«

»

Scenarii de incendiu si modele de foc natural pentru determinarea rezistentei la foc a structurilor (*)

Share

zaharia - scenarii de incendiu fig 5Articolul prezinta un studiu privind evaluarea modului de dezvoltare a unui posibil incendiu de masini la etajul I al parcajului suprateran amplasat sub Pasajul Basarab din Bucuresti, in scopul stabilirii timpului pentru care trebuie asigurata rezistenta la foc standard a grinzilor metalice ale Pasajului situate deasupra parcajului, prin mijloace de protectie adecvate.

Analiza a fost realizata in baza studiilor si rezultatelor existente la nivel international, in literatura de specialitate, asupra modului de dezvoltare / propagare a incendiilor de masini in parcaje supraterane deschise, coroborand rezultatele experimentale cu aplicarea formularilor analitice din standardele de calcul la actiunea focului, corespunzatoare SR EN 1991-1-2 [1] si SR EN 1993-1-2 [2]. 

Scenariul dezvoltarii unui incen­diu in cazul parcajelor este afectat in mod semnificativ de conditiile de ventilare. Parcajul de sub Pasajul Basarab este un parcaj complet deschis, care nu are pereti pe nici una dintre laturi (foto 1). Prezenta ventilarii naturale, in cazul parcajelor deschise, nu permite atingerea stadiului de incendiu generalizat (flash-over), focul ramanand localizat. In aceste conditii focul se poate dezvolta doar prin trecerea de la prima masina incendiata la masinile ase­zate alaturat.

Chiar in situatia in care un numar semnificativ de masini sunt cuprinse succesiv de foc la nivelul intregului parcaj, la distanta fata de masinile incendiate temperaturile care se pot dezvolta raman scazute, avand in vedere conditiile de ventilare. Temperaturi ridicate pot sa apara, insa, localizat, deasupra masinilor incendiate, acolo unde, in conditiile in care flacarile ating tavanul, fluxul termic de la fiecare masina care arde poate fi aditionat intr-o anumita sectiune a unei grinzi metalice a Pasajului. Astfel, temperatura ce se poate dezvolta intr-o grinda me­talica de deasupra masinilor incendiate depinde de numarul de masini incendiate si de distanta lor fata de sectiunea respectiva de pe grinda, masurata la nivelul grinzii.

Identificarea scenariului de in­cen­diu care conduce la temperaturile cele mai ridicate in grinzile de deasupra masinilor incendiate se reduce astfel la definirea pozitiilor masinilor de la etajul parcarii in relatie cu grinzile Pasajului, la numarul de masini alaturate implicate in incendiu, la definirea debitului de caldura degajata de fiecare masina implicata in incendiu si la timpul in care se poate dezvolta incendiul de la o masina la alta.

Modele de foc natural

Standardul SR EN 1991-1-2 [1] descrie actiunile termice si mecanice care trebuie avute in vedere pentru o structura supusa actiunii focului, oferind curbe de foc normalizate, respectiv modele de foc natural.

Cea mai utilizata dintre curbele nominale „tempe­ra­tura – timp” pentru descrierea actiunii termice in situatia de incendiu este curba standardi­zata (foc standard ISO 834), care, desi este indispensabila pentru realizarea incercarilor experimentale, reprezinta o modelare saraca a unui incendiu real. Curba standar­dizata nu tine cont de niciun parametru fizic, considerand aceeasi evolutie a temperaturii, in timp, pentru orice situatie si, mai mult decat atat, temperatura creste continuu in timp.

Cel mai simplu model de foc na­tural pentru reprezentarea incen­diilor de compartiment este focul parametric (curba temperatura – timp parametrica), care tine cont si de faza de regresie a temperaturii, fiind definit in functie de densitatea sarcinii termice, de proprietatile inchiderilor si de deschiderile din acestea. Modelul este, insa, limitat ca supra­fata si inaltime a compartimentului de incendiu si presupune ca tempe­ratura este aceeasi in intregul compartiment, pe toata inaltimea, din momentul initierii incendiului.

Figura 1 arata (calitativ) diferenta dintre modelul de foc standard si modelul de foc parametric. Este recunoscut faptul ca, in majoritatea cazurilor, temperaturile rezultate, considerand focul standard, sunt mai mari decat cele obtinute utilizand modelul de foc parametric. In functie de parametrii mentionati pot exista, insa, situatii in care focul parametric sa conduca, la un moment dat, la temperaturi superioare celor obti­nute din curba standardizata. Avand totusi in vedere ca in curba parametrica exista si faza de regresie, focul standard ramane, in general, mai sever, mai ales la elementele cu cerinte de rezistenta la foc mai mari de 30 minute.

Un model complex de foc natural in SR EN 1991-1-2 [1] este modelul combinat, „Two Zone – One Zone“, care este capabil sa urmareasca intreaga evolutie a incendiului, din momentul declansarii pana in faza de flash-over, tinand cont si de faza de regresie. Initial, inaltimea compartimentului de incendiu este impartita in doua, o zona superioara de fum calda si o zona inferioara rece. Trecerea de la modelul cu doua zone de temperatura la mo­delul cu o singura temperatura pe intreaga inaltime a compartimentului corespunde momentului aparitiei incendiului generalizat. Acest feno­men se produce in anumite conditii, spre exemplu atunci cand tempe­ratura gazelor fierbinti din zona superioara a atins 500°C.

Pentru modelele de foc natural, evolutia temperaturii intr-un compartiment de incendiu este direct legata de o serie de parametri, cum sunt deschiderile, sarcina termica, debitul de caldura degajata etc., care influenteaza si aparitia incendiului gene­ralizat. Pe de alta parte, exista incendii in spatii deschise, puternic ventilate (spre exemplu, parcajele supraterane deschise perimetral), in care aparitia feno­menului de flash-over nu mai este posibila si pentru care incendiul ramane localizat.

SR EN 1991-1-2 [1] ofera un model analitic pentru determinarea actiunii termice a incendiilor loca­lizate, in Anexa C. In functie de inaltimea flacarii incendiului, localizat relativ la inaltimea tavanului sub care se produce respectivul incen­diu, flacara poate atinge sau nu tavanul. In situatia in care exista mai multe incendii localizate (cazul unui incendiu intr-o parcare, in care fiecare masina se considera a fi un foc localizat) si flacarile ating tavanul (fig. 2), fluxurile termice de la fiecare sursa se pot insuma intr-un anumit punct (intr-o anumita sectiune a grinzii metalice). Fluxul termic total, intr-o sectiune a grinzii metalice, depinde, astfel, de distanta r (fig. 2) masurata pe orizontala intre axa verticala a fiecarui foc localizat (fiecare masina) si sectiunea respectiva, avand in vedere ca flacara se poate dezvolta pe orizontala la nivelul tavanului, pe o lungime Lh.

Modelul de foc localizat din SR EN 1991-1-2 este va­labil in conditiile in care diametrul incendiului este limitat la D = 10 m (fig. 2), respectiv debitul de caldura degajata al incendiului este limitat la Q = 50 MW. In cazul existentei mai multor surse de foc localizat, contributiile se pot insuma pana la o limita superioara de 100 kW/m. Se considera ca aceasta aproximare este conservativa, deoarece, in realitate, flacarile de pe tavan se pot chiar contracara reciproc [3].

Incendii in parcaje deschise

Incendiile in parcajele deschise sunt mai putin severe fata de cele din parcajele inchise [4]. Aceasta se dato­reaza, pe de o parte, faptului ca desfumarea si evacu­area energiei termice se produce mult mai rapid si, pe de alta parte, faptului ca incendiul poate fi detectat mai usor, mai ales in cazul parcajelor publice, cu supra­veghere, asa cum este cazul parcajului de sub Pasajul Basarab. Din aceste motive, numarul de masini implicate in incendiile parcajelor deschise este, in general, mai mic decat in cazul parcajelor inchise, fapt demonstrat de statisticile incendiilor.

In parcarile deschise, probabilitatea unui incendiu care sa implice mai mult de trei masini este foarte mica, iar pentru studiul dezvoltarii unui incendiu intr-un astfel de parcaj, este acoperitor sa se considere ca toate masinile implicate in incendiu sunt de categoria 3 (masini de clasa medie). Un scenariu de incendiu in care sunt implicate trei masini de categoria 3 acopera 98,7% din scenariile posibile, in conformitate cu statisticile [5]. Pe aceasta baza au fost efectuate si incercari experimentale la foc pentru determinarea debitului de caldura degajata de o masina incendiata.

Relevante pentru studiul dezvoltarii unui incendiu de masini in parcajul suprateran de sub Pasajul Basarab sunt cateva teste efectuate in hota calorimetrica de la CTICM, Franta, care au oferit un model analitic pentru debitul de caldura degajata de masini. Acest model analitic a fost realizat in baza unei prime serii de teste [6] si a fost validat de a doua serie de teste care a inclus masini de fabricatie mai recenta [5]. Modelul analitic pentru evolutia debitului de caldura degajata de o masina de categoria 3, in timp, este aratat in figura 3.

Programul experimental a cuprins si teste cu cate doua masini alaturate, pentru a determina timpul in care incendiul se propaga de la o masina la alta. Testele au aratat ca masinile pot sa arda una dupa cealalta la un interval de 12 minute.

Pentru incendii de masini, se considera ca diametrul incendiului rezulta din suprafata unui loc standard de parcare, din care se obtine un diametru echivalent, care este mai mic decat limita impusa de SR EN 1991-1-2 [1] pentru modelele de foc localizat (10 m).

Cu privire la limitarea debitului de caldura degajata a incendiului loca­lizat la 50 MW, aceasta limita acopera incendiile pentru masini de categoria 3, la care debitul maxim de caldura degajata este 8,3 MW, conform modelului prezentat in figura 3.

Scenarii de incendiu

Intr-o prima etapa, este necesara determinarea temperaturilor maxime care pot sa apara in grinzile metalice neprotejate ale Pasajului Basarab, urmare a unui incendiu la etajul 1 al parcajului. In functie de valoarea acestor temperaturi, se poate determina mai departe durata pentru care trebuie protejate aceste grinzi la un timp echivalent, sub foc standard, pentru indeplinirea cerintelor de rezistenta la foc R30, R60, R90 etc. Temperaturile maxime in grinzile pasajului se obtin in zona unde grinzile se afla la inaltimea cea mai mica fata de etajul parcajului.

Temperaturile maxime obtinute in aceasta zona si timpul de rezistenta la foc, calculat pe baza echivalentei cu focul standard cu ajutorul acestor temperaturi, vor determina, in mod conservativ, timpul de rezistenta la foc pentru toate grinzile transversale ale Pasajului situate deasupra parcarii. Cresterea temperaturii intr-un element de otel neprotejat, intr-un interval de timp, se determina, in functie de fluxul termic net rezultat din modelul de foc localizat, cu relatia 4.25 din SR EN 1993-1-2 [2].

Pentru determinarea temperaturii maxime in grinzile metalice, s-au considerat diverse scenarii de evolutie a incendiului, implicand una sau mai multe masini, incendiul pornind de la masina dintr-un capat al sirului sau de la masina din mijlocul sirului. Scenariul care a condus la temperaturile maxime in grinzile metalice a fost cel care a presupus cinci masini alaturate incendiate, cu declansarea incendiului la masina din mijloc.

Initierea incendiului la masinile alaturate se face dupa cate 12 minute, simultan la cate doua masini, ca in figura 4. In acest scenariu temperatura maxima se obtine deasupra primei masini incendiate. Temperatura maxima atinsa in grinda este de 872°C, cu doar 3°C mai mare decat temperatura obtinuta intr-un scenariu asemanator de evolutie a incendiului, dar care implica doar trei masini. Aceasta dovedeste ca, chiar in situatia in care mai mult de trei masini sunt incendiate, cu focul pornind de la masina din mijloc, temperatura maxima obtinuta in grinzile Pasajului nu creste semnificativ. In consecinta, pentru determinarea timpului de rezistenta la foc impus grinzilor metalice, care se va asigura prin protectie adecvata, se va utiliza timpul de rezistenta la foc standard echivalent, bazat pe temperatura maxima de 872°C, obtinuta in grinda metalica sub foc localizat.

Figura 5 arata pe acelasi grafic, comparativ, evolutia temperaturii in sectiunea grinzii metalice sub actiunea fluxurilor termice aditionate sub focurile localizate provenite de la masinile incendiate, in conformitate cu scenariul de foc localizat cel mai sever, respectiv sub actiunea focului standard. Temperatura maxi­ma de 872°C este atinsa, sub foc standard ISO, dupa aproximativ 40 minute. In consecinta, efectul unui foc localizat produs de un incendiu de masini descris prin scenariul cel mai sever, care implica cinci masini alaturate incendiate cu focul pornind de la masina din mijloc, este echivalent pentru grinda cu efectul unui foc standard de 40 minute. O protectie adecvata pentru o cerinta de rezistenta la foc standard R60 este, deci, suficienta pentru grinzile metalice.

Concluzii

Studiul a aratat ca durata incen­diului, care depinde de numarul masinilor implicate, nu influenteaza tempe­raturile maxime care pot sa apara in grinzile Pasajului. Chiar in cazul unui numar mare de masini implicate in incendiu, practic numarul maxim de masini ce pot influenta in mod semnificativ temperaturile in grinzi este de cinci, ceea ce corespunde in mod acoperitor si statisticilor privind numarul de masini implicate in incendii in cazul parcajelor deschise.

Chiar daca, in functie de inal­timea tavanului fata de cota etajului I al parcajului, flacarile produse de un incendiu de masini nu ating, in toate situatiile, tavanul, acestea cuprind grinzile metalice ale Pasajului Basarab, oricare ar fi pozitia masi­nilor in parcaj. In aceste conditii, in mod conservativ, timpul de rezistenta la foc standard R60 impus tuturor grinzilor pasajului (situate deasupra parcarii), prin mijloace de protectie adecvate, s-a determinat pentru grinzile situate la nivelul cel mai de jos fata de etajul parcarii, pe baza echivalarii temperaturilor maxime posibile obtinute prin scenariile de incendiere a masinilor cu temperaturile obtinute pentru aceleasi grinzi sub actiunea focului standard.

Bibliografie

[1] SR EN 1991-1-2:2004 (2004) Eurocod 1: Actiuni asupra structurilor, Partea 1-2: Actiuni generale – Actiuni asupra structurilor expuse la foc, ASRO, Romania;

[2] SR EN 1993-1-2:2006 (2006) Eurocod 3: Proiectarea structurilor de otel, Partea 1-2: Reguli gene­rale – Calculul structurilor la foc, ASRO, Romania;

[4] Franssen, J. M., Kodur, V., Zaharia, R., Designing steel structures for fire safety, CRC Press Taylor & Francis Group, A Balkema Book, London, UK, 2009;

[4] Joyeux D., Kruppa J, Zhao, B., Application de l’ingénierie de la sécurité incendie à un parc à voitures en superstructure, Construction Metallique, No. 1, 2001;

[5] Joyeux D., Kruppa J, Cajot L-G, Schleich J-B, Van de Leur P, Twilt L (2002), Demonstration of real fire tests in car parks and high buildings, Final Report, Contract ECSC 7215 PP025, CTICM, Metz, France;

[6] ECSC, Development of design rules for steel structures subjected to natural fire in closed car parks, ECSC Agreement No. 7210SA/211/318/518/620/933, Final Report, European Commission, Belgium, 1997.

(*) Lucrare prezentata in cadrul celei de a XIII-a Conferinte Nationale de Constructii Metalice, Bucuresti, UTCB, 21-22 noiembrie 2013

Autori:
prof. dr. ing. Raul ZAHARIA,
asist. dr. ing. Ioan BOTH,
prof. dr. ing. Dan DUBINA – Univerisitatea Politehnica Timisoara
 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 118 – septembrie 2015, pag. 50

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2015/09/01/scenarii-de-incendiu-si-modele-de-foc-natural-pentru-determinarea-rezistentei-la-foc-a-structurilor/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.