logoweb
Pavlův web

Světový experiment v českém Mokrsku

18.září 2008 se poblíž vesnice Mokrsko na příbramsku odehrál pokus, který byl sledován odborníky po celém světě. Uvnitř stavby, která byla postavena speciálně pro tento účel, byl založen požár. Vědci a výzkumníci z ČVUT poté sledovali chování jednotlivých prvků konstrukce. O hodinu později byli diváci svědky neočekávaného kolapsu.

Za slunečného počasí se v areálu Pražského Českého vysokého učení technického (ČVUT) shromáždily stovky lidí z řad novinářů, techniků a stavařů, aby sledovali nevšední událost. Akce byla vyvrcholením tříletých příprav ČVUT a navazovala na sedm velkých požárních zkoušek, které byly uskutečněny na skutečných budovách z oceli, betonu a dřeva v Cardingtonu ve Velké Británii. Požární zkouška se uskutečňuje každý rok jednou na celém světě. Světová pozornost techniků se tedy nyní obrátila k Mokrsku.
foto1
Unikátem bylo, že celá konstrukce byla nová. Základní konstrukci tvořil ocelový skelet ze sloupů typu HEB180 a nosníků IPE 400. Tato konstrukce nesla tři různé druhy stropů. První dva byly ocelobetonové stropy s rozdílnými druhy prolamovaných nosníků. Jednalo se o nosníky vyrobené z IPE 270 a o tzv. "Angelina beams" s variabilním tvarem otvorů ve stojně, navrhované podle pokročilých výpočetních modelů, které dnes začínají být populární díky svým estetickým přednostem. Poslední typ byl strop z panelů Spiroll, které byly účelně navrhovány s větší protipožární odolností. Tento panelový strop byl podepřen z části ocelovým skeletem a částečně betonovými zdmi.
Aby se celý experiment co nejvíce přiblížil skutečnému požáru, bylo třeba provést zatížení stropu. K tomu posloužily 900kg těžké pytle s kamenivem, jaké simulovaly běžné zatížení administrativní budovy. Požární zatížení bylo tvořeno dřevěnými hranoly, které dohromady tvořily číslo 35,5kg/m2 (620MJ/m2). Navržený objem paliva přesahoval o polovinu množství, které se nachází v budově podobného určení.
Celá budova byla přímo prošpikována termočlánky pro měření teploty. Vědci z ČVUT rovněž měřili i deformace, pročež využili provizorní lešení umístěné nad stropem objektu. Na nosnících bylo umístěno také sedm tenzometrů pro měření poměrných přetvoření. Další deformace měřila z výše položeného místa skupina geodetů a ostatní pracovníci průběh požáru snímali termokamerami.
Ještě před začátkem experimentu vedoucí katedry ocelových a dřevěných konstrukcí profesor František Wald uvedl rozdíl mezi aktivním a pasivním způsobem protipožární ochrany. Mezi aktivní způsoby patří např. požární signalizace, zařízení pro odvod kouře, tepla nebo sprinklery a drančery. V aktivní ochraně Česká republika oproti Evropě spíše zaostává. V čem je naopak na velice pokročilé úrovni jsou pasivní protipožární systémy staveb. Jedná se především o projektové řešení konstrukcí, tak aby odolaly požárnímu zatížení. Způsoby návrhu jsou odvozeny z praktických zkoušek a pokusů podobných jako u experimentu v Mokrsku.
Zvláště po tragédii World Trade Center 11.září inženýři stále hledají způsoby jak eliminovat úbytek únosnosti při vysokých teplotách, která je typická právě pro ocel. Zvláště chtějí zjistit, jak konkrétně se konstrukce chová, protože již zmíněná konstrukce WTC se nechovala tak spolehlivě, jak její autoři předpokládali. Série požárních zkoušek má proto přinést nové poznatky a informace, díky kterým by se dalo podobným tragédiím zabránit.
"Evropské požární návrhové normy, které umožňují dobře předpovědět chování jednotlivých konstrukčních prvků za zvýšených teplot, vycházející z výsledků experimentů v laboratorních podmínkách," řekl prof. Wald. "Ukazuje se však, že to není dostačující. Pro zajištění vysoké požární odolnosti staveb a pro spolehlivější ekonomické řešení stavebních konstrukcí jsou k dispozici teoretické podklady a návrhové modely, jejich ověření zkouškami na skutečných objektech je nenahraditelné."
Po úvodních slovech se přikročilo k akci. Hasiči pomocí petroleje zapálili 15m3 dřeva. Bylo to pro ně zajímavé, jak později zmínili, protože se neočekávalo, že by požár později museli sami hasit. Jakmile teplota uvnitř objektu překročila 50°C spustila se časomíra. Nárůst teploty byl opravdu značný. Během deseti minut se teplota zvedla ke 400°C a po čtvrthodině požáru display ukázal číslo 600°C.
foto2
Po půlhodině požár spotřeboval 70% určeného paliva. Žár byl již tak velký, že diváci ustupovali ještě dále od ohraničené bezpečné zóny. Na ocelových nosnících byl okem viditelný průhyb. Přesto celý objekt působil stabilně. Nechráněné ocelové konstrukce mají požární odolnost přibližně 15-30minut v závislosti na materiálu a typu nosníku. Nechráněné ocelobetonové konstrukce (o jaké se při experimentu jednalo) dosahují odolnosti 60ti minut. Inženýři dále vypočetli, že maximální teplota plynu uvnitř objektu bude právě po hodině požáru. Cifra šedesát minut tedy byla klíčová a všichni s napětím očekávali, jak se konstrukce bude chovat.
Jakmile se přelomový čas přiblížil, průhyb konstrukce dosahoval odhadem půl metru na devíti metrech délce nosníku. Teplota dosahovala cca 1200°C. I když plameny nešlehaly tak vysoko, teplota stále stoupala. Díky nižšímu ohni se daly rozpoznat určité detaily. Plechy, jimiž byla kryta minerální izolace, byly roztavené. V betonové zdi nevydrželo krytí a výztuž byla kompletně obnažená. Bylo slyšet hlasité pukání, jak se oddělovaly trapézové plechy od železobetonové desky. Profesor Wald ujistil přihlížející, že i když se nyní pevnost oceli pohybuje asi na 10% její původní pevnosti při normálních podmínkách, tak konstrukce přesto vydrží. Zatížení totiž začne přenášet s nosníkem spřažená betonová deska, uvnitř které byla navržena požárně chráněná výztuž. Právě ta měla zajistit potřebnou únosnost konstrukce a zabránit případnému kolapsu.
Paradoxně asi pět minut potom, co profesor ujišťoval o sofistikovanosti konstrukce, se polovina objektu zřítila. Předcházelo tomu obrovské zvýšení průhybu ocelobetonového stropu s nosníky typu Angelina. Strop posléze zkolaboval a strhl s sebou i průvlak podpírající strop z desek Spiroll a také betonovou zeď umístěnou na obvodu objektu. Diváci a technici neskrývali překvapení. "My jsme si mysleli, že by to mohlo spadnout. Ale bylo to naložené tak akorát, že to mělo vydržet", reagoval pan profesor Wald. Teplota v momentě kolapsu byla nad hodnotou 1300°C. Většina čidel údajně přestala měřit.
Příčiny kolapsu budou vědci ještě zjišťovat, ale podle neoficiálních informací došlo ke zkroucení jednoho z nosníků tvořící průvlak, který měl podpírat měřené stropy (viz obr.). Při zkroucení došlo k rapidnímu nárůstu průhybu ocelobetonového stropu, který tímto ztratil veškerou únosnost. Zajímavý byl strop z panelu Spiroll, který se při pádu nijak značně nepoškodil a jeho tvar zůstal nedotčen.
Mokrská požární zkouška byla zatím první experiment při kterém se podařil kolaps konstrukce. Zřícení konstrukce navzdory předpokladům techniků se dá pokládat za důkaz, že požární problematika je velice komplikovaná i pro odborníky. Podobné zkoušky tím mohou být jistě opodstatněné, zvláště vyšší požární bezpečností staveb, kterou po získání praktických informací z těchto zkoušek budou moci inženýři nabídnout světu. Zjištěné poznatky budou zcela jistě důležité pro celou odbornou veřejnost.



Vložit komentář.

TOPlist