Reacción al fuego de los materiales de construcción

Trabajo del IPT – Sao Paulo – Brasil de Míguel Fúmikasu Kato- traducido y adaptado por Ing. Carlos Eduardo Ugarteche Ribera

1     Introducción

La problemática del incendio desde el pun­to de vista del comportamiento al fuego de los materiales utilizados en la construcción, en el mobiliario y el acabado de un edificio es abordada en este artículo. La falta de conocimiento acerca de los materiales que se queman fácilmente, y/o desarrollan mucha llama,  y/o desarrollan mucho calor, y/o permi­ten la propagación rápida de llama, y/o desarrollan mucho humo, hace que los constructores utilicen es­tos materiales indistintamente en cualquier ambiente, mismo en aquellos en que la seguridad contra el fuego debe ser mayor.

Por otro lado, las autoridades fis­calizadoras, no poseyendo un Código de Edificaciones explícito, vienen utilizan­do padrones de evaluación personales y rutineros, que pueden llevar a engaños, colocando en riesgo centenas de vidas. Se debe, por lo tanto, concentrar esfuerzos en el sentido de, como es nuestro objetivo, dar seguridad contra los incendios utilizando todos los medios disponibles.

2   Concepto de Reacción al Fuego

El comportamiento frente al fuego de materiales, componentes y sistemas es verificado a partir de ensayos de resistencia y de reacción al fuego

En la procura de informaciones de como evitar la ocurrencia de incendio incontrolable y destruídor, considerando los materiales combustibles y los medios de protegerlos, fueron desarrollados en­sayos que procuran conocer las ca­racterísticas de quema de los materiales de construcción y acabado. Estos ensayos de laboratorio deben tener, como condición básica, su repetiti­vidad; por lo tanto, en el procedimiento de ensayo, son fijados algunos paráme­tros, tales como: temperatura, humedad, dimensiones del material, entre otros.

La verificación de una determinada característica al fuego, a través de la nor­ma de ensayo padronizado (método de ensayo) permite comparar los di­versos materiales ensayados. Por lo tanto, la mejor manera de comparar el com­portamiento al fuego de materiales a ser utilizados en edificaciones, quiera en la construcción, quiera en la ocupación y uso, es a través de ensayos normaliza­dos. Debemos, entretanto, tener siempre en mente que las condiciones de ensayo difieren de las de casos reales. El Juzga­miento de los valores de ensayo será, por consiguiente, para escoger aquel material que mejor se comportó en condiciones semejantes de exposición al fuego.

El comportamiento al fuego de los materiales es uno de los factores, entre dece­nas, a ser llevado en cuenta en el cálculo del riesgo de incendio o en la determi­nación de la seguridad contra incendio. Los parámetros de comportamiento al fuego de los materiales son denominados de 'Reacción del Fuego* y exprimen la contribución de los materiales (pertenecien­tes a los componentes o elementos de la habitación) al alimentar y propagar e fuego, así como desarrollar fu­ego y gases nocivos.

3 Código de Edificaciones

En los países donde la seguridad con­tra fuego recibe la atención que su importancia exige, existen códigos específicos de protegerlos contra inceñido, que consideran todos los factores intervenientes para que se garantice esta seguridad. Estos códigos deta­llan pormenores, tales como el uso y ocupación de los edificios, materiales em­pleados, señalización, salidas de emergencia, protegerlos contra el humo, alar­mas, equipos de combate, control de recibido de las alarmas, gerenciamento de seguridad contra incendio del edificio, además de normas de orientación a los combatientes del fuego.

La moderna tecnología ofreciendo innovaciones en materiales y equipamientos eléctricos que visan proporcionar mayor bienestar y economía, pero au­mentan el riesgo de incendio en las edificaciones, no se acompaña de formación, en nuestras Universidades, de profesionales especializados en segu­ridad contra incendio. Un Código de Edificaciones vigente en Bolivia precisa ser implementado en función de la moderna tecnología, en la cual el comportamiento al fuego de los materiales de construcción, mobiliario o acabamiento debe ser conocido para mejor Juzgamiento en la ocasión de su elección.

4   Métodos de Ensayos de Reacción al Fuego

Para la caracterización de materiales utilizados en la construcción civil, siste­mas de transportes ferroviarios, aero­viário u otros, existen varios méto­dos de ensayo para una mejor selección de los materiales de acabamiento en términos de reacción al fuego. Estos métodos de ensayo deben ser utili­zados para medir y describir las pro­priedades de los materiales, productos o sistemas, en relación a las condiciones de laboratorios controladas de calentamien­to y llama; y no deben ser usados para describir o avalar el peligro de fuego o riesgo de incendio del material, productos o sistemas en las condiciones de incendio real. Los resultados de los ensayos pueden ser usados como elementos11 de evaluación del riesgo de inceñido, cuando del cómputo de to­dos los factores que son pertinentes al nivel de seguridad al incendio para un proyecto específico.

A seguir, serán presentados los conceptos y los resúmenes de ejecución de algunos métodos de ensayos que son realizados actualmente por el IPT‑Institu­to de Pesquisas Tecnológicas do Es­tado de Sáo Paulo S. A. en el Brasil:

4.1) ASTM D 568 ‑ Razón de quema y/o extensión y tiempo de quema de plásticos flexíbles, en la posición vertical.

Concepto: Este método ofrece el medio de comparar a razón de quema y/o extensión y el tiempo de quema de plásticos en forma de láminas fi­nas e flexibles. Los valores de los ensayos son comparables solamente si los ma­teriales ensayados presentan espesores iguales. Pueden ser obtenidas infor­maciones útiles de un mismo material, relacionándose la razón de quema y el espesor. El ensayo no correlacio­na las características de quema para el caso de incendio real. El resultado no tiene validez para materiales que se encogen mucho durante el ensayo.

Resumen de ejecución: Una muestra de plástico, con largo y ancho padronizado (450 mm x 25 mm), teniendo el espesor de fabricación, y suspendida verticalmente y expuesta a la llama de gas en su extremidad in­ferior. Se aplica la llama máximo por 15 s y, a seguir, se miden el tiem­po y la extensión de quema. Cuando el cuerpo de prueba queme mas allá de la marca padrón (380 mm), es calculada la razón de quema del material. Son ensayados diez cuerpos de prueba.

4.2) ASTM D 635 ‑ Razón de quema y/o extensión y tiempo de quema de plásticos auto‑soportantes en la posición horizontal.

Concepto: Este ensayo puede ser va­lioso para comparar la razón y/o extensión de quema, el tiempo y las características de quema de diferen­tes materiales en el control de proces­os industriales, o para la medida de deterioro o cambio en las carac­terísticas de quema antes o durante el uso. El ensayo no correlaciona estas características para el caso de inceñido real. La razón de quema y carac­terísticas de quema pueden variar con el espesor. Laminados arrugados du­rante la fabricación pueden planificar durante la quema, dando resul­tados falsos en los ensayos, debiendo, por lo tanto, tales materiales ser planifica­dos (tiradas las arrugas) antes del ensayo.

Resumen de ejecución: Una barra de material, con las dimensiones de 125 mm x 12,5 mm e espesor de fabricación, es colocada en la posición ho­rizontal y presa por una de sus extremidades. Se aplica por 30 segundos la llama de pico de Bunsen, en la extre­midad libre de la barra. Para un con­junto de diez cuerpos de prueba, se miden el tiempo y la extensión de quema en los cuerpos de prueba, desde que no se hayan quemado más de la marca de 102 mm. Para  el mismo conjunto, se me­de la razón media de quema, desde que uno o mas cuerpos de prueba en­tre los diez que quemaran mas allá de la marca de 102 mm.

4.3) ASTM D 2015 ‑ Medida del po­der calorífico superior de combustible sólido a través de la bomba calorimétrica adiabática.

   Concepto: Se define poder calorífico como calor de combustión del mate­rial o sea, la cantidad de energía desarrollada por una grama del ma­terial.

Resumen de ejecución: El poder ca­lorífico es determinado en este ensayo por la quema de una cantidad co­nocida de material dentro de una bomba calorimétrica adiabática sobre condiciones controladas.

El poder calorífico es calculado a partir de las observaciones de la temperatu­ra antes e después de la combustión y inte­racciones termoquímicas.

4.4) ASTM D 2863 ‑ Medida de la con­centración mínima de oxigeno para mantener la combustión (llama de vela) de plástico ‑ índice de Oxigeno.

Concepto: El índice de Oxigeno, ex­presado en porcentaje de O2 en Vo­lumen en una mezcla de oxigeno y nitrógeno, y la concentración mínima de oxigeno que irá a mantener la com­bustión del material.

Resumen de ejecución: La concentración mínima de oxigeno en una mezcla de oxigeno y nitrógeno que permite mantener la combustión de plástico es verificada en las condiciones de equilibrio de la quema a la llama de vela. Este equilibrio es establecido por el calor genera­do en la combustión del material, que es medido por el tiempo y extensión de Quema.

4.5) ASTM E 162 ‑ Propagación su­perficial de llama, usando una fuente de energía de calor radiante.

Concepto: Este método ofrece un procedimiento de ensayo laboratorial para medir y comparar la propagación superficial de llama de los materiales cuando son expuestos a determinado nivel de energía de calor radiante. La razón de la expansión de la llama a través de la superficie dependerá, sobre todo, de las propriedades físicas e térmicas del material, sus métodos de montaje y orientación, el tipo y el nivel de fuego, o calor de exposición, cantidad de aire y además de las propiedades de los otros componentes que contiene el material.

Resumen de la ejecución: Este método de medir la propagación superficial de llamas de materíales emplea una fuente de energía radiante, que consis­te en un panel de 300 mm x 460 mm, en la frente del cual, en una posión incli­nada, es colocado el cuerpo de prueba de 150 mm x 460 mm. El colocado del cuerpo de prueba es tal, que su ignición es forzada en la parte superior y la lla­ma lo percorre de arriba para abajo. Un factor derivado de la razón del progreso del frente de llama (propriedades de propagación) y otro relativo a la razón de liberación de calor por el material son combinados para dar el índi­ce de propagación de llama. Se puede también hacer medidas de humo desarrollado durante el ensayo.

4.6) ASTM E 603 ‑ Experimentos de fuego en sala ‑ Experimento en es­cala real.

Concepto: Esta norma se refiere a una clase de testes que son inicia­dos con un pequeño foco de fuego, que no podrá ser un fuego incontrolable por si solo, permitiendo, por lo tanto, evaluar como un material, producto o sistema desarrolla el fuego dentro de un compartimiento. La relación entre el método de ensayo de fuego y el fuego real en compartimientos puede ser in­vestigada por el uso de experimento en escala real y en escala reducida. Esta norma de procedimiento auxilia el establecimiento de bases para con­ducir el test en escala real para el estudio del pré‑"flashover* de fuego en compartimiento.

Resumen de ejecución: No se trata de un método para padrón izar ensayos de fuego me compartimientos cerrados (sala) y tampoco procura definir un método. Citaremos algunas conside­raciones para este ensayo, como por ejemplo, tamaño y forma de la sala, ventilación, descripción de la muestra, fuen­te de ignición, instrumentación y con­sideraciones de seguridad que deben ser decididas en función del teste de fuego en compartimiento. El ensayo su­giere criterios de aceptación de un acabado específico y un arreglo particular de muebles que componen la sala. Entretanto, la simulación  de un arreglo particular para a evaluación de­seada depende del tamaño y ubicación de la fuente ígnea. Es impor­tante que la fuente de ígnea simule, en intensidad, un posible fuego tí­pico en la sala y contra lo cual se de­sea la protección.

El criterio principal de aceptación su­gerido en este método de ensayo es el tiempo para ocurrir el 'flashover', que es indicado por el tiempo para que la densidad de flujo radiante llegue al valor de 2 W/cml en el centro del ambiente. Actualmente, la densidad de flujo de energía puede ser determinada por el sensor de calor radiante total, que es provisto de ángulo de visión amplia y es menos sensitivo direccional y espec­tralmente que el radiómetro. Otra ma­nera sugerida para se determinar el 'flashover" es cuando ocurra la igni­ción de un paquete de algodón en la parte superior del compartimiento, lo que indica que la temperatura media del ambiente está arriba de 500°C.

Otras verificaciones incluyen la razón total de desarrollo de humo, la extensión, de la propagación de llama a partir de fuente de ignición de baja energía y el tamaño de fuente de ca­lor necesario para provocar el "fla­shover". Este método tiene la gran ventaja de no precisar especificar cual es el tamaño de la fuente de ignición y, por lo tanto, permitiendo variarlo con la susceptibilidad al fuego de comparti­miento y de los materiales. Las posibles fuentes de ignición son: gradas de madera, cesto de basura, quemadores a gas y vasijas con combustible lí­quido; entretanto, ninguna de estas fuen­tes tienen fuego reproductible.

4.7) ASTM E 648 ‑ Determinación de la densidad crítica de flujo radiante para sistema de acabado de piso, utilizando una fuente de energía de calor radiante.

Concepto: Este método tiene por objetivo dar bases para estimar uno de los aspectos del comportamiento a la ex­posición al fuego, de sistemas de aca­bado de pisos colocados en cor­redores de edificaciones. Las condiciones de ensayo procuran simular las mis­mas condiciones verificadas y definidas en testes en escala real, en corre­dor.

Resumen de ejecución: Este método utiliza una fuente de energía radiante que es un panel cerámico alimentado a gas‑aire, con inclinación de 30* en relación al cuerpo de prueba montado en la horizontal, simulando un sistema de acabado de piso. El panel genera un flujo de energía radiante, distri­buido a lo largo de 100 cm de cuerpo de prueba, teniendo valor nominal supe­rior a 1.o W/CM2 y inferior a 0,1 WI cm2. El ensayo se inicia con una lla­ma piloto aplicada en la extremidad de la muestra cerca del panel. Un gráfico de calibración permite convertir la distán­cla quemada en watt por centímetro cuadrado, parámetro denominado 'Densidad crítica de energía radiante".

4.8) ASTM E 662 ‑ Determinación de la densidad ática específica de humo generada por materiales sólidos.

Concepto: Este método permite de­terminar la densidad óptica específica de humo generada por muestra de ma­terial o sistema, sobre determinadas condiciones de exposición de calor y llama

 El valor obtenido en la ejecución de es­te ensayo es específico para la mues­tra o sistema en la forma y espesor de ensayo, no debiendo ser consi­derado como propiedad inherente y fundamental del material examinado. Así, no debemos esperar reproduc­tividad en la ejecución de ensayos para los materiales, se son factores determi­nantes al espesor de la muestra, su densidad y otras variables. La esca­la fotométrica usada para medir el hu­mo en este ensayo es similar a la escala de densidad óptica para visión huma­na. Aspectos fisiológicos, entretanto, asociados con la visión, no son me­didos en este ensayo. Hasta el presente momento, ningún factor básico fue en­contrado para extrapolar la densidad del humo que puede ser generada por el material sobre condiciones otras de ca­lor y llama.

Resumen de ejecución: Este ensayo utiliza una resistencia eléctrica calentada colocada dentro de un tubo ce­rámico aislado y posicionado de mo­do a producir un nivel de energía ra­diante de 2,5 W/cm2. Una muestra de dimensiones nominales de 76 mm x 76 mm es montada dentro de un prende­dor que posee la área de exposición de 65 mm x 65 mm. La geometría del prendedor no permite colocar mues­tras con espesor superior a 25 mm. La exposición  es de dos tipos: sin lla­ma o con llama auxiliar. Para la con­dición de exposición con llama auxi­liar es usado el quemador múltiplo con seis llamas que son aplicadas en la extremidad inferior de la muestra.

4.9) MIL I 742a ‑ Inflamabilidad de lana de vidrio.

Concepto: Este ensayo tiene por ob­jetivo verificar la inflamabilidad de lana de vidrio cuando expuesta a una lla­ma cuya elevación de temperatura es establecida por una curva padroniza­da de tiempo x temperatura. El ensayo clasifica el material como siendo incombustible o retardante de llama.

Resumen de ejecución: Una placa de lana de vidrio de 90 cm x 90 cm y es­pesor nominal es colocada horizon­talmente sobre una armazón de per­files metálicos de sección cuadrada con 75 cm de lado y 9o cm de altura. Se co­loca un quemador aire/gas (mecker modificado) abajo y en el centro de la pla­ca, cuya llama debe tener el diámetro máximo de 30 cm.

4.10) NF C 32070 ‑ Resistencia a la llama de conductores eléctricos.

Concepto: El cable o conductor no propagante de incendio es aquel que siendo el mismo combustible, no desarrolla productos volátiles inflamables en can­tidad suficiente que pueda ser fuente de incendio secundario.

Resumen de ejecución: Un cable es colocado dentro de una chimenea me­tálica, en la vertical, que está a su vez dentro de una cabina con vidrio. En la parte inferior de la muestra son colocados un horno calentado a un valor de calibración (entre 750°C e 850'C) y una llama piloto a la altura de la parte inferior de la chimenea. El largo del cable (o hilos eléctricos) es de 1.600 mm y debe estar preso en el interior de la cabina con vidrio. Se veri­fica si la llama llega a la parte su­perior del cable (o hilos eléctricos) que quedo en la parte externa de la chimenea metálica.

4.11) BS 476 ‑ part. 4 ‑ Ensayo de incombustibilidad de materiales.

Concepto: En este ensayo, el material es considerado incombustible se no contribuye térmicamente para el calentamiento de un horno y/o si no produce llama que persista por un de­terminado tiempo en su superficie.

Resumen de ejecución: Un cuerpo de prueba confeccionado con el material que se desea ensayar, teniendo 4 cm de lados e 5 cm de altura y un termo­elemento introducido en su centro geométrico, es colocado en un horno pre­viamente calentado y estabilizado en la temperatura de ensayo (750°C + - 10°C). Se verifica si la temperatura de esta­bilización del horno no aumenta en mas de 50'C o si no aparecen llamas en el cuerpo de prueba que perduren por 10 segundos o mas.

Varias normas de ensayo presen­tadas en este capítulo están en estudio en la ABNT para ser aprobadas como norma brasilera.

5 Conclusión

Existen en todo el mundo cerca de 60 normas de ensayo de reacción al fuego de los materiales, las cuales pueden ser agrupadas en siete tipos de verifica­ciones, o sea: 1. incombustibilidad del material; 2. ignescéncia; 3. propaga­ción de llama; 4. desarrollo de humo; 5. resistencia a la llama; 6. de­sarrollo de calor; y 7. especí­ficas. Las normas de ensayo pueden todavía ser diferenciadas cuanto a su finalidad: 1. clasificar los materiales: 2. Investigaciones y desarrollo de productos; y 3. control de calidad. Las normas de ensayos que clasifican los materiales cuanto a seguridad con­tra fuego, verifican, en general, las si­guientes características: 1. propagación de llama; 2. desarrollo de humo; 3. Incombustibilidad; y 4. De­sarrollo de calor.

El desarrollo de los ensayos y los estudios, ahora en andamiento en el IPT, no solo permiten conocer la calida­d de los materiales nacionales, pero re­ducen la Importación de tecnología, en la medida en que esta va siendo cono­cida y adaptada a nuestras condiciones.

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