Los códigos de edificación ofrecen, en la mayoría de los casos, soluciones aceptables de carácter prescriptivo para el diseño y cálculo de los diferentes elementos necesarios para el cumplimiento de las exigencias contempladas por la legislación. Estas soluciones son perfectamente válidas, y así son aceptadas, tanto por los diseñadores como por las diferentes administraciones encargadas de su control. Están basadas en la experiencia y se elaboran con la mejor información de la que se dispone en el momento en el que son redactadas. Su carácter prescriptivo y su aceptación incuestionable hacen que sean, además, las soluciones más utilizadas. Este hecho, sin embargo, oculta con frecuencia las bases y los modelos a partir de los cuales estas soluciones se han desarrollado, adquiriendo una apariencia casi mágica (1).

Esta problemática, de carácter general, se hace muy evidente en el caso de la Seguridad en Caso de Incendio, en la que un complejísimo problema que relaciona un diseño arquitectónico, la iniciación y propagación de un fuego y la conducta incierta de unos ocupantes se aborda con medidas prescriptivas como son el tamaño máximo y disposición de los sectores, los recorridos máximos hasta las salidas o sencillas fórmulas para el cálculo de los elementos de evacuación.

Este artículo ejemplifica esta problemática en el caso del método prescriptivo propuesto para el dimensionado de las escaleras protegidas en el Código Técnico de la Edificación (CTE), que ha sido arrastrado a la actual legislación española desde normativas anteriores. Analiza el modelo excesivamente simple de evacuación en el que está basado y pone en evidencia sus limitaciones en situaciones de ocupaciones complejas, cada vez más habituales. Se utilizan para ello conceptos manejados por la ingeniería de protección contra incendios, a nivel internacional, en el diseño prestacional de los elementos de evacuación, que están camuflados tras las sencillas expresiones matemáticas que ofrece el CTE. Se proponen soluciones de diseño para que se pueda coordinar el flujo proveniente de una planta determinada con ocupación sensiblemente superior a la del resto con el de la escalera. Se utilizan para ello tanto sencillos cálculos manuales como simulaciones con Pathfinder.

Los objetivos últimos son tres. El primero de ellos, y más importante, es alertar sobre el riesgo que pueden conllevar determinados diseños de escaleras protegidas amparados tras un método prescriptivo totalmente aceptado por la legislación española. El segundo es recomendar que cualquier problema complejo de evacuación sea analizado utilizando criterios y métodos prestacionales como los aquí utilizados. El tercero es promover una cultura del análisis de lo que se esconde tras las soluciones aceptables, dinamizando la relación entre legisladores, investigadores y diseñadores.

El Real Decreto 314/2006 de aprobación del CTE (2), mostraba su alineación con el enfoque basado en prestaciones (3) (4) propugnado por las principales Organizaciones Internacionales relacionadas con códigos de la edificación, como el Consejo Internacional de la Edificación o el Comité Interjurisdiccional de Colaboración Reglamentaria, concluyendo que la normativa debía promover la investigación y no dificultar el progreso tecnológico.

De forma coherente con ese enfoque, el CTE se divide en dos partes. La primera contiene las disposiciones y condiciones generales de aplicación y las exigencias básicas que deben cumplir los edificios y la segunda, los denominados Documentos Básicos (DB) que garantizan el cumplimiento de las exigencias básicas contenidas en la parte primera.

Para la Seguridad en Caso de Incendio, el CTE desarrolla seis exigencias básicas que, básicamente, se corresponden con los requisitos básicos enumerados en la Directiva de Productos de Construcción (5). La Tabla 1 muestra la correspondencia entre ambos documentos, ilustrando sobre el origen de nuestra actual legislación de edificación.

El Documento Básico DB-SI especifica parámetros objetivos y procedimientos cuyo cumplimiento asegura la satisfacción de las exigencias básicas y la superación de los niveles mínimos de calidad propios del requisito básico de seguridad en caso de incendio. Su contenido deriva en gran medida de las anteriores Normas Básicas de la Edificación, NBE CPI 81 (6) NBE CPI 91 (7) y NBE CPI 96 (8), que eran puramente prescriptivas. Ese es el caso del cálculo de los elementos de evacuación.

Como la Exigencia Básica Evacuación de Ocupantes establece que “El edificio dispondrá de los medios de evacuación adecuados para que los ocupantes puedan abandonarlo o alcanzar un lugar seguro dentro del mismo en condiciones de seguridad” (9), el dimensionado de los elementos de evacuación mediante el uso del Documento Básico debería garantizar el cumplimiento de la Exigencia Básica Evacuación de Ocupantes y el cumplimiento del Objetivo del Requisito Básico de Seguridad en caso de Incendio. Y ese es el caso de edificios sencillos y de poca altura. Ese dimensionado, no obstante, podría subestimar importantes riesgos en el caso de edificios complejos y con grandes densidades de ocupación

El cálculo de los elementos de evacuación en el DB-SI3 del CTE es muy simple. Lo único que tiene en cuenta es la relación entre el número de personas asignado al elemento de evacuación (P) y la anchura de dicho elemento (A). No se vincula, aparentemente, al movimiento real de los ocupantes, ni al tiempo requerido para ese movimiento.

Las expresiones utilizadas responden a dos modelos:

La Tabla 2 recoge la anchura de los elementos de evacuación considerados en el DB-SI3.

Una característica importante del diseño de estos elementos de evacuación, es que pueden acumularse a lo largo de un mismo recorrido de evacuación. Por ejemplo, un ocupante podría atravesar primero un pasillo y luego una puerta intermedia para, finalmente, llegar al final del recorrido computable, que podría ser otra puerta. Los tres elementos estarían separados y, el hipotético tiempo total de recorrido, incluiría los pasos a través de esos elementos considerados, pero también el tiempo de desplazamiento entre ellos.

Una escalera protegida, de acuerdo con la definición contenida en la Terminología del DB-SI3, constituyen una salida de planta. Esto quiere decir que una vez alcanzada la puerta de dicha escalera, la longitud del recorrido posterior no computa a efectos del cumplimiento de los límites de evacuación. Es una escalera de trazado continuo hasta su desembarco en la planta de salida del edificio que, en caso de incendio, constituye un recinto suficientemente seguro para permitir que los ocupantes puedan permanecer en el mismo durante un determinado tiempo. Es un recinto destinado exclusivamente a circulación, está compartimentado del resto del edificio mediante elementos EI 120 y dispone de un sistema de protección frente al humo.

El estudio de la anchura de las escaleras en los códigos de edificación ha sido objeto de investigación durante muchos años (10) (11). Como ya se ha visto, el cálculo de las escaleras protegidas queda definido en el DB SI-3 por la expresión:

Predecir el movimiento de los ocupantes durante la evacuación es un aspecto esencial del análisis prestacional de la seguridad en caso de incendio en edificios, pero una tarea difícil. Como ya se ha comentado, los ocupantes se desplazan en el edificio horizontalmente, atravesando pasos y puertas, y verticalmente, utilizando escaleras. La utilización de elementos mecánicos, tales como escaleras mecánicas y ascensores, no es considerada válida por la legislación española y, aunque esto podría ser cuestionable en algunos casos, no es objeto del presente artículo.

Lo que caracteriza la evacuación en caso de incendio es que ésta se realiza en paralelo al desarrollo de un incendio que la puede condicionar muy seriamente. Se considera que si el tiempo disponible para la evacuación en condiciones de seguridad, ASET (Available Safe Escape Time) es mayor que el tiempo requerido para la evacuación en condiciones de seguridad, RSET (Required Safe Escape Time) más un margen de seguridad, se satisface la Exigencia Básica de evacuación de ocupantes (14). La relación entre ambos se encuentra descrita en la ISO/TR 16738:2009 (15).

Los factores fundamentales que afectan al ASET son la tasa de crecimiento del incendio y el tiempo en el que el recinto considerado se llena de humo, ya que se asume que la evacuación se produce por debajo del nivel de la capa de humo (16).

El RSET se obtiene cuando todos los ocupantes alcanzan un lugar seguro y de acuerdo con la terminología simplificada descrita en el Anexo H de la ISO/TR 16738:2009, se pueden formular dos hipótesis

donde:

t det es el tiempo de detección

t a es el tiempo de alarma

t pre es el tiempo de pre-movimiento, desde la señal de alarma hasta que el primer ocupante se pone en movimiento

t tra (pres) es el tiempo para que el ocupante en condiciones más desfavorable llegue hasta una salida que conduzca a un lugar seguro

t tra (queue) es el máximo tiempo de cola en la salida

La diferencia fundamental entre ambas hipótesis es que, si la densidad de ocupación es muy baja, los ocupantes pueden atravesar el elemento de la salida sin detenerse y, por tanto, sin crear tapones. Esta diferencia, ya avanza la influencia que en la velocidad de evacuación tiene la densidad, definida como la medida del grado de ocupación en una ruta de evacuación y expresada en personas por unidad de área. Nelson y Mowrer (17) establecieron las relaciones entre las velocidades y la densidad, tanto en desplazamientos horizontales como en escaleras.

El Flujo específico Fs (P/s/m), se define como el flujo de personas que atraviesa un punto en una ruta de evacuación por unidad de tiempo y por unidad de ancho efectivo, A. Es el producto de la Densidad (P/m2) y la Velocidad (m/s) y se expresa en personas/s/m

Ante la falta de información disponible en el DB-SI3 se procede a realizar un análisis inverso para intentar alumbrar las bases que sustentan el modelo elegido por el legislador para representar las condiciones de la evacuación en las escaleras protegidas.

Se plantean dos casos de estudio de un mismo edificio con 8 plantas y una ocupación total de 520 ocupantes en ambos casos. El primero de ellos el caso extremo de un edificio con ocupaciones muy bajas en plantas bajas y alta ocupación en plantas elevadas

Caso 1

Resultados mostrados en la Tabla 5.

Caso 2

Resultados mostrados en Tabla 6.

En los casos de las plantas 7 y 8, en los que se excede el tiempo de espera, y para no aumentar la anchura de la escalera, se puede diseñar un área de descompresión previa a la escalera. Como 78 personas por planta no han conseguido alcanzar el interior de la escalera en ese tiempo, su superficie sería de 78/3 = 26 m2

Se han realizado simulaciones con Pathfinder en este segundo caso, como se ve en la Figura 6, dado que este programa utiliza para el cálculo de la evacuación el modelo presentado por la SFPE en el Society of Fire Protection Handbook para el cálculo de movimiento de personas en las escaleras. El programa Pathfinder considerarándose para los ocupantes una velocidad de deplazamiento de 1,19 m/s, basado en lo expuesto en (22) y una anchura de hombros de 45,58 cm con una distancia de confort de 0.08 m, ambos datos basados en los estudios de Fruin (24). De las simulaciones realizadas, sólo se recoge a continuación la más favorable: aquella en la que no se considera a ningún ocupante con problemas de movilidad ni tiempo de reacción, de manera que se inicia la evacuación de forma instantánea. Esto implica que otras consideraciones más pesimistas conllevarían mayor tiempo para la evacuación que el recogido en el ejemplo.

Se han obtenido los siguientes valores:

La diferencia de t conf entre los cálculos manuales y la simulación se deben fundamentalmente a que en ningún momento se alcanzan los 41 ocupantes entre dos tramos de escalera, sino un máximo de 37. Este dato alerta sobre la alta densidad considerada por el CTE en el interior de las escaleras, que en la literatura reciente se limita a 2,10 p/m2 (25).

Las diferencias de t paso, del orden de un 40% de media superiores en la simulación, se pueden deber al hecho de que el CTE no incluye los tiempos de desplazamiento de los ocupantes desde los orígenes de evacuación hasta la puerta de la escalera, haciendo muy difícil representar la situación ideal considerada en te = 0. En cualquier caso las diferencias son suficientemente significativas para parecer preocupantes.

Los cálculos manuales y las simulaciones realizadas, reflejan que, bajo determinadas condiciones de ocupación, los tiempos de paso y espera en el acceso a las escaleras protegidas exceden ampliamente los considerados en la legislación española. Este puede ser el caso de locales de pública concurrencia en plantas altas de edificios de cierta altura.

El análisis realizado en este artículo no ha tenido en cuenta, además, importantes condicionantes que agravarían seriamente el problema, como es la consideración de personas con problemas de movilidad (26) (27).

Se intuye de forma clara que el mismo problema, en mayor medida si cabe, existe en el cálculo de los pasillos protegidos.