Proyecto básico: Visión general de la estrategia de seguridad ante incendios para edificios de una sola planta

Transcripción

1 Proyecto básico: Visión general de la estrategia de seguridad ante incendios para Describe los principales conceptos de seguridad ante incendios. Resume características comunes de los requisitos normativos nacionales. Presenta la ingeniería ante incendios, protección activa y pasiva ante incendios, y el uso del factor de forma para calcular el espesor de la protección ante incendios. Índice 1. Fundamentos de la seguridad ante incendios 2 2. Requisitos reglamentarios de seguridad ante incendios 2 3. Introducción a la ingeniería de seguridad ante incendios 5 4. Protección activa ante el fuego 5 5. Protección pasiva ante el fuego 6 6. Factores de forma 7 7. Estructuras de acero sin protección 8 8. Referencias 9 Página 1

2 1. Fundamentos de la seguridad ante incendios El objetivo primario de la legislación de seguridad ante incendios es asegurar la seguridad de las personas en y alrededor de los edificios cuando ocurre un incendio. Un objetivo secundario es proteger la continuidad de los negocios y la propiedad (lo cual incluye tanto la estructura como los bienes contenidos en el edificio). Para alcanzar estos objetivos, hay algunos principios que se deben cumplir: Los ocupantes deben poder abandonar el edificio o poder ser rescatados por otros medios Se debe considerar la seguridad del equipo de rescate La generación, propagación del fuego y humo dentro del edificio, es limitada La propagación del fuego a los edificios vecinos es limitada Se asume que el edificio tiene la capacidad de resistir cargas durante un período específico de tiempo Estos principios básicos están establecidos en los reglamentos nacionales, por medio de requisitos para el diseño de edificios, que tienen en cuenta el uso y tipo de construcción. A la hora de abordar estos requisitos, se debe tener en cuenta los medios de protección ante incendios. Hay dos medios básicos de protección ante incendios. Medios pasivos, que son intrínsecos al edificio y son permanentes. Medios activos, los cuales consisten en sistemas de detección y extinción de incendios. Estos sistemas pueden ser manuales o automáticos. 2. Requisitos reglamentarios de seguridad ante incendios Los requisitos reglamentarios relativos a la seguridad ante incendios difieren entre gobiernos nacionales y regionales. Se presenta una revisión de los requisitos en nueve países en [9]. A continuación se presentan aspectos particulares que se discuten frecuentemente en los reglamentos. 2.1 Efectos de incluir rociadores Los rociadores proporcionan beneficios en términos de protección de la propiedad, continuidad de los negocios y seguridad de bomberos que ningún nivel de protección pasiva puede alcanzar. El uso de rociadores reduce el riesgo de propagación, así como las proporciones del incendio. Por eso, este hecho es reconocido en los reglamentos nacionales de seguridad ante incendios en los siguientes aspectos: Rociadores y resistencia estructural ante incendios: Los edificios acondicionados con rociadores generalmente requieren una menor resistencia de la estructura ante el fuego. España y Alemania son los únicos países donde el uso de rociadores eliminará, totalmente, la necesidad de resistencia al fuego de la estructura. Suiza exige que todos los edificios industriales tengan un sistema de rociadores pero no hay Página 2

3 requisitos para la resistencia estructural ante incendios; los muros de compartimento sólo requieren 30 minutos de resistencia al fuego y generalmente los muros exteriores no requieren tener resistencia al fuego. Rociadores y tamaño de los compartimentos. La instalación de rociadores también tiene como ventaja posibilitar al proyectista aumentar el tamaño de los compartimentos dentro del edificio. En algunos países, como Francia y Bélgica, donde el tamaño máximo permitido de compartimentos en edificios sin rociadores es muy oneroso, los rociadores pueden ser el único método viable para tener tamaños de compartimento prácticos. Rociadores y distancias entre edificios. En el Reino Unido, la introducción de rociadores permite al proyectista reducir las distancias que separan los edificios o aumentar el tamaño del área sin protección. Las cimentaciones de las columnas en el límite de propiedad, no necesitarán ser diseñadas para resistir el momento de vuelco debido al colapso de la viga. En Italia, los reglamentos no incluyen ninguna forma de cambios entre rociadores y métodos de protección pasiva ante el fuego. 2.2 Resistencia estructural ante incendios En la mayoría de países europeos, los pueden ser construidos sin considerar la resistencia al fuego, a condición que cumplan con límites específicos. Ejemplos de límites específicos son: Francia: edificio de una sola planta, si la altura del edificio es menor que 10 m. Alemania, España y Suiza: a condición que el edificio esté equipado con un sistema de rociadores. Reino Unido y Holanda: Edificios de una sola planta no requieren resistencia al fuego, a menos que la estructura considerada soporte un muro exterior que requiera resistencia al fuego debido a la proximidad de otro edificio. Suecia: no hay requisitos para, a menos que sea un salón de reuniones para más de 150 personas. En la mayoría de países europeos, los requisitos de resistencia al fuego no se aplican a armaduras o vigas que sostienen techos, a menos que el colapso de estos elementos afecte a la estabilidad de los muros. 2.3 Muros exteriores La mayoría de los reglamentos de edificios considera el riesgo de propagación del fuego entre edificios. Hay dos medios de reducir el riesgo a un nivel aceptable: la resistencia al fuego de muros y la distancia requerida entre edificios adyacentes. Suiza: para que la pared externa no tenga resistencia al fuego, la distancia requerida de límite del terreno puede variar de 3,5 m a 16,5 m dependiendo de la altura del edificio. Página 3

4 Alemania y Bélgica: el límite requerido de distancia al límite de propiedad es 2,5 y 4 m respectivamente para todos los edificios industriales. España también tiene un único valor de distancia de seguridad que es 10 m. Francia: el muro exterior no requiere resistencia al fuego si la distancia de separación se toma como la menor de las dos magnitudes siguientes: la altura del edificio o 10 m. Suecia: la distancia requerida es de 4 m. Francia, Reino Unido y Holanda consideran las características de fuego y de fachada cuando determinan una distancia de seguridad. 2.4 Compartimentos internos Los límites del tamaño de los compartimentos dependen de alguna valoración de la carga de fuego y de riesgo para la seguridad. Puede considerarse la instalación de sistemas de rociadores y detectores de humo para aumentar el tamaño de los compartimentos, acorde con varios reglamentos nacionales. Los reglamentos del Reino Unido sólo imponen restricciones en el tamaño del compartimento en usados para propósitos comerciales. Sin embargo, este límite de tamaño puede aumentarse equipando el edificio con sistemas de rociadores. En España, no hay restricciones en los edificios industriales equipados con un sistema de rociadores y con una distancia mínima de separación de 10 m. para edificios adyacentes. Otros países requieren, típicamente, que los tengan compartimentos de 4000 m 2 ó menos. La resistencia al fuego requerida para muros de compartimento varía ampliamente. Algunos países requieren tan sólo 30 minutos de resistencia al fuego, mientras que otros requieren 120 minutos. Francia y Bélgica basan su período de resistencia al fuego para muros de compartimento en una evaluación del riesgo. 2.5 Rutas de escape Cuando diseñamos el plano de un edificio de una sola planta es importante tener en cuenta la provisión de rutas de escape seguras para los usuarios del edificio. Aunque un sistema de rociadores podría aumentar el tamaño máximo de los compartimentos, la distancia máxima a las salidas puede ser un parámetro de diseño limitante. En España, 25 m es un valor típico para la longitud máxima de ruta de escape en edificios industriales con una sola salida. 2.6 Diseño basado en prestaciones Hay algunas regulaciones nacionales, por ejemplo en Francia y Alemania, que exigen a los proyectistas un diseño basado en prestaciones para grandes edificios y/o grandes cargas de incendio, en vez de diseños basados en normas prescriptivas. Los reglamentos de seguridad ante incendios de España y Suecia para edificios industriales permiten el uso de diseños basados en prestaciones, como una alternativa a las soluciones prescriptivas indicadas en ella. Las soluciones según el enfoque basado en prestaciones requieren la intervención de expertos en incendios en el proceso de diseño. Página 4

5 3. Introducción a la ingeniería de seguridad ante incendios En muchos países, EN [1], EN [2] y EN [3] son las primeras normas formales de ingeniería ante incendios que pueden ser utilizadas convenientemente en el diseño. La ingeniería ante incendios es una filosofía basada en un proceso integral en donde se contempla, los riesgos de incendio, la severidad del incendio (considerando escenarios de incendios), los medios de escape (mediante medidas de evacuación segura), el control del humo (mediante medidas activas y sistemas de activación) y la respuesta estructural al fuego. Se usa frecuentemente como una alternativa a los métodos prescriptivos basados en la resistencia al fuego de elementos individuales, cuando los edificios tienen una baja carga de incendio en el interior y los medios de escape son adecuados. Además, la aproximación al concepto de seguridad natural ante incendios [5] permite una aproximación más realista al análisis de seguridad ante incendios, especialmente en el caso de edificios singulares. Este análisis tiene en cuenta características de incendio reales y medidas de lucha ante incendios, activas y pasivas. En países en los que se exige protección ante incendios para, o que tienen límites altos o límites de tamaño de compartimentos, se puede utilizar favorablemente la ingeniería ante incendios en los siguientes casos de diseño, donde: rociadores u otros sistemas activos reducen el riesgo y la severidad de fuego. los sistemas de alarma y detección permiten una evacuación más rápida. Se puede sustentar una reducción de la resistencia al fuego, basada en la carga de fuego y en las condiciones de ventilación los medios de escape y el control del humo en las rutas de escape protegidas son buenos Es probable que la ingeniería ante incendios sea más ventajosa donde: la estructura sea grande y los ahorros potenciales justifiquen el esfuerzo de diseño. la estructura sea inusual y no esté bien tratada por los métodos tradicionales prescriptivos. 4. Protección activa ante el fuego Los sistemas de protección activa son aquellos que detectan humo o fuego y que activan un sistema de extinción. El sistema de protección activo más utilizado es aquel en el cual los rociadores suministran gran cantidad de agua localmente para prevenir que el humo o pequeños incendios se propaguen a un punto en donde pueda ocurrir el fenómeno de "flash over" (incendio generalizado provocado por un gran aumento de la temperatura), finalmente, los rociadores extinguen el fuego completamente. Página 5

6 Es posible especificar tres tipos de sistemas de rociadores, basados en el peligro (riesgo) y la aplicación (uso de edificio), que están definidos en EN12845:2004 (sistemas de lucha contra incendios, sistemas de rociador automático) El diseño, la instalación y la fabricación son los siguientes: Riesgo bajo Uso no industrial y edificios comerciales, por lo general Riesgo común Grupo I y IV - El Grupo I corresponde a sótanos y áreas de almacenamiento de edificios comerciales Riesgo elevado Áreas con materiales altamente combustibles Los rociadores tienen normalmente ampollas" de cristal que se rompen cuando se calientan y que se activan sobre un área determinada del suelo para extinguir el incendio sin producir daños desproporcionados a causa del agua. En edificios bajos, las tuberías pueden estar llenas de agua ("tubos húmedos ), pero en edificios más altos, las tuberías están "secas" hasta que un suministro secundario las activa. Los rociadores de bajo riesgo se especifican generalmente para oficinas, hospitales o edificios más pequeños, y el número de rociadores no debe sobrepasar 500 por instalación en un sistema de tubos húmedos o 250 en un sistema de tubos secos. En edificios altos, la diferencia de altura entre los rociadores más bajos y más altos en una instalación no debe sobrepasar los 45 m. Para un peligro leve, el caudal mínimo es de 255 l/min, que aumenta a 375 l/min para un peligro medio, y el diámetro nominal del tubo es de 65 mm. Otras formas de sistemas activos incluyen: Pantallas u obturadores automáticos Sistemas de extracción de humos Los rociadores y otros sistemas activos tienen un alto índice de éxito en la extinción y prevención de incendios, y cada vez más los exigen las compañías de seguros que desean disminuir el riesgo en los contenidos del edificio. Dependiendo de los reglamentos nacionales, éstas pueden permitir una reducción en la resistencia al fuego y/o en el uso de compartimentos grandes. 5. Protección pasiva ante el fuego La protección pasiva ante el fuego provee aislamiento ante la acción del fuego (radiación, humo caliente) y retarda el calentamiento de la estructura. Los materiales de protección pasiva ante el fuego están divididos en dos grupos: no reactivos, donde los mejores ejemplos son paneles y rociadores; y reactivos, donde los más comunes son los revestimientos intumescentes. Formas de protección ante incendios, véase la Figura 5.1 y la Figura 5.2: Paneles: Perfiles de revestimiento, con una apariencia acabada. Puede ser difícil de aplicar alrededor de detalles complejos. Proyecciones de mortero: no tienen buena apariencia, usados generalmente donde no es visible. Detalles fáciles de cubrir y aplicables sobre elementos de acero no pintado. Página 6

7 Pintura intumescente: Permite ver la forma del acero. Es de fácil aplicación pero no es una solución barata, y es difícil de alcanzar más de 60 minutos de resistencia de fuego. Encofrado y relleno de hormigón: métodos robustos usados donde hay exposición a la intemperie y los requisitos de resistencia al fuego son altos. Es caro y consume tiempo. Hay dos enfoques para la aplicación de protección: Material de protección aplicado en obra: aplicados en el edificio durante la construcción. Fuera de obra: aplicados en perfiles antes de la construcción. Esto es típico para pinturas intumescentes En la mayor parte de Europa, los pueden ser construidos sin protección pasiva ante incendios. Sin embargo, esta cláusula no se aplica en todas las circunstancias; se dan detalles en los reglamentos nacionales. Figura 5.1 Detalle de la sección del ala con protección de mortero Figura 5.2 Pintura intumescente en una viga de una entreplanta 6. Factores de forma El factor de forma define la velocidad de calentamiento del elemento, y está influido por su forma, la protección parcial y el tipo de sistema de protección ante incendios. Por simplicidad, se define de la forma siguiente: Página 7

8 Factor de forma Área de superficie calentanda por unitad de longitud = = Volumen por unitad de longitud A V Este parámetro reconoce la diferencia entre 4 lados expuestos (por ejemplo, para columnas) y 3 lados expuestos (para vigas que soportan losas). En la Figura 6.1 se presentan fórmulas típicas para factores de sección t f b t w h 2b + h - t A/V = w (b - t w ) t f + 0.5ht w (1) b + h A/V = (b - t w ) t f + 0.5ht w (2) t f t w h b 1.5b + h - t A/V = w (b - t w) t f+ 0.5ht w 0.5b + h A/V = (b - t w) t f+ 0.5ht w (3) Leyenda: 1. 4-lados expuestos protección del perfil 2. 4-lados expuestos protección encajonada 3. 3-lados expuestos protección del perfil 4. 3-lados expuestos protección encajonada (4) Figura 6.1 Definición del factor de forma para diferentes tipos de protección ante incendios 7. Estructuras de acero sin protección La mayoría de los reglamentos europeos permiten la construcción de edificios de una sola planta con elementos de acero sin protección. Página 8

9 De otro lado, el uso del diseño basado en prestaciones puede llevar a importantes ahorros en la protección pasiva ante incendios en algunos tipos de (ver sección 3), debido a los siguientes aspectos: Algunas experiencias llevadas a cabo, como las pruebas de incendios Cardington evidencian que el rendimiento ante incendios de edificios reales sin protección de los elementos de acero es mejor que el sugerido por la prueba sobre elementos individuales de construcción. En lo concerniente al modo de fallo de la estructura en, un diseño apropiado ante incendio puede impedir que los edificios vecinos, bomberos y equipos se vean afectados por el colapso del edificio bajo estudio (ej.: con el colapso estructural, estando en el interior del edificio) [4],[7],[8]. Las cargas de fuego en con grandes compartimentos y techos mayores a 10 m, tales como galerías comerciales, salones deportivos, salones multiusos, edificios industriales, etc. son generalmente bastante pequeños, por lo que no es posible que alcancen temperaturas que puedan afectar a la resistencia estructural de los elementos de acero [5],[8]. 8. Referencias Las reglas y los principios de este documento están basados en: (1) EN :2002 Eurocode 1: Actions on structures Part 1-2: General actions Actions on structures exposed to fire. CEN. (2) EN :2003 Eurocode 3: Design of steel structures Part 1-2: General rules Structural fire design. CEN. (3) EN : (Draft) Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures Part 1-2: General rules - Structural fire design. CEN. (4) Single storey steel framed building in fire boundary conditions (P313). The Steel Construction Institute, (5) Valorisation Project: Natural Fire Safety Concept, ECSC funded project PA/PB/PC-042. (6) DIFISEK- Dissemination of Structural Fire Safety Engineering Knowledge, ECSC funded project RFS-C (7) Fire Safety of industrial halls and low-rise buildings: Realistic fire design, active safety measures, post-local failure simulation and performance based requirements, ECSC funded project 7210-PB/378. (8) Development of design rules for steel structures subjected to natural fires in large compartments, ECSC funded project 7210-SA/210/317/517/619/932. (9) Report to ECCS: Fire building regulations for single storey buildings in 9 European countries. Document RT915. Version 2 de junio de Página 9

10 Registro de Calidad TÍTULO DEL RECURSO Proyecto básico: Visión general de la estrategia de seguridad ante incendios para Referencia(s) DOCUMENTO ORIGINAL Nombre Compañía Fecha Creado por J. M. Fernandez Labein Jul 05 Contenido técnico revisado por Jose A. Chica Labein Dic 05 Contenido editorial revisado por Jose A. Chica Labein Dic 05 Contenido técnico respaldado por los siguientes socios de STEEL: 1. Reino Unido G.W. Owens SCI 07/04/06 2. Francia A. Bureau CTICM 07/04/06 3. Suecia A. Olsson SBI 07/04/06 4. Alemania C. Mueller RWTH 07/04/06 5. España J. Chica Labein 07/04/06 6. Luxemburgo M. Haller PARE 07/04/06 Recurso aprobado por el Coordinador técnico G W Owens SCI 13/07/06 DOCUMENTO TRADUCIDO Traducción realizada y revisada por: eteams International Ltd. 20/06/06 Recurso de traducción aprobado por: J. Chica Labein 10/07/06 Página 10