Účinky požiaru na drevené konštrukcie

Drevo poznali a plnohodnotne využívali už naši predkovia. Vďaka dobrým technickým vlastnostiam dreva, ako je nízka hmotnosť pri vysokej pevnosti, dobrá opracovateľnosť, možnosti spájania (vlastnými spojmi, lepením alebo pomocou kovových prvkov), našlo a nachádza drevo uplatnenie nielen ako palivo, ale aj v mnohých iných oblastiach, napriek tomu, že mnohí zdôrazňujú predovšetkým negatívne vlastnosti dreva – nízku biologickú odolnosť a vysokú horľavosť. Pri poznaní podmienok biologickej degradácie (hnitie) a účinnej ochrane možno tieto negatívne vlastnosti odstrániť. Navyše možno biologickú degradáciu hodnotiť z hľadiska odstraňovania nepotrebných častí dreva ako jav maximálne pozitívny. Záleží len na nás, aby sme drevo nenechávali v takých podmienkach, ktoré ho ničí. To isté platí aj pre horľavosť dreva. Ak nechceme, aby drevo horelo, treba ho pred požiarom chrániť.

Oheň, ktorý prerastie v požiar, je pre ľudí nesmiernou katastrofou. Rýchlo ničí nielen rokmi vytvárané hodnoty, ale aj ľudské životy. V dejinách nájdeme množstvo katastrofálnych požiarov, ktoré sa pripisovali drevu. Väčšina zámkov a hradov prežila väčší či menší požiar. Ani mestá neboli ušetrené, napríklad v roku 1590 zhorelo v Bratislave 180 domov. K požiarom s tragickými následkami dochádza aj v súčasnosti. Aj požiar v roku 1980 v barmskom meste Mandalaj, kde zhorelo 6 000 budov a 35 000 ľudí ostalo bez prístrešia, zavinilo drevo. Doteraz najväčší však bol požiar budovy banky v brazílskom meste Sao Paolo, ktorý vypukol začiatkom roku 1974, a to napriek tomu, že celá stavba bola z betónu, železa a skla. Tak prečo mnoho ľudí zvaľuje vznik požiaru na drevo?

Horľavosť

Drevo sa spočiatku používalo iba na vykurovanie. Až neskôr sa začína používať na iné účely. To, čo sme povedali o biologickej degradácii, v podstate platí aj o horľavosti. Pri likvidácii nepotrebných drevených prvkov je to vlastnosť veľmi výhodná, pretože popri takmer bezodpadovej likvidácii získavame aj energiu. V minulosti sa drevené stavebné prvky pre svoju horľavosť veľmi negatívne hodnotili. Drevené domy, postavené tesne pri sebe, sa v spojení s činnosťou človeka, ktorý používal otvorený oheň na svietenie, ohrievanie, varenie a iné činnosti, stali príčinou požiarov celých obcí či mestských častí. Oheň – dobrý sluha – sa často stával (a stáva) zlým pánom.

Horľavosť nie je fyzikálna veličina. Ide len o opisné hodnotenie toho, ako sa materiál chová pri požiari. Vhodnejší odborný termín sú požiarnotechnické vlastnosti materiálov, respektíve stavebných hmôt, v našom prípade dreva a výrobkov na báze dreva.

Požiar

180456

Ak si podrobnejšie všimneme vývoj požiarovosti, štatisticky vyjadrený podielom požiarov v jednotlivých hodinách dňa, vidíme, že príčiny požiarov je potrebné hľadať inde ako v samotných materiáloch, pretože materiály sú rovnako horľavé počas všetkých hodín dňa. Na grafe 1 sa porovnávajú krivky výskytu požiarov podľa jednotlivých hodín počas dňa v sedemdesiatych rokoch v USA a v roku 1996 v Slovenskej republike. Priebeh kriviek je veľmi podobný – najviac požiarov vzniklo okolo štvrtej hodiny popoludní. Ak by sme porovnávali iné roky a iné krajiny, zmenili by sa konkrétne hodnoty, ale základný charakter priebehu kriviek by sa v podstate nezmenil. Možno si položiť otázku: Je drevo (a ostatné horľavé materiály) menej horľavé o piatej ráno ako o štvrtej popoludní? Pravdepodobne nie, preto treba hľadať iné príčiny požiarov.

K vzniku požiaru sú nevyhnutné tri zdroje, dva látkové – horľavý materiál a kyslík, a jeden energetický – zdroj zapálenia. Ak sú prítomné všetky tri zdroje, v určitých hodnotách nastáva požiar.

Priebeh požiaru charakterizuje časovo-teplotná krivka požiaru:
• vznik a postupný rozvoj (nábeh požiaru pri drevených objektoch je väčšinou postupný,
• bod, respektíve úsek požiaru (tzv. flash over), v ktorom nastáva veľmi prudký rozvoj požiaru a rýchly prechod do tretej fázy požiaru,
• rozvinutý požiar,
• dohorievanie na základe vyhorenia paliva.

Ako je potom možné, že požiaru podľahnú aj budovy z nehorľavých hmôt? Nárastom tepla sa mení vnútorná energia všetkých materiálov. Zmena vnútornej energie sa prejavuje tepelnou rozťažnosťou, skupenstvom a podobne. Tak sa stáva, že oceľové konštrukcie sú menej odolné proti požiaru ako drevené, respektíve sa obkladajú materiálmi s retardovaného dreva.

Požiarna odolnosť

180452

Požiarna odolnosť je veľmi dôležitou charakteristikou, ktorá hovorí o tom, ako dlho dokáže materiál odolávať ohňu – udáva sa preto v minútach. Pri zaradení objektov do stupňov protipožiarnej bezpečnosti sa požaduje určitá úroveň požiarnej odolnosti jednotlivých stavebných konštrukcií a uzáverov. Konštrukcia s požiarnou odolnosťou 30 minút si musí za tento čas zachovať svoju únosnosť, stabilitu a celistvosť. Teplota na odvrátenej strane tiež nesmie presiahnuť určenú hodnotu. V praxi to znamená, že za čas určený požiarnou odolnosťou pri rozvinutom požiari (tretia etapa na požiarnej krivke) môžeme v požiarnom úseku vykonať evakuáciu osôb alebo majetku a vykonávať zásahové práce. Požiarna odolnosť konštrukcie alebo uzáveru sa zisťuje v skúšobných zariadeniach podľa presne stanovených kritérií. Strata pevnosti dreva je na rozdiel od ocele pomerne pomalá. Preto často možno pozorovať na požiaroviskách oceľové profily prehnuté do vlnovky, ktorých horná časť visí cez ohorené drevené hranoly – síce zuhoľnatené, ale stále na svojom mieste v stropnej konštrukcii a dostatočne pevné, aby uniesli aj hmotnosť deformovaného oceľového profilu.

Z pohľadu stability vykazuje drevo ako stavebný materiál pri správnom dimenzovaní pri požiari pomerne dobré vlastnosti. Drevo má veľmi nízku tepelnú vodivosť, čiže spoje konštrukcií nie sú namáhané pri požiari tepelnou rozťažnosťou. Navyše vytvára zuhoľnatenú vrstvu, ktorá má pri šírení požiaru autoretardačný (spomaľovací) charakter. Tieto vlastnosti sa zachovávajú vo všetkých drevených prvkoch. Ak hodnotíme nosníky z hľadiska požiarnej odolnosti, najväčší vplyv na zmenu pevnosti, a tým aj na požiarnu odolnosť, má prístup plameňov a sálavého tepla k nosníkom. To znamená, že ak je nosník položený voľne v priestore objektu a je prístupný plameňu zo štyroch strán, bude obhorievať skôr a jeho odolnosť bude nižšia, ako keď bude chránený stropom (nosník bude otvorený účinkom požiaru iba z troch strán). Tieto závery platia tak pre celodrevené, ako aj pre drevené lepené nosníky. O neporušenosti dreva hovorí nielen jeho farba, ale aj odborné skúšky, ktoré sa na takomto dreve vykonali. Išlo o chemickú analýzu, percentuálne stanovenie základných stavebných zložiek dreva, ako aj o stanovenie ich kvality. Rovnako sa vykonali mechanické a fyzikálne skúšky, ktoré tiež potvrdili, že drevo si zachovalo pôvodné parametre bez porušenia. Navyše možno zvýšiť požiarnu odolnosť celodrevených alebo drevených lepených nosníkov pomocou prídavku na obhorenie.

Otáznou je aplikácia retardérov. Retardér pôsobí v prvej etape požiaru a môže ovplyvniť horľavosť, respektíve požiarnotechnické vlastnosti materiálu. Zatiaľ neexistuje taký retardér horenia dreva, ktorý by významne zvýšil požiarnu odolnosť v tretej fáze požiaru.

Požiarna odolnosť obvodových konštrukcií

180453

Okrem nosných drevených prvkov sa stanovuje požiarna odolnosť aj obvodových (nosných, nenosných) konštrukcií (panelov). Tu máme viacero možností, ako vytvoriť obvodový panel s dostatočnou požiarnou odolnosťou. Požiarnu odolnosť limituje základná drevená konštrukcia panela, drevený stĺpik v paneli, jeho prierez a rozstup týchto stĺpikov. Svoju úlohu zohráva aj tepelnoizolačný materiál (najlepšie s triedou horľavosti A alebo B).

Pri konštrukcii panelových prvkov treba použiť také materiály, aby sa dosiahla požadovaná požiarna odolnosť. Pri požiari sa ako prvé do kontaktu s ohňom dostávajú veľkoplošné materiály, ktoré tvoria plášť panela, väčšinou drevotrieskové dosky, v mnohých prípadoch práve pre požiarne hľadisko opláštené sadrokartónom. Na požiarnu odolnosť drevotrieskovej dosky však vplýva niekoľko faktorov: najmä hrúbka a hustota drevotrieskovej dosky. Treba doplniť ešte jeden údaj – technológiu výroby (plošne alebo výtlačne lisovaná), pretože drevotrieskové dosky plošne lisované vykazujú pri rovnakej hrúbke a hustote dlhšiu požiarnu odolnosť ako výtlačne lisované drevotrieskové dosky. Na dlhšiu požiarnu odolnosť panela ako celku majú vplyv aj drevotrieskové dosky, ktoré sú retardačne upravené priamo v hmote.

Požiarna odolnosť sa určuje nielen pri zvislých, ale aj pri vodorovných stavebných prvkoch – stropných paneloch, kde platí v podstate to isté, čo pri obvodových prvkoch.

Požiarne uzávery

Zvláštnu kapitolu tvoria požiarne uzávery – dvere, okná a požiarne uzávery technologických otvorov, rozvodov elektriny, plynu a podobne. Požiarna odolnosť sa stanovuje špeciálnou skúškou. Pri realizácii drevených stavieb musí platiť, že predpísanú požiarnu odolnosť konštrukcie musí dosahovať aj požiarny uzáver tejto konštrukcie.

Úprava dreva, ako aj materiálov na báze dreva, je síce cesta náročná, ale schodná. Vo svete je bežné, že materiály na báze dreva sa ponúkajú nielen v rozličných hrúbkach, hustotách, povrchových úpravách, ale aj v rôznych úpravách z požiarneho hľadiska. Drevenými obkladmi sa bežne zvyšuje požiarna odolnosť kovových konštrukcií. Upravené materiály sa používajú v požiarne náročných stavbách, kde bez problémov spĺňajú všetky technické, estetické i požiarne požiadavky. Treba len vziať do úvahy, že drevo je materiál horľavý, a preto ho treba správne ochrániť (napríklad retardérom horenia), a v samotnom projekte túto vlastnosť zohľadniť.

Zdroj: Všetko o dreve v interiéri a exteriéri