Incendiul

Evolutia si fazele incendiului

Standarde privitoare la terminologia din domeniu (precum ISO 13942 fac diferenta intre fenomenele foc si incendiu, astfel:

- focul este ardere autointretinuta care este deliberat organizata pentru a produce efecte utile si a carei propagare, in timp si spatiu, este limitata;

- incendiul este ardere, autoantretinuta, neorganizata, necontrolata, producand efecte neutile si a carei propagare, in timp si spatiu, este nelimitata.

Pe de alta parte incendiul mai poate avea urmatoarele conotatii:

- tehnica, fiind definit ca proces de ardere caracterizat prin emisie de caldura si efluenti, insotit, de obicei, de flacari, incandescenta sau o combinatie a acestora;

juridia, fiind definit ca o ardere scapata de sub control, initiata de o cauza bine precizata (voita sau nu), in urma careia se produc pierderi de vieti si/sau bunuri materiale si este necesara o actiune de stingere pentru intreruperea ei.

Evolutia unui incendiu produs intr-un spatiu interior si asupra caruia nu se intervine, implica parcurgerea a cinci faze (figura 1.2).

Faza 1, aparitia focarului initial. Aceasta este faza in care, datorita unor imprejurari favorizante, sunt puse in contact materialul combustibil cu sursa de aprindere a carei energie acumulata in timpul perioadei de contact duce la initierea incendiului.

Faza 2, arderea lenta. Aceasta faza are o durata variabia ca timp. Absenta in numeroase cazuri, ea poate fi de ordinul minutelor, orelor si, in unele situatii, zilelor si saptamanilor (cazul arderilor mocnite). Durata acestei faze depinde de natura, cantitatea si modul de distributie a materialelor combustibile in incinta, de dimensiunile si amplasarea surselor de aprindere si de cantitatea de caldura transmisa de acestea; cu cat materialul combustibil se aprinde mai usor cu atat caldura degajata este mai mare si propagarea are loc mai rapid. Aria de combustie este limitata la zona focarului (incendiu local). Temperatura creste relativ lent, fara a atinge valori importante. Arderea se propaga la materiale din vecinatatea sursei de initiere care sunt termodegradate profund, dar nu distruse total. Din descompunerea materialelor se degaja gaze care se acumuleaza in atmosfera inconjuratoare si formeaza cu aerul un amestec combustibil, precum si gudroane care contribuie la propagarea incendiului. Dupa aprinderea materialului si dupa ce arderea devine stabila pot fi evidentiate trei cai de evolutie a incendiului:

- calea 1, incendiu local, daca materialul combustibil este izolat;

- calea 2, ardere cu viteza mica sau autostingere, daca ventilatia este insuficienta;

- calea 3, evolutie catre faza 3 - ardere activa.

Modelele matematice elaborate pentru aceasta faza urmaresc sa determine evolutia inaltimii si temperaturii flacarii in functie de timp, pentru a putea amplasa optim sistemele de detectare si stingere (detectoare, sprinklere).

Faza 3, arderea activa sau incendiul dezvoltat. In aceasta faza, arderea se propaga la toate obiectele invecinate cu focarul avand aerul necesar inca in cantitate suficienta. Din cauza diferentei de densitate si curentilor de convectie gazele calde mai usoare se acumuleaza sub tavan si ies din incinta pe la partea superioara a deschiderilor, fiind inlocuite de un curent de aer rece care patrunde pe la partea inferioara. Radiatia devine principalul factor al transferului de caldura prin stratul de gaze fierbinti si fum acumulat sub tavan, propagand incendiul, si in zone mai indepartate de focar, prin incalzirea materialelor in aceste zone pana la temperatura de aprindere. Natura si finisajul peretilor are un rol esential datorat aportului suplimentar insemnat de radiatie termica (radiatie reciproca intre pereti). Temperaturile in diferite puncte ale incintei difera mult unele fata de altele, suferind importante si rapide fluctuatii. Faza de ardere activa poate evolua pe trei cai.

- calea 1, daca aerul necesar arderii este in cantitate suficienta, se produce fenomenul de flash-over (un fenomen tranzitoriu, in care se instaleaza brusc arderea generalizata a tuturor suprafetelor combustibile din incinta); ca urmare, scade brusc cantitatea de comburant (oxigenul din aer), iar procentul de oxid de carbon atinge valoarea maxima (pana la 20%), fiind momentul cel mai periculos pentru pompierii care asigura interventia la incendiu; fenomenul de flash-over, definit prin trecerea brusca in stare de ardere generalizata si considerat ca fiind intraductibil in limba romana, este caracterizat si prin cresterea rapida, exponentiala, a temperaturii si printr-o masiva si rapida generare de fum, mai ales cand finisajul peretilor este combustibil (ISO 13943-2008, SR ISO 8421-1); urmeaza evolutie catre faza 4 - arderea generalizata

- calea 2, daca incinta este inchisa cantitatea de aer necesara arderii devine in timp insuficienta; rezulta o incetinire, apoi o regresie in dezvoltarea focului, care poate sa se stinga spontan; acest fenomen este posibil si in cazul unei departari relativ mari intre masele combustibile, transferul de caldura prin conductie ne mai fiind posibil;

- calea 3, daca in situatia de regresie a incendiului, are loc o admisie brusca de aer proaspat (prin spargerea de geamuri, deschiderea de usii, producerea de sparturi sub planul neutru) se produce fenomenul de back-draft, care are manifestari similare celui de flash-over (crestere brusca a suprafetelor in combustie la nivelul intregii incinte cu reducerea procentului de oxigen si cresterea celui de oxid de carbon, crestere rapida a temperaturii si masiva generare de fum).

Modelele matematice elaborate pentru aceasta faza urmaresc sa determine evolutia debitului de caldura degajat Q, la timpul t de la inceperea incendiului si la timpul corespunzator starii stationare a incendiului, pentru a putea evalua stabilitatea la foc a elementelor structurale.

Faza 4 arderea generalizata. Dupa producerea fenomenului de flash-over (sau, mai rar, a celui de back-draft) arderea se generalizeaza in intreaga incinta, temperaturile se uniformizeaza spre valori maxime transferul de caldura prin radiatie devenind net preponderent. In cursul acestei faze structurile de rezistenta sunt cele mai afectate de incendiu: se fisureaza si se disloca pereti, se largesc deschideri etc., avand ca urmare propagarea incendiului in incintele alaturate si apoi in intreaga cladire. Regimul de ardere se stabilizeaza si este conditionat fie de suprafata materialelor combustibile, fie de dimensiunile deschiderilor, deci de regimul admisiei aerului.

In cazul incendiilor ventilate, intense si de durata mica, viteza de ardere este limitata de marimea ariei suprafetei combustibilului (cand aerul circula in exces in raport cu suprafata de contact dintre combustibil si aer).

In cazul incendiilor neventilate viteza de ardere depinde de dimensiunile deschiderilor de ventilatie din incinta (cand cantitatea de aer din incinta este mai mica decat valoarea critica necesara combustiei).

Faza 5, regresia arderii. In cursul acestei faze, temperatura inceteaza sa mai creasca, apoi incepe sa scada din cauza epuizarii combustibilului. Flacarile se atenueaza mult dupa care dispar, fiind inlocuite treptat de jar si cenusa. Odata cu micsorarea dimensiunilor flacarilor, reapare mediul gazos intre flacari si elementele de constructie. Importanta acestei perioade nu trebuie subestimata din punctul de vedere al masurilor de siguranta. Temperatura scade, dar nu brusc, ramanand mult timp foarte ridicata si actiunea ei distructiva asupra structurilor nu poate fi neglijata. Uneori, chiar in aceasta faza, incendiul se poate transmite incaperilor si sau cladirilor vecine, obstacolul reprezentat de pereti sau panouri ne mai rezistand in timp.

Avand in vedere fazele descrise evolutia unui incendiu intr-un spatiu inchis poate fi reprezentata sub forma de schema logica (figura 1.2.a) sau sub forma de grafic (figura 1.2b).

a. b. variatia temperaturii in timpul unui incendiu

Figura 1.2 Evolutia unui incendiu intr-un spatiu inchis

Incendiul conventional izbucnit in spatii deschise evolueaza similar cu cel in spatii inchise, prezentand, urmatoarele particularitati: se dezvolta de la inceput pe intreaga suprafata a materialului cuprins de flacari; marimea flacarilor depinde de conditiile meteorologice si de dinamica curentilor care afluesc catre locul incendiului; produsele de ardere sunt bogate in particule de carbune.

in cazul unui incendiu real la care se intervine se pot distinge trei faze:

- dezvoltarea libera: care se desfasoara din momentul izbucnirii incendiului pana la introducerea in actiune a primului mijloc pentru stingere;

- localizarea: in care se procedeaza la eliminarea posibilitatilor de propagare a incendiului, prabusirii constructiei si crearea premiselor pentru lichidarea incendiului;

- lichidarea: in care se realizeaza atacul ferm si neintrerupt asupra incendiului, in principiu din toate directiile si cu toate fortele si mijloacele; prin lichidarea incendiului se intelege oprirea arderii pe toate suprafetele care au fost cuprinse de incendiu si excluderea reaparitiei lui.

Pe baza experimentelor precum si masurarii temperaturilor la incendii, s-a propus o curba standard de temperatura (un model de foc in conditii de incendiu, deja clasic) ce caracterizeaza cresterea temperaturilor in functie de timpul de ardere (figura 1.8).

In studiul teoretic al incendiilor se iau in consideratie urmatoarele principii ale arderii:

procesul de ardere va fi posibil numai daca se intrunesc simultan, in timp si spatiu, urmatoarele conditii:

- prezenta materialului combustibil;

- prezenta substantelor care intretin arderea (oxigenul din aer sau substantele care pot ceda oxigen);

- prezenta sursei de aprindere, cu energia capabila sa realizeze temperatura de aprindere.

- arderea va continua pana cand :

- materialul combustibil este consumat;

- concentratia comburantului devine mai mica decat minimul necesar pentru a sustine arderea;

- pierderile de caldura sunt atat de mari incat nu se mai asigura caldura necesara pentru piroliza in continuare a materialului combustibil;

- flacarile sunt inhibate chimic sau sunt suficient racite pentru a impiedica desfasurarea reactiilor in continuare.

Formele de dezvoltarea ale unui incendiu pot fi (figura 1.3): circulara (a), frontala (b) si unghiulara (c).

Figura 1.3 Formele de dezvoltarea ale unui incendiu [8]

2 Sarcini si densitati de sarcini termice de incendiu

Conform STAS 10903

Sarcina termica de incendiu, S_Q, , in MJ, este cantitatea de caldura pe care o poate degaja, prin combustie completa, totalitatea materialelor combustibile, fixe si mobile, existente in spatiul afectat de incendiu si se determina cu relatia 1.3,

S_Q = Σ (Q_i×M_i)

unde: Q_i este puterea calorifica inferioara a materialului combustibil curent, in MJ/kg (STAS 8790-71, abrogat si SR EN 1716: 2002, in viguare, anexa 1.2);

M_i - masa materialului combustibil curent din tot spatiul considerat, in kg.

Densitatea de sarcina termica de incendiu, q_s, in MJ m² este sarcina termica de incendiu a unui spatiu, incapere etc., raportat la aria pardoselii luata in considerare (alteori la aria suprafetelor delimitatoare) si se determina cu relatia 1.4a,

q_s = S_Q / A_s  (1.4a)

unde: A_s este aria sectiunii orizontale a spatiului afectat, in m².

In practica s-a utilizat multa vreme, in special pentru aprecieri comparative, echivalentul in lemn al sarcinii termice de incendiu. Echivalentul in lemn al sarcinii termice de incendiu reprezinta o cantitate de lemn, avand puterea calorifica inferioara Q_lemn egala cu 18,42 MJ/kg (4400 kcal/kg) care prin ardere ar degaja aceeasi cantitate de caldura ca si materialele combustibile existente in spatiul luat in considerare, de unde rezulta densitatea de sarcina termica echivalenta, in kg_lemn/m² data de relatia 1.4.b.

M_lemn = (M_i×Q_i) / (A_s×Q_lemn)  (1.4b)

Conform SR EN 1991-1-2

Valoarea de proiectare a densitatii sarcinii termice, q_fi,d, in MJ m², se calculeaza, in conformitate cu Eurocod-ul 1, cu relatia 1.5,

q_fi,d = q_fi,k×m×δ_q1×δ_q2×δ_n  (1.5)

unde: q_fi,k este valoarea caracteristica a densitatii de sarcina termica, in MJ m² (tabelul 1.7 sau relatiile 1.6 la 1.8);

m - coeficienul de ardere care tine seama de destinatia compartimentului si tipul sarcinii termice (pentru materiale majoritar celulozice m

δ_q1 - coeficientul care tine seama de riscul de initiere a incendiului dat de marimiea compartimentului (tabelul 1.8);

δ_q2 - coeficientul care tine seama de riscul de initiere a incendiului dat de destinatia compartimentului (tabelul 1.8);

δ_n δ_ni (i=1 10) - coeficientul care tine seama de masurile de protectie activa aplicate (tabelul 1.9).

Tabelul 1.7 Valoarea caracteristica a densitatii sarcinii termice, q_fi,k, dupa destinatie

Nota: pentru fractila 80% s-a aplicat distributiade tip Gumbel

Tabelul 1.8 Coeficientii care tin cont de riscul de initiere a incendiului, δ_q1 si δ_q2

Tabelul 1.9 Coeficientii care tin cont de masurile de protectie activa aplicate, δ_ni,

Valoarea caracteristica a sarcinii termice, in MJ, este definita matematic de relatia 1.6,

Q_fi,k = Σ(M_k,i×H_ui×Ψ) = ΣQ_fi,k,i  (1.6)

unde: M_k,i este cantitatea de material combustibil, in kg

H_ui - puterea calorifica inferioara (SR EN ISO 1716, tabelul 1.10, relatia 1.7);

Ψ - coeficientul, facultative, care permite evaluarea sarcinii termice protejate.

Tabelul 1.10 Valoarea puterii calorifice inferioare a materialelor combustibile uscate, H_u0

Continutul in umiditate al materialelor poate fi luat in considerare cu relatia 1.7,

H_ui = H_u0×(1 - 0,01×u) - 0,025×u (1.7)

unde: u este umiditatea, in % din masa uscata;

H_u0 - puterea calorifica inferioara a materialelor uscate (tabelul 1.10).

Valoarea caracteristica a densitatii sarcinii termice, in MJ/m² se defineste cu relatia 1.8

q_fi,k Q_fi,k / A (1.8)

unde: A este suprafata planseului compartimentului, si atunci se noteaza cu A_f, sau a suprafetei interioare a compartimenului, si atunci se noteaza cu A_i.

Cantitati de caldura

Conform STAS 10903

Cantitatea de caldura, S_A, in MJ, este cea care se apreciaza ca va actiona asupra elementelor structurale (stalpi, pereti, grinzi, plansee etc.) si se determina cu relatia 1.9:

S_A = c×p × Σm_i×Q_i×M_i (1.9)

unde:c este coeficientul care tine seama de dimensiunile geometrice ale spatiului luat in considerare;

p - coeficientul care se tine seama de numarul de niveluri si conditiile de ventilare si disipare a caldurii;

m_i - coeficientul care tine seama de capacitatea de ardere a materialelor in conditii de incendiu;

Q_i - puterea calorifica inferioara a tipului curent de material combustibil, in MJ/kg;

M_i - masa tuturor materialelor combustibile apartinind tipului curent, in kg.

Valorile pentru puterile calorifice inferioare ale principalelor materiale combustibile, precum si pentru coeficientii c, p, m sunt indicate in STAS 10903/2-79.

Conform SR EN 1991-1-2

Debitul de cadura degajat, Q, in MW, poate fi:

- cantitate de caldura apreciata a se degaja in faza de dezvoltare a incendiului, calculata cu relatia 1.10,

Q = 10⁶×(t/ta)² 

unde: t este timpul masurat de la declansarea incendiului, in s;

t_a - timpul necesar atingerii unui debit de caldura de 1MW (tabelul 1.11);

- cantitate de caldura apreciata a se degaja la momentul inceperii incendiului stationar, care ar corespunde limitei superioare a fazei de dezvoltare a incendiului, calculata cu relatia 1.11,

Q = RHR_f×A_fi 

unde: RHR_f este debitul maxim de caldura degajat de 1 m² incendiat, in cazul unui incendiu controlat de combustibil, in kW/m² (tabelul 1.11);

A_fi - aria maxima a incendiului, care poate fi identica cu aria compartimentului de incendiu in cazul distributiei uniforme a sarcinii termice sau mai mica in cazul unui incendiu localizat in m².

Tablul 1.11 Valorile timpului, t_a, si a debitului de caldura maxim, RHR_f

Dinamica proceselor implicate de incendii

Propagarea incendiilor

Propagarea unui incendiu depinde de compozitia chimica si viteza de ardere a materialului aprins, sarcina termica de incendiu, sursele potentiale de aprindere, temperatura mediului inconjurator, curentii de aer atmosferici sau care se formeaza, obstacolele intalnite (pereti, plansee etc.). Un rol hotarator in propagarea incendiului il are viteza de ardere si alimentarea cu aer.

Propagarea incendiului se produce in plan orizontal si in plan vertical, temperatura si marimea flacarilor avand un rol important.

Temperaturi ale flacarilor functie de provenienta sunt prezentate in tabelul 1.12.

Tabelul 1.12 Temperatura flacarilor pentru materiale combustibile uzuale

Inaltimea flacarilor, H_fl, se poate aprecia pornind de la diverse modele de foc; de exemplu, in cazul incendiilor la rezervoare pentru depozitare se poate determina inaltimea flacarii, in m, cu relatii de forma 1.12:

- la rezervoare cu lichide combustibile incendiate

H_flc = 2×D (1.12a)

- la rezervoarele cu gaze lichefiate incendiate

H_flc = 16×Q^0,4  (1.12b)

unde: H_flc este inaltimea flacarii, in m;

D - diametrul rezervorului incendiat, in m;

Q - debitul de gaz lichefiat care se scurge, in kg/s.

In tabelul 1.13 sunt prezentate viteze de propagare a incendiilor.

Schimbul de gaze

In faza incipienta a incendiului gazele incalzite se dilata, presiunea creste si, ca urmare, o parte a fumului si gazelor fierbinti generate de incendiu sunt ridicate in aer. Practic se produce un schimb de gaze, functie de natura incendiului initiat intr-un spatiu deschis (aer liber) sau intr-un spatiu inchis (incapere).

Incendiu in spatii deschise. Pe masura indepartarii fumului si gazelor fierbinti, din zona de ardere, si scaderii temperaturii, se reduce viteza de circulatie a gazelor pe verticala. Marimea vitezei curentului de gaze ascendent influenteaza dezvoltarea incendiului materializat prin antrenarea particulelor de materiale solide aprinse. Materialele aprinse, ridicate in aer, pierd treptat din viteza miscarii ascendente si, sub influenta gravitatiei, cad din curent. Ele se imprastie pe teritoriul inconjurator favorizand aparitia de noi focare de incendiu.

Marimea vitezei curentului ascendent de fum si gaze fierbinti duce la cresterea cantitatii de aer care intra in zonele de ardere si cauzeaza intensificarea arderii si cresterea temperaturii. Odata cu accelerarea schimbului de gaze se reduce arderea incompleta. Prin urmare, in conditiile unui incendiu, intre viteza de ardere si schimbul de gaze se stabileste un echilibru.

Incendii in spatii inchise. Gazele de ardere fiind mai usoare decat aerul, ia nastere si o forta ascensionala care pune in miscare fumul, mai intai pe verticala catre plafon si, apoi, pe orizontala in planul acestuia, care se acumuleaza intr-un strat din ce in ce mai gros. Viteza curentului de gaze ascendent este cu atat mai mare, cu cat diferenta dintre temperatura fumului si cea a gazelor inconjuratoare este mai ridicata.

Tabelul 1.13 Viteze de propagare a incendiilor pentru materiale si substante combustibile uzuale

Deplasarea fumului

Deplasarea fumului pe verticala sau orizontala intr-o cladire se poate datora: tirajului care se creeaza in caz de incendiu, functionarii instalatiei mecanice de ventilatie sau conditionare, presiunii curentilor de aer.

Miscarea fumului in restul constructiei depinde de diferentele de presiune ce iau nastere, precum si de existenta posibilitatilor de curgere a gazelor, pe verticala de jos in sus si de la un nivel la altul. Pe orizontala, incepand de la ultimul nivel in jos, fumul se propaga pe la casa scarii in lungul coridoarelor de evacuare, la partea superioara a acestora, cu viteza pasului normal, sau de la o incapere la alta, cand exista goluri care realizeaza comunicarea intre ele (in mod deosebit, canalele de ventilatie, chiar si in cazul cand ventilatoarele nu functioneaza, constituie cai de propagare usoara a fumului).

Din zonele de ardere fumul se indeparteaza catre partea superioara a incaperii (figura 1.4) si intalnind un planseu se deplaseaza pe sub acesta in toate directiile, iar in cazul unor deschideri iese in exterior. Intr-o asemenea situatie, in interior patrunde aer, deci are loc un schimb de gaze.

Figura 1.5

Figura 1.4 Imprastierea fumului si gazelor fierbinti in cazul incendiilor de interior

Ventilarea spatiilor incendiate

Viteza de ardere este proportionala cu raportul intre suprafata deschiderilor si cea a pardoselii, astfel:

- cand este mare, cazul incendiilor ventilate, schimbul de gaze pe timpul incendiului creste pe masura ce suprafata golurilor, deschiderilor, este mai mare, situatie concretizata printr-o sporire a vitezei de ardere si reducere a arderii incomplete;

- cand este redus, cazul incendiilor neventilate (din subsoluri) viteza de ardere este redusa, si in acest caz se produce mai mult o ardere incompleta cu mult fum continut in produsele de ardere.

Ventilarea influenteaza directia si viteza schimbului de gaze. Rolul acesteia se accentueaza mai ales in perioada de dezvoltare a incendiului, cand schimbul de gaze care se produce in urma arderii este mic in comparatie cu puterea curentilor de aer din sistemul de ventilatie. Aceasta duce la intensificarea arderii si la abaterea ei in directia curentilor de aer din sistemele de ventilatie.

Schema curentilor de aer nu este fixa si aceasta din cauza conditiilor in care are loc incendiul; pentru fiecare incendiu exista si o anumita schema a curentilor de aer.

Intr-o cladire de un anumit volum, se acumuleaza o cantitate importanta de caldura si fum, incendiul putand provoca pierderi mari daca nu se recurge la o ventilare adecvata. Daca incendiul ia proportii atat de mari incat cladirea nu mai poate fi salvata cu mijloacele avute la dispozitie, este, cel putin, posibil ca incendiul sa fie controlat (mentinut in limitele cladirii) sub actiunea tevilor de refulare si prin ventilare, de catre pomperii aflati la interventie (figura 1.5).

Figura 1.5 Controlul fumului si gazelor fierbinti in cazul incendiilor de interior [3]

Ventilarea se poate face usor, in caz de incendiu, prin deschiderea ferestrelor care permite caldurii si fumului sa iasa pe la partea de sus, in timp ce aerul proaspat patrunde pe la partea de jos a acestora. De multe ori apare ca rationala realizarea, prin constructia cladirii, a unor trape de ventilare amplasate, in general, pe acoperis, functie de particularitatile constructive si pozitia punctelor periculoase (figura 1.6).

Figura 1.6 Dispozitive de ventilare la constrctii [3]

Cand situatia o impune, se pot practica si deschideri in constructie in vederea ventilarii spatiilor incendiate, de catre pompierii aflati la interventie (figura 1.7), dar numai cand nu exista goluri constructive de dimensiuni necesare sau alte posibilitati de a asigura o circulatie organizata, corespunzatoare a fumului si gazelor catre exteriorul cladirii.

Figura 1.7 Interventii de urgenta la acoperis pentru realizarea ventilarii [

Modele de incendiu simple (clasice)

In categoria modelelor de incendiu simple (clasice) se incadreaza cele definite prin evolutia temperaturilor functie de timp si care nu tin seama de particularitatile spatiului incendiat.

Curba temperatura-timp ISO 834 (figura 1.8) este reprezentarea grafica a expresiei conventionale standardizate pe plan mondial data de relatia 1.13:

T - T₀ = 345×log₁₀(8×t+1) (1.13)

unde: T₀ este temperatura initiala, in ⁰C;

T - temperatura la un moment considerat dupa intervalul de timp t, in min..

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

Curba din figura 1.8, este utilizata ca program termic la cuptorul pentru determnarea rezistentei la foc a elementelor de constructie (pereti, stalpi, grinzi, plansee). Integrala curbei reprezinta infasuratoarea integralelor curbelor reale de temperatura a incendiilor (tabelul 1.14), determinate de sarcini termice diferite, existente intr-un compartiment de incendiu.

Tabelul 1.14 Temperaturi maxime pe durata desfasurarii incendiilor

Datorita evolutiei aleatorii a focului ca incendiu, nu pot exista doua incendii la fel, deci a caror evolutie sa fie paralela; in dezvoltarea unui incendiu intervin numerosi factori: forma si dimensiunile incaperii, sarcina termica, deschiderile spre exterior, natura si pozitionarea materialelor combustibile, locul si modul de initiere a incendiilor dispunerea incaperii in cladire etc.. Din acest motiv, in ultimii ani au fost dezvoltate modele de incendii sofisticate, menite sa aprecieze cat mai corect realitatea acestuia.

1.2.6 Modele de incendiu complexe (moderne)

Categoria modelelor de incendiu complexe (moderne) incearca sa surprinda tot mai mult elemente ce particularizeaza incendiul; acestea pot fi clasificate in:

modelele de incendiu fizice;

modelele de incendiu matematice.

Modele fizice de incendiu

Modelele fizice incearca sa reproduca fenomenul incendiului prin realizarea unei situatii fizice simplificate. Dintre acestea, modelele la scara redusa sunt o forma foarte raspandita avand in vedere ca experimentele la scara reala sunt costisitoare, complicate si, uneori, total imposibil de realizat. Deseori, prin studierea comportarii la foc la o scara redusa, se poate realiza intelegerea fenomenelor.

Scopul modelelor fizice este de a descoperi legile care guverneaza comportarea sistemelor fizico-chimice.

Orientarea moderna in dezvoltarea metodelor de testare a comportarii la foc a materialelor si in deosebi a elementelor de constructii, este de a considera testele ca modele fizice de comportare la foc si de a extrapola rezultatele obtinute la conditiile unui incendiu real.

Parametrii principali urmariti in orice model fizic sunt:

- volumul incintei (scara de reducere a fenomenului);

- geometria incintei (cuptorului): configuratii diferite determina propagari diferite ale fumului si gazelor de ardere, cu influente si asupra regimului termic;

- ventilarea incintei: influenteaza decisiv conditiile de ardere a materialelor;

- regimul termic si sursa de incalzire (raliyarea flacarii: alcool, gaz, epiradiator etc.) cu regim fix de temperatura sau cu o crestere (programata sau nu) a temperaturii; sursele electrice permit un control mai bun al nivelului de temperatura;

- reactia la foc a materialelor (timp de aprindere, timp de ardere, propagarea flacarii, pierderea de masa etc.);

- degajarea de fum si gaze toxice (opacitatea fumului, procentul gazelor toxice etc.).

Utilizarea aparatelor de masura, control si inregistrare nu trebuie sa influenteze (prin montare, functionare) desfasurarea fenomenelor.

Modele matematice de incendiu

Modelele matematice constau in gasirea unui set de ecuatii care descriu comportarea unui sistem fizic.

Modelul matematic rezultat poate fi utilizat ulterior pentru a anticipa comportarea sistemelor fizice reale prin simulare matematica (cele mai folosite sunt modelele matematice discret utilizate in simularile numerice); acestea se pot clasifica in:

- modele de incendiu deterministe;

- modele de incendiu probabiliste.

Modelele de incendiu deterministe pot varia de la simple corelari liniare de valori la modele foarte complexe ce necesita ore intregi de programare a datelor. Toate aceste modele considera dezvoltarea incendiului ca fiind stabilita de variabile ce definesc imprejurarile in care acesta este initiat. Conditiile fizice care determina dezvoltarea si consecintele incendiului sunt denumite in literatura de specialitate scenariu de incendiu. Scenariul include combustibilii implicati, amplasarea lor, caracteristicile cladirii si sistemele ei de protectie la foc, localizarea sursei de initiere, pozitia si capacitatea de deplasare a ocupantilor si orice alte variabile care pot influenta consecintele incendiului.

Exista modele complexe care descriu comportarea la incendiu in una sau mai multe incaperi incluzand o multitudine de procese fizico-chimice; acestea pot fi clasificate in:

- modele de incendiu zonale;

- modele de incendiu de camp.

Modele de incendiu zonale. In general, evolutia incendiului chiar si intr-o incapere este destul de complexa. Intelegerea in ansamblu a aspectelor legate de comportarea la incendiu s-a realizat printr-o constructie conceptuala simpla denumita modelare zonala.

In esenta un model zonal presupune ca un compartiment poate fi impartit in doua zone: zona superioara cu gaze de ardere calde si zona inferioara in principal cu aer rece. Fiecare zona in parte este considerata (in mod ideal) a avea temperaturi si concertatii de vapori uniforme. Planul ce separa cele doua zone se afla la interfata dintre stratul cald si cel rece si poate avea o miscare verticala pe durata incendiului.

Conceptul de model zonal simplifica campul termic al unei incaperi incendiate la doua temperaturi si inaltimea interfetei, in loc de un camp de temperaturi tridimensional. Se impun, totusi, specificate elemente suplimentare pentru a intelege in intregime evolutia incendiului, fiind necesare precizari referitoare la: miscarea curentilor de aer, deplasarea fumului, transferul de caldura si modelele de ardere.

Modele de incendiu de camp. Modelele de camp elimina simplificarile introduse in modelele zonale. Temperaturile, vitezele si concentratiile de gaze sunt calculate ca fiind campuri tridimensionale. Compartimentul este divizat in mii de celule componente, iar temperaturile, vitezele si concentratiile sunt determinate pentru fiecare din aceste celule. Modelul este similar unui model mecanic complex precum cele pentru curgerea turbulenta a fluidelor.

Modelele probabiliste interpreteaza variabilele ca avand un anumit grad de nedeterminare. Aceasta presupune o acuratete mai mare decat modelele deterministe simple. Modelele probabiliste sunt utile in evaluarea riscului de incendiu avand in vedere ca riscul reprezinta nedeterminarea pierderilor; pot furniza o valoare numerica a riscului de incendiu (unele modele complexe includ atat componente ale modelelor deterministe cat si a celor probabilistice); acestea pot fi:

- modele de tip retea;

- modele statistice;

- modele de simulare.

Modele de tip retea. Aceste modelele sunt modele de dezvoltare a incendiului la care trecerea de la o faza la alta, precum eficacitate instalatiilor automate de stingere a primei interventii, a protectiei pasive etc., sunt determinate de probabilitati bazate pe situatia organizatorica existenta (incluzand si inregistrarea evenimentelor negative recente) sau pe evaluari ale unor experti.

Un model tip retea este o reprezentare grafica a cailor prin care un fenomen sau proces trece dintr-o stare in alta, fiind util pentru optimizarea drumului parcurs (timp, distanta, cost etc.). Avantajul modelului tip retea este reprezentarea calitativa a structurii unei probleme, intelegerea intuitiva a procesului de selectare a probabilitatilor.

Cel mai simplu model probabilistic este arborele evenimentelor, un model al secventelor de stari posibile ale unui sistem si al evenimentelor corespunzatoare care conduc la aceste stari. Nodurile reprezinta evenimentele iar arcele modul in care un eveniment duce la altul. Prin atribuirea unei probabilitati fiecarui eveniment, arborele evenimentelor poate fi utilizat la calcularea probabilitatilor consecintelor.

Modele statistice. Aceste modele reprezinta probabilitatea aparitiei unui incendiu pe baza datelor statistice. Un exemplu clasic de model statistic este aparitia alarmelor de incendiu. Alarmele de incendiu sunt evenimente aleatorii care, intre anumite limite sunt uniforme ca natura. Astfel probabilitatea aparitiei unui incendiu sau alarme de incendiu este egala in orice moment. Un astfel de model poate fi util in planificarea resurselor pentru protectia la incendii.

Modelarea statistica implica descrierea fenomenelor aleatorii printr-o distributie probabilista corespunzatoare. O distributie probabilista poate fi conceputa ca o functie matematica ce defineste probabilitatea unui eveniment.

Modele de simulare. Aceste modele considera datele de intrare ale unui model determinist drept variabile aleatorii. Sunt examinate diferite seturi de conditii, studiindu-se modul in care acestea influenteaza rezultatul final. Prin selectarea datelor de intrare se obtine o multitudine de directii posibile fiind necesara utilizarea calculatoarelor pentru o analiza adecvata.

O simulare pe calculator utilizeaza modele matematice pentru a anticipa domeniul de rezultate posibile. Simularea Monte Calo porneste de la modelul rotii de ruleta lasand computerul sa selecteze un numar la intamplare executand o rotire a ruletei. Roata poate fi invartita de mii de ori intr-o secunda. O analogie a ruletei poate fi utilizata pentru a simula pe computer scenarii de incendii. Dezvoltarea incendiului poate fi reprezentata cu ajutorul unui model al tranzitiilor intre stari, determinate prin parametri sau variabile ale zonei incendiate, cum ar fi raspandirea flacarilor, densitatea sarcinii termice etc.. Pentru a reprezenta multitudinea variatiilor starilor de tranzitie trebuie luate in considerare mai multe roti de ruleta.

Gama aplicatiilor este foarte larga datorita flexibilitatii modelelor de simulare. Simularile pe calculator a evacuarii de urgenta a unei cladiri variaza de la modele de deplasare in timp la reprezentari detaliate legate de factorul uman decizional.

Alte domenii de aplicabilitate includ in evolutia si dezvoltarea incendiului si modul de actiune in caz de incendiu.

Modelele de simulare ale sistemelor complexe sunt utile dar costisitoare si necesita timp pentru elaborare si derulare. De aceea de multe ori sunt preferate modele simple care fac legatura directa intre datele de intrare si cele de iesire din sistem.

Aplicatii software pentru studierea incendiilor

Aplicatii pentru analiza incendiilor bazate pe modele deterministe. Acestea sunt programe care modeleaza sau simuleaza un proces sau un fenomen. Ele sunt utilizate in ultimul timp in proiectarea si analizarea instalatiilor de protectie la foc. Utilizarea modelelor create pe calculator cunoscute obisnuit ca programe de proiectare a devenit o practica uzuala in proiectarea instalatiilor de alimentare cu apa si a sistemelor automate de stingere a incendiilor. In plus fata de proiectarea instalatiilor de prevenire si stingere a incendiilor modelele pe calculator pot fi utilizate pentru evaluarea efectelor incendiului asupra persoanelor si bunurilor. Aceste aplicatii pot furniza o estimare rapida si completa asupra impactului unui incendiu si masurile utilizate pentru prevenirea si stingerea incendiului in concordanta cu multe din metodele utilizate anterior; in general, acestea pot fi grupate in aplicatii:

- pentru analiza incendiilor in incinte inchise;

- speciale.

Aplicatii pentru analiza incendiilor in satii inchise. Acestea sunt structurate pentru a evalua interactiunea unor procese multiple ce apar pe durata unui incendiu intr-o incinta inchisa cum ar fi: transferul de caldura, mecanica fluidelor si chimia arderii. Aplicatiile furnizeaza estimari legate de elemente ale dezvoltarii incendiului cum ar fi: cresterea de temperatura, precum si generarea si propagarea fumului. Unele aplicatii se limiteaza la incaperea in care s-a initiat incendiu, altele se pot aplica la mai multe incaperi. Pentru analizarea dezvoltarii incendiului intr-o incinta inchisa sunt aplicatii:

- probabiliste;

- deterministe.

Aplicatii probabiliste. Aceste aplicatii trateaza dezvoltarea incendiului ca fiind o serie de evenimente secventiale. Ele fac, uneori, referire la modelele de stadii intermediare. Sunt stabilite legi matematice care expliciteaza trecere de la o faza la alta (de exemplu, de la aprindere la arderea normala). Fiecarui punct de transfer i se atribuie o probabilitate bazata pe analiza datelor experimentale relevante si a datelor statistice referitoare la incendii similare. In mod normal aceste modele nu utilizeaza in mod direct ecuatiile fizice si chimice ce descriu procesele ce au loc in timpul unui incendiu.

Aplicatii deterministe. Spre deosebire de cele probabilistice, aplicatiile deterministe reprezinta procesele intalnite intr-un compartiment de incendiu descrise prin corelarea expresiilor matematice specifice fenomenelor fizice si chimice. Astfel de modele sunt foarte evoluate si permit ca orice variatie semnificativa a oricarui parametru fizic sa poata fi evaluata in termeni legati de probabilitatea evolutiei incendiului. Aplicatiile pot avea la baza proiectarii lor modele zonale si modele de camp.

Aplicatiile care utilizeaza modele zonale, cele mai multe, sunt americane, precum:

- ASET, pentru calculul temperaturii si pozitiei stratului de fum intr-o camera (cu usi si ferestre inchise);

- COPMPF 2, pentru calculul caracteristicilor unui incendiu in faza post flash-over, intr-un compartiment de incendiu;

- FIRST (FIRE Simulativ Technique) pentru prognozarea dezvoltarii unui incendiu intr-o camera pornind de la cateva focare. Datele de intrare includ geometria si proprietatile termodinamice ale camerei precum si natura focarului;

- FAST (Fire And Smoke Transport), pentru determinarea propagarii fumului in maxim 10 camere cu multiple deschideri atat intre camere, cat si in exterior;

- OSU (Ohio State University), pentru calculul vitezei de disipare a caldurii, vitezei de generare a fumului, ventilarii intr-o incinta cu propagare orizontala si/sau verticala a incendiului.

Aplicatii speciale. Aceste aplicatii utilizeaza modele destinate analizelor situatiilor speciale create de incendii, cum sunt: stabilitatea la foc a structurilor, anticiparea timpului de raspuns pentru detectoare termice si sprinklere automate etc..

Alte aplicatii sunt prezentate in anexa 1.3.

1.2.7 Efecte si cauze la incendii

Efectele incendiilor

Efectele nocive ale incendiilor sunt numeroase si ele se manifesta atat asupra constructiilor cat si asupra bunurilor si persoanelor adapostite (tabelul 1.15).

Tabelul 1.15 Efectele principale ale incendiului

Cauzele incendiilor

In analiza cauzelor unui incendiu trebuie avute in vedere urmatoarele patru componente ale cauzei incendiului:

- sursa care a produs aprinderea;

- mijlocul prin care s-a produs aprinderea;

- primul material aprins;

- imprejurarea in care s-a produs aprinderea.

Surse de aprindere. Pompierii romani utilizeaza pentru completarea rapoartelor de interventie si analiza statistica 14 tipuri de surse de aprindere: arc sau scanteie electrica, efect termic al curentului electric, scurtcircuit electric, electricitate statica, flacara deschisa, flacara inchisa-efect termic (caldura prin contact sau radiatie), frecare, scantei mecanice, jar sau scantei (inclusiv de la tigara), autoaprindere, reactie chimica, explozie, substante incendiare, trasnet, alte surse (radiatie solara, energie nucleara, cadere de corpuri din atmosfera etc.).

Mijloace care gnereaza surse de aprindere. Acestea pot fi grupate:

- aparate electrice: aparate electro-casnice, mijloace de iluminat electric, aparate de intrerupere si control, conductori si alte echipamente;

- sisteme care produc electricitate statica: de depozitare, de vehiculare si transport lichide sau pulberi combustibile, curele de transmitere a miscarii, de spalare in lichide combustibile, echipamente, unelte si scule care se incarca electrostatic;

- mijloace cu flacara deschisa: brichete, chibrituri, lampi, spirtiere, lumanari, torte, faclii;

- foc in aer liber;

- tigara;

- aparate de incalzit: cazane, cuptoare, aparate de gatit, sobe, uscatoare, dispozitive pentru sudura, taiere sau lipire cu gaze ori lichide combustibile;

- utilaje si sisteme de actionare: motoare, locomotive, masini;

- metale (materiale) care ard sau care produc scurgeri topite;

- conducte (canale) pentru agenti termici, ventilare sau produse de ardere: burlane si cosuri de fum, conducte de incalzire sau tehnologice cu abur sau alte fluide calde;

- produse ce se pot aprinde spontan;

- produse si substante care pot produce explozii;

- trasnet;

- corpuri supraincalzite de soare;

- reactoare sau arme nucleare.

Primele materiale si substantele care se aprind, sub actiunea surselor de aprindere, sunt foarte diverse. Acestea pot fi sub forma de gaze (vapori), lichide sau solide (inclusiv sub forma de pulberi).

Imprejurarile determinante intervin ca parametru si in evaluarea riscului de incendiu si pot fi grupate, astfel:

- instalatii electrice defecte;

- echipamente electrice improvizate;

- aparate electrice sub tensiune;

- sisteme de incalzire defecte;

- mijloace de incalzire improvizate;

- mijloace de incalzire nesupravegheate;

- cosuri, burlane de fum defecte sau necuratate;

- cenusa. jar sau scantei de la sisteme de incalzire;

- joc al copiilor cu focul;

- fumat;

- foc deschis;

- aprindere spontana (autoaprindere) sau reactii chimice;

- scantei mecanice, electrostatice sau de frecare;

- scurgeri (scapari) de produse inflamabile;

- defectiuni tehnice la constructie-montaj;

- nereguli organizatorice;

- defectiuni tehnice de exploatare;

- explozie urmata de incendiu;

- accident tehnic;

- trasnet si alte fenomene naturale;

- actiune intentionata (arson);

- alte imprejurari;

- nedeterminate.

Trebuie remarcat faptul ca anumite circumstante (inlaturarea urmelor pentru reluarea rapida a activitatii, numarul redus de indicii datorat distrugerilor masive, producerea in zone izolate fara personal calificat) nu permit identificarea cu certitudine si univoca a fiecareia dintre cele patru componente ale cauzei incendiului si, ca urmare, concluzia formulata poate avea doua sau mai multe variante probabile. Pe cale de consecinta sunt si situatii cand cauza incendiului ramane nedeterminata (in curs de stabilire) o perioada mai mare sau mai mica de timp; de aceea, in orice statistica nationala un procent variabil (5% 30%) revine incendiilor cu cauza nedeterminata.

Clasificarea incendiilor dupa cauzele care le-au produs

Initierea unui incendiu este un fenomen complex si presupune existenta simultana in timp si spatiu a urmatoarelor elemente absolut obligatorii pentru producerea acestuia:

- a sursei de aprindere si, implicit, amijlocului care o produce, sursa care sa posede energia minima necesara pentru initierea arderii;

- a materialului combustibil (gazos, lichid, solid) in cantitate suficienta pentru sustinerea arderii;

- a imprejurarii determinante si a altor conditii favorizante care sa puna in contact sursa de aprindere cu masa combustibila.

Clasificarea incendiilor functie de cauzele care le-au produs se poate face dupa elementele obligatorii mentionate mai sus, dar, in cele mai multe cazuri, se opteaza pentru analiza naturii surselor de aprindere. Astfel, se pot deosebi urmatoarele categorii de surse de aprindere:

- surse de aprindere cu flacara:

- focuri in aer liber;

- flacara (chibrit, lumanare);

- flacari de la aparate termice;

- surse de aprindere de natura termica:

- obiecte incandescente (tigara, topituri metalice, becuri si proiectoare electrice, jar si cenusa de la aparate de incalzit, particule incandescente de la sudura etc.);

- caldura degajata de aparate termice (casnice, industriale);

- efect termic al curentului electric;

- cosuri defecte si necuratate (fisuri, scantei etc.);

- surse de aprindere de natura electrica:

- arcuri si scantei electrice;

- scurtcircuit (echipamente, cabluri etc.);

- electricitate statica;

- surse de aprindere spontana:

- aprindere spontana de natura chimica (inclusiv reactii chimice exoterme);

- aprindere spontana de natura fizico-chimica;

- aprindere spontana de natura biologica;

- surse de aprindere de natura mecanica:

- scantei mecanice;

- frecare;

- surse de aprindere naturale:

- caldura solara;

- trasnet;

- surse de aprindere datorate explozivilor si materialelor incendiare;

- surse de aprindere indirecte (radiatia unui focar de incendiu, flacara unui amestec exploziv etc.).

Incendiile provocate (incendii tip arson) sunt tratate, datorita particularitatilor deosebite, separat, desi sursele de aprindere utilizate, de regula, de incendiatori se regasesc in categoriile anterioare.

Explozia, ca fenomen tehnic distinct, trebuie tratata ca imprejurare declansatoare a incendiului si nu ca sursa de aprindere. Pe de o parte explozia, ca orice ardere, poate genera sau nu un incendiu, pe de alta parte, sursele de initiere ale unei explozii nu sunt intotdeauna identice cu cele ale incendiului rezultat (de exemplu: comprimare adiabata intre anumite limite), fiind necesara o evidenta clara, distincta a cauzelor de explozii si de incendii, spre a evita confuzii si paralelisme. In principal, o explozie poate genera un incendiu, fie prin flacara amestecului exploziv care se propaga in spatiu intalnind alte materiale combustibile, fie prin scantei mecanice rezultate din socuri.