Capitolul 1 - Probleme Generale Privind Focul

Capitolul 1

PROBLEME GENERALE PRIVIND FOCUL 1.1 Procesul arderii În sens larg, prin ardere ( combustie) se poate înţelege o reuniune de fenomene chimice şi fizice complexe, care se influenţează reciproc şi care sunt determinate de o reacţie chimică relativ rapidă cu caracter puternic exoterm. Fenomenele se dezvoltă în fază gazoasă ( gaz-gaz) sau în fază eterogenă ( gaz - lichid, gaz - solid) cu sau fără prezenţa oxigenului , cu sau fără manifestaţii de tipul flăcărilor sau radiaţiilor vizibile. Arderea poate fi considerată ca un proces chimic prin care combustibilul solid, lichid sau gazos se combină cu oxigenul şi are loc degajare de căldură, fenomen insotit , in general, de emisie de flăcări şi /sau incandescenţă şi /sau emisie de fum. Din acest proces rezultă produse gazoase - gazele de ardere - care de fapt alcătuiesc agenţii purtători ai căldurii eliberate în cursul arderii.. Din punct de vedere fizic combustia determină o creştere a temperaturi mediului înconjurător , care ajunge la valori ridicate ( peste 1000 C ) în timp scurt. Pentru a se realiza combustia este necesară prezenta a două substanţe una combustibilă ( solidă, lichidă sau gazoasă) şi alta oxidantă ( în mod normal oxigenul atmosferic ) iar fenomenul se iniţiază şi uneori se realizează în prezenţa unui al treilea factor căldura. Aceşti factori trebuie să existe simultan şi sunt consideraţi “ triunghiul focului”. În mod obişnuit substanţa oxidantă este oxigenul , care în aer este conţinut, în mod obişnuit, în proporţie de 21%; s-a constatat că pentru ca o substanţă să ardă este suficient ca ambiantul să conţină 14 – 18 % oxigen. Dacă în procesul de ardere există suficient oxigen disponibil şi dacă acesta are posibilitatea să reacţioneze cu fiecare particolă de combustibil, arderea va fi completă iar gazele evacuate nu vor conţine nici un component combustibil. Dacă nu există suficient oxigen sau dacă într-un anumit punct procesul de ardere este întrerupt printr-o răcire locală, va avea loc o ardere incompletă, iar gazele de ardere (sau zgura) va cuprinde încă particule combustibile. Pentru declanşarea arderii nu este suficient ca partenerii reacţiei de ardere, adică moleculele de combustibil şi oxigen să fie aduse împreună, ci este necesar ca acestea să posede un conţinut de energie numită energie de

activare. Aceasta trebuie introdusă din afară, sub forma încăzirii, până la atingerea temperaturii de aprindere. Moleculele activate sunt punctele de plecare ale unei reacţii în lanţ în cadrul căreia apar mereu noi particule activate. Cantitatea de căldură rezultată prin ardere se transferă produselor de ardere. Aceste produse ale arderii sunt, de regulă, sub formă gazoasă şi conţin cantitatea de azot rămasă de la aerul de combustie, iar în unele împrejurări şi excesul de aer. În cazul combustibililor lichizi şi solizi pot rămâne şi resturi solide ca cenuşa sau zgura care conţin de asemenea o parte din căldura degajată. Aşadar gazele sunt purtătoarele unei anumite cantităţi de căldură, care se poate calcula în funcţie de compoziţia combustibilului. Conţinutul de căldură al gazelor creşte dacă aerul de combustie, combustibilul sau ambele sunt preîncălzite. Tabelul 1.1 Temperaturi de aprindere pentru diferite materiale Combustibilul Antracit Acetilena Acetona Amoniac Benzină Butan Benzol Brichete de lignit Gaz natural Lignit uscat Monoxid de carbon Sulfura de carbon Acid cianhidric Eter dietilic Etilenă Hidrogen Metan Petrol eteric Propan

Temperatura de aprindere, °C 300-350 335 605 779 257 430 580 350 680 300 260 125 537 186 543 572 537 246 466

Recentele teorii asupra combustiei pun în evidenţă şi al patrulea factor important care permite combustiei să progreseze. Astfel s-a constatat

că în perioada de combustie a unei substanţe gazoase, lichide sau solide, datorită temperaturilor ridicate, se produce ruperea unor legături atomice şi se formează entităţi chimice extrem de reactive ( radicali liberi) care participă la combustie permiţând reacţiilor să se autoalimenteze. Radicali liberi au rolul unor catalizatori ai arderii şi constituie “ vehiculul “ cu care acesta se propagă. Produsele combustiei sunt de compoziţie variată funcţie de compoziţia substanţei combustibile şi modul cum se desfăşoară procesul de combustie şi ele se manifestă prin : - flăcări, partea spectaculoasă şi vizibilă a combustiei, se datorează combustiei în fază gazoasă şi caracterizată prin autopropagare; la flacără se distinge o zonă centrală , mai rece, care conţine produşi nearşi încă, o zonă intermediară şi o zonă externă unde combustia este complectă şi temperatura cea mai ridicată ; - căldura, reprezentată prin energia termică care se dezvoltă în perioada combustiei şi care se transmite prin conducţie, convecţie şi radiaţie; - gaze calde, formate din amestecul de vapori şi gaze existente în mediul ambiant înainte de combustie sau formate în perioada încălziri sau combustiei; - fum, datorită dispersei în aer de particule fine de carbon sau alte substanţe solide şi lichide produse a unei combustii incomplete. 1.2 Tipuri de combustie Viteza de desfăşurare a reacţiei de ardere este dependentă de tipul materialului combustibil, posibilităţile de ventilare, aria pe care o ocupă acest material, temperatura dezvoltată în timpul arderii, presiunea aerului mediului înconjurător, etc. În funcţie de viteza cu care se desfăşoară arderea se pot delimita următoarele tipuri de combustie: 1. combustie lentă, fără flacără, în care oxidarea se produce cu o viteză redusă, cantitatea de căldură generată fiind mică; 1. combustie rapidă, în care oxidarea se produce cu viteză subsonică şi cu degajarea unei cantităţi mari de căldură şi lumină (flăcări); arderea avansează pe direcţia unui aşa zis "front al flăcărilor" ; 1. combustie instantanee, în care oxidarea se produce cu viteză supersonică şi dă naştere la explozii. Incendiile care au loc în interiorul construcţiilor de locuit sau pentru birouri se încadrează de regulă la a doua categorie; celelate două cazuri se pot întâlni la construcţiile industriale şi agricole.

Functie de tipul de combustie forma de manifestare a incendiului poate fi : conventională (incendiul conventional ), deflagratie şi explozie Studiile întreprinse asupra modului în care se produce şi evoluează un incendiu obisnuit au pus în evidenţă următoarele faze distincte: • faza de declanşare, • faza de generalizare (flash over), • faza de ardere, • faza de regresie şi stingere. T e m p e ra tu ra Z O N A IN C A R E Z O N A IN C A R E S U N T E F IC IE N T S E U N T E F IC IE N T E M A S U R IL E D E M A S U R IL E D E P R O T E C T IE P R O T E C T IE A C T IV A P A S IV A

IS O 8 3 4

D A G A J A R E D E C A L D U R A + F U M

D E G A J A R E D E F U M

D E C L A N S A R E

E v o lu iat in c e n d ui lu in c a z u l s u c c e s u lu mi a s u ilor rd e p ro te c tie a c ivt a

F L A S H O V E R

F A Z A D E S T IN G E R E

tim p

Figura 1.1 -Curba incendiului Declanşarea se poate defalca la rândul ei în trei stadii şi anume: stadiul incipient, stadiul de fum şi stadiul de flacără. În faza de declanşare, sau iniţiere, temperatura mediului ambiant nu creşte semnificativ întrucât se degajă o cantitate mică de căldură, care este absorbită mai ales de reactanţi şi de elementele de construcţie. Timpul cât durează această fază depinde de tipul combustibilului, de modul

de aşezare a acestuia în spaţiul de incendiu şi de posibilităţile de alimentare cu aer. În general această fază nu depăşeşte 30 minute. În faza a doua, o cantitate din ce în ce mai mare de combustibil este implicată în incendiu, temperatura creşte rapid ajungându-se la valori în jur de 1000°C. În a treia fază întreaga cantitate de combustibil disponibil este în ardere, temperatura atinge valoarea maximă (până la 1200°C), şi se produce o echilibrare între căldura produsă şi cea degajată în exterior. În această fază pericolul propagării incendiului la compartimente sau construcţii învecinate este foarte mare, întrucât se produce o mişcare a gazelor supraîncălzite, care transportă atât căldura produsă de focare cât şi unele particole care se află în procesul de ardere. În ultima fază, de stingere, se produce epuizarea combustibilului, iar temperatura scade treptat. Pentru a fi mai uşor de studiat dezvoltarea unui incendiu se acceptă evoluţia exprimată de creşterea temperaturii în funcţie de timp. Se obţine astfel un model simplificat, dar care descrie suficient de real incendiile din spaţiile construite. Normele europene propun curba temperatura-timp standard ISO, care reprezinta dezvoltarea unui incendiu intr-un compartiment mic si este definită de ecuaţia: θ g = 20 + 345 log10(8t+1) în °C (1.1) unde, θg este temperatura gazelor fierbinţi în cuptorul de încercări la foc, în vecinătatea elementului expus la foc, în °C; t - timpul de la începerea expunerii la foc, în minute; Alte norme nationale au adoptat curbe standard care se apropie mult de curba ISO

Figura 1.2 - Curba incendiului convenţional adoptat în normele ISO, DIN, ASTME, JIS Este evident cã o astfel de curbã nu poate descrie corespunzãtor orice incendiu, întrucât temperatura depinde considerabil si de suprafaþa golurilor din peretii compartimentului de incendiu si de densitatea sarcinii de incendiu. În figura 1.3 sunt prezentate curbele temperaturã-timp pentru diferite valori ale sarcinii termice, la o valoare constantã a factorului de ventilare (v = 0,091 m1/2), iar în tabelul 2.1 sunt arãtate valorile sarcinii de incendiu pentru diferite tipuri de constructii, conform datelor Institutului Internaþional pentru Fier si Otel (International Iron and Steel Institute - Fire Engineering Design for Steel Structures: State of the Art, 1993). Aceeasi sursã prezintã si evolutia temperaturii pentru diferite valori ale factorului de ventilare la o valoare constantã a sarcinii de incendiu (Fig. 1.4). Definirea factorului de ventilare rezultã din figura 1.5.

Fig. 1.3 Curbele temperaturã-timp pentru diferite valori ale densitãþii sarcinii termice (factor de ventilare constant, v=0,091m1/2)

Fig .1.4 Curbele temperaturã-timp pentru diferite valori ale factorului de ventilare (sarcinã termicã q=23kg/m2)

Aw=b1h1+ b2h2+...+ b6h6 ; A=2[L1L2+ L1L3+ L3L2] (m2) h=[A1h1 + A2h2 +...+ A6h6 ]. 1 / Aw (m); factorul de ventilare=

Aw h 1/2 (m ) A1

Fig.1.5 Factorul de ventilare pentru un compartiment de incendiu tipic EC1 introduce si notiunea de “incendii naturale” , caracterizate prin curbe temperatura-timp, care depind de factorul ventilare si de sarcina termica din compartimentul cu incendiu. Aceste curbe sunt specifice compartimentelor mari si se folosesc in proceduri generale de calcul. 1.3 Teoria radicalilor liberi Metodele de stingere a incendiilor au la bază trei feluri de acţiuni: • acţiuni de scădere a temperaturii combustibilului (acţiuni de răcire), • acţiuni de împiedicare a alimentării cu oxigen (acţiuni de sufocare) • acţiuni de îndepărtare a materialului combustibil (acţiuni de epuizare).

Aceste trei metode corespund celor trei factori de bază ce contribuie la aprinderea focului şi la întreţinerea acestuia, care formează aşa numitul "triunghi al focului". Laturile acestui triunghi sunt combustibilul,oxidantul şi căldura degajată prin ardere. Ultimele cercetări au adus însă în atenţie o altă componentă importantă a fenomenelor de combustie, unii specialişti [Giuseppe Biondo -Progetazione antincendio, Milano 1992] vorbind astăzi despre un "tetraedru al focului". Această schimbare a teoriilor se bazează pe faptul că în timpul procesului de ardere a unei substanţe gazoase, lichide sau solide,datorită temperaturilor ridicate se produce ruperea unor legături atomice şi se formează radicali liberi care au rolul determinant în intensificarea combustiei. Mai exact, aceşti radicali liberi au rolul unor catalizatori ai arderii. Astfel, pe măsură ce cantitatea de energie care se degajă creşte, se produce fenomenul de autoalimentare a reacţiei. S-a constatat că folosirea pulberilor este eficientă la stingerea incendiilor nu numai pentru că acţionează în sensul răcirii şi al sufocării dar şi pentru că generează (tot sub acţiunea căldurii) radicali liberi ce blochează acţiunea radicalilor produşi iniţial de materialul combustibil. De altfel stingerea incendiilor prin sufocare este îngreunată de faptul că în condiţii de temperatură ridicată rolul oxidantului, care cel mai adesea este oxigenul, poate fi preluat şi de alte substanţe, cum ar fi fluorul şi sulful. Totodată trebuie avut în vedere că arderea unor materiale se poate desfăşura şi în condiţiile în care oxigenul este prezent doar în proporţie de 14-18% în timp ce atmosfera terestră conţine oxigen în proporţie de 21%.

1.4 Clase de combustibilitate Conform STAS 11357-90 şi Normativului P118 - 99 materialele de construcţii se clasifică din punct de vedere a combustibilităţii în două grupe: – incombustibile, Co ( CA1), care sub acţiunea focului sau a temperaturilor înalte nu se aprind, nu ard mocnit şi nu se carbonizează; – combustibile, care sub acţiunea focului sau a temperaturilor înalte se aprind, ard mocnit sau se carbonizează . Materialele combustibile, la rândul lor, se împart în patru clase de combustibilitate şi anume: – materiale practic neinflamabile, C1 ( CA2a); – materiale dificil inflamabile , C2 ( CA2b); – materiale mediu inflamabile, C3 ( CA2c);

– materiale uşor inflamabile , C4 ( CA2d ). Clasele C1, C2 cuprind materiale greu combustibile a căror ardere, mocnire sau carbonizare are loc numai în prezenţa sursei exterioare de căldură şi încetează o dată cu îndepărtarea sursei. Elementele de construcţii se încadrează în grupe de combustibilitate în funcţie de materialele din care se execută, modul de distribuţie a acestor materiale în cadrul elementului sau pe bază de încercări conform STAS 8558-78

1.5 Criterii pentru aprecierea rezistenţei la foc Exigenţele impuse privind rezistenţa la foc a construcţiilor sunt definite în actele normative ale fiecărei ţări, referitoare la construcţii, muncă, protecţia mediului etc. În ceea ce priveşte construcţiile propriuzise, exigenţele depind de destinaţia construcţiei (locuinţe, industriale, birouri, publice), înălţimea construcţiei etc. Elementele de construcţii supuse la acţiunea focului, îşi reduc treptat diferite caracteristici datorită schimbărilor ce se produc în structura materialelor componenete. În figura 1.6, ca exemplu, este arătată reducerea limitei de elasticitate a oţelului şi a rezistenţei la compresiune a betonului, în funcţie de temperatură, după EUROCOD 2 şi 4. Reducerea relativă a rezistenţei este de acelaşi ordin de mărime pentru oţel şi beton. Diferenţa de comportare structurală la incendiu între cele două materiale apare însă la propagarea căldurii în element, care este de 10...12 ori mai mare la oţel decât la beton. Ca urmare a expunerii la temperaturi înalte betonul îşi modifică şi culoarea, această caracteristică putându-se constitui astfel într-o metodă de apreciere a gradului de distrugere a betonului în urma unui incendiu (fig. 1.3).

0 2

/R θ

R ,0

T

E

L

0

,6

0

,8

1

O

E

T

O

N

04

0

06

0

0

,2

0

,4

B

0

2

0

0

08

0

01

.0

0 1 0 .2

0 ( o0C

)

Fig 1.6 Reducerea limitei de elasticitate a oţelului şi a rezistenţei la compresiune a betonului funcţie de temperatură (după EUROCOD)

Fig. 1.7 Modificarea culorii betonului ca urmare a expunerii la temperaturi ridicate. Pentru elementele de construcţii rezistenţa la foc se defineşte ca abilitatea lor de a-şi îndeplini funcţia de capacitate portantă şi / sau funcţia de separare pe timpul considerat al acţiunii focului În materie de rezistenţă la foc a elementelor de construcţii normele din majoritatea ţărilor europene stabilesc următoarele trei criterii de bază: • criteriul Rde stabilitate mecanică (capacitate portantă) care impune menţinerea rezistenţei pentru elementele având rol structural (grinzi, planşee, stâlpi, tiranţi, pereţi); • criteriul I de izolare termică astfel încât pe faţa opusă celei expuse la foc temperatura medie să fie sub 140°C iar temmperatura într-un punct să nu depăşească 180°C; criteriul se aplică la planşee, pereţi etc.; • criteriul E de etanşeitate care impune ca elementele să nu permită trecerea gazelor fierbinţi, să nu degaje gaze inflamabile şi să nu permită trecerea flăcărilor. Elementele trebuie să îndeplinească unul sau mai multe criterii în funcţie de rolul pe care îl au în construcţie. Rezistenţa la foc este definită prin durata de timp pe parcursul căreia elementele satisfac criteriile corespunzătoare. În general rezistenţa la foc a elementelor de construcţii impusă prin normele diferitelor ţări are valoarea minimă de 30 de minute (cu mici excepţii ea coboară la 15 minute) şi valoarea maximă de 120 minute. Rezistenţa la foc depinde de o serie de factori dintre care se pot aminti: • temperatura care se dezvoltă în timpul incendiului şi variaţia ei; • modul de expunere la foc; • încărcarea exterioară şi sistemul structural (izostatic, hiperstatic); • dilatările termice şi tensiunile interioare de origine termică; • conductivitatea termică interioară şi prezenţa straturilor de protecţie;

• rezistenţa la foc a materialelor componenete şi reducerea caracteristicilor mecanice şi de deformaţie; • umiditatea elementelor etc. Măsurile de siguranţă antiincendiu au menirea de a limita riscul de iniţiere şi propagare a incendiului şi a efectului asupra ocupanţilor clădirilor atunci când acesta se produce. În principal, necesitatea protecţiei antiincendiu urmăreşte două obiective: evitarea pierderilor de vieţi omeneşti şi limitarea pierderilor materiale. Pentru obţinerea acestor rezultate se ia un ansamblu de măsuri printre care de o importanţă deosebită sunt: • eliminarea sau protejarea surselor potenţiale de incendiu (măsuri preventive); • instalarea unui sistem automat de detectare, alarmare şi stingere a incendiilor (măsuri de protecţie activă); folosirea unor materiale şi elemente de construcţii cu rezistenţă suficientă la incendiu (măsuri de protecţie pasivă). Incendiile care afectează construcţiile se desfăşoară în spaţii restrânse, mărginite cel mai adesea, de pereţi şi planşee. Acest lucru influenţează modul în care se produce arderea, în sensul că îi poate micşora semnificativ viteza, sau i-o poate mări. Dacă pereţii nu permit apariţia unui curent de aer, datorită limitării volumului de oxigen disponibil viteza scade iar în anumite condiţii se poate chiar face imposibilă continuarea arderii. Deasemenea pereţii, produc aşa numitul efect Quenching. Acest efect constă în faptul că temperatura pereţilor este mai scăzută şi determină încetinirea vitezei de ardere, datorită pierderilor locale de căldură. Pe de altă parte dacă există posibilitatea producerii unui curent de aer viteza de ardere se măreşte şi apare pericolul apariţiei unor noi focare de incendiu prin suflarea flăcărilor. Flăcările sunt gaze de ardere care conţin carbon incandescent sau cenuşă în suspensie. Aceste particule, care conferă luminozitate flăcării, au dimensiuni foarte mici, de ordinul 0,006-0,06µ. Pentru un combustibil cu o anumită compoziţie chimică şi putere calorică, se pot realiza diferite temperaturi ale flăcării. Pentru cazul obişnuit în care arderea se desfăşoară în aer temperatura este influenţată de următorii factori: - viteza globală a reacţiei de ardere; - temperatura iniţială a reactanţilor;

- condiţiile de mărginire a volumului în care se desfăşoară arderea;

1.6Cauzele şi efectele incendiilor. În schema de mai jos sunt prezentate cele mai des întâlnite cauze de producere a incendiilor. Cea mai gravă consecinţă a incendiilor este pierderea de vieţi omeneşti şi, în general, există părerea că moartea în aceste circumstanţe este cauzată de expunerea la temperaturi ridicate, care duce la apariţia arsurilor. Totuşi statisticile arată o altă cauză principală letală şi anume inhalarea de fum şi gaze toxice cum ar fi: • oxidul de carbon (CO) - este pe primul loc în ceea ce priveşte numărul de victime în incendii; în atmosfera terestră se găseşte în concentraţia de 10 ppm (părţi pe milion); devine periculos la concentraţii de peste 200 ppm, iar la 12.000 ppm o persoană moare după 1-3 minute; • acidul cianhidric (HCN) - este un alt produs de combustie deosebit de periculos; periclitează viaţa chiar la concentraţii de 100 ppm;

CAUZEL E INCENDIIL OR

I nt er ne

te rmic e

s u rs e d e c a ld u ra er a c ti c h im ic e a u to c o mb u s tie laf c a ra lib e ra

me c a n ic e

fre c a re d e fe c tiu n i me c a n ic e d e fe c tiu n i la in s ta la ti me c a n ic e a lte le

Ext er ne

e le c tric e

te rmic e

e le c tric e

d e s c a rc a rie le c tric e d e s c a rc a rie le c tro s ta tic e d e fe c tiu n i la mo to a re s i in s ta la tie le c tric e s u p ra in c a lz ir

ira d ie re c o n v e c tie c o n d u c tie

d e s c a rc a ri e le c tric e a tm o s fe ric e

• dioxidul de carbon (CO2) - gaz asfixiant care produce acceleraţia ritmului respirator; • hidrogenul sulfurat (H2S) - produce senzaţia de ameţeală şi vomă; • oxidul de azot (NO) - atacă sistemul nervos central; • amoniacul (NH5) - provine din arderea substanţelor care conţin azot (lână, textile acrilice, fenoli, răşini etc) şi provoacă moartea la concentraţii de peste 0,65%; • acidul clorhidric (H Cl) - se produce la arderea materialelor plastice şi este mortal la concentraţii de peste 1500 ppm. Apariţia acestor gaze duce în acelaşi timp la micşorarea procentului de oxigen, ceea ce cauzează moartea prin sufocare. Astfel, când oxigenul mai rămâne doar în proporţie de 15%, activitatea muşchilor devine foarte greoaie, iar când scade sub 10% omul îşi pierde cunoştinţa. Asfixierea se produce când oxigenul scade la 6%. În lucrarea "Prevenzione incendi" de Leonardo CORBO (Milano, 1992) sunt prezentate valorile concentraţiilor unor combinaţii de gaze toxice (ce pot să apară în timpul incendiilor) la diferite temperaturi, care sunt letale dacă se menţin timp de patru ore (tabelul 1.2). Datele sunt extrapolate din informaţiile obţinute în urma experimentării pe cobai. Tabelul 1.2 Combinaţii de temperaturi şi gaze toxice care pot apărea în timpul incendiilor şi care prezintă pericol de moarte pentru om Factorul Temperatură O2 CO CO2 O2 + Temperatură CO + Temperatură CO2 + Temperatură O2 + CO O2 + CO2

Nivelul mortal pentru om în condiţiile expunerii pe timp de 4 ore 54°C 8% 0,04% 20% 17% + 54°C sau 8% +43°C 0,02% +49°C 14% +49°C 17% + 0,02% sau 14% + 0,01% 14% + 14%

CO +CO2 O2 +CO+ CO2

0,02% + 14% 14% + 0,01% + 5% sau 17% + 0,01% + 14% 14% + 7% + 49°C sau 17% + 10% + 49°C 0,01% + 5% + 49°C sau 0,05% + 10% + 43°C 17% + 0,01 + 43°C

O2 + CO2 + Temp. CO+ CO2 + Temp. O2 + CO + Temp.

În ceea ce priveşte măsurile de protecţie contra incendiilor, acestea sunt prezentate schematic mai jos. A

C P

C D

M

A

er iz

S

d b e

U

u u lim

R

c c in

IP

e n a

R

er ire re

E

a a a

V

p ni c

a

O E

E

or c u

z

e

D C T T E T

U O A A M IV

C N L L E IT

E S A A N A

R T T T T T

E R ID ID E IP

A U E E D E

S C P S E R

A T R E R IC

R IE O R IS U

MA c e -C C a v -S M

T

U N

R

R

C E

U

E

T A

A

IL F

O O

e nri

R C

à b re

R

O A

C

IN

IT

C V C L

E IC S O

S IU P A

à R o v A O n e T A

S H m a R N tin n R T

T S E

U IT p c A S c tila U E

E IV

E S

T

S

A L

U z u c

T U

R a c e

A I

ID te e n

E p re d

P

R

e a ilo

O

a e r

C E

I C rtim a T R n ,e T IA

T

c fe

IC

E

IF

IC

S

T e re E U d tc U L

U n ,n R C iu ) R E

C

n te

R A

M

E

tiu c

P

IE

A R

R E a u C T e tie C R

C

F U

a d in

r

P E IN S S L C

R IU

N A

M

idt rp

P

RD -IN -IN -E A

E J

E

lita ilo lo

IP E

T T

IV

b d

N T

S C

T

a n

IU O

N A

N

b e

T R

O C

T

id lo

T T

IE

e r

E IV

C

T

IE

T N ta x u tc

IS D la tin to .

DI IU tid c m

A

I R ta r.d IS T ,c

A re e T IV a

L ,c e IC E n

A

S

I

E ã ta I (filtre a

d( id je

si e )

ta

le

d

e

n

INA a s e d

te

S N la tin x e

,

T T rm g tin a

A IN e e c p

L C ,in re to a

A E s ,e ria e

1.7 Sarcina de incendiu În majoritatea construcţiilor există o cantitate de materiale inflamabile cum ar fi: haine, hârtie, cărţi, materiale plastice, textile, lemn, etc. Totodată există posibilitatea apariţiei unor temperaturi ridicate şi riscul transferării unei cantităţi de căldură care să poată iniţia procesul arderii.

O

T

A

R

I

e to a

i,r tic

i,c

o

rtin

e

Toate materialele combustibile conţinute într-o construcţie reprezintă combustibilii potenţiali pentru un eventual incendiu, iar cantitatea de căldură care poate fi produsă reprezintă încărcarea de incendiu (sau sarcina de incendiu). În EUROCODE 1 se defineşte noţiunea de încărcare caracteristică de incendiu astfel: Qfi,k = Σ Mk,i . Hui mi ψi =ΣQfi,k,i (2.1) unde, Mk,i- cantitatea de material combustibil, în kg; Hui - valoarea calorică netă, în MJ/kg; mi - factor care descrie modul de combustie; ψi - factor care ia în considerare încărcările de incendiu protejate; Încărcarea caracteristică de incendiu pe unitatea de suprafaţă se defineşte astfel: qk = Qfi,k / A (2.2) unde, A - este aria compartimentului de incendiu (At) sau aria suprafaţei interioare (At); încărcarea se mai notează qfk, respectiv qtk. Normele europene definesc compartimentul de incendiu ca fiind spaţiul dintr-o clădire, separat prin elemente verticale de construcţii faţă de restul clădirii, astfel încât propagarea focului în afara compartimentului să fie împiedicată în timpul incendiului. Din punct de vedere al prezenţei lor în compartimentul de incendiu încărcările de incendiu pot fi permanente sau variabile. • Încărcările permanente de incendiu se referă la încărcarea de incendiu care nu variază pe durata exploatării normale a construcţiei. Acestea se iau în calcul pe baza valorilor rezultate din măsurători. • Încărcările variabile de incendiu se referă la încărcarea de incendiu a cărei valoare poate să varieze în decursul exploatării normale a construcţiei. Se iau în calcule cu valori care se presupune că nu vor fi depăşite pentru 80% din timpul de funcţionare a clădirii.

Mai există o categorie de încărcări de incendiu, şi anume încărcările protejate. În cazul în care protecţia rezistă expunerii la foc încărcarea aceasta nu se ia în considerare.

Tabelul 2.1 - Valorile calorice nete pentru unele materiale solide antracit bitum celuloză turbă bumbac cox plută seminţe cereale grăsimi animale resturi alimentare piele linoleum carton, hârtie ceara parafină anvelope cauciuc mătase paie cereale lemn lână materiale plastice acril celuloid epoxid răşină melamină fenolformaldehidă poliester, fibre

Hu (MJ/kg) 34 42 17 35 18 31 29 17 41 18 19 20 17 47 32 19 16 19 18 Hu (MJ/kg) 28 19 34 18 29 21

lichide

Hu (MJ/kg) benzină 44 ulei mineral 41 ulei de in 39 ulei parafina 41 spirt 29 benzen 40 alcool benzilic 33 alcool etilic 27 isopropil 31 Hu gaze (MJ/kg) acetilenă 48 butan 46 monoxid de carbon 10 hidrogen 120 propan 46 metan 50 etanol 27 materiale plastice

Hu (MJ/kg) ureaformaldehidă 14 policlorură de vinil 17 poliuretan 23 polipropilen 43 poliester 31 polietilenă 44

polistiren

40

bitum

41

La stabilirea acestor valori se ia în considerare şi umiditatea materialelor, folosind relatia de mai jos: Hu = Huo(1-0,01 u) - 0,025 u

(MJ/kg)

(2.3)

unde, u - conţinutul de umiditate în % ; Huo - valoarea calorică a materialului uscat; Densitatea sarcinii de incendiu se defineşte prin raportul dintre sarcina termică şi suprafaţa pardoselii compartimentului de incendiu. În unele norme se consideră chiar suprafaţa totală a compartimentului. EUROCODE defineşte densitatea sarcinii de incendiu cu relaţia de mai jos: qd=γ q . γ n . qk (2.4) unde, qk - densitatea sarcinii termice determinată dintr-o clasificare sau special pentru un proiect anume; γq - factor de siguranţă care depinde de consecinţele cedării structurii şi de frecvenţa apariţiei incendiilor; γn - factor de diferenţiere care ia în considerare măsurile de protecţie activă (dacă nu s-au luat în considerare în scenariul de incendiu); Densitatea sarcinii de incendiu este exprimată în normele italiene şi prin echivalarea sarcinii de incendiu cu un volum de lemn care ar elibera prin ardere o cantitate egală de căldură, folosind formula de mai jos: (2.5) q = Gi ⋅ Hs ⋅

1 4400⋅ A

4400 reprezintă puterea calorică convenţională a lemnului; A este aria suprafeţei orizontale considerate; Gi este greutatea diverselor materiale (kg) Hs sunt puterile calorice în Kcal/kg.

Încărcarea de incendiu care rezultă se va măsura în kg lemn/m2. Pentru evaluarea gradului de distrugere pe care-l poate provoca incendiul se defineşte noţiunea de intensitate a focului (sau puterea focului) ca fiind cantitatea de energie eliberată într-un incendiu, în unitatea de timp. Se măsoară în Kcal/min sau Kcal/oră. Această mărime este invers proporţională cu timpul de ardere şi direct proporţională cu viteza de ardere. Astfel la o viteză mare de ardere corespunde o putere mare a focului şi implicit o încărcare de incendiu mare. Pentru puterea focului mai sunt determinanţi factori ca : mărimea suprafeţei libere a combustibilului, dimensiunile şi forma, poziţia combustibilului în spaţiul afectat de incendiu. Spre exemplu un acelaşi volum de lemn arde cu viteză mică dacă este sub forma unui bloc compact şi cu o viteză mult mai mare dacă este sub forma unei grămezi de formă neregulată. Incendiul este un fenomen a cărui apariţie şi dezvoltare în timp diferă foarte mult de la caz la caz, ceea ce duce la îngreunarea obţinerii unei modelări teoretice. Totuşi, pornind de la faptul că acţiunea termică a focului este caracterizată în principal de fluxul total de căldură, în diferite ţări s-au adoptat norme care precizează prin curbe temperatură-timp, dezvoltarea unui incendiu. Fluxul total de căldură, sau fluxul termic total reprezintă energia absorbită de elementele portante şi de închidere, ale structurii, raportată la unitatea de suprafaţă şi unitatea de timp. 1.8

RISC DE INCENDIU ŞI GRAD DE REZISTENTĂ LA

FOC La construcţiile civile riscul de incendiu se stabileşte pe baza densitătii sarcini termice (q ) şi functie de destinaţia spatiului. Funcţie de densitatea sarcini termice riscul poate fi : – mare cînd q > 840 MJ/mp – mijlociu q = 420 – 840 MJ/mp; – mic q <420 MJ/mp. Functie de destinaţie , unele spatii şi încăperi se încadrează în următoarele riscuri de incendiu: – mare – in care se utilizează sau se depozitează materiale ori substante combustibile ( arhive, biblioteci, parcaje, multiplicare et. )

– mijlociu – în care se utilizează foc deschis ( bucătării, centrale termice, ofici cu preparări calde etc); – mic – celelalte încăperi şi spatii La clădirile de productie/ depozitare riscul de incendiu are în vedere: – natura activitătiilor desfăsurate; – caracteristicile de ardere a materialelor şi substantelor utilizate, perlucrate, manipulate sau depozitate; – densitatea sarcinii termicăe. Riscul este definit prin categorii de pericol de incendiu şi anume : – categoria A, B (BE3a,b) – posibilităti de incendiu şi explozie volumetrică ( pericol foarte mare de incendiu ); - categoria C (BE2) – posibilităti de incendiu/ardere (risc mare de incendiu); - categoria D (BE1a) – existenta focului deschis sub or ce formă, în absenta substantelor combustibile ( risc mediu de incendiu ); – categoria E(BE 1b)- existenta unor substante incombustibile în stare rece sau a unor substante combustibile în stare de umiditate ridicată ( peste 80%) Castegoriile de pericol de incendiu sunt date în tabelul alăturat