Stanovení hloubky zuhelnatění
Hloubka zuhelnatění dchar je tloušťka vrstvy materiálu při povrchu dřevěného prvku, která vlivem degradace mechanických vlastností ztrácí schopnost přenášet namáhání daného prvku. Materiál v této vrstvě je zuhelnatělý, má prakticky nulovou pevnost nebo přímo odpadne. Hloubka zuhelnatění závisí na rychlosti zuhelnatění, na čase, po nějž zuhelnatění probíhá (tedy na požadované době požární odolnosti) a na způsobu požární ochrany prvku. Stanovení hloubky zuhelnatění je první důležitou součástí posudku požární odolnosti.
Při posudku požární odolnosti jsou používány dvě základní hodnoty hloubky zuhelnatění. Pro jednorozměrné zuhelnatění je to návrhová hloubka zuhelnatění dchar,0 závisející na jednorozměrné rychlosti zuhelnatění b0 a nominální návrhová hloubka zuhelnatění dchar,n, která závisí na nominální rychlosti zuhelnatění bn. Jednorozměrné zuhelnatění nastává tehdy, když je dřevěný prvek vystaven požáru jen z jedné strany a má v tomto směru významně velkou šířku (teoreticky nekonečnou, používá se pro deskové prvky). Pokud je průřez vystaven požáru z více stran, je nutno při výpočtu uvážit, že v rozích průřezu dochází ke zvýšenému zuhelnatění a to má za následek zaoblení rohů průřezu. Protože výpočet zaoblení rohů je velmi pracný, je zavedena nominální rychlost zuhelnatění bn, jejíž hodnoty jsou zvýšeny oproti hodnotám jednorozměrné rychlosti zuhelnatění b0 a tím postihují zvýšenou míru zuhelnatění v okolí rohů průřezu. Zaoblení rohů lze tedy při použití nominální rychlosti zuhelnatění zanedbat.
Nechráněný průřez
Pro nechráněný průřez je hloubka zuhelnatění stanovena jednoduchým vztahem
kde je: | t |
|
β |
|
Norma EN 1995-1-2 udává hodnoty rychlosti zuhelnatění β odpovídající účinkům normového požáru, tedy požáru popsaného normovou teplotní křivkou. Pro tento typ požáru je rychlost zuhelnatění β konstantní hodnota, nezávislá na čase, což koresponduje s tím, že teplota podle normové teplotní křivky narůstá v čase teoreticky do nekonečna.
Chráněný průřez
Hloubka zuhelnatění chráněného průřezu jednak nenarůstá lineárně a jednak nezačíná narůstat hned v čase 0, ale počátek se posouvá o určitý časový úsek tch. V časovém průběhu nárůstu hloubky zuhelnatění je pak několik mezních okamžiků, v nichž dochází ke změnám rychlosti zuhelnatění. Prvním z nich je právě počátek zuhelnatění tch. Další významný údaj je čas tf, určující okamžik, kdy dojde k porušení nebo odpadnutí požární ochrany. Přitom hodnoty tch a tf mohou být totožné, což je v případě, že zuhelnatění začíná právě v okamžiku odpadnutí požární ochrany. V čase mezi počátkem zuhelnatění tch a odpadnutím požární ochrany tf probíhá zuhelnatění nižší rychlostí, než je tomu u nechráněného prvku. Po odpadnutí požární ochrany se rychlost zuhelnatění zvýší na hodnotu vyšší, než u nechráněného prvku. Dalším významným časovým údajem důležitým k popisu vývoje hloubky zuhelnatění je čas ta, který je určen jako menší ze dvou hodnot. Jednou z nich čas, kdy je dosaženo stejné hloubky zuhelnatění jako u téhož prvku bez požární ochrany, a druhou je čas, kdy je dosaženo hloubky zuhelnatění 25 mm. Po uplynutí času ta probíhá zuhelnatění rychlostí β stejnou jako u nechráněného prvku. Z výše popsaného plyne, že pro prvky s požární ochranou mohou nastat různé varianty nárůstu hloubky zuhelnatění, které jsou znázorněny na následujících obrázcích.
Změna hloubky zuhelnatění v čase, kdy tf= tch a hloubky zuhelnatění 25mm bylo dosaženo dřív než hloubky zuhelnatění nechráněného prvku
Popis: | 1 |
|
2 |
|
Změna hloubky zuhelnatění v čase, kdy tf= tch a hloubky zuhelnatění jako u nechráněného prvku bylo dosaženo dřív než hodnoty hloubky zuhelnatění 25mm
Popis: | 1 |
|
2 |
|
Změna hloubky zuhelnatění v čase, kdy tf> tch a hloubky zuhelnatění 25 mm bylo dosaženo dřív než hloubky zuhelnatění nechráněného prvku
Popis: | 1 |
|
2 |
|
Změna hloubky zuhelnatění v čase, kdy tf> tch a hloubky zuhelnatění jako u nechráněného prvku bylo dosaženo dřív než hodnoty hloubky zuhelnatění 25 mm
Popis: | 1 |
|
2 |
|
Pro vyjádření průběhu závislosti hloubky zuhelnatění na čase je potřeba stanovit hodnotu ta podle následujících vztahů.
Nárůst hloubky zuhelnatění pro nechráněný průřez je dán rovnicí
kde je: | t |
|
β |
|
Pokud tf= tch, je průběh nárůstu hloubky zuhelnatění chráněného průřezu v čase mezi tf a ta popsán vztahem
kde je: | k3 |
|
Hodnota ta je dána buď okamžikem, kdy je hloubka zuhelnatění stejná jako pro nechráněný prvek, nebo okamžikem, kdy je dosaženo hloubky zuhelnatění 25 mm. Rozhoduje ten případ, který nastane dřív.
Pokud tf> tch, je průběh nárůstu hloubky zuhelnatění chráněného průřezu v čase mezi tf a ta popsán vztahem
kde je: | k3 |
|
df |
|
kde je: | k2 |
|
Hodnota ta je opět dána buď okamžikem, kdy je hloubka zuhelnatění stejná jako pro nechráněný prvek, nebo okamžikem, kdy je dosaženo hloubky zuhelnatění 25 mm. Rozhoduje ten případ, který nastane dřív.