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Ingenieros de protección contra incendios y madera laminada cruzada

Los edificios de madera contralaminada están creciendo en todo el mundo: ¿Están los ingenieros de protección contra incendios liderando el camino?

Por Joseph Hough y Justin Biller, P.E., FSFPE

Los edificios de madera contralaminada siguen ganando terreno en muchos lugares del mundo. Estos edificios de madera contralaminada, como su nombre lo indica, están hechos de madera aserrada, con las capas (o láminas) de madera entrecruzadas entre sí. Este cruce de madera proporciona infinitas dimensiones y formas infinitas.

Los edificios de madera contralaminada (CLT) atraen a una amplia gama de autoridades, arquitectos y constructores. ¿Por qué? Principalmente, por dos razones: A) La estética de la madera junto con su capacidad "verde" para secuestrar dióxido de carbono; B) El deseo de los gobiernos de encontrar un nuevo uso con valor agregado de sus productos forestales naturales crudos.

Sin embargo, para la mayoría de los ingenieros, la primera reacción cuando se trata de usar madera en la construcción es: " ¡¿Qué?! ¿Eso es imposible?"

Obviamente, la "programación" arraigada de dividir los materiales de construcción en combustibles o no combustibles todavía tiene su enorme influencia. La madera puede encenderse, pero resistirá hasta 7232 ° F / 4000 ° C antes de volver a encenderse (Emmons H.W. & Amp; Atreya A., 1982). El acero, en cambio, en comparación con la madera maciza, y debido a su estructura molecular homogénea; el acero transferirá calor rápidamente y comenzará a perder el 50% de su rigidez y resistencia a 932 ° F / 600 ° C. A 1291 ° F / 700 ° C, el acero retiene solo el 20% de su resistencia y rigidez. Y a 2192 ° F / 1200 ° C, el acero pierde casi toda su resistencia y rigidez (Gewain R. G. et al, 2006). Al mismo tiempo, el concreto puede soportar hasta aproximadamente 1112 ° F / 600 ° C. Sin embargo, cuando el 20 por ciento de contenido de agua del concreto se evapora en condiciones de alta temperatura, el concreto se astilla (Noumowé et al, 2006; Ko et al, 2011).

Un estudio de 40.000 incendios en Suiza concluyó que los edificios combustibles con medidas de protección contra incendios activas y compartimentación completa no produjeron pérdidas superiores a 100.000 francos suizos (aproximadamente 111.000 dólares estadounidenses ) entre 1985 y 1995 (Fontana et al, 1999).

Definitivamente, la dicotomía "combustible / no combustible" merece una buena revisión. Y sí, ¡la mayoría de los edificios son híbridos y usan una combinación de estos materiales de construcción antes mencionados!

Ahora la madera soporta temperaturas tan altas debido a su capacidad de carbonizarse en la superficie. El carbón en sí no es más que el contenido de carbono del material orgánico que se quema. El carbono, el componente principal del carbón, es muy difícil de volver a encender. La capa de carbón también actúa como un escudo protector que impide que el proceso de combustión se extienda al núcleo de la madera.

Cuando la madera se carboniza, se producen grietas. Estas grietas actúan como puertas de entrada a través de las cuales el calor puede escapar al exterior. Al calor le resulta más fácil salir por las grietas de la capa carbonizada que seguir "excavando" en la madera virgen que no ha sido consumida por el fuego. En términos simples, el calor (y los productos de combustión) tomarán el camino de menor resistencia a través del carbón agrietado; dejando intacta la masa de madera no inflamada (Emmons H.W. & amp; Atreya A., 1982).

Con respecto a los edificios CLT, la carbonización de la madera evita una mayor progresión del fuego, pero está asociada con la producción inicial de productos de combustión y calor. Al mismo tiempo, existen algunas medidas efectivas de seguridad contra incendios a considerar:

Sistemas de rociadores :

Cualquier diseño de edificio alto, y mucho menos un edificio de madera, que no incluya un sistema de rociadores bien diseñado y mantenido, hace que el edificio sea altamente vulnerable a las consecuencias negativas del fuego. La principal ventaja del hormigón y el acero, y de ahí su popularidad, es su capacidad para llegar lo más alto posible. Los sistemas de rociadores permitieron que los edificios de hormigón y acero llegaran tan alto. Por otro lado, las estructuras de construcción de madera, hasta hace muy poco tiempo, estaban restringidas a seis pisos de altura.

Ahora que la madera en masa - y las autoridades gubernamentales - van más allá cuando se trata de edificios altos de madera, resulta obvio que es necesario garantizar un sistema de rociadores bien diseñado y mantenido. El equipo de diseño de edificios para estructuras de madera debe incluir un ingeniero de protección contra incendios con los conocimientos necesarios sobre sistemas de rociadores y suministros de agua, y el importante papel de los sistemas de rociadores en la mitigación de incendios en edificios de madera en masa.

Las pruebas de incendio del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de 2018 (junto con el American Wood Council) para edificios de madera en masa de dos pisos tuvieron dos pruebas que incluían sistemas de rociadores: uno donde el sistema de rociadores se activaba normalmente y otro en el que el rociador la activación se retrasó (para imitar un sistema de rociadores que funciona mal). En ambas pruebas, las paredes y techos de CLT quedaron completamente expuestos. El sistema de rociadores logró sofocar el fuego rápidamente una vez activado en ambas pruebas (Baldasarra & amp; Brand, 2017; Zelinla et al, 2018).

Actualmente se están realizando más pruebas de fuego en Suecia con cielorraso CLT completamente expuesto, vigas completamente expuestas y entre el 72-90% de paredes expuestas y columnas expuestas en edificios de madera maciza de un piso. Todas las otras superficies de madera maciza se cubrieron con tres capas de yeso. Los resultados preliminares de esta prueba muestran que los incendios de madera se descompusieron constantemente después de la descarga disruptiva hasta cuatro horas después de la ignición y alcanzaron temperaturas de radiación que estaban significativamente por debajo de los 300 ° C sin el uso de ningún sistema de rociadores (Brandon et al, 2021 ).

La capacidad del sistema de rociadores para limitar los incendios ordinarios (y latentes) estaba bien documentada en los estudios de incendios de Kemano del Consejo Nacional de Investigación de Canadá (Su, J.Z. et al. 2002). Sin embargo, esta no es la imagen completa. Cuando se activa un sistema de rociadores en un edificio, la tasa de liberación de calor justo debajo del sistema de rociadores activado disminuye; y con ello la flotabilidad del humo disminuye, lo que lleva a la dispersión de la capa de humo a espacios distintos al lugar donde comenzó el incendio (Zhang et al, 2005). Por lo tanto, se necesitan más investigaciones prácticas en esta área.

Parada de borradores; especialmente en las juntas de montaje CLT :

La protección contra corrientes de aire es también uno de los aspectos importantes en la protección contra incendios de edificios CLT; especialmente entre las juntas de pared a pared del panel CLT, las juntas de pared a techo del panel CLT y las juntas de pared a suelo de CLT. Estos son los puntos donde los productos de combustión pueden moverse de un compartimento a otro.

Por lo general, las juntas entre los paneles CLT toman la forma de ranuras de madera (expuestas o enterradas entre los bordes de los paneles, es decir, ocultas), o soportes metálicos (expuestos u ocultos), juntas de medio traslape u otros sistemas patentados. Se utilizan tornillos y clavos a través de estas últimas juntas expuestas u ocultas. En realidad, existen herramientas especiales que se sujetan a dos paneles CLT adyacentes y unen los dos paneles; asegurando una unión firme entre estos dos paneles CLT (Gagnon, S. & amp; Karacabeyli, E, 2019).

Werther et al (2016) demostraron que el uso de sellador intumescente o elastomérico entre las juntas CLT resultó en una detención casi absoluta del paso de los productos de combustión a través de ellas. Para penetraciones de plomería, eléctricas o mecánicas, Werther et al recomiendan la aplicación de selladores intumescentes o elastoméricos en ambos lados de la penetración. Vale la pena mencionar que los selladores intumescentes producen su mecanismo de detención del fuego aumentando de volumen y carbonizando. El sellador elastomérico contra incendios produce una capa protectora de carbón sin aumentar de volumen.

Compartimentación de un edificio : la esencia de la compartimentación en un edificio es dividir el edificio en áreas de incendio más pequeñas separadas; de modo que si ocurre un incendio en una de estas áreas más pequeñas, todo el edificio permanece aislado de donde comenzó el incendio. Esto se logra mediante una construcción con clasificación de resistencia al fuego y la protección contra incendios de las aberturas. No hay nada nuevo sobre la compartimentación en los edificios CLT, aparte del hecho de que la separación cuidadosa - horizontal o verticalmente; entre compartimentos necesita buenos detalles y una ejecución completa.

Ocultación de conexiones de madera : vinculadas a la compartimentación están las conexiones de madera. En entornos de laboratorio, el comportamiento de corte-esfuerzo-deslizamiento de la conexión representa el indicador principal de la fuerza de estas conexiones. La mayoría de las fallas de las conexiones bajo fuego son el resultado de un grosor de madera insuficiente en el que están incrustadas las conexiones o del grosor insuficiente de estas conexiones metálicas.

Un grosor de madera insuficiente conduce a una capa de carbonización menos protectora alrededor de estas conexiones en caso de incendio. Si hubiera ocurrido suficiente carbonización alrededor de estas conexiones, las conexiones habrían permanecido resistentes al comportamiento de corte-esfuerzo-deslizamiento en caso de incendios. Otro factor que conduce a la falla de las conexiones es el uso de pernos de gran diámetro. Los pernos de gran diámetro permiten, nuevamente, una mayor transmisión de calor de lo habitual; conduciendo a la falla de las conexiones. Lo crea o no, las clavijas en lugar de los conectores metálicos entre las estructuras de madera pueden ser más resistentes a este comportamiento de deslizamiento-esfuerzo cortante (Maraveas et al, 2015).

<<Referencias</×

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