62 RECUBRIMIENTOS Foto: www.prweb.com Recubrimientos Intumescentes: Aislamiento Térmico para el Acero Metal Actual Hasta 180 minutos de protección. El incremento de la temperatura, por efecto del fuego, implica una gran reducción en la capacidad resistente de las estructuras de acero. Una de las maneras de evitar el colapso estructural es usar pinturas intumescentes para conservar las edificaciones y sobre todo proteger vidas. La construcción con acero en Colombia cada día cobra mayor auge gracias a las ventajas que ofrece este material 1. Entre otras su alta resistencia, ductilidad, soldabilidad, homogeneidad en la calidad y fiabilidad de la misma, además el montaje es rápido y requiere poca inspección, la cual incluso se puede hacer a posteriori (al contrario del hormigón armado); en definitiva construir con acero es eficiente y entrega grandes beneficios. Sin embargo, como cualquier otro material el acero presenta limitaciones, que no se deberían pasar por alto. Entre otras, es importante recordar que pese a ser un material no combustible, al permanecer expuesto a las altas temperaturas, el acero sufre gran deterioro en sus propiedades mecánicas, lo cual conlleva a que las estructuras colapsen a pocos minutos frente al fuego, si no cuenta con la debida protección.
INVESTIGACIÓN 63 Concretamente, el acero estructural colapsa al alcanzar los 538 ºC, según ensayos realizados bajo la Norma NFPA 251 2, después de esta temperatura crítica, el material pierde el 80 por ciento de su resistencia; es decir, una estructura diseñada y construida para soportar cargas de una tonelada (1.000 kg) al llegar a los 538 C, solamente soportará 200 kg. De acuerdo a la curva típica de un incendio, esta temperatura se alcanza en cinco minutos y, en la práctica, los colapsos se presentan entre los 10 y 15 minutos de iniciado el incendio. Afortunadamente, hay diversas soluciones para proteger las estructuras en caso de incendio; básicamente, en la industria y construcción se tipifican dos formas de protección: activa y pasiva. La primera, hace referencia a los dispositivos de detección (humo, temperatura, etc.) que accionan alarmas y ponen en funcionamiento sistemas que combaten el fuego, como rociadores de agua, espumas o gases, la efectividad de estos elementos radica en que permiten detectar y combatir desde el inicio el incendio. La segunda, la pasiva, hace referencia a elementos de construcción que, por sus condiciones físicas, aíslan la estructura de un edificio de los efectos del fuego durante un determinado tiempo. Lo componen principalmente elementos o productos como pinturas, morteros de proyección y placas que se aplican a la estructura portante (pilares, vigas, soportes, muros de carga, falsos techos, forjados y cerramientos) del edificio, con el fin de incrementar su resistencia al fuego o retardar la acción de las llamas. Las soluciones diseñadas para cubrir el acero, como es el caso del yesocartón, estuco, maderas y morteros de yeso, tienen la desventaja que son materiales muy pesados por metro lineal y por esto incrementan el peso, las dimensiones y el costo de la obra, así mismo, limitan al diseñador estéticamente hablando. De igual forma, el mortero promueve la acumulación de suciedad, genera un mal aspecto La planificación de la protección pasiva contra incendios es de suma importancia tanto en el diseño como la construcción. estético, tipo cementoso, y no permite acabados de calidad. La industria también dispone de los recubrimientos llamados intumescentes, que son aplicados de manera similar a las pinturas tradicionales y que cuentan con la propiedad de expandirse, formar espuma y crear una barrera, de entre 20 y 100 veces su volumen, cuando se ven expuestos a altas temperaturas (incendios). Durante dicha expansión, el recubrimiento expele vapor de agua lo cual, además de la espuma, sirve de Foto: construction.morgansindall.com barrera aislante y permite que los perfiles metálicos no lleguen a la temperatura crítica de fluencia en un período de tiempo definido, con el fin de reducir daños del material, ganar tiempo y minimizar el riesgo de pérdidas humanas. En últimas, a diferencia de los revestimientos convencionales con bajo punto de ignición, que por acción térmica se calientan y liberan gases combustibles favorecedores de las llamas, el objetivo de pintura intumescente, es mantener la temperatura del acero por debajo de los 538 Protección pasiva contra fuego Protección Ventajas Desventajas Recubrimientos Intumescentes Morteros Placas No incrementa el peso del edificio. De fácil aplicación y reparación. Adherencia directa. Respeta la geometría y diseño arquitectónico. Pueden resistir hasta 240 minutos. Su precio suele ser bajo. Puede resistir hasta 360 minutos. La instalación es limpia Su resistencia se limita hasta 120 o 180 minutos en el mejor de los casos. Baja adherencia y flexibilidad. Deben ser reforzados con mallas. Difícil reparación. Deben ser protegidos contra la humedad y la carbonatación como cualquier elemento hidráulico. Sistema extremadamente sucio en su aplicación. Genera un mal aspecto estético, tipo cementoso, y no permite acabados de calidad. Precio alto. Requieren instaladores homologados y expertos. Difícil reparación. Puntos débiles: las uniones y los resquicios que se producen con los movimientos del edificio. No soportan el agua y la humedad.
64 RECUBRIMIENTOS ºC, tanto tiempo como sea posible, para que las personas puedan abandonar el edificio antes que se genere una situación irreversiblemente crítica. Existen formulaciones que pueden controlar la temperatura del acero bajo el límite de los 500 C hasta por 180 minutos. Comúnmente, se confunde a las pinturas intumescentes con las pinturas ignífugas, pero estas son totalmente distintas. La principal diferencia es que las pinturas ignífugas se utilizan para proteger elementos inflamables, como la madera, formando una película sobre el material, aislándolo de las llamas y de producir gases no inflamables que retardan la pirolisis del material. Por su parte, las pinturas intumescentes se aplican sobre sustratos incombustibles, como el acero, para evitar que alcance su temperatura crítica. Una pintura ignifuga no forma llama al carbonizarse, por lo tanto no contribuye a la propagación del fuego, pero tampoco brinda aislamiento térmico, lo cual si hace la intumescente. Características y Aplicabilidad Hay recubrimientos intumescentes a base de agua y de base solvente, ambos presentan un aspecto líquido blanco pastoso y permiten un acabado blanco mate, depende de muchos factores la elección de uno o de otro, lo mejor es consultar con los proveedores. Estas pinturas contienen cuatro ingredientes básicos: un aglomerante y tres componentes activos intumescentes. El aglomerante es una resina termoplástica no convertible de un determinado punto de fusión, y los componentes activos intumescentes son: a) catalizador: normalmente polifosfato de amonio, que reacciona liberando un agente deshidratante, ácido fosfórico; b) compuesto formador de residuo carbonoso: sustancia orgánica, comúnmente pentaeritritol, que se descompone por la acción del ácido liberado en la catálisis originando un residuo carbonoso; y c) agente espumógeno: generalmente melanina. El aislamiento se obtiene debido a que, con el calor, los ingredientes activos reaccionan químicamente entre sí y desarrollan la espuma carbonosa protectora. La espuma forma una gruesa capa de escoria, una especie de merengue, firmemente adherida al sustrato, la cual actúa como aislante térmico del acero. De esta forma, se protege el material contra el acceso de oxígeno y la propagación de las llamas. Estas películas son fáciles de aplicar y de remover, además ofrecen la posibilidad de aplicarse en estructuras ya instaladas. Tienen un elevado efecto sobre la inflamabilidad, el cual es un fenómeno superficial y no presentan consecuentemente incidencias sobre las propiedades fisicomecánicas del sustrato. El campo principal de las aplicaciones de los recubrimientos intumescentes son las estructuras portantes de edificios en función de la configuración y las características del mismo. Hay que tener en cuenta que el diseño de la protección se establece prioritariamente para salvar vidas, además de conservar el edificio. Al respecto, el ingeniero Gerardo Rodríguez Garzón, inspector de recubrimientos NACE nivel 3 y coordinador de Línea International Paint, de la Compañía Global de Pinturas S.A., explica que: Las pinturas intumescentes generalmente se utilizan para requerimientos de resistencia bajos: R30, R60 o R90, es decir: 30, 60 y 90 minutos respectivamente, tiempos en los que la estructura estará protegida y no llegará la temperatura de colapso. Según la necesidad de resistencia, el recubrimiento debe aplicarse con mayor espesor, entre dos y tres manos para R30, cuatro y cinco manos R60 y más de seis manos R90. Lo mejor es buscar asesoría de los fabricantes y solicitar las tablas técnicas de aplicación, las cuales deben incluir las especificaciones del espesor del recubrimiento en micrones, tiempo de secado entre manos, dilución recomendada, condiciones de aplicación, seguridad y almacenamiento del producto, entre otros. Así mismo, es indispensable conocer el rendimiento teórico de la pintura (galón/m²) y el imprimante recomendado para proteger la estructura de la corrosión. El desempeño del recubrimiento intumescente es directamente proporcional a la preparación de la superficie en la que va a ser aplicado. En este sentido, la superficie debe estar libre de grasa, aceite, polvo, suciedad o cualquier otro contaminante que pueda evitar la unión de la pintura intumescente con el acero. Foto: www.promatfiretemp.com
Debe ser aplicada en lo posible con equipos de pintura (pistolas) para controlar la velocidad y calidad del acabado. Aunque, también es posible la aplicación con brocha y rodillo. La gran mayoría de fabricantes elaboran sus pinturas para emplearse directamente sobre el acero, pero para asegurar una correcta protección del metal contra la corrosión, es recomendable el empleo de un sistema anticorrosivo como imprimante, con un espesor mínimo de 35-45 µm, ya que la corrosión puede causar el desprendimiento de la película intumescente. Una vez, aplicada las capas necesarias de la pintura intumescente, el sustrato deberá recibir el acabado final, el cual dependerá de la ubicación y el servicio de la estructura; por ejemplo, si es a la intemperie se pueden aplicar barnices que protejan el acero del agua y el sol. En otros casos, se pueden aplicar pinturas base agua para dar color o un barniz protector para evitar el desgaste del intumescente. Es importante, mencionar que no se deben aplicar pinturas epóxicas, esmaltes sintéticos, óleos, poliuretanos, pasta muros y otros de similares durezas como acabado final sobre una pintura intumescente, ya que cuando estos productos están totalmente curados o secos, su rigidez impide o retarda el efecto de intumescencia. No se debe olvidar que la aplicación de la pintura intumescente debe ser realizada por personal calificado. Igualmente, para garantizar la calidad de la ejecución del recubrimiento es indispensable una inspección completa que abarque: Calidad de los productos: es responsabilidad del fabricante suministrar un producto ensayado en un laboratorio acreditado de acuerdo a la normativa vigente, facilitar la ficha técnica de características donde se recogen los datos relevantes (volumen de sólidos, rendimiento teórico, tiempo de secado) así como las instrucciones de aplicación y un certificado de calidad donde se refleje el número de lote para su trazabilidad. Calidad de la ejecución en obra: corresponde al aplicador del sistema utilizar los productos de acuerdo a la especificación, cumpliendo estrictamente las condiciones de aplicación, según las instrucciones del fabricante y en las condiciones definidas en el informe del laboratorio. Los precios y costos de los productos para la protección contra el fuego varían mucho. Sin duda, entre los más costosos se encuentran las pinturas intumescentes; aunque, conviene analizar el costo-beneficio, pues con estos recubrimientos el constructor reduce gastos en mano de obra y tiempos de ejecución, ya que la aplicación de esta pintura es muy rápida, comparada con las demás tecnologías.
66 RECUBRIMIENTOS Preguntas y Respuestas Frecuentes Qué duración tiene el efecto intumescente? Depende del tipo y espesor de las capas de la pintura aplicada. Puede llegar a los 60 / 90 / 180 minutos, tiempo prudencial que permitirá una adecuada evacuación de los ocupantes de un edificio y la intervención de los bomberos. Qué elementos de acero se pueden proteger? Sólo deben protegerse aquellos elementos de acero que son estructurales. En láminas delgadas que forman parte de cerramientos (ej. galvanizado, zinc, hojalata, etc) su aplicación no es efectiva. Cuál es el espesor adecuado? El espesor a aplicar es una función que depende del factor de masividad de cada elemento a proteger y del tiempo de retardo buscado y son distintos en cada fabricante. El factor de masividad es el cociente entre el perímetro del perfil expuesto al fuego y el área de la sección transversal del perfil. Cuál es el espesor máximo? Si bien es posible aplicar altos espesores de recubrimientos intumescentes, en condiciones de incendio esto perjudicaría la efectividad de la protección contra el fuego porque, al expandirse la pintura, esta caería por su propio peso. Cuál es la vida útil de estos recubrimientos? En Europa se garantizan entre 7 y 10 años cumpliendo con ciertas condiciones de instalación, lo que implica que periódicamente se deben revisar, por considerarse un producto de seguridad y perecedero. Dado que esta durabilidad es muy inferior a la vida útil del elemento estructural al que protege, es necesario revisarlas anualmente y darles mantenimiento con los mismos requisitos y calidad de la pintura especificada inicialmente en la obra, considerándose el espesor en condiciones de pintura seca. Se pueden aplicar sobre materiales distintos al acero estructural? No debe utilizarse sobre otros materiales (ej. placas de yeso, cartón, fibrocementos, maderas, hormigón, cables eléctricos). No se logrará la resistencia al fuego del sustrato de acuerdo a ensayos realizados para elementos estructurales metálicos. Fuente: www.lea.com.ar Para Tener en Cuenta Los expertos, Antonio López, director de Asistencia Técnica de Barnices Valentine (España) y Freddy Pita, gerente de Exportaciones de la misma empresa, aseguran que antes de aplicar cualquier medida, entre ellas las pinturas intumescentes, para prevenir y contrarrestar el efecto del fuego en las estructuras metálicas, es fundamental que los profesionales lleven a cabo un riguroso programa seguridad contra incendios (Fire Safety Engineering), el cual permite demostrar con precisión si la estructura de acero requiere o no requiere revestimiento y, si es utilizado, cómo minimizar su costo. Generalmente, las medidas de prevención y de protección involucran el control de las potenciales fuentes de ignición y de la velocidad de propagación del frente de fuego, la inclusión en el diseño de medidas activas (sistemas de detección y alarma, elementos para combatir el fuego, dispositivos de seguridad personal, etc.) y pasivas de protección (diseño arquitectónico y estructural, empleo de pinturas ignifugas, etc.). Los mejores métodos para proteger una estructura suelen combinar protección pasiva y activa. El ingeniero responsable del diseño debe evaluar las necesidades propias de cada edificio según el uso que se le dará, una mezcla eficaz de elementos de protección activa, junto a una protección pasiva bien diseñada, puede salvar bienes materiales y muchas vidas. Acero y Hormigón Normatividad Con relación a la normatividad, Estados Unidos y los países europeos llevan muchos años trabajando en este tema y tienen normas muy estrictas. Los estadounidenses han establecido reglas para la protección de las edificaciones contra el fuego: ASTM E119, UL 263 y la NFPA 251, aunque es interesante señalar que el procedimiento de ensayo de todas ellas son muy similares y difieren principalmente en el organismo que las ha publicado. Europa ha unificado todas las normativas individuales de los países que integran la Unión Europea, y ha realizado una norma de obligatorio cumplimiento: UNE ENV 13381/8. Los primeros países de América Latina que realizaron normativas fueron Brasil, para la ciudad de Sao Paulo y Chile: Norma Chilena Nch 935/1- Of.97. Hace un par de años, México aprobó la norma NMX C 307/1 ON- NCCE 2009, Resistencia al fuego de elementos y componentes. En Colombia, aunque hay empresas que distribuyen este tipo de pinturas, el conocimiento del material, características, aplicación y formas de uso genera muchas dudas y confusiones, tanto de parte de los profesionales de la construcción como de los entes reguladores. Por ahora, la normatividad está regida por el Libro Rojo del Código En el Congreso Latinoamericano de Siderurgia, ILAFA-50, en 2009, el profesor José Luis Torero, Decano de la Facultad de Ingeniería, y profesor de Ingeniería de Seguridad contra Incendios de la Universidad de Edimburgo, Gran Bretaña, aseguró que: La diferencia fundamental entre del acero respecto al hormigón frente a un incendio, es simplemente que el metal abre la posibilidad de calcular y controlar con precisión el comportamiento de la construcción en circunstancias extremas del fuego, así los ingenieros y arquitectos pueden darle resistencia y aprovechar todas las potencialidades de las estructuras. Lo que da el hormigón es resistencia, ya que con su inercia térmica protege al acero, dando un tiempo adicional. Pero, en contraposición, su gran limitante es el alto margen de error, pues es muy difícil conocer cómo se comportará frente a las llamas. No se puede diseñar con el hormigón y en consecuencia lo único que se puede hacer con él es proteger al acero. Entonces, el hormigón representa grandes márgenes de error mientras que el acero encarna la posibilidad de optimizar, diseñar, utilizar la capacidad y los conocimientos de los ingenieros.
Fotos: achillesfireprotection.com.au Los recubrimientos intumescentes se pueden aplicar antes de la instalación o una vez este armada la estructura portante. Colombiano de Construcción, y el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo-resistente NSR10, Titulo J, que impone el cumplimiento de una serie de exigencias en el diseño, construcción y mantenimiento de edificaciones y que ordena que toda edificación deberá cumplir con los requisitos mínimos de protección contra incendios establecidos en las normas nacionales. Específicamente, con relación al acero estructural indica que las estructuras sin ninguna protección contra fuego de más de 15 minutos, sólo son apropiados para uso en edificaciones o recintos que no requieren de protección contra el fuego. Para resistencias mayores el acero debe proveerse con productos adheridos para su protección, como las pinturas intumescentes. Citas 1) Para más información sobre la construcción metálica en Colombia consultar el artículo: Construcción Metálica, Progreso Inminente publicado en la edición de Metal Actual, número 24. Mayo - julio de 2010. Páginas 26 a la 31. 2) (National Fire Protection Association) consulte la norma NFPA 251: Standard Methods of Tests of Fire Resistance of Building Construction and Material donde podrá hallar información sobre usos, aplicaciones y respuestas de las pinturas intumescentes. www.nfpa.org Fuentes Gerardo Rodríguez Garzón. Ingeniero, inspector de recubrimientos NACE nivel 3. Coordinador de Línea International Paint. Compañía Global de Pinturas. gerardo.rodriguez@pintuco.com Freddy Pita. Gerente de Exportaciones de Barnices Valentine (España). fpita@valentine.es Antonio López. Director de Asistencia Técnica de Barnices Valentine (España). alopez@valentine.es