Las herramientas de simulación del incendio aplicadas al diseño de fachadas

El objetivo de mejora de la eficiencia energética de un edificio no puede ser satisfecho de forma aislada. Todas las partes de la construcción están interrelacionadas, por lo que se deben buscar soluciones con un enfoque global, de forma que la mejora de la exigencia básica de ahorro de energía no reduzca la capacidad del edificio para cumplir el resto de exigencias básicas, entre las que se encuentra la seguridad en caso de incendio. Así lo recoge el texto refundido de la directiva (UE) 2024/1275 del Parlamento Europeo y del Consejo de 24 de abril de 2024, relativa a la eficiencia energética de los edificios. Aunque la seguridad contra incendios no está entre sus objetivos, el texto refundido incide en que debe tenerse en cuenta en los proyectos de los nuevos edificios y en los edificios existentes que sean objeto de renovaciones importantes (cuando se renueve más del 25 % de la superficie de la envolvente del edificio).

La Torre Grenfell, en Londres, sufrió en 2017 un devastador incendio que se extendió por la fachada. Foto: Getty Images.

Los sistemas de fachada con aislamiento por el exterior son claves en la mejora del rendimiento energético de un edificio, pero pueden contener materiales con mayor o menor grado de combustibilidad, cámaras de aire que facilitan la propagación a través del efecto chimenea o continuidades de elementos combustibles que pueden hacer que el incendio se propague a zonas del edificio alejadas del foco del incendio.

Sucesos como el de la Torre Grenfell (Londres 2017), la Torre Ámbar (Madrid 2020) o el Campanar (Valencia 2024) pusieron en evidencia que la fachada jugó un papel esencial en la propagación del incendio y en sus consecuencias. A partir del siniestro Grenfell numerosos países incrementaron los requerimientos de seguridad contra incendios de los sistemas de fachada. Igualmente, se cuestionó la validez de las estrategias tradicionales de intervención de bomberos y de los métodos de evaluación del comportamiento al fuego de las fachadas.

En consecuencia, el sistema de fachada es, por sí mismo, una fuente potencial de propagación del fuego en un edificio y debe ser diseñado para evitar que eso suceda.

En España, la Ley 38/1999, de 5 de noviembre, de Ordenación de la Edificación, define el Código Técnico de la Edificación (CTE) como el marco normativo que establece las exigencias básicas de calidad de los edificios y de sus instalaciones. El CTE está en proceso de revisión para transponer de forma parcial determinados artículos de la directiva (UE) 2024/1275. El proyecto de texto que salió a audiencia pública en 2025 pretende modificar, además del Documento Básico de Ahorro de Energía (DB-HE), el apartado SI 2 Propagación exterior del Documento Básico de Seguridad en caso de Incendio (DB-SI). Este apartado contiene los requisitos de seguridad contra incendios de las fachadas y las cubiertas, para evitar la propagación del incendio por el exterior. El proyecto de texto de modificación del DB-SI incluye la opción de realizar ensayos a gran escala para justificar el cumplimiento de las prescripciones en los edificios de altura total de fachada igual o inferior a 28 m.

El CTE permite el diseño prestacional. La ingeniería de seguridad contra incendios (diseño prestacional) ayuda a definir y justificar soluciones adecuadas a las necesidades de la construcción y adaptadas a su nivel de riesgo real.

Los ensayos de fuego real, las simulaciones del incendio y la evaluación de lo acontecido en los siniestros son herramientas con las que cuenta la ingeniería de seguridad contra incendios para proponer y justificar estrategias de protección.

Las herramientas de simulación del incendio permiten reproducir las condiciones de desarrollo de los incendios y evaluar los posibles efectos que éstos generan sobre las personas y las construcciones. En el caso de las fachadas, ayudan a los fabricantes en el desarrollo de nuevos sistemas y a preparar los ensayos a media y gran escala.

También permiten a los proyectistas diseñar fachadas seguras, por ejemplo, evaluando el impacto en la propagación del incendio de determinados parámetros constructivos de un proyecto: aleros, balcones, deflectores, formas geométricas, materiales constructivos, vegetación, etc. Igualmente permiten estimar las acciones térmicas que podrían agredir a la fachada para prever su efecto sobre diferentes componentes de la fachada o partes del edificio (escaleras protegidas, vías de evacuación, etc.).

Efectis ha desarrollado un modelo de simulación del comportamiento al fuego de diferentes fachadas ventiladas. Este modelo fue verificado con resultados de ensayos de fuego a media y gran escala instrumentados específicamente para verificar el modelo. Después fue validado por comparación con siniestros como el de la torre Grenfell de Londres y el de la torre Ambar de Madrid. El modelo se utilizó igualmente para analizar el siniestro del Campanar (Valencia).

Para analizar y comprender los fenómenos ocurridos en la fachada durante el incendio de la torre Grenfell, Efectis pudo reconstruir el siniestro usando un método de simulación por etapas, basado en resultados experimentales realizados a cada escala investigada [1].

La primera etapa consistió en la reconstrucción del incendio a partir del análisis de los datos disponibles de la investigación oficial [2][3]. Como resultado, se construyó un modelo 3D que recoge las observaciones reportadas del incendio y que permitió determinar las velocidades de propagación de las llamas, la duración de la propagación y la localización del incendio cronológicamente.

En una segunda etapa se evaluó la propagación del incendio en la fachada mediante el modelo de campo FDS (Fire Dynamics Simulator desarrollado por el NIST), integrando un modelo de pirólisis. El modelo se validó con los resultados experimentales a diferentes escalas. En el modelo se utilizaron propiedades físicas de los materiales obtenidas de literatura científica y de ensayos a pequeña escala. Este primer modelo se validó con los resultados de ensayos a media escala (ISO 13785-1) [1][4] de nueve combinaciones de sistemas de fachada ventilada compuestos por estructura de aluminio, revestimiento de composite de aluminio y tres aislamientos diferentes, entre ellos, el PIR del edificio.

Una vez validado el modelo a media escala, para adaptarlo a grandes dimensiones se compararon sus resultados con los de ensayos de fuego de fachada a gran escala (BS 8414-1) [5]. En esta etapa se investigó la influencia de parámetros de simulación, como el tamaño del mallado y el modelo de pirólisis de los materiales. Este análisis ayudó a entender la relación entre el desarrollo del incendio y el tipo de fachada, así como las interacciones entre los distintos materiales que la componen.

La siguiente etapa consistió en simular a la escala del apartamento origen del siniestro, para determinar las acciones térmicas que actuaron sobre la fachada. Posteriormente se escaló la simulación a las dimensiones de la torre completa. Los resultados de estos cálculos se compararon y validaron con el modelo 3D de las observaciones del incendio real [6][7][8].

Con el modelo validado a la escala de la torre se analizaron las interacciones entre el revestimiento y el aislamiento, así como el comportamiento de la cámara ventilada. Con herramientas adaptadas se analizaron fenómenos específicos como el montaje y fijación de los perfiles, los paneles de relleno de los huecos de las ventanas o las ventanas [9].

La etapa final consistió en evaluar el efecto que tendrían en el desarrollo del incendio diferentes variaciones sobre el sistema de fachada: revestimiento (A2 en vez de F), aislamiento de lana de roca, ventanas EI 30, etc.

El modelo se utilizó posteriormente para el estudio del incendio de la torre Ambar (Madrid 2020). En este caso, la fachada ventilada estaba compuesta por un aislamiento de lana mineral y el mismo tipo de revestimiento exterior ACM-PE. A diferencia de Grenfell, el inicio del incendio se produjo en la azotea y no en una planta inferior. La propagación horizontal es comparable a la de la torre Grenfell, aunque algo más rápida por la ausencia de detalles arquitectónicos como las columnas exteriores. La propagación vertical descendente es inferior a otros siniestros, por haberse iniciado en la parte alta del edificio.

Efectis utilizó este modelo para comprender el comportamiento de la fachada en el entorno del origen del incendio del Campanar (Valencia 2024). En este caso el material de revestimiento era el mismo que en Grenfell y en Ámbar (ACM-PE), pero el aislamiento era lana de roca. Como predijo el modelo de cálculo durante el estudio de la torre Grenfell, la propagación en la fachada se debió principalmente al material del núcleo del revestimiento ACM-PE. Con este tipo de núcleo, el material de aislamiento tiene escasa o nula influencia, como lo demostraron este siniestro y el de la torre Ambar, ambas con aislamiento mineral A2.

El combustible de los balcones y las fuertes rachas de viento de intensidad y dirección variable ayudaron a la propagación del incendio a zonas alejadas del foco, al arrancar y trasladar elementos incandescentes que provocaron nuevos focos del incendio. Este efecto no puede simularse debido a su variabilidad, por lo que la reconstrucción precisa por simulación no es posible en este caso. No obstante, el modelo permitió simular correctamente la propagación en la fachada ante distintas variables como diferentes combinaciones de materiales de fachada, geometrías de fachada, presencia de deflectores, barreras en la cavidad, distintas velocidades de viento, etc.

Como los nuevos sistemas de fachada son sistemas complejos, no solo deben de estar correctamente diseñados y ensayados; las condiciones de instalación y de envejecimiento (y en consecuencia de mantenimiento) son clave para conseguir un buen comportamiento en caso de incendio.

Los ejemplos presentados ponen de manifiesto cómo el uso adecuado de las herramientas de simulación del incendio puede ser de gran utilidad para el diseño de nuevas fachadas seguras. Pero es imprescindible que las herramientas estén validadas para cada uso concreto. El usuario ha de estar debidamente formado y conocer sus limitaciones.

Referencias

[1] E. Guillaume, T. Fateh, R. Schillinger, R. Chiva, S. Ukleja. Study of fire behaviour of façade mock-ups equipped with aluminium composite material-based claddings, using intermediate-scale test method. Fire and Materials, 2018;1-17. https://doi.org/10.1002/fam.2635

[2] L. Bisby. Grenfell Tower Inquiry report. Phase 1: Expert report. 2nd April 2018. https://www.grenfelltowerinquiry.org.uk/evidence/professor-luke-bisbys-expert-report

[3] B. Lane. Grenfell Tower – Fire safety investigation. 12th April 2018. https://www.grenfelltowerinquiry.org.uk/evidence/dr-barbara-lanes-expert-report

[4] Dréan V., Girardin B., Guillaume E., Fateh T. (2019) Numerical Simulation of the Fire Behaviour of Façade Equipped with Aluminium Composite Material-Based Claddings – Model validation at intermediate-Scale, Fire and Materials. 2019; 1–18. DOI: 10.1002/fam.2745

[5] Dréan V., Girardin B., Guillaume E., Fateh T. (2019) Numerical Simulation of the Fire Behaviour of Façade Equipped with Aluminium Composite Material-Based Claddings – Model validation at Large Scale, Fire and Materials. 2019; 1–18. DOI: 10.1002/fam.2759

[6] Guillaume E., Dréan V., Girardin B., Benameur F., Fateh T. (2019) Reconstruction of Grenfell tower fire - Part 1: lessons from observations and determination of work hypotheses, DOI: 10.1002/fam.2766

[7] Guillaume E., Dréan V., Girardin B., Koohkan M., Fateh T. (2019). Reconstruction of Grenfell tower fire - Part 2: A Numerical Investigation of the Fire Propagation and Behaviour from the Initial Apartment to the Grenfell Tower Façade. DOI: 10.1002/fam.2765

[8] Guillaume E., Dréan V., Girardin B., Benameur F., Koohkan M., Fateh T. (2019). Reconstruction of Grenfell tower fire - Part 3: Numerical Simulation of the Grenfell Tower Disaster: Contribution to the understanding of the fire propagation and behaviour during the vertical fire spread. DOI: 10.1002/fam.2763

[9] Koohkan M., Dréan V., Guillaume E., Girardin B., Fateh T., Duponchel X. (2020) Reconstruction of Grenfell tower fire - Thermomechanical analysis of window failure during the Grenfell Tower disaster, Fire Technology, https://doi.org/10.1007/s10694-020-00980-4