V představě většin y z nás je dřevo materiál, který – zachvácen požárem – nezachrání ani svěcená voda. Potíž je v tom, že chování dřeva v žáru má k této zažité představě velmi daleko. Když plyny uvolněné po zahřátí dřeva vzplanou, vzniká na povrchu materiálu zuhelnatělá vrstva, která další šíření ohně zpomaluje. Jde o zajímavý proces, který chrání ohněm dosud nezasažené části konstrukce a závisí na vlhkosti dřeva, způsobu šíření plamene nebo jeho teplotě. Avšak o tom, jak dlouho bude dřevěná konstrukce plamenům odolávat, tedy bude bezpečná, rozhoduje především způsob, jakým se zuhelnatělá vrstva potrhá. Vzniklými trhlinami (obr. 1) totiž do dřeva přestupuje více tepla, negativně ovlivňujícího proces degradace.
Zákeřné trhliny
Trhliny v zuhelnatělé vrstvě dřevěných panelů během požáru podrobně studují pracovníci katedry ocelových a dřevěných konstrukcí Českého vysokého učení technického v Praze ve spolupráci s kolegy ze slovinské Technické univerzity v Lublani. Cílem aktivit je lépe popsat, jak se trhliny vyvíjejí a jak ovlivňují požární odolnost dřevěných konstrukcí. Experimenty se odehrávají nad malou vodorovnou pecí, která zahřívá šest prken ze smrkového dřeva o tloušťce 19 mm a dvě desky o tloušťce 40 mm o objemové hustotě 470 kg/m3. Dřeva, na kterých před experimentem nebyly žádné zjevné trhliny, mají vlhkost 8,1 % a jsou vzájemně spojená pero-drážkou, jako palubky. Oheň na sestavu, představující strop obytné místnosti, působí zespoda teplotou mezi 600 až 800 °C po dobu 5, 10 a 12,5 min (v případě vzorků o tloušťce 19 mm). Na čtyřcentimetrové vzorky působí stejně intenzivní žár od 5 do 15 min. Zkouška končí ve chvíli, kdy mezi prkny prohoří spára (obr. 5). Po vypnutí přívodu plynu a hoření putují vzorky do vodní lázně. I tak zastavení povrchového hoření trvá přibližně jednu až dvě minuty. Po uhašení vzorky ukládáme při pokojové teplotě a normální vlhkosti, aby mohla hasicí voda vyschnout. Následně povrchovou vrstvu dřeva ošetřujeme epoxidovým nátěrem, který pomáhá zachovat tvar trhlin a poškození jednotlivých hran během měření a manipulace. K předpovědi vzdáleností mezi trhlinami využíváme analytický model, rozšířený o pravděpodobnost vlastností dřeva, rozvoje hoření a požáru. Potvrzuje se, že přibližné odhady jsou vhodné pouze pro tenčí dřevěné prvky. U silnějších prvků je vhodnější použít pokročilá řešení. Platí, že čím déle oheň na dřevěný prvek působí, tím menší je variabilita ve vzdálenostech prasklin. Delší expozice vysokým teplotám vede k rovnoměrnějšímu rozložení prasklin a útlumu výdeje energie.
Na poloze trámů záleží
Jak se rozvíjí oheň v požárním úseku budovy, závisí nejen na množství paliva, ale také na jeho umístění, typu, kvalitě povrchů místnosti a její ventilaci. Čeští a slovinští experti se soustředili na vliv polohy dřevěných prvků na rozvoj požáru, resp. jak průběh hoření ovlivní odhořívání dřevěné nosné konstrukce. Experimentovali ve světově unikátní požární komoře (tzv. Room Corner Test) ve tvaru místnosti o půdorysu 2,4 × 3,6 m a výšce 2,4 m. Komora, vybavená soustavou čidel s pokročilým numerickým modelováním a pravděpodobnostními výpočty, umožňuje energetickou a chemickou analýzu hoření ve skutečném prostoru a sledování šíření plamene, tvorby kouře a rychlosti šíření požáru. Výzkumníci do komory umístili tři dřevěné trámy ve dvou různých konfiguracích, s jejichž pomocí chtěli zjistit, jak uspořádání dřevěných prvků a jejich poloha vůči zdroji tepla ovlivní rozvoj teploty a vznik zuhelnatělé vrstvy. V první konfiguraci do rohu místnosti postavili dva sloupy a jeden nosník, upevněný ve výšce dvou metrů nad podlahou (obr. 2A), ve druhé variantě osadili budoucí požářiště třemi dřevěnými sloupy blízko sebe (obr. 2C). V obou variantách pak zapálili propanový hořák, umístěný v rohu komory, jehož výkon pro první desetiminutovou fázi experimentu udržovali na 100 kW a v dalších dvaceti minutách jej zvýšili na 300 kW (obr. 3). Poloha hořáku výrazně ovlivnila rozvoj hoření v prostoru, intenzitu proudění plynů a sálání na povrch vzorků a vznik zuhelnatělé vrstvy. Díky soustavě teplotních čidel, z nichž některá byla zapuštěna přímo do hořícího dřeva, získali odborníci přesnou představu, jak zuhelnatělá vrstva vzniká a během požáru se pozvolna rozrůstá. To umožnilo podrobně sledovat, jak oheň postupoval a jaké škody způsobilo nesouměrné hoření v různých částech sledovaného dřevěného konstrukčního prvku (obr. 2B a 2D).
Emancipace dřevostaveb
Vysoké využití dřevostaveb představuje jediné řešení udržitelné výstavby. K zajištění jejich požární bezpečnosti je potřeba dobrých, jednoduchých a pochopitelných předpisů pro běžné stavby a pokročilé a inovativní pravděpodobnostní přístupy pro významné stavby. Výzkum zuhelnatění dřeva a jeho chování při různých typech požárů přináší poznatky, kterých lze úspěšně využít při návrzích nových budov. Ve srovnání s tradičními normovými předpoklady o chování dřeva při požáru, které počítají s rovnoměrným zatížením konstrukcí ohněm, je popsaný experiment daleko bližší reálnému chování dřevěných konstrukcí během požáru. Jde proto o cenný nástroj k dalšímu zvýšení bezpečnosti dřevěných staveb. Výsledky experimentů např. dokládají, jak poloha dřevěných prvků a jejich orientace vůči zdroji tepla ovlivňují hloubku zuhelnatělé vrstvy. Promítnutí poznatků do praxe umožňuje navrhovat konstrukční prvky dřevěných novostaveb tak, aby měly v případě požáru minimální zaručenou odolnost a plnily nosnou roli jak během bezpečné evakuace, tak hasičského zásahu při eliminaci ohniska požáru (obr. 2D).
Strach z požáru je správný a oprávněný
Strach z dřevěných konstrukcí může díky podobným experimentům a zavádění jejich poznatků do praxe časem postupně klesat. Umožňují totiž, aby současné budovy, ať už navržené z jakéhokoliv stavebního materiálu, byly stejně požárně bezpečné. Jde o nezbytný předpoklad, aby vyšší poptávka po dřevostavbách, majících mnoho ekologických přínosů, jako schopnost vázat uhlík, a tím redukovat uhlíkovou stopu, neměla negativní dopad na požární bezpečnost měst a obcí, kde stojí. Mít špičkově vycvičené hasiče je jen polovina úspěchu, druhou tvoří kvalitně navržené stavby. l Článek se zabývá výzkumem, podpořeným grantem GAČR 21-30949K Zuhelnatění dřeva při plně rozvinutém přirozeném požáru.