Pri načrtovanju okolju prijaznih in trajnostnih objektov je les nepogrešljiv material, ki nemalokrat predstavlja celoten ali velik del nosilnega sistema konstrukcije. Zato je vseskozi navzoč izziv, kako čim bolje načrtovati nove lesene stavbe za doseganje čim večje trajnosti tovrstnih objektov. Velik izziv pri tem nedvomno predstavlja zahteva glede požarne varnosti in s tem povezane požarne odpornosti lesenih objektov. Poleg tega je z vidika trajnosti leseno stavbo potrebno zasnovati tako, da lahko v svoji življenjski dobi preživi požar, po požaru pa lahko še vedno služi normalni uporabi, brez menjave njenih nosilnih elementov. Za to pa je poleg poznavanja obnašanja lesene konstrukcije med požarom potrebno poznati tudi odziv lesene konstrukcije po požaru. Pri tem ima pomembno vlogo poznavanje vsebnosti vlage, ki ima velik vpliv na reološko, tj. dolgotrajno mehansko obnašanje lesenih elementov. Še posebej je lahko izrazit vpliv visoke vsebnosti proste vode, ki se lahko pojavi v lesu zaradi posledic gašenja požara. Ker je problem varnosti v pogojih požara in normalnih pogojih uporabe po požaru zelo kompleksen, je pri tem ključno povezovanje strokovnjakov in znanstvenikov različnih strok ter vpeljava inovativnih eksperimentalnih metod in numeričnih modelov.
Na naši fakulteti so se pod taktirko doc. dr. Roberta Pečenka lotili raziskovalnega projekta Trajnostna raba lesenih konstrukcij – požarne in popožarne deterministične in verjetnostne rešitve, katerega osrednji cilj je razvoj novih numeričnih modelov za napovedovanje dolgotrajnega obnašanja lesenih konstrukcij v pogojih med in po požaru ter razvoj novih naprednih eksperimentalnih metod za določitev fizikalnih, reoloških in mehanskih lastnosti lesa, kakor tudi lastnosti oglenenja ter vnosa vode v les zaradi posledic gašenja požara.
Od začetka projekta (oktobra 2023) je ekipa raziskovalcev uspešno izvedla številne eksperimente, s katerimi so pridobili ključne materialne lastnosti lesa, tako termično nepoškodovanega kot termično poškodovanega – ta predstavlja posledico povišanih temperatur, ki se razvijejo med požarom. V sodelovanju s partnerji na projektu (Biotehniška fakulteta in Zavod za gradbeništvo) so tako izvedli sorptivne teste, teste difuzivnosti, preiskave oglenenja v konusnem kalorimetru ter teste navlaževanja lesa po požaru, na podlagi katerih jim je že uspelo razviti probabilistični model za napovedovanje oglenenja lesa.
V nadaljevanju bodo sledili še elasto-mehanski testi in reološki testi. Vsi ti eksperimenti so ključni za določitev materialnih parametrov, ki pa so osnova za razvoj ustreznih numeričnih modelov.
Potreba po nadgradnji trenutnih modelov je velika
Za raziskovalne namene so že na voljo številni reološki modeli obnašanja lesenih konstrukcij kot tudi modeli za določitev obnašanja v pogojih požara, ki pa so natančni le do neke mere. V okviru tega projekta bodo trenutne pomanjkljivosti poskušali odpraviti oziroma nadgraditi.
Pri modelih za projektiranje pa je situacija precej drugačna. Trenutno so sicer na voljo različni komercialni programi, ki omogočajo analizo odziva konstrukcij v požaru ali analizo njenega reološkega obnašanja, vendar se inženirji teh programov pogosto ne poslužujejo, ker so zelo kompleksni. Zato se v praksi uporabljajo poenostavljene metode in smernice, ki pa so precej pomanjkljive – standard Evrokod, ki velja za osnovo pri projektiranju konstrukcij na splošno, temelji na raziskavah izpred več kot 20 let. V tem času so se pojavila številna nova spoznanja, ki niso vključena v obstoječe metode, kar pomeni, da so lahko nevarne za uporabo.
Izboljšane metode bodo inženirjem omogočile bolj natančno oceno požarne odpornosti lesenih konstrukcij
Projekt celovito obravnava obnašanje lesenih konstrukcij v dveh ključnih fazah: med požarom in po njem. Pri večjih lesenih konstrukcijah, kot so dvorane in drugi objekti z velikimi lesenimi elementi, obstaja pomemben fenomen – konstrukcija lahko preživi (vsaj en) morebiten požar v svoji življenjski dobi. Ključno vprašanje pa je, ali je takšna konstrukcija po požaru še vedno varna za dolgoročno uporabo, saj požar povzroči zoglenitev dela konstrukcije, kar odpira pomislek, ali je takšna konstrukcija še sposobna prenesti predvidene obremenitve. Pri tem je potrebno upoštevati tudi reološke fenomene, ki se pojavljajo predvsem zaradi spreminjajoče relativne vlažnosti okolice v normalnih pogojih uporabe. Pomemben vidik pa je tudi vpliv vode, uporabljene za gašenje požara. Absorbirana voda lahko namreč negativno vpliva na dolgoročno obnašanje lesa in pospeši degradacijo materiala.
V okviru projekta bodo vsi ti fenomeni celovito preučeni in podrobno analizirani z namenom razvoja naprednih modelov, ki bodo prispevali k boljšemu razumevanju ter optimizaciji projektiranja in sanacije lesenih konstrukcij po požaru. Ključni cilj pa je razvoj poenostavljenih metod in smernic, ki bi jih inženirji lahko neposredno uporabljali za požarno projektno stanje, normalno stanje uporabe in tudi za učinkovito oceno, ali je konstrukcija po požaru še primerna za nadaljnjo uporabo.
Projekt je v fazi izvedbe in se bo predvidoma zaključil oktobra 2026. Nastaja v sodelovanju Fakultete za gradbeništvo in geodezijo, Biotehniške fakultete in Zavoda za gradbeništvo, financira ga Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS).