PbdFire Simulación de Incendios

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INTRODUCCIÓN AL DISEÑO BASADO EN PRESTACIONESPerformance Based Design (PBD)

Fecha: Octubre 2010 – v2

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DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES

I. Códigos prescriptivos vs. Códigos basados en prestaciones

III. Campos de aplicación

V. Normativa aplicable al diseño basado en prestaciones

VII.Ejemplos de aplicación práctica

C O N T E N I D O

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• Códigos prescriptivos vs. Códigos basados en prestaciones

• Campos de aplicación

• Normativa aplicable al diseño basado en prestaciones

• Ejemplos de aplicación práctica

C O N T E N I D O

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I. CÓDIGOS PRESCRIPTIVOS vs. CÓDIGOS PRESTACIONALES

CÓDIGOS PRESCRIPTIVOS

Son los códigos tradicionales.

En ellos se establecen las condiciones de protección contra incendios que deben cumplir los edificios en función de su uso y tipología:• dimensiones mínimas de las vías de evacuación.• condiciones de resistencia al fuego.• instalaciones de protección contra incendios con que debe contar el edificio.

No incluyen la base científica de sus requerimientos, por lo que resulta difícil cuantificar el nivel de seguridad alcanzado con su rigurosa aplicación.

La mayoría contienen una Cláusula de Seguridad Equivalente, que permite al proyectista que aplica el código a un diseño concreto, proponer soluciones técnicas alternativas, supeditadas a que con ellas se alcance el mismo nivel o superior de seguridad contra incendios que el obtenido con la aplicación directa del código.

• Ejemplos de aplicación: rociadores ESFR, sistemas de detección por aspiración,…

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Análisis metodológico de ingeniería para el diseño de instalaciones de protección contra incendios basado en:• metas y objetivos establecidos para la seguridad contra incendios,• análisis determinísticos y probabilísticos de escenarios de incendio, y• valoración cuantitativa de alternativas de diseño para las metas y objetivos de

seguridad contra incendios utilizando herramientas de ingeniería aceptadas, metodológicas y criterios de prestaciones.

El proyectista debe probar y demostrar que, con las medidas propuestas, se alcanzan o superan los niveles de protección prefijados por el código, autoridad competente, asegurador,…

Para facilitar la aprobación por la autoridad competente, es frecuente contar con la revisión de los proyectos por una tercera parte independiente, formada por profesionales competentes (peer review).


CÓDIGOS PRESTACIONALES – Performance Based Design

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Contempla los aspectos o usos específicos de edificios, las necesidades concretas de las partes implicadas y de las comunidades más extensas, si procede.

Proporciona una base para el desarrollo y selección de opciones alternativas de

protección contra incendios basadas en las necesidades del proyecto (por ejemplo cuando la solución normativa prescrita no cumple con las necesidades de las partes implicadas).

Exige la utilización de varias herramientas en el análisis, lo que conlleva un mayor

rigor en la ingeniería, y como consecuencia, opciones de diseño innovadoras.

Conduce a una estrategia de protección contra incendios en la que se integran los sistemas de protección contra incendios, más que si se diseñan por separado.


VENTAJAS DEL DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES

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Contempla los aspectos o usos específicos de edificios, las necesidades concretas de las partes implicadas, y de las comunidades más extensas, si procede.

Proporciona una base para el desarrollo y selección de opciones alternativas de

protección contra incendios basadas en las necesidades del proyecto (por ejemplo cuando la solución normativa prescrita no cumple con las necesidades de las partes implicadas).

Exige la utilización de varias herramientas en el análisis, lo que conlleva un mayor

rigor en la ingeniería, y como consecuencia, opciones de diseño innovadoras.

Conduce a una estrategia de protección contra incendios en la que se integran los sistemas de protección contra incendios, más que si se diseñan por separado.El DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES (PBD) puede

proporcionar una protección contra incendios más eficaz al

ajustarse a una necesidad determinada, además de

mejorar el conocimiento de la posible pérdida.


VENTAJAS DEL DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES

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• Campos de aplicación del diseño basado en prestaciones



C O N T E N I D O

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Los “modelos informáticos de dinámica de fluidos” son definidos por el CTE como aquellos capaces de calcular las ecuaciones que relacionan las variables termodinámicas y aerodinámicas de un sector de incendio determinado.

La utilización de esta herramienta permite ganar eficacia en el diseño de instalaciones de Protección Contra Incendios (PCI).

En las simulaciones realizadas por PBD, se ha optado por el uso del “Fire Dynamics Simulator” (FDS), desarrollado por el prestigioso “National Institute of Standards and Technology” (NIST). Esta herramienta se ha creado específicamente para la simulación de incendios en recintos cerrados.

II. CAMPOS DE APLICACIÓN DEL DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES

A. MODELIZACIÓN DE INCENDIOS MEDIANTE CFD(“COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS”)

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Ejemplos de aplicación



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Ejemplos de aplicación



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El diseño de Sistemas de Control de Temperatura y Evacuación de Humos (SCTEH), se realiza siguiendo las pautas establecidas por la norma UNE 23 585.


B. DISEÑO PRESTACIONAL DE SISTEMAS DE CONTROL DE HUMOS (SCTEH)

La simulación mediante FDS, permite un diseño a medida partiendo de las necesidades que requiera el edificio y el riesgo a considerar.

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Resultados de la simulación informática



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Aplicación particularizada a cámaras frigoríficas



IMÁGENES DE CONSUM - CAMARAS

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La simulación de incendios permite un diseño a medida partiendo de las necesidades operativas que requiera la actividad y el riesgo a considerar


C. DISEÑO DE SECTORES DE INCENDIO ADECUADOS A LAS NECESIDADES OPERATIVAS

Ejemplo de aplicación en un centro logístico, con un único sector de incendio

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La evacuación de los ocupantes de un recinto a estudiar, se basa en dos simples variables: ASET - Tiempo disponible para la evacuación RSET - Tiempo requerido para la evacuación

El objetivo de la simulación informática de evacuación, es asegurar que se cumplan las siguientes condiciones:

RSET < ASET y

Adecuadas condiciones ambientales en los recorridos de evacuación durante el tiempo requerido para la evacuación (RSET).


D. ANÁLISIS ASET/RSET EN EVACUACIÓN DE PERSONAS MEDIANTE MODELOS INFORMÁTICOS

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Determinación del RSET mediante una simulación informática



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Determinación de las condiciones ambientales en los recorridos de evacuación durante el tiempo requerido para la evacuación (RSET)



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El estudio de cómo afecta el incendio a las estructuras portantes del edificio se divide en dos fases:

Determinación, a través de la simulación de incendio, de las temperaturas alcanzadas en los elementos portantes.

Cálculo mediante elementos finitos de la estabilidad estructural de los elementos portantes.


E. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO ANTE EL FUEGO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

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La aplicación de una simulación de incendios se puede utilizar para el análisis de un siniestro real

Se trata de determinar las condiciones de activación y desarrollo del incendio que justifiquen los daños sufridos, a partir del conociendo de los resultados finales Ejemplo: tras el incendio del Edificio Windsor se utilizaron simulaciones de incendio para

evaluar la posibilidad de que las hipótesis barajadas como conato del incendio fueran ciertas


F. INVESTIGACIÓN DE INCENDIOS

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Configuraciones de establecimientos terciarios o industriales, con un diseño insuficiente de protección contra incendios, de acuerdo a la aplicación prescriptiva de la normativa vigente, podrían disponer de un nivel de protección equivalente.

Posibles casos de aplicación:

Dificultad para garantizar la sectorización

Actuación de rociadores automáticos como detección

Recorridos de evacuación más largos de lo permitido

Instalaciones singulares: Cámaras frigoríficas Aparcamientos Túneles


G. EVALUACIÓN DEL NIVEL DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS EN ESTABLECIMIENTOS EXISTENTES

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La modelización informática de incendios permite evaluar las condiciones de desarrollo de un incendio.

Esta capacidad se puede utilizar para prever la evolución de un incendio en situaciones diversas, como por ejemplo:

En caso de fallo o avería de alguno de los sistemas de protección contra incendios Ejemplo: fallo en la activación de los rociadores automáticos

Como consecuencia de acciones exteriores no controladas. Ejemplo: apertura súbita de una puerta durante el desarrollo de un incendio en un

recinto cerrado

Comparativa de la efectividad de dos configuraciones distintas de protección contra incendios Ejemplo: activación de un SCTEH en distintos instantes, antes o después de la

activación de los rociadores automáticos


H. EVALUACIÓN DE SITUACIONES DE RIESGO EN CASO DE INCENDIO

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Ejemplo de aplicación:Apertura de puertas en escalera conectada al exterior



Picture 3

Comparación tasas de generación de calor - Incendio sin rociadores

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tiempo (min)H

RR

(k

W)

Puertas abiertas

Puertas cerradas

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Ejemplo de aplicación:Apertura de puertas en escalera conectada al exterior



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• Campos de aplicación del diseño basado en prestaciones



C O N T E N I D O

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UNE 23585

RD 314/2006

RD 2267/2004

NFPA 101

Seguridad contra incendiosSistemas de Control de Temperatura y Evacuación de Humos (SCTEH)

Código Técnico de la Edificación (CTE)Documento Básico de Seguridad en caso de Incendio (DB SI)

Reglamento de Seguridad Contra Incendios en los Establecimientos Industriales (RSCIEI)

Life Safety CodeCode for safety to life from fire in buildings and structures

III. NORMATIVA APLICABLE AL DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES

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Parte 1, Capítulo 2. “Condiciones técnicas y administrativas”, art. 5 “Condiciones generales para el cumplimiento del CTE”.

DB-SI, ANEJO A “Terminología”

“Para justificar que un equipo cumple las exigencias básicas que se establecen en el CTE podrá optarse por:b)Adoptar soluciones técnicas basadas en los DB …/…; oc)Soluciones alternativas, entendidas como aquéllas que se aparten total o parcialmente de los DB. El proyectista o el director de obra pueden, bajo su responsabilidad y previa conformidad del promotor, adoptar soluciones alternativas, siempre que justifiquen documentalmente que el edificio proyectado cumple las exigencias básicas del CTE porque sus prestaciones son, al menos, equivalentes a los que se obtendrían por la aplicación de los DB.”

Modelo informático de dinámica de fluidos“modelo de fuego que permite resolver numéricamente las ecuaciones diferenciales parciales que relacionan a las variables termodinámicas y aerodinámicas de cada punto del sector de incendio considerado”.


RD 314/2006 Código Técnico de la Edificación (CTE)Documento Básico de Seguridad en caso de Incendio (DB SI)

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Capítulo I, art. 1

Con estos antecedentes, queda abierta la posibilidad de utilizar modelos informáticos de simulación de incendios (MSI) que permitan predecir la evolución de los productos de fuego, humo, llamas, gases, calor… en un incendio.

“las condiciones indicadas en este reglamento tendrán la consideración de mínimo exigible…” “estos mínimos se consideran cumplidos:•por el cumplimiento de las prescripciones indicadas en este reglamento•por aplicación, para casos particulares, de técnicas de seguridad equivalentes, según normas o guías de diseño de reconocido prestigio para la justificación de las soluciones técnicas de seguridad equivalente adoptadas, que deben aportar, al menos, un nivel de seguridad equiparable a la anterior. Esta aplicación de técnicas de seguridad equivalente deberá ser justificado debidamente por el proyectista y resueltas por el órgano competente de la comunidad autónoma.”


RD 2267/2004 Reglamento de Seguridad Contra Incendiosen los Establecimientos Industriales (RSCIEI)

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Conclusiones:

El RSCIEI permite el uso de técnicas de seguridad equivalentes, según normas o guías de diseño de reconocido prestigio para la justificación de las soluciones técnicas de seguridad equivalente adoptadas.

En este sentido, como técnicas de seguridad equivalente se podría plantear el uso de simulaciones de incendios, cuyo resultado debe verificar, al menos, un nivel de seguridad equiparable al previsto en la norma.

Pero también existe la posibilidad de justificar el uso de normativas de reconocido prestigio, como la NFPA 101 “Life Safety Code”.

De esta forma, para el cumplimiento del RSCIEI, bien a través de técnicas de seguridad equivalente, bien a través de la NFPA 101, se justificaría la posibilidad de uso de un diseño basado en prestaciones.


RD 2267/2004 Reglamento de Seguridad Contra Incendiosen los Establecimientos Industriales (RSCIEI)

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Capítulo 1. “Objeto y campo de aplicación” apartado 1.7 “Otros métodos de diseño”.

Capítulo 5. “Procedimiento de cálculo requerido”, apartado 5.5 “Modelos de zona basados en ordenador”.

“se podrá hacer uso de otros procedimientos de diseño distintos a los expuestos en esta norma siempre que estén debidamente justificados tanto los métodos como su necesidad y, sean aprobados por el órgano que tenga otorgadas las competencias en materia de Prevención de Incendios”

“cuando son utilizados modelos de zona basados en ordenador para llevar a cabo los cálculos establecidos por esta norma como parte del proceso de diseño, todas las fórmulas matemáticas utilizadas en estos modelos, cuestiones o hechos asumidos, y valores de entrada de parámetros estarán implícitamente incluidos en la documentación puesta a disposición del propietario del edificio…”


UNE 23 585 Seguridad contra incendiosSistemas de Control de Temperatura y Evacuación de Humos (SCTEH)

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Chapter 1. Administration, section 1.2 Scope

Chapter 4. General, section 4.4 Life safety compliance options

1.2.1 Protección de la vida ante un incendioConstrucción, protección y ocupación necesarios para minimizar riesgos a las personas ante un incendio, incluyendo el humo, los gases y el pánico 1.2.2 Elementos de evacuación del personalEstablece criterios mínimos para el diseño de los medios de evacuación de forma que permita la evacuación rápida de los ocupantes al exterior de los edificios, o, al menos, a áreas seguras en su interior.

4.4.1 AlternativasEl cumplimiento del objetivo de protección de los ocupantes, se puede lograr mediante:El diseño prescriptivo, según art. 4.4.2 (capítulos 6 a 42)El diseño basado en prestaciones, según art 4.4.3 (capítulo 5)


NFPA 101 Life Safety CodeCode for safety to life from fire in buildings and structures

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• Campos de aplicación



C O N T E N I D O

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IV. EJEMPLOS DE APLICACIÓN PRÁCTICA

EDIFICIOS DE OFICINAS Torre Diagonal ZeroZero para TELEFÓNICA en Barcelona

Incendio en el atrio inferior

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EDIFICIOS DE OFICINAS Torre Diagonal ZeroZero para TELEFÓNICA en Barcelona

Incendio en el atrio superior con viento exterior

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PALACIOS DE EXPOSICIONES Y CONGRESOS

Palacio PEC de Santiago Calatrava en Oviedo

Incendio en la Sala Mayor

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Evacuación de los ocupantes en la Sala Mayor

PALACIOS DE EXPOSICIONES Y CONGRESOS

Palacio PEC de Santiago Calatrava en Oviedo

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ESTACIONES DE FERROCARRILES

Nueva Estación del AVEen Valencia

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EDIFICIO DE I+D+i

Edificio para laboratorio farmacéutico en l´Hospitalet

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EDIFICIO DE I+D+i

Edificio para laboratorio farmacéutico en l´Hospitalet

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APARCAMIENTOS

Parking robotizado subterráneo de Gran Vía en Madrid

Incendio en el parking con la acción de los rociadores

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REHABILITACIÓN DE EDIFICIOS HISTÓRICOS

Museo de la Energía en Ponferrada (León)

Rehabilitación de antigua central térmica

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Incendio en la Sala de Calderas

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Evacuación de los ocupantes en la pasarela superior

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EDIFICIOS DE PÚBLICA CONCURRENCIA

Edificio Ágora, de Santiago Calatrava, en la Ciutat de les Arts i la Ciencia en Valencia

Evacuación de los ocupantes en caso de incendio

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SILOS AUTOMÁTICOS DE ALMACENAMIENTO EN ALTURA

Almacén automático de productos plásticos

Incendio en almacén

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SILOS AUTOMÁTICOS DE ALMACENAMIENTO EN ALTURA

Almacén automático de productos plásticos

Flujos y vectores en incendio en almacén

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CENTROS LOGÍSTICOS Y DE DISTRIBUCIÓN

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CÁMARAS FRIGORÍFICAS

Altura capa de humos - Incendio en camara de refriferación

0

1

2

3

4

5

6

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270

Tiempo (s)

Alt

ura

(m

)

Condiciones de la evacuación (265 seg)

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NAVES LOGÍSTICAS Y ALMACENES

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Performance Based Design (PBD)

PBD – Presentacion MSI 101026 v2/FBR.

Fernando Bernal Roures – PBD FIREE-mail: [email protected]

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