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Panel Sandwich . ORG

Resistencia al fuego

Pruebas del Fuego


PRUEBAS DEL FUEGO 9 Pruebas del Fuego


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9.1 Aspectos generales de comportamiento ante el fuego


El objetivo de este capítulo es mostrar cómo los diferentes componentes de un panel sandwich (superficies exteriores, núcleo y adhesivos) pueden influir en la prestación de dicho panel en presencia de un incendio y cómo, con una atenta proyección, estos paneles pueden respetar los restrictivos requisitos de reacción al fuego. De hecho, si se proyectan y utilizan adecuadamente, los paneles sandwich, clasificados para resistir al fuego, son seguramente la mejor solución en todas las aplicaciones de construcción en las cuales es necesario poner barreras contra posibles incendios. Es necesario recordar que, a día de hoy, existe la tendencia de valorar el riesgo de un edificio, en caso de incendio, sobre la base de la prestación esperada del edificio en su totalidad, más que la de las partes individuales que lo componen, como por ejemplo, los paneles sandwich. Un aspecto importante de esta valoración está relacionada con la instalación de medidas añadidas de protección anti-incendio como detectores de humos y sistemas de extinción de chorro de agua. En cualquier caso, las compañías de seguros pueden requerir la resistencia al fuego pasiva, por ejemplo en forma de particiones resistentes al fuego. La decisión de utilizar paneles sandwich en un edificio puede estar influida por objetivos generales de seguridad, como seguridad del personal, prevención contra la pérdida del inmueble, y protección ambiental: • protección del personal: los ocupantes de un edificio, los bomberos, y los miembros de público que se encuentran cerca del edificio pueden estar expuestos a los riesgos relacionados con la aparición de un incendio. Por lo tanto, el edificio debe estar proyectado y construido de manera que: – la capacidad portante de la construcción esté garantizada durante un periodo de tiempo satisfactorio; – se limite la generación y la difusión del incendio y los humos en el interior del edificio; – se limite la propagación del incendio a los edificios circundantes; – los ocupantes puedan abandonar el edificio o ser rescatados por otros medios; – se tenga en consideración la seguridad de los equipos de recuperación; • protección ambiental:los factores a considerar están relacionados con la limitación: – de los efectos del incendio en edificios o estructuras adyacentes; – de los productos gaseosos de combustión y fibras liberadas en la atmósfera; – de la contaminación de las faldas acuíferas después de las operaciones de apagado; • prevención contra la pérdida del inmueble: un incendio puede tener una notable implicación en la supervivencia de una empresa, por lo que debe prestarse atención a limitar el daño: – en la estructura del edificio; – en el contenido del mismo edificio; – en las estructuras vitales para que continúen las operaciones de negocios; – en la imagen pública.


9.2 Daños a la salud relacionados con la aparición de un incendio


Cuando los materiales orgánicos, como la espuma de poliuretano, se queman, los productos más evidentes de la combustión son los humos y los gases calientes. Estos productos pueden constituir una seria amenaza para la salud. La naturaleza y la cantidad de productos tóxicos desarrollados por la combustión de la espuma de poliuretano depende de las condiciones de descomposición de dicha espuma. Los fuegos de baja intensidad sin llama generan sobre todo isocianatos y monóxido de carbono (CO), mientras que los incendios con llama, bien ventilados y


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plenamente desarrollados, producen CO y, a temperaturas por encima de los 800 °C, cianuro de hidrógeno (HCN) en concentraciones relativamente bajas. Los materiales no-combustibles generan niveles muy bajos de humos y productos tóxicos. Los materiales que se producen a elevadas temperaturas, como la lana de roca, son completamente inertes en su forma base, pero los agentes utilizados para unir las fibras y los adhesivos empleados para unir las losas a las superficies metálicas del panel pueden producir pequeñas cantidades de humo y productos tóxicos. Los factores a tener en cuenta cuando se usan materiales inflamables en la industria de la construcción son los siguientes: • toxicidad y capacidad irritante de los productos de combustión:el examen de las víctimas de incendios revelan que la causa más común de muerte está relacionada con la inhalación de gases tóxicos, sobre todo monóxido de carbono y cianuro de hidrógeno; los principales efectos son la irritación de los ojos y de la piel, nauseas, dolor de cabeza, vértigo, vómitos, bajada de la presión de la sangre, pérdida de conciencia, convulsiones y síntomas de asfixia; • intensidad de la temperatura/irradiación de los productos de combustión: en caso de incendio, los gases calientes pueden amenazar las funciones vitales dañando, por efecto de la elevada temperatura, el tracto respiratorio, y causando, por efecto del calor irradiado, dolores en la piel y graves quemaduras; • oscurecimiento causado por los productos de combustión: el humo en un edificio que se incendia impide la visión normal, haciendo más difícil la salida y retrasando las operaciones de apagado; • comportamiento estructural inesperado: en raras circunstancias, el colapso estructural inesperado de un panel sandwich puede constituir un peligro para la vida humana. Por ejemplo, el fuego en la fachada exterior de un edificio puede causar la separación de la superficie metálica exterior de un panel y su consiguiente caída sobre las personas que están debajo, así como un incendio interior puede comportar la deslaminación de un panel de techo, en caso que no haya ninguna conexión mecánica de sus dos superficies a la estructura portante de acero.


9.3 Fases de un incendio


El ciclo de un incendio se articula en tres fases distintas: la fase de inicio y crecimiento, la fase plenamente desarrollada, y la fase de extinción, como se muestra en la Fig. 9.1.


Fig. 9.1: Fases de un incendio


Pleno desarrollo


Extinción


Tiempo


Crecimiento


Inicio


Temperatura


PRUEBAS DEL FUEGO 9 Pruebas del Fuego


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En la primera fase de inicio y crecimientoel calor producido es todavía muy bajo. El proceso puede producirse tanto con combustión lenta como con llama, y termina cuando los productos volátiles de la combustión comienzan a quemarse. La segunda fase, la fase plenamente desarrollada, inicia con el llamado flashover , en correspondencia del cual todas las fuentes inflamables en las cercanías inmediatas participan improvisadamente en el incendio. El flashover es esencialmente un fenómeno asociado con la inestabilidad térmica (Fig. 9.2). Esto lleva a un aumento inmediato de las temperaturas de los gases de combustión y de la energía emitida por irradiación. En dicha fase la temperatura de los gases es muy elevada y puede variar dentro de un intervalo de 700-1200 °C. La fase final es la fase de extinción, la cual se caracteriza por una bajada de la temperatura de los gases de combustión. Es necesario considerar que los incendios reales tienen características muy variables, ya que su duración y las temperaturas máximas alcanzadas dependen sobre todo de la cantidad de oxígeno disponible, de la cantidad y porosidad del material inflamable, y de las características de aislamiento térmico de la estructura en la que se desarrolla el incendio. Por estas razones, las curvas estándar tiempo-temperatura utilizadas en las normativas tienen un carácter arbitrario y pueden representar sólo marginalmente un incendio real, pero constituyen instrumentos esenciales para comparar las prestaciones ofrecidas por los productos.


Fig. 9.2: Bomber os afectados por un flashover


9.4 Conceptos de reacción al fuego y resistencia al fuego


La reacción al fuego es el grado de participación de un panel sandwich en un incendio al que se ve sometido; por lo tanto, es un determinado comportamiento que asume extrema importancia en las fases iniciales de un incendio. En la fase de crecimiento de un incendio, se pueden distinguir las siguientes importantes propiedades de reacción al fuego: • inflamabilidad: dicha propiedad determina la dificultad con la cual un material puede encenderse mediante una pequeña llama o una pequeña fuente de calor; • no-combustibilidad:dicha propiedad determina la dificultad con la que un material se quema, desarrolla calor, y produce humo y sustancias tóxicas/irritantes;


• tasa de calor producido: la tasa de calor producido influye en la cantidad de productos de combustión generados y la velocidad con la cual dichos productos se transportan a través del edificio; • propagación de la llama:esta propiedad indica la velocidad con la cual la llama se propaga a lo largo de la superficie de un material; • licuefacción y encogimiento: algunos materiales, como el poliestireno, se encogen con la fuente de calor y liberan gotas de material fundido, las cuales se inflaman en contacto con el incendio, contribuyendo a propagar el frente de la llama; • corrosividad:muchos de los materiales utilizados en la industria de la construcción producen, después de la combustión, gases corrosivos para los metales, como cloruro de hidrógeno; algunas espumas de poliestireno, cargadas con agentes retardantes de la llama, y el PVC, muy utilizado en el aislamiento de los cables eléctricos, pueden tener efectos corrosivos. Si las propiedades de reacción al fuego son extremadamente importantes en la fase inicial de crecimiento de un incendio, el comportamiento de resistencia al fuego es importante una vez que se produce el fenómeno del flashover. La resistencia al fuego, como se muestra en la Figura 9,3, representa la capacidad de un elemento para la construcción de: • resistir el colapso estructural; • resistir la penetración de llamas y gases calientes (manteniendo, al mismo tiempo, la integridad estructural); • mantener la superficie no expuesta al fuego suficientemente fría para no iniciar ninguna combustión en los materiales que puedan estar en contacto con ésta.


Fig. 9.3: Requisitos de r esistencia al fuego La resistencia al fuego se expresa como tiempo, en minutos, durante el cual la muestra sometida a prueba satisface dichos requisitos.


9.5 Reacción al fuego 9.5.1 Clasificación de acuerdo con la norma EN 13501-1 El objetivo de la norma EN 13501-1 es definir un procedimiento armonizado para la clasificación de la reacción al fuego de productos para la construcción y los elementos de obras. La clasificación se basa en los siguientes métodos de prueba: • ensayo de no combustibilidad (prEN ISO 1182): este método de prueba identifica los productos que no contribuyen, o no contribuyen de manera significativa, al incendio;


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Llama Temperatura limitada


Los tres criterios


Resistencia al colapso estructural (R)


Resistencia a la penetración de llamas y gases calientes (E)


Capacidad de evitar que la temperatura en la superficie no expuesta al fuego supere los valores certificados(I)


• poder calorífico superior (prEN ISO 1716):este método de prueba determina la máxima producción de calor en la unidad de tiempo por parte de un elemento sometido a combustión; • ensayo del elemento aislado ardiendo (Single Burning Item - EN 13823):este ensayo valora la contribución potencial de un panel al desarrollo de un incendio, en un escenario que simule un elemento individual sometido a combustión en una esquina de la habitación; • ensayo de inflamabilidad (prEN ISO 11925-2): este ensayo valora la inflamabilidad de un producto sometido a una pequeña llama Una vez que se efectúan estos ensayos, se utilizan los resultados para emitir una relación de clasificación, cuyo objetivo es ofrecer un método armonizado de clasificación del producto probado. De acuerdo con los resultados de la prueba, se asigna al producto una Euroclase específica, de acuerdo con la siguiente tabla 9,1.


Tabla 9.1: Eur oclases pr evistas por la nor ma EN 13501-1


Ensayo del elemento aislado ardiando (Single Burning Item) La mayor parte de los productos de construcción vendidos en Europa deben probarse y clasificarse mediante un método de prueba llamado Single Burning Item (SBI), esto es, elemento aislado ardiendo, efectuado según la norma EN 13823 - “Pruebas de reacción al fuego para productos para las obras - Productos de construcción, suelos excluidos, expuestos a solicitación térmica por parte de un elemento aislado ardiendo”. El ensayo del elemento aislado ardiendo (SBI) es un método para determinar el comportamiento de reacción al fuego de un panel en la esquina de una habitación (excluidos los suelos), cuando se ve expuesto a solicitación térmica de un elemento aislado ardiendo (un quemador alimentado con propano) colocado en dicha esquina (Fig. 9.4).


Fig. 9.4: Muestra de panel sometida a solicitación tér mica por par te del elemento aislado ar diendo El aparato de ensayo (Fig. 9.5) está formado por una cámara con una longitud de 3 m, ancho de 3 m, y altura de 2,4 m, y provista de 2 ventanas que permiten una visión de la muestra durante la prueba. PRUEBAS DEL FUEGO 9 Pruebas del Fuego - 5-


Clase Método/s de prueba A1 prEn ISO 1182 Y prEn ISO 1716


A2 prEn ISO 1182 O prEn ISO 1716 Y EN 13823


B EN 13823 Y prEN ISO 11925-2 Exposición = 30 s


Clase Método/s de prueba C EN 13823 Y prEN ISO 11925-2 Exposición = 30 s D EN 13823 Y prEN ISO 11925-2 Exposición = 30 s E prEN ISO 11925-2 Exposición = 15 s


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800 ±5 200 ±5 d


d1-


500 ±5


La cámara está dotada de una apertura a través de la cual se puede deslizar un soporte móvil, en el cual se coloca la muestra de prueba; el soporte móvil, al entrar en la cámara, se coloca dentro de un armazón, colocado cerca de una de las paredes de la cámara de prueba. El armazón sostiene una campana rectangular a través de la cual se recogen los productos de combustión con un sistema de aspiración adecuado. Dicho sistema, formado por un conducto que tiene un diámetro interior igual a 315 mm, incorpora una sección de medición, dotada de termopares y sensores a través de los cuales se miden parámetros como la temperatura y la presión diferencial, necesarios para calcular la capacidad de los productos de combustión; la sección de medición contiene también una sonda para la medición de la tasa de calor producido, y las relativas guías para reducir la turbulencia del flujo. La bajada de visibilidad provocada por los humos se determina por medio de una lámpara de luz blanca y un sistema de fotocélulas.


Fig. 9.5: Aparato para la pr ueba SBI


La muestra de prueba consiste en dos alas verticales, dispuestas formando un ángulo recto; en correspondencia con dicho ángulo, se utilizan dos elementos de acero en C para fijar los paneles (Fig. 9.6). Las dimensiones de las alas de la muestra de prueba son: • (495 ±5) mm de ancho por (1500 ±5) mm de altura; • (1000 ±5) mm de ancho por (1500 ±5) mm de altura.


Fig. 9.6: Esquema de la muestra de pr ueba


PRUEBAS DEL FUEGO 9 Pruebas del Fuego


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La muestra se monta en un soporte móvil (Fig. 9.7) colocado debajo del sistema de aspiración de los humos y de los productos de combustión; el soporte móvil está dotado de un quemador triangular de propano cuyos lados tienen una longitud de 250 mm, y es capaz de generar una potencia de 30 kW.


Fig. 9.7: Muestra sometida a pr ueba SBI


La reacción de la muestra a la acción del quemador está controlada tanto visualmente como con los instrumentos adecuados. Los parámetros medidos, tanto durante como después la acción ejercida por el quemador, son los siguientes (Fig. 9.8): a) aumento de la temperatura; b) concentraciones de O2 y CO2; c) atenuación de la luz provocada por los humos; d) propagación lateral de la llama (Lateral Flame Spread - LFS), esto es, si la llama alcanza por medio de la propagación el borde de la muestra más alejado de la esquina; e) extensión del área dañada de la muestra; f) caída de gotas o partículas de material inflamado; g) se toma nota de cualquier otro aspecto relevante de la muestra durante la prueba.


Fig. 9.8: Parámetr os visuales obser vados durante la acción ejer cida por el quemador


1 m.


0,5 m.


1,5 m.


Medición de: - aumento de temperaturas; - concentraciones de O2 y CO2; - atenuación de luz.


Extracción mecánica de los productos de combustión


Criterio de conformidad sobre si este borde ha sido alcanzado por las llamas mediante propagación lateral Observación de gotas y partículas inflamadas


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El componente SBI de la Euroclasificación se basa en los siguientes parámetros: • Velocidad de propagación del fuego (Fire Growth Rate Index - FIGRA); • Calor total producido en los 10 primeros minutos (THR600s) después del encendido del quemador; • Velocidad de propagación del humo (Smoke Growth Rate Index - SMOGRA); • Producción total de humos en los 10 primeros minutos (TSP600s) después del encendido del quemador.


La Comisión ha definido los criterios para la asignación de clases a los paneles sometidos a ensayo; éstos se indican en la Tabla 9.2 a continuación incluida.


Tabla 9.2: Eur oclasificación de los pr oductos de constr ucción para pr ueba SBI


La Tabla 9,3, incluida a continuación, es útil para la asignación cualitativa de las clases definidas en la tabla 9.2:


Tabla 9.3: Asignación cualitativa de clases a difer entes materiales


Otras clasificaciones se refieren a: • producción de humos - clases S1, S2, S3; • liberación de gotas inflamadas - clases D0, D1, D2,


con las clases de numeración más elevada asignadas a los materiales con una mayor tendencia a producir humos y a liberar gotas inflamadas.


Por lo tanto, recordando estos criterios de clasificación y la tabla 9.1, los siguientes tipos de paneles deberían incluirse en las correspondientes clases indicadas: • Paneles de lana mineral (también acústicos) A2 S1 D0 • Paneles Firemet B S1 D0 • Paneles PIR B S2 D0 • Paneles PUR-B2 B S3 D0 • Paneles PUR-B3 C S3 D0


Clase Criterios de conformidad Otras clasificaciones


A2 FIGRA ≤ 120W/s; y Producción de humos LFS < borde de la muestra; y Gotas/partículas inflamadas THR600s ≤ 7.5 MJ


B FIGRA ≤ 120W/s; y Producción de humos LFS < borde de la muestra; y Gotas/partículas inflamadas THR600s ≤ 7.5 MJ


C FIGRA ≤ 250W/s; y Producción de humos LFS < borde de la muestra; y Gotas/partículas inflamadas THR600s ≤ 15 MJ D FIGRA ≤ 750W/s


Material Clase A1 No combustible A2


E


Combustible


F


B Moderadamente combustible C D


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En las figuras 9.9 y 9,10, que muestran dos muestras sometidas a ensayo SBI, se puede notar como la reacción al fuego del panel de espuma PIR es inferior a la del panel de espuma B3.


Fig. 9.9: Panel de espuma PIR después de un Fig. 9.10: Panel de espuma B3 después de un ensayo SBI ensayo SBI


9.5.2 Aprobaciones de la Loss Prevention Certification Board (LPCB) y Factory Mutual (FM) Como ya se ha mencionado en el capítulo 6, la industria de los paneles sandwich en los últimos años se ha visto sometida a requisitos cada vez más severos de prestación en presencia de incendio, no sólo a causa de la gran atención prestada a los problemas de seguridad en el campo de las obras, sino también a causa de la presión cada vez más elevada ejercida por las compañías de seguros, que buscan garantías cada vez mayores. En consecuencia, algunas compañías de seguros, como Factory Mutual (Estados Unidos), y Lloyds(Reino Unido), han constituido departamentos internos de ingeniería, los más importantes de los cuales son el FMRC(Factory Mutual Research Corporation), y el LPCB (Loss Prevention Certification Board), desarrollando métodos de prueba internos para la valoración del comportamiento del fuego. Las dos principales aprobaciones, que permiten valorar el grado de participación de un determinado sistema de paneles en un incendio al que se ve sometido, son: 1. Aprobación en la LPS 1181 de la Loss Prevention Certification Board (LPCB), y 2. Aprobación en la Factory Mutual Standard 4880 de la Factory Mutual (FM).


9.5.2.1 Aprobación en la LPS 1181 de la LPCB El ensayo LPS 1181 permite valorar la prestación de un sistema de paneles sandwich para determinar la contribución de éstos al desarrollo de un incendio. Éste permite probar no sólo los paneles, sino también los métodos de unión, ofreciendo una valoración de la prestación real al fuego más precisa que la indicada por los ensayos de reacción al fuego a pequeña escala utilizados por los entes certificadores habituales. Por lo tanto, los paneles sandwich, que satisfacen los requisitos impuestos por la LPS 1181, no ofrecen una contribución significativa al crecimiento del incendio, cuando se utilizan en combinaciones pared/cobertura, de manera coherente con la configuración de prueba prevista por la misma normativa.


El ensayo LPS 1181 utiliza una pequeña habitación con pared frontal abierta, construida sobre un pavimento sólido de comento y otro material, que tiene una longitud igual a 10 m, ancho igual a 4,5 m, y altura igual a 3 m (Fig. 9.11 y 9.12).


Fig. 9.11: Configuración de la cámara de pr ueba LPS 1181


Fig. 9.12: Vistas de la cámara para la pr ueba al fuego LPS 1181


En correspondencia del lado abierto de la habitación, se ha previsto la utilización de un tabique de 750 mm de altura para recrear una apertura con una altura igual a 2250 mm. Además, la habitación está provista de una toma de aire y una ventana de observación en la pared B.


Una pira de madera se sitúa de manera asimétrica en la esquina derecha de la cámara de ensayo en el lado opuesto respecto al que está situado la toma de aire. La pira debe colocarse sobre un soporte de manera que la base de la pira esté a 760 mm por encima del pavimento (Fig. 9.13).


Fig. 9.13: Pira de madera


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10000.00 mm


3000.00 mm


2250.00 mm


4500.00 mm


Ventana de observación


Pared A


Revestimiento de pared y cobertura/techo instalado como en la práctica realLado abierto


Pira de madera


Pared C


Pared B


Toma de aire


Después de haber encendido la pira (Fig. 9.14), el temporizador y todos los instrumentos de registro de la temperatura se ponen en marcha simultáneamente. Se realizan detalladas observaciones durante el ensayo en relación al comportamiento general de la estructura de paneles, incluso en el momento del inicio, la duración, y la posición de cada llamarada, cualquier posible deformación de los paneles, y deslaminación de las superficies metálicas; en general, se efectúa también un registro fotográfico y grabado del ensayo durante toda la duración.


Fig. 9.14: Pira de madera encendida para el ensayo


El ensayo tiene una duración aproximada de 30 minutos, después de los cuales se valora la prestación del sistema de paneles se acuerdo con los siguientes criterios (Fig. 9.15 y 9.16): 1. flashover:no se debe producir ningún flashover en el techo, lo que significa que la temperatura media en el interior de la habitación no debe superar la temperatura de flashover de 600 °C; 2. propagación de llama en la superficie interior: no se deben producir llamas* en la superficie interior más allá de 1,5m desde el perímetro de la pira en las dos direcciones horizontales; 3. propagación de llamas en la superficie exterior: no se debe producir una propagación de la llama* en ningún punto de la superficie exterior de la cámara de prueba. No se debe producir ninguna penetración de la llama hacia el exterior a través de las juntas; * Nota a los puntos 2 y 3 - definida como cualquier llama que dur e más de 60 segundos (no inter mitente) en cualquier momento del ensayo; 4. combustión escondida (capa aislante): el respeto de dicho requisito puede determinarse durante el análisis visual post-ensayo y puede valorarse en base a la extensión del daño descrito en el punto 6; 5. caída de piezas de material inflamado:no debe producirse la caída de piezas de material inflamado desde el techo al exterior del área alrededor de la pira definida en la Fig. 9.16; 6. entidad del daño:el respeto de este criterio es certificado por el laboratorio y es comprobado por el LPCB teniendo en cuenta los datos existentes. Un sistema de paneles que pasa dicho ensayo está aprobado como LPS 1181 Grado B. En cualquier caso, si el sistema de paneles también se prueba para la resistencia al fuego (tratada más adelante en este capítulo), de acuerdo con la norma LPS 1208, y ha alcanzado al menos una integridad de 30 minutos y un aislamiento de 15 minutos, puede aprobarse como LPS 1181 Grado A. PRUEBAS DEL FUEGO 9 Pruebas del Fuego - 11-


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Fig. 9.15: Objetivos base del ensayo LPS 1181


Fig. 9.16: Objetivos base LPS 1181


Marca de aprobación LPCB La marca de aprobación LPCB para utilización en chapas, literatura, publicidad, embalajes y otras formas gráficas se muestra en la Fig. 9.17.


Fig. 9.17: Mar ca de apr obación LPCB


Se permite sólo una limitada combustión de la capa aislante y de las juntas fuera del área que rodea la pira


Pira


Ningún flashover en el techo


Ninguna penetración del fuego hacia el exterior


El criterio de combustión escondida, de caída de piezas de material inflamado y de entidad de daño no se aplica en dicha área


1500.00 mm


Pared C


Área que rodea la pira


Pira de madera


1500.00 mm


Pared ANinguna propagación de llama más allá de este punto


Ninguna propagación de llama más allá de este punto


9.5.2.2 Aprobación de la Factory Mutual (FM) En contraste con la LPS 1181, Factory Mutual ha creado una clasificación diferente para la reacción al fuego de los paneles sandwich que, dado que se deben emplear en la industria de la construcción, es necesario que se incluyan en la Clase 1.


Los requisitos que los paneles sandwich deben respetar para ser clasificados como Clase 1según la clasificación de reacción al fuego FM, se indican en las siguientes normas: • Factory Mutual Standard 4880, que incluye los requisitos de aprobación para los paneles de pared interior y de techo, así como los requisitos de prueba al fuego para los paneles de pared exterior; • Factory Mutual Standard 4881, que incluye los requisitos de aprobación para los paneles de pared exterior; • Factory Mutual Standard 4471, que incluye los requisitos de aprobación para los paneles de cobertura; un panel de cobertura de Clase 1 satisface los criterios definidos por esta norma para resistir al fuego, al viento, a las pisadas, al granizo, y para la estanqueidad al agua.


Los ensayos de reacción al fuego prescritos por las normas citadas para asignar a los paneles la clasificación de clase 1 son los siguientes: • ensayo de la esquina con altura 25 pies (7,6 m); • ensayo de la esquina con altura 50 pies (15,2 m); • ensayo de la habitación, efectuado de acuerdo con la ISO 9705.


Descripción de las pruebas La estructura utilizada para el ensayo de la esquina con una altura de 25 pies (7,6m)está formada por un armazón de acero sobre el cual se montan los paneles de pared y de cobertura/techo a someter a prueba. Las muestras deben montarse para cubrir la altura total de ambas paredes, en la zona que va desde la esquina a 6,10 m en ambas direcciones horizontales, y la mitad superior de las mismas de 6,10 m a 11,58 m en la pared sur, y a 15,24 m en la pared este (Fig. 9.18); deben usarse mesas de yeso, con un espesor de 16 mm, para cubrir las secciones restantes no paneladas de dichas paredes. Para obtener una superficie de ensayo continua, las muestras deben instalarse en la pared interior del armazón de acero. Después de haber instalado los termopares para la detección de temperaturas en las posiciones indicadas por la norma, se enciende una pira de 336 Kg de piezas de madera, colocada cerca de la esquina. La duración del ensayo es de 15 minutos, durante los cuales se registran las señales derivadas por los termopares con intervalos no superiores a los 10 segundos.


Además: • se efectúa un registro grabado del ensayo desde los instantes de preparación hasta su compleción; • se toman fotografías en blanco y negro y en color antes del ensayo, durante el ensayo con intervalos no superiores a un minuto, y después de la compleción del ensayo una vez el humo se ha aclarado y la estructura de prueba se ha enfriado; • se anotan o registran observaciones detalladas antes del ensayo, cuando se producen eventos significativos durante el ensayo, y después del ensayo en cuanto las condiciones de visibilidad y de temperatura lo permiten. PRUEBAS DEL FUEGO 9 Pruebas del Fuego - 13-


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Durante el ensayo no deben producirse casos significativos de purga de aire a través de los paneles de pared y de cobertura/techo. Dichas purgas provocan un sensible enfriamiento del área afectada y una reducción de la propagación de la llama, con la consiguiente sensible reducción de la precisión de los resultados obtenidos.


Fig. 9.18: Estr uctura del ensayo de esquina con una altura de 25 pies.


La estructura para el ensayo de la esquina con una altura de 50 pies (15.2 m)es un armazón de acero formado por soportes horizontales y verticales sobre los cuales se han montado los paneles de pared y de cobertura/techo. Ambas paredes del armazón tienen una longitud de 6,10 m y forman en el punto de intersección un ángulo de 90 grados. La distancia entre el suelo de cemento y el armazón del techo es igual a 50 pies (15,24 m). El armazón para el techo forma un triángulo isósceles cuyos lados tienen una longitud de 6,10 m (Fig. 9.19). El ensayo se efectúa encendiendo una pira de 336 Kg de piezas de madera, colocada cerca del ángulo de prueba. La duración del ensayo es de 15 minutos, durante los cuales se siguen los mismos procedimientos de detección de la temperatura y de los datos visuales descritos para el ensayo de esquina de 25 pies.


Fig. 9.19: Estr uctura del ensayo de esquina con una altura de 50 pies.


El ensayo de la habitación ISO 9705valora las características de reacción al fuego de un producto de construcción, cebando un incendio en el ángulo de una pequeña habitación dotada de una sola apertura en forma de puerta en una de sus paredes con una longitud inferior. El aparato de prueba es una pequeña habitación construida con material no combustible, como bloques de cenizas, con unas dimensiones de 2,4 m de ancho, 3,6 m de longitud y 2,4 m de altura (Fig. 9.20).


Mesa de yeso


Pared sur


Pira de 336 Kg. de madera


Mesa de yeso


Pared este


9.1 m 6 m 6 m 5.5 m


12.5 ft (3.8 m)


12.5 ft (3.8 m)


6 m


6 m


Pira de 336 Kg. de madera


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La muestra a someter a prueba se obtiene montando los paneles tanto en el techo como en las paredes de la habitación, excepto en la pared dotada de apertura. Se coloca un quemador de gas propano en una de las esquinas de la habitación y produce una potencia de 100 kW durante los primeros 10 minutos, y de 300 kW durante los siguientes 10 minutos; el tiempo total de prueba es igual a 20 minutos.


Fig. 9.20: Aparato para el ensayo de la habitación (ISO 9705)


Los gases de combustión se recogen con un sistema de aspiración, cuya campana está colocada fuera de la habitación ante la puerta de entrada, y en la cual se miden el calor producido en la unidad de tiempo, el calor total producido, y la cantidad de humos liberados. Se analiza y describe la propagación de la llama a lo largo de los muros y el techo en base a una pura observación visual. Si las llamas salen por la puerta de entrada, esto significa que se ha producido el fenómeno de flashover y se concluye la prueba (Fig. 9.21).


Fig. 9.21: Llama que sale de la habitación de pr ueba a causa del flashover


Requisitos En lo que se refiere a los ensayos de esquina, la norma que prescribe que: • para una aprobación en la clase 1 a una altura máxima de 30 pies (9,1 m), el montaje de paneles no deberá favorecer ningún incendio auto-propagante que alcance incluso uno solo de los bordes de la estructura de prueba con una altura de 25 pies (7,6 m), con evidente incendio y daño del material;


2.40 m


2.40 m


3.60 m


Puerta de entrada 0.8 m x 2.0 m


Campana 3.0 m x 3.0 m x 1.0 m


Medición del flujo Análisis de los gases (O2, CO, CO2)Análisis de los humos Gases de escape


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FM APPROVED


FM


• para una aprobación en la clase 1 a una altura máxima de 50 pies (15,2 m), el montaje de paneles deberá satisfacer los requisitos para la aprobación en la clase 1 a una altura máxima de 30 pies (9,1 m) y no deberá favorecer ningún incendio auto- propagante que alcance incluso uno solo de los bordes de la estructura de prueba con una altura de 50 pies (15,2 m), con evidente incendio y daño del material; • para una aprobación en la clase 1 sin ningún vínculo de altura, el montaje de paneles deberá satisfacer los requisitos para la aprobación en la clase 1 a una altura máxima de 30 pies (9,1 m), no deberá favorecer ningún incendio auto-propagante que alcance incluso uno solo de los bordes de la estructura de prueba con una altura de 50 pies (15,2 m), con evidente incendio y daño del material, y no se deberá producir el inicio de incendio en los paneles del techo en el ensayo de ángulo con una altura de 50 pies (15,2 m).


En lo que se refiere al ensayo de la habitación (ISO 9705), un montaje de paneles: 1. no deberá favorecer ningún incendio auto-propagante que salga de la habitación de prueba en los 20 minutos de duración de la prueba, con evidente incendio y daño del material; 2. no deberá generar una cantidad excesiva de humos durante la prueba, y 3. deberá sostener la carga aplicada (si está presente), durante toda la duración de la prueba.


Marcas de aprobación FM La marca de aprobación FM en forma de diamante para utilización en chapas, literatura, publicidad, embalajes y otras formas gráficas se muestra en la Fig. 9.22; cuando la reproducción de la marca es imposible, se sugiere una versión modificada del diamante (Fig. 9.23).


Fig. 9.22: Mar ca de apr obación FM en for ma Fig. 9.23: Versión modificada de la mar ca de diamante de apr obación FM


9.5.3 Clasificación italiana de reacción-al fuego (Decreto Ministerial 26.6.84) En Italia, la determinación de las características de reacción-al fuego de los materiales está regulada por el Decreto Ministerial 26.6.84 “Clasificación de r eacción al fuego y homologación de los materiales para la pr evención de incendios” . La norma prescribe que los paneles sandwich, que son combustibles a causa de los materiales orgánicos que los forman (espuma de poliuretano, agentes ligantes para las fibras de lana mineral, pinturas) se clasifiquen de acuerdo con los resultados obtenidos en las siguientes pruebas: • CSE RF2, ensayo de combustibilidad a la pequeña llama, efectuado aplicando una pequeña llama en el borde de la muestra de prueba de manera que se simula la fase de inicio de un incendio (Fig. 9.24);


PRUEBAS DEL FUEGO 9 Pruebas del Fuego


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• CSE RF3, ensayo del panel radiante (Fig. 9.25), efectuado sometiendo la muestra de prueba a una pequeña llama piloto y a un panel radiante, de manera que se simula un incendio plenamente desarrollado que actúa en la misma muestra.


Fig. 9.24: Ensayo CSE RF2 de combustibilidad a la pequeña llama


Fig. 9.25: Ensayo CSE RF3 del panel radiante


El método de clasificación asigna al panel un número que puede variar de 0 a 5 (0,1,2,3,4,5); los números más bajos indican las mejores características de reacción-al- fuego, y toma en consideración la aplicación final del panel sometido a prueba: los paneles sandwich pueden considerarse o como elementos estructurales puros o como elementos estructurales aislados. Un panel sandwich, considerado como elemento estructural puro, se clasifica sometiendo a prueba sólo la superficie metálica exterior; desde el momento que la pintura presente en dicha superficie es esencialmente un material orgánico, ésta puede generar una pequeña propagación de llama en la superficie misma del panel, haciendo que el panel se integre en la Clase 1. Si el panel sandwich se considera como elemento estructural con propiedades aislantes, la norma prevé una clasificación de doble número, con el primer número referido al panel sandwich en su totalidad (para los paneles sandwich en general es igual a cero después de autocertificación), y el segundo referido sólo a la capa interior aislante. Como ejemplo, se indica la clasificación italiana para los siguientes tipos de panel (de los cuales anteriormente en este capítulo se ha ofrecido la clasificación en base a la EN 13501-1): • Paneles de lana mineral (también acústicos) Clase 1 / Clase 0-0 • Paneles Firemet Clase 1 / Clase 0-2 • Paneles PIR Clase 1 / Clase 0-2 • Paneles PUR-B2 Clase 1 / Clase 0-2 • Paneles PUR-B3 Clase 1 / Clase 0-4


Soporte para la muestra


Superficie radiante


Panel de gas


Muestra


Llama piloto


30 in


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9.6 Resistencia al fuego


La determinación de la resistencia al fuego prevé la exposición del elemento a un fuego con unas características reguladas por norma, y el tiempo de resistencia determinado de esta manera es una propiedad importante de los elementos de construcción, ya que puede representar el intervalo de tiempo suficiente para que las personas puedan huir de un incendio. El ensayo para los paneles sandwich es efectuado por los países europeos respetando las siguientes normas armonizadas: • EN 13501-2, Clasificación al fuego de los pr oductas de constr ucción y de los elementos para las obras - Par te 2: Clasificación utilizando datos derivados de ensayo de r esistencia al fuego ; • EN 1363-1, Ensayo de r esistencia al fuego - Par te 1: Requisitos generales ; • EN 1364-1, Ensayo de r esistencia al fuego para elementos no por tantes - Par te 1: Par edes ; • EN 1364-2, Ensayo de r esistencia al fuego para elementos no por tantes - Par te 2: Techos ; • EN 1365-2, Ensayo de r esistencia al fuego para elementos por tantes - Par te 2: Pavimentos y cober turas .


Según dichas normas, los paneles sandwich se montan sobre la estructura de un horno, de manera que se obtiene un montaje cuyas dimensiones son típicamente 3 x 3 metros para las paredes, y 4 metros de longitud por 3 metros de ancho en caso de coberturas y techos. Se utilizan dos tipos diferentes de horno, uno horizontal para las coberturas y los techos, y uno vertical para los paneles de pared (Fig. 9.26).


Fig. 9.26: Hor no ver tical para una pr ueba de r esistencia al fuego de paneles de par ed


Una vez que se ha completado el montaje de los paneles de muestra en la estructura del horno, se colocan una serie de termopares en las superficies metálicas exteriores de los mismos paneles, para determinar el aumento de las temperaturas máximas y medias durante la prueba (Fig. 9.27).


Fig. 9.27: Paneles de par ed con ter mopar es aplicados para una pr ueba de r esistencia al fuego


En la figura 9.28 se muestra el esquema de montaje de los paneles sandwich de pared para el ensayo de resistencia al fuego; en la figura los cuadrados indican los puntos de aplicación de los termopares para la temperatura máxima, mientras que los círculos indican los puntos de aplicación de los termopares para la temperatura media. Además, se mide la curvatura del sistema de paneles con intervalos de tiempo regulares en correspondencia de los puntos marcados con los puntos negros.


Fig. 9.28: Montaje para la pr ueba de r esistencia al fuego de paneles de par ed


Finalmente, el ensayo de resistencia al fuego se efectúa aumentando en el tiempo la temperatura de la cavidad detrás del sistema de paneles según una curva estandarizada.


El resultado final del ensayo consiste en una clasificación del elemento mediante tres símbolos: • R para la capacidad portante (sólo en caso de coberturas/techos); • E para la integridad; • I para el aislamiento, los cuales expresan los tres requisitos diferentes de resistencia al fuego, cada uno de ellos unido al tiempo correspondiente de resistencia detectado (minutos); dichos intervalos de tiempo pueden asumir uno de los siguientes valores: 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240, 360.


Los símbolos se utilizan de la siguiente manera: 1. Elementos portantes (coberturas/pavimentos): REI (tiempo) tiempo mínimo durante el cual se satisfacen todos los criterios; RE (tiempo) tiempo mínimo durante el cual se satisfacen dos criterios, capacidad portante e integridad; R (tiempo) tiempo mínimo durante el cual se satisface el criterio de capacidad portante. 2. Elementos no portantes (paredes/techos): EI (tiempo) tiempo mínimo durante el cual se satisfacen dos criterios de integridad y aislamiento; E (tiempo) tiempo mínimo durante el cual se satisface el criterio de integridad. PRUEBAS DEL FUEGO 9 Pruebas del Fuego - 19- Borde fijado Armazón de prueba Borde libre


3000


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Por lo tanto, un panel sandwich con una capacidad portante de 155 minutos, una integridad de 80 minutos, y un aislamiento térmico de 42 minutos, se clasifica como REI 30, RE 60, o R 120 (los tiempos se redondean por defecto a los valores más cercanos previstos por la norma); de la misma manera, un elemento de construcción con una capacidad portante de 70 minutos, y una integridad de 35 minutos se clasifica como R 60, o RE 30.


Debe reconocerse que un panel sandwich expuesto al fuego pierde rápidamente su resistencia a flexión (Fig. 9.29). En cualquier caso, si las superficies metálicas del panel están sólidamente conectadas a la estructura, se pueden alcanzar periodos satisfactorios de resistencia al fuego.


Fig. 9.29: Lado expuesto al fuego de una par ed de paneles sandwich después de un ensayo de r esistencia al fuego


Respecto a las características de aislamiento, son posibles resistencias al fuego superiores a 120 minutos en caso de lana mineral, mientras que, a causa del rápido deterioro de las propiedades aislantes, la mayor parte de los paneles con capa aislante de espuma pueden alcanzar sólo breves periodos de resistencia al fuego, típicamente hasta 15 minutos para un panel de espuma de poliuretano.


Como ejemplo, se indica a continuación la clasificación para la reacción y la resistencia al fuego de los siguientes paneles