Cuando pensamos en protección pasiva contra el fuego es común que la primera idea que nos venga a la mente es una barrera o un muro resistente al fuego que separa dos espacios, aposentos, o edificios, de manera que un incidente por fuego que ocurra en uno de éstos no afecte el edificio contiguo.
La NFPA 3 “Norma para el Comisionamiento de Sistemas de Protección contra Incendios y Seguridad Humana” define el sistema pasivo de protección contra incendios (Passive Fire Protection System) como “cualquier componente de un edificio o estructura que brinda protección contra el fuego o el humo, sin ningún tipo de movimiento ni activación de un sistema”.
Los dos códigos principales, tanto NFPA 1 “Código de Incendios” como NFPA 101 “Código de Seguridad Humana”, establecen los diferentes requerimientos de los lugares y ubicaciones en donde se requieren barreras resistentes al fuego dentro de un edificio. En especial, NFPA 101 establece requerimientos muy específicos para proteger medios de egreso, pero también para separar distintas ocupaciones y poder considerarlas como “ocupaciones múltiples separadas”, evitando así que los requerimientos de dos o más ocupaciones deban aplicarse en conjunto a un mismo edificio al considerarse como “múltiple mixta” por ausencia de barreras resistentes al fuego.
Por su parte, NFPA 1 señala la necesidad de definir un “Área de fuego” para enfocar así el alcance de los requerimientos que se constituyen a lo largo de este código. Uno de los ejemplos más claros es la aplicación del capítulo 18 donde se establecen los requerimientos de suministro de agua en función de las áreas de fuego de los edificios.
1: 3.3.14.3 Área de fuego. Un área de un edificio separada del resto del edificio por una construcción que tiene una resistencia al fuego de al menos 1 hora y que tiene todas las aberturas comunicantes debidamente protegidas por un ensamblaje que tiene una certificación de resistencia al fuego de al menos 1 hora.
NFPA 5000 establece también definiciones para área de edificio y “Área de fuego” (Traducido por el autor ya que la versión original solo está en idioma inglés).
5000:3.3.37.2 Área del Edificio. El área comprendida dentro de las paredes exteriores circundantes (o paredes exteriores y muros cortafuego), excluyendo los pozos de ventilación y patios. Las áreas del edificio que no cuentan con paredes circundantes deben incluirse en el área del edificio si dichas áreas están dentro de la proyección horizontal del techo o del piso superior.
5000:3.3.37.6 Área de fuego. Una superficie bruta total agregada, separada del resto de un edificio por muros cortafuego, barreras contra incendios o una combinación de éstos.
Después de analizar las definiciones de los distintos códigos queda claro que la protección contra incendios tiene como alcance los límites de cada edificio individual y éste se define hasta donde se encuentra una barrera cortafuego.
Las barreras cortafuego y sus características están definidas en NFPA 221 “Norma para Muros Cortafuego de Alto Desafío, Muros Cortafuegos y Barreras Contra Incendios” donde se establecen los distintos requerimientos, certificaciones y dimensiones que deben tener este tipo de elementos de protección pasiva. Sin embargo, el elemento de análisis que se desea abordar en el presente artículo es: ¿Existe algún método alternativo?
Todas las normas de NFPA permiten explícitamente utilizar el criterio de equivalencia para lograr cumplir el mismo requerimiento de protección contra incendios, pero por métodos alternativos. En este caso analizaremos un método equivalente a las barreras resistentes al fuego que está permitido por NFPA siempre y cuando se sigan los requerimientos establecidos; para esto se indica:
1.4.1 Equivalencias. Nada en este Código pretende impedir el uso de sistemas, métodos o dispositivos de calidad, fuerza, resistencia al fuego, eficacia, durabilidad y seguridad equivalentes o superiores a aquellos prescritos por este Código, siempre que la documentación técnica se envíe a la AC para demostrar la equivalencia y el sistema, método o dispositivo esté aprobado para el propósito previsto.
NFPA 80A “Práctica Recomendada para la Protección de Edificios contra Exposiciones a Incendios Exteriores”
NFPA 80A cumple, este 2025, 100 años desde su adopción como práctica recomendada por NFPA, esto muestra la madurez del documento y que mantiene su aplicabilidad a lo largo del tiempo. Sin embargo, aunque es citada y sugerida por distintas normas NFPA, se establece como una práctica recomendada, es decir, su aplicación y uso no es obligatorio, pero le ofrece al diseñador una herramienta alternativa a la solución convencional.
Antes de analizar el método a seguir para utilizar esta norma debemos analizar su alcance, propósito y aplicación: (Traducido por el autor ya que la versión original solo está en idioma inglés).
1.1 Alcance.
Esta práctica recomendada aborda las distancias de separación entre edificios para limitar la propagación de incendios exteriores, basándose en aberturas exteriores y otras características de construcción.
1.2 Propósito.
Estas recomendaciones están destinadas a proporcionar un nivel razonable de protección para los materiales combustibles dentro y en el exterior de un edificio expuesto a un incendio externo, mientras se considera una actividad efectiva de extinción de incendios.
1.3 Aplicación.
Los peligros de exposición de una estructura a incendios adyacentes y las múltiples condiciones bajo las cuales dicha exposición puede ocurrir hacen imposible desarrollar una tabla, fórmula o conjunto de reglas que cubran adecuadamente todas las condiciones. El usuario de esta práctica recomendada debe familiarizarse con la teoría general del peligro de exposición por radiación, como se describe en A.3.3.2.
De lo anterior se observa que el objetivo de la NFPA 80A es brindar una solución sencilla y genérica para la protección por radiación de una estructura a otra, y como no va a solucionar todos los posibles escenarios, es necesario que un experto en protección contra incendios realice el análisis, interpretación y ajuste para determinar si efectivamente brinda una solución equivalente.
Society of Fire Protection Engineers (SFPE). (2016). SFPE handbook of fire protection engineering (5ª ed.). Springer.
Ley del inverso del cuadrado de la distancia By Borb, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3816716
Objetivos de desempeño
Después de haber realizado el análisis de los conceptos normativos, analizaremos los objetivos de desempeño que busca lograr NFPA 80A y las variables técnicas que se consideraron para el análisis.
En general, la protección de exposiciones por separación física busca aprovechar la “Ley del inverso del cuadrado de la distancia”, la cual en términos generales explica como la energía radiante de un emisor disminuye con la distancia a razón del cuadrado de la misma.
- Se parte del supuesto que los Cuerpos de Bomberos podrán atender la emergencia en un rango de 10 a 20 minutos.
- Es crítico el análisis de las aberturas que pueden propagar el fuego. Por ejemplo, no solo la cantidad de ventanas sino los materiales de construcción de las fachadas (combustibles, incombustibles, resistentes al fuego).
- Tasa de transmisión de energía de un edificio a otro (Heat Flux) definido como:
Donde:
Θ= Factor de configuración (explicado como la geometría de las ventanas o aberturas con respecto a la distancia entre edificios)
ε = Factor de emisividad (se asume 1)
σ = Constante Stefan-Boltzmann 56.7×10-12
Te= Temperatura del emisor
K1= Factor de reducción por fachada (ejemplo: elementos de vidrio)
4. El cálculo se basa en el valor umbral de 12 kW/m2 que es el valor de ignición umbral por piloto para la madera. Materiales distintos podrían requerir otro valor (ejemplo: fachadas con plásticos).
5. Brasas que viajan por el viento, ventanas abiertas u otro tipo de elementos podrían empeorar la condición, aunque dada la aleatoriedad de esta condición, resulta imposible prever todos los escenarios.
6. El objetivo consta en encontrar la distancia mínima a la cual no se pueda dar la ignición del edificio contiguo, al no recibir la tasa de flujo de energía umbral para su ignición por piloto.
Vista conceptual de una separación física entre dos combustibles: Autor: Quirós, E. (2019)
Paso a paso
A continuación, se realizará una guía paso a paso de cómo realizar un cálculo de separación siguiendo la NFPA 80A. Se aclara que se utilizan algunos supuestos para simplificar la explicación.
Paso 1
Se deben determinar las dimensiones de largo y ancho de la fachada del edificio.
Para el largo del incendio se considera la distancia de la fachada en exposición. Para el alto del incendio se considera la altura de entrepiso a entrepiso, en caso de que los entrepisos sean resistentes al fuego y los conductos verticales estén compartimentados.
Paso 2
Se calcula el porcentaje de aberturas de esa fachada contabilizando todas las ventanas, puertas balcones o aberturas sin resistencia al fuego. En el caso de las paredes exteriores que no cuentan con resistencia al fuego se deben considerar como aberturas completas.
Paso 3
Se debe estimar la severidad del incendio:
Se establecen dos variables, la severidad de los acabados interiores y la severidad de la carga de fuego. Ambos cuentan con la categoría de leve-moderado-severo. Se deben analizar ambas variables y elegir el valor más alto entre éstas.
Paso 3a
Estimar la severidad de los acabados:
Para los acabados interiores se debe basar en el índice de propagación de llama prescrito en la norma ASTM E84. En la mayoría de los casos si no se utilizan alfombrados o tapices y cielos a base de polímeros o madera, pueden catalogarse como “leve”.
Paso 3b
Estimar la severidad de la carga de fuego:
Para esto, NFPA 80A da una tabla simplificada donde se relaciona la cantidad de kilogramos por metro cuadrado de material combustible. El diseñador debe tomar en cuenta que este método está simplificado a combustibles ordinarios. Para algunos escenarios especiales es posible que se requiera utilizar NFPA 557 “Standard for Determination of Fire Loads for Use in Structural Fire Protection Design” para obtener un calculo más preciso en el caso particular.
Paso 4
Determinar el número de guía:
Se debe utilizar la tabla 4.4.7.3 de NFPA 80A para encontrar, con los valores anteriores, el número de guía.
National Fire Protection Association. (2022). NFPA 80A: Recommended practice for protection of buildings from exterior fire exposures. NFPA.
Paso 5
Calcular la distancia:
Para esto se debe utilizar el número de guía obtenido en el paso anterior, multiplicarlo por la dimensión más pequeña de la fachada utilizada en el paso 1 y agregar 1,5 m. Esto proporcionará la distancia segura tentativa.
Paso 6
Se calcula el porcentaje de aberturas de esa fachada contabilizando todas las ventanas, puertas balcones o aberturas sin resistencia al fuego. En el caso de las paredes exteriores que no cuentan con resistencia al fuego se deben considerar como aberturas completas.
Ejercicio Práctico
Se utilizará para el ejemplo el aportado por Society of Fire Protection Engineers (SFPE, 2016)
Se cuenta con un edificio para almacenamiento con las dimensiones indicadas en la imagen.
Se desea saber si la distancia de 20 pies (6,10 m) indicada es suficiente para proteger al edificio de oficinas de la derecha de una posible propagación por radiación. Para ello, se propone seguir la guía “paso a paso” descrita anteriormente.
Paso 1:
25 pies = 7,62 metros 12 pies = 3,66 metros
Relación alto/ancho = 7,62/3,66 = 2,08
Paso 2:
Porcentaje de aberturas. Aunque el ejercicio no lo indica expresamente, la imagen señala que es totalmente abierto o la fachada no es resistente al fuego. Por ejemplo, una fachada con portones para vehículos y cerramiento en láminas metálicas. Para efectos del ejemplo se asumirán algunos componentes en concreto y se determinará en 80%.
Society of Fire Protection Engineers (SFPE). (2016). SFPE handbook of fire protection engineering (5ª ed.). Springer.
Paso 3a:
Se asumirá construcción típica de bodega, incombustible. Severidad Leve
Paso 3b:
Una bodega debería tener más de 73kg por metro cuadrado, sin embargo, en estos casos el profesional a cargo del cálculo debería realizar una revisión detallada del espacio. Se utilizará una severidad “Severa”.
Al ser 3b>3a, se utilizará 3b “Severa”.
Paso 4:
Al aplicar tabla 4.4.7.3 se obtiene un número de guía de 3.70.
Paso 5:
Calcular la distancia. (3,7 x 3,66) + 1,5 = 8,86 m.
Paso 6:
No hay factores de corrección.
Resultado: La distancia actual de 6,1 metros es insuficiente, por lo que es muy probable que la tasa de flujo de energía radiante exceda los 12 kW/m2 y se de la ignición del edificio colindante; por lo que no pueden considerarse los edificios como independientes.
Conclusiones
Aunque cada norma de NFPA establece los requerimientos prescriptivos, NFPA también ofrece herramientas alternativas para que un profesional experimentado en el uso de los códigos los pueda utilizar y buscar soluciones distintas o equivalentes para cada proyecto en particular. En esto radica la importancia en conocer los diferentes códigos y normas para realizar un análisis y solución integral de protección contra incendios.
Bibliografía
- Leiva, R. (2017). Cálculo de la carga de fuego para una adecuada separación de edificios. Revista CFIA, (269), Costa Rica.
- National Fire Protection Association. (2021). NFPA 1: Fire code. NFPA.
- National Fire Protection Association. (2021). NFPA 101: Life safety code. NFPA.
- National Fire Protection Association. (2022). NFPA 80A: Recommended practice for protection of buildings from exterior fire exposures. NFPA.
- Society of Fire Protection Engineers. (2016). SFPE handbook of fire protection engineering (5ª ed.). Springer
Ing. Rolando Leiva
Especialista en Protección contra Incendios
Bomberos de Costa Rica
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