Czy ten tytuł brzmi dla Ciebie jak abstrakcja, sprzeczność, oksymoron?
Przecież drewnem pali się w kominku, drewno wrzucamy do ogniska, a pożar lasu to żywioł nie do opanowania…
Drewno traktuje się bardzo stereotypowo i pod względem ognioodporności nie podchodzi się do tego materiału z ufnością.
Oczywiście jest to materiał palny, ale czy to oznacza, że jest to materiał niebezpieczny?
Dlaczego nie analizujemy zachowania stali i żelbetu podczas działania pożaru, a w przypadku drewna zakładamy z góry, że zastosowanie takiej konstrukcji spowoduje katastrofę?
Drewno jest materiałem palnym. To oznacza, że przy działaniu wysokiej temperatury (przekraczającej temperaturę zapłonu wynoszącą ok. 210-3500C) zmienia się jego skład chemiczny i zmieniają się jego właściwości fizyczne. Powierzchnia drewna narażona na działanie pożaru zaczyna się zwęglać, a więc najprościej mówiąc, wymiary decydujące o nośności przekroju zaczynają się zmniejszać. Prędkość zwęglenia drewna zależy od jego gęstości i charakterystyki pożaru, jednak w przypadku drewna iglastego (najczęściej stosowanego w konstrukcjach) oraz przy założeniu normowych warunków pożarowych, określa się, że zwęglenie postępuje z prędkością 0,7mm na minutę. Wytrzymałość materiału maleje w małym stopniu i jak pokazują badania, redukcja wytrzymałości wynikająca z podwyższonej temperatury to maksymalnie 25% (wynika to przede wszystkim z odparowania wilgoci). Zachowanie drewna jest więc przewidywalne. Dzięki odpowiednim obliczeniom można określić nośność elementu drewnianego po 15, 30, 60, 90 minutach działania pożaru.
Jak w trakcie pożaru zachowuje się stal? Stal to materiał niepalny ale przy podwyższonej temperaturze zaczyna zmieniać swoje właściwości fizyczne w znacznym stopniu. Już po przekroczeniu 120 stopni zaczyna się drastyczne zmniejszenie wytrzymałości tego materiału. Temperatura 500 stopni to temperatura krytyczna, w której stal jest uważana za niezdolną do przenoszenia obciążeń. Elementy stalowe są zazwyczaj bardzo smukłe tzn. powierzchnia narażona na podwyższoną temperaturę jest bardzo duża w stosunku do objętości elementu. Z tego względu element szybko się nagrzewa i szybko traci wytrzymałość. Po 10 minutach pożaru, przy najmniej korzystnych warunkach, element stalowy może stracić 50% nośności. W tym samym czasie drewno zwęgli się jedynie na grubość 7mm, a jego wytrzymałość zmaleje o ok. 17%. Nie bez znaczenia jest także rozszerzalność termiczna stali. Element stalowy o długości 20 metrów, przy zwiększeniu temperatury o 100 stopni Celsjusza, wydłuża się o ok. 2 cm. Wprowadzane są wtedy naprężenia wewnętrzne, które oddziałują na pozostałe elementy konstrukcyjne.
A co z konstrukcją żelbetową? Tutaj sytuacja jest lepsza niż w przypadku konstrukcji stalowej. Trzeba jednak pamiętać, że żelbet to połączenie stali i betonu. Stal jest chroniona przez beton, a pręty stalowe stanowią stosunkowo niewielki procent objętości całego przekroju żelbetowego. Pożar zmienia właściwości betonu z uwagi na zmianę jego cech chemicznych i fizycznych. Woda chemiczna betonu (uwięziona w procesach chemicznych) zaczyna odparowywać, kruszywo zmienia swoją objętość, a składniki chemiczne cementu zaczynają się przekształcać pod wpływem dużej ilości energii cieplnej. Mówiąc prościej, obserwuje się łuszczenie powierzchniowe, odłupywanie i pękanie betonu, które prowadzi do odsłaniania stali zbrojeniowej. Oczywiście ten proces jest długotrwały, a elementy żelbetowe osiągają duże odporności ogniowe, ale opis ten dowodzi, że nie jest to materiał w 100% bezpieczny w trakcie pożaru.
Pożar to zjawisko bardzo destrukcyjne. Stanowi zagrożenie dla zdrowia i mienia i nie ulega wątpliwości, że każdy pożar powoduje nieodwracalne konsekwencje. Należy pamiętać, że na co dzień otaczamy się materiałami palnymi – meble, zasłony okienne, książki, ubrania… Nie boimy się ich posiadać i ich używać, a to one palą się najintensywniej w przypadku pożaru. Na elementy konstrukcyjne należy jednak patrzeć inaczej. Zastosowanie trwałych materiałów konstrukcyjnych daje pewność, że bezpiecznie opuścimy budynek, a straż pożarna będzie miała możliwość uratowania ludzi i mienia w budynku. Zastosowanie drewna umożliwia zagwarantowanie takiego bezpieczeństwa przez 90 minut bez szczególnych dodatkowych środków technicznych. Każdy z wymienionych materiałów konstrukcyjnych posiada wady i zalety. Drewno się spala ale nie płonie. Traci objętość ale w sposób przewidywalny. Łatwo to obliczyć i ekonomicznie zaprojektować. Na pewno nie jest materiałem niebezpiecznym. Odpowiednio zaprojektowane może zapewnić bezpieczeństwo nawet w bardzo niekorzystnych warunkach.
