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Introducción

En muchos incendios estructurales se afirma que el edificio colapsó porque "el acero se derritió". Desde el punto de vista de la ingeniería esta afirmación es incorrecta. El acero comienza a perder rigidez y resistencia mucho antes de alcanzar su temperatura de fusión, mientras que el concreto puede presentar fisuración, pérdida de resistencia y desprendimiento explosivo (spalling) debido a los gradientes térmicos. El resultado es una disminución progresiva de la capacidad resistente del sistema estructural. Buchanan & Abu (2017).
Buchanan explica que el diseño estructural frente al fuego mantiene la filosofía del diseño estructural convencional, pero incorpora diferencias fundamentales como la degradación de las propiedades mecánicas con la temperatura, los esfuerzos inducidos por la expansión térmica, la reducción de las combinaciones de carga para la situación de incendio y la aparición de mecanismos de falla distintos a los considerados a temperatura ambiente. Buchanan & Abu (2017).

¿Qué ocurre cuando aumenta la temperatura?

El incremento de temperatura produce simultáneamente tres efectos principales:

- Reducción de la resistencia mecánica
- Disminución de la rigidez
- Incremento de las deformaciones

Además, la expansión térmica genera esfuerzos adicionales cuando los elementos se encuentran restringidos por el resto de la estructura. Estos esfuerzos pueden modificar significativamente la distribución interna de fuerzas y favorecer fenómenos de inestabilidad. Buchanan & Abu (2017).

El comportamiento del acero

En estructuras metálicas, la pérdida de capacidad resistente está directamente relacionada con la reducción del límite elástico y del módulo de elasticidad a medida que aumenta la temperatura.
El procedimiento simplificado del Eurocódigo EN 1993-1-2 verifica la capacidad resistente utilizando propiedades mecánicas reducidas en función de la temperatura del acero, manteniendo la filosofía del diseño por estados límite utilizada a temperatura ambiente.
Es importante destacar que las grandes deformaciones son esperables durante incendios severos y, en muchos casos, el criterio fundamental de diseño consiste en evitar el colapso, más que limitar las deformaciones de servicio.

El comportamiento del concreto

Aunque el concreto presenta un calentamiento más lento que el acero, también experimenta degradación progresiva.

Entre los principales mecanismos destacan:

- Pérdida gradual de resistencia
- Fisuración térmica
- Desprendimiento explosivo (spalling)
- Disminución de la adherencia entre el
- Concreto y el acero de refuerzo

Estos fenómenos pueden comprometer la estabilidad del elemento y modificar la distribución de esfuerzos dentro del sistema estructural.

El colapso depende del sistema estructural

El comportamiento frente al fuego no depende únicamente del material.

También influyen:

- Nivel de carga
- Continuidad estructural
- Restricciones a la expansión térmica
- Secuencia de calentamiento
- Duración del incendio
- Acción de sistemas de protección activa
- Protección pasiva existente.

Por esta razón, dos edificios construidos con materiales similares pueden presentar respuestas completamente diferentes ante un mismo escenario de incendio.

Resistencia al fuego no significa que la estructura no colapsará

Uno de los errores más comunes consiste en asumir que una clasificación de resistencia al fuego de 60, 90 o 120 minutos garantiza automáticamente la estabilidad estructural.
Buchanan explica que la verificación del diseño puede realizarse en el dominio del tiempo, la temperatura o la resistencia, dependiendo del objetivo del análisis y de la metodología empleada. En consecuencia, una clasificación prescriptiva no siempre representa adecuadamente el comportamiento de una estructura sometida a un incendio real.

¿Cómo se evalúa el riesgo de colapso?

La Ingeniería Estructural para Incendios utiliza una metodología basada en desempeño que normalmente comprende:

1. Definición de objetivos.Identificación de escenarios de incendio.
2. Simulación del incendio (FDS / PyroSim).
3. Transferencia de calor.
4. Evaluación estructural.
5. Verificación de criterios de desempeño.
6. Definición de medidas de mitigación.

Este enfoque requiere documentar claramente los objetivos del proyecto, los criterios de aceptación y las hipótesis empleadas durante el análisis.

¿Cómo aborda este problema detcon?

En detcon desarrollamos estudios de Ingeniería Estructural para Incendios mediante metodologías basadas en desempeño que integran simulación CFD, transferencia de calor y análisis estructural avanzado.
Nuestro objetivo es comprender el comportamiento real de la estructura frente a escenarios específicos de incendio para optimizar la protección pasiva, justificar soluciones técnicas y reducir la incertidumbre en la toma de decisiones.

Conclusiones

El colapso estructural durante un incendio es consecuencia de la interacción entre el comportamiento del fuego, la degradación térmica de los materiales y la respuesta global del sistema estructural.
Comprender estos mecanismos permite desarrollar diseños más seguros, optimizar la protección contra incendios y evaluar objetivamente el desempeño de las estructuras frente a escenarios de incendio reales.

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Referencias Técnicas

- Buchanan, A. H. Structural Design for Fire Safety. Wiley.
- EN 1991-1-2 — Actions on Structures Exposed to Fire.
- EN 1993-1-2 — Structural Fire Design.
- SFPE Handbook of Fire Protection -Engineering
- ASCE MOP 138 — Structural Fire -Engineering.

Bibliografía

1. Buchanan, A. H., & Abu, A. K. (2017). Structural Design for Fire Safety (2nd ed.). John Wiley & Sons.
2. CEN. (2002). EN 1991-1-2. Actions on Structures Exposed to Fire.
3. CEN. (2005). EN 1993-1-2. Design of Steel Structures – Structural Fire Design.
4. Hurley, M. J., et al. (2016). SFPE Handbook of Fire Protection Engineering (5th ed.). Springer.
5. ASCE. (2022). Manual of Practice No. 138 – Structural Fire Engineering.