Avaliação do Efeito da Humidade do Combustível Vivo no Comportamento do Fogo

Universidade de Trás-Os-Montes e Alto Douro

Avaliação do Efeito da Humidade do

Combustível Vivo no Comportamento do Fogo

Dissertação de Mestrado em Engenharia Florestal

Ricardo Manuel Fernandes Veloso

Orientador: Professor Doutor Paulo Alexandre Martins Fernandes

Universidade de Trás-Os-Montes e Alto Douro

Avaliação do Efeito da Humidade do

Combustível Vivo no Comportamento do Fogo

Dissertação de Mestrado em Engenharia Florestal

Ricardo Manuel Fernandes Veloso

Orientador: Professor Doutor Paulo Alexandre Martins Fernandes

Composição do Júri

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Este trabalho é uma obra original realizada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Florestal, pela Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, sendo que as doutrinas aqui apresentadas são da exclusiva responsabilidade do seu autor

“

Você nunca sabe que resultados virão da sua ação. Mas se você não fizer nada, não existirão resultados”

i

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador, o Professor Doutor Paulo Fernandes, por toda a sua ajuda e paciência durante este longo processo até à conclusão da dissertação e também por toda a insistência para que a terminasse.

Ao meu pai, mãe e irmã por todo o apoio incondicional e paciência ao longo de todos estes anos de estudo.

Aos meus avós Olinda Vilaça e Domingos Fernandes por todos os seus ensinamentos e pelo amor incondicional que sempre me deram.

À Olga Martins, por todo o apoio e paciência durante a elaboração do presente estudo e acima de tudo por ser a principal incentivadora para terminar a dissertação.

Aos amigos Tiago Mendes, Rui Silva e Sérgio Amaral, pela amizade, paciência, sinceridade e por todos os momentos de diversão que me proporcionaram.

Ao amigo Diogo Amaral, por todos estes anos de amizade e pela valiosa lição que me dá todos os dias: ultrapassar obstáculos e lutar com todas as forças contra as adversidades.

Ao Engenheiro Délio Sousa por todo o incentivo e por toda a ajuda nos trabalhos de campo.

ii

Resumo

O paradigma dos fogos e todos os fatores que o influenciam têm cada vez mais interesse, não só para a comunidade científica e para os profissionais do sector, mas também para a população em geral. Este estudo tem como objetivo principal a quantificação do efeito da humidade do combustível vivo no comportamento do fogo com base em experiências em laboratório numa mesa de combustão, o que permite controlar as variáveis ambientais. As espécies em estudo ocorrem frequentemente em Portugal e são o pinheiro bravo (Pinus pinaster Aiton), giesta (Cytisus striatus (Hill) Rothm), eucalipto (Eucalyptus globulus Labill.) e acácia (Acacia dealbata Link.).

A metodologia de trabalho abrange três fases distintas: recolha de material no campo, realização de queimas experimentais e análise dos dados obtidos. A recolha de combustível vivo foi realizada de março a junho de 2014 no campus da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro ou em áreas circundantes à mesma. Antes de cada queima experimental foram medidas variáveis atmosféricas, carga de combustível e a humidade do combustível vivo e durante cada queima mediam-se características da propagação do fogo (n=52). A análise estatística procurou determinar como varia a probabilidade de propagação do fogo em função de variáveis independentes, nomeadamente a humidade do combustível vivo; e quantificar o efeito da humidade do combustível vivo na velocidade de propagação, testando também o efeito de outras variáveis ambientais, com destaque para o tipo de combustível (espécie).

O teor de humidade do combustível e o tempo após recolha têm uma forte influência na possibilidade de propagação do fogo: a humidade do combustível vivo explicou 55% da variação observada na velocidade de propagação do fogo e o tempo após recolha explicou 38% dessa variação. Os resultados mostram que a velocidade de propagação diminui com humidades do combustível vivo cada vez maiores, aumentando substancialmente quando o teor de humidade atinge valores de 50 a 70%. Estudos adicionais deverão analisar a variação do comportamento do fogo em misturas de combustíveis mortos e vivos.

Palavras-chave: humidade do combustível, combustível vivo, incêndios florestais, modelação.

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Abstract

Fire and all its influencing factors are increasingly of interest, not only to the scientific community and professionals in the sector, but also to the general population. This study has as main objective the quantification of the effect of live fuel moisture content on fire behavior based on indoors experimentation in a combustion table, which allows to control the environmental variables of interest. The species under study occur frequently in Portugal and are the maritime pine (Pinus pinaster Aiton), Portuguese broom (Cytisus striatus (Hill) Rothm), blue gum (Eucalyptus globulus Labill.) and acacia (Acacia dealbata Link.).

Work methodology comprised three distinct phases: collection of plant material in the field, experimental burning, and the analysis of the obtained fire behavior data. The collection of live fuel on the field was carried out from March to June 2014 in the University of Trás-os-Montes e Alto Douro campus or in the surrounding areas. Atmospheric variables, fuel load and the live fuel moisture content were assessed before each experimental fire, and during each fire its spread characteristics were measured (n=52). The statistical analysis sought to determine how the likelihood of sustained fire spread varies according to the independent variables, namely live fuel moisture content; and to quantify the effect of live fuel moisture content on the fire-spread rate, testing also for the effect of other environmental variables, with emphasis on fuel type (species).

Live fuel moisture content and time after fuel collection have a strong influence on the likelihood of self-sustained fire spread. In fact, fuel moisture content alone explained 55% of the observed variation in rate of spread, and time after fuel collection explained 38% of that variation. Results show that fire-spread rate decreases with increasingly higher live fuel moisture content, substantially increasing when moisture content reaches 50 to 70%. Further studies should examine fire behavior variation in mixtures of dead and live fuels.

iv

Índice Geral

Resumo ... ii Abstract ... iii Índice Geral...v Índice de Figuras ... v

Índice de Tabelas ... vii

1. Introdução ... 1

1.1. Comportamento do fogo ... 3

1.2. Humidade do combustível ... 5

1.3. Humidade do combustível vivo ... 7

2. Metodologia ... 10

2.1. Amostragem do combustível ... 10

2.2. Queimas experimentais ... 11

2.3. Análise dos dados ... 17

3. Resultados ... 19

3.1. Modelação da probabilidade de propagação sustentada do fogo ... 23

3.2. Modelação da velocidade de propagação do fogo em função das variáveis ambientais ... 26

3.3. Altura da chama ... 30

4. Discussão dos resultados ... 33

5. Conclusões ... 36

Referências Bibliográficas ... 38

v

Índice de Figuras

Figura 1. Superfície florestal ardida em Portugal Continental desde 2001 até 2016. [1] . 1 Figura 2. Número de ocorrências em Portugal Continental, desde 2001 até 2016. [2] .... 2 Figura 3. Esquematização da evolução de um fogo no terreno (Ventura, J., Vasconcelos, M. J., 2006). ... 5 Figura 4. Recolha de acácia-mimosa ... 11 Figura 5. Recolha de giesta... 11 Figura 6. Esquema da mesa de combustão: a - mesa de combustão; b – área a ocupar com o combustível a estudar; c – área a ocupar com o combustível de fácil ignição. ... 12 Figura 7. Determinação da massa volúmica de giesta. É possível observar o quadrado de ferro, marcado com uma fita... 13 Figura 8. Mesa de combustão antes de uma queima. Nesta fotografia verifica-se a existência de uma faixa estreita de agulhas de pinheiro para facilitar a propagação inicial. ... 14 Figura 9. Estufa de convecção, utilizada para secagem do combustível e consequente determinação da sua humidade. ... 15 Figura 10. Estação meteorológica portátil. ... 15 Figura 11. Caraterísticas da chama: altura (𝒉𝑭), ângulo de orientação em relação à vertical (α) e comprimento (L). ... 16 Figura 12. Humidade do combustível vivo (de todos os ensaios realizados) em função do tempo após a recolha do material. ... 22 Figura 13. Regressões logísticas da probabilidade de não propagação do fogo (1) em função da humidade do combustível vivo (%), tempo após recolha (dias), % de área ardida, velocidade de propagação (m/min) e altura de chama observada (m), para todos os ensaios realizados. ... 24 Figura 14. Regressões lineares da velocidade de propagação em função da humidade do combustível vivo, tempo após recolha, temperatura do ar, velocidade do vento média e humidade relativa. ... 27 Figura 15. Efeito da espécie na velocidade de propagação quando o efeito da humidade é controlado através do modelo log V = a + b x log H ... 30 Figura 16. Regressão linear entre a velocidade de propagação e a altura da chama observada. ... 30

vi Figura 17. Resultado da análise de variância realizada relativamente à altura da chama observada em função da espécie. ... 31 Figura 18. Velocidade de propagação do fogo em função do teor de humidade de combustíveis vivos através da relação expressa na equação log V = a + b x log H, incluindo comparações com outros estudos de matos como combustíveis. Em Marino et al. (2012) o efeito de M1 é uma média ponderada entre combustíveis vivos e mortos. 34 Figura 19. Fotografia da mesa de combustão momentos antes de um dos fogos experimentais. É possível verificar a grande carga de combustível associada a C. Striatus. ... 34

vii

Índice de Tabelas

Tabela 1. Queimas em laboratório para as quatro espécies estudadas: eucalipto (euc.), giesta, mimosa (mim.) e pinheiro-bravo (Pb): número e distribuição por ocorrência ou não de propagação. ... 19 Tabela 2. Dados obtidos a partir da realização de todas as medições necessárias ... 21 Tabela 3. Estatísticas da relação entre a humidade do combustível vivo e o tempo após recolha. ... 23 Tabela 4. Parâmetros obtidos a partir das regressões logísticas da probabilidade de não propagação do fogo (1), para todos os ensaios realizados. ... 25 Tabela 5. Estatísticas das regressões logísticas da probabilidade de propagação do fogo em função das variáveis independentes, para todos os ensaios realizados. ... 25 Tabela 6. Resultados das regressões lineares da velocidade de propagação do fogo em função das variáveis ambientais. ... 28 Tabela 7. Modelos alternativos de predição da velocidade de propagação do fogo (V) em função da humidade do combustível vivo (H). ... 29 Tabela 8. Altura da chama observada por espécie. ... 32

1

1. Introdução

Portugal depara-se todos os anos com incêndios florestais de grandes dimensões, que causam prejuízos económicos e ecológicos enormes além de que alguns deles põem em causa a vida das populações rurais e daqueles que os combatem. Através da Figura 1 pode-se verificar a evolução da superfície florestal ardida até 2016.

Como se pode observar na Figura 2, verifica-se que se passou de cerca de 27 000 ocorrências em 2001 para cerca de 13 000 em 2016, indicando uma tendência decrescente, sem esquecer o aumento exponencial de 2003 e 2005 no que respeita ao número de ocorrências e área ardida, com cerca de 27 000 e 35 000 ocorrências, além de 425 000 ha e 340 000 ha de área florestal ardida, respetivamente. Torna-se importante destacar que em 1980 registaram-se aproximadamente 2500 ocorrências (Fernandes, 2013), verificando-se posteriormente um grande aumento do seu número. No entanto, o método de contabilização do número de ocorrências passou a incluir fogachos (< 1 ha) com dimensões cada vez menores, só tendo estabilizado em 2000.

Para além de tudo o que foi enunciado, tem-se verificado durante o presente ano (2017) que até dia 15 de novembro já se verificaram um total de 16 981 ocorrências – das quais 3653 deram origem a incêndios florestais – que se traduzem num total de 442 418 hectares de área ardida – 264 951 hectares de povoamentos e 177 467 hectares de matos, conforme consta no 10º relatório provisório do ICNF. No mesmo relatório indica-se ainda

2 que até ao dia 15 de novembro, o ano de 2017 apresenta o 6.º valor mais elevado em número de ocorrências e o valor mais elevado de área ardida, desde 2007.

Perante todos estes dados, é imperativo estudar o comportamento do fogo obtendo mais informação para permitir a aplicabilidade do conhecimento gerado no terreno com o objetivo de reduzir o número de grandes incêndios florestais e, dentro destes, reduzir a sua dimensão. Dotando os serviços de capacidade técnica e conhecimento para a previsão do comportamento do fogo poder-se-á distribuir melhor os recursos disponíveis para a prevenção e combate, sendo que com base no conhecimento do comportamento do fogo poder-se-á numa primeira fase da prevenção aplicar esses conhecimentos na criação e manutenção de faixas de gestão de combustíveis e introdução de um mosaico florestal que permita a redução da propagação do fogo e assim facilitar o seu combate e supressão. Na fase do combate este tipo de conhecimentos também é imperativo pois permite por um lado posicionar os recursos e meios em locais estratégicos, evitando custos desnecessários com deslocações mal planeadas, e por outro, não colocar em risco vidas humanas. Segundo Bilgili (2003) ao interligarmos o combustível, meteorologia e topografia, os modelos de predição do comportamento do fogo irão permitir aos especialistas prever o comportamento do fogo potencial e avaliar os efeitos do fogo no meio ambiente.

Tendo em conta as três componentes do triângulo do comportamento do fogo (combustível, meteorologia e topografia) este estudo incidirá sobre a componente do combustível, mais especificamente no estudo do efeito do teor de humidade dos

3 combustíveis vivos no comportamento do fogo. O efeito na velocidade de propagação de fogos superficiais do teor de humidade dos combustíveis finos mortos (como a camada de folhada) tem sido bastante estudado ao longo dos anos, mas como referem Alexander e Cruz (2012) poucos estudos foram realizados para determinar o efeito da humidade dos combustíveis vivos na velocidade de propagação de fogos de elevada intensidade, como os fogos em matos e os fogos de copas em povoamentos de coníferas.

1.1. Comportamento do fogo

Para a realização de um estudo sobre o comportamento do fogo torna-se necessário ter uma compreensão daquilo que são os princípios físico-químicos associados ao processo de combustão. Assim, para que o fogo ocorra é necessária a existência da interação entre três componentes: fonte de calor, oxigénio e combustível. Podemos ainda dividir o processo de queima em três fases: pré-ignição, ignição e combustão. Na fase de pré-ignição, a partícula de combustível é sujeita a um processo de aquecimento que vai provocar vários fenómenos como a diminuição do teor de humidade por evaporação da água que possui e a libertação de voláteis a baixa temperatura. Com o aumento da temperatura, ocorre naturalmente o processo de pirólise – processo ou conjunto de processos de decomposição do material, por ação do calor, ao abrigo do ar. Iniciado o processo de combustão, a continuação do mesmo pode dar-se através da projeção de material incandescente ou em chamas ou através do calor libertado dos materiais em combustão, que quando absorvido pelos combustíveis ainda não inflamados, provoca o seu aumento de temperatura e eventual ignição. Esta transferência de calor pode ser efetuada por condução, convecção e radiação (Ventura et al., 2006).

Segundo Kreith et al. (1977) a condução é um processo no qual o calor flui de uma zona de temperatura superior para outra de temperatura inferior, dentro de um meio sólido, líquido ou gasoso ou entre meios diferentes em contacto direto. A convecção é um modo de transferência de calor no qual operam dois mecanismos em simultâneo: o primeiro é a transferência de energia gerada pelo movimento molecular, ou seja, por condução, e o segundo é a transferência de energia pelo movimento macroscópico de frações de fluído por ação de uma força externa. Esta força externa pode ser resultado de uma diferença de densidade ou por ação da gravidade; por último a transferência de calor por radiação na qual o calor é transmitido de um corpo a alta temperatura para um distinto

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corpo de temperatura inferior, estando estes separados no espaço, ainda que possa existir vácuo entre eles.

Pine et al. (1996) identifica três tipos de fogos quanto ao seu comportamento: fogos subterrâneos, de superfície e de copa. Os fogos subterrâneos consistem na propagação da chama ao longo da camada de matéria orgânica e caraterizam-se pela sua propagação lenta e em muitos casos com ausência de chama, por o oxigénio não ser abundante naquela camada. Nos fogos de superfície as chamas propagam-se ao longo da vegetação existente sobre o solo (folhada, ervas, arbustos). Os fogos de copa ocorrem quando as chamas conseguem alcançar os estratos mais elevados do combustível, nomeadamente as copas das árvores. Fernandes e Rego (2010) distinguem o fogo passivo de copas, dependente da propagação do fogo de superfície e relacionado com florestas abertas, e o fogo ativo de copas, que se desenvolve como uma parede de chamas do solo até acima do topo das árvores e só é possível em floresta densa. Um fogo de copas independente progride apenas na folhagem, o que é muito raro, exceto em formações arbustivas. O tipo de fogo de copa expectável em coníferas depende dos seguintes fatores:

propriedades do estrato arbóreo, como seja a altura da base da copa viva e sua humidade foliar e densidade (peso seco por unidade de volume);

intensidade do fogo de superfície;

velocidade de propagação após a transição para fogo de copas.

Os principais fatores que influenciam o comportamento dos incêndios florestais são a topografia (forma, declive, exposição, etc.), meteorologia (temperatura, humidade relativa do ar, velocidade do vento, etc.) e vegetação (humidade do combustível, carga, altura, combustibilidade, inflamabilidade, percentagem de combustíveis vivos e mortos, etc.). Fernandes e Rego (2010) afirmam que, dos fatores que determinam o comportamento do fogo, a ação humana apenas pode condicionar o último, pelo que as ações de silvicultura preventiva e de gestão do combustível deverão logicamente constituir uma peça chave da proteção contra incêndios.

A partir de um ponto de origem o fogo progride e atingirá de uma forma progressiva os estratos do combustível existentes, da folhada à copa das árvores, dependendo da sua sobreposição e continuidade vertical. Depois de um início de aceleração, a propagação do fogo entra em equilíbrio com o piro ambiente. A expansão do fogo segue normalmente

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uma forma elíptica, resultando em formas mais alongadas quando o vento e/ou o declive são mais fortes (Fernandes e Rego, 2010). As características do fogo mudam ao longo do seu perímetro, evidenciando-se três secções com velocidade e intensidade crescentes: a cabeça ou frente, os flancos e a cauda ou retaguarda (Figura 3).

Figura 3. Esquematização da evolução de um fogo no terreno (Ventura, J., Vasconcelos, M. J., 2006).

É importante a compreensão de que do conjunto de variáveis que afetam o comportamento do fogo, o combustível é o único que pode ser controlado e, para tal, é necessário o conhecimento das suas propriedades com maior influência tais como o tipo, estrutura, carga, distribuição por classes de dimensão, continuidade e o teor em humidade do combustível.

1.2. Humidade do combustível

A inflamabilidade da vegetação viva é influenciada por uma variedade de fatores, incluindo a sua composição e estrutura física, química e o seu teor em humidade (Weise et al.,2005).

A humidade do combustível resulta da interação entre as duas componentes mais variáveis do piroambiente, o combustível e a meteorologia. O teor em humidade do combustível integra muitos processos e influência todos os aspetos da combustão e do comportamento do fogo. Como água adsorvida, a humidade do combustível afeta a disponibilidade dos combustíveis para arder ao aumentar a dissipação de calor à custa da fonte de calor. Como vapor, a humidade do combustível impede as reações de combustão

6 através da combinação do sufocamento da zona de reação e arrefecimento nas chamas (Pyne et al., 1996).

Os combustíveis podem ser vivos (com atividade fisiológica) ou mortos, e os processos de troca de humidade e os valores daí resultantes podem diferir. Com os combustíveis vivos os processos fisiológicos podem trabalhar ativamente para acelerar ou retardar a troca de humidade entre uma partícula e o seu meio envolvente. Nos combustíveis mortos, a resposta é passiva. Os combustíveis vivos têm maiores teores de humidade, resistem melhor à deficiência em humidade no solo e exibem mudanças no teor em humidade sazonais de acordo com os processos fisiológicos. Além disso, um combustível vivo pode conter extrativos que aumentam a inflamabilidade total da partícula – substâncias estas que são lixiviadas ou volatilizadas depois da morte da vegetação. Os combustíveis mortos são quimicamente e fisiologicamente mais simples, apesar da estrutura celular que herdam do seu estado vivo e que torna o processo de troca de humidade mais complicado do que um simples gradiente de difusão possa sugerir. Os combustíveis finos respondem mais rapidamente que os grosseiros. Os últimos atuam como dissipadores de humidade e dissipadores de calor no caso da combustão (Pyne et al., 1996).

Ainda segundo Pyne et al. (1996) , o fator duração pode ser mais importante que o fator gradiente para o teor de humidade do combustível. Altos teores em humidade de uma forma persistente ou o nevoeiro, por exemplo, são mais efetivos em humedecer os combustíveis do que aguaceiros súbitos, que na maioria das vezes apenas contactam com a camada mais superficial. Quando ocorre um longo período de exposição, como nas secas, as partículas de combustível maiores e as camadas inferiores do leito de combustíveis vão secar mais rapidamente e ficam disponíveis para a combustão mais cedo.

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1.3. Humidade do combustível vivo

Segundo Alexander e Cruz (2012) a folhagem viva é o principal componente do combustível envolvido nos fogos de copas e por essa mesma razão é essencial o conhecimento do efeito do seu teor em humidade na velocidade de propagação e intensidade deste tipo de fogos para um correto desenvolvimento e aplicação de novos modelos.

O teor em humidade dos combustíveis vivos é consequência de uma mistura de processos físicos e fisiológicos. Apesar de existirem gradientes de humidade entre a planta, a atmosfera e o solo, há uma grande diversidade de processos fisiológicos que intervêm para conservar a humidade das plantas acima do que seria de esperar se a planta estivesse morta (Pyne et al., 1996).

Segundo os mesmos autores os combustíveis vivos podem ser separados em combustíveis lenhosos (folhagem e ramos finos de arbutsos e árvores) e herbáceos. A maioria dos combustíveis lenhosos existe como combustível de superfície, embora na seleção de complexos de combustível propensos a fogos de copas seja importante aferir a quantidade de agulhas e ramos na copa das árvores, conhecidos por combustíveis aéreos. Combustíveis herbáceos estão sub-divididos em anuais e perenes, nos quais o complexo-combustível é caraterizado por um ou pelo outro dependendo de qual deles exista em maior quantidade. Esta separação deve-se ao fato dos combustíveis herbáceos anuais serem mais sensíveis a modificações sazonais, especialmente à seca, e o seu ciclo de vida encontrar-se perfeitamente definido num determinado período de crescimento. As plantas perenes evidenciam menor susceptibilidade às mudanças sazonais.

A humidade de todos os combustíveis vivos sofre mudanças previsíveis com o tempo. A humidade é maior nas folhas novas e no período do seu aparecimento, e menor na folhagem mais velha (mais de um ano de idade) e com a morte ou dormência (Pyne et al., 1996).

Os combustíveis vivos conseguem ser paradoxais: a humidade funciona como um retardante, e quanto maior o teor de humidade no combustível vivo mais dificil é a sua combustão, pois torna-se uma forte dissipador de calor. Porém, estes combustíveis vivos também contém constituintes químicos cuja inflamabilidade é elevada. Alguns combustíveis vivos são ao mesmo tempo dissipadores de calor, pela seu teor em

8 humidade, e uma fonte de calor, devido à sua termoquímica. A tendência predominante vai variar consoante a intensidade do fogo, a física e química totais dos combustíveis e seu teor em humidade (Pyne et al., 1996).

Vários estudos tentaram caraterizar a inflamabilidade relativa de partículas combustíveis e a sua relação com a humidade dos combustíveis vivos à escala laboratorial nas quais amostras de combustíveis foram sujeitas a um fluxo de calor fixo e a partir das quais se quantificou o tempo necessário até à ignição, o tamanho da chama e a duração do fogo: Dickinson e Kirkpatrick (1985), Mak (1988), Dimitrakopoulos e Papaioannou (2001) e White e Zipperer (2010), citados por Alexander e Cruz (2012).

Bunting et al. (1983) determinaram experimentalmente a influência da variação sazonal no tempo de ignição da espécie Juniperus pinchottii Sudw. e concluíram que o teor em humidade do combustível vivo está fortemente correlacionado com o tempo necessário para a ignição.

Dimitrakopoulos e Papaioannou (2001) conduziram um estudo que consistia na medição do tempo necessário para a ignição de vários combustíveis dominantes na floresta Mediterrânica. Para isso utilizaram um gradiente vasto de teores em humidade. Verificaram que o teor em humidade dos vários combustíveis estudados foi o fator mais significante que afetou a inflamabilidade.

Van Wagner (1963) realizou um estudo em três espécies de coníferas, Abies balsamea (L.) Mill., Pinus sylvestris L. e Picea glauca(Moench) Voss de cerca de 1,5 metros de altura. Nesse estudo verificou que as espécies Pinus sylvestris e Abies balsamea são altamente inflamáveis com teores de humidade de 65% e 50%, respetivamente. Concluiu também que abaixo do valor de 20% as três espécies são altamente inflamáveis. Já Weise et al. (2005) verificou que para fluxos de calor superiores a 25 kW/m , o teor em humidade e o tempo para a ignição diminuíam, o que demonstra que afinal o efeito do teor de humidade é pequeno para fogos de intensidade mais elevada. Fernandes e Cruz (2012) referem que a extrapolação destes resultados laboratoriais para situações reais é questionável pois normalmente falham em representar realisticamente os mecanismos de transferência de calor e os processos de combustão que ocorrem na propagação dos fogos florestais, com intensidades mais elevadas.

9 Certos aspetos da inflamabilidade dos fogos em combustíveis florestais podem ser demonstrados em laboratório à escala de uma única folha de arbusto ou de pequenas árvores de coníferas como se podem verificar pelos estudos mencionados anteriormente. Para o efeito do teor de humidade de combustíveis vivos na velocidade de propagação de fogos de copas, e fogos de elevada intensidade em geral, é necessária mais investigação apesar de ser muito difícil isolar o efeito das diversas variáveis que afetam este fenómeno, em fogos experimentais ao ar livre.

O objetivo principal deste trabalho é quantificar o efeito da humidade do combustível vivo no comportamento do fogo com base em experimentação numa mesa de combustão, a qual oferece a vantagem de poder controlar as variáveis ambientais. As espécies alvo de estudo ocorrem frequentemente em Portugal e são o pinheiro bravo, giesta, eucalipto e acácia.

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2. Metodologia

Para a realização de todo o trabalho de campo e de laboratório foi necessário o recurso a algum material de apoio e ferramentas, para diminuir o esforço físico de certas operações e por outro lado para aumentar a eficiência e rendimento do trabalho. No campo, utilizámos o seguinte material auxiliar na recolha da vegetação:

➢ Luvas de proteção ➢ Tesoura de poda

➢ Tesoura de poda com cabo longo ➢ Carrinha de transporte 4x4 ➢ Sacos plásticos de 100 litros

No laboratório, recorremos ao seguinte material: ➢ Balança analítica

➢ Estação meteorológica portátil ➢ Pinga-lume

➢ Fita métrica ➢ Tesoura de poda ➢ Computador portátil

➢ Máquina fotográfica e de filmar ➢ Nível digital

➢ Estufa de convecção ➢ Mesa de combustão

A metodologia de trabalho pode ser separada em três fases distintas: a recolha de material no campo, a realização de queimas experimentais e a análise dos dados obtidos.

2.1. Amostragem do combustível

A recolha de material no campo foi realizada semanalmente, de março a junho de 2014 no campus da Universidade de Trás-Os-Montes e Alto Douro ou em áreas circundantes à mesma. As recolhas ocorriam no início da semana (2ª ou 3ª feira) e apenas eram concretizadas quando não havia ocorrência de precipitação há pelo menos dois dias.

11 Procedeu-se à recolha de material vivo das copas de Eucalyptus globulus Labill. (Eucalipto-comum), Pinus pinaster Ait. (Pinheiro-bravo), Acacia dealbata Link. (Acácia-mimosa) e Cytisus striatus (Hill) Rothm (Giesta-comum).

O material recolhido não tinha mais de um metro de comprimento e como se pode observar pela Figura 54 e Figura 5, foi recolhido em comunidades vegetais com coberto contínuo e representativas da estrutura física das espécies em estudo.

Depois de colhido o material, este era levado para o laboratório. A cada saída de campo era colhida biomassa suficiente para (aproximadamente) uma semana de queimas experimentais.

2.2. Queimas experimentais

O laboratório de fogos florestais da UTAD está equipado com uma mesa de combustão na qual se efetuaram todos os ensaios de queima. A mesa possui um sistema hidráulico que lhe permitiu que fosse inclinada para um ângulo de 20º com a horizontal para a realização de todas as queimas, para facilitar a propagação do fogo, estandardizando para um valor representativo de uma encosta típica. O ângulo foi ajustado com o auxílio a um nível digital. Além da mesa de combustão o laboratório possui um sistema de extração de fumo, que foi utilizado em todas as queimas na sua capacidade máxima, uma estufa de convecção, balança analítica, extintor, etc.

Figura 5. Recolha de giesta Figura 4. Recolha de acácia-mimosa

12 A mesa de combustão e as respetivas medidas a ela associadas estão descritas na Figura 6. As medidas da área em que se queimou o material alvo de estudo foram assim definidas pois considera-se que são suficientes para conseguir fazer as avaliações e medições necessárias e também porque não permite que o fogo, independentemente da espécie ou condições específicas, atinja intensidades muito mais elevadas que aquelas que o laboratório está preparado para suportar.

A biomassa proveniente da recolha foi espalhada homogeneamente no chão do laboratório, de modo a que a sua secagem ocorresse da forma mais homogénea possível. Assinalada com a letra b na Figura 6 está a área a ocupar com o combustível alvo de estudo. O combustível foi disposto perpendicularmente à horizontal, inserindo os caules arbustivos ou ramos arbóreos na camada de esferas de argila refratária que reveste a mesa de combustão. Esta camada de argila tem a importante função de suporte dos caules ou ramos para cada queima. Procurou-se reproduzir tanto quanto possível a estrutura natural das copas. No entanto a concentração de biomassa (quantidade por unidade de volume) em regra excedeu o que tipicamente ocorre em condições naturais, para eliminar o efeito de eventuais descontinuidades horizontais ou verticais na

Figura 6. Esquema da mesa de combustão: a - mesa de combustão; b – área a ocupar com o combustível a estudar; c – área a ocupar com o combustível de fácil ignição.

13 propagação do fogo e minimizar os efeitos das diferenças de densidade foliar entre espécies.

A metodologia utilizada para determinação da massa volúmica foi idêntica para todas as espécies. Para tal, foi utilizado um quadrado de ferro de 0,16 m (Figura 7) no interior do qual se colocava a biomassa de forma a replicar as densidades utilizadas em cada queima experimental. O material que ultrapassava os limites desse quadrado era retirado com o auxílio a uma tesoura de poda. A altura do material era idêntica à altura do material utilizado para as queimas.

A biomassa incluída no interior do quadrado de amostragem (folhas e ramos com diâmetro igual ou inferior a 3 milímetros de diâmetro) era posteriormente colocada num recipiente de cartão, sendo em seguida introduzida numa estufa de convecção onde ficava durante pelo menos 48h, a 50 (espécies com maior teor de voláteis) ou a 100 ºC. Após este período era determinado o peso seco do combustível (subtraindo o peso do caixote de cartão), exprimindo o valor obtido em kg m-2_{. A altura do material era medida após}

“montagem” do material no quadrado de ferro. Através da seguinte expressão determinou-se a massa volúmica para cada uma das espécies estudadas:

𝜌 =𝑃𝑆 ℎ Em que:

• ρ é a massa volúmica ou densidade, expressa em kg m-3

• PS é o peso seco da biomassa, expresso em kg m-

Figura 7. Determinação da massa volúmica de giesta. É possível observar o quadrado de ferro, marcado com uma fita.

14 • h é a altura do leito de combustível, expressa em metros.

Previamente a cada queima foi necessário homogeneizar a altura do material vegetal colhido no campo, cortando os caules à altura necessária para o efeito. Esta foi sempre inferior a 0,6 metros devido às limitações do espaço em altura acima da mesa de combustão. Por norma media-se o material com o auxílio de uma fita métrica, para homogeneizar a altura de cada pé com o menor erro possível.

Antes de cada ensaio efetuou-se a medição da altura do estrato a queimar, determinando um valor médio a partir de quatro medições.

Uma faixa estreita (30 cm) de combustível morto fino (Figura 6, letra c), usualmente agulhas de pinheiro, antecedeu a zona ocupada pelas copas, a fim de iniciar a propagação do fogo (Figura 8). As agulhas foram colocadas de forma a cobrirem uniformemente a área estabelecida.

O combustível das espécies alvo de estudo pode incluir combustível morto além do combustível vivo. Imediatamente antes de cada ensaio determinou-se o peso húmido de uma amostra considerando apenas os pequenos ramos ou folhas de diâmetro inferior a 3 milímetros.

O peso seco do combustível obteve-se após secagem em estufa de convecção a 100 ou 50 º C durante pelo menos 48 horas (Figura 9). O valor mais baixo foi adotado para as espécies com uma composição volátil importante, a fim de minimizar a sua perda.

Figura 8. Mesa de combustão antes de uma queima. Nesta fotografia verifica-se a existência de uma faixa estreita de agulhas de pinheiro para facilitar a propagação inicial.

15 O teor de humidade em % do peso seco para cada ensaio foi calculado a partir da expressão:

𝐻 (%) =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻ú𝑚𝑖𝑑𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑒𝑐𝑜 × 100

Imediatamente antes de cada queima foi efetuada a medição da humidade relativa (%), temperatura do ar (º C) e velocidade média do vento (km h-1_{), com o auxílio de uma}

estação meteorológica portátil (Figura 10).

Todas as ignições efetuaram-se de forma linear, usando um pinga-lume. As medições efetuadas em cada queima foram:

Figura 9. Estufa de convecção, utilizada para secagem do combustível e consequente determinação da sua humidade.

16 • Ocorrência de propagação, ou seja, a classificação em autoextinção ou propagação autossustentada – apenas se considerou que ocorria propagação do fogo quando este percorria toda a distância definida (1 metro);

• Distância linear percorrida pelo fogo;

• O tempo necessário para o fogo percorrer a distância anteriormente referida; • Altura da chama observada (ℎ𝐹)- Distância entre a extremidade da chama e a

superfície do solo que está a ser queimado, medida verticalmente em relação ao solo. Foi determinada por estimativa visual em classes de 0,1 metros com verificação posterior em fotografia e em vídeo;

• Ângulo de inclinação da chama com a vertical (α);

Utilizou-se o esquema da Figura 11 como referência para as medições realizadas.

Figura 11. Caraterísticas da chama: altura (𝒉𝑭), ângulo de orientação em relação à vertical (α) e

comprimento (L).

Posteriormente a cada ensaio determinou-se a velocidade de propagação - corresponde à distância percorrida pela chama por unidade de tempo, expressa em metros por minuto; e o comprimento da chama (L), em metros, através da seguinte equação trigonométrica:

𝐿 = ℎ𝐹 𝑐𝑜𝑠 𝛼

17 Tendo verificado que os ângulos da chama foram geralmente baixos optou-se por não utilizar L, ou seja as chamas pouco se desviaram da vertical, sendo L e ℎ_𝐹 praticamente equivalentes. Utilizou-se ao invés a altura da chama medida em cada ensaio. Cada queima foi documentada fotograficamente, principalmente para auxiliar a estimação da altura e ângulo das chamas, reduzindo a subjetividade da sua avaliação.

2.3. Análise dos dados

Após cada queima todos os dados dela resultante foram inseridos em folhas de cálculo do Excel para cada espécie a estudar. Posteriormente foram compilados numa só folha de cálculo para facilitar a análise dos dados obtidos. A compilação de todos os dados numa só folha de cálculo permitiu que a análise estatística fosse concretizada com o auxílio do software de análise estatística JMP, versão 4.0.2.

Com esta análise estatística dos dados experimentais procurou-se determinar a relação entre a humidade do combustível vivo e o tempo após a recolha do materialassim como a determinação da probabilidade de propagação do fogo em função de variáveis independentes, nomeadamente a humidade do combustível vivo, a velocidade de propagação, o tempo entre a recolha e a queima do material, a % de área ardida e a altura das chamas observadas. Para tal foram utilizadas técnicas de regressão logística. O modelo de regressão logístico é semelhante ao modelo de regressão linear. No entanto, no modelo logístico a variável resposta 𝑌_𝑖 é binária. Segundo Sousa (2010) uma variável binária assume dois valores, como por exemplo 𝑌_𝑖 = 0, e 𝑌_𝑖 = 1 que são caracterizadas pela distribuição de Bernoulli. Por norma é chamado de sucesso o resultado mais importante da resposta ou aquele que se pretende relacionar com outras variáveis de interesse. A distribuição de Bernoulli para a variável aleatória binária Y com parâmetro

𝜋

especifica as probabilidades como:

𝑃(𝑌 = 1) = 𝜋 𝑒 𝑃 (𝑌 = 0) = 1 − 𝜋

A modelação do comportamento do fogo foi baseada na temperatura do ar, humidade do combustível vivo, tempo após a recolha, velocidade do vento média e humidade relativa do ar, com destaque para a avaliação do efeito da humidade do combustível vivo e recorrendo à regressão não linear. Por definição, segundo Masucheli

18 e Achcar (2002), um modelo de regressão é não linear se pelo menos um dos seus parâmetros aparece numa forma não linear. Por exemplo, os modelos:

𝐸(𝑦) = exp (𝜃₁+ 𝜃₂𝑥) 𝐸(𝑦) = 𝜃₁+ 𝜃₂exp(−𝜃₃𝑥)

𝐸(𝑦) = (𝜃₁+ 𝜃₂𝑥)−1 𝐸(𝑦) = (𝜃₁− 𝜃₂)−1_[exp(−𝜃

1𝑥) + exp(−𝜃2𝑥)] são todos não lineares e o operador E(.) denota a função de regressão.

Foi estudado também o efeito da espécie na velocidade de propagação quando o efeito da humidade é controlado através do modelo log V= a + b x log H e foram feitas regressões lineares relativas à velocidade de propagação do fogo em função da altura da chama observada, e de que forma o fator espécie afeta a relação entre essas mesmas variáveis.

19

3. Resultados

Foram realizadas um total de 52 queimas em laboratório acompanhando o gradiente de secagem da biomassa. Este gradiente variou consoante a espécie e as condições atmosféricas. Na Tabela 1 podemos observar o número de queimas realizadas para cada espécie assim como o total, em percentagem, de ocorrência ou não de propagação para cada espécie.

Estabeleceu-se que ocorria propagação quando o ensaio percorria a totalidade da área definida (1 metro) e que não ocorria propagação quando o ensaio se auto extinguia, não percorrendo a totalidade da área estabelecida.

Tabela 1. Queimas em laboratório para as quatro espécies estudadas: eucalipto (euc.), giesta, mimosa (mim.) e pinheiro-bravo (Pb): número e distribuição por ocorrência ou não de propagação.

Espécie Ocorrência de Propagação Total

0 % 1 % Euc. Nº Queimas 5 9,6 8 15,4 13 Giesta Nº Queimas 9 17,3 5 9,6 14 Mim. Nº Queimas 10 19,2 7 13,5 17 Pb Nº Queimas 8 15,4 0 0 8 Total Nº Queimas 32 61,5 20 38,5 52

Do total de ensaios efetuados, 25% corresponderam a eucalipto, 26,9% a giesta, 32,7% a mimosa e apenas 15,4% a pinheiro-bravo. Em termos de análise de ocorrência de propagação, verifica-se que 61,5% das queimas se extinguiram antes de alcançarem o final do leito de combustível e que em 38,5% dos casos houve a ocorrência de propagação até ao fim da área delimitada. Nenhum dos ensaios realizados em pinheiro-bravo teve sucesso, devido à humidade que a biomassa apresentou e devido ao gradiente de secagem

20 ser muito lento. Relativamente ao eucalipto, mimosa e giesta estes apresentaram sucesso na ocorrência de propagação nas queimas em 61,5%, 41,2% e 35,7% dos casos, respetivamente.

21 Na Tabela 2 podem ser observados todos os dados obtidos nas queimas experimentais, após serem realizadas todas as medições. Na tabela estão apresentados todos os valores mínimos e máximos para cada um dos parâmetros.

Tabela 2. Dados obtidos a partir da realização de todas as medições necessárias

Espécie Humidade Relativa min.-máx. (%) Temperatura do ar min.-máx. (ºC) Humidade do combustível vivo min.-máx. (%) Velocidade de propagação min.-máx. (km/h) Velocidade do vento min.-máx. (km/h) Altura da chama observada min.-máx. (m) Densidade (kg/m3₎ Carga de Combustível (kg/m2₎ A. dealbata _{41,00-76,20 12,90-20,10 12,93-110,76 0,32-2,00} 1,00-1,60 0,60-2,00 _{2,01 1,10} C. striatus _{36,80-70,20 13,10-21,80 25,50-179,32 0,16-1,40 0,90-1,80 0,25-2,40 3,52 1,94} P. pinaster _{43,60-76,60 16,40-25,20 88,18-140,77 0,31-0,98 1,00-2,90 0,60-1,00 2,05 1,13} E. globulus _{36,10-77,20 16,00-26,80 67,24-145,91 0,29-2,00 1,80-3,20 0,40-2,40 1,87 0,93}

22 As densidades do leito de combustível variaram entre 1,87 e 3,52 kg m-3_{, em E.}

globulus e C. striatus, respetivamente. A carga de combustível variou entre 0,93 e 1,94 kg m-2_{. Humidades do combustível vivo entre 13 e 179% foram obtidas devido ao}

gradiente de secagem entre o momento que foram cortados até à sua queima. Medições meteorológicas como a temperatura do ar e a humidade relativa variaram entre 12,9-26,8 ºC e 36,1-77,2 %, respetivamente. As chamas observadas eram muito próximas da vertical, e registou-se uma amplitude de alturas de chama entre 0,25-2,40 m, enquanto que a velocidade de propagação do fogo variou entre 0,16 e os 2 m min-1_.

Na Figura 12 podemos verificar como varia a humidade do combustível em função do tempo após a recolha do material (em dias), para todos os ensaios efetuados. Verifica-se uma tendência, como já Verifica-seria de esperar, de redução da taxa de humidade do combustível à medida que os dias após o corte do material vegetal vão aumentando. Verifica-se ainda uma diminuição acentuada da humidade do combustível nos quatro dias após a recolha e após o 6º dia a humidade do combustível estabiliza. No entanto verifica-se que o tempo após a recolha e a humidade do combustível têm uma associação moderada (r2_{=0,37) (Tabela 3).}

Figura 12. Humidade do combustível vivo (de todos os ensaios realizados) em função do tempo após a recolha do material.

23

Tabela 3. Estatísticas da relação entre a humidade do combustível vivo e o tempo após recolha.

Variáveis Tempo após recolha (dias)

R 0,37

p <0,0001

RMSE 0,48

O valor de RMSE diz respeito ao logaritmo da humidade do combustível vivo. Fazendo o anti log desse valor verificamos que ao valor de RMSE corresponde um valor de cerca de 3,01 % de humidade.

3.1. Modelação da probabilidade de propagação sustentada do fogo

Na Figura 13, Tabela 4 e Tabela 5 podemos observar o resultado das regressões logísticas uni variadas para todos os ensaios realizados. A Figura 13 apresenta apenas as variáveis com um efeito estatisticamente significativo (p<0,05). É facilmente percetível que há maior probabilidade de ocorrência de propagação (P) quanto menor a humidade do combustível e quanto maior o tempo decorrido desde a recolha. A uma probabilidade de ocorrência de propagação de 50% corresponderá uma humidade do combustível vivo de cerca de 75% e a um tempo após a recolha do material de quatro dias.

Verifica-se (Figura 13) que um fogo mais bem sustentado na sua propagação queima uma maior fração do leito de combustível. Da mesma forma, consegue ser mais rápido e desenvolver alturas de chama superiores. Os valores respetivos para P=0,50 são respetivamente 75%, 1,5 m e 0,8 m min-1_.

24

Figura 13. Regressões logísticas da probabilidade de não propagação do fogo (1) em função da humidade do combustível vivo (%), tempo após recolha (dias), % de área ardida, velocidade de propagação (m/min) e

25

Tabela 4. Parâmetros obtidos a partir das regressões logísticas da probabilidade de não propagação do fogo (1), para todos os ensaios realizados.

Tabela 5. Estatísticas das regressões logísticas da probabilidade de propagação do fogo em função das variáveis independentes, para todos os ensaios realizados.

Variáveis Chi p AUC

Altura da vegetação (cm) 0,86 0,3525 0,56

Humidade do Combustível vivo (%) 14,24 0,0002 0,90

Tempo após Recolha (dias) 5,38 0,0204 0,80

Temperatura do Ar (ºC) 0,75 0,3849 0,58

Velocidade do Vento Média (km/h) 0,50 0,4796 0,56

Humidade Relativa do Ar (%) 3,16 0,0756 0,67

% Área Ardida 6,09 0,0136 0,99

Velocidade de Propagação (m/min) 11,56 0,0007 0,90

Altura da Chama Observada (m) 5,52 0,0188 0,98

Verifica-se, portanto, que a humidade do combustível vivo e o tempo após recolha têm uma forte influência na possibilidade de propagação do fogo. As relações com a % de área ardida, velocidade de propagação e altura da chama observadas são de efeito, não de causa, ou seja, queimas com propagação bem sustentada resultam em acréscimos daquelas variáveis.

Intercept β1

Humidade do Combustível vivo (%) -4,5739288 0,05859286

Tempo após Recolha (dias) 1,67518594 -0,4630402

% Área Ardida 18,4892806 -0,2608874

Velocidade de Propagação (m/min) 6,03321247 -7,3631628

26

3.2. Modelação da velocidade de propagação do fogo em função das

variáveis ambientais

Para a criação de modelos preditivos da velocidade de propagação em função de um conjunto de variáveis independentes é necessário primeiramente estudar e identificar quais são as que mais se relacionam com aquela.

Dito isto foram ajustadas uma série de regressões lineares da velocidade de propagação em função das variáveis independentes, para os ensaios efetuados com as quatro espécies estudadas (Figura 14 e Tabela 6).

27

Figura 14. Regressões lineares da velocidade de propagação em função da humidade do combustível vivo, tempo após recolha, temperatura do ar, velocidade do vento média e humidade relativa.

28 Observámos que a velocidade de propagação tem uma forte associação com a humidade do combustível vivo e com o tempo após recolha. No primeiro caso verifica-se que a velocidade de propagação varia inversamente com a humidade do combustível vivo – quanto menor a humidade do combustível vivo, maior será a velocidade de propagação do fogo - e diretamente com o tempo após recolha – quanto maior o tempo após recolha, maior foi a velocidade de propagação.

Não foi detetado qualquer efeito da variável espécie nas caraterísticas do comportamento do fogo. No entanto, uma vez que as espécies têm propriedades distintas, é provável que exista, apesar da amostra não ser suficientemente extensa para o identificar. Da mesma forma a temperatura do ar, velocidade do vento e humidade relativa não apresentaram uma associação significativa com a velocidade de propagação do fogo, o que seria expectável por estarmos a trabalhar com combustível vivo e com vento praticamente constante. Na Tabela 6 verifica-se que a humidade do combustível vivo explica 55% (p=0,0001) da variação observada na velocidade de propagação do fogo e o tempo após recolha explica 38% dessa variação (p=0,0001).

Tabela 6. Resultados das regressões lineares da velocidade de propagação do fogo em função das variáveis ambientais.

Variáveis R p RMSE

Humidade do combustível vivo (%) 0,55 0,0001 0,28

Tempo após recolha (dias) 0,38 0,0001 0,33

Temperatura do ar (º C) 0,00 0,9687 0,41

Velocidade do vento média (km/h) 0,01 0,4463 0,40

Humidade Relativa do ar (%) 0,08 0,0514 0,40

Assim, ajustaram-se vários modelos alternativos para prever a velocidade de propagação do fogo, tendo em conta apenas a humidade do combustível vivo. Destes foram utilizados dois modelos não lineares (a função potência e a função exponencial) e as versões linearizadas por transformação logarítmica desses modelos (Tabela 7).

29

Tabela 7. Modelos alternativos de predição da velocidade de propagação do fogo (V) em função da humidade do combustível vivo (H).

Expressões/Variáveis a b RMSE R 𝑉 = 𝑎 𝑥 𝐻𝑏 8,041 ± 1,491 (p <0,0001) - 0,553 ± 0,048 (p <0,0001) 0,235 0,674 𝑉 = 𝑎 𝑥 𝑒𝑥𝑝𝑏 𝑥 𝐻 1,875 ± 0,144 (p <0,0001) - 0,011 ± 0,001 (p <0,0001) 0,244 0,648 log 𝑉 = 𝑎 + 𝑏 𝑥 log 𝐻 2,305 ± 0,374 (p <0,0001) - 0,620 ± 0,085 (p <0,0001) 0,364 0,520 log 𝑉 = 𝑎 + 𝑏 𝑥 𝐻 0,446 ± 0,133 (p ≈ 0,002) - 0,009 ± 0,001 (p <0,0001) 0,374 0,493

Os dois modelos não lineares conseguiram explicar melhor a velocidade de propagação que as suas versões lineares, com a função potência a explicar cerca de 67% da variação observada e a função exponencial a explicar 65%. Assim, verifica-se que não houve vantagens em utilizar as formas linearizadas dos dois modelos.

Na Figura 15 pode-se observar o efeito da espécie na velocidade de propagação quando o efeito da humidade é controlado através do modelo log V = a + b x log H. A espécie não teve efeito na velocidade de propagação do fogo, confirmando os resultados anteriores.

30

3.3. Altura da chama

A relação entre a altura de chama e a velocidade de propagação do fogo apresenta-se na Figura 16. A associação entre a velocidade de propagação do fogo e a altura da chama é moderada. A inexistência de uma associação mais forte pode ser explicada em parte pelo fato da espécie poder afetar a relação entre estas duas variáveis. Se tomarmos por exemplo as queimas de giesta, verificamos que a linha de regressão linear deveria ser mais achatada.

Figura 15. Efeito da espécie na velocidade de propagação quando o efeito da humidade é controlado através do modelo log V = a + b x log H

31 Na Figura 17 e na Tabela 8 apresentam-se os resultados da análise de variância efetuada entre a altura de chama observada em função de cada espécie.

Figura 17. Resultado da análise de variância realizada relativamente à altura da chama observada em função da espécie.

32

Tabela 8. Altura da chama observada por espécie.

No entanto, tal como a Figura 17 e a Tabela 8 mostram, não foi possível detetar o efeito da altura da chama causado pela espécie, à exceção do pinheiro, provavelmente devido ao número reduzido de queimas realizadas. As queimas realizadas em pinheiro bravo caracterizam-se por alturas de chama menos variáveis. Quando se realizaram as queimas verificou-se que esta espécie, das quatro estudadas, foi a que apresentou comportamento do fogo de menor magnitude.

Espécie Nº Observações Média Erro padrão

Euc. 13 1,500 0,121

Giesta 14 1,310 0,203

Mim. 17 1,224 0,134

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4. Discussão dos resultados

A partir dos resultados obtidos foi possível verificar que a velocidade de propagação diminui com a humidade do combustível vivo e a partir das Figura 13 eFigura 14 destaca-se claramente que abaixo de valores de humidade de 50 a 70% a velocidade de propagação aumenta cada vez mais. Anderson et al. (2015) tiveram alguma dificuldade em detetar o efeito da humidade do combustível vivo no terreno: no conjunto de dados do desenvolvimento do modelo, a humidade do combustível vivo variou entre 58 e 236% (média de 90%). Alexander e Cruz (2012) chegaram às mesmas conclusões para humidades do combustível vivo entre 75 e 140% para floresta de coníferas, não tendo conseguido encontrar uma relação significativa entre a humidade do combustível vivo e a velocidade de propagação de fogos de copas, devido à dificuldade em controlar as variáveis influentes em experiências ao ar livre. É importante referir também que Dennison e Moritz (2009) encontraram grande atividade do fogo em chaparral Californiano para humidades do combustível vivo abaixo de 79%, enquanto que uma atividade do fogo significativa numa região central de Espanha foi associada com humidade de combustível vivo inferiores a 80%, para os arbustos Cistus ladanifer e Rosmarinus officinalis (Chuvieco et al. 2009).

É importante referir também que o contexto atmosférico não teve efeito na velocidade de propagação depois dos efeitos da humidade do combustível vivo e do tempo após recolha terem sido registados. Estes resultados seriam de esperar pois o leito apenas incluía material vivo e o envolvimento de combustíveis mortos estava restringido à ignição.

Os resultados obtidos no que diz respeito ao comportamento do fogo e tendo em conta a humidade do combustível vivo estiveram dentro dos resultados obtidos por Marino et al. (2012) para experiências laboratoriais em estratos arbustivos e os de Anderson et al. (2015) para experiências de campo em matos (Figura 18). Não existem até à data mais estudos que permitam a comparação com o presente estudo, da modelação do efeito da humidade do combustível vivo em relação à velocidade de propagação do fogo.

34

Figura 18. Velocidade de propagação do fogo em função do teor de humidade de combustíveis vivos através da relação expressa na equação log V = a + b x log H, incluindo comparações com outros estudos

de matos como combustíveis. Em Marino et al. (2012) o efeito de M1 é uma média ponderada entre combustíveis vivos e mortos.

C. striatus tem os seus ramos e folhas mais finos e pequenos relativamente às restantes espécies estudadas e o leito de combustível era mais denso o que representou maior carga de combustível, como se pode verificar através da Figura 19. Fotografia da

mesa de combustão momentos antes de um dos fogos experimentais. É possível verificar a grande carga de combustível associada a C. Striatus.

Figura 19. Fotografia da mesa de combustão momentos antes de um dos fogos experimentais. É possível verificar a grande carga de combustível associada a C. Striatus.

35 Dito isto, não foi possível verificar o efeito da espécie na velocidade de propagação do fogo, o que pode ter ocorrido por a nossa amostra ser muito pequena e possivelmente requerer uma análise estatística mais sofisticada de forma a detetar o efeito da espécie.

As velocidades de propagação do fogo medidas não podem ser consideradas representativas daquelas observadas nas experiências de campo de grande escala, especialmente quando a velocidade de propagação atinge o equilíbrio com as condições ambientais (Fernandes e Cruz, 2012). Plucinsky et al (2010) estudaram a velocidade de propagação do fogo em arbustos no laboratório e verificaram que o fogo raramente se propagava na ausência de combustíveis mortos, sendo que nos nossos ensaios os combustíveis mortos apenas existiam numa faixa de 30 cm usada para a ignição. Assim, é provável que os fogos em combustíveis vivos que tivessem um teor de humidade superior a 50% se extinguissem depois do metro inicial de propagação da mesa de combustão, o que não aconteceu devido às dimensões estabelecidas para os fogos experimentais.

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5. Conclusões

Quantificar no campo o efeito do teor de humidade do combustível vivo na velocidade de propagação dos fogos de copas em povoamentos de coníferas e em matos tem-se provado difícil. Os estudos feitos em laboratório onde todas as variáveis excepto a humidade do combustível se mantinham constantes sugerem um efeito desta variável na inflamabilidade (Alexander e Cruz, 2012). Há mesmo assim pouca informação relativa à humidade do combustível vivo e ao seu efeito no comportamento do fogo, mais concretamente em fogos de copas.

Para o caso de Portugal Continental, que apresenta valores de área florestal ardida em relação à área florestal total muito superiores comparativamente a outros países de influência mediterrânea, é fundamental conhecer melhor qual o efeito da humidade na vegetação predominante e quais os efeitos desta no comportamento do fogo, nomeadamente a sua velocidade de propagação, especialmente tendo em vista as alterações climáticas e a maior severidade das secas associadas.

Torna-se imperativo o estudo da humidade do combustível vivo e o seu efeito no comportamento do fogo, tanto em laboratório como no campo, para se conseguir ter uma melhor perceção dos fenómenos associados aos grandes incêndios florestais para deste modo conseguirmos integrar estratégias para, por exemplo, conseguir minimizar o número e a dimensão dos grandes incêndios.

Neste estudo quantificou-se o efeito da humidade do combustível vivo na velocidade de propagação do fogo utilizando dados de fogos experimentais realizados em laboratório utilizando uma grande amplitude de humidades (13 - 179%), obtido através do gradiente natural de secagem após o corte. Foram também comparados vários modelos para modelar a velocidade de propagação do fogo. Para o intervalo de variação de humidade normalmente observado nos complexos dominados por combustível vivo, tão baixos quanto aqueles observados em condições de seca no verão em matos Mediterrâneos (abaixo de 50%), provou-se que a humidade do combustível tem um efeito significativo.

É essencial continuar a investigar como é que a variação na composição, estrutura e humidade de complexos de combustível compostos por materiais vivos e mortos

37 influenciam as caraterísticas do comportamento do fogo. Experiências futuras devem incluir no mesmo estudo combustíveis vivos e mortos, englobando os efeitos de outras características do combustível na velocidade de propagação e outros descritores do comportamento do fogo.

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Referências Eletrónicas

[1]https://www.ine.pt/xportal/xmain?xpid=INE&xpgid=ine_indicadores&indOcor rCod=0008387&contexto=bd&selTab=tab2 (Data de acesso: 5 de setembro de 2017).

[2]https://www.ine.pt/xportal/xmain?xpid=INE&xpgid=ine_indicadores&indOcor rCod=0008386&contexto=bd&selTab=tab2 (Data de acesso: 5 de setembro de 2017).