Protocolo de Inspección de Estructuras de Hormigón Armado Afectadas por Incendio

PROTOCOLO DE

INSPECCIÓN DE ESTRUCTURAS DE

HORMIGÓN ARMADO AFECTADAS

POR INCENDIO

ICH – COMISIÓN DE CONSTRUCCIÓN EN HORMIGÓN

SANTIAGO - 2025

PROTOCOLO DE INSPECCIÓN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO AFECTADAS POR INCENDIO 1

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PROTOCOLO DE INSPECCIÓN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO AFECTADAS POR INCENDIO

1. INDICE

1. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2. REQUISITOS PREVIOS DE LA INSPECCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3. PROCESO DE LA INSPECCION ESTRUCTURAL. . . . . . . . . . . . . . . 9

3.1. Recolección de la información documental. . . . . . . . . . . . . . 9

3.2. Inspección visual - Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.3. Ensayos no destructivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3.1. Prueba de sonido. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3.2. Índice esclerométrico (martillo de rebote) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3.3. Detector de refuerzo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.3.4. Pulso de ultrasonido.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.3.5. Análisis espectral de ondas superficiales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.3.6. Radiografía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.3.7. Georadar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.3.8. Determinación de la profundidad de carbonatación. . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.4. Pruebas intrusivas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.4.1. Extracción de muestras de la estructura.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.4.2. Petrografías. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.4.3. Extracción de testigos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4. DAÑO GENERADO POR FUEGO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.1. Daño en el hormigón. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.2. Inspección y clasificación del daño por fuego. . . . . . . . . . . . 19

4.2.1. Inspección del daño en estructuras de hormigón.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.2.2. Clasificación del daño en estructuras de hormigón.. . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5. INFORMES DE INSPECCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6. REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25


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COMISIÓN DE CONSTRUCCIÓN EN HORMIGÓN

Lilian Berríos

Marjorie Córdova

Jorge Del Pozo

Federico Delfin

Luis Ebensperger

Edgardo Gonzalez

Augusto Holmberg

Arturo Holmgren

Susana Jara

Cristian Masana

Carmen Paz Muñoz

Salvador Nasra

José Miguel Pascual

Bernhard Paul

Armando Quezada

Rodrigo Reyes

Carlos Thomas

Patricio Tapia

Yuri Tomicic

Renato Vargas

Sergio Vidal

Cristian Vargas

DICTUC

Cemento Melón

Industrial

Asociado

Asociado

Universidad de Chile

Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile

EUCLID CAVE

DITEC - MINVU

Asociado

Universidad Andres Bello

Sigdo Koppers

Asociado

Asociado

Quezada y Boetsch S.A.

Asociado

MOP

Asociado

Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile

Asociado

Cementos Bío Bío

Laboratorio Nacional de Vialidad


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1. INTRODUCCIÓN

La Comisión de Construcción en Hormigón ha reconocido la necesidad de generar un documento que sirva de guía para

inspeccionar estructuras de hormigón armado con posterioridad a un incendio en sitio urbano de magnitud relevante.

El presente documento busca servir como guía para el desarrollo de una inspección en función de la tipología estructural

y los daños que pueden ser observados. En particular, este documento se centra en la identificación y calificación de

los daños en el hormigón causados por exposición prolongada al fuego o altas temperaturas.

Si bien el colapso de una estructura de hormigón armado producto de un incendio es improbable, la existencia de

algún daño no puede ser descartada. La exposición a altas temperaturas tiende a causar pérdida de resistencia de los

materiales, los que junto a otros efectos térmicos, pueden ser difíciles de detectar. Los elementos de hormigón, por la

naturaleza del material y las dimensiones de los elementos, suelen sobrevivir un incendio y de ahí la importancia de

una adecuada evaluación post-evento.

La inspección es la parte inicial del proceso de evaluación estructural, el cual se completa mediante una investigación

más amplia de los antecedentes disponibles de la estructura, un análisis que determine el cambio en el desempeño de

la estructura producto de los daños sufridos, las medidas de reparación de la misma y el desempeño futuro esperable

de la estructura re-habilitada.


2. REQUISITOS PREVIOS DE LA INSPECCIÓN.

La inspección de estructuras es una tarea técnica que requiere de disponer de capacidades, equipos y métodos para

proveer información, tan certera como sea posible, para que sea usada durante el proceso de evaluación estructural.

Previo a la inspección de estructuras afectadas por un evento severo y masivo, se requiere:

- Asegurar la zona afectada. Las autoridades locales y los organismos competentes deben controlar la emergencia,

y según sea necesario, definir perímetros de seguridad y condiciones de acceso a las zonas afectadas.

- Inspectores. La inspección de estructuras es una tarea que debe ser realizada por profesionales calificados. Es

relevante que se tenga conocimientos y experiencia en diseño, comportamiento estructural y tecnología del

hormigón. También es relevante saber utilizar las herramientas de inspección y poder distinguir entre daños

recientes de pasados. Es recomendable que la inspección sea realizada por más de un profesional especialista

y, como mínimo, en parejas.

- Herramientas para inspección en campo. Los inspectores de estructuras deben disponer de los siguientes elementos

al ejecutar su inspección:

• Elementos de protección de personal (casco, guantes, zapatos de seguridad, cuerda de vida, con la capacitación

correspondiente, y cualquier otro que sea necesario según la condición de la estructura a inspeccionar).

• Linterna.

• Flexómetro.

• Fisurómetro o comparador de grietas.

• Martillo (idealmente martillo de geólogo).

• Croquera o block de dibujo.

• Cámara fotográfica.

• Tiza o marcador

• Lupa.

• Materiales y/o herramientas simples para ensayos mínimamente invasivos, como reactivo ácido-base y taladro

con broca para hormigón para el ensayo de carbonatación.

• Coordinación con las autoridades locales.

- Antecedentes de la estructura. Si es posible, disponer de planos y/o especificaciones técnicas de la estructura.

Considerar información respecto del año de construcción y eventos previos que haya resistido o reparaciones/

modificaciones que se le hayan realizado. También recoger los relatos de testigos presenciales del siniestro y

bomberos, que permitan establecer la dinámica de los acontecimientos que afectaron la estructura.

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3. PROCESO DE LA INSPECCION ESTRUCTURAL

3.1. Recolección de la información documental.

La recopilación de información es una parte importante del proceso de la evaluación estructural y también puede

apoyar al proceso de inspección. Entre la información que interesa recabar se tiene:

- Del diseño. Planos de arquitectura, estructura, especificaciones técnicas, informes de características del suelo,

información de orientación y avance de las llamas, y parámetros como cantidad de pisos, irregularidades, sistema

resistente.

- De la construcción. Materiales, componentes no estructurales (tabiques), modificaciones que puedan no estar

documentados en los planos originales, reparaciones anteriores.

- Comportamiento comparado. Historia del desempeño de la misma estructura o de estructuras similares en

eventos anteriores de la misma o distinta naturaleza, o entre estructuras afectadas por un mismo evento.

3.2. Inspección visual - Generalidades.

Los profesionales que participan en un proceso de inspección deben estar previamente familiarizados con el comportamiento

estructural, los tipos de daños probables y la capacidad de distinguir daños producto del evento de otros

ocurridos previamente.

El proceso de inspección se compone de las siguientes etapas:

i. Recolectar la información documental disponible, incluyendo aquella que aporten los testigos del siniestro.

ii. Planificar la investigación en función de la información recolectada.

iii. Realizar una caminata general en la obra a inspeccionar para familiarizarse con la misma e identificar puntos de

interés.

iv. Realizar la inspección detallada. Identificar los distintos elementos estructurales, registrar los daños encontrados,

como grietas, desconchamientos, decoloraciones o cambios de tonalidad, desplazamientos permanentes, pandeos

o fracturas del refuerzo y realizar las mediciones que sean necesarias. Tomar fotografías y realizar croquis

o esquemas detallados lo observado.

Marcar con tiza o marcador los puntos de interés para su identificación futura, como puntos de decoloración o cambios

de tonalidad, las grietas más finas, la identificación de dichos puntos en las fotografías o en los esquemas y completar

la inspección por ambos lados de los elementos siempre que sea posible.

v. Definir la necesidad de posibles pruebas adicionales, ya sean de tipo no destructivas o intrusivas.

Los pasos ii y iii pueden intercambiarse o incluso repetirse según sea necesario en función de lo que se encuentre en

terreno.

La inspección debe prestar especial atención a los elementos portantes de una estructura, como son las vigas, columnas

aisladas, losas y muros. Además se debe estar atento a la presencia de elementos de terminación que puedan enmascarar

el material base de un elemento, por ejemplo, estructuras antiguas pueden presentar espesores relevantes de

enlucido o estuco.


Como limitación, la sola inspección visual no permite detectar daños ocultos (lados inaccesibles, o porciones interiores

de los elementos), ni tampoco variaciones en sus parámetros de comportamiento (cambios de frecuencia o modos de

vibración), que son indicativos de variación en la resistencia o rigidez del material.

Al momento de ejecutar la inspección visual se debe tener especial atención con:

- Daños en el hormigón, la albañilería, mortero y/o refuerzos.

- Indicios de daños en los elementos portantes de la estructura como vigas principalmente, columnas aisladas,

losas y muros.

- Daños en elementos no estructurales y señales de deformaciones.

- Indicios de exposición a temperatura excesiva mediante las coloraciones en la superficie del material.

- Indicios de agrietamiento o expansión de fisuras.

- Desconchamientos paralelos al eje del elemento en la cara del elemento e indicios de corrosión del acero de

refuerzo.

- Indicios de problemas de la mezcla de hormigón y su colocación, como nidos, porosidad excesiva, juntas visibles

o con deformación, entre otros.

- Irregularidades de la estructuración, sean en planta, elevación, torsionales, columnas cortas, entre otros.

- Indicios de reparaciones o modificaciones a la estructura original. Cambios de destino de la estructura.

- Desconchamientos o saltaduras verticales en el hormigón que puedan ser indicativas de deslizamientos por

empalmes o anclajes insuficientes.

- Indicios de desarrollo de rótulas producto de inversión de cargas.

La inspección visual puede concluir con la necesidad de complementar con ensayos no destructivos (END) o pruebas

intrusivas.

3.3. Ensayos no destructivos.

Para mayor detalle de los ensayos señalados a continuación, referirse a la documentación correspondiente del Comité

de Ensayos No Destructivos de ICH.

3.3.1. Prueba de sonido.

Consiste en golpear con objeto denso (martillo de geólogo) los muros y escuchar el sonido producido. Paredes sólidas

producen un sonido distinto de aquellas que tienen oquedades o delaminaciones. También permite identificar si los

bloques de albañilería han sido rellenados con mortero.

Los resultados de las pruebas de sonido deben reportar la ubicación de la prueba en planta y elevación, la fecha de la

prueba, identificar al responsable de la prueba e indicar las conclusiones del estudio.

La prueba puede estar afectada por la geometría de los elementos ensayados y de la habilidad y experiencia del profesional

que la realiza.

3.3.2. Índice esclerométrico (martillo de rebote)

Consiste en aplicar el impacto de un martillo calibrado a la superficie del hormigón o albañilería, como lo muestra la Figura

1. Este método permite evaluar la uniformidad del hormigón en terreno y delinear zonas de hormigón deteriorado o de

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baja calidad en una estructura. Su ejecución se realiza siguiendo el procedimiento de la norma NCh1565 y normalmente

se hacen 10 mediciones por cada punto a inspeccionar. Es una prueba rápida y, mediante calibración (comparación

con resultados de compresión de testigos tomados en el mismo sector donde fue realizada la auscultación), podría

entregar una estimación de la resistencia del hormigón en otros sectores del mismo elemento estructural, sin embargo

su valor fundamental está en proporcionar una medida de la uniformidad del hormigón en un elemento o estructura.

Figura 1: Ensayo de índice esclerométrico en una pared afectada por fuego (Gentileza Yuri Tomicic).

Los resultados de las pruebas del índice esclerométrico deben reportarse indicando la ubicación de los puntos de medición,

en planta y elevación, la cantidad de pruebas en cada punto de medición, los resultados de las lecturas, el tipo

de martillo empleado, la información sin procesar del ensayo y los responsables de su ejecución, tanto el técnico de

ensayo como el supervisor de las pruebas. También se puede complementar el reporte con la estimación de resistencia

que se haya obtenido según la calibración ejecutada, si aplica.

La precisión de la estimación de resistencia es baja, por lo que más que su valor específico, importa la medición comparada

entre distintas posiciones de lectura. Se puede obtener mayor precisión al complementarlo con ensayos de

testigos extraídos en la zona prospectada mediante el esclerómetro. Se debe tener presente que los resultados pueden

ser afectados por los revestimientos de las superficies, humedad, rugosidad, entre otros.

3.3.3. Detector de refuerzo.

Consiste en un instrumento capaz de indicar la ubicación y tamaño del acero de refuerzo en el hormigón armado o

albañilería, mediante la generación de campos magnéticos de baja frecuencia. Permite validar o estimar el diseño del

refuerzo si no hay planos actualizados.

Las mediciones se hacen con una calibración previa, lejos de elementos metálicos y luego el detector se coloca paralelo

a la dirección de la barra que se desea detectar y se barre en sentido perpendicular hasta lograr un salto en la medición.

Se repasa para verificar y marca el elemento para indicar la posición. Luego se repite el proceso tanto para las barras

en ese sentido como las perpendiculares a esas.

Quienes realizan las pruebas deben estar familiarizados con el equipo que están usando y sus limitaciones. Las lecturas

pueden ser difíciles de interpretar si el recubrimiento es grande o hay alta concentración de barras, por ejemplo en un

empalme. También las lecturas pueden contaminarse por otros elementos metálicos embebidos en el elemento, como

cañerías. En el caso de muros con doble malla, las lecturas deben realizarse en ambas caras del muro.


3.3.4. Pulso de ultrasonido.

Este procedimiento consiste en medir el tiempo que tarda un pulso ultrasónico en atravesar un elemento. Dicha velocidad

es afectada por la calidad del material del elemento, la presencia de daños y/o grietas. Si se hacen mediciones

en distintos puntos del elemento se pueden identificar las diferencias y localizar puntos de posibles daños. Este ensayo

está estandarizado por la norma ASTM C597.

La ejecución requiere acceder al elemento por ambos lados, dibujar una grilla (se sugiere espaciada a 300 mm, aunque

puede variar según el tamaño del elemento y el nivel de daño esperado) la cual debe coincidir en ambos lados. Se hacen

mediciones en las intersecciones de la grilla. Donde se detecten lecturas elevadas respecto del resto, se debe refinar la

grilla para establecer la dimensión de la discontinuidad. Los resultados deben ser interpretados en términos de velocidad.

La ejecución del ensayo debe estar en manos de un técnico familiarizado con el equipo y sus limitaciones y la interpretación

de las medidas debe ser realizada por un profesional de experiencia. Dentro de las limitaciones del método,

éste requiere acceso a las caras opuestas del elemento, las cuales deben estar parejas y libres de huecos, ya que éstos

afectan las lecturas. Otros elementos que alteran los resultados son metales, por ejemplo, refuerzos, que estén orientados

en el sentido de avance del pulso.

Figura 2: Extracción de testigos en muros y losas (Gentileza Yuri Tomicic).

3.3.5. Análisis espectral de ondas superficiales.

El análisis espectral de ondas superficiales (SASW por sus siglas en inglés) es un método que mide la propagación en

un amplio rango de longitudes de onda, mediante acelerómetros y analizadores FFT (Fast Fourier Transform).

Para su ejecución se requiere de una fuente de impacto, como un martillo, dos o más receptores, que pueden ser acelerómetros

o transductores de velocidad y el antes mencionado analizador FFT. Se colocan los receptores espaciados una

cierta distancia determinada en función del espesor del elemento y se realiza un golpe alejado de éstos, produciendo

una onda que se propaga en la superficie. Los resultados, una vez procesados, permiten interpretar la condición del

hormigón.

El uso de los equipos SASW debe limitarse a personas altamente entrenadas en su uso y la interpretación de los resultados

requiere de profesionales de vasta experiencia. Dentro de las limitaciones se encuentra que el equipamiento

es complejo y además su uso mayoritario se limita a elementos horizontales. Su uso en paramentos verticales no está

bien documentado.

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3.3.6. Radiografía.

Corresponde a un método alternativo de comprobar la posición del refuerzo en un muro de hormigón o albañilería,

mediante la transmisión de rayos X a través del elemento y que son registrados en una placa en la cara opuesta del

elemento respecto donde se haya la fuente emisora. El equipo requiere un tubo portátil de rayos X con su correspondiente

isótopo radioactivo y placa especial para el revelado.

Al ejecutar el ensayo, es conveniente marcar la posición de la placa. La duración de la exposición dependerá del espesor

y densidad de refuerzo de los elementos. Al revelar las placas, los refuerzos tienden a aparecer como zonas claras

mientras que las discontinuidades del elemento se aprecian como zonas oscuras.

Quienes realizan el ensayo debe tener un entrenamiento tanto en el equipo, como en el manejo de material radioactivo

y las autorizaciones de la autoridad correspondiente, entre las que se incluye la Comisión Chilena de Energía Nuclear

(CChEN). Personal con experiencia debe ser el encargado de interpretar las placas una vez reveladas.

Como limitaciones se encuentra la liberación de radiación durante la prueba, que obliga a evacuar la zona del ensayo,

por un periodo que depende de la duración de la exposición. Además los equipos disponibles típicamente permiten

mediciones prácticas en elementos de hasta 300 mm de espesor. Por último, determinar el diámetro de las barras de

refuerzo no siempre es posible a partir de la visualización de las placas.

3.3.7. Georadar.

Consiste en la transmisión de ondas electromagnéticas a través del material, las cuales son captadas en una antena. La

propagación de las ondas queda influenciada por la conductividad del material y la señal permite detectar barras de

refuerzo, fisuras, oquedades entre otras discontinuidades en el material.

El equipo de ensayo se compone de una antena emisora de las ondas, la que debe ser capaz de operar en distintas

frecuencias, una antena receptora, una unidad de control y un elemento de recolección y registro de las señales. El

ensayo consiste en realizar pasadas sobre la superficie de interés con la antena emisora, lo que genera un registro del

largo examinado por el ancho de la antena, el cual debe ser interpretado por profesionales entrenados en la ejecución

e interpretación de este ensayo. Como limitaciones se tiene que, a mayor resolución, es menor la profundidad de penetración

de las ondas, además que su uso en hormigón o albañilería no está muy generalizado.

3.3.8. Determinación de la profundidad de carbonatación.

Este ensayo se basa en la medición de la pérdida de alcalinidad del hormigón producida por la reacción del dióxido de

carbono con el hidróxido de calcio presente en el cemento, la cual se registra mediante un indicador del pH, normalmente

una solución de fenol (fenolftaleína o timolftaleína). El hormigón no carbonatado tiene un pH alto, sobre 10, que

en la presencia de la solución de fenol toma una coloración rojo-púrpura intensa. Valores de pH en el hormigón bajo

8 generan una reacción incolora en presencia de la solución de fenol y se produce una degradación de las tonalidades

para valores de pH intermedios.

La alcalinidad del hormigón protege al acero del refuerzo, por lo que si el frente carbonatado alcanza la profundidad del

refuerzo, éste queda más vulnerable a corroerse. En un hormigón de buena calidad la carbonatación tardará muchos

años en llegar al refuerzo, sin embargo, un incendio puede acelerar este proceso.

El proceso del ensayo, estandarizado por la norma UNE 112011, consiste en tomar una muestra del hormigón (ver

secciones 3.4.1 y 3.4.3), preferentemente en seco, del elemento a estudiar o realizar un orificio en seco para exponer

el interior del elemento, el cual puede ser una perforación de diámetro adecuado con taladro o un recorte de 50x50

mm en la superficie del hormigón y tan profundo como sea requerido. Aplicar una solución de fenol sobre la superficie

de la muestra o en el borde del orificio, y esperar un tiempo estándar, 15 a 30 minutos, a que se produzca la reacción

y se estabilice el color. Se mide la profundidad del frente carbonatado, es decir, la zona incolora hasta la superficie,


con una precisión de 0,5 mm. Si hay carbonatación irregular se deben registrar las profundidades máxima, mínima y

promedio. Es útil realizar la prueba en una zona no afectada, o mínimamente afectada por el fuego, de modo de tener

una comparación del impacto del incendio en la profundidad de carbonatación del elemento.

Se debe dejar registro de la Solución de fenol empleada, la zona donde se realizaron las pruebas, el tiempo de reacción

empleado y los resultados de la profundidad de carbonatación para cada punto de medición.

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3.4. Pruebas intrusivas.

Según lo indique la mera inspección visual o los resultados de algunos de los ensayos no destructivos, es posible que

sea necesario complementar o validar los hallazgos mediante pruebas intrusivas a las estructuras. Las porciones de los

elementos afectados por estas pruebas intrusivas luego deben ser reparadas, por lo que deben considerarse zonas que

no sean susceptibles de recibir esfuerzos importantes.

3.4.1. Extracción de muestras de la estructura.

Corresponde a la extracción de porciones determinadas de un elemento para observar directamente el estado del refuerzo,

el hormigón o la albañilería. La ejecución se realiza mediante herramientas de desbaste, coronas de diámetro

pequeño o sierras para cortar albañilería.

También es posible considerar el uso de un boroscopio para inspeccionar dentro de la porción retirada del material.

Utilizar un espejo pequeño y una linterna para mejorar la visión de zonas ocultas.

La principal limitación de esta forma de inspección es que sus conclusiones sólo son válidas para la porción examinada

de la estructura. Por lo mismo, antes de realizarla, se debe definir con sumo cuidado su ubicación de modo de tener

confianza que resulte lo más representativa de los elementos de la estructura.

3.4.2. Petrografías.

Las petrografías corresponden al estudio mediante microscopio, de acuerdo con la norma ASTM C856, de una muestra

del muro de hormigón o albañilería. Esta técnica puede permitir determinar el origen de las fisuras, la composición

del material, entre otras variables. Normalmente la muestra se obtiene a partir de un testigo extraído de elementos

de la estructura.

La experiencia del petrógrafo en la ejecución de las pruebas en el laboratorio y su interpretación es clave y es parte de

sus limitaciones. Entre los resultados que se pueden obtener está la composición del material, la antigüedad de grietas,

el avance de la carbonatación en el material, entre otros.

3.4.3. Extracción de testigos.

La extracción de testigos del hormigón consiste en obtener muestras mediante una corona de diámetro pequeño, según

lo mostrado en la Figura 2, de una porción de la estructura la cual luego es sometida a pruebas mecánicas, físicas

y/o químicas. La extracción de los testigos debe cumplir con el procedimiento señalado en la norma NCh1171/1 y un

ensayo típico en un testigo es la prueba de resistencia a compresión.

Los testigos deben obtenerse de secciones del elemento estructural que no presenten grietas e idealmente evitando

extraer refuerzos. Similar al caso del retiro selectivo de obra, se debe definir cuidadosamente el punto de extracción del

testigo, de modo que sea lo más representativo posible de los elementos de la estructura. Contratistas especializados

normalmente son requeridos para realizar la tarea de extracción de las muestras.


4. DAÑO GENERADO POR FUEGO.

Las estructuras de hormigón y albañilería normalmente presentan una resistencia al fuego que supera los requisitos

normativos, por lo que generalmente es más conveniente su rehabilitación, incluso si requiere de demoliciones o

reemplazos locales, a su demolición total y reconstrucción posterior a un incendio severo. No obstante lo anterior, se

reconoce que la exposición prolongada a altas temperaturas genera cambios físicos y químicos en el material que afectan

su resistencia mecánica. La Figura 3 permite apreciar el estado de una estructura mixta con elementos de hormigón

armado que fue afectada por un incendio.

La inspección de una estructura que ha sido expuesta a la acción del fuego debe buscar estimar la temperatura alcanzada,

el tiempo de exposición, el nivel de daño ocurrido y cuantificar la reducción de la resistencia del material y su refuerzo.

4.1. Daño en el hormigón.

El hormigón es un material que no permite la rápida propagación del calor en la sección, por lo que la exposición a altas

temperaturas suele ser más superficial y el nivel de penetración al interior de un elemento es progresivo y heterogéneo

en función de las propiedades del material, no obstante, parte de las tensiones producidas durante este proceso de

calentamiento son irreversibles. Como material, se pude simplificar su estructura como un compuesto de una matriz

de mortero y áridos. Los áridos en general son estables hasta temperaturas de 500° C e inclusive sobre ese nivel sólo

presentan variaciones dimensionales, no obstante sobre ese nivel, y dependiendo de la naturaleza del árido, éste puede

empezar a deteriorarse. Por otro lado, la pasta sufre cambios físicos y químicos a menores temperaturas. A partir de los

100° C comienza a contraerse (por la evaporación del agua) y se produce una incompatibilidad con el árido que generará

fisuración y algún nivel de deterioro en el elemento. Adicional al impacto en el hormigón, el acero de refuerzo también

se ve afectado por la alta temperatura. Por una parte, las resistencias mecánicas se reducen, pero afortunadamente

la mayor parte de ello se recupera durante el proceso de enfriado si la temperatura no ha superado los 500 a 600° C.

El segundo efecto es la pérdida de adherencia con la matriz de hormigón, pero esta pérdida suele ser local y limitada.

Figura 3: Vistas de una estructura afectada por un incendio (Gentileza Yuri Tomicic).

El daño en el hormigón se produce en dos etapas, la primera durante el calentamiento del material y la segunda durante

el proceso de enfriamiento. La cuantificación del daño aun presenta un alto nivel de incerteza. Una referencia respecto

del nivel de reducción de la resistencia puede encontrarse en la norma EN 1992-1-2:2004 “Eurocode 2: Design of concrete

structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design”. EN 1994-1-2-2005 “Eurocode 4 - Design of composite

steel and concrete structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design” propone una reducción adicional de un

10% para cuantificar el impacto del proceso de enfriamiento.

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Temperatura alcanzada

Tonalidad en el hormigón

Hasta 230° C

Hormigón mantiene color normal

230° C a 600° C Hormigón varía su color de rosado a rojo.

La superficie presenta una red de finas fisuras a partir de los 290° C

Hormigones de alto desempeño, con baja permeabilidad pueden sufrir desconchamientos

explosivos sobre 320° C

600° C a 900° C Coloración gris-blanquecina.

El agrietamiento se profundiza a partir de los 540° C

Sobre 900° C hasta 1000° C

Se produce una coloración café anaranjada

Tabla 1: Temperatura y tonalidad del hormigón

En la superficie, la exposición a distintos niveles de temperatura resulta en distintas tonalidades en el hormigón como

se detalla en la Tabla 1.

El acero de refuerzo expuesto al calor extremo tiene mínima perdida de resistencia hasta que su temperatura alcanza

375° C. Si su temperatura excede de 600° C su capacidad resistente queda seriamente comprometida. Los cables de

tensado se ven afectados a menores temperaturas de las señaladas.

La temperatura alcanzada por los áridos también es un indicador relevante del daño producido en un incendio. Los

áridos más susceptibles a la acción del fuego son las gravas de río y las calizas son más resistentes. Hasta los 300°C el

árido mantiene su color, luego hasta los 600° C la grava de rio pasa de una tonalidad rosa hasta un rojo intenso, como

lo muestra la Figura 4, y sobre ese límite, el árido toma una tonalidad grisácea. El hormigón en torno del árido que ya

alcanzó una coloración grisácea estará afectado por la fisuración causada por la expansión del árido y la contracción de

la pasta en un nivel que impacta su resistencia futura, ya que esas fisuras siguen abriéndose durante el enfriamiento

del elemento. Por lo tanto es relevante determinar la profundidad dentro del elemento hasta donde el árido muestra

variaciones de color.


Figura 4: Muestra de hormigón afectada por fuego (Engineering, Design & Testing

EDT. https://www.edtengineers.com/blog-post/fire-effects-concrete)

Por otra parte, si el hormigón no tiene una matriz porosa continua que permita la liberación del vapor de agua, entonces

se produce un importante aumento de tensiones internas que generarán fisuras y desconchamientos que ocurren en

forma explosiva y alcanzarán la superficie del elemento. El mecanismo del desconchamiento explosivo se genera por el

movimiento del vapor de agua dentro del hormigón cuando se sobrepasan los 100°C dentro de los poros. Una parte del

vapor generado se mueve hacia la superficie caliente y escapa hacia el exterior, mientras que la otra se mueve hacia el

interior, a las zonas más frías del hormigón. Si el hormigón es poroso, la presión interna fluye en ambos sentidos y se

mantiene relativamente baja. En cambio, si el hormigón tiene una baja permeabilidad a los gases, todo el vapor que se ha

movido hacia el interior se condensará aumentando la humedad llegando a la saturación en esa zona, obstruyendo casi

completamente el flujo de vapor, generando un aumento considerable de la presión interior. Al alcanzar esta tensión la

resistencia a la tracción del hormigón ocurre el desconchamiento explosivo del hormigón del recubrimiento. Dentro de

las variables que lo controlan están la velocidad del calentamiento del elemento, su porosidad, el nivel de saturación, la

presencia del refuerzo, existencia de fibras sintéticas de refuerzo (que ayudan a aliviar la presión interna al derretirse) y

el nivel de la solicitación al momento del siniestro. Hormigones que están húmedos o son de alto desempeño están más

propensos a sufrir desconchamientos explosivos, así como el que se puede apreciar en la Figura 5. El desconchamiento

es el daño más relevante que puede sufrir la estructura ya que puede dejar expuesto el acero de refuerzo, aumentando

el riesgo de colapso de la estructura al quedar expuesto al fuego directo sin el recubrimiento protector.

Se debe estar atento a que un fuego normalmente no afecta de manera uniforme a una estructura o inclusive a un

mismo elemento, por lo que los cambios en las propiedades del material varían en función del nivel de exposición.

Figura 5: Ejemplo de desconchamiento explosivo en un pilar de hormigón (Kodur et al, 2005 “Guidelines

for fire resistance design of high-strength concrete columns”)

18


4.2. Inspección y clasificación del daño por fuego.

4.2.1. Inspección del daño en estructuras de hormigón.

La inspección se desarrolla mediante una aproximación sistemática, según los siguientes pasos:

- Inspección inicial. Es la inspección que se ejecuta de manera visual (ver sección 3.2) previo a remover escombros,

e incluye:

• Determinar la fuente del fuego y su ubicación en el edificio, o los puntos donde se ha concentrado el calor más

intenso.

• Ubicar los puntos con daño severo, medio y sin daño.

• Coloraciones del hormigón, que permiten además identificar los puntos anteriores.

• Puntos donde se observan grietas, desconchamientos, o lugares donde se puedan observar refuerzos, especialmente

si se aprecian afectados por el fuego.

• Recolectar muestras de daños, si es posible.

- Inspección detallada. Corresponde a definir, de manera lo más certera posible las características del siniestro y

el daño en la estructura:

• Estimación de las temperaturas alcanzadas. Ya sea a través de las muestras recolectadas (vidrio, metales fundidos)

o a través de la coloración del hormigón.

• Duración del incendio, a través del registro de testigos. Prestar especial atención si la estructura ha estado expuesta

al calor intenso por más de 2 horas

• Realizar la clasificación de los daños, desde sin daño, daño moderado, daño relevante y daño Pruebas de campo

para calificar daños, como el índice esclerométrico o pulso de ultrasonido (ver Sección 3.3).

• Evaluar las deformaciones remantes post-siniestro, en especial en elementos portantes como vigas, losas o

columnas, los que pueden provocar esfuerzos de segundo orden en la estructura que deben ser considerados

durante la evaluación estructural de su capacidad remanente.

- Pruebas de laboratorio. De observarse evidencia de fisuras producto de tensiones internas causadas por presión

interna del vapor o por impacto en la química del hormigón, se recomienda obtener testigos de zonas que

muestren daños y otras que se presentan intactas, de modo de establecer comparaciones.

• Observar cambio de color producto de la exposición a altas temperaturas.

• Observar la textura del hormigón.

• Establecer la profundidad del hormigón afectado.

• Realizar mediciones de velocidad del pulso de ultrasonido.

• Realizar ensayos de densidad, resistencia y módulo elástico del hormigón.

• Pruebas de tracción del acero de refuerzo (elongación y tensión de fluencia).


Habiendo determinado el nivel de compromiso estructural, corresponden una siguiente etapa de evaluación estructural

que considere el uso que se desea dar a la estructura post-siniestro y la estrategia de reparación que corresponda.

Para todo lo anterior es relevante que se pueda determinar la capacidad remanente en la estructura, en términos de

la resistencia y rigidez de los materiales, sea el hormigón y/o el acero de refuerzo.

4.2.2. Clasificación del daño en estructuras de hormigón.

En función del daño observado, la velocidad del pulso de ultrasonido y la comparación de testigos, el daño se puede

clasificar según lo indicado en la Tabla 2.

Nivel Clasificación Descripción

Velocidad del pulso

(sección 3.3.4)

1 Sin daño Grietas poco visibles, sin alteración del color.

Usar un testigo de una zona sin daño para establecer

parámetros de comparación

2 Daño moderado Corresponden a elementos que presentan fisuras

anchas y coloración en tonalidades rosáceas

3 Daño relevante Son elementos que presentan grietas profundas,

desconchamientos del hormigón paralelos a la

superficie.

4 Daño severo Elementos que presentan grietas importantes, desconchamientos

múltiples que afectan una porción

relevante del elemento, con refuerzo expuesto, que

ha perdido adherencia con la matriz de hormigón y

el árido se muestra afectado al interior del núcleo

del elemento (al interior de los refuerzos).

> 3,5 km/seg o Velocidad obtenida de

una porción sana de estructura

2,5 a 3,5 km/seg o 70% a 100% de la velocidad

de referencia del hormigón sano

Hasta 2,5 km/seg o Hasta 70% de la velocidad

de referencia del hormigón sano

Inferior a los valores precedentes

Tabla 2: Estimación del daño por comparación a la velocidad del pulso ultrasónico

20


Los elementos que queden clasificados en un nivel de daño 4 – Severo se deben considerar inseguros hasta que se

evalúe su capacidad portante remanente en función de los resultados de ensayos o hayan sido rehabilitados/reparados.

La clasificación de los niveles de daño se obtiene a partir de:

- La inspección visual, para evaluar la condición de los elementos, el estado de otros escombros, como vidrios

o aluminio, el nivel de la fisuración o agrietamiento y una estimación de la temperatura que pudo alcanzar el

elemento. La Figura 6 corresponde a la vista de un sitio afectado por fuego con distintos tipos de escombros, en

tanto que la Tabla 3 cualifica el daño producido en distintos materiales o escombros y la temperatura probable

a la que quedaron expuestos.

Figura 6: Diversos escombros que permiten cualificar la intensidad de un incendio

(Gentileza Yuri Tomicic).

Sustancia Elemento típico Condición Temperatura (°C)

Pintura Revestimiento Dañado

Destruido

Poli-estireno

PVC

Manillas, soportes de cortinas,

similares

Cubiertas de cables, cañerías,

juguetes

Colapso

Derretimiento

Degrada

Humea

Ennegrece

Achurrusca

Celulosa Madera, papel, cartón Oscurece

Enciende

Vidrio Ventanas, botellas Suaviza

Derrite

Zinc

Instalaciones sanitarias, hojalatería

Gotea

Derrite

Tabla 3: escombros típicos y temperatura de exposición estimada

100

150

120

150 a 180

100

150

200

400 a 500

200 a 300

240

500 a 600

800

400

420


- Uso del índice esclerométrico para evaluar cualitativamente el daño en distintos puntos de la estructura o de

un elemento.

- La velocidad del pulso ultrasónico. Se recomienda efectuar mediciones en porciones que claramente no hayan

sido afectadas por el fuego que sirvan de base comparativa para la velocidad del pulso ultrasónico. Esta técnica

permite además evaluar la profundidad del daño en el elemento, variando la distancia entre emisor y receptor,

considerando que las ondas viajarán una mayor distancia en las porciones menos afectadas de un elemento

(estimación inversa de la velocidad de propagación de la onda).

- Perforación. También se ha propuesto que medir la energía necesaria para perforar con taladro un elemento sirve

como una forma de evaluar la profundidad del daño en un elemento. El supuesto es que las secciones dañadas

requieren menos energía para ser perforadas y que el consumo de energía va aumentado a medida que el nivel

de daño disminuye hasta hacerse constante al alcanzar hormigón sano.

- Testigos. Se debe evaluar la densidad, la resistencia residual, la profundidad de carbonatación y de ser posible

la velocidad del pulso de ultrasonido. Las comparaciones entre testigos permiten validar la estimación de temperatura

alcanzada y el nivel de penetración del daño en el hormigón.

- Ensayos al acero de refuerzo. Al igual que en el caso de los testigos, la magnitud de la reducción de la resistencia

de fluencia y del módulo de elasticidad del refuerzo y el aumento en la capacidad de elongación, en comparación

a una barra tipo no afectada, pueden dar una idea del nivel de exposición, y temperatura, a la que se

sometió el elemento de hormigón. La Figura 7 muestra refuerzos expuestos que podrían ser ensayados si así se

considerase necesario.

Figura 7: Muro con su malla expuesta luego de retirar el recubrimiento dañado por el

fuego (Gentileza Yuri Tomicic).

22


La tabla 4 resume las principales técnicas de inspección disponibles, junto a sus ventajas y desventajas

Tipo Técnica Ventaja Desventaja

No destructivo Inspección visual Simple y rápida. Permite caracterizar el

siniestro y localizar el daño

Determinación de la profundidad

de carbonatación

Simple de ejecutar. Medida directa, visual

y de fácil interpretación.

Depende del juicio de quien la

ejecuta y no es cuantificable

Requiere realizar un procedimiento

intrusivo previo (testigo o

perforación).

El resultado es particular a la

zona ensayada

Índice esclerométrico Simple y rápido. Permite localizar el daño No es preciso. Mide la dureza de

la superficie y requiere calibración

Velocidad del pulso de ultrasonido

Perforación

Imágenes térmicas infrarrojas

Simple y rápido. Permite localizar el daño y

evaluarlo en la profundidad del elemento

Simple y rápido. Permite evaluar el daño

en la profundidad del elemento sin requerir

calibración

Pueden indicar nivel de máxima temperatura

Requiere una superficie plana y

calibración. Puede ser afectado

por el refuerzo o fisuras

No es muy preciso, puede tener

resultados muy dispersos y es

una medida indirecta a través de

la energía, no de la resistencia

Lento, costoso y poco preciso

Destructivos Testigo Entrega resistencia del elemento Puede no entregar la distribución

del daño en profundidad. Resultado

localizado

Petrografía Entrega el nivel de daño en la profundidad Es costoso y no entrega la resistencia

Tabla 4: Ventajas y desventajas de distintas técnicas de inspección

- Finalmente se pueden usar técnicas de modelación numérica del siniestro, las cuales están fuera del alcance de

este documento.

- Una vez clasificado el nivel de daño de los elementos se puede definir una estrategia de rehabilitación y reparación

por profesionales especialistas en el diseño estructural.


5. INFORMES DE INSPECCIÓN.

El personal que haya efectuado la inspección debe preparar un informe para el ingeniero responsable de la evaluación

de la obra, indicando sus hallazgos y conclusiones. El informe debe contener al menos lo siguiente:

- Identificación de los profesionales que han realizado la inspección y la institución a la que pertenecen, identificación

de los equipos usados para la inspección y su certificación y/o calibración. Además se debe indicar la experiencia de

los profesionales en ejecución de cada uno de los procedimientos que se hayan efectuado durante la inspección.

- Identificación del inmueble afectado, señalando su ubicación, año de construcción e incluir la información documental

de la obra que se haya tenido a la vista durante la ejecución de la inspección (planos, especificaciones técnicas,

u otros).

- Proporcionar una descripción de las características del siniestro de acuerdo al relato de testigos, como hora de inicio

y duración, origen del incendio, si es conocido, dirección del viento y cualquier otra información que se considere

relevante.

- Hacer una descripción del plan de inspección y de los hallazgos encontrados en la caminata inicial del sitio afectado.

Marcar en planos de la obra los puntos de interés como origen estimado, elementos afectados y descripción del

daño en otro tipo de escombros (vidrios, elementos metálicos).

- Presentar esquemas de los elementos estudiados en detalle, planta y elevación, que muestren orientación y dimensión

general de fisuras, incluyendo mediciones del ancho, áreas afectadas por desconchamientos y zonas donde

se encuentre expuesto el refuerzo, si corresponde, e indicación de la coloración del elemento (ver sección 4.1) y

estimación de la temperatura alcanzada en los elementos.

- Presentar los resultados de ensayos adicionales efectuados en los elementos estudiados, como velocidad del pulso

de ultrasonido, resultados de propiedades de testigos (identificando su posición en la estructura) o barras de refuerzo

y validación de la temperatura estimada previamente.

- Indicar la clasificación del nivel de daños de los elementos portantes de la estructura, según indicado en la sección

4.1.2.

- Presentar las conclusiones del reporte, indicando nivel de daño global para la estructura, destacar aquellos elementos

con un nivel de daño severo, principales resultados de ensayos en los materiales y registros relevantes de testigos

si aplican. También indicar si hay pruebas adicionales que puedan ser requeridas.

24


6. REFERENCIAS

[1] Srinivasan, P. et al (2014) “Evaluation of Fire-Damaged Concrete Structures with a Case Study”. National Conference

on Fire Research and Engineering. Fire 2014-029.

[2] Applied Technology Council ATC 43 (1998). “FEMA 306 – Evaluation of Earthquake Damaged Concrete and Masonry

Wall Buildings”

[3] Jovanovic, B. et al (2023) “State of the Art Review on the Post Fire Assessment of Concrete Structures”. FIB article

[4] Ghatak, A. et al (2012) “Assessment of a fire damaged reinforced concrete building”. Journal of Asian Concrete

Federation. Volume 7.

[5] Comité Européen de Normalisation EN 1992-1-2 (2004) “Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-2:

General Rules - Structural fire design”. European Standard.

[6] Comité Européen de Normalisation EN 1994-1-2 (2005) “Eurocode 4 - Design of composite steel and concrete

structures – Part 1-2: General Rules - Structural fire design”. European Standard

[7] Instituto Nacional de Normalización de Chile. NCh1171/1 “Hormigón – Testigos de Hormigón Endurecido”

[8] Instituto Nacional de Normalización de Chile. NCh1565 “Indice Esclerométrico”

[9] American Society for Testing and Materials. ASTM C597 “Standard Test Method for Ultrasonic Pulse Velocity

Through Concrete”

[10] American Society for Testing and Materials. ASTM C856/C856M “Standard Practice for Petrographic Examination

of Hardened Concrete”

[11] Asociación Española de Normalización - UNE. UNE 112011 “Corrosión en Armaduras. Determinación de la Profundidad

de Carbonatación en Hormigones Endurecidos y Puestos en Servicio”


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