ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ – (ΣΗΡΑΓΓΕΣ)

 

 

 

 

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

            Είναι γενικά παραδεκτό ότι η φωτιά αποτελεί μία από τις σοβαρές αιτίες καταστροφής των κτιρίων. Εκείνο που πολλοί αγνοούν ή παραβλέπουν είναι ότι η φωτιά καταστρέφει εκτός από το περιεχόμενο (έπιπλα, εξοπλισμός κ.α.) και τον ίδιο τον φέροντα οργανισμό του κτιρίου (π.χ. οπλισμένο σκυρόδεμα). Σε περίπτωση «ειδικών» κατασκευών (όπως είναι οι σήραγγες), ειδική μελέτη θα πρέπει να προνοήσει την Παθητική Πυροπροστασία αυτών δεδομένων του πολύ υψηλού κόστους κατασκευής και της ιδιαίτερης γεωπολιτικής σημασίας αυτών (οδική / σιδηροδρομική σύνδεση δύσβατων γεωγραφικά περιοχών).

            Στο άρθρο αυτό θα αναλυθούν οι ιδιαίτερες συνθήκες σχεδιασμού και θα δοθούν προτάσεις για διάφορες περιπτώσεις όπως συνήθη αεριζόμενα κτίρια, αεριζόμενες σήραγγες καθώς και σήραγγες με ανεπαρκή αερισμό.

 

 

     

 

ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΟΚΙΜΩΝ ΠΥΡΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ

 

Η συμπεριφορά κάθε υλικού εξαρτάται κατά μεγάλο βαθμό από τις θερμοκρασίες που αναπτύσσονται. Για την εργαστηριακή προσομοίωση έχουν αναπτυχθεί διάφορες χαρακτηριστικές καμπύλες χρόνου / θερμοκρασίας. Εθνικοί & Διεθνείς κανονισμοί έχουν θεσπίσει αντίστοιχες καμπύλες όπως παρακάτω:

1.      ISO: Καμπύλη υπολογισμού θερμοκρασίας σε κανονικά αεριζόμενους χώρους που υπάρχουν καύσιμα. Η θερμοκρασία μετά από 30’ φτάνει τους 8220C.

2.      Καμπύλη υδρογονανθράκων. Σε κανονικά αεριζόμενους χώρους που υπάρχουν καύσιμα. Η θερμοκρασία μετά από 20’ φτάνει τους 10680C.

3.      RABT. Καμπύλη προσομοίωσης θερμοκρασίας για σήραγγες (τούνελ) σύμφωνα με τα γερμανικά πρότυπα κατασκευών. Η μέγιστη θερμοκρασία είναι 12000C και εφαρμόζεται για χρόνο ανάλογο της συγκεκριμένης χρήσης.

4.      RWS. Καμπύλη σύμφωνα με τα Ολλανδικά πρότυπα, προσομοιάζοντας καύση λαδιών σε ελεγχόμενο κλειστό χώρο. Η θερμοκρασία μετά από 60’ φτάνει τους 13500C.

 

 

 

Πίν. 1

 

 

 

 

 

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΔΟΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΣΗΡΑΓΓΩΝ

            Κύρια δομικά στοιχεία των σηράγγων είναι το σκυρόδεμα (οπλισμένο ή προεντεταμένο) και ο αντίστοιχος οπλισμός.

  1. ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ

Στα επόμενα δύο διαγράμματα περιγράφεται η θερμική επιμήκυνση και η μείωση της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος σε σχέση με τη θερμοκρασία.

 

 

 

Πίν. 2

Πίν. 3

 

     

Είναι σαφής τόσο η απότομη επιμήκυνση της φέρουσας κατασκευής όσο και η έντονη απώλεια της θλιπτικής αντοχής του σκυροδέματος μετά τους 2000C (θερμοκρασία πολύ χαμηλή όπως αναλύθηκε στην προηγούμενη ενότητα).

Στον επόμενο πίνακα αναλύεται εξελικτικά η συμπεριφορά του σκυροδέματος σε σχέση με τις θερμοκρασίες πυρκαϊάς:

 

Θερμοκρασία

Φυσικές επεξεργασίες

Ιδιότητες του μπετόν

Έως 1000C

Εξάτμιση ελεύθερου νερού και ενός ποσοστού του μηχανικά ενωμένου

Μικρή αύξηση της θλιπτικής αντοχής. Μείωση του μέτρου Ε

1000C έως 4000C

Εξάτμιση του υπό μηχανική σύνδεση νερού. Επί συμπυκνωμένου μπετόν με πολύ νερό τριχοειδών, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε εξωθήσεις και χαλαρώσεις της δομής

Φθάσιμο της τελικής θλιπτικής αντοχής. Περαιτέρω μείωση του μέτρου Ε

4000C έως 5000C

Το συνδεδεμένο προς υδροξείδια ασβέστου νερό ελευθερώνεται και μέσω πίεσης υδρατμών ενεργεί διαρρηκτικά (κροτάλισμα). Σε όλα τα μπετόν συμβαίνουν χαλαρώσεις δομής και εξωθήσεις.

Ισχυρή πτώση αντοχής. Ισχυρή πτώση του μέτρου Ε.

Άνω των 5000C

Τα περιέχοντα χαλαζία συστατικά του μπετόν (άμμος, χαλίκι) μεταβάλλουν αλματωδώς τον όγκο τους στους 5750C (κονιορτοποίηση αυτών)

Μικρό υπόλοιπο αντοχής. Το μπετόν με περιεκτικότητα χαλαζία καταστρέφεται. Μόνον το πυρίμαχο μπετόν ανακτά αντοχή μεταξύ των 8000C και 10000C.

Πίν. 4

 

 

            Κατά προσέγγιση εκτιμάται ότι η θερμοκρασία στην επιφάνεια της κατασκευής (πάτωμα) είναι 100 έως 1500C χαμηλότερη από την θερμοκρασία η οποία αναπτύσσεται στην εστία της φωτιάς. Το ίδιο δεν ισχύει για την «οροφή» του συγκεκριμένου ορόφου ενός κτιρίου ή μίας σήραγγας η οποία παραλαμβάνει το σύνολο της εκλυθείσας από τη φωτιά θερμότητας.

 

  1. ΟΠΛΙΣΜΟΣ

 

Κρίσιμο στοιχείο αποτελεί ο χρόνος εντός του οποίου η θερμότητα μεταφέρεται στο σκυρόδεμα και ανεβάζει την θερμοκρασία του περιεχόμενου οπλισμού. Σημαντικό ρόλο ενέχουν τόσο το πάχος της επικάλυψης (πόσο απέχει ο χάλυβας οπλισμού από την επιφάνεια), όσο και το ίδιο το υλικό της επιφάνειας. Κατάλληλα στοιχεία μας δίνει ο πίνακας που ακολουθεί:

 

Δομικό στοιχείο

Επικάλυψη και επίχρισμα

c (*)

Χρόνος (σε min) Για να φτάσει η θερ/σία στους:

3000C

5000C

Πλάκες πατωμάτων (φωτιά από κάτω)

1cm επικάλυψη μπετόν

 

2cm επικάλυψη μπετόν

 

1,5cm επίχρισμα vermiculit

 

1,5cm επίχρισμα τσιμεντοκονιάματος

12,5

 

10

 

4

 

2

25

 

30

 

75

 

150

40

 

50

 

125

 

250

Δοκοί ορθογ. Διατομής (φωτιά από 3 πλευρές)

2cm επικάλυψη μπετόν

 

4cm επικάλυψη μπετόν

 

9 – 10

 

6 – 7

30/35

 

45/50

50/55

 

70/85

Κολώνες (φωτιά από 4 πλευρές)

1cm επικάλυψη μπετόν

 

1,5cm επικάλυψη τσιμεντοκονιάματος

 

6

 

3

50

 

100

85

 

170

(*) Ρυθμός αύξησης θερμοκρασίας (σε 0K/min)

Πίν. 5

 

 

 

            Με βάση τα παραπάνω, πρέπει να αναλυθούν και να αξιολογηθούν οι συνέπειες της αύξησης της θερμοκρασίας του χάλυβα οπλισμού. Στον επόμενο πίνακα φαίνονται εξελικτικά συναρτήσει θερμοκρασίας πυρκαϊάς οι μεταβολές των ιδιοτήτων διαφόρων ποιοτήτων χαλύβων:


 

Χάλυβας

Ορια θερμοκρασίας σε 0C και επιδράσεις

Είδος

Ποιότητα

Τάση

Λειτουργίας

N/mm2

Το όριο επιμηκύνσεως υποβιβάζεται έντονα

Η αντοχή υποβιβάζεται έντονα

Τκρισ.

Υπόλοιπο από την απώλεια αντοχής

Χάλυβες μπετόν

BSt 220/340

126

200

300

570

Κανένα

      420/500

240

200

100

500

300

      500/550

286

200

100

500

300

Χάλυβες

Προεντάσεως

St 600/900

Έως 900/1000

605

300

300

500

Κανένα

St 1100/1250

Έως 1450/1600

880

100

100

450

450

Σύρματα ή

Καλώδια

Προεντάσεως

St 1400/1600

Έως 1600/1800

990

100

100

350

300

Πίν. 6

 

            Η κρίσιμη θερμοκρασία για διάφορες ποιότητες χάλυβα έχει ως εξής (παρατίθενται, πληροφοριακά, οι κρίσιμες θερμοκρασίες για άλλα υλικά).

 

Ποιότητα χάλυβα

Τάση χάλυβα υπό φορτίο λειτουργίας

Τκρισ. σε 0C

N/mm2

Υπάρχ. σ / επιτρ. Σ

 

St I

(220/340 GU)

140

150

70

1,0

0,75

0,50

550

600

650

St III b

(420/550 R.K.)

240

180

120

1,0

0,75

0,50

500

550

600

St IV

(500/550 RK)

280

210

140

1,0

0,75

0,50

480

530

580

 Πίν. 7

 

Δομικό Υλικό

0C

Γρανίτης

700

Ασβεστόλιθος

800

Μπετόν με γρανιτικά αδρανή

575

Μπετόν με ασβεστιακά αδρανή

675

Πλίνθοι

900

Πίν. 8

 

 

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ.

            Σύμφωνα με τα παραπάνω γίνεται επιβεβλημένη η προστασία του ωπλισμένου (ή προεντεταμένου) σκυροδέματος έναντι υψηλών θερμοκρασιών, οι οποίες είναι δεδομένες σε συνήθεις πυρκαϊές σύμφωνα με τις καμπύλες θερμοκρασίας / χρόνου (Πιν. 1).

            Η προφανής λύση της αύξησης του πάχους της επικάλυψης (σε σχέση με τον Πιν. 5) αποδεικνύεται ασύμφορη τεχνικά και οικονομικά λόγω της υπέρμετρης αύξησης του βάρους και του κόστους της κατασκευής. Επιπρόσθετα, αν υιοθετηθεί αυτή η λύση, θα πρέπει σε περίπτωση πυρκαϊάς να ελεγχθεί εκ νέου η ανθεκτικότητα της κατασκευής.

Η δόκιμη λύση πυροπροστασίας σηράγγων (τούνελ), επιτυγχάνεται με την επικάλυψη τους με πυράντοχες πλάκες, κατάλληλων ιδιοτήτων. Τρεις είναι οι τρόποι εφαρμογής:

  1. Ως παραμένων ξυλότυπος. Οι πλάκες τοποθετούνται πριν από την σκυροδέτηση. Ανά τακτά διαστήματα τοποθετούνται μεταλλικά αγκύρια (καρφιά) για την πλήρη σύνδεση με το σκυρόδεμα.

Σχ. 1

 

  1. Με μηχανική στερέωση επί του σκυροδέματος. Οι πυράντοχες πλάκες σταθεροποιούνται πάνω στο σκυρόδεμα με τη χρήση μεταλλικών, άκαυστων αγκυρίων. Η εργασία αυτή γίνεται μετά την απομάκρυνση του ξυλοτύπου.

Σχ. 2

 

 

  1. Με μηχανική στερέωση σε απόσταση από το σκυρόδεμα, με τη χρήση κατάλληλων μεταλλικών προφίλ.

 

Σχ. 3

 

 

ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Οι συνθήκες στις περισσότερες σήραγγες ή άλλους υπόγειους χώρους μπορεί να είναι ιδιαίτερα αντίξοες.

·        Ρύπανση

·        Υγρασία (γενική & τοπική)

·        Παγετός

·        Φθορές από ατυχήματα, καθαρισμό, συνεχή ανεμόπτωση.

·        Χημικά, π.χ. αλάτι για ανάκτηση της πρόσφυσης τψων οχημάτων λόγω παγετού, εκπομπές καυσαερίων από τα αυτοκίνητα.

·        Διάθλαση, αντανάκλαση και απορρόφηση του φωτός.

 

Οι πυράντοχες πλάκες, λοιπόν, θα πρέπει να είναι ανθεκτικές στις παραπάνω συνθήκες.

 

 

ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟ ΠΑΧΟΣ ΠΛΑΚΑΣ

            Το πάχος της πλάκας (ή ο αριθμός των επάλληλων πλακών) είναι συνάρτηση του πυροθερμικού φορτίου, της επικινδυνότητας της κατασκευής κ.α. Για την προστασία της κατασκευής από την κατάρρευση πρέπει να ληφθεί ιδιαίτερη πρόνοια ώστε η θερμοκρασία του πιο έξω ευρισκόμενου οπλισμού να μην υπερβεί τους 5000C (για συνήθη οπλισμό) ή 4000C (για προεντεταμένο οπλισμό).

            Στην Ολλανδία, απαιτείται η θερμοκρασία στην εξωτερική επιφάνεια του σκυροδέματος να μην υπερβεί τους 3800C (σε καμπύλη προσομοίωσης θερμοκρασίας κατά RWS), ώστε να μην προκληθεί ζημιά στο σκυρόδεμα.

            Στην Ελβετία το αντίστοιχο όριο της επιφανειακής θερμοκρασίας είναι μόνο 2500C.

 

 

 

ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΥΣΑ ΣΥΝΔΕΣΗ:

 www.promat-tunnel.com