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.

1 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

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 com Internal Exit Nodes

Porta sem Internal Exit Nodes

External Exit já conectada

TIPOS DE SAÍDAS

(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 >50 Homem Idade >50

Mulher Idade 30-50 Homem Idade 30-50

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.

Figura 3 – Edifícios criados para simulações.

EXEMPLO 1 EXEMPLO 2

Tabela 1 – Principais características dos edifícios Exemplo 1 e 2. Características Exemplo 1 Exemplo 2

Uso principal Escritórios Residencial

Numero de pavimentos Térreo (piso de descarga);

15 pavimentos-tipo; 2 subsolos de estacionamento.

Térreo (piso de descarga); 14 pavimentos-tipo;

2 subsolos de estacionamento.

Área do pavimento-tipo para cálculo da população

800 m2 (aprox.40 x 20m; planta

livre) 280 m2 (aprox. 28 x 10m)

Densidade ocupacional da ocupação principal

7,00 m2/pessoa

15 m²/pessoa (COE) 2 pessoas por dormitório (IT 11)

População do pavimento-tipo 115 pessoas 19 pessoas (COE); 24 pessoas (IT 11)

Altura de piso a piso 3,06m 3,06m

Altura do piso de descarga até o último piso superior ocupado

45,90m 42,84m

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.

6 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.