Jak uwzględnić obciążenie ogniem przy projektowaniu zakotwień?
W załączniku informacyjnym D do wymagań Eurokod 2 określono metodę projektowania zamocowań z główką osadzanych podczas betonowania, listew kotwiących oraz zamocowań wklejanych narażonych na działanie ognia. Metoda projektowa dotyczy zamocowań z główką osadzanych podczas betonowania, listew kotwiących i zamocowań wklejanych oraz stanowi uzupełnienie wymagań normy EN 1992-1-2. Należy zwrócić uwagę, że zamocowania narażone na działanie ognia powinny posiadać europejską specyfikację techniczną produktu do stosowania w betonie zarysowanym. Ponieważ nośności charakterystyczne w warunkach narażenia na działanie ognia powinny być wyznaczone na podstawie istotnych norm europejskich, w przypadku braku tych danych, należy użyć wartości zachowawczych podanych w załączniku D wymagań EK2, Część 4. Należy również zwrócić uwagę, że wartości podane w EOT oraz załączniku informacyjnym D wymagań EK2 uwzględniają wyłącznie standardową krzywę temperatury w funkcji czasu według ISO 834-1, krzywa a) na ilustracji poniżej.
Krzywe temperatury w funkcji czasu stosowane w projektach, które wymagają pomiarów odporności ogniowej
Odporność ogniowa zakotwień w dużym stopniu zależy od konstrukcji całego zespołu zamocowania. Ogólnie rzecz biorąc, odporność ogniowa może być wyznaczona wyłącznie poprzez próby, chyba że zapewnione zostaną odpowiednie środki ochrony (np. obudowy, okładziny, powłoki ochronne lub obudowy betonowe elementów stalowych), które umożliwiają klasyfikację według odpowiednich norm, takich jak DIN 4102, część 4.
Próby ogniowe mogą być wykonane z użyciem różnych krzywych temperatury w funkcji czasu.
Krzywa celulozowa, ISO 834, BS 476 część 20, DIN 4102, AS 1530 itp.:
Standardowe próby ogniowe, którym podlegają elementy konstrukcji są oparte na zastosowaniu celulozowej krzywej temperatury w funkcji czasu, zgodnie z różnymi normami krajowymi, np. ISO 834, BS 476: CZĘŚĆ 20, DIN 4102, AS 1530 itp. Krzywa ta ma najniższe wartości stosowane w normalnej praktyce (patrz rys. poniżej) i oparta jest na szybkości spalania materiałów stosowanych w standardowych materiałach i wyposażeniu budowlanym. Pomimo tego, ta krzywa jest również stosowana do drzwi ewakuacyjnych i przejściowych w tunelach drogowych lub wyposażeniu operacyjnym w tunelach.
Zmodyfikowana krzywa węglowodorowa (HCM):
Jak wiadomo, szybkości spalania określonych materiałów, np. benzyny, są znacznie wyższe, niż prędkość spalania na przykład drewna. Krzywa węglowodorowa jest stosowana w przypadkach, w których mogą wystąpić niewielkie pożary produktów naftowych, np. zbiorniki paliwa samochodów, cysterny paliwa lub ropy naftowej lub cysterny niektórych substancji chemicznych itp. Na podstawie krzywej węglowodorowej, francuscy ustawodawcy zażądali zwiększenia wymaganych wartości do poziomu tak zwanej zmodyfikowanej krzywej węglowodorowej (HCM). Maksymalna temperatura krzywej HCM wynosi 1300ºC zamiast 1100ºC dla standardowej krzywej HC.
Krzywa RWS 120/180 (1/2):
Krzywa RWS została opracowana przez Rijkswaterstaat, Ministerstwo Transportu Holandii. Krzywa ta zakłada najgorszy możliwy scenariusz - pożar zbiornika o pojemności 50 m3 z paliwem, ropą naftową lub benzyną o obciążeniu ogniowym 300 MW trwający do 120 minut.
Krzywa RWS jest oparta na temperaturze, która występuje podczas pożarów w zamkniętych przestrzeniach, takich jak tunele, w których rozpraszanie ognia nie występuje lub jest niskie.
Krzywa ZTV-ING:
Krzywa ZTV-ING dotyczy tuneli drogowych w Niemczech. Należy zapewnić, że w warunkach temperatury krzywej ZTV-ING, zbrojenie konstrukcji tunelu nie nagrzewa się do temperatury przekraczającej 300°C oraz stosowane są wyłącznie materiały budowlane klasy A (DIN 4102 lub równoważnej). W przypadkach, w których lokalne uszkodzenie tunelu spowodowane pożarem powoduje utratę całego tunelu i/lub utratę stabilności przyległych konstrukcji, zgodnie z krzywą ZTV-ING należy przewidzieć wyższy poziom ochrony dla konstrukcji tunelu.
Krzywa EBA:
Wytyczne EBA określają krzywą ogniową wyznaczoną przez Niemiecki Urząd Transportu Kolejowego (Eisenbahn-Bundesamt, EBA). Krzywa ogniowa EBA symuluje profil temperatury w funkcji czasu gazów stanowiących produkty pożaru, które mogą wystąpić w systemach tunelów kolejowych w przypadku uszkodzenia. Krzywa ogniowa EBA została zweryfikowana próbami pożarowymi w pociągach pasażerskich długodystansowych w ramach projektu europejskiego (EUREKA EN 499).
Wytrzymałość stali zmniejsza się w znacznym stopniu w wysokiej temperaturze. Według badań Laternsera (1993) i Reicka (2001), naprężenie przy zniszczeniu stali dla kotwy w trakcie pożaru stanowi funkcję czasu trwania pożaru, typu stali (ocynkowanej lub nierdzewnej) oraz średnicy kotwy. Wyniki wskazują, że:
(a) naprężenie przy zniszczeniu stali zmniejsza się istotnie wraz ze wzrostem czasu trwania pożaru i jest znacznie wyższe dla stali nierdzewnej, niż dla stali ocynkowanej.
(b) Naprężenie przy zniszczeniu stali zwiększa się wraz ze wzrostem średnicy kotwy
(c) W czasie około 30 pierwszych minut pożar, z betonu odparowuje woda. Odparowanie jest szczególnie duże przy dużych zarysowaniach, a para wodna tymczasowo chłodzi zamocowanie.
Wytrzymałość kotew wklejanych może zmniejszać się znacznie w temperaturze powyżej 80°C, a tym samym, ogień redukuje nośność kotew wklejanych. Temperatura zmniejsza się wraz ze wzrostem głębokości w betonie, co oznacza, że kotwy wklejane o większej głębokości zakotwienia wykazują lepsze właściwości użytkowe, niż kotwy o niewielkiej głębokości zakotwienia. Dopuszczalne obciążenie kotew wklejanych jest wyznaczane doświadczalnie.