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Tesina

Comportamiento y protecci贸n de la Madera al Fuego

Guillermo Gonz谩lez Cardozo_arq Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013


2013 El Mobiliario y los Revestimientos superficiales de las construcciones, son los principales causantes del inicio del fuego dentro de los recintos, sobreviniendo luego la etapa de la propagación.

El Tatá-Jehasá, o cruce de brazas en el Dia de San Juan Bautista y el toro candil mezcla la débil capacidad calorífica del carbón y su mala conductividad, el paso energico, y la pista de no mas de 5 m para encender y mantener viva la creencia…

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Tabla de Contenidos Titulos

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Comportamiento al fuego de la madera Capitulo 1 : El Diseño de la protección al fuego de la madera. a. b. c. d.

Fuego Incendio Normativa Chilena sobre el comportamiento del Fuego, en la madera y los Materieles Resistencia al Fuego para elementos constructivos de Edificios_OGUC y C

Capitulo 2 : La Quimica del Fuego 1. Tetrahedro del Fuego 2. Fases de la Combustion a. Fase de Iniciacion b. Fase de Crecimiento c. Fase de pleno desarrollo d. Fase de decimiento o enfriamiento Capitulo 3 : Comportamiento de la Madera al Fuego 1. Pirolisis a. La relación entre la superficie y el volumen de la Pieza b. La existencia de Fendas c. Densidad de la Madera d. El Contenido de Humedad 2. Comportamiento de la Madera laminada al Fuego Capitulo 4 : Proteccion al Fuego de la Madera 1. Materieles ignifugos a. Teoria termica b. Teoria del Recubrimiento c. Teoría de los Gades d. Teoria Quimica 2. Metodos de ignifugacion a. Cambios Quimicos b. Impregnacion c. Impregnacion a Presion d. Recubrimiento  Pinturas intumescentes  Mastiques  Pinturas que producen gases  Recubrimientos cementosos y de Fibras inerales Capìtulo 4: Comportamiento del fuego en espacios confinados a. Formacion de la capa de techo b. Backdraft c. Flashover d. Flameover Bibliografia y Fuentes

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Capitulo 1 : El Diseño de la protección al fuego de la madera. I.

Fuego : El fuego es una reacción química autoalimentada y exotérmica que se produce entre una sustancia combustible sólida, líquida o gaseosa y el oxígeno, la que una vez comenzada a través de una energía de iniciación, se mantiene a sí misma hasta la consumición de alguno de los substratos intervinientes, usualmente el combustible. Como resultado de esta reacción se obtiene luz, calor y humo (este último formado por partículas de hollín, restos de gases combustibles no quemados, gases tóxicos e irritantes dependientes del tipo de material que se combustiona y las temperaturas alcanzadas, monóxido y dióxido de carbono y vapor de agua)

II.

Incendio : Un incendio es una ocurrencia de fuego no controlada que puede ser extremadamente peligrosa para los seres vivos y el edificio. La exposición a un incendio puede producir para el ser humano la muerte, generalmente por inhalación de humoo por desvanecimiento producido por ella y posteriormente quemadurasgraves. Provoca pérdidas materiales y detención de las actividades. Un proyecto de a pasa por una secuencia de eventos que parten con el diseño arquitectónico en donde se definen la ubicación y orientación de la construccion, limitación de espacios, planificación, tipo de uso, etc., por supuesto, siempre de acuerdo a las exigencias del propietario; luego el proyecto pasa por la etapa de diseño estructural, en donde se especificará con mayor detalle los materiales y dimensiones de los elementos estructurales que le entreguen la resistencia mecánica adecuada; y finalmente, la construcción, la cual debiera ser un fiel reflejo de lo antes diseñado.

Fuente : Patologia y Recuperacion de Estructuras de madera_Vazquez Rodriguez Jose Antonio_Abril 2011 www.udc.es/dep/dtcon/estructuras

Lo ideal debería ser que durante esta secuencia de eventos exista una fuerte comunicación y coordinación entre propietario, arquitecto, ingeniero y constructor con respecto a todos los Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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elementos estructurales, no estructurales y materiales que se proyectan para la función espacial que se pretende, y por cierto, debiera de conocerse el comportamiento que tendrán éstos ante la eventualidad de un incendio. Esto último, por lo general no es asumido con la relevancia que es necesaria, pues se diseña y construye bajo un optimismo injustificado, suponiendo prácticamente nula la ocurrencia de un incendio, y si llegase a suceder, las medidas de resguardo que se toman son tan básicas como que el recinto cumpla con los requerimientos mínimos que exige la Ordenanzas de Construcciones, sin considerar que una buena elección de los elementos que compondrán la construcion, pueden por ejemplo, permitir que el incendio no se propague a otras zonas, o bien, que el incendio se apague por el hecho de contar con una buena elección de materiales que garanticen que el fuego no se expanda superficialmente. Lo ideal es que la construcción de una vivienda incluya todos estos puntos, sin desmerecer el conocimiento del comportamiento al fuego. III.

Normativa Chilena La normativa chilena aborda el comportamiento al fuego de los materiales, elementos y componentes de la construcción de cuerdo a una serie de normas, las cuales se clasifican según los siguientes temas de estudio: 1. Normas generales, sobre prevención de incendio en edificios NCh 933 Terminología. NCh 934 Clasificación de fuegos. 2. Normas de resistencia al fuego : NCh 935/1 Ensaye de resistencia al fuego - Parte 1: Elementos de construcción general. NCh 935/2 Ensaye de resistencia al fuego - Parte 2: Puertas y otros elementos de cierre. NCh 2209 Ensaye del comportamiento al fuego de elementos de construcción vidriados. 3. Normas sobre cargas combustibles en edificios NCh 1914/1 Ensaye de reacción al fuego - Parte 1: Determinación de la no combustibilidad de materiales de construcción. NCh 1914/2 Ensaye de reacción al fuego - Parte 2: Determinación del calor de combustión de materiales en general. NCh 1916 Determinación de cargas combustibles. NCh 1993 Clasificación de los edificios según su carga combustible. 4. Normas sobre comportamiento al fuego: NCh 1974 Pinturas - Determinación del retardo al fuego. NCh 1977 Determinación del comportamiento de revestimientos textiles acción de una llama. NCh 1979 Determinación del comportamiento de telas a la acción de una llama.

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5. Normas sobre señalización en edificios: NCh 2111 Señales de seguridad. NCh 2189 Condiciones básicas. 6. Normas sobre elementos de protección y combate contra incendios: Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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NCh NCh NCh NCh

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Extintores portátiles - Terminología y definiciones. Extintores portátiles - Características y rotulación. Ubicación y señalización de los extintores portátiles. Grifo de incendio - Tipo columna de 100 mm - Diámetro nominal.

7. Normas sobre rociadores automáticos: NCh 2095/1 Sistemas de rociadores– Parte 1: Terminología, características y clasificación. NCh 2095/2 Sistemas de rociadores- Parte 2: Equipos y componentes. NCh 2095/3 Sistemas de rociadores- Parte 3: Requisitos de los sistemas y de instalación. NCh 2095/4 Sistemas de rociadores- Parte 4: Diseño, planos y cálculos. NCh 2095/5 Sistemas de rociadores- Parte 5: Suministro de agua. Sin embargo, existe una carencia de normas que clasifiquen los materiales de revestimientos, siendo estos los principales causantes de la propagación del fuego dentro del recinto en los primeros segundos, luego de haberse declarado el incendio. d. Resistencia al Fuego requerida para los Elementos de Construcción de Edificios indicado en La O.G.U Y C_Chile

F= Resistencia al fuego

Simbología

Elementos verticales: (1) Muros cortafuego (2) Muros zona vertical de seguridad y caja de escalera (3) Muros caja ascensores (4) Muros divisorios entre unidades (hasta la cubierta) (5) Elementos soportantes verticales (6) Muros no soportantes y tabiques

Elementos verticales y horizontales: (7) Escaleras

Elementos horizontales: (8) Elementos soportantes horizontales (9) Techumbre incluido cielo falso

Fuente : O.G.U Y C_Chile

Capitulo 2 : La Quimica del Fuego 1. Tetraedro del Fuego Desde el punto de vista quimico, se llama fuego al proceso de oxidación violenta de una materia combustible, con desprendimiento de llamas, calor y gases, desarrollándose por tanto un proceso fuertemente exotérmico. Para que el fuego tenga continuidad, se necesitan que ocurran cuatro elementos que se detallan a continuación: a. Combustible: (usualmente, un compuesto orgánico, como el carbón vegetal, la madera, los plásticos, los gases de hidrocarburos, la gasolina, etc.). b. Comburente : el oxígeno del aire. c. Temperatura o energía de activación: se puede iniciar con una chispa, temperatura elevada u otro tipo de fuente de ignición. Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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d. Reacción en cadena : Es la reacción mediante la cual la combustión se mantiene sin necesidad de mantener la fuente principal de ignición.

Fuente : http://www.expower.es/triangulo-tetraedro-fuego.htm

Cada combustible tiene una temperatura de ignición distinta, (también llamado punto de ignición) En la mayoría de los casos, una vez que comienza la reacción de oxidación, el calor desprendido en el proceso sirve para mantenerlo. Cada combustible libera, al quemarse, una cierta cantidad de energía en forma de calor, igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas del combustible, menos la empleada en la formación de los nuevos compuestos (gases resultantes de la combustión o gases quemados). La cantidad de energía que cada combustible produce, se expresa por su poder calorífico. Los gases y vapores producidos por la oxidación (principalmente vapor de agua y dióxido de carbono), a alta temperatura por el calor desprendido por la reacción, emiten las llamas (gases incandescentes) que a su vez emiten luz visible e invisible (luz infrarroja), y calor. 2. Fases de la Combustion El proceso básico de la combustión en la fase gaseosa tiene lugar en finas llamas laminares llamadas “llamas difusoras”, que se encuentran separando la zona rica en combustible de la zona rica en aire u oxígeno. Ambos elementos, combustible y comburentes, son arrastrados por difusión a estas llamas, donde se mezclan y combustionan, generando calor y productos de la combustión, que a su vez se alejan del lugar por difusion . Cuando las llamas difusoras son pequeñas, por ejemplo como en un fosforo, su aspecto es uniforme y constante, y se las denomina llamas de difusión Laminar. Si el tamaño del fuego aumenta, comienza a perder estabilidad buscando mas combustible y comburente. Si sigue el aumento del tamaño del fuego el aumento de las llamas crece en forma desordenada y se las denomina llamas de difusión turbulenta. Una vez iniciado el proceso de combustión en un ambiente cerrado, reconocemos las siguientes fases del mismo:

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Fuente : CTE_Comportamiento al fuego de la Madera _Grafico Normalizado Temperatura-Tiempo

a. Fase de iniciación En esta fase el fuego se encuentra en estado latente, a muy baja temperatura. La rapidez con que se inicia un incendio depende principalmente de factores como el tipo de material combustible presente en el recinto, así como de su distribución, de la ventilación del recinto y de la fuente de calor. En esta fase el oxígeno ambiental no se encuentra significativamente disminuído, y hay generación de gases como vapor de agua, dióxido de carbono (CO ) y pequeñas cantidades de dióxido de azufre (SO ), de monóxido de carbono (CO) y de otros gases. Hay también generación de calor , estando la temperatura del lugar ligeramente incrementada, y la temperatura de la llama puede encontrarse cerca de los 600°C.

Fuente : CTE_Comportamiento al fuego de la Madera_Curvas de incendio real, paramétrica y normalizada supuestas

b. Fase de crecimiento Durante esta fase, aunque inicialmente todavía localizado, el fuego se va avivando. A través de la radiación o del contacto directo de las llamas con otros materiales presentes en el recinto, el incendio comienza a propagarse con mayor o menor rapidez en función de factores como el tipo y distribución del combustible o el nivel de ventilación del recinto.

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La propagación de las llamas, la velocidad de liberación del calor y la generación de humo de los materiales combustibles son cada vez mayores, hasta dar paso a la fase siguiente de pleno desarrollo del incendio. Dentro de la fase de crecimiento existe un punto característico denominado “flashover”, que consiste en un intervalo muy corto de tiempo en el que se produce la transición de un fuego localizado a la combustión simultánea de todas las superficies combustibles expuestas en un recinto. En ese corto intervalo de tiempo se experimenta un crecimiento brusco de las temperaturas, dando lugar a una situación que se conoce como fuego totalmente desarrollado. La estrategia de protección contra incendios relacionada con estas fases iniciales del incendio consiste en limitar el desarrollo del incendio de modo que éste no adquiera grandes proporciones y, como consecuencia, se alcance la fase de pleno desarrollo. En la actualidad, en la reglamentación estatal (Documento Básico de Seguridad en caso de Incendio del Código Técnico de la Edificación, España) se limita tanto la contribución al incendio y la inflamabilidad de los materiales de construcción como su capacidad de desprender humo o partículas de material incandescentes cuando dichos materiales arden. Estos factores determinarán su clasificación de reacción al fuego. En determinados casos, también se establece la introducción de medidas activas de protección contra incendios que impidan que un fuego llegue a la fase de pleno desarrollo. Si bien las fases previas al flashover tienen mucha importancia desde el punto de vista de la evacuación o de la facilidad para controlar el incendio, desde el punto de vista de capacidad portante de la estructura lo importante son las fases posteriores al citado punto de flashover, en las cuales se alcanzan temperaturas que sí afectan a comportamiento de la misma. Por ello, habitualmente, los modelos de curva tiempo-temperatura utilizados en el proyecto de estructuras obvian estas fases previas. c. Fase de pleno desarrollo Una vez alcanzado el flashover, el incendio ocupa todo el recinto, y su duración hasta alcanzar una temperatura máxima depende de la carga de fuego, la ventilación, la capacidad de disipación de calor a través de la epidermis y la velocidad de liberación de calor. Estos son, de hecho, los parámetros que se tienen en cuenta para la representación de las curvas paramétricas tiempo-temperatura, que suelen utilizarse como modelo simplificado de un fuego real. d. Fase de decaimiento o enfriamiento Una vez alcanzada la temperatura máxima del incendio, ésta empieza a decrecer, bien sea por la consumición del combustible, o bien por falta de ventilación. Durante esta fase la estructura todavía puede verse afectada por un incremento de la temperatura en su interior, debido a la inercia térmica del material. Es decir, todavía puede pasar un intervalo de tiempo hasta que la estructura empiece a enfriarse. En relación con estas dos últimas fases de un fuego real, la estrategia de protección contra incendios a adoptar tiene objetivos distintos a los comentados para las fases anteriores al flashover: limitar o acotar las dimensiones del incendio, así como proteger la estructura para que no se produzca un colapso que pueda ocasionar daños personales o comprometer la evacuación, la compartimentación o la estabilidad global del edificio.

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Capitulo 3: Comportamiento de la Madera al fuego 1. Pirolisis : La pirólisis (del griego piro, „fuego‟ y lisis, „rotura‟) es la descomposición química de materia orgánica y todo tipo de materiales, excepto metales y vidrios, causada por el calentamiento a altas temperaturas en ausencia de oxígeno (y de cualquier halógeno). Involucra cambios simultáneos de composición química y estado físico, los cuales son irreversibles. La pirólisis extrema, que sólo deja carbono como residuo, se llama carbonización.

Fuente : Patologia y Recuperacion de Estructuras de madera_Vazquez Rodriguez Jose Antonio_Abril 2011 www.udc.es/dep/dtcon/estructuras

Cuando la madera se expone a un foco de calor, su contenido de humedad disminuye en la zona directamente afectada al alcanzarse el punto de ebullición del agua. Este hecho es detectable por la sudoración que aparece en su superficie. Si el aporte de calor se mantiene hasta llegar a una temperatura aproximada de 270 ºC, comienza el desprendimiento de vapores que, en caso de seguir aumentando la temperatura, son susceptibles de arder. Este fenomeno, llamado pirólisis de la madera, produce su descomposición en gases según las temperaturas alcanzadas. La madera y sus productos derivados están formados, principalmente, por celulosa y lignina, que, al ser compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno, hacen de ella un material combustible. A pesar de su combustibilidad, si la madera no se somete a llama directa, ésta no comenzará a arder hasta que no alcance aproximadamente los 400 ºC. Aun siendo expuesta a llama directa, no se producirá la ignición hasta que no llegue a temperaturas en torno a los 300 ºC.

Fuente : Patologia y Recuperacion de Est de Madera Vazquez Rodriguez Jose Antonio_Abril 2011 www.udc.es/dep/dtcon/estructuras

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Puede considerarse que la madera presenta un buen comportamiento sometida a un incendio en fase de pleno desarrollo Fuente : Patologia y Recuperacion de Estructura De Madera Vazquez Rodriguez Jose Antonio Abril 2011 - www.udc.es/dep/dtcon/estructuras

debido a que su conductividad térmica

es muy baja. Esto lleva a que la combustión, alimentada por el oxígeno, se desarrolle únicamente en la superficie de la pieza. Tras la combustión de la superficie se origina una capa exterior carbonizada, que protege a otra capa interior contigua en la que se produce la pirólisis. Por último, en el interior de la pieza, queda la madera sin afectar por el fuego.

Fuente : CTE_Comportamiento al fuego de la Madera Cambios en la madera por acción del Fuego

La alta capacidad aislante de la capa carbonizada, del orden de unas seis veces superior a la de la madera a temperatura ambiente, permite que el interior de la pieza se mantenga a una temperatura mucho menor y con sus propiedades físico-mecánicas constantes. Así, la pérdida de capacidad portante del elemento se debe, principalmente, a la reducción de su sección y no tanto al deterioro de las propiedades del material. El comportamiento de la madera en caso de incendio puede variar dependiendo de factores como los que se apuntan a continuación: a. La relación entre la superficie y el volumen de la pieza. Las secciones estrechas y con aristas vivas aumentan esta relación, conduciendo a un comportamiento frente al fuego menos favorable. Por ejemplo, en piezas de pequeña escuadría resulta más fácil la ignición y la propagación de la llama. b. La existencia de fendas. Las hendiduras en el sentido de las fibras de la madera incrementan los efectos del fuego. La madera laminada, que apenas contiene fendas, presenta una velocidad de carbonización menor que la madera maciza. c. La densidad de la madera. Las diferentes especies de madera se comportan frente al fuego de forma diferente en función de su densidad. Si la densidad es alta, comienza a arder con menos facilidad y la combustión es más lenta. d. El contenido de humedad. En edificación, la mayoría de las estructuras de madera presentan un contenido de humedad que varía entre el 8% y el 15% aproximadamente, lo que implica que por cada tonelada de Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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madera deben evaporarse entre 80 y 150 Kg de agua antes de que entre en combustión. No obstante, este factor no se considera en la velocidad de carbonización debido a la poca variación del contenido de humedad que se da en la práctica.

Fuente : Patologia y Recuperacion de Estructura De Madera Vazquez Rodriguez Jose Antonio Abril 2011- www.udc.es/dep/dtcon/estructuras

2. Comportamiento de la Madera Laminada al Fuego Existen muchos prejuicios en torno a la resistencia de la madera laminada, expuesta directa o indirectamente, al fuego, que se han ido modificando con el pasar de los tiempos y la experiencia. La madera lo asociamos con un material altamente inflamable y capaz de arder fácilmente. Es por esto que en muchas obras se la excluye a priori frente a otros materiales estructurales, aludiendo principalmente a su poca resistencia frente al fuego. La madera pese a ser considerada un material combustible, resulta un producto valioso cuando se la utiliza en estructuras resistentes al fuego. Al quedar una pieza de madera expuesta a temperaturas elevadas, durante periodos de tiempo prolongados a la acción del fuego experimenta una descomposición química o pirolisis que genera gases inflamables, que comenzaran a arder, resultando una carbonización superficial. La conductividad de la madera es de por si baja, y la del carbón considerablemente menor, por lo que hacia el interior de la madera no carbonizada los incrementos de temperatura, y consecuentemente las reducciones de las propiedades mecánicas, serán moderadas. El carbón genera por su parte un estrato, que limita tanto la conducción del calor hacia la madera del interior, como también el paso de los gases inflamables que constituyen el combustible del fuego desde el interior hacia el exterior. Al quedar sometida a temperaturas superiores a 120º C se descompone químicamente, originando carbón y gases inflamables. Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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Debemos considerar sin embargo que no existen materiales estructurales inmunes al fuego, lo que conlleva a que es imposible materializar construcciones a prueba de este. En el mundo existen muchos ejemplos de edificios cuyas estructuras supuestamente eran incombustibles y que han terminado en el colapso o daños severos. Debemos considerar que el correcto comportamiento al fuego de una estructura es aquel que permite asegurar un tiempo prolongado antes de que esta colapse de manera de asegurar la evacuación de las personas.

Fuente: Arauco Chile_Test de comportamiento al fuego entre una viga de madera laminada y una de acero, mostrando que la última, pese a sufir carbonización se mantiene libre de colapso.

Las construcciones de Madera Laminada, adecuadamente diseñadas y calculadas, se comportan muy bien durante un incendio y poseen excelentes propiedades de resistencia al fuego. Cuando la madera se inflama y comienza a arder, experimenta una descomposición química de naturaleza eminentemente superficial. En su interior en cambio, debido a la acción protectora de la capa de carbón generado (que es una excelente barrera de aislación térmica) mantiene sus propiedades resistentes prácticamente intactas. Es por esto que en el borde de avance de la carbonización, la temperatura no sube de 200 º C, mientras que en su interior la temperatura es de 90º C (debido a la buena aislación térmica) siendo esta demasiada baja para que la madera entre en combustión.

Desarrollo típico de temperaturas a través de una sección transversal de una viga, que ha sido sometida en un horno a temperaturas cercanas a los 1.000º C. Fuente : Patologia y Recuperacion de Estructura De Madera Vazquez Rodriguez Jose Antonio

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El comportamiento descrito contrasta con el de los metales “incombustibles”, que pierden rápidamente su capacidad resistente, a poco de iniciado el incendio, colapsando. La razón simple de esto, es que los metales son excelentes conductores del calor, alcanzando en pocos minutos el total de la temperatura generada por el incendio, longitudinal y transversalmente. La madera es un material combustible y por ser un muy mal conductor del calor, resulta tener una gran resistencia al fuego de un incendio. En cambio el acero, siendo un material incombustible, pero por muy buen conductor del calor, resulta tener una pésima resistencia de un incendio. Lamentablemente este hecho es ignorado por la mayoría de los profesionales relacionados directa e indirectamente con la arquitectura y la construcción; arquitectos, constructores, aseguradores e inversionistas. Lo anterior da por resultado, que en el momento de decidir como reconstruir el edificio destruido, casi siempre se vuelve a repetir una solución con estructuras metálicas. Otro aspecto es que gracias a la poca dilatabilidad térmica de la madera, neutralizada adicionalmente por la contracción inherente al secado, permite que los envigados de la techumbre y del piso, no ejerzan presiones laterales sobre los muros que los sustentan, lo que neutraliza el peligro de desplome, aumentando el tiempo disponible para evacuar la construcción y combatir el fuego.

Comparación entre el comportamiento resistente de la Madera Laminada y el acero, f rente al fuego de un incendio. Fuente : Patologia y Recuperacion de Estructura De Madera Vazquez Rodriguez Jose Antonio Abril 2011- www.udc.es/dep/dtcon/estructuras

En este gráfico se combina la curva de desarrollo de las temperaturas de un incendio normal, con las reducciones de las capacidades resistentes de los elementos estructurales, expresada como porcentaje de su resistencia en condiciones ambientales normales. Es posible apreciar que en etapas bastante tempranas del incendio, tanto el acero dulce como el aluminio, pierden repentinamente casi toda su capacidad resistente, lo que conduce lógicamente a los colapsos y desastres previamente mencionados. Se ha estimado que la falla de una pieza se produce cuando su resistencia alcanza aproximadamente el 15% del valor en condiciones normales, porcentaje que se justifica en los factores de seguridad usuales en el diseño y en el hecho de que durante un incendio, las solicitaciones son menores que las consideradas en el cálculo. Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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Capitulo 4 : Proteccion al fuego de la madera 1. Materiales ignifugos La ASTM define un material ignífugo como aquel que "posee o proporciona índices de inflamabilidad o propagación de llamas comparativamente bajos". El índice nominal de propagación de llama se expresa en números o clasificaciones obtenidas de acuerdo con las especificaciones de la NFPA 255, Método de ensayo de las características superficiales de combustión de los materiales de construcción. Los términos "retardador de llamas" y "resistente a las llamas" pueden emplearse más o menos indistintamente para designar materiales de decoración que, debido al tratamiento químico a que se les somete o a sus propiedades inherentes, no se inflaman fácilmente ni propagan las llamas cuando están expuestos a fuegos pequeños o moderados. Para designar productos químicos, pinturas y recubrimientos empleados para el tratamiento de elementos decorativos (entre los que se incluyen telas, árboles de navidad, etc.) es preferible emplear el término" retardador de llamas". Se han ideado cuatro teorías generales para explicar los mecanismos por los que ciertos productos químicos pueden retardar la combustión de los materiales celulósicos con llama o sin ella. Se acepta que ninguna teoría por sí misma explica claramente estos mecanismos y que en la mayor parte de los casos está involucrado más deun mecanismo. Las cuatro teorías que ofrecen las explicaciones más satisfactorias sobre la función de los productos químicos ignifugantes son las siguientes: a) Teoría térmica: Los productos ignífugos reducen de tres maneras distintas la acumulación de calor en los materiales tratados:  aumentan la conductividad térmica y por tanto la disipación del calor de combustión;  absorben más calor reduciendo la cantidad del mismo disponible para la pirolisis  proporcionan aislamiento térmico reduciendo la transmisión de calor al material. El aislamiento térmico es el mecanismo más eficaz y también aparece en la teoría del recubrimiento. b) Teoría del recubrimiento: Algunos ignifugantes se funden o derriten a temperaturas relativamente bajas y se cree que forman un recubrimiento aislante sobre las fibras del material tratado, actuando por medio de la exclusión del oxígeno y la inhibición del escape de los gases combustibles. Otros muestran una acción burbujeante o espumante, formando una barrera que las aísla. Las pinturas intumescentes son un buen ejemplo de este mecanismo. c) Teoría de los gases: Algunos productos químicos ignifugantes reaccionan bajo los efectos del calor emitiendo gases ininflamables tales como vapor de agua, amoníaco y anhídrico carbónico. De esta forma se diluyen los gases combustibles hasta que su mezcla con el aire resulta ininflamable. Otros ignifugantes actúan de catalizadores de las reacciones en cadena de radicales que se producen en la fase gaseosa (combustión con llama). Los ignifugantes con halógenos experimentan este tipo de proceso. d) Teoría química: La celulosa sin tratar sedescompone, transformándose en gran cantidad de líquidos y sólidos. Los líquidos a su vez se descomponen en gases inflamables, y los sólidos, en carbonilla y gases, algunos de los cuales son inflamables y otros no. La producción de gases inflamables de los líquidos se combina con la de los sólidos, causando la llama. La celulosa tratada forma menoslíquidos y más sólidos y una cantidad mayor de los sólidos se convierteen carbonilla. La Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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cantidad reducida de líquidos forma algo de carbón y algunos gases inflamables. Como la cantidad de gases inflamables procedente de las fases líquiday sólida es entonces bastante menor, al emitirse menor cantidad de calor disminuye la llama, resultando una total resistencia a la llama, o al menos, una disminución de la velocidad de combustión. 2. Metodos de Ignifugacion Existen cuatro métodos básicos de tratamientos para producir la ignifugación de los materiales a. Cambios químicos : son efectivos fundamentalmente en los plásticos y las fibras sintéticas. Los polímeros naturales como lacelulosa no pueden ser tratados por este método. b. Impregnación : para tratamiento de materiales absorbentes. Ciertos productos a base de celulosa, como el papel, placas acústicas y tableros de fibras, durante su proceso de manufactura pasan por una etapa de pulpa húmeda. Es posible añadir productos químicos ignifugantes a esta pulpa. Las placas acústicas de fibra de madera, y los tableros para la construcción tratados con este método tienen un índice de propagación de la llama bajo. c. Impregnación a presión : para tratamientos de ignifugación de materiales no absorbentes relativamente densos, como la madera. Comparado con las técnicas simples de impregnación, el método de presión proporciona una mayor penetración y retención química. d. Recubrimiento : Hay diversos tipos de recubrimiento ignifugantes, útiles para el tratamiento de muchos materiales. Pueden aplicarse en cualquiera de las etapas de la manufacturación del producto e inhibir activamente la propagación de las llamas hasta cierto punto o presentar una superficie incombustible sobre la cual las llamas no pueden propagarse. Se emplean predominantemente para el tratamiento de materiales no absorbentes de la construcción que no pueden ser tratados por ningún otro método, para la protección de árboles de navidad y otros materiales decorativos similares y de modo limitado sobre el papel y tejido que, por diferentes razones, no pueden tratarse eficazmente por impregnación. Los métodos de cambios químicos y de impregnación a presión están limitados a los procesos de fabricación industriales y no pueden ser empleados sobre el terreno. Los de impregnación y recubrimiento, por el contrario, sí son aptos para su aplicación fuera de la fábrica. Generalmente son preferibles los métodos industriales ya que proporcionan mayor uniformidad, permanencia y fiabilidad. La eficacia de un recubrimiento depende de las propiedades químicas y físicas del material sobre el que se aplica, de la efectividad del propio recubrimiento en relación con el tipo de material, de la habilidad de quien realiza la operación y de la perfección del tratamiento.

“La madera se trata con ignifugantes por impregnación a presión o por recubrimiento. “

Aunque cualquiera de estos dos tratamientos reduce la capacidad de propagación de las llamas, ninguno es significativamente efectivo para el aumento de su resistencia a la degradación ante una exposición continuada al fuego, ni impide la reducción de su capacidadde carga calorífica. Pese a que no existe un tratamiento que haga incombustible la madera, se retrasa la propagación de la llama desde un fuego incipiente a su entorno inmediato y, en algunos casos, se impide la propagación con la aplicación de tratamientos de reciente desarrollo, reduciendo de manera sustancial el aporte de combustible y humo. La impregnación a presión permite depositar una gran cantidad de producto ignífugo en la madera en condiciones estrechamente reguladas y con resultados uniformes y predecibles. Existen muestras de prueba fácilmente disponibles. En las estructuras de madera sin tratar, o en los casos en que no resulten prácticos los tratamientos de impregnación a presión, pueden Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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usarse recubrimientos ignifugantes. Los recubrimientos pueden aplicarse sobre cualquier superficie vista de elementos estructurales acabados interiores o mobiliario. Pueden aplicarsea brocha, a rodillo, pulverizados o con llama. Como sucede en las impregnaciones a presión, el grado de reducción de la propagación de la llama que se obtenga por el recubrimiento dependerá de la combustibilidad original de la superficie, de la eficacia del material de recubrimiento empleado, de la cantidad de material que se aplique, de la perfección de la aplicación y de las dimensiones e importancia del fuego a que se vea expuesta. Entre los muchos recubrimientos ignifugantes patentados, varios tienen certificación extendida por laboratorios acreditados. Debe desconfiarse de cualquier pintura llamada ignifugante o a prueba de fuego que no tenga la certificación de sus características de propagación de la llama extendida por un laboratorio de ensayos nacionalmente reconocido. Existen cuatro tipos de recubrimientos ignifugantes para madera. En orden descendente de su eficacia son:  Pinturas intumescentes: Estas pinturas se expanden ante la acción del calor cambiando de un recubrimiento delgado, tipo pintura, a una costra gruesae hinchada parecida. Esta costra produce los siguientes efectos: aísla elcombustible del calor, aísla el combustible del oxígeno, produce gases diluyentes y reduce los gases inflamables, Mantiene su eficacia hasta que se resquebraja por la alta temperatura o por el calor sostenido.  Mástiques: Se aplican con llana o con pistolas de pintura y forman un grueso recubrimiento sobre la superficie del material combustible; su consistencia, una vez aplicados, varía desde una superficie dura parecida a la cerámica a una superficie blanda parecida al alquitrán. Todos resisten cantidades importantes de calor e inhiben la propagación de la llama por la membrana incombustible que forman.  Pinturas que producen gases: Estos recubrimientos, cuando se calientan, emiten gases incombustibles que diluyen el oxígeno en las cercanías de la superficie protegida, impidiendo que se concentre suficiente cantidad de oxígeno para mantener la combustión.  Recubrimientos cementosos y de fibras minerales: Poco se ha investigado sobre la posible aplicación de estos recubrimientos en la madera para mejorar sus características de resistencia ante el fuego. Generalmente seutilizan sobre el acero estructural para protegerlo de las temperaturas elevados del incendio. Hay expertos que piensan que los elementos estructurales de madera podrían protegerse de la misma forma. Los materiales que se emplean usualmente como acabado de madera, tales como tintes, pinturas al aceite, esmaltes, barnices y ceras, no tienen valor apreciable desde el punto de vista de protección contra el fuego y, en algunos casos, aumentan la combustibilidad. La pintura, sin embargo, puede tener cierto valor, al impedir la absorción del aceite y mejorar la limpieza. Los recubrimientos ignifugantes tienen las siguientes ventajas pueden aplicarse sobre materiales combustibles que estén ya instalados; son relativamente baratos; pueden aplicarse con facilidad; y no originan pérdida de resistencia a altas temperaturas y humedades. Sin embargo, las desventajas son las siguientes: la facilidad de su aplicación puede producir tratamientos demasiado escasos e ineficaces; las superficies que no estén expuestas ni sean accesibles no pueden tratarse; su durabilidad es limitada; son susceptibles de sufrir daños; y el tratamiento debe repetirse cada vez que sea necesario. El papel puede impregnarse para conseguir un retardo a la incandescencia y las llamas después de eliminar la fuente de ignición. Los tratamientos ignifugantes son útiles para la protección de varias formas de papel, por ejemplo, papel de construcción y papel de envoltura. Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y de las terminaciones en Madera_Julio 2013 _Tesina

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El desarrollo de productos ignifugantes ha recibido un gran apoyo por la demanda de material de revestimiento creada por hoteles, teatros, escuelas, hospitales, asilos y otros edificios que contienen altos riesgos para la vida. El papel crepé decorativo, la cartulina corrugada para adornos de escaparates, los productos textiles y los materiales para persianas pueden hacerse ignífugos durante su manufactura, siendo éste el método más fiable. Los tratamientos ignifugantes se emplean para reducir la propagación de las llamas sobre elementos estructurales de madera y acabados interiores combustibles, como planchas de madera, placas acústicas y tableros de fibras. Los tratamientos de combustión lenta se utilizan para reducir la inflamabilidad de los enseres domésticos, mobiliario y materiales decorativos, como cortinas, tapicería, papeles crepés y corrugados, árboles de navidad, plantas y follajes secos. En todas estas aplicaciones existe la posibilidad de cometer errores o engañarse respecto al grado de protección que proporcionan. Algunos de los errores más importantes se citan a continuación: 

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Empleo indiscriminado de madera impregnada a presión para fines que normalmente requieren materiales incombustibles. Estas sustituciones son correctas en ciertas aplicaciones, pero ni siquiera los tratamientos más eficaces pueden eliminar totalmente la posibilidad de que la madera sirva de alimento al fuego y produzca humo. Empleo de materiales tratados con impregnación a presión o por recubrimiento en lugares donde quedan expuestos a la intemperie o condiciones de alta humedad Intentos de tratar las telas de fibras sintéticas más modernas con soluciones ignifugantes de sales hidrosolubles comunes. Estas soluciones son efectivas solamente sobre fibras celulósicas, como el algodón y el rayón, y sobre fibras animales comunes, como la lana y seda. No son eficaces para el tratamiento del nylon, de acetato, del Acrilán ni de ninguno de los productos sintéticos similares que tanto se emplean actualmente. Venta de soluciones ignifugantes en pequeños recipientes de aerosol para empleo doméstico. Esta práctica es objeto de muchos abusos. Las etiquetas de los envases carecen frecuentemente de indicaciones respecto a las limitaciones del producto y las instrucciones para su adecuada aplicación son insuficientes. Muy a menudo la publicidad de estos productos contiene afirmaciones exageradas respecto a su utilidad, dando la impresión de que el contenido de un envase puede convertir a prueba de llamas prácticamente cualquier objeto casero. Empleo de soluciones de sales hidrosolubles ordinarias para el tratamiento de materiales no absorbentes. El tratamiento eficaz de los materiales sólo puede lograrse recubriendo la superficie con espesor suficiente, lo que requiere que la solución que se aplique sea de gruesa consistencia, como una pintura o jarabe.

Capitulo 4: Comportamiento del fuego en espacios confinados. Dentro de estructuras cerradas o confinadas hay ciertos fenómenos especiales frente al fuego. Los bomberos tienen que entrenarse a fondo y conocer estos fenómenos para evitar sufrir daños producto de alguno de ellos. Algunos de estos fenómenos son: a. Formación de la capa de techo: Se denomina de esta manera a la acumulación de gases calientes, que por acción del fuego y dentro de un ambiente cerrado, tienden a acumularse en las partes altas del recinto. De esta manera los gases más calientes se desplazan por el interior de los edificios hacia sus techos y una vez acumulada cierta cantidad, tiende a escapar. Los

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bomberos utilizan el sistema de ventilación para extraer esta capa de gases y humo que se encuentra dentro de los edificios incendiados. b. Backdraft: Llamado también explosión de gases de humo, es una situación que puede ocurrir cuando un fuego necesita oxígeno; por lo cual la combustión cesa pero sigue habiendo producción de gases y humo combustible con temperaturas altas. Si el oxígeno se reintroduce, por ejemplo abriendo una puerta en un cuarto cerrado, la combustión puede recomenzar dando por resultado un efecto contraproducente dado que los gases aumentan su volumen súbitamente y por lo tanto empiezan a arder todos los materiales del recinto de forma violenta. La táctica más común usada en la desactivación de un backdraft potencial es ventilar desde el punto más alto, permitiendo que el calor y el humo se escapen sin encenderse de manera repentina. c. Flashover: También llamado Combustión Súbita Generalizada, es la transición de un incendio, de su fase de desarrollo a la fase de incendio totalmente desarrollado, en la cual la liberación de energía térmica es la máxima posible, en función del combustible que se ve implicado en el mismo. Es una combustión que afecta a todo un recinto cerrado en el que todos los materiales que se encuentran en el mismo se ven implicados en el incendio, entrando en combustión deforma súbita y casi simultánea. Este fenómeno se produce en incendios que cuentan con un suficiente aporte de oxígeno para que el combustible pueda asociarse de forma con el comburente. A modo comparativo, el flashover se produce en incendios suficientemente ventilados, mientras que el backdraft es un fenómeno asociado a incendios con deficiencia de ventilación. d. Flameover: Este es otro fenómeno físico-químico del fuego. Es una propagación que ocurre a gran velocidad a través de los techos y las paredes (que contienen elementos combustibles). Las llamas, en su faz de fuego, corren y se propagan por los planos altos canalizadas por techos y paredes. Por contacto con estas superficies, las van calentando en un proceso pirolítico rápido, donde se da este proceso. Primero se desprenden gases de combustión (vapor de agua y dióxido de carbono, etc.) hasta transformarse en llamas al alcanzar su punto de autoignición a lo largo de toda la superficie. Estas llamas a su vez transmiten calor por radiación a todas las superficies planas que se encuentren por debajo de la propagación (muebles, personas, suelos) siguiendo el mismo proceso de transformación química y de propagación súbita. El flashover es la etapa final de propagación súbita, generando una combustión colectiva y casi al mismo tiempo de los elementos en un espacio confinado.

Bibliografia, Fuentes Escritas e imágenes       

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Comportamiento y proteccion al fuego de la Madera  

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