~ albrasci
os~ioçO~
luso.b,;:udelro
pa'o o .egu,(u>ço con11a inclindoo
c -
- u
UNIVERSIDADE DE CO IMDRA
ISBN 97B-972-96524-9-3
9
I
1111111111
52493
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 Segurança Contra Incêndio
Congresso Ibero-Latino-Americano sobre
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
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.
I
)
I
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
r
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
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. Torera
............... .................................................................................... .. ...................... 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
comprimidos em aço enformado a frio
Hélder D. Craveiro, João Paulo C. Rodrigues, Luis Laim
de
elementos
.............. ......... .......................................................... ....... ........... ........................ 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
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
I
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
temperatures
Pedro Barala, Aldina Sanliago, João Paulo C. Rodrigues
at
elevated
.. ................ ... ............................................................... ...... ............................... 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 Kl ein , 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
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
I
2
3
Diana Coelho·'; Elza Fonseca ; Paulo Vila Real ; José Amorim Faria'; António Arede'
• [email protected]
'Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
21nstituto Politécnico de Bragança
3Universidade de Aveiro
Palavras-chave: laje de madeira, fogo, isolamento, elementos finitos
f
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 cond ições
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
I
I
Modelo numérico para a avaliação do efeito do isolamento em lajes de madeira submetidas ao
fogo
CumlUl hid:lIlc
l';mlll::l
M ..br. l
(\VlmK ]
····~hoJ.1D ~
-+-t--+-+--I-+-il-+- =~.~::~,:~Q
- ' Ar
~ ---' --1-'
100
~oo
300 0100 SOO
!iOO
700 IUIO 'XIO 100II 1100
T~mrclõl l ulõI
1 ~00
["C]
Figura 1 - Condutividade térmica dos materiais [W/m'K].
C~ l or
EspttHiro
]UI" ~K]1 6IJ(](1
1 ~ lIon
I~OOO
M""o ... I
--I::-+--+-+-il-+-t--t- ····M""rin ~
-- f ibr.lol.ni.J",
- I -I--r-+--+-+-II-+- - · ·l.l de n""h.
- ' Ar
-t-
lOOOll
K~~
--II-+--I-+-II-+-j--+-+--I-+-i
0000
'~' --'I-+-I~+--I~-~+--I--~-+~
' ' "' -:- ,",L
1
u'
","~,~:bL~:-~:" : ': =i:'::i
100 200 3(10 -l00
SUO
fl{1(J
700 1100 ')00 1000
11( ~
110!)
TCntpCIõI1UIõI ["C]
Figura 2 - Calor especifico dos materiais [kJ/kg'K].
M :l,,~ \'oI;,mÍ<::I
[LJim']
__, - - , _ , , _ - . _ , - , _ ,_ _ ::-;_,.-,
600
M"".' .... I
· -M"".,.... 2
'00 - i --i-+-I-+-t--f-t-- -- f,hr.>dn ,.J",
'--1
"-. I-+_I-+-i_t-_._-" l.lcl<n""""
.00
-I
)00
I
''1'
-+--t-i'\-r-+--t~-r-+--t-+--1
"" --!--+-I\\i-i-i-i-i-i-II-+-i
'"
1--
____ ___._I' _L~I+=F=P~:-f-l-l
__ L __i1':":-1"--
o ..:.:..:t ___ .. ___ _,; :..L__ __ _ __ ,
100
~oo
3(lO
-l(}()
511(J
1
6I1(J
I
~I
..,"\
7011 1100 91lO 1000 11 00 1100
Tc:mfll:IõIIUIõI ]"C]
Figura 3 - Massa volúmica dos materiais [kg/m1,
231
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].
,!fi;
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 (Tk) 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
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.
I
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.
't..",
.,•• "
""""' OI
••••' .•
.....•"
,.'.1"
j!
"
,-
" . ~ ,,"
I' . •
~ ~ '-
..
,
' ! .. ,
, ..... ;
." ....
. .:a .... ,
.;!! . IlI-=.!!:!
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.
233
Diana Coelho, Elza Fonseca, Paulo Vila Real, José Amorim Faria, António Arede
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.
234
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.
1
)
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 )
235
Diana Coelho, Elza Fonseca, Paulo Vila Real, José Amorim Faria, AnfónÍo Arede
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: 1a 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
dchur,n = hu
X
t req
+ P2,n X (t req - t 1 )
para O:5 t req ~ t 1
(2)
para t req :2: t 1
(3)
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).
(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
f!2,n
[mm/min]
[mm/min]
Tabela 1 - Valores das velocidades de carbonização.
Modelo Experimental [1] Modelo Numérico Modelo Analítico [22]
0,80
0,74
0,80
1,60
1,53
1,48
Espcssur.J.dc (,()
c:uoolliz:Jçiio[mm]
50
40
]O
,.
10
o
I
I
I
I f'timc:ir~
I
S~Rd..:I
fase
1/
~Qt~ia/r
V/
f310C
11;: c:llbooir.lçlo
y':-"
I_Lk-<':-'
~ ,.
•
10
- V~\uçitbo.l~ [ll
- - V~loci!bilc 'Mu.y.)
1 ·--·Vd"C:l:wl~ [2!]
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.
237
Diana Coelho, Elza Fonseca, Paulo Vila Real, José Amorim Faria, António Arede
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.
Referências
[1]
Frangi A, Knobloch M, Fontana M. Elsevier- Fire design of limber slabs made of hollow
core elemen/s. Elsevier - Engeneering Structures, USA, 2008.
[2]
White RH, Dietenberger MA. Fire Safe/y, Chapter 17, Wood Handbook: Wood as an
Engineering Material, Forest Products Laboratory, USDA Forest Service, 1999.
[3]
Poon L, England JP. Literature Reviewon the Contribulion ofFire Resistant Timber
Construction to Heat Release Rate - Timber Development Association, Warrington Fire
Research Ausl. Pty. Lld., project No.20633, version 2b, pp.1-78, 2003.
[4]
Janssens ML. Modeling ofthe thermal degradation ofstructural wood members exposed
to fire . Fire and Ma/erials, 28, pp.199-207, 2004.
[5]
Schaffer EL. Charring rale of selec/ed woods /ransverse to grain. Research paper FPL
69. Madison (WI): Forest Products Laboratory; 1967.
[6]
White RH, Erik V, Nordheim EV. Charring rate ofwood for ASTM E119 exposure. Fire
Technol, 28(1),1992.
[7]
Konig J, Walleij L. One-dimensional charring of limber exposed /0 s/andard and
parame/ric fires in ini/ially unpro/ec/ed and pos/pro/ec/ion situa/ions . Swed Inst Wood
Technol Res, 1999.
[8]
Gardner WD, Syme DR. Charring of glued-Iaminated beams of eight australian-grown
/imber species and the effect of 13 mm gypsum plasterboard pro/eclion on their charring.
N.S.w. Technical report nO.5, Sydney, 1991.
[9]
Collier PCR. Charring rales of /imber. Study report, Branz, New Zealand, 1992.
[10] Pun CY, Seng HK, Midon MS, Malik AR. Timber design handbook. FRIM, Malayan
Forest Records no.42, 1997.
[11] Cachim PB, Franssen JM. Assessment of Eurocode 5 Charring rate Calculation
Methods. Fire Teehnology, 46, pp.169-1 81,2010.
[12] Fonseca EMM, Barreira L. Charring rate determination ofwood pine profiles submitled to
high temperatures. WIT Press, Third In/ema/ional Conferenee on Safe/y and Seeuri/y
Engineering, M. Guarascio, C.A. Brebbia, F. Garzia (Ed.), Italy, 108, pp.449-457, 2009.
[13J
EN1995-1-2: 2003. Euroeode 5: Design of /imber s/rue/ures - Part 1-2: Structural fire
design.CEN - Comité Européen de Normalisation, 2003.
238
I
I
)