Incendis. Propagació del foc per façana. Assaigs a gran escala

ITeC/Articles, Innovació/Incendis. Propagació del foc per façana. Assaigs a gran escala

Incendis. Propagació del foc per façana. Assaigs a gran escala

01/03/2018|Articles, Innovació|

Imaginem un incendi que s’inicia en una estança interior, per exemple, en una paperera, cobra força i arriba al flashover, moment en què de sobte tots els elements presents entren en combustió generalitzada. Aleshores, si no ha succeït abans, les finestres es trencaran i les flames sortiran a l’exterior amb virulència. Són imatges que hem vist en reiterades ocasions, que ben bé podrien semblar un canó de foc a plena potència. És l’incendi que cerca oxigen. I, és clar, en una façana hi ha una quantitat infinita d’oxigen. De fet, les condicions que reuneix una façana, per la seva mera ubicació -és l’element delimitador amb l’exterior- i per la seva verticalitat, són idònies per al desenvolupament i propagació de l’incendi. La trajectòria natural ascendent del foc, que farà que s’enfili paret amunt, la convecció, l’acció del vent, de vegades fins i tot dirigint les flames en altres direccions, l’efecte Coanda propi dels fluids, que el foc copia en part quan ressegueix les superfícies per les quals es desplaça, són factors que propiciarien el desenvolupament del foc. La propagació per façana està considerada un dels mitjans més ràpids de transmissió del foc en un edifici.

Un cop l’incendi ha arribat a la façana, parlem de quatre vies de propagació del mateix, que estan relacionades amb la tipologia constructiva instal·lada i que es poden produir simultàniament: saltant d’un pis al pis superior a través de les finestres (en qualsevol tipus de façana); a través del pas entre forjat i façana (típic en murs cortines); l’interior d’una cambra d’aire (en façanes ventilades i també de doble pell); finalment, a través de materials de revestiment combustibles (per exemple, façanes amb aïllament tèrmic per l’exterior).

A continuació, analitzarem la reacció al foc, característica regulatòria considerada en el Codi Tècnic de l’Edificació pel que fa a la selecció de materials per afrontar el risc de propagació per façana, en confrontació amb els aspectes introduïts: l’impacte d’un foc de gran potència en els elements que conformen la façana, les condicions d’exterior i la complexitat de la seva propagació en funció de la solució constructiva escollida. Veurem les diferències entre la informació que ens aporta la reacció al foc i els anomenats assaigs de foc a gran escala: proves que es realitzen a escala 1: 1, tant pel que fa a les dimensions de la mostra, com pel que fa a la càrrega de foc, i que pretenen representar condicions com més properes a la realitat millor.

Reacció al foc

La reacció al foc és una característica concebuda per analitzar en quina mesura un material o producte contribueix al desenvolupament d’un incendi en la seva fase inicial.

Fixem-nos en els mètodes d’assaig i, en particular, en la mida de les mostres: un cilindre de 5 cm segons EN ISO 1182 (determina la combustibilitat); 0,5 grams de material mòlt segons EN ISO 1716 (poder calorífic); un prisma de 25 cm segons EN ISO 11.925-2 (propagació de flama). Es tracta de proves de material, no de producte ni de bon tros de sistema. Tan sols l’assaig del SBI (EN 13823, on es mesura la calor i els fums generats, propagació de flama i degoteig de material incandescent) accepta una representació limitada dels sistemes en condicions d’ús final. Es tracta d’una mostra de dues ales, en forma de cantonada, d’1,5 m d’altura. Es poden instal·lar diverses capes (fins a una profunditat de 20 cm) i reproduir juntes lineals o altres característiques del sistema. No obstant això, tornant a la definició de la reacció al foc, què significa en la fase inicial de l’incendi? L’assaig SBI simula una paperera en flames que crema a la cantonada d’una habitació interior, és a dir, una potència d’exposició al foc relativament baixa.

Veiem, per tant, que tenim uns mètodes principalment de caracterització de material, en petites dimensions, i un únic mètode que ens permet representar -fins a cert punt- una solució constructiva, però exposada a un atac molt limitat i durant un període de temps curt.

Un cop vistes les característiques d’un incendi en façana (vegeu també la figura 1), podríem preguntar-nos si estem enfocant adequadament l’anàlisi d’aquest risc mitjançant l’ús de la reacció al foc. Quan reduïm l’escala (dimensions i càrrega de foc), perdem de vista múltiples factors que influeixen en la propagació. Podríem considerar:

  • La potència d’incendi (en el SBI parlaríem de 30 kW, mentre que un incendi plenament desenvolupat quan irromp en façana podria generar una potència 500 vegades més gran).
  • El tipus i direcció de l’exposició: localitzada a les superfícies exteriors d’acord amb els mètodes d’assaig de reacció al foc o incidint en l’element constructiu per tot arreu en el cas d’un incendi real en façana: superfície, cantonada i part del darrere.
  • Les característiques de l’escenari d’incendi en façana i les condicions ambientals, notablement diferents a les dels mètodes de reacció.
  • La dificultat (o simplement la impossibilitat) de reproduir els sistemes constructius d’una façana en aquest trosset de cantonada de la mostra de l’assaig SBI (pensem, per exemple, en l’efecte xemeneia en càmeres ventilades).

Tot això pot conduir al fet que un sistema de classe B-s1,d0 de reacció al foc (combustibilitat molt limitada), per exemple un SATE, hagi obtingut aquesta prestació per la protecció que és capaç d’aportar el morter de revestiment davant d’aquesta exposició limitada en el SBI (30 kW durant 21 minuts). No obstant això, davant la incidència d’un incendi real en façana, el foc podria arribar a la capa d’aïllament interior i, si fos combustible, propagar-se façana amunt o fins i tot, en algunes circumstàncies, façana avall.

articulos-fachadas-fig-1

Figura 1: Assaig del SBI versus situació real de foc en façana.

Mètodes d’assaig a gran escala

Si coincidim en el fet que el fenomen de l’incendi no és escalable per la seva complexitat, el que sí podem fer és aproximar els assaigs als diferents escenaris de foc real. Si mirem en aquesta direcció, trobem que hi ha tot un ventall de normativa d’assaig amb aquesta finalitat, mètodes nacionals, ISO internacionals, amb una sèrie de diferències en la seva metodologia que els fan poc comparables els uns amb als altres (vegeu-ne exemples a la figura 2 ).

articulo-fachadas-fig-2-cat

Figura 2: Exemples de mètodes d’assaig a gran escala.

Alguns consideren el foc sortint de l’interior a través d’una finestra, d’altres impactant des de fora (simulant un contenidor en flames). Les dimensions de les mostres assajades varien notablement: de 6 m a gairebé 10 m d’altura, amb amplades de 2 m a 5 m. A més, alguns mètodes preveuen la disposició d’una ala que forma una cantonada, geometria que tendeix a promoure la propagació, ja que, d’una banda, el foc impacta sobre el material instal·lat en angle i, d’altra banda, es produeix una canalització ascendent del flux de calor.

Així mateix, difereix la càrrega de foc i les característiques de la càmera de combustió (tot reproduint diferents intensitats d’incendi). Hi ha casos en què es consideren obertures secundàries per analitzar què succeeix en els detalls constructius que hi ha al voltant d’una finestra. Finalment, observem també diferències en els criteris d’amidament, així com en els paràmetres d’avaluació dels resultats.

Les particularitats dels mètodes d’assaig a gran escala difereixen. Tampoc no trobarem dos incendis iguals. Però, en general, els mètodes a gran escala procuren determinar la propagació de la flama, tant vertical com horitzontal, a través d’una solució constructiva real i en condicions representatives. També determinen possibles despreniments i caiguda de material incandescent. Estarem d’acord que les diferències en relació amb la reacció al foc, quant a la capacitat d’anàlisi del risc que ens ocupa, són notables.

Assaigs post-Grenfell

Després de l’incendi de la torre Grenfell de Londres, l’estiu passat, el govern del Regne Unit va iniciar un programa d’accions que incloïa la identificació d’edificis de la mateixa tipologia, assaigs de combustibilitat dels panells de revestiment instal·lats, recomanació de mesures temporals de seguretat o visites dels bombers a edificis de gran altura. També una sèrie de 7 assaigs a gran escala al centre tecnològic de construcció britànic BRE (Building Research Establishment) d’acord amb la norma britànica BS 8414-1, amb el propòsit d’analitzar variants de la tipologia constructiva de façana instal·lada a Grenfell: això és, una façana ventilada amb aïllament en càmera i revestiment exterior de panells composite d’alumini (ACM: típicament, pells d’alumini de 0,5 mm de gruix i nucli d’entre 2 mm i 6 mm de gruix).

Les mostres assajades presenten 8 metres d’altura, amb una ala ampla de 2,6 m (on se situa la càmera de combustió que simula la finestra per la qual s’emet l’incendi post-flashover) i una altra ala de 1,5 m per analitzar l’efecte de la cantonada.

En tots els sistemes es van instal·lar, a la càmera ventilada, barreres tallafoc a l’altura de cada forjat. També, franges verticals de material incombustible. Veurem més endavant la rellevància d’aquestes mesures de protecció passiva en el resultat dels assaigs. A la següent taula es resumeixen els 7 sistemes assajats i els resultats obtinguts (Grenfell s’assemblaria al primer cas).

Revestiment ACM Aïllament en càmera Resultats (temps de fallida)

Nucli de 3 mm de PE*

(sense retardant al foc)

Panell d’escuma PIR** (100 mm) KO (8 minuts)
Panell de llana de roca (180 mm) KO (7 minuts)

Nucli de 3 mm de PE

(amb retardant al foc)

Panell d’escuma PIR (100 mm) KO (25 minuts)
Panell d’escuma fenòlica (100 mm) KO (28 minuts)
Panell de llana de roca (180 mm) OK

Nucli de classe A2

(pràcticament incombustible)

Panell d’escuma PIR (100 mm) OK
Panell de llana de roca (180 mm) OK
Taula 1: Assaigs d’investigació post-Grenfell a gran escala.

* PE: Polietilè.
** PIR: Poliisocianurat

El que es veu a primera vista és que sembla tenir més influència el panell de revestiment (tot i tenir un nucli de tan sols 3 mm) que l’aïllament. Els dos primers casos (ACM amb nucli de polietilè sense tractar) fallen als 7-8 minuts. Del següent paquet de tres assaigs (polietilè tractat amb retardant al foc), les solucions triguen gairebé mitja hora a fallar si porten aïllament combustible en càmera, mentre que no es va produir fallada amb aïllament incombustible. I el tercer paquet (ACM amb nucli mineral) fou un èxit independentment de l’aïllament instal·lat en càmera.

Vegem a continuació per què en aquesta sèrie d’assaigs el revestiment ACM ha tingut tanta influència, prenent com a exemple el que potser sigui el resultat més sorprenent: la proveta amb aïllament PIR i ACM de nucli mineral (penúltima a la taula).

Abans parlava de la importància que havien tingut en els resultats les barreres tallafoc instal·lades a la càmera d’aire. A la figura 3 observem l’execució de les barreres horitzontals (llana de roca de dimensions una mica superiors al gruix de l’aïllament, complementades amb una làmina de material intumescent que permet la ventilació a la càmera en situació normal a través del buit que deixa, però que s’expandeix sota l’acció tèrmica del foc per segellar aquest buit). Observem també les franges verticals contínues de llana de roca, al màxim contra el revestiment ACM exterior. Què s’aconsegueix així? Doncs una compartimentació, diguem-ne, una sectorització, de la càmera d’aire.

articulo-fachadas-fig-3

Figura 3: Detalls de la mostra amb aïllament PIR i ACM de nucli mineral.

A la fotografia de dalt a la dreta, observem les petjades de les flames al mur exterior, un cop retirat el sistema de façana ventilada després de l’assaig. En el tram immediatament superior a la finestra d’origen, l’aïllament PIR ha cremat. En el següent tram -per sobre de la següent barrera tallafoc- encara es veuen algunes traces, però l’aïllament no va arribar a cremar totalment. I aquí es va aturar. Els mitjans de protecció passiva van aconseguir frenar l’incendi a la càmera, confinant-lo entre les barreres (cal assenyalar que l’estratègia de compartimentació de la càmera es va executar amb barreres molt pròximes les unes a les altres, d’aquí probablement el seu èxit). En ser el revestiment ACM incombustible, en el cas que hem comentat, l’incendi tampoc no es va transmetre a través del mateix. Contràriament, a les solucions de revestiment amb nucli PE, tant és que s’hagi disposat una compartimentació exemplar en càmera perquè el foc s’estendrà pel composite, utilitzant-lo de pont.

A banda d’aquesta sèrie d’assaigs d’investigació, recentment el centre britànic BRE ha fet pública la llista de sistemes de façana assajats d’acord a la BS 8414 i classificats satisfactòriament d’acord al procediment BR 135. Aquests sistemes es poden consultar a la web del BRE:

www.bre.co.uk/regulatory-testing

A la taula publicada, es mostra la informació general dels components i sistemes assajats. Per a la obtenció d’una informació més detallada que permeti instal·lar els sistemes indicats, caldria consultar l’empresa responsable, ja que una prestació adequada s’aconseguirà únicament amb el degut disseny, materials, posada en obra i manteniment.

Qualitat de l’execució en obra

Del que hem dit anteriorment, se n’extreu una orientació de quines podrien ser les mesures de protecció passiva efectives per aturar la risc de la propagació per càmera ventilada que, recordem, es tractava d’una de les quatre vies possibles de propagació del foc per façana. No obstant això, cal assenyalar que els resultats anteriors s’han de prendre amb cautela. Es tracta de proves en laboratori, on l’execució de la solució constructiva i de les mesures de protecció arriben a nivells de qualitat inimaginables en obra. L’execució és una part crucial de la seguretat contra incendis. Ja podem disposar de productes i sistemes ben dissenyats, assajats i avaluats, però rau en les mans de l’instal·lador que tot aquest esforç i aquesta tecnologia serveixi d’alguna cosa o no serveixi de res. En l’àmbit professional de la seguretat contra incendis, des de qualsevol perspectiva, no hauríem de pensar en un incendi com aquella fatalitat que mai no s’esdevindrà, sinó que hi hem de pensar amb totes les conseqüències que tindria si es produís.

Aquesta reflexió sobre la instal·lació és vàlida per a aquests assaigs de façana i per a tots els assaigs de foc. Hem de ser conscients que quan un fabricant va a un laboratori a assajar el seu producte, l’instal·la amb molta delicadesa. I és adient que ho faci així. El problema és que després, en obra, la realitat és tota una altra, sovint diametralment oposada. Si afinem molt en l’àmbit de la recerca o l’avaluació, però deixem màniga ampla en l’obra, avancem en una direcció incorrecta.

Necessitem empreses instal·ladores especialistes en passiva i un marc que les reguli. I necessitem fixar-nos, en la fase de projecte, en els informes d’assaig i classificació emesos pels laboratoris. Concretament, en el Camp d’aplicació dels resultats, que ens diu quines variacions respecte a la mostra assajada podem acceptar en el nostre projecte sense que la prestació obtinguda es vegi afectada. O, en el cas de disposar d’una avaluació tècnica del producte o sistema, hem de fixar-nos en les condicions d’ús que s’indiquen. Si s’escriuen és per algun motiu.

Propagació del foc com a característica regulatòria

És la reacció al foc una característica mal dissenyada o poc útil? No pas. Però hom ha de conèixer quina és la informació que ens aporta per emprar-la adequadament en cada situació. Tots els països de la Unió Europea utilitzen la reacció al foc per a regular en l’àmbit de la façana. Varien, això sí, els nivells d’exigència. Després, a més, hi ha països en què hi ha un major desenvolupament de les clàusules reguladores, diferenciant els criteris establerts en funció de la tipologia de façana i vinculant els requisits de reacció al foc a certes condicions de disseny, a mesures de protecció passiva i, de vegades, també a mesures de protecció activa.

Així, és habitual veure reglamentacions que, en edificis de més de 25 m (orientativament), només permeten l’ús de materials incombustibles instal·lats a la façana. Per a edificis de menys altura, es disposen mesures segons la tipologia constructiva: quan s’instal·la un revestiment combustible per l’exterior, la disposició de franges horitzontals de material A1 o A2-d1,s0, cada certa distància (normalment cada pis), que trenquin la continuïtat d’aquesta capa combustible; o també franges incombustibles al voltant del perímetre de les finestres; si parlem d’una façana ventilada, la disposició de barreres tallafoc a la càmera, intumescents o metàl·liques (també, normalment a cada pis). Les dimensions i característiques d’aquestes interrupcions (o altres elements de protecció, com alerons) depenen de la càrrega de foc present en els elements de façana, així com de l’ús de l’edifici.

Trobem, per exemple, requisits sobre el vidre per a murs cortina i, en façanes de doble pell, s’ha de disposar a més de sistema automàtic d’extinció entre les dues pells. En façanes ventilades, podem trobar requisits sobre l’amplada màxima de la càmera. Per a tots dos sistemes, s’estableixen també requisits de resistència al foc de les fixacions mecàniques de la subestructura de façana.

En funció de les característiques dels elements de façana, algunes reglamentacions consideren la incidència que tindria un incendi en rutes d’evacuació o àrees exteriors segures. Alguns països estableixen fins i tot criteris de disseny per a panells fotovoltaics o façanes verdes.

Serveixi això com a resum ràpid i entremesclat d’alguns criteris de disseny i mesures de protecció identificades en les reglamentacions europees, encara que en realitat una anàlisi rigorosa s’hauria de realitzar país a país.

Finalment, per a aquells projectes que no compleixen amb aquestes regles de disseny considerades satisfactòries, existeix en 14 països de la Unió una altra característica reguladora addicional: la propagació del foc, que es determina mitjançant els assaigs a gran escala. És a dir, ja no fem servir un model simplificat basat en la caracterització de les seves parts com és fer-ho per via de la reacció al foc (caracterització amb les limitacions comentades, a més), sinó que es pretén avaluar el risc de manera íntegra. Darrerament, s’està comprovant que el disseny de les façanes en base a determinacions parcials de reacció al foc pot no estar predient amb prou fiabilitat el desenvolupament real de l’incendi. Que pot ser adequat complementar-lo amb una característica diferent (i uns mètodes d’assaig diferents) per avaluar de manera més fidedigna el comportament del foc en el conjunt de la façana.

No hi ha de moment un mètode d’assaig a gran escala harmonitzat a nivell europeu. Però es pretén tenir-ne un. Al llarg del 2017, un grup encarregat per la Comissió Europea va realitzar uns treballs preliminars per veure quin enfocament se li dóna a aquest mètode comú. El camí fins a disposar d’aquest procediment harmonitzat pot ser lent. Però en realitat això no vol dir que no es puguin realitzar assaigs ara mateix mitjançant normativa reconeguda i adquirir coneixement realista sobre el fenomen, que podria acabar concretant-se en, per exemple, guies de disseny. No es pot demanar que les reglamentacions ens solucionin tots els nostres mals. Les tecnologies evolucionen. És absurd exigir que la reglamentació doni resposta a tots els dissenys, fins i tot aquells que encara han d’arribar. Si, en algun cas, entenem que la recepta prescriptiva que ens dóna el Codi Tècnic de l’Edificació no cobreix amb seguretat el risc que hem identificat en el nostre projecte, podem optar per la via del disseny prestacional. En aquest sentit, sí que és important reflexionar sobre quin és l’objectiu que es persegueix darrere de totes aquestes lletres i consignes establertes a la reglamentació. En el cas de façanes, si es disposen alguns requisits sobre la combustibilitat dels materials, serà per evitar-ne la propagació.

Alberto Diego Cortés
Enginyer Industrial
Responsable de projectes contra incendis. Departament de Qualitat de Productes de l’ITeC