1. Marco Normativo de las Estructuras Metálicas

Actualmente, el contexto normativo de las estructuras metálicas está definido por el **Código Estructural (CE)**, que incluye:

• Bases generales (Títulos 1 y 3).
• Bases de cálculo (Anejo 18).
• Prescripciones de dimensionamiento (Anejos 22 a 29).

Además de esta normativa, se puede optar por utilizar los **Eurocódigos Estructurales**, opción que tiene sentido cuando se utilice software europeo que no tenga implementado el Código Estructural. También se pueden adoptar soluciones alternativas, bajo responsabilidad y justificando prestaciones iguales o superiores a las del CE.

En el CTE (Código Técnico de la Edificación) existen los documentos DB SE, DB SE-AE y DB SE-A. El CE es posterior al CTE, de manera que, cumpliendo con el Código Estructural, se cumplirá con el CTE.

2. Protección del Acero Contra el Fuego

2.1. Efectos del Fuego en las Estructuras Metálicas

A partir de **300 ºC** disminuye la resistencia del acero, reduciéndose a la mitad a los **500 ºC**. Por la dilatación se producen empujes y deformaciones. Las cargas se desplazan del eje de las piezas, lo que puede llevar al **colapso**. El acero se funde a 1.500 ºC.

Finalidad de la Protección

La protección se logra mediante **recubrimientos** con una duración de resistencia de una a tres horas. La finalidad de la protección es:

• Aumentar el tiempo durante el cual el acero mantiene sus características resistentes para favorecer la **evacuación** de los ocupantes y la actuación de los servicios de extinción.
• Proteger las construcciones, las edificaciones vecinas y el espacio público.

Los materiales de protección incluyen: Fábricas, hormigón, morteros y pinturas intumescentes.

Factores Determinantes del Espesor de la Protección

El tipo y espesor de la protección dependen de la exposición al fuego del elemento estructural, en función de:

• La superficie expuesta a la acción del fuego. (Al acero le perjudica su gran **conductividad térmica** y la gran superficie de los perfiles abiertos laminados o conformados frente a poco espesor).
• La masa del elemento estructural (a mayor masa, tardará más tiempo en calentarse).

Factor de Forma o Masividad

Cualquier cuerpo metálico expuesto al fuego se calentará más rápidamente a mayor superficie de contacto con el mismo. El **factor de forma o masividad** es la relación entre el perímetro del perfil y su sección (Perímetro/Área).

El espesor de la protección se calcula teniendo en cuenta el factor de forma y la disposición del perfil en relación con su exposición al fuego, mediante tablas, según el sistema.

2.2. Sistemas de Protección Activos

Permiten la detección y el combate temprano del incendio. Incluyen instalaciones de detección (humo, temperatura, alarmas) e instalaciones de extinción (rociadores de agua, extintores, bocas de incendio).

Detección

Transmite señal desde el lugar donde se produce el incendio. Debe estar **zonificado** para localizar con facilidad el foco. Se realiza mediante detectores:

Detectores de Humos

No válidos en ambientes polvorientos, garajes, cocinas, combustión de alcoholes, cercanías de bocas de impulsión de aire o en locales de altura (h) > 20 m.

• Iónicos: Pequeña fuente radioactiva que ioniza el aire. Disminuye la conductancia del aire cuando contiene humo.
• Ópticos: Perturbados por la luz ambiental. Funcionan por oscurecimiento o difusión.

Detectores de Llamas
Usados en recintos con velocidades de aire altas y altura elevada (h > 20 m), o con combustibles de rápida producción de llama.

• De radiación infrarroja.
• De radiación ultravioleta.
• De chispas.

Detectores de Radiación (Temperatura)
Para fuegos de desarrollo rápido. No aptos para locales de más de h = 6 m. No deben estar cerca de salidas de aire climatizado.

• Termostáticos: Funcionan a partir de 57 ºC.
• Termovelocimétricos: Sensibles a los cambios bruscos de temperatura. No aconsejables en cocinas, calderas, etc.

Alarma

Su función es avisar a los ocupantes y a los servicios de extinción:

• Pulsadores.
• Indicadores ópticos.
• Sirenas.
• Comunicación telefónica.
• Megafonía.

Contactos, Relés y Equipos de Control

• Módulos simples: Controlan un relé o algún medio de disparo de equipo de extinción.
• Centrales: Controlan el sistema, transmiten alarmas, activan la extinción automática, controlan la zonificación, actúan sobre cortafuegos, conectan la evacuación de humos y cierran conductos.

Extinción

Función: extinguir el incendio. El agente extintor puede producir daños personales o materiales. Mecanismos de extinción:

• Enfriamiento.
• Sofocación.
• Dispersión o dilución del combustible.
• Inhibición de la llama.

Tipos de instalaciones de extinción: Extintores portátiles, hidrantes exteriores, columna seca, bocas de incendio equipadas (BIEs), extinción automática y rociadores.

2.3. Sistemas de Protección Pasivos

Aumentan el tiempo de resistencia de la estructura.

Recubrimiento con Fábrica u Hormigón de Baja Densidad

• Finalidad no resistente, solo protección ante el fuego.
• Aumenta el peso de la estructura.
• Aspecto final como estructura de hormigón.

Morteros Proyectados

• Protección hasta **240 minutos**.
• Materiales: vermiculita, lana mineral u otras fibras.
• Espesor mínimo: 10 mm. A partir de 60 mm, deben ser reforzados con mallas.
• Acabados bastos y aplicación sucia.

Recubrimientos Rígidos de Placas o Tableros

• Protección hasta **360 minutos**.
• Materiales: placas de yeso, lanas minerales o escayolas con fibra de vidrio.
• Forman cajas alrededor del elemento, unidas con ganchos, adhesivos o grapas.
• Necesaria **imprimación anticorrosiva previa**.
• Espesores mínimos de 20 mm.
• Requieren instaladores homologados.
• Complicada ejecución; las uniones entre placas representan puntos delicados.

Pinturas Intumescentes

• Protección entre **30 y 60 minutos** (más tiempo requiere muchas capas).
• Fácil aplicación y reparación.
• Las pinturas anticorrosivas deben aplicarse antes.
• Espesores de 0,5 a 4 mm.
• No altera el aspecto visual de la estructura.

Ante el calor, aumentan de volumen produciendo una capa protectora. Tienen la capacidad de expandirse a causa de reacciones químicas que se producen con el aumento de la temperatura, transformándose en un material espumoso **termoaislante** con bajísimos niveles de conductividad térmica (mil veces menor que la del acero). Cuando el calor aumenta, el grosor de la pintura aumenta unas cincuenta veces con respecto a su volumen inicial, transformándose en un grueso almohadón aislante que protege la estructura metálica de la acción del fuego.

3. Oxidación y Corrosión del Acero

La **corrosión** es un ataque que experimentan los metales por la acción del medio en que se utilizan (atmósfera, terrenos, agua, etc.), verificándose en el proceso reacciones químicas o electroquímicas. La mayor parte de los metales tienden a formar, en presencia de la humedad y del **oxígeno**, soluciones químicas estables como el óxido sobre el acero.

El hierro aparece en la naturaleza en forma de óxido, y por mucho que nos esforcemos en el proceso de desoxidación, el hierro siempre tiende a revertir el proceso. Se produce siempre que las condiciones externas propician la formación de un **par galvánico**: una diferencia de potencial y un **electrolito** (agua).

Mecanismo Electroquímico

La corrosión tiene lugar porque hay una diferencia de potencial entre objetos que se conectan eléctricamente, y la consecuente pérdida de iones del metal en el ánodo da como resultado la corrosión.

En el proceso deben darse cuatro elementos esenciales:

1. Un **electrolito** (conductor no metálico donde la corriente es transportada por el movimiento de iones).
2. Un **ánodo**.
3. Un **cátodo**.
4. Una conexión entre ánodo y cátodo.

El pH

El pH se mide de 0 a 14. 0 es indicador de máxima acidez, 14 es el opuesto (base), y 7 es neutro. Se considera ácido a aquella sustancia capaz de liberar un ion hidrógeno (H+), y base es aquella sustancia que lo acepta en su estructura química.

3.1. Medios Corrosivos

El deterioro de materiales por exposición a medios corrosivos puede ser debido a:

• Corrosión por el medio ambiente atmosférico.
• Corrosión por el terreno.
• Corrosión por el agua.

Corrosión por Medio Ambiente Atmosférico

Más del **50% de las pérdidas totales** por corrosión se deben a la corrosión atmosférica. Los factores que influyen en la velocidad de corrosión son:

• **Humedad** del aire.
• Presencia de gases.
• Presencia de polvo.

La corrosividad de la atmósfera depende de la combinación de los factores de contaminación y de las condiciones climáticas. Los ambientes atmosféricos pueden ser industriales, marinos, urbanos y rurales, dependiendo del grado y naturaleza de los contaminantes.

Corrosión por el Terreno

Un trozo de metal situado en un terreno se comporta como una **pila galvánica**. La corrosión es debida a un proceso electroquímico donde el terreno se comporta como electrolito y las distintas áreas del metal son los ánodos y cátodos de las pilas electrolíticas.

Las características del electrolito (el terreno) influyen sobre la corrosión en los siguientes aspectos:

• Densidad: Con valor menor de 1,5 gr./cm³ la agresividad es mínima.
• Aireación: Con buena aireación la agresividad es mínima, pero si existe **aireación diferencial** con el terreno circundante, la agresividad es considerable.
• Composición química: Los sulfatos y cloruros son perjudiciales, mientras que los carbonatos son beneficiosos.
• Microorganismos: Algunas bacterias transforman los sulfatos en sulfuros ferrosos, corroyendo el material.

Corrosión por Agua

La corrosividad del agua se debe a la presencia de **oxígeno y cloro disuelto**. Las variables más importantes que afectan a la corrosión por el agua de mar son:

• Velocidad del agua.
• Temperatura.
• Contenido en oxígeno.

La corrosión del acero y del hierro se caracteriza por los siguientes factores:

• Temperatura: La velocidad de corrosión se duplica cada 30 ºC de aumento de temperatura.
• La velocidad de corrosión es proporcional al contenido de oxígeno y cloro.
• La presencia de Carbonato cálcico (CaCO₃) en el agua reduce la velocidad de corrosión.
• La velocidad de corrosión se reduce con un pH fuertemente alcalino.

3.2. Formas de Corrosión

Las formas más comunes de corrosión que afectan al acero son:

• Corrosión uniforme: El ataque se extiende casi por igual por toda la superficie. (El ataque uniforme se pierde, con frecuencia, siendo en determinadas zonas el ataque más localizado con mayor pérdida de metal).
• Corrosión localizada:
  • Macroscópica: Galvánica, Agrietamiento, Picadura, Ataque selectivo, Microbiológica.
  • Microscópica: Intergranular, Bajo tensión.

Corrosión por Ataque Directo (Corrosión Atmosférica)

La corrosión por ataque químico directo más común es la **corrosión atmosférica**, debida al oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua, azufre y compuestos de cloro.

La presencia de **humedad o de agua** en el aire es determinante para el fenómeno de ataque directo. La rapidez de la corrosión es tanto mayor cuanto mayor es la concentración de los productos contaminantes presentes en la atmósfera.

Las atmósferas industriales son las más corrosivas, o los ambientes salinos, como el clima del litoral. También las **corrientes parásitas** pueden acelerar la corrosión.

Corrosión Electroquímica (Corrosión Galvánica)

La corrosión electroquímica es un fenómeno de corrosión acelerada que se verifica cuando se unen **materiales diferentes**. Es de máximo interés, ya que, en la práctica, a menudo se verifica que, por ejemplo, un tornillo es de material diferente respecto del alojamiento o de la pieza atornillada.

Cuando dos metales de diverso potencial eléctrico se unen en presencia de un tercer elemento (**electrolito**), se genera un ligero flujo de electrones que van del metal menos noble (ánodo o polo positivo) al material más noble (cátodo o polo negativo). Los electrones que abandonan el material menos noble erosionan así el material del cual parten de manera irreparable.