toptech
Mailing lista
Pošaljite nam svoju E-Mail adresu i dobijaćete redovna obaveštenja u vidu newsletter-a.
Sigurnosno pitanje, molimo saberite dva broja:


N81         A34      
H O    5    D U   ERM
XGQ   E5G   EWT      
1 8    5      U   IJH
XJ6         AU2      
Pretraga  
Članci i autorski tekstovi

Drvo i vatra

Piše: dr Goran Milić

Bez pretenzije da se ulazi u dubinu izuzetno obimne oblasti kakva je vatrootpornost drveta i materijala uopšte, cilj ovog teksta je samo jedan: da ljudi iz struke dobiju (i podele) osnovne informacije o tome da je i sa ovog aspekta drvo izuzetno dobar materijal. Iako mnogi ne znaju da je tako.

Trend gradnje drvetom je u snažnom i neprekidnom porastu već godinama. Pri tom se ne misli na korišćenje drveta za uobičajene namene (pre svega krovna konstrukcija i podovi), već na kuće i zgrade kompletno izrađene od drveta. Sve veće korišćenje drveta u gradnji povećava potrebu za upoređivanjem drveta sa ostalim građevinskim materijalima i to sa svih aspekata. Aspekt vatrootpornosti i uopšte odnosa građevinskih materijala i vatre tu zauzima značajno mesto.

Kada se govori o vatrootpornosti nekog materijala uvek se razmatraju dva kriterijuma: zapaljivost materijala i njegovo ponašanje u požaru. Problem predstavlja što je drvo zapaljivo, sa druge strane čelik ne gori, armirani beton takođe ne gori. Gde je tu prednost drveta? Prednost je u ponašanju tokom požara, odnosno odličnoj požarnoj otpornosti drveta. Čelik već pri temperaturama od 400°C do 550°C (što je mnogo niže od njegove tačke topljenja) gubi sve svoje mehaničke karakteristike i dolazi vrlo brzo do urušavanja objekta koji nosi. Armirani beton pri povišenim temperaturama puca i deformiše se, jer gubi nosivost dovodeći do iste posledice vrlo brzo. Da ne bi bilo dileme, uobičajene temperature pri požarima u objektima dostižu 700°C do 1000°C.

Sa druge strane, drvo pri požaru ne menja u značajnoj meri svoja mehanička svojstva i to je glavna prednost u odnosu na konkurentske materijale. Dva su uzroka ove izvanredne osobine drveta. Prvi je što je drvo termički izolator što znači da se pri požaru toplota sa površine drveta vrlo polako kreće ka unutrašnjosti, odnosno da unutrašnji slojevi drveta dugo ostaju nezagrejani. Ovo je ujedno razlog što drvo pri požaru prenosi toplotu zagrevanja 10 puta sporije nego beton, a 250 puta sporije nego čelik. Drugi, još važniji uzrok (direktno povezan sa prvim), je što se pri gorenju na površini drveta stvara ugljenisani sloj. Ovaj sloj (uglavnom sastavljen od lignina) ima vrlo malu gustinu, porozan je, što znači da je dobar toplotni izolator i praktično štiti unutrašnjost drveta od daljeg sagorevanja (slika 1). Istovremeno, usporavajući dovod kiseonika u kontakt sa ostatkom drveta često zaustavlja vatru.

Ugljenisani sloj formiran na CLT (Cross Laminated Timber) nosaču
Slika 1. Ugljenisani sloj formiran na CLT (Cross Laminated Timber) nosaču

Ukoliko se vatra ne zaustavi, sloj ugljenisanog drveta se postepeno pomera ka unutrašnjosti brzinom oko 0,5-0,7 mm/min. Tačna vrednost zavisi od vrste drveta (pre svega vezano za gustinu, hemijski sastav i permeabilnost), vlažnosti drveta, kao i stepena izloženosti vatri iako jačina vatre ne igra tako veliku ulogu. U proračunima se, za napredovanje vatre ka unutrašnjosti drveta, obično usvaja 20 mm za svaku izloženu stranu tokom 30 minuta intenzivne vatre. Lišćarske vrste veće gustine (>650 kg/m3) koje se koriste u građevinarstvu obično karakteriše nešto sporije napredovanje vatre (npr. za tikovinu 15 mm za 30 minuta). Sa druge strane, kod četinara koji imaju manju gustinu najčešće se registruje veća brzina ugljenisanja (oko 25 mm za 30 minuta). Permeabilnost vrste drveta je takođe značajan faktor, pa tako hrast pokazuje nešto niže brzine pomeranja linije ugljenisanog sloja u odnosu na ostale vrste slične i veće gustine. Obično se usvaja da je brzina napredovanja vatre oko dva puta veća u longitudinalnom nego u poprečnim pravcima.

Temperatura u samom ugljenisanom sloju je oko 300°C. Zbog niske toplotne provodnosti drveta, temperatura na oko 6 mm od te linije ka unutrašnjosti je svega 180°C. Ovako oštar gradijent temperature znači da je unutrašnjost drveta dovoljno hladna i nepromenjenih mehaničkih svojstava, čak i u situacijama kada su sve četiri bočne strane drveta izložene vatri (slika 2).

Ugljenisani sloj formiran sa sve četiri bočne strane drveta i nepromenjena unutrašnjost drveta
Slika 2. Ugljenisani sloj formiran sa sve četiri bočne strane drveta i nepromenjena unutrašnjost drveta

Vrlo sporo i predvidljivo napredovanje vatre  omogućava bezbednu evakuaciju ljudi i dobara iz objekta zahvaćenog požarom. Ova predvidljivost ponašanja drveta pri požaru omogućava i visok stepen bezbednosti vatrogasaca, što nije slučaj kod objekata građenih drugim materijalima. Bitno je naglasiti da će drveni nosači zadržati nosivost dovoljno dugo samo ako inicijalno imaju dovoljno veliki poprečni presek. Često se smatra da je, za predvidljivost ponašanja pri gorenju, donja granica preseka 75 mm. Ukoliko su nosači tanji, zagrevanje unutrašnjosti i pomeranje linije ugljenisanog sloja se odvija značajno brže. Pored dimenzije poprečnog preseka i vrste drveta, na trajnost i otpornost na požar utiču i tip konstrukcije (veze, oslonci), statički sistem itd.

Pored zapaljivosti i brzine sagorevanja, bitne požarne karakteristike svakog građevinskog materijala su i količina i toksičnost dima, kao i nastajanje pukotina kao posledica naprezanja u materijalu i topljenje materijala pod dejstvom toplote. I sa ovih aspekata posmatrano, drvo se ponaša bolje od većine drugih materijala. Dim koji nastaje pri sagorevanju drveta je toksičan u smislu da sadrži malo kiseonika, a može sadržavati visok nivo ugljen monoksida. Ipak, u poređenju sa tim dimom, isparenja koja nastaju sagorevanjem drugih materijala (naročito plastičnih) sadrže mnogo veći broj otrovnih komponenti. Karakteristika gde je drvo u podređenom položaju u odnosu na neke materijale je sposobnost širenja požara. Međutim, savremena inženjerska rešenja daju odgovore na ovaj problem, naročito korišćenjem raspršivača vode (tzv. sprinkler sistemi) koji se postavljaju u objekte. Ovi sistemi (slika 3) automatski reaguju kada temperatura pređe zadatu vrednost. Reagovanje drveta na požar se može poboljšati i korišćenjem hemijskih sredstava zaštite. Ova sredstva obično odlažu paljenje drveta (npr. sa 3 minuta za paljenje netretiranog na 20 minuta za paljenje tretiranog drveta) i smanjuju emisiju toplote pri sagorevanju. Postoje tri tipa ovih sredstva: ona koja se dodaju već pri proizvodnji inženjerskih proizvoda od drveta; ona koja se impregnišu u drvo nakon proizvodnje; i ona koja se na drvo nanose posle ugradnje.

Izgled raspršivača vode za automatsko gašenje požara
Slika 3. Izgled raspršivača vode za automatsko gašenje požara

Kao što je navedeno na početku, u tekstu je obuhvaćen samo mali deo izuzetno ozbiljne teme kakva je interakcija drveta i vatre. O tome svedoče i brojni nacionalni i EN standardi koji regulišu ovu oblast: od samih postupaka testiranja za razne konstruktivne elemente (slika 4), klasifikacija na osnovu reakcija na testovima do propisa iz Eurokoda 5 (EN 1995-1-2:2004 Eurocode 5: Design of timber structures. General. Structural fire design). Vrlo je važno istaći da se savremeni inženjerski proizvodi od drveta (lepljeno lamelirano drvo, unakrsno lamelirano drvo (CLT), LVL, razne vrste ploča) pri požaru ponašaju manje ili više slično masivnom drvetu.

Testiranje požarne otpornosti drvenih panela
Slika 4. Testiranje požarne otpornosti drvenih panela