REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Vol. LXXXII-3: 45-49 DYNA ABRIL 2007 45
Jesús de la Quintana Pruebas de incendio real para la verificación de la seguridad de los edificios
RESUMEN
La Ingeniería de Seguridad Ante Incendio
es la aproximación científica al
fenómeno del incendio, la cual permite
al diseñador la posibilidad de realizar
un diseño basado en prestaciones,
que permitirá soluciones racionales,
económicas y seguras en edificios
e infraestructuras, de acuerdo
con la reglamentación actual en la
materia, cual es el Código Técnico de
la Edificación.
En edificios, en particular, la mejor
metodología supone complementar el
uso de simulaciones numéricas y ensayos
experimentales de incendio.
Tecnalia-Construcción resuelve la
problemática de ensayos destructivos
de fuego real, mediante el desarrollo
de una metodología, que incluye un
equipamiento de generación de humo
caliente limpio, capaz de generar humo
caliente, que se comporta como
el humo de un incendio real; pero sin
ser destructivo y sin la necesidad de
limpiar posteriormente el edificio.
Esta aproximación teórico-experimental
global ha sido utilizada en dos
casos particulares, que se exponen
en el texto: los aparcamientos de
Bilbao Exhibition Centre y el Centro
comercial Zubiarte,en Bilbao.
Palabras clave: Seguridad, edificación,
incendio, humo caliente,
ABSTRACT
Fire Safety Engineering is a scientific
approach to fire phenomena which
permits the designer the possibility of
a performance based design that will
allow rational, economic and safe solutions
in buildings and infrastructures.
Particularly in buildings the best
methodology involves the simultaneous
use of theoretical numerical simulations,
and experimental fire
tests.
Tecnalia-Construcción solves the
problem of real fire destructive tests
with a unique development of a methodology
that includes a equipment
for the generation of clean hot smoke
that is capable of generating hot
smoke which behaves as real fire
smoke, but in a non destructive way,
and with no need of final cleaning of
the building interiors.
This global theoretical-experimental
approach has been successfully
used in two particular cases that are
assessed in the text: the Bilbao Exhibition
Centre parking space, and the
Zubiarte commercial centre.
Key words: Safety, building, fire,
hot smoke.
1- INTRODUCCIÓN
En los últimos años se ha desarrollado
una especial sensibilidad a la seguridad,
tanto colectiva como personal.
frente a distintas amenazas tanto
de índole accidental como premeditada.
En todos los casos esa sensibilidad
se ha convertido en una exigencia
social que mueve los resortes de
las bases reglamentarias con que la
Administración responde a estas demandas.
Asimismo, y de forma paralela,
la tecnología avanza proporcionando
nuevos modos de resolver las
incertidumbres que estos riesgos
plantean, aproximándose de manera
cada vez más realista a los fenómenos,
sus efectos, y consecuencias,
permitiendo así precisar soluciones
seguras y eficaces.
En el caso de la seguridad en situación
de incendio, toda una metodología
ha visto la luz, la llamada Ingeniería
de seguridad ante incendio
( Fire Safety Engineering) a través de
la cual se pretende determinar el nivel
de seguridad que proporcionan las
prestaciones de las medidas contra
incendio introducidas en el proyectoedificio;
es lo que se conoce como
Diseño basado en prestaciones. Esto
se debe realizar complementando las
simulaciones numéricas con pruebas
reales no destructivas.
Las pruebas de incendio en edificios
permiten validar, mediante una
" verificación basada en prestaciones"
la seguridad en caso de incendio proporcionada
por el edificio y sus sistemas
relacionados.
Estos ensayos deben complementarse
con la realización de simulaciones
numéricas avanzadas que, tras la
oportuna correlación de sus modelos
matemáticos mediante ensayos reales,
permiten analizar otras situaciones
de incendio posibles en el edificio
con la garantía del uso de un modelo
calibrado experimentalmente. Esto
resulta especialmente interesante en
el caso de que se deban analizar las
Recibido: 26/02/07
Aceptado: 26/03/07
3305.28 Regulaciones, códigos y especificaciones
Jesús de la Quintana Pérez
Ingeniero Industrial.
Jefe de Ingeniería de Seguridad Anti Incendio
Tecnalia-Construcción
PRUEBAS DE INCENDIO REAL PARA LA
VERIFICACIÓN DE LA SEGURIDAD DE LOS
EDIFICIOS
REAL FIRE TESTS FOR SECURITY VERFICATION OF THE BUILDINGS
TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN
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consecuencias de incendios de mayor
potencia cuyo ensayo real sería
inabordable por destructivo.
La aplicación de los ensayos de
seguridad ante incendio es particularmente
necesaria en el caso de edificios
singulares o de especial complejidad,
hasta el punto de proporcionar
una garantía de dicha seguridad.
Una de las mayores dificultades
para la realización de los ensayos es
el lograr una prueba que represente
adecuadamente el fenómeno del incendio
y que no dañe el edificio y sus
equipos. Tecnalia-Construcción ha
hecho ese esfuerzo desarrollando el
Ensayo de humo caliente limpio, pionero
en el estado en la materia.
A modo de ejemplo, se describen
a continuación los ensayos de incendio
realizados en la nueva Feria de
Muestras de Bilbao BEC ( Bilbao Exhibition
Centre) y en el Centro Comercial
Zubiarte.
2- PRUEBA DE INCENDIO EN BEC
Bilbao Exhibition Centre ha sido pionero,
sin duda, en muchos campos,
pero uno de los más significativos
pasa por ser desconocido para el
usuario habitual.
Si dijéramos que BEC es seguro
en caso de incendio, no sorprenderíamos
a nadie. Esa cualidad se le supone
a todo edificio que ha sido construido
conforme a las exigencias de la
reglamentación en la materia. Sin
embargo, si decimos que BEC -
Bilbao Exhibition Centrees uno de los
pocos edificios que ha demostrado
su seguridad a través de un proceso
de diseño y verificación basados en
prestaciones quizá estemos realzando
una característica mucho más singular
e interesante.
Tal y como se recogió en el número
27 de 2005 de la revista
" Emergencia 112", BEC solicitó a
Labein-Tecnalia realizar una verificación
y rediseño basados en prestaciones
en lo relativo a la seguridad
ante incendio de los pabellones
en sus vertientes de estabilidad estructural
y evacuación de las personas.
En concreto, la prestación del sistema
de control de humos se verificó
bajo los siguientes criterios:
- Compartimentación: Contención
del humo en cantones, de manera
que se evita la exposición de los ocupantes
a los efectos del mismo.
- Toxicidad de los humos: Evaluación
del riesgo para las personas que
representa la exposición a los gases
generados por el incendio.
- Radiación: Evaluación del riesgo
de quemaduras debidas a la radiación
de los gases calientes o de las superficies
que éstos hayan calentado.
- Visibilidad: afección a la capacidad
de las personas de orientarse
dentro del escenario afectado.
Como resultado del estudio, se
validó la prestación del sistema de
control de humos del edificio proponiendo
y verificando incluso soluciones
novedosas como la utilización de
un frente de forjado de una entreplanta
como cortina de humos, y se pudo
demostrar que la estructura de los
edificios era capaz de soportar los incendios
más críticos esperables, de
manera que se han reducido en un
80% las necesidades de protección
pasiva de dicha estructura sin que
ello suponga una merma de la seguridad
del edificio.
Pero el proyecto no terminaba
ahí, fruto de la sensibilidad de BEC y
de los Bomberos de Diputación Foral
de Bizkaia sino que se solicitó a Tecnalia-
Construcción la verificación numérico-
experimental del control de
humos de los aparcamientos bajo rasante.
2-1 Prueba de incendio en los
aparcamientos subterráneos
Para verificar la seguridad ante incendio
de los aparcamientos mediante
una prueba real de incendio, Labein-
Tecnalia desarrolló una variante de su
Ensayo de humo caliente limpio, un
diseño propio en el que se ha puesto
en juego el conocimiento en Ingeniería
de seguridad ante incendio sustentado
en proyectos internacionales,
proyectos de aplicación y experimentación.
Este ensayo fue probado anteriormente
con éxito en su aplicación
a túneles carreteros y era la primera
ocasión en que se probaba en edificios.
El ensayo mostró la evolución
equivalente al caso del incendio de un
vehículo turismo, considerando el desarrollo
de su potencia calorífica total
hasta el momento de la actuación del
sistema de contención del incendio
(rociadores), produciéndose entonces
una variación en la curva de generación
de calor acorde con el efecto
de dichos rociadores. El ensayo
fue diseñado mediante simulación
numérica C.F.D. con el fin de predecir
el efecto del incendio sobre el edificio
y sus sistemas, llevar a cabo a cabo
posibles rediseños y determinar con
precisión necesidades de protección
durante el ensayo.
Se analizaron los recorridos y casos
de evacuación mas críticos en el
recinto de estudio, que comprendía
un sector de incendios de dicho aparcamiento.
Y fue frente a esos casos
contra los que se evaluaron los criterios
de validación de las condiciones
compatibles con la vida de las personas
durante el desarrollo del incendio.
El ensayo se llevó a cabo con la
coordinación de técnicos de BEC, y el
apoyo de los Bomberos de la Diputación
Foral de Bizkaia. Se realizó una
Fig. 2.1 Líneas de flujo de aire de renovación en situación de incendio.
TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN
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prueba de 40 minutos en la que se
generaron 20 m3/s de humo caliente
a 560 ºC en la salida del generador. El
ensayo fue monitorizado con equipos
de video, así como con registros de
temperatura y velocidades de flujos
de aire y humos.
Con esta prueba se ha verificado
la prestación del sistema de seguridad
ante incendio de los aparcamientos
bajo rasante del recinto ferial a
través del análisis de un escenario de
incendio para comprobar las condiciones
de evacuación, el sistema de
extracción de humos, la presurización
de escaleras, la sectorización,... y
aportar datos experimentales para
definir las pautas de actuación más
adecuadas para el personal de seguridad
del recinto ferial y para los servicios
de extinción con el criterio de
garantizar una evacuación segura.
3- PRUEBA EN EL CENTRO
COMERCIAL ZUBIARTE
El Centro Comercial Zubiarte es un
espacio comercial singular en el centro
de Bilbao que consta de cuatro
plantas con locales comerciales que
configuran un atrio central y aparcamientos
en plantas inferiores.
Como resultado de una importante
apuesta por la seguridad de los
usuarios de estel Centro, auspiciada
por la Dirección de protección Civil y
Bomberos de Bilbao, la empresa Zubiarte
Inversiones Inmobiliarias solicitó
a Tecnalia-Construcción analizar
el comportamiento real del sistema
de control de humos en caso de incendio
de dicho centro, e incluso realizar
su validación.
La prueba de seguridad ante incendio
mediante el uso del Ensayo de
humo caliente limpiocomplementado
con simulaciones numéricas avanzadas,
permitió verificar que el conjunto
de medidas establecidas a través de
la actuación conjunta del sistema de
contención y extracción de humos
garantiza la evacuación segura de las
personas en caso de incendio en el
interior de dicho centro comercial.
3-1 Planteamiento del ensayo
El objetivo del proyecto era verificar
la prestación del sistema de control
de humos instalado, en cuanto a su
capacidad de evacuación de humo se
refiere, para cumplir los objetivos de
la reglamentación, que son la seguridad
en la evacuación de los ocupantes
del centro y en la actuación de los
servicios de extinción y rescate.
Se definen y acuerdan con la Dirección
de protección Civil y Bomberos
de Bilbao los criterios de validación
de los objetivos citados:
- Altura de la capa de humos.
- Temperatura de los humos.
- Toxicidad.
- Visibilidad.
Se plantea la resolución del caso
mediante la realización de simulaciones
fluidodinámicas y una posterior
verificación real mediante el citado
Ensayo de humo caliente limpio. El
escenario de incendio seleccionado
corresponde al incendio de un vehículo
en la zona central del atrio de la
planta "Puente" del citado centro.
El sistema de control de humos
instalado en el centro comercial está
compuesto, para el escenario seleccionado,
por cinco detectores de barrera
instalados en la parte superior
del atrio, cortinas de humo que sectorizan
la planta Cines (planta más alta),
cortinas de humo en las escaleras
mecánicas y 104 exutorios colocados
en la cubierta acristalada del atrio.
La simulación fluidodinámica CFD
tenía como objetivo predecir el comportamiento
del incendio real y del
ensayo en el escenario seleccionado,
determinando aspectos fundamentales
para el diseño del ensayo tales como
los mapas de temperaturas y ra-
Fig. 2.2 Casos de evacuación más críticos en el aparcamiento del BEC.
Fig. 2.3 Ensayo de incendio
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diación, movimiento de los humos,
caudales y velocidades del aire, tiempos
de disparo de los detectores para
el escenario seleccionado.
Previamente a este estudio, los
protocolos de actuación en caso de
incendio del Centro no contemplaban
renovación o entrada de aire fresco
en el momento de apertura de exutorios
de cubierta en caso de incendio.
El análisis realizado concluyó que la
apertura de las puertas de acceso al
Centro de forma simultánea a la apertura
de exutorios permitiría la entrada
de aire fresco y facilitaría la evacuación
de los humos por dichos exutorios.
Por este motivo se llevaron a cabo
dos simulaciones CFD y, por consiguiente,
dos ensayos:
- Se abren todos los exutorios y
las puertas permanecen cerradas.
- La apertura de exutorios y puertas
es simultánea.
Pudo verificarse por las simulaciones
que, en un mismo instante y
para el mismo escenario de incendio,
la concentración de CO en el Centro
comercial es más elevada para el caso
de puertas cerradas si bien en ambos
casos los niveles alcanzados son
bajos y no comprometen la evacuación.
Mediante la simulación CFD se vio
que el aire fresco de renovación en el
caso de puertas abiertas favorecía la
extracción de humos por los exutorios.
En el caso de puertas cerradas,
los exutorios más alejados del punto
de incendio trabajan como entrada de
aire produciendo así la caída de los
humos en esas zonas. En el caso de
puertas abiertas, todos los exutorios
trabajan en salida (evacúan humos)
ya que la entrada de aire se produce
por las puertas.
La Fig. 0.4 muestra, mediante líneas
de flujo, la trayectoria completa
del aire que entra por los exutorios en
el caso puertas cerradas. Asimismo,
la escala de colores representa el
tiempo de permanencia del aire en
cada punto de su trayectoria.
El aire que acaba de entrar desciende,
por efecto de su velocidad y
temperatura, hasta chocar contra el
suelo para distribuirse a continuación
por el atrio del Centro comercial. Se
presenta asimismo, la influencia del
"tiro" del incendio que succiona parte
de este caudal de renovación.
Es reseñable la turbulencia que se
aprecia en la zona inferior derecha
(Fig. 0.4) próxima a la entrada del aire,
en donde, debido a este efecto
son esperables una importante desestratificación
y el estancamiento
del humo.
Se realizaron dos ensayos aprovechando
el cierre nocturno del Centro.
Se colocaron anemómetros calibrados
en las puertas más próximas
al punto de incendio y termopares
sobre el penacho de incendio cuyos
datos se controlaron y monitorizaron
en la Mesa de control, donde también
se encontraba el equipo de regulación
y control de ensayo.
Por parte de la Dirección de Protección
Civil y Bomberos, se personó
un retén de seis bomberos que,
además de garantizar la seguridad en
el Centro durante la prueba, verificaron
si la evacuación se veía comprometida
por la presencia de humo a lo
largo del ensayo en distintas zonas.
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Fig. 3.1 Escenario de incendio y detectores de barrera
Fig. 3.2 Concentración de CO. Caso de puertas abiertas Fig. 3.3 Concentración de CO. Caso de puertas cerradas
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3-2 Resultados
Se pudo comprobar
que, para el caso
estudiado y en ambas
situaciones
(con puertas abiertas
y cerradas), el
sistema de evacuación
de humos se
comportaba de forma
efectiva no viéndose
comprometida
la evacuación de las
personas y permitiendo
la actuación
de los servicios de
extinción y rescate.
El ensayo ha
permitido verificar
que la situación con
puertas abiertas, (no
contemplada antes
del estudio en los
protocolos de actuación)
introduce aire
fresco y favorece la
extracción de los
humos. De esta forma
se reducen los
valores de toxicidad
y temperaturas, y se
mejora la visibilidad.
Se demostró la
fiabilidad y precisión
de las simulaciones CFD realizadas
previamente. El ensayo se pudo realizar
con el Centro ya inaugurado, en
horario compatible con su actividad y
sin causar daño alguno. El Centro reabrió
sus puertas con normalidad a la
mañana siguiente.
4- CONCLUSIONES
Las pruebas de incendio son un instrumento
esencial de verificación de
la seguridad que los edificios e infraestructuras
proporcionan a sus usuarios,
y se convierten en indispensables
en aquellos casos en que la
singularidad o complejidad de geometrías
o sistemas hacen muy difícil
la aplicación de las normas o guías
de cálculo convencionales.
En todos estos casos, la combinación
de ensayos y simulaciones avanzadas
resuelven problemas que de
otro modo resultarían en una falta de
garantía de seguridad de los citados
edificios.
5- AGRADECIMIENTOS
BEC, Centro comercial Zubiarte,
Bomberos de Diputación Foral de
Bizkaia, Bomberos de Bilbao.
6- BIBLIOGRAFÍA
- British Standard Code of Practice
for the Application of Fire Safety
Engineering Principles to Fire Safety
in Buildings.
-. SINCLAIR, J.R., " CFD Simulation
in Atrium Smoke Management
System Design". ASHRAE winter meeting,
Jan 27-31, 2001, Atlanta.
- UNE 23585 Seguridad contra incendios.
Sistemas de control de temperatura
y evacuación de humos (SCTEH).
Requisitos y métodos de
cálculo y diseño para proyectar un
sistema de control de temperatura y
de evacuación de humos.
- NFPA 92B, 2000, Guide for smoke
management systems in atria, covered
malls, and large areas. Quincy,
Mass.:National Fire Protection Association.
- PrEN 12101-11 Smoke and heat
control systems. Part 11: Guidelines
on calculation methods for smoke
and heat exhaust ventilation systems,
employing time-dependent design fires.
Fig. 3.4 Líneas de flujo de de aire y humos para el escenario. Caso de puertas
cerradas
Fig. 3.5 Ensayo de puertas abiertas
Fig. 3.6 Ensayo de puertas cerradas
TECNOLOGÍA DE LA CONSTRUCCIÓN