Mitigación de incendios por mejora de la resistencia al fuego de productos de madera
Por Len Garis y Paul Maxim
Los edificios enfrentan el mayor riesgo de incendios durante la fase de construcción. En los últimos años, ha habido varios ejemplos en todo Canadá de incendios importantes en sitios de construcción con madera.
Existen muchos riesgos en los sitios de construcción, que incluyen: La proximidad de materiales combustibles a fuentes de ignición (por ejemplo, equipo eléctrico y trabajo en caliente como soldadura); la falta de terminación de cualquier sistema integrado de seguridad contra incendios, como rociadores; la ausencia de puertas, paredes terminadas y otras separaciones que puedan retardar la propagación del fuego; y posibles problemas de seguridad del sitio.
Se estima que más de 100.000 proyectos de construcción en Canadá cada año involucran construcción; es decir, utilizando armazón de madera, postes y vigas, y madera laminada o laminada cruzada. Con este uso generalizado y creciente de la madera, debido en parte a los cambios en el código de construcción que permiten edificios de madera más altos: surge la necesidad de un mayor enfoque en la seguridad contra incendios en la construcción.
Hay muchos artículos publicados sobre la seguridad contra incendios de los edificios de mediana altura con estructura de madera en construcción. Estos documentos se centran en las mejores prácticas en torno a formas eficaces de reducir la probabilidad de incidentes de incendios. Pero, incluso con estas mejores prácticas en el lugar, continúan ocurriendo incendios catastróficos de edificios de mediana altura en construcción. Como paulo Coelho señaló: “Todo lo que sucede una vez nunca puede volver a suceder. Pero todo lo que sucede dos veces seguramente sucederá una tercera vez «.
Centrarse en la seguridad contra incendios en la construcción tiene un buen sentido comercial. Al abordar eficazmente el fuego como brecha de seguridad de los edificios en construcción, la construcción de mediana altura con marcos de madera debe convertirse en una opción más atractiva para municipios y desarrolladores.
Favorecer el uso de madera
Los problemas relacionados con los materiales de construcción y la inflamabilidad son amplios y desafiantes. De forma aislada, es relativamente fácil identificar materiales resistentes al fuego o, en algunos casos, «inflamables». Desafortunadamente, los edificios son estructuras complejas que tienen compromisos entre forma, función, componentes estructurales y costo. En consecuencia, la inflamabilidad de un elemento individual puede o puede no ser relevante dependiendo de dónde encaja en el sistema estructural general.
Para agregar más a la complejidad del análisis, a menudo necesitamos considerar las fases del ciclo de vida de un edificio, incluyendo la fase de construcción, el envejecimiento de la estructura y la demolición o disposición final de la estructura. Materiales que son óptimos en términos de forma, función y resistencia al fuego en una fase del ciclo de vida de un edificio, puede que no sea así en otro.
Dentro de este contexto, es necesario tener en cuenta el hecho de que no existe un material perfecto o composición, sino que las fortalezas y debilidades relativas de varios productos con respecto a un sujeto característico, como la inflamabilidad, debe considerarse dentro de la función más amplia a la que sirven dentro de la estructura.
Seguridad contra incendios en la construcción
Como señalan Garis, Maxim y Mark, “los edificios se enfrentan el mayor riesgo de incendio durante la fase de construcción”. Existen numerosas razones para esto, que van desde actos de vandalismo hasta accidentes de construcción. También se da el caso de que los edificios incompletos no cuentan con los diversos sistemas de prevención y retardo de incendios que encontramos en las estructuras completas. Es habitual que las barreras no están terminadas, los sistemas de rociadores no están instalados, los mejores mecanismos de prevención de incendios son los activos en lugar de los pasivos. Es decir, incluso los materiales más inflamables pueden almacenarse y utilizarse de forma segura si se siguen los procedimientos de seguridad.
Mantener un lugar de trabajo limpio y ordenado; almacenar materiales inflamables en contenedores apropiados y en lugares adecuados; evitar fumar en el lugar de trabajo; mantener seguridad en el lugar de trabajo; y, proporcionar formación adecuada en el uso de materiales y construcción adecuada. Las prácticas son formas sencillas pero eficaces de reducir la probabilidad de que se produzcan incendios.
Estas acciones como el requisito obligatorio de permisos de «trabajo en caliente» también pueden tener un impacto más allá de los sistemas activos, sin embargo, hay sistemas pasivos donde los mecanismos de seguridad están diseñados por equipos y componentes. Un buen ejemplo aquí es el uso estándar de conexión a tierra y disyuntores cuando se utiliza equipo eléctrico. El uso de parachispas para los equipos utilizados cerca de gases o líquidos inflamables es otra forma de prevención pasiva de incendios.
Estructuras de madera y fuego
En diversos grados, la madera y los compuestos de madera son materiales inflamables que pueden arder y, típicamente, apoyará la propagación de llamas sobre la superficie del material. Estas características no solo ponen ese componente en riesgo, sino que también representa un peligro para los materiales adyacentes. Mientras que la inflamabilidad de la madera estructural es algo que me viene inmediatamente a la mente, paneles de madera como la madera contrachapada y los tableros de fibra o de fibra orientada plantean preocupaciones similares.
Aumentar la “resistencia a las llamas” de la madera no es un asunto sencillo. Una gran parte de esto se debe a la forma compleja en que se quema la madera. La madera en sí está compuesta por cuatro tipos de compuestos: celulosa, hemicelulosa, lignina y varios extractos. Los materiales lignocelulósicos no se queman directamente, pero se descompone primero cuando se calienta en carbón rico en carbono y altamente reactivo, similar al alquitrán sustancias y compuestos volátiles. Son estos últimos componentes los que, con un suministro adecuado de oxígeno, favorece la combustión.
Inicialmente, la madera y los paneles de madera resistentes al fuego se tratan a presión con productos químicos retardantes del fuego, de una manera similar a cómo se procesa la madera tratada a presión para reducir los efectos de la intemperie e infestación de plagas en cercas y terrazas. Los revestimientos se han desarrollado para reducir la inflamabilidad inicial y la propagación superficial de las llamas en productos de madera.
Productos de madera «en bruto»
A pesar de la sabiduría convencional, la mayoría de los productos de madera son razonablemente resistentes al fuego incluso en su formación. Por su composición intrínseca de celulosa y dependiendo de su masa, acabado superficial, período de exposición y contenido de humedad, la madera tiene un punto de ignición moderadamente alto. Otra razón para la resistencia al fuego intrínseca de la madera es que, incluso cuando se expone a una fuente continua de ignición, la madera «carboniza» y ese carbón actúa como una capa aislante.
Como se sugiere, el punto de ignición de la madera depende de numerosos factores, incluida la temperatura. A temperaturas inferiores a 100 °C, la madera puede degradarse, pero esa degradación en gran medida afecta la resistencia del material y no su combustibilidad. Entre 100 y 200 °C, carbón poroso Pueden desarrollarse residuos. El alcance de esa carbonización depende principalmente de la duración de la exposición.
Entre 200 y 300 °C se produce una carbonización significativa y se emiten varios gases desde el material. Nuevamente, dependiendo del tipo de material y la duración de la exposición, la madera puede inflamarse (pirólisis). Entre 300 y 450 °C, se emiten activamente gases inflamables y la madera tiende a encenderse. La pirólisis intensa ocurre más allá de los 450 ºC. En condiciones normales donde hay una fuente adecuada de oxígeno y una duración suficiente de exposición al calor, la pirólisis visual de la madera (humeante, incandescente o en llamas) tiene lugar entre 400 ºC y 500 ºC.
Es posible inducir pirólisis en condiciones de laboratorio, sin embargo, entre 300 ºC y 400 ºC, los retardantes del fuego intentan alterar las condiciones que conducen a la pirólisis. Un enfoque es sellar la superficie de un producto de madera para limitar el suministro de aire u oxígeno. Otro es encontrar compuestos que alteran la temperatura a la que está expuesta la madera. Una forma de hacer esto es proporcionar calor mediante un aislante. Normalmente, esto se hace proporcionando un revestimiento aislante o un disipador de calor. Otra forma es encontrar productos químicos o procesos que cambien la descomposición química de la madera al aumentar la cantidad de carbonilla (un aislante) o reducir la producción y emisión de volátiles compuestos. Un tercer enfoque consiste en desarrollar productos que diluyan o extingan la llama.
