Tesis Electrónicas UACh - Universidad Austral de Chile
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Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Instituto de Obras Civiles “SISTEMAS PARA EL CONTROL DE HUMO EN EDIFICIOS DE HORMIGON ARMADO. CSO EDIFICIO INSTITUTO DE OBRAS CIVILES UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE.” Tesis para optar al título de: Ingeniero Civil en Obras Civiles. Profesor Patrocinante: Sr. Eduardo Larrucea Verdugo. Ingeniero Civil, Mención Estructuras y Construcción. XIMENA ALEJANDRA CARCAMO DIAZ VALDIVIA – CHILE 2012 “Todos somos unos genios, pero si juzgas a un pez por su habilidad de escalar un árbol, vivirá su vida entera creyendo que es un estúpido” Albert Einstein. 2 Con profundo sentimiento, ésta Memoria de Título se la dedico a mis padres y hermano, comprensión, por sacrificio su amor, y apoyo incondicional; a toda mi familia por el apoyo en momentos difíciles y a mis amigos por ser mi familia en estos años en Valdivia. 3 4 INDICE DE MATERIAS Contenido Página RESUMEN……………………………………………………………………………...…12 ABSTRACT…………………………………………………………………………….....13 CAPITULO I: ANTECEDENTES GENERALES. 1.1. Introducción…………………………………………………………………………...14 1.2. Objetivos………………………………………………………………………………16 1.2.1. Objetivo General…………………………………………………………….16 1.2.2. Objetivos Específicos………………………………………………………..16 1.3. Metodologías………………………………………………………………………..…17 CAPÍTULO II. ESTADO DEL ARTE. 2.1. Generalidades………………………………………………………………………….18 2.2. Antecedentes…………………………………………………………………………..19 2.3. Normativa vigente……………………………………………………………………..20 2.4. Realidad nacional e internacional frente a control de humo…………………………..23 2.4.1. Situación actual y futura……………………………………………………..23 CAPITULO III. EXIGENCIAS DE LA NORMATIVA CHILENA. 3.1. OGUC. Titulo 4. Capitulo 3……….…………………………………………………..25 3.2. Comentarios…………………………………………………………………………...37 5 CAPÍTULO IV. CONTROL DE HUMO. 4.1. Descripción general del control de humo. Conceptos…………………………………38 4.1.1. Descripción general………………………………………………………….38 4.2. Características del humo y sus efectos………………………………………………...40 4.2.1. Características……………………………………………………………….40 4.2.2. Efectos……………………………………………………………………….50 4.2.3. Propagación y control………………………………………………………..53 4.3. Métodos para el control de humo……………………………………………………...70 4.3.1. Extracción……………………………………………………………………71 4.3.1.1. Extracción para estacionamiento subterráneo de autos……………71 4.3.2. Dilución…………………………………………………………………...…72 4.3.3. Compartimentación o confinamiento………………………………………..73 4.3.4. Presurización………………………………………………………………...74 CAPÍTULO V. SISTEMAS PARA EL CONTROL DE HUMO EN EDIFICIOS DE HORMIGON ARMADO. CASO EDIFICIO “INSTITUTO DE OBRAS CIVILES” UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE. 5.1. Presentación del Proyecto……………………………………………………………..78 5.1.1. Proyecto de Arquitectura…………………………………………………….79 5.1.1.1. Plantas de arquitectura……………………………………………..79 5.1.1.2. Elevaciones………………………………………………………...82 5.2. Aplicación del diseño de Control de Humo según normativa vigente, nacional e internacional………………………………………………………………………………..85 5.2.1. Normativa……………………………………………………………………85 6 5.2.1.1. Normas UNE …………..………………………………………….85 5.2.1.2. Normas NFPA……………………………………………………..85 5.2.2. Proteccion de las vías de evacuación mediante presurización………………86 5.2.2.1. Objeto……………………………………………………………...86 5.2.2.2. Niveles……………………………………………………………..86 5.2.2.3. Presurización………………………………………………………86 5.3. Bases de cálculo, resultados y observaciones…………………………………………91 5.3.1. Bases de cálculo……………………………………………………………..91 5.3.1.1. Datos de diseño……………………………………………………91 5.3.1.2. Fuerza para la apertura de puertas…………………………………91 5.3.1.3. Caudal de aire……………………………………………………...93 5.3.2. Cálculos…………………………………………………………………...…96 5.3.2.1. Hipótesis de cálculo………………………………………………..96 5.3.2.2. Cálculos según normas UNE 12101-6/ 100.040-96………….……97 5.3.2.4. Cálculos según norma NFPA 92A…………………………..……103 5.4. Esquema de equipos………………………………………………………………….106 5.4.1. Esquema detección de humo, extintores y alarma de incendio…………….107 5.4.2. Esquema rejillas, ventiladores y ductos……………………………………109 5.5. Costo estimado equipos y puesta en marcha…..……………………………………..112 CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES. 6.1. Discusiones………………………………………………………………………..…113 6.2. Conclusiones…………………………………………………………………………115 6.3. Recomendaciones……………………………………………………………………116 7 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………..117 ANEXOS…………………………………………………………………………………120 8 INDICE DE FIGURAS Contenido Página Fig. 4-1: Movimiento horizontal y vertical del humo……………………………………...37 Fig.4-2: Combustión……………………………………………………………………….39 Fig. 4-3: Fases de desarrollo de un incendio………………………………………………40 Fig. 4-4: Penachos. Movimiento y control de humos……………………………………...41 Fig. 4-5: Incendios Limitados por un Techo………………………………………………43 Fig. 4-6: Flashover…………………………………………………………………………45 Fig. 4-7: Principio del efecto de chimenea………………………………………………...52 Fig. 4-8: Diferencia de presión que genera el efecto chimenea y ubicación del plano neutral………………………………………………………………………...…52 Fig. 4-9: Descripción de movimiento del humo producto del efecto chimenea…………...53 Fig. 4-10: Efecto del viento en elevación………………………………………………….56 Fig. 4-11: Efecto del viento en planta…………………………………………………...…57 Fig. 4-12: Distribución de presión del aire en los cuatro costados y la cubierta de un edificio bajo……………………………………………………………………..58 Fig. 4-13: Influencia del viento en incendios en edificios bajos..........................................59 Fig. 4-14: Sistema completo…………………………………………………………….…62 Fig. 4-15: Inyección……………………………………………………………………..…62 Fig. 4-16: Termostato…………………………………………………………………...…63 Fig. 4-17: Damper………………………………………………………………………….63 Fig. 4-18: Aumento de presión interior……………………………………………………64 Fig. 4-19: Retorno………………………………………………………………………….64 Fig. 4-20: Damper cortafuego…………………………………………………………...…65 Fig.4- 21: Damper para el control de humo………………………………………………..65 Fig. 4-22: Extracción para estacionamiento subterráneo de autos…………………………67 Fig. 4-23: Extracción para estacionamiento subterráneo de autos……………………...….68 9 Fig. 4-24: Extracción para estacionamiento subterráneo de autos…………………………68 Fig. 4-25: Compartimentación…………………………………………………………..…69 Fig. 4-26: Presurización……………………………………………………………………73 Fig. 5-1: Esquema Planta primer piso……………………………………………………..75 Fig. 5-2: Esquema Planta segundo piso……………………………………………………76 Fig. 5-3: Esquema Planta tercer piso………………………………………………………77 Fig. 5-4: Esquema Elevación Poniente y Oriente………………………………………….78 Fig. 5-5: Esquema Elevación Sur………………………………………………………….79 Fig. 5-6: Esquema Elevación Norte………………...…………………………………..…80 Fig. 5-7: Diagrama de fuerzas……………………………...…………………….....…….88 Fig. 5-8: Descansillos……………………………………………………………………...96 Fig. 5-9: planta piso 1…………………………………………………………………….103 Fig. 5-10: Planta piso 2-3…………………………………………………………………104 Fig. 5-11: planta piso 1…………………………………...………………………………105 Fig. 5-12: Planta piso 2…………...………………………………………………………106 Fig. 5-13: planta piso 3.…………..………………………………………………………107 10 INDICE DE TABLAS Contenido Página Tabla 3-1: Resistencia al fuego requerida para los elementos de construcción de edificios…………………………………………………………………………28 Tabla 3-2: Máxima superficie edificada……………………………………………..……30 Tabla 3-3: Máximo de ocupantes………………………………………………………….31 Tabla 3-4: Densidad de carga combustible………………………………………………..31 Tabla 4-1: Concentraciones y dosis de exposición máximas tolerables para sustancias producidas en la combustión y diferentes tiempos de exposición………………47 Tabla4-2: Aeroestanqueidad de los elementos de construcción..........................................55 Tabla 5-1: Perdidas alrededor de puertas…………………………………………...….…91 Tabla 5-2: Medidas de los conductos verticales de impulsión………………………..…...97 11 RESUMEN . Las condiciones de seguridad contra incendios en una edificación deben cumplir los requisitos y exigencias establecidas en la normativa vigente, códigos de diseño, reglamentos, leyes, etc. Sin embargo, en cualquier incendio la causa principal de muerte en esta situación es la inhalación de sustancias tóxicas y humo. Este trabajo presenta una visión de la normativa existente en cuanto al control de humos en situación de incendio, tanto chilena como extranjera. Además, presenta un ejemplo aplicado a un proyecto real de estas normas y comenta la necesidad de una normativa nacional que se pueda aplicar a un caso real como el antes mencionado, dando además, recomendaciones del uso de las normativas extranjeras en reemplazo de las no existentes en Chile. Por último plantea discusiones sobre si es necesario o no el uso de aquellos sistemas a la hora de proteger un edificio y sus ocupantes en una situación de incendio. 12 ABSTRACT . The conditions of security against fires in a construction should complete the requirements and demands settled down in the normative one effective, design codes, regulations, laws, etc. however, in any fire the main cause of death in this situation is the inhalation of toxic substances and fume. This work presents an existent vision of the normative one as for the control of fumes in fire situation, so much Chilean as foreigner. Also, it presents an example applied to a real project of these norms and he/she comments the national necessity of a normative one that you can apply to a real case as the ones mentioned, also giving, recommendations of the use of the normative foreigners in substitution of those no existent in Chile. Lastly it outlines discussions on if it is necessary or not the use of those systems when protecting a building and their occupants in a fire situation. 13 CAPITULO I: ANTECEDENTES GENERALES. 1.1. . Introducción El año 1981 sucedió el incendio de la Torre Santa María, a partir de ese momento la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción (OGUG), estableció requisitos para la proteccion al fuego para todas las edificaciones, que antes de ese año estaba al amparo de lo que podían y no podían hacer los privados. Pero el diseño de un edificio hoy en Chile, es analizado detenidamente desde distintas perspectivas analizando detalles tales como: estéticos, económicos, constructivos, estructurales, etc. No obstante, muchas veces son olvidados aspectos tan importantes como el asegurar que una edificación está preparada para responder de modo aceptable a sucesos inesperados como son los incendios, de tal manera de ser capaz de asegurar la integridad y la perfecta evacuación de sus usuarios desde el interior. Debido a esto, ha nacido la motivación de estudiar el diseño para el control de humos, que permite en caso de un incendio, una evacuación del edificio desde cualquier punto de manera eficiente permitiendo rápidamente la detección del foco de incendio por ende el control de este, minimizando daños en la estructura. La Ordenanza General de Urbanismo y Construcción (OGUC, 2008), es la única reglamentación chilena que introduce la exigencia sobre el diseño adecuado en edificios para enfrentar un incendio entregando requerimientos mínimos de proteccion al fuego. Sin embargo, la OGUC no proporciona la información para el diseño de vías de evacuación de humos, lo que es muy importante a la hora de combatir un incendio y para diseñar un edificio en que se garantice la seguridad de vida de los ocupantes de los edificios. Por el contrario, en EEUU y Europa existe un nivel superior de conocimiento respecto del tema, pues han desarrollado variadas investigaciones, tanto científicas como técnicas, que han servido como experiencia para crear variados códigos que regulan los diseños y disposiciones arquitectónicas y constructivas que permiten reducir el riesgo sobre los ocupantes de edificios de altura frente a incendios. 14 Es debido a esto que se estima necesario entregar propuestas de mejoramiento en este tema, fundadas en la experiencia de países más desarrollados. Pues de esta forma podremos acceder a soluciones que finalmente aporten como requerimientos a nuestra ordenanza entregando mayor seguridad a nuestras construcciones. Dentro de los temas relevantes, que no han recibido la debida profundidad en la actual normativa chilena, pero que si han sido estudiados seriamente en el exterior, se encuentran: el movimiento de humo en edificios altos, sus características y técnicas para ser controlado, la ubicación de las vías de evacuación y sus características, por lo que en Chile se hace necesaria una investigación acerca de la aplicación de estos sistemas en edificaciones en general, para minimizar los riesgos. Además será de gran utilidad la adaptación de normativas extranjeras para su aplicación a casos en nuestro país. Se pretende que con la aplicación de estos sistemas de forma correcta, sea de gran utilidad a la hora de enfrentar una situación de incendio, y no sería una inversión innecesaria a la hora de la implementación en cualquier tipo de edificación en la que sea factible su utilización, esto quedará demostrado en la aplicación de estos sistemas en el “Edificio del Instituto de Obras Civiles de la Universidad Austral de Chile”. 15 1.2. Objetivos. 1.2.1 Objetivo General El objetivo de esta investigación es obtener conclusiones concretas y factibles sobre la aplicación de sistemas de control de humo como parte del método de protección contra incendios, utilizando esa información en la aplicación a un caso real. Además de plantear nuevos desafíos en el diseño de estructuras resistentes a incendios. 1.2.2 Objetivos específicos. Este estudio pretende revelar los sitios o lugares adecuados en cuanto a la localización, tamaño y el número necesario de dispositivos de control de humos, dependiendo del tipo de construcción y sistema utilizado. Analizar la reglamentación vigente en cuanto al tema, tanto nacional como internacional. Estudiar diversos métodos para controlar el movimiento del humo, y así determinar cuál es el mejor método aplicado a un caso particular. Pretende hacer masivo el uso de las tecnologías, métodos y normativas vigentes en la construcción de edificios con sistemas de control de humos. Realizar una aplicación concreta en el “Edificio del Instituto de Obras Civiles de la Universidad Austral de Chile” a modo de ejemplo de la importancia y la posibilidad de utilización de estos sistemas. 16 1.3. Metodologías. Como en general para este aspecto, la normativa Chilena para la protección contra incendios es insuficiente y dispersa, se hace necesaria una solución más adecuada que podría ser tomar una orientación hacia un diseño basado en el cumplimiento de objetivos (prestaciones), con métodos de verificación y entregar soluciones de diseño aceptables, especialmente en el segmento de edificaciones que debido a su complejidad y/o alto riesgo las prescripciones tradicionales son ineficientes. Por lo que se pretende obtener información de los requisitos exigidos por la “Ordenanza General de la Ley General de urbanismo y Construcciones”, (OGUC, 2008), para las condiciones de seguridad contra incendio, para luego complementar con normativa extranjera. Obtener información acerca de las experiencias en países más avanzados en este tema, como E.E.U.U., especialmente la norma NFPA 92A (National Fire Protection Association) e Inglaterra, especialmente la norma UNE- EN12101-6. Sistemas para el control del humo y el calor. . Además, para analizar si es factible o no la utilización de nuevos diseños para control de humo y protección y resistencia contra incendio, además de la utilización correcta de las normas vigentes y su posterior modificación o creación en el caso de no existir, se verificarán ciertos factores: Condiciones mínimas requeridas, tales como el tipo de edificio, el uso que se le dará y la cantidad estimada de personas que estarán en él. Tecnologías e información disponibles. En caso de no contar con algunos de los factores anteriores se recurrirá a información acerca de ensayos y normas nacionales y/o extranjeros según sea el caso y verificar su adaptación a los requerimientos. Además, se investigarán las construcciones existentes que cuenten con sistemas de control de humo y se aplicará a un caso real. 17 CAPÍTULO II: ESTADO DEL ARTE. 2.1. . Generalidades. El humo es la mayor causa de muerte en situaciones de incendio. Puede ir hasta lugares apartados del edificio, causando daños en la propiedad y a las personas. Ejemplo de esto es en MGM Grand Hotel (1982), el fuego fue limitado al primer piso del edificio, sin embargo, el humo alcanzó a los demás pisos. Los ocupantes de los pisos superiores fueron expuestos al humo durante horas antes de ser rescatados. El MGM Grand Hotel, no es el único en este sentido, también encontramos el Roosevelt Hotel (1964) y el Johnson City Retirement Center (Steckler et al 1990), en todos estos edificios el fuego estuvo localizado en el primer piso, pero la mayoría de los muertos se encontraban en los pisos superiores. La gente no está informada acerca de cuanto puede crecer el fuego y lo que puede producir el humo generado por este. Esta falta de información se extiende a muchos diseñadores y otros profesionales relacionados. El conocimiento es necesario para la evaluación de los parámetros de diseño del manejo de sistemas de control de humos. El concepto del manejo del humo ha sido desarrollado como solución al problema de la expansión del humo. El movimiento de este puede ser manejado con uno o más de los siguientes mecanismos: compartimentación, dilución, corriente de aire, presurización, flotabilidad, entre otros. (Klote et al. 2002). El uso de la presurización en el control del flujo de aire ha sido practicado por 50 años. Por ejemplo, ha sido usado en edificios con laboratorios en donde existe peligro de gases venenosos e inflamables o donde pueden migrar materiales bacteriológicos de un área a otra, ha sido utilizado también en el control de la entrada de partículas contaminantes, donde es necesario impedir la entrada de estas a ciertos ambientes, se ha utilizado además en áreas de hospitales para impedir la contaminación de áreas estériles y para evitar la migración de radiaciones. (Klote et al. 2002). Sin embargo, el uso de corrientes de aire y presurización para controlar la circulación del humo en un edificio en llamas, es una adaptación bastante reciente. 18 2.2. Antecedentes. En un contexto histórico dos factores han caracterizado el riesgo de incendio en Chile, la arquitectura heredada de nuestro pasado colonial y el riesgo de terremoto. El uso de materiales de construcción como adobe, albañilería y concreto en desmedro de la madera y construcciones antisísmicas con gruesos muros perimetrales y donde además el riesgo de terremoto ha desincentivado la construcción en altura, han tenido un directo impacto en la propagación de incendio a edificaciones aledañas y por consiguiente limitando los daños por incendio. (Veliz 2006). El manejo del humo nace de la necesidad del primer hombre que utilizó fuego en su hogar de ventilar el humo. Prácticas modernas de control de humo comenzaron en los años 1940, cuando fue obvio que los conductos de los sistemas de distribución de aire ayudaban a distribuir el humo lejos de la fuente de fuego. Esto sugirió la llegada de los dampers de fuego y de sistemas estáticos de control de humo. En 1968, laboratorios certificadores (ULUnderwriters Laboratories) publicaron la primera UL 555 “Standard for Fire Dampers”. Los miembros de AMCA adoptaron el primer estándar 500-D en 1973 para propósitos de ventilación general y acondicionamiento de aire. Los dampers de humo y los sistemas dinámicos de control de humo recién aparecieron en los años 1970 cuando se hace obvia la parada operacional de un sistema de control estático al entrar en conflicto con la necesidad de mantener limpio la distribución del aire en recintos. (Romero 2005) La norma ANSI/ASHRAE (2000) establece los regímenes de funcionamiento de ventiladores para ambas temperaturas ambiente y temperaturas elevadas, de modo de permitir a los diseñadores seleccionar un ventilador al tiempo de conocer como este funcionará durante ambas operaciones, normal y extracción de humo. 19 2.3. Normativa Vigente. Los requisitos de seguridad contra incendios se deben implementar en la fase del proyecto. De esta manera el proyectista debe lograr incorporar medidas de protección con mayor facilidad y a un menor costo. Se deberá considerar tanto la planificación de la zona interior y exterior del edificio. Los requisitos que se contemplaran en la fase del proyecto deben cumplir con la normativa y legislación vigente, además de ser eficientes. Los requisitos estructurales son cada vez más estrictos en la construcción e involucran conceptos cada vez más específicos, lo que ha llevado a la necesidad de crear organismos, normativas, leyes, decretos, etc. cada vez más rigurosos, con el fin de cubrir estas necesidades. La resistencia al fuego de los elementos que forman parte de un edificio y sus recubrimientos esta dado por el ACI 216, aunque el ACI 318 nos proporciona recubrimientos mínimos, éste es para el diseño estructural del hormigón sin tomar en cuenta el impacto del fuego en las estructuras. La ACI 216, describe métodos aceptables para determinar la resistencia al fuego de las construcciones y elementos estructurales de hormigón y mampostería, incluyendo tabiques, losas de entrepiso, losas de cubierta, vigas, columnas, dinteles y la mampostería utilizada para proteger contra el fuego las columnas de acero estructural. Estos métodos se deberán utilizar con fines de diseño y analíticos, y se deberán basar en los criterios de exposición al fuego y criterios limite aplicables de la norma ASTM E 119. Esta norma no se aplicará a los tableros metálicos utilizados en entrepisos y cubiertas. El comportamiento al fuego de los materiales y elementos de construcción se regirá de acuerdo a lo que indica la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones en su Título 4, Capítulo 3. Además de las normas mínimas de seguridad contra incendio, las cuales se presentan a continuación: 20 Normativa Chilena: Norma Chilena 933 of. 85.- Prevención de Incendios.- Terminología. Norma Chilena 934 of. 79.- Prevención de Riesgos.- Clasificación de Fuegos. Norma Chilena 935/1 of. 97.- Prevención de Incendio en Edificios – Ensayo de Resistencia al Fuego. Parte 1: Elementos de Construcción en General. Norma Chilena 935/2 Of. 84.- Prevención de Incendio en Edificios – Ensayo De Resistencia al Fuego. Parte 2: Puertas y Otros Elementos de Cierre. Norma Chilena 2209 Of. 93.- Prevención de Incendio en Edificios – Ensayo Del Comportamiento al Fuego de Elementos de Construcción Vidriados. Norma Chilena 1914/1 Of. 84.- Prevención de Incendio en Edificios – Ensayo de Reacción al Fuego. Parte 1: Determinación de la No Combustibilidad de Materiales de Construcción. Norma Chilena 1914/2 Of. 85.- Prevención de Incendio en Edificios – Ensayo de Reacción al Fuego. Parte 1: Determinación del Calor de Combustión de Materiales en General. Norma Chilena 1916 Of. 99.- Prevención de Incendio en Edificios – Determinación de Cargas Combustibles. Norma Chilena 1993 Of. 98.- Prevención de Incendio en Edificios – Clasificación de los Edificios según su Densidad de Carga Combustible Media y Densidad de Carga Combustible Puntual Máxima. Norma Chilena 1974 Of. 86.- Prevención de Incendio en Edificios – Pinturas. Determinación Del Retardo Al Fuego. Norma Chilena 1977 Of. 85.- Prevención de Incendio en Edificios– Determinación del Comportamiento de Revestimientos Textiles a la Acción de una Llama. Norma Chilena 1979 Of. 87.- Prevención de Incendio en Edificios– Determinación del Comportamiento de Telas a la Acción de una Llama. Norma Chilena 2111 Of. 99.- Protección Contra Incendio. – Señales de Seguridad. Norma Chilena 2189 Of. 92.- Protección Contra Incendio. –Señales de SeguridadCondiciones Básicas. 21 Norma Chilena 1429 Of. 92 Mod. 95.- Extintores Portátiles. – Terminología y Definiciones. Norma Chilena 1430 Of. 08.- Extintores Portátiles. – Requisitos de Rotulación. Norma Chilena 1433 Of. 78.-Ubicación y Señalización de los Extintores Portátiles. “Listado Oficial de Comportamiento al Fuego 2010” redactado por el MINVU. Normativa extranjera: NFPA 101®, Código para la Seguridad de la Vida Humana contra Incendios en Edificios y Estructuras, será conocido como Código de Seguridad Humana®. National Fire Protection Association. NFPA 92A, Standard for Smoke- Control Systems Utilizing Barriers and Pressure, edition 2000. National Fire Protection Association. NFPA 92B, Guide for smoke management, edition 2000. UNE-EN 12101-6: 2006. Sistemas para el control del humo y el calor. 22 2.4. Realidad nacional e internacional frente al control de humo. 2.4.1. Situación actual y futura Las herramientas para el control de humo en edificios que se están utilizando actualmente son el uso de escaleras y ascensores presurizados. Una herramienta que está siendo aplicada al diseño del control de humos es cálculos en computadora ya sean en análisis microscópicos y macroscópicos utilizando modelos de cálculo. En cuanto a la detección de humo, las áreas que incluyen disponibilidad y utilidad de información, biotecnología, materiales inteligentes y nanotecnologías se están desarrollando a gran velocidad, al igual que sus aplicaciones. Los avances en tecnología electrónica, por ejemplo, tienen un enorme potencial para ayudar a detectar incendios. Bob Bayer, panelista de la conferencia perteneciente a HE Security, afirmó que tales avances, como la tecnología de sensores múltiples, “generaría una menor cantidad de falsas alarmas, brindaría una mejor detección y mejoraría la eficiencia”. En Chile, por su parte, la sección de ingeniería de incendios del IDIEM de la Universidad de Chile, está desarrollando una serie de estudios que han tenido como objetivo del análisis del cumplimiento de normativas y recomendaciones internacionales para ventilación y seguridad contra incendios y actualmente pretende aportar al desarrollo nacional y latinoamericano, elaborando un Reglamento Latinoamericano, en conjunto con instituciones que se interesan sobre la seguridad en túneles, sin embargo, no se presenta como inminente el estudio de sistemas de proteccion contra incendios para edificios de hormigón armado, solo se presentan los ensayos que exige la OGUC, y los ensayos realizados por particulares, por lo que se hace necesario un reglamento que definiría estándares mínimos de seguridad en este campo de la ingeniería. Mientras tanto, las aplicaciones de nanotecnología abarcan desde nuevas familias de sensores químicos y biológicos y mejoras de capacidad de baterías, hasta dispositivos personales de monitoreo médico y capacidades mejoradas de monitoreo humano y ambiental, todos con implicancias evidentes y abarcadoras para los esfuerzos del servicio 23 de bomberos y de la seguridad contra incendio. El impacto de los nanomateriales sobre la seguridad contra incendio todavía debe investigarse y comprenderse cabalmente. Estos y otros materiales nuevos utilizados para decorar y construir edificios –por ejemplo, nuevos materiales de construcción livianos para techos- pueden llegar a cambiar muchos de nuestros enfoques básicos de diseño de seguridad contra incendio. En la actualidad, el Comité de Pruebas de Incendio de NFPA se encuentra analizando métodos de prueba utilizados para evaluar los riesgos de los materiales junto a otras organizaciones de pruebas y normas de seguridad contra incendio. 24 CAPITULO III: EXIGENCIAS DE LA NORMATIVA CHILENA . 3.1. Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (OGUC) (Agosto. 2008). Redactada por el Ministerio de Vivienda y Urbanismos (MINVU) tiene como misión regular los procedimientos administrativos, de planificación urbana, de urbanización, y de construcción. Asesorada por asociaciones gremiales e instituciones ligadas al urbanismo y construcción. Todos los edificios deberán cumplir con la normativa vigente y con la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. En éste ámbito se destacarán los puntos más importantes y además se verificará el cumplimiento de las Condiciones Generales de Seguridad. DE LAS CONDICIONES GENERALES DE SEGURIDAD. Según el Artículo 4.3.1. Todo edificio deberá cumplir, según su destino, con las normas mínimas de seguridad contra incendio, como asimismo, con las demás disposiciones sobre la materia contenidas en la Ordenanza. Se exceptúan de lo anterior los proyectos de rehabilitación de inmuebles que cuenten con Estudio de Seguridad y las edificaciones señaladas en el artículo 4.3.26. De la Ordenanza. Las disposiciones contenidas persiguen, como objetivo fundamental, que el diseño de los edificios asegure que se cumplan las siguientes condiciones: Que se facilite el salvamento de los ocupantes de los edificios en caso de incendio. Que se reduzca al mínimo, en cada edificio, el riesgo de incendio. Que se evite la propagación del fuego, tanto al resto del edificio como desde un edificio a otro. Que se facilite la extinción de los incendios. 25 Para lograr los objetivos señalados en el inciso anterior, los edificios, en los casos que se determina, deberán protegerse contra incendio. Para estos efectos, se distinguen dos tipos de protección contra incendio: 1. Protección pasiva: La que se basa en elementos de construcción que por sus condiciones físicas aíslan la estructura de un edificio de los efectos del fuego durante un determinado lapso de tiempo, retardando su acción y permitiendo en esa forma la evacuación de sus ocupantes antes del eventual colapso de la estructura y dando, además, tiempo para la llegada y acción de bomberos. Los elementos de construcción o sus revestimientos pueden ser de materiales no combustibles, con capacidad propia de aislación o por efecto intumescente o sublimante frente a la acción del fuego. 2. Protección activa: La compuesta por sistemas que, conectados a sensores o dispositivos de detección, entran automáticamente en funcionamiento frente a determinados rangos de partículas y temperatura del aire, descargando agentes extintores de fuego tales como agua, gases, espumas o polvos químicos. Según el Artículo 4.3.2. Para los efectos de la Ordenanza, el comportamiento al fuego de los materiales, elementos y componentes de la construcción se determinará de acuerdo con las siguientes normas o las que las reemplacen: - Normas generales, sobre prevención de incendio en edificios: NCh 933 Terminología. NCh 934 Clasificación de fuegos. - Normas de resistencia al fuego: NCh 935/1 Ensaye de resistencia al fuego - Parte 1: Elementos de construcción general. NCh 935/2 Ensaye de resistencia al fuego - Parte 2: Puertas y otros elementos de cierre. 26 NCh 2209 Ensaye del comportamiento al fuego de elementos de construcción vidriados. - Normas sobre cargas combustibles en edificios: NCh 1914/1 Ensaye de reacción al fuego - Parte 1: Determinación de la no combustibilidad de materiales de construcción. NCh 1914/2 Ensaye de reacción al fuego - Parte 2: Determinación del calor de combustión de materiales en general. NCh 1916 Determinación de cargas combustibles. NCh 1993 Clasificación de los edificios según su carga combustible. - Normas sobre comportamiento al fuego: NCh 1974 Pinturas - Determinación del retardo al fuego. NCh 1977 Determinación del comportamiento de revestimientos textiles a la acción de una llama. NCh 1979 Determinación del comportamiento de telas a la acción de una llama. - Normas sobre señalización en edificios: NCh 2111 Señales de seguridad. NCh 2189 Condiciones básicas. - Normas sobre elementos de protección y combate contra incendios: NCh 1429 Extintores portátiles - Terminología y definiciones. NCh 1430 Extintores portátiles - Características y rotulación. NCh 1433 Ubicación y señalización de los extintores portátiles. NCh 1646 Grifo de incendio - Tipo columna de 100 mm - Diámetro nominal. 27 - Normas sobre rociadores automáticos: NCh 2095/1 Sistemas de rociadores– Parte 1: Terminología, características y clasificación. NCh 2095/2 Sistemas de rociadores- Parte 2: Equipos y componentes. NCh 2095/3 Sistemas de rociadores- Parte 3: Requisitos de los sistemas y de instalación. NCh 2095/4 Sistemas de rociadores- Parte 4: Diseño, planos y cálculos. NCh 2095/5 Sistemas de rociadores- Parte 5: Suministro de agua. NCh 2095/6 Sistemas de rociadores- Parte 6: Recepción del sistema y mantención. No obstante lo dispuesto, habrá un "Listado Oficial de Comportamiento al Fuego", confeccionado por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo o por la entidad que éste determine, en el cual se registrarán, mediante valores representativos, las cualidades frente a la acción del fuego de los materiales, elementos y componentes utilizados en la actividad de la construcción. Las características de comportamiento al fuego de los materiales, elementos y componentes utilizados en la construcción, exigidas expresamente la Ordenanza, que no se encuentren incluidas en el Listado Oficial de Comportamiento al Fuego, deberán acreditarse mediante el certificado de ensaye correspondiente emitido por alguna Institución Oficial de Control Técnico de Calidad de los Materiales y Elementos Industriales para la Construcción. Aquellos proyectos que cuenten con un Estudio de Seguridad podrán utilizar materiales, elementos y componentes cuyo comportamiento al fuego se acredite mediante certificado de ensayes expedido por entidades extranjeras, reconocidas internacionalmente y que efectúen los ensayes bajo normas de la Asociación Americana de Pruebas de Materiales – American Society for Testing and Materials (ASTM), de Laboratorios Aseguradores – Underwriter Laboratories (UL) o del Comité de Normas Alemán – Deutscher Normenausschuss (Normas DIN). 28 Mientras no se dicten las demás Normas Técnicas Oficiales sobre sistemas de rociadores, los Estudios de Seguridad podrán utilizar las normas NFPA 13 de la Asociación Nacional de Protección contra el Fuego – National Fire Protection Association (N.F.P.A.). Si al solicitarse la recepción definitiva de una edificación, alguno de los elementos, materiales o componentes utilizados en ésta no figura en el Listado Oficial de Comportamiento al Fuego y no cuenta con certificación oficial conforme a este artículo, se deberá presentar una certificación de un profesional especialista, asimilando el elemento, material o componente propuesto a alguno de los tipos que indica el artículo 4.3.3. Del Capítulo 3 titulo 4 y adjuntar la certificación de éstos en el país de origen. Si no fuere posible tal asimilación, el Director de Obras Municipales exigirá que se presente una certificación de ensaye de laboratorio emitido por una Institución Oficial de Control Técnico de Calidad de los Materiales y Elementos Industriales para la Construcción. Para los efectos del presente Capítulo, se entenderá por componente, aquel producto destinado a la construcción que antes de su instalación presenta su forma definitiva, pero que sólo funciona conectado o formando parte de un elemento, tales como cerraduras, herrajes y rociadores. El Artículo 4.3.3. Señala que los edificios que conforme a este Capítulo requieran protegerse contra el fuego deberán proyectarse y construirse según alguno de los cuatro tipos que se señalan en la tabla siguiente y los elementos que se utilicen en su construcción deberán cumplir con la resistencia al fuego que en dicha tabla se indica. Si a un mismo elemento le correspondieren dos o más resistencias al fuego, por cumplir diversas funciones a la vez, deberá siempre satisfacer la mayor de las exigencias. Para determinar la resistencia al fuego de los elementos a que se refiere el presente artículo, como asimismo, cuando cualquier otro precepto la Ordenanza exige que se asegure una determinada resistencia al fuego, se estará a lo dispuesto en el artículo 4.3.2. de la Ordenanza. 29 Tabla 3-1: Resistencia al fuego requerida para los elementos de construcción de edificios. Fuente: OGUC. 2008. SIMBOLOGIA: Elementos verticales: (1) Muros cortafuego (2) Muros zona vertical de seguridad y caja de escalera (3) Muros caja ascensores (4) Muros divisorios entre unidades (hasta la cubierta) (5) Elementos soportantes verticales (6) Muros no soportantes y tabiques Elementos verticales y horizontales: (7) Escaleras Elementos horizontales: (8) Elementos soportantes horizontales (9) Techumbre incluido cielo falso En el Artículo 4.3.4 se señala que para aplicar lo dispuesto en el artículo anterior deberá considerarse, además del destino y del número de pisos del edificio, su superficie edificada, o la carga de ocupación, o la densidad de carga combustible, según corresponda, como se señala en las tablas 4, 5 y 6 siguientes: 30 Tabla 3-2: Máxima superficie edificada. Fuente: OGUC. 2008. 31 Tabla 3-3: Máximo de ocupantes. Fuente: OGUC. 2008. Tabla 3-4: Densidad de carga combustible. Fuente: OGUC. 2008. 32 Cuando los locales comerciales a que se refiere la tabla 3-2, tengan una superficie edificada superior a 200 m2, se podrá destinar hasta un 25% de su superficie a bodega y cuando no tengan más de 200 m2 edificados, se podrá destinar hasta el 50% a bodega. En ambos casos, si la bodega supera el porcentaje máximo permitido, dichas edificaciones deberán tratarse como si fueran de uso mixto. Para los destinos indicados en la tabla 3-4, cuando no se presente un Estudio de Carga Combustible, la edificación deberá proyectarse y construirse de acuerdo al tipo a. Las resistencias al fuego que se indican para los muros caja ascensores en la tabla del artículo 4.3.3., son obligatorias sólo si el ascensor circula por el interior de una caja cerrada por sus cuatro costados. Las puertas de acceso al ascensor estarán exentas de exigencia de resistencia al fuego, pero serán de materiales no combustibles. En Artículo 4.3.6. se señala que para los efectos previstos en el presente Capítulo, se entenderá por muro cortina el muro de fachada no soportante, constituido por elementos unidos entre ellos y a su vez fijados a los elementos estructurales horizontales y/o verticales del edificio. En edificios con muro cortina, de existir separación entre dicho muro y los entrepisos o con los muros divisorios, ella deberá rellenarse de tal modo que el conjunto asegure, como mínimo, la resistencia al fuego correspondiente a la clase F-60, según la norma NCh 935/1 o la que la reemplace. Los ductos de toma de aire de los equipos de presurización de las escaleras deberán contemplar una resistencia mínima al fuego de F-60 en toda su extensión. 33 Artículo 4.3.13. En los edificios que cuenten con sistema central de aire acondicionado, se deberá disponer de detectores de humo en los ductos principales, que actúen desconectando automáticamente el sistema. Se dispondrá, además, de un tablero de desconexión del sistema central de aire acondicionado ubicado adyacente al tablero general eléctrico. Artículo 4.3.15. Todo ducto de humo deberá salir verticalmente al exterior y sobrepasar la cubierta en al menos 1,5 m, salvo que se trate de viviendas unifamiliares en las que dicha altura podrá ser menor. Los ductos de hornos, calderas o chimeneas de carácter industrial se construirán con elementos cuya resistencia mínima al fuego corresponda a la clase F-60, no permitiéndose la colocación de elementos de madera a una distancia menor de 0,20 m de dichos ductos y a menos de 0,60 m de cualquier hogar de chimenea. Artículo 4.3.19. Los ductos de ventilación ambiental entre unidades funcionales independientes, exceptuados los de aire acondicionado, serán de material con resistencia mínima a la acción del fuego correspondiente a la mitad de la requerida para los muros exteriores de la unidad en que se ubican, y no contendrán cañerías ni conducciones de instalaciones de ninguna especie. Los ductos colectivos de campanas de cocina, y aquellos de uso industrial, tales como los de cocinas de restaurantes, colegios, hoteles, y similares, deberán contemplar registros que permitan mantenerlos interiormente libres de adherencias grasas. Artículo 4.3.22. Será obligatorio el uso de sistemas de protección activa en las edificaciones de 3 o más pisos destinadas a la permanencia de personas, en los casos que no pueda garantizarse la evacuación de los ocupantes por sus propios medios o en los que por razones de seguridad se contemplen cierres no controlables por sus ocupantes, tales como sectores de enfermos no ambulatorios en hospitales, locales para el cuidado de personas con serias patologías mentales, lugares de detención o reclusión de personas, y 34 similares. Se exceptúan de lo señalado en el inciso anterior las edificaciones cuya carga de ocupación sea inferior a 50 personas. Artículo 4.3.23. Los empalmes de gas de red y los estanques para almacenamiento de gas licuado, se proyectarán de manera tal que en caso de incendio no impidan la evacuación del edificio y cuenten con dispositivos de fácil acceso para que los bomberos corten el suministro de gas. El término gas de red corresponde a lo definido en la Ley N° 18.856, artículo 2°, y comprende el gas de ciudad, el gas licuado en fase gaseosa y el gas natural. Artículo 4.3.24. Toda edificación podrá ser subdividida en compartimentos independientes, mediante muros de compartimentación que cumplan con una resistencia al fuego F- 120 o superior. En tales muros se admitirán puertas o tapas de registro, siempre que tengan una resistencia al fuego de a lo menos F-60 y, en el caso de las puertas, contemplen cierre automático. La compartimentación permitirá independizar áreas dentro de un mismo edificio con el fin de mejorar sus condiciones de seguridad y reducir la superficie de cálculo para los efectos de la aplicación de las tablas del artículo 4.3.4 de este mismo Capítulo. Artículo 4.3.26. No requerirán protección contra el fuego las edificaciones de un piso realizadas con elementos de construcción no combustibles, que cumplan con los siguientes requisitos: 1. Tener una carga de ocupación inferior a 100 personas. 2. Contemplar en todos sus recintos una carga combustible media inferior a 250 MJ/m2. 3. Asegurar su ocupación sólo por personas adultas que puedan valerse por si mismas. 4. Tener destino de equipamiento. 35 5. Estar separada de los deslindes por una distancia no inferior a 4 m. Tratándose de edificaciones con protección activa, se podrá aumentar la altura en 1 piso y la carga de ocupación en un 50%. 36 3.2. Comentarios. Aun existiendo normativa referente a la arquitectura frente a incendios, como lo señala el capítulo 4, título 3 de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción, no existen normas que señalen como construir y/o diseñar un edificio en cuanto a control de humos se refiere. En Chile, tampoco hay precedentes en la aplicación de normativas de control de humos en edificios de menor envergadura como lo es el edificio de Ingeniería Civil en Obras Civiles, aunque se puede tomar como referencia el Edificio Apoquindo 4001 en Santiago, así como el Edificio Costanera Center, también en Santiago, pero como se menciono anteriormente son de mayor superficie que el edificio en cuestión. 37 CAPITULO IV: CONTROL DE HUMO 4.1. . Descripción general del control de humos. Conceptos. 4.1.1. Descripción general. Botta (2011), define humo como un conjunto o masa visible de partículas sólidas y líquidas en suspensión, y la mezcla de vapores y gases calientes que se produce durante el proceso de combustión, y la cantidad de aire que se ve, de alguna manera, mezclado en esa masa. Con el fin de describir el movimiento de humo en edificios, dicho tratamiento se divide en dos zonas generales. Según Botta (2011) estas zonas son: Zona de Humo Caliente: Este apartado recoge aquellas zonas del edificio en las cuales la temperatura del humo es lo suficientemente alta para que el cuerpo del humo tienda a elevarse hacia el techo, mientras que el aire limpio (o al menos, con menos polución) descienda hacia las partes más bajas del espacio en cuestión. Normalmente, esto ocurre en la habitación donde tiene origen el incendio. De la misma manera, dependiendo del nivel de la energía producida por el incendio y del tamaño de las aberturas que lo conectan, por ejemplo puertas abiertas, etc., las zonas de humo caliente surgen en las habitaciones adyacentes o pasillos. La ventilación de humo en los patios y el movimiento del humo en los pasillos abiertos hacia espacios donde se puede producir la combustión súbita generalizada, están en el entorno de la zona de humo caliente donde éste es elevado y conducido por las fuerzas producidas directamente por el incendio. Zona de Humo Frío: Este apartado incluye aquellas zonas del edificio donde se ha reducido la fuerza de las corrientes conductoras del incendio, debido a que el humo se ha combinado, o se ha transferido de alguna manera, con otros elementos. En estas zonas, el movimiento del humo se controla en primera lugar debido a otras fuerzas, tales como el 38 viento, los efectos de la calefacción mecánica, ventilación, aire acondicionado u otros sistemas que influyen en el movimiento del aire. En estas zonas el movimiento de humo es, esencialmente, el mismo que el movimiento de cualquier otro elemento de polución. Figura 4-1: movimiento horizontal y vertical del humo. Fuente: Astorga. 2009. 39 4.2. Características del humo y sus efectos. 4.2.1. Características En un incendio, el humo es la principal causa de las perdidas humanas, además, el humo que se mueve lo hace “caliente” y lleva gases incombustibles, además, el humo se transforma así en el principal medio por el cual el incendio se mueve y se extiende al resto de la instalación. Botta (2011), señala que tanto el movimiento de humo como de los gases de combustión dependen de una serie de condicionantes. Estos son, por una parte, los elementos constructivos y de compartimentación y, por otra, los fenómenos propios del fuego tales como incrementos de temperaturas y las diferencias de presiones. Dentro de un edificio, el mayor peligro es la fácil propagación del humo por todo el espacio no compartimentado adecuadamente y, por tanto, por aquellos medios o vías de escape verticales de evacuación que deberían estar en condiciones de permitir la libre circulación de los ocupantes de dicho edificio. La producción de humo en un incendio varía en función de la cantidad y tipo de elementos combustibles que existan en el interior del edificio afectado. Según sea el volumen de humos, éstos podrán llegar a disminuir la visibilidad, lo que puede producir problemas graves en cuanto a la evolución y extinción del incendio. El humo puede ser más o menos denso, pero, en cualquier caso, contendrá partículas tóxicas que pueden perjudicar a las personas. El volumen de humo y gases de combustión producida por el incendio es aproximadamente igual al volumen del aire arrastrado por el chorro ascendente de los productos de combustión y éste, a su vez, es función de la dimensión del fuego, el calor desprendido y la altura de la capa de aire limpio. Tanto la dimensión del fuego, como la distancia entre el piso y la capa inferior de humo y gases calientes, varían constantemente y, por consiguiente, es prácticamente imposible determinar o predecir la producción de humo en un incendio. Por ello, es necesario estudiar el movimiento del humo y de los gases de combustión, con el fin de poder controlarlo. 40 Clasificación de las zonas de humo según Botta (2011) Al producirse un incendio, éste: Genera calor. Cambia la mayor parte de los materiales quemados (combustible), desde su composición química original hasta uno o más componentes, por ejemplo, dióxido de carbono, monóxido de carbono, agua y otros componentes. . Figura 4-2: Combustión. Fuente: Viteri. 2009. A menudo (debido a que la combustión no llega al 100%, es decir, es incompleta) transporta parte del combustible, o llamados inquemados, como hollín u otros materiales. La mayor parte de calor se genera cuando los productos de combustible quemados permanecen en el conjunto de los productos que se liberan por el incendio. Esta masa expandida, es más ligera que el aire del entorno, y sube como una llamarada. Esta llamarada asciende en turbulencia y, debido a ello, proporciona grandes cantidades de aire al entorno de los gases ascendentes. Este arrastre: 41 Incrementa la masa total y volumen de la llamarada. Enfría la llamarada, mezclando el aire frío con los gases calientes ascendentes. Normalmente, la llamarada ascendente está más caliente en su parte central y más fría hacia los bordes que están en contacto con el aire frío. Diluye la concentración de los productos del incendio producidos en la llamarada. Movimiento del humo en la zona de humo caliente Desarrollo del Incendio. Botta (2011), señala que los incendios progresan exponencialmente una vez que ha transcurrido un tiempo de incubación y aparecen las llamas por primera vez, a este suceso se le llama ignición. A partir de ese momento entra en la fase de crecimiento caracterizado por un aumento continuo de la tasa de generación de calor hasta llegar a una tasa máxima. En algunos casos pudiera ocurrir una combustión súbita generalizada (Flashover) dentro del recinto de origen del fuego. Luego durante un cierto tiempo (el cual depende de la cantidad de combustible disponible) se estará generando calor a una tasa aproximadamente constante para luego empezar a decaer cuando el combustible se agota. 42 Fig. 4-3: Fases de desarrollo de un incendio. Fuente: CORMA. 2004. Penachos El calor de un fuego al aire libre se eleva en forma de columna de gases calientes, denominada penacho. La corriente de aire resultante absorbe aire frío en la base del fuego, en todas direcciones. Ese aire frío es también absorbido por el penacho, por encima del suelo, debido a la masa de aire caliente que se eleva. Ese movimiento de aire frío hacia el penacho se llama arrastre y enfría la temperatura del penacho, a medida que aumenta su altura. La propagación del fuego se produce principalmente por la ignición por radiación de los combustibles de los alrededores. La velocidad de propagación del fuego a los sólidos será generalmente baja, a no ser que esté fomentada por el movimiento del aire (viento) o por superficies inclinadas. (Botta, 2011). 43 Fig. 4- 4. Penachos. Fuente: Botta. 2008. Fuegos al aire libre Si no existe un techo sobre un fuego y éste está lejos de las paredes, los gases y el humo calientes del penacho se elevan verticalmente. Esta situación se produce en los incendios al aire libre. Las mismas condiciones se pueden dar en un edificio, en las primeras fases cuando el penacho es pequeño o si el fuego se produce en un espacio amplio con techo alto, como un hall de entrada. La propagación del fuego a partir de un penacho al aire libre será fundamentalmente mediante la combustión por radiación de los combustibles que haya cerca. La velocidad de propagación en materiales sólidos será por lo general lento si no se ve asistida por el movimiento del aire (el viento en el caso de los fuegos al aire libre) o las superficies inclinadas que permiten el precalentamiento del combustible. (Botta, 2011) Incendios en Lugares Cerrados Cuando los penachos chocan con los techos o las paredes de una habitación, el hecho afecta a la circulación de humo y gases calientes y a la propagación del incendio. Los incendios con poca producción de calor y alejados de las paredes u otras superficies que los limiten, como el respaldo de un sofá, se comportarán como si estuvieran al aire libre. (Botta, 2011). 44 Incendios Limitados por un Techo Botta (2011), asegura que cuando se produce un incendio lejos de las paredes y existe sobre él un techo, los gases y el humo caliente del penacho chocan con la superficie del techo y se propagan en todas las direcciones, hasta que son interrumpidos por las paredes. A medida que los gases calientes se van propagando lejos del centro del penacho, bajo el techo se forma una capa fina. El calor es conducido desde esa capa hasta la parte superior del techo y el fenómeno arrastra aire frío de abajo arriba. Esta capa es más gruesa y caliente cerca del centro del penacho y se va haciendo más fina y fría a medida que aumenta su distancia (r) a ese centro. Como en el caso de un fuego al aire libre, la temperatura del penacho disminuirá a medida que aumenta su altura sobre el fuego. Además, debido a su enfriamiento por el arrastre de aire y a la pérdida de calor en el techo, la temperatura de la capa del techo disminuye a medida que aumenta su distancia (r) al centro del penacho. La propagación del fuego a través de una pluma limitada por el techo, se produce por la ignición de los materiales combustibles del techo o las paredes, de los combustibles que hay alrededor, como el contenido de la habitación o almacén o por una combinación de ambos mecanismos. Los gases de la capa superior (humo) pueden transmitir calor a los materiales de esa capa, por convección y radiación. La transmisión de calor por debajo de la capa de humo es principalmente por radiación. El fuego se propaga más rápidamente cuando el penacho está limitado por el techo que cuando no lo está. 45 Fig. 4-5. Incendios Limitados por un Techo. Fuente: Botta. 2008. Fuegos Interiores y Combustión Súbita Generalizada. (Botta, 2011). El calor de un fuego en una habitación está limitado por las paredes y por el techo. La proximidad de las paredes produce un desarrollo más rápido de la capa de gases caliente en el techo así como la creación de una capa mucho más gruesa. La figura 3-6 representa una habitación con una puerta. En la habitación hay dos elementos combustibles: uno es el que ha ardido en primer lugar y el otro es el “secundario” o que arde en segundo lugar. Inicialmente, la capa del techo es fina y se produce una situación como si no hubiera paredes. Sin embargo, a medida que los gases alcanzan las paredes y no se pueden propagar horizontalmente, la parte inferior de la capa va descendiendo y va alcanzando un grosor uniforme. Los detectores de humo de la habitación origen del fuego responderán generalmente antes en esta fase del desarrollo del fuego. Si el fuego aumenta de tamaño, la parte inferior de la capa del techo irá descendiendo, la temperatura de los gases y humos calientes irá aumentando y el calor radiante de la capa empezará a calentar el combustible secundario que no había ardido. En la salida se crea un esquema de corriente perfectamente definido, con los productos calientes de la combustión saliendo por arriba y el aire frío, o mejor dicho más frío que el que sale, entrando en la habitación por debajo de la capa del techo. Al principio de esta fase 46 de la combustión existe aire suficiente para quemar todos los materiales que pirolizan. Esto se denomina combustión dependiente del combustible. A medida que avanza la combustión, el aire disponible seguirá siendo suficiente y el fuego puede continuar propagándose con oxígeno suficiente. Normalmente esto sucedería en una habitación con una puerta o ventana grande en comparación con la superficie combustible que arde. En tales casos, los gases acumulados en la parte superior de la habitación, mientras están calientes tienen oxígeno suficiente y cantidades de combustible sin quemar relativamente pequeñas. Si la cantidad de aire existente en la habitación, más la que pueda entrar a través del sistema de ventilación y aire acondicionado o de las aperturas, no es suficiente para quemar todos los combustibles pirolizados por el fuego, éste cambiará de depender del combustible a depender de la ventilación. En esta situación, la capa del techo contiene productos de la combustión sin quemar, es decir los llamados inquemados como los vapores de hidrocarburos, monóxido de carbono y hollín. En general, en la capa del techo no habrá oxígeno suficiente para que ardan estos materiales. En ambos casos, los gases pueden estar a una temperatura superior a la necesaria para pirolizar los materiales combustibles de los acabados que están en contacto con la capa caliente. A medida que el fuego sigue creciendo, la temperatura de los gases de la capa del techo se aproxima a los 480°C, aumentando la intensidad de la radiación hacia los materiales combustibles de la habitación. La temperatura superficial de estos combustibles aumenta y se producen gases de pirólisis que se calientan hasta su temperatura de ignición. Cuando la temperatura de la capa superior se acerca a unos 590°C, los gases de la pirólisis de los materiales combustibles se queman a lo largo de la parte inferior de la capa del techo. Este es el fenómeno conocido como “Flashover” o combustión súbita generalizada. El término “llamas de techo” se utiliza a menudo para describir un estado en el que las llamas se propagan sólo a través o a lo largo de la capa del techo, sin afectar a la superficie de los combustibles secundarios. Las llamas de techo suelen preceder a la combustión súbita generalizada, pero eso no quiere decir que siempre que haya llamas en el techo se produzca dicha combustión. 47 La combustión súbita generalizada representa el paso de un estado en el que el fuego está dominado por la combustión del primer elemento que ha ardido (y los objetos que haya alrededor sometidos a ignición directa), a otro en el que arden todos los elementos de la habitación. La combustión súbita generalizada es un elemento desencadenante, no un acontecimiento final. Después de la combustión súbita generalizada se pasa a lo que se llama implicación de toda la habitación. Cuando se ha llegado al estado de combustión súbita generalizada, en la mayoría de los casos se pasa a la fase de implicación de toda la habitación, a no ser que se haya agotado el combustible, el oxígeno o que se haya extinguido el fuego. En la fase de implicación de toda la habitación, la capa caliente puede llegar al nivel del suelo, pero tanto en los ensayos como en los fuegos reales se ha visto que la capa caliente no siempre llega a ese nivel. En el momento de la combustión súbita generalizada, la puerta de la habitación es un obstáculo a la cantidad de aire para la combustión que hay dentro de la habitación y la mayoría de los productos de la pirólisis arden fuera de la misma. Antes de la combustión súbita generalizada se produce la fase de llamas en el techo, que como hemos dicho no siempre da lugar a la combustión generalizada, sobre todo si es una habitación grande, de techo alto o si la cantidad de combustible presente es limitada. La investigación con ensayos de fuegos en edificios residenciales con mobiliario moderno, ha demostrado que desde que empieza a arder el combustible hasta la combustión súbita generalizada pueden transcurrir sólo 1,5 minutos, y otras veces ni siquiera se produce. La liberación de calor en el caso de una habitación en la que se ha producido la combustión súbita generalizada, puede ser del orden de los 10.000 KW (10 Megawatios) o más. 48 Fig. 4-6: Flashover. Fuente: Botta. 2008. 49 4.2.2. Efectos. Las muertes en los incendios suelen ser producidas por el humo, que, al igual que muchas de las sustancias tóxicas producidas por el fuego, son el resultado de combustiones completas e incompletas. Hay dos razones fundamentales para la muerte por sofocación según Lacosta (1998): – El humo de los incendios contiene sustancias asfixiantes que, dependiendo del tipo y de la concentración, pueden conducir a la muerte en un plazo de tiempo muy breve. – El humo de los incendios contiene sustancias denominadas como «irritantes». Inhalar esas sustancias puede producir quemaduras en los pulmones y en el tracto respiratorio. El efecto combinado de ambas causas es generalmente la razón del envenenamiento y de los daños internos que afectan a las víctimas de los incendios. En la tabla 1 que viene a continuación se observan diversos valores límites para algunas de las sustancias producidas en los incendios. La sustancia tóxica más importante en cualquier situación de incendio en la que estén presentes materiales orgánicos es el monóxido de carbono (CO), cuya producción se ha mostrado que depende del combustible y del nivel de ventilación. Rashbash y Stark (1996), han mostrado que la producción de CO en incendios de recintos a pequeña escala se relaciona muy bien con el factor de ventilación del recinto y con la carga térmica. Además de CO, los materiales que contienen nitrógeno en su estructura química pueden producir HCN y/o óxidos de nitrógeno. La figura a continuación indica concentraciones y dosis de exposición máximas tolerables para sustancias producidas en la combustión y diferentes tiempos de exposición: 50 Tabla 4-1: Concentraciones y dosis de exposición máximas tolerables para sustancias producidas en la combustión y diferentes tiempos de exposición. Fuente: Mapfre seguridad. 1998. Emisión de humo y visibilidad. (Lacosta, 1998). El conocimiento de la facilidad que tiene un material para producir humo es importante y puede medirse, experimentalmente en condiciones controladas, en una cámara de densidad de humos, en la que el humo se recoge en un volumen determinado y se miden las observaciones resultantes. Uno de los métodos más conocidos es el de la cámara ISO 5659: Parte 2, en el que se realiza la medida de la cantidad de luz transmitida a través del humo como una fracción (o porcentaje) de la luz inicial transmitida por el sistema óptico. El mínimo porcentaje de luz transmitida se emplea Con materiales como las poliamidas y los poliuretanos pueden esperarse que se produzcan tales sustancias durante su combustión. Esto ha sido demostrado tanto experimentalmente en ensayos de laboratorio como durante fuegos experimentales a gran escala. El HCN tiene una potencia tóxica muy superior a la del CO. Sin embargo, debido a que la producción de HCN es generalmente muy baja incluso para fuegos en los que están 51 presentes grandes cantidades de sustancias nitrogenadas, el CO que se desprende supone un riesgo mayor. Se sabe que algunos materiales producen grandes cantidades de humo y de gases tóxicos. De aquí se deduce la necesidad de que estos materiales no sean empleados en situaciones en las que se necesiten largas vías de escape o tiempos de evacuación importantes, o donde los ocupantes tengan una disminución en sus capacidades respiratorias. 52 4.2.3. Propagación y Control. Las razones para extraer el humo del interior de un edificio según Botta (2011) son principalmente: Protección de personas. La causa principal del número de pérdidas humanas no es sólo la invasión del humo en la zona afectada por el incendio, sino el que pueda afectar a los medios y vías de evacuación que necesitaran estar en condiciones de permitir la circulación de los ocupantes hasta un lugar suficientemente seguro. Facilitar la evacuación segura de los ocupantes del edificio. Evitar la propagación del incendio. Disminuir los efectos de las altas temperaturas sobre la integridad estructural de los edificios sometidos a los efectos del incendio y con ellos también aumentar la posibilidad de evacuación de los ocupantes. El manejo de humo debe ser visto como solo una parte de los sistemas de protección contra incendios. Dos enfoques básicos para la protección contra incendios son para evitar la ignición en los incendios y manejar el impacto del fuego. Los ocupantes del edificio y administradores tienen la principal función en la prevención de la ignición. El equipo de diseño del edificio puede incorporar características en el edificio para asistir a los ocupantes y gestores en este esfuerzo. Debido a que es imposible evitar la ignición completa de fuego, el impacto del manejo de incendios ha asumido un papel importante en el diseño de proteccion contra incendios. Compartimentación, extracción, control de materiales de construcción, sistemas de salida y el control de humo son algunos ejemplos. El manual de Proteccion contra Incendios (NFPA 1997), Manual de Ingeniería de Proteccion contra Incendios (SFPE 2000) y NFPA 550 (NFPA 1995), contienen información detallada sobre la seguridad contra incendios. 53 Muchos factores afectan al diseño del sistema de control de humo. Antes de que el diseño real del sistema mecánico puede proceder, las limitaciones potenciales del sistema deben ser determinados y establecidos en los criterios de diseño. A continuación se enumeran consideraciones propias del diseño del sistema de control de humos. (Klote et al 2002): Ocupación: Tipo y características. Plan de evacuación. Áreas de refugio. Distribución de la densidad de los ocupantes. Requisitos de soporte de vidas humanas. Forma de detección y alarma de incendios. Características de respuesta a las alarmas del cuerpo de bomberos. Características del sistema de supresión del fuego. Tipo de calefacción, ventilación y aire acondicionado. Sistemas de gestión de energía. Disposiciones de seguridad del edificio. Controles. Amenazas de potenciales incendios. Compartimentación interna y características arquitectónicas. Construcción de vías de escape. Temperatura exterior. Velocidad del viento. Botta (2011), señala que el movimiento de humo en edificios de gran altura puede revertir formas completamente distintas a las del humo en edificios bajos. En éstos, son las características del propio incendio, tales como el calor, los movimientos de convección y las presiones del incendio, los principales factores que influyen en el movimiento del humo. Los métodos de extracción y ventilación del humo son consecuencia de ello. En los edificios altos, en cambio, estos factores están muy modificados por el efecto de chimenea, 54 que es el movimiento vertical natural del aire a través del edificio causado por las diferencias de temperatura y de densidad entre el aire interior y el exterior. Este efecto de chimenea puede convertirse en un factor importante en el movimiento del humo y en las características del proyecto del edificio. Los factores predominantes que causan el movimiento del humo en los edificios altos son: - La expansión de los gases debida a la temperatura. - El efecto chimenea. - La influencia de la fuerza del viento externo. - El movimiento de aire forzado en el interior del edificio. El Efecto Chimenea El efecto chimenea es responsable de la mayor parte de los movimientos naturales del aire en el interior de los edificios normales. Durante un incendio este efecto es, a menudo, responsable de la amplia distribución de humo y gases tóxicos en edificios de gran altura. Los informes de incendios confirman que el humo puede circular por los huecos de escaleras y de ascensores en volúmenes importantes, aunque las puertas de accesos a estos lugares estén cerradas. El efecto chimenea produce una fuerte y característica corriente ascendente desde la planta baja a la última de los edificios altos. Su magnitud está en función de la altura del edificio, de la estanqueidad frente al aire de los cerramientos exteriores, de las filtraciones entre los pisos del edificio y de las diferencias de temperatura entre el interior y el exterior. Las altas temperaturas producidas en un incendio originan la expansión de los gases, llegando a ocupar tres veces el volumen inicial y obligando a que el humo salga de recinto. A medida que la temperatura se incrementa, los gases producidos irán ocupando un mayor volumen, efectuándose la propagación de éstos a otras zonas vecinas, donde los gases calientes se enfriarán contrayéndose a su volumen original. Sin embargo, aunque los gases desplazados acaban por enfriarse a la temperatura ambiente, el efecto de la expansión, mientras duran las condiciones de incendio, se traduce en un aumento del volumen de humo desplazado. Para ilustrar el principio del efecto de chimenea, consideremos una caja 55 que tenga una sola abertura cerca de su parte inferior y otra cerca de su parte superior, tal como se ve en la figura inferior (A). (Botta, 2011) Fig. 4-7: Principio del efecto de chimenea. Fuente: RED PROTEGER. 2008. Fig. 4-8: Diferencia de presión que genera el efecto chimenea y ubicación del plano neutral. Fuente: Astorga. 2009. 56 La siguiente figura muestra la circulación del humo producido por una diferencia De signo positivo, generando el Efecto Chimenea. Fig. 4-9: Descripción de movimiento del humo producto del efecto chimenea. Fuente: Revista Argentina del frío. 2001. Según Botta (2011), la corriente natural teórica entre las dos aberturas se origina por la diferencia de peso entre la columna de aire (presión) en el interior de la caja y otra 57 columna de aire (presión) de iguales dimensiones, en el exterior. El movimiento vertical del aire en el interior de un edificio se origina por esta corriente natural o efecto chimenea, como se denomina generalmente. La magnitud del efecto depende de la diferencia entre las temperaturas interior y exterior y de la distancia vertical entre las aberturas. Si las temperaturas interior y exterior son iguales, no se produce movimiento natural de aire. Si temperatura inicial menor o igual a temperatura final el aire se mueve en forma ascendente, actuando como boca de entrada la abertura inferior y como boca de salida la abertura superior. El efecto chimenea invertido se produce cuando Temperatura final mayor o igual que temperatura final. En estas condiciones, la abertura superior es la boca de entrada y la inferior, la boca de salida. La parte (B) de la figura 4-7 ilustra las presiones a que dan lugar estos movimientos. Si en esta figura se supone que Temp. inicial ≤ Temp. final, la presión exterior será mayor que la interior en el nivel de la abertura interior. Esta es una presión positiva que impulsa al aire hacia el interior del edificio en dicho punto. La presión exterior al nivel de la abertura superior es menor que la presión interior, lo que crea una presión negativa en ese punto que obliga a salir al aire hacia el exterior. Se supone que la distribución de presiones entre estos dos puntos es lineal. En el caso de existir una abertura en la pared exterior en una región de presión positiva, el aire entraría en el edificio. Una abertura de una región de presión negativa habría que el aire se escapara del edificio. El plano de presión neutra indica la situación en la que las presiones internas y externas son iguales. Si hubiera una abertura en este nivel, el aire ni entraría ni saldría. Influencia de los Forjados y Tabiques. (Botta, 2011). La corriente teórica descrita anteriormente se ve modificada en los edificios reales por la presencia de forjados y tabiques, barreras que impiden el libre movimiento del aire, aunque puede producirse una circulación importante a través de las aberturas existentes en ellas. El Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá hizo unos estudios sobre la aeroestanqueidad de los elementos de construcción en cuatro edificios que abarcaban desde 9 a 44 pisos. 58 Los datos se dan en la tabla siguiente: Elemento de construcción. Estanqueidad en la pared Paredes exteriores del Estanca. edificio (incluye grietas de construcción, grietas Termino medio. alrededor de ventanas y Floja. puertas) Paredes de huecos de escalera (incluye grietas de construcción, pero no las grietas alrededor de las puertas). Paredes de huecos de ascensor (incluye grietas de construcción, pero no las grietas alrededor de las puertas). Suelos (incluye grietas de construcción y grietas alrededor de las hendiduras) Relación de las áreas (A/Aw) 0,70 x 10-4 0,21 x 10-3 0,42 x 10-3 Muy floja. 0,13 x 10-2 Estanca. 0,14 x 10-4 Termino medio. 0,11 x 10-3 Floja. 0,35 x 10-3 Estanca. 0,18 x 10-3 Termino medio. 0,84 x 10-3 Floja. 0,18 x 10-2 Termino medio. A/AF 0,52 x 10-4 Nota: A= área de filtración. AF=área del suelo. AW= área de la pared. Tabla 4-2: Aeroestanqueidad de los elementos de construcción. Fuente: RED PROTEGER. 2008. Donde el nivel de estanqueidad está basado en las mediciones de presurización en construcciones y la razón de áreas que permite definir la capacidad de un elemento de construcción para impedir el paso de llamas o gases calientes a través de él, por un determinado periodo de tiempo Estas áreas de filtración de aire son suficientes para permitir un movimiento de aire importante a través de un edificio. La mayor parte del aire fluye hacia los huecos verticales, 59 tales como los de escaleras y ascensores. Parte del aire fluirá verticalmente de piso a piso a través de las pequeñas aberturas de los forjados. Este movimiento de piso a piso está siempre ocasionado por una diferencia de presión entre pisos contiguos. Efecto del Viento Las condiciones ambientales de aire y temperatura también influirán sobre el movimiento de humo dentro de un edificio, ya que aquéllas afectan al movimiento natural del aire en el mismo. La acción del viento es otro factor importante que influye sobre el comportamiento del movimiento del humo. También en este aspecto los edificios altos y bajos se comportan de una forma diferente. (Botta, 2011). Fig. 4-10: Efecto del viento en elevación. Fuente: Botta. 2008. 60 Fig. 4-11: Efecto del viento en planta. Fuente: Botta. 2008. Edificios Bajos La figura posterior muestra la distribución de presión del aire en los cuatro costados y la cubierta de un edificio bajo. La vista de planta de las presiones indica que la pared opuesta al viento está sometida a una presión hacia dentro, mientras que la cara contraria y las dos laterales experimentan una presión ascendente, cuya magnitud máxima se da en su borde expuesto al viento. Estas presiones las causa el movimiento de una masa de aire que circula alrededor y por encima de la estructura. En un edificio bajo y ancho, el volumen del aire que se mueve por encima de la cubierta es mayor y, proporcionalmente, el movimiento por los costados, menor. En cambio, un edificio alto y estrecho origina un mayor volumen de aire a lo largo de la línea de menor resistencia, es decir, alrededor del edificio, y un menor movimiento por la parte superior. La velocidad de estos movimientos determina la intensidad y dirección de las presiones ejercidas sobre el edificio. (Botta, 2011). 61 Fig. 4-12: Distribución de presión del aire en los cuatro costados y la cubierta de un edificio bajo. Fuente: Botta. 2008. Edificios Altos Al incidir un viento de cierta importancia sobre la fachada de un edificio alto, el plano de presión neutra se verá influenciado y modificado. La acción del viento originará un efecto aspirante en el hueco vertical debido a la presión negativa en la cubierta. El plano de presión neutra estará situado más cerca de dicha cubierta en la zona más afectada por el viento y, por el contrario, más alejada de la cara opuesta. De esta forma, se puede observar cómo las presiones positivas del viento elevan el plano de presión neutra, mientras que las negativas lo hacen descender. (Botta, 2011). 62 Fig. 4-13: Influencia del viento en incendios en edificios altos. Fuente: Botta. 2008. Aberturas de Ventilación. (Botta, 2011). Las aberturas de ventilación influirán notablemente en la situación del plano de presión neutra. Cuando existe un hueco vertical en su parte superior, el plano de presión neutra estará más cerca de la parte alta del edificio. Al desplazarse el plano de presión neutra hacia arriba, existirá un mayor número de pisos que estarán en sobrepresión con respecto al hueco de ventilación. De esta forma, aumentará el número de entradas al hueco y disminuirán las aberturas que actúan como salidas. Por el contrario, si se ventilara la parte inferior del hueco vertical, el plano de presión neutra descenderá, con lo que todo el edificio quedaría prácticamente invadido por el humo, ya que en este caso habría más plantas en depresión con respecto al hueco. Si en el edificio existiera una torre de humos que ventilara la zona afectada por el incendio, se 63 conseguiría que todos los pisos estuvieran en sobrepresión con respecto al conducto de humos. De esta forma, la zona del incendio quedaría en depresión respecto al resto del edificio, evitando así la circulación del humo y de los gases por dicho edificio, excepto por los conductos que han sido diseñados para tal fin. Circulación de humo por las conducciones de aire acondicionado Botta (2011), señala que debido a la posibilidad de circulación de humo a través de los conductos del aire acondicionado, se debe cortar el servicio de aire acondicionado en caso de incendio. Con el sistema de inyección de aire detenido, las montantes de conductos verticales también actúan como vanos de posible circulación de humo a los pisos superiores. Esta particularidad también hace que se deban colocar “dampers” (regulador de tiro) para reducir este riesgo hasta valores aceptables. En caso de edificios muy altos (más de 16 pisos), es recomendable facilitar la expulsión del humo producto de un incendio antes de que este ascienda a los pisos superiores. Así pues y tomando el ejemplo de un edificio de 16 pisos, puede definirse un equipo en el piso 8° y aspirar por el retorno el humo generado por un incendio entre la planta baja y el 7° piso; de igual forma un equipo situado en el piso 16° aspirará la generación de humo que se produzca entre el 8° piso y el 16° piso; expulsando al exterior esta mezcla de humo y aire a través de conducto y reja de expulsión. Otra posibilidad en caso de no contar con extracción mecánica es contar con dampers de expulsión en el tope de las montantes. Dampers Cortafuegos y Dampers para Control de Humos Según Botta (2011), la designación de damper cortafuego se aplica a aquellos elementos destinados a impedir la migración de fuego de un ambiente a otro. Sin embargo, la particularidad entre estos ambientes radica en que entre ellos debe existir una división de riesgo concebida para soportar 1½ o 3 horas de fuego manteniendo su condición estructural con una razonable integridad, así pues concebida ya para la protección de vidas humanas como para la separación y protección de locales que garanticen la continuidad de las operaciones. 64 Según las normas DIN, estos equipos deben tener las siguientes características: - Deben resistir fuego (R-120 – UNE 23-802-79). - Ser estancos al humo (DIN 4102). - Impedir que se transmita la temperatura del lado donde hay fuego hacia el otro lado. Según las normas NFPA, estos equipos deben resistir solamente el fuego y ser estancos al humo, por consiguiente las anteriores son más robustas en su construcción. Cuando se trata de controlar el humo como hemos visto al principio del desarrollo del tema, se está frente a la situación de evitar que el humo frío con una temperatura por debajo de 80°C en el inicio del incendio, se propague a otros ambientes con riesgo de alcanzar los vanos verticales libres. Puesto que con baja temperatura el fusible sensible al calor no actúa, un dispositivo eléctrico (o electroneumático) actuará el “damper”, de forma que sin tensión cambia de posición. Esta modalidad solo puede ser lograda mediante la participación del detector de humo como dispositivo iniciador. Sin la instalación de un damper cortafuego, este se propaga a otros locales a través del conducto de retorno; pero mediante la instalación de este dispositivo y el aviso de alarma del detector de humo, tan pronto este produce la activación del esquema operativo de emergencia, el humo podrá ser expulsado al exterior. A continuación se detalla mediante fotografías el funcionamiento de dampers. 65 Sistema Completo: Fig. 4-14: Sistema completo. Fuente: Surrey Aire Acondicionado. 2012. 1. Se inyecta aire en la habitación enfriado y deshumificado. Fig. 4-15: Inyección. Fuente: Surrey Aire Acondicionado. 2012. 66 2. El termostato advierte que la temperatura es correcta: Fig. 4-16: Termostato. Fuente: Surrey Aire Acondicionado. 2012. 3. El damper se cierra. Fig. 4-17: Damper. Fuente: Surrey Aire Acondicionado. 2012. 67 4. Al cerrarse el damper aumenta la presión en la tubería principal. Lo que hace que el humo salga. Fig. 4-18: Aumento de presión interior. Fuente: Surrey Aire Acondicionado. 2012. 5. el aire sobrante regresa al exterior. Fig. 4-19: Retorno. Fuente: Surrey Aire Acondicionado. 2012. 68 Fig. 4-20. Damper cortafuego. Fuente: Revista Argentina del frío. 2001. Fig. 4- 21: Damper para el control de humo. Fuente: Revista Argentina del frío. 2001. 69 4.3. Métodos para el control de humo. Según Botta (2008), la decisión de emplear algún método de control del humo estará en respuesta a una amenaza percibida por la presencia de humo en caso de incendio. El método de control del humo empleado, si hay alguno, estará determinado principalmente por la ocupación del edificio. Esa ocupación, en el contexto de este trabajo, tiene dos componentes: cantidad de personas y función del edificio, que determinarán, básicamente, las prioridades que influirán en la decisión acerca de si se emplea o no un método de control de humo y de cuál emplear. Ambos componentes están presentes en todas las categorías generales que se indican, pero asumirán quizá diferentes niveles de prioridad para cada uno. Así, en edificios de pública concurrencia e institucionales, la seguridad de la vida de los ocupantes será la consideración dominante, mientras que en los edificios tipo industrial, en los que proporcionalmente puede haber poca gente, el factor dominante puede ser evitar el daño a los contenidos y limitar el daño por el fuego al edificio. Los sistemas para control del humo pueden clasificarse como sistemas naturales o mecánicos. Los sistemas naturales de control del humo confían en los factores ambientales para mover el humo hacia el exterior de los espacios ocupados, mientras que los sistemas mecánicos utilizarán la energía desarrollada por sistemas mecánicos para mover el humo a través de caminos predeterminados. El término “control de humos”, se refiere a los métodos que se pueden utilizar, solos o combinados, para modificar el movimiento del humo en beneficio de los ocupantes, de los bomberos y para evitar mayores daños materiales. Para controlar el humo de un fuego se emplean los siguientes métodos: Extracción. Dilución. Compartimentación o Confinamiento. Presurización. 70 4.3.1. Extracción Botta (2008), señala que la extracción del aire se consigue creando un gradiente de presión negativo en sentido ascendente a lo largo de un conducto vertical de salida, mediante ciclones o ventiladores cuyo arranque puede ser automático combinado con la detección o alarma de incendio o manual. Los conductos para la eliminación del humo pueden ser específicos para este fin, denominados pozos o torres de humo, aunque en ocasiones puedan utilizarse canalizaciones de aire ya instaladas en el edificio. Este último procedimiento no es recomendable a no ser que se utilice como complemento de otras instalaciones. Las torres o pozos de humo son conductos especialmente diseñados para la eliminación del humo y gases de combustión producidos por un incendio. Dichos conductos verticales recorren el edificio y a nivel de cada planta se dispone de trampillas que permiten la circulación de los humos y gases para su extracción. Las trampillas serán de apertura automática y se conectarán simultáneamente con el arranque de los medios mecánicos de extracción de la torre de humo. Esta forma de extracción del humo mediante extracción es la más recomendada para el caso de edificios subterráneos y con escasa ventilación. Para los edificios altos se recomienda el método de extracción combinado con otros, como el de presurización. 4.3.1.1 Extracción para Estacionamiento Subterráneo de Autos La figura siguiente muestra una instalación de un sistema de extracción para un aparcamiento de autos subterráneos. Fig. 4-22: Extracción para estacionamiento subterráneo de autos (a). Botta. 2008. 71 Las tres figuras siguientes muestran otro sistema de extracción para aparcamientos de vehículos, pero en este caso no existe conducción por medio de tuberías, sino una “seguidilla” de equipos de movimiento de aire que lo conducen entre todos al exterior. Fig. 4-23: Extracción para estacionamiento subterráneo de autos (b). Fuente: Botta. 2008. Fig. 4-24: Extracción para estacionamiento subterráneo de autos (c). Fuente: Botta. 2008. 4.3.2 Dilución La dilución se utiliza para mantener una concentración aceptable del humo en un lugar sometido a infiltraciones desde otro adyacente. Este procedimiento puede ser eficaz si la cantidad de humo que entra es pequeña comparada o bien con el volumen total del espacio a proteger o con el aire que entra para purgar y eliminar el humo de ese espacio. La dilución también puede ser beneficiosa para los bomberos, cuando tratan de eliminar el 72 humo después de un incendio. La dilución del aire contaminado, con aire limpio no es un método para producir un movimiento forzado del aire, sino una manipulación del mismo. Este método permitirá reducir la concentración de humos y gases, de modo que se alcance una dilución tal que sea tolerado para las personas y no se pierda la visibilidad. En general, el humo producido en un incendio, denso y sin diluir, puede alcanzar una densidad óptica por metro de valor 10, y en ocasiones, mayor. Esto implica que la visibilidad es casi nula (10 cm aproximadamente). Para un medio de evacuación la densidad aceptable es de 5 metros, como mínimo, lo que representa una densidad óptica por metro, máxima, de 0,2. Para alcanzar este nivel será preciso diluir el humo 50 veces. (Botta, 2008) 4.3.3 Compartimentación o Confinamiento Botta (2008), señala que este método para forzar el movimiento del humo consiste en confinarlo dentro de recintos o zonas donde su presencia no sea perjudicial y después moverlos al exterior. Por ello, la mejor situación y a la que deberá tenderse, es la de retener el humo generado por el incendio en el recinto donde éste ha tenido lugar. Fig. 4-25: Compartimentación. Fuente: Botta. 2008. Para conseguir que el humo y los gases de combustión queden en la zona afectada se emplean los siguientes elementos: - Barreras físicas o de humo: elemento constructivo vertical u horizontal, especialmente diseñado para controlar el movimiento del humo. 73 - Exutorio: claraboya situada en cubiertas o techos cuya apertura o cierre permite el control del humo producido por un incendio. Puede tener accionamiento manual y automático. - Presurización: método de control del humo mediante diferencias de presión, especialmente aquél que genera una mayor presión en el interior de los edificios. Las barreras físicas son obstáculos materiales al paso del humo que hacen que se concentre o circule el humo según los pasos o secciones destinadas a ello. Las barreras no constituyen por sí mismas un método de control de humo, pero, junto con el método de extracción, consiguen una gran eficacia. Este sistema exige un adecuado diseño de barreras físicas y de compartimentación de los sectores de incendio. Se consigue gran mejora del método de control de humo si, además, se combina con un sistema de extracción natural o forzada, según el caso. Aunque el diseño de un sistema concreto de control de humos representa una situación única para cada edificio, debe destacarse, de forma particular, la protección de escaleras y aquellos huecos verticales que pueden producir una propagación de los humos debido al efecto chimenea. 4.3.4 Presurización. (Klote et al 2002). La idea de la proteccion de humos por medio de sistemas de presurización es para restringir el movimiento de humo en un edificio en llamas. Para estudiar la eficacia de la presurización en el control de humo, el Instituto Politécnico de Brooklyn llevo a cabo una serie de experimentos de fuego en una oficina de 22 pisos en la construcción de la Iglesia en la calle 30 en Nueva York. Este edificio estaba programado para demolición. Materiales representativos combustibles de una oficina fueron quemados en los pisos 7 y 10. Este proyecto demostró que la presurización puede proporcionar “libertad de humo” durante una larga ausencia de aspersores para el fuego. El término “libre de humo” es usado para denominar esencialmente a la ausencia de humo, con la posibilidad de 74 cantidades insignificantes de productos de combustión que puede ser factible de ser mantenido. Otras pruebas a escala demostraron también que la presurización puede proporcionar un ambiente libre de humo en las salidas de grandes incendios, describe experimentos de visualización utilizando un modelo del eje de la escalera de un edificio de la calle de la Iglesia, donde vórtices estacionarios se observaron en las puertas abiertas. Estos vórtices son la razón de que el coeficiente de flujo a través de la puerta de una escalera abierta es alrededor de la mitad de lo que sería de otra manera. La torre de investigación cerca de Otawa se utilizo para un trabajo conjunto del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRCC) estudiaron el control de aspersores de humo. De nuevo se demostró que la presurización podría controlar el humo de grandes incendios (Tamura y Klote 1987 a, 1987 b, 1988). En la primavera de 1989, en NIST llevo a cabo una serie de experimentos de control de humo zonal, es un sistema que utiliza la presurización para restringir la migración de humo de la zona de origen del fuego. Una vez más, se demostró que la presurización podría controlar el humo de grandes incendios. Un análisis basado en los principios de la ingeniería fueron hechos de diferentes presiones producidos por el sistema de control de humos durante un incendio en el Hotel Plaza. Como se hace con el modelado de zona de fuego, las presiones hidrostáticas de las habitaciones fueron consideradas. Las tendencias generales de los valores calculados estaban de acuerdo con las mediciones y esto indica un nivel de aplicabilidad de modelado de zona de fuego para el análisis de sistemas de presurización de control de humo. La presurización produce corrientes de aire a gran velocidad en los pequeños espacios que quedan alrededor de las puertas cerradas y en las grietas de las paredes, evitando así que penetre el humo en ellos. Los sistemas de presurización más utilizados son los de cajas de escaleras, en ascensores es menos corriente utilizar esta técnica. 75 Muchas cajas de escaleras presurizadas están proyectadas y construidas con el fin de lograr, en el caso de que se declare un incendio en el edificio, un entorno aceptable para que los ocupantes puedan escapar. Es evidente que una caja de escalera puede conseguir este objetivo aunque penetre en ella cierta cantidad de humo. Cuando se abre una puerta en una escalera presurizada, la diferencia de presión entre esa puerta y las demás que permanecen cerradas puede ser muy grande. Las dos soluciones que se han encontrado a este problema son los sistemas de reducción de presión y los de realimentación. Un sistema de reducción que ha merecido gran atención por su sencillez y economía es el “sistema canadiense”. Sus características esenciales son que el aire entra a través de uno o más ventiladores, a caudales relativamente constantes, y que cuando se activa el sistema se abre automáticamente la puerta que comunica la escalera con el exterior, en el piso bajo. De este modo se elimina la fuente de las principales fluctuaciones de presión, que es la apertura y cierre de la puerta que comunica con el exterior. También hay que procurar que las entradas de aire exterior estén situadas en el lugar más eficaz posible respecto al punto donde la escalera se comunica con el piso bajo. Si se coloca una entrada de aire cerca de esta puerta, es posible que la mayor parte del aire que entra salga directamente al exterior cuando se abre la puerta, reduciendo así la presión en la escalera. La opción es que, con situar las entradas de aire sólo un piso por encima de la puerta exterior, se elimina esta posibilidad. A finales de los años 60 (siglo XX) apareció el concepto de “sándwich de presión”, que consistía en vaciar el piso donde se producía el fuego y presurizar los de alrededor para limitar el movimiento de humo. Este concepto ha evolucionado hoy hacia el de los sistemas de control de humo por zonas, según el cual, un edificio se puede dividir en “zonas de humo” separadas entre sí por suelos y paredes. Una “zona de humo” puede ser un piso o más de un piso. En el caso de que se declare un incendio, la diferencia de presión y la corriente de aire producidas por unos ventiladores mecánicos se pueden emplear para evitar que se propague el humo desde la zona donde se ha declarado el incendio a las zonas adyacentes. La concentración de humo en esta zona puede hacer que sea imposible permanecer en ella. En consecuencia, en un edificio, los ocupantes deben evacuar cuando antes la zona en la que se ha producido el fuego. 76 Fig. 4-26: Presurización. Fuente: INELCO INGENIERIA. 2009. 77 CAPÍTULO V. SISTEMAS PARA EL CONTROL DE HUMO EN EDIFICIOS DE HORMIGON ARMADO. CASO EDIFICIO “INSTITUTO DE OBRAS CIVILES UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE” 5.1. . Presentación del Proyecto. El edificio en cuestión corresponde al proyecto del edificio del Instituto de Obras Civiles de la Universidad Austral de Chile, estará ubicado en la comuna de Valdivia, XIV Región de los Ríos. La estructura consiste de tres pisos con una superficie total aproximada de 1170 m2. La primera planta posee una superficie de 420 m2 y los dos niveles restantes cuentan con 375 m2 aproximadamente. El presente proyecto corresponde a un edificio de tres niveles. El primero de ellos destinado a oficinas, bodega, y sala de taller. El segundo nivel destinado principalmente a oficinas y el tercero destinado a oficina y sala de reuniones. Todo estructurado en hormigón armado y acero estructural. 78 5.1.1. Proyecto de arquitectura. 5.1.1.1. Plantas de arquitectura: Fig. 5-1: Esquema Planta primer Piso. Fuente: Felipe Stolzenbach K. Arquitecto. 2011. 79 Fig. 5-2: Esquema Planta segundo Piso. Fuente: Felipe Stolzenbach K. Arquitecto.2011. 80 Fig. 5-3: Esquema Planta tercer Piso. Fuente: Felipe Stolzenbach K. Arquitecto.2011. 81 5.1.1.2. Elevaciones: Fig. 5-4: Esquema Elevación poniente y oriente. Fuente: Felipe Stolzenbach K. Arquitecto.2011. 82 Fig. 5-5: Esquema Elevación sur. Fuente: Felipe Stolzenbach K. Arquitecto.2011. 83 Fig. 5-6: Esquema Elevación norte. Fuente: Felipe Stolzenbach K. Arquitecto.2011. 84 5.2. Aplicación del diseño de Control de Humo según normativa vigente, nacional e internacional. 5.2.1. Normativa. 5.2.1.1 Normas UNE. Estas normas describen los sistemas de presión diferencial diseñados para retener el humo en barreras físicas no estancas al mismo en un edificio, por ejemplo, puertas (abiertas o cerradas), u otras aberturas parciales análogas. Cubre los métodos de cálculo de los parámetros de los sistemas de control de humo mediante diferenciales de presión, como parte del procedimiento de diseño. Proporciona procedimientos de ensayo de los sistemas utilizados, y describe los elementos más relevantes y críticos de la instalación, así como los procedimientos de montaje necesarios para la aplicación práctica del diseño proyectado en un edificio. Describe los sistemas para protección de las áreas de evacuación de los ocupantes, tales como las cajas de escalera, pasillos y vestíbulos, así como los sistemas idóneos para establecer una cabeza de puente protegida, para actuación de los equipos de extinción de incendios. 5.2.1.2. Normas NFPA. El objetivo de estas normas es suministrar a propietarios, diseñadores, y departamentos de incendio con un método evacuar humos en grandes espacios y de lugares sin compartimientos. Este guía suministra las metodologías para calcular la ubicación de humo dentro de un espacio grande debido a un incendio en un espacio adyacente. Estas metodologías comprenden la base técnica para ayudar con el diseño, la instalación, que prueba, operación, y mantenimiento de sistemas de dirección de humo. 85 5.2.2. Protección de las vías de evacuación mediante presurización de escaleras y ascensor según normativa UNE 100.040-96. 5.2.2.1. Objeto: La protección de las vías de evacuación mediante presurización tiene como objetivo la proteccion de las vías de evacuación de los edificios mediante este método. Además, se trata de establecer un flujo de aire en el edificio, que existe que el fuego provocado por un incendio pueda entrar en una vía de evacuación. Un sistema de presurización adecuado debe ser capaz de establecer el número de puertas que pueden estar simultáneamente abiertas cuando el sistema de control de humo está operando, sin afectar el funcionamiento de este. 5.2.2.2. Niveles: Los sistemas de presurización pueden diseñarse con diferentes medios de presurización. a) Con una sola etapa (emergencias) a 50Pa. b) Con 2 etapas. La primera de 15Pa de forma contínua en el espacio presurizado y la segunda a 50Pa, durante las emergencias. c) Con modulación entre 15 y 50Pa, dependiendo del número de puertas abiertas simultáneamente. 5.2.2.3. Presurización: a) Se adoptara un sistema de presurización separado por cada vía de evacuación cuando el acceso a la escalera desde otros espacios sea directo. b) O bien cuando sea a través del vestíbulo. c) Cuando exista un vestíbulo que tenga puertas que den acceso a locales que no estén destinados a estancia (aseos, hueco de ascensores, etc.), cada elemento de la vía de evacuación tendrá un sistema de presurización. 86 d) Si un pasillo forma parte de una vía de evacuación, la presurización puede llevarse hasta las puertas de acceso a los locales de estancia mediante un sistema independiente de los de escalera y el vestíbulo. e) Si por razones constructivas no puede presurizarse la escalera, se podrán presurizar los elementos asociados a ella, vestíbulo y ocasionalmente pasillos. La escalera resultará presurizada de forma indirecta, por el aire que se fuga desde el vestíbulo. f) También puede diseñarse un sistema con el cual se presuriza todo el edificio, asociado a aberturas automáticas de expulsión de los humos al exterior. En caso de incendio en una planta, se abrirán las aberturas de expulsión de la misma planta. g) En un edificio pueden haber diferentes espacios presurizados, tantos como vías de evacuación existan. En caso de emergencias, cualquiera que sea el método de presurización elegido, todos los sistemas de presurización de un edificio, deberán entrar en funcionamiento. Cuando existan espacios presurizados conectados entre sí y dispuestos en serie, el diseño del sistema debe asegurar el flujo de aire desde la escalera, a través del vestíbulo y del pasillo hacia los locales de estancia, donde puede darse un incendio. Debe existir un gradiente de presión entre espacios presurizados contiguos no mayor de 5Pa, en el sentido de la presión decreciente desde la escalera hacia las estancias. Los sistemas de presurización y aire acondicionado deben ser tratados como un único conjunto durante el diseño, ya que el funcionamiento de este podría afectar en sentido negativo al funcionamiento del primero. Cuando el sistema de presurización entre en funcionamiento, deberán adaptarse los siguientes cambios en el funcionamiento del sistema de climatización. 1) Los ventiladores de impulsión de aire deberán pararse. 2) Las compuertas con recirculación de aire deberán cerrarse. 3) El sistema de extracción podrá seguir funcionando siempre que cumplan las siguientes condiciones: 87 La posición de las rejillas de extracción sea tal que los humos se alejen de las puertas de acceso a las vías de evacuación. Los ventiladores y los conductos resistan la temperatura de los gases. Los humos no puedan pasar a otras plantas a través del sistema de extracción. FUNDAMENTOS DE PRESURIZACION. Las fuerzas principales que son causa del movimiento natural de los humos de un edificio son: 1) Efecto chimenea: La diferencia de presión causada por el efecto chimenea entre dos columnas de aire a diferentes temperaturas es: p g*P 1 1 h R Tx Ti (1) Siendo: h = distancia media desde el plano x neutro hasta el punto x. Tx= Temperatura del exterior en el punto x. Ti = Temperatura de los humos. g = Gravedad. P = Presión. R= índice que puede variar entre 1 y 2, dependiendo del tipo de rendija. 2) Flotabilidad de los humos: Las altas temperaturas de los humos producidos por un incendio provoca una fuerza debido a la diferencia de densidades con respecto a aire normal. La diferencia de presión entre un local incendiado y otro local contiguo, se expresa: p g*P 1 1 h R Ta Th 88 (2) Siendo: Ta = temperatura absoluta en el entorno. Th = temperatura a la distancia media en el plano x. Esta diferencia de presión se genera de un lado a otro lado de una pared de compartimentación, provoca el paso de los humos en sentido horizontal a través de las ranuras de paredes y puertas. 3) La expansión de los humos: Además del fenómeno descrito antes, la energía desarrollada por un fuego, causa un movimiento de los humos debido a la expansión. Se cumple: Qe Te Qs Ts (3) Siendo: Qe y Qs los caudales volumétricos (m3/s) que entran y salen de un local donde existe un incendio. Para una temperatura de humos de 700ºC, se cumple: Q s 3 * Qe (4) 4) De viento: La fusión que un viento de velocidad v ejerce sobre un plano perpendicular a su dirección es: P 0,5 * c * x * v 2 (5) El coeficiente de presión “c” puede tener valores dentro de los límites de -0,8 a 0,8; siendo los valores positivos para paredes expuestas al viento (a barlovento) y los negativos para paredes a sotavento. ρx = densidad del aire Este efecto es poco significante sobre edificios con cerramientos muy estancos. 89 5) La dilución: Cuando no sea posible mantener un caudal de aire suficientemente grande a través de una puerta abierta para evitar que los humos entren en un espacio protegido, estos deberán ser diluidos con aire exterior. La concentración “c” de una sustancia en el aire durante un tiempo “t” se expresa en función de la concentración inicial c i (para t=0) y de las renovaciones horarias, se obtiene mediante la ecuación: C Ci * e rt 3600 (6) Despejando r (renovaciones horarias): r 3600 C i ln t C (7) Y resolviendo respecto al tiempo: t 3600 C i ln r C (8) Para no perder la visibilidad es necesario que la concentración de los humos sea menor que el 1% de la concentración que existe en las inmediaciones de la zona de fuego. 6) El sistema y sus componentes: Los componentes principales de un sistema de presurización son: 1) El conjunto motor o ventilador para la impulsión del aire. 2) La red de conductos para distribuir el aire. 3) Las ranuras que constituyen los caminos de escape del aire desde el espacio presurizado. 4) Las aberturas o ranuras que constituyen los caminos de escape del aire desde los locales de estancia hasta el exterior. 90 5.3. Bases de cálculo, resultados y observaciones. 5.3.1. Bases de cálculo. 5.3.1.1. Datos de diseño. Las normas UNE y NFPA consideran los mismos aspectos: Para el cálculo de la densidad del aire deben conocerse las condiciones del aire en el interior del edificio, así como las condiciones extremas de diseño del lugar de emplazamiento del edificio, sea en verano como en invierno y la altitud sobre el nivel del mar. Además del número de puertas abiertas. El nivel de presurización del espacio considerado en caso de emergencia debe ser igual a 50Pa, cuando las puertas están cerradas. 5.3.1.2. Fuerza para la apertura de las puertas: Según UNE-EN 12101-6: La diferencia de presión existente sobre las 2 cargas de la hoja de una puerta dificulta su apertura, teniendo en cuenta que las puertas abren siempre hacia el espacio presurizado (contra el dispositivo automático de cierre y contra la presión) y su valor, suma de las 2, es: F Fd b * S * p 2*d (9) Donde: Fd = Fuerza ejercida por el dispositivo automático de cierre de la puerta es de 20 a 80N, que se debe ajustar al mínimo. Δp= Diferencia de presión entre ambos lados de la puerta (Pa) La fuerza necesaria para la apertura no será mayor que 100N. S = superficie de la puerta. d = Distancia desde la perilla hasta el extremo de cierre de la puerta. 91 Según NFPA 92A y 92B: La máxima diferencia de presión que se puede imponer en el interior de la zona es aquella que no supere la máxima fuerza que se puede ejercer para abrir la puerta de acceso. Fig. 5-7. Diagrama de fuerzas. Fuente: Astorga. 2009. A partir del análisis mostrado en la figura se desprende la ecuación para apertura de puertas: F FR WAP 2W d (10) Donde: F = Fuerza total para abrir la puerta. FR = Fuerza para superar el cierre de la puerta y otras fricciones. W = Ancho de puerta A = Área de la puerta. ΔP = diferencia de presión a través de la puerta d = Distancia desde la perilla hasta el extremo de cierre de la puerta. La SFPE, “Society of Fire Protection Engineers”, afirma que la fuerza para superar el cierre de la puerta usualmente es mayor a 13N y algunas veces llega a ser tan grande como 90N, por otro lado, International Building Code permite un máximo de 133N como fuerza total para abrir la puerta, valor máximo que está estipulado en la NFPA101, Life Safety Code. 92 5.3.1.3. Caudal de aire: Según UNE-EN 12101-6: El caudal de aire necesario para obtener el gradiente de presión requerido entre un espacio presurizado y un espacio contiguo, que fluirá a través de las ranuras de los elementos de separación entre los 2 espacios, es: 1 2 p n Q c * St (11) Donde: c = coeficiente de flujo (0,6-0,7). St = Área total efectiva de la superficie de las ranuras (m 2). n = Exponente que depende de la geometría de las ranuras, vale entre 1 y 2. ρ = Densidad del aire (1,2 kg/m3). Despejando Δp: p *Qn 2c n * S f n (12) Para puertas y grandes aberturas: Q 0,84 * S t * p 0,5 (13) Para ventanas y pequeñas aberturas: Q 0,89 * S t * p 0, 625 (14) El área total de las ranuras es: 1 m 1 n S t m i Si 93 (15) La superficie total equivalente para los huecos de ascensores: St n * S p * Sa n * S p 2 Sa (16) 2 0,5 Siendo: n = numero de puertas o paredes de un ascensor. Sp = Área de las ranuras de una puerta del ascensor. Sa = Área de las aperturas hacia espacios no presurizados en el hueco del ascensor. Según NFPA 92Ay 92B: En general se asume una velocidad de control de 1m/s (Vc), por lo tanto por cada puerta abierta o vano se dispersa un caudal igual a: Q puerta Vc * A puerta (17) Donde: Apuerta = Área de la puerta o vano. Qpuerta = caudal que sale por la puerta o vano. Caudal total para el modo de evacuación: Qventilador N º puertas *Q puertas (18) Caudal total para el modo de detección: Qventilador 0,83 * A filtracion * P 1 / 2 (19) Donde ΔP se obtiene de la formula de apertura de puertas. Finalmente se obtiene los caudales de fluctuación del ventilador. Para áreas de aperturas: 94 Tabla 5-1: Perdidas alrededor de puertas. Fuente: Fuente: Astorga. 2009. 95 5.3.2. Cálculos. En la presentación del proyecto de arquitectura se ilustran las plantas del edificio del Instituto de Obras Civiles de la Universidad Austral de Chile, que consta de 3 plantas. 5.3.2.1. Hipótesis de cálculo: Se considera un edifico de 3 pisos 400 m 2 por piso aproximadamente, con una puerta de salida doble y 2 puertas de 2m2. Se presurizarán la escalera y los vestíbulos, de forma independiente y al mismo nivel. El pasillo no se presuriza. El sistema será de una sola etapa, con una presión de 50Pa. El edificio como está emplazado en la ciudad de Valdivia se considerará a nivel del mar. Las temperaturas exteriores de diseño se consideraran iguales a 5ºC en invierno y 30ºC para verano. Las temperaturas interiores de diseño se consideraran igual a 20ºC en invierno y 25ºC en verano. La altura entre pisos de planta a planta es de 4m. 96 5.3.2.2. Cálculos según norma UNE-EN 12101-6: 2006. Sistema para el control de humo y el calor; y norma UNE 100.040-96.1996. Protección de las vías de evacuación. 1) Cálculo de las superficies de las ranuras: a) Escaleras: Debido a que los niveles de presurización de escalera y vestíbulo son iguales, no hay fugas de aire a través de las puertas de comunicación entre ellos. La escalera tiene una fuga de aire a través de la puerta de salida a la calle. La superficie de las ranuras de esta puerta es de 0,03 m2 (según tabla 5-1). b) Vestíbulo: El vestíbulo tiene fugas de aire a través de la puerta de los aseos y del ascensor. Las superficies de las ranuras según tabla 5-1 son: Puerta de habitaciones = 0,04 m2. Puerta de ascensor = 0,06 m2. 2) Calculo de caudales: a) Escaleras: de (13) Q 0,84 * 0,03 * 50 0,5 Q 0,18 m3 s b) Vestíbulo (cada uno): de (13) A través de la doble puerta: Q 0,84 * 0,04 * 50 0,5 Q 0,23 m3 s NOTA: Se asumirá este valor, que es mayor que el caudal del sistema de extracción mecánica de 0,14m3/s. A través de la puerta del ascensor: de (16) 97 S 3 * 0,06 * 0,1 3 * 0,06 2 2 0,5 0,1 0,087 m 2 De (13) Q 0,84 * 0,087 * 50 0,5 0,516(m 3 / s ) En total los caudales de aire de presurización aumentados en un 25% (valor estimado por seguridad) son los siguientes: Escalera = 0,18*1,25 = 0,225 m3/s. Vestíbulo (c/u) = (0,18+0,23+0,516)*1,25= 1,158 m 3/s. 3 vestíbulos = 3,474 m3/s. Se hace constar que el caudal de exfiltración a través de la puerta de las demás habitaciones representa el 30% del caudal total. 3) Cálculo de la velocidad a través de puertas abiertas: 3.1. Pareja de puertas escalera- vestíbulo y vestíbulo- pasillo en una planta abierta. a) Escalera: Caudal suministrado directamente = 0,225 m 3/s. Caudal que pasa a la escalera desde las puertas cerradas desde otros vestíbulos = 0,8 m3/s. Caudal que proviene del ascensor = Q 0,6 * 0,01 * (3 1) 0,173m 3 / s 0,087 0,01 0,03 3 Total = 1,198 m3/s Velocidad corregida = 0,6 * 1,198 0,449m / s 1,6 No se cumple la condición de velocidad mínima igual a 0,7m/s. 98 b) Vestíbulo: Caudal suministrado directamente = 1,158 m3/s. Caudal que procede de la escalera = 1,198 m 3/s. Caudal que procede de la puerta del ascensor= Q 0,35 * 0,516 * 3 0,542m 3 / s. Total = 2,898 m3/s Velocidad corregida = 0,6 * 2,898 0,54 m/s. 3,2 Si la condición de velocidad mínima no cumple hay que aumentar el caudal impulsado en la escalera y situar a continuación, una compuerta automática de sobrepresión en el mismo hueco de escalera para mantener la presión por debajo de 60Pa en cualquier condición. 3.2. Puerta vestíbulo-pasillo abierta. Caudal suministrado directamente al vestíbulo = 1,158 m 3/s. Caudal desde puerta escalera-vestíbulo. De (11) 2 Q 0,65 * 1/ 2 0,5 * 0,03 * 50 0,5 0,18m 3 / s Caudal desde la puerta del ascensor = 0,35 * 0,516 * 3 0,5418m 3 / s Total = 1,88 m3/s. Velocidad corregida = 0,36 m/s. Comprobación de presión diferencial a través de la puerta escalera- vestíbulo. De (12) P 0,23 2 0,84 * 0,01 0,032 47 Pa Donde 0,01 es la superficie de las ranuras de la puerta escalera vestíbulo y 0,03 es la superficie de las ranuras de la puerta de la escalera que conduce a la calle. 99 4) Disposición de rejillas: Se dispondrán rejillas en los siguientes lugares: Una en cada vestíbulo. Una en los descansillos de la escalera en las plantas 1 y 2. Fig. 5-8. Descansillos. Fuente: elaboración propia. Dos en cielo tercer piso en sector escalera. 5) Ventilador: Si se instala 2 ventiladores para los 2 espacios, con dos conductos separados para escalera, ascensor y vestíbulos, el caudal será de: de (4) Q (0,225 3 * 1,178) * 2 7,518m 3 / s El caudal seria de solo 7 m3/s si no existieran las puertas de aseos en vestíbulos. Considerando fugas de aire a través de conductos de obra, el caudal podrá alcanzar el valor de 10m3/s. 100 Los conductos verticales de impulsión podrían tener las siguientes medidas: Caudal (m3/s) 0,3 10 Escalera Vestíbulos Diámetro equivalente 28 (cm) 62 Tabla 5-2: Medidas de los conductos verticales de impulsión. Fuente: Elaboración propia. La presión será la suma del nivel de presurización de 50Pa más las pérdidas de presión a través de la toma de aire, los conductos y las rejillas, probablemente unos 180Pa a 220 Pa. 6) Evacuación del aire al exterior: El caudal neto que hay que evacuar es de 1,4 m 3/s por planta. Si las ventanas son practicables, se estiman unos 300 m de rendijas. Si se instalan rejillas de sobrepresión en las 3 fachadas del edificio hacen falta unos 0,7 m 2 por planta. 7) Altura de escalera: Invierno: hmax 6 x10 3 1 1 273 5 273 20 33m Verano: hmax 6 x10 3 1 1 273 30 273 25 108m La altura efectiva de la escalera es 12 m, por lo tanto la condición se cumple con holgura en invierno y verano. 101 8) Detectores: Se dispondrán detectores de humos cerca de la puerta escalera-vestíbulo del lado del pasillo. Y una en cada sector que se estime conveniente. 9) Puesta en marcha: Se medirá la presión diferencial a través de la puerta escalera-vestíbulo. Esta presión debería ser nula o como máximo 5 Pa. Se medirá la presión diferencial a través de la puerta vestíbulo- pasillo que deberá estar dentro de los límites de 40 y 60 Pa, siendo el valor de diseño 50 Pa. Se medirá la velocidad a través de las puertas escalera-vestíbulo y vestíbulo pasillo con ambas puertas abiertas que deberá ser de 0,7 m/s y 0,5 m/s respectivamente como mínimo. Con la puerta vestíbulo pasillo abierta, se medirá la presión diferencial a través de la puerta escalera vestíbulo, que deberá quedarse dentro de los limites de 40 y 60Pa. Las medidas anteriores se efectuarán en cada planta con el edificio desocupado. 102 5.3.2.4. Cálculos según norma NFPA 92A. Particularmente la NFPA es bastante abierta, y no otorga un número mínimo de puertas que deben considerarse abiertas, solo menciona que debe ser especialmente analizado este punto dependiendo de las características del edificio, finalmente en los países más avanzados, hoy en día, se ha decidido diseñar planes de evacuación acorde con los sistemas de control de humo, es decir, se realizan evacuaciones en fase monitoreadas desde un lugar seguro de incendio, comunicando a los usuarios de cada piso cuando deben evacuar y por qué vías hacerlo. Modo de detección: 1) Por datos del método de cálculo: F = 133N W = 1m FR = 90N d = 0,5m Vc = 1m/s. 2) Cálculo de las superficies de las ranuras: De la tabla 4-1 se obtiene: A1 = 0,01m2 Por lo que As = 1,6m2 3) Cálculo de presiones: Despejando: P F FR * 2 W d 133 90* 2 1 0,5 4300Pa W * A1 1* 0,01 103 4) Cálculo de caudales: Q1 0,83 * 0,01 * 43001 / 2 0,544m 3 / s Q2 Vc * As 1,6m 3 / s Qt 2 * 0,544 1,6 2,688m 3 / s Modo de evacuación: 1) Por datos del método de cálculo: F = 133N W = 1m FR = 90N d = 0,5m Vc = 1m/s. 2) Cálculo de las superficies de las ranuras: De la tabla 4-1 se obtiene: A1 = 0,01m2 A2 = 0,03m2 3) Cálculo de presiones: Despejando: P F FR * 2 W d 133 90* 2 1 0,5 4300Pa W * A1 1* 0,01 104 4) Cálculo de caudales: Q1 0,83 * 0,01 * 43001 / 2 0,544m 3 / s Q2 0,83 * 0,03 * 43001 / 2 1,633m 3 / s Qt 2 * 0,544 1,633 2,721m 3 / s Los criterios de puesta en marcha y detectores de humo serán los mismos que la Norma UNE-ES 12101-6. 105 5.4. Esquema de equipos. A continuación se presenta esquemas a modo referencial de equipos, dimensiones y ubicación de estos. Leyenda: 106 5.4.1. Esquema detección de humo, extintores y alarma de incendio. Fig. 5-9. Planta piso 1. Fuente: Elaboración propia. 107 Fig. 5-10. Planta piso 2-3. Fuente: Elaboración propia. 108 5.4.2. Esquema rejillas, ventiladores y ductos. . Fig. 5-11. Planta piso 1. Fuente: Elaboración propia. 109 Fig. 5-12. Planta piso 2. Fuente: Elaboración propia. 110 Fig. 5-13. Planta piso 3. Fuente: Elaboración propia. 111 5.5. Costo estimado equipos y puesta en marcha. Entre los alcances de esta tesis no se encuentra el costo estimado de equipos y puesta en marcha de este proyecto por lo que se presenta una estimación de costo de este. Equipos: Rejillas interiores Rejillas para fachada Difusor perimetral Dampers Detectores de humo Abrazaderas Codos Tubo galvanizado aislado Ventiladores Pernos Otros. Costo estimado equipos = $ 11.500.000.Costo mano de obra calificada e instalación = $3.000.000.Costo total aproximado = $14.500.000.- 112 CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES . 6.1. Discusiones. El diseño de cualquier ducto de evacuación del humo necesita casi obligatoriamente una planificación previa a su construcción, que permita su utilización inmediata en caso de emergencia y sea suficiente para permitir que todos los ocupantes puedan hacer uso de esta. Una parte muy importante son los sistemas de detección y alarma, pues el fuego o el humo pueden impedir la utilización de un determinado medio de evacuación, por lo tanto, se torna esencial la existencia de otra vía alternativa, alejada de la primera. Además, se debe contar con un plan de evacuación conocido por los ocupantes de los edificios. En el caso de edificios con ocupantes móviles, como hoteles, los funcionarios deben conocer con exactitud las medidas de evacuación, además deberán contar con la adecuada señalización, que optimice los tiempos para evitar consecuencias fatales. Así mismo contar con un plan de evacuación para el caso de los ocupantes discapacitados o que necesiten de ayuda de otra persona para evacuar en caso de incendio. Debe ser importante también, que la anchura mínima de una puerta deba permitir el ingreso de una persona en una silla de ruedas, considerando al menos 81 centímetros. En general, la seguridad contra incendios requiere los siguientes principios, de acuerdo a la normativa. El diseño de estas zonas verticales interiores implica necesariamente la utilización de un sistema de presurización; lo que es bastante complejo. Sin embargo su aplicación y efectivo funcionamiento es bastante más difícil de lograr, es por este motivo que muchos países, entre ellos Estados Unidos, han optado por no exigir presurización, a cambio de un sistema de protección activa capaz de extinguir un incendio en sus comienzos o contenerlo de manera que se pueda realizar la extinción por medios manuales o por los servicios contra incendios. En Chile la implementación de elementos de protección activa no se ha desarrollado lo suficiente para asegurar la total extinción del incendio, por lo tanto no se puede confiar completamente en este sistema. 113 La Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (OGUC), exige que toda zona vertical de seguridad, en edificios de 7 o más pisos debe estar presurizada o ventilada, por lo tanto, si se diseña esta en el interior del edificio, la única alternativa es que esté presurizada; ¿Qué significa presurizada?, si bien el concepto puede ser conocido por un grupo de personas, muy pocas saben cómo aplicar este sistema correctamente, e incluso a nivel mundial no existe un consenso. Según Alejandro Ramírez, Ingeniero Civil, actual Jefe de Departamento de Prevención de Incendio de la ACHS, representante de la NFPA, en Chile, afirma que presurizar las cajas de escaleras no es un tema sencillo de abordar, y que en sus años de experiencia le ha tocado presenciar un sin número de malas aplicaciones, debido al desconocimiento. ¿Por qué se permiten las malas aplicaciones de los sistema de presurización en algunos casos?, puede ser sencillamente porque no existe una especificación clara en la ordenanza de lo que tiene que exigir un fiscalizador al aceptar un sistema de presurización, por lo tanto, lo primero que se debe hacer para cambiar dicha situación es otorgar mayor detalle a la reglamentación. Se entregó las herramientas básicas necesarias para modelar un sistema de presurización en un edificio de pocos pisos, pero es necesario dejar claro que este método posee una serie de suposiciones que limitan sus resultados. 114 6.2. Conclusiones. De la presente investigación se desprenden una serie de conclusiones relevantes, no tan sólo para entender que es indiscutiblemente necesario crear instancias donde se analicen y estudien temas de seguridad frente a emergencias en edificios altos, sino incluso para generar profesionales capaces de analizar dichos temas, con sólidos conocimientos entregados durante su formación. De hecho si se revisa la evolución de los planteamientos sobre el desarrollo tecnológico en términos de aplicaciones de seguridad, puede observarse que en el exterior han cambiado muchas cosas, pero nuestro país ha quedado estancado producto de la carencia de especialistas. El sistema más efectivo y utilizado en el extranjero para el control de humos es el sistema de presurización de escaleras; sistema que es requerido por la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción, en caso de que esta zona vertical sea interior y que no sea ventilada. Sin embargo, la OGUC no es un documento técnico que especifique una metodología para construir sistemas de control de humo, como presurización. Se analizaron diversas formas de controlar el movimiento de humo en el interior de un edificio, con lo cual se ha llegado a la conclusión que es de vital importancia que los sistemas presentados sean debidamente estudiados y aplicados correctamente para hacer efectiva su acción frente a un incendio. Las complicaciones en la aplicación de una escalera presurizada consiste básicamente en que se generan dos ambientes uno libre de humo (interior), y otro con al menos un piso en incendio (exterior), por lo tanto necesariamente debe contener una envolvente resistente al fuego, a prueba de humo, capaz de evitar pérdidas por filtraciones y sin afectar el interior al comunicarse con el exterior al abrir puertas. 115 6.3. Recomendaciones. No solo se deben buscar soluciones tan complejas y a un costo más elevado como son las escaleras presurizadas, sino que además se deben considerar modelos más sencillos de realizar como por ejemplo: las escaleras exteriores o ventiladas. Lo ideal es que si se desean hacer vías alternativas estas sean construidas separadas y accesibles para todos los usuarios. Al utilizar un sistema de presurización, el extractor de aire exterior debe estar ubicado en un lugar donde no sea afectado por el incendio, asegurando de esta forma el funcionamiento del equipo y la toma de aire limpio. Las puertas de la caja escaleras deben abrir hacia adentro salvo la puerta de salida, además preferentemente deben tener barra de apertura antipánico y cierre automático. Para recomendar métodos más completos se encuentran software como CONTAM y PYROSIM, los cuales cuentan con una mayor cantidad de condiciones de diseño donde se utilizan otros conceptos como efectos de viento, arquitectura y diferencias de presión en un incendio, entre otras (ANEXO 5-2). Se propone para estudios posteriores, investigar acerca de estos u otros modelos computacionales capaces de predecir el comportamiento de los usuarios en el interior de un edificio en caso de emergencia y su interacción con los sistemas de evacuación y control de humo, para optimizar tanto los tiempos de evacuación como la capacidad de extinción del incendio. 116 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS . ANSI / ASHRAE. 2000. Laboratory Methods of Testing Fans Used to Exhaust Smoke in Smoke Management Systems”. Vol. 149, 2000. ASTORGA, N. Criterios de diseño de la zona vertical de seguridad contra incendio para edificios en altura. Junio 2009. BOTTA, N.A. Movimiento y control de humos. Red proteger. 2011. BOTTA, N.A. Movimiento y control de humos. Red proteger. 2011. CORPORACIÓN CHILENA DE LA MADERA, CORMA. Manual: La construcción de viviendas en madera.2004 Unidad 15: Protección contra el fuego. Centro de Transferencia Tecnológica. Corporación Chilena de la Madera, CORMA. Pp.13 – 376-377 – 378 INELCO INGENIERIA. DIVISION DE PROYECTOS DE PREVENCION DE INCENDIOS. Presurización de escaleras. 2009. KLOTE, J; J. MILKE. 2002. Principles of smoke management. American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers, Inc. Atlanta, 2002. LACOSTA, J.M. El control de humo en caso de incendios. Mapfre seguridad. 1998 MINISTERIO DE VIVIENDA Y URBANISMO. Agosto de 2008. Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (OGUC). Título 4: De la Arquitectura; Capítulo 3: De las condiciones de seguridad contra incendio. Pp: 179 – 200. NFPA 92A – 2000. Recommended Practice for Smoke-Control Systems. National Fire Protection Association. NFPA 92B – 2000. Guide for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Areas. National Fire Protection Association. 117 NFPA. 2000. NFPA 101, Life Safety Code. “Flow Time,” Article 3.3.83. Quincy, Massachusetts. National Fire Protection Association. (Original no consultado citado por: MAGDANZ, CH.E. En: ASHRAE Journal, June, 2002. 32-38.) RASHBASH, D. J ; G.M.W. STARK, 1996: The generation of carbon monoxide by fires in compartments. Fire Research Note 614. REVISTA ARGENTINA DEL FRIO. Diciembre 2011. ROMERO, C. 2005. El humo. Diseño de sistemas de control de humo. STECKLER, K; J.G. QUINTIERE; W.D. RINKINEN. 1990. 19th Symposium (International) on Combustion, p 913-920 SURREY AIRE ACONDICIONADO. 2012. Funcionamiento de un damper. NORMA UNE 100.040-96.1996. Protección de las vías de evacuación. 1996. Pedro Giner Editorial, S.L. NORMA UNE 12.101-6. 2006. Sistemas para el control de humo y de calor. Parte 6: Especificaciones para los sistemas de diferencial de presión. Equipos VELIZ, P. 2006. La proteccion contra incendios en Chile. ¿Está preparado Chile para el crecimiento económico? Junio 2006. VITERI, W. 2009. Curso: líquidos inflamables y combustión. Manejo y seguridad. Marzo 2009. 118 119 ANEXOS . ANEXO 1 Conceptos: Área de alojamiento: Toda parte de un edificio no presurizada directamente, y que no forma parte de una vía de evacuación protegida, o de un centro de actuación contra incendios. Entrada de aire: Conexión con el exterior que permite la entrada de aire nuevo desde el exterior del edificio. Salida de aire: Medio que permite que el aire presurizado pueda salir del alojamiento, o de cualquier otro espacio no presurizado, hacia el exterior del edificio. Atrio: Espacio cerrado, no necesariamente alineado en un mismo eje vertical, que pasa a través de dos o más plantas de un edificio. NOTA: Los pozos de ascensor, cajas de escaleras, conductos de servicios del edificio, y escaleras protegidas, no se consideran atrios. Puesta en marcha: Proceso de comprobación de que todos los componentes y equipos integrantes del sistema se han instalado de acuerdo con las especificaciones del fabricante y de esta norma. Despresurización: Control de humo mediante un sistema de presión diferencial que reduce la presión del aire en la zona del incendio, o en los espacios colindantes, por debajo de los niveles de presión del espacio protegido. 120 Espacio despresurizado: Recinto del incendio del que se extrae aire y humos para lograr su despresurización. Escalera de incendios: Escalera protegida que comunica con el área de alojamiento mediante vestíbulo exclusivo para uso de bomberos. Equipo: Conjunto de al menos dos componentes separados, que han de unirse, para quedar instalados permanentemente en la obra como parte de un sistema ensamblado. El equipo debe encontrarse en el mercado de forma que el comprador pueda adquirirlo mediante una sola transacción con un único proveedor. El equipo puede incluir todos, o solo una parte, de los componentes necesarios para formar un sistema completo de presión diferencial. Pozo de ascensor: Espacio por el que se desplazan el ascensor y el contrapeso (si lo tiene). Este espacio está delimitado por el fondo del pozo, las paredes aproximadamente verticales y el techo. Descarga de sobrepresión: Dispositivo previsto para evacuar el exceso de aire aportado para presurizar un espacio. Sistema de presión diferencial: Sistema de ventiladores, conductos, pasos de aire naturales y otras estructuras cuyo objetivo es crear en la zona de incendio una presión inferior a la del espacio protegido. Presurización: Control de humo mediante un sistema de presión diferencial que aumenta la presión del aire en los espacios protegidos, por encima de los niveles de presión en la zona de incendio. Espacio presurizado: Pozo, vestíbulo, pasillo u otro compartimiento, donde la presión del aire se mantiene por encima de la de la zona de incendio. 121 Control de humo: Control del movimiento de los humos dentro de un edificio, para garantizar la adecuada seguridad contra incendios. Penachos: columnas de gases calientes que se elevan cuando el fuego se produce al aire libre. Pirólisis: descomposición térmica de un material en ausencia de oxígeno o cualquier otro reactante. Esta descomposición se produce a través de una serie compleja de reacciones químicas y de procesos de transferencia de materia y calor. La pirólisis también aparece como paso previo a la gasificación y la combustión. Temperatura de ignición: La temperatura de ignición es la mínima temperatura (en °C) a la cual una sustancia inflamable emite los suficientes vapores en el aire, los cuales en presencia de una llama pueden inflamarse. Flashover: Es un fenómeno que se observa en incendios confinados en los cuales de forma repentina todas las superficies combustibles, que hasta ese momento no estaban implicadas en el incendio, comienzan a arder a consecuencia de la radiación proveniente de las llamas que recorren el techo, provocando que todo el volumen del recinto sea ocupado por las llamas. Este fenómeno marca el máximo desarrollo del incendio, generándose radiaciones de hasta 170 KW/m² que no pueden ser soportadas por un ser humano ni equipado con un traje de intervención de bombero. 122 ANEXO 2: ORDENANZA GENERAL DE URBANISMO Y CONSTRUCCIONES (OGUC) (AGOSTO. 2008). CAPITULO 4. TITULO 3. Redactada por el Ministerio de Vivienda y Urbanismos (MINVU) tiene como misión regular los procedimientos administrativos, de planificación urbana, de urbanización, y de construcción. Asesorada por asociaciones gremiales e instituciones ligadas al urbanismo y construcción. Todos los edificios deberán cumplir con la normativa vigente y con la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. En éste ámbito se destacarán los puntos más importantes y además se verificará el cumplimiento de las Condiciones Generales de Seguridad. DE LAS CONDICIONES GENERALES DE SEGURIDAD. Según el Artículo 4.3.1. Todo edificio deberá cumplir, según su destino, con las normas mínimas de seguridad contra incendio, como asimismo, con las demás disposiciones sobre la materia contenidas en la Ordenanza. Se exceptúan de lo anterior los proyectos de rehabilitación de inmuebles que cuenten con Estudio de Seguridad y las edificaciones señaladas en el artículo 4.3.26. De esta Ordenanza. Las disposiciones contenidas persiguen, como objetivo fundamental, que el diseño de los edificios asegure que se cumplan las siguientes condiciones: Que se facilite el salvamento de los ocupantes de los edificios en caso de incendio. Que se reduzca al mínimo, en cada edificio, el riesgo de incendio. Que se evite la propagación del fuego, tanto al resto del edificio como desde un edificio a otro. Que se facilite la extinción de los incendios. 123 Para lograr los objetivos señalados en el inciso anterior, los edificios, en los casos que se determina, deberán protegerse contra incendio. Para estos efectos, se distinguen dos tipos de protección contra incendio: 3. Protección pasiva: La que se basa en elementos de construcción que por sus condiciones físicas aíslan la estructura de un edificio de los efectos del fuego durante un determinado lapso de tiempo, retardando su acción y permitiendo en esa forma la evacuación de sus ocupantes antes del eventual colapso de la estructura y dando, además, tiempo para la llegada y acción de bomberos. Los elementos de construcción o sus revestimientos pueden ser de materiales no combustibles, con capacidad propia de aislación o por efecto intumescente o sublimante frente a la acción del fuego. 4. Protección activa: La compuesta por sistemas que, conectados a sensores o dispositivos de detección, entran automáticamente en funcionamiento frente a determinados rangos de partículas y temperatura del aire, descargando agentes extintores de fuego tales como agua, gases, espumas o polvos químicos. Según el Artículo 4.3.2. Para los efectos de la Ordenanza, el comportamiento al fuego de los materiales, elementos y componentes de la construcción se determinará de acuerdo con las siguientes normas o las que las reemplacen: - Normas generales, sobre prevención de incendio en edificios: NCh 933 Terminología. NCh 934 Clasificación de fuegos. - Normas de resistencia al fuego: NCh 935/1 Ensaye de resistencia al fuego - Parte 1: Elementos de construcción general. NCh 935/2 Ensaye de resistencia al fuego - Parte 2: Puertas y otros elementos de cierre. 124 NCh 2209 Ensaye del comportamiento al fuego de elementos de construcción vidriados. - Normas sobre cargas combustibles en edificios: NCh 1914/1 Ensaye de reacción al fuego - Parte 1: Determinación de la no combustibilidad de materiales de construcción. NCh 1914/2 Ensaye de reacción al fuego - Parte 2: Determinación del calor de combustión de materiales en general. NCh 1916 Determinación de cargas combustibles. NCh 1993 Clasificación de los edificios según su carga combustible. - Normas sobre comportamiento al fuego: NCh 1974 Pinturas - Determinación del retardo al fuego. NCh 1977 Determinación del comportamiento de revestimientos textiles a la acción de una llama. NCh 1979 Determinación del comportamiento de telas a la acción de una llama. - Normas sobre señalización en edificios: NCh 2111 Señales de seguridad. NCh 2189 Condiciones básicas. - Normas sobre elementos de protección y combate contra incendios: NCh 1429 Extintores portátiles - Terminología y definiciones. NCh 1430 Extintores portátiles - Características y rotulación. NCh 1433 Ubicación y señalización de los extintores portátiles. NCh 1646 Grifo de incendio - Tipo columna de 100 mm - Diámetro nominal. 125 - Normas sobre rociadores automáticos: NCh 2095/1 Sistemas de rociadores– Parte 1: Terminología, características y clasificación. NCh 2095/2 Sistemas de rociadores- Parte 2: Equipos y componentes. NCh 2095/3 Sistemas de rociadores- Parte 3: Requisitos de los sistemas y de instalación. NCh 2095/4 Sistemas de rociadores- Parte 4: Diseño, planos y cálculos. NCh 2095/5 Sistemas de rociadores- Parte 5: Suministro de agua. NCh 2095/6 Sistemas de rociadores- Parte 6: Recepción del sistema y mantención. No obstante lo dispuesto, habrá un "Listado Oficial de Comportamiento al Fuego", confeccionado por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo o por la entidad que éste determine, en el cual se registrarán, mediante valores representativos, las cualidades frente a la acción del fuego de los materiales, elementos y componentes utilizados en la actividad de la construcción. Las características de comportamiento al fuego de los materiales, elementos y componentes utilizados en la construcción, exigidas expresamente la Ordenanza, que no se encuentren incluidas en el Listado Oficial de Comportamiento al Fuego, deberán acreditarse mediante el certificado de ensaye correspondiente emitido por alguna Institución Oficial de Control Técnico de Calidad de los Materiales y Elementos Industriales para la Construcción. Aquellos proyectos que cuenten con un Estudio de Seguridad podrán utilizar materiales, elementos y componentes cuyo comportamiento al fuego se acredite mediante certificado de ensayes expedido por entidades extranjeras, reconocidas internacionalmente y que efectúen los ensayes bajo normas de la Asociación Americana de Pruebas de Materiales – American Society for Testing and Materials (ASTM), de Laboratorios Aseguradores – Underwriter Laboratories (UL) o del Comité de Normas Alemán – Deutscher Normenausschuss (Normas DIN). 126 Mientras no se dicten las demás Normas Técnicas Oficiales sobre sistemas de rociadores, los Estudios de Seguridad podrán utilizar las normas NFPA 13 de la Asociación Nacional de Protección contra el Fuego – National Fire Protection Association (N.F.P.A.). Si al solicitarse la recepción definitiva de una edificación, alguno de los elementos, materiales o componentes utilizados en ésta no figura en el Listado Oficial de Comportamiento al Fuego y no cuenta con certificación oficial conforme a este artículo, se deberá presentar una certificación de un profesional especialista, asimilando el elemento, material o componente propuesto a alguno de los tipos que indica el artículo 4.3.3. Del Capítulo 3 titulo 4 y adjuntar la certificación de éstos en el país de origen. Si no fuere posible tal asimilación, el Director de Obras Municipales exigirá que se presente una certificación de ensaye de laboratorio emitido por una Institución Oficial de Control Técnico de Calidad de los Materiales y Elementos Industriales para la Construcción. Para los efectos del presente Capítulo, se entenderá por componente, aquel producto destinado a la construcción que antes de su instalación presenta su forma definitiva, pero que sólo funciona conectado o formando parte de un elemento, tales como cerraduras, herrajes y rociadores. El Artículo 4.3.3. Señala que los edificios que conforme a este Capítulo requieran protegerse contra el fuego deberán proyectarse y construirse según alguno de los cuatro tipos que se señalan en la tabla siguiente y los elementos que se utilicen en su construcción deberán cumplir con la resistencia al fuego que en dicha tabla se indica. Si a un mismo elemento le correspondieren dos o más resistencias al fuego, por cumplir diversas funciones a la vez, deberá siempre satisfacer la mayor de las exigencias. Para determinar la resistencia al fuego de los elementos a que se refiere el presente artículo, como asimismo, cuando cualquier otro precepto la Ordenanza exige que se asegure una determinada resistencia al fuego, se estará a lo dispuesto en el artículo 4.3.2. de la Ordenanza. 127 Tabla 1: Resistencia al fuego requerida para los elementos de construcción de edificios. Fuente: OGUC. 2008. SIMBOLOGIA: Elementos verticales: (1) Muros cortafuego (2) Muros zona vertical de seguridad y caja de escalera (3) Muros caja ascensores (4) Muros divisorios entre unidades (hasta la cubierta) (5) Elementos soportantes verticales (6) Muros no soportantes y tabiques Elementos verticales y horizontales: (7) Escaleras Elementos horizontales: (8) Elementos soportantes horizontales (9) Techumbre incluido cielo falso En el Artículo 4.3.4 se señala que para aplicar lo dispuesto en el artículo anterior deberá considerarse, además del destino y del número de pisos del edificio, su superficie edificada, o la carga de ocupación, o la densidad de carga combustible, según corresponda, como se señala en las tablas 4, 5 y 6 siguientes: 128 Tabla 2: Máxima superficie edificada. Fuente: OGUC. 2008. 129 Tabla 3: Máximo de ocupantes. Fuente: OGUC. 2008. Tabla 4: Densidad de carga combustible. Fuente: OGUC. 2008. 130 Cuando los locales comerciales a que se refiere la tabla 4, tengan una superficie edificada superior a 200 m2, se podrá destinar hasta un 25% de su superficie a bodega y cuando no tengan más de 200 m2 edificados, se podrá destinar hasta el 50% a bodega. En ambos casos, si la bodega supera el porcentaje máximo permitido, dichas edificaciones deberán tratarse como si fueran de uso mixto. Para los destinos indicados en la tabla 6, cuando no se presente un Estudio de Carga Combustible, la edificación deberá proyectarse y construirse de acuerdo al tipo a. Según el Artículo 4.3.5. para la determinación de las exigencias establecidas en los artículos 4.3.3. y 4.3.4., se estará a las siguientes normas: 1. Se entenderá por piso la distancia entre el suelo y el punto más alto del cielo del mismo recinto, con un máximo de 3,5 m. Las alturas de los pisos que sobrepasen dicha medida serán sumadas aparte y divididas por 3,5 m, determinándose de este modo el número de pisos a los que correspondan dichos pisos de altura especial. La fracción que resulte de la operación aritmética antes señalada se considerará como un piso más. Se exceptúan de lo anterior las estructuras de un solo piso, cualquiera sea su altura, cuya densidad de carga combustible media sea inferior a 500 MJ/m2, las que se considerarán de 1 piso para los efectos de este Capítulo, siempre que no contemplen altillos o superficies intermedias entre el piso y el cielo. 2. Cuando se trate de edificios de uso mixto, se debe considerar siempre la altura total del edificio analizado y no solamente la altura destinada a un uso particular. 3. Cuando un edificio sea de uso mixto, pero los sectores de distinto destino estén separados en planta, se aplicarán las respectivas tablas por separado a cada uno de dichos sectores y por lo tanto podrá tener distintos estándares en cada sector. 4. Cuando el edificio esté destinado a distintos usos y según la aplicación de cada uno por separado resulten estándares diferentes y no haya separación en planta para los sectores de distintos usos, se deberá satisfacer siempre el estándar más exigente. 131 5. En el caso que ciertos recintos de un edificio tengan que cumplir con características especiales de seguridad contra incendio establecidas en la Ordenanza, sin que cambie el uso del mismo, dichos recintos deberán ser estancos al fuego, es decir, deberán cumplir con las exigencias especiales que se establezcan, sin obligar por ello a que todo el edificio deba ser proyectado o construido con dichas características de mayor exigencia. 6. Los cielos falsos no se considerarán protección a las estructuras de entrepisos, salvo que ellos aparezcan mencionados en el Listado Oficial de Comportamiento al Fuego o bien se demuestre, mediante ensayes, su aporte a la resistencia al fuego del conjunto. Excepcionalmente en el caso de techumbre no se requerirá proteger su estructura del riesgo de incendio, cuando se cumplan simultáneamente las siguientes tres situaciones: Que el cielo falso cumpla con las condiciones de resistencia al fuego exigidas por la Ordenanza; Que el cielo falso se encuentre adosado a la techumbre en forma continua, y Que entre el cielo falso y la parte inferior de la estructura de techumbre no exista ningún tipo de instalaciones. 7. Las resistencias al fuego que se indican para los muros de zona vertical de seguridad y caja de escalera en la tabla del artículo 4.3.3.de la ordenanza, se deben cumplir sólo en edificios de siete o más pisos. 8. Las resistencias al fuego que se indican para los muros caja ascensores en la tabla del artículo 4.3.3., son obligatorias sólo si el ascensor circula por el interior de una caja cerrada por sus cuatro costados. Las puertas de acceso al ascensor estarán exentas de exigencia de resistencia al fuego, pero serán de materiales no combustibles. 9. Las resistencias al fuego que se indican para elementos soportantes verticales, horizontales o de escaleras en la tabla del artículo 4.3.3., no deben exigirse a aquellos elementos estructurales verticales, horizontales o de escaleras que, por su ubicación en el edificio, queden protegidos de la acción del fuego por otro elemento, 132 que se interponga entre ellos y el fuego. En este caso el elemento interpuesto como pantalla deberá tener, a lo menos, la resistencia al fuego exigida en la tabla del artículo 4.3.3. para el elemento protegido, con excepción de los ingresos a escaleras exteriores, en las cuales no se exige interponer elemento alguno entre la escalera y el edificio. 10. Las resistencias al fuego que se indican para los muros no soportantes y tabiques en la tabla del artículo 4.3.3., deben exigirse sólo cuando dichos elementos separan de piso a cielo resistente al fuego, recintos contiguos, dentro de una unidad y no contienen puertas o superficies vidriadas. 11. Para muros perimetrales se exigirá el cumplimiento de la resistencia al fuego que corresponda, según la tabla del artículo 4.3.3., ya se trate de elementos soportantes o no soportantes, cualquiera sea el destino de la edificación, con la excepción señalada en el número 14. Las superficies vidriadas, los antepechos y dinteles no estructurales, estarán exentos de exigencias de resistencia al fuego. 12. Los elementos soportantes inclinados en 20 o más grados sexagesimales respecto de la vertical, serán considerados como elementos soportantes horizontales para establecer su resistencia al fuego. 13. Las escaleras que comunican hasta dos pisos dentro de una misma unidad estarán exentas de exigencias de resistencia al fuego. 14. Las viviendas aisladas, pareadas o continuas, de hasta 2 pisos, cuya superficie edificada sea inferior o igual a 140 m2, tendrán una resistencia al fuego a lo menos F-15 en todos sus elementos y componentes soportantes, siempre que el muro de adosamiento o muro divisorio, según corresponda, cumpla con las exigencias de muros divisorios entre unidades establecidas en la columna signada con el número (4) en la Tabla del artículo 4.3.3. 15. Si debido a una ampliación, una vivienda o edificio de viviendas pasa de un tipo a otro más exigente, será suficiente que la superficie en exceso sobre lo indicado en la tabla 1 del artículo 4.3.4., cumpla con las exigencias del nuevo tipo. 133 16. Las divisiones entre bodegas podrán consistir en tabiquerías que aseguren una resistencia al fuego mínima de F-15 y las divisiones entre estacionamientos o entre locales comerciales y espacios de uso común no requerirán de elemento alguno. En Artículo 4.3.6. se señala que para los efectos previstos en el presente Capítulo, se entenderá por muro cortina el muro de fachada no soportante, constituido por elementos unidos entre ellos y a su vez fijados a los elementos estructurales horizontales y/o verticales del edificio. En edificios con muro cortina, de existir separación entre dicho muro y los entrepisos o con los muros divisorios, ella deberá rellenarse de tal modo que el conjunto asegure, como mínimo, la resistencia al fuego correspondiente a la clase F-60, según la norma NCh 935/1 o la que la reemplace. Los edificios de 10 o más pisos con muro cortina, además, deberán contar en todos los pisos con dinteles de una altura igual o mayor al 10% de la altura de dicho piso, y en el segundo piso y superiores, con antepechos de una altura de 0,90 m, la que podrá ser menor siempre que como mínimo equivalga al 20% de la altura de cada piso. Estos elementos deberán asegurar, como mínimo, la resistencia al fuego correspondiente a la clase F-60. Se exceptúan de lo indicado en el inciso anterior los edificios que cuenten con un sistema automático de extinción de incendio avalado por un Estudio de Seguridad, y que en dicho estudio justifiquen un rango de seguridad igual o mayor que el dispuesto en el inciso anterior. El Artículo 4.3.7. dice que todo edificio de 7 o más pisos deberá tener, a lo menos, una "zona vertical de seguridad" que, desde el nivel superior hasta el de la calle, permita a los usuarios protegerse contra los efectos del fuego, humos y gases y evacuar masiva y rápidamente el inmueble. Sin perjuicio de lo establecido en el inciso anterior, todo edificio que contemple más de un piso subterráneo, deberá tener, a lo menos, una “zona vertical de seguridad inferior”, que permita comunicar el último nivel del subterráneo con un espacio libre exterior o con el nivel de acceso del edificio. 134 Sin perjuicio de los requisitos específicos que establezcan las normas técnicas oficiales correspondientes, serán exigibles para las zonas de seguridad de dichos edificios, las siguientes normas generales: 1. La distancia máxima desde la puerta de acceso de un departamento u oficina, hasta el ingreso a una zona vertical de seguridad del mismo piso será de 40 m. 2. El diseño, construcción y terminaciones de las zonas verticales de seguridad y su continuidad hasta el egreso al exterior, a nivel de la calle, deben garantizar una resistencia al fuego correspondiente a la que se indica en la tabla del artículo 4.3.3. y facilitar el ingreso y desplazamiento del personal de bomberos con su material, en caso de incendio. 3. Las zonas verticales de seguridad, deben estar dotadas de sistemas de iluminación de emergencia y de presurización en caso de escaleras interiores, que permitan a los usuarios evacuar el edificio, sin peligro de verse afectados por los humos y gases generados por el incendio, aún cuando el suministro normal de energía eléctrica sea interrumpido 4. Las puertas de acceso o egreso, en todos los pisos, deberán ser de cierre automático y con resistencia a la acción del fuego, tanto la hoja como sus componentes, correspondientes a la clase F-60. Todas ellas deberán estar señalizadas con el distintivo "SALIDA DE EMERGENCIA" por la cara que corresponda. 5. En los edificios que consulten zonas verticales de seguridad, tanto superiores como inferiores, éstas deberán evacuar hacia el nivel de acceso del edificio no teniendo continuidad entre ellas. 6. Las zonas verticales de seguridad no deberán contener ningún tipo de instalaciones en su interior, tales como: cuarto de útiles de limpieza, ductos de basura, de aire acondicionado, de conducciones de gas o electricidad, gabinete con bocas de salidas de red húmeda o red seca y ascensores o montacargas. Se exceptúan las instalaciones selladas de agua y las instalaciones de emergencia propias de la caja de escalera, tales como presurización e iluminación, siempre que no afecten el ancho mínimo requerido. 135 7. Los edificios de 10 o más pisos de altura deberán disponer de conexiones a la red seca y a la red húmeda, en cada piso, en un vestíbulo que tendrá las siguientes características: a) Será contiguo a la escalera presurizada y de pasada obligatoria; b) Estará protegido contra el fuego por muros con igual resistencia que los muros de la escalera; c) Tendrá un ancho libre no inferior a 1,10 m y un largo libre no inferior a 1,60 m, medidos en el sentido del recorrido; d) Su puerta de entrada deberá tener las mismas características señaladas en el número 4 anterior, y e) En él podrán disponerse instalaciones de agua potable del edificio, siempre que no afecten las medidas libres requeridas. 8. Los ductos de toma de aire de los equipos de presurización de las escaleras deberán contemplar una resistencia mínima al fuego de F-60 en toda su extensión. Se dice en el Artículo 4.3.8. que en todo edificio de 5 o más pisos de altura cuya carga de ocupación sea superior a 200 personas, se deberá instalar un sistema automático que permita detectar oportunamente cualquier principio de incendio y un sistema de alarma que permita, en caso de emergencia, alertar a los usuarios en forma progresiva y zonificada según convenga. El Artículo 4.3.9. indica que en las edificaciones que corresponda, se deberán considerar estanques de agua potable y un sistema de redes para la provisión de agua que se denominará red de incendio (red húmeda y red seca), de conformidad a las exigencias mínimas previstas en el Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y de Alcantarillado (RIDAA) aprobado por D.S. Nº 50 del Ministerio de Obras Públicas, de 2002, y sus modificaciones. El artículo 4.3.10 dice que para todos los edificios de 7 o más pisos, y también los que contengan locales de reuniones con capacidad para 300 personas o más, deberán contar 136 con sistema automático de alumbrado de emergencia, independiente de la red pública, para los efectos de iluminar las vías de escape. Las canalizaciones eléctricas y/o los aparatos y artefactos empleados en el sistema, deberán disponerse de manera tal que aseguren una resistencia a la acción del fuego correspondiente a la clase F-60. Sin perjuicio de lo anterior, en los edificios de 7 o más pisos y los destinados a locales de reunión de personas, de cualquier capacidad, o destinados a comercio o industria, se deberá consultar un espacio para instalar los empalmes eléctricos con resistencia mínima a la acción del fuego correspondiente a la clase F-120. En estos recintos se deberá contar con dispositivos que permitan una fácil desconexión del sistema eléctrico cuando sea necesario. En el Artículo 4.3.11. Los edificios de 16 o más pisos se deberán colocar un sistema de alimentación eléctrica sin tensión, para el uso exclusivo del Cuerpo de Bomberos. El punto de alimentación de este sistema deberá estar ubicado en el piso de acceso, dentro de un nicho situado en la fachada exterior del edificio, diseñado de tal modo que sólo pueda ser manipulado por bomberos. La red eléctrica sin tensión tendrá a lo menos una salida de cada piso, ubicada en un lugar visible, que diste no más de 40 m de cualquier punto de dicho piso y con terminal de conexión de acuerdo a lo que sugiera al efecto el Cuerpo de Bomberos. Las canalizaciones eléctricas de dichos sistemas deberán ser construidas con resistencia mínima a la acción del fuego correspondiente a la clase F-120. Artículo 4.3.12. En los locales en que se manipule, expenda o almacene productos inflamables, la Dirección de Obras Municipales, previo al otorgamiento de la patente respectiva, deberá exigir la colocación de dispositivos adecuados contra incendio. Artículo 4.3.13. En los edificios que cuenten con sistema central de aire acondicionado, se deberá disponer de detectores de humo en los ductos principales, que actúen desconectando automáticamente el sistema. Se dispondrá, además, de un tablero de desconexión del sistema central de aire acondicionado ubicado adyacente al tablero general eléctrico. 137 Artículo 4.3.14. Los muros cortafuego deberán prolongarse a lo menos 0,50 m más arriba de la cubierta del techo más alto y 0,20 m hacia adelante de los techos saledizos, aleros u otros elementos combustibles. No obstante, dichas prolongaciones serán innecesarias cuando se emplee otra solución que garantice el cumplimiento de la resistencia mínima al fuego establecida en la tabla del artículo 4.3.3. En los muros cortafuego no podrán traspasarse elementos ni empotrarse materiales que rebajen su resistencia al fuego a un valor menor al exigido en la tabla del artículo 4.3.3, salvo en el caso de los ductos de instalaciones que deberán cumplir, a lo menos, con la mitad de la resistencia al fuego requerida para los elementos que traspasan. En este tipo de muros sólo estará permitido abrir vanos para dar continuidad a circulaciones horizontales, siempre que en ellos se instale un sistema de cierre que asegure como mínimo una resistencia al fuego correspondiente a la clase F-60. El sistema de cierre deberá ser tal, que se cierre automáticamente en caso de incendio y que permita su fácil apertura en forma manual, debiendo volverse a cerrar en forma automática. Cuando un ducto tuviere que atravesar un muro cortafuego, deberá contar con un sistema de cierre que impida la propagación del incendio a través de él, con accionamiento automático en caso de un siniestro. Artículo 4.3.15. Todo ducto de humo deberá salir verticalmente al exterior y sobrepasar la cubierta en al menos 1,5 m, salvo que se trate de viviendas unifamiliares en las que dicha altura podrá ser menor. Los ductos de hornos, calderas o chimeneas de carácter industrial se construirán con elementos cuya resistencia mínima al fuego corresponda a la clase F-60, no permitiéndose la colocación de elementos de madera a una distancia menor de 0,20 m de dichos ductos y a menos de 0,60 m de cualquier hogar de chimenea. Artículo 4.3.16. Los hogares de panaderías, fundiciones, entre otros, no podrán colocarse a una distancia menor de 1 m de los muros medianeros. El caño de sus chimeneas deberá quedar separado 0,15 m de los muros en que se apoyan o se afirman, y rellenarse el espacio de separación con materiales refractarios. 138 Artículo 4.3.17. Delante de las aberturas de las chimeneas y cuando el entramado del suelo sea de un material con resistencia a la acción del fuego inferior a la clase F-60, deberá consultarse un revestimiento de 0,50 m de ancho mínimo y que sobresalga, a lo menos, 0,30 m de cada lado de la abertura del hogar, con materiales de resistencia a la acción del fuego correspondiente a lo menos a la clase F- 60. Los caños de chimeneas de cocinas a carbón y de calderas de calefacción, deberán tener sus paredes de material no combustible de un espesor suficientemente aislador del calor e impermeable a los gases o humo de los hogares. Artículo 4.3.18. En los edificios que consulten sistemas de conducción o descarga de basuras, los buzones tolva y conductos deberán ser construidos con materiales de resistencia a la acción del fuego correspondiente a lo menos a la clase F- 60. Además, dispondrán de ventilación adecuada en su parte superior, y de una lluvia de agua en la parte alta, que pueda hacerse funcionar en los casos que en un atascamiento de basuras en un ducto se llegara a producir un principio de incendio, y que pueda ponerse en funcionamiento desde un lugar de fácil acceso ubicado en el primer piso. Artículo 4.3.19. Los ductos de ventilación ambiental entre unidades funcionales independientes, exceptuados los de aire acondicionado, serán de material con resistencia mínima a la acción del fuego correspondiente a la mitad de la requerida para los muros exteriores de la unidad en que se ubican, y no contendrán cañerías ni conducciones de instalaciones de ninguna especie. Los ductos colectivos de campanas de cocina, y aquellos de uso industrial, tales como los de cocinas de restaurantes, colegios, hoteles, y similares, deberán contemplar registros que permitan mantenerlos interiormente libres de adherencias grasas. Artículo 4.3.20. Los edificios de 7 o más pisos deberán contar con acceso desde la vía pública hasta la base de dichos edificios, tanto para ambulancias como también para 139 carros bomba y/o de escalas, el que tendrá una resistencia adecuada y un ancho suficiente para permitir el paso expedito de los mismos. Artículo 4.3.21. Los edificios industriales destinados al funcionamiento de establecimientos industriales clasificados como peligrosos, deberán mantener una distancia no menor de 4 m de los deslindes laterales y posteriores de los predios en que estuvieren emplazados o se emplacen. Cuando por aplicación de los ángulos de las rasantes establecidos en la tabla contenida en el artículo 2.6.3. deban quedar ubicados a más de 4 m de dichos deslindes, prevalecerá está última distancia. Los edificios industriales destinados al funcionamiento de establecimientos industriales no clasificados como peligrosos, deberán distar de los deslindes laterales y posteriores de los predios en que estuvieren emplazados o se emplacen, la distancia que resulte de aplicar los ángulos de rasantes y los distanciamientos que se establecen en las tablas contenidas en el artículo 2.6.3. No obstante lo prescrito en el inciso anterior, cuando el Plan Regulador Comunal permita edificación pareada o continua en el sector de emplazamiento del establecimiento industrial no clasificado como peligroso, así como también cuando por aplicación de los ángulos de rasantes y distanciamientos a que alude el inciso precedente, parte de la edificación industrial o de sus salientes pudiere quedar a menos de 3 m de los deslindes laterales o posteriores del predio en que estuviere emplazado o se emplace el edificio industrial, sus muros exteriores en toda la longitud que quede a menos de 3 m de ellos, deberán construirse con estabilidad estructural, con materiales que aseguren una resistencia mínima a la acción del fuego correspondiente a la clase F-180 y en forma continua a partir del terreno hasta por lo menos 0,50 m más arriba de la cubierta. Igual exigencia deberán cumplir los cuerpos adosados existentes o que puedan construirse conforme a las normas vigentes. A las construcciones complementarias de los edificios industriales, tales como oficinas administrativas, salas cunas, casinos, lugares de recreación, salas de baño, que constituyan cuerpos separados de la edificación industrial, les será aplicable íntegramente lo dispuesto en el artículo 2.6.3. de la Ordenanza General. 140 Tratándose de establecimientos industriales clasificados como peligrosos, se entenderá que sus construcciones complementarias constituyen cuerpos separados cuando entre éstas y aquellos exista una distancia mínima igual o superior a 4 m. Tratándose de edificios industriales destinados al funcionamiento de establecimientos industriales no clasificados como peligrosos, se entenderá que sus construcciones complementarias constituyen cuerpos separados cuando se cumplan copulativamente las siguientes condiciones: 1. Que entre las edificaciones industriales y sus construcciones complementarias se cumpla como mínimo con las distancias exigidas por el artículo 2.6.3.1 2. Que los muros exteriores de la edificación industrial, en toda la longitud que quede a menos de 3 m de la construcción complementaria, tengan las características exigidas en el inciso tercero de este artículo. Para medir los distanciamientos se estará a lo dispuesto en el artículo 2.6.3., y para el caso a que se refiere el número 1, del inciso anterior, se considerarán como deslindes los muros exteriores de la construcción complementaria más cercana a la edificación industrial y los planos imaginarios verticales se levantarán tangentes a la superficie externa de dichos muros. Artículo 4.3.22. Será obligatorio el uso de sistemas de protección activa en las edificaciones de 3 o más pisos destinadas a la permanencia de personas, en los casos que no pueda garantizarse la evacuación de los ocupantes por sus propios medios o en los que por razones de seguridad se contemplen cierres no controlables por sus ocupantes, tales como sectores de enfermos no ambulatorios en hospitales, locales para el cuidado de personas con serias patologías mentales, lugares de detención o reclusión de personas, y similares. Se exceptúan de lo señalado en el inciso anterior las edificaciones cuya carga de ocupación sea inferior a 50 personas. Artículo 4.3.23. Los empalmes de gas de red y los estanques para almacenamiento de gas licuado, se proyectarán de manera tal que en caso de incendio no impidan la evacuación del edificio y cuenten con dispositivos de fácil acceso para que los bomberos 141 corten el suministro de gas. El término gas de red corresponde a lo definido en la Ley N° 18.856, artículo 2°, y comprende el gas de ciudad, el gas licuado en fase gaseosa y el gas natural. Artículo 4.3.24. Toda edificación podrá ser subdividida en compartimentos independientes, mediante muros de compartimentación que cumplan con una resistencia al fuego F- 120 o superior. En tales muros se admitirán puertas o tapas de registro, siempre que tengan una resistencia al fuego de a lo menos F-60 y, en el caso de las puertas, contemplen cierre automático. La compartimentación permitirá independizar áreas dentro de un mismo edificio con el fin de mejorar sus condiciones de seguridad y reducir la superficie de cálculo para los efectos de la aplicación de las tablas del artículo 4.3.4 de este mismo Capítulo. Artículo 4.3.25. Las tapas de registro de cámaras o ductos de instalaciones susceptibles de originar o transmitir un incendio, tendrán una resistencia al fuego al menos igual a la mitad de la exigida al elemento delimitador del mismo.2 Artículo 4.3.26. No requerirán protección contra el fuego las edificaciones de un piso realizadas con elementos de construcción no combustibles, que cumplan con los siguientes requisitos: 1. Tener una carga de ocupación inferior a 100 personas. 2. Contemplar en todos sus recintos una carga combustible media inferior a 250 MJ/m2. 3. Asegurar su ocupación sólo por personas adultas que puedan valerse por si mismas. 4. Tener destino de equipamiento. 5. Estar separada de los deslindes por una distancia no inferior a 4 m. Tratándose de edificaciones con protección activa, se podrá aumentar la altura en 1 piso y la carga de ocupación en un 50%. 142 Artículo 4.3.27. Para los efectos de este Título se entenderá por pasillo protegido aquél cuyo resguardo contra el fuego cumple las siguientes condiciones: 1. Está aislado con respecto a otros recintos mediante elementos con una resistencia al fuego no menor a F-120. 2. Las puertas y tapas de aberturas tienen una resistencia al fuego de al menos F-30 y no ocupan más del 20% de la superficie de los paramentos del pasillo. 3. Contempla detectores de humo e iluminación de emergencia. 4. Su longitud no es superior a 30 m. Artículo 4.3.28. Deben contar con un grifo de agua contra incendio conectado a la red pública y accesible al Cuerpo de Bomberos, los siguientes edificios o establecimientos 1. Los cines, teatros, auditorios y discotecas con una carga de ocupación superior 1.000 a personas. 2. Los recintos deportivos cubiertos con una carga de ocupación superior a 2.000 personas. 3. Los de uso comercial o de estacionamiento con una carga de ocupación superior a 3.000 personas. 4. Los de uso hospitalario o educacional, con una carga de ocupación superior a 2.000 personas. 5. Cualquier edificio o establecimiento no mencionado anteriormente con una carga de ocupación mayor a 10 m2 por persona y con una superficie construida de más de 10.000 m2. Artículo 4.3.29. Todo edificio o local de uso público, incluidas sus dependencias, instalaciones y equipos, podrá ser inspeccionado periódicamente por la Dirección de Obras Municipales después de haber sido recepcionado en forma definitiva total o parcial, con el propósito de verificar el cumplimiento de las normas sobre condiciones de seguridad general y de seguridad contra incendio contenidas en el presente Título. 143 Los inspectores de la Dirección de Obras Municipales podrán ser acompañados por miembros designados por la Superintendencia del Cuerpo de Bomberos, debidamente acreditados. Será deber del propietario mantener el edificio o local accesible y expuesto a los propósitos de la inspección. El entorpecimiento de la labor de inspección periódica, el entrabamiento al libre acceso de los citados funcionarios y la constatación de infracciones a las normas contenidas en el presente Título que impliquen un riesgo no cubierto, será motivo suficiente para aplicar lo prescrito en el artículo 1.3.1. de la Ordenanza. 144 ANEXO 3-1 Ventiladores utilizados para presurización Ventiladores centrífugos simple aspiración Fuente: Astorga. 2009. Ventiladores centrífugos de aspiración doble Fuente: Astorga. 2009. 145 Ventiladores de presurización edificio Apoquindo 4001 Fuente: Astorga 2009. Edificio Apoquindo 4001. Fuente: Astorga 2009. 146 ANEXO 6-1 NFPA 101, Código de Seguridad Humana. Un edificio debe contar con los siguientes requisitos de seguridad: 1. Un número suficiente de vías de evacuación sin obstáculos, de una capacidad adecuada, correctamente diseñadas y con los accesos correspondientes. 2. Protección de estas vías contra el incendio y el humo durante todo el tiempo necesario para evacuar. 3. Salidas alternativas y medios de traslados hacia ellas, para utilización en caso de que una de las salidas previstas quede bloqueada por el incendio. 4. Subdivisión en sectores para proporcionar áreas de refugio en los edificios en los cuales la evacuación es considerada como último recurso. 5. Protección de las aberturas verticales para limitar los efectos del fuego a un solo piso. 6. Sistemas de alarma para avisar a los ocupantes y llamar a la brigada de bomberos en caso de incendio. 7. Iluminación adecuada de las salidas y de los caminos que hay que recorrer para llegar a ellas. 8. Señalización de los caminos de acceso a las salidas. 9. Aislamiento de los equipos y de las zonas peligrosas susceptibles de producir un fuego que pueda amenazar la seguridad de las personas en las salidas. 147 10. Procedimientos de adiestramiento en la evacuación para asegurar que esta se puede efectuar en orden. 11. Control de los factores psicológicos que conducen al pánico 12. Control de los acabados interiores para evitar que un incendio de desarrollo rápido pueda dejar a los ocupantes atrapados. 13. El código anteriormente descrito, puede ser utilizado ampliamente como guía práctica y como base para el desarrollo de leyes y normas en nuestro país. 148 ANEXO 6-2 CONTAM. (Multizone Airflow and Contaminant Transport Analisys Software). Es un software de análisis y diseño de transporte de contaminantes y de la calidad de aire, el cual está condicionado por: (A) corrientes de aire: la infiltración, exfiltración, y las corrientes de aire de habitación – hecho para habitaciones en que el aire está impulsado por los medios mecánicos, las presiones de viento que actúan sobre el exterior del edificio, y los efectos de flotabilidad producidos por la diferencia de la temperatura interna del aire y al aire libre. (B) concentraciones de contaminante: la dispersión de contaminantes transportados por corrientes de aire; transformar por una variedad de procesos incluyendo transformación química y radio - química, adsorción materiales de construcción. (La c) la exposición personal: los pronósticos de la exposición a los contaminantes transportados por el aire, de ocupantes para la valoración de riesgo eventual. CONTAM puede ser útil en una variedad de aplicaciones. Su habilidad de calcular las corrientes de aire de edificio es útil para saber la suficiencia de ventilación en un edificio, determinar la diferencia en tiempos de ventilación y la distribución de aire de ventilación dentro de un edificio, y calcular el impacto de aire de sobre reforzar los esfuerzos sobre la infiltración es importante. El pronóstico de concentraciones de contaminante puede ser usado para determinar el rendimiento de calidad del aire interno de un edificio antes de que sea construido y habitado, investigar los impactos de las decisiones de diseño relacionadas con el diseño de sistema de ventilación y selección de material de construcción, y tasar el rendimiento de calidad del aire interno de un edificio existente. Concentraciones de contaminante pronosticadas también pueden ser usadas para calcular la exposición personal sobre la base de dibujos en la construcción que está estudiado. Los cálculos aproximados de exposición pueden ser comparados para las suposiciones de ventilación. 149 PYROSIM. Software de alta complejidad para modelación computarizada de incendios Software de modelación computarizada para incendios Pyrosim. Este software permite procesar construcciones con geometrías de alta complejidad y tamaño, que sirve para modelación de edificios, además de estructuras de industria petroquímica, minera y metalmecánica. Utiliza la serie de algoritmos matemáticos desarrollados por el NIST (National Institute of Standards and Technology, EE.UU) y agrupados en la interfase FDS (Fire Dynamics Simulator). Dentro de las principales ventajas se destacan: 1. Estudio de pertinencia de las instalaciones para la supresión y control de incendios 2. Perfiles de temperatura y transferencia térmica al interior de instalaciones industriales 3. Análisis vectorial de temperatura asociado a efectos de convección forzada 4. Desarrollo de atmósferas tóxicas, tiempos y concentraciones involucradas 5. Configuración especializada de sistemas de protección contra incendios en función de la carga de combustible, geometrías, ordenamiento territorial, flujos de aire, superficies y materiales especiales. 150 151
