AVALIAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO DE SAÍDAS DE EMERGÊNCIA E TEMPO DE ABANDONO DE EDIFICAÇÕES UTILIZANDO MÉTODO DE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL Lenita Franco de Sena (1); Rosaria Ono (2) (1) Graduanda, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo – Universidade de São Paulo, Brasil (2) Professora Doutora, Departamento de Tecnologia da Arquitetura – Faculdade de Arquitetura e Urbanismo – Universidade de São Paulo, Brasil
RESUMO A elaboração de regulamentações específicas de segurança contra incêndio entrou em foco no país após uma série de eventos trágicos na década de 1970. Apesar disso, tais legislações sofrem com a falta de revisões e com divergências nos âmbitos municipal, estadual e federal, dificultando principalmente a elaboração dos projetos de arquitetura. O objetivo deste trabalho foi comparar o desempenho das saídas de emergência, em termos de tempos totais e parciais para abandono de edifícios, com base nos diferentes critérios de dimensionamento de rotas de fuga de duas regulamentações em vigor no Estado de São Paulo. Para tanto foi utilizada como ferramenta um modelo de simulação computacional de evacuação. Verificou-se que dimensões maiores de escadas em edifícios de múltiplos pavimentos nem sempre resultam, proporcionalmente, em sensível redução do tempo de abandono, devendo ser necessária uma avaliação ponderada da efetividade dos atuais critérios de dimensionamento. Palavras-chave: segurança contra incêndio, dimensionamento de rotas de fuga, tempo de abandono, tempo de evacuação, modelos computacionais.
ABSTRACT The formulation of specific regulations on fire safety in buildings has come into the spotlight in the country after some tragic events during the decade of 1970. Despite of that, those regulations (municipal and state) suffer from lack of reviews and discrepancies between them, affecting mainly, the architectural design. The purpose of this paper is to present the results of a research where the effectiveness of fire exits was analyzed, when comparing the escape routes dimensioning criteria of two regulations in effect in the state of Sao Paulo. A computational model was used to simulate the evacuation of several hypothetical multiple-storey buildings. Larger stairs do not always result directly on a significant reduction of the evacuation time. Existing dimensioning parameters should be reviewed in the light of their effectiveness on the evacuation time. Keywords: fire safety, escape route dimensioning, evacuation time, computational models.
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INTRODUÇÃO Foi apenas após uma série de eventos trágicos, com perdas humanas e materiais – como
os incêndios nos edifícios Andraus e Joelma na década de 1970 –, que a segurança contra incêndio entrou definitivamente em foco no país, visando especialmente a elaboração de normas específicas para direcionar o projeto, intensificando a responsabilidade do arquiteto ainda nesta fase. Isso não significa simplesmente a especificação de modernos sistemas prediais, de custo elevado, pois estes de nada servirão caso o edifício em si não esteja estruturado para favorecer o abandono rápido e seguro de seus ocupantes no caso de uma emergência – daí a importância de considerar a questão ainda na fase projetual, quando as alterações no projeto arquitetônico, incluindo o leiaute e a estrutura da edificação, ainda são fáceis e possíveis. Nos dias atuais, em geral as regulamentações para dimensionamento de saídas de emergentes vigentes no Brasil encontram-se muito defasadas em relação às referências mundiais e apresentam critérios diferentes nos âmbitos municipal e estadual. Assim, decidiu-se realizar um estudo
para
verificação
da
efetividade
dos
critérios
de
dimensionamento
de
duas
regulamentações vigentes no Estado de São Paulo, a saber: o Código de Obras e Edificações do Município de São Paulo - Lei Municipal n° 11.228/1992 e Decreto Municipal 32.369/1992 (SÃO PAULO, 1992) e a Instrução Técnica nº 11 do Corpo de Bombeiros (SÃO PAULO, 2004) – complementar ao Decreto Estadual nº 46.076/2001 (SÃO PAULO, 2001). As comparações foram feitas a partir de simulações do abandono de alguns edifícios hipotéticos de múltiplos pavimentos (um dos tipos mais críticos de edificação no que se refere à evacuação) cujas rotas de fugas foram calculadas a partir de tais regulamentações, utilizando para as simulações o software britânico buildingEXODUS.
1.1
O software buildingEXODUS Desenvolvido por um subsidiário da Universidade de Greenwich da Ingalterra, o software
utilizado no trabalho faz parte de uma família de softwares – EXODUS – (UNIVERSITY OF GREENWICH, 2004) para estudar a movimentação e evacuação de grandes grupos em estruturas complexas. Há três ramos: o building EXODUS, para edifícios; o airEXODUS, para aeronaves; e o maritimeEXODUS, para navios. O programa trabalha com a representação simplificada do ambiente cuja evacuação será simulada. O ambiente é subdividido em uma malha formada por nós, onde cada nó representa o menor espaço ocupado por um indivíduo. O padrão do programa estabelece um nó de 0,50mx0,50m para rotas comuns e 0,73mx0,50m para escadas. Não há limite de área máxima nem de número máximo de pavimentos a serem simulados, desde que todos sejam corretamente conectados por escadas e que sejam colocadas portas
Porta com Internal Exit Nodes
conectando o edifício ao “exterior”, uma vez que o objetivo da simulação é a evacuação, ou seja, que a população chegue ao exterior da edificação (Figura 1). Porta sem Internal Exit Nodes
External Exit já conectada
(a)
(b)
Figura 1 – Exemplos da geometria do programa: (a) nós, escadas e conector de pavimentos (link) e (b) porta para o exterior.
Com relação à população, são várias as características possíveis de serem determinadas para cada indivíduo. Entretanto, uma das limitações do programa é que os dados disponíveis são relativos apenas à população da faixa etária de 20 a 60 anos, de ambos os sexos (Figura 2) de acordo com a estatística da população britânica. Isso significa que o modelo não disponibiliza dados referentes a crianças, adolescentes e idosos, populações que fariam diferença numa evacuação, uma vez que possuem características bem específicas, especialmente relacionadas à mobilidade/velocidade.
Mulher Idade <30
Homem Idade <30
Mulher Idade 30-50
Mulher Idade >50
Homem Idade 30-50
Homem Idade >50
Figura 2 – Representação de cores dos diferentes tipos de indivíduos do programa.
O programa também permite especificar características especiais a determinados indivíduos (conhecimentos sobre o edifício (familiaridade), nível de relação social com outros indivíduos, limitações de mobilidade, etc.); as condições do ambiente (temperatura, densidade e toxicidade dos gases quentes), desde que se tenha um conhecimento básico sobre o assunto; delegar tarefas a indivíduos diversos; inserir obstáculos no ambiente, entre outras possibilidades. É importante colocar que o modelo por si só não prevê o comportamento e a evolução do incêndio, mas permite que tais dados sejam inseridos ou importados de outros modelos específicos para esse fim.
Depois que toda a geometria é gerada, a população inserida e as características do ambiente, determinadas, a simulação pode ser executada. Ao final da mesma, é gerado um arquivo com todos os dados em detalhes: informações sobre as características individuais de todos os ocupantes, os tempos de saída total e parcial de cada ocupante, os tempos de resposta e de espera de cada um, entre outros dados.
2
OBJETIVO O
objetivo
deste
trabalho
é
comparar
os
critérios
estabelecidos
pelas
duas
regulamentações e analisar a eficiência das rotas de fuga de edificações de múltiplos pavimentos, a partir de simulações de evacuação de um mesmo edifício com as rotas (corredores, escadas e portas) dimensionadas a partir de critérios estabelecidos em cada uma das regulamentações. Além disso, também se visa compreender a função dos modelos computacionais no dimensionamento das saídas de emergência em projetos arquitetônicos e o tempo de evacuação resultante para avaliar a eficácia dessas saídas.
3
MÉTODOS E TÉCNICAS
3.1
Dimensionamento segundo as regulamentações Para o Código de Obras e Edificações do Município de São Paulo (SÃO PAULO, 1992), as
rotas são moduladas de 30 em 30 cm, sendo que cada módulo permite a passagem de 30 pessoas – apesar de cada indivíduo precisar de 0,60m de largura para passar e da largura mínima permitida ser de 1,20m. Inicialmente, calcula-se a população para cada pavimento do edifício, considerando uma densidade populacional em função do tipo de uso e dividindo-a pela área do pavimento. A lotação obtida por pavimento é, então, corrigida em função da altura da edificação (vide Equação 1), e este valor será dividido por módulos de 0,30m para definir o número de módulos por tipo de rota (corredores/rampas ou escadas), diferenciados pelo fator K. Lc= 60.Lo.Y/K
Equação (1),
Onde: Lc :Lotação corrigida; Lo: Lotação de origem; Y = (Ho+3) /15 > 1
Equação (2)
Sendo K: fator de capacidade de passagem por tipo de rota. Já, o número de escadas será definido pela distância máxima a percorrer permitida para cada situação, havendo um número mínimo determinado pela regulamentação, em função do tipo de uso e altura do edifício,
Na Instrução Técnica No.11 (SÃO PAULO, 2004), a modulação é de 55 cm – apesar disso, por uma questão de padronização, não se permite rotas com menos de 1,20m de largura. A população por pavimento é calculada em função da densidade ocupacional definida para o respectivo uso. Em seguida, calcula-se o número de unidades de passagem para cada tipo de rota (corredores, escadas e portas), sendo que para escadas, considera-se o pavimento mais populoso para garantir que a maior largura será adotada e que não haverá uma variação de largura de uma mesma rota entre diferentes pavimentos. O número de unidades de passagem é obtido dividindo-se a população do pavimento pelo fator de capacidade de passagem (vide Equação 3) dado para cada tipo de rota (corredores, escadas ou portas). A largura, em número de módulos de passagem, obtido (sempre arredondado para mais) deve ser multiplicando-o pelo módulo de 0,55m, para obter a largura em metros. N = P/C
(Equação 3)
onde:
N: número de unidades de passagem, arredondado para número inteiro imediatamente maior que o valor do quociente;
P: população calculada conforme densidade dada na Tabela 5, por tipo de ocupação;
C: capacidade da unidade de passagem conforme Tabela 5 da Norma. O número mínimo e o tipo de escadas (escada comum, enclausurada, com ou sem
antecâmara) também são definidos pela distância máxima a percorrer permitida até um local seguro, em função da altura e tipo de uso da edificação.
3.2
Determinação de leiautes Como há parâmetros diferentes de dimensionamento em função do uso, área e altura de
edificação, foram criados dois edifícios hipotéticos para as simulações, com as características que podem ser vistas na Figura 3 e Tabela 1.
EXEMPLO 1
EXEMPLO 2
Figura 3 – Edifícios criados para simulações.
Tabela 1 – Principais características dos edifícios Exemplo 1 e 2. Características Uso principal Numero de pavimentos Área do pavimento-tipo para cálculo da população Densidade ocupacional da ocupação principal População do pavimento-tipo Altura de piso a piso Altura do piso de descarga até o último piso superior ocupado
Exemplo 1 Escritórios Térreo (piso de descarga); 15 pavimentos-tipo; 2 subsolos de estacionamento. 2 800 m (aprox.40 x 20m; planta livre)
Exemplo 2 Residencial Térreo (piso de descarga); 14 pavimentos-tipo; 2 subsolos de estacionamento. 280 m2 (aprox. 28 x 10m)
3,06m
15 m²/pessoa (COE) 2 pessoas por dormitório (IT 11) 19 pessoas (COE); 24 pessoas (IT 11) 3,06m
45,90m
42,84m
2
7,00 m /pessoa 115 pessoas
Para evitar problemas de incompatibilidade, decidiu-se por não alterar a modulação padrão do modelo. Entretanto, o modelo considera o nó de 0,76m de largura por pessoa para escada; assim a largura mínima de 1,20m calculada para alguns casos não garantiria a instalação de dois nós, que corresponderia a 1,52m. Para estudar os efeitos de um ou dois nós de largura nas escadas, foram criados dois casos: o Caso A, cuja geometria foi elaborada a partir de valores dimensionais, isto é, instalando-se o número de nós de 0,76 que caberia dentro da largura obtida no dimensionamento e; o Caso B, dimensionada a partir de correspondência de nós com unidades de passagem, ou seja, um nó do modelo corresponde a uma unidade de passagem (0,60 ou 0,55 m) obtida no dimensionamento. Outra dúvida encontrada, especificamente relacionada da leitura das regulamentações, é que nenhuma delas determina se cada uma das rotas do mesmo tipo (corredores, escadas ou portas) precisa contar com a largura obtida em cálculo, ou se é possível considerar esta como largura total a ser dividida entre o número de rotas existentes do mesmo tipo. Em alguns casos, a largura obtida pode ser extremamente elevada para que sejam adotadas em todas as rotas, inviabilizando o projeto. Porém, nesse trabalho, optou-se por manter a largura obtida em cálculo como largura oficial de todas as rotas do mesmo tipo, respectivamente, para corredores, escadas e portas, a fim de verificar a relevância deste detalhe de dimensionamento. Também por não existir um leiaute previamente definido dos pavimentos, uma vez que os edifícios são hipotéticos, criou-se para cada Exemplo ao menos duas opções diferentes de posicionamento de escadas gerando leiautes diferentes de rotas de fuga.
Figura 4 – Opções de leiautes criados para realização das simulações dos dois exemplos, respeitando as distâncias máximas a serem percorridas segundo as regulamentações.
Sendo assim, gerou-se um total de 20 simulações, 10 para cada Caso (A e B), sendo quatro para o Exemplo 1 (duas segundo os critérios do COE e duas da IT11) e seis para o Exemplo 2 (três segundo os critérios do COE e três da IT11).
4
ANÁLISE DE RESULTADOS
4.1
Resultados do dimensionamento Com o dimensionamento de saídas conforme as regulamentações consideradas verificou-
se no Exemplo 1 a ocorrência de escadas e corredores mais largos para os cálculos segundo o Código de Obras e Edificações e escadas e corredores com larguras equivalentes aos valores mínimos definidos, para a Instrução Técnica n°. 11. Para o Exemplo 2, ambas as regulamentações resultaram em escadas de largura mínima, por isso foram criadas duas situações diferentes: uma na qual há uma segunda escada (os cálculos resultaram na necessidade de se inserir apenas uma escada) e outra na qual as escadas definidas contêm um módulo de passagem a mais (de acordo com a modulação de cada regulamentação) – por isso o Exemplo 2 conta com seis simulações enquanto o outro conta com apenas quatro, em cada caso. Com relação às geometrias geradas pelas duas interpretações diferentes (Caso A e B), apenas para os modelos calculados para o COE no Exemplo 1 não houve diferença entre os dois casos. Em todos os outros, no Caso B houve o aumento de um nó (ou uma unidade de passagem) em cada escada.
4.2
Resultados das simulações Conforme sugerido no manual do modelo, optou-se por realizar cada simulação mais de
uma vez – no caso, cinco vezes – e adotar como tempo final a média entre os valores obtidos. Isso se justifica porque nunca uma simulação é igual à outra, pois podem ocorrer fenômenos específicos que influenciem no resultado final. A Tabela 2 apresenta um resumo dos dados das simulações e respectivos resultados: larguras calculadas para as escadas, equivalência em nós na geometria do programa e tempo final médio obtido nas simulações realizadas. Tabela 2 – Resultados finais
É importante notar que ambos os exemplos possuem número de pavimentos muito semelhantes e, no entanto, devido à diferença significativa de lotação em função do tipo de uso, os tempos de abandono são bem diferentes, demonstrando relação direta da lotação com o tempo de abandono, mais do que com o número de pavimentos. É possível verificar também em ambos que os tempos médios de abandono se apresentam em faixas com pouca variabilidade entre si, sendo que no Exemplo 1, é possível verificar uma diferença sensível no tempo de abandono entre o Caso A e Caso B, quando o número de nós de escada é aumentado de um para dois. Já no caso do Exemplo 2, não há diferença expressiva entre os resultados do Caso A e B; isto se deve à baixa lotação da edificação residencial. Assim, caso não exista impedimento de uso da escada, no Exemplo 2, uma única seria suficiente para o abandono rápido da edificação.
5
CONCLUSÕES Analisando-se as simulações em si e seus resultados, pode parecer que os critérios da IT
n° 11 geram rotas de fugas sub-dimensionadas (já que resultam em rotas menores que as calculadas pelo COE). Entretanto, isso depende da interpretação feita dos critérios da regulamentação ao montar a geometria dos modelos. Se for considerado que tais regulamentações geram larguras dimensionais, então se pode dizer que os critérios da Instrução Técnica geram larguras subdimensionadas. Mas tendo-se tais larguras como relativas às unidades de passagem (que seria o Caso B estudado), talvez seja o caso de dizer que o Código de Obras tenha critérios que geram larguras superdimensionadas. Contudo, nestes modelos adotou-se o valor de largura obtida por cálculo para cada uma das escadas. É certo que em alguns casos tal procedimento se mostraria inviável, mas dividir o valor da largura obtido no cálculo pelas várias escadas resulta em dimensionamentos muito semelhantes em ambas as regulamentações, no caso de edifícios de múltiplos pavimentos (uma vez que a largura mínima é de 1,20m, ao se ter duas escadas têm-se uma largura final de 2,40m, por exemplo). O que se viu no Caso A foi um problema de limitação na largura das escadas calculadas segundo a IT n°11: as escadas logo ficavam saturadas e os demais ocupantes não conseguiam entrar rapidamente. Já no Caso B, as escadas segundo a IT (menores que o dimensionamento segundo o COE) já se mostravam suficientes para permitir o deslocamento de todos os indivíduos sem maiores problemas. Neste caso, a principal causa de demora para o final da evacuação foram as aglomerações nas saídas para os exterior da edificação. Isso leva a outra conclusão importante: dimensionar corretamente as saídas do pavimento de descarga é tão importante para a segurança dos ocupantes quanto dimensionar corretamente as escadas.
Com relação à diferença de modulação entre as duas regulamentações, apesar do COE determinar uma modulação de 0,30m, cada ocupante precisa de 0,60m de largura para conseguir passar. Portanto, apesar de serem diferentes nos cálculos, na prática, a única diferença entre escadas de 1,20m e 1,50m (como no Exemplo 1) é que a segunda proporciona maior conforto ao usuário. Pensando-se de outra maneira, pode-se dizer que ambas apresentam duas unidades de passagem.
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AGRADECIMENTOS As autoras agradecem ao Instituto Brasileiro de Siderurgia/Centro Brasileiro de Construção
em Aço (IBS/CBCA) pela aquisição e manutenção da licença do aplicativo “buildingEXODUS” e à Fundação para Pesquisa Ambiental – (FUPAM) pela bolsa de Iniciação Científica que viabilizou esta pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SÃO PAULO (Estado).. Instrução Técnica n° 11/2004 – Saídas de Emergência. Estabelece os requisitos mínimos para dimensionamento de saídas de emergência e dá outras providências, 2004. SÃO PAULO (Estado). Decreto Estadual nº 46.076/2001 de 31 de agosto de 2001. Regulamento de segurança contra incêndio nas edificações e áreas de risco para os fins da Lei nº684 de 30 de setembro de 1975 e estabelece outras providências, 2001. SÃO PAULO (Município). Lei Municipal nº 11.228 de 25 de junho de 1992. Estabelece o Código de Obras e Edificações e dá outras providências, 1992. UNIVERSITY OF GREENWICH. buildingEXODUS – Manual of Procedures. Greenwich, Inglaterra, 2004.