Fuego Eruptivo: Efecto Chimenea

Comportamiento Eruptivo de un Incendio Forestal por

Domingos Xavier Viegas Catedrático del Departamento de Ingeniería Mecánica, F.C.T.U. Coimbra Centro de Estudios sobre Incendios Forestales (CEIF), ADAI [email protected]

Resumen Se presenta aquí un estudio original sobre el comportamiento eruptivo de un incendio forestal, comúnmente conocido como “efecto chimenea”, y se propone una explicación física para el mismo. Los conceptos que se exponen aquí son ejemplificados con un caso real ocurrido en Portugal en 2003, en el cual perdieron la vida dos personas.

Introducción Un fenómeno que se observa de vez en cuando en los incendios forestales consiste en el desarrollo rápido de un frente de llamas, cuya velocidad de propagación aumenta de forma súbita. Este aumento de intensidad se acompaña por corrientes de aire muy fuertes que cogen por sorpresa a aquellos que se encuentren en los alrededores y que ha sido la causa de muchos accidentes fatales en todo el mundo. Este fenómeno, que ocurre en particular en desfiladeros o en laderas con una pendiente acusada, es conocido comúnmente por “efecto chimenea” debido a la aspiración de aire que es inducida por el propio fuego, tal y como ocurre en una chimenea. En la literatura anglosajona este fenómeno es conocido por “blow-up”, término que corresponde a una especie de explosión y que parece verificarse en el comportamiento del fuego en estas circunstancias. Dada la dificultad para traducir de una forma sencilla este término para las lenguas con raíz latina, tal y como ocurre con el Portugués, se propone el vocablo “erupción” para este fenómeno, dada la semejanza que presenta, en términos cualitativos, con la erupción de un volcán en el que también se desencadena un proceso convectivo de intensidad elevada. Como se ha dicho, el comportamiento eruptivo de los incendios forestales ha estado asociado a muchos accidentes fatales en el pasado, tanto en Portugal como en el extranjero. Entre los casos que hay documentados en la literatura técnica, se encuentran los de Mann Gulch, 1

ocurrido en 1949 en los Estados Unidos de América y en el cual perdieron la vida 13 bomberos (Rothermel, 1993), o el de South Canyon, ocurrido en 1994, en el cual fallecerían 14 combatientes (Butler et al, 1998). En otro accidente, que también ocurrió en EE UU en 2001 y que es conocido como Thirtymile, murieron cuatro personas en la secuencia de una erupción de fuego (Furnish et al., 2001). Por desgracia la lista es mucho más larga y resulta imposible reproducirla aquí en su totalidad. También en Portugal, donde el autor puede dar cuenta de situaciones similares, algunas de ellas con el resultado de pérdida de vidas. Dada la complejidad de la orografía de una buena parte del territorio de Portugal, el cual propicia la aparición de este tipo de fenómeno, el comportamiento eruptivo constituye una situación que es relativamente común en los incendios forestales portugueses. En la figura 1 se muestra un ejemplo recogido en un de los grandes incendios que ocurrió en los alrededores de Sertã el día 31 de Julio de 2003, donde es perfectamente visible el gran desarrollo de la columna de convección que se formó súbitamente en la ladera donde el fuego progresaba.

Figura 1 – Observación del comportamiento eruptivo en un incendio forestal que ocurrió en los alrededores de Sertã el 31 de Julio de 2003.

A pesar de la importancia de este fenómeno, no solamente en términos de comportamiento de fuego sino sobre todo en cuanto a la seguridad personal, no se encuentran muchos estudios en la literatura dedicados a él. El autor y su equipo tampoco encontraron en los trabajos consultados explicaciones físicas convincentes sobre el mismo. Por esa razón el autor ha prestado una atención particular desde hace algunos años al estudio de este efecto, con vistas a 2

mejorar la comprensión del mismo y así mismo para contribuir a una mayor seguridad de los que se encuentran en el frente de un incendio forestal. Con base en experiencias de laboratorio, de campo y de las observaciones de situaciones reales, complementadas así mismo por estudios de naturaleza numérica y analítica, el autor y su equipo han desarrollado un modelo matemático que explica y predice el fenómeno. En este artículo se intenta explicar, en un lenguaje sencillo sin entrar en formalismos matemáticos, los procesos asociados a la formación de una erupción del fuego.

Modelo de Comportamiento Una idea equivocada y que está enraizada en muchas personas es la de que, para unas condiciones dadas de terreno, de vegetación y de viento, un frente de fuego se propaga con una velocidad fija que puede ser determinada mediante modelos más o menos complejos. Uno de los modelos más utilizados es el de Rothermel (1972), que ha servido de base a muchos sistemas de ayuda a la toma de decisiones. Los estudios realizados por el autor en el Laboratorio de Estudios sobre Incendios Forestales (LEIF), muestran, por el contrario, que para unas condiciones dadas de ambiente el fuego se puede propagar con velocidades muy diferentes (Viegas, 2004a). Se observa que el comportamiento del fuego es dinámico, esto es, su velocidad de propagación varía a lo largo del tiempo. En la figura 2 se muestra una de las estructuras existentes en el LEIF, destinada a estudiar el comportamiento del fuego en desfiladeros de configuración geométrica arbitraria (Viegas y Pita, 2004). Tanto en este como en otros dispositivos semejantes se ha realizado a lo largo de los últimos años un estudio sistemático de este fenómeno que ha permitido desarrollar un modelo original para explicarlo y predecirlo (Viegas, 2005). Las observaciones hechas en los ensayos de laboratorio han sido corroboradas en los ensayos de campo en Gestosa, desde 1998 hasta la fecha presente (Viegas et al., 2002).

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Figura 2 – Estructura para el estudio de laboratorio del comportamiento eruptivo del fuego existente en el Laboratorio de Estudios sobre Incendios Forestales (LEIF)

En el caso general de fuegos en ladera o con viento, la velocidad de propagación no es constante. A pesar de que las condiciones del ambiente permanezcan constantes, la velocidad de propagación varía constantemente debido a la convección inducida por el propio fuego. En este artículo vamos a concentrar nuestra atención en el caso de una ladera o de un desfiladero, en la situación de que no haya viento. Un fuego que se inicie en la base de una ladera o de un desfiladero comenzará por tener una forma aproximadamente circular y se propagará muy lentamente. Al cabo de un tiempo la cabeza del fuego, situada en la parte más elevada del perímetro del fuego, comenzará a intensificarse al recibir éste el calor de toda la zona del incendio que se sitúa debajo de ella. Por esta razón la altura de las llamas de la cabeza del fuego aumentará y con ella la velocidad de propagación. El aumento de la altura de las llamas, a su vez, induce más viento junto al frente y produce un nuevo aumento de velocidad y así sucesivamente. Tomando como referencia la velocidad básica de propagación del fuego Ro, cuando éste se propaga en terreno horizontal en la ausencia de viento, la velocidad de propagación que el fuego puede adquirir en una ladera o en un desfiladero, en caso de erupción, puede ser cerca de cien veces superior a Ro. En algunos casos estudiados por el autor, este aumento de velocidad se cifró en cientos de veces en relación con aquel valor (Viegas, 2005).

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El fuego puede, por tanto, recorrer en unos pocos minutos una extensión muy grande de territorio, con una capacidad de destrucción que es absolutamente incontrolable. Este fenómeno, que es inducido por la convección producida por el fuego tal y como se ha dicho, se manifiesta por la súbita existencia de vientos de gran intensidad y que producen el característico rugido del incendio, bien conocido por aquellos que combaten el fuego. La aparición de este viento intenso induce a muchas personas a informar de la ocurrencia de “vientos erráticos que provienen de todas las direcciones”, o a pensar que se trataba de una súbita racha de viento o de cualquier otro fenómeno atmosférico que pudo producir la erupción del fuego. Pero tal convicción está completamente equivocada: el comportamiento eruptivo deriva del propio comportamiento del fuego y no requiere de ninguna contribución externa. Si hay una ladera cubierta de combustible y en su base hay un foco de incendio, el fuego irá aumentando su intensidad hasta alcanzar la erupción, independientemente de lo que pase al otro lado. Cuanto más inclinada sea la ladera y cuanto más fino y seco sea el combustible, más deprisa se alcanzará la erupción. Si la ladera fuera poco inclinada o poco extensa puede suceder que el fuego no se acelere suficientemente como para alcanzar la erupción. El resultado de este proceso es un comportamiento extremadamente dinámico del fuego, que se traduce en una variación (aumento) continuada de la velocidad de propagación a lo largo del tiempo. Con base en estudios de laboratorio, el autor ha desarrollado un modelo matemático para justificar esta evolución, y cuyo resultado se presenta en la figura 3.

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R m/min

1,5 1 C 0,5 A

B

0 0

60

120

180

240

300

t (s) Figura 3 – Previsión del crecimiento de la velocidad de propagación del fuego en una ladera, de acuerdo con el modelo de comportamiento eruptivo. Esta curva se refiere a un lecho de acículas secas de pino rodeno, con una carga de 0,6 kg/m2.

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La curva que se muestra en la figura 3 ha sido obtenida a partir de ensayos de laboratorio con pinocha de pino rodeno (Pinus pinaster). Como se puede observar en la figura, para el caso en que la vegetación sea homogénea, que la pendiente de la ladera (o del desfiladero) sea constante y que no exista ambiente de viento, - como en el caso de los ensayos realizados - la velocidad de propagación varía, llegando a una determinada fase en la que aumenta bruscamente, pudiendo alcanzar valores extremadamente elevados. La velocidad de propagación inicial del fuego varía con la pendiente de la ladera. Por ejemplo, en una ladera con una pendiente de 10º (18%) la velocidad inicial de propagación es la que corresponde al punto A del gráfico, a la vez que para pendientes de 20º (36%) y de 30º (58%) las velocidades iniciales son las representadas por los puntos B y C respectivamente. Como se puede ver en esta figura, el tiempo necesario para la ocurrencia de la erupción es tanto menor cuanto más elevada sea la pendiente de la ladera. En el caso de una ladera con 30º de inclinación o en desfiladeros muy cerrados, el fuego alcanzará la fase de erupción casi inmediatamente después de su ignición. Algo similar pasa con otros combustibles, si bien la escala de los tiempos es diferente en un combustible y en otro. Un combustible más pesado - como es el caso de una vegetación arbustiva - tendrá un tiempo de reacción superior al de un combustible más ligero - como en el caso de una vegetación herbácea - pero el comportamiento es semejante en todos los aspectos. En cuanto a la fase de erupción, puede tardar de 5 a 10 minutos en alcanzarse en la vegetación herbácea para unas condiciones dadas, mientras que el tiempo requerido en una vegetación arbustiva podría ser de 20 a 30 minutos para las mismas condiciones. En la actualidad se está llevando a cabo una investigación para establecer de manera completa estas relaciones para los diferentes combustibles y configuraciones del terreno.

Consecuencias prácticas El comportamiento del fuego, descrito anteriormente, y en especial en su fase inicial, explica la ocurrencia de muchos de los accidentes fatales asociados con el fenómeno eruptivo. Cuando un equipo de combate llega a las cercanías de un fuego incipiente en la base de una ladera, al observar su comportamiento relativamente lento se considera la posibilidad de rodearlo sin gran dificultad con los recursos disponibles y, probablemente, en poco tiempo. Atacando el fuego por la retaguardia y avanzando por los flancos, los miembros del equipo van 6

subiendo por la ladera con el fin de rodear el perímetro del fuego. En ciertos casos algunos miembros del equipo se dispersan por la ladera con el fin de situarse por encima del fuego, haciendo uso de alguna carretera o camino a partir del cual pudieran suprimir el fuego en un ataque frontal. Si esta operación no ha sido realizada con suficiente rapidez, el fuego puede entretanto haber alcanzado el estado de erupción y toda la operación puede conducir a un desastre. El aumento súbito de la velocidad y de la intensidad de propagación, además de sorprender a las personas involucradas, convierte en inútil cualquier esfuerzo de ataque al fuego en tanto en cuanto no existe capacidad física para combatir frentes de llama con velocidades del orden de 10 a 50 metros por minuto, con alturas del orden de 10 a 30 metros y con intensidades de propagación superiores a 4.000 kW/m. Por este motivo la decisión de iniciar el combate de un foco de incendio, incluso si este es pequeño, en la base o en medio de una ladera, debe ser tomada con extremada cautela. Por alguna razón será que una de las reglas básicas de seguridad establece que nunca se combata el fuego – y que ni tan siquiera se permanezca – en una ladera estando situados por encima del fuego y con vegetación de por medio. Sin que haya recursos suficientes, no se debe ni tan siquiera intentar el ataque al fuego, debiendo por el contrario optar por retirarse y adoptar cualquier otra estrategia que no implique hacer frente al fuego en plena ladera. En caso alguno se deben colocar medios humanos por encima de la línea de fuego en cuanto éste se encuentre activo. Lo dicho anteriormente es aplicable así mismo para el personal que se encuentre en puntos elevados, crestas o collados situados encima de una ladera que está ardiendo o que está a punto de hacerlo. Si ocurre una erupción, los gases calientes producidos por el fuego y los flujos de radiación cuando este se aproxima, podrían poner en peligro la vida de los que se encuentren en tales localizaciones. En estos casos es necesario contar con una zona de seguridad muy extensa - como una faja cortafuegos - que pudiera ser suficiente para garantizar la seguridad personal de los que allí se encuentren. Por este motivo se ha de prever la posibilidad de ocurrencia de tal fenómeno, y es preferible retirar todos los medios y el personal del área con antelación para no incurrir en riesgos innecesarios. En estas situaciones, incluso las mismas casas podrían no constituir lugares seguros donde permanecer, al contrario que en el caso de comportamiento normal del fuego. La localización de los puestos de vigilancia, de antenas de operadores de comunicaciones y de centrales eólicas en lugares elevados, convierte a estas estructuras en particularmente vulnerables a los comportamientos eruptivos de los incendios en las laderas encima de las cuales se localizan. En el caso concreto de los puestos de vigilancia, la decisión de abandonar el puesto 7

debe ser tomada con mucha antelación, con el fin de evitar situaciones de elevado riesgo personal.

Un Caso de Estudio Para ilustrar los conceptos expuestos, vamos a considerar un caso concreto que ocurrió el día 5 de Agosto de 2003 en Freixo-de Espada-à-Cinta, en el que lamentablemente resultó muerto un joven matrimonio de propietarios forestales. A lo largo de la investigación de los accidentes fatales ocurridos en los incendios del verano de 2003, realizados por el autor (Viegas, 2004b), este caso resultó ser uno de los que más dramáticamente ilustran y documentan el fenómeno eruptivo que ha sido descrito. En este, como en otros casos investigados, el autor contó con el apoyo de las estructuras de Bomberos locales y de otras entidades, a los que se aprovecha para agradecer la colaboración. En la figura 4 se muestra el mapa topográfico de la zona del accidente, una ladera situada a poca distancia de Freixo-de Espada-à-Cinta sobre el Río Duero, en la frontera con España. Un incendio se inició en el punto A, alrededor de las 14:30, al que los bomberos de Freixo-de Espada-à-Cinta acudieron inmediatamente. A pesar de las condiciones adversas, el incendio estaba siendo controlado y rodeado, al que se iba llevando hacia el fondo de la ladera en dirección al río. Hacia las 17:00 horas el incendio se encontraba ya prácticamente rodeado y se dio por extinguido a excepción de un pequeño frente de menos de 30 metros de extensión en la base de la vaguada junto al punto B en la figura 4. El matrimonio de propietarios había llegado desde su casa para ver si el incendio podría poner en riesgo un proyecto de repoblación forestal que tenían en aquella zona, al lado del punto C. En el lugar donde se encontraban, que estaba a más de dos kilómetros de distancia del frente de llamas que quedaba por extinguir y el cual no podían ver tan siquiera debido a la configuración del terreno, se sentían seguros ya que daban por hecho – igual que los demás - que el incendio principal estaba ya prácticamente extinguido. Por este motivo la pareja iniciaría el retorno a su vehículo, el cual habían dejado un poco más arriba, para volver a su casa.

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Figura 4 – Mapa topográfico del Concello de Freixo-de-Espada-à-Cinta, en la zona donde ocurrió el accidente descrito en el texto. La cuadrícula del mapa es de un kilómetro de lado.

Fue en este momento en el que tuvo lugar una erupción del fuego. En tan solo unos 20 minutos, el pequeño foco de incendio que faltaba por extinguir en la base de la vaguada y de la ladera se había transformado en un frente enorme de varios centenares de metros que literalmente barrió toda la ladera hasta la cresta. En este trayecto alcanzó al matrimonio de propietarios y fue un milagro que no acabara también con la vida de decenas de bomberos y de civiles que se encontraban a esa altura al otro lado del incendio. En lo alto de la ladera, en el punto D, se situaba una estación meteorológica automática que fue literalmente barrida por la onda de calor producida por el incendio. Como parte de las diligencias llevadas a cabo, a petición del autor, por el Comandante de los Bomberos Voluntarios de Freixo-de Espada-à-Cinta y por deferencia de la empresa propietaria de los datos, tuvimos acceso a los registros de la estación, que contenían la signatura de lo que pasó aquella tarde en aquel lugar sobre la erupción del fuego. En la figura 5 se reproduce la evolución de la temperatura del aire durante el día del accidente. Los valores indicados son las medias de diez en diez minutos registradas por la estación. Como se puede observar, alrededor de las 18:30 horas la temperatura del aire subió bruscamente en unos 20 minutos hasta alcanzar el valor de 55ºC. Una persona que estuviese expuesta a los gases a esa temperatura difícilmente podría escapar sin lesiones serias, siendo así mismo dudosa la posibilidad de su supervivencia. 9

Temperatura ºC

60

50

40

30

20

10

0 0:00

3:00

6:00

9:00

12:00

15:00

18:00

21:00

0:00

Figura 5 – Valores medios de la temperatura del aire registrados en la estación meteorológica de Freixo, en el día 5 de Agosto de 2003, pudiéndose observar el aumento súbito de la temperatura en el momento en que ocurrió la erupción del incendio.

En la figura 6 se reproduce la evolución de la velocidad media del viento. Como se puede ver la velocidad, que en aquel día rondaba los 10 a 15 km/h, aumentó bruscamente hasta valores medios del orden de 65 km/h, habiéndose registrado una velocidad máxima de 96 km/h. 100 90

Velocidade média km/h

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0:00

3:00

6:00

9:00

12:00

15:00

18:00

21:00

0:00

Figura 6 – Valores medios de la velocidad del viento registrados en la estación meteorológica de Freixo, en el día 5 de Agosto de 2003, siendo visible así mismo el aumento súbito de la velocidad del viento inducido por la erupción del incendio.

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En la figura 7 se muestra la evolución de la velocidad del viento inducido por el incendio de acuerdo con el modelo matemático propuesto por el autor, desde el inicio del comportamiento eruptivo, en comparación con los valores de la velocidad media y máxima del viento registrados en la estación meteorológica en el mismo intervalo de tiempo. Como se ve, el modelo predice adecuadamente el crecimiento brusco de la velocidad del viento durante la erupción.

120 100 Uav Model Umax

U km/h

80 60 40 20 0 0

10

20

30

40

50

60

70

t (min)

Figura 7 – Comparación entre la evolución de la velocidad del viento, desde el inicio de la erupción, de acuerdo con el modelo propuesto y los registros de velocidad media y máxima observados en la estación meteorológica.

En opinión del autor, estos datos ilustran mejor que muchas palabras el poder del fuego y su potencial destructivo. En este caso hubo dos víctimas mortales. Sería deseable que no hubiera más víctimas en accidentes como este.

Conclusión Entre las situaciones de comportamiento extremo de un incendio forestal, la erupción del fuego constituye una de las que comporta un riesgo potencial más elevado. Su ocurrencia depende, esencialmente, de la configuración del terreno y es muy poco dependiente de las condiciones meteorológicas y así mismo de la cobertura vegetal. Como se ha dicho, basta que haya un foco de incendio en una extensión suficiente de ladera para que el proceso eruptivo se desarrolle.

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Por lo que ha sido expuesto, con base en los estudios desarrollados por el autor y por su equipo, puede afirmarse que el fenómeno eruptivo es uno de los más previsibles que se puedan encontrar en el ámbito del comportamiento extremo de un incendio forestal. Aún así, y desgraciadamente, este tipo de comportamiento eruptivo del fuego continúa estando presente en muchos accidentes mortales en todo el mundo, en los que personas experimentadas y conocedoras del fuego son sorprendidas por su ocurrencia. En el accidente ocurrido en el incendio de La Riba de Saelices (Guadalajara) en Julio de 2005, en el cual perdieron la vida 11 personas, y de acuerdo a los trabajos de investigación que realizamos a propósito (Viegas et al., 2005), el grupo de combatientes habría sido sorprendido por dos erupciones sucesivas del fuego, en las laderas del valle por encima del cual se habían posicionado para combatir. La primera erupción, que tuvo lugar en el pinar situado a su derecha, indujo a su retirada en los vehículos para alejarse del frente de fuego. Lamentablemente una segunda erupción que ocurriría a continuación en un intervalo de solo unos pocos minutos en la otra ladera, produjo una propagación muy rápida del fuego, que alcanzó al grupo cuando habían recorrido ya unos cientos de metros. Se espera que la presente descripción de este fenómeno y la explicación física y matemática que ha sido hallada, puedan contribuir a que no se corran riesgos innecesarios en el combate del fuego y para que accidentes como el que ha sido descrito en este trabajo no se vuelvan a repetir.

Agradecimientos El autor desea manifestar su reconocimiento a los miembros del equipo del Centro de Estudios sobre Incendios Forestales (CEIF) que han colaborado a lo largo de dos años en la realización de los ensayos de laboratorio y de campo, en particular al Ingeniero Luis P. Pita, Ingeniero Luis M. Ribeiro, Ingeniero Pedro Palheiro, Sr. Nuno Luís y al Sr. António Cardoso. El autor expresa su reconocimiento muy particular al Comandante Mamede de los Bomberos Voluntarios de Freixo-de-Espada-à-Cinta y a la empresa Quantific por el apoyo prestado en el estudio del accidente ocurrido en aquel lugar. Agradece así mismo el apoyo prestado por el programa de investigación que ha permitido obtener los presentes resultados de la Fundación para la Ciencia y Tecnología, en el ámbito del

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proyecto Winslope (contrato POCTI/34128/EME/2000), y por la Comisión Europea, en el ámbito del proyecto SPREAD (contrato EVG1-CT2001-00043). Por último, agradece a David Caballero el que aceptara traducir y revisar este artículo para facilitar así su publicación en esta revista.

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