«

»

Protectia la foc, cu ipsos armat, a constructiilor din lemn

Share

ciornei - protectie lemn fig 1In ultimii ani, in domeniul constructiei de locuinte, dar nu numai, se foloseste din ce in ce mai mult lemnul. Lemnul este, insa, un material cu o rezistenta mai mica la foc. De aceea, el trebuie protejat in acest sens. Iar un produs foarte bun pentru protejarea lemnului la foc, dupa cum va vom demonstra in acest articol, este ipsosul armat. 

Extinderea inchiderilor cladirilor prin mansarde din lemn, precum si alte constructii cu structura din lemn, impun exigente sporite privind asigurarea sigurantei la foc. In acest sens, placile din ipsos armat sunt produse care asigura o protectie eficienta la incendiu a elementelor structurale din lemn.

Rezistenta la foc a elementelor structurale din lemn este influentata de:

  • viteza carbonizarii;
  • capacitatea portanta a portiunii necarbonizate;
  • aportul elementelor de pro­tectie.

Lemnul expus la foc formeaza un strat de carbune la nivelul suprafetei expuse. Grosimea stratului de car­bune creste continuu, cu o rata con­stanta. Stratul de carbune nu are, practic, rezistenta mecanica, deci capaci­tatea portanta a elementului struc­tural din lemn expus la foc descreste pana cand atinge o va­loare critica, nemaiputand prelua incarcari.

Temperatura ridicata din timpul incendiului va afecta rezistenta si rigiditatea lemnului necarbonizat.

Timpul necesar pentru atingerea acestei valori critice reprezinta rezis­tenta la foc a elementului structural din lemn. Rezistenta la foc a elementelor din lemn, respectiv timpul cat componenta necarbonizata poate prelua incar­carea, este influentata de viteza carbonizarii, de variatia rezistentei si a rigiditatii in functie de temperatura.

Viteza carbonizarii lemnului

Lemnul se transforma, prin degradare termica, in carbune si gaze, reducandu-si densitatea, deci rezistenta mecanica.

Analiza termogravimetrica a pro­belor de lemn, cu o viteza ce simuleaza arderea din timpul in­cendiului, a relevat o variatie importanta a densitatii in functie de tem­peratura.

In conditii standard de expunere la foc, cresterea initiala a car­bonizarii lemnului este ridicata, avand, ulterior, o viteza de modificare aproximativ constanta. Intre zonele de lemn necarbonizat si carbune este o demarcatie distincta. La nivelul acestei suprafete se atinge o temperatura de aproximativ 300°C.

La o expunere standard la foc a ele­mentelor din lemn, viteza de car­bonizare perpendiculara pe fibre este de 3,6 cm/ora, valoare ce poate diferi in functie de esenta lemnului, de densitate si de compozitia chimica.

Viteza de carbonizare este influ­entata de continutul de umiditate si densitatea lemnului, variind invers proportional cu acestea.

Lemnul umed si dens determina o micsorare a vitezei de car­bonizare, la 2,5 cm/ora, iar lemnul uscat si usor mareste aceasta viteza pana la dublu.

La elementele structurale din lemn cu dimensiuni mari, viteza de carbonizare este moderata compa­rativ cu elementele cu dimensiuni reduse, acolo unde acest parametru creste accentuat odata cu tempe­ratura, la nivelul suprafetei neexpuse.

Rata de carbonizare, pe directie paralela cu fibrele lemnului, este de doua ori mai mare decat cea pe directia perpendiculara pe fibre.

Efectul tratamentului de in­tar­ziere a incendiului asupra vitezei de carbonizare va influenta numai timpul pana la aprinderea elementu­lui din lemn.

Rata de carbonizare proprie unui incendiu real depinde de severitatea focului la care sunt supuse ele­mentele structurale din lemn, care depinde la randul ei de materialul combustibil si de rezerva de aer disponibil.

Incendiul si proprietatile lemnului

Proprietatile termice sunt influ­entate de: densitate, continutul de umiditate, orientarea fibrelor, tem­peratura si compozitia chimica a lemnului.

Lemnul este un material higro-scopic, la care umiditatea variaza in functie de temperatura si de umidi­tatea relativa a aerului (de exemplu, valoarea de 9% a umiditatii de echili­bru a lemnului se obtine la o tempe­ratura de 230°C si o umiditate relativa a aerului de 50%).

Densitatea lemnului, la majori­tatea esentelor, se incadreaza in domeniul 300 – 800 kg/mc.

Conductivitatea termica a lemnu­lui este influentata de densitate si continutul de umiditate. In prima parte a incendiului, conductivitatea creste liniar proportional cu tempe­ratura. Cresterea temperaturii in continuare conduce la o scadere liniara a conductivitatii. Dupa temperatura de 200°C, lemnul in­cepe sa se degradeze in substante volatile inflamabile, iar la 350°C lem­nul, transformat in carbune, are o densitate aproximativ uniforma.

Caldura specifica a lemnului vari­aza liniar cu temperatura. La lemnul expus la tempera­turi mari, cinetica arderii este exprimata prin constantele ei si extinderea car­bunelui.

Cinetica pierderii masei din cauza degradarii termice se pre­zinta astfel: pana la 200°C se pierde 10% din masa, punct de la care descresterea devine mai accentuata (la 280°C – 25% ajungand chiar la 75% pentru 350°C), dupa care variatia este aproape constanta. Caldura ce se degaja in reactia arderii lemnului variaza intre 370 KJ/kg (endo­termic) si 1.700 KJ/kg (exotermic).

Proprietatile mecanice ale lem­nu­lui sunt influentate de tempe­ratura.

Modulul de elasticitate al lemnului (la umiditate mai mica de 12%) va descreste incet pana la 200°C, dupa care micsorarea este mai rapida.

Rezistenta la intindere a lemnului (umiditate < 12%), in lungul fibrelor, descreste lent cu temperatura, pana la 200°C, iar dupa aceasta limita micsorarea se accentueaza. Rezis­tenta la intindere a lemnului incalzit se reduce cu 24% la nivelul tempe­raturii de 350°C.

Dupa racire si reconditionare, la un continut al umiditatii de 12%, o parte importanta din aceasta rezis­tenta este recastigata.

Rezistenta la compresiune des­creste mai rapid in functie de tem­peratura decat cea la intindere. Dupa racire si reconditionare (umi­ditate 12%), rezistenta la compre­siune revine la valorile initiale.

In analiza la incendiu a lemnului, deformarea acestuia este in general ignorata. Temperaturile pana la 100°C reduc continutul de umiditate si conduc la contractia lemnului, care depinde de: umiditate, esenta lem­nului, orientarea fibrelor.

Datele experimentale confirma variatia deformarii lemnului in functie de orientarea fibrelor. Contractia lemnului variaza intre 12% si 8% pe directia tangentiala, radiala, iar pe directia longitudinala valorile sunt cuprinse intre 0,1% si 0,2%, dar ele pot fi mult mai mari la anumite esente de lemn.

Lemnul complet uscat are un coeficient de dilatare pozitiv. Coe­fi­cientii de dilatare termica liniara sunt proportionali cu densitatea lem­nului. Coeficientii de dilatare termica perpendiculari pe fibre sunt de la 5 la 10 ori mai mari decat cei paraleli cu fibrele.

Curgerea lenta a lemnului, atat com­ponenta recuperabila, cat si cea remanenta, sunt dependente de tem­peratura, care influenteaza compor­tarea termoreologica a lem­nului.

Rezistenta la foc a elementelor structurale din lemn depinde de: comportarea placilor protectoare, ex­tinderea carbonizarii si capaci­tatea portanta a portiunii necar­bo­nizate.

Rezistenta la foc a ansamblului izolat depinde de: tipul (placi rezis­tente la foc, placi antifoc) si gro­si­mea placilor din ipsos armat.

Suma rezistentelor la foc ale pla­cilor de protectie va reprezenta rezistenta minima la foc a elementu­lui de lemn protejat.

Rezistenta la foc a placilor din ipsos armat este aproximativ direct proportionala cu grosimea acestora (placa de 10 mm are rezistenta la foc de 10 min; 12,5 mm – 15 min; 18 mm – 20 min; doua placi de 10 mm – 25 min).

Rezistenta la foc a scheletului de lemn depinde si de pozitia elementu­lui (stalp, grinda) la care se adauga izolarea sau nu cu vata minerala (la ansamblurile de planseu sau aco­peris) si finisajul exterior.

Rezistenta la foc a elementelor structurale din lemn – stalp, grinda -expuse pe trei sau patru laturi la foc, se determina cu ecuatia din figura 4.

In cazul elementelor structurale din lemn (grinda, stalp) la care fata neexpusa la foc este latura mica, se aplica relatia cu coeficientii: C1 = 4 sau 3; C2 = 1 si C3 = 1 sau 2.

Cand una din laturile mari ale grinzii sau stalpului nu este expusa la foc, se utilizeaza relatia cu coefi­cientii: C1 = 4 sau 3; C2 = 1 sau 2 si C3 = 1 si se obtin valori constante ale rezistentei la foc pentru grinzile si stalpii expusi la foc pe patru laturi.

In cazul grinzii expuse la foc pe patru laturi si stalpului pe trei laturi, dimensiunea nominala mi­nima este de 15 cm (C1 = 4 sau 3; C2 = 1 sau 2 si C3 = 1 sau 2).

Autori:
prof. univ. dr. ing. Al. CIORNEI
sef lucr. dr. arh. Daniel VISAN
ing. Florina DINGA

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 123 – martie 2016, pag. 32

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2016/03/05/protectia-la-foc-cu-ipsos-armat-a-constructiilor-din-lemn/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.