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UNIVERSIDADE DE CO IMDRA

ISBN 97B-972-96524-9-3

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2° CILASCI - Congresso Ibero-Latino­Americano sobre Segurança Contra

Incêndio

2° CILASCI - Congreso Ibero-Lati no­Americano en Seguridad Contra Incendio

Coimbra - Portugal

29 de Maio a 1 de Junho de 2013

João Paulo Correia Rodrigues Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da

Universidade de Coimbra - Portugal

Ricardo Fakury Departamento de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia da

Universidade Federal de Minas Gerais - Brasil

Rosaria Ono Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de S. Paulo - Brasil

Jorge Munaiar Neto Escola de Engenharia de S. Carlos da Universidade de S. Paulo - Brasil

Anais do 2° CILASCI - Congresso Ibero-Latino-Americano sobre

Segurança Contra Incêndio

Atas do 2" CILASCI - Congresso Ibero-Latino-Americano em Segurança

Contra Incêndios

Actas do 2" CILASCI - Congreso Ibero-Latino-Americano en Seguridad

Contra Incendio

João Paulo Correia Rodrigues & Ricardo Fakury (editores)

Rosária Ono & Jorge Munaiar Neto (editores associados)

Primeira edição Maio, 2013

Copyright © 2013 João Paulo C. Rodrigues & Ricardo Fakury

Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida, armazenada em um sistema de recuperação, ou transmitida sob qualquer fonna ou por qualquer meio, eletrónico, mecânico, fotocópia, microfilmagem, gravação ou outro, sem autorização escrita das editores.

Ninguna parte de este trabajo puede ser reproducida, almacenada en un sistema de recuperación, o transmitida eo cualquier forma o por cualquier media, sea electrónico, mecánico, fotocopia, microfilmación, grabación o cualquier otro, sin el perrniso escrito de los editores.

ISBN: 978-972-96524-9-3

Editado por:

Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. Rua Luís Reis Santos. 3030-786 Coimbra. Portugal

I )

I

PREFÁCIO

A segurança contra incêndio dos edificios (SCIE) constitui hoje uma realidade na vida das sociedades, pois continuam a ocorrer de incêndios, mais ou menos importantes, com elevadas perdas materiais e algumas humanas, em diferentes pontos do mundo. Não interessa recordar aqui episódios tristes do passado recente que deixam na nossa alma um profundo sentimento de consternação, mas devemos refletir com esses acontecimentos e concluir que muito ainda há a fazer nessa área no espaço ibero-latino-americano. Na época atual, em todo o mundo, existem regulamentos de segurança contra incêndios para os diferentes tipos de edifícios, bem como regras e códígos de dimensionamento em situação de incêndio dos elementos construtivos e sistemas. O lançamento de novos sistemas de proteção ao fogo das estruturas, de novos materiais de comportamento melhorado ao fogo e sistemas de deteção e extinção de incêndio, tem sido uma constante nos últimos anos, conferindo a essa área um caráter inovador e em constante transformação. Com o intuito de reunir os técnicos, pesquisadores, formadores e pessoal interessado na área da SCIE a Associação Luso­Brasileira para a Segurança Contra Incêndio (ALBRASCI) realiza bianualmente um congresso ibero-latino-americano sobre segurança contra incêndio que tem como objetivo permitir a apresentação de trabalhos científicos realizados em Portugal, Espanha e demais países da América Latina, os últimos desenvolvimentos tecnológicos na área e criar um espaço de discussão para os técnicos, cientistas, legisladores, bombeiros e demais pessoas que atuam na área.

Após o sucesso do primeiro congresso que ocorreu em 2011, em Natal, no Brasil, realiza-se agora em Coimbra, Portugal, o segundo congresso. Neste congresso para além dum conjunto de palestras de grande interesse, dadas por alguns dos maiores especialistas mundiais nas temáticas das mesmas, tem também um conjunto de apresentações de trabalhos científicos de grande valor por vários pesquisadores do espaço ibero-latino-americano. Os congressos CILASCI afirmaram-se já como uma referência na área, no espaço ibero-latino-americano, havendo já várias propostas para sua realização noutros países da América Latina nos próximos anos. Os resultados destes congressos potencializam o desenvolvimento da pesquisa, ensino, formação, normatização, regulamentação, métodos de cálculo e dos sistemas em SCIE, principalmente no espaço ibero-latino-americano.

João Paulo C. Rodrigues (Universidade de Coimbra - Portugal)

Ricardo Fakury (Universidade Federal de Minas Gerais - Brasil)

v

PREFACIO

La seguridad contra incendios de edificios (SCIE) es hoy una realidad en la vida de las sociedades, pos continúan ocurriendo incendios, más o menos importantes, con grandes pérdidas de bienes materiales y humanos, en diferentes partes dei mundo. No interesa aquí recordar los tristes episodios pasados que dejan en nuestra alma un profundo sentimiento de consternación, pera debemos reflexionar sobre estas acontecimientos y concluir que mucho aún hay que hacer en esta área en el espacio ibero latino­americano. En la época actual, en todo el mundo, existen normas de seguridad contra incendios para diferentes tipos de edificios, así como normas y códigos de dimensionamiento ai fuego de sistemas y elementos constructivos. La aparición de nuevos sistemas de protección contra incendios de estructuras, nuevos mate ri ales de comportamiento mejorado ai fuego y de sistemas de detección y extinción de incendios, ha sido una constante en los últimos anos, dando a esta área un carácter innovador y en constante evolución.

Con el fin de cumplir con los técnicos, investigadores, formadores y otras personas interesadas en el área de SCIE, la Asociación Luso-Brasilena de Seguridad contra Incendios (ALBRASCI) realiza dos veces ai ano un congreso ibero latinoamericano sobre seguridad contra incendios, cuyo objetivo es permitir la presentación de artículos científicos de Portugal, Espana y otros países de América Latina, los últimos desarrollos tecnológicos en el área y crear un espacio de discusión para técnicos, científicos, legisladores, bomberos y otras personas que trabajan en el área.

Después dei éxito dei primero congreso en 2011, en Natal, en Brasil, se realiza ahora en Coimbra, Portugal, el segundo congreso. En este congreso, además de un conjunto de conferencias de gran interés, dada por algunos de los principales expertos dei mundo en los temas de las mismas, tiene también un grande conjunto de presentaciones de artículos científicos de gran valor por varias investigadores de universidades de lo espacio ibero latinoamericano. EI congreso de CILASCI se ay afirmado como una referencia en el área, y ya hay varias propuestas para su realización en otros países de América Latina en los próximos anos. Los resultados de estés congresos levan ai desarrollo de la investigación, educación, formación, normalización, reglamentación, métodos de cálculo y sistemas de SCIE, principalmente en el espacio Ibero latino-americano.

João Paulo C. Rodrigues (Universidade de Coimbra - Portugal)

Ricardo Fakury (Universidade Federal de Minas Gerais - Brasil)

VI

r

Comissão Organizadora

João paulo C. Rodrigues (Coordenador) Universidade de Coimbra - Coimbra - Portugal

António J. Moura Correia (Co-coordenador) Instituto Politécnico de Coimbra - Coimbra - Portugal

Edna Moura Pinto (Co-coordenadora)

URN - Rio Grande do Norte - Natal - Brasil

Luís M. Santos Laím (Co-coordenador) Universidade de Coimbra - Coimbra - Portugal

Cecília M. Pires Barra Câmara Municipal de Loulé - Portugal

Cristina Calmeiro dos Santos IPCB - Instituto Politécnico de Castelo Branco - Portugal

Jorge Munaiar Neto Escola de Engenharia de Sâo Carlos - USP - Universidade de São Paulo -

Brasil

José Pedro Lopes

INEM -Instituto Nacional de Emergência Médica - Portugal

Tiago Ancelmo Pires UFP - Universidade Federal de Pernambuco - Brasil

VII

Comissão Científica

Ricardo Hallal Fakury (Coordenador) Jorge Munaiar Neto

Rosária Ono Luiz Carlos Pinto da Silva Filho

Aldina Maria da Cruz Santiago Alexandre Itiu Seito

Alxandre Landesmann Armando Lopes Moreno Júnior

Carlito Calil Júnior

Carlos Pina Santos

Carlos Guedes Soares Carlos Quaglia Carlos Pina dos Santos

Dario Lauro Klein Edna Moura Pinto Enrique Mirambell Arrizabalaga

George C~jaty Barbosa Braga Geraldine Charreau

João Paulo Correia Rodrigues José Cralos Lopes Ribeiro José Luis Torem Larissa Deglioumini Kirchhoff Uno Forte Marques

Manuel Romero Maria Cruz Alonso Miguel Chichorro Gonçalves

Paulo A. G. Piloto

Paulo Jorge de M. M. F. de Vila Real Pedro Martins Arezes Poliana Dias de Moraes

Ricardo Alfredo Cruz Hernandez

Rodrigo Barreto Caldas Rodrigo Machado Tavares Valdir Pignatta e Silva

Vitor Carlos Trindade Abrantes

VIII

UFMG - Brasil USP - Brasil USP - Brasil

UFRGS - Brasil UC - Portugal

USP - Brasil COPPE - Brasil

UNICAMP - Brasil USP- Brasil LNEC - Portugal

1ST - Portugal Stephen Grubits & Associates LNEC - Portugal UFRGS - Brasil

UFRN - Brasil UPC - Espanha

CBMDF - Brasil

INTI- Argentina

UC - Coimbra UFV - Brasil LNEC - Portugal

UNIPAMPA - Brasil DEEC - FCTUC - Portugal

UPV - Brasil

CISDEM - UPM - CSIC - Espana DEC - FEUP - Portugal

IPB - Bragança UA - Portugal

UMinho - Portugal UFSC - Brasil

UIS - Colômbia UFMG- Brasil

IPT - Brasil USP - Brasil

DEC - FEUP - Portugal

íNDICE Prefácio .. .... ... .. ...... ........... ...... ......... ............ ... .... .......... ... ........ .... ... .... ... .............. v Comissões ., ... ... .... ....... ....... .... .... .. ... ...... ...... ....... ........... ...... ........ .... ... .. ... .. ... .... VII Índice ... ... ..... ........ ............ ... ... .... .......... ...... .. .... ..... ........ .... ......... .... ..... ........... .. ... x Índice de Autores .. .... .... ... .. ... ... .. ................. .. ................ ....... .... .. .. .. ............ .. .... 647

PALESTRAS

Risk comparisons based O" fire performance analysis Rober! W. Fitzgerald. Brian J. Meacham, Rober! C. TIl!, Sean P. Toomey .. .... ... .......... .... .. ..... .. ..... .............. ... ... ..... ....... ....... .... ........ ...... .... ..... ........... ......... . .3

Assessing the true performance of structures in fire José L. T orera .. .. ........... ... ........ .. .. .. ............. ... ... ....... ..... ... ...... .. ............. ... ... ...... .. .... .... .. ... ......... 15

Segurança das estruturas em situação de incêndio. Uma visão da América latina Valdir Pignatta Silva ...... ... .... .. .... ......... ... .... , ......... , ... .... ....... ....... ... ....... .... .... ... ... .... ... ..... ... ..... ...... ..... . 25

ESTRUTURAS DE AÇO ESTRUCTURAS DE ACERO

Comportamento estrutural de vigas em aço enformado a frio em situação de incêndio - análise experimental Luis Laim, João Paulo C. Rodrigues, Luis Simões da Silva .. .. ........ .. .... ... ..... .. .. ..... .. ... ... .......... ..... ...... ...... .................... ......... ..... ....... ..... ....... 37

Comportamento estrutural de vigas em aço enformado a frio em situação de incêndio - análise numérica Luis Laim, João Paulo C. Rodrigues, Luis Simões da Silva .... .......... ... ........ ......... ... ..... ..... ....... ..... .. ................ ...... ...... ................... .. ..... ... ..... 47

Estudo experimental do comportamento a temperaturas elevadas de elementos de aço formados a frio submetidos à compressão com restrição ao elongamento térmico Saulo Almeida, João Paulo C. Rodrigues, Jorge Munaiar Neto ...... ... ... ............ .... ..................... ... ......... .... ....... ... .... .... ..... .. ....... ... .. ... ... ....... .. ...... 57

]X

Análise experimental do comportamento ao fogo de elementos comprimidos em aço enformado a frio Hélder D. Craveiro, João Paulo C. Rodrigues, Luis Laim ......... ..... ...... ... ......... ........... ........ ..... ......................... ... .. .. ........... ........................ 67

Análise numérica de perfis de alo formados a frio sob compressão em situação de incêndio Erica Fernanda Aiko Kimura, Jorge Munaiar Neto, Annando Lopes Moreno Junior, Maximiliano Malite ........ ...... ......... ....... ........ ....... ........ .... .. .............. ... ........ ............. .......... .............. .. 77

Resistência ao fogo de colunas de aço com dilatação térmica restringida e inseridas em paredes Antônio M. Correia, João Paulo C. Rodrigues, Paulo Vila Real .............................. ................................................................................... , ......... 87

Fator de redução da resistência ao escoamento de perfis U enrijecidos Francisco C. Rodrigues, Rodrigo B. Caldas, Alexandre A. R. Costa ........................................................................................................................... 97

Evaluacion de elementos metálicos bajo carga mecânica y siluacion de incendio Ricardo Cruz H., D. Alejandra Torres, Jhon J. Saavedra ........ .... ......... .. ............. .... ......... .......... ... .. ........... ... ........... .... ...... .. ................... . 107

Determinação da Intensidade de um Incêndio natural por meio do deslocamento plástico em vigas de aço após o resfriamento José C. L. Ribeiro, Ricardo H. Fakury, Estevam Las Casas ....... ............... ... .... .. ....... ....... .. ...... ... .... ..... ................. ........ ... .... ........ .. ........ .. .. .. 117

Resistência ao fogo de vigas metálicas com secções enforrnadas a frio Nuno Lopes, Flávio Arrais, Paulo Vila Real ................................ ......................................................................................... 127

Lateral torsional buckling of steel beams with class 4 cross-sections in case of fire Carlos Couto, Paulo Vila Real, Nuno Lopes and Bin Zhao ................................................................................................... ... ..... ...... ........ 137

x

I

ESTRUTURAS MISTAS DE AÇO E CONCRETO ESTRUCTURAS MIXTAS DE ACERO Y HORMIGÓN

Capacidade resistente de vigas slim flcor em situação de incêndio: análise comparativa entre os resultados obtidos via momento plástico e modelos numéricos tridimensionais Fábio M. Rocha. Jorge Munaiar Neto. Valdir P. Silva .. ................ , ...................................................................................................... 149

Resistência ao fogo de conetores do tipo T -perfobond em estruturas mistas de aço e betão João Paulo C. Rodrigues. Luis Lalm ...... ..... .. ..................... .. ............ ...... ... .... ...... .. .... .................... ... .. ... ........ ........ .... 159

Simulação numérica de pilares tubulares em aço preenchidos por concreto sujeito à Incêndio Tiago Ancelmo de C. Pires. João Paulo C. Rodrigues. José Jéferson do Rêgo Silva .. ... ... .............. .. .... ... ... .. ...... ... ......... .................. ... ... ......... ... ... ... ... ......... ........ ..... 169

Resistência de colunas de aço e mistas de aço-betão em situação de incêndio - estudo experimental e numérico António M. Correia. João Paulo C. Rodrigues .................. , ...................................................................................................... 177

Experimental investigation on the performance of partially encased beams at elevated and room temperature Paulo A. G. Piloto. Ana B. R. Gavilán. Luis M. R. Mesquita. Carlos Gonçalves. Luisa Barreira ...... ..... ... .. .... .... .... ............................. ....... ......... ..... .... ....................................... 187

ESTRUTURAS DE MADEIRA ESTRUCTURAS DE MADERA

Fire resistance tests on steel-to-timber dowelled conneclions reinforced with self drilllng screws Pedro Palma. Andrea Frangi. Erich Hugi. Paulo Cachim. Helena Cruz ......... ... ..... ........................................................... ............................................. 199

Estratégia para a modelagem numérica de seções mistas de madeira e concreto em altas temperaturas Júlio Cesar Molina. Carlito Calil Junior .............................................................................................. ........................... 211

XI

Análise dos parâmetros de maior influência na resposta de um elemento de madeira em altas temperaturas Julio Cesar Molina, Carllto Calil Junior, Edna Moura Pinto .. ... .................... .. .............................................................. ............ ..... ... .. ........ .. 219

Modelo numérico para avaliação do efeito do isolamento em lajes de madeira submetidas ao fogo Diana Coelho, Elza Fonseca, Paulo Vila Real, José Amorim Faria, António Arede ......................................................................................................................... 229

Resistência ao fogo de vigas de madeira laminada colada reforçadas Luis Alberto Gómez, Pedro J. V. P. de Brito, Ângela do Valle, Manuel J. Manriquez Figueroa, Poliana Dias de Moraes, João Paulo C. Rodrigues, João H. Negrão .......... ....... ......... ................. ................ .............................................................. 239

Reação ao fogo de madeira antiga protegida com tratamentos retardadores de combustão João Laranjeira, Helena Cruz, Ana Paula Ferreira Pinto, Carlos Pina dos Santos ............ ... ................... ........... ...... ................... ............. .............. ... ......... ............ 249

Resistência ao clsalhamento da madeira de telhado após incêndio Danilo S. Galdino, Edna Moura Pinto, Elen A. M. Morales, Ricardo M. Barreiros, André G. Lima ......................................................................................... ... ..... .............. ........ .. 259

ESTRUTURAS DE CONCRETO ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN

Projeto de vigas de concreto em situação de Incêndio. Aperfeiçoamento de recomendações do Eurocode Valir Pignatta Silva ................................................................................................ .. ....................... 271

Comparação entre métodos simplificados para a detenminação do momento fletor resistente de vigas de concreto em situação de incêndio Gabriela B. M. L. Albuquerque, Valdir Pignatta Silva .......... ............... ...... .. ......................... ... .. ... .......................... ... .......................... 281

XII

Procedimento de ensaio para verificação da tendência do concreto ao lascamento em situação de incêndio Adriana A. A. de Souza, Armando Lopes Moreno Junior ...... ....... ................. ... ... ....... ....... ........... ... .... ... .. .... ...... .. ... ....... .... ...... ... .. ....... .... 291

Avaliação experimental do comportamento de pequenos pilares de concreto reforçados com fibra de carbono em situação de incêndio Clayton Reis de Oliveira, Armando Lopes Moreno Junior ................. .... .... ..... ... ..................... ................................... .... ............................ 301

Resistência residual de vigas em concreto armado após incêndio Tiago Ancelmo de C. Pires, Dayse Cavalcanli de Lemos Duarte, José Jéferson do Rêgo Silva, João Paulo C. Rodrigues ...... .. ..... .. .......... ... .. ...... ........ ...... ... .... ... ....... ... ..... ........... ........... ....... .. .. ....... ... ... 311

Resistência ao fogo de pilares em betão armado. Consequências da aplicação dos Eurocódigos à prática corrente de dimensionamento em Portugal Alzira B. Ramalho, Miguel Gonçalves ................ .. .. ... ........... .. ............ ... .. .................................. ... .. .. ..... .. ................... .323

Pertinência do contraventamento no dimensionamento ao fogo de pilares em betão armado Alzira B. Ramalho, Miguel Gonçalves ..................... .. ..... ......................... ....... .............. .......... ... .. ...... ... ........ .. ......... .... 333

LIGAÇÕES METÁLICAS

CONEXIONES METÁLICAS

Experimental behaviour of T -stub joint componente at elevated temperatures Pedro Barala, Aldina Sanliago, João Paulo C. Rodrigues .. ................ ... .... .... .. .... ........ ...... .... ............. ...... .... ..... ... .... .. ... .... ........ .. .. .... ........ 345

Numerical behavlour of T -stub joint component at amblent and elevated temperatures João Ribeiro, M.' Constança Rigueiro, Aldina Santiago ........... .............. ........ ............ ..... .... .. ....... .. ......... .. .. ... ....... .............................. .. . 355

Modelação experimental do comportamento ao fogo de ligações viga­coluna mistas de aço~betão após carregamento cíclico Pedro Barata, João Paulo C. Rodrigues, Aldina Santiago ... .. ............ ....... ... .. ... .. ... .... .. .. .... .. ..... ................... .... .... ..................... .. .. .... .. ... .... 365

xm

Numerical behavior of a composite steel-concrete joint under localized fire Cécile Haremza, Aldina Santiago, Luis Simões da Silva " .......... ......... ....... ........ ... ......... ... ...... ...... ...... .. ..... ...... .. ....... ... ... .... .. .......... .. ...... 375

Evaluation of the reverse channel connections to CFT columns in the full­scale fire tests Fernanda Lopes, Aldina Santiago, Luis Simões da Silva, José Guilherme S. da Silva, Naveed Iqbal and Milan Veljkovic ............... ... .. .... .... ... ..... .... ............ ..... ..... ..... ... ....... ..... .. .. ... ... ... .. ........... .... ..... .... 385

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS PROPIEDADES DEL MATERIAL

Propriedades mecânicas residuais de belões correntes após incêndio Crislina Calmeiro dos Santos. João Paulo C. Rodrigues ... ...................... .. .... .... .... .... ... ... ........................ ....... ..... .. ...... ... .. .... ........ .. ........ .397

Resistência à compressão a altas temperaturas do betão com agragados reciclados de borracha de pneu João Paulo C. Rodrigues, Crislina Calmeiro dos Santos ... ... .... ................ ............................... ... ..................... ... .... .... .. ....... .. ......... ........ . 409

Resistência à compressão a altas temperaturas de um betão com chips de polltereftalato de etileno Hugo Caetano, João Paulo C. Rodrigues, Pierre Pimienla .... ..... .... ....... .... .. ...... ... ..... .... ..... .... ..... ...... ... ............. .... ... ..... .... ... .. ... ... ....... .. ... .. 419

Hybrid cement-based materiais exposed to fire Viet Duc Nguyen, Maria Cruz Alonso, Gabriel Aráoz, Olga Rio ... ... ............ ............ ... ............ ............ ... ..... ..... .... ......... ........ ..... .......... ............. .. 429

Propriedades mecânicas do aço a temperaturas elevadas Aldina Santiago, Diogo Martins, Pedro Barata, Sandra Jordão ... .. .... .......... .. .. .... ....... ........ .......... .... .... .. .. .... ... .. ......... .... .. .... ... ... ..... ...... ......... ... 439

Análise do comportamento de concretos com cinza de casca de arroz expostas a elevadas temperaturas Débora Righi, Rogério Catlelan Antocheves de Lima, Larissa Deglioumini Kirchhof, Geraldo Cechella Isaia ........................ .......... .. ............... .... ............................. .................................. ... 449

XN

Resistência à compressão aaltas temperaturas dum betão com adição de fibras de aço e têxteis recicladas de pneu Cristina Calmeiro dos Santos, João Paulo C. Rodrigues .. ..... ... ..... .... .. ....... ...... .. .. .... ........ .. .... ... ...... .. ....... ........ .. ... .... ...... ........ .... ....... .. ... 459

Evaluación no destructiva de concreto reforzado y adicionado com fibra expu esta a tuego Ricado Alfredo Cruz Hernandez, Luz Amparo Quintero Ortiz, Maria Victoria López de La Hoz, William Josimar Saenz Peiialoza .. ........ .... .. .... ......... ... ... ................. ..... ... ...................... .. ............... ...... ... ............ . 469

RISCO DE INCÊNDIO, ABANDONO E ORGANIZAÇÃO E GESTÃO DE SCIE

RIESGO DE INCENDIO, EVACUACIÓN Y ORGANIZACIÓN E GESTlÓN DE SCIE

Fire extlnguishment analysis for unsprinklered bulldings Robert W. Fitzgerald, Brian J. Meacham, Robert C. TItI, Sean P. Toomey .... ........... ... .. ... .... ......... .. ......... .. .... ..... ............. ...... ..... .. ... ..... .... .. .. ........ ........ ..... 481

Optimlzing na industrial building configuratlon for fire evacuation: a simulation study Diana Freitas, Pedro Arezes ....... ........ .... ...... ... .................... ........................................... ................ ... .. ........ .491

o serviço de combate a incêndio no estado de Pernambuco, Brasil: do pioneirismo ao "embrião" institucional Cristiano Corrêa ............. ........ ....... ......... ......... ..... .. .... ..... .. ... ..... ... .......... .. .... .... ... ........ ......... ..... . 501

Resistência à radiação térmica das lentes dos equipamentos de proteção respiratória utilizada pelos bombeiros: para onde podemos evoluir? George C. B. Braga, Nelson Bryner, Amy Mensch ... .............. ..... ......... ...... .. .. ............... .. ....... .. .. ....... ... .... ..... ........ .... .......... .......... . 507

Velocidade de caminha menta de crianças coletadas em simulações de abandono Rasaria ano, Marcos V. Valentin ...... ............ .. ..... ................ .. .................... ............. .... .. ..... ...... ...... ..... ... .......... .... 515

Avaliação de risco de Incêndio para edificações hospitalares de grande porte - uma proposta de método qualitativo para análise de projeto Adriana P. P. Galhano Venezia, Rasaria ano .... ... .. ........ ................ ...... .. .. ........ ... .. .... ..... ....... ....... ... .... ........... .... ...... ..... ......... 527

xv

Aplicação de um modelo de inspeção e gestão no âmbito da segurança contra incêndio em edifícios André F. S. Magalhães, Miguel Chichorro Gonçalves ........ ..................................... ............................................................................ 539

A contribuição dos serviços de salvamento e combate a incêndios para o desenvolvimento sustentável: um panorama Pernambucano, sob a ótica dos gestores municipais Cristiano Corrêa, Ivo Vasconcelos Pedrosa ................................................................................................. ........................ 547

Overview about transformer fire in Brazil Dayse Duarte, Miguel Medina Pena, Tiago Ancelmo de Oliveira Pires ......................................................................................................................... 557

Utilização de um novo substrato detergente no combate a incêndio de classe "B" pelo corpo de bombeiros militar do estado de Pernambuco Eduardo L. Corgosinho ..... ................. ..... ......... ..... .......... .. .. .... .... .......................................................... 565

MODELAÇÃO DO INCÊNDIO

MODELAZIÓN DEL INCENDlO

New considerations for fire safe design of tall buildings Cecilia Abecassis-Empis, Adam Cowlard, José L. Torero ................ .... ... .... ............................ ....... ... .... ..... .... ... .................................. ..... . 575

Avaliação experimental e numérica da propagação de incêndio entre pisos sucessivos através de vãos de fachada de edificios Humberto Morgado, João Paulo C. Rodrigues ......................................................................................................................... 585

Análise numérica via fluidodinâmica computacional de tanques de armazenamento de etanol sob incêndio Julio C. Silva. Flávia Antunes, Alexandre Landesmann, Fernando L. B. Ribeiro .................................................................. .. .... ..... ... ................................... ...... 597

Análise das condições de segurança de túneis rodoviários em situação de incêndio via fluidodinâmica compuatcional Julio C. Silva, Julia E. Cheroto, Alexandre Landesmann. Femando L. B. Ribeiro ... ... ... .............. ..................... ............ .............. ...................................... ..... ........ 607

XVI

Simulação computacional de um incêndio em edificação residencial de baixo custo -José P. Hurtado, Rodrigo B. Caldas, Francisco C. Rodrigues, Lucimar O. Meira .. . " ................... ............. .... ",,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,, ,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,, ,,,, ,,, ,, ,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,, 61 7

Avaliação do comportamento de edificação habitacional constituída em chapas de aço com preenchimento de poliuretano em situação de incêndio Luciani Somensi Lorenzi, Dario Lauro Klein , Luciane Fonseca Caetano, Luiz Carlos Pinto da Silva Filho, Eduardo Estevam ... ... ........ ...... ......... ........ ..... ....... ....... ......................... .. .................. .. ......... .. ....... 627

Anílisis dei desarrollo dei íncendío producido en la cárcel departamental de rocha en julio de 2010 Geraldine Charreau, Verónica Case lia, Maria Eugenia Corso, José Luis Torera ..... ...... .... .... .. .............. ... .. .. ........ ....... ... ............ .... ...... .......... ... .. ..... ... ..... .... ... .... 637

XVII

I

f

2" CILASCI- Congresso Ibero-Latino-Americano sobre Segurança Contra Incêndio Coimbra, Portugal, 29 de Maio a 1 de Junho, 2013

MODELO NUMÉRICO PARA AVALIAÇÃO DO EFEITO DO ISOLAMENTO EM LAJES DE MADEIRA SUBMETIDAS AO FOGO

Diana Coelho·'; Elza Fonseca2; Paulo Vila Real3; José Amorim Faria'; António Arede' • diana.coelho@gmail.com

'Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 21nstituto Politécnico de Bragança

3Universidade de Aveiro

Palavras-chave: laje de madeira, fogo, isolamento, elementos finitos

Resumo

o objetivo fundamental deste artigo é desenvolver um modelo numérico térmico para a análise de lajes em madeira, com e sem isolamento. Será utilizado o método de elementos finitos, através do programa ANSYS para determinar os perfis de temperaturas, a espessura e a velocidade de carbonização. O cálculo dos perfis de temperaturas será obtido em regime transiente, através de uma análise não linear em que as propriedades térmicas dependem da temperatura. Estas propriedades foram estabelecidas de acordo com dados referenciados e calibrados numericamente. Pretende-se aproximar os resultados numéricos, com os resultados experimentais obtidos por Frangi [1], obtendo-se assim um modelo numérico calibrado. Serão apresentadas conclusões relevantes sobre a utilização de diferentes isolamentos em lajes de madeira, assim como a determinação das curvas tlpicas de carbonização. Os resultados permitirão identificar soluções de projeto, facilitando a verificação da segurança em situação de incêndio em lajes ou pavimentos de madeira com ou sem isolamento.

1. INTRODUÇÃO

A madeira tem atraído a atenção de engenheiros e arquitetos, devido ás suas caracterlsticas arquitetônicas, estruturais e por se tratar de um material de construção renovável e amigo do ambiente. Quando exposta a acçôes acidentais, como o caso da situação de incêndio, a madeira sofre um processo de degradação térmica, a pirólise, produzindo gases combustíveis. Nas faces expostas ao fogo, é formada uma camada de carbonização sem resistência efectiva, fazendo com que as dimensões transversais do elemento reduzam o seu tamanho. No entanto, esta espessura de carbonização é um bom isolante, que protege o núcleo da secção. Vários investigadores têm apresentado modelos experimentais e numéricos para o cálculo da degradação física de madeira na presença de altas temperaturas, White [2], Poon [3], Janssens [4]. A velocidade de carbonização da madeira macia ou estrutural quando exposta a condições de incêndio tem sido estudada por investigadores de diferentes palses, Schaffer [5], White [6], Konig [7], Gardner [8]. Collier [9], Pun [10], Cachim [11], Fonseca [12]. Modelos emplrtcos para a determinação da velocidade de carbonização e condições de transferência de calor foram desenvolvidos por Schaffer [5], White [6].

Neste trabalho será definido um modelo de verificação numérico, através da calibração com um modelo de pavimento experimental proposto por Frangi [1], tendo sido utilizado um programa

229

Diana Coelho, Elza Fonseca, Paulo Vila Real, José Amorim Faria, Anlónio Arede

comercial de elementos finitos para o efeito. O modelo numérico apresentado pretende ser uma réplica das lajes pré-fabricadas em madeira, comum nos palses Nórdicos, e utilizadas maioritariamente em edificios residenciais e comerciais. Nas cavidades da laje serão colocados elementos de isolamento, fibra de vidro ou lã de rocha, de modo a melhorar as propriedades térmicas e acústicas, o que penmitirá avaliar o efeito na retardação térmica sobre a laje de madeira.

2. RESISTÊNCIA DA MADEIRA A ALTAS TEMPERATURAS

A combustão superficial da madeira produz uma camada de carbonização isolante, que dificulta a transmissão do calor e a progressão do fogo para o interior, devido à baixa condutividade ténmica desta camada. Sob a zona de carbonização existe uma pequena camada, com espessura inferior, em que a madeira se encontra alterada, mas não totalmente decomposta. A restante secção mantém as suas propriedades inalteradas.

O comporiamento térmico da madeira pode ser descrito através dos processos de fonmação da zona da pirólise e da camada de carbonização. O processo de pirólise faz com que a massa volúmica da madeira varie em função do aumento da temperatura, devido à ausência de oxigénio. Por outro lado, a velocidade de carbonização da madeira, é uma caracteristica que penmite avaliar a resistência ao fogo, sendo determinada pelo avanço da carbonização. A falha da capacidade de carga dos elementos estruturais em madeira acontece pela diminuição da secção resistente devido à carbonização.

De acordo com o Eurocódigo 5 [13], a evolução da temperatura de um incêndio ao longo do tempo pode ser definida por curvas de incêndio normalizado. Neste trabalho adoptou-se a utilização da curva de incêndio padrão IS0834 para a evolução da temperatura ambiente, tendo sido consideradas condições de fronteira de convecção e radiação, na face da laje exposta ao fogo.

3. PROPRIEDADES TÉRMICAS DOS MATERIAIS

Os materiais utilizados no modelo em análise são a madeira de abeto (spruce), a fibra de vidro e a lã de rocha. Será ainda identificado um modelo da laje não isolado com a presença de ar na sua cavidade. Os vários materiais têm um comportamento não linear devido às suas propriedades serem dependentes da temperatura.

São considerados dois tipos de madeira, a madeira 1 cujas propriedades ténmicas se encontram definidas no anexo B do Eurocódigo 5 [13[ e a madeira 2 em que as propriedades se encontram degradadas, quando comparadas com as da madeira 1, pelo efeito da influência da libertação de gases e perda da massa resistente, devido à fonmação do carvão na frente de fogo. As propriedades relativas à madeira 2, pelo motivo apresentado, foram calibradas através de vàrias análises numéricas, de modo a ser possivel a aproximação ao modelo experimental de referência. As propriedades ténmicas a considerar são a condutividade térmica (figura 1), o calor especifico (figura 2) e a massa volúmica (figura 3).

230

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Modelo numérico para a avaliação do efeito do isolamento em lajes de madeira submetidas ao fogo

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Figura 2 - Calor especifico dos materiais [kJ/kg'K].

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Figura 3 - Massa volúmica dos materiais [kg/m1,

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Diana Coelho, Elza Fonseca, Paulo Vila Real. José Amorim Faria, A1ltónio Arede

Associada à condutividade térmica, os isolamentos em fibra de vidro e lã de rocha têm a particularidade da temperatura de fusão acontecer aos 600 ["C] e 1000 [aC] respetivamente, Frangi [1]. Este efeito é obtido pelo aumento repentino da condutividade térmica nesses materiais, conforme se verifica na figura 1. A massa volúmica à temperatura ambiente nos materiais utilizados foi de 503 [kglm'l para a madeira, 18 [kglm'] para a fibra de vidro e para a lã de rocha 32 [kglm'].

4. MODELO DE LAJE EM ESTUDO

No presente trabalho é estudada a réplica de uma laje pré-fabricada em madeira exposta a um cenário de incêndio, com duas soluções construtivas, a primeira com preenchimento das cavidades com isolamento térmico e acústico (figura 4) e a segunda sem isolamento nas cavidades (figura 5).

Figura 4 - MOdelo da laje pré-fabricada com isolamento nas cavidades, dimensões em [mm].

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Figura 5 - Modelo da laje pré-fabricada sem isolamento nas cavidades, dimensões em [mm] .

Para a simplificação do processo de cálculo numérico, e devido à simetria geométrica e de aquecimento, foi utilizado metade do modelo da laje apresentado. Os resultados do campo de temperaturas para comparação serão obtidos nos pontos identificados (T k) nas figuras 4 e 5, conforme apresentado por Frangi [1] através da utilização de termopares.

4.1. Modelos numéricos de laje

Na análise numérica é utilizado o método dos elementos finitos através do programa ANSYS. Para cada modelo em estudo é calculado o perfil de temperaturas e a espessura de carbonização. Na figura 6, encontram-se definidas as malhas de elementos finitos utilizadas, tendo sido escolhido um elemento de 8 nós (Plane77) com capacidade para análise térmica em

232

)

\

I

Modelo numérico para a avaliação do efeito do isolamento em lajes de madeira submetidas ao

fogo

regime transiente. No primeiro modelo considerou-se uma malha de elementos finitos com os diferentes materiais de madeira e isolamento no interior das cavidades. Em relação ao segundo modelo considerou-se a existência de ar no interior das cavidades, através de uma discretização por elementos finitos. Por este motivo, a transmissão de calor no interior da cavidade será efetuada por condução, não tendo sido considerado o efeito de radiação.

Figura 6 - Malhas de elementos finitos utilizadas.

As condições de fronteira impostas na superficie infenor dos modelos, são de radiação e convecção, sendo que a temperatura ambiente evolui de acordo com a curva 180834. A superficie superior se encontra totalmente isolada, sem contacto com a fonte de calor. Considerou-se ainda, o contacto perfeito na transmissão de calor entre os vários materiais. Os resultados foram obtidos para diversos instantes de tempo (30 [min], 40 [min], 50 [min] e 60 [min]), tendo sido calculado o perfil de temperaturas na interface da secção vertical onde se encontram os tennopares.

4.2. Discussão dos resultados: efeito do isolamento na laje

Nas figuras 7 e 8, encontram-se representados os campos de temperaturas obtidos para as secções cUja cavidade se encontra com ou sem isolamento. Em ambos os modelos apresentam-se as temperaturas para o instante de tempo correspondente a 3600s. Pode observar-se os máximos valores de temperaturas, e com a aplicação do critério em que a camada carbonizada ocorre aos 300 ["C], Eurocódigo 5 [13], verifica-se a secção residual na laje, representada pela secção perdida e identificada na cor cinza em ambas as figuras.

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Figura 7 - Temperaturas na laje e secção residual , cavidades isoladas, no final de 3600s.

Na figura 7 é possivel observar que a cavidade isolada com lã de rocha permite retardar o aquecimento da laje quando comparada com o isolamento da lã de vidro. Esta conclusão pode ser verificada também no modelo expenmental de referência.

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Figura 8 - Temperaturas na laje e secção residual , cavidades preenchidas com ar (não isoladas), no final de 3600s.

Em relação às cavidades da laje preenchidas com ar e por condução de calor, verifica-se que há degradação da madeira por carbonização no final de 3600s. No entanto, e em relação aos isolamentos, a laje não isolada terá um comportamento ligeiramente melhor que a fibra de vidro.

Nas figuras 9 e 10 encontram-se os perfis de temperatura na interface entre a madeira e os isolamentos, comparados com os resultados de referência, Frangi [1].

Figura 9 - Temperaturas na interface entre a madeira e o isolamento fibra de vidro.

Figura 10 - Temperaturas na interface entre a madeira e o isolamento lã de rocha.

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)

1

)

)

Modelo numérico para a avaliação do efeito do isolamento em lajes de madeira submetidas ao fogo

Na figura 9, o cálculo numérico apresenta boas aproximações aos valores experimentais de referência, excepto para os dados do terrnopar TOS e para a curva de 60 [minI.

Analisando a figura 10, os resultados obtidos numericamente são próximos dos valores de referência nas curvas a 30 e 40 [minI, nos termopares T36 e T26 da curva 50 [minI.

o 100 _ _ _ _ _ _ _ _

Tcrn!"'r:uur;lrCJ

Figura 11 - Comparação dos perfis de temperaturas.

Comparando os dois isolamentos, a lã de rocha exerce maior protecção nos elementos, uma vez que a sua temperatura de fusão é atingida aos 1000 ['C]. Por outro lado, o isolamento em fibra de vidro derrete a partir dos 600 ["C] o que significa que para os 50 [minI e 60 [minI de exposição ao fogo, este isolamento já não existe no posicionamento de alguns dos termopares, mostrando a sua incapacidade na proteção dos elementos verticais. Analisando os resultados nas lajes com isolamento e com as cavidades de ar, verifica-se que existe uma aproximação maior ao campo de temperaturas com o isolamento a lã de rocha.

4.3. Discussão dos resultados: velocidade de carbonização

De acordo com o Eurocódigo 5 [13], a velocidade de carbonização em elementos de madeira macia submetidos ao fogo e sem proteção é de Po=0,65 [mm/min]. No entanto, esta velocidade não contempla os efeitos de arredondamento de cantos e fissuras. A velocidade que tem em consideração estes parâmetros é p,=0,80 [mm/min] [13].

Para o tipo de estruturas em estudo neste trabalho é considerada a existência de duas fases de carbonização. A primeira fase é definida como o perlodo de tempo em que a profundidade de carbonização ainda não afetou toda a camada de madeira exposta ao fogo, comportando-se como uma laje de madeira maciça, figura 12. A taxa de carbonização !31.n define a carbonização da laje de madeira durante a primeira fase e é calculada através da expressão (1 ).

(1 )

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Em que, h. é a espessura de carbonização e t, é o tempo de exposição ao fogo que decorre até que a espessura de carbonização, iguale a espessura de madeira exposta ao fogo.

- " -1/\ V\ L ;

Figura 12 - Modelo para o cálculo da secção residual: 1 a fase e 2' fase de carbonização.

Após a camada de madeira exposla ao fogo estar completamenle consumida, inicia a segunda fase de carbonização, caracterizada pelo avanço da camada de carbonização para os membros verticais finos, figura 12. Quando as cavidades se encontram vazias ou não isoladas, os membros verticais encontram-se expostos a 3 lados de exposição ao fogo. Por outro lado, quando as cavidades se encontram preenchidas com material isolante, a exposição ao fogo manlem-se a um lado de exposição. Para um tempo requerido, t""" de resistência ao fogo, a espessura de carbonização para os membros verticais ocos pode ser calculada através de:

dchur,n = Pl,n X treq para O :5 treq ~ t1

dchur,n = hu + P2,n X (treq - t1) para treq :2: t1

A secção transversal resultante ou residual é definida pela figura 13.

1 • Superflcle Iniciai do elemento 2· Supertlele da sec~o transversal residual 3 - Superltele da secção transversal efecUvil

Figura 13 - Definição da secção residual e da secção efetiva.

A espessura efetiva carbonizada da secção é calculada através da expressão (4).

(2)

(3)

(4)

De acordo com o Eurocódigo 5 [13], os parâmetros ko e do, têm em consideração a temperatura para a redução da secção transversal. O parâmetro ko varia entre O e 1 até ao tempo de exposição de 20 [min]. A partir desse tempo, ko toma sempre o valor de 1. Para a primeira fase

236

r

)

Modelo numérico para a avaliação do efeito do isolamento em lajes de madeira submetidas ao fogo

de carbonização, o Eurocódigo 5 [13], propõe o valor de 7 [mm] para do. A velocidade de carbonização da fase 2 é calculada através da expressão (5).

(5)

De acordo com o Eurocódigo 5 [13], k, é o fator da secção transversal, que toma o valor de 1,5, devido ã espessura de madeira exposta do fogo, na primeira fase de carbonização. O parâmetro k, é o fator de isolamento, calculado através da expressão (6), igual a 0.82 e k, o fator de conversão da secção irregular para regular com o valor de 1.5.

k, = 1,05 - 0,0073 x hu (6)

A tabela 1 mostra os valores médios da taxa de carbonização para as duas fases de carbonização, que se encontram representados na figura 14.

f!"n [mm/min] f!2,n [mm/min]

Tabela 1 - Valores das velocidades de carbonização.

Modelo Experimental [1] Modelo Numérico Modelo Analítico [22]

Espcssur.J.dc (,() c:uoolliz:Jçiio[mm]

50

40

]O

,. 10

o

0,80 0,74 0,80 1,60 1,53 1,48

I I 1/ S~Rd..:I fase

I ~Qt~ia/r

I V / I f'timc:ir~ f310C y':-"

11;: c:llbooir.lçlo

I_Lk-<':-' -V~\uçitbo.l~ [ll

- - V~loci!bilc 'Mu.y.)

~ 1 ·--·Vd"C:l:wl~ [2!]

• 10 ,. 3. ,. 5. Tempo [min1

Figura 14 - Representação das velocidades de carbonização.

Comparando os resultados obtidos experimentalmente através de Frangi [1], os obtidos com o modelo numérico calibrado e os valores tabelados no Eurocódigo 5 [13], pode verificar-se que para ambas as fases de carbonização há uma concordância nos resultados.

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Conclusões

o modelo numérico revelou-se de grande importância na determinação da camada carbonizada em modelos de lajes de madeira com e sem isolamento. Para além do cálculo do perfil de temperaturas em regime transiente, foi possivel registar e calcular as velocidades de carbonização para cada uma das fases, que ocorre na situação de exposição ao fogo em lajes ocas de madeira. Comparando os isolamentos utilizados nas cavidades da laje, pode-se concluir que a lã de rocha exerce maior protecção aos elementos verticais do que a fibra de vidro. Quando as cavidades apenas se encontram preenchidas por ar, verifica-se que o comportamento do ar é ligeiramente superior ao registado para a lã de vidro. Pode ainda concluir-se que existe uma boa concordância entre os valores de Frangi [1J e Eurocódigo 5 [13J e os resultados numéricos obtidos através do modelo em estudo.

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