Hormigón y fuego: Las posibilidades de construcciones resilientes a incendios

Se da por sentado que, por sus propiedades, el hormigón -y también, la albañilería- es ignífugo. Sin embargo, ¿qué quiere decir esto en la realidad? ¿El hormigón se ve afectado por incendios de gran magnitud? Y si es así, ¿cómo tomar la decisión de reparar, reforzar o, en el peor de los casos, demoler? En este reportaje, conversamos con expertos que nos brindan una serie de elementos de análisis a la hora de corroborar que, ante un incendio, las edificaciones de hormigón armado están mejor capacitadas para hacer frente a la acción de las llamas.

Aunque el foco sea pequeño, un incendio posee el potencial para provocar un desastre mayúsculo. Un cambio -por ejemplo, en la dirección del viento- y el fuego puede ser incontrolable, como se pudo apreciar en los incendios forestales que afectaron a la región de Valparaíso en el mes de febrero y que dejaron a miles de afectados.

Ante esta problemática, una que los expertos ya vislumbran como recurrente y que sería correcto hablar ya de “temporadas” de incendios, la necesidad de contar con infraestructura ya sea civil, habitacional o de otro tipo, que resista al ataque de las llamas, ofreciendo alternativas de reparación antes de hablar de una rehabilitación completa de la edificación o elemento afectado por la acción de las llamas.

Debido a esto, los materiales para la construcción de dicha infraestructura deben responder, entre otras solicitaciones, a las relacionadas con el fuego como elemento de peligro para las personas que habitaran o utilizaran dichos elementos.

En Chile, existen una serie de normas asociadas al comportamiento de los materiales -en este caso, el hormigón- consideradas en marcos regulatorios como la Ley General de Urbanismo y Construcciones y la Ordenanza General Urbanismo y Construcciones que, a través de ensayos, determinan el grado de resistencia al fuego que posee el material en cuestión.

En ese sentido, se mencionan, entre otras, a las normas chilenas NCh 935/1, NCh 935/2 (normas de resistencia al fuego), NCh 1914/1, NCh 1914/2 (normas sobre cargas combustibles en edificios), además de referidos en las normas chilenas NCh 1916 Determinación de carga combustible y NCh 1993 Clasificación de los edificios según su carga combustible.

¿Cuándo se produce una falla en el hormigón debido a un incendio?

El nivel de incombustibilidad del hormigón se asocia, como se menciona antes, a los diferentes análisis determinados en la normativa, ya sea nacional e internacional. “En estos ensayos, justamente, se evalúa la pérdida de resistencia del material, ya que ésta se asocia al incremento de la temperatura y el tempo de exposición que tiene el hormigón al fuego”, explicó Paloma Pérez, actual Global Product manager of Steel Protection en Hilti.

En ese sentido, la profesional explica que las fallas que puede provocar el fuego sobre el hormigón se generan debido a la acción de este elemento sobre los componentes del material. “El hormigón, si bien es una mezcla de cemento, agua y agregados, los que son de diferentes tipos. En ocasiones, resulta complejo hacer la trazabilidad de todos agregados y eso podría incidir en la calidad del material y, por ejemplo, en su comportamiento frente a incendios”.

“Y lo otro -agregó- es que el hormigón posee agua en su interior, tiene humedad.  Entonces, cuando se eleva a tal grado la temperatura, primeramente, empiezas a perder esa humedad. Porque por encima de los 100°C, lo que sucede es que el agua, entre los 98°C y los 100°C, empieza a ebullir y esto genera que, a nivel microscópico, se empiecen a generar expansiones y esto provoque diferentes fisuras. Ese es el primer nivel”.

Así, Pérez comenta que, una vez la temperatura supera los 700°C, “el hormigón ya perdió su humedad, ya perdió de alguna manera cierta resistencia y lo que sucede es que ahora los agregados que no están completamente homogéneos en la mezcla y que están secos, comienzan a contraerse y entonces, a nivel molecular, se generan dos acciones: una contracción y una expansión. Entonces lo que sucede es que se empiezan a generar grietas y el calor empieza a penetrar en el acero de refuerzo”.

Normativas internacionales y rehabilitación

La acción del fuego sobre la infraestructura, sea esta de hormigón u otro material, ocurre en un margen de tiempo limitado. Al aumentar la temperatura de forma violenta, la afectación al material -especialmente si éste posee poca resistencia al fuego- puede apreciarse a simple vista. En el caso del hormigón, se deben realizar ensayos para determinar el verdadero estado de la estructura antes de cualquier veredicto.

Estas evaluaciones poseen dos aristas: una que tiene que ver con aspectos del diseño de mezcla del hormigón y otra que ya se realiza a posterior, una vez que el siniestro ocurrió y se tienen las impresiones visuales, mas no estructurales, de la afectación al material.

Respecto a la primera, referida al diseño de la mezcla del hormigón, la profesional de Hilti comentó que “existe lo que dictan algunos códigos de construcción internacionales como el International Building Code o el ACI 216, los que mencionan que, de cierta manera, se tienen que proveer ciertos materiales dentro de la misma mezcla del hormigón para que exista cohesión entre los agregados y la mezcla como tal”. Además, puntualiza, se deben considerar también las normativas locales en este aspecto.

Con respecto a la segunda, la experta comenta que son aquellas en las que se realizan ensayos en los elementos afectados por el incendio, una vez que el siniestro está controlado o ya ocurrió. “Por mencionar algunos ensayos, se debe realizar la revisión de la resistencia a la compresión simple y el módulo de elasticidad que posee el hormigón remanente”, dijo Paloma Pérez. Para ello, se realiza la extracción de testigos de hormigón de las estructuras afectadas, los que se ensayan en laboratorio.

¿Existen otros métodos para evaluar el desempeño de elementos de hormigón armado presentes en grandes incendios? La vocera de Hilti menciona que algunos son “métodos experimentales basados en la norma ASTM E119, que hacen una curva de tiempo versus temperatura y con eso, se realizan pruebas al hormigón para evaluar el comportamiento de sus agregados y determinar cuál es la pérdida de resistencia con esa curva”.

Sin embargo, existen métodos que, con apoyo de tecnología, permiten revisar in situ el estado del hormigón o de albañilería armada que fue sometida a altas temperaturas para determinar su estado y decidir si se debe rehabilitar o no, sin necesidad de extracción de testigos.

Compartimentación, una medida que puede ayudar a controlar la propagación del incendio en edificios de hormigón.

Además de estos métodos, en el mismo diseño de la edificación se debe considerar la acción del fuego para delimitar su actuar y así, aumentar los tiempos de evacuación para prevenir tragedias. “La compartimentación -dijeron desde Hilti Chile- ayuda a garantizar que existan barreras físicas (o “pasivas”) para restringir el movimiento del fuego, el humo y calor dentro de un edificio. Las barreras pasivas son las paredes y suelos resistentes al fuego que dividen el edificio”.

“Técnicamente, los compartimentos ayudan a detener la propagación del fuego, limitan el suministro de combustible y cortan el suministro de oxígeno. Por tanto, atacan a los tres componentes principales de un incendio: calor, combustible y oxígeno. Los compartimentos también protegen las rutas de evacuación, como pasillos y escaleras, lo que permite a los ocupantes tener más tiempo para evacuar el edificio de forma segura y a los bomberos para extinguir las llamas”, agregaron.

El grado de subdivisión que deben proporcionar los compartimentos contra incendios depende de varios factores. Por lo tanto, diferentes regulaciones locales brindan orientación adicional basada en:

1. El uso del edificio (por ejemplo, hospital, centro comercial, hotel, edificio residencial o industrial, etc.).
2. La carga de fuego en el edificio (p. ej., trastero con líquidos peligrosos o materiales inflamables).
3. La altura del edificio (por ejemplo, casa unifamiliar o edificio de gran altura).
4. La disponibilidad de los sistemas activos (rociadores, detectores, extintores).

“Dependiendo de las normas de construcción del país correspondiente y de los diferentes parámetros de cada edificio, la duración de la resistencia al fuego de los compartimentos puede variar”, explicaron desde Hilti Chile.

También, las paredes y pisos resistentes al fuego están diseñados para ayudar a prevenir el paso del fuego y el humo de un compartimento a otro. Es muy común que estas paredes y pisos resistentes al fuego se adapten a múltiples servicios de construcción complejos y en constante cambio. Las tuberías y cables suelen pasar de un compartimento a otro para soportar aplicaciones comunes como suministro eléctrico, calefacción, aire acondicionado, distribución de agua, líneas de ventilación y telecomunicaciones y muchas otras aplicaciones MEP necesarias para la funcionalidad del edificio.

“Estas aberturas (o penetraciones) en las paredes y pisos pueden poner en riesgo todo el edificio. Por lo tanto, todas las aberturas en paredes y pisos resistentes al fuego deben estar protegidas por sellos con resistencia al fuego, con una resistencia igual o superior a la de los pisos y paredes perforados”, puntualizaron. A continuación, se destacan todas las aberturas críticas que generalmente deben protegerse:

1. Juntas muro cortina.
2. Penetraciones de tuberías combustibles (plástico) y no combustibles (metal).
3. Penetraciones mixtas (cables y tuberías) a través de una única abertura grande.
4. Juntas de paredes y suelos.
5. Cables individuales.
6. Múltiples cables.

“Determinar cortafuegos (Firestopping) en estas aberturas puede ser un trabajo complejo ya que varios subcontratistas, como los de electricidad, mecánica y piping, entre otros especialistas, participan en la instalación de las diferentes aplicaciones durante todo el proceso de construcción”, añadieron.

A menudo, se descuida el cierre correcto y conforme de las pasadas de servicio según la resistencia al fuego requerida. Esto sucede con frecuencia cuando la protección contra incendios se deja para el final del flujo de trabajo de construcción.

“El presupuesto y el tiempo limitados conducen a soluciones cortafuegos insuficientes e incompatibles que no solo ponen en riesgo todo el edificio, sino que también pueden causar retrabajos, retrasos inesperados, multas y costos importantes como resultado de una inspección fallida”, puntualizaron desde Hilti Chile. “Los mandantes de edificios, arquitectos, planificadores e ingenieros deben considerar las medidas cortafuegos adecuadas desde una fase temprana (diseño) del proyecto para ahorrar dinero y tiempo, así como para crear un entorno más seguro. Un cortafuegos eficaz no es una opción: suele ser un requisito”, enfatizaron.

Incendio en la Región de Valparaíso: Un análisis in situ

A inicios de febrero de 2024, un gran incendio forestal en la Región de Valparaíso afectó a las comunas de Valparaíso, Viña del Mar, Quilpué y Villa Alemana. El siniestro, que dejó a miles de damnificados y a más de 130 fallecidos, tuvo afectaciones tanto en viviendas de material ligero -principalmente autoconstrucciones- como en aquellas de material sólido, incluyendo edificaciones construidas con hormigón y albañilería armada.

Varios grupos de voluntarios se organizaron para apoyar en las labores de remoción de escombros, una vez pasada la emergencia. Sin embargo, otro grupo, en el que están integrantes de la Cámara Chilena de la Construcción (CChC) y de los distintos comités del Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile (ICH), decidió apoyar en el análisis de las estructuras que quedaron de pie.

“Se armaron grupos de voluntarios muy rápidamente, como el de la Escuela de Construcción Civil de la Universidad Católica, y ellos pidieron apoyo de áreas estructurales. Con los expertos de los comités del ICH y de la CChC revisamos las fotos, pero decidí ir a la zona porque una cosa es ver el daño por imagen y otra muy distinta es analizarlo in situ”, comentó Rodrigo Reyes Jara, CEO en DurabilityConcrete y jefe del programa Construcción 4.0, de la Pontifica Universidad Católica de Chile.

Así, el experto viajó a Quilpué junto a un grupo de profesionales, donde evaluaron en terreno la real magnitud del daño que provocó el incendio. Su primera observación fue que aquellas viviendas de construcción irregular, en su mayoría fabricadas con material ligero y altamente combustible, fueron las más afectadas, en comparación con las construidas ya sea hormigón o albañilería armada.

Uso de tecnología y métodos de ensayos no destructivos

Como destaca Rodrigo Reyes, una primera inspección visual en las edificaciones afectadas por el incendio dejó en claro que aquellas construcciones con hormigón o albañilería armada tuvieron un mejor comportamiento que las de material ligero, altamente combustible, asociadas a construcciones irregulares. Sin embargo, la pregunta que sigue es cómo saber si en su interior, estos elementos de hormigón o de albañilería armada presentan un tipo de daño que afecte a su resistencia.

“No tenemos que olvidar que, al ser armado, ya sea hormigón o albañilería, el material convive con el acero, que no tiene el mismo comportamiento ante la temperatura que las materialidades ya mencionadas. Si bien, tanto el hormigón como el ladrillo toleran por mucho más tiempo el aumento de temperatura, dependiendo de si existe un recubrimiento adicional y ahí entran los famosos F60, F90 Y F120, cuando pasa el tiempo que tolera el material, la temperatura entra por radiación y llega de igual manera al acero de la armadura, provocando que éste sufra deformaciones por contracción y retracción, y en más de una ocasión, provocando la pérdida de adherencia con ambos materiales”, detalló el profesional.

Esa reacción interna y sus consecuencias es imposible verlas con una primera inspección visual. “Ahí, es donde entran los métodos de ensayos destructivos”, dice. Sin embargo, existen los métodos de ensayos no destructivos “como, por ejemplo, el GPR, Ground Penetrating Radar, que se utilizaba antiguamente para visualizar el terreno en búsqueda de yacimientos y que después, se utilizó primero en fundaciones y en la actualidad, gracias a tecnología especializada, nos permite ver dentro de la estructura, en este caso, de un muro de albañilería o de hormigón, para efectuar un análisis del estado en el que se encuentra la armadura de ese elemento”, puntualizó.

Otro método de ensayo no destructivo que menciona Rodrigo Reyes dice relación con las cartas colorimétricas “o colorimetría, en las que uno puede comparar el color en que quedó el elemento estructural con estas cartas. Y un ejemplo muy básico: si una zona el hormigón quedó mucho más enrojecido, puede ser que su resistencia remanente sea de un porcentaje menor que la resistencia inicial. Ahí, se debe decidir si reparar, reforzar o demoler”.

Gracias a un convenio con la Comisión Chilena de Energía Nuclear (CChEN), el experto accedió a la tecnología de GPR y gracias a una aplicación de realidad aumentada, se pudo realizar un análisis exhaustivo a los elementos de hormigón y albañilería armada que resistieron el ataque del fuego en la zona afectada por este gran incendio. “La tecnología extrae virtualmente un testigo y de esa forma, podemos analizar el interior y ver su estado”, explicó Rodrigo Reyes.

“También, utilizamos un compactómetro (martillo Schmidt) para tener otro dato no destructivo del índice resistencia, no de resistencia directa, pero sí de homogeneidad de la superficie local”, agregó.

De esta manera, el CEO de ConcreteDurability junto el equipo de profesionales que le acompañó a la Región de Valparaíso, analizaron distintas estructuras afectadas por el gran incendio, tanto en Quilpué como en Viña del Mar. “Me solicitaron revisar una sede deportiva en Viña del Mar y si bien los techos desaparecieron producto del incendio, la albañilería armada resistió bastante bien y el acero resistió algo más”, comentó.

Resultados del análisis en terreno

En la evaluación que realizó Rodrigo Reyes con los métodos de ensayos no destructivos aplicados en las zonas afectadas por el gran incendio en la Región de Valparaíso, se pudo comprobar que tanto el hormigón como la albañilería armada son materialidades que deben tener un rol protagónico en la construcción de viviendas.

“El hormigón demostró ser un material extremadamente importante para considerar en la construcción, pero no sólo por un tema de carga estructural a la compresión y a la flexotracción, que es lo que típicamente se hace en la construcción de edificios. También, debiese ser un estándar, al menos en términos de recubrimiento, para estructuras más livianas, sobre todo, para vivienda social”, recalcó.

En ese sentido, el experto hace hincapié en que aquellas viviendas regularizadas -vale decir, la que se gestiona a través del Serviu y los organismos competentes- “poseen un diseño en donde están involucrados profesionales de la construcción, de la ingeniería y de la arquitectura que consideran este aspecto y, por lo tanto, edificaciones como casas y blocks de departamentos tuvieron un mejor comportamiento que las construcciones irregulares”, explicó Reyes.

Otro aspecto que el experto extrae exclusivamente de la evaluación del terreno, ya que esos datos se recolectaron directamente con los afectados, dice relación con el tiempo de exposición al fuego. “Las personas me mostraban algunos videos de cuando comenzaron a evacuar. En algunos casos, me enseñaron registros que eran de las 6, 7 u 8 de la tarde y hasta las 3 de la madrugada, 5 de la madrugada, cuando aún había focos. Con esto, cual perito forense, se logró hacer un estimativo del tiempo de exposición”, dijo el experto.

Y si bien en su mayoría, las estructuras tanto el hormigón como la albañilería armada que se vieron sometidas a las altas temperaturas provocadas por el fuego tuvieron desempeños correctos, en algunos casos, “especialmente en aquellos donde había mucho material combustible al interior de las edificaciones, y el fuego se mantuvo por mucho tiempo, incluso el ladrillo perdió su masa”, comentó.

Aspectos de diseño constructivo y consideraciones finales

Existen también elementos a considerar que, a juicio de Paloma Pérez, son igual de importantes que aquellos que se abordan desde la perspectiva del diseño del material -en el caso del hormigón- o del diseño estructural (cantidad de acero, recubrimiento de éste para retardar la acción de las altas temperaturas, por ejemplo) y dice relación con códigos de construcción que definen áreas de riesgo “dependiendo del nivel de combustibilidad que posee cada una de ella”, precisó la experta.

“Respecto a eso -agregó- se tiene un nivel máximo de temperatura que la estructura puede alcanzar durante un cierto periodo y lo que sucede es que, de alguna forma, la estructura, tanto el recubrimiento como el acero de refuerzo, deben estar en comunión con la resistencia a la compresión simple y su pérdida, en caso de un incremento sostenido de temperatura”.

También, la experta explica que en el diseño de edificaciones se debe “compartimentar áreas, como se menciona anteriormente. ¿Por qué? Porque en este caso, la compartimentación lo que va a hacer es delimitar el avance del incendio sobre la misma estructura a un punto o entre diferentes áreas y, entonces, claramente aquí se tendrá una limitación en la pérdida de resistencia de esa zona. Ahí, es factible controlar las llamas y la parte de los elementos de mitigación pueden ser mucho más eficientes”.

Lo cierto es que, ante emergencias provocadas por incendios, tanto el hormigón como la albañilería armada son materiales constructivos que pueden brindar seguridad a los usuarios de edificaciones fabricadas con estas materialidades. Tanto por su naturaleza, el diseño de mezcla -en el caso del hormigón- y la normativa, son más que aptos para garantizar construcciones resistentes a grandes temperaturas, como menciona Rodrigo Reyes.

Asimismo, a juicio del experto, es necesario contar con manuales procedimentales que indiquen, una vez realizados los diagnósticos a estructuras afectadas por el fuego -como las que inspeccionó en la Región de Valparaíso- cuáles deben ser las acciones a seguir, ya pensando en la etapa de reconstrucción.

“Tenemos que armar documentos que permitan saber qué información es relevante colectar para pasárselo a los expertos para que puedan hacer “juntas médicas” estructurales y de construcción para saber qué hacer finalmente y cómo reparar o reconstruir en forma rápida, incluyendo a la industrialización”, dijo. En ese sentido, el experto agrega que el ICH ya está trabajando sobre esta materia.

El uso de hormigón armado -y también, albañilería armada- en construcciones habitacionales, sean casas o edificios de departamentos, no sólo asegura viviendas sólidas, sino también, entregan seguridad a sus usuarios ya que ralentiza la acción de las llamas, dando tiempo para evacuar y evitar el daño a las personas.

Además, por sus características, un análisis puede brindar la información necesaria para saber si estas estructuras pueden recuperarse luego de un incendio, lo que habla de un material resiliente y que permite su rehabilitación, lo que lo hace ideal, como menciona antes el CEO de ConcreteDurability, tanto como materialidad principal para construcciones, sobre todo en vivienda social, o al menos, como recubrimiento de materiales más combustibles.