Factor de forma, o masividad en estructuras metálicas
El factor de forma, o masividad (Am/V o Ap/V), es una característica geométrica esencial de las secciones de acero en la protección pasiva contra incendios. Se define como la relación entre la superficie del perfil expuesta al fuego y el volumen de acero por unidad de longitud. Este valor es crucial para determinar la velocidad de calentamiento del elemento estructural.
Definición
El factor de masividad (también llamado factor de sección) es una característica clave de una sección de acero cuando se evalúa su comportamiento frente al fuego. Se utiliza en los modelos de cálculo simplificados para el análisis térmico de elementos estructurales.
Se calcula como la relación entre la superficie expuesta al fuego por unidad de longitud (Am) y el volumen del elemento por unidad de longitud (V). En secciones de geometría constante equivale al cociente entre el perímetro expuesto y el área de la sección transversal.
Físicamente, representa la cantidad de superficie expuesta por unidad de volumen. Cuanto menor sea el factor de masividad, más lentamente se calentará el acero; por eso las secciones gruesas son más favorables que las de pared delgada. El factor se expresa en m−1 (1/m).
Importancia práctica
El factor de masividad influye directamente en la velocidad de calentamiento del acero durante un incendio. El incremento de temperatura del acero es proporcional al flujo térmico neto e inversamente proporcional a la masividad (Am/V).
Para calcular el espesor de pintura intumescente u otro protector se utiliza el factor de masividad junto con la conductividad térmica (λp) y el espesor (dp) del material. En elementos protegidos se emplea la relación Ap/V, donde Ap es la superficie efectiva del protector.
Los espesores necesarios se obtienen de curvas experimentales que correlacionan temperatura, masividad y espesor.
La temperatura crítica (θa,cr) depende del diseño estructural y de las cargas, pero no del tipo de protección. En cambio, el tiempo para alcanzarla sí varía en función de la masividad del perfil.
- Perfiles abiertos (IPE, HEB) expuestos por todas sus caras suelen tener un factor alto; si están protegidos por un forjado (exposición en tres caras), el valor disminuye.
- Perfiles cerrados (tubos, secciones cajón) presentan menores valores de Am/V que perfiles abiertos de tamaño comparable.
Ejemplos de cálculo
El factor de masividad para elementos no protegidos se obtiene mediante Am/V, donde Am es la superficie expuesta y V es el volumen por unidad de longitud. En perfiles de sección constante equivale al cociente entre el perímetro expuesto y el área de la sección transversal.
Para secciones sin protección, pueden emplearse expresiones sencillas: por ejemplo, en un tubo expuesto por todas sus caras Am/V = 1/t (t = espesor de pared). En una chapa muy delgada expuesta por tres caras Am/V ≈ 1/t.
Ejemplo narrado: perfil IPE expuesto por tres caras
- Identificación: viga IPE con forjado superior; por tanto, expuesta por tres caras.
- Dimensiones expuestas: suma de longitudes de las caras expuestas (ala inferior, alma y lados del ala superior no protegidos).
- Resultado: para un IPE 330 en esta condición, el valor aproximado puede ser 120 m−1 (valor orientativo).
Variación según elementos constructivos
Si el perfil está empotrado o rodeado por revestimientos (hormigón, mortero), el factor Ap/V considerado para la protección toma el perímetro interno del revestimiento. El Am/V del acero puede reducirse notablemente o considerarse nulo si el acero no queda expuesto.
Imagina cubitos de hielo en un vaso: si los troceas en piezas más pequeñas, la superficie total en contacto con el agua aumenta y la transferencia de calor entre agua y hielo es mayor —los cubitos se funden más rápido. De forma análoga, en incendios la mayor superficie expuesta por unidad de volumen acelera la transferencia de calor y, por tanto, el calentamiento del acero.
Por ejemplo, un perfil totalmente rodeado por fuego (cuatro caras expuestas) tiene una masividad mayor; un IPE 300 en esa condición puede alcanzar aproximadamente 185 m−1, frente a valores menores si solo está expuesto por tres caras.
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Cómo influye la masividad en el espesor de protección?
A menor factor de masividad (Ap/V), menor superficie expuesta por volumen de acero, por tanto menor velocidad de calentamiento y menor espesor de protector necesario para alcanzar la resistencia exigida.
¿Se calcula igual la masividad en vigas y columnas?
Sí, aunque Am/V depende de las caras expuestas. Una columna aislada (cuatro caras) suele tener un factor mayor que una viga cuya cara superior está protegida por un forjado.
¿Qué unidades se utilizan?
El factor de masividad se expresa en m−1 (1/m), resultado de dividir una superficie expuesta por unidad de longitud (m²/m) entre un volumen por unidad de longitud (m³/m).
Calcula temperatura crítica y el espesor de pintura — rápido y fiable.
Dos herramientas prácticas:
Calculadora de Temperatura Crítica — estima el umbral térmico del elemento y el ahorro frente a 500 °C
Buscador de Espesores — calcula el espesor de pintura intumescente necesario según exposición, masividad y temperatura crítica, y compara productos.
La masividad se calcula automáticamente durante el proceso; si quieres que te mostremos el valor o recibir un informe descargable, deja tu correo al final del cálculo.