Corrêa, Cajaty Braga, Bezerra, Silva, Tabaczenski, and Pires: Incendio en compartimiento de residencia en la Ciudad de Recife: Un estudio experimental



1. INTRODUCCIÓN

Los incendios en edificaciones en Brasil, no obstante, su frecuencia, todavía no son conocidos integralmente (RODRIGUES et al., 2017). Las edificaciones más susceptibles a estos siniestros, su ocupación, capacidad de resistencia, y sobre todo la capacidad de sobrevida en su interior, constituyen informaciones aún no consolidadas en Brasil (HAHNEMANN et al., 2017).

Buscando proponer un método fácil y exequible para este mapeo basado en recomendación de ABNT NBR 14023 (1997), se ha realizado el mapeo de los incendios de la ciudad de Recife, en el Estado de Pernambuco durante el trienio de 2011-2013, en el que ha sido posible constatar la predominancia de incendios en residencias en esta ciudad, siendo que esas son casi siempre edificadas con un único piso y destinados a habitación unifamiliar (CORRÊA et al, 2015). Posteriormente se ha establecido un modelo representativo de las edificaciones sinistradas, a la cual se ha llamado ‘Edificio Modal’, teniendo su layout de mobiliario representado por los objetos encontrados con mayor frecuencia en los incendios mapeados (CORRÊA et al, 2016).

En este artículo se exhibe un experimento de incendio real en uno de los dormitorios de esta edificación modal, cuya elección de una habitación está asociada a una gran frecuencia de focos iniciales de incendio en este ambiente, constatados por Corrêa y autores (2015).

Para representar este dormitorio, se ha utilizado una habitación del Taller de Entrenamiento de Combate a Incendios, dentro del Centro de Enseñanza e Instrucción del Cuerpo de Bomberos Militar de Pernambuco, que fue debidamente remodelado y adecuado para el experimento. Se ha establecido una carga-incendio compatible con la mueblería presente en este dormitorio. Por fin, el compartimiento ha sido sometido a un incendio real, a su vez monitoreado a través de imágenes VHS, cámara térmica y 24 termopares de tipo K, posicionados en distintos puntos, en el centro del dormitorio, en las piezas de mueblería, en las paredes en sus lados interno y externo.

Con eso se ha podido constatar que, entre los objetos, las más grandes temperaturas han sido observadas en la litera (principal elemento de carga-incendio consumida); entre las paredes, las más grandes temperaturas han sido medidas cerca de la puerta del compartimiento; y las máximas temperaturas atingidas por los gases han ocurrido a 2.10m de altura desde el piso (en el medio del compartimiento).

Al término de poco más de 40 minutos, y ya con el incendio en declinación, un equipo de Combate a Incendio del Cuerpo de Bomberos ha entrado en el ambiente, utilizando la técnica de jacto atomizado, y han extinguido las llamas remanecientes, y ha promovido el resfriamiento de las paredes.

2. REVISIÓN DE LA LITERATURA

Es verdad que muchos estudios utilizan componentes estructurales sometidos a grandes temperaturas, con el uso de hornos y paneles radiantes, en la búsqueda por descifrar el comportamiento de esas estructuras en situación de incendio (ZAGO et al., 2016; PIRES et al., 2012; LAIMet al., 2014), pero la interacción y la dinámica de los componentes de la carga-incendio, el comportamiento de las ondas térmicas, el flujo y los efectos de los gases inflamables imponen una dificultad más grande para ser simulados, precisamente en hornos o laboratorios, siendo necesaria la construcción de experimentos específicos.

Los experimentos de incendios naturales son eventos todavía raros en Brasil y en Latinoamérica. Considerados sus considerables riesgos y costos, algunos estudios utilizan edificaciones que han sufrido incendios para, a través de los testigos y análisis del escenario, estimar el evento (SILVA FILHO et al., 2011; SILVA, et al., 2007). En estos casos, el monitoreo de la dinámica del incendio es perspectivo, generalmente recurriendo también a la simulación computacional.

Sin embargo, algunas iniciativas de experimentos de incendios reales merecen destaque, como el experimento realizado por Lorenzi y autores (2013), que ha estudiado el incendio en una casa amueblada construida en planchas de acero con relleno de poliuretano. Se destaca que el inicio de este siniestro se ha dado en la sala de la casa, y se buscaba validar la seguridad contra incendio de una tecnología constructiva en expansión en el sur de Brasil.

En Norteamérica y en Europa Occidental, donde la cuestión de la seguridad contra incendio es tratada con inversiones más grandes, se tiene experiencias interesantes, como el gran experimento realizado por el Instituto Nacional de Padrones y Tecnología - EUA (NIST), con el apoyo del Cuerpo de Bomberos de Nueva York (FDNY) y de la Agencia Federal de Gestión de Emergencias (FEMA). Allí una serie de 14 experimentos de incendio real han sido conducidos en un edificio de 7 pisos, donde se ha ensayado varias dinámicas de desarrollo y combate a las llamas, todos los 14 eventos han sido iniciados con un incendio en la respectiva sala amueblada (NIST, 2009).

Cardington, en el Reino Unido, fue una iniciativa de gran visibilidad, donde un equipo multidisciplinar ha analizado el incendio natural en ocho compartimientos previamente preparados con revestimientos, carga-incendio y condiciones de ventilación distintos, teniendo como principal objetivo la búsqueda del refinamiento de los Eurocodes (LENNON y MOORE, 2003).

En resumen, en todos esos estudios, la curva de temperatura posee las características clásicas, presentadas en la Figura 1.

Figura 1

Representación de la evolución de las temperaturas, asociada a los diferentes parámetros de un incendio real compartimentado (Torero, 2011).

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3. MÉTODO Y EJECUCIÓN DEL EXPERIMIENTO

Durante el trienio de 2011-13 se ha realizado un estudio que ha generado una edificación modelo, que representa el conjunto de más de mil edificaciones incendiadas en este período, en la ciudad de Recife-PE a través de metodología propia (CORRÊA et al., 2015). Este estudio ha señalado hacia una residencia unifamiliar, construida básicamente en albañilería, con 97 metros cuadrados, y una carga incendio inspirada en los objetos más encontrados en los incendios (CORRÊA et al., 2016).

A partir de dicha casa modelo, se ha buscado la reproducción de uno de sus dormitorios en ambiente experimental, en una habitación en el Taller de entrenamiento de Combate a Incendio, dentro del Centro de Enseñanza e Instrucción del Cuerpo de Bomberos Militar de Pernambuco, construido en estructura de hormigón armado y sellado en blocs de cerámica no estructural, además de la cobertura en planta de hormigón pre-fabricado. Esta habitación, muy semejante alo encontrado y determinado por Corrêa y autores (2016), fue remodelada, y las cuatro paredes fueron preparadas de la siguiente forma: dos con chapisco de cemento, una con revestimiento de empañete de cemento, y una con revestimiento de yeso. Se ha instalado termopares en las paredes interna y externamente, para medir la conductibilidad térmica, y compararla en los diferentes revestimientos.

La carga de incendio del dormitorio fue materializada a través de los muebles y objetos determinados en la investigación de Corrêa et al. (2016), siendo ella constituida por: 01 (una) litera de madera, 01 (una) cama de soltero de madera, 03 (tres) colchones de espuma, 02 (dos) mesitas de noche grandes, y 01 (una) mesita de noche pequeña, las tres en aglomerado de madera, 01 (un) ropero en aglomerado de madera, 02 (dos) ventiladores y 01 (una) televisión pequeña, además de 20kg de ropas y 4kg de papeles, todo adquirido en una tienda de muebles usados, buscando la fidelidad de los objetos, y consecuente carga-incendio encontrados en las residencias frecuentemente incendiadas en la ciudad de Recife. La Figura 2 reproduce este planeamiento.

Figura 2

Bosquejos del compartimiento ensayado.

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Después de la reforma, la habitación fue debidamente preparada con la mueblería descrita, para luego ser instalada la instrumentación de medición. La habitación, antes de la quema, estaba de acuerdo con la representación en la Figura 3 a continuación.

Figura 3

Dormitorio antes del experimento de incendio.

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La carga de incendio utilizada, representada por la mueblería en el dormitorio, puede ser observada en la Tabla 1, destacando que ha sido calculada con base en el peso de las piezas en sus medidas, previstas en instrucciones normativas en uso en Brasil (CBMSC, 2014).

Tabla 1

Carga de incendio presente en el dormitorio incendiado

Objeto Material constituyente Cant. Dimensiones básicas Peso (kg) Densidad (kg/m³) Potencial calorífico (MJ/kg) Carga total (MJ)
Anch. (m) Prof. (m) Alt. (m)
Televisión de tubo 18'' Polipropileno, vidrio, componentes electrónicos, etc. 1.00 0.36 0.40 0.34 9.90 910.00 43.00 425.70
Ventilador 40 cm, 6 palas Polipropileno, componentes electrónicos, etc. 1.00 0.50 0.35 0.68 2.86 910.00 43.00 122.98
Ventilador 40 cm, 3 palas Polipropileno, componentes electrónicos, etc. 1.00 0.45 0.32 0.63 2.40 910.00 43.00 103.20
Ropas Tela 1.00 - - - 20.00 390.00 21.00 420.00
Papeles Papel 1.00 - - - 4.00 770.00 17.00 68.00
Ropero MDP (MediumDensityParticleboard), plástico, etc. 1.00 1.35 0.47 2.25 90.00 658.52 21.00 1890.00
Mesita de noche pequena MDP (MediumDensityParticleboard), plástico, etc. 1.00 0.37 0.32 0.49 5.60 658.52 21.00 117.60
Mesita de noche grande MDF (MediumDensityFiberboard), plástico, etc. 2.00 0.52 0.41 0.45 12.90 750.00 21.00 541.80
Cama de soltero Madera, compensado 1.00 0.95 2.04 0.97 33.40 588.46 21.00 701.40
Litera Madera 1.00 0.85 1.95 1.57 48.00 588.46 21.00 1008.00
Colchón (cama de soltero) Espuma de poliuretano 1.00 0.80 1.87 0.15 5.20 23.97 23.00 119.60
Colchón (litera) Espuma de poliuretano 2.00 0.71 1.91 0.16 7.10 33.78 23.00 326.60
Carga total (MJ) 5,844.88

Así pues, el dormitorio de 11.70 m² fue rellenado con una carga total de 5,844.88 MJ, ofreciendo una carga de incendio de 499.56 MJ/m², bien arriba de los 300 MJ/m² previstos en normas brasileñas recientes (CBMMG, 2013; CBMGO, 2014).

Buscando mediciones térmicas en el trascurso del ensayo, fueron instalados 24 (veinticuatro) termopares tipo K, distribuidos en el compartimiento según mostrado en la Figura 4.

Figura 4

Distribución de los termopares en el compartimiento ensayado

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El posicionamiento de los termopares tuvo la siguiente correspondencia con la enumeración mostrada en la Figura 4: 01 a 08, dispuestos en el eje representado en la figura, instalados a 0.3; 0.6; 0.9; 1.2; 1.5; 1.8; 2.1 y 2.4 metros, posibilitando la observación del grado de temperatura en varios niveles, o bien promoviendo la comparación con las distintas alturas de las vías respiratorias de un hombre de pie, agachado, arrastrándose o sobre una pieza de la mueblería; 09 y 10, interior y exterior de la pared con revestimiento de empañete; 11 y 12, interior y exterior de la pared con revestimiento de yeso; 13 y 14 interior y exterior de la pared con chapisco de cemento; 15, ventana; 16, colecta de gases; 17 y 18, litera, lecho superior e inferior, respectivamente; 19, cama de soltero; 20 y 21, mesitas de noche grandes (posicionadas al lado de la litera y de la cama de soltero, respectivamente); 22, mesita de noche pequeña con la televisión; 23 y 24, ropero, posicionados en la puerta y en el colgador, respectivamente. La instalación de los termopares en las paredes fue hecha a 2.1m de altura y a 0.5m de los vértices, con excepción de la pared con empañete, donde los termopares se han quedado en la misma altura y a 0.5 del portal de entrada.

Además, el experimento fue filmado para la complementación del análisis, utilizando para eso filmadora convencional y cámara térmica, pudiendo comparar ambas imágenes y proponer una comprensión más completa de las fases del incendio ensayado. La filmadora compacta convencional ha quedado en un orificio de 3cm de diámetro, localizado en la pared de la puerta, mientras que la cámara térmica ha acompañado las imágenes a partir de la ventana que ha permanecido abierta durante todo el experimento.

El experimento fue realizado en el período matinal del día 09 de marzo de 2017, y duró poco más de 45 minutos, contados desde el encendimiento de la llama inicial hasta el término de la extinción de parte del equipo de combate a incendios y su salida del local. Siendo iniciado a través de un dispositivo en parafina para encendimiento de chimeneas. La sustancia (parafina) y la localización del foco inicial también han sido inspiradas en las ocurrencias verificadas por Corrêa et al. (2015).

Inicialmente, la puerta del cómodo ha permanecido cerrada, siendo abierta a los 18 minutos de ensayo, favoreciendo la ventilación cruzada en el compartimiento, no hubo ventilación o agotamiento por equipo o jacto de manguera, siendo observado el fenómeno a partir de ventilación natural.

4. RESULTADOS

Se destacan algunos resultados a continuación, tales como la cronología, análisis de las temperaturas y representación por imágenes. En seguida de la cronología básica, la Figura 5 muestra los eventos del experimento propiamente dicho:

Figura 5

Cronología del Experimento

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1 - 00min35seg -Inicio de la llama en pastilla de parafina;

2 - 03min56seg -Inicio de la quema del lecho superior de la litera;

3 - 06min22seg -Saturación de gases de combustión;

4 - 07min38seg -Fin de la saturación por extracción natural de los gases e ingreso de aire con retorno de llama ‘viva’;

5 -10min36seg -Nueva saturación de gases de la combustión;

6 -11min49seg -Fin de la 2ª saturación por extracción natural de los gases e ingreso de aire con retorno de llama ‘viva’;

7 -18min02seg - Abertura de puertas posibilitando la circulación cruzada;

8 - 19min04seg - Desplazamiento del foco principal de incendio;

9 - 21min29seg -Inicio de la combustión del plástico del ventilador sobre la mesa entumecida;

10 -41min43seg - Desmoronamiento total de la litera.

Los termopares han medido las temperaturas durante todo el ensayo, siendo utilizado también el CompactDAQ de la NationalInstruments USB de 4 módulos, con módulo de medición NI 9213, que tiene sensibilidad de hasta 0.02oC. Sin embargo, la incerteza inherente al termopar está en el orden de 2.2oC debajo de 293oC, y +/- 0.75% arriba de eso (OMEGA, 2004). Ejemplo de esos datos puede ser visto en el gráfico abajo, en la Figura 6.

Figura 6

Temperaturas medidas desde el eje de termopares, puesto en el centro del compartimento.

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Se observa un incremento de las temperaturas en el centro del dormitorio en los ocho puntos de medición del eje de termopares, durante los primeros 4 minutos, hasta que el ambiente ha sido tomado por densa nube de gases, promoviendo una saturación gaseosa (fenómeno descripto en la literatura), donde la presión interna es bien más grande que la externa, impidiendo el ingreso de aire atmosférico, y consecuentemente del oxígeno, llegando a ser medido en el termopar a 2.4m 600oC, a los 3 minutos y 40 segundos.

A continuación, la alta presión interna de los gases promueve un lento agotamiento de la nube, acompañado de una disminución gradual de las temperaturas, hasta aproximadamente el séptimo minuto, cuando un nuevo ingreso de aire atmosférico, rico en comburente, realimenta la combustión, tornando el incendio nuevamente vivo (con presencia intensa de llamas y luminosidad), acompañada del aumento de temperaturas, llegando a ser medido, en el termopar a 2.1m del piso, 667oC a los 8 minutos y 35 segundos. Una vez más, la gran producción de gases de la combustión se intensifica, disminuyendo la disponibilidad de entrada de aire/oxígeno. Se mide una disminución de más de 100oC en los puntos más altos, seguido de un agotamiento natural y un nuevo ingreso de comburente.

Estos ciclos se repiten algunas veces hasta el décimo quinto minuto, cuando las temperaturas inician una declinación progresiva, llegando al termopar con más grande medida informar 300oC, y los más bajos, menos de 100oC, presentando la clásica fase de resfriamiento, demostrada por Torero (2011).

Se destaca que, con raras excepciones, los termopares en el eje presentan una cierta compatibilidad, habiendo las temperaturas crecido y decrecido al mismo tiempo en todos ellos, hasta la abertura de la puerta a los 18 minutos, cuando se anunciaba la declinación del incendio. Con la abertura de la puerta y el establecimiento de la ventilación cruzada, las temperaturas medidas en el centro del dormitorio perdieron la compatibilidad, oscilando individualmente, sin presentar un estándar común. La ventilación cruzada ha proporcionado una circulación de los gases calientes en diversas bandas de altura: a los 23 minutos de ensayo, la temperatura del termopar a 0.60m es más alta que la de los termopares a 2.10m y 2.40m. Sin la ventilación cruzada, tal situación sería improbable por el principio de la convección demostrado por Joanssens (2016).

A partir de los 30 minutos de ensayo, con la disminución del material combustible, las temperaturas se dividen en dos estándares: los cinco termopares más elevados (2.4m, 2.1m, 1.8m, 1.5m y 1.2m) presentan temperaturas próximas a los 200oC, mientras que los tres termopares más próximos al piso (0.9m, 0.6m y 0.3m) presentan temperaturas próximas a 100oC. Sin embargo, ambos estándares presentan una caída casi linear, caracterizando la fase de refrigeración del incendio.

Se resalta que no hubo la generalización del incendio o Flashover, en su forma clásica, en este experimento. Se observa que este incendio difiere de la curva clásica de temperaturas presentada en la Figura 1, sobre todo por el movimiento cíclico de Combustión Viva - Saturación Gaseosa - Extracción Natural - Ingreso de Oxígeno - Combustión Viva, promoviendo valles y picos de temperaturas, y consecuentemente, una curva bastante menos linear.

El comportamiento de las temperaturas en los objetos dela mueblería puede ser visto en los gráficos de la Figura 7 a continuación.

Figura 7

Temperaturas medidas en los objetos.

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Se ve que las más altas temperaturas han sido medidas en el lecho inferior de la litera, llegando cerca de 800oC en varios momentos (10, 19, 27 y 31 minutos), hecho compatible con el hecho de ser la pieza de mueblería donde el incendio fue iniciado, y el objeto más tocado por las llamas. Llama la atención también, principalmente después de los 25 primeros minutos de quema y de la abertura de la puerta (18 minutos), el aumento de temperatura en la puerta y en el interior del ropero, que, aun no habiendo sido completamente consumido, ha alcanzado temperaturas que superan a los 700oC. En parte, este calentamiento es explicado por la convección de los gases para el interior del ropero que, a través de su geometría, ha facilitado el acúmulo de gases calientes, además, algunas piezas de vestidos entraron en combustión, promoviendo la producción de calor.

Como ya revelado, las paredes de albañilería de blocs cerámicos también han tenido medidas térmicas, hechas en las partes interna y externa. Se subraya que todas ellas poseían revestimiento, sea de empañete, de chapisco de cemento y de yeso. Las paredes que se quedaron más cerca de la litera fueron las que han sido revestidas de chapisco de cemento y de yeso. A continuación, la Figura 8 muestra el gráfico que representa las temperaturas medidas en las paredes durante el experimento.

Figura 8

Temperaturas medidas en las paredes interna y externamente

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Las temperaturas en las paredes internas, principalmente las con chapisco de cemento y de yeso (más cercanas al foco inicial de incendio) han acompañado la curva de aumento y disminución, medidas en el centro del dormitorio a través del eje de termopares, a partir del proceso de producción de gases, saturación, extracción natural, ingreso de aire atmosférico (oxígeno), quema viva, producción de gases, y etc., hasta la abertura de la puerta. Esa asertiva puede ser comprobada a partir de la comparación de estos dos termopares con el localizado a 2.10m de altura del piso, en el eje.

A los 4 minutos de ensayo, la pared con revestimiento de yeso llegó a 702oC en su faz interna, mientras que la con chapisco de cemento llevaba a 641oC. A los 9 minutos y 54 segundos, la pared con chapisco estaba bajo 684oC, y la revestida de yeso a 662oC, siendo estos los más grandes picos registrados, se subraya que ambas presentan una proximidad bastante relevante hasta el momento de la abertura de la puerta.

La pared con revestimiento de empañete (más lejos del foco inicial de incendio) tuvo su curva por debajo de los 400oC hasta los 14 minutos y 12 segundos, cuanto tuvo el último pico de temperatura antes de la abertura de la puerta.

Las temperaturas de todas las paredes internas, después de la abertura de la puerta, se aproximan sustancialmente hasta los 22 minutos de ensayo, cuando la temperatura de la pared en yeso sube sustancialmente, llegando a alcanzar valores superiores a 600oC.

En las temperaturas de las paredes externas, se ve poca variación hasta la abertura de la puerta, con valores que pasan de los 60oC. Se destaca un aumento extremamente significativo de la temperatura de la faz externa en la pared con revestimiento de empañete, que, después de la abertura de la puerta y consecuente ventilación cruzada, suben para más de 645oC en poco más de 5 minutos, manteniendo picos y valles por encima de 400oC y llegando a 878oC a los 30 minutos y 24 segundos.

Para examinar más detalladamente la conducción térmica a partir de las paredes en albañilería de blocs cerámicos de 8 agujeros horizontales, revestidas internamente con yeso, chapisco de cemento y empañete, se propone el gráfico mostrado en la Figura 9.

Figura 9

Temperaturas medidas en las paredes externas

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Se observa que las altas temperaturas internas no han sido conducidas hacia la faz externa de las paredes, aun las más cercanas al foco inicial del incendio. La subida abrupta de la temperatura externa en la pared revestida de empañete está asociada a la abertura de la puerta y el inicio de la ventilación cruzada, revelando que la abertura de un compartimiento incendiado puede traer una elevación sustancial de la temperatura de las habitaciones contiguas, y por consecuencia, una propagación del incendio.

Cabe notar que, cuando analizadas apenas las paredes revestidas internamente con chapisco de cemento y yeso, se nota un buen aislamiento térmico para ambas, pues, aun con temperaturas internas que han ultrapasado a los 680oC, externamente ambas no han llegado a medir ni siquiera 60oC. Sin embargo, comparando el desempeño, el revestimiento de chapisco de cemento se ha revelado menos eficaz que el de yeso, siendo que el primero ha llegado a 54.38oC a los 5 minutos y 58 segundos, mientras que el segundo tuvo temperatura máxima de 38.19oC a los 47 minutos y 49 segundos de experimento. El ensayo fue acompañado de filmación térmica, ejecutada por técnico en termografía, cedido por la empresa ‘Câmara Térmica FLIR’. A continuación, la figura 10 muestra algunas imágenes comparativas entre las captadas por cámaras convencionales y las termográficas:

Figura 10

Imágenes Térmicas de la Entrada del Equipo de Combate a Incendios.

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En las imágenes térmicas se puede ver una gran cantidad de informaciones que pueden perfeccionar el combate a incendios, como piezas con gran liberación térmica (focos de incendio) que quedan invisibles en medio a los gases de la combustión, así como apuntar hacia diferentes componentes estructurales, como blocs cerámicos ocultos bajo el revestimiento, o aun dar indicaciones de colapsos estructurales no vistos a ojo desnudo, proporcionando incluso la evacuación de la área afectada y áreas adyacentes.

Otro factor evidenciado en las imágenes térmicas es el proceso de refrigeración de estructuras como se ve en la Figura 11.

Figura 11

Imágenes Térmicas de la Refrigeración de Estructuras.

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En las imágenes térmicas arriba se ve la eficiencia de la aplicación de un jacto ‘atomizado’, jacto de agua aplicado a través de mangueras de incendio de 1 ½ pulgadas, con presión de trabajo 8 Kf/cm2(PSI) a un caudal de 30 galones por minuto, con abertura de 60o de accionamiento por 1 a 2 segundos, sobre las paredes en albañilería revestidas.

En la primera imagen un único jato proporciona, casi instantáneamente, la reducción de 160oC para 99.1oC, mientras que, en la segunda imagen, un conjunto de algunos jatos disminuye la temperatura de las paredes para 68.8oC en muchos puntos de su área.

Es importante destacar que una de las mesitas de noche fue entumecida con pintura específica para madera, de fabricación CKC do Brasil, aplicada según las instrucciones del fabricante, siendo la observación del comportamiento de la pieza en medio a un incendio natural un estudio propio.

Después del experimento se observan algunos muebles completamente consumidos (litera, colchones, ventiladores) o irrecuperables (ropero y televisión), las paredes están completamente chamuscadas, pero sin grandes patologías observables a ojo desnudo. La Figura 12 muestra las imágenes del cómodo después del incendio.

Figura 12

Imágenes del cómodo después del incendio.

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5. CONCLUSIONES

Se concluye inicialmente que el estudio ahora presentado (basado en una estadística de más de 1,000 incendios y con un monitoreo razonable), aún es escaso en Latinoamérica.

Se puede concluir que la carga de incendio del dormitorio analizado es bastante superior a lo estipulado en las normas brasileñas que, como regla general, apuntan hacia 300 MJ/m² para este tipo de edificación, contraponiéndose a los 499.56 MJ/m² calculados a través de los objetos y mueblería indicados por Corrêa et al. (2016).

En el experimento se ha observado una curva de temperatura vs tiempo bastante distinta de la curva ‘clásica’, asociada a la oscilación generada principalmente por el proceso cíclico de Combustión Viva - Producción de Gases - Saturación Gaseosa - Extracción Natural - Ingreso de Oxígeno - Combustión Viva, de cierta forma esperado, ya que la curva comentada es cualitativa y busca presentar un promedio de las temperaturas.

Entre los objetos, las más altas temperaturas han sido observadas en la litera, principal elemento de la carga de incendio consumida, y en el ropero que, aun no siendo consumido totalmente, ha presentado temperaturas por encima de los 700oC, mostrando como la geometría de los objetos puede facilitar la concentración de gases calientes y flujos térmicos, siendo este más un factor a ser evaluado en la Seguridad Contra Incendio en Edificaciones (SCIE).

Las paredes internas, próximas al foco principal, han tenido temperaturas semejantes, estas eran revestidas de yeso y chapisco de cemento, alcanzando picos de hasta 700oC en las fases de crecimiento y desarrollo del incendio.

La conducción térmica de las paredes en albañilería se ha revelado baja en este experimento, no habiendo temperaturas por encima de 60oC en las faces externa de las mismas. Sin embargo, cuando comparadas, las conductividades de las paredes revestidas con yeso y chapisco de cemento, se nota una diferencia en favor de la primera, que en su faz externa, tuvo temperatura máxima de 38.19oC, mientras que la segunda presentó 54.38oC.

La abertura de una puerta en un compartimiento, como el montado para el experimento, promueve fenómenos relevantes para la dinámica del incendio, entre ellos se destaca la ventilación cruzada, que puede llevar el flujo de calor rápidamente hacia compartimientos adyacentes, como ha sido medido por el termopar en la faz externa de la pared con revestimiento de empañete, propagando el incendio en caso de existir material combustible en este compartimiento.

El resfriamiento de las paredes en albañilería por ‘jacto atomizado’ se ha mostrado bastante eficaz, conforme constatado en las imágenes térmicas. Estas imágenes también pueden ser utilizadas para un perfeccionamiento del combate a incendio y en el examen de las estructuras durante el siniestro con estas características.

Finalmente, la utilización de un compartimiento con dimensiones, características estructurales, carga-incendio y dinámica, semejantes a las encontradas en levantamiento estadístico, genera resultados relevantes; sin embargo, la repetición de experimentos basados en incendios frecuentemente ocurridos en edificaciones debe ser perseguida, para la cristalización y generalización de las conclusiones ahora levantadas.

6. AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a las empresas CKC do Brasil por haber cedido tinta intumescente, y a Câmaras Térmicas FLIR, por haber acompañado el experimento, promoviendo el filmaje térmico. Agradecen también a los Cuerpos de Bomberos Militares de Pernambuco y del Distrito Federal, por haber cedido el personal y equipos fundamentales para la ejecución del ensayo.

7. REFERENCIAS

1 

ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14.023: Registro de Atividades de Bombeiros, Rio de Janeiro, 1997.

ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 14.023 Registro de Atividades de BombeirosRio de Janeiro1997

2 

Corrêa, Cristiano; Rêgo Silva, J. J., Pires, T. A., Braga, G. C. (2015),“Mapeamento de Incêndios em Edificações: Um estudo de caso na cidade do Recife”. Revista de Engenharia CivilIMED, V. 2, Nº. 3, 2015, pp. 15-34.

Cristiano Corrêa J. J. Rêgo Silva T. A. Pires G. C. Braga 2015Mapeamento de Incêndios em Edificações: Um estudo de caso na cidade do RecifeRevista de Engenharia CivilIMED231534

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1. INTRODUÇÃO

Os incêndios em edificações no Brasil, a despeito de sua frequência, ainda não são conhecidos integralmente. (RODRIGUES et al., 2017). As edificações mais suscetíveis a estes sinistros, sua ocupação, capacidade de resiliência e principalmente capacidade de sobrevida em seu interior, constituem informações ainda não consolidadas no Brasil. (HAHNEMANN et al., 2017).

Buscando propor um método fácil e exequível para este mapeamento baseado em recomendação da ABNT NBR 14023 (1997), realizou-se o mapeamento dos incêndios da cidade do Recife, no Estado de Pernambuco durante o triênio de 2011-2013, no qual foi possível constatar a predominância de incêndios em residências nesta cidade, sendo estas quase sempre edificadas com um único pavimento e destinando-se a habitação unifamiliar. (CORRÊA et al, 2015). Posteriormente foi estabelecido um modelo representativo das edificações sinistradas a qual foi chamado de ‘Edifício Modal’, tendo seu layout de mobiliário representado pelos objetos encontrados com maior frequência nos incêndios mapeados. (CORRÊA et al.,2016).

Neste artigo exibe-se um experimento de incêndio real em um dos dormitórios desta edificação modal, cuja escolha do cômodo está associada a grande frequência de focos iniciais de incêndio neste ambiente constatados por Corrêa e autores (2015).

Para representar este dormitório, utilizou-se de um cômodo da Oficina de treinamento de Combate a Incêndio, dentro do Centro de Ensino e Instrução do Corpo de Bombeiros Militar de Pernambuco, que foi devidamente reformado e adequado para o experimento. Foi estabelecida também uma carga-incêndio compatível com a mobília presente neste dormitório. Por fim, o compartimento foi submetido a um incêndio real, que foi monitorado através de imagens VHS, câmara térmica e 24 termopares do tipo K posicionados em diferentes pontos no centro do dormitório, nas peças do mobiliário, e nas paredes em suas faces interna e externa.

Com isso, pôde-se constatar que: entre os objetos, as maiores temperaturas foram observadas no beliche (principal elemento da carga-incêndio consumida); entre as paredes, as maiores temperaturas foram medidas próximas da porta do compartimento; e as máximas temperaturas atingidas pelos gases ocorreram a 2,10 m de altura do piso (no meio do compartimento).

Ao término de pouco mais de 40 minutos, e já com o incêndio em declínio, adentrou ao ambiente uma equipe de Combate a Incêndio do Corpo de Bombeiros, que utilizando a técnica de jato atomizado, extinguiu as chamas remanescentes e promoveu o resfriamento das paredes.

2. REVISÃO DA LITERATURA

É verdade que muitos estudos utilizam componentes estruturais submetidos a grandes temperaturas com o uso de fornos e painéis radiantes na busca de decifrar o comportamento destas estruturas em situação de incêndio (ZAGO et al., 2016; PIRES et al., 2012; LAIM et al., 2014), mas a interação e a dinâmica dos componentes da carga-incêndio, o comportamento das ondas térmicas o fluxo e efeitos dos gases inflamáveis impõem maior dificuldade em ser simulados precisamente em fornos ou laboratórios, sendo necessário a construção de experimentos específicos.

Os experimentos de incêndios naturais são eventos ainda raros no Brasil e na América Latina. Visto seus consideráveis riscos e custos, alguns estudos utilizam edificações que sofreram incêndios para através dos testemunhos e analises do cenário estimar o evento (SILVA FILHO, et al., 2011; SILVA, et al., 2007). Nestes casos o monitoramento da dinâmica do incêndio é perspectivo, geralmente recorrendo também a simulação computacional.

Contudo algumas iniciativas de experimentos de incêndios reais merecem destaque, como o experimento realizado por Lorenzi e autores (2013), que estudou o incêndio em uma casa mobiliada construída em chapas de aço com preenchimento de poliuretano. Destaca-se que o início deste sinistro se deu na sala da casa e buscava validar a segurança contra incêndio de uma tecnologia construtiva em expansão no sul do Brasil.

Na América do Norte e Europa Ocidental, onde a questão da Segurança Contra Incêndio é tratada com maiores investimentos, têm-se experiências interessantes como o grande experimento realizado pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia - EUA (NIST), com o apoio do Corpo de Bombeiros de Nova York (FDNY) e da Agência Federal de Gestão de Emergências (FEMA). Onde uma série de 14 experimentos de incêndio real foram conduzidos em um prédio de 7 pavimentos, onde foram ensaiadas várias dinâmicas de desenvolvimento e combate às chamas, todos os 14 eventos iniciaram com um incêndio na respectiva sala mobiliada. (NIST, 2009).

Cardington no Reino Unido foi uma iniciativa de grande visibilidade, onde uma equipe multidisciplinar analisou o incêndio natural em oito compartimentos previamente preparados, com revestimentos, carga-incêndio e condições de ventilação distintos, tendo como principal objetivo a busca do refinamento dos Eurocodes (LENNON e MOORE, 2003).

Resumidamente, em todos estes estudos, a curva de temperatura possui as características clássicas apresentadas na Figura 1.

Figura 1

Representação da evolução de temperaturas associada aos diferentes parâmetros de um incêndio real compartimentado (Torero, 2011).

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf13.jpg

3. MÉTODO E EXECUÇÃO DO EXPERIMENTO

Durante o triênio de 2011-13 foi realizado um estudo que gerou uma edificação modal que representa o conjunto de mais de mil edificações incendiadas neste período na cidade de Recife-PE através de metodologia própria. (CORRÊA et al.,2015). Este estudo apontou para uma residência unifamiliar, construída basicamente em alvenaria, com 97 metros quadrados e uma carga incêndio inspirada nos objetos mais encontrados nos incêndios. (CORRÊA et al., 2016).

A partir da dita casa modal, buscou-se a reprodução de um de seus dormitórios em ambiente experimental em um cômodo na Oficina de treinamento de Combate a Incêndio, dentro do Centro de Ensino e Instrução do Corpo de Bombeiros Militar de Pernambuco, construído em estrutura de concreto armado e vedação em blocos cerâmicos não estrutural, além da cobertura em laje pré-moldada. Este cômodo, muito semelhante ao encontrado no modelo determinado por Corrêa e autores (2016), foi reformado e as quatro paredes foram assim preparadas: duas com chapisco cimentício, uma com revestimento de argamassa de cimento e uma com revestimento de argamassa de gesso. Foram instalados termopares nas paredes internamente e externamente, para aferir a condutividade térmica e compara-la nos diferentes revestimentos.

A carga de incêndio do dormitório foi materializada através dos móveis e objetos determinados na pesquisa de Corrêa et al. (2016), sendo esta constituída de: 01 (um) cama beliche de madeira, 01 (uma) cama de solteiro de madeira, 03 (três) colchões de espuma, 02 (dois) criados mudos grandes e 01 (um) criado mudo pequeno, ambos em aglomerado de madeira, 01 (um) guarda-roupas em aglomerado de madeira, 02 (dois) ventiladores e 01(um) televisor pequeno, além de 20 kg de roupas e 4 kg de papéis, tudo adquirido em um estabelecimento de móveis usados, buscando a fidedignidade dos objetos, e consequentemente carga incêndio encontrada nas residências frequentemente incendiadas na cidade de Recife. A Figura 2 reproduz este planejamento.

Figura 2

Esboços do compartimento ensaiado

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf2.jpg

Após a reforma o cômodo foi devidamente preparado com o mobiliário descrito para posteriormente ser instalada a instrumentação de medição. O cômodo antes da queima estava de acordo com a representação na Figura 3 a seguir.

Figura 3

Dormitório antes do experimento de incêndio.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf3.jpg

A carga de incêndio utilizada, representada pelo mobiliário no dormitório pode ser observada na Tabela 1, destacando que esta foi calculada com base no peso das peças e nas mensurações previstas em instruções normativas em uso no Brasil (CBMSC, 2014).

Tabela 1

Carga de incêndio presente no dormitório incendiado

Objeto Material constituinte Quant. Dimensões básicas Peso (kg) Densidade (kg/m³) Potencial calorífico (MJ/kg) Carga total (MJ)
Larg. (m) Prof. (m) Alt. (m)
Televisor de tubo 18'' Polipropileno, vidro, componentes eletrônicos, etc. 1,00 0,36 0,40 0,34 9,90 910,00 43,00 425,70
Ventilador 40 cm, 6 pás Polipropileno, componentes eletrônicos, etc. 1,00 0,50 0,35 0,68 2,86 910,00 43,00 122,98
Ventilador 40 cm, 3 pás Polipropileno, componentes eletrônicos, etc. 1,00 0,45 0,32 0,63 2,40 910,00 43,00 103,20
Roupas Tecido 1,00 - - - 20,00 390,00 21,00 420,00
Papéis Papel 1,00 - - - 4,00 770,00 17,00 68,00
Guarda-roupas MDP (MediumDensityParticleboard), plástico, etc. 1,00 1,35 0,47 2,25 90,00 658,52 21,00 1890,00
Criado mudo pequeno MDP (MediumDensityParticleboard), plástico, etc. 1,00 0,37 0,32 0,49 5,60 658,52 21,00 117,60
Criado mudo grande MDF (MediumDensityFiberboard), plástico, etc. 2,00 0,52 0,41 0,45 12,90 750,00 21,00 541,80
Cama de solteiro Madeira, compensado 1,00 0,95 2,04 0,97 33,40 588,46 21,00 701,40
Beliche Madeira 1,00 0,85 1,95 1,57 48,00 588,46 21,00 1008,00
Colchão (cama de solteiro) Espuma de poliuretano 1,00 0,80 1,87 0,15 5,20 23,97 23,00 119,60
Colchão (beliche) Espuma de poliuretano 2,00 0,71 1,91 0,16 7,10 33,78 23,00 326,60
Carga total (MJ) 5844,88

Assim, o dormitório de 11,70 m² foi preenchido com uma carga total de 5.844,88 MJ, ofertando uma carga de incêndio de 499,56 MJ/m², bem acima dos 300 MJ/m² previstos em normas brasileiras recentes (CBMMG, 2013; CBMGO, 2014).

Buscando aferições térmicas no decorrer do ensaio, foram instalados 24 (vinte e quatro) termopares tipo K, distribuídos no compartimento conforme mostrado na Figura 4.

Figura 4

Distribuição dos termopares no compartimento ensaiado

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf16.jpg

O posicionamento dos termopares teve a seguinte correspondência com a enumeração mostrada na Figura 4: 01 a 08, dispostos a haste representada na figura, instalados a 0,3; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5; 1,8; 2,1 e 2,4 metros, possibilitando a observação do gradiente de temperatura em vários níveis, ou mesmo promovendo a comparação com diversas alturas das vias respiratórias de um homem em pé, agachado, rastejando ou sobre uma peça de mobiliário; 09 e 10, interior e exterior da parede com revestimento de argamassa de cimento; 11 e 12, interior e exterior da parede com revestimento de gesso; 13 e 14 interior e exterior da parede com chapisco cimentício; 15, janela; 16, coleta de gases; 17 e 18, beliche, leito superior e inferior respectivamente; 19, cama de solteiro; 20 e 21, criados-mudos grandes (posicionados ao lado da beliche e cama de solteiro respectivamente); 22, criado-mudo pequeno com o aparelho televisor; 23 e 24, guarda-roupa, posicionado na porta e nos cabides respectivamente. A instalação dos termopares nas paredes foi feita a 2,1 m de altura e a 0,5 m dos vértices, com exceção da parede com reboco cimentício onde os termopares ficaram a mesma altura e a 0,5 m do portal de entrada.

Ademais, o experimento foi filmado para a complementação da análise, usando-se filmadora convencional e câmara térmica, podendo comparar ambas as imagens e propor uma compreensão mais completa das fases do incêndio ensaiado. A filmadora compacta convencional ficou em um orifício de 3 cm de diâmetro localizado na parede da porta, enquanto a câmara térmica acompanhou as imagens a partir da janela que permaneceu aberta durante todo o experimento.

O experimento foi realizado no período matinal do dia 09 de março de 2017 e durou pouco mais de 45 minutos, contados do acendimento da chama inicial até o término da extinção por parte da equipe de combate a incêndios, e sua saída do local. Sendo iniciado através de um dispositivo em parafina para acendimento de lareiras. A substância (parafina) e a localização do foco inicial também foram inspiradas nas ocorrências verificadas por Corrêa et al. (2015).

Inicialmente, a porta do cômodo permaneceu fechada, sendo aberta aos 18 minutos de ensaio favorecendo a ventilação cruzada no compartimento, não houve ventilação ou exaustão por equipamento ou jato de mangueira, sendo observado o fenômeno a partir da ventilação natural.

4. RESULTADOS

Destacam-se alguns resultados a seguir como: cronologia, análise das temperaturas e representação por imagens. Em sequência a cronologia básica, a Figura 5 mostra os eventos do experimento propriamente dito:

Figura 5

Cronologia do Experimento

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf5.jpg

1 - 00min35seg - Início da chama em pastilha de parafina;

2 - 03min56seg - Início da queima do leito superior do beliche;

3 - 06min22seg - Saturação de gases da combustão;

4 - 07min38seg - Fim da saturação por exaustão natural dos gases e ingresso de ar com retorno de chama 'viva';

5 -10min36seg - Nova Saturação de gases da combustão

6 -11min49seg - Fim da 2ª saturação por exaustão natural dos gases e ingresso de ar com retorno de chama 'viva';

7 -18min02seg - Abertura de portas possibilitando a circulação cruzada;

8 - 19min04seg - Deslocamento do foco principal de incêndio;

9 - 21min29seg - Início da combustão do plástico do ventilador por sobre a mesa intumescida;

10 -41min43seg - Desabamento total do beliche;

Os termopares aferiram as temperaturas durante todo o ensaio, utilizando-se ainda o CompactDAQ da NationalInstruments USB de 4 módulos, com módulo de medição NI 9213, que tem sensibilidade de até 0,02ºC. Mas a incerteza inerente ao termopar está na ordem de 2,2 °C abaixo de 293oC, e +/- 0,75% acima disso (OMEGA, 2004). Exemplo desses dados pode ser visto no gráfico abaixo na Figura 6

Figura 6

Temperatura aferidas na haste de termopares colocada no centro do compartimento

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf18.png

Observa-se um crescimento das temperaturas no centro do dormitório nos oito pontos de medição da haste de termopares, durante os primeiros 4 minutos, até que o ambiente foi tomado por espessa nuvem de gases, promovendo uma saturação gasosa (fenômeno descrito na literatura), onde a pressão interna é bem maior que a externa, impedindo o ingresso do ar atmosférico e consequentemente do oxigênio, chegando a ser aferido no termopar a 2,4m 600ºC, aos 3 minutos e 40 segundos.

Em seguida a alta pressão interna dos gases, promove uma lenta exaustão da nuvem, acompanhada de uma diminuição gradual das temperaturas até aproximadamente o sétimo minuto, quando um novo ingresso do ar atmosférico, rico em comburente, realimenta a combustão tornando o incêndio novamente vivo (com presença intensa de chamas e luminosidade) acompanhada do aumento de temperaturas, chegando a ser aferido, no termopar a 2,1m do piso, 667oC aos 8 minutos e 35 segundos. Mais uma vez a grande produção de gases da combustão se intensifica diminuindo a disponibilidade de entrada de ar/oxigênio afere-se uma diminuição de mais de 100oC nos pontos mais altos, seguido de uma exaustão natural e um novo ingresso de comburente.

Estes ciclos se repetem algumas vezes até o décimo quinto minuto, quando as temperaturas iniciam um declínio progressivo, chegando o termopar com maior aferição a informar 300oC e os mais baixos menos de 100oC, apresentando a clássica fase de arrefecimento mostrada por Torero (2011).

Destaca-se que, com raras exceções, os termopares na haste apresentaram uma certa compatibilidade tendo as temperaturas crescido e decrescido ao mesmo tempo em todos eles, até a abertura da porta aos 18 minutos, quando anunciava-se o declínio do incêndio. Com a abertura da porta e o estabelecimento da ventilação cruzada as temperaturas aferidas no centro do dormitório perderam a compatibilidade oscilando individualmente sem presentar um padrão comum. A ventilação cruzada proporcionou uma circulação dos gases quentes em diversas faixas de altura: aos 23 minutos de ensaio, a temperatura do termopar a 0,60 m e é maior que as dos termopares a 2,10 m e 2,40 m. Sem a ventilação cruzada, tal situação seria improvável pelo princípio da convecção demonstrado por Janssens (2016).

A partir dos 30 minutos de ensaio, com a diminuição do material combustível, as temperaturas se dividem em dois padrões: os cinco termopares mais elevados (2,4m, 2,1m, 1,8m, 1,5m e 1,2m) apresentam temperaturas próximas aos 200oC e os três termopares mais próximos do piso (0,9m, 0,6m e 0,3m) apresentam temperaturas próximas a 100oC, todavia ambos os padrões apresentam uma queda quase que linear, caracterizando a fase de arrefecimento do incêndio.

Ressalta-se que não houve a generalização do incêndio ou Flashover, em sua forma clássica, neste experimento. Observa-se que este incêndio difere da curva clássica de temperaturas apresentada na Figura 1, sobretudo pelo movimento cíclico de Combustão Viva - Saturação Gasosa - Exaustão Natural - Ingresso de Oxigênio - Combustão Viva, promovendo vales e picos de temperaturas, e consequentemente uma curva bem menos linear.

O comportamento das temperaturas nos objetos de mobiliário pode servistas nos gráficos da Figura 7 a seguir.

Figura 7

Temperaturas aferidas nos objetos

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf19.png

Vê-se que as maiores temperaturas foram aferidas no leito inferior do beliche, chegando próximo a 800oC em vários momentos (10, 19, 27 e 31 minutos), fato compatível com esta ser a peça de mobiliário onde o incêndio foi iniciado e objeto mais atingido pelas chamas. Chama atenção também, principalmente após os 25 primeiros minutos de queima e da abertura da porta (18 minutos) o aumento de temperatura na porta e no interior do armário, que mesmo não comburindo totalmente alcançou temperaturas que suplantaram os 700oC. Em parte, este aquecimento é explicado pela convecção dos gases para o interior do armário que através de sua geometria facilitou o acúmulo de gases quentes, além disso, algumas peças de vestuário entraram em combustão promovendo a produção de calor.

Como já revelado, as paredes em alvenaria de tijolos cerâmicos também tiveram aferições térmicas, feitas na parte interna e externa, destaca-se que todas elas possuíam revestimento de argamassa de cimento externamente, mas havia três tipos distintos de revestimento interno: argamassa de cimento, chapisco cimentício e argamassa de gesso. As paredes que ficaram mais próximas do beliche foram as com revestimento de chapisco cimentício e argamassa de gesso. A seguir a Figura 8 mostra o gráfico que representa as temperaturas aferidas nas paredes durante o experimento.

Figura 8

Temperaturas aferidas nas paredes interna e externamente

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf20.png

As temperaturas nas paredes internas, principalmente as com chapisco cimentício e argamassa de gesso (mais próximas ao foco inicial de incêndio) acompanharam a curva de aumento e diminuição aferida no centro do dormitório através da haste de termopares, a partir do processo de produção de gases, saturação, exaustão natural, ingresso de ar atmosférico (oxigênio), queima viva, produção de gases e etc., até a abertura da porta. Esta assertiva pode ser comprovada a partir da comparação destes dois termopares com o localizado a 2,10 m de altura do piso na haste.

Aos 4 minutos de ensaio a parede com revestimento de argamassa de gesso chegou a 702oC em sua face interna, enquanto a com chapisco cimentício chegava a 641oC. Aos 9 minutos e 54 segundos a parede chapiscada estava submetida a 684oC e a revestida argamassa de gesso a 662oC, sendo estes os maiores picos registrados, destaca-se que ambas apresentam uma proximidade bem relevante até o momento da abertura da porta.

A parede com revestimento de argamassa de cimento (mais afastada do foco inicial de incêndio) teve sua curva desenvolvida abaixo dos 400oC até os 14 minutos e 12 segundos, quando teve o último pico de temperatura antes da abertura da porta.

As temperaturas de todas as paredes internas após a abertura da porta se aproximam até os 22 minutos de ensaio, quando a temperatura da parede em gesso sobe substancialmente chegando a alcançar valores superiores a 600oC.

Nas temperaturas das paredes externas vê-se pouca variação até a abertura da porta, com valores que não ultrapassam os 60oC. Destaca-se um aumento extremamente significativo da temperatura da face externa na parede com revestimento de argamassa de cimento que, após a abertura da porta e consequente ventilação cruzada, sobe para mais de 645oC em pouco mais de cinco minutos, mantendo picos e vales acima de 400oC e chegando a 878oC aos 30 minutos e 24 segundos.

Para examinar mais detalhadamente a condução térmica a partir das paredes em alvenaria de tijolos cerâmicos de oito furos horizontais, revestidas internamente com argamassa de gesso, chapisco cimentício e argamassa de cimento, propõe-se o gráfico mostrado na Figura 9.

Figura 9

Temperaturas aferidas nas paredes externas

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf21.png

Observa-se que as altas temperaturas internas não foram conduzidas para a face externa das paredes, mesmo aquelas mais próximas ao foco inicial do incêndio. A subida abrupta da temperatura externa da parede revestida com argamassa de cimento está associada à abertura da porta e o início da ventilação cruzada, revelando que a abertura de um compartimento incendiado pode trazer uma elevação substancial da temperatura dos cômodos contíguos e por consequência uma propagação do incêndio.

Cabe notar que, quando analisadas apenas as paredes revestidas internamente com chapisco cimentício e argamassa de gesso nota-se um bom isolamento térmico para ambas, pois mesmo com temperaturas internas que ultrapassaram os 680oC, externamente ambas não chegaram a medir nem 60oC.Contudo, comparando o desempenho, o revestimento de chapisco cimentício revelou-se menos eficaz que o de argamassa de gesso, sendo que o primeiro chegou a 54,38oC aos 5 minutos e 58 segundos e o segundo teve temperatura máxima de 38,19oC aos 47 minutos e 49 segundos de experimento. O ensaio foi acompanhado de filmagem térmica executada por técnico em termografia cedido pela empresa ‘Câmara Térmica FLIR’. A seguir, a Figura 10 mostra algumas imagens comparativas entre as captadas por câmeras convencionais e as termográficas:

Figura 10

Imagens Térmicas da Entrada da Equipe de Combate a Incêndios.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf10.jpg

Nas imagens térmicas pode ser visto uma grande quantidade de informações as quais podem otimizar o combate a incêndios, como peças com grande liberação térmica (focos de incêndio) que ficam invisíveis em meio aos gases da combustão, bem como apontar diferentes componentes estruturais, como tijolos cerâmicos ocultos abaixo do revestimento, ou ainda dar indicações de colapso estruturais não percebidos a olho nu, proporcionando inclusive a evacuação da área afetada e áreas adjacentes.

Outro fator evidenciado nas imagens térmicas é o processo de resfriamento de estruturas como é visto a seguir na Figura 11.

Figura 11

Imagens Térmicas do Resfriamento de Estruturas.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf11.jpg

Nas imagens térmicas acima se vê a eficiência da aplicação de um jato ‘atomizado’, jato de água aplicado através de mangueiras de incêndio de 1 ½ polegadas, com pressão de trabalho 8 Kf/cm2(PSI) a uma vazão 30 galões por minuto, com abertura de 60º de acionamento por 1 a 2 segundos, sobre as paredes em alvenaria revestidas.

Na primeira imagem um único jato proporciona, quase que instantaneamente a redução de 160ºC para 99,1oC, enquanto na segunda imagem um conjunto de alguns jatos diminuiu a temperatura das paredes para 68,8oC em muitos pontos de sua área.

É importante destacar que um dos criados mudos foi intumescido com tinta específica para madeira de fabricação CKC do Brasil, aplicada conforme instruções do fabricante, sendo a observação do comportamento desta peça em meio a um incêndio natural um estudo próprio.

Após o experimento observam-se alguns mobiliários completamente consumidos (beliche, colchões, ventiladores) ou irrecuperáveis (armário e televisão), as paredes estão completamente chamuscadas mais sem grandes patologias observáveis a olho nú. A Figura 12 mostra as imagens do cômodo após o incêndio:

Figura 12

Imagens do cômodo após o incêndio.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf12.jpg

5. CONCLUSÕES

Conclui-se inicialmente que o estudo experimental ora apresentado (baseado em uma estatística de mais de 1.000 incêndios e com um monitoramento razoável), ainda é escasso na América Latina.

Pode-se concluir que a carga de incêndio do dormitório analisado é bem superior ao estipulado nas normas brasileiras que, em regra geral, apontam 300 MJ/m² para este tipo de edificação, contrapondo-se aos 499,56 MJ/m² calculados através dos objetos e mobiliário indicados por Corrêa et al. (2016).

No experimento se observou uma curva de temperatura vs tempo bem distinta da curva ‘clássica’, associada a oscilação gerada principalmente pelo processo cíclico de Combustão Viva - Produção de gases - Saturação Gasosa - Exaustão Natural - Ingresso de Oxigênio - Combustão Viva, de certa forma esperado já que a curva comentada é qualitativa e busca apresentar uma média das temperaturas.

Entre os objetos, as maiores temperaturas foram observadas no beliche, principal elemento da carga de incêndio consumida, e no armário que, mesmo não comburindo totalmente apresentou temperaturas acima dos 700oC, mostrando como a geometria dos objetos pode facilitar a concentração de gases quentes e fluxos térmicos, sendo este, mais um fator a ser avaliado na Segurança Contra Incêndio em Edificações (SCIE).

As paredes internas próximas ao foco principal tiveram temperaturas semelhantes, estas eram revestidas de argamassa de gesso e chapisco cimentício, alcançando picos de até 700oC nas fases de crescimento e desenvolvimento do incêndio.

A condução térmica das paredes em alvenaria revelou-se baixa neste experimento, não havendo temperaturas acima de 60 °C nas faces externas das mesmas. Porém quando comparadas, as condutividades das paredes revestidas com argamassa de gesso e chapisco cimentício, nota-se uma diferença em favor da primeira que em sua face externa teve temperatura máxima de 38,19oC enquanto a segunda apresentou 54,38oC.

A abertura de uma porta em um compartimento, como o montado para o experimento, promove fenômenos relevantes à dinâmica do incêndio, entre eles destaca-se a ventilação cruzada que pode levar o fluxo de calor rapidamente para compartimentos adjacentes, como foi aferido pelo termopar da face externa da parede com revestimento de argamassa de cimento, propagando o incêndio em caso de existir material combustível neste compartimento.

O resfriamento das paredes em alvenaria por ‘jato atomizado’ se mostrou bastante eficaz, conforme constatado nas imagens térmicas. Estas imagens também podem ser utilizadas para uma otimização do combate a incêndio e no exame das estruturas durante o sinistro com estas características.

Por fim a utilização de um compartimento com: dimensões, características estruturais, carga-incêndio, e dinâmica semelhantes às encontradas em levantamento estatístico, gera resultados relevantes, todavia a repetição de experimentos baseados em incêndios frequentemente ocorridos em edificações deve ser perseguida, para a cristalização e generalização das conclusões ora levantadas.

6. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem as empresas CKC do Brasil pela cessão de tinta intumescente e a Câmaras Térmicas FLIR, por acompanhar o experimento promovendo a filmagem térmica. Agradecem ainda aos Corpos de Bombeiros Militares de Pernambuco e do Distrito Federal, pela cessão de pessoal e equipamentos fundamentais a execução do ensaio.





1. INTRODUCTION

The building fires in Brazil, in spite of the high frequency, still not fully understood (RODRIGUES et al., 2017). The buildings most susceptible to the fire, their occupancy, the ability for a building to resist the effects of fire capacity and mainly protection of life of building occupants, are information not yet consolidated in Brazil (HAHNEMANN et al., 2017).

In order to propose an easy and feasible method for this mapping, based on the recommendation of ABNT NBR 14023 (1997), the fires of the city of Recife, State of Pernambuco, was studied during the triennium of 2011-2013. It was possible to verify the predominance of fires in residences, almost all of them built with a single floor and destined as a single-family housing (CORRÊA et al, 2015). Later, a representative model of the damaged buildings was established, which was called the 'Modal Building', with its layout represented by the furniture and household appliances found most frequently in the mapped fires (CORRÊA et al.,2016).

It is presented in this paper a real fire experiment in one of the bedrooms of this Modal Building. The bedroom was chosen based on the high frequency of fire origin in this room verified by Corrêa et al (2015).

In order to represent this bedroom, it was used a room of the Pernambuco Fire Department training facility. The room has been renovated and adapted for the test. The fire load was compatible with the furniture in the Modal Building’s bedroom. Finally, the compartment was subjected to a real fire, which was monitored by hi-resolution camera, thermal image camera and 24 type K thermocouples placed at different heights in the center of the bedroom, in all furniture, and on the internal and external faces of the walls.

As result, it was observed that:

  1. among the objects, the highest temperatures were observed in the bunk bed (main element of the fire load consumed);

  2. comparing the walls, the highest temperatures were measured on the wall of the compartment door; and

  3. the maximum temperatures reached by the gas layer (sensors at the middle of the compartment) occurred at 2,10 m height.

At the final stage of the fire, around 40 minutes from the beginning, a fire fighters team extinguished the remaining flames and cooled down the walls using the 3D firefighting technique.

2. LITERATURE REVIEW

Many studies use structural components subjected to high temperatures with the use of furnaces and radiant panels in order to understand the behavior of these structures in a fire situation (ZAGO et al., 2016; PIRES et al., 2012; LAIM et al., 2014). But the interaction and dynamics of the objects, the thermal behavior, and the flow and effects of flammable gases impose greater difficulty to be simulated precisely in ovens or bench scale equipment, making the construction of specific experiments necessary.

Real fire experiments are still rare events in Brazil and Latin America. Considering risks and costs, some studies use buildings that have suffered fires to through the testimonies and analysis of the scenario estimate the event (Silva et al., 2007). In these cases, the fire dynamics monitoring is perspective, most of the time using a computer fire simulation.

However, some initiatives of real fire experiments are worth mentioning, such as the experiment carried out by Lorenzi et al. (2013). They studied the fire in a furnished house built in steel sheets with polyurethane filling. It is noteworthy that the beginning of the fire occurred in the living room of the house and sought to validate the fire safety of an expanding construction technology in the south of Brazil.

In North America and Western Europe, where fire safety is handled with higher investments, it is interesting to note that the great experiment carried out by the National Institute of Standards and Technology (NIST), with the support of the New York Fire Department (FDNY) and the Federal Emergency Management Agency (FEMA). A series of 14 real fire experiments were conducted in a 7-storey building, where various development and fire-fighting dynamics were tested, all 14 events started with a fire in the respective furnished room. (NIST, 2009).

Cardington, in the United Kingdom, was a highly visible initiative where a multidisciplinary team analyzed the natural fire in eight pre-prepared compartments with different cladding, fire loads and ventilation conditions, with the main objective being the refinement of Eurocodes (LENNON and MOORE, 2003). In all these studies, the temperature curve has the classical characteristics presented in Figure 1.

Figure 1

Temperature curve associated with the different parameters of a compartmentalized fire (Torero, 2011).

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf25.jpg

3. METHOD AND EXECUTION OF THE EXPERIMENT

During the three-year period of 2011-13, a study was carried out to create a modal construction to represents the set of more than a thousand buildings burned in this period in the city of Recife-PE (CORRÊA et al., 2015). This study presents the Modal Building as a single-family residence, built primarily on masonry, with 97 square meters and a fire load inspired by the objects most found in fires.

A reproduction of one of the Modal Building’s bedroom in an experimental environment in a a room of the Pernambuco Fire Department training facility, built in reinforced concrete structure and non-structural ceramic block wall, in addition to the pre-cast slab celling. This room, very similar in size to that found in the model determined by Corrêa et al. (2016), was renovated and the four walls were prepared in a different way: two with Roughcast, one with cement mortar and one with plaster mortar. Thermocouples were installed on the internal and external sides of the walls in order to compare the different coatings.

The fire load of the bedroom was the furniture and household appliances determined in the research of Corrêa et al. (2016): 01 (one) wooden bunk bed, 01 (one) single wooden bed, 03 (three) foam mattresses, 02 (two)large and 01 (one) small Medium Density Particleboard night stands, 01 (one) Medium Density Particleboard wardrobe, 02 (two) fans and 01 (one) small tube television, plus 20 kg of clothes and 4 kg of paper, all purchased in a used furniture store, so the objects would be compared to the fire load found in the city of Recife houses. Figure 2 reproduces the place and objects.

Figure 2

Rehearsed Compartment (Sketch)

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf2.jpg

After the room was renovated, it was properly prepared with the described furniture and the measuring instrumentation. The Figure 3 below shows the bedroom just before the test.

Figure 3

Bedroom setup before the fire.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf3.jpg

The fire load used, represented by the furniture and appliances in the dormitory, can be observed in Table 1. The value was calculated based on the weight of the pieces and the measurements provided in fire codes used in Brazil (CBMSC, 2014).

Table 1

Bedroom’s Fire load.

Object Material type Quant. Dimensions weight (kg) density (kg/m³) Calorific value (MJ/kg) Fire load (MJ)
length (m) depth (m) height (m)
Tubo TV 18'' Polypropylene, glass, electronic components, etc. 1.00 0.36 0.40 0.34 9.90 910.00 43.00 425.70
Fan, 40 cm, 6 blades Polypropylene, electronic components, etc. 1.00 0.50 0.35 0.68 2.86 910.00 43.00 122.98
Fan, 40 cm, 3 blades Polypropylene, electronic components, etc. 1.00 0.45 0.32 0.63 2.40 910.00 43.00 103.20
Clothes Fabric 1.00 - - - 20.00 390.00 21.00 420.00
Papers Paper 1.00 - - - 4.00 770.00 17.00 68.00
Wardrobe MDP (Medium Density Particleboard), Plastic, etc. 1.00 1.35 0.47 2.25 90.00 658.52 21.00 1890.00
Small night stand MDP (Medium Density Particleboard), Plastic, etc. 1.00 0.37 0.32 0.49 5.60 658.52 21.00 117.60
Large night stand MDF (Medium Density Particleboard), Plastic, etc. 2.00 0.52 0.41 0.45 12.90 750.00 21.00 541.80
Bed Wood, plywood 1.00 0.95 2.04 0.97 33.40 588.46 21.00 701.40
Bunk Bed Madeira 1.00 0.85 1.95 1.57 48.00 588.46 21.00 1008.00
Mattress (Bed) Polyurethane foam 1.00 0.80 1.87 0.15 5.20 23.97 23.00 119.60
Mattress (Bunk bed) Polyurethane foam 2.00 0.71 1.91 0.16 7.10 33.78 23.00 326.60
Total fire load (MJ) 5,844.88

The 11.70 m² dormitory was filled with a total load of 5,844.88 MJ, giving a fire load of 499.56 MJ/m², well above the 300 MJ/m² foreseen in recent Brazilian standards (CBMMG, 2013, CBMGO, 2014).

For the temperature measurements during the test, 24 (twenty-four) type K thermocouples were installed in the compartment as shown in Figure 4.

Figure 4

Thermocouple position in the bedroom.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf28.jpg

The positioning of the thermocouples had the following correspondence with the numbers shown in Figure 4: 01 to 08, arranged on the stem shown in the figure, installed at 0.3, 0.6, 0.9, 1,2, 1.5,1.8, 2.1 and 2.4 meters; 09 and 10, internal and external sides of the walls with cement mortar coating; 11 and 12, internal and external sides of the walls with plaster coating; 13 and 14, internal and external sides of the walls with Roughcast; 15, window; 16, collection of gases; 17 and 18, bunk bed, upper and lower bed respectively; 19, single bed; 20 and 21, large nightstand (positioned next to bunk bed and single bed respectively); 22, small nightstand with the TV set; 23 and 24, wardrobe, positioned at the door and on the hangers respectively.

The 01 to 08 thermocouples allow observing the temperature at several heights, making possible to investigate the different position of a man standing, crouching, and crawling or the gas layer temperature near a furniture. The installation of the thermocouples on the walls was made 2.1 m high and 0.5 m from the vertices, except for the wall with cementitious plaster where the thermocouples were the same height and 0.5 m from the entrance portal.

In addition, the experiment was recorded for the complementation of the analysis, using hi-resolution camera and thermal image camera. That way it was possible to have a better understanding of the fire behavior during the whole test. The hi-resolution camera remained in a 3 cm diameter hole located in the wall near the door, while the thermal image camera was placed outside of the room, taking the pictures and recording the video from the window that remained open during the whole experiment.

The experiment was carried out in the morning on March 9, 2017 and lasted a little over 45 minutes, after that it was extinguished by the firefighters. The fire was initiated using a paraffin device used ignite fireplaces. The substance (paraffin) and the location of the ignition point were also inspired by the occurrences verified by Corrêa et al. (2015).

Initially, the door of the room remained closed. It was opened after 18 minutes of the test, allowing the cross ventilation in the compartment. It wasn’t used any ventilation or exhaustion equipment during the test.

4. RESULTS

Some results are highlighted below, showing the time line, temperature analysis and image representation. Figure 5 shows the chain of the events of the experiment:

Figure 5

Timeline of the experiment

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf5.jpg

1 - 00min35sec-Fire was started using the paraffin device;

2 - 03min56sec-Start to ignite the upper mattress of the bunk bed;

3 - 06min22sec - Saturation of combustion gases;

4 - 07min38sec - End of the saturation by natural exhaust of the gases and air intake with return of the flames;

5 -10min36sec - New Saturation of combustion gases;

6 -11min49sec - End of the second saturation by natural exhaust of the gases and air intake with return of the flames;

7 -18min02sec - Opening doors allowing cross air circulation;

8 - 19min04sec-fire propagation to a different material;

9 - 21min29sec-The plastic fan over the nightstand start to ignite;

10 -41min43sec - Total collapsed of the bunk bed;

The thermocouples were used to measure the temperatures during the test. It was used the National Instruments 4 modules USB CompactDAQ, with NI 9213 measuring module, which has sensitivity up to 0,02ºC. The uncertainty inherent in the thermocouple is in the order of 2.2 ° C below 293 ° C, and +/- 0.75% above that (OMEGA, 2004). Example of the data can be seen in the Figure 6 below.

Figure 6

Temperature at different heights at the center of the bedroom.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf30.png

It was observed a temperature rise in all eight thermocouples at the center of the bedroom during the first 4 minutes. It happened until the gas saturation occurs, where the internal pressure is higher than the external one, preventing the ingress of the atmospheric air and, consequently, the ingress of the oxygen. The thermocouple at 2.40m reached 600oC in 3 minutes and 40 seconds.

The high internal pressure promotes a slow exhaustion of the gases, followed by a gradual decrease of the temperatures until, approximately, the seventh minute, when a new entrance of the atmospheric air, rich in oxygen, makes the fire alive again (with presence of intense flames and luminosity). The temperature increases, reaching667°C at 2.10m from the florin 8 minutes and 35 seconds. Once again, the large production of combustion gases follows a decreasing of the air / oxygen intake, making the temperature decrease more than 100° C at the highest level.

These cycles will repeat a few more times until the fifteenth minute, when the temperatures begin a progressive decline. The highest temperature reports 300°C and the lower ones less than 100°C, showing the classic cooling phase described by Torero (2011).

It should be noted that, with rare exceptions, the thermocouples in the center of the room showed a certain compatibility with temperatures increasing and decreasing at the same time in all different height until the opening of the door at 18 minutes. With the opening of the door and the establishment of cross ventilation in the room, the temperature in the center of the bedroom changed the previews behavior, without presenting a common pattern. Cross-ventilation allowed the hot gases to circulate from one side to the other. After 23 minutes, the temperature of the thermocouple at 0.60 m is higher than that of the thermocouples at 2.10 m and 2.40 m. Without cross-ventilation, such situation would be unlikely by the convection principle demonstrated by Janssens (2016).

After 30 minutes, the temperatures were divided into two patterns: the five thermocouples closest to the ceiling (2.4m, 2.1m, 1.8m, 1.5m and 1.2m) present temperatures close to 200oC and the three thermocouples closest to the floor (0,9m, 0,6m and 0,3m) present temperatures close to 100oC, but both patterns present an almost linear decrease, characterizing cooling phase of the fire.

It is noteworthy that the flashover never occurs in this experiment. It is also observed that time-temperature curve of this fire differs from the classical one presented in Figure 1, mostly by the cyclic movement of Flame Combustion - Gas Saturation - Natural Exhaustion - Oxygen Intake - Flame Combustion, creating valleys and peaks in the time-temperature curve.

The objects temperature can be seen in the Figure 7 below.

Figure 7

Temperature of the objects.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf31.png

It is seen that the highest temperatures were measured in the lower bed of the bunk, getting close to 800°C in several moments (10, 19, 27 and 31 minutes). This is compatible with the fact the fire was started there and the object had consistent flames for more time. It is also noteworthy, especially after the first 25 minutes of firing and with the door opened (18 minutes), the increase in temperature in the wardrobe’s door and hangers, with both reaching temperatures above 700°C. This temperature can be explained, in part, by the convection of the gases into the wardrobe, which was facilitated by its geometry. In addition, some clothes went into combustion, increasing the heat.

The inside and outside temperature of the walls were also measured. All of them had cement mortar facing externally, but there were three different types of internal lining: cement mortar, roughcast and plaster mortar. The two walls closed to the bunk bed were those with roughcast and plaster mortar. Figure 8 below shows the graph representing the temperatures measured on the walls during the experiment.

Figure 8

Temperaturas aferidas nas paredes interna e externamente

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf32.png

The temperatures in the internal walls, especially those with roughcast and plaster mortar (closer to the initial fire ignition point) followed the temperature behavior of the gas layer, measured in the center of the bedroom, until the door is opened. It can be seen from the comparison of these two thermocouples with the one located at 2.10 m of floor height in the Figure 8 above.

After 4 minutes, the wall with plaster mortar reached 702°C on its internal face, while the roughcast wall reached 641°C. At 9 minutes and 54 seconds the roughcast wall was subjected to 684°C and the plaster mortar at 662°C, these being the highest recorded temperature. It is worth mentioning that both have a very close temperature until the door was opened.

The cement mortar wall (further away from the initial fire ignition) had temperatures below 400°C until 14 minutes and 12 seconds, when it reached the highest temperature before the door was opened.

The temperatures of all the inner walls after the door opening were close up to the 22 minutes, when the plaster wall temperature increases substantially, reaching values higher than 600°C.

In the exterior wall temperatures, there is little variation until the door is opened, with values not exceeding 60ºC. There was a significant increase in the temperature of the external face on the wall with cement mortar after opening the door and consequent cross ventilation, reaching more than 645°C in just over five minutes. There were peaks and valleys above 400°C in this wall, reaching 878°C at 30 minutes and 24 seconds.

To examine in more detail the thermal conduction from the masonry walls, internally lined with plaster mortar, roughcast and cement mortar, it can be used the Figure 9 below.

Figure 9

External wall temperatures.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf33.png

It was observed that the high internal temperatures were not conducted to the outer face of the walls, even those walls closer to the fire ignition point. The abrupt rise of the external temperature of the cement mortar wall is associated with the opening of the door and the beginning of the cross ventilation, showing that the opening of a fired compartment can increase substantially the temperature of the contiguous rooms and, consequently, helping the fire propagation.

When it was analyzed only the walls with roughcast and plaster mortar, there was a good thermal insulation for both. Even with internal temperatures exceeding 680ºC, the external face did not reach temperatures higher than60°C. However, comparing the performance, the roughcast was less effective than that of plaster mortar. The first one reached 54.38°C at 5 minutes and 58 seconds and the second reached a maximum temperature of 38.19°C at 47 minutes and 49 seconds of experiment.

Thermal images were taken by a technician in thermography provided by the company 'FLIR Thermal Camera'. Figure 10 shows some comparative images between those captured by conventional and thermal image cameras.

Figure 10

Thermal images of the firefighter’s entry.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf10.jpg

Using thermal image cameras can provide a large amount of information for the firefighters. It can help to locate the fire through the smoke layer, as well as pointing out different structural components such as ceramic bricks hidden beneath the coating, or even give indications of structural failure not perceived by the naked eye, leading to the evacuation of the affected and adjacent areas.

Another factor highlighted by the thermal imaging is the process of structural cooling, as seen in Figure 11.

Figure 11

Thermal Imaging of Structural Cooling.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf11.jpg

In the thermal images above, the efficiency of the application of the 3D firefighting technique, water spray applied using 1 ½-inch fire hose, with a working pressure of 8 Kf /cm2 (PSI) at a flow rate of 30 gallons per minute, with 60° opening and pulses of 1 to 2 seconds, on the walls.

In the first image, a single jet provides almost instantaneous reduction from 160°C to 99.1°C, while in the second image a set of a few jets lowered the wall temperature to 68.8°C in many spots of its area.

It is worth mentioning that one of the night stands was painted with wood-specific paint from CKC Brazil, applied according to the manufacturer's instructions. The study of the behavior of this piece during a natural fire will occur in another paper.

After the experiment, it was observed some furniture completely consumed (bunk bed, mattresses, fans) or partially consumed (cabinet and television). The walls were completely charred, but without any sign of visible pathologies. Figure 12 shows the images of the room after the fire.

Figura 12

Imagens do cômodo após o incêndio.

2007-6835-ralconpat-7-03-215-gf12.jpg

5. CONCLUSIONS

It is concluded initially that this kind of experimental study (based on a statistic of more than 1,000 fires and with well monitored) is still scarce in Latin America.

The fire load of the bedroom analyzed is much higher than that specified in the Brazilian standards, which, as a general rule, indicate 300 MJ / m² for this type of building, in contrast to the 499.56 MJ/m² calculated from the appliances and furniture indicated by Corrêa et al. (2016).

It was observed a time-temperature curve quite different from the “classical” curve, associated to the oscillation mainly due by the cyclic process of Combustion - Gas Production - Gas Saturation - Natural Exhaustion - Oxygen Intake - Flame Combustion. It could be expected, since the “classical” curve is qualitative and presents temperature average.

Among the furniture, the highest temperatures were observed in the bunk bed, the main element of the fire load consumed, and in the wardrobe. Even though it was not fully evolved, it showed temperatures above 700°C. The geometry of the objects can facilitate the concentration of hot gases and thermal flow, this being one more factor to be evaluated by the Fire Safety Codes.

The internal walls near the ignition point (plaster mortar and roughcast) had similar temperatures, reaching peaks of temperature up to 700°C during the growth and fully development phases.

Thermal conduction of masonry walls was low in this experiment, with outside temperatures below 60°C. However, when compared with the conductivity of the walls covered with plaster mortar and roughcast, there is a difference in favor of the first one, which had a maximum temperature of 38.19°C, while the second was 54.38°C.

The opening of a door in a room, such as the one set up for the experiment, changes the dynamics of the fire, allowing cross-ventilation. It can bring the heat flow quickly to adjacent compartments, as measured by the thermocouple external face of the wall with cement mortar, propagating the fire if there is combustible material in this compartment.

The cooling of the walls in masonry by 3D firefighting technique proved to be quite effective, as seen in the thermal images. These images can also be used for optimization of the firefighting technique, as well as the examination of the structures during and after the fire.

Finally, the use of a compartment with dimensions, structural characteristics, fire load, and dynamics similar to those found in statistical survey, generates relevant results. However, the repetition of experiments based on fires data must be pursued in order to get more general conclusions.

6. KNOWLEDGMENTS

The authors are grateful to CKC companies in Brazil for the intumescent paint and to FLIR for the Thermal Image Camera and support during the experiment. We also thank the Pernambuco Fire Department and the Federal District Fire Department for the assignment of personnel and fundamental equipment for the execution of the experiment.

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