Resistencia al Fuego

El fuego ha constituido una amenaza preeminente para la sociedad humana desde que el hombre por primera vez construyó edificios y los agrupó en pueblos y ciudades. Para contrarrestar esta amenaza, las propiedades únicas de resistencia al fuego de los productos de yeso se han utilizado por siglos para proteger a los edificios del fuego. Luego del Gran Incendio de Londres en 1666, Luis XIV de Francia temía que su ciudad capital sufriera el mismo destino. Emitió un decreto real en 1667 que ordenaba que todos los edificios de madera se protegieran con un revestimiento de yeso. Así, uno de los primeros códigos contra incendios provocó que este material extraordinario se convirtiera en el yeso de París. La ciencia de la ingeniería de seguridad contra incendios avanzó mucho a lo largo de los años para proporcionarnos un entendimiento en profundidad de las etapas críticas del inicio, crecimiento, contención y supresión del fuego. Ese conocimiento permitió a los códigos de los edificios actuales y a los ingenieros de protección contra incendios proporcionar estructuras a prueba de incendios para nuestras casas y ciudades. Esta sección presenta los principios de la protección contra incendios para edificios.

Principios

Inicio y crecimiento del incendio

El calor, el combustible y un agente oxidante, en general el oxígeno, deben estar presentes para que ocurra la ignición. El gráfico del triángulo del fuego que se muestra a continuación define las condiciones necesarias para que comience un incendio, pero se debe agregar una cuarta condición para avivar el fuego y permitir que crezca. Esto se ilustra con el tetraedro de fuego a continuación, que muestra como el calor, el combustible, el oxidante y una reacción en cadena exotérmica pueden provocar un incendio en un edificio.

Seguridad contra incendios

Existen dos tipos de métodos de supresión que se utilizan en el diseño de la seguridad contra incendios para edificios: pasivo y activo. La supresión pasiva utiliza materiales, sistemas, elementos de los edificios o la disposición del edificio para prevenir o resistir la ignición, para limitar su propagación hacia otros contenidos inflamables en la habitación y para contener el incendio dentro de la habitación o zona y prevenir su propagación hacia otras secciones de la estructura. La supresión activa es el uso de dispositivos mecánicos, como aspersores o extinguidores, para extinguir el incendio en sus etapas tempranas y así prevenir su propagación. La supresión pasiva utiliza las propiedades naturales de los materiales y los productos que forman parte del diseño del edificio para suprimir la migración del incendio. Es bien sabido en la industria de la construcción que la característica más importante de la lámina de yeso es su resistencia al fuego. Esto lo proporciona la materia prima principal utilizada en su fabricación, CaSO₄∙2H₂O (yeso). El yeso es no inflamable, lo que significa que no proporciona combustible al fuego. Como muestra la fórmula química, el yeso contiene un 21 % de su peso de agua combinada químicamente, también denominada agua cristalina que forma parte del propio cristal de yeso. Cuando los paneles de láminas de yeso se exponen al fuego, el calor del fuego convierte el agua cristalina en vapor. La energía térmica que convierte el agua en vapor se absorbe, lo que mantiene el lado opuesto del panel de yeso fresco, siempre que posea agua o hasta que el panel de yeso se rompa.

Documentación y Recursos

El folleto de los ensamblajes resistentes al fuego proporciona información general sobre las características de los ensamblajes, los productos y los sistemas resistentes al fuego para ayudar a identificar sistemas que cumplan con los requisitos del proyecto en cuanto a seguridad de vida, rendimiento estructural y requisitos acústicos. También contiene información técnica de USG e información específica de los ensamblajes resistentes al fuego de USG.

El Manual de diseño de resistencia al fuego GA-600 de la Asociación del Yeso describe más de 600 sistemas que pueden utilizarse en paredes y particiones, sistemas de pisos/cielos rasos, sistemas de techos/cielos rasos resistentes al fuego y para proteger columnas, vigas y tirantes.

Descargar: Manual de diseño de resistencia al fuego GA-600

Desempeño

Las clasificaciones de resistencia al fuego han sido utilizadas por mucho tiempo por UL, ASTM y los códigos de construcción para medir el rendimiento de varias construcciones con propósitos de contención de incendios. Cuando se aplica a los elementos de los edificios, la clasificación de resistencia al fuego califica la habilidad de un ensamblaje para confinar y aislar el fuego dentro de una zona constituida por conjuntos de paredes, cielos rasos y pisos resistentes al fuego. Las clasificaciones se relacionan con las pruebas con fuego diseñadas para determinar la rapidez con la que un incendio puede aumentar su temperatura a niveles inaceptables. Los ensamblajes resistentes al fuego se prueban y certifican en su totalidad. Estos diseños se identifican en el Directorio de resistencia al fuego de UL, que se actualiza anualmente y se puede consultar en el sitio web de Underwriters Laboratories en ul.com.

Estas clasificaciones se describen en términos de resistencia al fuego, características de combustión en superficies y no inflamabilidad. Las siguientes normas se utilizan para la certificación de seguridad contra incendios:

Resistencia al Fuego: Este es el período de tiempo que un ensamblaje servirá como barrera para la propagación del fuego y por cuánto tiempo el ensamblaje podrá funcionar estructuralmente luego de ser expuesto a un fuego de intensidad estándar, como lo definen la normas de ASTM E119 y UL263. A veces también se denomina la fortaleza al fuego del ensamblaje.

El procedimiento de la prueba consiste en una prueba de fortaleza frente al fuego para todos los ensamblajes y, además, una prueba de flujo de mangueras para las particiones y los ensamblajes de pared. La muestra de la prueba debe cumplir todos los siguientes requisitos para pasar la prueba. Un ensamblaje debe resistir la transmisión de calor para que las temperaturas en la parte opuesta del fuego puedan mantenerse por debajo de los valores designados. La temperatura de la superficie no expuesta se mide con termopares adheridos directamente a la superficie. En el caso de las paredes y las particiones, un termopar se ubica en el centro del ensamblaje, uno en el centro de cada cuarto de sección y los cuatro restantes se ubican a discreción de la autoridad de control. Además, el ensamblaje debe soportar la carga de su diseño sin fallas estructurales o colapsos mientras dura la prueba. Finalmente, el ensamblaje no debe desarrollar orificios ni aberturas que permitan el traspaso de las llamas o los gases calientes del fuego. En el momento en que se viola cualquiera de estos tres criterios, se termina la prueba y se establece el máximo de resistencia al fuego del ensamblaje. Las paredes y las particiones también deben pasar un criterio más, la prueba de flujo de manguera, antes de que se pueda asignar una clasificación de resistencia al fuego.

La prueba de flujo de manguera consiste en someter a un ensamblaje de prueba duplicado a la mitad de la exposición de fuego indicada (pero no por más de una hora), y, luego, exponerlo inmediatamente a un chorro de agua desde una boquilla de manguera con una presión y distancia establecidas. (Ver la tabla en la página 457 que explica las condiciones de la prueba de flujo de manguera). La curva tiempo-temperatura que se utiliza para el horno se muestra a continuación. La temperatura se obtiene de las lecturas promedio de nueve termopares ubicados simétricamente cerca de todas las partes del ensamblaje, y ubicadas a 6″ de la superficie expuesta de las paredes o a 12″ de la superficie expuesta de los pisos, cielos rasos o columnas.

Se puede encontrar información adicional sobre la norma ASTM E119 en el siguiente enlace: //www.astm.org/Standards/E119.htm

Se puede encontrar información adicional sobre la norma UL263 en el siguiente enlace: //ulstandardsinfonet.ul.com/scopes/scopes.asp?fn=0263.html

Por penetración: Los sistemas de cortafuegos por penetración se diseñan para restaurar la clasificación por horas de los ensamblajes resistentes al fuego que se traspasaron como consecuencia de una penetración de un artículo eléctrico, mecánico o de plomería. El método de prueba de la norma ASTM E814 se desarrolló en reconocimiento del rol especial de los cortafuegos por penetración. Esta prueba estándar se puede aplicar a los cortafuegos por penetración de varios materiales y tipos de construcción. Los cortafuegos se diseñaron para usarse en aberturas en paredes y pisos resistentes al fuego. Consisten en materiales que llenan la abertura alrededor de los artículos penetrantes, como cables, bandejas de cables, conductos, ductos y tuberías.

El método de prueba considera la resistencia de los cortafuegos a una fuerza externa simulada por un flujo de manguera. Dos clasificaciones se establecen para cada cortafuego. Una clasificación F se basa en la presencia de llama en la superficie no expuesta, mientras que la clasificación T se basa en el aumento de temperatura y en la presencia de llama en el lado no expuesto del cortafuegos.

Se puede encontrar más información sobre la norma ASTM E814 en el siguiente enlace: //www.astm.org/Standards/E814.htm

Dispersión de la llama: Esta es una medida del comportamiento relativo al fuego de un material. Tanto la dispersión de la llama como el humo desarrollados se miden de acuerdo con la norma ASTM E84.

Los materiales con baja dispersión de la llama evitan que un incendio localizado pequeño, como cuando un cesto de basura se enciende con una colilla de cigarrillo, se disperse a otros materiales inflamables en la habitación. Por lo tanto, una clasificación de baja dispersión de la llama indica una probabilidad reducida de que un pequeño incendio se convierta en un incendio de habitación. La producción de humo negro y denso al quemarse crea un peligro adicional a los ocupantes del edificio, ya que dificulta la visión y la posibilidad de encontrar la salida. Los materiales que tienen un alto índice de dispersión de la llama y producen una gran cantidad de humo se consideran no deseables, especialmente cuando se utilizan en zonas donde la gente se reúne o en espacios reducidos. Las normas ASTM E84 y UL 723 miden la dispersión de la llama y la densidad de humo de los materiales de edificios cuando se someten al fuego. Estos índices se conocen colectivamente como las características de combustión en superficies de un material. Generalmente, la prueba se denomina prueba Steiner Tunnel en honor al creador del método de prueba.

En la prueba, una muestra de 20″ x 25′, que se instala en el “techo” de un horno rectangular, se somete a un fuego de intensidad controlada. El fuego está a 12″ de un extremo de la muestra. Desde la ignición, la distancia y el tiempo de la llama en el material de muestra, junto al humo que produce, se comparan con el rendimiento de tablas de roble rojo y un tablero reforzado inorgánico, a los que se les asigna un valor arbitrario de 100 y 0, respectivamente, para estas características.

Los materiales de acabado de las paredes interiores y los cielos rasos se agrupan en clases de acuerdo con sus índices de dispersión de la llama y producción de humo. Las clases son las siguientes:

Clase A: índice de dispersión de la llama 0-25; índice de producción de humo 0-450

Clase B: índice de dispersión de la llama 26-75; índice de producción de humo 0-450

Clase C: índice de dispersión de la llama 76-200; índice de producción de humo 0-450

La designación de fuego clase A refiere a un material que podría encenderse, pero que no avivará una llama. Los productos clase A no generarán humo excesivo que oculte la visibilidad, un factor importante en el diseño de una salida segura para los ocupantes del edificio. Recuerde que la Clase A no es una designación de resistencia al fuego.

Se puede encontrar más información sobre la norma ASTM E84 en este enlace: //www.astm.org/Standards/E84.htm

Se puede encontrar más información sobre la norma UL723 en el siguiente enlace: //ulstandardsinfonet.ul.com/scopes/scopes.asp?fn=0723.html

No inflamabilidad: Un material no inflamable es uno que no se enciende, quema, favorece la combustión o libera vapores inflamables cuando se somete al fuego o al calor, en la forma en que se usa y según condiciones anticipadas, como lo determina la norma ASTM E136. En esta prueba, una muestra del material se ubica en un horno de tubo de cerámica que funciona a 1382 °F. Si se produce una llama luego de los primeros 30 segundos, la muestra de la prueba pierde el 50% o más de su peso, o si la temperatura de la muestra de la prueba sube más de 54 °F, el material falla y se considera inflamable. Si ninguna de estas tres condiciones ocurren luego de un período de exposición de 30 minutos, el material pasa la prueba y se clasifica como no inflamable. Se puede encontrar más información sobre la norma ASTM E136 en el siguiente enlace: //www.astm.org/Standards/E136.htm

Soluciones

  • Cielos rasos
    • Paneles acústicos
    • Sistemas de suspensión acústicos
    • Sistemas de suspensión de láminas de yeso
    • Sistemas de cielo raso integrados
    • Cielos rasos especializados
  • Instalación de tejas y pisos
    • Tableros de respaldo y contrapisos
    • Parche para pisos y capa delgada de revestimiento base
    • Membranas
    • Contrapiso vertido
    • Contrapiso autonivelante
    • Sistema de ducha
  • Acabados
    • Tapas Rebordes de esquina y contramarco
    • Compuestos para juntas
    • Cintas para juntas
    • Yesos
    • Selladores
    • Aprestadores
    • Texturas
  • Paneles interiores
    • Paneles y láminas de yeso
  • Exteriores
    • Techos
    • Revestimiento

Estructural

Muchos productos de USG se fabrican para cumplir las normas más exigentes de UL, FM y ASTM de resistencia al fuego. Algunos de los productos que cumplen las normas de seguridad contra el fuego incluyen:

  • Tablero para techos de tejido de fibra de vidrio SECUROCK®: Un tablero para techos de alto rendimiento, no inflamable, resistente al moho y a la humedad que es ideal para el uso en aplicaciones con sujeción mecánica, como aplicaciones de barrera contra incendio y barrera térmica. Cumple las clasificaciones de Clase A contra incendios respaldada por Underwriters Laboratories (UL) para pendientes ilimitadas en aplicaciones de barrera contra incendio.
  • Sellador acústico marca Sheetrock®: Este sellador es excelente para usos en particiones resistentes al fuego para el control del sonido y aceptable para usos en el perímetro de los ensamblajes de pared calificados con resistencia al fuego de 1 a 3 horas, y no produce efectos adversos en el rendimiento contra incendios del ensamblaje. También es aceptable para usos en particiones de travesaño de acero y con capacidades de carga completa. Cuenta con características de combustión en superficies sin dispersión de llamas/producción de humo desarrolladas por Underwriters Laboratories.

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