Comparação da eficácia de tecnologias para o controlo da perda de solo em áreas ardidas no Nordeste de Portugal aplicando modelo de erosão

As florestas exercem grande influência nos meios físico, biótico e socioeconômico, evitando a degradação do solo pela erosão, controlando a qualidade da água, fornecendo matérias-primas e alimentos, abrigando a maior parte da fauna e flora terrestre. As áreas florestais estão todavia sujeitas a significativo risco de incêndio. Como consequência dos incêndios, e entre outros impactos, o solo fica exposto à ação erosiva da chuva determinando perdas de solo muito significativas e a degradação deste recurso. Deste modo, o controle da erosão após o incêndio é essencial para a mais rápida recuperação das áreas ardidas suportada em medidas de conservação do solo eficazes. O trabalho propõe-se fazer uma avaliação quantificada da eficácia de técnicas de conservação do solo no controle da erosão em áreas ardidas, centrada em medidas de baixo custo e aplicável ao NE de Portugal, em especial o Distrito de Bragança. A metodologia de avaliação seguida inclui a construção de cenários regionais de aplicação simulada de uma seleção de medidas, mediante exploração de um modelo de erosão (Equação Universal de Perda de Solo – USLE). Através das simulações realizadas fazendo variar a distribuição de barreiras ao longo da encosta e o seu grau de retenção, foi possível avaliar a eficácia desta técnica para a redução da erosão nas condições definidas como cenários de base. Observou-se que o grau de retenção tem maior influência na redução de perda do solo do que a distância entre barreiras. Isto evidencia a necessidade de uma implementação adequada desta medida, com a instalação de barreiras de elevado grau de retenção. Aplicada apenas no primeiro ano pós-fogo, e de forma isolada, a técnica da sementeira não se mostrou suficientemente eficaz. Porém, se após um ano se realizar uma nova sementeira na área afetada, mostrou-se que pode ocorrer uma diminuição dos valores de perda de solo relativamente grande, pelo que será aconselhável a realização de uma ressementeira no ano seguinte à primeira aquando de intervenções pós-fogo com esta técnica. Uma possível combinação entre os métodos anteriores iria proporcionar uma situação ótima, como observado nos resultados das simulações efetuadas, onde a maioria dos cenários apresentou valores estimados de perda de solo menores ou iguais a 2 ton/ha.ano, limiar que separa condições de risco de erosão baixo e moderado e corresponde à tolerância de perda de solo para solos delgados e de substrato não renovável.

Simulating the effects of vegetation and landscape structure on fire behavior in northeastern Portugal: the case of holm oak (Quercus rotundifolia)

O fogo é um processo frequente nas paisagens do norte de Portugal. Estudos anteriores mostraram que os bosques de azinheira (Quercus rotundifolia) persistem após a passagem do fogo e ajudam a diminuir a sua intensidade e taxa de propagação. Os principais objetivos deste estudo foram compreender e modelar o efeito dos bosques de azinheira no comportamento do fogo ao nível da paisagem da bacia superior do rio Sabor, localizado no nordeste de Portugal. O impacto dos bosques de azinheira no comportamento do fogo foi testado em termos de área e configuração de acordo com cenários que simulam a possível distribuição destas unidades de vegetação na paisagem, considerando uma percentagem de ocupação da azinheira de 2.2% (Low), 18.1% (Moderate), 26.0% (High), e 39.8% (Rivers). Estes cenários tiveram como principal objetivo testar 1) o papel dos bosques de azinheira no comportamento do fogo e 2) de que forma a configuração das manchas de azinheira podem ajudar a diminuir a intensidade da linha de fogo e área ardida. Na modelação do comportamento do fogo foi usado o modelo FlamMap para simular a intensidade de linha do fogo e taxa de propagação do fogo com base em modelos de combustível associados a cada ocupação e uso do solo presente na área de estudo, e também com base em fatores topográficos (altitude, declive e orientação da encosta) e climáticos (humidade e velocidade do vento). Foram ainda usados dois modelos de combustível para a ocupação de azinheira (áreas interiores e de bordadura), desenvolvidos com base em dados reais obtidos na região. Usou-se o software FRAGSATS para a análise dos padrões espaciais das classes de intensidade de linha do fogo, usando-se as métricas Class Area (CA), Number of Patches (NP) e Large Patches Index (LPI). Os resultados obtidos indicaram que a intensidade da linha de fogo e a taxa de propagação do fogo variou entre cenários e entre modelos de combustível para o azinhal. A intensidade média da linha de fogo e a taxa média de propagação do fogo decresceu à medida que a percentagem de área de bosques de azinheira aumentou na paisagem. Também foi observado que as métricas CA, NP e LPI variaram entre cenários e modelos de combustível para o azinhal, decrescendo quando a percentagem de área de bosques de azinheira aumentou. Este estudo permitiu concluir que a variação da percentagem de ocupação e configuração espacial dos bosques de azinheira influenciam o comportamento do fogo, reduzindo, em termos médios, a intensidade da linha de fogo e a taxa de propagação, sugerindo que os bosques de azinhal podem ser usados como medidas silvícolas preventivas para diminuir o risco de incêndio nesta região.

Numerical analysis of wooden slabs with perforations under fire conditions

Wood is considered an ideal solution for floors and roofs building construction, due the mechanical and thermal properties, associated with acoustic conditions. These constructions have good sound absorption, heat insulation and relevant architectonic characteristics. They are used in many civil applications: concert and conference halls, auditoriums, ceilings, walls… However, the high vulnerability of wooden elements submitted to fire conditions requires the evaluation of its structural behaviour with accuracy. The main objective of this work is to present a numerical model to assess the fire resistance of wooden cellular slabs with different perforations. Also the thermal behaviour of the wooden slabs will be compared considering different material insulation, with different sizes, inside the cavities. A transient thermal analysis with nonlinear material behaviour will be solved using ANSYS© program. This study allows to verify the fire resistance, the temperature evolution and the char-layer, throughout a wooden cellular slab with perforations and considering the insulation effect inside the cavities.

Numerical prediction of thermal and dynamic characteristics of a fireinduced ceiling-jet

The aim of this thesis is to test the ability of some correlative models such as Alpert correlations on 1972 and re-examined on 2011, the investigation of Heskestad and Delichatsios in 1978, the correlations produced by Cooper in 1982, to define both dynamic and thermal characteristics of a fire induced ceiling-jet flow. The flow occurs when the fire plume impinges the ceiling and develops in the radial direction of the fire axis. Both temperature and velocity predictions are decisive for sprinklers positioning, fire alarms positions, detectors (heat, smoke) positions and activation times and back-layering predictions. These correlative models will be compared with a 3D numerical simulation software CFAST. For the results comparison of temperature and velocity near the ceiling. These results are also compared with a Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis, using ANSYS FLUENT.

Fire protection durability of intumescent coatings after accelerated aging

The most common method of achieve the required fire resistance is by the use of passive fire protection systems, being intumescent coatings the fire protection material frequently used. These are usually considered thin film coatings as they are applied with a dry film thickness (DFT) between 0.3-3 [mm]. The required DFT is obtained by experimental fire resistance tests performed to assess the contribution of this reactive fire protection material to the steel member fire resistance. This tests are done after dry coating and a short time period of atmospheric conditioning, at constant temperature and humidity. As the coatings formulation is mainly made from polymeric basis compounds, it is expected that the environmental factors, such temperature, humidity and UV radiation (UVA and UVB) significantly affect the intumescent coating fire protection performance and its durability. This work presents a research study about the effects of aging on the fire protection performance of intumescent coatings. A commercial water based coating is submitted to an accelerated aging cycle, using a QUV Accelerated Weathering Tester. This tests aim to simulate 10 years of the coating natural aging. The coating durability is tested comparing the fire protection of small steel samples submitted to a radiant heat flux exposure from a cone calorimeter. In total, 28 tests were performed on intumescent coating protected steel specimens, of which 14 specimens were tested before the hydrothermal aging test and other 14 after accelerated aging. The experimental tests results of the steel temperature evolution shows that increasing the intumescent dry coating film thickness, the fire resistance time increases. After the accelerated aging cycles, the coating lose their ability to expand, resulting in an increase of the steel temperature of approximately 200 [ºC], compared to the samples without aging.

Axial buckling load of partially encased columns under fire

Partially encased columns have significant fire resistant. However, it is not possible to assess the fire resistance of such members simply by considering the temperature of the steel. The presence of concrete increases the mass and thermal inertia of the member and the variation of temperature within the cross section, in both the steel and concrete components. The annex G of EN1994-1-2 allows to calculate the load carrying capacity of partially encased columns, for a specific fire rating time, considering the balanced summation method. New formulas will be used to calculate the plastic resistance to axial compression and the effective flexural stiffness. These two parameters are used to calculate the buckling resistance. The finite element method is used to compare the results of the elastic critical load for different fire ratings of 30 and 60 minutes. The buckling resistance is also calculated by the finite element method, using an incremental and iterative procedure. This buckling resistance is also compared with the simple calculation method, evaluating the design buckling curve that best fits the results.