Desmontando los mitos sobre la construcción con madera VI. Las construcciones en madera arden muy fácilmente (2ª parte).

En esta segunda parte comentaremos aspectos más técnicos sobre las construcciones en madera y el fuego, como los factores que influyen en la combustión de la madera, la velocidad de carbonización, la comprobación frente al fuego en el CTE o los posibles tratamientos contra el fuego en la madera.

Factores que influyen en la combustión de la madera:

 

  • Especie: Las maderas más ligeras tienen un mayor volumen de poros, por ello desprenden los gases con mayor rapidez y el comienzo de la combustión y la velocidad de propagación se producen más rápidamente que en las especies más densas.

 

  • Densidad: El tiempo de ignición es proporcional a la densidad de la madera. Las maderas más ligeras son las más porosas y por tanto, arden más deprisa que las pesadas porque tienen más aire disponible.

 

  • Escuadría, superficie y forma: En las piezas gruesas se retrasa el punto de inflamación porque la superficie a calentar es mayor para una misma fuente calorífica. Las superficies rugosas y angulosas favorecen la inflamación, debido a que el fuego encuentra puntos de entrada singulares que arden con más facilidad. En las superficies lisas las llamas lamen las caras y tardan más en penetrar hacia el interior.

 

  • Contenido en humedad: Cuanta más humedad tenga la madera más tiempo requerirá llegar a la combustión ya que primero se ha de evaporar el agua contenida en la madera.

 

  • Tamaño de la fuente calorífica: La fuente calorífica debe aportar suficiente energía para calentar toda la pieza, no bastando una fuente puntual muy intensa.

 

  • Coeficiente de conductividad calorífica de la madera: Su valor es muy bajo, especialmente en la dirección perpendicular a la fibra. El carbón protege a la pieza de madera de la acción del fuego porque su coeficiente de conductividad calorífico es un ¼ del de la madera. El carbón vegetal (que es el que se crea en la combustión de la madera) arde además a temperaturas superiores a 500ºC que son más difíciles de alcanzar, aunque una vez que se alcanzan sigue ardiendo.

 

  • Calor específico: El calor específico de la madera es bajo, de 0,4 a 0,7 Kcal/kgºC, lo que significa que no se necesita mucho calor para llegar a los 150°C, temperatura a la que empiezan a desprenderse gases combustibles y por tanto a aparecer las llamas.

 

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Resultado de ensayo a fuego, con idéntica sección de partida y idéntica duración del incendio. Se ensayan 1 muestra de conífera y 1 muestra de frondosa

 

La resistencia al fuego de un elemento constructivo se mide como el tiempo durante el que es capaz de seguir cumpliendo su función (resistencia, estanqueidad, aislamiento) en una situación de incendio.

 

Para la madera en grandes escuadrías es fácil alcanzar tiempos elevados de resistencia y estabilidad al fuego. Existe una relación lineal entre la profundidad carbonizada y el tiempo transcurrido. Esta relación constante que se denomina velocidad de carbonización permite determinar cuál es la sección residual después de un tiempo determinado.

 

La madera se autoprotege ya que la carbonización avanza en dirección perpendicular a las fibras y disminuye a medida que aumenta la capa carbonizada. El aislamiento de esta capa carbonizada es seis veces mayor que el de la madera sin carbonizar. La resistencia mecánica de la zona carbonizada disminuye, pero el resto de la pieza sigue intacta.

 

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Pieza de madera carbonizada, y su interior, intacto

 

La marcha de la combustión, a medida que aumenta la temperatura, se puede esquematizar en los siguientes pasos:

 

  • Temperaturas inferiores a100ºC: Se produce un secado de la madera con desprendimiento de vapor de agua. Dado que éste se realiza como máximo a 100ºC, hasta que no se produce la deshidratación total, la madera permanece a esa temperatura, aunque la que se aplique sea superior.

 

  • Temperaturas de 100ºC a 270ºC: Comienza la destilación de la madera con desprendimiento de gases. A partir de 150ºC aparecen las primeras fracciones combustibles.

 

  • Temperaturas de 270ºC a 350ºC: La emisión de gases se intensifica, creciendo la proporción de monóxido de carbono, combustible, apareciendo hidrocarburos en la composición de dichos gases. Estos comienzan a arder y la reacción se realiza exotérmicamente. Esta fase y la siguiente son conocidas por “combustión viva” porque al desprenderse aceleradamente los gases se producen también grandes llamas. En esta fase se inicia la formación de carbón vegetal.

 

  • Temperaturas de 350ºC a 500ºC: Continúa la combustión viva, con gran desprendimiento de gases, que arden con llama. A la vez, se inicia la combustión del carbón vegetal, que se va formando.

 

  • Temperaturas de 500ºC a 800ºC: Se va amortiguando la combustión al irse agotando los gases. Continúa la combustión del carbón, aunque lentamente.

 

  • Temperaturas de 800ºC a1200ºC: Se produce la combustión total del carbón, originado en las fases anteriores.

 

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Medidor de carbonizado

 

  1. Comprobación frente al fuego en el CTE

 

Según el CTE-SI, en su apartado SI-6 (Resistencia al fuego de la estructura), define que la estructura portante mantendrá su resistencia al fuego durante el tiempo necesario para que puedan cumplirse las exigencias básicas de SI-1 a SI-5, propagación interior, propagación exterior, evacuación de ocupantes, Instalaciones de protección contra incendios e Intervención de bomberos.

 

Definiciones a tener en cuenta:

 

  • El criterio R de capacidad portante manifiesta la capacidad de un elemento o estructura de mantener la estabilidad a las cargas durante la acción del fuego indicado.
  • El criterio E de integridad manifiesta la capacidad del elemento de prevenir el paso de llamas y de los gases calientes.
  • El criterio I de aislamiento térmico manifiesta la capacidad de impedir el paso de calor a partir de ensayos de resistencia al fuego.
  • No debe confundirse el concepto R con el de RF (resistencia al fuego), pues este último supone estabilidad estructural y restricciones al paso de incendio, mientras el primero representa sólo estabilidad estructural. Para asegurarlos criterios RF (REI) haría falta justificar también los criterios de integridad E y de aislamiento térmico I.

 

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Criterios de medición 

 

La resistencia al fuego puede establecerse mediante 3 alternativas:

 

  1. Aplicar el tiempo considerando la acción térmica normalizada, en función del uso y altura evacuación. Tabla 3.1 y 3.2.
  2. Calcular el “tiempo equivalente de exposición al fuego” Anejo SI B. (No aplicable a madera)
  3. Otros modelos de incendio:
  • Curvas paramétricas
  • Fuego localizado
  • Modelos informáticos de dinámica de fluidos.

 

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Resistencia al fuego suficiente de los elementos estructurales

 

4. Posibles tratamientos contra el fuego en la madera

 

Resistencia al fuego y formas de mejorarla

 

Un error frecuente es creer que si se mejora la Reacción al Fuego se mejora la Resistencia al Fuego.

 

La reacción al fuego solamente hace referencia a la combustibilidad del material y se evalúa con un ensayo específico, mientras que la resistencia al fuego se evalúa con otros ensayos que miden el tiempo que el elemento desempeña su función. En el caso de los elementos estructurales de madera el parámetro principal es la velocidad de carbonización.

 

La forma de mejorar la resistencia al fuego de los elementos estructurales de madera es:

 

  • Añadir una sección de sacrificio de madera.
  • Añadir una sección de sacrificio de un material no combustible o protección pasiva, por ejemplo tableros de yeso.
  • Añadir una sección de sacrificio intumescente que estará operativa, como las anteriores, durante un cierto tiempo. En estructuras de madera están poco desarrolladas y no son demasiado fiables.

 

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Superficie del elemento y sus límites

 

Reacción al fuego y formas de mejorarla

 

La forma de mejorarla se basa en la incorporación de productos retardantes del fuego mediante los siguientes tratamientos:

 

  • Tratamiento en profundidad: En el caso de la madera maciza, el producto se introduce de forma artificial mediante presión utilizando un autoclave.

 

  • Tratamiento superficial: Actúan de dos formas diferentes: hinchándose por la acción del calor, formando una capa aislante y/o impidiendo que el oxígeno alcance la madera.

Los productos más utilizados son las pinturas y los barnices. Sus principales desventajas radican en su menor duración y en el caso de las pinturas, no dejan ver el aspecto de la madera.

 

  • Tratamientos indirectos: La madera se protege con un elemento que tiene unas mejores prestaciones frente al fuego, por lo que quedaría oculta.

 

Productos retardantes del fuego

 

En este apartado se recogen los productos que se pueden utilizar en los tratamientos directos:

 

  • Sales para su aplicación por autoclave (doble vacío). Estos productos suelen estar patentados.
  • Barnices incoloros o ligeramente pigmentados.
  • Pinturas intumescentes.

 

La madera carbonizada

 

Existen algunas técnicas antiguas muy llamativas de proteger la madera frente al fuego que además mejoran la protección de la misma frente a otros organismos destructores, por ejemplo, el Shou-sugi-ban. Técnica de procedencia japonesa, su uso es habitual en Japón y en los países nórdicos, aunque es más tradicional en el primero. Se basa en un quemado superficial de las tablas de madera (actualmente utilizando sopletes de temperatura controlada o bien formando una hoguera hueca) para proceder a continuación a un cepillado superficial, un lavado con agua, su posterior secado y para acabar dándole una impregnación de aceites naturales tipo Penofin, que ha de ser renovado cada cierto tiempo (un año, básicamente).

La baja conductividad térmica de la madera, que transmite una pequeña proporción del calor hacia el interior de ella la protege de futuras agresiones.

 

Este tratamiento de la madera, bastante laborioso se ha extendido también a Occidente, y son ya conocidos los proyectos de arquitectura que incorporan fachadas o carpinterías de madera carbonizada, utilizando distintas especies de madera. La técnica se ha semi-industrializado, utilizando sopletes para el quemado; según el tiempo de exposición de la llama, así como la manera en que se cepille la madera el aspecto final puede ser variado.

 

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Madera carbonizada

 

En este sentido, en ARQUIMA estamos de enhorabuena, ya que a principios de este año, vamos a empezar la fabricación de una vivienda unifamiliar aislada diseñada por el estudio  de arquitectura Calderón-Folch con este tipo de revestimiento en sus fachadas y de la que pronto tendréis más noticias. 

 

*Este post se ha basado en una ponencia de Jorge Blasco Miguel – Arquitecto DALF – y Consultor de estructuras dentro del Curso de Madera Constructiva