Mecanismul de Dezvoltare a Incendiilor de Comportament

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

Notiuni generale

Lemnul lamelat încleiat reprezintă un produs modern, cu calități superioare lemnului masiv obișnuit. Se obtine prin incleierea mai multor piese din lemn ecarisat (scanduri, dulapi,. rigle) si prin respectarea mai multor reguli si conditii tehnice de executie

“Inventat” de către elvețieni în anul 1905, lemnul lamelat încleiat a parcurs de-a lungul timpului un “drum sinuos” până la actuala recunoaștere, apreciere și generalizare în practica internațională a construcțiilor. Utilizat pentru prima dată ca materie primă pentru elemente de rezistență la turnul Universității din Zurich, ridicat în anul 1913 și rămas mărturie până în zilele noastre, lemnul lamelat încleiat pătrunde “pe piața construcțiilor și în conștiința arhitecților și a inginerilor structuriști” abia după trecerea a trei decenii de “existență” datorită dezvoltării construcțiilor de nave din Anglia și S.U.A.

De asemenea, progresul realizat în chimia adezivilor, transformă acest nou material de construcție într-un material de o factură specială, utilizat în mod frecvent în numeroase țări. Tehnologia de execuție a lemnului lamelat încleiat, pentru anumite specii de lemn, a fost și este studiată în institute de cercetări cu prestigiu, devenind astfel cunoscută în prezent în cele mai mici detalii; verificările efectuate periodic la construcții cu vechime de 20…30 ani (situate în cele mai variate “colțuri” ale lumii) asupra elementelor realizate din lemn lamelat încleiat, sub aspectul comportării acestuia în timp, au permis stabilirea caracteristicilor esențiale privind proprietățile fizico-mecanice, efectul acțiunilor climatice, al atacurilor de către insecte și ciuperci, comportarea la foc, s.a.

Evoluția lemnului lamelat încleiat a avut loc în paralel cu îmbunătățirea adezivilor sintetici, a mijloacelor și utilajelor de prelucrare a lemnului, a tehnologiilor de construcție, asociindu-se cu elemente metalice (profile), mase plastice, fibre de sticlă, placaj, plăci din așchii sau fibre.

Apariția acestui nou material a atras după sine argumente în plus pentru utilizarea pe scară și mai largă, în condiții și domenii constructive variate și multiple, a materialului lemnos. Unul dintre dezavantajele lemnului în starea lui naturală – sortimentul limitat atât din punct de vedere al formei și al dimensiunilor secțiunii transversale, cât și lungimea limitată a pieselor (elementelor) – a devenit prin “apariția” lemnului lamelat încleiat nesemnificativ.

Promovarea pe plan mondial a elementelor de rezistență din lemn lamelat încleiat pentru construcții cu deschideri mari, s-a datorat următoarelor avantaje:

posibilitatea utilizării drept materie primă a pieselor de cherestea cu lungimi reduse, la uzinarea elementelor de rezistență pentru deschideri frecvente de 30…70 m și în mod excepțional de peste 100 m;

posibilitatea realizării din piese de dimensiuni mici și cu calități diferite, asigurându-se astfel folosirea (recuperarea) rațională și valorificarea superioară a cherestelei; totodată, prin încleiere se obțin îmbinări fără slăbiri ale secțiunii transversale, forma acesteia putându-se realiza astfel încăt să permită folosirea cât mai rațională a materialului, în funcție de natura și intensitatea solicitării;

prin utilizarea cleiurilor folosite în construcții, caracterizate printr-o rezistență la forfecare superioară rezistenței la forfecare a lemnului obișnuit, lemnul lamelat încleiat poate fi considerat practic un monolit perfect;

obținerea unui spor de rezistență prin posibilitatea dispunerii raționale a materialului cu calități diferite pe înălțimea secțiunii transversale, ținând seama de mărimea și de natura eforturilor unitare, determinate de solicitările la care este supus elementul de construcție proiectat;

posibilitatea realizării unei game (varietăți) largi, practic nelimitate, de elemente și structuri de rezistență, atât în ceea ce priveste tipurile constructive (grinzi, ferme, cadre, arce, bolți, rețele spațiale, structuri plisate, bolți membrane, cupole, pânze subțiri de tip paraboloizi sau hiperboloizi, s.a) – figura 1.1.1 -, cât și forma secțiunii transversale (figura 1.1.2);

Figura 1.1.1

prin utilizarea lamelelor cu dimensiunile secțiunii transversale relativ mici, efectul negativ al diferitelor defecte, specifice materialului lemnos în starea lui naturală (crăpături, noduri, pungi de rășină, etc), asupra rigidității și capacității de rezistență a unui element din lemn lamelat încleiat, este cu mult mai redus decât în cazul unui element identic, executat din lemn obișnuit. Reducerea efectului negativ al defectelor se explică prin aceea că în cazul lemnului încleiat, influența acestora se manifestă numai pe o înălțime mică a secțiunii, egală cu secțiunea unei lamele (scândură sau dulap), deoarece suprapunerea lor în aceeași secțiune este, practic, puțin probabilă, dacă nu chiar imposibilă;

Figura 1.1.2

realizarea de elemente cu caracteristici superioare – rezistențe mecanice sporite în raport cu greutatea lor, variații dimensionale practic neglijabile sub influența umidității, rezistențe mecanice constante la variații de temperatură, dilatare termică practic nulă, comportare bună la foc;

asamblare cu elemente metalice simple (saboți, eclise, buloane);

montare ușoară și rapidă cu utilaje de capacitate redusă;

arhitectură adaptabilă prin proiectare la orice tip de soluție constructivă ;

execuția rapidă, industrializată a elementelor și structurilor de rezistență din lemn lamelat încleiat, satisfac în mare măsură exigențele actuale în construcții privind reducerea greutății proprii și, îndeosebi, a consumului de energie înglobată;

durabilitate crescută în cazul tratării corespunzătoare a lemnului înaintea punerii în operă împotriva biodegradării și a focului;

lemnul lamelat încleiat este, de asemenea, un material care corespunde normelor internaționale de ecologie și de protecție a mediului înconjurător, deoarece este un material natural.

Spre deosebire de construcțiile metalice și de beton armat, structurile moderne din lemn lamelat încleiat nu sunt supuse coroziunii și, în consecință, nu necesită măsuri de protecție, dovedind în același timp și o foarte bună comportare la suprasolicitarea climatică.

Notiuni despre ardere

Fenomenul arderii

Arderea/combustia, fizico-chimic, este reactia rapida de oxidare a unei substante aflata in stare gazoasa.

Arderea, tehnic, este reactia exoterma a unui combustibil cu un carburant, insotita , in general, de lumina(incandescenta si/sau de flacari) si/sau fum.

Combustibilul, este , in contextul lucrarii de fata, orice substanta, material, produs pentru constructii care are proprietatea de combustibilitate (de a se aprinde si de arde in continuare contribuind la cresterea cantitatii caldurii degajate).

Carburant/ agent oxidant, obisnuit, este oxigenul, oxigenul din aer (uzual in proportie de 21%) sau oxigenul cedat de o alta substanta prin reactia de oxidare; pentru ca o substanta combustibila sa arda, s-a constatat ca mediul ambient sa contina 14%…18% oxigen, dar exista si substante care ard fara prezenta oxigenului in aer, precum: acetilena comprimata, clorura de azot, dar si alte substante compuse; aceste substante , in anumite conditii, pot exploda cu degajarea caldurii si aparitia flacarilor.

Din punct de vedere fizic, arderea determina, in scurt timp, cresterea temperaturii mediului inconjurator la valori peste 1000oC.

Procesul arderii, pentru a avea loc, trebuie sa indeplineasca conditia prezentei simultane , in acelasi spatiu, a:

– combustibilului;

– carburantului (oxigenul);

– sursei aprinderii (care sa transfere, din exteriorul sistemului, suficienta caldura pentru atingerea temperaturii aprinderii si initierea arderii, energia aprinderii).

Cei trei factori,mai sus enumerati, definesc asa-numitul triunghi al focului:

Figura 1.2

„Triunghiul arderii”

Fenomenul arderii implica existenta unui proces de transfer de caldura si masa (care pregatesc amestecul format din combustibil si oxigen ) pentru atingerea temperaturii ce face posibila o dezvoltare suficient de rapida a reactiei de oxidare cu degajare de caldura.

Fenomenul arderii, in conceptia actuala, are la baza teoria reactiilor in lant, ce presupune formarea, in timpul reactiei de oxidare, a radicalilor liberi care, in urma reactiei cu alte molecule, formeaza noi radicali liberi ce reactioneaza la randul lor cu molecule neutre. Aceste reactii sunt denumite reactii secundare de continuare a lantului. In acest mod apare un lant de reactii ce se repeta si pe timpul carora produsele finale se formeaza printr-o serie de faze intermediare care initiaza inceputul unui nou lant ce constituie centrul activ al reactiei. Reactia, sustinuta de centrii activi, inceteaza cand lantul se intrerupe ca urmare a ciocnirii atomilor sau radicalilor cu molecule inerte sau cu suprafate care absorb energia acestora.

In cazul incendiilor in cladiri, multi produsi combustibili au o structura chimica continand carbon, hidrogen si oxigen; unul poate fi propanul (C3H8 )care, prin ardere completa, produce dioxid de carbon (CO2) si vapori de apa (H2O), ca in ecuatia stoechiometrica de mai jos:

C3H8 + 5O2 → 5CO2 + 4 H2O

Marimile fizice ce caracterizeaza arderea sunt:

Temperatura arderii, temperatura minima la care un combustibil arde pana la epuizare;

Viteza arderii, cantitatea de combustibil consumat, prin ardere, in unitatea de timp (conform tabelului 1); aceasta este dependenta de tipul de materialului conbustibil si marimea suprafetei ocupate, de posibilitatile de ventilare, de temperatura dezvoltata in timpul arderii, de presiunea aerului mediului inconjurator, etc; aceasta poate fi masura in:

Cazul gazelor: m/s sau cm/s sau m3/zi si poate fi considerata ca variaza liniar cu timpul;

Cazul lichidelor: grosimea stratului lichidului care arde in unitatea de timp si poate fi considerata ca variaza liniar cu timpul;

Cazul solidelor: masa materialului conbustibil ars pe unitatea de suprafata a arderii in unitatea de timo;

Intensitatatea arderii, data de caldura (energia) degajata in timpul arderii, exprimata in J; raportarea cantitatii caldurii la cantitatea unitara de combustibil ce o produce (1 kg in cazul substantelor lichide si solide sau 1 m3N), N indicand conditii normale, in cazul substantelor gazoase) defineste puterea calorifica, Q, exprimata in J/kg sau J/m3;

Limitele arderii:

Limita inferioara, data de concentratia minima a gazelor in aer sub care amestecul gazos nu poate sa arda, fiind sarac in molecule reactante(energia rezultata din arderea unei particule se disipeaza inainte de a putea activa o alta particula de substanta combustibila pentru propagarea arderii);

Limita superioara, data de concentratia maxima a gazelor in aer peste care amestecul gazos nu poate sa arda, din cauza lipsei oxigenului necesar(oxigenul disponibil se consuma in cursul arderii unei particule, nemaifiind suficinet pentru intretinerea arderii particulei celei mai apropiate);

Intervalul arderii, cuprins intre limita inferioara si cea superioara, este cel in care arderea se poate produce, dimensiunea acestuia putand fi influentata de cresterea temperaturii (marimea intervalului) sau de adaugarea unor gaze inerte sau vapori incombustibili (micsorarea intervalului).

Tabelul 1.2.1 Viteza arderii pentru produse combustibile uzuale

Flacăra, poate fi definită ca propagarea rapidă, autosusținută, cu viteză subsonică a arderii în mediu gazos cu emisie de lumină (ISO 13943/2008) sau ca amestecul aerului cu un gaz combustibil în reacție care emite radiații electromagnetice, deseori în spectrul vizibil (lumina); Caracteristiile flăcărilor sunt:

emisia luminii: 1 … 5 µm în cazul hidrocarburilor;

temperatura, funcție de produsele care ard (concentrație etc.), tabelul 1.2;

culoarea: galbenă sau portocalie în cazul materialelor organice, albastră în cazul alcoolilor, gălbuie și, eventual, cu tendință spre albastru în cazul gazului natural, galbenă, asociată cu mult fum, în cazul hidrocarburilor lichide, albastră în cazul monoxidului de carbon etc.;

radianța: 1,5 Hz, în cazul incendiilor cu suprafață mare de ardere … 15 Hz, nivelul radiației variind în jurul unei valori medii.

La flacără se disting: o zonă centrală care conține produși nearși încă și mai rece, o zonă intermediară, precum și o zonă periferică unde este combustia completă și cu temperatura >.

Tabel 1.2.2 Caracteristicile flăcării

Figura 1.2.2 Flacari si distributia temperaturilor in flacara unei lumanari.

Produsele arderii sunt:

gazele arderii, care sunt purtătoarele căldurii și a cărei cantitate poate fi stabilită prin calcul după compoziția combustibilului;

resturile minerale sau cenușa ca în cazul substanțelor solide; în acest context intoducem și funinginea;

fumul și oxidul de carbon (ca produs intermediar care prezintă un pericol deosebit, putând provoca intoxica ții și asfixieri), în cazul arderilor incomplete.

Fumul este amestecul vizibil al lichidelor sub forma picăturilor foarte fine și/sau particulelor solide aflate în suspensie ; funcție de compoziția chimică a produselor care ard, poate prezenta colorit, miros și gust specific.

Clasificarea arderilor se poate face:

După condițiile desfășurării reacțiilor de oxidare:

arderea completă, cazul arderii în întregime a substanței combustibile, existând cantitatea suficientă de oxigen pentru procesul oxidării (ca produși ai arderii rezultă: bioxid de carbon, vapori de apă, bioxid de sulf etc.);

arderea incompletă, cazul arderii parțiale a substanței combustibile, neexistând la dispoziție cantitatea suficientă de oxigen pentru procesul oxidării (ca produși ai arderii rezultă: oxid de carbon, alcool, vapori de apă și compuși organici complecși);

După percepția fenomenului:

arderea cu flacără, cazul arderii combustibilului în faza gazoasă cu emisie de lumină; arderea cea mai des întâlnită;

arderea cu incandescență, cazul arderii combustibilului cu emisie vizibilă de lumină la suprafața acestuia (arderea cărbunilor); temperatura suprafeței depășește 5000C;

arderea mocnită, cazul arderii combustibilului fără emisie vizibilă de lumină (pusă în evidență de creșterea temperaturii mediului ambiant și apariția fumului); este o ardere autosusținută prin căldura reacțiilor interne;

După viteza reacțiilor oxidării:

arderea lentă, cazul ruginirii fierului, putrezirii lemnului, respirației ființelor etc., când se constată o creștere a temperaturii fără atingerea valorii care conduce la emisia luminii;

arderea normală/uniformă, la care propagarea se face cu viteze de ordinul cm/s;

arderea rapidă, cazul exploziei, precum deflagrația, la care propagarea se face cu viteze de ordinul 10×m/s (subsonice);

arderea foarte rapidă, cazul detonației, la care propagarea se face cu viteze de ordinul km/s (supersonice), fiind însoțită de undă de șoc.

1.3 Securitatea la incendiu in constructii

Focul (ca fenomen natural) în interacțiune cu sistemele tehnice (clădiri, instalații, autovehicule, submarine, vapoare, avioane, nave spațiale etc.) și într-un spațiu legislativ dat (unde se desfășoară activități umane și care tratează focul ca incendiu) generează problematica securității la incendiu a sistemelor tehnice.

Multe dintre evenimentele care generează incendii implică clădiri, mai general construcții, care adăpostesc diverse activități umane și care, la rândul lor, implică ocupanți (persoane și bunuri materiale); în acest sens discutăm de securitatea la incendiu în clădiri sau, într-un sens mai larg, de securitatea la incendiu în construcții.

Ca oricărui sistem tehnic, și construcției i se poate asocia un nivel de securitate la incendiu care poate fi pus în evidență analizând securitatea la incendiu func ție de riscul la incendiu asociat, figura 1.3; se poate observa că nivelul securității la incendiu este cu atât mai ridicat cu cât nivelul riscului la incendiu asociat este mai scăzut.

Figura 1.3 Reprezentarea grafică a relației securitate – risc

Securitatea la incendiu are obiective (care arată ce trebuie făcut) și strategii specifice de prevenție și de protecție la incendiu (care arată cum trebuie făcut). Toate acestea trebuie să fie rodul experienței acumulate, experimentelor efectuate, cercetărilor întreprinse, teoretizărilor realizate și să se regăsească în reglementările tehnice elaborate pentru obținerea unor construcții sigure din punctul de vedere al securității la incendiu.

Obiectivele securității la incendiu în construcții

Obiectivele securității la incendiu care trebuie avute în vedere la proiectarea, executarea și exploatarea clădirilor sunt:

limitarea probabilității producerii victimelor;

limitarea probabilității producerii distrugerilor materiale;

limitarea probabilității producerii distrugerilor mediului înconjurător;

limitarea probabilității producerii distrugerilor patrimoniului arhitectural, istoric și/sau cultural de valoare;

limitarea probabilității producerii distrugerilor infrastructurii localităților.

Toate aceste limitări trebuie să fie acceptabile.

Riscul la incendiu în construcții

Riscul la incendiu, Rfoc, în mod obișnuit, este dat de relația:

Rfoc = P × G (1.3.1) unde:

P este probabilitatea manifestării unui incendiu;

G – nivelul gravității probabilelor pierderi în situația incendiului.

Rfoc nu poate fi niciodată nul și se raportează la un nivel acceptat pentru riscul la incendiu, Racceptat; cele două riscuri trebuie să respecte relația:

Rfoc < Racceptat (1.3.2)

Nivelul riscului la incendiu acceptat depinde de funcțiunea, dimensiunile, numărul ocupanților, importanța clădirii etc.

Nivelul de risc la incendiu se asociază (și se precizează în documentațiile tehnice) zonelor, spațiilor, încăperilor, compartimentelor de incendiu și clădirilor sau instalațiilor tehnologice (P118-99).

În cazul construcțiilor civile, nivelul de risc la incendiu asociat se stabilește, în mod obișnuit și simplificat, după densitatea sarcinii termice, qs, sau destinația atribuită, după cum urmează:

– nivelul mic de risc la incendiu, pentru qs < 420 MJ/m2 sau, indiferent care este densitatea sarcinii termice, pentru spațiile în care se utilizează sau se depozitează materiale sau substanțe combustibile (pentru arhivă, bibliotecă, multiplicare, parcare autovehicule etc.);

– nivelul mijlociu de risc la incendiu, pentru qs = 420 … 840 MJ/m2 sau, indiferent care este densitatea sarcinii termice, pentru spațiile în care se utilizează focul deschis (pentru bucătărie, centrală termică, oficiu preparări calde etc.);

– nivelul mare de risc la incendiu, pentru qs > 840 MJ/m2 sau, indiferent care este densitatea sarcinii termice, pentru spațiile și încăperile având alte destina ții decât cele mai sus amintite.

Riscul asociat compartimentului de incendiu este dat de riscul cel mai mare dacă spațiul căruia îi corespunde ocupă minimum 30% din volumul întregului compartiment.

În cazul încăperilor și spațiilor echipate cu instalații automate pentru stingere, riscurile la incendiu mari pot fi considerate mijlocii și cele mijlocii pot fi considerate mici.

În cazul construcțiilor pentru producție și/sau depozitare (industriale), nivelul de risc la incendiu asociat se stabilește, în mod obișnuit și simplificat, după categoria de pericol la incendiu (A … E) la care se încadrează procesul tehnologic adăpostit; nivelurile riscului la incendiu asociate construcțiilor civile pot fi extrapolate și la construcțiile pentru producție și/sau depozitare, cu precizările:

– nivelul mic de risc la incendiu se asociază în cazul adăpostirii unui proces încadrabil categoriei de pericol la incendiu E;

– nivelul mijlociu de risc la se asociază în cazul adăpostirii unui proces încadrabil categoriei de pericol la incendiu D;

– nivelul mare de risc la incendiu se asociază în cazul adăpostirii unui proces încadrabil categoriei de pericol la incendiu C.

Categoriile de pericol la incendiu se stabilesc având-se în vedere natura activit ăților desfășurate, caracteristicile arderii materialelor și substanțelor utilizate, prelucrate, manipulate sau depozitate, și densitatea sarcinii termice.

Exemplu

Figura 1.4 Manastirea „Sfantul Ioan”, Suceava.

CAPITOLUL 2

MECANSIMUL DE DEZVOLTARE A INCENDIILOR DE COMPARTIMENT

2.1 Procesul si evolutia incendiului in spatii inchise

Standarde privitoare la terminologia din domeniu (ISO 13942/2008) fac diferența între noțiunile foc și incendiu, astfel:

– focul este ardere autoîntreținută, organizată, cu producere de efecte utile și a cărei propagare, în timp și spațiu, este limitată (ardere controlată);

– incendiul este ardere autoîntreținută, neorganizată, cu producere de efecte dăunătoare și a cărei propagare, în timp și spațiu, este nelimitată dacă nu se intervine (ardere necontrolată).

Incendiul, cu conotație juridică, este arderea scăpată de sub control, inițiată de o cauză bine precizată (voită sau nu) care produce pierderi de vieți și/sau bunuri materiale și necesită, în vederea întreruperii, o acțiune pentru stingere.

Incendiul este un fenomen complex care își bazează producerea și evoluția pe procesul arderii, transferul căldurii, formarea flăcărilor, schimbul gazelor cu mediul înconjurător, transformările din materialele elementelor construcției.

Incendiul (fenomen fizic și chimic complex) este puternic influențat de mediu. Interacțiunile dintre flacără, combustibil și mediu pot fi puternic neliniare și estimarea cantitativă a proceselor implicate este adesea dificilă; incendiile pot fi: incendii în spații închise sau incendii în spații deschise.

Procesul arderii specific incendiilor produse în clădiri (cazul incendiilor în spații închise) implică apariția fluxurilor căldurii și masei între combustibil și mediu (figura 2.1.1).

Figura 2.1.1 Schema fluxurilor căldurii și masei în spațiile închise incendiate (după Bjorn Karlsson, James G. Quintiere, 2000)

Fazele incendiului produs într-un spațiu închis și asupra căruia nu se intervine, așa cum rezultă din analiza evoluției lui, sunt cinci (figura 2.1.2).

Faza 1, apariția focarului inițial al arderii, este faza în care, datorită unor împrejurări favorizante, sunt puse în contact unul dintre materialele combustibile cu sursa de aprindere a cărei energie, transferată în timpul perioadei de contact, duce la inițierea incendiului; caracteristice sunt temperatura și energia aprinderii.

Faza 2, arderea lentă, este faza în care arderea este limitată strict la materialele combustibile care constituie focarul inițial (statistic, peste trei sortimente), termodegradându-le profund, fără distrugerea lor totală.

Cu o durată variabilă ca timp (absentă în numeroase cazuri), poate fi de ordinul minutelor, orelor și, în unele situații, zilelor și săptămânilor (cazul arderilor mocnite); durata acestei faze depinde de natura, cantitatea și modul de distribuire a materialelor combustibile în incintă, precum și dimensiunile, amplasarea surselor de aprindere și cantitatea de căldură transmisă de acestea (cu cât materialul combustibil se aprin de mai ușor, cu atât căldura degajată este mai mare și propagarea are loc mai rapid).

În această fază, radiația este neglijabilă iar temperatura crește relativ lent, fără a atinge valori importante și fără a modifica esențial temperatura mediului din încăpere. Din descompunerea materialelor rezultă gaze care se acumulează în atmosfera înconjurătoare și formează cu aerul un amestec combustibil, precum și gudroane care vor contribui la propagarea incendiului.

Faza 3, arderea activă sau dezvoltarea incendiului, este faza în care arderea se propagă la toate obiectele combustibile învecinate cu focarul, având aerul necesar arderii în cantitate suficientă.

Din cauza variației densității și formării curenților convecției, gazele calde, mai ușoare, se acumulează sub tavan și ies din incintă pe la partea superioară a deschiderilor, fiind înlocuite de un curent de aer rece care pătrunde pe la partea inferioară; caracteristice sunt temperatura (care, în diferite puncte ale incintei, este mult diferită, suferind importante și rapide fluctuații) și radiația (care devine principalul factor al transferului căldurii, ca urmare a formării stratului gazelor fierbinți și fumului acumulat sub tavan și care propagă incendiul și în zone mai îndepărtate focarului prin încălzirea materialelor până la temperatura aprinderii), natura și finisajul pereților având un rol esențial dat de aportul suplimentar însemnat al radiației termice (radiația reciprocă între pereți).

Din această fază, incendiul poate evolua pe una din următoarele căi:

calea 3.1, producerea fenomenului flashover, fenomen tranzitoriu de instalare bruscă a arderii la nivelul tuturor suprafețelor combustibile din incintă (dacă aerul necesar arderii este în cantitate suficientă); se caracterizează prin scăderea rapidă a cantității oxigenului din aer și creșterea procentului oxidului de carbon (cu până la 20%), precum și prin creșterea rapidă, exponențială, a temperaturii și creșterea masivă și rapidă a cantității fumului, genereate, în special, de finisajul combustibil al pereților (este momentul cel mai periculos pentru pompierii care asigură intervenția la incendiu); urmează evoluția către faza 4, arderea generalizată;

calea 3.2, producerea regresiei incendiului, focul putându-se stinge spontan dacă aerul necesar arderii devine insuficient (în cazul unei incinte închise) sau dacă distanțele sunt relativ mari între masele combustibile (fenomenul conducției nemaiproducându-se);

calea 3.3, producerea fenomenului backdraft , similar celui de flashover, manifestat în condițiile existenței insuficiente a aerului pentru ardere la interiorul spațiului dar alimentat cu aer din exterior (cu un conținut sporit de oxigen) prin spargerea accidentală a unui geam și/sau deschiderea unei uși și/sau apariția crăpăturilor într-un perete; se caracterizează prin scăderea rapidă a cantității oxigenului din aer și creșterea procentului oxidului de carbon, precum și prin creșterea rapidă a temperaturii și creștere masivă și rapidă a cantității fumului.

Faza 4, arderea generalizată sau generalizarea incendiului este faza în care arderea are loc în întreaga incintă; caracteristic fazei sunt temperatura (care se uniformizează spre valori maxime, peste 11000C) și radiația (care devine preponderentă).

În cursul acestei faze, structurile care asigură rezistența construcției sunt cele mai afectate de incendiu, fisurează și se dislocă pereți, se lărgesc deschiderile etc., având loc propagarea incendiului în incintele alăturate și apoi în întreaga clădire.

Regimul arderii se stabilizează și viteza arderii, m, este condiționată:

în cazul incendiului ventilat (de scurtă durată), de suprafața materialelor combustibile

(de existența aerului în exces raportat la suprafața contactului cu combustibilul), și în acest caz se calculează cu relația 2.1a:

– în cazul incendiului neventilat, de dimensiunile deschiderilor (de regimul admisiei aerului), și în acest caz se calculează cu relația 2.1b (după Kawagoe):

incintă;

Ac – suprafața contactului materiale combustibile-aer, înm2; Av – aria deschiderii, în m2;

hv – înălțimea deschiderii pentru ventilare, în m.

Faza 5, regresia arderii sau regresia incendiului, este faza în care temperatura și flăcările se atenuează mult, din cauza epuizării combustibilului, în final rămânând jarul și cenușa; caracteristice sunt temperatura (care încetează să mai crească, chiar scade) și reinstalarea mediului gazos între flăcări și elementele construcției.

Importanța acestei perioade nu trebuie subestimată din punctul de vedere al măsurilor de securitate; temperatura scade, dar nu brusc, rămânând mult timp foarte mare, acțiunea ei distructivă asupra structurii care asigură rezistența construcției neputând fi neglijată. Uneori, chiar în această fază, incendiul se poate transmite încăperilor și/sau clădirilor vecine (obstacolul reprezentat de pereți nemairezistând în timp).

Modelul incendiului, stabilit pe baza experimentelor și măsurării temperaturilor la incendii reale, devenit clasic, cunoscut ca și curba standard temperatură-timp ISO 834 (introdusă în 1981 de American Society for Testing and Materials-ASTM și ulterior de International Standards Organisation-ISO, precum și de Comitetul pentru Standardizare European-CEN), caracterizează creșterea temperaturilor funcție de timpul producerii arderii (figura 2.1.3); expresia matematică a curbei este dată de relația 2.2 (acest model standardizat al incendiului este acceptat pe plan mondial):

unde: T0 este temperatura inițială, în 0C;

T – temperatura la timpul t de la începerea evoluției focului standard, în minute.

Pentru că evoluția focului, pe timpul unui incendiu, este aleatoare (intervenind numeroși factori, precum sarcina termică a incendiului, forma și dimensiunile încăperii, aria și poziția deschiderilor spre exterior, natura și poziționarea materialelor combustibile, locul și modul de inițiere a incendiului, dispunerea încăperii în clădire etc.), nu pot exista două incendii identice; din acest motiv au fost dezvoltate modele diverse menite să aprecieze cât mai corect realitatea acestuia.

Incendiul convențional izbucnit în spațiu deschis evoluează similar cu cel în spațiu închis, cu următoarele particularități:

se dezvoltă, de la început, pe întreaga suprafață a materialului atins de flăcări;

mărimea flăcărilor depinde de condițiile meteorologice și dinamica curenților care afluiesc către locul incendiului;

produsele arderii sunt bogate în particule din cărbune.

Figura 2.1.3 Curba standardizată temperatură-timp, ISO 834

2.2 Modele de incendiu

In cazul evaluarii performantei de rezistenta la foc a structurilor constructiilor, modelul de incendiu este un mod pentru definirea evolutiei temperaturii gazelor in vecinatatea elementelor structurale si este numit:

scenariu de referinta, in cazul incercarilor experimentale la foc;

foc de calcul, in cazul calculelor analitice/numerice la foc.

Modelele de incendiu pot fi: convenționale (numite și nominale) sau naturale (numite și parametrice).

Modele convenționale/nominale de incendiu

Modelul acțiunii termice care corespunde unui incendiu generalizat este cel dat de curba temperatură-timp ISO 834, relația 2.2a și figura 2.2:

unde: θg este temperatura gazelor, în 0C;

t – durata expunerii termice, în minute.

Coeficientul transferului de căldură prin convecție corespunzător este αc = 25 W/m2K.

Modelul de incendiu este utilizat la evaluarea performanțelor produselor expuse la un foc în plină desfășurare; acesta poate fi considerat foc de calcul relevant în cazul structurilor la care autoritățile naționale specifică cerințe de rezistență la foc, exceptând cazul când exist ă alte specificații.

Modelul acțiunii termice în cazul unui incendiu din interiorul construcției acționând asupra unui element structural prin exteriorul construcției (cazul pereților fațadelor) este cel dat de curba focului exterior, relația 2.2b și figura 2.2:

Coeficientul transferului de căldură prin convecție corespunzător este αc = 25 W/m2K. Modelul acțiunii termice în cazul unui incendiu mai sever (cu o viteză pentru creșterea

temperaturii mai mare ca cea dată de curba ISO 834) este cel dat de curba armonizată a hidrocarburilor, relația 2.2c și figura 2.2:

Coeficientul transferului de căldură prin convecție corespunzător este αc = 50 W/m2K.

În cazul unor obiective speciale (tuneluri pentru trafic, centrale nucleare etc.), specificațiile tehnice pot impune scenarii de incendiu extreme, pentru care modelele convenționale de incendiu sunt date de curbe nominale caracteristice acestor situații severe.

Figura 2.2.1 Modele convenționale de incendiu, curbe temperatură-timp (după Jean-Baptiste Schleich)

Modele naturale/parametrice de incendiu

Modelul natural/parametric de incendiu pentru un spațiu închis dintr-o construcție (încăpere, grup de încăperi, parte a unei construcții) ia în considerare: densitatea sarcinii termice (tipul, cantitatea și viteză ardereii), alimentarea cu aer a incendiului, forma și dimensiunile elementelor ce delimitează compartimentul de incendiu, proprietățile termice și mecanice ale elementelor pentru închidere, influența instalației de stingere a incendiilor (efectul intervenției instalației cu sprinklere), acțiunea echipei de intervenție (care poate fi facilitată prin activarea unei instalații de detectare a incendiului).

Coeficientul transferului de căldură prin convecție în cazul utilizării modelelor naturale de incendiu este αc = 35 W/m2K, în afara cazului în care există alte informații sigure.

Modelele naturale/parametrice de incendiu sunt: simple, avansate și combinate.

Modelul natural simplu de incendiu (cu domeniu de aplicare limitat) se bazează pe parametri fizici precum densitatea sarcinii termice de calcul, qf,d, mărimea golurilor etc., SR EN 1991-1-2, Anexa E; modelul simplu de incendiu poate fi: la nivelul compartimentului sau localizat.

Modelul de incendiu la nivelul compartimentului presupune că distribuția temperaturilor pentru tot compartimentul de incendiu analizat este uniformă, dar variabilă cu timpul, relațiile:

pentru tlim > tmax, foc controlat prin ventilație:

temperatura în faza creșterii incendiului este dată de relația 2.2.d:

θg = 1325 × (1 – 0,324e -0,2t* – 0,204e +1,7t* – 0,472e -1,9t*) + 20 pentru t = tmax

– temperatura în faza regresiei incendiului este dată de relația: t*max = Γ × tmax și θmax este dat de 2.2.e pentru t* = t*max:

pentru tlim ≤ tmax, foc controlat prin combustibil:

temperatura în faza creșterii incendiului este dată de relația 2.2.f

θg = 1325 × (1 – 0,324e -0,2t* – 0,204e +1,7t* – 0,472e -1,9t*) + 20 pentru t = tmax- temperatura în faza regresiei incendiului este dată de relația 2.2.g (t*lim = Γ × t lim

și θmax este dat de 2.2.d pentru t* = t*max):

tlim- perioada încălzirii cea mai scurtă, dependentă de viteza dezvoltării incendiului (25

min. pentru viteză mică, 20 min. pentru viteză medie, 15 min. pentru viteză mare);

t*lim – un timp corectat (t*lim=Γlim×t lim), în ore.

max – timp (tmax=0,2×10 -3×q t,d/O, dependent de densitatea sarcinii termice, qt,d, și factorul deschiderii, O), în ore;

t*max – un timp corectat (t*max=Γ×t, unde Γ este dependent de factorul deschiderii, O, și inerția termică a pereților perimetrali, b), în ore;

θg este temperatura gazelor, în oC;

t* – un timp corectat (t*=Γ×t sau t *=Γlim×t unde Γlim este dependent de factorul deschiderii, Olim, și inerția termică a pereților perimetrali, b), în ore.

Figura2.2.2 Model natural de incendiu la nivelul compartimentului (după One Stop Shop in Structural Fire Engineering, Professor Colin Bailey,University of Manchester)

CAPITOLUL 3

PRINCIPII DE CALCUL PENTRU ELEMENTELE DIN LEMN

3.1 Determinarea rezistentei elementelor structurale aflate in situatia de incendiu

Pentru determinarea capacitatii portante/efortului capabil la un element structural aflat in situatia de incendiu, Rfi,d,t, sunt metode specifice diverselor elemente structurale (liniare):

Cazul elementelor intinse pentru care se determina N fi,Ө,Rd, forta axiala capabila la timpul t, in situatia unei distributii uniforme a temperaturii, Өa, pe sectiunea transversala a elementului si in situatia distributiei neuniforme a temperaturii;

Cazul elementelor comprimate cu sectiune transversala din clasa 1 sau 2 pentru care se determina N fi,Ө,Rd, forta axiala capabila la flambaj la timpul t, in situatia unei distributii uniforme a temperaturii, Өa, pe sectiunea transversala a elementului si in situatia distributiei neuniforme a temperaturii;

Cazul grinzilor cu sectiune transversala din clasa 1 sau 2 pentru care se determinina Mfi,Ө,Rd, momentul capabil la timpul t, in situatia unei distributii uniforme a temperaturii Өa, pe sectiunea transversala a elementului si in situatia unei distributii neuniforme a temperaturii;

Cazul grinzilor cu sectiune transversala din clasa 3 pentru care se determina Mfi,Ө,Rd, momentul capabil la timpul t, in situatia unei distributii uniforme a temperaturii Өa, pe sectiunea trasnversala a elemntului si in situatia distributiei neuniforme a temperaturii;

Cazul elementelor supuse la incovoiere cu compresiune din clasa 1,2 sau 3 pentru care se determina Rfi,d, efortul capabil combinat la timpul t;

Cazul elementelor cu sectiunea transversala din clasa 4 pentru care, la timpul t, temperatura otelului Өa, in orice sectiune transversala, nu trebuie sa depasesca valoarea critica, Өa,cr .

3.2 Particularitatile verificarii la foc a structurilor din lemn

Particularitatile calculului elementelor structurale din lemn

Principalele caracteristici ale lemnului sau materialelor pe baza de lemn, relevante in situatia incendiului, sunt carbonizarea, precum si reducerea rigiditatii si reducerea rezistentei mecanice cu cresterea temperaturii, astfel:

La aproximativ 100oC, creste plasticitatea lemnului;

La aproximativ 200 oC apare piroliza, cand celuloza incepe sa se descompuna;

Pana la 300 oC densitatea lemnului scade cu pana la 20%;

Peste 300 oC lemnul se transforma in carbune;

Peste 500 oC in stratul de carbune apar crapaturi;

Peste 1000 oC stratul de carbune incepe sa se consume.

Verificarea rezistentei la foc a elementelor structurale din lemn se face prin compararea solicitarilor de proiectare in situatia incendiului cu rezistenta elementelor structurale avand sectiunea transversala afectata de foc (partial carbonizata si degradata, precum in figura 3.2.1).

Figura 3.2.1

Element structural din lemn partial carbonizat

Pentru verificarea la foc a elementelor structurale din lemn (cu luarea in considerare a reducerii rigiditatii si rezistentei elementelor structurale expuse pe trei sau patru fete), SR EN 1995-1-2 ofera:

Metoda reducerii sectiunii (metoda recomandata);

Metoda reducerii proprietatilor.

Stabilirea adancimii carbonizarii

Elementele structurale din lemn expuse la foc carbonizeaza la suprafata contactului cu temperaturile generate, precum in figura 3.1, fiind protejate un timp semnificativ la actiunea acestuia.

Pentru calculul rezistentei la foc a elementelor structurale din lemn, sectiunea initiala a elementului este redusa cu adancimea de carbonizare, astfel, putem deosebi:

carbonizarea uni-dimensională, proprietate depinzând de specia sau densitatea lemnului sau clasa rezistenței;

carbonizarea bi-dimensională, proprietate depinzând de dimensiunile secțiunii transversale asupra căreia focul produce și efecte, precum rotunjirea muchiilor.

Viteza carbonizării nu depinde de orientarea suprafeței expuse focului (este aceeași și în cazul suprafețelor verticale ale stâlpilor și a în cazul suprafețelor orizontale ale grinzilor).

Viteza carbonizării uni-dimensionale, β0, este considerată valoare de bază, observată la transferul uni-direcțional al căldurii obținut prin expunerea la focul standard a unei plăci din lemn (considerată semi-infinită) neprotejată și fără fisuri.

Adâncimea carbonizării uni-dimensionale este dată de relația 3.2.1, figura 3.2.2,

dchar,0= β0 × t (3.2.1) unde:

β0 este viteza carbonizării uni-dimensionale, SR EN 1995-1-2, tabelul 3.2.1 , pentru acțiunea termică perpendiculară pe fibre (valorile din tabel pot fi dublate în cazul acțiunii termice în lungul fibrei); pentru cazul speciilor europene din lemn moale se poate utiliza β0=0,65 mm/min, neglijându-se alte influențe precum densitatea;

t – timpul expunerii la foc.

dchar,0= 0.65 x 65 = 42.25 mm

În vecinătatea muchiilor elementelor structurale, în cazul secțiunilor rectangulare, fluxul căldurii este bi-direcțional și se produce o rotunjire în lungul muchiilor (raza rotunjirii fiind aproximativ egală cu adâncimea carbonizării uni-dimensionale).

Pentru simplificarea calculelor, secțiunea reziduală a elementului structural carbonizat este înlocuită cu o secțiune rectangulară la care adâncimea carboniz ării uni-dimensionale, pe fețele adiacente, este înlocuită cu una echivalentă, numită adâncimea de carbonizare teoretică, dată de relația 3.2.2, figura 3.2.2:

dchar,n = βn × t (3.2.2)

dchar,n = 0.7 x 65= 45.5 mm

unde: βn este viteza carbonizării teoretice, SR EN 1995-1-2, tabelul 3.2.1, pentru elemente structurale din lemn cu secțiunea transversală rectangulară expusă la foc pe trei sau patru fețe; pentru elemente lamelare încleiate (lemn moale) βn=0,7 mm/min iar pentru elemente din lemn masiv (lemn moale) βn=0,8 mm/min.

Figura 3.2.2. Adâncimi de carbonizare (Eurocode 5)

Tabelul 3.2.1. Vitezele carbonizării

* Valorile se aplică la valoarea caracteristică a densității de 450 kg/m3 și o grosime a panoului de 20 mm; a se vedea 3.4.2(9) pentru alte grosimi și densități.

Determinarea rigiditatilor rezistentei mecanice pentru elementele structurale din lemn

Cazul temperaturii normale

Durata incarcarii si umiditatea afecteza proprietatile lemnului si materialelor lemnoase, respectiv rigiditatea si rezistenta si trebuie avute in vedere la proiectare cand se evalueaza rigiditatea si rezistenta mecanica (cazul exploatarii normale).

Acțiunile trebuie încadrate în una din clasele duratei încărcării (tabelul 3.2.2). Structurile trebuie încadrate în una din clasele exploatării:

clasa exploatării 1: caracterizată prin umiditatea materialelor corespunzătoare temperaturii de 200C și umiditatea relativă a aerului peste 65% numai pentru câteva săptămâni pe an;

clasa exploatării 2: caracterizată prin umiditatea materialelor corespunzătoare temperaturii de 200C și umiditatea relativă a aerului peste 85% numai pentru câteva săptămâni pe an;

clasa exploatării 3: caracterizată prin condiții climatice care conduc la valori mai mari ale umidității decât cele descrise în cazul clasei exploatării 2.,

Tabelul 3.2.2 Clasele duratei încărcării

Pentru a se ține seama de efectul duratei încărcării și umidității, se definește coeficientul de modificare, kmod (tabelul 3.2.3).

Valoarea de calcul a unei proprietăți a rezistenței lemnului este dată de relația 3.2.3:

unde: Xk este valoarea caracteristică a proprietății rezistenței lemnului.

Valorile coeficientului parțial de siguranță al lemnului, γM, în situația temperaturii normale, sunt date în tabelul 3.2.4.

Cazul situației de incendiu

Valoarea de proiectare a rezistenței materialului lemnos aflat în situația incendiului se calculează cu relația 3.2.4,

f d,fi = k mod,fi × (f 20/γM,fi); f20 = kfi × f k (3.2.4)

f20 = 1,15 x 24= 27.6N/mm2

f d,fi = 1,00 x (27,6/1,00)= 27,6 N/mm2

unde: fd,fi este valoarea de proiectare a rezistenței materialului în situația incendiului (ex. rezistența la încovoiere);

f20 – fractila 20% a rezistenței;

fk – rezistența caracteristică a materialului lemnos (=24N/mm2, GL24H);

k mod,fi – factorul pentru modificare la foc care reduce rezistența materialului în situația incendiului;(=1,00)

γM,fi – factorul pentru siguranță la lemn în situația incendiului (recomandatγM,fi=1);

kfi – factor indicat în tabelul 3.2.5.

Tabelul 3.2.3 Valorile coeficientului kmod

Tabelul 3.2.4 Valorile coeficientului γM

Tabelul 3.2.5 Valorile factorului kfi (SR EN 1995-1-2, Tabelul 2.1).

Calculul tensiunii de incovoiere conform SR EN 1995-1-1/2004

Grinda din lemn lamelat încleiat GL24H,180x440mm

Timp de expunere la foc: 65 min

Expunerea la acțiunea focului s-a realizat pe trei fețe:

def= dchar,n + k0 x d0, unde:

k0 – factorul pentru modificarea la foc care reduce rezistenta materialului in situatia incendiului;

k0 = 1,00

d0 = 7,00 mm

dchar,n – adāncimea de carbonizare teoretică

dchar,n = βn × t (3.2.2)

dchar,n = 0,7 x 65= 45,5 mm

βn – viteza carbonizării teoretice, SR EN 1995-1-2, tabelul 3.2.1, pentru elemente structurale din lemn cu secțiunea transversală rectangulară expusă la foc pe trei sau patru fețe; pentru elemente lamelare încleiate (lemn moale) βn=0,7 mm/min

t- timpul de expunere la foc

def = 45,5 + 1,00 x 7=52,5 mm

bfi = 180 – 2 x 52,5= 75 mm

hfi = 440-52,5= 387,5 mm

Calculul modulului de rezistenta, Wfi:

Wfi= (bfi x hfi2)/6

Wfi= (75 x 387,52)/6

Wfi= 1876,9 x 103 mm3

Momentul încovoietor al secțiunii, Mfi:

Mfi = (p x l2)/8

Mfi= (6,08 x 3,52)/8

Mfi= 9,31 kNm

Tensiunea la încovoiere a secțiunii, sfi:

sfi= Mfi / Wfi

sfi= (9,31 x 106)/ 1876,9 x 103

sfi= 4,96 N/mm2 < f d,fi = 26,7 N/mm2 (rezistența la încovoiere)

CAPITOLUL 4

DESCRIEREA PROGRAMULUI EXPERIMENTAL

4.1 Pregatirea epruvetelor (grinzilor) pentru testare

Determinarea s-a realizat in conformitate cu procedura tehnica de executie, PTE-FOC-01.08, realizata in conformitate cu standardele SR EN 1363-1:2012: „Incercari de rezistenta la foc. Partea 1: Conditii generale” si cu SR EN 1365-3: 2002 „Incercari la foc pentru elemente de constructii portante. Partea 3: Grinzi”.

Pentru încercare s-au utilizat două grinzi din lemn lamelat încleiat, tip GL24H. Grinzile au lungimea totală de 4700 mm, iar lungimea efectivă expusă la acțiunea focului este de 3500 mm. Dimensiunile secționale ale grinzilor sunt 180x440mm (bxh), iar acestea sunt realizate din 11 lamele, cu înălțimea de 44 mm. Grinzile sunt realizate din lemn de molid, cu densitatea de 380 Kg/m3. Elementele au fost încărcate cu o sarcină uniform distribuită q=6,08±0,2 kN/m, iar expunerea la acțiunea focului a fost pe trei fețe.

Pozitionarea grinzilor si expunerea acestora la actiunea focului se gasesc in figurile 4.1a si 4.1b.

Figura 4.1a

Fig. 4.1b

Conditii de rezemare

Grinzile din lemn lamelat încleiat, tip GL24H, au fost montate simplu rezemate la capete. Lungimea efectivă expusă la acțiunea focului a fost de 3500 mm, iar lungimea de rezemare pe fiecare parte a fost de 600 mm. Expunerea elementelor fost pe 3 fețe, partea superioară a grinzilor fiind protejată corespunzător împotriva acțiunii focului.

Conditii de incarcare

Pe lungimea expusă la foc a grinzilor din lemn lamelat încleiat s-a aplicat o încărcare uniform distribuită q=6,08±0,2 kN/m.

Condițiile de testare înainte de începerea testului sunt următoarele:

4.2 Echipamente de masura utilizate

Termocupluri tip K (opt bucati)

Termocupluri tip K la suprafata (patru bucati)

Statii de inregistrare pentru temperatura

Statii de inregistrare pentru deformatii

Traducatoare de deplasare

Figurile 4.2a si b:

4.3 Dispunerea termocuplurilor si a punctelor de masura a deformatiilor

.3

Figura 4.3a

Unde:

Tk1-Tk8 – reprezintă termocuplurile montate în interiorul cuptorului;

D1, D2 (▼) – reprezintă punctele de măsură a deformațiilor pentru epruvete

Figura 4.3b

4.4 Criterii de performanta urmarite

Rezistența la foc este aptitudinea unui produs de a păstra, pe o durata de timp determinată, stabilitatea la foc, etanșeitatea la foc, izolarea termică impuse și/sau orice altă funcție impusă, specificate într-o încercare standardizată de rezistentă la foc.

Aptitudinea unei epruvete de a suporta focul sau de a asigura protecție contra focului pe o anumită durată. Criteriile caracteristice utilizate pentru determinarea rezistenței la foc, în cursul unei încercări la foc standardizate sunt etanșeitate la foc, capacitatea portantă și materialul de izolare termică.

Deci, pe baza celor două definiții, putem concluziona că rezistența la foc a unui material, produs și/sau sistem pentru construcții, în condițiile de utilizare finală, se determină pe baza caracteristicilor de performanță prestabilite, pentru care epruveta îndeplinește cerințele de asigurare a capacității portante, a etanșeității la foc și a izolării termice, pe o anumită durată de timp determinată.

Caracteristicile de performanță sunt definite în standardul de clasificare a produselor și elementelor pentru construcții SR EN 13501-2 .

Capacitatea portantă (R) reprezintă capacitatea elementului de construcții să reziste la o expunere la foc sub acțiuni mecanice specificate, pe o față sau pe mai multe fețe, pentru o durată de timp fără pierderea stabilității structurale.

Incapacitatea suportării încărcării este definită în standardul SR EN 1363-1 [16] și este considerată a fi atinsă atunci când au fost îndeplinite următoarele criterii:

Pentru elementele solicitate la încovoiere:

unde,

L este deschiderea epruvetei în milimetri;

d este distanța de la fibra extremă a zonei comprimate până la fibra extremă a fibrei întinse, a secțiunii structurale în milimetri;

– Etanșeitatea (E) reprezintă capacitatea unui element de construcție care are o funcție de separare, să reziste la expunere la foc numai pe o față, fără transmiterea focului la fața neexpusă ca rezultat al trecerii flăcărilor sau gazelor fierbinți .

– Izolarea termică (I) reprezintă capacitatea elementului de construcție de a rezista la expunere la foc numai pe o față, fără propagarea focului ca rezultat al transferului important de căldură de la fața expusă acțiunii focului la fața neexpusă. Propagarea trebuie să fie limitată astfel încât, nici suprafața neexpusă, nici orice material a acelei suprafețe să nu se aprindă .

Pentru elementele de construcții cu rol de separație la foc (ex: uși, ferestre, pereți despărțitori, etc.) se face evaluarea și după radiația termică (W), care reprezintă capacitatea elementului de construcție de a rezista la expunere la foc numai pe o față, astfel încât să reducă probabilitatea propagării focului ca rezultat al radiației termice importante, fie prin element fie de la fața neexpusă la foc la materialele adiacente .

Aspecte ale criteriilor de performanță utilizate în determinarea rezistenței la foc a elementelor de construcții:

4.4 Prezentarea si interpretarea rezultatelor

Observatii in timpul testului si la finalul acestuia:

Tabel 4.4a

Rezultatele obținute în urma testului:

Alte observații:

Temperatura medie din interiorul cuptorului, înregistrată înainte oprirea testului, a fost înregistrată în minutul 65 și are valoarea Tkmed=954°C.

Deformațiile maxime înregistrate la finalul testului au fost D1= 4,088 mm pentru epruveta nr. 1 și D2= 4,800 mm pentru epruveta nr. 2.

Durata de expunere la acțiunea focului a fost de 65 de minute.

În tabelul 4.4c se prezintă o sinteză a rezultatelor obținute:

Inregistrarea temperaturilor din cuptor pe toata durata testului:

Tabelul 4.4d

In coloana „Curba standard ISO 834” se calculeaza temperatura gazelor fiebinți din compartiment cu ajutorul relatiei:

g T+345 log10( 8t+1) (4.4a)

Tk1-Tk8 [°C] – reprezintă simbolurile termocuplurilor plate, pentru măsurarea temperaturii, din interiorul cuptorului.

În figura de mai jos este prezentată grafic deviația procentuală (de) și reprezintă aria curbei de temperatură medie înregistrată de termocuplurile din cuptor, specificate în figura 4.3a, în raport cu aria curbei standard de temperatură-timp și limitele impuse.

Figura 4.4a

Figura 4.4b Temperaturile înregistrate pe durata testului, în interiorul cuptorului, raportate la Curba Standard ISO834 de temperatură-timp

Înregistrarea deformațiilor în zonele de măsură prestabilite`

Înregistrarea deformațiilor în zonele de măsură prestabilite

În tabelul 5 sunt prezentate valorile deformațiilor măsurate pentru epruvetele testate, conform poziționării punctelor de măsură a deformațiilor D1 și D2, din figura 4.3a.

Calculul valorilor limită impuse pentru săgeată limită:

unde,

L [mm] – reprezintă deschiderea epruvetei;

d [mm] – reprezintă distanța de la fibra extremă a zonei comprimate până la fibra extremă a zonei întinse a secțiunii structurale.

Tabelul 4.4e

Epruvetele își mențin criteriul de performanță capacitate portantă (R) pe toată durata testului. Deformațiile maxime înregistrate au fost D1= 4,088 mm pentru epruveta nr. 1 și D2= 4,800 mm pentru epruveta nr. 2, așa cum este ilustrat în figura 4.4c.

Figura 4.4c

Deformațiile înregistrate pe suprafața neexpusă a epruvetei testate, conform poziționării punctelor de măsură prestabilite

4.6 Determinarea experimentala a adancimii de carbonizare

Adâncimea de carbonizare a fost determinată în șase secțiuni ale elementelor după cum urmează:

Calculul vitezei de ardere:

Adâncimea teoretică de carbonizare se determină cu relația următoare:

[mm]

unde,

βn – valoarea de calcul a vitezei de ardere teoretică în condiții standard de expunere la foc;

dchar,n – adâncime teoretică de carbonizare;

t – timpul de expunere la foc în minute;

Figura 4.6b Secțiunea S2, după încercare

Figura 4.6c Secțiunea S3, după încercare

Figura 4.6d Secțiunea S4, după încercare

Figura 4.6e Secțiunea S2’, după încercare

Figura 4.6f Secțiunea S3’, după încercare

Figura 4.6g Secțiunea S4’, după încercare

CAPITOLUL 5

CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE

5.1 Concluzii:

În urma determinării experimentale se constată o bună legătură între valorile teoretice și valorile experimentale. Se observă că dchar,2 > dchar,1, fenomen care se datorează fluxului primit din două direcții de către elementele testate. În consecință acest efect se poate neglija.

Datorită naturii testului de rezistență la foc și în consecință a dificultății în cuantificarea incertitudinii măsurării rezistenței la foc, nu este posibil să se precizeze gradul de acuratețe al rezultatului.

Bibliografie:

Lucian Pana – Curs „Construcții din lemn”

Dan Diaconu – Șotropa: Bazele securității la incendiu in construcții, editura Universității Tehnice din Iași, 2014

SREN 1995-1-1-2004, Cap.6

Frangi Andrea: Fire resistance assessment of timber structures

American Wood Council: Tehnical Report 10

PTE-FOC-01.08, realizata in conformitate cu standardele SR EN 1363-1:2012: „Incercari de rezistenta la foc. Partea 1: Conditii generale” si cu SR EN 1365-3: 2002 „Incercari la foc pentru elemente de constructii portante. Partea 3: Grinzi”