Inflamabilidad y Combustión

MATERIALES
Inflamabilidad y
Combustión:
No son Terror para la Madera en Construcción
Redacción M&M
Durante siglos, la madera ha sido considerada –en comparación con otros– un material de
alto riesgo debido a su tendencia a consumirse fácilmente en eventos asociados con el fuego.
Sin embargo, este mito carece de sustento cuando se revisa su comportamiento real en esta
situación y la efectividad de los productos desarrollados para retardar su combustión.
C
ada año se consumen en el mundo más de 4.000 millones de metros cúbicos de madera, el 56 por ciento
se utiliza como combustible y el 44 por ciento restante en
aplicaciones industriales diversas, cifras que da cuenta de
la alta demanda que existe de este material, valorado por
ser tan imprescindible y tradicional como noble.
De hecho, una de las aplicaciones más antiguas y exigentes
está en el sector de la construcción que en países como
Estados Unidos, Canadá, Francia, España, Gran Bretaña, Japón, Alemania, Austria, Rusia, Turquía, Irán, Australia, Nueva Zelanda o Escandinavia se practica desde tiempos remotos alcanzando hoy grandes avances en cuanto a técnicas
constructivas y productos para la protección de la madera;
de hecho, por la seguridad y calidez que ofrece el material,
ha logrado desplazar al concreto, en algunas ocasiones.
Paradójicamente, en países latinoamericanos y del trópico como Colombia, el uso de la madera se ha limitado a
la fabricación de muebles, partes, arquitectura interior,
embalajes y otros “menores” que no exigen del material
esfuerzos estructurales pues, sobre ella se ha cernido un
manto de desconfianza asociado principalmente con su
tendencia a arder y consumirse en eventos de fuego.
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Pese al prontuario de grandes beneficios: versatilidad, resistencia sísmica comparada con el concreto o el
acero, propiedades térmicas, calidez,
belleza estética y fácil transformación, el hecho citado la ha sacado
injustamente del portafolio local de
materiales usados en construcción
y obras estructurales estimado por
arquitectos y constructores, en clara
ignorancia frente al material, su comportamiento y ventajas reales en hechos donde el fuego es antagonista.
Un Mito Consentido
y Creído
Tras los años de experiencia recogidas en los países donde la madera ha
tenido un puesto preponderante en
la construcción de los proyectos de
vida de sus habitantes –y en distintos
ámbitos– son numerosas las pruebas
que demuestran como éste es y ha
sido uno de los materiales más seguros al contacto con el fuego, a lo
largo de la historia.
Contrario a lo que se piensa –y pese a
ser combustible por contener carbono en su composición– la madera no
es precisamente el material responsable de arder y propiciar llamas una
vez entra en contacto primarios con
una fuente de calor de elevada temperatura; de hecho, en los episodios
de incendio son materiales como las
telas, fibras o revestimientos existentes en un espacio, los que contribuyen a su evolución y desarrollo.
En realidad, la madera soporta tiempos prolongados de exposición, antes
de arder y mucho más largos antes
de consumirse, en especial si se trata
previamente con sustancias retardantes de llama. No en vano, cuando el
fuego ataca estructuras en madera de
grandes dimensiones, estas poseen
la facultad de conservar su capacidad de carga por más tiempo si se
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compara con las fabricadas en acero
que pierden ductilidad a los 400°C y
a los 600°C, resistencia y propiedades
mecánicas; o el concreto que, sometido a temperaturas de 1000°C, se dilata y en corto tiempo se desploman.
La razón para que el desempeño de
las estructuras con madera pesada
–de espesores y dimensiones importantes– en las condiciones descritas sea superior al de materiales
incombustibles desprotegidos, obedece al proceso de descomposición
química o pirolisis que sufre una vez
comienza a arder y que origina una
carbonización superficial que le sirve
como barrera aislante que impide la
emisión de gases y la conducción de
calor al interior de la madera.
De esta manera, el material permanece protegido –aun a temperaturas
superiores a los 120°C–, registrando
dilataciones térmicas mínimas que
mantienen sus propiedades mecánicas, su estabilidad y por ende neutraliza el peligro de desplome.
Se ha establecido, de hecho, que una
pieza de madera en el momento de
ser alcanzada por el fuego y comenzar a arder, pierde entre 0.5 y 1.0 milímetro de espesor por minuto, medida que puede variar según la tendencia a carbonizarse propia de cada
madera, de acuerdo a su especie. Así
Históricamente,
la madera lleva a
cuestas la fama de
presentar un pésimo
comportamiento en
episodios de incendio,
sin embargo las
pruebas demuestran lo
contrario.
por ejemplo, una columna de pino
silvestre (Pinus sylvestris) de 12 x 12
pulgadas –que soporta un peso de
90 toneladas– puede resistir al fuego
antes de consumirse hasta 45 minutos, mientras que una de igual espesor, pero en acero, resiste máximo 15
minutos antes de deformarse.
Paralelamente, la baja conductividad térmica de la madera aporta al
control de la temperatura interior
del material y disminuye el riesgo de
incendios de grandes magnitudes,
no en vano se reconoce que luego de
ocurrido un episodio de este tipo es
más sencillo reparar obras construidas con madera que las levantadas
en otros materiales, dado que los daños son también menores.
Reacción y Resistencia:
Conceptos para Revisar
Corría el año de 1666, un incendio
voraz arrasó más de 13.000 viviendas en Londres hecho que dejó como
balance una ciudad destruida, incalculables pérdidas materiales, cientos
de víctimas y la redacción –luego del
hecho– del ‘London Building Act’, el
primer código de construcción de la
era moderna, que señaló la manera
de edificar con madera, donde hacerlo y que dio origen a las compañías de seguros contra incendios.
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de muros o techos, lo que supone
una reacción distinta si se trata de estructura o simple material.
Techo de madera tratada para
ignifugar en el aeropuerto
Charles de Gaullen en Roissy
(Francia). Arquitecto Pau Andreu.
A partir de este episodio se dio también la revisión, por parte de arquitectos, diseñadores y gobiernos de todo
el mundo, del tema de la madera en
relación con el fuego y la manera de
protegerlo a partir del estudio de los
factores que inciden en su naturaleza
como material combustible.
Así pues, se estableció que existen
dos criterios importantes a la hora
de estimar el comportamiento de un
material frente al fuego: la reacción
y la resistencia, entendido el primero
como el comportamiento del material
estimado en términos de inflamabilidad, combustibidad, propagación de
llama, tasa de calor liberado, tiempo
de ignición, generación de humos y
gases y goteo del material fundido; y
el segundo, como el periodo de tiempo que una sección estructural puede soportar antes de desplomarse,
es decir, el tiempo que mantiene sus
cualidades estructurales
Bajo estas premisas, puede afirmarse
que la madera ofrece buena resistencia frente al fuego gracias a su capa
protectora de carbón, pero su reacción si es limitada, por cuanto arde
con facilidad si alcanza piezas en madera de dimensiones y espesores delgados, tipo muebles, revestimientos
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Precisamente, y para contar con normativas en el tema de seguridad y promover el desarrollo de productos protectores frente al fuego han aparecido
sistemas como el de Euroclases, que
clasifica el comportamiento de los elementos constructivos a partir de criterios como la combustibilidad, producción de humos y producción de gotas
inflamables y, actualmente, sustituye
los sistemas nacionales de clasificación
de los países miembros de la Comunidad Europea, para este propósito.
Esta normativa, que incluso es atendida en países distintos a los europeos, es fundamental para estimar el
comportamiento que tendrá un elemento al contacto con el fuego una
vez en uso e incluye dos categorías
para el tema: materiales de construcción (excluidos pisos) y otro para
pisos. Para el caso de resistencia al
fuego evalúa criterios como: Capacidad portante (R), Integridad (E) y aislamiento térmico (I). (Ver cuadro1).
Vale señalar que tanto la normativa
europea como otras que abordan el
tema (1) realizan las clasificaciones descritas a partir de pruebas de resistencia
al fuego en laboratorio, que les permiten a diseñadores y constructores
posteriormente, calcular de manera
precisa el valor nominal de resistencia
que puede alcanzar un elemento estructural, así como también su tamaño,
grado de exposición y las cargas que
puede soportar en una construcción.
En este contexto la madera, así como
sus derivados tipo tableros de fibras,
tableros de partículas y demás, se
clasifica como D (combustible con
grado de contribución al desarrollo
del incendio creciente) en la reacción al fuego, aunque dicho grado de
afectación pueden aumentar cuando
se recubren con tintes, barnices y
pinturas que se sabe son en su mayoría sustancias muy inflamables o disminuir, si se protegen con adecuados
productos retardantes de llama. Sin
embargo, no todas las maderas presentan igual comportamiento.
Las Más y Menos
Ardientes
Aunque en general, las especies maderables son inflamables y en calibres importantes presentan comportamientos similares, existen especies
con mayor tendencia que otras a arder o que en cambio, resisten mejor
los embates del fuego.
Así, tras estudios adelantado en distintos laboratorios para maderas, con
Cuadro1
Reacción al fuego
Combustibilidad
A, B, C,
D, E, F y
FL (para
suelos)
A1: No Combustible.
A2 y B: Poco Combustible.
C, D y E: Combustible con grado de contribución al desarrollo del incendio
creciente.
F: Muy alta contribución al incendio, fuera de las clasificaciones anteriores.
Humos
s1, s2, y s3. Indica la producción de humo creciente al aumentar el índice.
Gotas
d0, d1 y d2. Indica el goteo de partículas / gotas inflamadas creciente al aumentar el índice.
REI - tt
Tiempo (tt) durante el cual cumplen los criterios de capacidad portante (R), integridad
(E) y aislamiento térmico (I).
RE - tt
Tiempo (tt) durante el cual cumplen los criterios de capacidad portante (R) e integridad (E).
R - tt
Tiempo (tt) durante el cual cumplen los criterios de capacidad portante (R).
Resistencia al fuego
(*)Esta clasificación toma como base las normas UNE-EN-13501-1 para el caso de la reacción al fuego y la UNE-EN-13501-2, para
resistencia al fuego.
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probetas de variadas especies se ha podido determinar
que entre las más inflamables están las variedades de Pinos (Pinus), Sauces (Salix), Alisos (Agnus) y Abetos (Abies
alba), cuya particularidad es su composición resinosa que
las hace blandas e ideales para construcción de casas prefabricadas por su consistencia y bajo costo.
El segundo grupo lo conforman las maderas medianamente inflamables, entre las que se cuentan el Haya (Fagus
sylvatica), el Castaño (Castanea sativa) y la Caoba (Swietenia macrophylla), mientras que en el grupo de las menos inflamables están la Encina (Quercus rotundifolia), el
Ébano (Diospyros ebenum) y el Alerce (Larix decidua) que
se ubican también entre las frondosas o que poseen bajo
contenido de resina y que al contacto con el fuego arden
superficialmente de forma lenta y con llama corta.
De igual manera se sabe que las maderas secas, en especial las piezas delgadas, dispuestas horizontalmente y
sometidas a una temperatura inicial de 300°C, arden rápidamente; mientras las húmedas tardan más tiempo en reaccionar al fuego, al igual que las piezas de calibre grueso
dispuestas en forma horizontal.
Vale anotar que uno de los productos que presenta altísimas
resistencias en la situación descrita –además de los tableros
OSB sometidos a tratamientos especiales– es la madera laminada que en construcción, se emplea para la fabricación
de elementos estructurales como vigas y columnas.
De acuerdo a pruebas realizadas por profesionales del departamento de investigaciones de Arauco, compañía fabricante de tableros, al someter una probeta de madera laminada al fuego, en su borde de avance de carbonización, la
temperatura no asciende a más de 200 °C, y en su interior
alcanza máximo 90 °C, siendo muy baja para provocar la
combustión de la madera. De igual forma se comprobó
que este producto presenta una velocidad de carbonización menor que la registrada por la madera maciza.
Gráfica: www.cttmadera.cl
Desarrollo de temperatura
viga laminada
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Desarrollo típico
de temperaturas
a través de
una sección
transversal de
una viga, que ha
sido sometida
en un horno a
temperaturas
cercanas a los
1.000º C.
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La razón principal de este comportamiento tan conveniente,
es la efectiva aislación térmica del tablero que dista mucho
de la que exhiben los metales incombustibles usados en
construcción, como el acero y el aluminio, que pierden rápidamente su resistencia colapsando en poco minutos de iniciado un hecho de incendio. Estos son excelentes conductores de calor en la medida que lo distribuyen eficientemente,
longitudinal y transversalmente, en la totalidad de pieza.
impregnan mediante inmersión antes de someterlo a encolado o bien, se agregan los productos al adhesivo usado
en la fabricación.
Ignífugos y Sustancias Protectoras:
Héroes de la Jornada
Para el caso de los tratamientos superficiales –que consisten en la aplicación de protectores mediante pincelado,
inmersión, pulverización o proyección– se emplean básicamente dos sustancias: pinturas ó barnices, que pueden
actuar bien, hinchándose por la acción del calor con lo
cual forman una capa aislante o bien, impidiendo que el
oxígeno alcance la madera. Vale señalar que como desventaja, estos productos y sistemas no ofrecen la misma
duración que los de penetración dado que con el paso del
tiempo, pierden su eficacia.
La historia da cuenta que en el año 86 a.C, se dio la frustrada quema de una torre que soportó el embate de las
llamas gracias a un recubrimiento con potasio de alumina,
que para salvar la madera de ser consumida por el fuego,
los pobladores sumergían el material en una solución de
vinagre y alumbre y que, a principios del siglo XX, las sustancia combustibles en las luces relámpago empleadas en
fotografía obligó al desarrollo de baños de fácil aplicación
para proteger la madera de las cámaras de galería.
Podría decirse que estos son algunos de los sistemas y
productos que dieron origen a los llamados ignífugos,
exitosamente desarrollados por la industria durante los
últimos años, y que han cumplido un papel determinante
en la modificación favorable de la reacción de la madera
frente al fuego, fortaleciendo la confianza hacia ella, en el
mercado y la industria en general.
Estos, que pueden ser productos químicos o materiales
incombustibles (fibras minerales, asbesto o tableros de
yeso) tienen como propósito disminuir en la madera su
nivel de combustibilidad e inflamabilidad o bien, servir
como pantalla para impedir la acción del calor sobre ella,
evitar una combustión sostenida y disminuir la velocidad
de propagación de las llamas y la producción de gases inflamables, en caso que arda.
Actualmente, existe una gran variedad de ignífugos en
el mercado (ver cuadro 2) que, de acuerdo a la forma de
aplicarlos, pueden dividirse en dos grupos: los tratamientos de profundidad y los tratamientos superficiales.
Para el primer caso –que se basan en la penetración del
producto en la madera– cuando se trata de madera maciza, las sustancias se aplican de forma artificial mediante
presión, usando autoclave; mientras que para los tableros se recurre a varios métodos dependiendo del tipo.
Así, para tableros contrachapados por ejemplo, se aplica
el tratamiento usando autoclave una vez fabricados; se
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Ya, cuando se protegen tableros de partículas, los productos ignífugos se añaden a las partículas antes de encolarlas o bien en la misma cola, y si se trata de tableros de
fibras MDF, se mezcla el producto con el adhesivo o se
aplica en la manta de fibras.
Vale señalar también que pese a la efectividad de muchos
de los productos enunciados, existe una gran desventaja
respecto a los ignífugos a base de Cloro y cuya fórmula
contiene halógenos, dado que suelen incrementar el volumen de humos y productos de descomposición tóxica
que se desprenden durante la combustión, lo que resulta
nocivo para la salud –cuando hay inhalación principalmente– y para el medio ambiente. De hecho, los primeros
retardantes a base de Bifenoles policlorinados fueron suspendidos en 1977, aunque hoy abunden en el mercado.
Cuadro 2
Productos o sistemas de Comportamiento Ignífugo
Sales
Inorgánicas
Contienen fósforo, ácido fosfórico y sales fosforadas, y de la gama
se destacan, por demanda, las compuestas de boro. Son utilizadas como aditivos retardantes de llama desde 1800, la mayoría
de ellas se descomponen térmicamente generando ácido bórico
y liberando agua a través de una reacción endotérmica, a la vez
que absorber calor en la fase de descomposición y forman una
capa de vapor de agua sobre la fase sólida del material tratado.
No afectan el comportamiento la madera a la hora de procesarla
industrialmente, ni ofrecen peligro para la salud humana
Rociadores
automáticos
Mejorar los valores nominales de resistencia al fuego y dispersión de llamas, y son un producto esencial en la protección
pasiva contra el fuego, para el caso de los piezas pequeñas de
madera.
Al contacto con el calor, la capa aplicada sobre el material, amplía su masa casi 10 veces previniendo las deformaciones que
Pintura
ocurren al contacto de altas temperaturas. Según la cantidad
intumescente
de capas aplicadas del producto, y que se miden en micras,
ofrece mayor o menor resistencia al fuego.
Se trata de elementos que, usados como escudo o barrera
física, aíslan la madera de las llamas o peligro de fuego. Entre
Tratamientos
ellos están: las placas de yeso, los tableros de fibrocemento,
indirectos
las lanas de vidrio, las fibras cerámicas o de amianto y los
recubrimientos calcáreos.
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MATERIALES
Hoy, el mercado
ofrece una gran
variedad de productos
protectores para
la madera, contra
el fuego; de hecho
algunos tienen
efectos extremos en
el material, como su
petrificación.
Pruebas de Fuego
Científicos de la Universidad Distrital de Bogotá, realizaron estudios para estimar el comportamiento de diferentes maderas tratadas con sustancias ignífugas frente al
fuego, con la conclusión de que éstas tienen efectos sobre
la combustibilidad de algunas maderas, según el mayor
valor de contenido de humedad en la zona de saturación
de las fibras (grupos C y D).
En una de las pruebas, se analizó la incidencia de los sistemas de aplicación por inmersión, aspersión y presión de ignífugos –notándose que se logra un mayor grado de efectividad cuando se aplican estos métodos– en las maderas de
Abarco (Cariniana pyriformis), Almendro (Dipteryx panamensis), Zapato (Basiloxylum zapato), Otobo (Dialyantera
otoba) y Chingalé (Jacaranda copaia), utilizando la fórmula
compuesta por 70 por ciento de sulfato de amonio, 20 por
ciento de bórax y 10 por ciento de ácido bórico.
Otros ensayos realizados con Chanul (Humiriastrum procerum), Machare (Symphonia globulifera), Pantano (Hieronima chocoensis) y Níspero (Manilkara bidentata), demostraron que la aplicación de ignífugos reduce su combustibilidad. Se hizo una prueba en estas maderas, aplicando cinco formulaciones de ignífugos (sales inorgánicas
solubles en agua) mediante el método de inmersión durante dos semanas, obteniendo los siguientes resultados:
FORMULACIÓN IGNÍFUGOS
1: Sulfato de amonio – cloruro de calcio –
bromuro de potasio.
DISOLUCIÓN
Mala
2: Cloruro de amonio – carbonato de potasio –
cloruro de zinc.
Regular
3: Sulfato de amonio – cloruro de calcio –
carbonato de potasio.
Regular
4: Fosfato de amonio – cloruro de amonio –
cloruro de cálcio.
Buena
5: Cloruro de zinc – bromuro de potasio –
sulfato de amonio.
Buena
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Introducción de
un lote de madera
en autoclave para
ser tratada con un
producto ignífugo.
De igual manera, se observó un buen comportamiento
ante el fuego de todas las maderas al ser tratadas con las
formulaciones de ignífugos, con un nivel de afectación mayor sobre la variable tiempo de extinción de la llama, para
la cual, los tratamientos mostraron buena efectividad. La
pérdida porcentual de peso presentó el segundo nivel de
afectación, seguida por la velocidad de carbonización.
Cabe destacar, que dada la composición y estructura diversa de las maderas y las distintas formulaciones de las sustancias ignífugas, no existe un tratamiento estándar contra
el fuego que resulte efectivo para todas las maderas, ni
para controlar siquiera las variables indicadoras de combustibilidad que puede presentar una misma especie.
Otros interesantes datos los arrojó el estudio ‘Protección
contra el fuego: Investigación y desarrollo técnico-comercial para fomentar el uso de la madera en la construcción’,
del INFOR-FONDEF de Chile (2), en el que se empleó un
cono calorímetro –moderno aparato, y único en Latinoamérica– para determinar las propiedades de reacción al
fuego de distintos materiales (40 en maderas y sus derivados) en estos episodios, a través de la simulación de
incendios de diferentes intensidades.
De acuerdo con el estudio en mención, se estableció que
en general el tiempo de ignición de la madera y sus derivados se ubica entre los 5 y 50 segundos, siendo la madera
de pino radiata la que presenta mayor rapidez de incendio
aunque, tras la aplicación de ignífugos, puede ganar hasta
30 segundos.
De igual manera se comprobó que los tiempos más largos
de reacción los arrojaron los tableros de alta densidad y
que en las maderas, el tiempo de ignición se ve afectado
por la densidad y el contenido de humedad que varían
según la especie. Así por ejemplo, la madera de Acacia
registró un tiempo de ignición de 31 segundos mientras el
pino tardó sólo cinco segundos en conflagrar.
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En general, son numerosos los esfuerzos de la industria por
hallar sistemas que revistan a la madera de una protección
efectiva contra el fuego (3) y numerosos también los hechos
que demuestran cómo, aun sin contar con el efecto de sustancias ignífugas, este es uno de los materiales más seguros
cuando de soportar las acciones del fuego se trata.
Sin duda, pese a ser combustible, la madera es un material confiable que sobrepasa en resistencia –y con pruebas– otros altamente valorados para aplicaciones tan
exigentes como la construcción. Por costos, calidad y por
tratarse de un material renovable ésta ha sido una opción
valiosa para construcción en países desarrollados que incluso, no cuentan con la riqueza en especies existente en
países como Colombia
Queda la tarea de derrotar los prejuicios que por temor
o falta de conocimiento, se han levantado en Colombia
frente a este material y que limitan drásticamente su uso.
Queda en manos de la industria probar sus ventajas y en
cabeza de la academia, arquitectos y constructores aprovechar las innumerable e innegables bondades del recurso en sus campos de acción.
Citas
1) Otras normativas clasifican la reacción al fuego de los materiales usando
la letra M y desde el 0, distingüendo los materiales no combustibles con
la designación M0, los combustibles pero no son inflamables con M1 y los
materiales de difícil, mediana y fácilmente inflamables con M2, M3 y M4.
2) Este estudio, que finalizó en marzo de 2002 y tuvo como objetivo dar un
impulso al empleo masivo de la madera como material y componente
estructural en la construcción, contribuyó a poner término a las creencias que limitan el uso de la madera, especialmente en lo que respecta
al fuego y su destrucción, a partir de ensayos y pruebas tecnológicas y
la difusión de los resultados.
3) Remitirse al artículo ‘La Madera BS y sus atributos’, publicado en la presente edición.
Fuentes
•
William Klinger. Director general del Instituto de Investigación Ambiental del Pacífico. [email protected]
•
Alex Orland Arévalo Tribaldos. Ingeniero Forestal. [email protected]
•
Protección de la madera frente al fuego: Ensayos y tratamientos. Marlen González.
•
Ficha Madera Laminada HILAM - Arauco. Comportamiento frente al
fuego. Guillermo Hevia García.
•
Laboratorio de Tecnologías de Maderas, José Anatolio Lastra Rivera,
Universidad Distrital de Colombia: Estudios sobre el comportamiento
del fuego ante la madera, realizado por los ingenieros forestales Mauricio Benavides, Patricia Cortés, John González, Manuel Zambrano Bohórquez, Liliana Castañeda y John Sánchez.
•
www.plataformaarquitectura. Comportamiento frente al fuego. Arauco
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