Tema del curso Incendios Estructurales. La propagación del fuego en incendios de edificaciones. Propagación por radiación, convección y conducción. La propagación exterior del fuego. Vías principales de propagación exterior. Efecto Leap Frog. Propagación del fuego por fachadas. Propagación interior del incendio en edificios.
Structural Fire Course for firefighters. The spread of fire in building fires. Propagation by radiation, convection and conduction. The external spread of fire. Main routes of external spread. Leap frog effect. Fire propagation through facades. Internal propagation of fire in buildings.
LA PROPAGACIÓN DEL FUEGO EN INCENDIOS DE EDIFICIOS
CURSO DE INCENDIOS ESTRUCTURALES
Cuando se genera un incendio en una edificación, puede propagarse de tres formas distintas: radiación, convección y conducción, o incluso por varias combinaciones de estas.
Propagación por Radiación
Es el medio en el que el fuego se desplaza a través de ondas de calor, calentando los objetos más cercanos en todas las direcciones, hasta llegar a una materia próxima.
Propagación por Convección
En este medio, el calor es desplazado por gases calientes o el aire, debido a la ligereza que se obtiene de los gases al dilatarse por causa de calentamiento.
El humo y los gases que se producen por causa del fuego, ascienden calentando todo a su paso, provocando la generación de altas temperaturas, que traen como consecuencia la ignición de la materia.
Un ejemplo puede ser el desplazamiento del calor a través del hueco de una escalera. Los gases o el humo caliente se desplazan hacia arriba, chocando con puertas y ventanas cerradas, provocando una saturación de calor en el espacio, y propagándose en otros niveles de la edificación.
Propagación por Conducción
Por este medio el fuego se propaga directamente a otra materia a través de un material o sustancia que dependerá básicamente de su conductividad y características de composición del mismo.
De ahí la importancia de conocer la conductividad de los materiales a la hora de construir una edificación, pues así como existen materiales buenos conductores, como el metal, también los hay malos conductores, como el hormigón, piedras y otros.
En la primera fase, el calor de un incendio se transmite por radiación y una mínima parte de este, es transmitida por convección. En el desarrollo del incendio, el calor que es transmitido por radiación disminuye y aumenta el calor transmitido por convección, y sólo una pequeña parte del calor es transmitido por conducción entre los materiales conductores presentes en el espacio donde es generado el incendio.
En el momento en que el incendio se desarrolla en su totalidad, es cuando inicia el proceso de propagación del fuego al resto de la edificación.
De la geometría de la edificación, ubicación y materialidad de puertas y ventanas, conductos de ventilación, y otros, también dependerá la propagación del fuego a causa de los movimientos de las llamas y los humos.
1. PROPAGACIÓN EXTERIOR DEL FUEGO EN EDIFICACIONES
La propagación del fuego a través de las fachadas es considerada como una de las vías más rápidas de desarrollo de un incendio, debido a la presencia de ciertos factores que favorecen la dinámica y crecimiento del incendio como:
- Concentración de los comburentes y combustibles.
- La superficie específica expuesta al ataque del fuego.
- Condiciones del entorno y geometría del escenario.
- Condiciones climatológicas.
- Tamaño, número y distribución de los huecos de ventilación.
- Propiedades térmicas de los cerramientos del recinto.
- Tamaño, composición y localización de las fuentes de combustible que se incendian en primer lugar.
- Disponibilidad y ubicación de fuentes de combustible adicionales.
- Correcto funcionamiento de las medidas de protección activa y pasiva del recinto.
FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA PROPAGACIÓN DEL FUEGO
La potencia y localización de la fuente de ignición
Las fuentes de ignición pueden ser muy diversas desde una ignición originada por un cigarrillo, que equivale a unos 5kw, hasta un incendio intencionado de un material combustible.
De igual forma los aspectos relevantes en este sentido son la cantidad de energía de la fuente y su rapidez.
La localización de un incendio es importante para la propagación de un incendio dado que esta ignición puede darse o no en la cercanías de otros materiales combustibles o elementos de la edificación que servirían de conductores del fuego.
Propiedades de los materiales, posición, espaciado, orientación y área superficial expuesta al incendio de los combustibles
El tipo de material que se encuentra en una edificación es uno de los factores principales en el desarrollo de un incendio.
Estos materiales suelen ser sólidos provenientes de los mobiliarios que pueden comportarse de manera diferente según su composición.
Por otro parte el uso de materiales polímeros y su rápida, aunque corta capacidad de combustión y emisiones toxicas, resulta ser preocupante desde el punto de vista de la seguridad contra incendio.
Además la geometría y configuración del material combustible pueden condicionar la velocidad de propagación.
Espaciado y orientación de los combustibles
Una orientación vertical de los combustibles propagará el fuego de manera más rápida que una orientada de manera horizontal. Por lo que lo materiales de revestimiento causan una rápida propagación.
Geometría del recinto
La característica del recinto es decisiva para el desarrollo del incendio.
Se debe considerar que el propio recinto o sus elementos pueden funcionar como elementos de conducción.
Un elemento (muro o forjado) puede emitir calor por radiación hacia elementos que están en combustión ayudando a incrementar la velocidad de propagación hacia otro combustible cercano en el recinto.
Se debe considerar el tamaño del recinto ya que en un recinto pequeño, un objeto en combustión puede generar alta temperaturas rápidamente. Por el contrario, si el objeto estuviese en un compartimento amplio los gastes y temperatura no se acumularían de la misma forma, el crecimiento del fuego sería menor.
Asimismo la altura de los techos se ve reflejada en este factor. En recintos con techos altos, la temperatura será menor debido a la entrada de aire fresco. Si el recinto tiene una superficie de planta amplia es posible que el fuego y humos no alcancen el techo, por lo que el retorno del calor al combustible será menor.
Factor de ventilación
La ventilación provee el oxígeno necesario para el desarrollo del fuego. Sin embargo, la mezcla de aire y combustible o relación estequiometria debe ser la ideal.
En otro caso, si uno de ellos está en exceso, entonces el otro controla la velocidad de reacción del incendio.
La relación estequiometria se define como la perfecta cantidad de aire y combustible.
Al inicio de un incendio suele haber exceso de oxidante (oxigeno, aire) y se considera controlado por el combustible. Mientras que un incendio desarrollado está controlado por la ventilación por su exceso de combustible.
Tamaño y localización de las aberturas
El tamaño, cantidad y localización de los huecos de aberturas son el factor que controla el caudal y flujo de aire entrante al recinto.
Estos pueden hacer variar la ventilación y con ello la condiciones de desarrollo de un incendio.
- “El factor de apertura, o parámetro geométrico de ventilación, el cual está determinado por el tamaño de las ventanas y define el monto de ventilación que fluye hacia el recinto, se expresa como:”
𝑥＝𝐴𝑣√𝐻𝑣
A𝑣＝es el área de la ventana.
H𝑣＝es la altura de la ventana.
Este factor permite calcular la cantidad de aire o penacho de fuego que fluye hacia el interior del recinto a través del hueco en cuestión.
VIAS PRINCIPALES DE PROPAGACIÓN
La propagación en una fachada o exterior de una edificación puede ocurrir en función de su tipología y diseño por cuatro vías principales, o por la combinación de estas:
A través de las ventanas, efecto Leap Frog o salto de rana
Es la capacidad del incendio para propagarse entre las distintas plantas de la edificación, de forma ascendente y secuencial, a través de las ventanas.
Cuando se genera un incendio en una sala contigua a la fachada, la temperatura subirá hasta alcanzar la combustión de los elementos presentes en el recinto.
Los cristales de las ventanas estallarán provocando el crecimiento de las llamas y dando paso al fuego a través de estas, proyectando una energía calorífica suficientemente elevada para alcanzar la rotura de las ventanas de pisos superiores, dando lugar a la producción de un fuego secundario, que se alimenta de los objetos colocados en las inmediaciones de estas y como consecuencia la propagación ascendente.
La propagación del fuego en cualquier tipo de fachada podría ser minimizada mediante elementos salientes que impidan el paso del fuego.
Fachadas tipo muros cortina
La segunda vía de propagación se da en las fachadas tipo muros cortina, a través del espacio formado entre el forjado y la fachada.
El incendio puede alcanzar hasta 1000º C de temperatura, propiciando condiciones de gran presión en las que el fuego y los gases pueden entrar por cualquier fisura en los cerramientos entre plantas.
Fachadas con cámara ventilada
La tercera vía de propagación ocurre en las fachadas con cámara ventilada, es la vía de propagación más rápida según estudios realizados en el BRE Building Research Establishment británico, puede ser de cinco a diez veces más rápida que la ocasionada por el efecto leap frog.
Este tipo de fachadas se caracterizan por la constante circulación de aire natural a través de la cámara, lo que se convierte en un factor crítico en situación de incendio al favorecer su dinámica.
Además, si el aislamiento térmico que se ubica dentro de la cámara es un material combustible, que es lo más común, contribuirá significativamente a la propagación a través de la misma.
Revestimientos combustibles
La cuarta vía de propagación se produce a través de los revestimientos combustibles colocados en las fachadas de las edificaciones.
Estos revestimientos pueden dar lugar a un incendio de gran intensidad capaz de emitir una elevada radiación y, adicional a eso, suelen generar humos tóxicos y desprender partes del material de revestimiento o gotas incandescentes durante su proceso de degradación.
Los elementos verticales separadores de otro edificio deben ser resistentes al fuego con el fin de limitar el riesgo de propagación exterior horizontal del incendio a través de la fachada entre dos sectores de incendio, entre una zona de riesgo especial alto y otras zonas o hacia una escalera protegida o pasillo protegido desde otras zonas, los puntos de sus fachadas deben estar separados a una distancia que debe ser calculada de acuerdo a lo que establece el Código.
Con el fin de limitar el riesgo de propagación vertical del incendio por fachada entre dos sectores, y en caso de existir elementos salientes aptos para impedir el paso de las llamas de un incendio, debe haber una franja de 1 m de altura, como mínimo, sobre el plano de la fachada.
Los elementos que componen las edificaciones en su exterior, deben cumplir con ciertos requisitos de resistencia al fuego para evitar la propagación de este a otras edificaciones.
2. PROPAGACIÓN INTERIOR DEL FUEGO EN EDIFICACIONES
Cuando se produce un incendio en el interior de un espacio, el fuego se alimenta con los elementos con características combustibles presentes. En la fase de desarrollo total del incendio, lo más probable es la propagación de este por toda la edificación, ya sea por las distintas formas de propagación mencionadas anteriormente.
La propagación en el interior de una edificación puede ocurrir de diversas formas: los huecos de puertas, ventanas, conductos de ventilación, núcleo de escaleras, espacios entre techos y falsos techos, conductos eléctricos que no estén debidamente sellados o cualquier cavidad que exista en la edificación que comunique con otras partes del edificio.
Al propagarse por el interior de una edificación, el fuego puede recorrer varios recintos en el mismo piso en que se origina, también llamada propagación horizontal.
Al igual que puede extenderse a niveles superiores de la edificación a través de cavidades o escaleras, conocida como propagación vertical, o incluso extenderse a edificaciones próximas.
Como se mencionó anteriormente, es importante compartimentar o subdividir en varias secciones los edificios, sin importar el uso al cual está destinado, para evitar la propagación del fuego y para el traslado de sus ocupantes, en caso de incendio o emergencia.
