edu/32099059/LA_MADERA.
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1.1.1.5. Duramen. Lugar compuesto por células fisiológicamente inactivas,
en ella no circula savia, posee un color más oscuro que la albura y proporciona soporte y fortaleza al árbol.
1.1.1.6. Núcleo. También denominado médula, zona del tronco que posee escasa resistencia, por lo cual no se utiliza.
1.1.2. Características de la madera2.
1.1.2.1. Propiedades físicas.
• Anisotropía. Casi todas las propiedades de la madera difieren o cambian en las tres direcciones básicas de la anatomía de la misma (axial, radial y tangencial).
• Higroscopicidad. La madera posee la capacidad de absorber la humedad atmosférica. Su punto de saturación varía según el tipo de madera. Si la humedad ambiente es menor que este valor de saturación, el material se secará, si la humedad ambiente es mayor, se humedecerá.
• Densidad. Varía según la compactación de sus fibras y su humedad, el peso de la madera en flor morado recién cortado es de alrededor de 1.000 kg/m³ y en estado seco baja hasta los 670 kg/m³.
• Hendibilidad. Es la capacidad de resistencia que posee la madera frente al esfuerzo de tracción transversal antes de generar un rompimiento por separación de sus fibras.
• Dureza. Es la capacidad de resistencia de la madera frente al desgaste, al corte, entre otras. La dureza depende de la densidad debido a la compactación de sus fibras.
2 Tecnología de la madera. Recuperado de https://sites.google.com/site/tecnologiadelamadera/propiedades-fisicas.
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• Flexibilidad. Es la capacidad que posee el elemento de doblarse sin llegar a la ruptura y volver a su forma original.
Tabla 1. Propiedades físicas de la madera en flor morado.
Propiedades físicas de la madera en flor morado
Saturación 12%
Densidad 710 km/m3 madera pesada
Dureza 4,8 semi-dura
Contracción tangencial 8,2%
contracción radial 3,9%
contracción volumétrica 12,3%
Fuente. Propia.
1.1.2.2. Propiedades mecánicas.
• Tracción. Dos fuerzas que actúan en dos direcciones distintas. Es la resistencia que mejor actúa en la madera y en dirección paralela a las fibras.
• Compresión. Dos fuerzas que actúan hacia una misma dirección. La resistencia aumenta al disminuir la humedad y actúa de mejor forma si la fuerza es ejercida en la dirección de las fibras.
• Flexión. Una fuerza ejercida en una dirección y dos fuerzas opositoras actuando en dirección contrarias y diferente sentido.
• Pandeo. Se produce cuando se supera la resistencia de las piezas sometidas al esfuerzo de compresión en sentido de las fibras generando una fuerza perpendicular a esta, produciendo que se doble en la zona de menor resistencia.
• Cizallamiento. Es la capacidad de resistir fuerzas que tienden a que una parte del material se deslice sobre su parte adyacente, este corte se da paralelamente a las fibras, esto es debido a que en la madera si las
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fuerzas se ejercen en dirección perpendicular a las fibras, esta se rompería antes otro efecto.
Tabla 2. Propiedades mecánicas de la madera en flor morado.
Propiedades mecánicas de la madera en flor morado
Resistencia a la flexión 960 kg/cm2
Resistencia a la compresión 450 kg/cm2
Resistencia a la tracción 1,600 kg/cm2
Módulo de elasticidad 113,000 kg/cm2
Fuente. Propia
1.1.3. Uso de la madera en flor morado. La madera se ha utilizado tradicionalmente en la construcción de columnas y vigas, aunque en la actualidad ha sido sustituida por el hormigón y el acero. Sigue utilizándose en: Construcciones livianas, pisos carpintería, revestimiento de interiores, puertas, ventanas y muebles, entre otras aplicaciones.
1.2. CONCRETO DE 3.000 PSI El concreto es una mezcla de cemento, agregados finos y gruesos, agua y aditivos. Maleable en su forma líquida y de gran resistencia después del fraguado en su estado sólido. El concreto reforzado de 3.000 PSI es aquel que soporta cargas de 3.000 libras de presión por pulgada cuadrada, cumple con especificaciones de la ACI 211.1. El concreto ofrece, como las piedras naturales, una gran resistencia a las fuerzas de compresión, pero igual que esta una resistencia moderada a la flexión y tracción, es decir a doblarse o estirarse. Para mejorar la resistencia de estas dos últimas, el concreto generalmente se combina con un material más dúctil y resistente como lo es el acero, la integración del concreto y el acero es lo que se llama concreto reforzado, concreto armado u hormigón armado.
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1.2.1. Componentes del concreto.
• Cemento. Es un conglomerado formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinada, y posteriormente molida, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. El cemento es el encargado de aglutinar todos los áridos o agregados.
• Agregados. Son cualquier combinación de arena, grava o roca triturada en su estado natural o procesado. Son minerales comunes resultado de las fuerzas geológicas erosivas del agua y del viento. De acuerdo a su tamaño se pueden clasificar en agregados gruesos o gravas, de partículas de diámetros mayores a los 4,76 mm; y agregados finos o arenas, de partículas de diámetro menores a los 4,76 mm y mayores a los 0,074 mm de diámetro.
• Agua. Es una sustancia cuya moléculas están formadas por dos átomos de hidrogeno y uno de oxigeno. El papel del agua en la elaboración de un concreto es de suma importancia, ya que la cantidad utilizada en relación con la cantidad de cemento (relación A/C) depende de la manejabilidad y las resistencias finales de este.
• Aditivos. Son componentes de naturaleza orgánica o inorgánica, cuya inclusión tiene como objeto modificar las propiedades físicas de los materiales conglomerados en estado fresco. Se suele presentar en forma de polvo o liquido, como emulsiones.
1.2.2. Tipos de concreto.
• Concreto simple. Es la mezcla entre el cemento, agregados gruesos, agregados finos, agua y aditivos.
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• Concreto reforzado. Es la mezcla de concreto simple (cemento, agregados gruesos, agregados finos, agua, aditivos) y acero de refuerzo.
• Concreto ciclópeo. Es la combinación de concreto simple (cemento, agregados gruesos, agregados finos, agua, aditivos) y piedras de diámetros no menores a los 2.0 cm y no mayores a los 20.0 cm.
• Mortero. Mezcla del cemento, los agregados finos, agua y aditivos.
1.2.3. Diseño de mezcla concreto 3.000 PSI, según ACI 211.1. a. Selección del asentamiento. De acuerdo a la tabla 3, se escoge un:
asentamiento = 10 cm.
Tabla 3. Selección de asentamiento.
Fuente. SANCHEZ DE GUZMAN, Diego. Tecnología del concreto y el mortero.
Bogotá (Colombia): Pontificia Universidad Javeriana. 1987.
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b. Elección del tamaño máximo nominal del agregado. Por regla general, el tamaño máximo de agregado debe ser el mayor disponible económicamente y guardar relación con las dimensiones de la estructura. En ningún caso el tamaño máximo debe exceder de: - 1/5 de la menor dimensión entre los costados de los moldes. - 1/3 del espesor de las losas. - 3/4 del espacio libre mínimo entre varillas de refuerzo
individuales, paquetes de varillas o torones de pretensado. Se asume TMN = ¾” = 19 mm.
c. Cálculo del agua de mezclado y contenido de aire. Según la tabla 4, con un asentamiento = 10 cm y un TMN = 19 mm; se obtiene una estimación de agua por m³ de concreto sin aire incluido: A = 200 kg/m³ de concreto.
Tabla 4. Cantidad de agua recomendada, en kg por m³.
Fuente. NEVILLE, A. M. Tecnología del concreto tomo I y II. México: Instituto
Mexicano del Cemento y del Concreto. Primera edición, tercera impresión. 1980.
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d. Selección relación agua/cemento. Se conoce como relación agua/cemento (A/C) a la razón existente entre el peso del agua con respecto al peso de cemento, es decir: A/C = Peso de agua/ Peso de cemento. La ACI 318-02 recomienda 3 casos para estimar el valor de f´cr en función de la disponibilidad de registros de ensayos previos y toman en cuenta el valor de la desviación estándar obtenida. A continuación se resumen las 3 situaciones descritas: - Se disponen de una cantidad de 30 o más registros. - Se dispone de 15 a 29 registros. - Se cuenta con menos de 15 registros.
Se escoge la tabla 7, con un f´c = 210 kgf/cm², lo cual estima un f´cr = 210 kgf/cm² + 84 = 294 kgf/cm². La relación agua/cemento según la tabla 8, es correspondiente a: Relación A/C = 0.57.
Tabla 5. Esfuerzo promedio requerido a compresión cuando existen más de 30 datos registrados.
Fuente. Código Colombiano de Construcción Sismo Resistente. Decreto 1400 de
1984. Capítulos C.4 y C.5. Bogotá (Colombia). 1984.
Esfuerzo a compresión
especificado f´c
Esfuerzo promedio requerido a
compresión f´cr, kgf/cm²
f´c 350 kgf/cm² f´cr = f´c+1.34s
f´cr = f´c+2.33s-35
Usar el mayor valor que se
obtenga
f´c 350 kgf/cm² f´cr = f´c+1.34s
f´cr = 0.90f´c+2.33s Usar el mayor valor que se
obtenga
Tabla 5.3.2.1:Esfuerzo promedio requerido a compresión cuando
existen datos disponibles para establecer una desviación estándar
30
Tabla 6. Esfuerzo promedio requerido a compresión cuando existen de 15 a 29 datos registrados.
Fuente. Código Colombiano de Construcción Sismo Resistente. Decreto 1400 de
1984. Capítulos C.4 y C.5. Bogotá (Colombia). 1984.
Tabla 7. Esfuerzo promedio requerido a compresión cuando existen menos de 15 datos registrados.
Fuente. Código Colombiano de Construcción Sismo Resistente. Decreto 1400 de
1984. Capítulos C.4 y C.5. Bogotá (Colombia). 1984.
Tabla 8. Relación agua/cemento.
Fuente. Código Colombiano de Construcción Sismo Resistente. Decreto 1400 de
1984. Capítulos C.4 y C.5. Bogotá (Colombia). 1984.
No. de pruebas* Factor de modificación para
la desviación estándar**
15 Usar tabla 5.3.2.2 de ACI 318-
02
15 1.16
20 1.08
25 1.03
30 1.00
* Interpolar para números intermedios de pruebas
** Desviación estándar modificada a ser usada para determinar el esfuerzo
promedio requerido f´cr a partir de 5.3.2.1.
Tabla 5.3.1.2:Factor de modificación para la desviación estándar
cuando menos de 30 pruebas están disponibles
Esfuerzo a compresión
especificado f´c, kgf/cm²
Esfuerzo promedio
requerido a compresión f´cr,
kgf/cm²
210 f´c+70
210-350 f´c+84
>350 1.10f´c+49
Tabla 5.3.2.2:Esfuerzo promedio requerido a compresión cuando
no se dispone de datos para establecer una desviación estándar
Relación agua/cemento, por peso
Esfuerzo a compresión a 28 días, kgf/cm²*
Concreto sin aire incluido
Concreto con aire incluido
420 0.41 ---
350 0.48 0.40
280 0.57 0.48
210 0.68 0.59
140 0.82 0.74
* Los valores son resistencias promedio estimadas para concreto que no tiene más
del porcentaje de aire que se indica en la tabla 5.3.3. Para una relación agua/cemento
constante se reduce la resistencia del concreto conforme se incrementa el contenido
de aire.
La resistencia de basa en cilindros de 15x30 cm, curados con humedad a los 28 días
a 23±1.7°C, de acuerdo a la norma ASTM C 31.
La relación supone un tamaño máximo de agregado de ¾” a 1”; para un banco dado,
la resistencia producida por una relación agua/cemento dada se incrementará conforme
se reduce el tamaño máximo de agregado.
Tabla 5.3.4 (a): Correspondencia entre la relación agua/cemento
o agua/ materiales cementicios y el esfuerzo a compresión del concreto
31
e. Cálculo de la cantidad de cemento. Se obtiene de la división de la cantidad de agua y la relación agua cemento. C = A / (A/C) = 200 kg/m³ / 0.57 C = 351 kg/m³ de concreto.
f. Estimación de los agregados. Para la determinación de los agregados se cuentan con los siguientes datos de los materiales. - Agregado grueso:
Densidad aparente seca (Gg) = 2.57 kg/dm³. Tamaño máximo (TM) = 1”. Tamaño máximo nominal (TMN) = ¾”. Humedad (%Wg) = 3.00% Porcentaje de absorción (%ABSg) = 1.50%. Masa unitaria suelta (MUSf) = 1.52 kg/dm³. - Agregado fino: Densidad aparente seca (Gg) = 2.51 kg/dm³. Módulo de finura (TM) = 2.97. Humedad (%Wf) = 5.00% Porcentaje de absorción (%ABSg) = 3.70%. Masa unitaria suelta (MUSf) = 1.47 kg/dm³. Del respectivo ajuste granulométrico tratando de reproducir una gradación ideal (Fuller o Weymouth) o ajustado a uno de los rangos granulométricos (según TM) recomendados por ASOCRETO se obtuvo: Agregado fino = 45%. Agregado grueso = 55%.
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- Cemento: Densidad (Gc) = 3.01 kg/dm³. Masa unitaria suelta (MUSf) = 1.13 kg/dm³. - Agua: Densidad (Gc) = 1.0 kg/dm³. Masa unitaria suelta (MUSf) = 1.0 kg/dm³. Por lo tanto: Volumen absoluto agregados + volumen absoluto agua + volumen absoluto cemento = 1000 dm³. Volumen absoluto agregados = 1000 dm³ - (200 / 1) - (351 / 3.01). Volumen absoluto agregados = 683.39 dm³. G promedio = 100 / Ƹ (%i / Gi). G promedio = 100 / ( (45 / 2.51) + (55 / 2.57) ) = 2.54 kg/dm³. Masa de los agregados = 683.39 * 2.54 = 1735.81 kg/dm³. Masa del agregado fino = 1735.81 * 0.45 = 781.11 kg/dm³. Masa del agregado grueso = 1735.81 * 0.55 = 954.69 kg/dm³. Volumen absoluto material = Masa / Densidad. Volumen abs. agregado fino = 781.11 / 2.51 = 311.20 kg/m³. Volumen abs. agregado grueso = 954.69 / 2.57 = 371.47 kg/m³.
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g. Ajuste por humedad del agregado. El contenido de agua añadida para formar pasta será afectada por el contenido de humedad de los agregados. Si ellos están secos el aire absorberá agua y disminuirán la relación a/c y la trabajabilidad. Por otro lado si ellos tienen humedad libre en su superficie (agregados mojados) aportaran algo de esta agua a la pasta aumentando la relación a/c, la trabajabilidad y disminuyendo la resistencia a la compresión. Por lo tanto estos efectos deben ser tomados estimados y la mezcla debe de ser ajustada tomándolas en cuenta. Peso agregado fino húmedo = Agregado fino seco * (1 + humedad). Peso agregado fino húmedo = 781.11 * 1.05 = 820.16 kg/m³. Peso agregado grueso húmedo = Agregado grueso seco * (1 + humedad). Peso agreg. grueso húmedo = 954.69 * 1.03 = 983.33 kg/m³. Agua en agregado fino = Agregado fino seco * (humedad – porcentaje de absorción). Agua en agregado fino = 820.16 * 0.013 = 10.66 kg/m³. Agua en agregado grueso = Agregado grueso seco * (humedad – porcentaje de absorción). Agua en agregado grueso = 983.33 * 0.015 = 14.75 kg/m³. Agua efectiva = Agua de diseño – (Agua en agregado fino + Agua en agregado grueso). Agua efectiva = 200.00 (10.66 + 14.75) = 174.59 kg/m³.
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Por lo tanto para la mezcla de m3 de concreto de 3.000 PSI, se necesitan los siguientes materiales: Agua = 174.59 kg/m³ = 174.59 lt/m³. Cemento = 351.00 kg/m³. Agregado fino = 820.16 / (2.51 * 1000) = 0.33 m³ = 528 kg/m3. Agregado grueso = 983.33 / (2.57 * 1000) = 0.39 m³ = 604.5 kg/m3.
1.2.4. Características del concreto.
1.2.4.1. Propiedades físicas.
• Trabajabilidad y manejabilidad: Es una propiedad del concreto fresco que se define como la capacidad de ser mezclado, colocado, transportado, compactado y moldeado de forma fácil, ya sea manual o mecánica, durante cada una de las etapas del proceso de fraguado.
• Segregación: Es la separación de las partículas de los materiales del concreto. La segregación se da por mezclas muy fluidas o mezclas muy secas y poco plásticas, lo que lleva a que las partículas gruesas se separen de las otras por acción de la gravedad.
• Exudación: También conocido como sangrado; consiste en que una parte del agua de mezcla se separa y sube hacia la superficie del concreto.
• Contracción: Ocurre por la reducción de la pasta debido a la perdida de agua durante el fraguado o secado del concreto; es la responsable de la mayor parte de la fisuración tanto en el estado plástico como en el endurecido.
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• Resistencia: Es la capacidad de soportar cargas y esfuerzos, siendo su mejor comportamiento en compresión si se compara con la tracción, debido a las propiedades adherentes de la pasta de cemento.
Tabla 9. Propiedades físicas del concreto.
Propiedades físicas del concreto
Densidad 2350 kg/m3
Peso especifico 1.800 kg/m3 a 2.000 kg/m3
Fuente. Propia.
1.2.4.2. Propiedades mecánicas.
Tabla 10. Propiedades mecánicas del concreto.
Propiedades mecánicas del concreto
Resistencia a la compresión 150 kg/cm2 a 500 kg/cm2
Resistencia a la tracción 15 kg/cm2 a 50 kg/cm2
Módulo de elasticidad a la compresión
55.560 kg/cm2 a 105.090kg/cm2
Fuente. Propia.
1.2.5. Uso del concreto reforzado. El concreto se usa en vigas, columnas, pavimentos, cimentaciones, muros pantalla, muros de contención, muros de carga, puentes, represas, reproducción de tuberías, postes, adoquines, bloques estructurales para mampostería, entre otras variedades de usos a los cuales se destina. El mortero es usado para la pega de piezas de mampostería, ladrillos y bloques estructurales, también se utiliza para revoques y resanes, también se usa para la prefabricación de algunos elementos como las tejas y las baldosas para piso. 1.3. ACERO LAMINADO
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El acero laminado se utiliza en muchas industrias de la construcción, como parte de la estructura de una edificación con el fin de resistir y soportar las cargas de los materiales. En el proceso de fabricación el acero sale del alto horno de colada de la siderurgia, es convertido en acero bruto fundido en lingotes de gran peso y tamaño que posteriormente hay que laminar para poder convertir el acero en los múltiples tipos de perfiles comerciales que existen de acuerdo al uso que vaya a darse del mismo. El proceso de laminación consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión denominados tren de laminación. Esos cilindros van conformando el perfil deseado hasta conseguir la medida adecuada. Las dimensiones resultantes no poseen las condiciones adecuadas, por lo cual se someten a fases de mecanizado hasta ajustar la tolerancia necesaria.
1.3.1. Clasificación del acero3.
• Aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos de 1.65% de manganeso, el 0.6% de silicio y el 0.6% de cobre. Entre los productos fabricados con acero al carbono figuran maquinas, carrocerías de automóviles, la mayor parte de construcciones de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.
• Aceros aleados. Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno, y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean en la fabricación de engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.
3 Materiales industriales teoría y aplicación. Los aceros. Ligia María Vélez Moreno. Instituto tecnológico Metropolitano. 2008. p 149.
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• Aceros de baja aleación ultrarresistentes. Son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo reciben un tratamiento especial que les otorga una mayor resistencia que los aceros de carbono. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando menor peso y un mayor espacio interior en los edificios.
• Aceros inoxidables. Contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la oxidación a pesar de la acción de la humedad y de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esas resistencias durante largos periodos a temperaturas extremas.
• Aceros de herramienta. Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de la fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporcionan mayor dureza, resistencia y durabilidad.
1.3.2. Características del acero4. 1.3.2.1. Propiedades físicas del acero.
• Conducción. Capacidad que posee el acero para transportar calor por contacto directo hacia otro cuerpo.
• Radiación. El acero tiene la capacidad de emitir calor por medio de ondas electromagnéticas (energía calórica).
• Conductor de electricidad. Facilidad de transportar corriente eléctrica.
4 10 propiedades mecanicas y físicas del acero. Lifeder.com. Recuperado de https://www.lifeder.com/propiedades-mecanicas-fisicas-acero/
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• Factor óptico. Capacidad de absorber color y brillo.
• Magnetismo. Facilidad de inducir o ser inducido por un campo electromagnético, es decir actúa como imán o es atraído por él.
Tabla 11. Propiedades físicas del acero.
Propiedades físicas del concreto
Punto de fusión 1.510 °C
Punto de ebullición 2.500 °C
Peso 0.008 kg/cm3
Densidad 7.850 kg/m3
Fuente. Propia.
1.3.2.2. Propiedades mecánicas del acero.
• Plasticidad. Es la capacidad que tiene el acero de conservar su forma después de ser sometido a un esfuerzo. Los aceros que son aleados con pequeños porcentajes de carbón, son más plásticos.
• Fragilidad. Es la facilidad con la que el acero puede ser roto al ser sometido a un esfuerzo. Cuando el acero es aleado, con un porcentaje alto de carbón, tiende a ser más frágil.
• Maleabilidad. Es la facilidad que posee el acero para ser laminado. De esta manera, algunas aleaciones de acero inoxidable tienden a ser más maleables que otras.
• Dureza. Es la resistencia que opone un metal ante agentes abrasivos. Mientras más carbón se añada a una aleación de acero, más duro será.
• Tenacidad. Es la capacidad que tiene el acero de resistir la aplicación de una fuerza externa sin romperse.
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• Ductilidad. Capacidad de sufrir deformaciones a tracción alta, hasta llegar a la ruptura
Tabla 12. Propiedades mecánicas del acero.
Propiedades físicas del concreto
Resistencia a la tracción 5.600 kg/cm2
Modulo de elasticidad 2.100.000 kg/cm2
Limite de fluencia 4.200 kg/m2
Modulo de rigidez cortante 840.000 kg/cm2
Alargamiento a la ruptura De 12% a 14% según el
diámetro
Fuente. Propia.
1.3.3. Usos del acero laminado. El acero en sus distintas clases está presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equipos metálicos y formando parte de electrodomésticos y maquinaria en general así como en estructuras y edificios. En este contexto existe la versión moderna de perfiles de acero denominada Metalcon. En la aplicación y uso de la ingeniería y arquitectura son utilizados para la fabricación de ángulos estructurales en L, vigas en H, canales en U, perfiles en T, barras redondas lisas y pulidas, pletinas, barras cuadradas, barras hexagonales, perfiles generados por soldadura o unión de sus elementos, chapas y acero corrugado para hormigón o concreto armado.
2. COMPORTAMIENTO DE LA MADERA EN FLOR MORADO, EL
CONCRETO DE 3.000 PSI Y EL ACERO LAMINADO FRENTE AL FUEGO
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Los materiales estructurales sufren serias modificaciones en sus capacidades resistentes por efecto de un incremento de temperaturas. Este incremento de temperaturas suele venir causado por la acción de un incendio, y se han iniciado múltiples investigaciones en este campo alrededor de todo el mundo con el objetivo de comprender el fenómeno y conseguir mejorarlo de forma adecuada. El fuego daña, en general, a todos los materiales habitualmente empleados en la construcción. Aquellos que son combustibles se suman a la carga de fuego que configura el contenido del edificio y se consumen a lo largo del incendio. Los que no son combustibles se ven sometidos a un proceso de disminución de su capacidad resistente y de su rigidez, así como a deformaciones impuestas por la elevada temperatura que provoca el fuego. La resistencia al fuego es una prestación que ofrecen los materiales no combustibles que, además, son capaces de soportar elevadas temperaturas mantenimiento un grado de resistencia tal que permite que las estructuras con ellos construidas no colapsen. 2.1. FÍSICA Y QUÍMICA DEL FUEGO 2.1.1. Fuego. El fuego es una oxidación rápida de un material combustible generado por una reacción en cadena, y que a su vez desprende gases calientes (humo), luz y calor. Un incendio es un fuego fuera de control.
2.1.2. Triangulo del fuego. El triangulo del fuego son los componentes o elementos necesarios para que se genere un fuego, pero sin la presencia del mismo. Dichos elementos son el calor, el comburente y el material combustible.
Figura 2. Triangulo del fuego.
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Fuente. http://www.expower.es/triangulo-tetraedro-fuego.htm
2.1.3. Tetraedro del fuego. Es conocido como la representación grafica del fuego. Se refiere al surgimiento o aparición del fuego. Está compuesto por cuatro elementos: el calor, el material combustible, el comburente y la reacción en cadena.
• Ductilidad. Capacidad de sufrir deformaciones a tracción alta, hasta llegar a la ruptura
• Calor: Es una medida de temperatura alta. Actúa como una energía de activación.
• Comburente: Aquel elemento que actúa como agente oxidante. Permite la descomposición rápida del material combustible. Muy comúnmente es oxigeno.
• Combustible: Elemento o material que se descompone y posee la capacidad de arder. Se puede encontrar en estado sólido, líquido y/o gaseoso.
• Reacción en cadena: Es la interacción y combinación de los elementos necesarios para que exista un fuego (calor, comburente y combustible), y el cual presenta un cambio físico-químico. Movimiento de radicales libres presentes en la base del fuego (zona fría de la llama).
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Figura 3. Tetraedro del fuego.
Fuente. http://slideplayer.es/slide/154833/
2.1.4. Métodos de propagación del fuego.
Es la forma en la cual el fuego se sale de control y transfiere calor mediante de tres formas: conducción, convección y radiación.
• Conducción. Transferencia de calor por contacto directo de la llama a un material o de un material a otro.
Figura 4. Conducción.
Fuente. http://www.pasionporvolar.com/la-atmosfera/conduccion/
• Convección: Transferencia de calor por medio de gases caliente emanados del fuego (humo).
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Figura 5. Convección.
Fuente.http://laplace.us.es/wiki/index.php/Calor_y_calorimetr%C3%ADa
• Radiación: Transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas que viajan horizontalmente (desprendimiento de energía calórica del fuego).
Figura 6. Radiación.
Fuente.http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/500/518/html
/Unidad_02/pagina_15.html
2.1.5. Fases del incendio estructural.
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Los incendios estructurales progresan a través de tres fases: fase incipiente, fase de libre combustión y fase latente o arder sin llama. Cada una de ellas se caracteriza por la diferencia de composición atmosférica, ventilación del recinto, cantidad y tipo de material combustible en su interior y tiempo de inicio del fuego.
• Fase incipiente: En esta primera fase el oxigeno en la habitación no ha sido reducido en consecuencia al fuego, se presenta poco presencia de humo, la llama inicia su desarrollo y por consiguiente puede alcanzar una temperatura hasta de 530°C, pero la temperatura del medio ambiente aumenta muy poco en relación a su condición normal, es posible controlar el incendio con un extintor.
Figura 7. Fase incipiente.
Fuente.http://www.contraincendioonline.com/operaciones/fases1.php3
• Fase de libre combustión: En la segunda fase el oxigeno contribuye a una rápida aceleración de la llama, aparece gran cantidad de humo que impiden la visibilidad, los gases calientes se sitúan de forma descendente del techo al suelo, la temperatura del recinto alcanza los 700°C, no se puede acceder a la habitación sin los elementos necesarios de protección contra el fuego y respiración autónoma, se presenta la condición necesaria para el surgimiento de algunos fenómenos físico-químicos tales como el flameover y el floshover.
Figura 8. Fase de libre combustión.
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Fuente.http://www.contraincendioonline.com/operaciones/fases1.php3
• Fase latente o arder sin llamas: Es la última fase, las llamas se reducen, el material combustible se transforma en brasas incandescentes, la temperatura ambiente llega a los 600°C, la habitación rebosa en presencia de gases caliente generando una sobre presión, se utiliza la mayor parte del oxigeno presente en el recinto. Es una situación extremadamente peligrosa ya que solo depende de la presencia de oxigeno para que se presente un backdraft.
Figura 9. Fase latente o arder sin llamas.
Fuente.http://www.contraincendioonline.com/operaciones/fases1.php3
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2.1.6. Fenómenos físico químicos de los incendios estructurales. En todo incendio estructural y dependiendo de las condiciones de su desarrollo desde el momento del inicio hasta su extinción, se puede producir fenómenos físico-químicos que en la mayoría de los casos provocan serios daños materiales y grandes accidentes a los bomberos que intervienen en su control. Entre estos fenómenos físico-químicos podemos encontrar el flashover, brackdraft y flameover.
• Flashover: Explosión súbita generalizada, se presenta en la fase de libre combustión, en este caso el recinto se calienta hasta el punto en que la llama se propaga sobre toda la superficie del área. A medida que el fuego continúa ardiendo, todos los materiales en la zona del incendio son calentados gradualmente, hasta la temperatura de ignición. Cuando alcanzan este punto, ocurre una combustión simultánea y el recinto es envuelto totalmente en situación de incendio.
Figura 10. Flashover.
Fuente. http://news.lifesafetyservices.com/blog/safe-from-flashover-thanks-to-
passive-fire-protection
• Backdraft: explosión violenta por flujo reverso, se presenta en la fase latente del fuego, donde la combustión es incompleta por la falta de oxigeno necesario para alimentar el fuego. Sin embargo la temperatura generada durante la fase de libre combustión se mantiene, y las brasas incandescentes de los materiales combustibles desprenden gases caliente que ocupan el recinto, al momento de suministrar más oxigeno se genera una combustión rápida y ocurre una sobre presión de gases y liberación de energía de forma violenta.
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Figura 11. Backdraft.
Fuente.https://www.flickr.com/photos/14637037@N03/3293615244
• Flameover: Es la combustión de la capa de gases en la parte superior del recinto, se inflaman de forma que las llamas avanza en bocanadas u olas ascendentes. Este fenómeno es considerado el paso previo para alcanzar un flashover o combustión súbita generalizada ya que supone un aumento significativo de la radiación.
Figura 12. Flameover.
Fuente. http://www.online-instagram.com/user/pascal_koch/243417455
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2.2. COMPORTAMIENTO DE LA MADERA FRENTE AL FUEGO5 Cuando la madera es sometida a un foco de calor, su contenido de humedad disminuye en la zona directamente afectada al alcanzarse el punto de ebullición del agua. Este hecho es detectable por la sudoración que aparece en su superficie. Si el aporte de calor se mantiene hasta una temperatura aproximada de 270°C, comienza el desprendimiento de vapores que, en caso de seguir aumentando la temperatura, son susceptibles de arder. Este proceso, llamado pirolisis de la madera, produce su descomposición en gases según las temperaturas alcanzadas. La madera y sus productos derivados están formados, principalmente, por celulosa y lignina, que, al ser compuestos de carbono, hidrogeno y oxigeno, hacen de ella un material combustible. A pesar de su combustibilidad, si la madera no se somete a llama directa, esta no alcanzara a arder hasta que no alcance aproximadamente los 400°C. Aun siendo expuesta a llama directa, no se producirá la ignición hasta que no llegue a temperaturas entorno a los 300°C.
Figura 13. Comportamiento de la madera expuesta a una fuente de ignición.
Fuente. Madera y fuego. Los productos de la construcción de madera y su
comportamiento frente al fuego. Clúster de la Madera de Galicia. p. 4. Puede considerarse que la madera presenta un buen comportamiento sometida a incendios en fase de pleno desarrollo debido a que su conductividad térmica es
5 Fuente. Guía para construir con madera. Comportamiento frente al fuego. Confederación
Española de Empresarios de Madera (CONFEMADERA). Documento de aplicación del CTE. 2010. p. 10 - 11.
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baja. Esto lleva a que la combustión, alimentada por el oxigeno, se desarrolle únicamente en la superficie de la pieza. Tras la combustión de la superficie se origina una capa exterior carbonizada, que protege a otra capa interior contigua en la que se produce la pirolisis. Por último, en el interior de la pieza, queda la madera sin afectar por el fuego (figura 13).
Figura 14. Cambios de la madera por acción del fuego.
Fuente. Guía para construir con madera. Comportamiento frente al fuego. Confederación Española de Empresarios de Madera (CONFEMADERA). Documento de aplicación del CTE. 2010. Figura 2.4. p. 11. La alta capacidad aislante de la capa carbonizada, del orden de unas seis veces superior a la de la madera a temperatura ambiente, permite que el interior de la pieza se mantenga a una temperatura mecho menor y con sus propiedades fisco-mecánicas constantes. Así la pérdida de la capacidad portante del elemento se debe, principalmente, a la reducción de su sección y no tanto al deterioro de las propiedades del material.
2.2.1. Factores que influyen en la combustión de la madera.
• Especie de madera. Las maderas coníferas suelen tener tiempos de ignición inferiores a las frondosas, debido a que contienen resinas y aceites naturales que se inflaman fácil y rápidamente. Las maderas frondosas de poros dispersos (haya) arden más rápidamente quelas de poros en anillo (flor morado) debido a que poseen más aire en su interior que facilita su propagación.
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• Escuadría, superficie y forma. En las piezas gruesas se retrasa el punto de inflamación porque la superficie a calentar es mayor para una misma fuente calorífica. Las superficies rugosas y angulosas favorecen la inflamación, debido a que el fuego encuentra puntos de entrada singulares que arden con más facilidad. En las superficies lisas las llamas lamen las caras y tardan más en penetrar hacia el interior.
• La relación entre la superficie y el volumen de la pieza. Las secciones estrechas y con aristas vivas aumentan esta relación, conduciendo a un comportamiento frente al fuego menos favorable. Por ejemplo, en piezas de pequeña escuadría resulta más fácil la ignición y la propagación de la llama.
• La existencia de fendas. Las hendiduras en el sentido de las fibras de la madera incrementan los efectos del fuego. La madera laminada, que apenas contiene fendas, presenta una velocidad de carbonización menor que la madera maciza.
• La densidad de la madera. Las diferentes especies de a madera se comportan frente al fuego de forma diferente en función de su densidad. Se la densidad es alta, comienza a arder con menos facilidad y la combustión es más lenta.
• El contenido de humedad. En edificación, la mayoría de estructuras de madera presenta un contenido de humedad que varía entre el 8% y el 15% aproximadamente, lo que implica que por cada tonelada de madera debe evaporarse entre 80 y 150 kgs de agua antes de que entre en combustión. No obstante, este factor no se considera en la velocidad de carbonización debido a la poca variación de contenido de humedad que se da en la práctica.
2.2.2. Reacción de la madera frente al fuego6.
6 Fuente. Respuesta de la madera ante el fuego en la construcción. Dr. Luis Miguel Elvira Martin. Jefe del Laboratorio del Fuego. Departamento de Maderas I.N.I.A. Informes de la Construcción. Vol. 35. No. 358. Marzo, 1984. p. 65.
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• Temperaturas menores a 100 °C. En la primera fase endotérmica, hasta los 100 °C, la madera absorbe calor que solo emplea en evaporación del agua y secado.
Figura 15. Madera expuesta a temperatura menor a 100 °C.
Fuente. https://sp.depositphotos.com/10107024/stock-photo-old-wooden-
desk-as-abstract.html
• Temperaturas de 100 a 270 °C. Continúa absorbiendo calor y desprende gases alcohólicos y ácidos formados por un 30% de CO (combustible) y un 70% de CO2 (incombustible). La madera, presenta en esta fase un color marrón.
Figura 16. Madera expuesta a temperatura de 100 a 270 °C.
Fuente. http://www.anuncioesoterico.com/blog/el-palo-santo-madera-
sagrada/
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• Temperaturas de 270 a 350 °C. La combustión se hace exotérmica, la madera desprende calor y gases abundantes, aparecen los hidrocarburos y disminuye el CO2. Presenta un color negro achocolatado.
Figura 17. Madera expuesta a temperatura de 270 a 350 °C.
Fuente. http://fotorecurso.com/image/1G
• Temperaturas mayores de 350 °C. Todos los gases desprendidos son combustibles, aunque escasos y abundan los hidrocarburos.
Figura 18. Madera expuesta a temperatura mayor a 350 °C.
Fuente. https://pxhere.com/es/photo/1172628
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• Temperaturas mayores de 450 °C. El hidrógeno y los carburos constituyen la mayor parte de los gases desprendidos, siendo el residuo sólido carbón de madera, susceptible de quemarse con desprendimiento de gases combustibles.
Figura 19. Madera expuesta a temperatura mayor a 450 °C.
Fuente.http://www.vancouversun.com/opinion/columnists/pete+mcmartin+more+death+campfire/11291310/story.html
2.3. COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO FRENTE AL FUEGO7 Hay dos componentes clave para explicar el comportamiento satisfactorio del concreto frente al fuego: en primer lugar, sus propiedades básicas como material de construcción y, en segundo, su funcionalidad en una estructura. El concreto es incombustible (no arde) y tiene una baja velocidad de transmisión del calor (protege frente al fuego), lo que significa que en la mayoría de las estructuras el hormigón puede utilizarse sin ninguna protección adicional frente a incendios. Muchas de las propiedades de resistencia al fuego del hormigón no se alteran, independientemente de que se trate de uno normal para estructuras o ligero, o bien fabricado como bloques o como hormigón aireado en autoclave. En esencia, ningún otro material es un ejemplo tan completo de seguridad en su comportamiento en caso de incendio.
7 Fuente. Seguridad y protección completa frente al fuego con hormigón. Plataforma Europea del
Hormigón. Publicación No. 916. Julio, 2008. p. 28-56.
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Al contrario que otros materiales de construcción, sencillamente no es posible prender fuego al concreto. Es resistente a los materiales ardiendo, que pueden alcanzar temperaturas muy elevadas, iniciando o incluso reiniciando un incendio, y las llamas producidas por las sustancias en combustión no pueden inflamarlo. En consecuencia, y dado que no arde, el hormigón no desprende ningún tipo de humo, gases o vapores tóxicos al verse afectado por el fuego. Tampoco gotea partículas fundidas, que pueden provocar igniciones, como ocurre con algunos plásticos y metales. No hay posibilidad de que el hormigón contribuya a iniciar o propagar un incendio o de que aumente la carga de fuego. Dadas las características de su composición, el hormigón estructural no sufre generalmente colapsos ante un incendio; aunque es factible experimentar desvíos de posición tanto en la carga como en el suelo. La mayor parte de las estructuras suelen ser, después de haber sufrido la acción del fuego, lo suficientemente seguras como para restablecer sus funciones normales. En relación a la tracción y la flexión, las resistencias del hormigón ante el fuego, son las más afectadas. En cambio, esta acción es mucho menor en la resistencia a la compresión, estableciendo en términos generales una reducción en la resistencia de un 80 % a unos 800º C. Ante un incendio, incluso aquellos materiales considerados tradicionalmente como incombustibles (concreto) no son lo suficientemente seguros contra el fuego. Si consideramos que en un incendio se alcanzan fácilmente 600º C a los 10 minutos de su inicio, y los 1.200º C a los 20 minutos, se comprende que incluso el concreto no es absolutamente seguro. El tiempo de exposición al fuego es un factor determinante en el deterioro del material. Un recubrimiento mayor de los aceros eleva la resistencia del concreto en los incendios. El concreto presenta un elevado grado de resistencia al fuego y, en la mayoría de las aplicaciones, puede ser descrito como a prueba de incendios si se diseña adecuadamente. El concreto es una protección muy eficaz frente al fuego. Ello se debe a que sus componentes minerales tiene una gran capacidad calorífica y su estructura porosa se traduce en una baja conductividad térmica. Es esta baja velocidad de transmisión del calor la que permite al hormigón actuar como una protección eficaz no sólo entre espacios adyacentes, sino también para protegerse a sí mismo de los daños provocados por el fuego. Una de las mayores ventajas de una estructura de hormigón es que normalmente puede ser reparada después de un incendio, minimizando con ello cualquier
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inconveniente, así como los costes. Las reducidas cargas de los forjados y las temperaturas relativamente bajas que se producen en la mayoría de los incendios en los edificios se traducen en que la capacidad portante del hormigón se conserva en una proporción muy importante, tanto durante como después de un incendio. Por estas razones, a menudo lo único que se requiere es una simple limpieza. La rapidez de reparación y de rehabilitación es un factor importante para minimizar cualquier pérdida de actividad económica después de un incendio importante; obviamente ello es preferible a una demolición y posterior reconstrucción.
2.3.1. Reacción del concreto frente al fuego8.
• Temperaturas de 200 a 300 °C. inicia la pérdida del agua capilar, no aparecen modificaciones estructurales ni disminuye la resistencia del concreto.
Figura 20. Concreto expuesto a temperaturas de 200 a 300 °C.
Fuente.http://www.chacao.gob.ve/eduriesgo/vulnerabilidad_archivos/01_definicion
_de_terminos_basicos.pdf
• Temperaturas de 300 a 400 °C. Pérdida del agua del cemento. Aparecen fisuras superficiales y el concreto reforzado tiende a una coloración rosácea debido a los cambios que sufren los compuestos de hierro.
8 Ingeniero de la crisis. Tensiones y deformaciones profesionales. https://ingenierodelacrisis.wordpress.com/2012/05/02/el-fuego-vs-las-estructuras-de-hormigon-enemigos/
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Figura 21. Concreto expuesto a temperaturas de 300 a 400 °C.
Fuente.http://www.chacao.gob.ve/eduriesgo/vulnerabilidad_archivos/01_definicion
_de_terminos_basicos.pdf
• Temperaturas de 400 a 600 °C. Desprendimiento de cal viva a partir del hidróxido cálcico de hidratación de silicatos. Cuando se enfría el concreto sus propiedades mecánicas pueden disminuir en función del método de extinción del incendio y de las tensiones estructurales a las que esté sometido. Color rojizo.
Figura 22. Concreto expuesto a temperaturas de 400 a 600 °C.
Fuente. http://www.imcyc.com/revistacyt/ago11/arttecnologia.html
• Temperaturas de 600 a 950 °C. Los áridos se expanden y debido a sus diferentes coeficientes de dilatación, aparece la disgregación. El hormigón adquiere tonalidades grisáceas, pierde agua intersticial y se
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vuelve poroso. En estas situaciones se produce una pérdida de resistencia que puede oscilar entre el 60% y el 90%, siendo necesaria su total sustitución para garantizar la estabilidad estructural del edificio.
Figura 23. Concreto expuesto a temperaturas de 600 a 950 °C.
Fuente.http://www.mda.cinvestav.mx/alconpat/internacional/contenido/re_ebook_ai/DEMO_R/HTML/Capitulo1/Capitulo.htm
• Temperaturas de 950 a 1200 °C. Destrucción del conglomerado, adquiriendo un tono amarillento el concreto carece de resistencia residual alguna.
Figura 24. Concreto expuesto a temperaturas de 950 a 1200 °C.
Fuente.http://www.mda.cinvestav.mx/alconpat/internacional/contenido/re_ebook_ai/DEMO_R/HTML/Capitulo1/Capitulo.htm
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2.3.2. Propiedades protectoras y de seguridad del concreto.
• El concreto no es combustible, por lo tanto no se suma a la carga de fuego ni contribuye a que el incendio se extienda.
• El concreto ofrece una elevada resistencia al fuego. Las estructuras de concreto soportan incendios severos sin colapsar.
• El concreto protege a los usuarios del edificio y a los bomberos. Permite la evacuación del edificio y los trabajos de control y extinción del incendio en condiciones de estabilidad estructural.
• El concreto no produce humo ni gases tóxicos, reduciendo el riesgo de las personas y de polución medio ambiental y contribuyendo a una construcción más sostenible.
• Después del incendio el concreto es fácilmente reparable y facilita la vuelta a la actividad del edificio, reduciendo las consecuencias de éste.
• El concreto no necesita de otro material para reducir el riego frente a un incendio. Contribuye a la reducción de costos en la construcción.
• El concreto no se degrada por efecto del agua utilizada durante la extinción del incendio.
2.4. COMPORTAMIENTO DEL ACERO FRENTE AL FUEGO
El acero es un material incombustible pero buen conductor del calor. Cuando un elemento de la estructura de acero está sometido a un incendio, su temperatura aumenta, y sus propiedades mecánicas se reducen como en cualquier otro material. La capacidad portante del elemento disminuye por consiguiente y su deformación aumenta. Si la deformación es demasiado importante, puede colapsar.
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La estabilidad al fuego de un elemento no puede asegurarse más cuándo, bajo el efecto de la elevación de temperatura, su resistencia mecánica disminuye hasta un cierto nivel. Alcanzamos en ese instante la temperatura crítica, comprendida entre 450°C y 800°C, que depende de varios parámetros: calidad del acero, el grado de coacción, tipo de perfil, condiciones de sustentación y de carga, y factor de masividad (relación de la superficie expuesta al calor y el volumen por unidad de longitud). Cuanto más elevado sea este factor más rápido es el calentamiento. El acero es un buen conductor del calor, recordemos una de las formas clásicas de la transmisión del calor “conducción”, debido a que el hierro (elemento mayoritario en la composición del acero) como metal que es posee electrones libres, lo que puede propagar el calor fácilmente a través de elementos construidos con este material (vigas, columnas, paneles, etc.) originando a continuación nuevos focos térmicos que expanden el área de calor a una nueva combustión. Aún cuando el acero funde entre 1.300 º C y 1.400º C, mucho antes de llegar a este punto, pierde su resistencia, reduciéndose a la mitad al llegar a los 500 º C, el calor lo dilata con gran facilidad, el acero estructural pierde dos tercios de su resistencia inicial y en proporción al aumento y dirección de la carga a la cual es sujetada, comenzando por pandear y ceder, con el consiguiente arrastre del resto de los elementos portantes de la construcción. Este comportamiento del acero en estructuras de contenido, no presupone la presencia de altas temperaturas o anormales condiciones, sino que son suficientes de pequeños a moderados incendios para que se produzca la deformación del material. En general, todos los metales bajo la acción del calor presentan un riesgo máximo a la distorsión y colapso.
2.4.1. Reacción del acero frente al fuego.
• Temperaturas de 400 a 500 °C. Pérdida de un 15% de resistencia, disminución del modulo de elasticidad del 30%.
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Figura 25. Acero expuesto a temperaturas de 400 a 500 °C.
Fuente. http://www.arquitecturaenacero.org/editorial/presentacion-editorial-enero-
2017
• Temperaturas de 500 a 600 °C. Pérdida de un 30% de resistencia, disminución del modulo de elasticidad del 40%.
Figura 26. Acero expuesto a temperaturas de 500 a 600 °C.
Fuente. https://e-struc.com/2015/06/19/rehabilitacion-o-demolicion-iv-un-caso-
concreto-de-rehabilitacion-estructural/
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• Temperaturas de 600 a 700 °C. Pérdida de un 60% de resistencia, disminución del modulo de elasticidad del 70%.
Figura 27. Acero expuesto a temperaturas de 600 a 700 °C.
Fuente. http://www.construccionenacero.com/blog/ndeg-37-ingenieria-de-
seguridad-contra-incendio
• Temperaturas de 700 a 1200 °C. Pérdida de un 85% de resistencia, disminución del modulo de elasticidad del 87%.
Figura 28. Acero expuesto a temperaturas de 700 a 1200 °C.
Fuente. http://www.construccionenacero.com/blog/ndeg-37-ingenieria-de-
seguridad-contra-incendio
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• Temperaturas > 1200 °C. Alcanza su punto de ignición, el elemento comienza a arder e inicia la transformación del material de solido a liquido.
Figura 29. Acero expuesto a temperaturas mayores a 1200 °C.
Fuente.https://mundo.sputniknews.com/economia/201803091076883367-guerra-
comercial-eeuu-china-acero/
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3. DESARROLLO Y RECOPILACIÓN DE RESULTADOS EN LA MADERA EN FLOR MORADO, EL ACERO LAMINADO Y EL CONCRETO DE 3000
PSI FRENTE AL FUEGO
Se realiza una prueba con una estufa artesanal a base de suministro de gas natural. Se someten al fuego 5 unidades de un total de 6 muestras de cada material (concreto reforzado de 3000 PSI, madera en flor morado y acero laminado), en intervalos de 15 minutos ascendentes, con el fin observar el comportamiento de las muestras y posteriormente determinar la perdida de resistencia de las muestras en el laboratorio.
3.1. DESARROLLO DE LAS PRUEBAS
3.1.1. Materiales, equipos y elementos para el desarrollo de la prueba.
• Estufa artesanal. Aparato elaborado para someter al fuego las muestras de los materiales estructurales. Cuenta con dos soportes laterales que sirven de puntos de apoyo a las muestras y una llave de cierre para regular el paso del suministro de gas.
Figura 30. Estufa artesanal.
Fuente. Propia
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• Cilindro de gas. Elemento que proporciona el suministro de gas natural a la estufa, posee un regulado para controlar el abastecimiento del combustible a una presión constante.
Figura 31. Cilindro de gas.
Fuente. Propia
• Medidor de temperatura. Dispositivo marca UNI-T, modelo UT303D, rango de medida de temperatura de – 32 °C a 1250 °C, posee indicador puntual en laser para proyectar el sector a medir.
Figura 32. Medidor de temperatura.
Fuente. Propia
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• Muestras de madera en flor morado. Vigas de dimensiones de longitud 100 cm, ancho 9 cm, alto 2.54 cm.
Figura 33. Muestras madera.
Fuente. Propia.
• Muestras de concreto de 3000 PSI. Vigas de dimensiones de longitud 100 cm, ancho 9 cm, alto 2.54 cm.
Figura 34. Muestras concreto.
Fuente. Propia.
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• Muestras de madera acero. Vigas de dimensiones de longitud 100 cm, ancho 9 cm, alto 2.54 cm.
Figura 35. Muestras acero.
Fuente. Propia.
• Maquina de fallado de vigas. Equipo utilizado que ejercer cargas de forma gradual, se utiliza para el fallado de las muestras.
Figura 36. Maquina fallado de vigas.
Fuente. Propia.
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• Esclerómetro. Instrumento de medición empleado para la determinación de la resistencia a compresión.
Figura 37. Esclerómetro.
Fuente. Propia.
• Balanza. Aparato utilizado para determinar el peso de las muestras.
Figura 38. Balanza digital.
Fuente. Propia.
3.1.2. Descripción del desarrollo de la prueba.
3.1.2.1. Muestras. Se obtienen 6 muestras de acero laminado, 6 muestras de concreto reforzado de 3.000 PSI y 6 muestras de madera en flor
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morado. Cada uno de los elementos tienen las siguientes dimensiones:
Figura 39. Dimensiones de las muestras.
Fuente. Propia.
Se numeran las muestras de cada elemento del 1 al 6. La muestra 1 no se expone al fuego, la muestra 2 se somete a 15 minutos de exposición al fuego, la muestra 3 se expone al fuego durante 30 minutos, la muestra 4 se expone al fuego durante 45 minutos, la muestra 5 se expone al fuego durante 1 hora, y la muestra 6 se expone al fuego durante 1 hora y 15 minutos.
Figura 40. Muestras demarcadas.
Fuente. Propia.
3.1.2.2. Estufa artesanal. Las muestras se someten al fuego en una estufa artesanal que posee dos apoyos para el descanso de las muestras, una llave de cierre que controla la intensidad de la llama, una conexión para el suministro de gas natural a través de un cilindro de 33 lbs, el cual tiene adaptado un regulador de presión de salida del gas.
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La intensidad de la llama está regulada a una presión constante con la apertura total de la llave del cilindro de gas y una apertura en ángulo de 45 grados en la posición de la llave de cierre de la entrada en la estufa.
Figura 41. Estufa artesanal regulada en llama.
Fuente. Propia.
La llama que sale de la estufa adquiere un color rojo-naranja, debido a una combustión rica en oxigeno, debido a ello se toma una temperatura aproximada de 700° C en la totalidad de las pruebas.
Figura 42. Temperatura de la llama.
Fuente. http://www.lavidacotidiana.es/wp-content/uploads/2013/07/temperatura-
llama.gif
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3.1.2.3. Medición de temperatura. Cada muestra es demarcada en su
centro (punto 2), igualmente a 20 cm del centro hacia el extremo izquierdo (punto 1) y a 20 cm del centro hacia el extremo derecho (punto 3). En los 3 puntos señalizados se recopilan los datos que determina el medidor de temperatura, a intervalos de tiempo constantes de 15 minutos de exposición al fuego.
Figura 43. Posicionamiento de las muestras.
Fuente. Propia.
3.1.2.4. Peso de las muestras. Una vez terminado la fase de exposición al fuego de las muestras se llevan a una balanza digital para determinar si existe pérdida de peso en los elementos.
3.1.2.5. Prueba del esclerómetro. Se realiza prueba de rebote para determinar la resistencia a compresión de cada elemento y en los 3
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puntos anteriormente demarcados después de haber realizado la prueba de exposición al fuego.
Figura 44. Prueba esclerómetro.
Fuente. Propia.
3.1.2.6. Fallado de muestras. Las muestras que se conservaron de madera y concreto se llevan a fallado de vigas, allí se le adiciona una carga distribuida de 30 cm desde un extremo demarcado anteriormente hasta 10 cm del centro del extremo contrario. Las muestras de acero no hacen parte de esta prueba ya que no se dispone de maquinaria para su fallado.
Figura 45. Posicionamiento fallado de vigas.
Fuente. Propia.
72
3.2. RECOPILACIÓN DE RESULTADOS
3.2.1. Prueba de temperatura.
3.2.1.1. Madera.
• Muestra 1. La muestra no se somete al fuego, por lo tanto se toma la temperatura en ambiente normal 29,5° C.
• Muestra 2. Tiempo de exposición 15 minutos.
Tabla 13. Madera expuesta a 15 minutos frente al fuego.
MUESTRA 2 (15 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 69,1° C 297,2° C 69,7° C
Aparecen manchas negras en el perímetro del elemento, fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama en la parte inferior, cara posterior, cara frontal e inicio de área en la cara superior, perdida de líquidos en el elemento.
Fuente. Propia.
73
Figura 46. Madera expuesta a 15 minutos.
Fuente. Propia.
• Muestra 3. Tiempo de exposición 30 minutos.
Tabla 14. Madera expuesta a 30 minutos frente al fuego.
MUESTRA 3 (30 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 82,1° C 306,5° C 53,1° C
Aparecen manchas negras en el perímetro del elemento, fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama en la parte inferior,
74
cara posterior, cara frontal e inicio de área en la cara superior, perdida de líquidos en el elemento.
30 minutos 83,2° C 526,0° C 61,2° C
Aumento de manchas negras en el perímetro del elemento, aumento de longitud, espesor y profundidad de fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama, aparecen pequeñas manchas blancas de carbonización.
Fuente. Propia.
Figura 47. Madera expuesta a 30 minutos.
Fuente. Propia.
75
• Muestra 4. Tiempo de exposición 45 minutos.
Tabla 15. Madera expuesta a 45 minutos frente al fuego.
MUESTRA 4 (45 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 81,8° C 284,7° C 67,0° C
Aparecen manchas negras en el perímetro del elemento, fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama en la parte inferior, cara posterior, cara frontal e inicio de área en la cara superior, perdida de líquidos en el elemento.
30 minutos 82,9° C 513,8° C 63,4° C
Aumento de manchas negras en el perímetro del elemento, aumento de longitud, espesor y profundidad de fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama, aparecen pequeñas manchas blancas de carbonización.
45 minutos 71,4° C 561,2° C 53,7° C
Aumento de manchas blancas de carbonización, pérdida de masa, ruptura del elemento en el centro o punto de aplicación de la llama.
Fuente. Propia.
76
Figura 48. Madera expuesta a 45 minutos.
Fuente. Propia.
• Muestra 5. Tiempo de exposición 1 hora.
77
Tabla 16. Madera expuesta a 1 hora frente al fuego.
Fuente. Propia.
MUESTRA 5 (1 HORA)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 76,0° C 320,5° C 70,2° C
Aparecen manchas negras en el perímetro del elemento, fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama en la parte inferior, cara posterior, cara frontal e inicio de área en la cara superior, perdida de líquidos en el elemento.
30 minutos 83,9° C 532,5° C 81,5° C
Aumento de manchas negras en el perímetro del elemento, aumento de longitud, espesor y profundidad de fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama, aparecen pequeñas manchas blancas de carbonización.
45 minutos 72,6° C 582,8° C 69,9° C
Aumento de manchas blancas de carbonización, pérdida de masa, ruptura del elemento en el centro o punto de aplicación de la llama.
1 hora 81,0° C 650,5° C 70,1° C
Aumento de manchas negras y manchas blancas de carbonización, pérdida de masa en el centro de la ruptura.
78
Figura 49. Madera expuesta a 1 hora.
Fuente. Propia.
• Muestra 6. Tiempo de exposición 1 hora y 15 minutos.
Tabla 17. Madera expuesta a 1 hora y 15 minutos frente al fuego.
MUESTRA 6 (1 HORA Y 15 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
79
Fuente. Propia.
15 minutos 72,3° C 285,6° C 62,9° C
Aparecen manchas negras en el perímetro del elemento, fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama en la parte inferior, cara posterior, cara frontal e inicio de área en la cara superior, perdida de líquidos en el elemento.
30 minutos 82,6° C 497,8° C 70,2° C
Aumento de manchas negras en el perímetro del elemento, aumento de longitud, espesor y profundidad de fisuras en forma de piel de cocodrilo en toda el área de exposición de la llama, aparecen pequeñas manchas blancas de carbonización.
45 minutos 78,0° C 563,8° C 69,4° C
Aumento de manchas blancas de carbonización, pérdida de masa, ruptura del elemento en el centro o punto de aplicación de la llama.
1 hora 79,2° C 629,4° C 72,1° C
Aumento de manchas negras y manchas blancas de carbonización, pérdida de masa en el centro de la ruptura.
1 hora y 15 minutos
81,1° C 688,3° C 73,1° C
Aumento de manchas negras, aumento de manchas blancas de carbonización en los puntos de ruptura, pérdida de masa en el centro de la ruptura.
80
Figura 50. Madera expuesta a 1 hora y 15 minutos.
Fuente. Propia.
3.2.1.2. Concreto.
• Muestra 1. La muestra no se somete al fuego, por lo tanto se toma la temperatura en ambiente normal 28,2° C.
• Muestra 2. Tiempo de exposición 15 minutos.
81
Tabla 18. Concreto expuesto a 15 minutos frente al fuego.
MUESTRA 2 (15 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 69,0° C 212,3° C 50,0° C
Aparecen manchas negras y fisuras muy leves en dirección perpendicular a las barras de refuerzo.
Fuente. Propia.
Figura 51. Concreto expuesto a 15 minutos.
Fuente. Propia.
• Muestra 3. Tiempo de exposición 30 minutos.
Tabla 19. Concreto expuesto a 30 minutos frente al fuego.
MUESTRA 3 (30 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 66,4° C 195,8° C 54,8° C
Aparecen manchas negras y fisuras muy leves en dirección perpendicular a las barras de refuerzo.
82
30 minutos 98,4° C 324,0° C 70,8° C
Aumento de longitud de la fisura de espesor muy leve arropando todo el perímetro del elemento.
Fuente. Propia.
Figura 52. Concreto expuesto a 30 minutos.
Fuente. Propia.
• Muestra 4. Tiempo de exposición 45 minutos.
Tabla 20. Concreto expuesto a 45 minutos frente al fuego.
MUESTRA 4 (45 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 60,4° C 187,3° C 72,5° C
Aparecen manchas negras y fisuras muy leves en dirección perpendicular a las barras de refuerzo.
30 minutos 94,5° C 315,3° C 75,6° C
Aumento de longitud de la fisura de espesor muy leve arropando todo el perímetro del elemento.
83
45 minutos 101,1° C 331,9° C 83,6° C
Aparece leve fisura en el costado frontal del elemento en dirección perpendicular a las barras de refuerzo.
Fuente. Propia.
Figura 53. Concreto expuesto a 45 minutos.
Fuente. Propia.
• Muestra 5. Tiempo de exposición 1 hora.
Tabla 21. Concreto expuesto a 1 hora frente al fuego.
MUESTRA 5 (1 HORA)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 86,5° C 201,7° C 72,3° C
Aparecen manchas negras y fisuras muy leves en dirección perpendicular a las barras de refuerzo.
30 minutos 94,6° C 320,2° C 91,5° C
Aumento de longitud de la fisura de espesor muy leve arropando todo el perímetro del elemento.
84
Fuente. Propia.
Figura 54. Concreto expuesto a 1 hora.
Fuente. Propia.
• Muestra 6. Tiempo de exposición 1 hora y 15 minutos.
Tabla 22. Concreto expuesto a 1 hora y 15 minutos frente al fuego.
45 minutos 96,4° C 335,3° C 109,4° C
Aparece leve fisura en el costado frontal del elemento en dirección perpendicular a las barras de refuerzo.
1 hora 103,5° C 348,7° C 116,1° C
Aparecen muy leves fisuras en los costados del elemento en dirección paralela a las barras de refuerzo.
MUESTRA 6 (1 HORA Y 15 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
85
Fuente. Propia.
Figura 55. Concreto expuesto a 1 hora y 15 minutos.
Fuente. Propia.
15 minutos 87,3° C 198,7° C 49,3° C
Aparecen manchas negras y fisuras muy leves en dirección perpendicular a las barras de refuerzo.
30 minutos 108,7° C 313,2° C 64,9° C
Aumento de longitud de la fisura de espesor muy leve arropando todo el perímetro del elemento.
45 minutos 115,8° C 327,3° C 67,2° C
Aparece leve fisura en el costado frontal del elemento en dirección perpendicular a las barras de refuerzo.
1 hora 125,4° C 350,0° C 68,6° C
Aparecen muy leves fisuras en los costados del elemento en dirección paralela a las barras de refuerzo.
1 hora y 15 minutos
142,6° C 371,6° C 69,6° C
Aumento de la longitud de la fisura de los costados de espesor muy leve arropando todo el perímetro del elemento, aumenta manchas negras, aumenta el espesor de la fisura del centro de la muestra.
86
3.2.1.3. Acero.
• Muestra 1. La muestra no se somete al fuego, por lo tanto se toma la temperatura en ambiente normal 28,5° C.
• Muestra 2. Tiempo de exposición 15 minutos.
Tabla 23. Acero expuesto a 15 minutos frente al fuego.
MUESTRA 2 (15 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 100,8° C 286,1° C 115,1° C Aparecen manchas negras.
Fuente. Propia.
Figura 56. Acero expuesto a 15 minutos.
Fuente. Propia.
• Muestra 3. Tiempo de exposición 30 minutos.
Tabla 24. Acero expuesto a 30 minutos frente al fuego.
MUESTRA 3 (30 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA OBSERVACIONES
87
PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 112,6° C 280,2° C 115,3° C Aparecen manchas negras.
30 minutos 145,5° C 323,1° C 154,7° C No se evidencian cambios en el elemento.
Fuente. Propia.
Figura 57. Acero expuesto a 30 minutos.
Fuente. Propia.
• Muestra 4. Tiempo de exposición 45 minutos.
Tabla 25. Acero expuesto a 45 minutos frente al fuego.
MUESTRA 4 (45 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 92,4° C 295,1° C 115,8° C Aparecen manchas negras.
30 minutos 143,8° C 333,8° C 161,5° C No se evidencian cambios en el elemento.
45 minutos 158,9° C 371,0° C 179,4° C No se evidencian cambios en el elemento.
Fuente. Propia.
88
Figura 58. Acero expuesto a 45 minutos.
Fuente. Propia.
• Muestra 5. Tiempo de exposición 1 hora.
Tabla 26. Acero expuesto a 1 hora frente al fuego.
Fuente. Propia.
MUESTRA 5 (1 HORA)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 110,1° C 279,6° C 104,1° C Aparecen manchas negras.
30 minutos 161,6° C 316,5° C 152,4° C No se evidencian cambios en el elemento.
45 minutos 181,8° C 325,3° C 156,9° C No se evidencian cambios en el elemento.
1 hora 183,0° C 354,3° C 165,6° C No se evidencian cambios en el elemento.
89
Figura 59. Acero expuesto a 1 hora.
Fuente. Propia.
• Muestra 6. Tiempo de exposición 1 hora y 15 minutos.
Tabla 27. Acero expuesto a 1 hora y 15 minutos frente al fuego.
Fuente. Propia.
MUESTRA 6 (1 HORA Y 15 MINUTOS)
TIEMPO TEMPERATURA
OBSERVACIONES PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
15 minutos 111.1° C 259,1° C 101,9° C Aparecen manchas negras.
30 minutos 147,3° C 324,2° C 147,0° C No se evidencian cambios.
45 minutos 169,9° C 330,4° C 158,7° C No se evidencian cambios.
1 hora 186,6° C 368,2° C 167,4° C No se evidencian cambios.
1 hora y 15 minutos
186,6° C 373,6° C 176,0° C No se evidencian cambios en el elemento.
90
Figura 60. Acero expuesto a 1 hora y 15 minutos.
Fuente. Propia.
3.2.2. Peso de las muestras.
Las 6 muestras de cada elemento se pesan en una balanza digital después de estar sometidas al fuego.
3.2.2.1. Madera. Se evidencia pérdida de peso en los elementos debido a la descomposición de las muestras. El aumento del tiempo de exposición al fuego favorece una perdida mayor de la masa de los materiales.
Tabla 28. Peso de la madera.
Fuente. Propia.
MADERA
MUESTRA PESO
1 1.427 grs
2 1.300 grs
3 1.217 grs
4 1.156 grs
5 1.105 grs
6 1.065 grs
91
3.2.2.2. Concreto. No se presenta perdida notable de masa, la variación del peso se debe al desarrollo de la muestra, mas no al resultados de la prueba.
Tabla 29. Peso del concreto.
Fuente. Propia.
3.2.2.3. Acero. Las muestras no presentan cambios en su peso por la exposición al fuego.
Tabla 30. Peso del acero.
Fuente. Propia.
3.2.3. Prueba a compresión (esclerómetro). El ensayo escleromérico o índice de rebote es una prueba no destructiva diseñada para determinar la dureza superficial de un elemento (generalmente concreto), con respecto a su resistencia a
CONCRETO
MUESTRA PESO
1 5.472 grs
2 5.329 grs
3 5.120 grs
4 5.297 grs
5 5.168 grs
6 4.791 grs
ACERO
MUESTRA PESO
1 18.072 grs
2 17.840 grs
3 17.891 grs
4 18.116 grs
5 18.356 grs
6 17.989 grs
92
compresión. Para el desarrollo de las pruebas se tomaran las resistencias del las muestras en el centro de los punto 1, 2 y 3.
3.2.3.1. Madera.
Tabla 31. Prueba a compresión de la madera.
MADERA
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 224.338 gf/cm2 305.915 gf/cm2 346.704 gf/cm2
2 163.115 gf/cm2 203.943 gf/cm2 132.563 gf/cm2
3 112.169 gf/cm2 183.549 gf/cm2 101.972 gf/cm2
4 - - -
5 - - -
6 - - -
Fuente. Propia.
Figura 61. Prueba de esfuerzo a compresión madera.
Fuente. Propia.
3.2.3.2. Concreto.
Tabla 32. Prueba a compresión del concreto.
CONCRETO
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
93
1 203.943 gf/cm2 265.126 gf/cm2 101.972 gf/cm2
2 132.563 gf/cm2 203.943 gf/cm2 122.366 gf/cm2
3 122.366 gf/cm2 152.957 gf/cm2 122.366 gf/cm2
4 101.972 gf/cm2 142.760 gf/cm2 122.366 gf/cm2
5 173.352 gf/cm2 142.760 gf/cm2 50.986 gf/cm2
6 50.986 gf/cm2 81.577 gf/cm2 142.760 gf/cm2
Fuente. Propia.
Figura 62. Prueba de esfuerzo a compresión concreto.
Fuente. Propia.
3.2.3.3. Acero.
Tabla 33. Prueba a compresión del acero.
ACERO
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 387.492 gf/cm2 377.295 gf/cm2 377.295 gf/cm2
2 367.098 gf/cm2 367.098 gf/cm2 377.295 gf/cm2
3 367.098 gf/cm2 367.098 gf/cm2 367.098 gf/cm2
4 367.098 gf/cm2 367.098 gf/cm2 367.098 gf/cm2
5 367.098 gf/cm2 367.098 gf/cm2 377.295 gf/cm2
6 367.098 gf/cm2 367.098 gf/cm2 367.098 gf/cm2
Fuente. Propia.
94
Figura 63. Prueba de esfuerzo a compresión acero.
Fuente. Propia.
3.2.4. Prueba de fallado de vigas. El ensayo consiste en someter las muestras a una deformación por flexión mediante una maquina de prensado que aumenta el esfuerzo a una velocidad constante, hasta obtener el fallado de estos elementos.
3.2.4.1. Madera. Las muestras 4, 5 y 6 no se fallaron en este ensayo debido a que habían fallaron con anterioridad en la prueba de fuego.
Tabla 34. Fallado de vigas de la madera.
MADERA
MUESTRA PRESIÓN FUERZA
1 358.226 gf/cm2 462.237 gramos
2 315.908 gf/cm2 346.683 gramos
3 92.182 gf/cm2 119.001 gramos
4 - -
5 - -
6 - -
Fuente. Propia.
95
Figura 64. Prueba de flexión madera.
Fuente. Propia.
3.2.4.2. Concreto.
Tabla 35. Fallado de vigas del concreto.
CONCRETO
MUESTRA PRESIÓN FUERZA
1 252.992 gf/cm2 326.411 gramos
2 217.403 gf/cm2 280.524 gramos
3 201.496 gf/cm2 260.028 gramos
4 191.707 gf/cm2 247.383 gramos
5 190.075 gf/cm2 245.242 gramos
6 172.128 gf/cm2 221.992 gramos
Fuente. Propia.
96
Figura 65. Prueba de flexión concreto.
Fuente. Propia.
3.2.4.3. Acero. No se fallaron las muestras de acero ya que no se dispone de un equipo especial para someter a flexión dichos elementos.
97
4. ANALISIS DE LOS DATOS RECOPILADOS
4.1. PRUEBA DE TEMPERATURA
4.1.1. Madera. Comparativo entre los datos arrojados en cada tiempo de exposición al fuego en grados centígrados.
4.1.1.1. Elementos expuestos a temperatura alta durante 15 minutos. Se realiza cuadro comparativo de las 5 muestras de madera que alcanzaron los 15 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 76,3° C, el punto 2 una temperatura de 298,9° C y el punto 3 temperatura prometió de 64.6° C.
Tabla 36. Resultados temperatura de la madera durante 15 minutos.
MADERA
15 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 69,1 297,2 69,7
3 82,1 306,5 53,1
4 81,8 284,7 67,0
5 76,0 320,5 70,2
6 72,3 285,6 62,9
PROMEDIO 76,3 298,9 64,6
Fuente. Propia.
98
Gráfica 1. Resultados temperatura de la madera durante 15 minutos.
Fuente. Propia.
4.1.1.2. Elementos expuestos a temperatura alta durante 30 minutos. Se realiza cuadro comparativo de las 4 muestras de madera que alcanzaron los 30 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 83,2° C, el punto 2 una temperatura de 517,5° C y el punto 3 temperatura prometió de 69,1° C.
Tabla 37. Resultados temperatura de la madera durante 30 minutos.
MADERA
30 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 83,2 526 61,2
4 82,9 513,8 63,4
5 83,9 532,5 81,5
6 82,6 497,8 70,2
PROMEDIO 83,2 517,5 69,1
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 69,1 82,1 81,8 76,0 72,3
PUNTO 2 0 297,2 306,5 284,7 320,5 285,6
PUNTO 3 0 69,7 53,1 67,0 70,2 62,9
0
50
100
150
200
250
300
350
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 15 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
99
Gráfica 2. Resultados temperatura de la madera durante 30 minutos.
Fuente. Propia.
4.1.1.3. Elementos expuestos a temperatura alta durante 45 minutos. Se realiza cuadro comparativo de las 3 muestras de madera que alcanzaron los 45 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 74,0° C, el punto 2 una temperatura de 569,2° C y el punto 3 temperatura prometió de 64,3° C.
Tabla 38. Resultados temperatura de la madera durante 45 minutos.
MADERA
45 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 - - -
4 71,4 561,2 53,7
5 72,6 582,6 69,9
6 78 563,8 69,4
PROMEDIO 74 569,2 64,3
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 83,2 82,9 83,9 82,6
PUNTO 2 0 0 526 513,8 532,5 497,8
PUNTO 3 0 0 61,2 63,4 81,5 70,2
0
100
200
300
400
500
600
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 30 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
100
Gráfica 3. Resultados temperatura de la madera durante 45 minutos.
Fuente. Propia.
4.1.1.4. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora. Se realiza cuadro comparativo de las 2 muestras de madera que alcanzaron 1 hora de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 80,1° C, el punto 2 una temperatura de 640,0° C y el punto 3 temperatura prometió de 71,1° C.
Tabla 39. Resultados temperatura de la madera durante 1 hora.
MADERA
1 HORA
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 - - -
4 - - -
5 81,0 650,5 70,1
6 79,2 629,4 72,1
PROMEDIO 80,1 640,0 71,1
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 71,4 72,6 78
PUNTO 2 0 0 0 561,2 582,6 563,8
PUNTO 3 0 0 0 53,7 69,9 69,4
0
100
200
300
400
500
600
700
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 45 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
101
Gráfica 4. Resultados temperatura de la madera durante 1 hora.
Fuente. Propia.
4.1.1.5. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora y 15 minutos. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de madera que alcanzo 1 hora y 15 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 81,1° C, el punto 2 una temperatura de 688,3° C y el punto 3 temperatura prometió de 73,1° C.
Tabla 40. Resultados temperatura de la madera durante 1 hora y 15 minutos.
MADERA
1 HORA Y 15 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 - - -
4 - - -
5 - - -
6 81,1 688,3 73,1
PROMEDIO 81,1 688,3 73,1
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 0 81,0 79,2
PUNTO 2 0 0 0 0 650,5 629,4
PUNTO 3 0 0 0 0,0 70,1 72,1
0
100
200
300
400
500
600
700
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 1 HORA DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
102
Gráfica 5. Resultados temperatura de la madera durante 1 hora y 15 minutos.
Fuente. Propia.
4.1.1.6. Promedio de las muestras de madera en la prueba de fuego. Se toman los promedios de los valores obtenidos para cada prueba de los tiempos anteriormente especificados. El punto 1 y 3 se promedian debido a que son designaciones igualitarias al estar ubicados a 20 cm del centro o punto 2 de los elementos. Los valores obtenidos en cada muestra (punto 1 y 3) generalmente no se asemejan en temperaturas obtenidas, ya que algunos factores ambientales (movimiento del aire) no permiten que la llama distribuya de forma uniforme la temperatura en toda el área de las muestras. La columna de porcentaje puntos (1- 3) (2) de la tabla 41 muestra la variación porcentual de temperatura de los elementos, iniciando desde el tiempo 0 (temperatura ambiente del elemento 29,5° C) con relación a cada variación de tiempo (15 minutos, 30 minutos, 45 minutos, 1 hora y 1 hora y 15 minutos).
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 0 0,0 81,1
PUNTO 2 0 0 0 0 0 688,3
PUNTO 3 0 0 0 0,0 0 73,1
0100200
300400500600700
800
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 1 HORA Y 15 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
103
La columna de porcentaje diferencia puntos (1- 3) (2) de la tabla 41 muestra la variación porcentual de temperatura de los elementos, relacionando un tiempo con el tiempo inmediatamente anterior al elegido (0 - 15 minutos, 15 - 30 minutos, 30 – 45 minutos, 45 – 1 hora, 1 hora – 1 hora y 15 minutos).
Tabla 41. Resultados del promedio total de la madera.
MADERA
PROMEDIO TOTAL
TIEMPO PUNTO
1 PUNTO
2 PUNTO
3
PORCENTAJE
PUNTO 1-3 DIFERENCIA PUNTO 1-3
PUNTO 2
DIFERENCIA PUNTO 2
0 29,5 29,5 29,5 0% 0% 0% 0%
15 minutos 76,3 298,9 64,6 239% 239% 1013% 1013%
30 minutos 83,2 517,5 69,1 258% 108% 1754% 173%
45 minutos 74 569,2 64,3 234% 91% 1929% 110%
1 hora 80,1 640 71,1 256% 109% 2169% 112%
1 hora y 15 minutos
81,1 688,3 73,1 261% 102% 2333% 108%
Fuente. Propia.
Gráfica 6. Resultados promedio total de la madera.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 76,3 83,2 74 80,1 81,1
PUNTO 2 0 298,9 517,5 569,2 640 688,3
PUNTO 3 0 64,6 69,1 64,3 71,1 73,1
0100200300400500600700800
Tem
pre
atu
ra °
C
PROMEDIO TOTAL
104
La gráfica 7 y 8 evidencian un incremento del porcentaje de temperatura con relación al aumento del tiempo de exposición al fuego en el punto 2 de los elementos; lo cual confirma que a mayor tiempo de exposición aumentara de manera paulatina la absorción de temperatura. El punto 1-3 revela incremento de temperatura hasta los 30 minutos, al minuto 45 demuestra un decremento de temperatura debido a la reducción parcial de la pirolisis por la ruptura del elemento y posteriormente continua su aumento de temperatura.
Gráfica 7. Porcentaje aumento de temperatura de la madera.
Fuente. Propia.
Gráfica 8. Porcentaje diferencia de temperatura de la madera.
Fuente. Propia.
0%239% 258% 234% 256% 261%
0%
1013%
1754%1929%
2169%2333%
0 15 minutos 30 minutos 45 minutos 1 hora 1 hora y 15minutos
PORCENTAJE AUMENTO TEMPERATURA DE LA MADERA
PUNTO 1-3 PUNTO 2
0%239%
108% 91% 109% 102%0%
1013%
173%110% 112% 108%
0 15 minutos 30 minutos 45 minutos 1 hora 1 hora y 15minutos
PORCENTAJE DIFERENCIA TEMPERATURA DE LA MADERA
DIFERENCIA PUNTO 1-3 DIFERENCIA PUNTO 2
105
4.1.2. Concreto. Comparativo entre los datos arrojados en cada tiempo de
exposición al fuego en grados centígrados.
4.1.2.1. Elementos expuestos a temperatura alta durante 15 minutos. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de concreto que alcanzo 15 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 73,9° C, el punto 2 una temperatura de 199,2° C y el punto 3 temperatura prometió de 59,8° C.
Tabla 42. Resultados temperatura del concreto durante 15 minutos.
CONCRETO
15 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 69 212,3 50
3 66,4 195,8 54,8
4 60,4 187,3 72,5
5 86,5 201,7 72,3
6 87,3 198,7 49,3
PROMEDIO 73,9 199,2 59,8
Fuente. Propia.
Gráfica 9. Resultados temperatura del concreto durante 15 minutos.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 69 66,4 60,4 86,5 87,3
PUNTO 2 0 212,3 195,8 187,3 201,7 198,7
PUNTO 3 0 50 54,8 72,5 72,3 49,3
050
100150200250
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 15 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
106
4.1.2.2. Elementos expuestos a temperatura alta durante 30 minutos.
Se realiza cuadro comparativo de la muestra de concreto que alcanzo 30 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 99,1° C, el punto 2 una temperatura de 318,2° C y el punto 3 temperatura prometió de 75,7° C.
Tabla 43. Resultados temperatura del concreto durante 30 minutos.
CONCRETO
30 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 98,4 324 70,8
4 94,5 315,3 75,6
5 94,6 320,2 91,5
6 108,7 313,2 64,9
PROMEDIO 99,1 318,2 75,7
Fuente. Propia.
Gráfica 10. Resultados temperatura del concreto durante 30 minutos.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 98,4 94,5 94,6 108,7
PUNTO 2 0 0 324 315,3 320,2 313,2
PUNTO 3 0 0 70,8 75,6 91,5 64,9
050
100150200250300350
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 30 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
107
4.1.2.3. Elementos expuestos a temperatura alta durante 45 minutos. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de concreto que alcanzo 45 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 104,4° C, el punto 2 una temperatura de 331,6° C y el punto 3 temperatura prometió de 86,7° C.
Tabla 44. Resultados temperatura del concreto durante 45 minutos.
CONCRETO
45 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 - - -
4 101,1 331,9 83,6
5 96,4 335,3 109,4
6 115,8 327,5 67,2
PROMEDIO 104,4 331,6 86,7
Fuente. Propia.
Gráfica 11. Resultados temperatura del concreto durante 45 minutos.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 101,1 96,4 115,8
PUNTO 2 0 0 0 331,9 335,3 327,5
PUNTO 3 0 0 0 83,6 109,4 67,2
050
100150200250300350
400
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 45 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
108
4.1.2.4. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de concreto que alcanzo 1 hora de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 114,5° C, el punto 2 una temperatura de 349,4° C y el punto 3 temperatura prometió de 92,4° C.
Tabla 45. Resultados temperatura del concreto durante 1 hora.
CONCRETO
1 HORA
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 - - -
4 - - -
5 103,5 348,7 116,1
6 125,4 350 68,6
PROMEDIO 114,5 349,4 92,4
Fuente. Propia.
Gráfica 12. Resultados temperatura del concreto durante 1 hora.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 0 103,5 125,4
PUNTO 2 0 0 0 0 348,7 350
PUNTO 3 0 0 0 0,0 116,1 68,6
050
100150200250300350
400
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 1 HORA DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
109
4.1.2.5. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora y 15 minutos. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de concreto que alcanzo 1 hora y 15 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 142,6° C, el punto 2 una temperatura de 371,6° C y el punto 3 temperatura prometió de 69,6° C.
Tabla 46. Resultados temperatura del concreto durante 1 hora y 15 minutos.
CONCRETO
1 HORA Y 15 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 - - -
4 - - -
5 - - -
6 142,6 371,6 69,6
PROMEDIO 142,6 371,6 69,6
Fuente. Propia.
Gráfica 13. Resultados temperatura del concreto durante 1 hora y 15 minutos.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 0 0,0 142,6
PUNTO 2 0 0 0 0 0 371,6
PUNTO 3 0 0 0 0,0 0 69,6
050
100150200250300350400
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 1 HORA Y 15 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
110
4.1.2.6. Promedio de las muestras de concreto en la prueba de fuego.
Se toman los promedios de los valores obtenidos para cada prueba de los tiempos anteriormente especificados. El punto 1 y 3 se promedian debido a que son designaciones igualitarias al estar ubicados a 20 cm del centro o punto 2 de los elementos. Los valores obtenidos en cada muestra (punto 1 y 3) generalmente no se asemejan en temperaturas obtenidas, ya que algunos factores ambientales (movimiento del aire) no permiten que la llama distribuya de forma uniforme la temperatura en toda el área de las muestras. La columna de porcentaje puntos (1- 3) (2) de la tabla 41 muestra la variación porcentual de temperatura de los elementos, iniciando desde el tiempo 0 (temperatura ambiente del elemento 29,5° C) con relación a cada variación de tiempo (15 minutos, 30 minutos, 45 minutos, 1 hora y 1 hora y 15 minutos). La columna de porcentaje diferencia puntos (1- 3) (2) de la tabla 41 muestra la variación porcentual de temperatura de los elementos, relacionando un tiempo con el tiempo inmediatamente anterior al elegido (0 - 15 minutos, 15 - 30 minutos, 30 – 45 minutos, 45 – 1 hora, 1 hora – 1 hora y 15 minutos).
Tabla 47. Resultados del promedio total del concreto.
CONCRETO
PROMEDIO TOTAL
TIEMPO PUNTO
1 PUNTO
2 PUNTO
3
PORCENTAJE
PUNTO 1-3
DIFERENCIA PUNTO 1-3
PUNTO 2
DIFERENCIA PUNTO 2
0 28,2 28,2 28,2 0% 0% 0% 0%
15 minutos
73,9 199,2 59,8 237% 237% 706% 706%
30 minutos
99,1 318,2 75,7 310% 131% 1128% 160%
45 minutos
104,4 331,6 86,7 339% 109% 1176% 104%
1 hora 114,5 349,4 92,4 367% 108% 1239% 105%
111
1 hora y 15
minutos 142,6 371,6 69,6 376% 103% 1318% 106%
Fuente. Propia.
Gráfica 14. Resultados promedio total del concreto.
Fuente. Propia.
La gráfica 15 y 16 evidencian un incremento del porcentaje de temperatura con relación al aumento del tiempo de exposición al fuego en el punto 2 de los elementos; lo cual confirma que a mayor tiempo de exposición aumentara de manera paulatina la absorción de temperatura, lo mismo ocurre en el punto 1-3.
Gráfica 15. Porcentaje aumento temperatura del concreto.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 73,9 99,1 104,4 114,5 142,6
PUNTO 2 0 199,2 318,2 331,6 349,4 371,6
PUNTO 3 0 59,8 75,7 86,7 92,4 69,6
050
100150200250300350400
Tem
pre
atu
ra °
C
PROMEDIO TOTAL
0%237% 310% 339% 367% 376%
0%
706%
1128% 1176% 1239% 1318%
0 15 minutos 30 minutos 45 minutos 1 hora 1 hora y 15minutos
PORCENTAJE AUMENTO TEMPERATURA DEL CONCRETO
PUNTO 1-3 PUNTO 2
112
Gráfica 16. Resultados diferencia temperatura del concreto.
Fuente. Propia.
4.1.3. Acero. Comparativo entre los datos arrojados en cada tiempo de exposición al fuego en grados centígrados.
4.1.3.1. Elementos expuestos a temperatura alta durante 15 minutos. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de acero que alcanzo 15 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 105,4° C, el punto 2 una temperatura de 280,0° C y el punto 3 temperatura prometió de 110,4° C.
Tabla 48. Resultados temperatura del acero durante 15 minutos.
ACERO
15 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 100,8 286,1 115,1
3 112,6 280,2 115,3
4 92,4 295,1 115,8
0%
237%
131% 109% 108% 103%0%
706%
160%
104% 105% 106%
0 15 minutos 30 minutos 45 minutos 1 hora 1 hora y 15minutos
PORCENTAJE DIFERENCIA TEMPERATURA DEL CONCRETO
DIFERENCIA PUNTO 1-3 DIFERENCIA PUNTO 2
113
5 110,1 279,6 104,1
6 111,1 259,1 101,9
PROMEDIO 105,4 280,0 110,4
Fuente. Propia.
Gráfica 17. Resultados temperatura del acero durante 15 minutos.
Fuente. Propia.
4.1.3.2. Elementos expuestos a temperatura alta durante 30 minutos. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de acero que alcanzo 30 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 149,6° C, el punto 2 una temperatura de 324,4° C y el punto 3 temperatura prometió de 153,9° C.
Tabla 49. Resultados temperatura del acero durante 30 minutos.
ACERO
30 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 145,5 323,1 154,7
4 143,8 333,8 161,5
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 100,8 112,6 92,4 110,1 111,1
PUNTO 2 0 286,1 280,2 295,1 279,6 259,1
PUNTO 3 0 115,1 115,3 115,8 104,1 101,9
0
50
100
150
200
250
300
350
Tem
pre
atu
ra °
CMUESTRAS DESPUES DE 15 MINUTOS DE
EXPOSICIÓN AL FUEGO
114
5 161,6 316,5 152,4
6 147,3 324,2 147
PROMEDIO 149,6 324,4 153,9
Fuente. Propia.
Gráfica 18. Resultados temperatura del acero durante 30 minutos.
Fuente. Propia.
4.1.3.3. Elementos expuestos a temperatura alta durante 45 minutos. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de acero que alcanzo 45 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 170,1° C, el punto 2 una temperatura de 354,8° C y el punto 3 temperatura prometió de 167,9° C.
Tabla 50. Resultados temperatura del acero durante 45 minutos.
ACERO
45 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 - - -
4 158,9 371 179,4
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 145,5 143,8 161,6 147,3
PUNTO 2 0 0 323,1 333,8 316,5 324,2
PUNTO 3 0 0 154,7 161,5 152,4 147
050
100150200250300
350400
Tem
pre
atu
ra °
CMUESTRAS DESPUES DE 30 MINUTOS DE
EXPOSICIÓN AL FUEGO
115
5 181,8 325,3 156,9
6 169,6 368,2 167,4
PROMEDIO 170,1 354,8 167,9
Fuente. Propia.
Gráfica 19. Resultados temperatura del acero durante 45 minutos.
Fuente. Propia.
4.1.3.4. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de acero que alcanzo 1 hora de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 184,8° C, el punto 2 una temperatura de 361,3° C y el punto 3 temperatura prometió de 166,5° C.
Tabla 51. Resultados temperatura del acero durante 1 hora.
ACERO
1 HORA
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
2 - - -
3 - - -
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 158,9 181,8 169,6
PUNTO 2 0 0 0 371 325,3 368,2
PUNTO 3 0 0 0 179,4 156,9 167,4
050
100150200250300
350400
Tem
pre
atu
ra °
CMUESTRAS DESPUES DE 45 MINUTOS DE
EXPOSICIÓN AL FUEGO
116
4 - - -
5 183,0 354,3 165,6
6 186,6 368,2 167,4
PROMEDIO 184,8 361,3 166,5
Fuente. Propia.
Gráfica 20. Resultados temperatura del acero durante 1 hora.
Fuente. Propia.
4.1.3.5. Elementos expuestos a temperatura alta durante 1 hora y 15 minutos. Se realiza cuadro comparativo de la muestra de acero que alcanzo 1 hora y 15 minutos de exposición al fuego. La temperatura promedio alcanzada del punto 1 es de 186,6° C, el punto 2 una temperatura de 373,6° C y el punto 3 temperatura prometió de 176,0° C.
Tabla 52. Resultados temperatura del acero durante 1 hora y 15 minutos.
ACERO
1 HORA Y 15 MINUTOS
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
1 - - -
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 0 183,0 186,6
PUNTO 2 0 0 0 0 354,3 368,2
PUNTO 3 0 0 0 0,0 165,6 167,4
050
100150200
250300350400
Tem
pre
atu
ra °
CMUESTRAS DESPUES DE 1 HORA DE
EXPOSICIÓN AL FUEGO
117
2 - - -
3 - - -
4 - - -
5 - - -
6 186,6 373,6 176
PROMEDIO 186,6 373,6 176,0
Fuente. Propia.
Gráfica 21. Resultados temperatura del acero durante 1 hora y 15 minutos.
Fuente. Propia.
4.1.3.6. Promedio de las muestras de concreto en la prueba de fuego. Se toman los promedios de los valores obtenidos para cada prueba de los tiempos anteriormente especificados. El punto 1 y 3 se promedian debido a que son designaciones igualitarias al estar ubicados a 20 cm del centro o punto 2 de los elementos. Los valores obtenidos en cada muestra (punto 1 y 3) generalmente no se asemejan en temperaturas obtenidas, ya que algunos factores ambientales (movimiento del aire) no permiten que la llama distribuya de forma uniforme la temperatura en toda el área de las muestras.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 0 0 0 0,0 186,6
PUNTO 2 0 0 0 0 0 373,6
PUNTO 3 0 0 0 0,0 0 176
050
100150200250300350400
Tem
pre
atu
ra °
C
MUESTRAS DESPUES DE 1 HORA Y 15 MINUTOS DE EXPOSICIÓN AL FUEGO
118
La columna de porcentaje puntos (1- 3) (2) de la tabla 41 muestra la variación porcentual de temperatura de los elementos, iniciando desde el tiempo 0 (temperatura ambiente del elemento 29,5° C) con relación a cada variación de tiempo (15 minutos, 30 minutos, 45 minutos, 1 hora y 1 hora y 15 minutos). La columna de porcentaje diferencia puntos (1- 3) (2) de la tabla 41 muestra la variación porcentual de temperatura de los elementos, relacionando un tiempo con el tiempo inmediatamente anterior al elegido (0 - 15 minutos, 15 - 30 minutos, 30 – 45 minutos, 45 – 1 hora, 1 hora – 1 hora y 15 minutos).
Tabla 53. Resultados promedio total del acero.
ACERO
PROMEDIO TOTAL
TIEMPO PUNTO
1 PUNTO
2 PUNTO
3
PORCENTAJE
PUNTO 1-3
DIFERENCIA PUNTO 1-3
PUNTO 2
DIFERENCIA PUNTO 2
0 28,5 28,5 28,5 0% 0% 0% 0%
15 minutos
105,4 280 110,4 379% 379% 982% 982%
30 minutos
149,6 324,4 153,9 532% 141% 1138% 116%
45 minutos
170,1 354,8 167,9 593% 111% 1245% 109%
1 hora 184,8 361,3 166,5 616% 104% 1268% 102%
1 hora y 15
minutos 186,6 373,6 176 636% 103% 1311% 103%
Fuente. Propia.
119
Gráfica 22. Resultados promedio total del acero.
Fuente. Propia.
La gráfica 23 y 24 evidencian un incremento del porcentaje de temperatura con relación al aumento del tiempo de exposición al fuego en el punto 2 de los elementos; lo cual confirma que a mayor tiempo de exposición aumentara de manera paulatina la absorción de temperatura, lo mismo ocurre en el punto 1-3.
Gráfica 23. Resultados porcentaje aumento temperatura del acero.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 0 105,4 149,6 170,1 184,8 186,6
PUNTO 2 0 280 324,4 354,8 361,3 373,6
PUNTO 3 0 110,4 153,9 167,9 166,5 176
050
100150200250300350400
Tem
pre
atu
ra °
C
PROMEDIO TOTAL
0%
379%532% 593% 616% 636%
0%
982%1138%
1245% 1268% 1311%
0 15 minutos 30 minutos 45 minutos 1 hora 1 hora y 15minutos
PORCENTAJE AUMENTO TEMPERATURA DEL ACERO
PUNTO 1-3 PUNTO 2
120
Gráfica 24. Porcentaje diferencia temperatura del acero.
Fuente. Propia.
4.2. PRUEBAS ESCLEROMETRO
4.2.1. Madera. Se evidencia disminución de la resistencia a compresión en tiempos más extendidos de exposición a la temperatura en los punto (1-3) y (2) de los elementos, a los 45 minutos pierden toda resistencia.
Tabla 54. Resultados a compresión de la madera.
MADERA
PRUEBA A COMPRESIÓN
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
0 224.338 305.915 346.704
15 minutos 163.115 203.943 132.563
30 minutos 112.169 183.549 101.972
45 minutos - - -
1 hora - - -
1 hora y 15 minutos
- - -
Fuente. Propia.
0%
379%
141% 111% 104% 103%0%
982%
116% 109% 102% 103%
0 15 minutos 30 minutos 45 minutos 1 hora 1 hora y 15minutos
PORCENTAJE DIFERENCIA TEMPERATURA DEL ACERO
DIFERENCIA PUNTO 1-3 DIFERENCIA PUNTO 2
121
Gráfica 25. Resultados a compresión de la madera.
Fuente. Propia.
Gráfica 26. Comparación esfuerzo a compresión de la madera.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 224.33 163.11 112.16 0 0 0
PUNTO 2 305.91 203.94 183.54 0 0 0
PUNTO 3 346.70 132.56 101.97 0 0 0
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
350.000
400.000
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
PRUEBA A COMPRESIÓN DE LA MADERA
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
350.000
400.000
0 15minutos
30minutos
45minutos
1 hora 1 hora y15
minutos
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
PRUEBA ESFUERZO A COMPRESIÓN DE LA MADERA
PUNTO 1
PUNTO 2
PUNTO 3
122
4.2.2. Concreto. Se evidencia disminución de la resistencia a compresión en tiempos más extendidos de exposición a la temperatura en el punto 2 de los elementos, igualmente ocurre con los puntos 1-3.
Tabla 55. Resultados a compresión del concreto.
CONCRETO
PRUEBA A COMPRESIÓN
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
0 203.943 265.126 101.972
15 minutos 132.563 203.943 122.366
30 minutos 122.366 152.957 122.366
45 minutos 101.972 142.760 122.366
1 hora 173.352 142.760 50.986
1 hora y 15 minutos
50.986 81.577 142.760
Fuente. Propia.
Gráfica 27. Resultado a compresión del concreto.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 203.94 132.56 122.36 101.97 173.35 50.986
PUNTO 2 265.12 203.94 152.95 142.76 142.76 81.577
PUNTO 3 101.97 122.36 122.36 122.36 50.986 142.76
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
MUESTRAS CONCRETO
123
Gráfica 28. Comparación esfuerzo a compresión del concreto.
Fuente. Propia.
4.2.3. Acero. No se evidencian cambios en las muestras, lo cual indica que para las temperaturas alcanzadas en la prueba de fuego, los elementos no resultaron afectados en su resistencia a la compresión.
Tabla 56. Resultados a compresión del acero.
ACERO
PRUEBA A COMPRESIÓN
MUESTRA PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3
0 387.492 377.295 377.295
15 minutos 367.098 367.098 377.295
30 minutos 367.098 367.098 367.098
45 minutos 367.098 367.098 367.098
1 hora 367.098 367.098 377.295
1 hora y 15 minutos
367.098 367.098 367.098
Fuente. Propia.
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
0 15minutos
30minutos
45minutos
1 hora 1 hora y15
minutos
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
PRUEBA ESFUERZO A COMPRESIÓN DEL CONCRETO
PUNTO 1
PUNTO 2
PUNTO 3
124
Gráfica 29. Resultado esfuerzo a compresión del acero.
Fuente. Propia.
Gráfica 30. Comparación esfuerzo a compresión del acero.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PUNTO 1 387.492 367.098 367.098 367.098 367.098 367.098
PUNTO 2 377.295 367.098 367.098 367.098 367.098 367.098
PUNTO 3 377.295 377.295 367.098 367.098 377.295 367.098
355.000
360.000
365.000
370.000
375.000
380.000
385.000
390.000
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
PRUEBA A COMPRESIÓN DEL ACERO
355.000
360.000
365.000
370.000
375.000
380.000
385.000
390.000
0 15minutos
30minutos
45minutos
1 hora 1 hora y15
minutos
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
PRUEBA ESFUERZO A COMPRESIÓN DEL ACERO
PUNTO 1
PUNTO 2
PUNTO 3
125
4.3. PRUEBAS FLEXIÓN DE VIGAS
4.3.1. Madera. Las muestras presentan disminución de resistencia a flexión en mayor tiempo de exposición al fuego para los puntos (1-3) y (2). Las muestras de tiempo 45 minutos, 1 hora y 1 hora y 15 minutos no hicieron parte de la prueba, ya que estos elementos fallaron en la prueba de fuego.
Tabla 57. Resultados a flexión de la madera.
MADERA
PRUEBA A FLEXIÓN
MUESTRA PRESIÓN (gf/cm2)
FUERZA (gramos)
0 358.226 462.237
15 minutos 315.908 346.683
30 minutos 92.182 119.001
45 minutos - -
1 hora - -
1 hora y 15 minutos
- -
Fuente. Propia.
Gráfica 31. Comparación resultado a flexión de la madera.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PRESIÓN (gf/cm2) 358.226315.90892.182 0 0 0
FUERZA (gramos) 462.237346.683119.001 0 0 0
0
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
ESFU
ERZO
PRUEBA FLEXIÓN DE LA MADERA
126
Gráfica 32. Comparación presión-fuerza a flexión de la madera.
Fuente. Propia.
4.3.2. Concreto. Las muestras presentan disminución de resistencia a flexión en mayor tiempo de exposición al fuego para los puntos (1-3) y (2).
Tabla 58. Resultados a compresión del concreto.
CONCRETO
PRUEBA A FLEXIÓN
MUESTRA PRESIÓN (gf/cm2)
FUERZA (gramos)
0 252.992 326.411
15 minutos 217.403 280.524
30 minutos 201.496 260.028
45 minutos 191.707 247.383
1 hora 190.075 245.242
1 hora y 15 minutos
172.128 221.992
Fuente. Propia.
358.226
315.908
92.182
0 0 0
462.237
346.683
119.001
0 0 0050.000
100.000150.000200.000250.000300.000350.000400.000450.000500.000
PRUEBA A FLEXIÓN DE LA MADERA
PRESIÓN (gf/cm2)
FUERZA (gramos)
127
Gráfica 33. Comparación resultado a flexión de la madera.
Fuente. Propia.
Gráfica 34. Comparación presión-fuerza a flexión del concreto.
Fuente. Propia.
1 2 3 4 5 6
PRESIÓN (gf/cm2) 252.992 217.403 201.496 191.707 190.075 172.128
FUERZA (gramos) 326.411 280.524 260.028 247.383 245.242 221.992
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
350.000
ESFU
ERZO
PRUEBA FLEXIÓN DEL CONCRETO
252.992
217.403 201.496 191.707 190.075 172.128
326.411
280.524
260.028247.383
245.242
221.992
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
350.000
0 15minutos
30minutos
45minutos
1 hora 1 hora y15
minutos
PRUEBA A FLEXIÓN DEL CONCRETO
PRESIÓN (gf/cm2)
FUERZA (gramos)
128
4.3.3. Acero. No se fallaron las muestras de acero ya que no se dispone de un equipo especial para someter a flexión los elementos.
4.4. ANALISIS COMPARATIVO DE LAS MUESTRAS
4.4.1. Prueba de fuego. Se toma la temperatura ambiente de los elementos como el 100% de alcance de la misma. A los 15 minutos de exposición al fuego en los puntos 1-3 la madera y el concreto alcanza porcentaje de aumento de temperatura similar (239% - 237% respectivamente), por su parte el acero es el elemento que mas incremento el porcentaje de temperatura (379%). En los puntos 2, el concreto consiguió la menor cantidad de porcentaje; la madera y el concreto absorbieron porcentajes de temperatura parecidos. A los 30 minutos de exposición al fuego en los puntos 1-3 el acero es el que más incrementa el porcentaje de temperatura; y en los puntos 2 lo es la madera. A la 1 hora y 15 minutos de exposición al fuego la madera alcanza el porcentaje más alto de temperatura en los puntos dos; y en los puntos 1-3 lo hace el acero.
Tabla 59. Análisis exposición al fuego madera – concreto - acero.
MADERA - CONCRETO - ACERO
PRUEBA DE FUEGO
MUESTRA MATERIAL PUNTO 1-3 PORCENTAJE PUNTO 2 PORCENTAJE
0
MADERA 29,5 100% 29,5 100%
CONCRETO 28,2 100% 28,2 100%
ACERO 28,5 100% 28,5 100%
15 minutos
MADERA 70,5 239% 298,9 1013%
CONCRETO 66,9 237% 73,9 262%
ACERO 107,9 379% 280,0 982%
30 minutos MADERA 76,2 258% 517,5 1754%
CONCRETO 87,4 310% 99,1 351%
129
ACERO 151,8 532% 324,4 1138%
45 minutos
MADERA 69,2 234% 569,2 1929%
CONCRETO 95,6 339% 104,4 370%
ACERO 169,0 593% 354,8 1245%
1 hora
MADERA 75,6 256% 640,0 2169%
CONCRETO 103,5 367% 114,4 406%
ACERO 175,7 616% 361,3 1268%
1 hora y 15 minutos
MADERA 77,1 261% 688,3 2333%
CONCRETO 106,1 376% 142,6 506%
ACERO 181,3 636% 373,6 1311%
Fuente. Propia.
Gráfica 35. Análisis esfuerzo a compresión madera – concreto – acero punto 1-3.
Fuente. Propia.
0%
100%
200%
300%
400%
500%
600%
700%
0 15minutos
30minutos
45minutos
1 hora 1 hora y15
minutos
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
ANALISIS EXPOSICIÓN A TEMPERATURA MADERA -CONCRETO - ACERO PUNTO 1-3
MADERA
CONCRETO
ACERO
130
Gráfica 36. Análisis esfuerzo a compresión madera – concreto – acero punto 2.
Fuente. Propia.
4.4.2. Prueba de compresión. El acero sin estar sometida al fuego presenta la mayor resistencia al esfuerzo de compresión, seguido de la madera y en última posición el concreto. A los 45 minutos de exposición al fuego la madera pierde toda su resistencia a la compresión. A 1 hora y 15 minutos de exposición al fuego el concreto pierde una resistencia a la compresión de 37% en los puntos 1-3 y 69% en los puntos 2. El acero no presenta perdida de resistencia a la compresión después de 1 hora y 15 minutos de exposición al fuego.
Tabla 60. Análisis esfuerzo a compresión madera – concreto - acero.
MADERA – CONCRETO - ACERO
PRUEBA A COMPRESIÓN
0%
500%
1000%
1500%
2000%
2500%
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
ANALISIS EXPOSICIÓN A TEMPERATURA MADERA -CONCRETO - ACERO PUNTO 2
MADERA
CONCRETO
ACERO
131
MUESTRA MATERIAL PUNTO 1-3 PORCENTAJE PUNTO
2 PORCENTAJE
0
MADERA 285.521 0% 305.915 0%
CONCRETO 152.958 0% 265.126 0%
ACERO 382.394 0% 377.295 0%
15 minutos
MADERA 147.839 48% 203.943 33%
CONCRETO 127.465 17% 203.943 23%
ACERO 372.197 3% 367.098 3%
30 minutos
MADERA 107.071 62% 183.549 40%
CONCRETO 122.366 20% 152.957 42%
ACERO 367.098 4% 367.098 3%
45 minutos
MADERA - 100% - 100%
CONCRETO 112.169 27% 142.760 46%
ACERO 367.098 4% 367.098 3%
1 hora
MADERA - 100% - 100%
CONCRETO 112.169 27% 142.760 46%
ACERO 372.197 3% 367.098 3%
1 hora y 15 minutos
MADERA - 100% - 100%
CONCRETO 96.873 37% 81.577 69%
ACERO 367.098 4% 367.098 3%
Fuente. Propia.
Gráfica 37. Análisis esfuerzo a flexión madera – concreto – acero punto 1-3.
Fuente. Propia.
0%20%40%60%80%
100%120%
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
ANALISIS ESFUERZO A COMPRESIÓN MADERA - CONCRETO - ACERO PUNTO 1-3
MADERA
CONCRETO
ACERO
132
Gráfica 38. Análisis esfuerzo a flexión madera – concreto – acero punto 2.
Fuente. Propia.
4.4.3. Prueba de flexión. La madera sin estar sometida al fuego presenta más resistencia al esfuerzo de flexión en comparación con el concreto. A los 15 minutos de exposición al fuego demuestra una pérdida de resistencia porcentual muy parecida (12% - 14%), (32% - 33%). Después de 30 minutos la madera presenta una pérdida de resistencia muy crítica (74% - 80%), el concreto se incrementa un poco su pérdida de resistencia (20% - 38%). La madera pierde la totalidad de su resistencia a los 45 minutos, en comparación con el concreto que no alcanza a superar el 50% de su resistencia después de 1 hora y 15 minutos de exposición al fuego (32% - 47%). El acero no hace parte de este análisis, debido a que no se realizaron pruebas a flexión por falta de equipo especializado para su fallado.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
ESFU
ERZO
(gf
/cm
2)
ANALISIS ESFUERZO A COMPRESIÓN MADERA -CONCRETO - ACERO PUNTO 2
MADERA
CONCRETO
ACERO
133
Tabla 61. Análisis esfuerzo a flexión madera - concreto.
MADERA - CONCRETO
PRUEBA A FLEXIÓN
MUESTRA MATERIAL PRESIÓN (gf/cm2)
PORCENTAJE FUERZA
(gramos) PORCENTAJE
0 Madera 358.226 0% 462.237 0%
Concreto 252.992 0% 326.411 0%
15 minutos Madera 315.908 12% 346.683 32%
Concreto 217.403 14% 280.524 33%
30 minutos Madera 92.182 74% 119.001 80%
Concreto 201.496 20% 260.028 38%
45 minutos Madera - 100% - 100%
Concreto 191.707 24% 247.383 41%
1 hora Madera - 100% - 100%
Concreto 190.075 25% 245.242 42%
1 hora y 15 minutos
Madera - 100% - 100%
Concreto 172.128 32% 221.992 47%
Fuente. Propia.
Gráfica 39. Análisis esfuerzo a flexión (presión) madera – concreto
Fuente. Propia.
0%
12%
74%
100% 100% 100%
0%
14%20% 24% 25% 32%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
0 15minutos
30minutos
45minutos
1 hora 1 hora y15
minutos
ESFUERZO A FLEXIÓN (PRESIÓN)
Madera
Concreto
134
Gráfica 40. Análisis esfuerzo a flexión (fuerza) madera – concreto
Fuente. Propia.
0%
32%
80%
100% 100% 100%
0%
33%38% 41% 42% 47%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
0 15minutos
30minutos
45minutos
1 hora 1 hora y15
minutos
ESFUERZO A FLEXIÓN (FUERZA)
Madera
Concreto
135
CONCLUSIONES La madera es el elemento en estudio que mas absorbe temperatura a contacto directo con la aplicación de la llama; en solo 15 minutos este elemento es capaz de incrementar la absorción de calor en más de un 1000% y a un tiempo de 1 hora y 15 minutos obtendría un poco más del 2300% de su temperatura en ambiente normal; lo cual indicaría que en el máximo de dicho tiempo puede alcanzar una temperatura residual de 700° C. A los 30 minutos (517,5° C) la madera es capaz de continuar envuelta en llamas por auto ignición (capacidad de sostener el fuego sin aplicación de una fuente de calor externa). El concreto es un material considerado incombustible (no arde o arde con dificultad), es el elemento que menos absorbió calor de las tres muestras desde el minuto 0 hasta la hora y 15 minutos de estudio. La máxima temperatura alcanzada fue de 371.6° C, equivalente a un 1.318% de absorción de calor. El acero junto con el concreto se consideran materiales incombustibles, obtuvo un total de absorción de calor de 371,6° C, equivalente a un 1.311% de aumento de temperatura, datos muy similares al concreto, aunque logro un incremento mayor en los primeros 15 minutos de 280,0°C, equivalente a un aumento de 982% de calor. Los resultados demuestran que el acero es el elemento que mas transfiere calor a través de toda su área, seguido del concreto y por último la madera. Es importante aclara que aunque la madera no transfiere mayor temperatura por toda su área, si permite que la llama se desplace mientras descompone el elemento, lo cual hace que sea un material muy peligroso para la propagación del fuego. Frente a los esfuerzos, la madera brindo una mayor resistencia a flexión y compresión con relación al concreto sin que dichos elementos hubieran estado expuestos al fuego. Pero la manera necesito 45 minutos y una temperatura de 550° C para perder el 100% del total de su resistencia; mientras el concreto después de 1 hora y 15 minutos no alcanzo temperaturas superiores a 375° C, para un promedio de pérdida de su resistencia del 50%. El acero no presento perdida de resistencia frente a esfuerzos de compresión, lo cual indica que mientras dicho elemento no presente deformaciones su resistencia no se reducirá.
136
En comparación, la madera en poco alcanza grandes temperaturas y genera pérdida de masa, lo cual la hace un material con posibilidad casi nula de rehabilitación; el concreto no absorbe gran cantidad de temperatura y después de un tiempo extenso de exposición al fuego comienza la aperción de fisuras, esto permite que su rehabilitación sea factible siempre y cuando grandes temperaturas no alcancen los aceros de refuerzo; y por último el acero necesita temperaturas muy altas para entrar en combustión, mientras no haya deflexiones en el elemento, este no necesitara de ningún tipo de rehabilitación, pero si aparecen dichas deflexiones será necesario el reemplazo de la pieza.
137
BIBLIOGRAFIA
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