Las pruebas de fuego en edificio de madera maciza a gran escala informará los cambios de código
El Comité Ad Hoc de la ICC sobre estudios de edificios altos de madera promete resultados de pruebas de incendios a gran escala
Por Carl Baldassarra, P.E., FSFPE y Kenneth Bland, P.E.
La construcción de madera pesada (Tipo IV en el Código Internacional de Construcción) es uno de los tipos de edificios más antiguos utilizados en los Estados Unidos. Se ha demostrado de manera satisfactoria el uso de elementos estructurales masivos de madera y ensamblajes de piso de madera sólida en miles de edificios en los últimos dos siglos, y muchos de ellos todavía están en uso en la actualidad.
El edificio de madera pesada fue originalmente concebido como una estructura de varios pisos, diseñada y utilizada principalmente para fines industriales y de almacenamiento. Sin embargo, en los últimos años, este tipo de construcción ha ganado popularidad entre los diseñadores para la reutilización adaptativa en muchas ciudades, así como una variedad de nuevos tipos de edificios de baja a media altura, como edificios para usos de ensamblaje, comercial y diversos.
Entre las innovaciones, ampliando aún más lo que es posible en esta categoría, está el desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación, conexión y construcción que utilizan madera maciza, lo que representa una gran oportunidad para los edificios de madera – incluyendo las aplicaciones de edificios de gran altura. Estos nuevos sistemas estructurales en madera representan los primeros desafíos serios a la construcción tradicional de edificios de gran altura en más de un siglo. Las principales barreras para una aceptación más amplia en los Estados Unidos son la altura actual y un número de limitaciones de pisos establecidas por el Código internacional de construcción (IBC, por sus siglas en inglés): 85 pies y seis pisos de alto, respectivamente.
A medida que aumenta el interés en encontrar alternativas seguras, sostenibles y resistentes para los materiales estructurales predominantes del mundo urbano, varios países se han dado cuenta de los beneficios de la construcción de edificios de madera maciza. Con esto en mente, el Consejo internacional de códigos (ICC, por sus siglas en inglés) formó el Comité Ad-hoc de edificios altos de madera(TWB, por sus siglas en inglés) en 2016 para “explorar la ciencia de la construcción de edificios altos de madera con el objetivo de investigar la viabilidad y tomar acción para los cambios de código para los edificios altos de madera.”
Este esfuerzo de varios años es respaldado por varios grupos de trabajo del Comité que involucran a las partes interesadas, profesionales del diseño, funcionarios encargados del código, bomberos y otras partes interesadas que buscan desarrollar cambios en el código para utilizar madera en edificios más altos o “más allá del código actual”. Un grupo de trabajo de este tipo se dedica a abordar la seguridad contra incendios.
Como parte de este trabajo, el American Wood Council (AWC) y el U.S. Forest Service Forest Products Laboratory colaboraron con el TWB para realizar las investigaciones y pruebas necesarias para entender el desempeño y validar la seguridad contra incendios de los edificios de madera maciza. Durante el verano, se completaron cinco pruebas de incendios en un edificio de apartamentos de madera maciza de varios pisos con resultados sumamente prometedores. El diseño incluía dos apartamentos idénticos de un dormitorio con diversas disposiciones de manera laminada en cruz (CLT, por sus siglas en inglés) expuesta y no expuesta y puertas abiertas entre la sala de estar y el dormitorio.
El TWB identificó los siguientes cinco escenarios de prueba (ver Tabla 1), que pretendían probar el rendimiento y la resistencia al fuego de un edificio con madera maciza expuesta:
- Prueba 1: una estructura de madera maciza totalmente protegida con dos capas de tablayeso gypsum tipo X de 5/8” sometidas a un gran incendio de mobiliario y contenido con una densidad de carga de combustible de aproximadamente 570 MJ/m2. La prueba finalizó cuando se quemó por completo el paquete de combustible después de tres horas sin carbonizarse de forma significativa las superficies de madera maciza protegidas de la estructura, como se observó después de retirar el tablayeso.
- Prueba 2: en esta prueba, el 30% del área de techo de CLT en la sala de estar y el dormitorio quedó expuesta. La prueba finalizó después de cuatro horas, proporcionando tiempo adicional para determinar si habría alguna contribución significativa al fuego de CLT expuesta. Cabe destacar que, una vez que el mobiliario y el contenido de las habitaciones fueron consumidos por el fuego, la CLT expuesta, esencialmente se auto-extinguió debido a la formación de carbón que protegía la madera maciza subyacente.
- Prueba 3: las paredes paralelas de CLT, separadas por una distancia de 30 pies, quedaron expuestas, una en la sala de estar y una en el dormitorio. De manera similar a la Prueba 2, una vez que el mobiliario y el contenido del apartamento fueron consumidos por el fuego, durante el cual se formó una superficie protectora en la CLT, las superficies de madera maciza esencialmente se auto-extinguieron.
- Pruebas 4 y 5: esta prueba examinó los efectos de la protección de los rociadores. Para ambas pruebas, todas las superficies de madera maciza en la sala de estar y el dormitorio quedaron expuestas. La prueba 4 demostró que, en condiciones normales de funcionamiento, un solo rociador contenía fácilmente el fuego. Para la Prueba 5, se permitió que el fuego creciera a combustión súbita en el compartimento (unos 23 minutos) antes de que se suministrara agua a los rociadores, lo que rápidamente controló el fuego.
Tabla 1: Detalles resumidos en las Pruebas 1 a 5
Las pruebas se realizaron en el Fire Research Laboratory del U.S. Bureau of Alcohol, Tobacco, Firearms and Explosives, el laboratorio de investigación más grande del mundo que se dedica a las investigaciones en escenarios de incendios, con fondos provistos por el AWC y el Forest Products Laboratory. Si bien los datos aún se están analizando, los resultados iniciales indican que la madera maciza proporciona el nivel de rendimiento de seguridad contra incendios que debería justificar su uso en edificios más grandes e incluso ampliar la opción de estructura de madera maciza expuesta en proyectos más pequeños. Un Informe técnico general FPL-GTR-247 con los datos completos de la prueba de fuego estará disponible en el Forest Products Laboratory en los próximos meses.
Figura 1: Prueba 1 poco después de la ignición. Fotografía: Laura Hasburgh (FPL)
Mientras tanto, el TWB continuará estudiando los hallazgos, lo que finalmente ayudará a informar sus recomendaciones para el cambio de código, para estar disponibles para revisión pública más adelante en este otoño en el sitio web de cdpACCESS. Las propuestas de cambio proporcionan un conjunto integral de requisitos de código para garantizar una gran cantidad de seguridad de vida y protección a la propiedad en edificios altos de madera maciza. Se realizó una revisión exhaustiva de todo el IBC para capturar cualquier disposición que pueda afectar los edificios más altos Tipo IV. Las disposiciones no estructurales para el ciclo del código 2021 se presentarán para su consideración durante 2018, y las disposiciones estructurales se presentarán para su revisión y aprobación durante 2019, de acuerdo con el cronograma ICC para el desarrollo del código.
Figura 2: Prueba 1 poco después de la combustión súbita. Fotografía: Laura Hasburgh (FPL)
Los cambios en el código ayudarán a crear una ruta preceptiva para diseñar edificios de madera maciza de más de 85 pies o seis niveles, comenzando con la edición 2021 de IBC. Hasta entonces, se necesitan más proyectos de investigación, prueba y demostración basados en el rendimiento para ayudar a los profesionales de la industria a entender las posibilidades de construir con madera maciza y fomentar un mayor desarrollo de esta tecnología de construcción emergente. Para obtener más información, visite www.awc.org/tallwood.
Carl Baldassarra, P.E., FSFPE, de Wiss, Janney, Elstner Associates, Inc. y Kenneth Bland, P.E., de American Wood C ouncil (AWC).