Proměnná: Fyzická rezistence infrastruktury

 

Měřitelné položky
Aplikační nástroje pro posilování resilience
Požární rezistence

Mezi významné nástroje posilování požární rezistence infrastruktury patří technická norma zaměřená do oblasti požární ochrany s využitím automatických sprinklerových systémů (ISO 6182:2021). Tento dokument specifikuje požadavky na výkon a značení a zkušební metody pro konvenční, rozstřikovací, plošné, boční, s rozšířeným pokrytím, domácí a skladovací sprinklery, včetně sprinklerů s rychlou reakcí na včasné potlačení (ESFR), elektricky aktivovaných sprinklerů (EAS) a sprinklerů s monitorováním aktivace (SMA) pro použití v systémech požární ochrany na bázi vody. Mimo tuto ISO normu je v rámci české republiky stěžejní norma ČSN 73 0810 (2016), kde jsou uvedeny základní požadavky na stavby. Tato norma upřesňuje požadavky na stavební výrobky a stavební konstrukce, popř. na požárně bezpečnostní zařízení ve vztahu k ČSN 73 0802 (2023), ČSN 73 0804 (2016) a k navazujícím normám, podle nichž je navrhována požární bezpečnost stavebních a technologických objektů v České republice.

S problematikou požárně bezpečnostního řešení staveb je spojen i dokument se stejnojmenným názvem. Tento dokument je součástí každé projektové dokumentace staveb, u které je to vyžadováno stavebním zákonem. Jedná se o rozsáhlý dokument, který se předkládá ke stavebnímu povolení nebo k dokumentaci pro změnu užívání stavby. Obsahuje podrobně popsané preventivní protipožární opatření, jako např. únikové východy, odolnost stavebních konstrukcí, stanovení a rozsah požární techniky a další bezpečnostní a technické informace.

V rámci České republiky je v oblasti požární ochrany stěžejní zákon o požární ochraně (Zákon 133, 1985) jehož hlavním účelem je vytvořit podmínky pro účinnou ochranu života a zdraví občanů a majetku před požáry a poskytování pomoci při živelních pohromách a jiných mimořádných událostech. S tímto zákonem je provázána vyhláška č. 246 (2001), která pojednává o výkonu činnosti osob odborně způsobilých v oboru požární ochrany, techniků PO a preventistů PO, kteří vykonávají činnosti na úseku PO u právnických a podnikajících fyzických osob. V neposlední řadě s požární ochranou také souvisí i revize požárně bezpečnostních zařízení. Kritický subjekt je povinen zajišťovat pravidelné kontroly provozuschopnosti u hasících přístrojů a požárně bezpečnostních zařízení (požární signalizace, zařízení pro potlačení požáru nebo výbuchu, zařízení pro usměrňování pohybu kouře při požáru, zařízení pro únik osob při po, zařízení pro zásobování požární vodou, zařízení pro omezení šíření požáru, náhradní zdroje a prostředky určené k zajištění provozuschopnosti požárně bezpečnostních zařízení). Konkrétní podmínky pravidelných kontrol jsou zakotveny ve vyhlášce č. 246/2001 Sb. V této oblasti vydalo GŘ HZS ČR oficiální dokument s názvem Sjednocení aplikační praxe při provádění kontroly provozuschopnosti požárně bezpečnostních zařízení (HZS, 2024). Tento dokument stanovuje, že veškeré kontroly provozuschopnosti (revize) požárně bezpečnostních zařízení může provádět také každá Osoba odborně způsobilá (OZO) nebo Technik požární ochrany (TPO).

Zdroje:

  • ISO 6182. (2021). Fire protection – Automatic sprinkler systems. International Organization for Standardization, Geneva.
  • ČSN 73 0810. (2016). Požární bezpečnost staveb – Společná ustanovení. Česká agentura pro standardizaci, Praha.
  • ČSN 73 0802 ED.2. (2023). Požární bezpečnost staveb – Nevýrobní objekty. Česká agentura pro standardizaci, Praha.
  • ČSN 73 0804 ED.2. (2023). Požární bezpečnost staveb – Výrobní objekty. Česká agentura pro standardizaci, Praha.
  • Zákon č. 133/1985 Sb., o požární ochraně
  • Vyhláška č. 246/2001 Sb., o stanovení podmínek požární bezpečnosti a výkonu státního požárního dozoru (vyhláška o požární prevenci)
  • HZS. (2024). Metodická stanoviska a příručky: Sjednocení aplikační praxe při provádění kontroly provozuschopnosti požárně bezpečnostních zařízení. Hasičský záchranný sbor České republiky. https://www.hzscr.cz/clanek/sjednoceni-aplikacni-praxe-pri-provadeni-kontroly-provozuschopnosti-pozarne-bezpecnostnich-zarizeni.aspx

Mezi významné nástroje posilování požární rezistence infrastruktury patří technická norma zaměřená na systémy detekce a signalizace požáru (ISO 7240-1:2014). Tuto normu lze považovat za základní dokument pro systém požární detekce a signalizace. Norma stanovuje obecné požadavky a doporučení pro plánování, instalaci, provoz a údržbu systémů, detekujících požár a varují osoby v ohrožených prostorách. Cílem normy je zajistit včasnou detekci požáru a spolehlivou aktivaci výstražných a bezpečnostních systémů, což přispívá k minimalizaci rizika zranění osob a škod na majetku. Norma je součástí celé série ISO norem, které se zabývají jednotlivými prvky a funkcemi požárních systémů, jako jsou detektory kouře, hlásiče teploty, sirény a další signalizační zařízení.

Zdroje:

  • ISO 7240-1. (2014). Fire detection and alarm systems. International Organization for Standardization, Geneva.

Mezi významné nástroje posilování požární rezistence infrastruktury patří technická norma zaměřená do oblasti požární bezpečnosti (ISO/TR 17755:2014). Tato norma obsahuje statistiku požárů, tzn. shromažďuje údaje o postupech požární statistiky. Rovněž poskytuje rámec a metodologii pro sběr a analýzu dat o požárech, s cílem porovnávat statistiky z různých zemí a identifikovat trendy, příčiny a dopady požárů. Tyto informace jsou velmi důležité pro odhad parametrů modelu v normách vypracovaných technickou komisí ISO/TC 92. Na základě této normy mohou organizace lépe porozumět rizikům spojeným s požáry, což přispívá k efektivnějšímu plánování a zavádění opatření na prevenci a ochranu proti požárům. Analýza statistik podle ISO/TR 17755 podporuje především rozhodování při vývoji politik a strategií požární bezpečnosti, a to jak na národní úrovni, tak i na úrovni organizace. Oblast požární bezpečnosti může být podpořena dalšími nástroji, které umožňují posuzování požární odolnosti (Himoto and Suzuki, 2021) nebo výzkum nových materiálů a konstrukcí s vysokou úrovní požární odolnosti (Gernay et al., 2016).

Zdroje:

  • ISO/TR 17755. (2014). Fire safety – Overview of national fire statistics practices. International Organization for Standardization, Geneva.
  • Himoto, K., Suzuki, K. (2021). Computational Framework for Assessing the Fire Resilience of Buildings Using the Multi-layer Zone Model. Reliability Engineering & System Safety, 216: 108023. https://doi.org/10.1016/j.ress.2021.108023
  • Gernay, T., Selamet, S., Tondini, N., Khorasani, N.E. (2016). Urban Infrastructure Resilience to Fire Disaster: An Overview. Procedia Engineering, 161: 1801-1805. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.08.782
Seismická rezistence

Při posilování seismické rezistence je vhodné vycházet z technické normy pro navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení (ČSN EN 1998:2006), tzv. Eurokódu 8. Tato norma definuje základní pojmy a požadavky na seizmickou bezpečnost pozemních staveb, charakter a velikost seizmických zatížení v návaznosti na mapu seizmických oblastí České republiky. Zároveň zahrnuje i navrhování staveb na seizmicky izolovaných základech. Sestává ze šesti částí, které jsou orientovány na zajištění požadované úrovně rezistenci budov, mostů, sil, nádrží, potrubí, věží, stožárů a komínů. Každá z těchto částí pojednává o možnosti zvýšení odolnosti staveb a stanovuje veškeré náležitosti, které by měly konstrukce splňovat. Tyto normy jsou vypsány níže.

  • ČSN EN 1998-1 - Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení (Obecná pravidla, seizmická zatížení a pravidla pro pozemní stavby)
  • ČSN EN 1998-2 - Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení (Most)
  • ČSN EN 1998-3 - Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení (Hodnocení a zesilování pozemních staveb)
  • ČSN EN 1998-4 - Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení (Zásobníky, nádrže a potrubí)
  • ČSN EN 1998-5 - Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení (Základy, opěrné a zárubní zdi a geotechnická hlediska)
  • ČSN EN 1998-6 - Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení (Věže, stožáry a komíny)

Zdroje:

  • ČSN EN 1998 (2006). Eurokód 8: Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení. Česká agentura pro standardizaci, Praha.

Zajištění požadované seismické odolnosti konstrukce či stavby je možné zajistit pomocí výpočtů, které jsou schopné stanovit, zda je stavba dostatečné odolná vůči otřesům či nikoli. Pro tyto výpočty mohou být použity následující metody (ČSN EN 1998:2006):

  • Metoda konečných prvků –jedná se o numerickou metodu, prostřednictvím které lze simulovat průběh napětí či deformací, a to na vytvořeném fyzikálním modelu. Tato metoda je zejména užívána pro kontrolu již navržených zařízení, nebo pro stanovení kritického místa konstrukce zařízení. (Fusek and Rojíček, 2013)
  • Metoda výpočtu příčných sil – prostřednictvím této metody lze vypočítat účinky zemětřesení. Při této metodě je účinek seismického zatížení modelován vodorovnými statickými silami. Při výpočtu touto metodou se uvažuje lineární chování materiálu. Metoda může být použita pro konstrukce, kde odezva na seismické zatížení není výrazně ovlivněna vyššími tvary kmitání než tvary základními.
  • Modální analýza pomocí spektra odezvy – používá se u konstrukcí, které nevyhovují podmínkám pro použití metody příčných sil. Ve výpočtu výsledné odezvy musí být uvažovány všechny tvary kmitání, které odezvu výrazně ovlivňují.
  • Metoda pomocí spektra odezvy – odezvu konstrukce na seismické zatížení lze vypočítat pomocí rozkladu do vlastních tvarů kmitání. Přičemž pro každý vodorovný směr se použije spektrum vodorovné pružné odezvy.
  • Metoda postupného přitěžování – neboli pushover analýza je založena na nelineárních výpočtech a slouží jako alternativa k standardnímu navrhování konstrukcí pro seizmicitu na základě lineární analýzy a součinitelů duktility. Metoda dává lepší odhad o celkovém chování konstrukce a místech rozvoje plastických deformací.
Seismickou odolnost lze také stanovat prostřednictvím statického posudku. Kritické subjekty by měli mít zajištěný geofyzikální posudek od certifikované osoby. Tento posudek poskytuje a upřesňuje informace o geologické stavbě, geologických strukturách, skladbě prostředí a jeho rozložení. Toto jsou zásadní informace pro výstavbu nové kritické infrastruktury a její budoucí stability při provozu.

 

Zdroje:

  • ČSN EN 1998 (2006). Eurokód 8: Navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení. Česká agentura pro standardizaci, Praha.
  • Fusek, M., Rojíček, J. (2013). Metoda konečných prvků. Ostrava: vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava.
  • Máca, J. (2008). Navrhování konstrukcí na účinky zemětřesení. Beton, 6. https://www.ebeton.cz/wp-content/uploads/2008-6-65.pdf

Dalším významným nástrojem, který je možné využít v kontextu seismické rezistence, je Finite Element Method (Hall, 2003). Jedná se o numerickou metodu, prostřednictvím které lze simulovat průběh napětí či deformací, a to na vytvořeném fyzikálním modelu. Tato metoda je používána zejména pro kontrolu již navržených zařízení, a to pro identifikaci kritických míst konstrukce. Kromě této metody je možné využít také např. software pro navrhování a statické výpočty konstrukcí (Dulabal, 2024) či další specializované software (FIN EC, RSTAB 9, GEO5).

Zdroje:

Nahraditelnost klíčových technologií infrastruktury

V případě posilování rezistence vůči vnitřním výbuchům je vhodné vycházet z technické normy zaměřené na konstrukce odolné výbuchovému tlaku (ČSN EN 14460:2019). Tato norma stanovuje požadavky pro konstrukce odolné výbuchovému tlaku, které vydrží bez prasknutí vnitřní výbuch a zabrání vzniku nebezpečných účinků pro okolí. Je použitelná pro konstrukce, u kterých se přepokládá vznik výbuchu za výjimečný případ zatížení. Je zřejmé, že by se měl kritický subjekt aktivně zajímat o možný vznik výbuchu, tzn. měl by uplatňovat veškeré možné dostupné prostředky přispívající k ochraně proti výbuchu. Kritický subjekt by měl zhodnotit pravděpodobnost výskytu výbušné atmosféry a výskyt účinného iniciačního zdroje. Pokud ale nelze uplatnit vyloučení alespoň jedné podmínky vzniku výbuchu, je nutné přistoupit ke klasifikaci prostorů s výskytem hořlavých plynů, par a prachů a navrhnout konstrukční (tzv. pasivní) výbuchovou ochranu. Nicméně tato pasivní ochrana se netýká předcházení výbuchu, ale eliminaci účinků výbuchu. Pro účely ochrany před výbuchem je nutné mít zavedeny následující normy:

  • ČSN EN IEC 60079-10-1 – Výbušné atmosféry – Určování nebezpečných prostorů (Výbušné plynné atmosféry)
  • ČSN EN 60079-10-2 – Výbušné atmosféry – Určování nebezpečných prostorů (Výbušné atmosféry s hořlavým prachem)
  • ČSN EN 1127-1 – Výbušná prostředí – Prevence a ochrana proti výbuchu (Základní koncepce a metodika)
  • ČSN EN 14460 – Konstrukce odolné výbuchovému tlaku
  • ČSN EN 14797 – Zařízení pro odlehčení výbuchu.
  • ČSN EN 14491 – Ochranné systémy pro odlehčení výbuchu prachu.
  • ČSN EN 16009 – Bezplamenná zařízení pro odlehčení výbuchu.
  • ČSN EN 14373 – Systémy pro potlačení výbuchu.
  • ČSN EN 15089 – Systémy pro oddělení výbuchu.
Je vhodné také využívat různých příruček. Jako příklad lze uvést příručku proti výbuchové ochrany staveb (Černín et al., 2008). Tato příručka obsahuje informace týkající se problematiky výbuchového zatížení, analýzy chování konstrukce při tomto zatížení, včetně posuzování jeho účinků, sledování poruch konstrukce a poskytnutí podkladů pro ztužování a opravy konstrukce po výbuchu.

 

Zdroje:

  • ČSN EN 14460. (2019). Konstrukce odolné výbuchovému tlaku. Česká agentura pro standardizaci, Praha.
  • Černín, M., Damec, J., Dohnálek, J., Dohnálek, P., Janovský, B., Javůrek, J., Král, J., Makovička, D., Makovička, D., Podstawka, T., Prokop, V., Studničková, m., Šelešovský. P., Zigmund, J. (2008). Příručka protivýbuchové ochrany staveb. Praha: ČCUT v Praze. http://www.makovicka.cz/data/S/U/t/2008-pvoch-cz.pdf

Při posilování rezistence vůči vnějším výbuchům je vhodné využít nové kompozitní materiály (Gargano and Mouritz, 2023). Kompozitní materiál jako strukturovaná kombinace dvou nebo více různých materiálů (kombinace odlišných fyzikálních či chemických vlastností) poskytuje lepší vlastnosti než materiály, ze kterých je složen. Tyto materiály či tkaniny jsou obvykle složeny ze základní (matriční) složky a výztuží, což jim dodává vysokou pevnost a odolnost při zachování nízké hmotnosti. V oblasti ochrany proti výbuchům jsou často používány laminátové kompozity z uhlíkových nebo skelných vláken, případně kevlarové kompozity, které mají vysokou pevnost a odolnost proti proražení. Využívají se také polymerní kompozity, opatřené speciálními vrstvami, které rozptylují energii výbuchu a omezují tím jeho dopad na konstrukce. Kompozitní materiály se na základě jejich vlastností využívají nejen při posilování ochranných struktur v průmyslu, ale i v budovách, kde je nezbytné minimalizovat následky případných výbuchů na osoby a majetek.

Zdroje:

Výbuchová rezistence

Při posilování rezistence vůči vnějším výbuchům je vhodné využít nové technologie, jako např. cementové kompozity s tahovým zpevněním (Wang et al., 2023). Cementové kompozity s tahovým zpevněním lze definovat jako integrovaný materiál obsahující konvenční složky smíchané s malým množstvím krátkých, nepravidelných a izolovaných vláken (např. skelná, ocelová, uhlíková nebo polymerní) (Sumathi a Mohan, 2015). Jedná se tedy o speciální typy betonů, tzv. UHPC – ultravysokohodnotný beton (Vítek, 2022), s cílem zvýšit jejich pevnost a odolnost vůči tahovým silám. Vlákna v cementové matrici zvyšují odolnost kompozitu proti praskání, nárazům a dynamickému zatížení, což je klíčové pro ochranu proti explozím. Zároveň jsou schopné absorbovat a rozptýlit energii v extrémních podmínkách, jako jsou právě výbuchy nebo nárazy. Tento typ kompozitů je díky svým vlastnostem využíván převážně u konstrukcí ochranných staveb, v tunelech, v mostech, a dalších stavebních prvcích, kde je třeba vysoká mechanická odolnost.

Zdroje:

Zpět