Incendios. Propagación del fuego por fachada. Ensayos a gran escala

La trayectoria natural ascendente del fuego que le hará escalar pared arriba, la convección, la acción del viento, en ocasiones incluso dirigiendo las llamas en otras direcciones, el efecto coanda propio de los fluidos, pero que el fuego copia en parte al reseguir las superficies por las que se desplaza. Todo ello son factores que propiciarían el desarrollo del fuego. La propagación por fachada está considerada uno de los medios más rápidos de transmisión del fuego en un edificio.

Una vez el incendio ha alcanzado la fachada, hablamos de cuatro vías de propagación del mismo, que están ligadas a la tipología constructiva instalada y que se pueden dar de manera simultánea: saltando de un piso al superior a través de las ventanas (en cualquier tipo de fachada); a través del paso entre forjado y fachada (típico en muros cortinas); en el desarrollo de una cámara de aire (en fachadas ventiladas y también de doble piel); por último, a través de materiales de revestimiento combustibles (por ejemplo, fachadas con aislamiento térmico por el exterior).

A continuación, analizaremos la reacción al fuego, característica regulatoria considerada en el Código Técnico de la Edificación en cuanto a la selección de materiales para afrontar el riesgo de propagación por fachada, en confrontación con los aspectos introducidos: el impacto de un fuego de gran potencia en los elementos que conforman la fachada, las condiciones de exterior y la complejidad de su propagación en función de la solución constructiva elegida. Veremos las diferencias entre la información que nos aporta la reacción al fuego y los llamados ensayos de fuego a gran escala: pruebas que se realizan a escala 1:1, tanto en lo que se refiere a las dimensiones de la muestra, como también en lo que se refiere a la carga de fuego, y que pretenden representar condiciones lo más cercanas posibles a la realidad.

La reacción al fuego es una característica concebida para analizar en qué medida un material o producto contribuye al desarrollo de un incendio en la fase inicial de éste.

Fijémonos en los métodos de ensayo y, en particular, en el tamaño de las muestras: un cilindro de 5 cm según EN ISO 1182 (determina la combustibilidad); 0,5 gramos de material molido según EN ISO 1716 (poder calorífico); un prisma de 25 cm según EN ISO 11925-2 (propagación de llama). Se trata de pruebas de material, no de producto ni mucho menos de sistema. Tan solo el ensayo del SBI (EN 13823, donde se mide calor y humos generados, propagación de llama y goteo de material incandescente) acepta una representación limitada de los sistemas en condiciones de uso final. Se trata de una muestra de dos alas, en forma de esquina, de 1,5 m de altura. Se pueden instalar varias capas (hasta una profundidad de 20 cm) y reproducir juntas u otras características del sistema. Sin embargo, volviendo a la definición de la reacción al fuego, ¿qué significa en la fase inicial del incendio? El ensayo SBI simula una papelera en llamas que arde en la esquina de una habitación interior durante 10 minutos.

Vemos por lo tanto que tenemos unos métodos principalmente de caracterización de material, en pequeñas dimensiones, y un único método que nos permite representar –hasta cierto punto– una solución constructiva, pero expuesta a un ataque muy limitado y durante un periodo de tiempo corto.

Vistas las características de un incendio en fachada (véase también la figura 1), podríamos preguntarnos si estamos enfocando adecuadamente el análisis de ese riesgo mediante el uso de la reacción al fuego. Al reducir la escala (dimensiones y carga de fuego), perdemos de vista múltiples factores que influyen en la propagación. Podríamos considerar:

La potencia de incendio (en el SBI hablaríamos de 30 kW, mientras que un incendio plenamente desarrollado cuando irrumpe en fachada podría generar una potencia 500 veces mayor).

El tipo y dirección de la exposición: localizada en las superficies exteriores de acuerdo a los métodos de ensayo de reacción al fuego o incidiendo en el elemento constructivo por todas partes en el caso de un incendio real en fachada: superficie, canto y parte trasera.

Las características del escenario de incendio en fachada y las condiciones ambientales, notablemente distintas a las de los métodos de reacción.

La dificultad (o simplemente la imposibilidad) de reproducir los sistemas constructivos de una fachada en ese trocito de esquina de la muestra del ensayo SBI (pensemos, por ejemplo, en el efecto chimenea en cámaras ventiladas).

Todo esto puede conducir a que un sistema de clase B-s1, d0 de reacción al fuego (combustibilidad muy limitada), por ejemplo un SATE, haya obtenido esa prestación por la protección que es capaz de aportar el mortero de revestimiento ante esa exposición limitada en el SBI (30 kW durante los 10 minutos). Sin embargo, ante la incidencia de un incendio real en fachada, el fuego podría alcanzar la capa de aislamiento interior y, de ser combustible, propagar fachada arriba o incluso, en algunas circunstancias, fachada abajo.

Si coincidimos en que el fenómeno del incendio no es escalable por su complejidad, lo que sí podemos hacer es aproximar los ensayos a los diferentes escenarios de fuego real. Al mirar en esa dirección, encontramos que existe todo un abanico de normativa de ensayo a tal fin, métodos nacionales, ISO internacionales, con una serie de diferencias en su metodología que los hacen poco comparables los unos a los otros (véanse ejemplos en figura 2).

Algunos consideran el fuego saliendo del interior a través de una ventana, otros impactando desde fuera (simulando un contenedor en llamas). Las dimensiones de las muestras ensayadas varían notablemente: de 6 m a casi 10 m de altura, con anchuras de 2 m a 5 m. Además, algunos métodos prevén la disposición de un ala que forma una esquina, geometría que tiende a promover la propagación, ya que por un lado el fuego impacta sobre el material instalado en ángulo y por otro se produce una canalización ascendente del flujo de calor.

Difiere asimismo la carga de fuego y las características de la cámara de combustión (reproduciendo diferentes intensidades de incendio). Hay casos en que se consideran aberturas secundarias para analizar qué sucede en los detalles constructivos alrededor de una ventana. Por último, observamos también diferencias en los criterios de medición, así como en los parámetros de evaluación de los resultados.

Las particularidades de los métodos de ensayo a gran escala difieren. Tampoco habrá dos incendios iguales. Pero, en general, los métodos a gran escala se preocupan de determinar la propagación de la llama, tanto vertical como horizontal, a través de una solución constructiva real y en condiciones representativas. También determinan posibles desprendimientos y caída de material incandescente. Estaremos de acuerdo en que las diferencias en relación a la reacción al fuego, en cuanto a la capacidad de análisis del riesgo que nos ocupa, son notables.

Tras el incendio de la torre Grenfell de Londres, el pasado verano, el gobierno del Reino Unido inició un programa de acciones que incluía la identificación de edificios de la misma tipología, ensayos de combustibilidad de los paneles de revestimiento instalados, recomendación de medidas temporales de seguridad o visitas de los bomberos a edificios de gran altura. También una serie de 7 ensayos a gran escala en el laboratorio inglés BRE de acuerdo con la norma británica BS 8414-1, con el propósito de analizar variantes de la tipología constructiva de fachada instalada en Grenfell: esto es, una fachada ventilada con aislamiento en cámara y revestimiento exterior de paneles composite de aluminio (ACM: típicamente, pieles de aluminio de 0,5 mm de espesor y núcleo de entre 2 mm y 6 mm de espesor).

Las muestras ensayadas presentan 8 metros de altura, con un ala ancha de 2,6 m (donde se ubica la cámara de combustión que simula la ventana por la que se emite el incendio post-flashover) y otra ala de 1,5 m para analizar el efecto de la esquina.

En todos los sistemas se instalaron, en la cámara ventilada, barreras cortafuego a la altura de cada forjado. También franjas verticales de material incombustible. Veremos más adelante la relevancia de estas medidas de protección pasiva en el resultado de los ensayos. En la siguiente tabla se resumen los 7 sistemas ensayados y los resultados obtenidos (Grenfell se asemejaría al primer caso).

* PE: Polietileno.

** PIR: Poliisocianurato.

Lo que se ve a primera vista es que parece tener mayor influencia el panel de revestimiento (a pesar de tener un núcleo de tan solo 3 mm) que el aislamiento. Los dos primeros casos (ACM con núcleo de polietileno sin tratar) fallan a los 7-8 minutos. Del siguiente paquete de tres ensayos (polietileno tratado con retardante al fuego), las soluciones tardan casi media hora en fallar si llevan aislamiento combustible en cámara, mientras que no se produjo fallo con aislamiento incombustible. Y el tercer paquete (ACM con núcleo mineral), fue exitoso independientemente del aislamiento instalado en cámara.

Veamos a continuación porqué en esta serie de ensayos el revestimiento ACM ha tenido tanta influencia, tomando como ejemplo el que tal vez sea el resultado más sorprendente: la probeta con aislamiento PIR y ACM de núcleo mineral (penúltima en la tabla).

Hablaba antes de la importancia que habían tenido en los resultados las barreras cortafuego instaladas en la cámara de aire. En la Figura 3 observamos la ejecución de las barreras horizontales (lana de roca de dimensiones algo superiores al espesor del aislamiento, complementadas con una lámina de material intumescente que permite la ventilación en la cámara en situación normal a través del hueco que deja, pero que se expande bajo la acción térmica del fuego para sellar ese hueco). Observamos también las franjas verticales continuas de lana de roca, a tope contra el revestimiento ACM exterior. ¿Qué se logra así? Pues una compartimentación, digamos, una sectorización, de la cámara de aire.

En la fotografía de arriba a la derecha, observamos las huellas de las llamas en el muro exterior, una vez retirado el sistema de fachada ventilada tras el ensayo. En el tramo inmediatamente superior a la ventana de origen, el aislamiento PIR ha ardido. En el siguiente tramo –por encima de la siguiente barrera¬ cortafuego– aún se ven algunas trazas, pero el aislamiento no llegó a quemar totalmente. Y ahí se detuvo. Los medios de protección pasiva lograron frenar el incendio en la cámara, confinándolo entre las barreras (cabe señalar que la estrategia de compartimentación de la cámara se ejecutó con barreras muy próximas las unas a las otras, de ahí probablemente su éxito). Al ser el revestimiento ACM incombustible, en el caso comentado, el incendio tampoco se transmitió a través del mismo. Contrariamente, en las soluciones de revestimiento con núcleo PE, no importa que se haya dispuesto una compartimentación ejemplar en cámara porque el fuego discurrirá por el composite, utilizándolo de puente.

De lo anterior se extrae una orientación de cuáles podrían ser las medidas de protección pasiva efectivas para atajar el riesgo de la propagación por cámara ventilada que, recordemos, se trataba de una de las cuatro vías posibles de propagación del fuego por fachada. Sin embargo, cabe señalar que los resultados anteriores se deben tomar con cautela. Se trata de pruebas en laboratorio, donde la ejecución de la solución constructiva y de las medidas de protección alcanza niveles de calidad inimaginables en obra. La ejecución es una parte crucial de la seguridad contra incendios. Ya podemos disponer de productos y sistemas bien diseñados, ensayados y evaluados, que en las manos del instalador está que todo ese esfuerzo y tecnología sirva de algo o de nada. En el ámbito profesional de la seguridad contra incendios, desde cualquier perspectiva, no deberíamos pensar en un incendio como esa fatalidad que jamás sucederá, sino que debemos pensarlo como las consecuencias que tendría en caso de suceder.

Esta reflexión sobre la instalación es válida para estos ensayos de fachada y para todos los ensayos de fuego. Tenemos que ser conscientes de que cuando un fabricante va a un laboratorio a ensayar su producto, lo instala con suma delicadeza. Y bien que hace. El problema es que luego en obra la realidad es otra, a menudo diametralmente opuesta. Si afinamos mucho en el ámbito de la investigación o la evaluación, pero dejamos manga ancha en la obra, avanzamos en dirección incorrecta.

Necesitamos empresas instaladoras especialistas en pasiva y un marco que las regule. Y necesitamos fijarnos, en la fase de proyecto, en los informes de ensayo y clasificación emitidos por los laboratorios. Concretamente, en el Campo de aplicación de los resultados, y que nos dice qué variaciones respecto a la muestra ensayada podemos aceptar en nuestro proyecto sin que la prestación obtenida se vea afectada. O, en el caso de disponer de una evaluación técnica del producto o sistema, debemos fijarnos en las condiciones de uso que se indican. Suelen estar escritas por algún motivo.

¿Es la reacción al fuego una característica mal diseñada o poco útil? En absoluto. Pero uno debe conocer cuál es la información que nos aporta para emplearla adecuadamente en cada situación. Todos los países de la Unión Europea utilizan la reacción al fuego para regular en el ámbito de la fachada. Varían, eso sí, los niveles de exigencia. Luego, además, hay países en que existe un mayor desarrollo de las cláusulas regulatorias, diferenciando los criterios establecidos en función de la tipología de fachada y vinculando los requisitos de reacción al fuego a ciertas condiciones de diseño, a medidas de protección pasiva y, en ocasiones, también a medidas de protección activa.

Así, es habitual ver reglamentaciones que, en edificios a partir de 25 m (orientativamente), sólo permiten el uso de materiales incombustibles instalados en la fachada. Para edificios de menor altura, se disponen medidas según la tipología constructiva: cuando se instala un revestimiento combustible por el exterior, la disposición de franjas horizontales de material A1 o A2-d1, s0, cada cierta distancia (normalmente cada piso), que rompan la continuidad de esa capa combustible; o también franjas incombustibles alrededor del perímetro de las ventanas; si hablamos de una fachada ventilada, la disposición de barreras cortafuego en la cámara, intumescentes o metálicas (también, normalmente cada piso). Las dimensiones y características de estas interrupciones (u otros elementos de protección, como alerones) dependen de la carga de fuego presente en los elementos de fachada, así como del uso del edificio.

Encontramos por ejemplo requisitos sobre el vidrio para muros cortina y, en fachadas de doble piel, se debe disponer además de sistema automático de extinción entre las dos pieles. En fachadas ventiladas, podemos encontrar requisitos sobre la anchura máxima de la cámara. Para ambos sistemas, se establecen también requisitos de resistencia al fuego de las fijaciones mecánicas de la subestructura de fachada.

En función de las características de los elementos de fachada, algunas reglamentaciones consideran la incidencia que tendría un incendio en rutas de evacuación o áreas exteriores seguras. Algunos países establecen incluso criterios de diseño para paneles fotovoltaicos o fachadas verdes.

Sirva esto como resumen rápido y entremezclado de algunos criterios de diseño y medidas de protección identificadas en las reglamentaciones europeas, aunque en realidad un análisis riguroso debería realizarse país a país.

Finalmente, para aquellos proyectos que no cumplen con tales reglas de diseño consideradas satisfactorias, existe en 14 países de la Unión otra característica regulatoria adicional: la propagación del fuego, que se determina mediante los ensayos a gran escala. Es decir, ya no empleamos un modelo simplificado basado en la caracterización de sus partes como es hacerlo por vía de la reacción al fuego (caracterización con las limitaciones comentadas, además), sino que se pretende evaluar el riesgo en su totalidad. Últimamente, se está comprobando que el diseño de las fachadas en base a determinaciones parciales de reacción al fuego puede no estar prediciendo con suficiente fiabilidad el desarrollo real del incendio. Que puede resultar adecuado complementarlo con una característica distinta (y unos métodos de ensayo distintos) para evaluar de manera más fidedigna el comportamiento del fuego en el conjunto de la fachada.

No existe por el momento un método de ensayo a gran escala armonizado a nivel europeo. Pero se pretende. A lo largo de 2017, un grupo encargado por la Comisión Europea realizó unos trabajos preliminares para ver qué enfoque se le da a ese método común. El camino hasta disponer de ese procedimiento armonizado puede ser lento. Pero en realidad eso no significa que no se puedan realizar ensayos desde ya mediante normativa reconocida y adquirir conocimiento realista sobre el fenómeno, que podría acabar concretándose en, por ejemplo, guías de diseño. No se puede pedir que las reglamentaciones nos solucionen todos nuestros males. Las tecnologías evolucionan. Es absurdo exigir que la reglamentación dé respuesta a todos los diseños, incluso aquellos que están por llegar. Si, en algún caso, entendemos que la receta prescriptiva que nos da el Código Técnico de la Edificación no cubre con seguridad el riesgo que hemos identificado en nuestro proyecto, podemos optar por la vía del diseño prestacional. En ese sentido, sí es importante reflexionar sobre cuál es el objetivo que se persigue detrás de todas esas letras y consignas establecidas en la reglamentación. En el caso de fachadas, si se disponen ciertos requisitos sobre la combustibilidad de los materiales, será para evitar la propagación.

El presente artículo se publicó por primera vez en febrero de 2018 en la web de Clúsic.