Nuevos estudios sobre los efectos del fuego en estructuras de acero

Con el uso de nuevas metodologías de investigación, como por ejemplo un sistema de paneles de calefacción diseñado para simular incendios, un grupo de ingenieros de Purdue University estudia actualmente los efectos del fuego sobre las estructuras de acero utilizadas en edificios y puentes. Un mayor conocimiento de estos efectos permitirá optimizar las construcciones y mejorar sus condiciones de seguridad.

Según explican los ingenieros de Purdue University en una nota de prensa de esta casa de altos estudios y en un artículo publicado en el medio especializado Science Daily, durante los incendios en edificios pueden alcanzarse temperaturas de 1.000 grados centígrados. A este nivel de calor, el acero sufre diferentes modificaciones.

Al llegar a las temperaturas mencionadas, el acero expuesto tarda solamente 25 minutos en perder alrededor del 60 por ciento de su fuerza y rigidez. Al mismo tiempo, a medida que la temperatura se incrementa el acero se torna más suave y más débil, provocando graves daños en la estructura afectada.

En consecuencia, uno de los proyectos de investigación encarados en la universidad se centra en determinar la forma en la que se comportan los pisos de acero y hormigón de un edificio durante un incendio. En tanto, otro de los trabajos estudia los efectos del fuego sobre las columnas de acero y la estructura del edificio.

Renovado enfoque de investigación

La principal novedad aportada por estos estudios concretados en Purdue University tiene que ver con la metodología de investigación encarada. Habitualmente, estas pruebas se llevan a cabo dentro de hornos de gran tamaño. Sin embargo, esta técnica registra distintas desventajas que condicionan los resultados.

Al emplear un horno para estos estudios resulta muy complejo calentar una muestra y al mismo tiempo aplicar cargas sobre la estructura para simular las fuerzas ejercidas durante el uso diario de un edificio, de acuerdo al enfoque de los especialistas encargados de este trabajo.

Para superar esta limitación, los investigadores diseñaron especialmente un sistema compuesto por paneles de calefacción que permite simular las condiciones de un incendio. A medida que el sistema avanza y el fuego se hace presente, las estructuras puestas a prueba son sometidas a distintas fuerzas mediante un equipo hidráulico.

En la práctica, las vigas y otros componentes de acero de los edificios están cubiertos con materiales ignífugos, para resistir los efectos del calor extremo. Esto provoca que mientras en la zona la temperatura alcance los 1.000 grados centígrados, el acero no supere los 300 ó 400 grados.

Pruebas a gran escala

El equipo ha desarrollado pruebas con estructuras dotadas de protección ignífuga y con otras sin protección contra el fuego. El trabajo es financiado por la National Science Foundation y el National Institute of Standards and Technology, dependiente del U.S. Commerce Department.

El sistema de calefacción utilizado para probar las columnas de acero a gran escala es único en el mundo, y fue desarrollado en el Robert L. and Terry L. Bowen Laboratory for Large-Scale Civil Engineering Research de Purdue University. Cada panel cuenta aproximadamente con 4 metros cuadrados, mientras que el sistema posee en total 25 paneles.

Precisamente, el Robert L. and Terry L. Bowen Laboratory for Large-Scale Civil Engineering Research dispone de instalaciones en las cuales las pruebas se pueden realizar empleando estructuras a gran escala, para obtener de esta forma datos más precisos. El laboratorio también está equipado con un equipo especial para pruebas hidráulicas y grúas de gran alcance.

Asimismo, el grupo de investigación ha puesto también a prueba los denominados sistemas de piso compuestos, los más utilizados en estructuras de acero. Para ello se empleó un horno operado en la Universidad de Michigan. Los resultados de estas investigaciones se utilizarán para probar y verificar los modelos de cálculo empleados para diseñar edificios, optimizando así la efectividad de los mismos.