Účinky požiaru na drevené konštrukcie

Technické vlastnosti dreva umožňujú jeho časté využitie v stavebných konštrukciách. K jeho negatívnym vlastnostiam patrí okrem nízkej biologickej odolnosti aj vysoká horľavosť. Keďže oheň, ktorý prerastie do požiaru, rýchlo ničí konštrukcie, treba drevo účinne chrániť. Pri dodržaní základných princípov konštrukčnej, fyzikálnej a chemickej ochrany dreva možno požiarom predísť alebo ich priebeh čiastočne obmedziť.

Nízka hmotnosť pri vysokej pevnosti, dobrá opracovateľnosť a možnosti spájania umožňujú využitie dreva v stavebníctve. Využitím novej laboratórnej a výpočtovej techniky i zdokonalením chemických analýz sa získali aj nové poznatky o požiarnotechnických vlastnostiach dreva, ako je napríklad horľavosť. Poznatky pomáhajú aj záchranárom v praxi lepšie definovať zdroj zapálenia a zvoliť správny spôsob hasenia. Okrem toho jednotlivé vlastnosti (najmä horľavosť dreva) vplývajú v značnej miere na celkový priebeh a rozsah požiaru.

Horľavosť dreva
Drevo sa pre svoju dobrú horľavosť najprv používalo najmä na vykurovanie, až neskôr našlo svoje uplatnenie v stavebníctve a ďalších odvetviach. Horľavosť je pri likvidácii nepotrebných drevených prvkov výhodná vlastnosť, keďže sa popri takmer bezodpadovej likvidácii získava aj energia. Horľavosť nie je fyzikálna veličina, ide o opisné hodnotenie toho, ako sa mate­riál chová pri požiari. Vhodnejší odborný termín sú požiarnotechnické vlastnosti materiálov, respektíve stavebných materiálov (dreva a výrobkov na báze dreva).

Požiar
K vzniku požiaru sú nevyhnutné tri zdroje – dva látkové (horľavý materiál a kyslík) a jeden energetický (zdroj zapálenia). Ak sú prítomné všetky tri zdroje, môže za určitých podmienok vzniknúť požiar.

Vo vývoji požiarovosti, štatisticky vyjadrenom výskytom požiarov v jednotlivých hodinách dňa, je zrejmé, že príčiny požiarov netreba hľadať v samotných materiáloch, pretože materiály sú rovnako horľavé nezávisle od dennej hodiny. Na grafe sú porovnané krivky výskytu požiarov v jednotlivých denných hodinách v sedemdesiatych rokoch v USA a v roku 1996 v Slovenskej republike. Priebeh kriviek je podobný, najviac požiarov totiž vzniklo okolo štvrtej hodiny popoludní. Pri porovnávaní iných rokov a krajín sa základný charakter priebehu kriviek v podstate nemení.

Priebeh požiaru možno vyjadriť časovo-teplotnou krivkou:

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

Požiar budov z nehorľavých mate­riálov
Požiaru môžu podľahnúť aj budovy z nehorľavých materiálov. Nárastom tepla sa mení vnútorná energia všetkých materiálov. Zmena vnútornej energie sa prejavuje tepelnou rozťažnosťou, skupenstvom a podobne. Oceľové konštrukcie sú následne menej odolné proti požiaru ako drevené. Jedným z možných ochranných riešení je ich obkladanie materiálmi na báze retardovaného dreva.

Požiarna odolnosť konštrukcie
Ide o charakteristiku, ktorá opisuje, ako dlho dokáže materiál odolávať ohňu (udáva sa v minútach). Pri zaradení objektov do stupňov požiarnej 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 konštrukcie nesmie presiahnuť určenú hodnotu. V praxi to znamená, že za čas určený požiarnou odolnosťou pri rozvinutom požiari (tretia etapa na požiarnej krivke) možno v požiarnom úseku evakuovať osoby alebo majetok 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 (zuhoľnatené, ale stále na svojom mieste v stropnej konštrukcii a dostatočne pevné, aby uniesli aj hmotnosť deformovaného oceľového profilu).

Vlastnosti dreva pri požiari
Z pohľadu stability vykazuje drevo ako stavebný materiál pri požiari pomerne dobré vlastnosti. Drevo má nízku tepelnú vodivosť, čiže spoje konštrukcií nie sú namáhané pri požiari tepelnou rozťažnosťou. Okrem toho vytvára zuhoľnatenú vrstvu, ktorá má pri šírení požiaru autoretardačný (spomaľovací) charakter. Tieto vlastnosti sa zachovávajú vo všetkých drevených prvkoch. Významný 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 pre celodrevené, aj pre drevené lepené nosníky.

O neporušenosti dreva hovorí nielen jeho farba, ale aj odborné skúšky, ktoré sa na takomto dreve vykonali (chemická analýza, percentuálne stanovenie základných stavebných zložiek dreva a stanovenie ich kvality). Rovnako sa vykonali mechanické a fyzikálne skúšky, ktoré tiež potvrdili, že drevo si zachovalo pôvodné parametre bez porušenia. Požiarnu odolnosť celodrevených alebo drevených lepených nosníkov možno zvýšiť pomocou retardérov horenia.

Retardéry horenia
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
Okrem nosných drevených prvkov sa stanovuje požiarna odolnosť aj obvodových (nosných, nenosných) konštrukcií (panelov). Existuje 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 to sú drevotrieskové dosky, v mnohých prípadoch opláštené sadrokartónom na zvýšenie požiarnej odolnosti. Na požiarnu odolnosť drevotrieskovej dosky vplýva niekoľko faktorov, najmä hrúbka a hustota drevotrieskovej dosky. Svoj vplyv má aj technológia výroby (plošne alebo výtlačne lisovaná), pretože plošne lisované drevotrieskové dosky vykazujú pri rovnakej hrúbke a hustote dlhšiu požiarnu odolnosť ako výtlačne lisované. Na dlhšiu požiarnu odolnosť panela ako celku majú vplyv aj drevotrieskové dosky, ktoré sú retardačne upravené priamo v hmote. Požiarna odolnosť sa určuje tak pri zvislých, ako aj pri vodorovných stavebných prvkoch – stropných paneloch – pri ktorých platí to isté, čo pri obvodových prvkoch.

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

Materiály na báze dreva
Tieto materiály existujú v rozličných hrúbkach, hustotách, povrchových a protipožiarnych úpravách. Drevenými obkladmi sa bežne zvyšuje požiarna odolnosť kovových konštrukcií. Upravené materiály sa používajú v požiarne náročných stavbách, kde spĺňajú technické, estetické i požiarne požiadavky. Drevo je horľavý materiál. Preto ho treba správne chrániť (napríklad retardérmi horenia) a v samotnom projekte túto vlastnosť zohľadniť.

Ing. Linda Makovická Osvaldová, PhD.
Foto: autorka, E. Bobeková, Yale security, zb HaZZ Žilina

Autorka pôsobí ako odborná asistentka na Katedre požiarneho inžinierstva Fakulty špeciálneho inžinierstva Žilinskej univerzity.

Recenzovala Ing. Andrea Vallašeková, ktorá pôsobí na Katedre protipožiarnej ochrany na Technickej univerzite vo Zvolene.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.