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Ingeniería de Protección Contra Incendios Más Allá de las Pruebas Estándar y la Regulación

24/08/2007

José Luis Torero 1

José L. ToreroJosé L. Torero

Ingeniería de Protección Contra Incendios Más

Allá de las Pruebas Estándar y la Regulación

BRE Centre for Fire Safety EngineeringSchool of Engineering and ElectronicsThe University of EdinburghEdinburgh, EH9 3JLU.K.

Que es la Ingeniería de Seguridad contra Incendios?

§ Una manera activa de incrementar la seguridad contra incendios

§ Sirve como complemento a:§ La respuesta de los bomberos§ Diseño arquitectónico adecuado§ Diseño estructural adecuado§ Etc, etc, etc

§ Debe ser una parte integral del diseño de un inmueble


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José Luis Torero 2

Las Metodologías Actuales

§ Regulación - Normas§ Generalmente impuesta por autoridades locales§ En general de evolución muy lenta pero constante§ Autoridades locales y cuerpo de bomberos tienden a

ser quienes imponen el cumplimiento§ Diseño requiere conocimiento detallado de las reglas

§ Desempeño§ La tendencia actual§ Las normas tienden a ser: muy rígidas, muy caras y

algunas veces inclusive inadecuadas§ Diseño requiere un conocimiento detallado del

problema de la seguridad contra incendios.

Porque el Diseño por Desempeño?

§ Un incendio es un evento considerado estadísticamente como “muy infrecuente”§ La inversión en protección contra incendios

debe ser justificada a base de las perdidas potenciales

Riesgo=Probabilidad x Perdidas Potenciales

§ El diseño por desempeño cuantifica las Perdidas Potenciales§ Permite un análisis de costo y beneficio!


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Introducción

§ Esta presentación se basa en las recomendaciones de la Sociedad de Ingenieros de Protección Contra Incendios: Society of Fire Protection Engineers (SFPE)

§ Guía para Ingenieros de la SFPE para el Análisis y Diseño de Edificaciones: Protección Contra Incendios por Criterio de Desempeño

Diagrama de Flujo del Proceso

Definición del Proyecto

Identificación de Objetivos

Definición de Objetivos


Definición de Criterios de Desempeño

Desarrollo de Incendios Típicos para Diseño

Desarrollo de Diseños Preliminares

Evaluación de Diseños Preliminares

Informe del Diseño

Selección del Diseño que Cumple con los Criterios

de Desempeño

No

Si

Modificación del Diseño o los

Objetivos

Selección del Diseño Final

Informe del Diseño en Base a

Criterios de Desempeño

Preparar la Documentación Sobre el Diseño Especificaciones, Dibujos,

Manual de Operación y Mantenimiento


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Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos















Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos








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Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos















Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Desarrollo de Incendios Típicos para

Diseño


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Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos















Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Informe del Diseño


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Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos















Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos







de Desempeño


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Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Modificación del Diseño o los Objetivos









Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos








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Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Informe del Diseño en Base a Criterios de

Desempeño









Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Preparar la Documentación Sobre el

Diseño


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Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Especificaciones, Dibujos, Manual de Operación y

Mantenimiento










Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos







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§ Limites del Diseño§ El rol de las diferentes “partes”§ Definición del cronograma de trabajo§ Definición de las características del

proyecto

Características del Proyecto

§ Ocupación del Inmueble§ Características del

Edificio§ Las diferentes “Partes”§ Servicio de Bomberos§ Suministros

(agua,electricidad, gas)§ Consideraciones

Ambientales

§ Elementos Históricos/Culturales y Sociales a considerar

§ Administración de operaciones

§ Proceso de entrega de las diferentes etapas del proyecto

§ Reglamentación Vigente

Las Reglas de Juego!


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Podemos aplicar las mismas reglas?









Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos








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Objetivos de Seguridad: Incendios

§ Son 4 los objetivos fundamentales:§ Protección de los ocupantes§ Protección de la propiedad§ Continuidad de las operaciones§ Minimizar el impacto ambiental

§ Objetivos Anexos§ Preservación de patrimonio histórico§ Minimizar impacto ambiental de los medios de

protección contra el incendio

Prioridades Diferentes


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Origen de los Objetivos

§ Reglamentación Vigente (Códigos)§ Uso§ Las “Partes”§ Propietario del Inmueble§ La Administración del Inmueble§ Equipo de Diseño§ Autoridades§ Ocupantes§ Encargados de Operaciones y Mantenimiento§ Servicio de Bomberos

Ejemplos de Objetivos

§ Minimizar perdidas de vida y damnificados

§ Minimizar daños a los “muebles y objetos” (importancia histórica)

§ Minimizar paralización de operaciones

§ Limitar impacto ambiental

§ Definir entrenamiento necesario para el personal de seguridad

§ Reducir gastos sin afectar de manera negativa la seguridad

§ Definir limites de operación del inmueble


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Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos







Los Objetivos Específicos

§ Aquí se definen en detalle los objetivos específicos§ Pueden ser los objetivos sugeridos por

las normas en vigencia o pueden ser definido por el responsable del proyecto§ Deben ser “cuantitativos”§ Se dividen en:§ Objetivos de las diferentes “partes”§ Objetivos de diseño


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Objetivos de las Diferentes “Partes”

§ Son “específicos” al proyecto§ Por lo general se definen en base a:§ Perdidas aceptables§ Perdidas materiales§ Tiempo de paralización de operaciones§ Perdidas de equipo critico para la operación

§ Riesgos aceptables§ Probabilidad de muerte§ Probabilidad de heridas

§ Equivalencia§ A una norma o código§ A un requerimiento de parte de la aseguradoras

Ejemplo de Objetivos de las “Partes”

§ Evitar toda perdida de vida fuera del compartimiento de origen del incendio§ Minimizar danos fuera del

compartimiento de origen del incendio§ Paralización del proceso productivo

menor a 8 horas§ Eliminar contaminación del agua

originada en los sistemas de extinción


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Objetivos de Diseño

§ Son el resultado de la “cuantificación” de los objetivos de las partes§ Sirven como los “criterios” para evaluar

diseños potenciales§ Pueden ser “cantidades determinadas” o

“probabilidades”§ Los objetivos de diseño están dirigidos a

cuantificar el daño generado a los “objetos”:§ A los ocupantes§ Al edificio§ A los contenidos§ A un compartimiento especifico§ A un proceso

Ejemplos de Objetivos de Diseño

§ Prevenir el “Flashover” en el compartimiento de origen del incendio§ Evitar la propagación de llamas fuera del

compartimiento de origen del incendio§ Limitar el contacto del “objeto” al humo

a tiempos menores que los que generan daños§ Generar vías de escape adecuadas para

el agua de extinción


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Prioridades Diferentes

Los Tiempos Característicos

Primer Rociador

Detección Rociadores SubsecuentesBomberos

tiempo

Condiciones Insostenibles

1er Cuarto


1er Piso El Incendio

100%


Edificiote

tf

tS

Incendio, % Evacuado, % de la Resistencia Inicial de la Estructura, etc.


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El Objetivo

te<<<<tf

te<<<<tS

ts? ∞









Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos








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§ Establecidos los objetivos de manera cuantitativa es necesario establecer variables que representan esos objetivos§ Establecidas las variables se les da valores

críticos, rangos o probabilidades§ Estos son los criterios de desempeño§ Se utilizan para evaluar los diseños preliminares§ Sirven para determinar los diseños aceptables§ Finalmente permiten establecer cual es el diseño final

Criterios de Desempeño (II)

§ Herramientas deben ser capaces de predecir la evolución de estas variables§ Herramientas deben poder estimar la

incertidumbre de las predicciones


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Herramientas

§ Códigos o Normas§ Expresiones analíticas§ Correlaciones empíricas§ Herramientas de calculo por computador§ Ensayos estandarizadas y no-

estandarizadas

Ejemplos de Variables de Desempeño

§ Temperaturas § Materiales§ Gases

§ Concentración de humo§ Productos tóxicos§ Irritantes§ Reducción de visibilidad (Obscuración)

§ Flujo de calor§ Tiempo de evacuación§ Nivel de descenso del humo


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Ejemplos de Valores Críticos

§ COHb debe ser menor de 12%§ tf,COHb, te,COHb=tiempo para obtener la concentración que

lleva a YCOHb=12%§ Visibilidad >7 metros§ tf,vis=tiempo para obtener la concentración que lleva a

L=7 m§ Temperatura del humo <200 °C§ tf,H= tiempo para obtener TH=200oC

§ Deflexiones menores a 5%L§ tS,D= tiempo para llegar a deflexiones =5%L

§ Capacidad de evacuación de agua igual a 1.2 veces la descarga de diseño









Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Desarrollo de Incendios Típicos para

Diseño


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MetodologíaEstablecer Los Posibles Incendios Típicos

•Edificación•Ocupación•Evolución del Incendio

Determinar Los Incendios Típicos para el Inmueble•Edificación•Ocupación•Evolución del Incendio

Establecer “Candidatos”•Desarrollar los Incendios “Candidatos”

Selección

§ Incendios muy poco probables podrán ser descartados§ Incendios que lleven a condiciones

aceptables según los criterios de desempeño deben ser descartados§ Se deberían analizar todos los casos

restantes pero por lo general se eligen los que lleven a peores consecuencias


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Evolución del Incendio

§ Deben analizarse:§ Fuentes posibles de encendido§ Propagación y crecimiento del fuego§ Características del incendio desarrollado§ Duración§ Características de la extinción

§ Finalmente se establecen los posibles “Incendios”§ Información estadística§ Parámetros físicos que controlan la evolución de un

incendio

Curvas de Evolución del Incendio

§ Por lo general establecidas en base al calor generado

TIME

RE

LEA

SE

RA

TE

1 2 3 4

to tbo

Qtg

iQ&

oQ&

maxQ&


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En Forma Analítica

§ Polinomio

§ Exponencial

n

go t

tQQ

= &&

=

go t

texpQQ &&

En Forma Experimental

§ Datos de “Fire on the Web” (www.bfrl.nist.gov)


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En Base a Modelos Numéricos









Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos








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Metodología

§ Considerar primero cuales son los Incendios que se van a utilizar para evaluar el inmueble§ Elegir las medidas de protección que han de satisfacer

los objetivos de desempeño establecidos§ Estructurar los medios de protección en un diseño

§ Considerar diseños correspondientes a las normas o códigos§ Elegir las medidas de protección estipuladas por las

normas

Estrategias

§ Control del encendido y desarrollo del incendio por medio de restricciones a los materiales combustibles

§ Control de la propagación del fuego y humo median distribución de materiales combustibles y barreras

§ Detección§ Extinción§ Escape - Control de comportamiento (señalización y

alarma) y diseño de vías de escape§ Protección pasiva – aislamiento térmico, barreras,

puertas contra fuego, etc.


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Los Tiempos Característicos

Primer Rociador

Detección Rociadores SubsecuentesBomberos

tiempo


1er Cuarto


1er Piso El Incendio

100%


Edificiote

tf

tS

Incendio, % Evacuado, % de la Resistencia Inicial de la Estructura, etc.

Informe del Diseño








Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Informe del Diseño


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Características

§ Interacción entre el personal de diseño y las otras “partes” debe hacerse de manera regular§ Permite identificación de nuevos riesgos§ Permite aceptación preliminar de métodos y

avances§ Previene modificaciones innecesarias§ Un informe de diseño es necesario antes de la

evaluación de diseños preliminares para asegurar el acuerdo de las partes a los casos a analizar.









Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos








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Desarrollo de los Incendios

§ Establecer de manera cuantitativa la evolución del inmueble para cada uno de los incendios “Candidatos”§ Establecer de manera cuantitativa el

impacto del incendio en los “objetos”§ Compartimiento de origen§ Resto del inmueble: humo§ Incendio desarrollado: estructuras

Proceso de Evaluación

§ Evaluar el desempeño de cada diseño en base a los incendios “Candidatos”§ Cuales son los diseños que cumplen con los

criterios de desempeño?§ Evaluación cuantitativa del desempeño relativo§ Evaluación cuantitativa de la incertidumbre§ Desempeño relativo vs. probabilidad de cada

“candidato”§ Cuales son los danos estimados para cada

diseño?§ Cual es el costo de cada diseño?


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Evaluación del Incendio (tf)

Evaluación de la Evacuación (te)

§ Modelos del desempeño de estas vías

Nivel de la Calle16.4%

Area de Espera37.9%

Café y Restaurante8.1%

Plataforma del Tren37.6%


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Análisis Local de Deformación

Análisis Local de “Falla”

§ Pandeo generado por expansión térmica

§ Contracción durante el enfriamiento genera ruptura de conexiones

Heating Cooling

Expansion Contraction

Failure

Local Buckling

(a) (b)(c)


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Análisis Global de una Zona

Análisis Global del Edificio

Pisos 5, 6 y 7

Elementos Estructurales Críticos


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Selección del Diseño








Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos







de Desempeño

Decisiones

§ La toma de decisiones es la parte mas compleja de este análisis§ Las variables son múltiples§ La incertidumbre es grande (Ej..

Comportamiento humano)§ La evaluación del costo de los diferentes

daños es difícil (Ej.. cuanto cuesta una vida?)§ Etc., etc., etc.


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Modificaciones








Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Modificación del Diseño o los Objetivos

Alternativas

§ Si ningún diseño satisface los criterios de desempeño:§ Se establecen modificaciones a los diseños§ Se establecen modificaciones a los criterios

§ Estas modificaciones deben hacerse en concertación con todas las partes


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El Diseño Final








Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos







Documentación (I)








Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Informe del Diseño en Base a Criterios de

Desempeño


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Documentación (II)








Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Preparar la Documentación Sobre el

Diseño

Documentación (III)








Informe del Diseño


de Desempeño

No

Si


Objetivos






Especificaciones, Dibujos, Manual de Operación y

Mantenimiento


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Importancia de la Documentación

§ Necesaria para que todas las partes entiendan:§ El proceso de diseño§ La justificación de las decisiones§ La implementación§ El mantenimiento

§ Una pobre documentación puede dar como resultado:§ Rechazo del diseño por las autoridades§ Problemas con modificaciones futuras§ Problemas de índole legal!

Conclusiones

§ El Diseño por desempeño es una alternativa al diseño por normas§ Tiene el beneficio de estimar las perdidas

potenciales de una manera cuantitativa§ Requiere un nivel de capacitación muy alto§ Por lo general el proceso de diseño es caro§ Pero el potencial de ahorro en la

implementación es enorme!


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Conocimientos Necesarios§ La Estructura§ Las Estructuras deben ser diseñadas bajo la hipótesis que un

incendio se puede dar§ El “potencial destructivo” tiene que determinarse§ El costo de la protección tiene que establecerse

§ Comportamiento Humano§ Escape tiene que modelarse - predicciones§ El comportamiento en estado de “pánico” tiene que entenderse§ Las implicaciones de un comportamiento inadecuado deben

entenderse (Ej. Incendios voluntarios, “El síndrome del héroe,” discapacitados, edad)

§ El Fuego§ Dinámica del Fuego: Crecimiento, transporte de humo, supresión,

danos

§ Implicancias Legales – Las Consecuencias

Quienes Hacen el Trabajo?§ Regulación - Normas§ Ingenieros de Seguridad Contra Incendios§ Encargados de seguridad, bomberos, “otros ingenieros”§ Quien tenga la experiencia necesaria!

§ Desempeño§ Requiere entendimiento de los “fundamentos”§ Generalmente ejecutado por Ingenieros de Seguridad

Contra Incendios§ Actualmente: § Consultoras (Ove Arup (UK), Burgoygne and Partners (UK),

Rolf Jansen and Assoc. (USA), Hughes Assoc. (USA), Fire Protection Consultants (Bélgica), etc.)§ Aseguradoras: Factory Mutual Global (US), Lloyd’s (UK), etc.

§ Una industria en crecimiento vertiginoso!


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Como se Pueden Obtener Estos Conocimientos?

§ Es imperativo saber nuestras limitaciones!§ Educación puede obtenerse a diferentes

niveles:§ Conocimiento del Problema: Seminarios,

educación a distancia§ Ejecución y Supervisión: Diplomas de 2 a 3 años

en “Ciencia del Fuego” § Diseño y Manejo de Proyectos: Ingeniero de

Seguridad/Protección contra Incendios (Licenciado, Maestría, Doctorado)- 5 a 10 años

Donde se Puede Obtener esta Educación?

§ Conocimiento del Problema:§ Muchos cursos disponibles (+/- 1 semana)

§ Ejecución y Supervisión§ Entrenamiento del Cuerpo de Bomberos, muchos cursos a nivel

básico.§ Oklahoma State University (USA), Danish Technical University

(Dinamarca), Stord/Haugesund (Noruega), U. of Greenwich and Central Lancaster (UK), Gent (Belgica), etc.

§ Diseño y Manejo de Proyectos§ Lund University (Suecia) – M.S., PhD§ The University of Edinburgh (UK) – (B.Sc., M.S., PhD)§ The University of Maryland (USA) – (B.Sc., M.S., PhD)§ Worchester Polytechnic Institute - (USA) – (M.S., PhD)


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Información

§ Jose L. [email protected]

§ SFPEwww.sfpe.org

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