Evaluación del comportamiento del fuego y protección contra incendios en diversas tipologías de fachadas
Authors:   , Giraldo Forero María del Pilar 
Published: October 2023

En una situación de incendio, la fachada del edificio es una de las vías más rápidas de propagación del fuego, representando un potencial peligro no solo para el edificio donde se origina el fuego, sino también para las edificaciones colindantes. Esta situación es más conflictiva en las tipologías de fachada ligera y en los muros cortina, debido al débil comportamiento termo mecánico de los elementos que los conforman. Algunos incendios han puesto en evidencia esta situación como el del Edificio Windsor de Madrid (2005) o del Mandarín Oriental Hotel de Pekín (2009). El objetivo de controlar la propagación del fuego en este segmento del edificio y minimizar a cotas aceptables su riesgo, ha sido y continúa siendo un reto para los profesionales, especialistas y los industriales del sector de la protección contra el fuego. Las disposiciones contempladas por el Código Técnico de la Edificación español (CTE) en referencia al control de la propagación exterior del fuego se perciben como insuficientes, genéricas y poco flexibles. La adaptación de estas disposiciones en los muros cortina ha dado lugar a detalles constructivos complejos, en ocasiones contradictorios, y en general ha condicionado el resultado final de los diseños de las fachadas. En los últimos años la seguridad contra incendios ha ido evolucionando hacia un campo más especializado e interdisciplinario. El CTE ha entrado en esta dinámica con la introducción del enfoque basado en prestaciones; este plantea que es posible proponer soluciones alternativas a las exigidas en los documentos básicos, siempre que se justifique técnicamente que aportan un nivel de seguridad equivalente o superior. Dicho enfoque permite mayor flexibilidad en el diseño de los edificios, sin poner en riesgo los niveles óptimos de seguridad contra incendios. En algunos países más avanzados en asuntos de seguridad este enfoque se aplica hace varios años, pero en España aún está empezando.
La presente investigación tiene por objeto el estudio de la propagación del fuego a través de las fachadas considerando fundamentalmente dos aspectos: el contexto normativo relacionado con el control de la propagación exterior del fuego y la influencia del diseño arquitectónico de las fachadas en la trayectoria del fuego.
Para abordar el primer aspecto se ha realizado un estudio exploratorio de las normativas de diferentes países con el propósito de determinar en qué punto se sitúa la normativa española. Se han estudiado con mayor detenimiento las normativas de países que son considerados referentes en materia de seguridad contra incendios como son EEUU, Reino Unido y Nueva Zelanda.
Para estudiar el segundo aspecto se ha realizado una fase experimental mediante técnicas de modelado y simulación computacional de incendios, para lo cual se ha empleado el modelo Fire Dynamics Simulator (FDS). Se han elaborado un conjunto de escenarios de incendio que representan los diferentes aspectos de evaluación. Todos estos se han recogido en un catálogo en el que se detallan las variables aplicadas en cada caso, algunas de estas son: las medidas estipuladas por el CTE, distintas configuraciones de ventanas, de elementos salientes y las cuatro tipologías de fachada propuestas en este estudio: fachadas convencionales, ventiladas, muros cortina y fachadas con elementos de control solar.
Dado que el fuego es un fenómeno destructivo, resulta económicamente inviable realizar ensayos para realizar un estudio de estas características, por tanto la simulación computacional de incendios ha sido una herramienta de gran utilidad en esta investigación. En algunos países como EEUU estas técnicas son implementadas para justificar estrategias de protección contra incendios ante los organismos competentes.
El estudio ha permitido extraer diferentes consideraciones y conclusiones sobre la gran influencia que ejerce el factor geométrico de las fachadas en el comportamiento y la trayectoria de fuego, lo cual lleva a reflexionar sobre la importancia del diseño arquitectónico como medida de protección pasiva frente al fuego.
In the event of a fire, a building’s facade is one of the ways in which fire spreads the quickest. This represents a potential risk not only for the building in which the fire has originated, but also for adjacent buildings. This situation is even more difficult in lightweight facades and curtain wall arrangements, due to the weak thermal behaviour of the elements that they are formed with. Some fires, such as that of the Windsor Building in Madrid (2005) and the Mandarin Oriental Hotel in Beijing (2009) have exposed this situation. The goal of containing the spread of the fire in this part of the building and minimizing the risk to acceptable levels has been and still is a challenge for professionals, specialists and industrialists of the fire prevention sector. The regulations laid out in the Spanish Construction Technical Code (Código Técnico de la Edificación or CTE) in relation to controlling external fire spread are deemed insufficient, generic and narrow. Adapting those regulations to curtain walls have prompted complex constructional details, which are contradicting at times, and which they have, in general, influenced the final result of facade designs. In the last few years fire prevention has evolved into a more specialised and interdisciplinary area. The CTE has entered into this dynamic by introducing a provision based approach. The Code suggests that it is possible to propose solutions other than those required in the basic documents; as long as they can technically justify that they offer an equivalent or superior security level. This approach allows for a higher flexibility in the design of buildings, without putting optimal fire prevention levels at risk. This approach has been applied in countries with more advanced safety standards, but in Spain it is only just starting.
This research aims to study the spread of fire through facades, considering two basic aspects: the regulatory context relating to the control of the external spread of the fire, and the influence the architectural design of facades has in the trajectory of fire.
To tackle the first aspect, an exploratory study has been carried out regarding the regulations of different countries to determine at which point the Spanish regulation stands. Regulations of countries which are considered a reference for fire prevention, such as the United States, United Kingdom and New Zealand, have been more thoroughly studied.
In order to study the second aspect, an experimental phase has been carried out with modelling and fire computer-simulation techniques, for which the Fire Dynamics Simulator (FDS) model has been used. A set of different fire scenarios has been elaborated, representing the different evaluation aspects. All of the scenarios have been compiled in a catalogue detailing every variable applied on each case, some of which are: the measurements stipulated by the CTE, the different configurations of windows and outgoing elements and the four facade typologies proposed in this study: conventional facades, ventilated facades, curtain walls and facades with solar control elements.
Because fire is a destructive element, it is not possible to carry out tests to execute this type of study. Therefore, the fire computer simulation has been a very useful tool in this investigation. In some countries such as the United States, these techniques are implemented to justify fire prevention strategies before competent authorities.
The study has allowed for different considerations and conclusions to be drawn about the large influence the facades’ geometric factor has in the behaviour and trajectory of fire, which leads to reflecting about the importance of the architectural design as a passive protective measure against fire.