ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ ΠΥΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

1.      ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΓΕΝΙΚΑ

Το πρόβλημα της συμπεριφοράς χαλύβδινων στοιχείων σε ψηλές θερμοκρασίες είναι θέμα με πολύ μεγάλη συχνότητα εμφανίσεως, κατά την τελευταία δεκαπενταετία.  Αντίστοιχα υπάρχει σήμερα μια κινητικότητα στην διαμόρφωση προδιαγραφών που θα καθορίζουν τη διαδικασία ελέγχου της επάρκειας των μεταλλικών στοιχείων σε συνθήκες φωτιάς.

Η αντοχή του χάλυβα απομειούται όσο η θερμοκρασία αυξάνεται, μηδενίζεται δε περί τους 1200^ο C.  Εάν επομένως η αύξηση της θερμοκρασίας, στην διάρκεια του χρόνου, δεν ανασταλεί είναι δεδομένο ότι ένα χαλύβδινο φέρον στοιχείο, είτε απροστάτευτο , είτε προστατευμένο (μονωμένο), θα καταρεύσει υπό τα φορτία στα οποία υπόκειται την ώρα της φωτιάς, εντός κάποιου μικρότερου ή μεγαλύτερου χρονικού διαστήματος.  Οι προδιαγραφές στις οποίες αναφερθήκαμε παραπάνω αποβλέπουν ακριβώς στον προσδιορισμό του χρονικού αυτού διαστήματος, που ονομάζεται συνήθως δείκτης πυραντίστασης.

 

 Σύμφωνα με τον Κανονισμό Πυροπροστασίας Κτιρίων (Κ.Π.Κ), Αρθρο 14, ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α, Δείκτες Πυραντίστασης Δομικών Στοιχείων, αντιγράφουμε:

 ‘’ 3. Φέρουσες κατασκευές από μορφοσίδηρο.

       Σιδηρές κατασκευές χωρίς ειδική πυροπροστατευτική επίστρωση ή επένδυση, θεωρούνται ότι παρουσιάζουν μηδενικό δείκτη πυραντίστασης. Ο δείκτης πυραντίστασης εξαρτάται τόσο από τη χρησιμοποιούμενη διατομή, όσο και από το υλικό επικάλυψης και τον τρόπο εφαρμογής του. Θα πρέπει να αποδεικνύεται σε κάθε περίπτωση με πιστοποιητικό εξουσιοδοτημένου εργαστηρίου ξένης χώρας, κατά προτίμηση Ευρωπαϊκής, που χρησιμοποιεί αποδεκτή πρότυπη δοκιμασία.’’

             Οι κύριες εφαρμογές μεταλλικών στοιχείων ως φέροντα σκελετού αφορούν κτίρια βιομηχανίας ή αποθηκών. Αντιγράφουμε από τον Κ.Π.Κ. (Αρθρο 11):

‘Οι βιομηχανίες, οι βιοτεχνίες και οι αποθήκες κατατάσσονται σε (3) κατηγορίες ανάλογα με την επικινδυνότητά τους σε σχέση με την εκδήλωση πυρκαϊάς, σύμφωνα με το Παράρτημα της Απόφασης 5905/12-6-95 Υπουργού Βιομηχανίας Ενέργειας και Τεχνολογίας, όπως ισχύει κάθε φορά:

·        Ζ1 : Χαμηλού βαθμού κινδύνου (Αα, Βα, Cα της απόφασης 5905)

·        Ζ2 : Μέσου βαθμού κινδύνου (Αβ, Ββ, Cβ της απόφασης 5905)

·        Ζ1 : Υψηλού βαθμού κινδύνου (Αγ, Βγ, Cγ της απόφασης 5905)

Ιδιαίτερα για τις αποθήκες, η κατάταξη μπορεί να γίνει ορθότερα με βάση τη μέση πυκνότητα του πυροθερμικού φορτίου εφόσον αυτό παραμένει σχετικά σταθερό, ως εξής:

·        Ζ1 : πυροθερμικό φορτίο < 1.000 MJ/m²

·        Ζ2 : πυροθερμικό φορτίο  1.000 – 2.000 MJ/m²

·        Ζ3 : πυροθερμικό φορτίο > 2.000 MJ/m²  ‘’

Οι ελάχιστοι απαιτούμενοι χρόνοι αντοχής του χάλυβα σε συνθήκες φωτιάς (ελάχιστος απαιτούμενος κατά περίπτωση δείκτης πυραντίστασης) καθορίζονται σε ιδιαίτερους κανονισμούς.  Οι προβλέψεις του Ελληνικού κανονισμού πυροπροστασίας Π.Δ. 71/88 ως προς τους απαιτούμενους ελάχιστους δείκτες πυραντίστασης φαίνονται στον πίνακα Ζ3 του κανονισμού που ακολουθεί:

 ΠΙΝΑΚΑΣ Ζ3

ΕΛΑΧΙΣΤΟΙ ΕΠΙΤΡΕΠΟΜΕΝΟΙ ΔΕΙΚΤΕΣ ΠΥΡΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ
Κατηγορία Κτιρίου	Μονόροφα	Πολυόροφα	Υπόγεια	Εγκατάσταση(*) Καταιονητήρων (συντελεστής)
Βιομηχανίες
Ζ1	Χωρίς απαίτηση	60’	120’	0,5
Ζ2	60’	90’	120’	0,6
Ζ3	60’	120’	180’	0,7
Αποθήκες
Ζ1	60’	90’	120’	0,5
Ζ2	120’	180’	180’	0,5
Ζ3	180’	240’	240’	0,5

(*) Συντελεστής μείωσης κατά περίπτωση.

Ως πυροθερμικό φορτίο ορίζεται η εκλυόμενη ποσότητα θερμότητας από την καύση του υλικού που βρίσκεται στο εσωτερικό του χώρου αναφοράς.  Αναγόμενο το φορτίο αυτό σε τετραγωνικό μέτρο κατόψεως δίνει την λεγόμενη πυκνότητα του πυροθερμικού φορτίου.  Η πυκνότητα αυτή εκφράζεται πολλές φορές σε χιλιόγραμμα ισοδύναμης ποσότητας, από πλευράς εκλυόμενης θερμότητας, ξύλου ανά μ² κατόψεως.  Έτσι η πυκνότητα πυροθερμικού φορτίου 2000 ΜJ/m² ισοδυναμεί περίπου με 115 kg/m² ξύλου.

Προδιαγραφή για τον προσδιορισμό του δείκτη πυραντίστασης δεν υπάρχει στην Πατρίδα μας.  Επομένως όταν χρειάζεται να γίνει παρόμοια μελέτη πρέπει να αναφερθούμε σε ξένες προδιαγραφές εκ των οποίων οι σημαντικότερες είναι αυτές που περιέχονται στο DIN 4102 / GERMANY, BS 476 U. K., ASTME 119/USA.

Σύμφωνα με το πρότυπο DIN 4102 η κρίσιμη θερμοκρασία, πάνω από την οποία ο χάλυβας παύει να διατηρεί ευστάθεια και ακεραιότητα στη φωτιά είναι 500^ο C, ενώ σύμφωνα με το ΒS 476 η αντίστοιχη θερμοκρασία φθάνει τους 550^οC, θερμοκρασίες οι οποίες επιτυγχάνονται σε χρόνο λιγότερο των 5 λεπτών, με βάση την καμπύλη φωτιάς κατά ISO, (πίνακας 3).

                                                                     

Επίσης ιδιαίτερη αναφορά πρέπει να γίνει στους Ευρωκώδικες που ο καθένας περιέχει ένα τελευταίο Κεφάλαιο αναφερόμενο στις συνθήκες φωτιάς και στους οποίους έχει ενσωματωθεί η τελευταία γνώση πάνω στο θέμα.  Αυτό ισχύει για τους Ευρωκώδικες #1 (φορτία), #2 (κατασκευές από σκυρόδεμα), #3 (κατασκευές από χάλυβα) και #4 (σύμμεικτες κατασκευές).  Ωστόσο, ενώ τα κύρια σώματα των κανονισμών αυτών έχουν ολοκληρωθεί και βρίσκονται υπό δοκιμαστική εφαρμογή, στα κεφάλαια των συνθηκών φωτιάς δεν έχουμε ακόμη τελικά κείμενα.

 

2.      ΕΛΕΓΧΟΣ ΕΠΑΡΚΕΙΑΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΣΕ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΦΩΤΙΑΣ

Η αντοχή οποιουδήποτε μεταλλικού μέλους εξαντλείται, υπό τα φορτία τα οποία το καταπονούν σε συνθήκες φωτιάς, μετά την πάροδο κάποιου χρονικού διαστήματος από την έναρξη της φωτιάς λόγω της προοδευτικής μειώσεως της αντοχής του.  Αντικείμενο του ελέγχου είναι ο προσδιορισμός του χρονικού αυτού διαστήματος και η αξιολόγησή του (η σύγκρισή του δηλαδή προς υπάρχουσες  απαιτήσεις).  Ο έλεγχος προφανώς, εκτός από σύγκριση χρόνων μπορεί να πραγματοποιηθεί με σύγκριση θερμοκρασιών ή σύγκριση αντοχών.

Κατά τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί ή βρίσκονται σε επεξεργασία προγράμματα υπολογιστή τα οποία είτε χρησιμοποιούν τις υπάρχουσες μεθόδους, είτε επιδιώκουν ακριβέστερες προσεγγίσεις λαμβάνοντας υπόψη της ακριβείς συναρτήσεις μεταβολής των μηχανικών και θερμικών χαρακτηριστικών του χάλυβα, τη μεταβολή της θερμοκρασίας μέσα σε κάθε διατομή και κατά μήκος του φορέα, τις παραμετρικές συναρτήσεις (φωτιές) θερμοκρασίας - χρόνου, τις επαφές και μερικές ή ολικές ενσωματώσεις χαλύβδινων μελών σε άλλα κατασκευαστικά στοιχεία, προσδιορίζουν δε τελικά τις κρίσιμες θερμοκρασίες και τους χαρακτηριστικούς χρόνους με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Τέλος σε πολλά βοηθήματα υπάρχουν πινακοποιημένα αποτελέσματα για συνήθεις περιπτώσεις όπου παρουσιάζεται η διάταξη (μεταλλικού στοιχείου και μονωτικού υλικού) και ο αντίστοιχος δείκτης πυραντίστασης.  Συνήθως δίνονται διατάξεις παρέχουσες επάρκεια για χαρακτηριστικούς χρόνους (30 min, 60 min κλπ).

 

3.      ΠΡΟΣΤΑΤΕΥΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ.

Τα υλικά πυροπροστασίας μεταλλικών κατασκευών διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες :

i.                    Στις ειδικές πυράντοχες πλάκες επενδύσεως των μεταλλικών στοιχείων,

ii.                  Στις ειδικές πυράντοχες βαφές.

 Και στις δύο περιπτώσεις τα υλικά αυτά πρέπει να είναι πιστοποιημένα σύμφωνα με διεθνώς αναγνωρισμένα πρότυπα (DIN 4102, BS 476, ASTME 119) και να χαρακτηρίζονται άκαυστα.

Αναφερόμενοι στην κατηγορία υλικών (α), πρόκειται για ειδικές πλάκες, οι οποίες κατατάσσονται στις κατηγορίες ακαυστότητας : A1 σύμφωνα με το DIN 4102 & 1 σύμφωνα με το BS 476/part 7. Με βάση το συντελεστή διατομής του μεταλλικού στοιχείου Hp/A και το χρόνο πυραντίστασης που επιθυμούμε να επιτύχουμε κατά περίπτωση, υπάρχουν ειδικοί πίνακες από τους οποίους επιλέγουμε το ελάχιστο πάχος της πλάκας, με την οποία πρέπει να επενδύσουμε το συγκεκριμένο μεταλλικό στοιχείο.

Οι χρόνοι πυραντίστασης που μπορούμε να επιτύχουμε με αυτή τη μέθοδο προστασίας είναι ½ ώρα έως και 4 ώρες.

Το μικρό πάχος σε συνδυασμό με το χαμηλό βάρος της επένδυσης με αυτές τις ειδικές πλάκες μαζί με τη δυνατότητα προκατασκευής, εξασφαλίζουν  μέγιστη αποδοτικότητα σε σχέση με το κόστος. Οι πλάκες αυτού του είδους συνήθως παράγονται σε πάχη από 6 mm εως και 60 mm , ενώ πρέπει να διατηρούν τις ιδιότητες τους σε υψηλές θερμοκρασίες και να μην εκλύουν σε συνθήκες φωτιάς καπνό ή τοξικά αέρια.

Σχετικά με την κατηγορία υλικών (ii), πρόκειται για ειδικές πυράντοχες βαφές, οι οποίες εφαρμόζονται στην μεταλλική διατομή συνήθως σε τέσσερις στρώσεις. Το συνολικό πάχος του υλικού που εφαρμόζεται φθάνει μέχρι τα 1.500 μ και ο παρεχόμενος δείκτης πυραντίστασης είναι της τάξεως των 30 min και σε μερικές ειδικές περιπτώσεις, που έχουν να κάνουν με το συντελεστή Hp/A, της τάξεως των 60 min.

Η βαφή εφαρμόζεται, συνήθως με ψεκασμό με ειδικό ψεκαστικό εξοπλισμό και διατηρεί εμφανή τη βασική γεωμετρία της μεταλλικής διατομής, όταν αυτό απαιτείται.

Ιδιαίτερα πρέπει να τονισθεί το γεγονός ότι τόσο στην περίπτωση της επένδυσης με πλάκες όσο και στην περίπτωση της εφαρμογής ειδικής βαφής, ο δείκτης πυραντίστασης της μεταλλικής κατασκευής πρέπει να πιστοποιείται από επίσημο εργαστήριο ελέγχων κατά προτίμηση Ευρωπαϊκό και να συνοδεύεται από το αντίστοιχο πιστοποιητικό.

 

4.      ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΣΗΜΑΣΙΑ ΠΥΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ.

Συνήθως όταν μιλάμε για πυροπροστασία δίνεται έμφαση στα ενεργητικά μέτρα, (ανιχνευτές καπνού,  sprinklers κλπ).  Οι μέθοδοι και τα υλικά πυροπροστασίας που αναπτύχθηκαν στην παράγραφο 3, ανήκουν στο τομέα της παθητικής/δομικής πυροπροστασίας και η αναγκαιότητά τους είναι προφανής.

Ένα μεταλλικό βιομηχανικό κτήριο με εύφλεκτα υλικά ή μία μεταλλική αποθήκη χαρτιού, για παράδειγμα, η οποία έχει πυροπροστατευθεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις του Ελληνικού κανονισμού Π.Δ. 71/88 τόσο ενεργητικά όσο και παθητικά εξασφαλίζει πρωτίστως την ασφαλή έξοδο των ανθρώπων που εργάζονται σ΄αυτή αλλά και την ασφαλή επέμβαση της Πυροσβεστικής Υπηρεσίας με σκοπό τη διάσωση όσο το δυνατό μεγαλυτέρου μέρους της περιουσίας.