El Impacto Posterior
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Investigación & Temas Ecológicos

El Impacto Posterior

Por Philip A. Zanghi

Poniendo el foco en la durabilidad de los materiales resistentes al fuego en estructuras

El impacto que produjo el derrumbamiento de los Edificios Uno, Dos y Siete del Centro Mundial de Comercio (World Trade Center), tras los ataques terroristas del 11 de Septiembre de 2001, impulsó varios estudios para determinar los factores que propiciaron el derrumbamiento de las torres y para recomendar mejoras en el diseño y la construcción que permitan encarar tales desastres en el futuro. Una conclusión de estos análisis fue el rol crucial que juega la incombustibilidad en la seguridad global del edificio.

Alcanzando una altura de 52 pisos y abarcando 1,7 millones de pies cuadrados (158.000 metros cuadrados), el WTC7 (World Trade Center, Edificio 7) representa un hito en la construcción de rascacielos. El edificio exhibe innovación en diseño, seguridad humana y tecnología.

Construido en acero y hormigón con fachada de vidrio, el WTC7 será más alto que su antecesor. Diseñado por el arquitecto David Childs de Skidmore, Owings & Merrill LLP, el edificio incluirá características de seguridad mejoradas tales como material ignífugo dos veces tan durable como el requerido actualmente, paredes de hormigón reforzado que protegen el centro del edificio, y escaleras más anchas para una evacuación más rápida.

De acuerdo al código de edificación de la Ciudad de Nueva York, todos los edificios de acero deben estar revestidos con material a prueba de incendios y, por lo tanto, la incombustibilidad fue una de las principales consideraciones cuando se trataron los requerimientos de seguridad para el nuevo edificio WTC7.

La incombustibilidad típicamente hace referencia a la protección del acero estructural y de otras partes de apoyo en un edificio.

La incombustibilidad estructural para el acero puede variar desde el encajonamiento del hormigón, pasando por la fibra mineral, revestimiento intumescente, o materiales cementosos livianos aplicados al acero para prevenir el recalentamiento y la determinación de partes estructurales clave.

Los materiales ignífugos como parte de un montaje son también probados y clasificados de acuerdo a la NFPA 251, Métodos de pruebas de resistencia al fuego de materiales y construcción de edificios.

Énfasis sobre la incombustibilidad 
En mayo de 2002, la Agencia Federal de Manejo de Emergencias (FEMA, por sus siglas en inglés), publicó el Estudio de Rendimiento del Edificio del Centro Mundial de Comercio: Compilación de Datos, Observaciones Preliminares y Recomendaciones, en donde se citaba la incombustibilidad como uno de los temas críticos respecto del rendimiento del edificio. De acuerdo al informe, la incombustibilidad necesita adherirse bajo condiciones de incendio e impacto que deforman las partes de acero, de modo que los revestimientos permanecen sobre el acero y proporcionan la protección deseada. Además, en el Apéndice A, el informe establece: “Ambos, la fibra rociada y, en menor grado, los materiales cementosos, a veces pueden no adherirse al acero, ser mecánicamente dañados, o ser degradados de otro modo cuando están expuestos a un incendio. La prueba de control de calidad actual de adhesión/cohesión y densidad, si bien es útil, no resuelve el problema de asegurar que la incombustibilidad exista cuando ocurra un incendio y que además funcione mientras dure la exposición al fuego. Otros factores que pueden afectar la durabilidad y el rendimiento de la incombustibilidad incluyen la resistencia a la abrasión, impacto, vibración y temperaturas elevadas.

Además el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) dirigió una investigación de tres años sobre construcción y seguridad contra incendios para referirse a estos temas y ofrecer recomendaciones para el futuro. Las recomendaciones contenidas en 43 anteproyectos del informe, fueron resumidas y publicadas en junio de 2005 tras ser sometidas a un período de comentario público de seis semanas. Entre las recomendaciones delineadas estaba la “Resistencia a Incendios Mejorada de Estructuras: Los procedimientos y prácticas utilizados para asegurar la resistencia a incendios de las estructuras deberían ser resaltados al mejorar las bases técnicas para las clasificaciones de la construcción y los índices de resistencia a incendios; mejorando las bases técnicas para los métodos regulares de pruebas de resistencia a incendios; utilizando el enfoque de “marco estructural” en los índices de resistencia contra incendio; y desarrollando requerimientos de desempeño en el servicio y criterios de conformidad para los materiales incombustibles aplicados por rocío (MIAR; normalmente referidos como “incombustibles” o “aislantes”).

Las recomendaciones del informe propuesto serán discutidas más profundamente cuando el 13 o 15 de septiembre se celebre en el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) en Gaithersburg, Maryland, la Conferencia Técnica sobre la Investigación del Edificio Federal y Seguridad contra Incendios del Desastre del Centro Mundial de Comercio.

Se espera que algunas de las recomendaciones de incombustibilidad sean parte del informe final. Además, el NIST está tratando de organizar un grupo de investigación para examinar la durabilidad de la incombustibilidad durante los próximos años. A su vez, Underwriters’ Laboratories, Inc. (UL), también está redactando una norma sobre la durabilidad de la combustibilidad.

El tipo de incombustibilidad especificada para el proyecto del WTC7 es un producto ignífugo basado en cemento Pórtland de densidad media, que fue elegido por su facilidad de instalación, propiedades de adhesión, y consistencia.

El material incombustible aplicado por rocío sólo es efectivo cuando permanece sobre la estructura de acero a la que se aplica. El material incombustible de fibra mineral utilizado en muchos edificios de oficinas tiene una fuerza de adhesión de 150 libras por pie2 (68 kilogramos por 0,3 m2).

Las clasificaciones de incombustibilidad se miden en términos de densidad. Técnicamente, la densidad se refiere a la cantidad de masa por unidad de volumen. Michael Patti, presidente de Patti & Sons, Inc., y contratista de incombustibilidad para el proyecto, expresa: Los productos incombustibles de densidad normal típicos por lo general tienen una densidad en obra de 15 lpc (libras por pie3); sin embargo, la incombustibilidad de Monokote Z-106/HY de Grace Construction Products proporciona una densidad mínima de 22 lpc. El material de densidad elevada implica rendimiento físico aumentado”. Ver la Tabla 2 para las aplicaciones típicas de producto de densidad elevada.

Clasificaciones de incombustibilidad y uso típico
El Código NFPA 5000, Código de Seguridad y Construcción de Edificios, define el “material incombustible rociado” como un material fibroso o cementoso que se aplica por rocío a los elementos estructurales, paredes, pisos y techos para proporcionar protección ignífuga.

Por lo general los materiales incombustibles cementosos contienen aglutinadores tales como el cemento Pórtland o yeso como su ingrediente principal, el cual al mezclarlo con agua en el emplazamiento de la obra, forma una pasta aguada que es adecuada para bombearla y rociarla sobre el acero. El principal ingrediente de los materiales incombustibles de fibra mineral rociada típicamente contiene fibra de lana pétrea, que se fabrica revolviendo piezas derretidas de escorias de hierro a temperaturas elevadas. Estas fibras luego se mezclan con un aglutinador de cemento para crear la mezcla que es bombeada por acción neumática en la obra.

Los materiales cementosos basados en yeso, los cementosos basados en cemento y los de fibra rociada, pueden ser fabricados de tal modo que, cuando se aplican de acuerdo a las instrucciones del fabricante, pueden lograr una densidad seca proyectada cuantificable en libras por pie cúbico. En la industria de la protección contra incendios, los términos utilizados para variar los niveles de protección son “densidad normal, densidad media”, y “alta densidad”. Las características del rendimiento que afectan la durabilidad tales como la fuerza de adhesión y compresiva, penetración de impacto, y de resistencia a la abrasión aumentan cuando la densidad seca aumenta. Ver la Tabla 2 para las características recomendadas de rendimiento mínimas especificadas.

A través de un proyecto simple, la incombustibilidad puede experimentar diferentes tipos y niveles de exposición, tales como vibración debido al equipo mecánico, elevada humedad debido a un espacio no acondicionado, corriente de aire en un hueco de ascensor, impacto en un espacio descubierto, sólo por nombrar unos pocos. Por lo tanto, generalmente una combinación de diferentes tipos de productos es utilizada para tratar las diversas condiciones presentes en la mayoría de los proyectos. La Tabla 2 también enumera adónde se utilizan típicamente los productos de densidad normal, media, y alta.

Los fabricantes ofrecen orientación a los especificadores acerca de adónde la necesidad de incombustibilidad más duradera garantizaría un producto de densidad alta o media, y los ayudan a redactar direcciones claras en la División 7 de las especificaciones del CSI (Instituto de Especificaciones para la Construcción).

Requerimientos de instalación e inspección
Las características y las propiedades de rendimiento de los materiales incombustibles aplicados por rocío han sido extensamente probadas y estudiadas por más de 50 años. Apoyándose en correlaciones desarrolladas entre las propiedades en obra y el rendimiento de prueba contra incendio, los códigos de construcción exigen los requerimientos de inspección especial en el momento de la instalación.

La Sección 40.5, “Control de calidad para los materiales rociados resistentes al fuego”, en el Capítulo 40 del código NFPA 5000, detalla las condiciones de la superficie, la temperatura ambiente durante la aplicación, espesor, densidad, y los requerimientos de fuerza de adhesión para los materiales resistentes al fuego rociados. De acuerdo a la Sección 40.5, el programa de control de calidad es responsabilidad del profesional de diseño registrado.

El programa, de acuerdo a la Tabla 40.5.1.2 del código NFPA 5000, debe incluir una revisión del control de calidad del material, una revisión del material para determinar su conformidad con las especificaciones, y la verificación de que la instalación está correctamente aplicada y cumple con las instrucciones del fabricante.

Las inspecciones especiales son conducidas por inspectores de la jurisdicción, o por firmas de inspección privadas que se especializan en este servicio. Para cada trabajo se requiere la documentación y verificación de los resultados satisfactorios. Debido a los requerimientos estrictos de inspección, y a la significativa inversión en equipamiento, la incombustibilidad típicamente es aplicada por contratistas capacitados en dicha especialidad.

Desafortunadamente, la inspección exhaustiva de la incombustibilidad sólo es requerida y llevada a cabo en el momento de la instalación y no capta los efectos a largo plazo sobre la incombustibilidad de los factores externos, tales como los elementos ambientales y el comportamiento humano. Mientras que códigos como el NFPA 1, Código Uniforme de Incendios, requieren que tales materiales se mantengan, no existen protocolos de inspección para estos materiales.

Para asegurar que lo productos de protección contra incendios pasivos permanezcan en su lugar durante la vida útil esperada de la estructura, los productos y los sistemas deben ser inspeccionados regularmente mientras exista el edificio.

Norma para las pruebas de durabilidad 
A mediados del 2003, en respuesta a los comentarios publicados en el informe de FEMA 2002, el UL convocó a un grupo de expertos de la industria, incluyendo a miembros del Consejo contra Incendios del UL y del Panel Técnico de Normas (STP, por sus siglas en inglés) 263, sobre la Incombustibilidad de Montajes y Construcciones Edilicias, para desarrollar la UL 2431, Norma para Pruebas de Durabilidad para Materiales Incombustibles Aplicados al Acero Estructural.

El UL también fue contratado por el NIST para poner a prueba el sistema de pisos sostenido por vigas de acero prensado de las torres del Centro Mundial de Comercio, bajo las condiciones de incendio prescriptas en la ASTM E119, las cuales incluían un espesor específico de incombustibilidad.

El STP está actualmente trabajando sobre el tercer borrador de la UL 2431, que proporcionará medios para cuantificar la habilidad de los materiales ignífugos para retener sus propiedades de incombustibilidad, después de haber sido sujetos a varios ambientes condicionantes. La función de incombustibilidad será determinada al medir las temperaturas de los tubos de acero protegidos por los materiales.

Los medios condicionantes incluyen abrasión; antigüedad; una combinación de ciclo de secado, de congelamiento y de humedad; humedad; impacto; atmósfera industrial; rocío salobre; luz ultravioleta; y vibración. Se definen dos riesgos de incendio exterior: un incendio de aumento normal de la temperatura y un incendio de aumento rápido de la temperatura. El incendio de aumento normal de la temperatura tiene la intención de representar un incendio de edificio desarrollado totalmente en el interior. El incendio de aumento rápido de la temperatura intenta representar un incendio de charco de hidrocarburo.
Tenemos una cantidad de grupos de trabajo que están en el proceso de completar sus asignaciones, y espero que el STP se reúna durante el cuarto trimestre a fin de completar el anteproyecto de la norma y proponer el documento a votación inicial y revisión pública, expresa Daniel P. Ryan, presidente del Panel Técnico de Normas del UL.

La NFPA ha prestado ayuda con este proyecto. Bob Berhinig, el ingeniero principal en Incombustibilidad de UL, fue invitado a hacer una presentación sobre el desarrollo de la UL 2431 en la Conferencia y Exposición de Seguridad Mundial de la NFPA en Salt Lake City en 2004. Ryan, dice que el intercambio de información de la presentación fue incorporado en el esfuerzo de desarrollo de la UL 2431.

Cuando se complete el trabajo, los arquitectos y especificadores tendrán una más clara comprensión de qué productos cumplen con la aplicación pretendida. Hasta entonces, los fabricantes deberían proporcionar evidencia suficiente para demostrar que los productos que ofrecen resistirán según la necesidad anticipada para la durabilidad a largo plazo.

Philip A. Zanghi es gerente de productos de protección contra incendios para Grace Construction Products. También preside el comité de educación para el Concejo Internacional de Detención de Incendios, y es tesorero de la Asociación Nacional de Contratistas de Incombustibilidad.

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