Solutii Pentru Îmbunatatirea Maririi Capacitatii Portante a Structurilor de Rezistenta in Caz de...

8/18/2019 Solutii Pentru Îmbunatatirea Maririi Capacitatii Portante a Structurilor de Rezistenta in Caz de Incendii

1/8

SOLUŢII PENTRU ÎMBUNĂTĂŢIREA MĂRIRIICAPACITĂŢII PORTANTE A STRUCTURILOR DE

REZISTENŢĂ ÎN CAZ DE INCENDII

Ildikó-Renata MUNTEANU, Ioan SZÁVA, Pál Botond GÁLFI,Carol AMBRUS, Piroska ORBÁN

ACCOMPLISHMENTS FOR THE FIRE RESISTANCE LOADBEARING CAPACITY IMPROVING OF THE STRUCTURES

The authors of the contribution presents several possible solutionsdestined to improving the load bearing capacity of the steel structural elements.In this sense, are described some existent solutions, respectively two otheroriginals, ones. Every solution is analyzed from their usefulness’ point of view,respectively their limits. The original solutions/proposals seem to fulfil severalmajor fire safety criteria, mainly to increase the safe period of the structuralelements. The authors intend applying one of them in a forthcoming PhDthesis experimental part.

Keywords: Steel structures, fire, load capacity, protection against fire

Cuvinte cheie: structuri metalice, incendii, capacitatea portantă,protecţ ie la foc

1. Introducere

Construcţ iile metalice prezintă o rezistenţă relativ redusă laacţ iunea temperaturilor ridicate. Oţ elul, începând cu 200 °C , îşimodifică caracteristicile mecanice, astfel reducându-se limita decurgere, rezistenţ a la rupere şi valoarea modulului de elasticitate.

625


2/8

Structurile portante din oţ el, de la aproximativ 500 °C î şi pierd peste50% din capacitatea lor de încărcare şi în consecinţă nu mai pot preluaeforturile iniţ ial prevăzute. Din această cauză, ele trebuie protejate

împotriva efectului unor câmpuri de temperaturi ridicate. În acest sensse practică acoperirea cu diverse materiale ignifuge.

2. Soluţii existente de plan mondial

a. Termoprotecţ ie cu produse de torcretare

a.1 - mortar uscat (pe bază desulfură), din granule fine, amestecatcu apă. Această soluţie este o

protecţie pasivă la foc şi asigurăevacuare de până la 120 minute arespectivelor clădiri.

Se execută la faţ a loculuimecanizat, cu aer comprimat, sau cuun aparat proiectat special pentruaceasta.

a.2 - mortar pe bază de ciment. Asigură o mai bună rezistenţă la

foc de până la 240 minute.Se poate aplica manual,prin

tencuire sau mecanizat, prin pulverizare cu un utilaj de aer comprimat. În ambele cazuri suprafaţa metalică a structurilor este acoperită

cu acest material, care după întărire formează un strat optim pentruprotecţ ia impotriva focului.

Avantajele metodei rezidă în:- se măreşte durabilitatea structurii în condiţii normale şi în

condiţii excepţ ionale de incendiu;- nu conţ ine materiale periculoase sau toxice, iar la încălzire

numai apa se va evapora din el;- poate să acopere şi suprafeţe mai complexe, iar preţul de

cost nu creşte în raport cu creşterea grosimii straturilor, deoarececostul manoperei este mai semnificativ decât preţul materialului.

Dezavantaje:

- nu se recomandă la realizarea unor lucrări estetice.

Fig. 1 Termoprotecţ ie cu mortar

626


3/8

- deoarece aspectul suprafeţei în urma torcretării esteneuniform, se recomandă utilizarea ei mai cu seamă în zone ascunse;

în caz contrar trebuie mascată cu alte materiale de finisaj;

Acest tip de protecţie reprezintă soluţia ideală în cazul halelorindustriale, respectiv pentru protecţia tubulaturii de ventilaţ ie.

b. Acoperirea structurii de oţ el cu vopsele termospumante (sauintumescente)

Aceste vopsele sunt inerte la temperaturi scăzute. Sub efectulcăldurii, la circa 200-250°C , se transformă treptat într -o spumăcarbonică, ce protejează termic suportul pe care a fost aplicat.

La aceste temperaturi proprietăţ iile oţelului încă nu suntafectate. Vopsea trebuie aplicată pe suprafaţă curată de oţ el,nedeteriorată, uscată şi grunduită (amorsată). Se poate aplica manualcu pensulă sau mecanizat prin pulverizare fără aer.

Putem să distingem două grupe mari:

b.1 vopsele de tipul unor pelicule fine, subţ iri , care sunt pe bază de

apă sau solvent; în principal sunt folosite pentru protecţia la incendii aunor incinte în care sunt depozitate materiale celulozice sau materialecare prin ardere dezvoltă cantităţ i relativ mici de energie termică.

Aceste vopsele sunt aplicate în straturi de aproximativ 1 mm grosime; în timpul incendiului, prin expandare, ele ajung la o spumă având ogrosime de 50 mm, adică se obţine un raport al grosimii de 50:1.

b.2 vopsele de tipul unor pelicule mai consistente, care se aplică înstraturi mai groase de 2-3 mm şi sunt pe bază de răşini epoxidice.

Acest materiale sunt utilizate în cazul protecţiei la incendii a unorincinte unde materialele depozitate prin ardere dezvoltă cantităţi multmai mari de energie termică (spre exemplu la materiale de tipulhidrocarburilor). În cazul acestor vopsele raportul de expansiune alvopselei sub influenţa căldurii este mai mică de până la 5:1. Serecomandă de asemenea şi pentru acoperirea suprafeţelor exterioare.

Principalele avantaje ale metodei sunt următoarele:

- aspect estetic (permite să rămână vizibilă supleţea structuriide rezistenţă);

627


4/8

- suprafaţa acoperită permite finisaje decorative; - uşurinţa aplicării şi peste zone de joncţiune mai complexe;- se poate folosi atât pentru spaţ ii interioare cât şi pentru celeexterioare.

Dezavantajele metodei constă în:

- preţ de cost mai ridicat din cauza aplicării în condiţii maideosebite/mai pretenţioase;

- necesită condiţii atmosferice adecvate în timpul aplicăriistratului protector (fiind umed necesită măsuri de protejare a zonelor

înconjurătoare şi tot odată măsuri de prevenire ale depunerii unorcantităţi excesive de vopsea);

- perioadă limitată de rezistenţă la foc, de maximum 60 - 120minute;

- vopselele epoxidice necesită protecţ ie suplimentară, atentă întimpul aplicării, deoarece conţin materiale toxice.

În figura 2, pe bazainvestigaţiilor proprii aleautorilor, este redat modulde descompunere al

stratului de vopseaintumescentă pe o epruvetărealizată dintr -o ţeavă cupereţii subţiri. Se poateremarca elasticitatea limitatăa stratului de spumă,deoarece la atingerea unuigrad de expandare aceastase va fisura. Fig. 2 Modul de descompunere

c. Îmbrăcarea structurilor metalice cu plăci din gips-carton sauplăci din silicat de calciu, rezistente la foc

Este o tehnică de protecţie uscată, asigurând un montaj uşor,facil. Asamblarea plăcilor se poate realizează cu ajutorul agrafelormetalice, sau şuruburilor, respectiv prin lipire cu adeziv refractor.

Avantajele acestor metode constă în: - prezintă o suprafaţă netedă, curată, fără praf;

628


5/8


6/8

Dezavantajul:

- nu se poate aplica la lucrăriestetice.

e. Acoperire cu beton

Punerea în operă seface prin turnare; poate să fie caşi un cofr aj care acoperă

întreaga suprafaţă a structuriimetalice ca şi în figura 5.

Acoperirea cu beton astructurilor de oţel cu beton areavantajele de durabilitate, debună rezistenţă termică,respectiv o bună rezistenţă laşocuri mecanice.

Fig. 4 Îmbrăcarea cu o pătură flexibilă

Dezavantajele acesteimetode sunt: - costulridicat faţă de metodeleuşoare;

- reducerea spaţiului utildin jurul elementului, astfelprotejat din cauza grosimiimari a stratului de protecţie(de acoperire).

Fig. 5 Acoperirea cu beton

Se utilizează cel mai des în zonele unde necesită rezistenţă la

impact. De asemenea acestea sunt rezistente la schimbări bruşte decondiţii meteo. De acea sunt folosite în mod curent la depozite, parcărisubterane şi structuri externe.

3. Propuneri de soluţii posibile

În elaborarea unor soluţii noi autorii au analizat diferite metodede răcire cu gaz sub presiune, respectiv cu lichid de răcire. Acesteasunt utilizate în mai multe domenii, cum ar fi de ex. la frigidere, la

răcirea motoarelor cu ardere internă, la pistele de patinaj, instalaţ ii cuaer condiţionat, instalaţii de stocare ale gheţ ii. Un sistem, care

630


7/8

funcţionează pe acest principiu, este utilizat drept un sistem de răcire alstructurii de oţel în Dubai, la clădirea Burj Khalifa.

La ora actuală, după cunoştinţele autorilor, nu există soluţ iisimilare de protecţie ale structurilor de rezistenţă împotriva incendiilor.

Soluţia propusă de autori (vezi figura 6) utilizează dr eptprincipiu următorul fenomen: î n profilele rectangulare 1 şi 2 , care aufost acoperite în prealabil cu straturi intumescente, introducem câte oţ eavă cu pereţi subţiri (de preferat din cupru) 3 , apăsată de pereţ iiinteriori ai profilului, prin intermediului unor elemente elastice 7 .Elementele de joncţiune tip rapid 4-5 prezintă nişte cleme elastice,asigurând astfel un montaj rapid al ţevilor 3 prin ferestrele de vizitareprevăzute în profilele 1 şi 2 , care ulterior sunt acoperite cu capacele 6 .

Fig. 6 Sistem inovativ propus de autori

În cazul declanşării senzorului de incendii (creşterea excesivă

a temperaturii elementelor metalice de rezistenţă), prin aceste ţevi începe să circulă forţat apă rece, în direcţia indicată de săgeţi, careelimină într -o anumită măsură căldura primită din exterior de ţeavă. Aparece este pompată dintr -un rezervor suficient de mare, iar la întoarcereeste răcită. Prin această măsură creşterea temperaturii elementelor derezistenţă 1 şi 2 devină mult mai lentă şi astfel evacuarea în condiţii demaximă siguranţă a oamenilor şi a bunurilor materiale va fi prelungită înmod substanţial.

O altă variantă, pentru creşterea eficienţei schimbului de

căldură, ar putea fi acea, în care în ţevile3

s-ar introduce un alt fluid înloc de apă.

631


8/8

4. Concluzii

■ Autorii intenţionează în viitorul apropiat, să testeze eficienţasoluţiei inovative prezentate într-un stand propriu destinat evaluăriisistemelor intumescente de protecţie.

■ Acest stand propriu are la bază un cuptor electric, cu ocomandă electronică de mare precizie a temperaturii. Vor fi evaluateparametrii transferului de căldură la soluţii diferite de acoperire cuvopsele intumescente în epruvete prevăzute cu schimbător de căldurăde tip 3 (figura 6).

■ Pe baza experienţei anterioare autorii speră să obţină osoluţie mai eficientă de termoprotecţie a elementelor structurii derezistenţă.

BIBLIOGRAFIE

[1] Dalban, C., Juncan, N., Şerbescu, C., Varga, A., Dima, Ş., Construc ţ iimetalice, Ediţ ia a II-a, Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1983. [2] * * * Corus Construction & Industrial, Fire resistance of steel -framedbuildings, 2006 edition.[3] * * * http://www.steelconstruction.info/Fire_protecting_structural_steelwork [4] * * * http://www.iasisting.ro/servicii/termoprotectie-structuri-metalice.html

[5] Siniat S.A., Catalog Tehnic: Sisteme de gips carton, București, Ediția 1/2013www.siniat.ro [6] * * * http://www.superizol.ro/ro/produse/firefree-izolatie-antifoc-elementelor-metalice.

Prof.Dr.Ing. Ioan SZÁVADepartamentul de Inginerie Mecanică,

Universitatea “Transilvania” din Braşov, membru AGIR e-mail: [email protected]

Dr.Ing. Pál Botond GÁLFIşef laborator, SC Autoliv Braşov, membru AGIR

e-mail: [email protected]. Ildikó-Renata MUNTEANUe-mail: [email protected]

Carol AMBRUSPiroska ORBÁN

Universitatea “Transilvania” din Braşov

632
http://www.steelconstruction.info/Fire_protecting_structural_steelworkhttp://www.steelconstruction.info/Fire_protecting_structural_steelworkhttp://www.steelconstruction.info/Fire_protecting_structural_steelworkhttp://www.iasisting.ro/servicii/termoprotectie-structuri-metalice.htmlhttp://www.iasisting.ro/servicii/termoprotectie-structuri-metalice.htmlhttp://www.iasisting.ro/servicii/termoprotectie-structuri-metalice.htmlhttp://www.siniat.ro/http://www.siniat.ro/mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]://www.siniat.ro/http://www.iasisting.ro/servicii/termoprotectie-structuri-metalice.htmlhttp://www.steelconstruction.info/Fire_protecting_structural_steelwork

Solutii Pentru Îmbunatatirea Maririi Capacitatii Portante a Structurilor de Rezistenta in Caz de...

Documents

Transcript of Solutii Pentru Îmbunatatirea Maririi Capacitatii Portante a Structurilor de Rezistenta in Caz de...