IMPORTANCIA DEL DISEÑO ESTRATÉGICO EN INGENIERÍA CONTRA INCENDIOS. Marcial Salaverry MSc.

25 de Noviembre de 2014

• Estructura normativa en Chile y consecuencias.

• Estructura de proyectos v/s Estructura de la especialidad de Ing. de Incendios.

• Conclusiones parciales.

• Solución al problema.

• Contenido general de estrategias de Ing. de Incendios (Caso Británico).

• Perfil de Ing. de Incendios.

• Problema de la Ing. de Incendios: ASET v/s RSET

• Problemas que podemos evitar a través de una estrategia apropiada.

• Conclusiones finales

ÍNDICE

Para entender los resultados en los diseños habituales hay que

entender como funciona el proceso de diseño y sus complejidades:

• Normativas

• Organizacionales.

• Contractuales.

INTRODUCCIÓN

Visión del proyecto / Objetivo

Como lo hacemos?

Con que debemos cumplir?

Diseño estratégico / Requerimientos.

1. Ministerio de Vivienda y Urbanismo

• Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (En diversos capítulos).

• Requerimientos de adosamiento y características del muro medianero.

• Cantidad y ubicación escaleras de evacuación.

• Distancias máximas a las salidas.

• Ancho mínimo de pasillos y puertas.

• Resistencia al fuego de las estructura.

• Requerimientos para sistemas de detección y extinción.

• Requerimientos para zonas verticales de seguridad.

• Red seca y húmeda

• Red inerte.

• Alumbrado de emergencia

• etc

Donde se encuentran los requerimientos normativos en Chile?

2. Ministerio Obras Públicas

• Reglamento de Instalaciones Domiciliarias de Agua Potable y Alcantarillado

(RIDDA)

• Requerimientos para redes húmedas y secas.

• Reglamento de la ley general de servicios sanitarios, DS N°1199

• Requerimientos para grifos de incendio.

3. Ministerio de Economía

• Reglamento de Instalaciones interiores y medidores de gas DS N°66 y N°20

• Requerimientos para instalación de medidores.

• Requerimientos para protección de salas de caldera: RF de envolvente,

ductos de ventilación y cantidad de extintores portátiles.

• Requerimientos de protección para cilindros de almacenamiento de gas y

líquidos inflamables.

Diseño estratégico / Requerimientos.

Donde se encuentran los requerimientos normativos en Chile?

4. Ministerio de Economía

• NCh Elec. 4 / 2003 Electricidad, instalaciones de consumo en baja tensión.

• Requerimientos para paneles de control.

• Requerimientos para pasadas de cables y ductos.

• Requerimientos para alumbrado de emergencia.

5. Ministerio de Salud

• DS 594. Reglamento sobre condiciones sanitarias y ambientales básicas en los

lugares de trabajo.

• Requerimientos para instalación de extintores portátiles.

6. Declaración de Impacto Ambiental (DIA)

• Requisitos propios o autoimpuestos.

Diseño estratégico / Requerimientos.

Donde se encuentran los requerimientos normativos en Chile?

Visión del proyecto / Objetivo

Los requisitos en Chile, si bien existen, se

encuentran en diferentes documentos, de

manera desagregada, no respondiendo

necesariamente a objetivos claros y explícitos.

Entonces cual es el resultado?

Como opera el proceso de diseño en la

práctica?

Organización esperada de un proyecto.

Un coordinador (Arquitecto) vela porque las especialidades trabajen alineadas con la

visión del proyecto. Cada especialidad es una “caja cerrada” que resuelve y diseña todo

lo atingente a ella.

Arquitectura:

Esp. de Seguridad:

Esp. de Climatización:

Esp. Electricidad Esp. Iluminación:

Esp. Estructuras:

Proyecto. Esp. Control centralizado

Esp. Sanitaria

Diseño estratégico / Estructura Organizacional de un proyecto.

Diseño estratégico / Estructura Organizacional de un proyecto.

Organización real de un proyecto.

A diferencia de otras especialidades, la especialidad de ingeniería de incendios opera de

manera muy similar al proyecto general. Esto dado la naturaleza de la especialidad y de

la organización de los requerimientos en la legislación.

Arquitectura:

Esp. de Climatización:

Esp. Electricidad Esp. Iluminación:

Esp. Estructuras:

Proyecto. Esp. Control centralizado

Esp. Sanitaria

Inc.

Diseño estratégico / Estructura Organizacional de un proyecto.

Arquitectura:

i. Compartimentación /

Tabiquería RF.

ii. Dimensionamiento de

corredores y escaleras.

iii. Tipo de revestimientos.

iv. Sellos de pasada

Esp. de Seguridad + Incendios:

i. Rociadores automáticos.

ii. Detección.

Esp. de Climatización:

i. Ventiladores de

presurización de escaleras.

ii. Dampers en ductos de

clima.

Esp. Eléctrica:

i. Energía de respaldo, sist. de

emergencia.

Esp. Iluminación:

i. Iluminación de emergencia en

vías de evacuación.

Esp. Estructuras:

i. Protección estructural.

Operación real:

Pareciera ser que cada especialidad tiene que algo que decir.

Diseño estratégico / Estructura Organizacional de un proyecto.

Expectativa (Coordinador): Cada especialidad resuelve sus

propios asuntos, necesitando coordinación entre

especialidades.

Realidad: Los requerimientos de incendios vienen desde

todos los flancos, sin haber un interlocutor único válido ni

tampoco un criterio único de diseño. Se requiere coordinar

la especialidad internamente.

Expectativas v/s Realidad

¿Cual es el problema?

¿Cual es la causa?

¿Como están resultando los proyectos?

Diseño estratégico / Alcance Contractual.

Problema.

Alcance contractual típico: Usualmente se contratan

los servicios de diseño de sistemas de Detección y

Rociadores automáticos, como parte del paquete

Seguridad (Incluidos Control de accesos, Circuito

cerrado de televisión, etc).

Los restantes requerimientos, no se contratan de

manera específica quedando bajo el alero de distintas

especialidades las que no necesariamente integran

sus outputs de manera armoniosa.

Alcance contractual Alcance real de la

especialidad <<

Resultado. Hecho.

Diseño estratégico / Problemas de alcance contractual.

Caso.

¿Quien define el grado de protección estructural requerido y como se diseña para

satisfacerlo?

a) El Ing. Estructural,

Respuesta: No es mi responsabilidad ni parte del alcance de mi contrato.

b) El Arquitecto,

Respuesta: Los elementos de acero deben ser protegido para F-XX.

------------Fin etapa de Diseño-----------------------------------------------------

c) El instalador del producto de protección,

Es quien finalmente diseña el sistema de protección y en etapa de construcción.

d) Laboratorios oficiales,

Se les pide aprobar el diseño del instalador y emitir “El informe del laboratorio”.

Este documento parece ser la única instancia donde se asigna una responsabilidad, dado

que el ítem estuvo fuera del alcance contractual de cualquier especialidad.

Diseño estratégico.

Conclusiones Parciales.

• Existe cierto grado de dispersión de los requerimientos.

• Existe un número no despreciable de especialidades que intervienen en el

diseño del sistema contra incendios del proyecto.

• Ninguna de las especialidades se responsabiliza por el diseño del sistema

global (No puede ser de otra manera dados los alcances contractuales que se

manejan).

• Los criterios de diseño de cada especialidad no necesariamente son

compartidos a la restantes.

• La estrategia de diseño en los proyectos y los objetivos operacionales no son

traspasados al usuario (por supuesto, nunca existió tal estrategia).

• Se llega a la etapa de operación a diseñar un plan de emergencias en base a

un sistema que nunca tubo una intención de diseño clara. Por tanto se cuenta

con sistemas que no se sabe a ciencia cierta que se supone que deben hacer

o como deben operar.

Diseño estratégico / Propuesta de mejora.

Como mejoramos la situación?

Definición del alcance una

Estrategia de Ingeniería Contra

Incendios.

(Intención de diseño clara)

Incorporación de la

especialidad de ingeniería de

Incendios con alcances

contractuales coherentes con

la estrategia definida.

(no existe dilución u omisión de

las responsabilidades)

A B

Etapa de

diseño.

Implementación de una

Estrategia de Ingeniería Contra

Incendios.

Etapa de

operación.

Esto nos permitirá comparar el

estado actual de un edificio con

respecto al nivel de seguridad

requerido si éste fuese nuevo.

Esta comparación nos permite

identificar los puntos críticos para

efectos de priorizar la inversión en

mejoras.

Diseño estratégico / Experiencia Británica Approved Document B:

• Este documento establece una

estructura simple de estrategia.

• Diferentes tipologías de proyectos

resuelven cada parte de manera

distinta, pero responden a un mismo

objetivo original.

Esto permite:

• Definir un marco contractual.

• Ser capaz de revisar una estrategia.

O bien, cuestionar el diseño.

• Permite comparar.

• La identificación de problemas no

cubiertos por las normas.

• Permite agrupar los requerimientos

dándoles un sentido, en términos de

su aporte al global.

Diseño estratégico / Observación Legislación Nacional

El espíritu de OGUC se resume en:

Capítulo 3, Artículo 4.3.1.

i. Que se facilite el salvamento de los ocupantes de los edificios en caso de incendio.

ii. Que se reduzca al mínimo, en cada edificio, el riesgo de incendio.

iii. Que se evite la propagación del fuego, tanto al resto del edificio como desde un edificio

a otro.

iv. Que se facilite la extinción de los incendios.

Muy parecido a la estructura ADB, no?? En realidad estamos muy cerca de establecer un approach estratégico en los proyectos (Al

menos en términos ideológicos).

Diseño estratégico / Perfil requerido del ingeniero de incendios.

• El ingeniero de incendios debe ser un coordinador que

asegure el buen funcionamiento de las partes.

• Debe ser capaz de generar, en base a su capacidad

técnica, los inputs de diseño que requieren todas las

especialidades (Ingeniería conceptual)

• Inputs para diseño de sistemas de presurización o

extracción de humos.

• Inputs para diseño estructural: Recubrimientos para

elementos de H.A; Niveles de aislación térmica

requeridos; Temperaturas alcanzadas por los

elementos estructurales y temperaturas críticas.

• Inputs para arquitectura: Capacidad y ubicación de las

salidas requeridas, estrategia de compartimentación,

etc.

• Debe ser capaz de generar la ingeniería de detalle de los

sistemas requeridos (Extinción y Detección) y de los

sistemas de protección estructural.

Para esto debemos

vencer la resistencia a

contratar servicios de

ingeniería conceptual !!!!!

Diseño estratégico / Inputs para diseño.

Cual es problema que la ingeniería de incendios resuelve cada vez para generar la

información de diseño requerida?

Los objetivos de la ingeniería de incendios pueden ser variados:

i. Protección a la vida, tanto para ocupantes como para bomberos.

ii. Protección a la propiedad, tanto para el edificio incendiado como para terceros.

iii. Continuidad del negocio.

Desde la perspectiva de la protección a la vida (Ocupantes) el problema que siempre está

como telón de fondo es asegurar que:

ASET >> RSET

Available safe egress time >> Required safe egress time

Tiempo disponible para una evacuación segura >> Tiempo requerido para una

evacuación segura

Como hacemos esto????

Diseño estratégico / ASET v/s RSET.

Para determinar el tiempo requerido para la evacuación debemos evaluar una serie de

componentes.

𝑅𝑆𝐸𝑇 = ∆𝑡𝐷𝑒𝑡𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 + ∆𝑡𝐴𝑙𝑎𝑟𝑚𝑎 + ∆𝑡𝑃𝑟𝑒−𝑀𝑜𝑣𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 + ∆𝑡𝑅𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜

𝐴𝑆𝐸𝑇 = ∆𝑡𝐶𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑠𝑜𝑠𝑡𝑒𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑜 𝐼𝑛𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑣𝑖𝑑𝑎

ASET: Available safe egress time.

RSET: Required safe egress time.

Diseño estratégico / RSET: Required safe egress time.

Cada una de esta componentes se puede evaluar y estimar, en algunos casos es altamente

complejo.

Dt Detección: Tiempo que transcurre entre el inicio del incendio y el momento en que los

detectores advierten su presencia.

• Es de difícil modelación. Depende del tipo de

incendio generado, de la altura de los detectores,

de su espaciamiento, etc.

Diseño estratégico / RSET: Required safe egress time.

Dt Alarma: Tiempo que transcurre entre que el

sistema de detección advierte el incendio y se

libera la alarma (Periodo de investigación).

Esto normalmente responde a una decisión

del protocolo de operación pero su tiempo se

limita.

Dt Pre-Movimiento: Tiempo que transcurre entre la

liberación de la alarma y que la gente decida

comenzar a evacuar.

Es muy variable y depende de múltiples

factores, edad, si las personas están

despiertas o durmiendo, familiaridad con en

edificio y la alarma, etc.

Tabla 3,13,1 SFPE Handbook.

Dt Recorrido: Tiempo que transcurre desde que las personas comienzan a evacuar y el

momento en que llegan a una zona segura.

Para esto existen una serie de herramientas, tanto para análisis simplificados como para

la generación de modelos complejos.

Podemos medir el tiempo que toma la evacuación de un edificio.

Conocemos la velocidad a la que se

mueven las personas de acuerdo a la

densidad del flujo y la capacidad de las

componentes de las vías de evacuación.

Contamos con softwares de modelación.

Diseño estratégico / RSET: Required safe egress time.

Diseño estratégico / ASET: Available safe egress time.

Dt: Este tiempo corresponde al periodo trascurrido entre en inicio del incendio y el

momento en que se alcanzan condiciones insostenibles o incompatibles con la vida.

I. La principal causa de muerte en incendios es el humo.

La ingeniería contra incendios cuenta nuevamente con herramientas para la estimación

del comportamiento de humos:

• Modelo de zonas: Herramienta simplificada, implementable en una planilla de cálculo.

• Modelos CFD: Computational Fluid Dynamics.

Es importante definir los criterios de diseño:

i. T°gases<185°C, en general para limitar los niveles

de radiación a 2.5 kW/m2.

ii. Posición de la capa de humo sobre 2m.

iii. T°gases<60°C (Convección), quemaduras en la piel.

iv. Visibilidad sobre 8m para señalizaciones

reflectantes.

Modelo CFD en FDS: Fire Dynamic Simulator.

Diseño estratégico / ASET: Available safe egress time.

• El modelo asume 2 zonas, una de gases a alta T° en la

parte superior y otra de aire frio en la parte baja.

• La cantidad de aire que es arrastrado a la columna de

aire caliente es conocida:

Modelo de zonas.

𝑚 = 0.076 ∙ 𝑄 𝑐1 3

∙ 𝑧5 3 𝑘𝑔

𝑠

Diseño estratégico / ASET – Incendio de diseño (Pre-Flashover).

• Conozco el contenido del edificio y como se comporta (HRR) ?, existe información

experimental?

• Es posible acotar el problema y definir un incendio simplificado como un at2?

Diseño estratégico / ASET – Resistencia estructural.

Es relevante tanto para asegurar el proceso de evacuación, para protección de

bomberos como para el control de la propagación.

Diseño estratégico / ASET – Incendio de diseño (Post-Flashover).

El incendio standard no necesariamente es el mejor incendio para diseño estructural.

)18log(34520tan tT dardS

)313.0687.01(66020 8.332.0 tt

Exterior eeT

)675.0325.01(108020 5.2167.0 tt

carburosHidro eeT

)472.0204.0324.01(132520 *19*7.1*2.0 ttt

Parmétrica eeeT

Las curvas paramétricas consideran

las propiedades del recinto, la carga

combustible presente y la ventilación

asociada. Por esta razón presentan

etapa de decaimiento, lo que las

hace más realistas.

Diseño estratégico / ASET – Sistemas de Protección.

Los rociadores automáticos son dispositivos de seguridad de vida

• Reducen las tasas de liberación de calor,

• Reducen las tasas de producción de humo

y por tanto aumentan el tiempo disponible para la evacuación

(ASET).

Este sistema permite modificar el perfil de riesgo del edificio,

reduciendo los requerimientos para otros aspectos del diseño:

Distancias de recorrido, RF de la estructura, Superficie o altura

del edificio, Anchos de escalera requerido, etc.

Diseño estratégico / Marco Regulatorio.

Entonces.

La ingeniería contra incendios es una disciplina que requiere de

mucha coordinación así como también de conocimientos sólidos

en áreas específicas.

• Evacuación (Tiempo que toma que el proceso)

• Combustión (Incendios de diseño)

• Fluido dinámica (Humos)

• Transferencia de calor (Análisis estructural)

• Mecánica estructural (Análisis estructural)

• Hidráulica (Redes de agua)

Estas herramientas solo tienen sentido en la medida que se apliquen dentro de un marco

general, que formen parte de un diseño holístico o estrategia.

De otra forma podemos, por ejemplo, terminar con un proyecto con un tremendo análisis

de protección estructural, pero sin una estrategia de compartimentación o evacuación.

Diseño estratégico / Que podemos evitar?.

Casos.

1. El ingeniero de climatización define el sistema de presurización de un edificio.

Preguntas:

a) Que presión de presurización utiliza?, se puede abrir una puerta esa presión?

b) Que caudal entrega el ventilador, es eso coherente con la lógica de evacuación?,

cuantas puertas abiertas se consideró en el diseño, la evacuación es masiva o por fases?

c) Donde se instala el ventilador, es posible que este aspire humo durante su operación?

2. El arquitecto define la resistencia al fuego de la tabiquería, en base a lo especificado

en la OGUC (F30 por ejemplo, para elementos no soportantes verticales).

Preguntas:

a) Que tabiques deben ser resistentes?, Todos?

b) y las puertas deben presentar entonces la misma resistencia? Todas?

c) Que sucede con la compartimentación entre pisos?

d) Cual es la estrategia de compartimentación?

Diseño estratégico / Que podemos evitar?.

Casos.

3. Se decide instalar un sistema de detección automático y un sistema de alarma por

voz, para un proyecto en particular.

Preguntas:

a) Existe sala de control? o todo los sistemas llegan a conserjería?

b) Puede darse el caso de tener que evacuar dicho lugar ante una emergencia?

c) Que sucede ante un incendio en el primer piso?

4. Se decide instalar una red húmeda conectada a red de agua potable, como parte

del proyecto sanitario (El RIDDA así lo permite).

Preguntas:

a) Es posible apagar un incendio con dicho sistema?

Las redes de incendio en general operan a presiones en torno a los 100 Psi, la

presión de la red en Santiago entrega un mínimo de 14 m.c.a (Nch 2485) = 21 Psi

aprox.

Conclusiones

Tenemos entonces las siguientes tareas pendientes:

1. Debemos ser capaces de definir los alcances de la estrategia de ingeniería

que queremos para nuestros edificios.

i. Ello nos forzará a identificar nuestros problemas.

ii. Nos obligará mejorar nuestra normativa de manera coherente a nuestras

necesidades estratégicas.

Necesitamos códigos robustos para efectuar diseños prescriptivos robustos.

La normativa actual “nos queda chica muy pronto”.

2. Modificar los alcances contractuales de la especialidad.

Conclusiones

3. La ingeniería de incendios ya cuenta con bastantes herramientas de análisis

(No necesariamente software) que debemos incorporar.

i. Herramientas para análisis de comportamiento de humo, transferencia de

calor, mecánica estructural, evacuación, etc.

ii. Debemos visualizar los alcances de nuestra especialidad y debemos

conocer los límites de nuestra normativa. Debemos ser capaces de

utilizar de metodologías de ingeniería para resolver problemas cuando

las normas no son suficientes (Metodologías prestacionales).

4. Debemos comenzar por un análisis conceptual robusto para luego llegar a un

buen detallamiento.

5. El concepto de estrategia es perfectamente aplicable para edificios en

operación.

Finalmente…

El propósito de la ingeniería es resolver un problema, es hacer que los sistemas funcionen, no dejemos de pensar y re-pensar la estrategia.

www.e3ingenieria.cl marcial.salaverry@e3ingenieria.cl