en edificios de gran altura

Por: Juan Antonio Olivari Woodman

La complejidad para garantizar la seguridad humana dentro de edificios altos, ante un incendio, requiere de un análisis profundo de ingeniería y de la implementación adecuada de las diversas salvaguardas y sistemas que existen, generando una idoneidad que blinda a los ocupantes.

La construcción de edificios altos, sean comerciales, residencial o mixtos, está en constante incremento. De acuerdo con la National Fire Protection Association (NFPA por sus siglas en inglés, de ahora en adelante) una estructura es clasificada como edificio alto si es más alta que 23 metros o 75 pies. El criterio de la distancia vertical de 23 metros equivalente a 7 u 8 pisos comienza en el nivel de piso más bajo del edificio, que brinda acceso al camión del Departamento de Bomberos y termina en el piso del nivel más alto ocupado del edificio, tal como se ilustra en la Figura 1.

Las ocupaciones de edificios altos han obtenido una cantidad significativa de atención en la comunidad de especialistas en seguridad humana y fuego, alrededor del mundo, dado que presentan varios retos únicos no encontrados en edificios más bajos. El análisis de riesgo y enfoque de diseño está basado en la Norma NFPA 101 Seguridad Humana, asumiendo la presencia de múltiples pisos con posibles múltiples ocupaciones o usos. Ahora bien, múltiples pisos crean un efecto acumulativo generando un mayor número de personas en las escaleras de evacuación con distancias verticales más largas, esto, requiere de estrategias especiales para la evacuación. La accesibilidad del departamento de bomberos es limitada por la altura del edificio y áreas libres al nivel de entrada al mismo, cuyo primer piso normalmente ocupa mayor área, que limitan la posición y ángulo de escaleras y telescopios de los camiones de bomberos, lo que hace necesario una estrategia redundante respecto a las múltiples salvaguardas de seguridad humana y protección contra incendio aplicables. Los incendios del Hotel MGM en Las Vegas y el atentado a las Torres Gemelas, por ejemplo, demostraron la necesidad de mejorar el control de humo, los medios de comunicación de dos vías durante la emergencia y el control, e inclusión de supresión y extinción temprana y automatizada con rociadores de agua y otros sistemas afines.

Características de la ocupación. Una ocupación de edificio alto posee varios retos: potencial de una amplia distribución de humo a varios pisos debido a efectos significativos de corrientes de aire dentro y fuera del edificio, dificultad de evacuación, dificultad del departamento de bomberos en llegar al fuego, sistemas de protección contra incendio robustos y redundantes para asegurar caudales y presiones de agua en los pisos más altos. El código NFPA 101 Seguridad Humana y el Código Internacional de Edificios (IBC) son los más utilizados por los ingenieros de protección contra incendio y seguridad humana (Fire & Life Safety), para establecer los requerimientos mínimos dentro de las ocupaciones de edificios altos. Las posibles múltiples ocupaciones en un edificio alto son nombradas a continuación, pero no necesariamente limitadas a las siguientes:

1. Reuniones públicas.

2. Educacionales.

3. Cuidado de salud.

4 . Cuidados de salud ambulatoria.

5. Detecciones y correccionales.

6. Residencial.

7. Hoteles y dormitorios.

8. Negocios.

9. Mercantil.

10. Estacionamiento vehicular.

11. Áreas de alto riesgo (estacionamientos, calderos, lavanderías, calefacción, depósitos apilados

La seguridad de vida humana depende de múltiples conceptos de protección o salvaguardas. En combinación a las aplicables provisiones de las potenciales ocupaciones específicas o múltiples del edificio mencionadas anteriormente, en sus respectivos capítulos del código NFPA 101, respectivos capítulos del código NFPA 101, todas las nuevas ocupaciones requieren que los edificios altos cumplan con el siguiente paquete de requerimientos:

1. Construcción subdividida compartimentada.

2. Estrategias especiales en medios de egreso.

3. Supresión y extinción de incendio temprana, rápida y exitosa.

4 . Manejo y control de humo

5. Detección, alarma, y comunicaciones.

6. Generador de energía de emergencia y respaldo.

7. Iluminación de emergencia y generadores de respaldo.

8. Centro de comando de emergencia.

9. Planes de emergencia.

10. Monitoreo de video en escaleras de egreso.

Construcción y compartimentación. La construcción subdividida y los acabados interiores son un factor importante en edificios altos para limitar la propagación del incendio y proteger las vías de evacuación que requieren largos tiempos de ejecución, tales como las escaleras de salida, corredores y pasillos de evacuación. Una estrategia exitosa de protección contra incendio es mantener el fuego lo más pequeño posible, evitando que en cuartos pequeños o espacio confinados puedan crear atmosferas letales que intimiden a los ocupantes en el origen del fuego, así como limitar la propagación de calor y fuego a las áreas donde aún no intimidan a los ocupantes. La integridad estructural de un edificio está directamente relacionada con su resistencia al fuego; por lo tanto, la evaluación en los materiales de construcción y materiales de los acabados, en edificios altos, deben incluir la resistencia al fuego, índices de propagación de llama y los índices de su capacidad para generar humos, o la combinación de ambos. Los edificios son clasificados de acuerdo con su construcción, sea no combustible o combustible; las construcciones Tipo I (443), (332) y II (222), (111) son construcciones no combustibles, donde el primer dígito entre paréntesis representa la resistencia al fuego de las paredes exteriores, el segundo dígito representa las horas de resistencia al fuego del marco estructural o columnas y vigas que soportan más de un piso y el tercer dígito representa la resistencia al fuego del piso entre pisos.

Normalmente, para edificios de 1, 2, 3, 4 y menos de 5 pisos (edificios bajos), la cantidad de pisos o cantidad de ocupantes es limitada entre 1 a 4 pisos y 300 a 1,000 personas; para construcciones combustible Tipo III, IV y V (111), (000), dependiendo de la cantidad de pisos con o sin rociadores. Para edificios de 1, 2, 3, 4 y más de 5 pisos (edificios medianos) protegidos con rociadores automáticos de agua en todos los pisos, la cantidad de personas que lo ocupan no es limitada para construcciones no combustibles con los miembros principales de edificios, paredes perimetrales y entre piso, con mínimo 2 horas de resistencia al fuego, construcciones Tipo I (442), (332) o II (222) según NFPA 220. Los edificios altos presentan múltiples retos, que requieren: medios de evacuación seguros, compartimentados con resistencia al fuego de acuerdo con el Estudio de Seguridad de Vida (refugios de seguridad); libres de humo y calor, durante todo el tiempo que requiera la salida al exterior del edificio de todos los ocupantes, así como para el personal de respuesta a la emergencia con construcciones no combustibles Tipo I (442), (332) o mayor resistencia al fuego. En cuanto a los múltiples riesgos ocupacionales y de contenidos múltiples que pueden existir en un edificio, existen dos maneras de manejarlos, mantenerlos mixtos y protegerlos como el máximo riesgo con áreas de ingreso y salida comunes (mayor costo), o segundo, separarlos con barreras corta fuego y barreras de humo y protegerlos según el riesgo de cada uno.

La subdivisión de los espacios del edificio permite separar los riesgos peligrosos, de las áreas de menor riesgo o áreas de dormir, separar las áreas normalmente ocupadas de las escaleras de evacuación. Cabe señalar que el humo, calor y productos tóxicos de la combustión tienden a propagarse verticalmente dentro del edificio. Las aperturas verticales deben de ser limitadas al mínimo posible, no más de un piso o mezanine. Por último, hay que mencionar que los servicios del edificio, tales como, pero no limitados a sistemas de aire, ventilación y aire acondicionado, electricidad, agua, datos, control de humo, escaleras, elevadores, pueden presentar penetraciones en las barreras corta fuego verticales y horizontales, que deben ser selladas a fin de mantener la resistencia al fuego y humo de dichas compartimentaciones o barreras.

Medios de salida. Los medios de salida de un edificio son definidos como una o varias vías de recorrido continuas y no obstruidas, desde un punto del edificio o estructura hasta una vía pública, consistiendo en tres partes separadas y distintivas: A) acceso a la salida, B) salida, y C) descarga de la salida. La variedad de diseño arquitectónico y estructural de los edificios altos obliga, muchas veces, al diseñador a plantear una estrategia de evacuación única; sin embargo, existen factores comunes que determinan un tiempo de evacuación: tales como las cargas de ocupantes por piso, el ancho mínimo y número mínimo de medios de egreso. En edificios altos, el tiempo de evacuación puede ser extenso, medido en horas, en comparación con edificios bajos que pueden medirse en minutos. El diseñador debe evaluar la posibilidad de sistemas de evacuación vertical u horizontal, áreas de refugio en el edificio muchas veces son la mejor opción. Bajo este concepto, cada piso o cada ciertos pisos deben contar con un área de refugio que también puede subdividirse en dos zonas compartimentadas. La matriz de entrada y salida y los lazos direccionables del Sistema de Alarma y Control de Emergencia, mencionados, debe coincidir y activar la correcta secuencia de operación de las zonas de origen del fuego y las zonas o medios de defensa en sitio, aunados al sistema de control de humo. Se debe mantener distancias de recorrido máximas a la barrera corta fuego y humo o puerta salida horizontal. No se recomiendan corredores de evacuación sin salida (“dead end’) en edificios altos, por lo menos en las áreas de dormir. Proveer letreros visibles iluminados indicando la puerta de salida y en todo el largo del recorrido las rutas de salida en las tres partes distintivas y separadas mencionadas. Complementar con generadores de energía de respaldo. No menos de dos salidas deben de ser provistas, pensando que 500 a 1,000 personas requieren de 3 salidas y más de 1,000 personas de 4 salidas. El ancho de las escaleras están en función a un mínimo de 1120 milímetros que pueden incrementar dependiendo de la ocupación o uso. En la Figura # 2 mostramos un ejemplo de datos de los factores por persona (ver datos completos en Tablas de NFPA). Otro detalle adicional que la ingeniería y diseño de seguridad humana deben tener en cuanta, es que los edificios altos cuentan con una seria de medidas de seguridad en control de acceso y salidas del edificio zonificadas, con vestíbulos en las entradas principales, vestíbulos de elevadores o acceso. Las vías de evacuación controladas electrónicamente, deben cumplir con una serie de requerimientos mínimos especiales para la liberación de dichas puertas de salidas de emergencia. El estudio de seguridad final debe incluir el tiempo necesario para evacuar versus el tiempo disponible para evacuar, con un ambiente sustentable a la vida humana, tomando en cuenta el tiempo de detección del incendio, tiempo de reconocimiento, tiempo de respuesta y tiempos de recorrido de evacuación tal como se muestra en la Figura 3.

Requerimientos de extinción. Todas las áreas de los edificios altos deben contar con:

1. La instalación de un sistema aprobado y supervisado de rociadores automáticos de agua contra incendio, de acuerdo con la norma NFPA 13. Debe proveerse una válvula de control y un detector de flujo de agua por cada piso.

2. Donde la ocupación permite la omisión de rociadores de agua, tales como, cuartos de baño pequeños o roperos residenciales, el edificio aún debe de ser protegido completamente.

3. Los edificios altos deben estar protegidos con sistemas de tuberías verticales clase I en todo el edificio según la norma NFPA 14 Norma instalación de tuberías verticales y salidas de bomberos.

4. Sistema de bomba contra incendio principal y reserva por cada zona de presión del edificio.

5. Reserva de agua contra incendio principal y de respaldo.

Manejo y control de humo. La historia ha mostrado la necesidad del control de la propagación de humo a fin de mantener un ambiente sustentable a la vida humana durante la evacuación de un edificio alto. Un ambiente donde el humo y calor es limitado, de lo contrario, restringido a mantener un nivel de impacto a los ocupantes que no sea una amenaza a la vida. La norma NFPA 92 menciona cinco propósitos declarados para realizar uno o más de lo siguiente:

1. Inhibir que el humo entre en la escalera de evacuación, medio de evacuación, área de refugio del humo o áreas similares.

2. Mantener un ambiente sostenible en las áreas de refugio y en los medios de salida durante el tiempo requerido para la evacuación.

3. Inhibir la migración de humo desde la zona de humo.

4. Proveer las condiciones fuera de la zona de humo a fin de permitir que el personal de apoyo de emergencia conduzca las operaciones de búsqueda y rescate y localizar y extinguir el origen del fuego.