SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO EM EDIFÍCIOS … · compartimentado (Fig. 1),destinado ao comércio de vestuário e artigos de desporto, com uma área de 25m x 10m, 4,5 m de pé direito

SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO EM EDIFÍCIOS

Quantificação do risco de incêndio com recurso à árvore de acontecimentos

I. Cabrita Neves Março de 2005

2


Quantificação do risco de incêndio com recurso à árvore de acontecimentos 1. Definições ..................................................................................................................3 2. Quantificação do risco de incêndio com recurso à árvore de acontecimentos...........4 3. Quantificação de consequências - danos..................................................................10

3.1 Abordagem A.....................................................................................................10 3.2 Abordagem B.....................................................................................................11

4. Taxa de libertação de calor ......................................................................................13 5. Risco médio de danos e probabilidades correspondentes ........................................18 6. Perfis de risco...........................................................................................................26 7. Conclusões ...............................................................................................................28 8. Bibliografia ..............................................................................................................28

3


Quantificação do risco de incêndio com recurso à árvore de acontecimentos

1. Definições Cenário de incêndio Conjunto de todos os sub-cenários de incêndio com origem num mesmo acontecimento inicial. Sub-cenário de incêndio Cadeia de acontecimentos consecutivos que caracterizam um incêndio provável, ao qual está associado um determinado nível de danos. Risco de um sub-cenário de incêndio Produto das probabilidades de ocorrência da sucessão de acontecimentos que caracterizam o sub-cenário pelas respectivas consequências, expressas em termos dos danos resultantes desse sub-cenário (por ex: nº de mortos, extensão de danos materiais, período de interrupção de funções) Risco de um cenário de incêndio Somatório dos riscos associados a todos os sub-cenários de incêndio.

Fig. 1 – Espaço comercial

4,5 m

3,0 m 2,0 m

25,0 m

10,0 m

2,0 m 3,0 m

4

2. Quantificação do risco de incêndio com recurso à árvore de acontecimentos Uma árvore de acontecimentos é um modelo lógico gráfico que identifica e quantifica consequências possíveis posteriores a um acontecimento inicial. A estrutura da árvore é organizada numa sequência temporal [1]. A cada acontecimento é associada uma probabilidade e cada cadeia de acontecimentos conduz a uma determinada consequência. Considere-se a título de exemplo o caso de um espaço comercial não compartimentado (Fig. 1), destinado ao comércio de vestuário e artigos de desporto, com uma área de 25m x 10m, 4,5 m de pé direito e dispondo de 8 vãos envidraçados com 2m x 3m, que incluem os vãos de acesso. O estabelecimento não dispõe de sistemas automáticos de detecção ou de extinção de incêndio. Apenas possui extintores portáteis, convenientemente localizados e espaçados, que podem ser usados pelo pessoal, que foi convenientemente treinado para o efeito. Sabe-se que após o alerta, os bombeiros podem chegar ao local dentro de 5 minutos. Para minimizar os danos materiais em caso de incêndio os donos do estabelecimento pretendem estudar a possibilidade de mandar instalar um sistema de detecção automática ou um sistema de extinção automática, ambos com possibilidade de ligação directa aos bombeiros da zona. Temos assim as seguintes três alternativas:

• Alternativa 0 – Situação existente • Alternativa 1 – Instalação de um sistema de detecção automática com

possibilidade de ligação directa aos bombeiros da zona. • Alternativa 2 - Instalação de um sistema de extinção automática com

possibilidade de ligação directa aos bombeiros da zona. Para efeito de comparar as três alternativas é escolhido um mesmo acontecimento inicial: a eclosão de um incêndio no interior do estabelecimento comercial. As sequências temporais de acontecimentos a considerar em cada uma das três alternativas são as seguintes: Sequência de acontecimentos para a alternativa 0: Eclosão de um incêndio ⇒ De dia ou à noite? ⇒ Detectado por pessoas? ⇒ Controlado pelos empregados? ⇒ Controlado pelos bombeiros? Sequência de acontecimentos para a alternativa 1: Eclosão de um incêndio ⇒ De dia ou à noite? ⇒ Detectado automáticamente? ⇒ Detectado por pessoas? ⇒ Controlado pelos empregados? ⇒ Controlado pelos bombeiros? Sequência de acontecimentos para a alternativa 2:

5

Eclosão de um incêndio ⇒ De dia ou à noite? ⇒ Detectado por pessoas? ⇒ Controlado pelos empregados? ⇒ Controlado pela rede Sprinkler? ⇒ Controlado pelos bombeiros? As árvores de acontecimentos correspondentes às três alternativas estão representadas nas Figs. 2 a 4, onde se podem ler as probabilidades de cada cenário de incêndio, calculadas pelo produto das probabilidades dos acontecimentos sequenciais que a eles conduzem.

Probabilidade Sub-cenário

Sim 0,60 0,21 1

Sim 0,50 Controlado pelo pessoal ?

Sim 0,80 0,112 2

Não 0,40 Controlado pelos bombeiros ?

Dia 0,70 Detectado por pessoas? Não 0,20 0,028 3

Sim 0,60 0,21 4


Eclosão de um incêndio De dia ou de noite? Não 0,40 0,14 5

Sim 0,05 0,015 6

Noite 0,30 Controlado pelos bombeiros ?

Não 0,95 0,285 7

Fig. 2 – Alternativa 0

6


Sim 0,60 0,378 1


Sim 0,80 0,2016 2


Dia 0,70 Detectado Não 0,20 0,0504 3

automaticamente?

Sim 0,60 0,021 4


Sim 0,80 0,0112 5


Não 0,20 0,0028 6

Eclosão de um incêndio De dia ou

de noite? Não 0,10 Detectado por pessoas?

Sim 0,60 0,021 7


Não 0,40 0,014 8

Sim 0,80 0,216 9

Sim 0,90 Controlado pelos bombeiros ?

Não 0,20 0,054 10

Noite 0,30 Detectado automaticamente?

Sim 0,05 0,0015 11


Não 0,95 0,0285 12

Fig. 3 – Alternativa 1

7


Sim 0,60 0,21 1


Sim 0,92 0,1288 2

Não 0,40 Controlado pelos sprinklers ?

Sim 0,80 0,00896 3

Dia 0,70 Detectado por pessoas? Não 0,08 Controlado pelos bombeiros ?

Não 0,200,00224 4

Sim 0,92 0,322 5

Não 0,50 Controlado pelos sprinklers ?

Eclosão de um incêndio De dia ou de noite? Sim 0,60 0,0168 6


Não 0,40 0,0112 7

Sim 0,92 0,276 8

Noite 0,30 Controlado pelos sprinklers ?

Sim 0,05 0,0012 9


Não 0,95 0,0228 10

Fig. 4 – Alternativa 2 As probabilidades dos vários acontecimentos deverão ser recolhidas de bases de dados estatísticos disponíveis. Nas tabelas 1 e 2 encontram-se alguns valores retirados da literatura da especialidade [4]. Neste exemplo foram usados os seguintes valores: - Probabilidade de eclosão de um incêndio num espaço ocupado por pessoas – 0,7 durante o dia, 0,3 durante a noite - Probabilidade de um incêndio ser detectado atempadamente pelas pessoas durante o dia – 0,5 - Probabilidade de um incêndio ser controlado pelo pessoal após detecção atempada por pessoas durante o dia – 0,6 (pressupõe a existência de equipamento de primeira intervenção e treino). - Probabilidade de um incêndio ser controlado pelos bombeiros após detecção atempada por pessoas durante o dia – 0,8 - Probabilidade de um incêndio ser controlado pelos bombeiros após detecção tardia por pessoas durante o dia – 0,6 - Probabilidade de um incêndio ser controlado pelos bombeiros após detecção muito tardia por pessoas durante o dia – 0,05

8

Probabilidade de um incêndio ser detectado por um sisyema de detecção automática – 0,9

- Probabilidade de um incêndio ser controlado por uma instalação sprinkler – 0,92 Neste contexto, controlar um incêndio significa evitar que este continue a propagar-se.

Probabilidade de que os sistemas de protecção contra incêndio não funcionem como planeado Tipo de sistema Indisponibilidade

Probabilidade por solicitação

Sistemas de extinção Mínimo Máximo Sprinkler 0,05 0,25

Outros sistemas de extinção automática 0,10 Sistemas de controle de fumos 0,10 Sistemas de detecção

comerciais 0,10 domésticos 0,25

Detectores de fumos

por aspiração 0,10 Detectores térmicos 0,10 Detectores de chama 0,50 Sistemas de alarme sonoro 0 a 0,05 Sistemas passivos

Paredes de alvenaria 0,25 Paredes de compartimentação 0,35 Vidraças 0,60

Probabilidade de que a resistência ao fogo da estrutura não atinja 75% da resistência ao fogo normalizada

Tectos suspensos 0,75

Probabilidade de que as portas corta-fogo se encontrem bloqueadas e abertas

0,30

Probabilidade de que uma porta de fecho automático não feche correctamente

0,20

Tabela 1 – Fiabilidade de sistemas de protecção contra incêndio (BS 7974: PD7 - 2003) [4]

9

Salões de festas (Discotecas / salões de dança) Frequência de incêndios 0,10 incêndios/ano Altura do dia 0,5 noite Eclosão do incêndio Probabilidade proporcional à area

do piso Incêndio extinto na fase inicial 0,1

Alarme automático de incêndio 0,9

Dispositivo de fecho automático 0,7

Sprinkler 0,95

Reacção correcta do pessoal 0,7 c/ treino 0,4 s/ treino

Probabilidade de que todas as vias de evacuação estejam desimpedidas

0,75

Os ocupantes reagem de forma adequada e dirigem-se á saída mais próxima

Mensagem sonora 0,60

Sinal de alarme 0,30

Lares de terceira idade Frequência de incêndios 0,01 incêndios/ano

Altura do dia Dia = 0,67 Noite = 0,33

Eclosão do incêndio Habitações = 0,45

Outras áreas = 0,45

Extinção durante o dia = 0,80

durante a noite = 0,70

Extinção sem sistema de detecção durante o dia ou durante a noite

0,60

O pessoal age de forma correcta. Avisa e orienta a evacuação.

0,80 0,85

s/ formação e s/ treino = 0,5

Hoteis

Frequência de incêndios 0,05 incêndios/ano

Altura do dia Dia = 0,4 Noite = 0,6

Eclosão do incêndio Quartos = 0,5 Outras divisões = 0,5

Detecção atempada c/ detectores automáticos: Quartos Outras áreas

Dia = 0,1 Dia = 0,6

Noite = 0,9 Noite = 0,8

Extinção pelo pessoal detecção atempada = 0,64

detecção tardia = 0,28

Alarme eficaz 0,75 Porta de acesso ao compartimento de incêndio fechada

Quartos = 0,75 Outras divisões = 0,70

Todas as vias de evacuação desimpedidas 0,64

Tabela 2 – Valores probabilísticos de acontecimentos durante um incêndio [5]

10

Restaurantes e similares.

Eclosão do incêndio/ Altura do dia

Restaurante aberto = 0,63

Restaurante encerrado = 0,37

Extinção pelo pessoal 0,31

Todas as vias de evacuação desimpedidas 0,80

Detecção (Fire Engineering Guideline, Australia)

Incêndios de combustão lenta

Fase pré combustão generalizada

Fase de combustão generalizada

Detectores térmicos 0 0,90 0,95

Sprinklers 0,50 0,95 0,99

Detectores de fumos: Detectores pontuais Por aspiração (amostragem)

0,65 0,90

0,75 0,95

0,74 0,95

Tabela 2 (Cont.) – Valores probabilísticos de acontecimentos durante um incêndio [5]

3. Quantificação de consequências - danos Para a quantificação das consequências torna-se necessário fazer uma previsão da evolução do incêndio ao longo do tempo em função dos vários acontecimentos possíveis. No caso do exemplo escolhido interessa-nos quantificar os danos para cada um dos sub-cenários de incêndio possíveis. Esta quantificação pode ser feita com maior ou menor grau de aproximação. Daremos a seguir exemplos de duas abordagens correspondentes a graus de aproximação distintos.

3.1 Abordagem A Nesta abordagem proceder-se-á a uma quantificação simplificada (empírica) dos danos correspondentes a cad sub-cenário de incêndio. Esta quantificação é feita sem o recurso à simulação do desenvolvimento do incêndio. A vantagem deste tipo de abordagem é ser mais rápida, pois não recorre ao uso de programas de simulação do desenvolvimento de incêndio, dispensando portanto o necessário conhecimento especializado. Devido á sua natureza, não é contudo adequada quando se pretende uma quantificação mais exacta dos danos. As hipóteses aceites nesta abordagem foram as seguintes:

1. O pessoal controla o incêndio – a área ardida não ultrapassa 2 m2. 2. Os sprinklers controlam o incêndio – a área ardida não ultrapassa 5% da área

do piso (12,5 m2). 3. Os bombeiros controlam o incêndio – a área ardida não ultrapassa 50% da área

do piso (125 m2).

11

3.2 Abordagem B Numa segunda abordagem utilizou-se o programa Fastlite [2] para fazer uma estimativa dos tempos de reacção dos detectores de fumos e da instalação sprinkler e também do tempo decorrido até ocorrer a combustão generalizada (flashover), que corresponderá a uma situação de danos totais (1000 m2 de área ardida). Nesta análise foram considerados sprinklers comerciais standard de bolbo de vidro com uma temperatura de activação de 74ºC e detectores de fumos comuns (temperatura de activação considerada 57 ºC). Devido às características da carga de incêndio presente num estabelecimento deste tipo (carga de incêndio facilmente inflamável) utilizou-se a opção “ultra-fast” para a fase de crescimento do incêndio de cálculo. O tempo obtido para a detecção automática foi de 48 s e o tempo de reacção dos sprinklers foi de 152 s. O tempo até à ocorrência de combustão generalizada foi de 414 s. Os tempos considerados na quantificação da área danificada foram os seguintes: - Incêndio controlado pelo pessoal do estabelecimento após detecção atempada por pessoas – 2 min para a detecção + 2 min para actuação = 240 s. - Incêndio controlado pelos bombeiros após detecção atempada por pessoas – 2 min para a detecção e transmissão do alerta + 5 min para deslocação + 3 min para actuação = 600 s. - Incêndio controlado pelos bombeiros após detecção tardia por pessoas – 7 min para a detecção e transmissão do alerta + 5 min para deslocação + 3 min para actuação = 900 s. - Incêndio controlado pelos bombeiros após detecção muito tardia por pessoas – 22 min para a detecção e transmissão do alerta + 5 min para deslocação + 3 min para actuação = 1800 s. - Incêndio controlado pelo pessoal do estabelecimento após detecção automática – tempo de detecção + 2 min para actuação = 168 s. - Incêndio controlado pelos bombeiros após detecção automática – tempo de detecção + 5 min para deslocação + 3 min para actuação = 528 s. - Incêndio controlado pelos sprinklers – tempo de reacção dos sprinklers = 152 s. - Incêndio controlado pelos bombeiros após falha dos sprinklers – tempo de reacção dos sprinklers + 5 min para deslocação + 3 min para actuação = 632 s. A quantificação da area danificada (Afi) foi feita combinando a taxa de libertação de calor RHR da fase de crescimento (“ultra-fast”) com a taxa de libertação de calor por

12

unidade de área de pavimento RHRf recomendada para o caso de estabelecimentos comerciais (“Natural Fire Safety Concept [3]) (Fig. 5).

( )kW

tRHR 3

2

1075

⋅

=

(7)

2/500 mkWRHR f = (8)

ffi RHR

RHRA =

(9)

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Tempo (min)

Áre

a d

anif

icad

a (m

2)

Fig. 5 – Área danificada em função do tempo

Acontecimento Área ardida (m2)

Incêndio controlado pelos sprinklers 8 Incêndio controlado pelo pessoal do estabelecimento após detecção automática. 10

Incêndio controlado pelo pessoal do estabelecimento após detecção atempada por pessoas. 21

Incêndio controlado pelos bombeiros após detecção automática. 99

Incêndio controlado pelos bombeiros após detecção atempada por pessoas. 128

Incêndio controlado pelos bombeiros após detecção tardia por pessoas. 250

Incêndio controlado pelos bombeiros após detecção muito tardia por pessoas. 250

Tabela 3 – Valores calculados das areas danificadas

13

Os valores calculados para as areas danificadas estão resumidos na tabela 3. Na tabela 4 reproduzem-se alguns valores da taxa de libertação de calor por unidade de área em planta para incêndios controlados pela carga de incêndio [3, 6].

RHR = Afi . RHRf

RHRf (MW/m2) Paletes de madeira empilhadas h = 0,5 m 1,250 Paletes de madeira empilhadas h = 3,0 m 6,000 Garrafas de plástico em caixas de cartão h = 4,6 m 4,320 Placas isolantes em poliestireno, espuma rígida h = 4,3 m 2,900 Biblioteca, Teatro, Cinema, Venda a retalho 0,500 Habitação, Hospital (quarto), Hotel (quarto), Escritórios, Sala de aula, Centro comercial, Transportes (espaço público)

0,250

Tabela 4 – Taxas de libertação de calor por unidade de área em planta para incêndios controlados pela carga de incêndio Esta forma de quantificar a área ardida é válida enquanto o incêndio se encontrar na fase de incêndio “controlado” pela carga de incêndio (fuel bed contolled fire), isto é, enquanto a taxa de libertação de calor RHR for função exclusivamente da quantidade de combustível que se encontra a arder. Nesta fase não existe deficit de oxigénio. Quando o incêndio passa à fase de incêndio “controlado” pela ventilação (ventilation controled fire), a taxa de libertação de calor passa a ser condicionada pela quantidade de oxigénio disponível, isto é, pela quantidade de ar que entra no compartimento através das aberturas. Utilizar este processo de quantificação da área ardida nesta segunda fase conduzirá a uma sobre-avaliação dos danos.

4. Taxa de libertação de calor As condições reais num compartimento de incêndio dependem da taxa de libertação de calor do incêndio. Sob a designação “incêndio de cálculo” entende-se normalmente a curva que representa a taxa de libertação de calor em função do tempo, e que constitui um dos dados essenciais quando se utilizam programas de simulação de incêndio. Existe informação disponível em bases de dados sobre taxas de libertação de calor relativas à combustão de diversos objectos sem limitação de oxigénio. Os próprios programas contêm alguma desta informação, que pode ser utilizada quando se conhece com rigor o tipo de materiais combustíveis presentes e a sua localização no compartimento. Quando este conhecimento não existe ou a situação se pode modificar ao longo do tempo pode ser mais aconselhável recorrer a uma taxa de libertação de calor estabelecida em função do tipo de uso do compartimento e das suas características geométricas e das condições de ventilação [3]. Uma curva deste tipo inclui tipicamente 3 zonas (Fig. 6):

14

Fig. 6 – Curva de cálculo para a taxa de libertação de calor RHR [3]

Zona 1 – Correspondente à fase de crescimento, representada por uma curva do tipo t2

[ ]MWtt

RHR2

=

α

(10)

em que o parâmetro αt define a velocidade de crescimento em função do uso do espaço (t, αt em s) (Tab. 5). Zona 2 – Correspondente à fase de desenvolvimento pleno, em que se atinge uma taxa máxima de libertação de calor considerada constante. Este máximo é condicionado pela ventilação, se se tratar de um incêndio controlado pela ventilação, ou é independente desta se se tratar de um incêndio controlado pela carga de incêndio. A taxa de libertação de calor RHR a considerar será ( )[ ]DWhAeQRHR aWff /142,3;/min 036,0 ητ −−= (11) em que RHR – taxa de libertação de calor (MW) Qf – carga de incêndio (=Af.qf) (MJ)

Fτ - duração da combustão livre (suposta de 1200 s)

Fase de crescimento

Fase de pleno desenvolvimento

Fase de arrefecimento

tfi,end

∫ == endfit

fff qAdtRHRQ,

0

0,70 Qf

Incêndio controlado pela carga de incêndio

Incêndio controlado pela ventilação

Combustão generalizada 2/25º500 mkWRHRCg ≥≥θ

FfQRHR τ/=

( ) DWhAeRHR aW /142,3 036,0 η−−=

2

=

αtt

RHR

t (s)

RHR (MW)

15

AW – soma das áreas das aberturas em todas as paredes (m2) ha – média das alturas de todas as aberturas nas paredes (ha= AWi hi / AW) (m) W – largura das paredes com aberturas (m) D – comprimento do compartimento de incêndio

( )2/1/ aWT hAA ⋅=η (m-1/2) (12) AT – área total menos a área das aberturas (m2)

[ ]MWtt

RHR2

=

α

Taxa de crescimento de incêndio

Materiais típicos equivalentes

αt (s) Tempo para RHR = 1 MW

Ex. de ocupação

Lenta

Pequena quantidade de materiais combustíveis armazenados de modo não uniforme

600

Transporte (espaço público) Galeria de arte (quadros)

Média

Algodão/ poliester Colchões de molas

300

Habitação, hotel (quarto, recepção), quarto de hospital, escritório, sala de aula

Rápida

Sacos de correio cheios, espuma de plástico, paletes de madeira empilhadas

150

Biblioteca, centro comercial, teatro, cinema

Ultra-rápida

Álcool metílico, reservatórios de combustíveis líquidos, mobília acolchoada

75

Instalação química, armazém

Tabela 5 – Taxas de libertação de calor na fase de crescimento [3, 6].

Zona 3 – correspondente à fase de arrefecimento, usualmente considerada linear, cujo início se considera ocorrer quando estão consumidos 70% da carga de incêndio presente no compartimento. A duração total do incêndio tfi,end poderá ser calculada através de

∫ == endfit

fff qAdtRHRQ,

0 (13)

Af – Área do compartimento em planta (m2) qf – densidade de carga de incêndio por unidade de área em planta (MJ/m2) A carga de incêndio Qf presente num compartimento pode ser calculada com base no poder calorífico dos materiais combustíveis presentes, quando se conhece o seu tipo e quantidades, como é o caso dos espaços destinados a armazenagem. Na tabela 6 reproduzem-se os valores do poder calorífico de alguns produtos.

16

Sólidos [MJ/kg] Líquidos [MJ/kg] Algodão Antracite Asfalto Betume Borracha Carvão mineral, coque Carvão vegetal Celulose Cera de parafina Cereais Cortiça Couro Gorduras Isoprene de borracha Lã Linóleo Lixos de cozinha Madeira Palha Papel, cartão Placas de aglomerado Pneus de borracha Seda Vestuário

18 34 41 42 37 31 35 17 47 17 29 19 41 45 23 20 18 19 16 17 18 32 19 19

Alcatrão Álcool benzílico Álcool etílico Álcool isopropílico Bebidas alcoólicas Benzeno Gasolina Metanol Óleo de linhaça Óleo de parafina Gasóleo

38 33 27 31 29 40 44 20 39 41 41

Plásticos [MJ/kg] Gases [MJ/kg] ABS Acrílicos Celulóide Cloreto de polivinilo Epoxy Espuma de poli-iso-cianurato Espuma de poliuretano Espuma de ureiaformaldeído Fenol formaldeído Petróleo Policarbonato Poliester Poliester reforçado com fibras Polietileno Polipropileno Polistireno Poliuretano Resina de melamina Ureiaformaldeído

36 28 19 17 34 24 26 14 29 41 29 31 21 44 43 40 23 18 15

Acetileno Butano Etanol Hidrogénio Metano Monóxido de carbono Propano

48 46 27 120 50 10 46

Tabela 6 – Poder calorífico de diversos produtos

17

( )∑ ⋅⋅⋅=

iiuiiif MHmQ ψ (14)

em que Mi – Massa do material i (kg) Hui – Poder calorífico do material i (MJ) mi – factor que descreve a eficiência da combustão do material i

iψ - factor de protecção para o material i Af - Área do compartimento em planta (m2) O poder calorífico de um material representa a quantidade de calor que este liberta na sua combustão total. Num incêndio a combustão não se dá a 100%. Depende do tipo de combustível (sólido, líquido), das suas propriedades geométricas (porosidade, peso) e das características do incêndio (temperatura, teor de oxigénio, etc.). O factor mi, que varia entre 0 e 1, pretende ter estes factores em linha de conta. Um valor de 0,8 é recomendado para uso em situações práticas em que não se disponha de informação fiável. O factor de protecção do material iψ pretende levar em linha de conta o facto de alguns materiais se encontrarem protegidos contra incêndio por elementos de construção que dificultem a sua combustão. Na prática, recomenda-se que o valor zero seja usado somente para os materiais que se encontrem protegidos por elementos com resistência ao fogo suficiente para garantir o seu não envolvimento no incêndio durante o período correpondente à duração total do incêndio. Quando não se conheça exactamente o tipo de materiais combustíveis presentes num determinado espaço a carga de incêndio Qf pode ser quantificada de preferência em função do uso desse espaço recorrendo a valores estatísticos da respectiva densidade por unidade de área em planta (Tab. 7): fff qAQ ⋅= (15) Af – Área do compartimento em planta (m2)

Uso

Valor característico da densidade de carga de incêndio qk,f (MJ/m2) (quantilho 80%)

Habitação 948 Hospitais 280 Hoteis (quartos) 377 Bibliotecas 1824 Escritórios (standard) 511 Escolas 347 Centros comerciais 730 Teatros (cinemas) 365 Transportes (espaços públicos) 122

Tabela 7 – Densidades de carga de incêndio por unidade de area de pavimento [6].

18

5. Risco médio de danos e probabilidades correspondentes Nas tabelas 8, 10 e 12 apresentam-se os sub-cenários de incêndio listados por ordem numérica e resumem-se as probabilidades associadas a cada um deles e os correspondentes danos quantificados de acordo com a abordagem A. Nas tabelas 9, 11 e 13, podem ler-se os danos associados a cada sub-cenário, calculados de acordo com a abordagem B.

Sub-cenário Estado Probabilidade Danos (m2)

1Controlado pelo pessoal após detecção atempada por pessoas

0,21 2

2Controlado pelos bombeiros após detecção atempada por pessoas

0,112 125

3 Danos totais 0,028 250

4Controlado pelos bombeiros após detecção tardia por pessoas

0,21 125


6Controlado pelos bombeiros após detecção muito tardia por pessoas

0,015 250


Tabela 8 – Alternativa 0 (Situação existente) – Abordagem A



0,21 20


0,112 128



0,21 250



0,015 250


Tabela 9 - Alternativa 0 (Situação existente) – Abordagem B

19


1Controlado pelo pessoal após detecção automática

0,378 2

2Controlado pelos bombeiros após detecção automática

0,2016 125



0,021 2


0,0112 125



0,021 125



0,216 125



0,0015 250


Tabela 10 - Alternativa 1 (Instalação de detectores de fumos com ligação directa aos bombeiros) – Abordagem A

20



0,378 10


0,2016 99



0,021 20


0,0112 128



0,021 250



0,216 99



0,0015 250


Tabela 11 - Alternativa 1 (Instalação de detectores de fumos com ligação directa aos bombeiros) – Abordagem B

21



0,21 2

2 Controlado pelos sprinklers 0,1288 12,5

3Controlado pelos bombeiros após detecção atempada por pessoas e falha dos sprinklers

0,00896 125



6Controlado pelos bombeiros após detecção tardia por pessoas e falha dos sprinklers

0,0168 125



9Controlado pelos bombeiros após detecção muito tardia por pessoas e falha dos sprinklers

0,0012 125


Tabela 12 - Alternativa 2 (Instalação de sprinklers com transmissão directa do alerta aos bombeiros) – Abordagem A



0,21 20

2 Controlado pelos sprinklers 0,1288 8


0,00896 128




0,0168 250




0,0012 250


Tabela 13 - Alternativa 2 (Instalação de sprinklers com transmissão directa do alerta aos bombeiros) – Abordagem B

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Nas tabelas 14, 16 e 18, que se referem à abordagem A, reordenaram-se os sub-cenários de incêndio por ordem decrescente de danos. Calculou-se o risco associado a cada sub-cenário através do produto da probabilidade pelo dano correspondente. Calcularam-se também as probabilidades de os danos serem iguais ou superiores a cada um dos níveis de danos (probabilidades cumulativas). Nas tabelas 15, 17 e 19 procedeu-se de igual modo para os valores obtidos pela abordagem B.

Sub-cenário Estado Probabilidade Prob. Cum. Danos (m2)Risco (m2)

3 Danos totais 0,028 250 7,0

5 Danos totais 0,14 250 35,0


0,015 250 3,8

7 Danos totais 0,285 0,468 250 71,3


0,21 0,678 125 26,3


0,112 0,79 125 14,0


0,21 1 2 0,4

Risco médio 157,7

Tabela 14 - Alternativa 0 (Situação existente) – Abordagem A


3 Danos totais 0,028 250 7,0

5 Danos totais 0,14 250 35,0

6Controlado pelos bombeiros após detecção muito tardia por pessoas 0,015 250 3,8

7 Danos totais 0,285 0,468 250 71,3

4Controlado pelos bombeiros após detecção tardia por pessoas 0,21 0,678 250 60,5


0,112 0,79 128 14,3


0,21 1 20 4,3

Risco médio 196,1

Tabela 15 - Alternativa 0 (Situação existente) – Abordagem B

23


3 Danos totais 0,0504 250 12,6

6 Danos totais 0,0028 250 0,7

8 Danos totais 0,014 250 3,5

10 Danos totais 0,054 250 13,5


0,0015 250 0,4

12 Danos totais 0,0285 0,1512 250 7,1


0,021 0,1722 125 2,6


0,0112 0,1834 125 1,4


0,2016 125 25,2


0,216 0,601 125 27,0


0,021 0,622 2 0,0


0,378 1 2 0,8

Risco médio 94,8

Tabela 16 - Alternativa 1 (Instalação de detectores de fumos com ligação directa aos bombeiros) – Abordagem A

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3 Danos totais 0,0504 250 12,6

6 Danos totais 0,0028 250 0,7

8 Danos totais 0,014 250 3,5

10 Danos totais 0,054 250 13,5


0,0015 250 0,4

12 Danos totais 0,0285 0,1512 250 7,1


0,021 0,1722 250 5,3


0,0112 0,1834 128 1,4


0,2016 99 20,0


0,216 0,601 99 21,4


0,021 0,622 20 0,4


0,378 1 10 3,8

Risco médio 90,1

Tabela 17 - Alternativa 1 (Instalação de detectores de fumos com ligação directa aos bombeiros) – Abordagem B Sub-cenário Estado Probabilidade Prob. Cum. Danos (m2)

Risco (m2)

4 Danos totais 0,00224 250 0,6

7 Danos totais 0,0112 250 2,8

10 Danos totais 0,0228 0,03624 250 5,7


0,00896 125 1,1


0,0168 125 2,1


0,0012 0,0632 125 0,2

2 Controlado pelos sprinklers 0,1288 12,5 1,6

5 Controlado pelos sprinklers 0,322 12,5 4,0

8 Controlado pelos sprinklers 0,276 0,79 12,5 3,5


0,21 1 2 0,4

Risco médio 21,9 Tabela 18 - Alternativa 2 (Instalação de sprinklers com transmissão directa do alerta aos bombeiros) – Abordagem A

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Sub-cenário Estado Probabilidade Prob. Cum. Danos (m2)

Risco (m2)

4 Danos totais 0,00224 250 0,6

7 Danos totais 0,0112 250 2,8

10 Danos totais 0,0228 250 5,7


0,0168 250 4,2


0,0012 0,05424 250 0,3

3 Controlado pelos bombeiros após detecção atempada por pessoas e falha dos sprinklers

0,00896 0,0632 128 1,1


0,21 0,2732 20 4,3

2 Controlado pelos sprinklers 0,1288 8 1,1

5 Controlado pelos sprinklers 0,322 8 2,6

8 Controlado pelos sprinklers 0,276 1 8 2,3

Risco médio 25,0 Tabela 19 - Alternativa 2 (Instalação de sprinklers com transmissão directa do alerta aos bombeiros) – Abordagem B O somatório de todos os riscos associados a cada um dos sub-cenários de incêndio de uma alternativa representa o risco médio de danos dessa alternativa. Apresenta-se a seguir um resumo dos riscos médios de danos obtidos através das abordagens A e B para cada uma das 3 alternativas de segurança contra incêndio. Abordagem A – Risco médio de danos e probabilidades de danos Na abordagem A o risco médio de danos (área ardida) é, para cada uma das alternativas:

• Alternativa 0 – 158 m2


• Alternativa 2 – 22 m2 As correspondentes probabilidades de danos totais, uma vez iniciado um incêndio, são:

• Alternativa 0 – 46,8 %



26

Abordagem B – Risco médio de danos e probabilidades de danos totais e parciais Na abordagem B o risco médio de danos (área ardida) é, para cada uma das alternativas:



• Alternativa 2 – 25 m2 As correspondentes probabilidades de danos totais, uma vez iniciado um incêndio, são:



• Alternativa 2 – 5,4 % As probabilidades de que os danos não sejam superiores a 20 m2, no caso de se iniciar um incêndio, são:

• Alternativa 0 – 21 %



6. Perfis de risco Com base nos valores contidos nas tabelas 14 a 19 é possível representar graficamente o perfil de risco associado a cada uma das alternativas de protecção contra incêncdio (Figs. 7 e 8). A área contida abaixo de cada curva e os eixos coordenados representa o risco médio de danos. Quanto mais próxima a curva se encontrar dos eixos coordenados menor será o risco médio. Contudo, um valor baixo do risco médio pode não constituir só por si condição de aceitação de uma alternativa de segurança contra incêndio. Isto é sobretudo válido para as situações extremas. Por exemplo, uma curva de risco toda chegada ao eixo das ordenadas significa danos baixos, mas com probabilidades elevadas. Pelo contrário, uma curva de risco toda chegada ao eixo das abcissas significa probabilidades baixas mas danos muito elevados. Ambas as situações podem ser inaceitáveis. O ideal é que a curva esteja o mais chegada a ambos os eixos.

27

Tanto a figura 7 como a figura 8 mostram claramente que o risco médio de danos diminui com a adopção da alternativa 1 (detecção automática), e de uma forma ainda mais pronunciada com a alternativa 2 (extinção automática).

Perfis de risco

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 50 100 150 200 250 300

Área ardida (m2)

Pro

bab

ilid

ade

cum

ula

tiva

Alternativa 0

Alternativa 1

Alternativa 2

Fig.7 – Perfis de risco – Abordagem A

Fig. 8 – Perfis de risco – Abordagem B

Perfis de risco

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 50 100 150 200 250 300

Área ardida (m2)

Pro

bab

ilid

ade

cum

ulat

iva Alternativa 0

Alternativa 1

Alternativa 2

Perfis de risco

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 50 100 150 200 250 300

Área ardida (m2)

Pro

bab

ilid

ade

cum

ulat

iva Alternativa 0

Alternativa 1

Alternativa 2

Perfis de risco

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 50 100 150 200 250 300

Área ardida (m2)

Pro

bab

ilid

ade

cum

ulat

iva Alternativa 0

Alternativa 1

Alternativa 2

28

7. Conclusões No exemplo apresentado, as medidas activas (detecção automática e extinção automática) aparecem como as mais adequadas para diminuir o risco de danos já que, devido ao tipo de uso do espaço em causa (estabelecimento comercial), a compartimentação através de elementos com resistência ao fogo adequada estava à partida fora de causa. O estudo que se apresentou circunscreveu-se à análise do risco de danos materiais. Um estudo completo não pode evidentemente deixar de fora uma análise semelhante para o risco de danos pessoais. Nesse caso, as consequências seriam traduzidas pelo número de pessoas sujeitas a condições fisicamente inaceitáveis no interior do estabelecimento em cada cada sub-cenário de incêndio. Para esta quantificação é necessário conjugar uma simulação do processo de evacuação do estabelecimento com a simulação do desenvolvimento do incêndio no que se refere à evolução no tempo das temperaturas e da espessura da camada de fumos. Na análise efectuada foram utilizadas duas abordagens para a quantificação dos danos materiais, uma de caráter empírico (abordagem A) e outra apoiada numa simulação do desenvolvimento do incêndio naquele espaço (abordagem B). A segunda abordagem tem à partida, pela sua natureza, condições de fornecer resultados mais próximos da realidade. Contudo, não deixa de ser interessante notar que os resultados fornecidos pela abordagem A não se afastam substancialmente dos obtidos pela abordagem B. É evidente que a abordagem A requer um cuidado especial na fixação empírica dos valores correspondentes aos danos em cada sub-cenário de incêndio, devendo sempre ter-se em linha de conta o desenvolvimento previsível do incêndio em cada caso concreto. Um comentário final sobre a forma como foram quantificados os danos. Na análise efectuada considerou-se que a progressão do incêndio é evitada imediatamente a partir do instante em que se inicia a acção de extinção, seja esta desencadeada pelo pessoal do estabelecimento, pelos bombeiros ou pela instalação sprinkler. É evidente que o estado de desenvolvimento do incêndio no instante em que se inicia o processo de extinção influi na forma como se processará esse mesmo processo de extinção e em particular no sucesso ou insucesso no que se refere ao objectivo de evitar que este continue a propagar-se. Contudo, estes aspectos são de alguma forma tidos em consideração através dos valores estatísticos em que se baseiam as probabilidades utilizadas nas árvores de acontecimentos. Finalmente, e independentemente das limitações que possam ser apontadas ao método de análise utilizado, é perfeitamente clara a vantagem da alternativa 2 (extinção automática), qualquer que seja a abordagem utilizada.

8. Bibliografia [1] ISO/TC/SC4/WG10 N34 Rev1: Fire Safety Engineering, WG10: Fire Risk Assessment; Draft document on fire risk Assessment guidance, 09/2001

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[2] – Portier, R.W., R.D. Peacock e P.A. Reneke, FASTLite: Engineering Tools for Estimating Fire Growth and Smoke Transport, Building and Fire Research Laboratory, National Institute of Standards and Technology, USA, 1996. [3] – ARBED; Competitive Steel Buildings through Natural Fire Safety Concept, March 1999 [4] - British Standard BS 7974: PD7 (2003): Application of fire safety engineering principles to the design of buildings: Probabilistic risk assessment. [5] - Rantatalo, Tomas; Fredrik Nystedt: Use of Fire Safety Engineering and Risk Analysis in Cultural Heritage Buildings, FiRE-TECH (not published). [6] – CEN, Eurocode 1: Actions on structures – Part 1-2: General actions – Actions on structures exposed to fire, prEN 1991-1-2, final draft, April 2002.

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SEGURANÇA CONTRA INCÊNDIO EM EDIFÍCIOS … · compartimentado (Fig. 1),destinado ao comércio de vestuário e artigos de desporto, com uma área de 25m x 10m, 4,5 m de pé direito