ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΔΟΜΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΠΥΡΚΑΓΙΑ
Κ.Κ. Παπαϊωάννου, Καθηγητής, Τομέας Επιστήμης και Τεχνολογίας των Κατασκευών ΑΠΘ
M. Φούντη, Καθηγήτρια, Σχολή Μηχ.-Μηχ,Τομέας Θερμότητας, ΕΜΠ
Λέξεις κλειδιά: Αντίδραση και Αντίσταση σε φωτιά, πρότυπα, ρυθμός
εξάπλωσης φωτιάς
ΣΥΝΟΨΗ: Η εισήγηση είναι δομημένη σε δύο μέρη, εκ των οποίων το 1ο
μέρος καλύπτει βασικές έννοιες και ορισμούς που αφορούν τα πυράντοχα
δομικά υλικά και στοιχεία, ενώ το 2ο μέρος επικεντρώνεται στα
χαρακτηριστικά διάδοσης πυρκαγιάς σε κτίρια.
ΜΕΡΟΣ Α: ΠΥΡΑΝΤΟΧΑ ΔΟΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΣΤΟΙΧΕΙΑ
Κ.Κ. Παπαϊωάννου, Καθηγητής, Τομέας Επιστήμης και Τεχνολογίας των Κατασκευών ΑΠΘ
ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Γίνεται συνοπτική περιγραφή των βασικών όρων και εννοιών
σχετικά με τη συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες των υλικών και των
δομικών στοιχείων-που μπορεί να ενταχθούν στο γενικό όρο «προϊόντα»
(products) μετά την εφαρμογή της βασικής Ευρωπαϊκής Οδηγίας CPD
89/106 (Construction Products Directive). Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι
κυριότερες πρότυπες δοκιμές (δοκιμασίες) που είναι απαραίτητες για την
ταξινόμηση και χρήση των υλικών στον κατασκευαστικό τομέα σύμφωνα
με τις αντίστοιχες απαιτήσεις των διαφόρων εθνικών Κανονισμών
Πυροπροστασίας. Τέλος γίνεται μία συνοπτική περιγραφή για τη σημερινή
κατάσταση στην Ελλάδα σχετικά με τις συνθήκες πιστοποίησης των υλικών
και των δομικών στοιχείων από πλευράς Πυροπροστασίας, τις
εργαστηριακές υποδομές, τους Κανονισμούς και τα πρότυπα σε σχέση με
τις Ευρωπαϊκές υποχρεώσεις συμμόρφωσης της χώρας μας ως κράτους
μέλους της ΕΕ, τις Αρχές που είναι αρμόδιες να συντάσσουν, να
εφαρμόζουν Κανονιστικά νομοθετικά κείμενα και τέλος τις συνθήκες που
επικρατούν γενικά στην Ελληνική αγορά. Φυσικά παρατίθενται και
ορισμένες σχετικές προτάσεις για κάποια βελτίωση της κατάστασης.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Στη χώρα μας δυστυχώς η Πυροπροστασία μέχρι στιγμής δεν ευδοκίμησε
ούτε στο ακαδημαϊκό και ερευνητικό περιβάλλον, ούτε στην πολιτική
στρατηγική αντιμετώπιση από το επίσημο κράτος στο οποίο
συγκαταλέγεται και η Πυροσβεστική Υπηρεσία. Φυσικά οι καλές προθέσεις
υπάρχουν, όπως και οι εξαιρέσεις, οι οποίες όμως επιβεβαιώνουν τον
κανόνα και τη γενική εικόνα. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, το καλύτερο που θα
είχε να κάνει κανείς από την σκοπιά του, θα ήταν να ξεκαθαρίσει
τουλάχιστον ορισμένα ζητήματα και ορισμένες βασικές έννοιες της
Επιστήμης της Φωτιάς (Fire Science) και της Πυρομηχανικής (Fire Safety
Engineering) και να προσπαθήσει να ανοίξει ένα διάλογο, ώστε να
συμφωνήσουμε σε κάποιους όρους και σε ορισμένες βασικές αρχές.
Στην πλούσια Ελληνική γλώσσα υπάρχουν οι δύο λέξεις φωτιά (fire,
feu) και πυρκαγιά (fire, incendie) με συνώνυμη χρήση, ενώ μόνον μία
ασφάλεια για τις δυο έννοιες safety/security. Είναι γεγονός αναμφισβήτητο
ότι ορισμένες χώρες όπως η Μ. Βρετανία και οι ΗΠΑ, η Ιαπωνία κ.α. έχουν
αναπτύξει στον 20ο αιώνα υψηλή τεχνολογία σε αυτόν τον τομέα. Έτσι
είμαστε υποχρεωμένοι να μεταφέρουμε τεχνολογία, μεταφράζοντας πολλές
φορές κατά το δοκούν τους ξένους όρους και συσκοτίζοντας ακόμη
περισσότερο τα πράγματα.
2. ΟΙ ΔΥΟ ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΡΟΤΥΠΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ
2.1 Πυραντίσταση (Fire resistance)
Θα πρέπει επιτέλους να συνηθίσουμε να χρησιμοποιούμε αυτόν τον όρο
σωστά μιας και πέρασαν 20 χρόνια από τότε που ορίσθηκε στον Ελληνικό
Κανονισμό Πυροπροστασίας (Π.Δ 71/1988). Αφορά στα δομικά στοιχεία
και όχι στα δομικά υλικά. Σύμφωνα με τη βασική Ευρωπαϊκή
Κατευθυντήρια Οδηγία 89/106/ΕΟΚ-CPD (Construction Products
Directive) προϊόν του τομέα δομικών κατασκευών ονομάζεται κάθε προϊόν
το οποίο έχει κατασκευασθεί για να ενσωματωθεί κατά τρόπο μόνιμο σε
δομικά έργα εν γένει, που καλύπτουν τόσο τα κτίρια, όσο και τα άλλα έργα
πολιτικού μηχανικού (μεταφορές, υδραυλικά, εδαφοτεχνικά κλπ. Τα
ονομαζόμενα «έργα πολιτικού μηχανικού» καλύπτουν επίσης και
εγκαταστάσεις για θέρμανση, κλιματισμό, ηλεκτροδότηση και επίτευξη
γενικότερα συνθηκών υγιεινής, καθώς και για αποθήκευση ορισμένων
βλαπτικών προς το περιβάλλον ουσιών, όπως και διάφορες προκατασκευές
(κτίρια, γκαράζ αυτοκινήτων,σιλό κλπ.)
Ο βαθμός ή σωστότερα ο δείκτης πυραντίστασης ενός δομικού στοιχείου
με συγκεκριμένη σύνθεση αλλά και λειτουργία μέσα σε μία κατασκευή
προσδιορίζεται μετά από δοκιμασία σε πειραματικό φούρνο, όπου ο ρυθμός
αύξησης της θερμοκρασίας, αλλά και οι περιβαλλοντικές συνθήκες μέσα
στο φούρνο προσομοιάζουν, όσο αυτό είναι δυνατό, με τις συνθήκες
λειτουργίας του δομικού στοιχείου στην αντίστοιχη κατασκευή.
Το δοκίμιο εισάγεται σε καθορισμένες από το πρότυπο διαστάσεις μέσα
στο φούρνο και υφίσταται την επίδραση μιας αυξανόμενης θερμοκρασίας
σύμφωνα με μία πρότυπη καμπύλη θερμοκρασιακής μεταβολής (της
γνωστής καμπύλης ISO 834 του 1975, που υιοθετήθηκε κατόπιν και από
την CEN) με προσομοίωση των οριακών συνθηκών στήριξης, φόρτισης και
θερμοκρασιακής μεταβολής, με αυτές τις συνθήκες που αναμένονται να
επικρατήσουν σε μία πυρκαγιά. Τρία είναι τα βασικά κριτήρια που θα
καθορίσουν τελικά το δείκτη πυραντίστασης, η ευστάθεια (stability), η
ακεραιότητα (integrity) και η θερμομονωτική ικανότητα (insulation).
Δεν επεκτεινόμαστε εδώ σε άλλες σημαντικές λεπτομέρειες, όπως η
ύπαρξη και άλλων καμπυλών θερμοκρασιακής μεταβολής για ειδικές
περιπτώσεις, τη βαθμονόμηση των φούρνων και ιδιαίτερα των τοιχωμάτων
τους, τις οριακές καταστάσεις των 3 βασικών κριτηρίων κ.α. Τα κριτήρια
της ακεραιότητας RI και της θερμομόνωσης RE αναφέρονται κυρίως σε
δομικά στοιχεία που λειτουργούν για την παρεμπόδιση της εξάπλωσης της
φωτιάς (διαχωριστικά τοιχώματα και δάπεδα), ενώ το κριτήριο της
ευστάθειας RS αναφέρεται κυρίως στα φέροντα δομικά στοιχεία όπως
στύλοι και φέροντα τοιχώματα, δοκοί, πλάκες κλπ. Οι Κανονισμοί
επιβάλλουν έναν ελάχιστο δείκτη πυραντίστασης για φέροντα, αλλά και
διαχωριστικά δομικά στοιχεία, αναλόγως με το βαθμό επικινδυνότητας του
κτιρίου (μέγεθος, πυροθερμικό φορτίο, χρήση κλπ.). Οι απαιτήσεις
πυραντίστασης των δομικών στοιχείων του κελύφους ενός
«πυροδιαμερίσματος», μεταβάλλονται αναλόγως της επιφανείας του
πυροδιαμερίσματος, της ύπαρξης μέτρων ενεργητικής πυροπροστασίας και
της επικινδυνότητας του κτιρίου. Σήμερα η επιστημονική πρόοδος είναι αρκετά σημαντική, ώστε οι
Κανονισμοί να αποδέχονται αναλυτικούς υπολογισμούς για τον καθορισμό
της πυραντίστασης, αντί των πειραματικών δοκιμών, καθώς και τη θεωρία
της αναλογικότητας, που απαλλάσσει τη δαπανηρή επανάληψη δοκιμών στο
Εργαστήριο για παρόμοιες από άποψη κυρίως διαστάσεων περιπτώσεις με
την υιοθέτηση ειδικών προτύπων (extended application tests).
2.2 Δοκιμές αντίδρασης στη φωτιά (Reaction to fire Tests)
Η επίδραση της φωτιάς στα δομικά υλικά αναφέρεται σε ορισμένες
θερμικές παραμέτρους, για τις οποίες άλλωστε έχουν αναπτυχθεί διεθνώς
και οι αντίστοιχες πρότυπες δοκιμές. Στην κατηγορία αυτή των δοκιμών δεν
αναφερόμαστε μόνον στα κτίρια και στις δομικές εν γένει κατασκευές, αλλά
και σε άλλες περιπτώσεις όπως π.χ. τα μέσα μεταφοράς. Θα αναφερθούμε
στη συνέχεια σε δύο χαρακτηριστικές περιπτώσεις:
α) την περίπτωση της Ευρωπαϊκής Τεχνικής Προδιαγραφής για τα οχήματα
των σιδηροδρόμων CEN TS EN 45545 και
β) στα Ευρωπαϊκά πρότυπα ελέγχου και ταξινόμησης των δομικών υλικών
σχετικά με την αντίδραση τους στη φωτιά
2.2.1 CEN TS EN 45545-2
Οι ακόλουθοι πέντε παράγοντες είναι οι κρίσιμοι για τα υλικά των
οχημάτων των σιδηροδρόμων :
• F Εξάπλωση της φλόγας (Flame spread)
• I Αναφλεξιμότητα (Ignitability)
• R Ρυθμός (ταχύτητα) έκλυσης θερμότητας (Heat Release Rate)
• S Παραγωγή καπνού (Smoke production)
• T Τοξικότητα του καπνού (Toxicity of smoke)
Οι πρότυπες δοκιμές που εφαρμόζονται είναι κυρίως δοκιμές του ISO
(Πίνακας 1)
Πίνακας 1. Σύνοψη προτύπων δοκιμών

2.2.2 To πρότυπο ΕΝ 13501
Η ταξινόμηση των δομικών προϊόντων (υλικών και στοιχείων) γίνεται με το
πρότυπο ΕΝ 13501 το οποίο αποτελείται από 5 μέρη. Το πρώτο τμήμα του
ΕΝ 13501-1 αφορά την κατηγοριοποίηση (classification) με βάση την
συμπεριφορά των υλικών σχετικά με την αντίδρασή τους στη φωτιά
(reaction to fire). Τα 13501-2,3,4 αφορούν την κατηγοριοποίηση
(classification) των δομικών στοιχείων με βάση την πυραντίστασή τους. Το
13501-5 αφορά την κατηγοριοποίηση των στεγών σε προσβολή εξωτερικής
φωτιάς. Για τις διαδικασίες κατηγοριοποίησης χρησιμοποιούνται οι
ακόλουθες πρότυπες δοκιμές:
• Δοκιμή ακαυστότητας (prΕΝ ISO 1182)
• Δοκιμή προσδιορισμού θερμαντικής αξίας (prEN ISO 1716)
• Δοκιμή προσβολής από μεμονωμένο καιόμενο αντικείμενο (EN
13283-SBI-Single Burning Item)
• Δοκιμή αναφλεξιμότητας (prEN ISO 11925-2)
• Συμπεριφορά δαπέδων σε καύση με τη χρήση πηγής
ακτινοβολούμενης θερμότητας (prEN ISO 9239-1)
2.2.3 Το πρότυπο ΕΝ 13823
Το Ευρωπαϊκό αυτό πρότυπο που ψηφίσθηκε τελικά μετά από πολυετείς
συζητήσεις και αμοιβαίες αμφισβητήσεις και συμβιβασμούς μεταξύ των
κρατών μελών της ΕΕ (κυρίως των 3 μεγάλων Γερμανίας, Γαλλίας και
Βρετανίας) με την ονομασία «Δοκιμές αντίδρασης σε φωτιά δομικών
προϊόντων-Δομικά προϊόντα, εκτός δαπέδων, που εκτίθενται σε θερμική
προσβολή από μεμονωμένο καιόμενο αντικείμενο», επιτυγχάνει την
τελική ταξινόμηση σε Ευρωπαϊκές κλάσεις (Euroclasses) ενός μεγάλου
αριθμού υλικών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευαστική Βιομηχανία.
Τα φυσικοχημικά μεγέθη που προσδιορίζονται σε αυτήν τη δοκιμή με τη
βοήθεια και άλλων προτύπων, κυρίως του ISO, είναι τα εξής:
¾ THR (Total Heat Release)
¾ LFS (Lateral Flame Spread)
¾ TSP (Total Smoke Production
¾ FIGRA (Fire Growth Rate)
¾ SMOGRA (Smoke Growth Rate)

2.2.4 Ευρωπαϊκές κλάσεις δομικών υλικών σχετικά με την αντίδρασή τους
στη φωτιά
Τελικά οι κλάσεις για όλα τα υλικά εκτός δαπέδων δίδονται στον Πίνακα 2.
Ενώ οι Ευρωκλάσεις για τα υλικά επικαλύψεων δαπέδων δίνονται στον
Πίνακα 3. Κατ’ αντιστοιχία, τα αναφερόμενα πρότυπα καθορίζουν και την
κατάταξη των υλικών σε μία από τις παραπάνω Ευρωκλάσεις.
Πίνακας 2. Ευρωκλάσεις για όλα τα δομικά υλικά εκτός δαπέδων

Πίνακας 3. Ευρωκλάσεις για δομικά υλικά δαπέδων


Κλάση Πρότυπα
Α1 prEN ISO 1182,pr EN ISO 1716
A2 prEN ISSO 1182 prEN ISO 1716, EN 13823
B EN 13823, prEN ISO11925-2
C EN 13823 prEN ISO11925-2
D EN 13823 prEN ISO11925-2
E prEN ISO11925-2
F Δεν προσδιορίζονται
3. ΑΝΤΙ ΕΠΙΛΟΓΟΥ
Η εικόνα της χώρας μας κατά τη γνώμη μου είναι αρκετά αρνητική σε
θέματα ανάπτυξης και εφαρμογής των Κανονισμών Πυροπροστασίας,
ανάπτυξης της επιστημονικής έρευνας, ανάπτυξης και εφαρμογής των
προτύπων, πιστοποίησης, των ελέγχων και των πρότυπων δοκιμών και
γενικότερα μιας επιστημονικής προσέγγισης του σημαντικού αυτού
θέματος. Καταμερίζοντας την συλλογική ευθύνη όλων μας θα ήθελα να
υποστηρίξω ότι τη βασική ευθύνη έχει η Πολιτεία με τα συναρμόδια
Υπουργεία και τους εμπλεκόμενους υπηρεσιακούς παράγοντες.

ΜΕΡΟΣ Β: ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ
ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ
Μ. Φούντη Καθηγήτρια Σχολή Μηχ. Μηχ. Ε.Μ.Π., Ε.Μ.Σ.Κ. – Ε.Μ.Π.
ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Παρουσιάζονται οι κυριότεροι παράγοντες από τους οποίους
εξαρτάται η διάδοση της φωτιάς σε κλειστούς χώρους – κτίρια. Εξηγείται ο
τρόπος με τον οποίο κάθε παράγοντας επιδρά στη διάδοση της φωτιάς.
Τέλος, παρουσιάζεται μια ολοκληρωμένη προσέγγιση για την αξιολόγηση
της συμπεριφοράς δομικών υλικών και στοιχείων σε συνθήκες φωτιάς σε
κλειστούς χώρους.
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η προστασία από την απειλή της φωτιάς, η εκτίμηση της αντίδρασης στη
φωτιά καθώς και η αντίσταση στη φωτιά είναι βασικές προϋποθέσεις κατά
τον σχεδιασμό και την κατασκευή κτιρίων και επομένως επιβεβλημένη
απαίτηση, τόσο σε εθνικούς όσο και σε κανονισμούς της Ε.Ε., όπως για
παράδειγμα στην Οδηγία Προϊόντων Κατασκευής (Construction Product
Directive – CPD 89/106).
Η αντίδραση στη φωτιά δομικών προϊόντων ιστορικά δίνεται με την
ταξινόμηση τους με βάση εθνικά πρότυπα, όπως είναι το DIN 4102. Το
σύστημα ταξινόμησης αντίδρασης σε φωτιά, σύμφωνα με το ΕΝ 13501-1
που ορίσθηκε από την Ε.Ε., απαιτεί εκτίμηση της αντίδρασης στη βάση
νεοεισαχθέντων δοκιμών φωτιάς, όπως το Single Burning Item Test – SBI.
Η μεγάλη πρόοδος στην έρευνα της φωτιάς κατά τη διάρκεια των
τελευταίων δεκαετιών του 20ου αιώνα έκανε δυνατή την αντιμετώπιση της
φωτιάς σαν φαινόμενο που διέπεται από τους ίδιους νόμους της φύσης όπως
άλλα φυσικά και χημικά φαινόμενα. Αποτελέσματα πρόσφατων ερευνών
οδήγησαν στην ανάπτυξη εργαλείων πρόβλεψης διάδοσης της φωτιάς, με
τα οποία οι μηχανικοί μπορούν να εκτιμήσουν τις επιπτώσεις της φωτιάς
στη βάση διαφορετικών σεναρίων ανάπτυξης και διάδοσης της φωτιάς. Οι
πρόσφατες αλλαγές στους οικοδομικούς κανονισμούς πολλών χωρών
άρχισαν να επιτρέπουν σχεδιασμό πυροπροστασίας χρησιμοποιώντας τη
λεγόμενη «Προσέγγιση με Βάση τις Επιδόσεις» (Performance Based
Approach), η οποία βασίζεται στη χρήση υπολογιστικών εργαλείων για
πρόβλεψη ανάπτυξης και διάδοσης φωτιάς με βάση συγκεκριμένα σενάρια
καθώς και τη διεξαγωγή προτύπων μετρήσεων για τη ταξινόμηση δομικών
προϊόντων για αντίδραση σε φωτιά.
Σε αντίθεση με την αντίδραση σε φωτιά, η αντίσταση σε φωτιά
συχνότατα εκτιμάται μόνο με βάση τυποποιημένες δοκιμές. Οι απαιτήσεις
αντίστασης στη φωτιά για τα διαφορετικά τμήματα ενός κτιρίου ποικίλουν
σημαντικά και μη συστηματικά ανάμεσα στις διάφορες χώρες, και έχουν
βασισθεί περισσότερο σε ιστορική ανάπτυξη παρά σε επιστημονικές
προσεγγίσεις. Οι απαιτήσεις αντίστασης στη φωτιά συχνά επηρεάζουν
σημαντικά το κατασκευαστικό κόστος.
Τα πρόσφατα επιτεύγματα στη πυροπροστασία και η νέα τάση χρήσης
της «Προσέγγισης με Βάση τις Επιδόσεις» στους κανονισμούς δίνουν νέες
δυνατότητες για βελτιστοποίηση του σχεδιασμού κτιρίων χωρίς
συμβιβασμούς στην ασφάλεια. Στα πλαίσια αυτά η εργασία παρουσιάζει
μία σύντομη ανασκόπηση των χαρακτηριστικών ανάπτυξης και διάδοσης
φωτιάς σε κτίρια καθώς και τις σημαντικότερες δοκιμές μέτρησης και
πιστοποίησης συγκεκριμένων ιδιοτήτων δομικών υλικών έναντι της φωτιάς.

2. ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΦΩΤΙΑΣ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ
2.1 Στάδια Ανάπτυξης Φωτιάς
Ο όρος ‘φωτιά σε κτίριο’ χρησιμοποιείται για την περιγραφή της μη-
ελεγχόμενης καύσης σε κλειστό χώρο. Στην περίπτωση αυτή, η φωτιά
εξελίσσεται ελεύθερα και οι ρυθμοί πυρόλυσης και έκλυσης θερμότητας
επηρεάζονται, αρχικά, μόνο από τα φαινόμενα της καύσης και όχι από τα
όρια του δωματίου, τα οποία επηρεάζουν την φωτιά μόνο όταν αυτή
αυξηθεί σε μέγεθος (Drysdale, 1999). Στο Σχήμα 1 παρουσιάζεται η εξέλιξη
του ρυθμού έκλυσης θερμότητας συναρτήσει του χρόνου. Στην περίπτωση
που ο αερισμός είναι επαρκής, η φωτιά σε ένα κτίριο μπορεί να διαχωριστεί
σε τρία βασικά στάδια:
• Στάδιο ανάπτυξης της φωτιάς, κατά το οποίο η μέση θερμοκρασία
του δωματίου είναι σχετικά χαμηλή και η φωτιά περιορίζεται κοντά
στην περιοχή από την οποία ξεκίνησε (pre-flashover fire).
• Στάδιο πλήρως ανεπτυγμένης φωτιάς (post-flashover fire), κατά
το οποίο παρατηρείται καύση όλων των αναφλέξιμων αντικειμένων
και οι φλόγες εξαπλώνονται σε όλο το χώρο.
• Στάδιο εξασθένησης της φωτιάς, το οποίο επιτυγχάνεται όταν η
μέση θερμοκρασία του χώρου γίνει χαμηλότερη του 80% της
μέγιστης τιμής της.
Το σημείο μετάβασης από το πρώτο στο δεύτερο στάδιο, αναφέρεται ως
έκλαμψη (flashover) και περιλαμβάνει την γρήγορη εξάπλωση της φωτιάς
από το αρχικό σημείο έναυσης προς όλες τις αναφλέξιμες επιφάνειες του
δωματίου. Η έκλαμψη έχει μικρή χρονική διάρκεια σε σχέση με τα
υπόλοιπα στάδια, αποτελεί όμως ένα κρίσιμο χρονικό σημείο, μετά από το
οποίο μειώνονται δραματικά οι πιθανότητες επιβίωσης στο εσωτερικό του
χώρου. Κατά το δεύτερο στάδιο, ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας λαμβάνει τη
μέγιστη τιμή του και η φωτιά είναι δυνατόν να επεκταθεί και σε γειτονικά
δωμάτια, μέσω των ανοιγμάτων (πόρτες, παράθυρα), γεγονός το οποίο
μπορεί να οδηγήσει στην μερική ή ολική κατάρρευση του κτιρίου. Τέλος,
κατά το τρίτο στάδιο ο ρυθμός καύσης και η ένταση της φωτιάς μειώνονται
καθώς η καύσιμη ύλη εξαντλείται, αλλά, κατά περίπτωση, τα αναφλέξιμα
στερεά συνεχίζουν να καίγονται αργά, διατηρώντας υψηλές θερμοκρασίες.
Σχήμα 1. Η εξέλιξη μιας τυπικής φωτιάς σε κτίριο συναρτήσει του χρόνου.
2.2 Χαρακτηριστικά Διάδοσης Φωτιάς σε Κτίρια
Ο ρυθμός διάδοσης της φωτιάς εξαρτάται από την ταχύτητα μετάδοσης της
φλόγας από το σημείο ανάφλεξης σε άλλες αναφλέξιμες επιφάνειες που
βρίσκονται στον ίδιο χώρο. Για την πλήρη ανάπτυξη μιας φωτιάς σε έναν
κλειστό χώρο, πρέπει να αναπτυχθούν υψηλές θερμοκρασίες (συνήθως
μεγαλύτερες των 600ο
C) στο επίπεδο της οροφής. Ο συνολικός ρυθμός
καύσης επηρεάζεται σημαντικά τόσο από την αύξηση του ρυθμού
μετάδοσης θερμότητας μέσω ακτινοβολίας όσο και από την αύξηση του
όγκου που καταλαμβάνει η φωτιά (Thomas, 1981).
Ο ρυθμός εξάπλωσης της φλόγας εξαρτάται από τις φυσικές ιδιότητες
ενός υλικού και από την χημική του σύσταση. Ο ρυθμός εξάπλωσης της
φωτιάς σε στερεά αντικείμενα παίζει σημαντικό ρόλο στην περίπτωση
φωτιάς σε κτίρια. Οι παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν τον ρυθμό
εξάπλωσης της φωτιάς σε μια αναφλέξιμη στερεή επιφάνεια
παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 (Friedman, 1977).

Πίνακας 1. Παράγοντες επίδρασης του ρυθμού εξάπλωσης της φωτιάς.


Σχήμα
2.2.1 Προσανατολισμός επιφάνειας και κατεύθυνση διάδοσης της φωτιάς
Αν και μια στερεή επιφάνεια μπορεί να καεί ανεξαρτήτως του
προσανατολισμού της, η εξάπλωση της φλόγας είναι ταχύτερη όταν το
μέτωπο καύσης κινείται προς τα πάνω σε μια κάθετη επιφάνεια. Όσο
αυξάνεται η γωνία που σχηματίζει μια επιφάνεια με το οριζόντιο επίπεδο, τόσο αυξάνεται και ο αντίστοιχος ρυθμός διάδοσης της φλόγας (Magee &
McAlevy, 1971). Όταν η κατεύθυνση διάδοση της φλόγας είναι προς τα
κάτω, η ανωστική ροή του θερμού αέρα έχει κατεύθυνση αντίθετη από
αυτήν της φλόγας, με αποτέλεσμα να εμποδίζει την εξάπλωσή της. Στην
περίπτωση αυτή, η φλόγα εξαπλώνεται με αργό αλλά σταθερό ρυθμό. Αντίθετα, όταν η κατεύθυνση διάδοσης της φλόγας είναι προς τα πάνω σε
μια κάθετη επιφάνεια, η άνωση που δημιουργείται από την ίδια την φλόγα
οδηγεί σε συμπίπτουσα πορεία του αέρα και της φλόγας, με αποτέλεσμα η
φλόγα και τα θερμά αέρια να κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση, αυξάνοντας έτσι τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας. Σε αυτήν την περίπτωση, η φλόγα διαδίδεται με αυξανόμενο ρυθμό. Τέλος, όσον αφορά την οριζόντια διάδοση της φλόγας (π.χ. σε μία
οροφή), εάν δεν υπάρχει κάποιο άνοιγμα στον χώρο (π.χ. πόρτα, παράθυρο)
που οδηγεί στην συνεχή εισαγωγή φρέσκου αέρα, δεν προκαλείται η
γρήγορη εξάπλωσή της. Έτσι, τα θερμά αέρια παραμένουν αδρανοποιημένα
κάτω από την οροφή, χωρίς να κινούνται προς κάποια κατεύθυνση.

2.2.2 Πάχος του καιγόμενου υλικού
Εάν το καύσιμο αντικείμενο είναι πολύ λεπτό και έχει σε όλα τα σημεία του
την ίδια θερμοκρασία, τότε ο ρυθμός εξάπλωσης της φλόγας είναι
αντιστρόφως αναλόγως με το πάχος του υλικού. Πάντως, η εξάρτηση του
ρυθμού μετάδοσης θερμότητας από το πάχος γίνεται λιγότερο αισθητή για
πάχη μεγαλύτερα των 1.5mm και ο ρυθμός εξάπλωσης της φλόγας
παραμένει σταθερός για πάχη υλικού μεγαλύτερα των 5.0-7.5mm (Suzuki,
1994) .
Μεταβαίνοντας από ‘λεπτά’ σε ‘παχιά’ καύσιμα αντικείμενα,
παρατηρείται μια σημαντική αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο μεταφέρεται
η θερμότητα μακριά από την φλόγα. Στα ‘λεπτά’ καύσιμα αντικείμενα
εμφανίζεται μεταφορά θερμότητας λόγω αγωγής μέσω της αέριας φάσης,
ενώ στα ‘παχιά’ καύσιμα αντικείμενα μέσω της στερεάς φάσης (Drysdale,
1999). Η συμπεριφορά αυτή αφορά υλικά τα οποία δεν αλλάζουν φάση
κατά τη διάρκεια της καύσης τους (π.χ. λιώσιμο του καύσιμου υλικού).
2.2.3 Φυσικές ιδιότητες
Ο ρυθμός με τον οποίο διαδίδεται η φλόγα σε ένα αντικείμενο είναι
αντιστρόφως ανάλογος με το γινόμενο τριών βασικών φυσικών ιδιοτήτων
του, δηλαδή της πυκνότητας, της θερμοχωρητικότητας και της θερμικής
αγωγιμότητας του.
2.2.4 Γεωμετρία του αντικειμένου
Η φλόγα διαδίδεται γρηγορότερα κατά μήκος μιας ακμής ή σε μια γωνία
απ’ότι πάνω σε μία επίπεδη επιφάνεια (Markstein & de Ris, 1972). Όσο
μικρότερη είναι η γωνία μεταξύ δύο ακμών του αντικειμένου, τόσο
περισσότερο το στερεό αυτό πλησιάζει την συμπεριφορά του ‘λεπτού’
καυσίμου.
2.2.5 Περιβαλλοντικοί Παράγοντες
α) Σύνθεση της ατμόσφαιρας. Τα εύφλεκτα υλικά αναφλέγονται πιο
εύκολα και η φλόγα εξαπλώνεται γρηγορότερα εάν η συγκέντρωση του
οξυγόνου είναι υψηλή (π.χ. βιομηχανίες παραγωγής οξυγόνου). Για να
θεωρηθεί οτι μια περιοχή είναι πλούσια σε οξυγόνο πρέπει η μερική πίεση
του οξυγόνου στην περιοχή αυτή να είναι μεγαλύτερη από αυτήν της
κανονικής ατμόσφαιρας, δηλαδή μεγαλύτερη από 160mmHg.
β) Θερμοκρασία του καυσίμου. Αυξανομένης της θερμοκρασίας του
καυσίμου, αυξάνεται και ο ρυθμός εξάπλωσης της φλόγας (Drysdale, 1999),
γεγονός αναμενόμενο διότι όσο μεγαλύτερη είναι η αρχική θερμοκρασία
του καυσίμου, τόσο λιγότερη θερμότητα απαιτείται για την ανάφλεξη του
άκαυστου καυσίμου που βρίσκεται μακριά από το σημείο έναυσης της
φωτιάς.
γ) Μετάδοση θερμότητας μέσω ακτινοβολίας. Η μετάδοση θερμότητας
μέσω ακτινοβολίας προκαλεί αύξηση στον ρυθμό εξάπλωσης της φλόγας,
διότι με αυτόν τον τρόπο προθερμαίνεται το καύσιμο μακριά από το μέτωπο
της φλόγας. Όμως, ο αυξημένος ρυθμός καύσης πίσω από το μέτωπο της
φλόγας οδηγεί στην εμφάνιση ισχυρότερων φλογών, οι οποίες αυξάνουν
την μετάδοση θερμότητας μέσω ακτινοβολίας, ενισχύοντας έτσι την
εξάπλωση της πυρκαγιάς (Drysdale, 1999).
δ) Ατμοσφαιρική πίεση. Έχει παρατηρηθεί ότι όταν η ατμοσφαιρική πίεση
είναι αυξημένη, τότε ο ρυθμός εξάπλωσης της φλόγας είναι γρηγορότερος
και αυτό οφείλεται στον εμπλουτισμό του αέρα με οξυγόνο, το οποίο
ενισχύει την σταθερότητα της φλόγας σε μια επιφάνεια.
ε) Κίνηση του αέρα. Γενικά, όταν η κίνηση του αέρα έχει την ίδια
κατεύθυνση με αυτή της φλόγας, ενισχύεται ο ρυθμός εξάπλωσής της σε
μια εύφλεκτη επιφάνεια. Αν όμως η κίνηση του αέρα αντιτίθεται στην
εξάπλωση της φλόγας, τότε το πώς θα επηρεάσει την φλόγα εξαρτάται από
την ταχύτητα του αέρα. Όταν ο αέρας κινείται με μεγάλη ταχύτητα, ο
ρυθμός με τον οποίο εξαπλώνεται η φλόγα μειώνεται. Αν όμως η ταχύτητα
του αέρα είναι σχετικά μικρή, η εξάπλωση της φλόγας ενισχύεται
(Drysdale, 1999).
3. ΑΝΑΓΚΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗΣ
Η συμπεριφορά δομικών συστημάτων ή στοιχείων/προϊόντων σε συνθήκες
φωτιάς μπορεί να αξιολογηθεί με μία ή παραπάνω από τις παρακάτω
προσεγγίσεις:
• Υπολογισμοί
• Εργαστηριακές δοκιμές και εφαρμογή σε μεγάλη κλίμακα των
αποτελεσμάτων των δοκιμών
• Κρίση του μηχανικού
Θεωρώντας ότι ο τελικός στόχος είναι η αξιολόγηση ολόκληρων κτιρίων σε
πραγματικές συνθήκες φωτιάς, καμία από τις παραπάνω μεθόδους δεν
μπορεί προς το παρόν να δώσει τις απαραίτητες απαντήσεις. Η
συμπεριφορά χρήζει εκτιμήσεως από ένα συνδυασμό των τριών
προσεγγίσεων.
3.1 Υπολογισμοί
Στόχος είναι η ανάπτυξη και εφαρμογή υπολογιστικών μεθόδων για
προσομοίωση των φυσικών φαινομένων που επηρεάζουν την διάδοση
φωτιάς σε κτίρια. Η χρήση υπολογισμών είναι ένας γρήγορος και σχετικά
φτηνός τρόπος – σε σχέση με τα πειράματα – να αντιληφθούμε και να
προσδιορίσουμε ποσοτικά τα φαινόμενα που συντελούνται σε συνθήκες
φωτιάς και να εκτιμήσουμε τη συμπεριφορά κτιρίων χρησιμοποιώντας
διαφορετικά σενάρια διάδοσης φωτιάς. Εν τούτοις, υπάρχουν κάποιοι
περιορισμοί στη χρήση των υπολογιστικών μεθόδων που μπορούν όμως να
ξεπεραστούν με την σύγκριση υπολογιστικών αποτελεσμάτων με διαθέσιμα
πειραματικά αποτελέσματα από δοκιμές ελέγχου. Οι υπάρχοντες
περιορισμοί συμπεριλαμβάνουν:
• Περιορισμένη γνώση των θερμομηχανικών ιδιοτήτων σε υψηλές
θερμοκρασίες των υλικών που χρησιμοποιούνται στα δομικά
στοιχεία.
• Ο περιορισμένος αριθμός των τεκμηριωμένων υπολογιστικών
μεθόδων. (Κυρίως είναι διαθέσιμες για ανεξάρτητα φέροντα
στοιχεία από χάλυβα, για κατασκευές από τσιμέντο ή ξύλο, ενώ ο
αριθμός των μεθόδων για ολόκληρες κατασκευές ή διαχωριστικά
στοιχεία είναι περιορισμένος).
• Η δυσκολία μοντελοποίησης τρισδιάστατων κατασκευών που
έχουν εκτεθεί στη φωτιά. Είναι σήμερα εφικτή με τη χρήση
εξειδικευμένων υπολογιστικών προγραμμάτων με βάση τα
πεπερασμένα στοιχεία ή τους πεπερασμένους όγκους.
• Η έλλειψη μεθόδων ακριβούς μοντελοποίησης μερικών φυσικών
φαινομένων όπως εσωτερική καύση, θρυμματισμός, μεταφορά
μάζας και μετακίνηση νερού εντός των δομικών στοιχείων.
3.2 Δοκιμές
Πρέπει να σημειωθεί ότι όλα τα πειράματα σχετικά με την αντίσταση στη
φωτιά έχουν μεγάλο κόστος, χαμηλή επαναληψιμότητα και μικρή ευελιξία
προσαρμογής. Επομένως, είναι γενικά απαραίτητο να μειωθεί ο αριθμός, το
μέγεθος και η πολυπλοκότητα των τμημάτων του κτιρίου που πρέπει να
υποβληθούν σε πειραματικές δοκιμές.
3.3 Κρίση του μηχανικού
Οι μηχανικοί, προκειμένου να διαμορφώσουν μία άποψη και να
πραγματοποιήσουν πλήρη εκτίμηση της αναμενόμενης συμπεριφοράς στη
φωτιά, χρησιμοποιούν όλες τις πληροφορίες που διατίθενται από τα
πειράματα ή / και από υπολογισμούς καθώς και γνώσεις από πραγματικές
φωτιές κτιρίων. Από τις μεγαλύτερες ανησυχίες των εμπειρογνωμόνων
φωτιάς είναι η αξιολόγηση των πιθανών επιπτώσεων διαφορετικών
θερμικών επιδράσεων (ρυθμός θέρμανσης, μέγιστη επιτευχθείσα
θερμοκρασία, φάση ψύξης) και των φυσικών φαινομένων, τα οποία δεν
μπορούν ακόμα να μοντελοποιηθούν με ακρίβεια.
Η σύγχρονη αρχιτεκτονική συνεχίζει να αναπτύσσεται στην κατεύθυνση της
αναζήτησης της χρησιμότητας των χώρων σε συνδυασμό με τις ανάγκες
των χρηστών. Τα κτίρια δεν σχεδιάζονται πλέον σαν σειρές δωματίων που
συνδέονται με ένα διάδρομο, και είναι κοινό πλέον να βλέπει κανείς
ανοιχτούς χώρους να συνδέονται οριζόντια και κάθετα σε όλη την έκταση
του κτιρίου. Ο ρόλος της πυροπροστασίας στους οικοδομικούς κανονισμούς
δεν συμβαδίζει με αυτές τις εξελίξεις, ιδιαίτερα όπου σχετίζεται με
εκτεταμένη διαμόρφωση του εσωτερικού του κτιρίου.
Πολλοί μηχανικοί που ασχολούνται με τον σχεδιασμό, κατασκευή ή
συντήρηση κτιρίων, βλέπουν τη συμμόρφωση με τη νομοθεσία
πυροπροστασίας απλά σαν ένα εμπόδιο που πρέπει να υπερπηδήσουν με
ελάχιστο κόστος και προσπάθεια. Η νομοθεσία της πυροπροστασίας στα
κτίρια διαφέρει πολύ από χώρα σε χώρα, και πολλές φορές δεν επιτηρείται
ούτε ελέγχεται λόγω της έλλειψης μέσων.
Η παραδοσιακή άποψη της «αντίστασης της φωτιάς» που βασίζεται σε
στατικά «παθητικά» εύρωστα στοιχεία πρέπει να επεκταθεί σε μια
συμπληρωματική σχέση με «ενεργητικά» μέτρα πυροπροστασίας, για να
προσφέρεται ασφάλεια σε πραγματικά κτίρια, σε πραγματικές συνθήκες
φωτιάς. Κάτω από αυτό το πρίσμα πρέπει να εξασφαλίζονται:
• Διαχωρισμός της φωτιάς – Πρέπει να εξασφαλίζεται ότι η φωτιά,
συμπεριλαμβανόμενου του καπνού και της θερμότητας, δεν μπορούν να
διαδοθούν από ένα σημείο σε άλλο σε ένα κτίριο, σε χρόνο μικρότερο από
αυτόν που προκαθορίζεται.
• Διαχωρισμός του καπνού – Πρέπει να εξασφαλίζεται ότι η διάδοση του
καπνού είτε εμποδίζεται τελείως είτε περιορίζεται σημαντικά. Ο καπνός
μπορεί να καλύψει πολύ γρήγορα μεγάλες αποστάσεις σε ένα κτίριο,
συμπεριλαμβανομένων «κρυφών» χώρων, όπως και να εμφανισθεί σε μη
αναμενόμενα σημεία.
• Αντοχή του δομικού συστήματος – Πρέπει να εξασφαλίζεται ότι το δομικό
σύστημα μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί αποτελεσματικά κατά τη
διάρκεια της φωτιάς αλλά και για ένα χρονικό διάστημα μετά το τερματισμό
του φαινομένου.
Μία ορθολογιστική προσέγγιση για το σχεδιασμό της αντίδρασης και
αντίστασης στη φωτιά είναι ο καθορισμός καθαρών αντικειμενικών στόχων
για όλη την πυροπροστασία, και η εξέταση του ρόλου της αντίδρασης και
αντίστασης στη φωτιά ώστε να συγκλίνει με αυτούς τους στόχους,
λαμβάνοντας υπόψη όλες τις πιθανές εκδοχές.
Τα οφέλη που προκύπτουν από μία τέτοια προσέγγιση
συμπεριλαμβάνουν:
– την παροχή καλύτερης και περισσότερο αξιόπιστης πυροπροστασίας
στα κτίρια
– εφαρμογή μέτρων ασφάλειας και προστασίας με μικρότερο
αντικειμενικό κόστος
– περισσότερες δυνατότητες και εξειδίκευση σχετικά με την επιλογή
μέτρων ασφάλειας και προστασίας
– καλύτερη επικοινωνία με άλλους επαγγελματίες που ασχολούνται με
το σχεδιασμό και κατασκευή.

ΑΝΑΦΟΡΕΣ
Drysdale D., “An Introduction to Fire Dynamics”, John Wiley & Sons
Ltd., Sussex, England (1999)
Friedman R., “Ignition and burning of solids”. Fire Standards and
Safety, ASTM STP 614, American Society for Testing and Materials,
Philadelphia (1977)
Magee R.S., McAlevy R.F., “The mechanism of flame spread”, J. Fire
and Flammability 2 (1971)
Markstein G.H., de Ris J.N., “Upward fire spread over textiles”, 14th
Symposium (International) on Combustion, Pittsburgh (1972)
Suzuki M., Dobashi R., Hirano T., “Behaviour of fire spreading
downward over thick paper”, 25th Symposium (International) on
Combustion, Pittsburgh (1994)
Thomas P.H., “Testing products and materials for their contribution to
flashover in rooms”. Fire and Materials, 5 (1981)
1ο Πανελλήνιο Συνέδριο Δομικών Υλικών και Στοιχείων, ΤΕΕ, Αθήνα, 21-23 Μαΐου, 2008 15

Κατηγορίες: ΤΕΧΝΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

EnglishGreek