Exploratory Analysis of the Impact of Ventilation on Strip Mall Fires

Análisis exploratorio del impacto de la ventilación en los incendios de Centros Comerciales

April 17, 2020

17 de Abril de 2020

Instituto de Investigación de Seguridad de Bomberos UL

UL Firefighter Safety Research Institute

Coordinated Fire Attack: Strip Mall Fires from UL FSRI on Vimeo.

Coordinated Fire Attack: Strip Mall Fires from UL FSRI on Vimeo.

La mayoría de la investigación a gran escala existente con el servicio de incendios se diseñó principalmente para estudiar y cuantificar el impacto de las tácticas en el entorno residencial. Este proyecto fue más allá de la investigación previa al realizar experimentos específicos en una estructura comercial. Se completaron siete experimentos a gran escala en cuatro unidades de un centro comercial adquirido de doce unidades que estaba programado para demolición. Estos experimentos fueron diseñados para analizar el impacto de la ventilación horizontal y vertical en los incendios con ventilación limitada dentro de las unidades de prueba.

Comenzando con un caso base de ventilación de servicio de incendios no intencional, tres experimentos enfocados en la ventilación horizontal adicional y tres experimentos enfocados en la combinación de ventilación horizontal y vertical adicional. Las variables de control incluyeron el método de ventilación, el área de ventilación total proporcionada y el tiempo relativo a la aplicación de agua.

El volumen de las unidades del centro comercial era más grande que un compartimiento residencial típico. Se eligió una carga de combustible representativa suficiente para generar condiciones de ventilación limitada dentro de la unidad durante la duración de cada experimento respectivo. Como resultado, proporcionar ventilación (mediante métodos horizontales o verticales) sin supresión dio como resultado un aumento en la tasa de liberación de calor del fuego y un aumento correspondiente de la temperatura. Cuando la supresión se realizó simultáneamente con ventilación horizontal y vertical, no hubo aumentos medidos en la temperatura o presión de la unidad durante la supresión. Si bien algunos elementos de estos experimentos (por ejemplo, volumen de unidad y viento) dieron como resultado una mayor variabilidad, las lecciones aprendidas resaltaron la importancia de tener un enfoque sistemático para la implementación de tácticas. Estos resultados fueron consistentes con la investigación concurrente en incendios domésticos unifamiliares.

El propósito de este estudio es mejorar el conocimiento del servicio de incendios de la dinámica del fuego y proporcionar una mejor comprensión de cómo la supresión y la ventilación se coordinan en el terreno en una estructura comercial adquirida. Este proyecto amplía estudios previos dirigidos por el Instituto de Investigación de Seguridad contra Incendios (FSRI, por sus siglas en inglés) de UL que examinó la naturaleza intrínsecamente acoplada de las tácticas de servicio de incendios y el comportamiento de los incendios en estructuras residenciales.

Los centros comerciales suelen ser edificios de un solo piso separados en comercios individuales, oficinas o asambleas. Estas son comúnmente construcciones de tipo I o II y pueden o no incorporar un espacio de ático común. Para maximizar la eficiencia de la construcción, las unidades son estrechas y profundas con el acceso y la salida limitados a la parte delantera y trasera. La naturaleza minorista de las empresas puede generar grandes cantidades de materiales in fl amables en grandes espacios abiertos que permiten la máxima flexibilidad para configurar contenidos en función del uso individual. En el caso de un incendio, esta combinación de grandes cantidades de materiales con acceso limitado y acceso al progreso representa un desafío único para el servicio de bomberos.
El Instituto Nacional de Salud Ocupacional (NIOSH) investiga los LODD de bomberos bajo el Programa de Investigación de Fatalidad de Bomberos. La búsqueda de los informes entre 2001 y 2017 produjo cuatro incidentes cada uno en el que un bombero perdió la vida. Las muertes se atribuyeron al colapso del techo, la progresión del fuego y la lucha contra el fuego quedando sin aire. Aunque cada incidente enumera varios factores contribuyentes, todos ocurrieron en centros comerciales donde se estaba produciendo la lucha contra incendios en el interior. Todas las recomendaciones incluyen la necesidad de comprender cómo la construcción del edificio afecta tanto la dinámica del fuego como los riesgos de colapso.

El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) realizó dos experimentos a gran escala en un almacén en Phoenix, Arizona, para comprender mejor el colapso estructural. El edificio era de una sola planta, de construcción ordinaria con un material compuesto de material de revestimiento enrollado colocado sobre tableros de 2 pulg. (51 mm) por 8 pulg. (200 mm) apoyados en armaduras de madera. La huella del almacén era de 135 pies (41 m) por 50 pies (15 m) y estaba dividida por la mitad por un cortafuegos especialmente diseñado para permitir dos experimentos dentro del espacio. La carga de combustible para el primer experimento consistía en cuatro pilas de diez palets de madera, mientras que el segundo experimento tenía tres pilas de diez palets. Cada pila de palets tenía una masa de aproximadamente 360 ​​lb (163 kg). En ambos experimentos, el techo se derrumbó en menos de 25 minutos después del encendido. Los investigadores del NIST junto con Harvey Mudd College también conducen experimentos en tres pequeñas unidades de compras.

El sistema de techo consistía en una plataforma de metal soportada por peso ligero para entramado de celosías de acero. El combustible primario en estos experimentos fue palets de madera y la ventilación fue proporcionada por la puerta principal abierta. En cada uno de los experimentos, el techo se cargó con barriles de agua de 55 galones. En los dos experimentos donde el techo no se derrumbó, había cuatro barriles. En el tercer experimento, con una carga de doce barriles, el techo se derrumbó en 7 minutos.

La investigación reciente realizada por UL FSRI fue diseñada para evaluar la efectividad de varias tácticas de lucha contra incendios en estructuras residenciales. La investigación sobre el impacto de la ventilación horizontal, la ventilación vertical y la ventilación con presión positiva (VPP) descubrió que los incendios residenciales están limitados por la cantidad de oxígeno, lo que proporciona un aumento en el tamaño del fuego. Los estudios centrados en el ataque de incendios, incendios de áticos y incendios de sótanos descubrieron que la aplicación de agua disminuía el tamaño de los incendios y no afectaba negativamente a los bomberos ni a la seguridad de los ocupantes. La investigación adicional realizada por el NIST sobre el uso de PPV en las ocupaciones de alta resistencia para la educación y el fuego encontró que el PPV podría utilizarse para controlar de manera efectiva la propagación del humo y el calor en esos tipos de ocupación.

Con una relativa falta de investigación en edificios más grandes que las residencias unifamiliares, especialmente en los centros comerciales, la literatura de lucha contra el comercio se ha basado principalmente en la experiencia de quienes escribieron el artíc*** dado. La literatura disponible a menudo compara los riesgos en estos edificios más grandes con las ocupaciones residenciales comunes. La principal diferencia citada es el aumento en la carga de combustible, correspondiente a un mayor tamaño de fuego. Los artículos también establecen que los tamaños de fuego más grandes requieren la entrega de tasas de flujo más altas para la supresión. Además, los problemas de acceso y salida, los riesgos de colapso, una carga de ocupantes potencialmente más alta y las exposiciones múltiples hacen que los incendios en los centros comerciales sean más desafiantes.

Este proyecto fue financiado a través de una subvención del Programa de Subsidios de Ayuda a los Bomberos (AFG) del Departamento de Seguridad Nacional (DHS) de la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA) bajo el Programa de Prevención de Incendios y Seguridad: Investigaciones y Desarrollo (EMW-2015-FP-00361). Este proyecto crítico de investigación del servicio de bomberos no hubiera sido posible sin este financiamiento y apoyo continuo.
Los autores también desean agradecer al panel técnico del servicio de bomberos que ofreció voluntariamente su tiempo en apoyo de esta serie de experimentos. El panel se estableció para revisar el plan de prueba, analizar los resultados y desarrollar las consideraciones tácticas en el noveno informe. Sin el esfuerzo incansable de las personas a continuación, este trabajo no sería tan impactante para el servicio de bomberos estadounidense.

El uso de una estructura adquirida para estos experimentos agregó variables como el diseño de la unidad, el acceso a la unidad, el área de ventilación y el clima; variables que también son parte de las respuestas reales de incendios.

El Skyway Shopping Plaza ubicado en 1067-1090 Kauffman Aven. en Fairborn, Ohio, que estaba programado para la demolición, fue adquirido para este proyecto por el Departamento de Incendios de Fairborn. La plaza de compras contenía una unidad de 12 unidades construida en 1970. El edificio era una construcción Tipo II-B con elementos estructurales desprotegidos, no combustibles. Los muros de carga eran bloques de mampostería (ver Figura 2.2a), con un techo corrugado de metal, soportado por vigas de barra de acero de banda abierta (ver Figura 2.2b). El techo acumulado estaba compuesto por una capa de aproximadamente 2 pulgadas. Aislamiento de espuma rígida (5 cm) asegurado a la plataforma de metal con tornillos. El aislamiento de espuma rígida estaba cubierto con una capa de caucho, sellado en las costuras con alquitrán. Las unidades tenían columnas de soporte de acero revestidas de yeso en el punto medio de la profundidad que sostenía una viga de acero. La estructura del techo estaba separada en dos secciones de vigas de barra de acero de banda abierta, una en la parte delantera y otra en la parte trasera. 

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