Upload
casamearo
View
320
Download
9
Embed Size (px)
DESCRIPTION
D. Diaconu ( Universitatea Tehnica Gh. Asachi din Iasi )
Citation preview
STRUCTURILE DIN LEMN MASIV NEPROTEJATEIN
CONTEXTUL SECURITATII LA INCENDIU
UNIVERSITATEA TEHNICA “GH. ASACHI” DIN IASIFACULTATEA DE CONSTRUCTII SI INSTALATII
Catedra de Maecanica Constructiilor
Prof. univ. dr. ing. Dan DIACONU-ŞOTROPAmai 2011
SECURITATEA LA INCENDIU IN CONSTRUCTII
DEFINITIVE/PERMANENTE
(> 4 ani)
PROVIZORII< 4 ani AUXILIARE
Pot fi obiectul unui incendiu
INDUSTRIALE AGRICOLE CU CARACTER CIVIL
RISCUL LA INCENDIU SE APRECIAZA si PENTRU DIMINUARESE IAU MASURILE DE PROTECTIE ADECVATE
OPTIMIST
CU CARACTER C MILITARCIVILE
MASURILE DE PROTECTIE LA INCENDIU PENTRU DIMINUAREA RISCULUI SPECIFIC
ACTIVE (si OPERATIVE) PASIVE
Care intra in actiune in momentul detectarii
incendiului
Care sunt permanent in actiune
deci si in momentul incendiului
Prin luarea de masuri pasive bine ginditese pot reduce pierderile de vieti si bunuriin situatia unui incendiu de proportii
PROTECTIA PASIVA implica si STABILITATEA STRUCTURII in situatia de incendiulegata de performanta produselor pentru constructii privind REZISTENTA LA FOC,
apreciată prin criteriile sale (R, E, I):
Vizeazalimitarea trecerii fumului si/sau gazelor fierbinti prin fisuri, crapaturi si/sau deschideriun timp minim, normat,in situatia de incendiu(pusa in evidenta prin aprinderea vatei de bumbac sau aparitia de flacari sustinute minim 10 s)
Vizeazalimitarea cresterii temperaturii pe fata neexpusa incendiului:-140°C, cazul temperaturii medii,-180°C, cazul temperaturiiin orice punct,-220°C, cazul temperaturii maxime,un timp minim, normat,in situatia de incendiu
Vizeaza pastrarea capacitatea portantaa unui element sau ansamblu de elemente pentru constructii un timp minim, normat,in situatia de incendiu
ETANSAREla fum şi gaze
fierbinti (E)
IZOLAREtermică (I)
REZISTENTA (R)
NIVELURILE DE REZISTENTA LA FOC IMPUSE ELEMENTELOR STRUCTURALE
Un scopul al activitatii de proiectare pentru situatia de incendiu este:realizarea rezistentei la foc pentru elementele structurii de rezistnta principale,precizat in normele de proiectare privind apararea impotriva incendiilor
In Romania:rezistenta la foc a elementelor structurii de rezistnta principale este precizata in:
- Normativ P118Siguranta la foc a constructiilor
preluat de (in anexa nationala, AN)
- SR EN 1991-1-2
PROCEDURA PENTRU CALCULUL LA FOC AL STRUCTURILOR CONSTRUCTIILOR (SR EN 1990, SR EN 1991-1-2/sectunea 2)
Presupune parcurgerea procesului etapizat:
1. Selectarea scenariilor de incendiu de calcul, relevante pentru compartimentul de incendiu ales;
2. Atribuirea focurilor de calcul, corespondente scenariilor de incendiu de calcul, în vederea stabilirii temperaturii la exteriorul elementelor structurale incendiate;
3. Stabilirea distributiei temperaturilor la interiorul elementelor structurale incendiate;
4. Stabilirea solicitarii elementelor structurale incendiate;
5. Verificarea rezistenţei la foc a elementelor structurale incendiate.
PROCEDURI DE VERIFICARE A REZISTENŢEI LA FOC A ELEMENTELOR STRUCTURALE
(SR EN 1991-1-2/paragraful 2.5)
• Generale:
- in domeniul rezistenţelor:Efi,d(Ffi,d) ≤ Rfi,d,t (Xd,fi)
- in domeniul timpului: proiectarea asistata de incercari
• Particuare:- in domeniul timpului (rezistentei la foc):tfi,requ ≤ tfi,d
- in domeniul temperaturilor:θd ≤ θcr,d
PENTRU VERIFICAREA LA FOC CONVENTIONAL ISO 834ESTE SUFICIENTA O ANALIZA A ELEMENTELOR STRUCTURALE
• Compartment Fire Test• Stair Trials• Stair Fire Test on Timber Frame Building• Reinstatement• Combustible cavities
Fire Tests on Timber Framed Building
PROIECTAREA ASISTATA DE INCERCARI
STABILIREA SOLICITARII ELEMENTELOR STRUCTURALE INCENDIATE, Efi,d(Ffi,d) (SR EN 1990/paragraful 6.4, SR EN 1995-1-2-2/paragraful 2.4.2)
Actiunile la nivelul structurii, in situatia de incendiu, pot fi:- termice, consecinţa fenomenelor de radiaţie, convecţie, conducţie;- mecanice, consecinţa încărcărilor, deformaţiilor impuse, variaţiilor din temperatură etc..
Incendiul este actiune accidentala
Combinarea actiunilor la nivelul structurii , in situatia de incendiu, se poate face cum urmeaza:ΣγGA × Gk,j + ψ1,1 × Qk,1 + Σ ψ2,I × Qk,i + Σ Ad(t)
Incendiul genereaza combinatii exceptionale
Proceduri de evaluare a solicitarilor, in situatia de incendiu, pot fi:- avansate: teoria generala a calculului structural (EN 1990 art. 5.1.4);- simplificate: metoda factorului de reducere a nivelului încărcărcării de proiectare în situaţia de incendiu
Efi,d = ηfi × Ed
ηfi = (Gk + ψfi×Qk,1) / (γG×Gk + γQ,1×Qk,1)sau minimul dintreηfi = (Gk + ψfi×Qk,1) / (γG×Gk + γQ,1×ψQ,1×Qk,1)ηfi = (Gk + ψfi×Qk,1) / (ζ×γG×Gk + γQ,1×Qk,1)
ACTIUNI TERMICE LA NIVELUL COMPARTIMENTULUI DE INCENDIUEVOLUTIA TEMPERATURILOR UNUI INCENDIU REAL
ACTIUNI TERMICE LA NIVELUL COMPARTIMENTULUI DE INCENDIU(SR EN 1991-1-2/sectiunea 3)
MODELE DE INCENDIU
Conventionale:- curba standardizata/ISO-834 (3.2.1)- curba focului exterior (3.2.2)- curba hidrocarburilor (3.2.3)
Naturale-simplificate (3.3.1) Foc de compartiment-curba parametrica Foc localizat
Naturale-avansate (3.3.2)- model cu 1 zona- model cu 2 zone- model CFD
CRESTEREACOMPLEXITATII
MODELE CONVENTIONALE DE INCENDIU
CURBA TEMPERATURA-TIMP ISO 834(cazul reglementarilor prescriptive)
• Nu ia in considerare faza PRE-FLASHOVER• Nu implica faza REGESIE* Nu depinde de SARCINA TERMICA si CONDITIILE DE VENTILARE
0
200
400
600
800
1000
1200
0 30 60
[°C]
90 120 180
Curba ISO-834 (EN1364 -1)
Timp [min]
ISO ISOISO
ISO ISO
ISO
ISO
ISO
Curba ISO* Trebuie considerată in TOT compartimentul chiar dacă
acesta este foarte mare
1110
9451006 1049
842
T = 20 + 345 log (8 t + 1)
FOCUL DE COMPARTIMENT
(t) uniformă in compartiment
FOCUL LOCALIZAT
MODELE NATURALE DE INCENDIU
(x,y,z,t)
FOCUL DE COMPARTIMENT: CURBA PARAMETRIZATA
• Focul de compartiment din Eurocode 1 are la bază studiile lui Wickström (1981/1982). Bazat pe bilanţul de căldură dintr-un compartiment el a sugerat că focul depinde în totalitate de raportul dintre factorul de deschidere şi inerţia termică a pereţilor compartimentului. A folosit curbele suedeze (Magnusson & Thelandersson 1970) pentru a valida teoria.
• Pentru faza de încălzire rezulta o relatie de forma:T = 1325 × (1- 0,324e-0,2t* - 0,204e+1,7t* - 0,472e-1,9t*) + 20
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
time [min]
O = 0.04 m ½O = 0.06 m ½O = 0.10 m ½O = 0.14 m ½O = 0.20 m ½
Iso-Curve
FOCUL DE COMPARTIMEN: CURBA PARAMETRIZATA(EN 1991-1-2/anexa A )
Temperatura [°C]
Pentru b, qfd, At & Af
date
EN 1991-1-2 (Anexa C ):
• Foc cu flăcări care nu ajung la tavanul compartimentului (Lf < H) / Foc in aer liber•Rezultate: temperturi dupa axa flăcării (°C)
Lungimea flăcărilor Lf unui foc localizat este dată de:
L
z D
f
H
Q(z) = 20 + 0,25 (0,8 Qc)2/3 (z-z0)-5/3 900°C
Lf = -1,02 D + 0,0148 Q2/5
FOC LOCALIZAT: HESKESTAD
Axa Flăcărilor
Origine virtuală
Anexa C din EN 1991-1-2:• Foc cu flăcări care ajung la tavanulcompartimentului (Lf > H)• Rezultate: fluxul de căldură la o distanţă r de axa flăcării (kW/m2)
Y = Inălţimea zonei libere
g
x
= Temperatura aerului la nivelul Grinzii Calculata cu CaPaFi
MODEL NATURAL DE INCENDIU: FOC LOCALIZAT TIP HASEMI
Grindă
r
Axa flăcării 0,33*2,9h HL H Q H
*6 2,51,11 10HQQH
Lungimea orizontală a flamei
debitul de căldură degajat al focului [W]
debitul de căldură adimensional
hL
*HQQ
PARTICULARITATILE EVALUARII REZISTENTEI ELEMENTELOR STRUCTURALEAFLATE IN SITUATIE DE INCENDIU, Rfi,d,t (Xd,fi)
IN CAZUL STRUCTURILOR CONSTRUCTIILOR DIN LEMN(SR EN 1995-1-2)
STRUCTURI GRELE STRUCTURI USOARE(protejate la incendiu: gips carton)
Diferenta fiind facuta de dimensiunea cea mai micaa elementelor componente:
80mm
Lemn masiv (cherestea)
Lemn lamelar(elemente din lemn incleiate)
Structura din panouri prefabricate
Structura cu elemente lamelare
Structura din butuci
Rezistentele elementului, valori de proiectare (SR EN 1995-1-2):Rfi,d,t = η × (R20/γM,fi)η: factorul de conversie R20 = kfi × Rk
kfi = 1,1 … 1,25 (tabelul 2.1)
Sub stratul carbonizat lemnul ramine neafectat de incendiu
In urma unui test de expunere la foc 30 minutegrinda de otel (16x40)cm a cedat (la farsitul intervalului)in timp cegrinda din lemn lamelar (17,8x53,3)cm s-a carbonizat pe o grosime de 1,9cm la exterior sia pastrat continuare capacitatea portanta
TRANSFORMARILE LEMNULUI EXPUS FOCULUI
1. La aproximativ 100°C, creste plasticitatea lemnului2. La aproximativ 200°C apare piroliza cand celuloza
incepe sa se descompuna (efectul este folosit in centralele termice cu gazeificare)
3. Pina in 300°C densitatea lemnului scade cu pana la 20%4. Peste 300°C lemnul se transforma in carbune5. Peste 500°C in stratul de carbune apar crapaturi6. Peste 1000°C stratul de carbune incepe sa se consume
PESTE 50°C REZISTENTELE SI RIGIDITATEA LEMNULUI SUNT AFECTATE
COMPORTAREA LEMNULUI INTERESEAZA PINA LA 300°C
PROPRIETATILE LEMNULUI CU CRESTEREA TEMPERATURIIModulul de elasticitate, E (SR EN 1995-1-2/anexa B)
In cazul unui lemn de brad,modulul de elasticitate perpendicular pe directia fibrelor,la 20°C este 3000daN/cm2 iarla 60°C este 1800daN/cm2 ( se reduce la 60%)
Valori de proiectare pentru rigiditate (E, G):S d,fi= k mod,fi x (S20/γM,fi)k mod,fi: factorul de modificare pentru focS20 = kfi × S05
kfi: = 1,1 … 1,25 (tabelul 2.1)
PROPRIETATILE LEMNULUI CU CRESTEREA TEMPERATURIIRezistentele materialului, R (SR EN 1995-1-2/anexa B)
Valori de proiectare pentru rezistenta materialului:f d,fi= k mod,fi x (f20/γM,fi)k mod,fi: factorul de modificare pentru focf20 = kfi × fk
kfi = 1,1 … 1,25 (tabelul 2.1)
PROPRIETATILE LEMNULUI CU CRESTEREA TEMPERATURIIRezistentele materialului, R (SR EN 1995-1-2/anexa B)
Temperatura Coef. reducereR compresiune
Coef. reducereR intindere
Coef. reducereR forfecare
25 1 1 1
50 0,70 0,90 0,77
75 0,50 0,75 0,60
100 0,25 0,65 0,40
125 0,22 0,56 0,35
150 0,19 0,50 0,30
175 0,15 0,40 0,25
200 0,12 0,34 0,20
225 0,10 0,25 0,15
250 0,75 0,15 0,10
300 0,00 0,00 0,00
Masa lemnoasa cu densitatea mai mica de 600 kg/mc Directie radiala Fr = 1 + ρ0 x 5.5 x 10-8 x ( T – Tr )
Directie tangentiala Ft = 1 + ρ0 x 8.2 x 10-8 x ( T – Tr )
Masa lemnoasa cu densitatea mai mare sau egala cu 600 kg/mc Directie radiala Fr = 1 + ρ0 x 4.5 x 10-8 x ( T – Tr )
Directie tangentiala Ft = 1 + ρ0 x 5.8 x 10-8 x ( T – Tr )
Lemnul tinde sa-si maresca volumul direct proportional cu cresterea temperaturii, densitatea si dupa directia fibrei
FACTOR DE EXPANSIUNE
PROPRIETATILE LEMNULUI CU CRESTEREA TEMPERATURIIConductivitatea termica, caldura specifica, densitatea (SR EN 1995-1-2/anexa B)
Densitatea
Valori de proiectare pentru vitezele de ardere a suprafetelor neprotejate la foc
CARBONIZAREA(SR EN 1995-1-2/paragraful 3.4)
Adincimea stratului carbonizat, dchar, creste cu viteza de ardere, β, si poate fi:- unidimensionala, dchar,0 = f(β0, viteza de arderea unidimensionala in cazul unui foc standard, constanta)- teoretica, dchar,n = f(βn, viteza de arderea teoretica, constanta)
Viteza de carbonizare depinde de: esenta lemnului, umiditatea lemnului, ventilare
IN CAZUL FOCULUI CONVENTIONAL - ISO 834
IN CAZUL FOCULUI NATRAL - PARAMETRIC
METODASECTIUNII REDUSE
METODAPROPIETATILOR REDUSE
- se deduce o sectiune efectivă,prin reducerea secţiunii transversale iniţiale cu adincimea efectivă de carbonizareplus un strat in vecinatatea limitei de carbonizare:def = dchar,n+ k0 x d0
dchar,n= βn x tk0 - tabelul 4.1d0 = 7 mm,
- se impune kmod,fi = 1 pentru rezistenta, f, si rigiditatea , S, a materialului .
- se deduce o sectiune remanenta, prin reducerea secţiunii transversale iniţiale cu adincimea de carbonizare:dchar = β x t,
- se kmod,fi = f(p, Ar) = 0,2 … 1 (figura 4.3) pentru rezistenta, f, si rigiditatea , S, a materialului .
dchar = βpar x t* (anexa A)
unde βpar = f(βn) depinde de:- βn, valoarea de proiectare a vitezei teoretice de carbonizare ;- O, factorul de deschidere (ventilatie);- Г, coeficientul proprietatilor termice ale delimitarilor compartimentului;
unde t* poate depinde de:- qtd, valoarea de calcul a densitatii sarcinii termice de incendiu.
METODE DE SIMPLIFICATE CALCUL A REZISTENTEI ELEMENTELOR STRUCTURALE(SR EN 1995-1-2/sectiunea 4)
CONECTORII
Abilitatea unei structuri de a rezista in situatia de incendiu depinde (in aceiasi masura) de performantele elementelor structurale si conexiunilor acestora (cu: suruburi metalice rapide, cuie si suruburi, tije filetate, placi metalice, cleiuri).
CONEXIUNEA cu SURUBURILOR RAPIDE, CUIELOR sau SURUBURILOR depinde de temperatua la care aceasta este expusa; cu cresterea temperaturii:- scade capacitatea acestora de a rezista la solicitari;- la temperaturi mari lemnul din imediata lor vecinatate carbonizeaza ducand la pierderea contactului;- intre conector si lemn (metalul transfera energia termica la interiorul elementului din lemn).
CUIELE reprezinta una din cele mai bune metode de imbinare:- penetreza lemnul mult mai bine decit adezivii;- reusesc sa se strecoare printre fibrele lemnoase datorita diametrului mic; - distribuie eforturi pe o suprafata mai mare decit suruburile.
CONECTORII in numar mare, raportat la suprafata elementului, duc la o crestere rapida a temperaturii in zona imbinarii.
DDimensionarea imbinarilor in imensionarea imbinarilor in situatiasituatia de de incendiuincendiu
ConectoriiMetoda supradimensiunii elementului
Imbinari neprotejate Imbinari protejateSupradimensionare element din lemn cu afi Timpul de intirziere
pentru scaderea capacitatii portante a imbinariiafi = ßn x kflux x ( treq – td,fi ) tch >treq – n x td,fi
n = 0,5 pentru protectie din lemn, placi gips-carton tip A sau Hn = 1,2 pentru protectie din placi gips-carton tip F
afi - supradimensiunea elemntului de lemntreq - timpul necesar de rezistenta la foctd,fi - timpul de rezistenta a imbinarii in cazul neprotejariißn - viteza de carbonizarekflux - coeficient ce tine cont de fluxul de caldura prin conector
tch - timpul de initiere al carbonizariitreq - timpul necesar de rezistenta la foctd,fi - timpul de rezistenta la foc al imbinarii in cazul neprotejarii
*) Supradimensiunea elementului este cu atit mai mare cu cit timpul necesar a rezista sub incendiu este mai mare**) o dimensiune prea mare a elemntului de lemn nu este economica
Dupa expirarea timpului de initiere a carbonizarii imbinarea se comporta ca si o imbinare neprotejata la care nu s-a luat masura supradimensionarii elemntelor cu afi
DDimensionarea imbinarilor in imensionarea imbinarilor in situatiasituatia de de incendiuincendiu
ConectoriiMetoda reducerii incarcarilor
Imbinari neprotejate Imbinari protejateRezistenta elementului metalic de imbinare Timpul de intirziere
pentru scaderea capacitatii portante a imbinariiFv,Rk,fi = e-k x t
d,fi x Fv,Rk tch > treq - n x td,fi
n = 0,5 pentru protectie din lemn, placi gips tip A sau Hn = 1,2 pentru protectie cu placi gips-carton tip F
k - parametru care tine cont de tipul imbinarii si diametrul conectoruluitd,fi - timpul de rezistenta la foc al imbinarii in cazul neprotejariiFv,Rk - capacitatea portanta a conectorului la temperatura normala
treq - timpul necesar de rezistenta la foctd,fi - timpul de rezistenta la foc al imbinarii in cazul neprotejarii
Capacitatea portanta a conectorului luata in calcul este cu atit mai mica cu cit conectorul trebuie sa reziste un timp mai lung sub incendiu
Scuritatea la incendiu în clădirile din lemnGhid tehnic
DOCUMENTE NORMATIVE EUROPENE PENTRU PROIECTAREA LA FOC A CONSTRUCTIILOR DIN LEMN
Multumesc pentru atentie
Scurt sumar al capitilelor ghidului
Capitolul 1, Clădiri din lemn, furnizează o scurtă introducere stabilta utilizare a construcţiilor din lemn şi renaşterea structurilor din lemn în ultimii ani ca rezultat al conducerii către o mai susţinută soluţionare a construcţiilor.Capitolul 2, Securitatea la incendiu în clădiri, dă o vedere generalăasupra conceptelor de bază ale securităţii la incendiu în clădiri. Se prezintă informaţii privind comportarea la foc, acţiunile datorate incendiului, scenariile la foc şi obiectivele securităţii la incendiu. Măsurile are realizează obiectivele securităţii la incendiu sunt descries fentru utilizare în toate clădirile şi ca o bazăpentru solutionarea proiectării în adrul acestui ghid.Capitolul 3, Cerinţe Europene, prezintă o vedere general asupra noilor cerinţe europene pentru securitatea la incendiu în clădiri bazate pe Directiva cu privire la Produsele pentru Construcţii (CPD) şi cerinţele esenţiale ale lor. Aceste cerinţe sunt obligatorii pentru toate ţările Uniunii Europene. Ele include sisteme de clasificare pentru reacţia la foc a produselor pentru construcţii, rezistenţa la foc a elementelor structural, performanţa la foc exterior a acoperişurilor, abilitatea de protecţie la foc a cladding Eurocodurilor privind structurile. Descrile modului cum aceste cerinţe sunt aplicate la produsele şi structurile din lemn sunt făcute în capitolele ce urmează.