Účinky požáru na dřevěné konstrukce

Využitím nové laboratorní techniky, výpočetní techniky a zdokonalením chemických analýz se získaly nové poznatky o vlastnostech dřeva. Týká se to kromě jiného i oblasti požárnětechnických vlastností dřeva.

Dřevo znali a plnohodnotně využívali již naši předkové. Díky dobrým technickým vlastnostem dřeva, jako je nízká hmotnost při vysoké pevnosti, dobrá opracovatelnost, možnosti spojování (vlastními spoji, lepením nebo pomocí kovových prvků), našlo a stále nachází dřevo uplatnění nejen jako palivo, ale i v mnoha jiných oblastech, navzdory tomu, že mnozí zdůrazňují především negativní vlastnosti dřeva – nízkou biologickou odolnost a vysokou hořlavost.

S dobrou znalostí podmínek biologické degradace (hnití) a účinné ochrany lze tyto negativní vlastnosti odstranit. Navíc je možné biologickou degradaci hodnotit z hlediska odstraňování nepotřebných částí dřeva jako jev maximálně pozitivní. Záleží jen na nás, zda dřevo necháme v takových podmínkách, které ho zničí. To samé platí i pro hořlavost dřeva. Pokud nechceme, aby dřevo hořelo, je třeba ho před požárem chránit.

Oheň, který přeroste v požár, je pro lidi nesmírnou katastrofou. Rychle ničí nejen léta vytvářené hodnoty, ale i lidské životy. V dějinách najdeme velké množství katastrofálních požárů, které se připisovaly dřevu. Většina zámků a hradů přežila větší či menší požár. Ani města nebyla ušetřena. K požárům s tragickými následky dochází i v současnosti. Rovněž požár v roce 1980 v barmském městě Mandalaj, kde shořelo 6 000 budov a 35 000 lidí zůstalo bez přístřeší, zavinilo dřevo.

Dosud největší však byl požár budovy banky v brazilském městě Sao Paolo, který vypukl začátkem roku 1974, a to bez ohledu na to, že celá stavba byla z betonu, železa a skla. Tak proč tolik lidí svaluje vznik požáru na dřevo?

Hořlavost
Dřevo se zpočátku používalo pouze k topení. Teprve později se využívalo i k jiným účelům. To, co bylo uvedeno o biologické degradaci, v podstatě platí i o hořlavosti. Při likvidaci nepotřebných dřevěných prvků je to vlastnost velmi výhodná, protože téměř bezodpadovou likvidací získáváme i energii.

V minulosti se dřevěné stavební prvky kvůli své hořlavosti hodnotily značně negativně. Dřevěné domy, postavené těsně vedle sebe, se ve spojení s činností člověka, který používal otevřený oheň ke svícení, ohřívání, vaření a jiným činnostem, staly příčinou požárů celých obcí či městských částí. Oheň – dobrý sluha – se často stával (a stává) zlým pánem. Hořlavost není fyzikální veličina. Jde pouze o popisné hodnocení toho, jak se materiál chová při požáru. Vhodnějším odborným termínem jsou požárnětechnické vlastnosti materiálů, respektive stavebních hmot, v našem případě dřeva a výrobků na bázi dřeva.

Požár
Všimneme-li si podrobněji vývoje požárovosti statisticky vyjádřeného podílem požárů v jednotlivých denních hodinách, zjistíme, že příčiny požárů je potřebné hledat jinde než v samotných materiálech (hořlavost materiálu se nemění s denní hodinou). V grafu jsou porovnávány křivky výskytu požárů podle jednotlivých hodin během dne v sedmdesátých letech v USA a v roce 1996 u nás. Průběh křivek je velmi podobný – nejvíce požárů vzniklo kolem čtvrté hodiny odpoledne. Pokud bychom srovnávali jiné roky a jiné země, změnily by se konkrétní hodnoty, ale základní charakter průběhu křivek by v podstatě zůstal stejný. Můžeme si položit otázku: Je dřevo (a ostatní hořlavé materiály) méně hořlavé v pět hodin ráno než ve čtyři hodiny odpoledne? Pravděpodobně nikoli, proto je třeba hledat jiné příčiny požárů.

Ke vzniku požáru jsou nutné tři zdroje: dva látkové – hořlavý materiál a přítomnost kyslíku – a jeden energetický – zdroj zapálení. Za přítomnosti všech třech zdrojů nastává požár.

Průběh požáru charakterizuje časově-teplotní křivka požáru:

• vznik a postupný rozvoj (požár dřevěných objektů má většinou vzestupnou tendenci),
• bod, respektive úsek požáru (tzv. flash over), v němž nastává velmi prudký rozvoj požáru a rychlý přechod do třetí fáze požáru,
• rozvinutý požár,
• dohořívání na základě vyhoření paliva.

Jak je tedy možné, že požáru podlehnou i budovy z nehořlavých hmot? Nárůstem tepla se mění vnitřní energie všech materiálů. Změna vnitřní energie se projevuje tepelnou roztažností, skupenstvím a podobně. Tak se stává, že ocelové konstrukce jsou méně odolné proti požáru než dřevěné, respektive se obkládají materiály z retardovaného dřeva.

Požární odolnost
Požární odolnost je velmi důležitou charakteristikou, která odkazuje na to, jak dlouho dokáže materiál odolávat ohni – udává se proto v minutách. Při zařazení objektů do stupňů protipožární bezpečnosti se vyžaduje určitá úroveň požární odolnosti jednotlivých stavebních konstrukcí a uzávěrů. Konstrukce s požární odolností 30 minut si musí za tuto dobu uchovat svou únosnost, stabilitu a celistvost. Teplota na odvrácené straně rovněž nesmí přesáhnout určenou hodnotu. V praxi to znamená, že za dobu určenou požární odolností u rozvinutého požáru (třetí etapa na požární křivce) můžeme v požárním úseku zajistit evakuaci osob nebo majetku a provádět zásahové práce.

Požární odolnost konstrukce nebo uzávěru se zjišťuje v zkušebních zařízeních podle přesně stanovených kritérií. Ztráta pevnosti dřeva je na rozdíl od oceli poměrně pomalá. Proto lze často pozorovat na požárovištích ocelové profily prohnuté do vlnovky, jejichž horní část visí přes ohořelé dřevěné hranoly – sice zuhelnatělé, ale stále na svém místě v stropní konstrukci a dostatečně pevné, aby unesly i hmotnost deformovaného ocelového profilu.

Z pohledu stability vykazuje dřevo jako stavební materiál při správném dimenzování při požáru poměrně dobré vlastnosti. Dřevo má velmi nízkou tepelnou vodivost, tudíž spoje konstrukcí nejsou namáhány tepelnou roztažností. Navíc vytváří zuhelnatělou vrstvu, která má při šíření požáru autoretardační (zpomalovací) charakter. Tyto vlastnosti se zachovávají ve všech dřevěných prvcích. Jestliže hodnotíme nosníky z hlediska požární odolnosti, největší vliv na změnu pevnosti, a tím i požární odolnosti, má přístup plamenů a sálavého tepla k nosníkům.

To znamená, že pokud je nosník položen volně v prostoru objektu a je přístupný plameni ze čtyř stran, ohoří dříve a jeho odolnost bude nižší, než když bude chráněn stropem (nosník bude otevřen účinkům požáru pouze ze tří stran). Tyto závěry platí jak pro celodřevěné, tak i pro dřevěné lepené nosníky. O neporušenosti dřeva svědčí nejen jeho barva, ale i odborné zkoušky, které se na takovém dřevě provedly. Šlo o chemickou analýzu, procentuální stanovení základních stavebních složek dřeva, ale i o stanovení jejich kvality. Podobně se provedly mechanické a fyzikální zkoušky, které též potvrdily, že si dřevo zachovalo původní parametry bez porušení. Navíc lze zvýšit požární odolnost celodřevěných nebo dřevěných lepených nosníků pomocí přídavku na ohoření.

Spornou je aplikace retardérů. Retardér působí v první etapě požáru a může ovlivnit hořlavost, respektive požárnětechnické vlastnosti materiálu. Zatím neexistuje takový retardér hoření dřeva, který by významně zvýšil požární odolnost v třetí fázi požáru.

Požární odolnost obvodových konstrukcí
Kromě nosných dřevěných prvků se stanovuje požární odolnost i obvodových (nosných, nenosných) konstrukcí (panelů). Zde máme více možností, jak vytvořit obvodový panel s dostatečnou požární odolností. Požární odolnost limituje základní dřevěná konstrukce panelu, dřevěný sloupek v panelu, jeho průřez a rozestup těchto sloupků. Svou roli sehrává i tepelněizolační materiál (nejlépe s třídou hořlavosti A nebo B).

U konstrukce panelových prvků je třeba použít takové materiály, aby bylo dosaženo požadované požární odolnosti. Při požáru se jako první do kontaktu s ohněm dostávají velkoplošné materiály, které tvoří plášť panelu, většinou dřevotřískové desky, v mnoha případech právě z požárního hlediska opláštěné sádrokartonem. Požární odolnost dřevotřískové desky však ovlivňuje několik faktorů: zejména šířka a hustota dřevotřískové desky. Je zapotřebí doplnit ještě jeden údaj – technologii výroby (plošně nebo výtlačně lisovaná), protože dřevotřískové desky plošně lisované vykazují při stejné šířce a hustotě delší požární odolnost než výtlačně lisované dřevotřískové desky. Na delší požární odolnost panelu jako celku mají vliv i dřevotřískové desky, které mají v sobě již zapracované retardéry.

Požární odolnost se určuje nejen u svislých, ale i u vodorovných stavebních prvků – stropních panelů, kde platí v podstatě totéž, co u obvodových prvků.

Požární uzávěry
Zvláštní kapitolu tvoří požární uzávěry – dveře a okna a požární uzávěry technologických otvorů, rozvodů elektřiny, plynu a podobně. Požární odolnost se stanovuje speciální zkouškou. Při realizaci dřevěných staveb musí platit, že předepsanou požární odolnost konstrukce musí splňovat i požární uzávěr této konstrukce.

Úprava dřeva i materiálů na bázi dřeva je sice cesta náročná, ale schůdná. Ve světě je běžné, že se materiály na bázi dřeva nabízejí nejen v různých šířkách, hustotách, povrchových úpravách, ale i v různých úpravách z požárního hlediska. Dřevěnými obklady se běžně zvyšuje požární odolnost kovových konstrukcí. Upravené materiály se používají v požárně náročných stavbách, kde bez problémů splňují všechny technické, estetické i požární požadavky. Jen je nutné vzít do úvahy, že dřevo je materiál hořlavý, a proto je zapotřebí ho správně ochránit (například retardérem hoření) a v projektu tuto vlastnost zohlednit.

Ing. Linda Osvaldová, Ph.D.
Foto: K. Havlová, Yale security a archiv autorky

Článek byl uveřejněn v časopisu Realizace staveb.