FUEGO Y MADERA: El fin del mito

Exigentes pruebas en laboratorios de Chile y el extranjero acreditan que la madera tiene el mejor desempeño si es sometida al fuego. Al ser comparada con sus principales alternativas, como el acero y el hormigón, las estructuras de madera presentan la menor tasa de deformación y mantiene por más tiempo sus propiedades mecánicas.

Por Alfredo Galleguillos Castro



¿Existe algo más bello y noble que construir en madera? Por otro lado, ¿cuál es el recurso natural y renovable más abundante en Chile? Las respuestas, al menos para una de estas interrogantes, son unánimes. Sin embargo, algo pasa. Hace muchos años que los países desarrollados -tan diversos y distantes entre sí como Suecia, Japón y Estados Unidos- han escogido la madera como primera opción para la construcción.

Según cifras del Centro de Transferencia Tecnológica de Corma, sólo el 20% de las obras edificadas en nuestro país privilegian este material, mientras que en naciones forestales más avanzadas la proporción alcanza el 80%. Un reporte del Laboratorio de Productos Forestales, dependiente del Ministerio de Agricultura de Estados Unidos, sostiene que la madera y los tableros presentan numerosas ventajas como materiales de construcción. Sin embargo, a nivel del público se perciben como “materiales ligeros y temporales en las viviendas, prefiriéndose los más tradicionales como albañilería y hormigón”.

En el caso chileno, se suma una tradición heredada de los colonizadores europeos, que otorga a la albañilería simple (básica, sin refuerzos estructurales) la preeminencia entre las demás opciones constructivas. En la zona central, hay numerosos ejemplos de esa influencia, la que incluye edificios patrimoniales yde gobierno, iglesias, casas y reparticiones, varias transformadas en museos e, incluso, universidades.

¿Por qué, a pesar de la evolución técnica y científica, la reticencia persiste? La respuesta, en la mayoría de los casos, apunta a aprensiones respecto al comportamiento de la madera, y de las estructuras soportadas, al ser sometidas al fuego.

Expertos descartan enfáticamente estas inquietudes. “La creencia de que la madera se quema más rápido, o decir que a nivel estructural produce fallas y colapsa antes que otros materiales, es un mito. En aplicaciones de gran envergadura se ha demostrado que la madera es tan confiable como el acero o el hormigón frente a la acción del fuego”, dice el profesor Eduardo Pérez, ingeniero industrial y jefe del Laboratorio de Maderas del Departamento de Ingeniería en Obras Civiles de la Universidad de Santiago (Usach).

Especialistas del Centro de Investigación, Desarrollo e Innovación de Estructuras y Materiales (Idiem) de la Universidad de Chile aclaran que la resistencia al fuego es una propiedad de una solución constructiva y no de un material en particular. Los ingenieros Miguel Bustamante, jefe de  sección Ingeniería contra Incendios; Christian Fuentes, jefe de División Construcción, y Andrés Santis, jefe de Laboratorios sección Ingeniería contra Incendios, explican que, por lo tanto, “ningún material es mejor que otro en cuanto a su resistencia al fuego”.

Miguel Bustamante, Christian Fuentes y Andrés Santis, del Idiem. 

Sin embargo, la diferencia fundamental está en el desigual comportamiento que exhiben los elementos constructivos frente a temperaturas extremas. Específicamente, el tiempo que demoran en llegar al punto de falla o colapso estructural. Los especialistas del Idiem sostienen que la experiencia histórica y, en especial, los ensayos en laboratorio han probado “apreciables diferencias entre vigas y columnas de madera, hormigón armado y acero”.

La entidad ha verificado que las piezas de madera generan “un frente de carbonización que mantiene el interior a temperaturas bajas. La madera no carbonizada se considera sin variación en sus propiedades mecánicas”. En la vereda opuesta, tanto el hormigón como el acero presentan altas tasas de conductividad térmica, lo que implica que al someterlos a temperaturas extremas “presenten variaciones en sus propiedades mecánicas”.

En esta misma línea, el Laboratorio de Ensayos del área de Ingeniería de Protección contra el Fuego de DICTUC, ha desarrollado pruebas comparativas de paneles soportantes de carga. Se compararon muestras con estructuras de piezas de madera respecto a otras con montantes de acero galvanizado. “Los resultados permitieron concluir que las piezas de madera fueron menos afectas a deformaciones térmicas y, en consecuencia, el comportamiento del panel entero se ve beneficiado”, precisa Rodrigo Aravena, jefe de Prevención Pasiva y Ensayos del DICTUC.

Un juicio similar entrega Eduardo Pérez, del Laboratorio de la Madera de la Usach. “Hay materiales que, siendo incombustibles, tienen un limitado desempeño estructural, básicamente porque ante temperaturas extremas se deforman. Un ejemplo es el acero, que sufre deformaciones que hacen que la estructura colapse comparativamente más rápido. En cambio, si hablamos de vigas de madera laminada encolada en grandes secciones, al ser un mal conductor de la temperatura, el fuego demora más en penetrar la madera. Además, el fenómeno de carbonización en el exterior ayuda a la extinción de las llamas”, señala.

El experto de la Usach cita un estudio del American Institute of Timber Construction (AITC), que incluyó ensayos comparativos de dos elementos de techumbre diseñados para resistir la misma carga: una viga de acero y otra de madera laminada. En los ensayos, en igualdad de condiciones,  se sometió los materiales a 783° C. Como resultado, se obtuvo que la viga de acero sufrió una deformación de 88 centímetros. En tanto, la viga de madera se deformó sólo en 5 cms.

Eduardo Pérez, Usach,

Este mejor desempeño implica beneficios esenciales ante una emergencia por incendio en espacios cerrados con público. Este es, precisamente, el foco de los profesionales e investigadores en países desarrollados. El objetivo, dice el ingeniero del DICTUC, es lograr “diseños adecuados” que permitan acotar y disminuir el riesgo de colapso por el efecto de un incendio, “o al menos retrasarlo lo suficiente para permitir una evacuación segura”.

Para Rodrigo Aravena, el factor decisivo en este debate lo constituye un correcto diseño de las estructuras que componen el proyecto constructivo. “Las estructuras de madera, cuando son bien diseñadas, entregan un alto nivel de seguridad frente a incendios, esto a pesar de que el material es efectivamente combustible. Lo importante es que el diseño permita factores de seguridad tales que permitan proteger a los ocupantes”, recalca.

Además, el experto del DICTUC recomienda que en la fase de diseño se
sobredimensione los elementos. Con esto se persigue demorar el inicio de los efectos de la temperatura en la materialidad de la estructura, independiente de su composición.

Todo esto ha permitido que en Chile la madera se utilice cada vez más. Sobre todo en obras de grandes luces, “como soporte para techumbres en supermercados, aeropuertos, centros comerciales y recintos deportivos”, comenta Eduardo Pérez.

La conclusión de los innumerables ensayos y comparaciones, tanto en Chile como en el extranjero, es definitiva. No existen motivos para sostener los prejuicios referentes a la madera y el fuego. Además, sus rasgos intrínsecos responden eficazmente a los desafíos constructivos en Chile, como su reconocida resistencia a sismos, mayor eficiencia energética y bajos costos, que son fuertes argumentos para continuar aumentando su presencia en el mercado de la construcción.

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La verdad sobre los Tratamientos Ignífugos

Para retardar los efectos destructivos de un incendio sobre la madera, se han desarrollado diversos tratamientos, denominados ignífugos, los que pueden ser superficiales o internos. “Uno de los principales objetivos de estos productos es retardar los fenómenos de depolimerización de la celulosa y degradación de la hemicelulosa y de la lignina, que desencadenan la pirólisis de la madera y posterior combustión”, explicitan los investigadores Miguel Bustamente, Christian Fuentes y Andrés Santis, del IDIEM.

También citan a Robert H. White y Mark A. Dietenberg, que en su trabajo Fire Safety of Wood Construction revelan que un compuesto en base a fosfato monoamónico ha tenido muy buenos resultados en términos del retardo de la acción del fuego en la madera, prolongando en el tiempo los efectos de “bajas temperaturas” (entre 100°C y 200 °C) y retardando los efectos de temperaturas mayores.

Sin embargo, una vez que un incendio ya está declarado, es decir, cuando los flujos de calor alcanzan niveles muy altos, “la efectividad de esos tratamientos decae y por sí mismos no logran evitar que la madera se queme”, asegura Rodrigo Aravena, del DICTUC.

Explica que este comportamiento pone de manifiesto que los efectos de un incendio no pueden ser caracterizados como un único fenómeno. “Las etapas iniciales son conceptualmente distintas al incendio desarrollado y, los mecanismos de protección en esas primeras etapas, no necesariamente son efectivos en las etapas posteriores”.

Este fenómeno es muy similar a la utilidad de un extintor manual de incendios, ya que en las primeras etapas de un incendio son muy útiles, incluso pueden llegar a controlar las llamas iniciales, pero su efectividad se anula una vez que el incendio está declarado.

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Normas claras, la tarea pendiente

En Chile no existe una normativa que regule el comportamiento de las construcciones de madera con respecto a su desempeño estructural al quedar expuestas a la acción del fuego. “En la práctica y al igual que las construcciones en general deben dar cumplimiento a las exigencias de desempeño establecidas en la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (OGUC) del Ministerio de la Vivienda y Urbanismo”, explican los especialistas del IDIEM.

Esta norma se basa en la resistencia al fuego, parámetro que se mide en minutos y es la capacidad que exhibe un elemento de construcción para conservar durante un periodo determinado de tiempo sus cualidades estructurales dentro de ciertos límites de temperatura. La OGUC define clases de resistencia al fuego, las que van desde F15 a F180, indicando esta codificación la cantidad de minutos que las estructuras deben resistir.

No obstante, cada especie de madera tiene sus propiedades específicas, las que a su vez determinan su capacidad estructural y la pérdida de esta capacidad por un incendio (tasas de carbonización). La tipología o clasificación estructural de los diferentes tipos maderas en Chile está dado por normas como NCh173, NCh1198, NCh1207, NCh1970, NCh1989, NCh2148 y NCh2150.

Sin embargo estas normas clasifican las maderas por su resistencia mecánica, no existiendo una clasificación por resistencia al fuego. “En la legislación chilena, no existe actualmente una clasificación por especies y es esperable que en el futuro se desarrolle”, afirma el experto del DICTUC.

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La especie forestal, también influye

Con más de 100 ensayos desarrollados en el Laboratorio de Incendios de IDIEM, sus investigadores analizaron la velocidad de carbonización de distintos tipos de madera y el efecto de diferentes sistemas de protección.

La idea era determinar la velocidad de carbonización de la madera, resultando en un ordenamiento según tipo de las maderas que se “queman más rápido” a igualdad de condiciones, esto es, misma sección, humedad y curva de incendio normalizada (NCh935/1).

Los resultados obtenidos, bajo la guía del ingeniero Alejandro Ramírez, son presentados en la tabla que sigue.

Velocidad de carbonización

Especie	Sección	Humedad	Densidad media	Velocidad de carbonización
	mm * mm	%	kg/m3	mm/min
Álamo	97 x 97	23	342	1,08
Pino radiata	97 x 97	20	420	0,9
	89 x 89	18	466	0,85
	91 x 91	16	496	0,87
MLE Pino radiata	126 x 126	17	569	0,83
Roble	154 x 154	24	695	0,69
Coigüe	144 x 144	20	732	0.71

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Estándares internacionales: ¿camino a seguir?

De acuerdo a una síntesis realizada por investigadores del Idiem, en la regulación extranjera destacan:

Comunidad Europea: La norma Europea EN 1995-1-2  Eurocode 5: Design of timber structures – Part 1-2: General – Structural fire design, publicada por el Comité Europeo de Normalización. En este documento se regula el diseño y verificación de elementos estructurales de madera y materiales de madera, componentes constructivos y uniones de estructuras de madera durante el evento de un incendio.

Alemania: Las normas DIN 4102 se refieren al comportamiento ante el fuego de materiales y componentes de construcción, que es de aplicación general, que también es específico con la madera. Se agregan la Ordenanza Modelo para la Construcción (MBO), del año 2002; Reglamento Modelo para Hoteles y Recintos de Hospedaje, del año 2000; Reglamento Modelo para Construcciones Industriales, del año 2000; Reglamento Modelo para Centros Comerciales, del año 1995; Reglamento Modelo para Recintos para Reuniones de Convocatoria Pública, y Reglamento Modelo para Recintos Hospitalarios. Junto con ordenanzas locales de cada Estado, éstas definen exigencias de protección al fuego.

Estados Unidos: La National Design Specification for Wood Construction presenta criterios de diseño y verificación al fuego de componentes estructurales de madera. Como complemento, la Asociación del Bosque y Papel ha publicado un reporte técnico (Nº 10) que explica el método de calcular la resistencia al fuego de piezas de madera expuestas a las llamas.

Septiembre 2013