Les presento un pequeño resumen de mi trabajo en la Universidad de Cantabria, sobre un Análisis, Modelado y Simulación Computacional de Incendios y Evacuación en una instalación educativa que cuenta con dos atrios que comunican verticalmente la edificación. Un atrio es una importante figura arquitectónica con múltiples beneficios para la ocupación, pero que en contrapartida genera un reto importante para la protección contra incendios que en la mayoría de las veces requiere de métodos científicos de ingeniería basada en el desempeño o ingeniería prestacional, para encontrar soluciones que permitan la supervivencia de las personas ante un incendio.
PARAMETROS ARQUITECTONICOS
Dimensiones del Terreno: 115 m x 20 m
Altura de la Edificación: 16 m
Area Construida: 7500m^2
Numero de Ocupantes al momento del Incendio: 1634
PARAMETROS DEMOGRAFICOS
Género de los Ocupantes: 45% mujeres y 55% hombres.
Edades de los Ocupantes: 60% menores de 30 años, 30% entre 30 y 50 años y 10% mayores de 50 años.
CONCLUSIONES Y PRINCIPALES RESULTADOS
- La arquitectura de esta edificación favorece la propagación vertical del fuego, humo, gases tóxicos y demás productos de la combustión, a través de los dos atrios principales que la componen.
El análisis prestacional de este incendio mostró que las primeras manifestaciones de insostenibilidad se dan a los 5 minutos de haberse iniciado la evacuación, encontrándose que la principal manifestación de insostenibilidad está dada por la reducción en la visibilidad de los ambientes destinados al paso de los evacuantes, seguida por la temperatura.
Se encontró irrelevantes, como amenazas para los ocupantes, los niveles de dióxido de carbono y oxígeno. Esto se puede deber a que en general los grandes volúmenes abiertos que tiene esta arquitectura, permiten contar con una geometría de espacios amplios que favorece el enriquecimiento de los ambientes con aire y por ende con oxígeno, y que a su vez la dilución del dióxido de carbono en estos grandes espacios, impide que se presenten concentraciones altas de este gas.
- Bajo estas consideraciones se realizó un análisis de sostenibilidad temporal encontrando que las primeras señales de insostenibilidad, reflejadas en un aumento de la temperatura y una drástica reducción de la visibilidad, se dan cuando aún un 33% de los ocupantes no han evacuado las instalaciones (535 ocupantes por evacuar de un total 1634 ocupantes), quedando demostrado que el incendio bajo las consideraciones e hipotesis planteadas para este escenario, tiene condiciones amenazantes que ponen en grave peligro a los ocupantes de esta edificación.
En los siguientes gráficos se muestra la secuencia del incendio en los 6 primeros minutos desde que se inicia la ignición en la fuente primaria, se observa que a los 3 minutos el atrio “este” comienza a contaminarse mientras que el atrio “oeste” se mantiene limpio, esto se debe a que la contaminación se da principalmente por la ventana de la conserjería, sin embargo a los 5 minutos ambos atrios están completamente contaminados de humo. Asimismo, se puede apreciar como algunas aulas del sector “este” se encuentran contaminadas de humo.
Asimismo, se muestra la secuencia del incendio en los 6 primeros minutos en forma vertical, donde se aprecia la estratificación del humo en la parte superior del atrio “este” y “oeste” con mayor incidencia en el primero.
A continuación, se muestra el comportamiento del humo en el sector “oeste” donde se puede apreciar su acumulación progresiva en la parte más alta del atrio “oeste” con una tendencia descendente producto del enfriamiento del humo. A los 6 minutos los pasadizos de la primera planta del sector oeste han comenzado a contaminarse de humo.
Con este análisis se procedió a proponer soluciones y mejoras de estas condiciones de riesgo. Desde el punto de vista prestacional de evacuación se propuso abrir 2 salidas adicionales en los sectores extremos sur y norte con el fin de facilitar la evacuación de los ocupantes ubicados en los extremos de la edificación, esta mejora logró reducir el tiempo de evacuación de 593 segundos a 398 segundos; reducir los atascos por más de 120 segundos de 169 ocupantes a tan solo 26 ocupantes y reducir el tiempo de atasco mayor de 458.95 segundos a 232.53 segundos.
Se encontró que estas 2 nuevas salidas permitían favorecer la evacuación del 21% del total de ocupantes (354 ocupantes sobre un total de 1634). También favoreció a los ocupantes discapacitados que se encontraban en aulas especiales ubicadas en el primer piso del sector sur, las que ahora contaban con una mejor disposición para evacuar con respecto a la simulación original.
Esto último ya se había observado en las simulaciones originales, donde los ocupantes discapacitados eran los últimos en evacuar la edificación y tuvieron que formar largas filas en las cuales no tuvieron la prioridad en la evacuación, generando que sean los más afectados.
Desde el punto de vista prestacional de incendios se determinó que un método para incrementar los límites de sostenibilidad de la edificación, era el uso de extractores de humo con el fin de incrementar el tiempo de escape seguro disponible, esta determinación se basa en la gran influencia que tiene el humo como principal amenaza de la sostenibilidad de esta edificación.
Para ello se hizo un pre-dimensionamiento de un sistema de extractores operado por sensores de humo en base a métodos de cálculo de la ASHRAE, desarrollados en la norma NFPA 92A (Standard for Smoke-Control Systems Utilizing Barriers and Pressure Differences) y el Handbook of Smoke Control Engineering.
- En base a los precálculos se hizo una primera simulación que arrojó una mejora importante, pero no suficiente, en las condiciones de visibilidad de las rutas de escape, encontrándose que el atrio “este” se mantenía menos contaminado de humos pero aún con limites insostenibles para los ocupantes, y el atrio “oeste” se encontraba descontaminado de humos producto de la acción de los extractores. De esta manera se determinó que el trabajo de los extractores en el atrio “este” no era suficiente como para compensar la acumulación de humos en la parte superior del atrio, esto provocaba que las pasarelas que conducen a los evacuantes hacia salida “este” se encuentran aún contaminadas de humos.
Como consecuencia de esta deficiencia se realizó un ajuste en la configuración de los extractores del atrio “este” incrementando su cantidad y caudal, conforme a las consideraciones de la ASRHAE, para un atrio de tipo escape de humo con una columna de derrame de balcón. De estos nuevos resultados se observó que luego de los 10 primeros minutos desde que se inicia la ignición, la fuente primaria del atrio “oeste” y “este” permanecen más limpias de humos, que en el caso anterior. Sin embargo, con el aumento del caudal de los extractores del atrio “este”, el efecto que aparentemente se ha logrado es que la transferencia del humo se haga principalmente por este atrio, generando que los extractores del atrio “oeste” no tengan la misma funcionalidad en el trabajo de extracción de humos. Este hecho queda evidenciado en el comportamiento de los detectores de humo y la activación de los extractores del atrio “oeste” donde se observa que el tiempo de activación de los extractores se retarda e incluso uno de los extractores no funcionó durante toda la simulación, evidenciando que el humo no contaminó esta zona. Asimismo, se puede observar que los puntos críticos de la anterior simulación presentan una importante mejora en cuanto a visibilidad, observando que la visibilidad mínima nunca baja por debajo de los 5 metros.
Finalmente se puede observar que, aunque la visibilidad ha mejorado notablemente, existen valores cercanos a cero en algunos puntos focalizados de las plantas superiores del atrio “este”, demostrando que el caudal de estos extractores mejora bastante las condiciones de sostenibilidad de las edificaciones, pero aparentemente podría ser necesario realizar un balance entre los caudales de ambos atrios, a fin de lograr una uniformidad en la transferencia de humos entre atrios, logrando de esta manera que el trabajo de todo el sistema de extracción, funcione en conjunto con una funcionalidad integral en la tarea de evacuación de los humos producidos por el incendio.
Como corolario de los resultados obtenidos, quizás sea necesario realizar un ajuste en los caudales de ambos atrios, reduciendo el caudal de los extractores del atrio “este” y aumentando los del atrio “oeste”, con el fin de verificar si esto produce un mejoramiento en el balance del trabajo conjunto del sistema, en la tarea de la evacuación de humos, trabajo que quedará fuera del alcance del presente estudio.
SIN FORMACIÓN NO HAY SALVACIÓN