Os materiais utilizados nas estruturas e nos equipamentos de um túnel não devem arder nem produzir grandes quantidades de fumo tóxico se ocorrer um incêndio no túnel. Para além disso, se tal acontecer, as estruturas não devem colapsar enquanto os utentes ou o pessoal dos serviços de emergência permanecerem dentro do túnel e os equipamentos de segurança críticos devem continuar a funcionar, pelo menos, até as operações de evacuação e de combate ao incêndio estarem terminadas.
Estes objetivos gerais dependem do comportamento dos materiais e da resistência ao fogo das estruturas e dos equipamentos:
Este Capítulo foi redigido por Robin Hall e pelo Grupo de Trabalho 4 do Comité C4 (2008-2011) em que:
Os materiais utilizados na construção dos túneis têm de possuir uma resistência ao fogo adequada para assegurar a sua integridade durante a evacuação e o combate ao incêndio.
A Secção VII.3 "Reação dos materiais ao fogo " do relatório técnico 05.05.B "Controlo de Incêndios e Fumo em Túneis" aborda as propriedades face ao fogo dos materiais dos túneis, referindo que as especificações definidas para os materiais devem incluir exigências relativas às suas propriedades perante a ocorrência de um incêndio. As propriedades desejáveis são:
Não é possível evitar a formação de gases gerados por um incêndio, mas os riscos podem ser reduzidos quer através da escolha de materiais quer do projeto dos meios de segurança, tais como as vias de evacuação, que podem reduzir a exposição ao risco. Merecem, ainda, destaque as propriedades dos materiais de revestimento das paredes, incluindo cerâmicas e tintas, impermeabilizações ou material de iluminação. As especificações determinadas para estes materiais devem, igualmente, incluir exigências relativas às suas propriedades em matéria de comportamento ao fogo.
Deve ter-se presente a possibilidade de estes materiais poderem produzir substâncias químicas corrosivas ou tóxicas durante a combustão e de estas substâncias poderem penetrar na superfície do betão, causando uma corrosão posterior. Isto também se aplica a eventuais revestimentos. No caso de serem especificadas fibras de polipropileno para reduzir o risco de fissuração, deve ter-se em atenção a questão da durabilidade do betão após um incêndio de dimensão significativa. Isto deve-se ao aumento da porosidade no interior do betão onde as fibras derreteram, conduzindo a um aumento da sua vulnerabilidade em relação à carbonatação ou aos ataques por cloretos.
Os pavimentos rodoviários podem ser de betão ou de misturas betuminosas. O artigo da Route/Roads "Efeitos do Pavimento em Incêndios em Túneis Rodoviários" discute as propriedades destes materiais, do ponto de vista da segurança face a incêndios. Destes materiais, o betão é o único que não é combustível e a sua utilização em túneis não levanta nenhuma questão. Contudo, os estudos e a experiência a partir de incêndios ocorridos, mostram que, nas fases em que a segurança das pessoas está em jogo, as misturas betuminosas não contribuem de forma significativa para a dimensão do incêndio (tanto em termos da libertação de calor como da carga de incêndio total) no caso de incêndio num túnel rodoviário. Os pavimentos drenantes não são aconselháveis em túneis, uma vez que os derrames de combustíveis seriam armazenados abaixo da superfície do pavimento.
A resistência de uma estrutura ao fogo pode ser caraterizada pelo tempo que decorre entre o início de um incêndio e o momento em que a estrutura deixa de assegurar a sua função, devido a uma deformação inaceitável ou a um colapso.
O Capítulo 7 "Critérios de Conceção para a Resistência das Estruturas ao Fogo" do relatório técnico 2007 05.16.B "Sistemas e Equipamentos para Controlo de Incêndios e Fumo em Túneis Rodoviários" resume os objetivos da resistência das estruturas ao fogo em túneis, da seguinte maneira:
Um objetivo suplementar consiste em limitar o tempo em que o tráfego estará interrompido devido a reparações, após um incêndio.
O Capítulo VII.4 "Resistência das estruturas ao fogo" do relatório técnico 1999 05.05.B "Controlo de Incêndios e Fumo em Túneis " fornece uma panorâmica geral sobre este tema.
A resistência das estruturas ao fogo é descrita em relação a diferentes curvas relacionando tempo-temperatura. A Figura 9.2-1 mostra a curva ISO 834, a curva holandesa RWS, a curva alemã ZTV e uma curva francesa de hidrocarbonetos “majorada”, HCinc, em que as temperaturas são multiplicadas por um fator de 1300/1100 a partir da curva básica de hidrocarbonetos (HC) do Eurocódigo 1 Part 2-2.
Figura 9.2-1: Curvas tempo-temperatura para as normas ISO, HCinc, ZTV e RWS (Routes/Roads N.º 324)
Os critérios de conceção para a resistência ao fogo em túneis fazem parte de um acordo entre a Associação Mundial da Estrada (AIPCR/PIARC) e a Associação Internacional dos Túneis, tal como se indica no artigo da Routes/Roads intitulado "Critérios de Conceção da AIPCR/PIARC para a Resistência ao Fogo das Estruturas dos Túneis Rodoviários" (2004), e publicado como recomendação da AIPCR/PIARC no CCapítulo 7 "Critérios de Conceção para a Resistência das Estruturas ao Fogo" do relatório técnico 2007 05.16.B. Na Tabela 9.2-2 é apresentado um resumo das propostas.
Tabela 9.2-2: Recomendações da AIPCR/PIARC e da ITA
Notas
(1) Pode ser necessária uma duração de 180 minutos para uma densidade de tráfego importante de veículos pesados transportando matérias combustíveis.
(2) A segurança não constitui um critério e não requer nenhuma resistência ao fogo (que não o evitar-se um colapso em cadeia). Tomar em consideração outros objetivos pode conduzir às seguintes exigências:
(3) A segurança não constitui um critério e não requer nenhuma resistência ao fogo (que não o evitar-se um colapso em cadeia). Tomar em consideração outros objetivos pode conduzir às seguintes exigências:
(4) Outras estruturas secundárias: a definir caso a caso.
(5) No caso de ventilação transversal.
(6) Os abrigos devem ligar ao exterior.
(7) Pode ser considerada uma maior duração se existir um grande volume de pesados que transportem matérias combustíveis e a evacuação dos abrigos não for possível em 120 minutos.
As consequências de uma falha terão influência sobre os requisitos para a resistência ao fogo. Isso depende do tipo de túnel. Num túnel submerso, por exemplo, um colapso local pode causar inundação em todo o túnel, ao passo que um colapso local num túnel construído a céu aberto pode ter consequências muito limitadas. Um requisito básico consiste em evitar-se um colapso em cadeia e que os sistemas longitudinais vitais, tais como os cabos de alimentação elétrica e de comunicações, sejam cortados.
Os materiais utilizados nas estruturas dos túneis envolvem diferentes precauções a nível da proteção contra incêndios. A Secção VII.3 "Reação ao fogo dos materiais" do relatório 1999 05.05.B
"Controlo dos Incêndios e do Fumo em Túneis" discute as caraterísticas dos revestimentos de túneis escavados em rocha em comparação com as dos túneis com revestimento de betão armado. A intensidade do calor gerado durante um incêndio de grandes dimensões pode fazer com que o betão armado perca a sua função de suporte. A função de isolamento de uma proteção resistente ao fogo pode ser utilizada para prevenir danos prematuros na estrutura. A resistência ao fogo da construção no seu conjunto (tipo e recobrimento da armadura/pré esforço, proteção adicional, etc.) necessita de ser considerada.
O lasqueamento do betão é causado por diferenças de temperatura e por dilatação. Isto representa um perigo para as armaduras, que são mais facilmente expostas a temperaturas elevadas. Em geral, não constitui um perigo para as pessoas durante a evacuação, mas pode ser perigoso para os bombeiros. Podem ser empregues vários tipos de proteções resistentes ao fogo para reduzir o risco e os efeitos do lasqueamento, muito embora este risco nunca possa ser completamente evitado devido às temperaturas elevadas que podem ocorrer.
Deve ser dada especial atenção à resistência ao fogo do sistema de ventilação, de forma a que o desempenho previsto em projeto não seja reduzido por uma falha. Por conseguinte, é necessário examinar as consequências de um colapso local de uma conduta, em caso de incêndio.
As saídas de emergência são, apenas, utilizadas durante a primeira fase do incêndio para a evacuação de pessoas. Deve ser possível utilizar estas vias por um período de, pelo menos, 30 minutos. Nos casos em que estes percursos são, também, utilizados pelas equipas de socorro e bombeiros, o período pode ser maior.
Para se evitar a progressão do incêndio para um tubo ou uma saída de emergência adjacentes, as portas de emergência, os nichos de segurança e outros equipamentos localizados entre dois tubos devem permanecer intactos durante um período de tempo pré definido. Todas as portas de emergência e a construção em redor, incluindo a ombreira da porta, devem resistir pelo menos 30 minutos à exposição ao fogo. No caso de uma porta entre dois tubos, é exigida uma resistência superior, por exemplo de 1 a 2 horas.
Em termos da resistência a temperaturas elevadas, o equipamento dos túneis e os cabos podem ser classificados como resistentes ao fogo ou não.
Os equipamentos protegidos e os cabos com níveis diferenciados de resistência incluem, por exemplo:
Os equipamentos não protegidos, tais como os sinais “de código”, as câmaras e os altifalantes funcionam com temperaturas de funcionamento, em geral, até 50°C, e são suscetíveis de falhar com temperaturas relativamente baixas. Entre estes equipamentos constam:
As temperaturas críticas dos materiais utilizados nestes equipamentos não protegidos são:
Todos os acessórios utilizados na fixação dos equipamentos às estruturas devem ser avaliados em termos do seu comportamento face ao fogo.