11

PRELEGEREA 1 (2 cursuri) NOIUNI GENERALE DESPRE ARDERI I INCENDII

1.1 Fenomene de ardere

1.1.1 Arderea

Arderea, fizico-chimic, este o reacie de oxidare a unei substane aflat n stare gazoas. Arderea, tehnic, este o reacie exoterm a unei substane combustibile (care are caracteristica

de combutibilitate) cu un agent oxidant (EN ISO 13943-2008) sau comburant nsoit de emisie luminoas (flcri sau incandescen), evantual emisie de fum (SR ISO 8421/1).

Combustibilitatea substanelor, materialelor, produselor pentru construcii este caracteristica acestora de a se aprinde i arde n continuare, contribuind la creterea cantitii de cldur. Comburantul, obinuit, poate fi oxigenul, oxigenul din aer sau alt substan care poate ceda oxigenul prin reacia de oxidare.

Temperatura de ardere este temperatura minim de la care arde un combustibil pn la epuizare. Flacra este un amestec de aer i gaz combustibil n reacie care emite lumin.

Produsele de ardere, ca rezultatul al arderii, sunt: - gazele de ardere; - cldura (disipat n cantitate mare); - fumul i oxidul de carbon, ca produs intermediar, care prezint un pericol deosebit, putnd

provoca asfixieri i intoxicaii (cazul arderilor incomplete); - resturile minerale - cenua (cazul substanelor solide).

Fumul este un ansamblu vizibil de particule i/sau lichide n suspensie. Intensitatea arderii este dat de cantitatea de cldur degajat n timpul arderii, exprimat n J

(Jouli); raportarea acesteia la cantitatea unitar de combustibil ce o produce (1 kg n cazul substanelor lichide i solide sau 1 m3N (N indic condiii normale) n cazul substanelor gazoase) definete puterea calorific, exprimat n J/kg sau J/m3N. Reglementrile europene, care au preluat terminologia ISO 13943-2008, utilizeaz pentru aceast caracteristic a materialelor combustibile expresia de cldur de ardere.

Puterea calorific sau cldura de ardere, dup modul de condensare a vaporilor de ap rezultai n procesul de ncercare, poate fi (tabelul 1.1): - superioar (PCS) sau cldur de ardere brut (important pentru clasificarea produselor pentru construcii din punctul de vedere al reaciei la foc, SR EN ISO 1716); - inferioar (PCI) sau cldur de ardere net (notat Hui n SR EN 1991-1-2, important pentru calculul sarcinii termice).

Tabelul 1.1 Puteri calorifice sau clduri de ardere Nr. crt. Substana

combustibil PCS

(MJ/kg) PCI

(MJ/kg) Nr. crt. Substana

combustibil PCS

(MJ/kg) PCI

(MJ/kg) 1 Amidon 17,6 - 23 Ln 20,7...26,6 - 2 Antracit 30,9...34,6 30...34,2 24 Plci aglomerate 19,9 - 3 Benzin 46,8 43,7 25 Lemn rumegu 19,8 - 4 Bumbac 16,5...20,4 - 26 Mangal 33,7...34,7 33,2...34,2 5 Cauciuc natural 44,9 42,3 27 Mtase 13,6...19,5 -

12

artificial 6 Cauciuc spum

latex 33, ...40,6 - 28 Paie 15,6 -

7 Cauciuc anvelope 32,6 - 29 Pcur 42,0...46,1 - 8 Celuloid 17,5...20,6 16,4...19,2 30 Piele 18,2...19,8 - 9 Celuloz acetat

fibre 17,8...18,4 16,4...17,0 31 Plut 26,1 -

10 Cox 28,0...31,0 28,0...31,0 32 Policarbonat 30,9 29,78 11 Epoxi 32,8...33,5 31,1...31,4 33 Polistiren 41,4...42,5 39,7 12 Fibre acrilice 30,6 - 34 Polistiren spum 39,7 35,6...40,8 13 Grsimi animale 39,8 - 35 Poliuretan 23,9 22,7 14 Gru 15,0 - 36 Poliuretan

spum 26,1...31,6 23,2...28,0

15 Hrtie reviste 12,7 - 37 Silicon spum 14,0...19,5 - 16 Hrtie ziar 19,7 - 38 Ulei de in 39,2...39,4 - 17 Hrtie cerat 21,5 39 Ulei mineral 45,8...46,0 - 18 Lemn fag 20,0 18,7 40 Unt 38,5 - 19 Lemn brad 21,0 19,6 41 Untur 40,1 - 20 Lemn stejar 20,2 18,7 42 Uree

formaldehid 15,9 14,61

21 Lemn molid 21,8 20,4 43 Tutun 15,8 - 22 Lemn pin 19,2 17,8 44 iei 43,0...47,1 40,9...43,9

Viteza de ardere este cantitatea de combustibil, msurat n uniti de mas, volum sau lungime consumat n unitatea de timp prin ardere (tabelul 1.2).

Tabelul 1.2 Viteze de ardere Nr. crt.

Substana combustibi Viteza de ardere dat prin

masa de ardere (kg/m3.min.)

lungimea de ardere (mm/min.)

1 Lemn (grinzi, mobil n ncpere) 0,65 ... 0,90 - 2 Lemn tiat n stive, n aer liber 6,70 - 3 Cherestea n stive pe teren descoperit 6,67 - 4 Bumbac afnat 0,24 - 5 Cri pe rafturi de lemn 0,33 - 6 Hrtie afnat 0,48 - 7 Fibr artificial scurt afnat 0,40 - 8 Textolit 0,40 - 9 Cauciuc natural 0,80 - 10 Cauciuc sintetic 0,53 - 11 Articole tehnice de cauciuc 0,67 - 12 Film pe baz de celuloid 70,0 - 13 Polistiren 0,86 - 14 Sticl organic 0,86 - 15 Fenoplaste 0,36 - 16 Sodiu metalic 0,70 ... 0,90 - 17 Aceton 2,83 3,30 18 Benzen 2,30 3,15 19 Benzin 2,70 ... 3,20 3,80 ... 4,50 20 Alcool butilic 0,81 1,10 21 Eter dietilic 3,60 5,00 22 Izopentan 6,30 10,00 23 Petrol (iei) 1,70 1,60 24 Petrol lampant 2,90 3,60 25 Pcur 2,10 2,20 26 Sulfur de carbon 2,20 2,70 27 Toluen 2,30 2,70 28 Alcool etilic 1,60 ... 2,00 2,00 ... 2,50

13

Procesul de ardere, pentru a avea loc, trebuie s ntruneasc, n timp i spaiu, condiiile de prezen a:

- substanei, materialului sau produsului combustibil; - substanei comburant; - sursei de aprindere (care s asigure energie suficient pentru iniierea arderii).

Fenomenul arderii are la baz, n concepia actual, teoria reaciilor n lan. Aceast teorie presupune formarea radicalilor liberi, n timpul reaciei de oxidare, care, n urma reaciei cu alte molecule, formeaz noi radicali liberi ce reacioneaz la rndul lor cu molecule neutre. Aceste reacii sunt denumite reacii secundare de continuare a lanului. n acest mod apare un lan de reacii ce se repet i pe timpul crora produsele finale se formeaz printr-o serie de faze intermediare, care iniiaz nceputul unui nou lan ce constituie centrul activ al reaciei. Reacia, susinut de centrii activi, nceteaz cnd lanul se ntrerupe ca urmare a ciocnirilor atomilor sau radicalilor cu molecule inerte (de exemplu, de haloni) sau cu o suprafa care absoarbe energia acestora (de exemplu, particule de pulberi stingtoare).

Arderea substanelor combustibile are loc n faza lor gazoas (excepie fcnd arderea mocnit).

Clasificarea arderilor dup tipul de reacie, distinge: - arderea complet, cazul arderii n ntregime a substanei combustibile, existnd o cantitate

suficient de oxigen pentru procesul de oxidare; - arderea incomplet, cazul arderii pariale a substanei combustibile, neexistnd la dispoziie

o cantitate suficient de oxigen pentru procesul de oxidare.

Clasificarea arderilor dup percepie, distinge: - arderea cu flacr, cazul arderii combustibilului n faza gazoas cu emisie de lumin

(arderea cel mai des ntlnit); - arderea cu incandescen, cazul arderii combustibilului cu emisie vizibil de lumin la

suprafaa acestora (arderea cu incandescen); - arderea mocnit, cazul arderii combustibilului fr emisie vizibil de lumin, adesea pus n

eviden de creterea temperaturii mediului ambiant i apariia fumului.

Clasificarea arderilor dup cldura degajat (n consecin, dup creterea temperaturii) i viteza de propagare a arderi, distinge: - arderea lent, la care creterea de temperatur este suficient/sesizabil, fr atingerea valorii care s conduc la emisia de lumin; - arderea normal, la care propagarea se face cu o vitez de ordinul centimetrilor pn la un metru pe secund (care are loc n spaii deschise); - arderea rapid (deflagraa, explozia), la care propagarea se face cu o vitez de ordinul zecilor de metri pe secund (subsonic) i cu degajare mare de cldur (care are loc, de regul, n spaii nchise); - detonaia, la care propagarea se face cu o vitez de ordinul kilometrilor pe secund (supersonic), nsoit de und de oc.

Aprinderea este procesul de iniiere a arderii cu flacr susinut. Aprinderea unei substane combustibile se produce numai n faza gazoas, cu att mai uor cu ct emanarea de vapori i gaze ncepe la o temperatur mai mic i este funcie de starea de agregare a substanei combustibile (gazoas, lichid sau solid).

Aprinderea substanelor combustibile gazose este procesul de iniiere a arderii, dup care, ndeprtnd sursa de aprindere, combustia continu pn cnd tot amestecul arde (figura 1.1); aceasta este caracterizat de:

14

Figura 1.1 Schema general a proceselor de ardere

- inflamabilitatea, care este caracteristica unei substane combustibile, aflat n faza gazoas, de a trece i rmne n stare de ardere cu emisie de lumin (iniial noiunea s-a utilizat pentru gazele cu proprietatea de a fi inflamabile i ulterior s-a extins la substanele lichide i solide);

- temperatura de inflamabilitate, care este temperatura la care inflamabilitatea se produce; constituie unul dintre parametrii importani n stabilirea pericolului proceselor de ardere la substanele combustibile (cu ct aceast temperatur este mai mic, cu att substana respectiv prezint un pericol mai mare pentru declanarea arderii);

- temperatura de aprindere, care este temperatura minim pn la care trebuie nclzit o substan combustibil gazoas n prezena oxigenului sau aerului i unei surse de iniiere (de exemplu, scnteie) pentru a se produce aprinderea i arderea n continare (dup ndeprtarea sursei i fr aport de energie din exterior);

- temperatura de autoaprindere, care este temperatura minim pn la care trebuie nclzit o substan combustibil gazoas n prezena oxigenului sau aerului i fr a veni n contact direct cu o surs de aprindere (de exemplu, prin nclzire adiabatic) pentru a se produce aprinderea i arderea n continuare (fr nclzire ulterioar), tabelul 1.3.

Tabelul 1.3 Temperatura de autoaprindere a unor substane combustibile gazoase Nr. crt. Substana combustibil gazoas Temperatura de autoaprindere 0C

1 Acetilen 305 2 Aceton 560 3 Alcool etilic 392 4 Amoniac 651 5 Eter etilic 192 6 Heptan 233 7 Hidrogen 575 8 Metan 633 9 Propan 481 10 Sulfur de carbon 100 11 Terebentin 240 12 Toluen 552

Aprinderea substanelor lichide este procesul de iniiere a arderii, prin degajarea de vapori i aprinderea acestora (figura 1.1); aceasta este caracterizat de:

- temperatura de inflamabiltate (flash-point), care este temperatura minim, la presiune atmosferic normal, la care vaporii degajai de un lichid combustibil formeaz cu aerul (deasupra

15

suprafeei sale) un amestec de o anumit concentraie ce se aprinde la contactul cu o surs de aprindere (la temperatura de inflamare un lichid combustibil nu arde), tabelul 1.4;

- temperatura de aprindere este temperatura minim la care un lichid combustibil, dup ce s-au aprins vaporii, arde n continuare (prin evaporare continu), tabelul 1.4;

- temperatura de autoaprindere este temperatura pn la care trebuie nclzit un lichid combustibil, n prezena oxigenului sau aerului i fr a veni n contact direct cu o surs de aprindere, ca, dup ce s-au aprins vaporii, s ard n continuare (la majoritatea lichidelor combustibile aceasta variaz ntre 2500C i 6500C).

Tabelul 1.4 Temperaturi de inflamablitate i aprindere a unor substane combustibile lichide Nr. crt. Substana combustibil lichid Temperatura de

inflamabilitate 0C Temperatura de

aprindere 0C 1 Acetaldehid -27 140 2 Acetilen -18 335 3 Acid acetic 40 485 4 Alcool etilic 12 425 5 Alcool metilic 11 455 6 Benzen -11 555 7 Benzin auto -42 232 8 Clorbenzen 28 590 9 Clorur de metan -14 625 10 Dicloretilen 48 460 11 Eter etilic -40 170 12 Etilenglicol 111 416 13 Pcur 50 ... 100 260 ... 420 14 Petrol lampant 30 ... 40 220 ... 250 15 Propilen -107 455 16 Stiren 32 490 17 Sulfur de carbon -30 102 18 Terebentin 35 255 19 Toluen 6 480 20 iei -35 ... 35 380 ... 531 21 Ulei de in 205 340 22 Ulei de main 181 355 23 Ulei de transformator 147 300 24 Xilen 25 144

Not. 1. n afar de lichide se mai inflameaz i vaporii unor substane solide (camfor, naftalin, fosfor), din cauz c aceste substane se volatilizeaz la temperatura normal.

Aprinderea substanelor solide este procesul de iniere a arderii, prin descompunerea chimic a substanei sub aciunea cldurii (piroliz) cu degajare de amestecuri de gaze i aerosoli (incluznd i particule suspendate, efluenii arderii) i aprinderea acestora (figura 1.1); aceasta este caracterizat de:

- temperatura de aprindere, care este temperatura minim de suprafa la care debitul de volatile este suficient pentru a asigura o flacr susinut, tabelul 1.5.

Autoaprinderea sau aprinderea spontan este fenomenul de aprindere bazat pe autonclzirea substanei combustibile solide i poate fi:

- chimic, produs n masa substanelor ce au capacitate intens de combinare cu oxigenul din aer, cu apa sau alte substane; substanele combustibile predispuse la autoaprindere chimic pot fi mprite n trei grupe:

- substane care se aprind spontan n contact cu aerul la temperatura normal (substane pirofore), precum: fosforul, metalele alcaline etc.;

- substane care reacioneaz violent n contact cu apa n condiii normale, precum: carbura de calciu, metalele alcaline etc.;

16

- substane care se aprind violent n contact cu substane organice (oxidani i peroxizi), precum: cloratul de potasiu n contact cu acidul oxalic, acidul azotic i sulfuric n contact cu materiale celulozice etc.;

Tabelul 1.5 Temperatura de aprindere a unor substane combustibile solide Nr. crt. Substana combustibil solid Temperatura de aprindere 0C

1 Asfalt 400 2 Brad 225 3 Bumbac crpe 320 4 Bumbac fibre 200 ... 220 5 Bumbac esturi 255 6 Carpen 250 7 Carton 300 ... 360 8 Cauciuc natural sintetic 250 ... 450 9 Celuloid 125 ... 190 10 Cnep 215 11 Celuloz 160 ... 170 12 Couri nuiele 380 13 Fag 295 14 Fin de lemn 430 15 Fin de plut 210 16 Fn 205 ... 210 17 Fosfor alb 45 18 Fosfor rou 240 19 Funingine 900 20 Grsimi animale 340 ... 450 21 Hamei 250 ... 300 22 Hrtie scris 363 23 Hrtie ziar 185 ... 230 24 In 232 25 In fibre 345 26 Iut 254 27 Mangal 180 28 Molid 282 29 Mtase fibre 279 30 Mtase artificial 472 31 Naftalin 79 32 Paie 200 ... 220 33 Pene 500 34 Piele moale 400 ... 450 35 Pin 280 36 Pirit praf 401 37 Plut plci 260 38 Poliamide fibre 420 39 Poliamide praf 535 40 Polietilen 341 41 Policlorur de vinil 900 42 Polimetacrilat 450 43 Porumb boabe 250 44 Polistiren 340 ... 345 45 Poliuretan spum 310 46 Rumegu fag 396 47 Rumegu molid 445 48 Stejar 340 49 Tutun 175 50 Tutun frunze 393 51 Vat 320 52 Zahr praf 377 ... 410

17

- fizico-chimic, stimulat de factori de natur fizic i de procese chimice (suprafa specific, grad de aerare, izolare termic fa de mediul exterior, prezena unor impuriti); susceptibile la acest gen de autoaprindere sunt: crbunele, bumbacul, azotatul de amoniu, lacurile de ulei, seminele i turtele de floarea soarelui;

- biologic, specific unor produse de natur vegetal (furaje, borhot, rumegu de lemn, tutun, tiei de sfecl etc.) sau animal (ln, pr etc.), stimulat de aciunea microorganismelor, care, n urma propriilor procese fiziologice, genereaz substane chimice ce conduc la reacii chimice care produc cantitatea de cldur necesar iniierii procesului de ardere.

Fenomenul autoaprinderii poate genera incendii instantanee sau mocnite (n stare ascuns), apariia i dezvoltarea acestora fiind favorizat de factori aleatori (umiditate, aerare, prezen de impuriti, grad de concasare etc.).

Ineria termic este o caracteristic a substanelor solide, definit ca produsul dintre conductivitatea termic (), densitate masic () i cldura specific (c), tabelul 1.6 (materialele cu inerie termic mic pot fi aprinse de surse de energie termic redus: muc de igar, flacr de chibrit etc.).

Tabelul 1.6 Ineria termic a unor substane combustibile solide Nr. crt. Substana combustibil

solid Conductivitatea

termic (W/m 0C)

Densitatea masic (kg/m3)

Cldura specific (kJ/kg 0C)

Ineria termic

(W/m 0C) 1 Beton 1,600 2400 0,750 2880 2 Crmid 0,800 2600 0,800 1660 3 Lemn masiv 0,360 800 2,386 680 4 Hrtie 0,140 790 1,340 150 5 Ln 0,038 200 1,884 9 6 Bumbac 0,058 81 1,298 6

1.1.2 Explozia

Explozia este o ardere, produs de o reacie de oxidare foarte rapid i violent a amestecurilor explozive, cu degajare de cldur, lumin i generare de presiuni mari; este improprie folosirea termenului de explozie pentru a desemna spargerea unui recipient presurizat, cauzat de suprapresiune interioar (eventual, combinat cu defecte de fabricaie).

Exploziile pot fi cauze ale unor incendii, dup cum, n unele cazuri, i incendiile pot fi cauze ale unor explozii.

Concentraiile explozive sunt amestecuri de gaze combustibile i/sau vapori combustibili i/sau praf al unor substane solide combustibile cu aerul care se exprim n % de volum sau g/m3; n general, o explozie se produce n momentul n care amestecul exploziv are o anumit concentraie i vine n contact cu o surs de aprindere.

Limita inferioar de explozie este concentraia minim a gazelor, vaporilor sau prafurilor combustibile n aer la care se poate produce explozia; sub limita inferioar de explozie amestecul nu poate s produc explozia din cauza excesului de aer.

Limita superioar de explozie este concentraia maxim a gazelor, vaporilor sau prafurilor combustibile n aer de la care explozia nu mai este posibil; peste limita superioar de explozie nu mai poate avea loc explozia din cauza lipsei de aer.

Interval de explozie este dat de zona dintre limitele inferioar i superioar de explozie; intervalul de explozie are un rol determinant n stabilirea pericolului de explozie la gaze, lichide i prafuri combustibile, explozia acestora devenind posibil numai ntre aceste limite.

Limita inferioar/superioar de explozie a amestecurilor formate din mai multe substane se poate calcula cu relaia 1.1 (a lui Le Chatelier):

18

Nn

Cc

Bb

Aa

L++++

=

....

100 (1.1)

unde: L este concentraia care definete limita inferioar/superioar de explozie a amestecului, n %; a, b, c, ..., n - coninutul n % de volum pentru fiecare component din amestecul considerat;

A, B, C, ..., N - limita inferioar/superioar de explozie pentru fiecare component din amestecul considerat.

Limitele de explozie nu au o valoare constant, deoarece amestecurile explozive sunt supuse aciunii unor factori ca: temperatura mediului ambiant, presiunea la care este supus amestecul exploziv etc.. Limitele de explozie, inferioar i superioar, publicate n literatura de specialitate sunt determinate pentru temperatura normal (200C) i presiunea atmosferic. n unele situaii reale, n special la obiectivele industriale, se poate depi temperatura i presiunea la care au fost determinate limitele de explozie pentru unele substane indicate n literatura de specialitate. n acest caz, limitele de explozie se pot calcula cu relaiile 1.2:

10020

10010

20

20

infinfinf

=

tLLLt

(1.2)

10020

10015

20

20

supsupsup

+=tLLL

t

unde:tt

LL supinf / este limita inferioar/superioar de explozie la temperatura t;

2020 supinf/ LL - limita inferioar/superioar de explozie la temperatura de 200C;

t - temperatura la care a ajuns amestecul, respectiv temperatura dat, n 0C.

Cu creterea temperaturii peste cea normal (200C), intervalul de explozie se mrete. Temperatura mediului nconjurtor exercit o influen mai mare asupra limitei superioare de explozie dect asupra celei inferioare. Pentru determinarea practic a limitelor de explozie, cu i mai mare uurin, n cazul creterii temperaturii, se poate aplica urmtoarea regul: la ridicarea temperaturii cu fiecare 1000C limita inferioar de explozie scade cu 10% i limita superioar crete cu 15%.

Cu variaia presiunii la care sunt supuse amestecurile explozive, limitele de aprindere sau de explozie ale acestora se modific. Creterea presiunii, chiar i pn la 20 atm, nu influeneaz prea mult valoarea limitelor de explozie, dar scderea presiunii face ca intervalul de explozie s se reduc considerabil; la o presiune mult sczut, indiferent de compoziia amestecului, iniierea exploziei devine imposibil.

ntre temperaturile de inflamabilitate i limitele de explozie exist o strns legtur; de aceea, gradul de periculozitate al amestecului exploziv se poate caracteriza fie prin concentraiile limit, fie prin temperaturile limit (n prezena fazei lichide).

Factorii de care depinde explozia amestecurilor de praf cu aer sunt: - compoziia chimic a prafului; cantitatea mai mare de substane volatile coninute de praf face ca pericolul de explozie s fie mai accentuat; - concentraia prafului; cele dou limite de explozie (ca i n cazul vaporilor i gazelor) depind de gradul de dispersie a prafului, umiditate, coninut de substane volatile i temperatur; pentru majoritatea prafurilor combustibile limita superioar este destul de ridicat i practic nu poate fi atins;

- starea fizic a prafului; pericolul de explozie este mai mare cu ct praful dispersat este mai fin;

19

- compoziia atmosferic i temperatura mediului; umiditatea, n principiu, micoreaz pericolul de explozie, n afar de cazul acelor substane cu care umiditatea intr n reacie; prezena, n anumite cantiti, a unor gaze inerte n aer micoreaz sau chiar nltur pericolul de explozie.

Printre prafurile cu cel mai mare pericol de explozie i incendiu se pot enumera praful de: zahr, amidon, textile, lemn, cereale i fin, materiale plastice, pulberi metalice (de zirconiu, titan, magneziu, aluminiu etc.).

n general, n timpul unei explozii se dezvolt i o cantitate mare de cldur, care provoac dilatarea gazelor rezultate. Pentru majoritatea substanelor, temperatura de explozie este cuprins ntre 10000C i 30000C; la explozia amestecurilor de prafuri combustibile aceasta este mai sczut.

Presiune maxim de explozie este presiunea maxim care s-ar produce n cazul c nu ar exista schimb de cldur ntre produsele de ardere i pereii incintei i poate fi calculat cunoscnd concentraia, compoziia substanelor respective, starea iniial a sistemului i cantitatea substanelor volatile (n cazul prafurilor). n urma exploziilor amestecurilor, n cldirile industriale nchise, se produc presiuni semnificative capabile s provoace distrugeri la cldiri. Cu ct efectul presiunii dureaz mai puin, n urma unei explozii, cu att distrugerea este mai redus.

Timpul de explozie este timpul de acionare a solicitrii dinamice din explozie. Acest timp variaz de la sutimi de secund (cazul amestecului de hidrogen-aer) pn la zecimi de secund.

2.2 Incendiul

2.2.1 Evoluia i fazele incendiului

Standarde privitoare la terminologia din domeniu (ISO 13942/2008) fac diferena ntre fenomenele foc i incendiu, astfel:

- focul este ardere autontreinut, organizat, cu producere de efecte utile i a crei propagare, n timp i spaiu, este limitat; - incendiul este ardere, autontreinut, neorganizat, cu producere de efecte duntoare i a crei propagare, n timp i spaiu, este nelimitat.

Incendiul, cu conotaie juridic, este arderea scpat de sub control, iniiat de o cauz bine precizat (voit sau nu), care produce pierderi de viei i/sau bunuri materiale i necesar o aciune de stingere pentru ntreruperea ei.

Fazele incendiului produs ntr-o incint i asupra cruia nu se intervine, aa cum rezult din analiza evoluiei lui, sunt cinci (figura 1.2).

Faza 1, apariia focarului iniial; faza n care, datorit unor mprejurri favorizante, sunt puse n contact materialul combustibil cu sursa de aprindere, a crei energie acumulat n timpul perioadei de contact duce la iniierea incendiului. Caracteristic fazei sunt temperatura i energia de aprindere.

Faza 2, arderea lent; faza n care arderea este limitat strict la materialele combustibile care constituie focarul iniial, termodegradndu-le profund, fr distrugerea lor total.

Cu o durat variabi ca timp i absent n numeroase cazuri, poate fi de ordinul minutelor, orelor i, n unele situaii, zilelor i sptmnilor (cazul arderilor mocnite); durata acestei faze depinde de: natura, cantitatea i modul de distribuie a materialelor combustibile n incint, dimensiunile i amplasarea surselor de aprindere i cantitatea de cldur transmis de acestea (cu ct materialul combustibil se aprinde mai uor cu att cldura degajat este mai mare i propagarea are loc mai rapid).

Temperatura crete relativ lent, fr a atinge valori importante. Din descompunerea materialelor se degaj gaze care se acumuleaz n atmosfera nconjurtoare i formeaz cu aerul un amestec combustibil, precum i gudroane care contribuie la propagarea incendiului. Caracteristic

20

fazei sunt flacra ascendent i fluxul de cldur creat de flacr (asemntor incendiului n aer liber). Modelele matematice elaborate pentru aceast faz urmresc s determine evoluia nlimii i temperaturii flcrii funcie de timp (ISO 16734 ... 16736), pentru amplasarea optim a sistemele de detectare i stingere (detectoarelor, sprinklerelor, drencerelor).

Dup stabilizarea arderii, incendiul poate evolua pe una din urmtoarele ci: - calea 2.1, incendiu local, dac materialul combustibil este izolat; - calea 2.2, ardere cu vitez mic sau autostingere, dac ventilaia este insuficient; - calea 2.3, ardere activ, declannd faza 3.

Faza 3, arderea activ sau dezvoltarea incendiului; faz n care arderea se propag la toate obiectele nvecinate cu focarul, avnd aerul necesar n cantitate suficient.

Din cauza diferenei de densitate i curenilor de convecie, gazele calde mai uoare se acumuleaz sub tavan i ies din incint pe la partea superioar a deschiderilor, fiind nlocuite de un curent de aer rece care ptrunde pe la partea inferioar. Caracteristic fazei sunt:

- radiaia, care devine principalul factor al transferului de cldur ca urmare a stratului de gaze fierbini i fum acumulat sub tavan, propagnd incendiul i n zone mai ndeprtate de focar, prin nclzirea materialelor n aceste zone pn la temperatura de aprindere; natura i finisajul pereilor are un rol esenial cauzat de aportul suplimentar nsemnat de radiaie termic (radiaie reciproc ntre perei);

- temperatura, care n diferite puncte ale incintei diferit mult i sufer importante i rapide fluctuaii.

Modelele matematice elaborate pentru aceast faz urmresc determinarea evoluiei debitului de cldur degajat, Q, la timpul t de la nceperea incendiului i la timpul corespunztor strii staionare a incendiului (important pentru evaluarea stabilitii la foc a elementelor structurale).

Din aceast faz incendiul poate evolua pe una din urmtoarele ci: - calea 3.1, producerea fenomenului flash-over (fenomen tranzitoriu, n care se instaleaz

brusc arderea generalizat a tuturor suprafeelor combustibile din incint), dac aerul necesar arderii este n cantitate suficient; ca urmare, scade brusc cantitatea de comburant (oxigenul din aer) i procentul de oxid de carbon atinge valoarea maxim (pn la 20%), fiind momentul cel mai periculos pentru pompierii care asigur intervenia la incendiu; flash-over, definind, ca fenomen, trecerea brusc n stare de ardere generalizat i considerat, ca termen, intraductibil n limba romn, este caracterizat i prin creterea rapid, exponenial, a temperaturii i printr-o masiv i rapid generare de fum, mai ales cnd finisajul pereilor este combustibil (ISO 13943-2008, SR ISO 8421-1); urmeaz evoluie ctre faza 4, arderea generalizat;

- calea 3.2, producerea regresiei incendiului (focul putndu-se stinge spontan), dac aerul necesar arderii devine insuficient n cazul unei incinte nchise sau existenei unei distane, relativ mari, ntre masele combustibile (fenomenul conduciei ne mai producndu-se);

- calea 2.3, producerea fenomenului back-draft (similar cu flash-over: cretere brusc a suprafeelor n combustie la nivelul ntregii incinte, reducere a procentului de oxigen i cretere a procentului de oxid de carbon, cretere rapid a temperaturii i masiv generare de fum).

Faza 4, arderea generalizat; faz n care arderea are loc n ntreaga incint. Caracteristic fazei sunt temperaturile care se uniformizeaz spre valori maxime i radiaia care devine preponderent (dup producerea fenomenului flash-over sau, mai rar, a fenomenului back-draft).

n cursul acestei faze structurile de rezisten sunt cele mai afectate de incendiu: se fisureaz i se disloc perei, se lrgesc deschideri etc., avnd loc propagarea incendiului n incintele alturate i apoi n ntreaga cldire. Regimul de ardere se stabilizeaz i este condiionat de suprafaa materialelor combustibile (cazul incendiului ventilat, intens i de scurt durat, la care viteza de ardere este dependent de aria suprafeei combustibilului - aer n exces raport la suprafaa de contact cu combustibil) sau dimensiunile deschiderilor, deci de regimul admisiei aerului (cazul

21

incendiul neventilat la care viteza de ardere este dependent de dimensiunile deschiderilor de ventilaie din incint).

Faza 5, regresia arderii; faz n care temperatura i flcrile se atenueaz mult, din cauza epuizrii combustibilului, n final rmnnd jar i cenu. Caracteristic fazei este temperatura care nceteaz s mai creasc, chiar s scad, i reinstalarea mediului gazos, ntre flacri i elementele de construcie.

Importana acestei perioade nu trebuie subestimat din punctul de vedere al msurilor de securitate; temperatura scade, dar nu brusc, rmnnd mult timp foarte ridicat i aciunea ei distructiv asupra structurilor neputnd fi neglijat. Uneori, chiar n aceast faz, incendiul se poate transmite ncperilor i/sau cldirilor vecine, obstacolul reprezentat de perei sau panouri ne mai rezistnd n timp.

Avnd n vedere fazele descrise, evoluia unui incendiu ntr-un spaiu nchis poate fi reprezentat sub form de schem logic (figura 1.2a) sau grafic (figura 1.2b).

a. b. Figura 1.2 Evoluia incendiului produs ntr-o incint i asupra cruia nu se intervine

Incendiul convenional izbucnit n spaiu deschis; acesta evolueaz similar cu cel n spaiu nchis, prezentnd, urmtoarele particulariti:

- se dezvolt de la nceput pe ntreaga suprafa a materialului cuprins de flcri; - mrimea flcrilor depinde de condiiile meteorologice i de dinamica curenilor care afluesc

ctre locul incendiului; - produsele de ardere sunt bogate n particule de crbune.

Incendiul real, la care se intervine, prezint trei faze: - dezvoltarea liber: care se desfoar din momentul izbucnirii incendiului pn la

introducerea n aciune a primului mijloc pentru stingere; - localizarea: n care se procedeaz la eliminarea posibilitilor de propagare a incendiului i

prbuire a construciei, precum i la crearea premiselor pentru lichidarea incendiului; - lichidarea: n care se realizeaz atacul asupra incendiului, n principiu din toate direciile i

cu toate forele i mijloacele; prin lichidarea incendiului se nelege oprirea arderii pe toate suprafeele care au fost cuprinse de incendiu i excluderea reapariiei.

Pe baza experimentelor precum i msurrii temperaturilor la incendii reale, s-a propus o curb standard temperatur-timp (un model de foc n condiii de incendiu, deja clasic), ce caracterizeaz creterea temperaturilor funcie de timpul de ardere (figura 1.8).

22

Principiile arderii, care se au n vedere la studiile teoretice ale incendiilor, sunt: - existena aprinderii i arderii este posibil dac se ntrunesc, simultan, n timp i spaiu,

urmtoarele condiii: - prezena materialului combustibil; - prezena substanelor care ntrein arderea (oxigenul din aer sau substanele care pot

ceda oxigen); - prezena sursei de aprindere cu energia capabil s realizeze temperatura de aprindere;

- continuarea arderii este posibil pn cnd: - materialul combustibil este consumat; - concentraia comburantului devine mai mic dect minimul necesar pentru a susine

arderea; - pierderile de cldur sunt att de mari nct nu mai asigur necesarul pentru piroliza n

continuare a materialului combustibil; - flcrile sunt inhibate chimic sau suficient rcite pentru a mpiedica desfurarea

reaciilor n continuare.

Forma de dezvoltarea a unui incendiu poate fi (figura 1.3): circular (a) sau frontal (b) sau unghiular (c).

Figura 1.3 Forme de dezvoltare a unui incendiu [8]

2.2.2 Sarcina i densitatea de sarcin termic de incendiu

Conform STAS 10903/2-79

Sarcina termic de incendiu, SQ, n MJ, este cantitatea de cldur pe care o poate degaja, prin combustie complet, totalitatea materialelor combustibile, fixe i mobile, existente n spaiul afectat de incendiu, relaia 1.3,

SQ = (Mi Qi) (1.3)

unde: Mi este masa materialului combustibil curent din tot spaiul considerat, n kg; Qi - puterea calorific inferioara a materialului combustibil curent (STAS 8790-71 abrogat

i SR EN 1716: 2002 n viguare), n MJ/kg.

Densitatea de sarcin termic de incendiu, qs, n MJ/m2, este sarcina termic de incendiu, a unui spaiu, ncpere etc., raportat la aria pardoselii luat n considerare (posibil i la aria suprafeelor delimitatoare), relaia 1.4a,

qs = SQ / As (1.4a)

unde: As este aria seciunii orizontale a spaiului afectat, n m2.

23

n practic, s-a utilizat mult vreme, n special pentru aprecieri comparative, echivalentul n lemn al sarcinii termice de incendiu, fiind cantitatea de lemn, care prin ardere, ar degaja aceeai cantitate de cldur ca i materialele combustibile existente n spaiul analizat (avnd puterea calorific inferioar, Qlemn, egal cu 18,42 MJ/kg sau 4400 kcal/kg); densitatea de sarcin termic de incendiu echivalent, n kglemn/m2, este dat de relaia 1.4b.

Mlemn = (MiQi) / (AsQlemn) (1.4b)

Conform SR EN 1991-1-2

Valoarea de proiectare a densitii sarcinii termice de incendiu, qfi,d, n MJ/m2, se calculeaz cu relaia 1.5,

qfi,d = qfi,k m q1 q2 n (1.5)

unde: qfi,k este valoarea caracteristic a densitii de sarcin termic de incendiu (tabelul 1.7, dup destinaie, sau relaiile 1.6 la 1.8), n MJ/m2; m - coeficienul de ardere care ine seama de destinaia compartimentului de incendiu i tipul sarcinii termice (pentru materiale majoritar celulozice m=0,8); q1 - coeficientul care ine seama de riscul de iniiere a incendiului, dat de mrimiea compartimentului de incendiu (tabelul 1.8);

q2 - coeficientul care ine seama de riscul de iniiere a incendiului, dat de destinaia compartimentului de incendiu (tabelul 1.8);

n = ni (i=1 ... 10) - coeficientul care ine seama de msurile de protecie activ aplicate (tabelul 1.9).

Tabelul 1.7 Valoarea caracteristic a densitii sarcinii termice de incendiu, qfi,k, dup destinaie Nr. crt. Destinaie Medie

(MJ/m2) Fractil 80%

(MJ/m2) 1 Locuine 780 948 2 Spitale (camere) 230 280 3 Hoteluri 310 377 4 Biblioteci 1500 1824 5 Birouri 420 511 6 Clase de coal 285 347 7 Centre comerciale 600 730 8 Teatre (cinematografe) 300 365 9 Transport (spaiul public) 100 122

Not: pentru fractil 80% s-a aplicat distribuiade tip Gumbel

Tabelul 1.8 Coeficienii care apreciaz riscul de iniiere a incendiului, q1 i q2

Nr. crt. q1 q2

Suprafa planeu compartiment

(m2)

Valoare Destinaie

Valoare

1 25 1,10 galerii art, muzee, piscine 0,78 2 250 1,50 birouri, locuine, hoteluri, industrii papetrie 1,00 3 2500 1,90 industrii construcii de maini i motoare 1,22 4 5000 2,00 laboratoare chmie, ateliere vopsitorie 1,44 5 10000 2,13 fabrici artificii i/sau vopsele 1,66

24

Tabelul 1.9 Coeficienii care apreciaz msurile de protecie activ aplicate, ni ni

Stingere automat a incendiului

Detecie automat a incendiului

Stingere manual a incendiului

Sistem automat stingere cu ap

Surse independente

ap

Detecie i alarm

automat

Alarnare automat pompieri

Servici propriu

pompieri

Serviciu privat

contract

Ci de

acces

libere

Echipamente de lupt la incendiu

Sisteme desfu-mare

0

1

2 de

cldur de

fum n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10

0,61 1,0 0,87 0,7 0,87/0,73 0,87 0,61/0,78 0,9/1/ 1,5

1,0/1,5 1,0/1,5

Valoarea caracteristic a sarcinii termice de incendiu, n MJ, este definit matematic de relaia 1.6,

Qfi,k = (Mk,iHui) = Qfi,k,i (1.6)

unde: Mk,i este masa materialului combustibil curent, n kg; Hui - cldura de ardere net (SR EN 1991-1-2) sau puterea calorific inferioar (SR EN ISO 1716) a materialului combustibil curent, relaia 1.7; - coeficientul, facultativ, care permite evaluarea sarcinii termice de incendiu protejate.

Coninutul n umiditate al materialelor poate fi luat n considerare cu relaia 1.7,

Hui = Hu0(1 - 0,01u) - 0,025u (1.7)

unde: u este umiditatea, n % din masa uscat; Hu0 - cldura de ardere net sau puterea calorific inferioar a materialului uscat (tabelul 1.10).

Tabelul 1.10 Valoarea cldurii de ardere nete a materialelor combustibile uscate, Hu0 Nr. crt.

Produs Hu0 (J/kg , J/m3N)

1

Solide

Lemn 17,5 2 Alte material celulozice: mbrcminte, plut, bumbac, hrtie, carton,

mtase, paie, ln 20,0

3 Carbon: antracit, crbune de lemn, crbune 30,0 4 Alte produse: ABS alchibenzensulfonat (material plastice) 35,0 5 Poliester (material plastic) 30,0 6 Poliizocianurat i poliuretan (material plastic) 25,0 7 Piele 20,0 8

Produse chimice

Anvelope de cauciuc 30,0 9 Seria parafinelor: metan, etan, propan, butan 50,0 10 Seria olefinelor: etilen, propilen, buten 45,0 11 Seria aromaticelor: benzene, toluene 40,0 12 Seria alcoolurilor: methanol, etanol, alcool etilic 30,0 13 Carburani: benzin, petrol (gaz lampant), motorin (diesel) 45,0 14 Hidrocarbonai plastici puri: polietilen, polistiren, polipropilen 40,0 15 Policlorur de vinil PVC (material plastic) 20,0

Valoarea caracteristic a densitii sarcinii termice de incendiu, n MJ/m2, se definete cu relaia 1.8,

qfi,k = Qfi,k / A (1.8)

25

unde: A este aria planeului compartimentului i se noteaz cu Af sau aria desfurat a interiorului compartimenului i se noteaz cu Ai.

2.2.3 Cantitatea de cldur

Cantitatea de cldur este cea care se apreciaz c va aciona asupra elementelor structurale: stlpi, perei, grinzi, planee etc. i se calculeaz, dup caz, n mod diferit.

Conform STAS 10903/2-79

Cantitatea de cldur, SA, n MJ, este dat de relaia 1.9:

SA = c p (miQiMi) (1.9)

unde:c este coeficientul care ine seama de dimensiunile geometrice ale spaiului analizat; p - coeficientul care se ine seama de numrul de niveluri i condiiile de ventilare i evacuare a cldurii din cldirea n care se afl spaiul analizat; mi - coeficientul care ine seama de capacitatea de ardere n condiii de incendiu a materialului combustibil curent; Qi - puterea calorific inferioar a materialului combustibil curent, n MJ/kg; Mi - masa materialului combustibile curent din tot spaiul analizat, n kg.

Valorile puterii calorifice inferioare, pentru principalele materiale combustibile, i ale coeficienilor c, p, m sunt indicate n STAS 10903/2-79.

Conform SR EN 1991-1-2

Debitul de cdur degajat, Q, n MW, poate fi evaluat: - n faza de dezvoltare a incendiului, relaia 1.10,

Q = 106 (t/ta)2 (1.10)

unde: t este timpul msurat de la declanarea incendiului, n s; ta - timpul necesar atingerii unui debit de cldur de 1MW (tabelul 1.11);

- n momentul nceperii incendiului staionar (ar corespunde limitei superioare a fazei de dezvoltare a incendiului), relaia 1.11,

Q = RHRf Afi (1.11)

unde: RHRf este debitul maxim de cldur degajat de 1 m2 incendiat, n cazul unui incendiu controlat de combustibil, n kW/m2 (tabelul 1.11); Afi - aria maxim a incendiului, care poate fi identic cu aria compartimentului de incendiu n cazul distribuiei uniforme a sarcinii termice sau mai mic n cazul unui incendiu localizat, n m

2.

Tablul 1.11 Valorile timpului, ta, i debitului de cldur maxim, RHRf Nr. crt.

Destinaie Viteza de dezoltare a incendiului

ta (s)

RHRf (kW/m2)

1 Locuine medie 300 250 2 Spitale (camere) medie 300 250 3 Hoteluri medie 300 250

26

4 Biblioteci rapid 150 500 5 Birouri medie 300 250 6 Clase de coal medie 300 250 7 Centre comerciale rapid 150 250 8 Teatre (cinematografe) rapid 150 500 9 Transport (spaiul public) lent 600 250

2.2.4 Dinamica incendiilor

Propagarea incendiilor

Propagarea unui incendiu depinde de: compoziia chimic i viteza de ardere a materialului aprins, sarcina termic de incendiu, sursele poteniale de aprindere, temperatura mediului nconjurtor, curenii de aer atmosferici i/sau care se formeaz, obstacolele ntlnite (perei, planee etc.); aceasta se produce n plan orizontal i vertical, un rol hotrtor avndu-l viteza de ardere i alimentarea cu aer, precum i mrimea i temperatura flcrilor (tabelul 1.12).

Tabelul 1.12 Temperatura flcrilor pentru materiale combustibile uzuale Nr. crt. Proveniena flcrii Temperatura (oC)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Chibrit Lanuri cereale Benzin Motorin iei brut Pcur Acetilen Amoniac Oxid de carbon Propan Cherestea

700 1400 ... 1500

1200 1100 1100 1000

2500 ... 3000 1700 2100 1925 1200

nlimea flcrilor, Hfl, se poate aprecia utiliznd de la diverse modele de foc; de exemplu, n cazul incendiilor la rezervoare pentru depozitare se poate determina nlimea flcrii, n m, cu relaii de forma 1.12:

- la rezervoare cu lichide combustibile incendiate

Hflc = 2 D (1.12a)

- la rezervoarele cu gaze lichefiate incendiate

Hflc = 16 Q0,4 (1.12b)

unde: Hflc este nlimea flcrii, n m; D - diametrul rezervorului incendiat, n m; Q - debitul de gaz lichefiat care se scurge, n kg/s.

Tabelul 1.13 cuprinde viteze de propagare a incendiilor.

Schimbul de gaze

n faza incipient a incendiului, gazele nclzite se dilat, presiunea crete i, ca urmare, parte a fumului i gazelor fierbini, generate de incendiu, sunt ridicate n aer.

27

Tabelul 1.13 Viteze de propagare a incendiilor pentru materiale i substane combustibile uzuale

Materiale, substane sau obiecte combustibile aprinse Valoarea medie a vitezei de

propagare a incendiului (m/min)

Depozit de lemn rotund n stive Scnduri de lemn (2cm ... 4cm grosime) n stive: - la un coninut de umiditate de 8 12% - la un coninut de umiditate de 16 ... 18% - la un coninut de umiditate de 18 ... 20% - la un coninut de umiditate de 20 ... 30% - la un coninut de umiditate de 30% Produse textile n depozite nchise la o ncrcare de 140kg/m2 Suluri de hrtie n depozite nchise la o ncrcare de 140kg/m2 Cauciuc sintetic n depozite nchise la o ncrcare de 290kg/m2 Incendiu de iarb uscat n condiii de vnt puternic Acoperiuri de hale pentru ateliere cu suprafa mare Produse tehnice din cauciuc n stive n aer liber Case de locuit i magazine, construcii din lemn, mobil etc. Complexe de pdure cu plantaii mijlocii la viteze ale vntului de 7 19m/s i o umiditate relativ a aerului pe timp de zi de 39% Pdure brad molizi i brazi Pdure de pini, brazi, tufiuri Pdure de molid

0.35 ... 0.70

4.00 2.30 1.60 1.20 1.00 0.33 0.27 0.40

400.00 ... 500.00 1.70 ... 3.20

1.10 1.00 ... 1.20

22.00 pn la 4.20 pn la 14.20 pn la 18.00

Incendiul n spaiu deschis. Pe msura ndeprtrii fumului i gazelor fierbini, din zona de ardere, precum i scderii temperaturii se reduce viteza de circulaie a gazelor pe vertical. Mrimea vitezei curentului de gaze ascendent influeneaz dezvoltarea incendiului, materializat prin antrenarea particulelor de materiale solide aprinse. Materialele aprinse, ridicate n aer, pierd treptat din viteza micrii ascendente i, sub influena gravitaiei, cad din curent. Ele se mprtie pe teritoriul nconjurtor, favoriznd apariia de noi focare de incendiu.

Mrimea vitezei curentului ascendent de fum i gaze fierbini duce la creterea cantitii de aer care intr n zonele de ardere i cauzeaz intensificarea arderii i creterea temperaturii. Odat cu accelerarea schimbului de gaze se reduce arderea incomplet. Prin urmare, ntre viteza de ardere i schimbul de gaze se stabilete un echilibru.

Incendiul n spaiu nchis. Gazele de ardere fiind mai uoare dect aerul, n interiorul spaiilor nchise, ia natere o for ascensional care pune n micare fumul, mai nti pe vertical ctre plafon i, apoi, pe orizontal n planul acestuia, care se acumuleaz ntr-un strat din ce n ce mai gros.

Mrimea vitezei curentului de gaze ascendent este cu att mai mare, cu ct diferena dintre temperatura fumului i cea a gazelor mediului ambiant este mai ridicat.

Deplasarea fumului

Deplasarea fumului pe vertical i/sau orizontal ntr-o cldire se poate datora: tirajului care se creeaz n caz de incendiu, funcionrii instalaiei mecanice de ventilaie sau condiionare, presiunii curenilor de aer.

Din zonele de ardere fumul se ndeprteaz ctre partea superioar a ncperii (figura 1.4) i ntlnind un planeu, se deplaseaz pe sub acesta n toate direciile iar n cazul unor deschideri iese n exterior; ntr-o asemenea situaie, n interior ptrunde aer, deci are loc un schimb de gaze.

Micarea fumului n restul construciei depinde de diferenele de presiune ce iau natere, precum i de existena posibilitilor de curgere a gazelor, pe vertical de jos n sus i de la un nivel la altul. Pe orizontal, ncepnd de la ultimul nivel n jos, fumul se propag pe la casa scrii n lungul coridoarelor de evacuare, la partea superioar a acestora, cu viteza pasului normal, sau de la o ncpere la alta, cnd exist goluri care realizeaz comunicaia ntre ele (n mod deosebit, canalele de ventilaie, chiar i n cazul cnd ventilatoarele nu funcioneaz, constituie ci de propagare uoar a fumului).

28

Ventilarea spaiilor incendiate

Viteza de ardere depinde de ventilarea spaiului analizat, n consecin, este proporional cu raportul suprafa deschideri pe suprafa pardoseli, astfel: - cnd este mare, cazul incendiilor ventilate, schimbul de gaze, pe timpul incendiului, crete pe msur ce suprafaa golurilor, deschiderilor este mai mare; situaia este concretizat de sporirea vitezei de ardere i reducere a arderii incomplete; - cnd este mic, cazul incendiilor neventilate (din subsoluri), situaia este concretizeaz de reducerea vitezei de ardere i creterea arderii incomplete, cu mult fum coninut n produsele de ardere.

Figura 1.5

Figura 1.4 mprtierea fumului i gazelor fierbini n cazul incendiilor de interior [3]

Ventilarea influeneaz direcia i viteza schimbului de gaze. Rolul acesteia se accentueaz mai ales n perioada de dezvoltare a incendiului, cnd schimbul de gaze care se produce n urma arderii este mic n comparaie cu puterea curenilor de aer din sistemul de ventilaie. Aceasta duce la intensificarea arderii i la abaterea ei n direcia curenilor de aer din sistemele de ventilaie.

Schema curenilor de aer nu este fix, din cauza condiiilor n care are loc incendiul; pentru fiecare incendiu exist i o anumit schem a curenilor de aer.

ntr-o cldire de un anumit volum, se acumuleaz o cantitate important de cldur i fum, incendiul putnd provoca pierderi mari dac nu se recurge la o ventilare adecvat (figura 1.5).

Figura 1.5 Controlul fumului i gazelor fierbini n cazul incendiilor de interior [3]

Dac incendiul ia proporii att de mari, nct cldirea nu mai poate fi salvat cu mijloacele avute la dispoziie, este, cel puin, posibil ca incendiul s fie controlat (meninut n limitele cldirii) sub aciunea evilor de refulare i prin ventilare, de ctre pomperii aflai la intervenie.

29

Ventilarea se poate face uor, n caz de incendiu, prin deschiderea ferestrelor care permite cldurii i fumului s ias pe la partea de sus, n timp ce aerul proaspt ptrunde pe la partea de jos a acestora. De multe ori, apare ca raional, realizarea, prin construcia cldirii, a unor trape de ventilare amplasate, n general, pe acoperi, funcie de particularitile constructive i poziia punctelor periculoase (figura 1.6).

Figura 1.6 Dispozitive de ventilare la constrcii [3]

Cnd situaia o impune, se pot practica deschideri n construcie, n vederea ventilrii spaiilor incendiate, de ctre pompierii aflai la intervenie (figura 1.7), dar numai cnd nu exist goluri constructive de dimensiuni necesare sau alte posibiliti de a asigura o circulaie organizat, corespunztoare a fumului i gazelor ctre exteriorul cldirii.

Figura 1.7 Intervenii de urgen la acoperi pentru realizarea ventilrii [11]

Trap de ventilare cu funcionare automat

Eficiena trapei de ventilare a fumului i gazelor de ardere n caz de incendiu: a. fr trape de ventilare cldirea se umple de fum n 3min.; b. trapa de ventilare, n cteva secunde, favorizeaz evacuarea ctre exterior; c. evacuarea masiv n exterior prin trapa de ventilare.

30

2.2.5 Modele de incendiu simple (clasice)

n categoria modelelor de incendiu simple (clasice) se ncadreaz cele definite prin evoluia temperaturilor funcie de timp i care nu in seama de particularitile spaiului incendiat.

Curba temperatura-timp ISO 834 (figura 1.8) este reprezentarea grafic a expresiei convenionale standardizate pe plan mondial, relaia 1.13:

T - T0 = 345log10(8t+1) (1.13)

unde: T0 este temperatura iniial, n 0C; T - temperatura la un moment considerat dup intervalul de timp t, n min..

Figura 1.8 Curba standardizat temperatura-timp, ISO 834 [10]

Curba din figura 1.8, este utilizat ca program termic la cuptorul pentru determnarea rezistenei la foc a elementelor entru construcii (perei, stlpi, grinzi, planee etc.).

Datorit evoluiei aleatorii a focului pe timpul unui incendiu, nu pot exista dou incendii identice; n dezvoltarea unui incendiu intervin numeroi factori: forma i dimensiunile ncperii, sarcina termic, deschiderile spre exterior, natura i poziionarea materialelor combustibile, locul i modul de iniiere a incendiilor dispunerea ncperii n cldire etc.. Din acest motiv, n ultimii ani au fost dezvoltate modele de incendii sofisticate, menite s aprecieze ct mai corect realitatea acestuia.

1.2.6 Efectele i clasificarea incendiilor

Efectele nocive ale incendiilor; sunt numeroase i se manifest asupra persoanelor i bunurilor adpostite (tabelul 1.14).

Clasificarea incendiile; se poate face dup natura substanelor combustibile implicate n procesul de ardere (ISO 3941- 87 i STAS 11841-83, SR EN-2):

- incendiu de clasa A, solide a cror ardere are loc cu formare de jar: lemn, hrtie, materiale textile, rumegu, piele, produse de cauciuc, mase plastice ce nu se topesc la cldur;

- incendiu de clasa B, lichide sau care ard n stare topit: benzin, petrol, alcooli, toluen, lacuri, vopsele, uleiuri, gudroane, cear, parafin, materiale plastice ce se topesc uor la cldur;

- incendiu de clasa C, gaze: hidrogen, metan, acetilen, butan, gaz de sond; - incendiu de clasa D, metale: sodiu, potasiu, litiu, magneziu, zinc, titanul, aluminiu.

31

Tabelul 1.14 Efectele principale ale incendiilor

Bibliografie

1. Blulescu P., Clinescu V. i alii, Noiuni de fizic i chimie pentru pompieri, Comandamentul Pompierilor, Bucureti, 1971. 2. Blulescu P., Clinescu V., Prevenirea incendiilor, Editura Tehnic, Bucureti, 1979. 3. Blulescu P., Stingerea incendiilor, Editura Tehnic, Bucureti, 1981. 4. Blulescu P., Popescu I.., Ciuc t., ndrumtorul pompierului civil, Oficiul de informare documentar pentru Industria Construciilor de Maini, Bucureti, 1987. 5. Blulescu P., Crciun I., Agenda pompierului, EdituraTehnic, Bucureti, 1993. 6. Blulescu P., Cauzele tehnice ale incendiilor i prevenirea lor, Ed. Tehnic, Bucureti, 1971. 7. Calot S., Lencu V., erban T., Protecia mpotriva incendiilor, vol. 1 i vol. 2, Bucureti, 1998. 8. 5. D. Diaconu-otropa, L. Burlacu, Fenomene de ardere, Review AICPS nr. 1/2007 Ediie nou, Bucureti, 2007. 9. Tatu P., Popescu I., Neagoe V., Ciuc t., Manualul pompierilor, Redacia publicaiilor pentru construcii, Bucureti, 1972. 10. ***, STAS 10903/1979, Determinarea sarcinii termice n construcii. 11. ***, Regulamentul instruciei de specialitate a pompierilor militari, Serviciul editorial al Ministerului de Interne, Bucureti, 1990. 12. SR EN 1363/1,2,3, ncercri de rezisten la foc.

Flcri

aciune direct

- efect asupra oamenilor: arsuri prin atingere direct (pericol mare la aprinderea hainelor - cele sintetice se topesc pe piele, cele din bumbac se aprind repede ) - propagarea incendiului la materialele din apropiere (ardere, explozie)

efect termic - prin radiaie

- propagarea incendiului la vecinti - efect asupra materialelor de construcii: dilatri, transformri chimice, modificari ale caracteristicilor mecanice i termice - efect asupra construciei: deformarea i cedarea n timp a structurilor de rezisten, a elementelor de compartimentare etc.

Fum, gaze arse

efect termic - prin radiaie, convecie

- propagarea incendiului la distane mari de focar prin tubulaturi, ghene etc. - efect asupra oamenilor: arsuri - efect asupra construciilor: deformarea i cedarea n timp a structurilor de rezisten, a elementelor de compartimentare etc.

opacitate - ntrzierea evacurii (reducerea vizibilitii pe cile de evacuare, posibilitatea producerii panicii) - ntrzierea interveniei (mpiedicarea localizrii precise a focarului, a victimelor etc.)

toxicitate - pentru oameni i animale (asfixiere prin: lipsa oxigenului consumat ardere; degajarea de oxid de carbon, formarea de carboxihemoglobin ce provoac moartea; degajarea de gaze toxice (fosgen, acid cianhidric, amoniac etc.) cu efect letal n anumite concentraii

coroziune

- efect asupra construciei: atac suprafeele metalice, armturile, betonul, lemnul datorit componentelor acide (acid clorhidric, acid acetic, acid sulfuric etc.) - efect asupra bunurilor (maini-unelte, electronice, electrotehnice, sensibile la coroziune)

Reziduuri solide (cenu, particule incandescente, funingine)

efect termic - pentru oameni: arsuri - propagarea incendiului la vecinti

toxicitate - efect cancerigen

32

PRELEGEAREA 2

SISTEMUL SECURITII LA INCENDIU N CONSTRUCII

2.1 Securitatea la incendiu a construciilor

Generaliti

Focul (ca fenomen natural), n interaciune cu sistemele tehnice (cldiri, instalaii, autovehicule, submarine, vapoare, avioane, nave spaiale etc.), ntr-un spaiu legislativ dat (unde se desfoar activiti umane i care trateaz focul ca incendiu) genereaz problemetica securitii la incendiu a sistemelor tehnice.

Multe dintre evenimentele care genereaz incendii implic cldiri, mai general construcii, n interiorul crora sunt adpostite diverse activiti

umane, care la rndul lor, implic existena de persoane i bunuri materiale; n acest discutm de securitatea la incendiu a cldirilor, ntr-un

sens mai larg, securitatea la incendiu a construciilor. Ca oricrui sistem tehnic i construciei i se poate asocia un nivel de

securitate la incendiu, ce poate fi pus n eviden analiznd securitatea la incendiu funcie de riscul de incendiu asociat, figura 2.1; se poate observa

c nivel de securitate la incendiu este cu att mai mare cu ct nivelul riscului asociat este mai mic.

33

Figura 2.1 Reprezentarea grafic a relaiei securitate - risc

Securitii la incendiu are obiective proprii, i, n cazul manifestrii incendiului, o strategie de protecie. Toate acestea trebuie s fie rodul experienei acumulate, experimentelor efectuate,

cercetrilor ntreprinse, teoretizrilor realizate i s se regseasc n documentele normative elaborate pentru realizarea de construcii sigure din punctul de vedere al securitii la incendiu.

2.1.1 Obiectivele securitii la incendiu n construcii

Obiectivul 1 al securitii la incendiu este limitarea probabilitii producerii de victime i distrugeri materiale (inclusiv pierderea proprietii), la niveluri acceptabile. Obiectivul 2 al securitii la incendiu (suplimentar i doar n cazul rilor civilizate) este limitarea probabilitii producerii de distrugeri mediului nconjurtor.

Limitarea probabilitii producerii de victime, cel mai frecvent, vizeaz salvarea persoanelor, implicnd: alarmarea persoanelor n privina incendiului i asigurarea traseelor de evacuare (fr afectarea evacuailor de ctre foc sau produi ai acestuia, pn la ajungerea ntr-un spaiu la aciunea acestuia); n acest context trebuie avut n vedere: - persoanele incapabile s se salveze (imobilizaii aflai n spitale sau n spaii de refugiu din interiorul cldirii afectate de incendiu); - persoanele din cldirile din apropiere (cazul vecintilor); - forele de intervenie la incendiu (care intr n cldire pentru salvarea de viei, bunuri i/sau pentru controlul incendiului).

Limitarea probabilitii producerii de distrugri materiale, vizeaz salvarea bunurilor, implicnd: evitarea degradrii i/sau distrugerii coninutului fix (structur, elemente de compartimentare) i mobil (mobilier, valori depozitate etc.); n acest context trebuie avut n vedere: - cldirile din vecintate; - construciile ce trebuie reparate de urgen i repuse n funciune dup incendiu (pentru care trebuie asigurat un nivel superior de securitate la incendiu);

34

- pierderile disproporionat de mari, n comparaie cu mrimea incendiului, ce pot apare la reelele

pentru distribuia de energie i/sau de telecomunicaii; - ntrerupera afacerii;

- pierderea ireparabil a unor valori de patrimoniu; - protecia imaginii publice (cum ar fi n cazul manifestrii unui incendiu la un imobil al unui lan comercial important (de magazine, cazinouri, hoteluri etc.);

Modul de abordare a celor dou tipuri de problemetici depinde de: tipul construcilor i destinaia acestora, variind de la o r la alta i de la o perioad de dezvoltarea la alta, nivelul economic de

dezvoltarea al rii fiind important. Formaiunile de pompieri i normele de aprare mpotriva incendiilor au fost promovate, n

principal, de firmele de asigurri care erau mai interesate n protecia proprietii dect de salvarea vieii (Londra anul 1666, perioada marelui incendiu). Noua optic, inclus n normele naionale privind securitatea la incendiu, d mai mare importan salvrii vieii dect proprietii. Din aceast nou perspectiv, se consider c distrugerile provocate

de incendiu la construcii sunt problema proprietarului i/sau asiguratorului. Limitarea probabilitii producerii de distrugri mediului, n cazul unui incendiu major, vizeaz emisiile de gaze poluante i poluarea cu produse de stingere a incendiului; n acest context trebuie avut n vedere c cea mai bun cale de a evita aceste aspecte este stingerea incendiului ct timp este de mici dimensiuni.

Obiectivele securitii la incendiu pot fi realizate: cnd focul (probabilul incendiu) nu se produce (prin crearea i aplicarea unui sistem

de prevenie la incendiu) sau este stins nainte de a lua proporii (prin crearea i aplicarea unui sistem de protecie la incendiu).

Sistemul securitii la incendiu este ansamblul de msuri i/sau aciuni/activiti (de informare i/sau manageriale i/sau tehnice i/sau operative i/sau cu caracter umanitar etc.) menite s diminueze riscul de incendiu (el subsumeaz sistemele de prevenie i protecie la incendiu).

2.1.2 Strategia securitii la incendiu n condiiile producerii unui incendiu n construcii

Atigerea obiectivelor securitii la incendiu, cnd incendiul se produce i implic construcii, se realizeaz prin alegerea unei strategii, care stabilete: construciile trebuie s fie proiectate, executate i exploatate nct, pe toat durata de via a acestora, s se asigure:

- stabilitatea la foc a elementelor structurale (un timp normat); - limitarea izbucnirii, propagrii i dezvoltrii incendiului la interiorul i exteriorul construciei;

35

- limitarea propagrii fumului i gazelor toxice la vecinti; - posibilitatea evacurii persoanelor n condiii de siguran (ntr-un timp normat) sau salvrii lor prin alte mijloace; - posibilitatea protejrii forelor de intervenie.

Strategia poate fi pus n aplicare prin realizarea: sistemului de protecie la incendiu, combinnd sistemul de protecie activ la incendiu (controlul activ al incendiului) i sistemul de protecie pasiv la incendiu (controlul activ al incendiului). Sistemul de protecie activ la incendiu controleaz incendiul sau efectele lui prin: intervenia de persoane i/sau dispozitive automate; acesta include i sistemul de protecie operativ la incendiu. Sistemul de protecie pasiv la incendiu controleaz incendiul i efectele lui prin: structura i/sau componentele construciei (nefiind necesare operaiuni speciale pe timpul desfurrii incendiului).

2.2 Comportarea participanilor la incendii i rolul sistemelor de protecie la incendiu n cldiri

Generaliti

Evoluia tipic a incendiului, produs n ncpere i asupra cruia nu se intervine, este prezentat n figura 2.2, ca o introducere la problematica sistemelor de protecie.

Apariia focarului

Incendiul dezvoltat

Arderea lent

Cantitate aer insuficient Cantitate aer suficient : flash-over

Incendiul generalizat

Incendiu neventilat Incendiu ventilat

Regresiea

Supliment aer: beack-draft

36

Figura 2.2 Evoluia tipic unui incendiu de ncpere i asupra cruia nu se intervine

Incendiile nu au toate dezvoltare identic, pentru c unele se extind n afara ncperii n mod

prematur, altele nu ating momentul flash-over (deoarece elementele inflamabile sunt prea mici sau izolate sau nu exist suficient aer pentru susinerea arderii) sau n cazul unora, dac ncperea are ferestre mari i temperatura ridicat sparge sticla ferestrelor, poate avea loc procesul beack-draft.

2.2.1 Focul

Perioada incipient se caracterizeaz prin nclzirea potenialului combustibil, aprinderea fiind debutul arderii cu flacr i apariia focarului, cnd se trece la arderea lent/creterea incendiului. n aceast faz, n majoritatea cazurilor, incendiile se rspndesc ncet, la nceput pe suprafeele inflamabile din focar, apoi, mai repede genernd un flux de cldur radiant de la flcrile i gazele fierbini asupra materialelor combustibile din imediata vecintate a focarului, cnd se trece la

incendiul dezvoltat. Dac nivelul superior al temperaturilor ajunge la aproximativ 6000C, viteza de ardere crete repede i se produce flash-over, care face tranziia la incendiul generalizat/completa dezvoltare a incendiului. n aceast faz, viteza de ardere este controlat, n general, de natura suprafeelor inflamabile care ard i/sau ventilaia ncperii. Aceast perioad de ardere este cea cu impact major asupra elementelor structurale i de compartimentare.

Dac arderea are loc n continuare, combustibilul se epuizeaz i temperaturile scad, avnd loc regresiea incendiului. n aceast faz viteza de ardere depinde mai mult de cantitatea de combustibil dect de ventilaia ncperii.

37

2.2.2 Persoanele

Persoanele din ncperea de origine a incendiului: - n perioada incipient: pot sesiza semnalele unui posibil incendiu (prin vizualizarea i/sau mirosirea combustibilului nclzit de o surs de cldur) i pot previni arderea (prin ndeprtarea combustibilului sau eliminarea sursei de aprindere); dup aprindere, cnd incendiul devine evident, pot stinge focul (ct este de mic amploare, precum i dac sunt n stare de trezire i posibilitate de micare); - n perioada de cretere a incendiului (cnd nu mai poate fi stins manual): pot s se evacueze (n zone sigure din interiorul sau exteriorul construciei, fumul, nc, neblocnd cile de acces); n aceast perioad condiiile dintr-o ncpere n care a aprut un incendiu devin periculoase pentru via;

- dup flash-over, nu pot supravieui (din cauza condiiilor extreme datorate temperaturii i toxicitii gazelor).

Persoanele din alte zone ale cldirii: pot afla de incendiu (cnd este de amploare) i pot genera situaii ce in de ntmplare. Persoanele au asigurat viaa n cazul unui incendiu, dac se produce: detectatarea incendiului i alarmare persoanelor, oferindu-le, acestora, suficiente informaii i timp pentru determinarea deplasarii ntr-un loc sigur, nainte ca situaia s devin de necontrolat.

2.2.3 Detectarea

Detectarea incendiului este posibil dup cum urmeaz: - n perioada incipient (de nclzire a combustibilului): detectarea uman prin vizualizare direct i/sau mirosire; - concomitent cu aprinderea: detectarea automat (cu dispozitive pentru sesizarea fumului); - n perioada de cretere a incendiului:

- detectarea uman (de ctre persoanele implicate n incendiu); - detectarea automat (cu dispozitive pentru sesizarea fumului i/sau temeraturii; detectoarele de fum, utilizate n special pentru incendiile cu ardere mocnit, care pot amenina viaa i fr

cldur mare sunt, n general, mai sensibile dect cele de cldur, care activeaz sistemele automate de stingere a incendiilor);

38

- dup flash-over: detectarea uman (de ctre vecini, prin observarea fumului i flcrilor ieinde prin ferestre i alte deschideri).

2.2.4 Sistemul proteciei active

Controlul activ al incendilui se poate face cu: - dispozitive automate:

- n cazul flcrilor: instalaii de sprinklere, care pulverizeaz apa pe o arie local (cea mai bun metod); un astfel de sistem stinge majoritatea incendiilor i previne creterea altora, trebuind s acioneze n faza incipient a incendiului (necesarul de ap fiind proiectat pentru incendii de o anumit mrime); - n cazul fumului: ventilatoare sau dispozitive pentru ndeprtarea fumului din anumite zone sau presurizarea casei scrilor; controlul activ al fumului poate necesita sisteme sofisticate de control pentru a asigura evacuarea fumului i produselor toxice din cldire, fr recirculare prin alte zone ale cldirii, considerate sigure;

- personal:

- ocupani ai construciei, pentru prevenirea aprinderii i rspndirii unor incendii foarte mici; - echipe de intervenie specializate, pentru stingerea incendiului; la intervenie timpul este un factor determinant i cuprinde: detectarea incendiului, alertarea pompierilor, deplasarea la locul de intervenie a pompierilor, localizarea focului i punerea n funciune a tehnicii de stingere; dac nu exist suficiente resurse pentru stingerea unui incendiu mare, dup flash-over, acesta este controlat prin: prentmpinarea rspndirii la vecinti i stingerea n perioada de declin.

2.2.5 Sistemul proteciei pasive

Control pasiv al incendiului se poate face:

- nainte de flash-over: prin alegerea materialelor potrivite pentru construcie i finisaje interioare (mpiedic rapida rspndire a flcrilor n perioada de cretere a incendiului); - dup flash-over: prin alegerea elementelor structurale i de compartimentare cu suficient rezisten la foc (pentru a preveni cedarea structurii i rspndirea incendiului).

39

2.3 Cadrul conceptual al securitii la incendiu

2.3.1 Evaluarea calitativ a securitii la incendiu sau analiza scenariului de incendiu

Evaluarea calitativ a securitii la incendiu poate fi fcut prin analiza scenariului de incendiu. n principiu, aceasta const n abordarea situaiilor de incendiu defavorabile, cu cea mai mare probabilitate de a se realiza, pentru fiecare, comparndu-se probabila cretere i rspndire a focului

i fumului cu detectarea inceniului i deplasarea ocupanilor, satisfcnd cerinele de performan. O prezentare sistematizat a analizei scenariului de incendiu este fcut n figura 2.3. Acest mod de

evaluare a securitii la incendiu a construciilor este cel mai des folosit n proiectare; exist i alte abordri sistematizate a sistemului securitii la incendiu, n ntregime sau pe pri.

Figura 2.3 Schema de principiu a analizei scenariului de incendiu

Stabilirea destinaiei i geometriei cldirii

Estimarea numrului maxim de ocupani i localizarea acestora

Estimarea ncrcrii maxime probabile cu materiale combustibile

Proiectarea sistemului de protecie la incendiu

Analizarea performanelor sistemului de protecie la incendiu

Performan acceptat? NU: Modificarea proiectului privind securitate la incendiu

DA: Acceptarea proiectului privind securitatea la incendiu

Precizarea actelor normative privind sistemul de protecie la incendiu

40

2.3.2 Evaluarea cantitativ a securitii la incendiu sau evaluarea riscului de incendiu

Evaluarea cantitativ a securitii la incendiu const n estimarea valorii siguranei la incendiu a sistemului, pentru a aprecia ct este de sigur. Evaluarea cantitativ se constituie ca o disciplin care se dezvoltat foarte mult, cu toate c n momentul de fa, cele mai multe proiecte privind securitatea la incendiu, nu cuantific nivelul de

securitate la incendiu prin stabilirea valorii siguranei la incendiu. Evaluare cantitativ a securitii la incendiu poate fi fcut prin analiza riscului de incendiu. n principiu, se bazeaz pe date istorice existente pentru tipul de cldire abordat (date extrem de limitate n momentul de fa) i utilizeaz arborii logici pentru cuantificarea riscului de incendiu. Metodele de evaluare a riscului de incendiu, i, n consecin, a siguranei la incendiu pot fi: - probabiliste: care pot cuantifica pierderile de viei i bunuri materiale n caz de incendiu; acesta sunt mai utile cercetrii dect proiectrii; - deterministe: care utiluzeaz factori de siguran adecvai; acestea sunt cel mai des folosite n proiectarea securitii la incendiu a construciilor (determinarea factorilor de siguran n proiectarea securitii la incendiu este la nceputuri, aa c vor fi multe situaii cnd va fi nevoie de

un efort susinut din partea proiectantului i autoritii care avizeaz proiectul).

2.3.3 Schema conceptelor securitii la incendiu

Este dificil de prezentat n ce const securitatea la incendiu a unui sistem fr un cadru conceptual,

din cauza numrului mare de variabile interactive ce definesc fenomenul incendiu; una dintre cele mai durabile scheme de abordare este aa numitul arbore al conceptelor securitii la incendiu (Fire Safety Conceps Tree), dezvoltat de NFPA (National Fire Protection Association, 1997), modificat de autor ca n figura 2.4 i care poate fi studiat pe niveluri.

Nivelul 1 arat cine genereaz problematica securitii la incendiu sau riscului de incendiu. Nivelul 2 evideniaz faptul c protecia la incendiu sau management-ul impactului incendiului nu este necesar, dac poate evitat aprinderea iar dac nu, impactul focului trebuie minimizat (n realitate vor fi ntotdeauna aprinderi neplanificate, dar probabilitatea de apariie a acestora poate fi

redus prin programe de prevenirea incendiilor; incendierea intenionat este o surs din ce n ce mai important de foc, care nu poate fi controlat uor de proiectanii de cldiri).

41

Problemetica securitii la incendiu / Problematica riscului de incendiu

Prevenia la incendiu Protecia la incendiu sau Managementul

impactului incendiului (q /q )

Managementul focului Managementul ocupanilor expui focului

Managementul persoanelor

(protejarea prin evacuare) Managementul bunurilor (protejarea la locul iniial)

Determinarea evacrii

(detectare, alarmare, evacuare) Asigurarea evacrii

(semnalizare, ci de evacuare)

Controlul combustibililor Controlul pasiv Controlul activ

Manual Automat

Controlul combustibilitii finisajelor

Asigurarea

stabilitii structurale

Controlul extinderii incendiului

Izolarea incendiului Ventilarea incendiului spre exterior

i

i

Spaiul fenomenelor naturale generator de foc

Spaiul sistemelor tehnice generator de construcii

Spaiul legislativ generator de acte normative

42

Figura 2.4 Arborele conceptelor securitii la incendiu

Nivelul 3 arat c management-ul impactului incendiului implic: management-ul focului i management-ul persoanelor i bunurilor expuse focului. Nivelul 4 arat c management-ul ocupanilor expui focului poate fi efectuat cu: protejare prin evacuare (cazul persoanelor) sau protejare la locul iniial (cazul bunurilor); n general, persoanele sunt evacuate din cldire, cnd este posibil, iar cnd nu este posibil (o practic n cazul cldirilor foarte mari) se deplaseaz persoanele ntr-un loc sigur situat n interiorul cldirii. Mare parte a bunurilor expuse incendiului trebuie protejate la locul lor, fr a fi deplasate. Nivelul 5 arat c, pentru a se putea deplasa persoanele, trebuie determinat evacuarea (detectat incendiul i alarmate persoanele) i trebuie asigurat evacuarea (prin marcaje, indicatoare i ci de evacuare); ambele aciuni trebuie s s se produc. Nivelul 6 arat c managementul focului se poate face prin: - (nivelul 7.1) controlul combustibililor (limitarea geometriei sau cantitii de combustibil); de exemplu: limitarea cantitii de combustibil care poate fi depozitat ntr-un anumit spaiu i pentru

un interval de timp; - (nivelul 7.3) controlul activ (stingerea focului manual sau automat, care depinde de detectarea rapid a incendiului i cantitile i calitatea produselor de stingere, obinuit ap). - (nivelul 7.2) controlul pasiv, care presupune:

- (nivelul 8.1) limitarea combustibilului din finisajele interioare (n realitate, ar trebui s fie coninut n controlul combustibililor, dar plasarea pe nivelul 8 este motivat de faptul c execuia finisajelor interioare este parte component a procesului de construcie, i mai puin parte a management-ului construciei); - (nivelul 8.2) asigurarea stabilitii structurale (esenial pentru evitarea prbuirii cldirii n timpul unui incendiu i uoara reparae, precum i pentru protejarea persoanelor i bunurilor aflate n alte pri ale cldirii la momentul incendiului); - (nivelul 8.3) controlul extinderii inceniului.

Nivelul 9 arat c controlul extinderii inceniului se poate face prin: - izolarea incendiului; - ventilarea incendiului spre exterior.

43

Izolarea focului, pentru a opri extinderea acestuia, este metoda principal de protecie mpotriva

incendiilor. Pereii i planeele majoritii cldirilor sunt rezistente la incendiu pentru a nu lsa focul s se extind din ncperea n care a nceput. Prevenirea extinderii incendiilor la dimensiuni

mari este una din cele mai importante componente a unei strategii de securitate la incendiu. Ventilarea focului pentru reducerea impactului incendiilor, n special la cldirile cu un singur etaj (sau la ultimul nivel al cldirilor cu mai multe etaje). Ventilarea poate fi asigurat de un sistem activ (operat mecanic) sau pasiv (precum cel bazat pe topirea luminatoarelor din materiale plastice). n ambele situaii, ventilaia poate mri severitatea incendiului la nivel local, dar reduce extinderea incendiului i impactul termic la nivelul ntregii cldiri.

Controlul extinderii fumului se face prin izolarea fumului si/sau ventilarea fumului spre exterior. Eliminarea fumului este o strategie important la incendiile la care amploarea focului a fost redus

de sisteme automate de stingere cu ap. Presurizarea sau barierele de fum pot fi ambele folosite pentru a preveni extinderea fumului ntr-o cldire.

Extinderea focului ctre cldirile vecine trebuie prevenit prin limitarea deschiderilor din zidurile exterioare.

Bibliografie

1. CIB Report-W14, Raional fire Safety Engineering Approach Fire Resistance of Buildings, 2001. 2. Buchanan A. H., Structural Design for Fire Safety, Wiley&Sons, Ltd,, 2002.

3. D. Rasbash, G. Ramachandran, B. Kandola, J. Watts, M, Law, Evaluation of Fire Safety, John Wiley&Sons, Ltd, 2004 .

4. ***, Norme generale de aprare mpotriva incendiilor, OMAI nr. 163/2007, MO nr. 216/20.03.2007. 5. Burlacu L., Diaconu-otropa D., Securitatea la incendiu a construciilor i instalaiilor, Editura Societii Academice MATEI-TEIU BOTEZ, Iai, 2008.

44

PRELEGEREA 4

CONTROLUL COMBUSTIBILILOR sau PERFORMANA PRODUSELOR PENTRU CONSTRUCII CU ROL N SECURITATEA LA INCENDIU

4.1 Performana produselor pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu

Generaliti

Calitatea unui sistem tehnic sau performana acestuia poate fi studiat prin analiza de performan.

Performana unui sistem tehnic este rspunsul complex al acestuia, analizabil dup criterii de performan specifice scopului pentru care el a fost proiectat.

Nivelul de performan al unui sistem tehnic precizeaz msura n care, n condiii de referin, acesta atinge obiectivele pentru care a fost proiectat, corespunztoare fiecarui criteriu de performan specific.

De asemenea, performana unui sistem tehnic este dat, pe de o parte de performana componentelor sale (componente considerare independente) i pe de alt parte de performana ansamblului (componente considerate n interaciune).

n particular, performana unei construcii este dat de realizarea i meninerea, pe ntreaga durat de existen a acesteia, a nivelurilor de performan pentru fiecare dintre cele ase cerine esenale (care pot fi privite ca i criterii de performan), stipulate n legea 10/1995 actualizat, privind calitatea n construcii:

- rezisten mecanic i stabilitate;

- securitate la incendiu; - igien, sntate i mediu;

- siguran n exploatare;

- protecia mpotriva zgomotului;

- economie de energie i izolare termic.

Performana unei construcii poate fi tratat i pentru fiecare cerin esenial n parte. Astfel,

putem discuta de performana privind securitatea la incendiu a construciei. n particular, performana privind securitatea la incendiu a construciei este dat de:

45

- performana produselor pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu; - performana ntregului ansamblu construit.

Performana produselor pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu poate fi analizat pe

categorii de performan. Pentru fiecare categorie de performan i grup de produse pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu se definete un sistem propriu de clase de performan, ncadrarea n clas fcndu-se funcie de nivelul de performan msurat prin ncercri la foc standardizate, pentru fiecare criteriu de performan specificat.

4.1.1 Modele de incendiu pentru condiii i scenarii de referin

Modelul de incendiu utilizat pentru evaluarea performanei la foc a materialelor i/sau elementelor pentru construcii sau, dup noile norme europene, produselor pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu, care asigur condiiile de referin sau, dup noile norme europene, scenariul de referin are la baz o curb temperatur-timp ce definete evoluia temperaturii gazelor la suprafaa produsului; acesta este denumit incendiu convenional sau nominal i poate fi:

- curba temperatur-timp ISO 834;

- curba de foc exterior;

- curba armonizat de hidrocarburi;

- curba arderii mocnite.

Curba temperatur-timp ISO 834, relaia 4.1 i figura 4.1: model de aciune termic, ce

corespunde fazei incendiului generalizat (post-flash-over),

T = 345 log10(8t + 1) (4.1)

unde:T este temperatura gazelor, n 0C; t - durata expunerii termice, n minute.

Coeficientul de transfer de cldur prin convecie este c = 25W/m2K.

Curba de foc exterior, relaia 4.2 i figura 4.1: model de aciune termic n cazul unui incendiu acionnd (de exemplu, prin ferestre) asupra unui element structural aflat n exteriorul construciei,

T = 660 (1 - 0.687-0.32t - 0.313-3.8t ) + 20 (4.2)

46

unde:T este temperatura gazelor, n 0C;

t - durata expunerii termice, n minute.

Coeficientul de transfer de cldur prin convecie este c = 25W/m2K.

Curba armonizat de hidrocarburi, relaia 4.3 i figura 4.1: model de aciune termic n cazul unui incendiu mai sever (cu o vitez mai mare de cretere a temperaturii dect cea dat de curba standardizat ISO 834),

T = 1080 (1 - 0.325-0.167t - 0.675-2.5t ) + 20 (4.3)

unde:T este temperatura gazelor, n 0C; t - durata expunerii termice, n minute.

Coeficientul de transfer de cldur prin convecie este c = 50W/m2K.

Curba arderii mocnite, relaia 4.4: model de aciune termic n cazul unei arderi mocnite (cu o vitez mai mic de cretere a temperaturii dect cea dat de curba standardizat ISO 834),

T = 154 t0.25 + 20 (4.4)

unde:T este temperatura gazelor, n 0C; t - durata expunerii termice, n minute.

n cazul unor obiective speciale (tuneluri pentru trafic, centrale nucleare etc.) specificaiile

tehnice pot impune scenarii de incendiu extreme, pentru care modelul (convenional) al aciunii

termice este dat de curbe nominale caracteristice acestor situaii.

47

Figura 4.1 Modele de incendiu convenionale/nominale

4.2 Clasificarea romneasc (tradiional) a materialelor i/sau elementelor pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu

Generaliti

Comportarea la foc a unui material i/sau element de construcie, n Romnia, se mai definete i n prezent ca totalitatea transformrilor fizice i chimice suferite de produsul pentru

construcii n condiii de incendiu. Comportarea la foc a materialelor i/sau elementelor pentru construcii cu rol n securitatea la

incendiu, din perspectiva romneasc (tradiional), se reflect n: - combustibilitatea materialelor i elementelor pentru construcii; - rezistena la foc a elementelor pentru construcii.

4.2.1 Combustibilitatea materialelor i/sau elementelor pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu

Clase de combustibilitate pentru materiale i elemente pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu

48

Combustibilitatea unui material i/sau element pentru construcii este capacitatea acestuia de a se aprinde i arde n continuare, contribuind la creterea cantitii de cldur dezvoltat de

incendiu; aceast capacitate se stabilete pe baza unor ncercri experimentale standardizate i asigur ncadrarea n clasa de combustibilitate (care este caracteristica unui material sau element pentru construcii, exprimat prin nivelul parametrilor specifici determinai n urma unor ncercri la foc standardizate).

n diferite ri au fost i mai sunt nc diferite metode de ncercare la foc standardizate privitore la combustibilitatea materialelor sau elementelor pentru construcii cu rol n securitatea la

incendiu i, corespunztor, clasificri i ncadrri diferite a acestor produselor; putem distinge diferene pn i la nivelul modului de notare a claselor de combustibilitate:

- Frana: M0 ... M4; - Germania: A1, A2, B1 ... B3;

- Anglia: 0 ... 4;

n concluzie, ncadrarea materialelor sau elementelor pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu ntr-o clas de combustibilitate poate diferi de la o ar la alta, att sub aspectul formei ct

i al coninutului; pe cale de consecin, libera circulaie i evaluarea unitar a performanelor la foc a produselor pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu poate fi afectat.

Din punctul de vedere al combustibilitii, materialele i elementele pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu pot fi:

- incombustibile, ncadrabile, tradiional n Romnia, n clasa de combustibilitate C0 (cele care sub aciunea focului sau a temperaturilor nalte nu se aprind, nu ard mocnit i nu se carbonizeaz);

- combustibile, ncadrabile, tradiional n Romnia, n una din clasele de combustibilitate C1 ... C4 (cele care sub aciunea focului sau temperaturilor nalte se aprind, ard mocnit sau se carbonizeaz).

n Romnia (tradiional) materialele i elementele combustibile pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu se ncadreaz, funcie de capacitatea lor de inflamare (proprietatea acestora de a se aprinde uor sau greu i contribui la dezvoltarea incendiului), n urmtoarele clase de combustibilitate:

- C1, practic neinflamabile; - C2, dificil inflamabile; - C3, mediu inflamabile; - C4, uor inflamabile.

Materialele i elementele combustibile pentru construcii din clasele C1 i C2 constituiau (tradiional) grupa materialelor denumite greu combustibile, caracterizate prin aceea c arderea, mocnirea sau carbonizarea are loc numai n cazul existenei unei surse exterioare de foc sau unei temperaturi nalte, ncetnd dup ndeprtarea lor.

49

Elementele pentru construcii se consider incombustibile sau combustibile n funcie de caracteristicile materialelor din care sunt executate dar i de modul de nserare a acestor materiale n structura elementului.

n literatura de specialitate din Romnia, pentru materialele i elementele combustibile pentru construcii cu rol n securitatea la incendiu se utilizeaz i clase de combustibilitate echivalente (SR CEI 364-3+A1), astfel:

- CA1 pentru C0; - CA2a pentru C1; - CA2b pentru C2; - CA2c pentru C3; - CA2d pentru C4.

Clase de periculozitate pentru materialele i substanele depozitate

Materialele i substanele depozitate se ncadreaz n urmtoarele clase de periculozitate (P1 ... P5), P 118-99:

- P1, fr periculozitate: - materiale incombustibile care nu pot da natere la reacii periculoase, fr ambalaje (n

vrac) sau n ambalaje incombustibile; exemple: minereuri, produse i piese metalice (inerte), ciment, nisip, beton, materiale pentru construcii refractare, azbest, legume, fructe, carne,

conserve n cutii metalice sau borcane, lichide incombustibile (inerte) mbuteliate etc.;

- P2, cu periculozitate redus (A ... C): - A, materiale din clasa P1 n ambalaje cu combustibilitate redus; exemple: minereuri i

alte materiale inerte n saci sau butoaie combustibile, piese metalice n folii sau prelate greu combustibile, piese metalice, elemente din beton, azbociment pe palete din lemn, lichide

incombustibile sau conserve n ambalaje incombustibile n navete sau ldie combustibile ori pe palete de lemn etc.;

- B, materiale care se aprind greu, cu o vitez redus de ardere i care nu au o putere calorific mare; exemple: aparate electrice, obiecte executate din bachelit i rini fenolice,

melamin, piei brute, baloturi de ln (splat i uscat), zahr brut i cereale n vrac sau n saci, produse de panificaie, tutun n butoaie;

- C, lichide incombustibile inerte, n ambalaje combustibile; exemple: lapte, ap mineral n butelii de plastic, cutii de carton etc.;

- P3, cu periculozitate medie (A ... C): - A, materiale din clasele P1 i P2 ambalate n cutii de carton;

50

- B, materiale cu combustibilitate medie (care se ncadreaz n clasele P4 i P5) i cu putere calorific de cel mult 27,3 J/kg, n orice fel de ambalaje, cu excepia celor din materiale plastice spongioase; exemple: mobil (fr garnituri din burete de cauciuc sau plastic) i obiecte masive din lemn, butoaie din lemn goale (fr reziduuri periculoase), bambus, produse din ebonit, fibre animale (ln, mtase natural, pr etc.) i fibre artificiale cu combustibilitate redus (poliamidice, poliesterice, poliacrilice i polivinilice), esturi i confecii executate din asemenea fibre, fibre vegetale toarse gros, saltele i perne (fr burete din cauciuc sau materiale plastice), articole din piele, cri, papetrie, negru de fum (ambalat n saci sau granulat), amidon, fin de cereale, zahr cristalizat, paste finoase i alte articole de bcnie (ambalate n pungi), tutun, ceai, legume uscate, grsimi etc.;

- C, lichide combustibile cu temperatura de inflamabilitate mai mare de 1000C n

ambalaje incombustibile care pot fi introduse n cutii de carton; exemple: vopsele de ulei n cutii, borcane, butoaie i similare; produse farmaceutice combustibile n cutii, bidoane, sticle,

damigene etc., lubrifiani i glicoli n butoaie sau bidoane, uleiuri vegetale n butoaie sau sticle etc.;

- P4, cu periculozitate mare (A ... F): - A, materiale i produse din clasele P1 ... P3 n ambalaje din materiale plastice

spongioase;

- B, materiale combustibile cu vitez mare de ardere sau cu o putere calorific mai mare de 23,7 J/kg, indiferent de forma de ambalare; exemple: lemn n form de toctur i tala,

fibre vegetale (in, cnep, bumbac), fibre artificiale cu o putere calorific mai mare de 27,3 J/kg, confecii executate din asemenea fibre, saltele sau plpumi cu umpluturi din burete,

cauciuc sau materiale plastice spongioase, fibre textile, vat, paie, zegras, mpletituri din nuiele; celuloz; carton; hrtie, cauciuc brut sau prelucrat; materiale plastice sau obiecte

confecionate din acestea (alt fel dect sub form de fibre) care nu sunt menionate n clasa P3;

- C, materiale i produse incombustibile care pot suferi deteriorri importante n urma aciunii temperaturilor nalte, a apei sau gazelor corosive indiferent de natura ambalajelor; exemple: aparatur electric i electronic avnd relee i contacte sensibile necapsulate, tuburi electronice, utilaje i aparate de nalt precizie, bijuterii, medicamente i produse cosmetice etc.;

- D, materiale i produse care sub efectul temperaturii degaj cantiti importante de gaze corosive indiferent de natura ambalajelor; exemple: policlorur de vinil, teflon i rini epoxidice, acid clorhidric, clorur de var etc.;

51

- E, lichide combustibile din clasa P3 n ambalaje combustibile