Drewniane konstrukcje podporowe

W każdym regionie naszego globu dochodzi do groźnych awarii i katastrof budowlanych. Przy tego rodzaju zdarzeniach ważną rolę odgrywa umiejętne posługiwanie się technikami stabilizacji naruszonej konstrukcji. 

W działaniach ratowniczych związanych z katastrofami budowlanymi nieodzowne są grupy poszukiwawczo-ratownicze. W strukturach Państwowej Straży Pożarnej funkcjonuje ciężka grupa poszukiwawczo-ratownicza HUSAR Poland, w skład której wchodzą wyspecjalizowani ratownicy z Gdańska, Łodzi, Nowego Sącza, Krakowa, Poznania i Warszawy. Prowadząc działania na terenie katastrofy, członkowie grupy muszą zapewnić bezpieczeństwo sobie oraz osobom poszkodowanym. Wymaga to stabilizacji naruszonych konstrukcji budowlanych. Ale czy taką umiejętność powinni zdobywać tylko ratownicy z GPR? Czy nie jest to w istocie zadanie każdego strażaka-ratownika?

Trzęsienie ziemi to tak naprawdę tylko ułamek przyczyn naruszenia konstrukcji budowlanych. Wśród nich należy wymienić także:

• błędy przy projektowaniu (błędnie przyjęty model pracy konstrukcji, niedostateczne przyjęcie nośności, wadliwie zaprojektowane połączenia itp.),
• błędy w fazie wykonawstwa (od niewłaściwej technologii wykonania materiałów budowlanych, nieodpowiednich warunków ich składowania, transportu, aż po samą realizacje projektu),
• nieodpowiednie warunki eksploatacji budynku, często odbiegające od dokumentacji technicznej i jego ogólnego przeznaczenia,
• obciążenia wyjątkowe (oprócz wspomnianych trzęsień ziemi są to także tąpnięcia, pożary, wybuchy, huraganowe wiatry itp.) [1].

Analizując powyższe przyczyny, wyraźnie zobaczymy, że awaria bądź katastrofa budowlana może w każdej chwili wystąpić na terenie naszego kraju, a nie tylko gdzieś na świecie po spektakularnym trzęsieniu ziemi.

Obowiązek każdego ratownika

W 2012 r. komendant główny PSP zatwierdził „Zasady organizacji działań poszukiwawczo-ratowniczych w krajowym systemie ratowniczo-gaśniczym”. Zgodnie z tym dokumentem  działania te prowadzone są na jednym z trzech poziomów. Poziom podstawowy obejmuje czynności ratownicze wykonywane przez wszystkie JRG PSP, a także inne jednostki ochrony przeciwpożarowej lub inne podmioty deklarujące w gotowości operacyjnej zdolność do realizacji zadań według własnych możliwości organizacyjno-sprzętowych i wyszkolenia, w systemie całodobowym i całorocznym [2]. I już na tym poziomie każdy ratownik powinien umieć zabezpieczać naruszone konstrukcje budowlane za pomocą dostępnego sprzętu w zakresie niezbędnym dla bezpieczeństwa prowadzących działania ratownicze i dla ewakuacji poszkodowanych [2]. Odpowiedź na postawione przeze mnie na początku pytanie jest zatem jednoznaczna. Ustabilizowanie naruszonych konstrukcji budowlanych podczas akcji ratowniczej to obowiązek każdego ratownika. Ale jak robić to w sposób bezpieczny i zarazem skutecznie?

Tylko znajomość technik wykonywania drewnianych konstrukcji podporowych jest w stanie zwiększyć sprawność działań, poprawić efektywność współpracy między różnymi jednostkami i zapewnia właściwy poziom bezpieczeństwa. Niedopuszczalne są sytuacje, w których stabilizację wykonuje się za pomocą bezładnie wyciętych okrąglaków sosnowych. Takie prowizoryczne konstrukcje nie spełniają wymogów bezpieczeństwa ani wytrzymałości i dają ratownikom złudne poczucie bezpieczeństwa.

Trochę historii

Jeszcze kilka lat temu strażacy PSP nie znali profesjonalnych technik stabilizacji. Opierali się na metodach zapożyczonych od ratowników górniczych lub prostych technikach wywodzących się bezpośrednio z budownictwa. W literaturze branżowej poświęcano temu tematowi niewiele miejsca, chociaż starali się go podjąć Zoja Bednarek, Andrzej Marciniak i Jan Kielin. Była to druga połowa lat 90.

Rozwój tej dziedziny ratownictwa nastąpił pod koniec 2010 r., kiedy Wydział Szkolenia Specjalistycznych Grup Ratowniczych SA PSP w Nowym Sączu zorganizował pierwszy „Specjalistyczny kurs stabilizacji naruszonych konstrukcji budowlanych”. Prowadzący go mł. bryg. Robert Kłębczyk stał się prekursorem profesjonalnej stabilizacji w naszym kraju. Drewniane konstrukcje podporowe zaczęły być wykonywane w PSP na podstawie programu armii amerykańskiej (US Army Corps of Engineers Urban Search and Rescue. Shoring operations guide). Ostatecznego kształtu metody wykonywania podpór drewnianych nabrały w 2013 r., po międzynarodowych warsztatach Urban Search and Rescue Shoring Workshop, które odbyły się w Nowym Sączu pod okiem instruktorów z brytyjskiego ISAR - Keitha Bellamy’ego i Tima Marsha. Podczas warsztatów, w których uczestniczyli przedstawiciele wszystkich polskich grup poszukiwawczo-ratowniczych oraz Szkoły Głównej Służby Pożarniczej, ratownicy usystematyzowali swoją wiedzę, poznali różnego rodzaju modyfikacje podpór amerykańskich, rzeczywistą wytrzymałość konstrukcji (określoną na podstawie badań przeprowadzonych w Wielkiej Brytanii) oraz szczegółowo zapoznali się z zasadami bezpieczeństwa i błędami krytycznymi, do których nie można dopuszczać podczas stabilizowania konstrukcji. Do schematów budowy przeznaczonych dla polskich strażaków wprowadzono wówczas system metryczny (zamiast calów i stóp). Ważnym etapem w rozwoju tej dziedziny ratownictwa w PSP były też warsztaty ze stabilizacji w wykopach, przeprowadzone przez brytyjskich instruktorów w lipcu 2014 r.

Elementy konstrukcyjne podpór drewnianych

Dziś polscy strażacy są w stanie ustabilizować praktycznie każdy uszkodzony element budynku. W ratowniczym arsenale znajdują się podpory służące do stabilizacji stropów, otworów okiennych i drzwiowych, elementów pochyłych i ścian (a niekiedy wręcz je zastępujące). Dzielimy je na: podpory T i podwójne T, podpory wertykalne wielosłupowe, podpory horyzontalne, podporę K, podpory filarowe, podpory pochyłe, podpory skośne, podpory stabilizujące otwory okienne i drzwiowe, podpory bezgwoździowe układane w stosy.

Każda, nawet najbardziej skomplikowana podpora drewniana składa się zawsze z pewnych charakterystycznych elementów. Są to: podciągi, podwaliny, słupy, kliny, plakietki drewniane (drewniane łączniki montowane gwoździami), deski do wykonywania zagęszczeń i zastrzałów oraz grube pręty stalowe.

Cała konstrukcja zbijana jest za pomocą gwoździ o odpowiedniej długości i grubości, wbijanych zgodnie ze schematem.

Scharakteryzujmy pokrótce stałe elementy podpory:

• podciąg - deska kantówka o wymiarach 10 x 10 cm lub 15 x 15 cm, która tworzy górną część każdej podpory. Jej zadaniem jest przeniesienie obciążenia podpieranego elementu na całą konstrukcję podpory;
• podwalina - stanowi ją deska kantówka o wymiarach 10 x 10 cm lub 15 x 15 cm. Podwalina jest podstawą, która odbiera obciążenie z wyższych elementów podpory i przenosi je na podłoże;
• słup - pionowy (czasem skośny) element podpór, który przenosi obciążenie z wyższych elementów konstrukcji podporowej aż do jej podstawy;
•  kliny - zapewniają regulację konstrukcji podporowej. To elementy o przekroju trójkątnym. Stosowane są parami, tworząc prostopadłościan. Dobicie klina wypycha słup, stabilizując całość podpory;
•  plakietki - drewniane łączniki montowane gwoździami. Wykonuje się je ze sklejki drewnianej o wymiarach: 30 x 30 cm, 15 x 30 cm (półplakietki) oraz 45 x 45 cm (dla kantówki 15 cm). Ich grubość jest stała i wynosi 19 mm +/- 1 mm. Niektóre schematy wymuszają użycie niestandardowych długości i szerokości plakietek, dlatego ważne jest posiadanie większych arkuszy sklejki. Główne zadanie tego elementu to przymocowanie słupa z podciągiem i podwaliną. Niedopuszczalne jest stosowanie podczas działań ratowniczych plakietek z płyty innej niż sklejka, np. z płyty OSB. Tańszą płytę OSB można ze względów ekonomicznych stosować jedynie podczas ćwiczeń;
• deski - drewniane deski o szerokości 15 cm bądź 10 cm i grubości 5 cm. Służą do wykonywania zagęszczeń (elementów poziomych nadających sztywność) oraz zastrzałów (elementów skośnych nadających sztywność);
• pręty stalowe - w niektórych sytuacjach wymagane jest zabezpieczenie podpory poprzez osadzenie jej wprost do podłoża lub elementu konstrukcyjnego za pomocą prętów stalowych. Są to pręty żebrowane o długości około 1 m i szerokości 1 cala.
• gwoździe - spajają podporę w całość. Stosuje się:
• 4-calowe gwoździe o średnicy 4 mm, łączące grubsze elementy drewniane inne niż plakietka (deska - deska, deska - słup itp.),
• 3-calowe gwoździe o średnicy 3 mm, łączące plakietki drewniane z innymi elementami (plakietka - podciąg, plakietka - słup itp.),
• 3-calowe gwoździe wbijane za pomocą gwoździarki. Mogą one zastąpić każdy gwóźdź. Wbijane są jednym strzałem, sztywno, bez rozszczepień drewna. Zapewniają te same parametry, co wbijane ręcznie gwoździe czterocalowe.

Mimo że każdą podporę można wykonać z deski kantówki 10 x 10 cm lub 15 x 15 cm, do działań ratowniczych stosuje się wyłącznie kantówkę 10 x 10 cm. Ta o większym przekroju jest droga, ciężka i tym samym niepraktyczna. Obciążenia, jakie są w stanie przenieść podpory z kantówki 10 x 10, wystarczają do ustabilizowania właściwie każdego naruszonego elementu konstrukcyjnego budynku.

Rys. 1. Elementy konstrukcyjne podpór (opracowanie własne)

Rys. 2. Elementy konstrukcyjne podpór (opracowanie własne)

Dobór drewna

Na wytrzymałość podpór, a tym samym bezpieczeństwo działań ratowniczych, wpływa dobór drewna. Powinno ono spełniać określone warunki:

• musi mieć identyczne wymiary na całej długości,
• nie może być zwichrowane, przegięte, odkształcone, odszczypane, popękane ani zmurszałe,
• na całej powierzchni musi mieć ten sam odcień,
• w przekroju poprzecznym na każde 25 mm powinno być co najmniej 8 słojów (jeśli jest ich mniej, to znaczy, że drzewo rosło zbyt szybko i nie spełnia parametrów wytrzymałościowych),
• w przekroju podłużnym wszystkie linie słojów powinny być równoległe,
• sęki, które znajdują się wewnątrz elementów drewnianych, w swoim najgrubszym miejscu nie powinny być szersze niż 40 mm,
• sęki znajdujące się na krawędziach elementów drewnianych nie powinny być większe niż 20 mm.

Drewno, które nie spełnia powyższych warunków, nie może być wykorzystywane do stabilizacji.

Podstawowe zasady bezpieczeństwa

Stabilizacja naruszonych elementów budynku za pomocą drewnianych konstrukcji podporowych jest ostatecznością. Poza tym konstrukcja taka, mimo że przenosi znaczne obciążenia i zapewnia duży poziom bezpieczeństwa, nie może być długotrwała, np. oficerowie ds. bezpieczeństwa budynków ISAR z Anglii dają gwarancję na wytrzymałość podpór jedynie na czas trwania działań poszukiwawczo-ratowniczych. Po opuszczeniu strefy działań przez grupy ratownicze budynek traktuje się jako niebezpieczny.

Wiadomo, że każda akcja jest inna, determinują ją warunki panujące w danym miejscu i danej chwili. Jednak, jeśli to tylko możliwe, należy działać według następujących kroków:

• zabezpiecz (ogrodź, oddziel, oznakuj, zakaż wstępu),
• usuń (usuń elementy niebezpieczne, zdejmij elementy luźne, w miarę możliwości zburz, przewróć to, co zagraża),
• stabilizuj (jeśli trzeba prowadzić działania w strefie niebezpiecznej i występują elementy budynku, które stanowią zagrożenie, a nie można ich usunąć).

Jeśli trzeba wykonać stabilizację, to w strefie niebezpiecznej przebywa się jak najkrócej. Należy pobrać jedynie niezbędne wymiary potrzebne do wykonania podpory. Elementy podpór docinane są już w strefie bezpiecznej. Tu też zbija się podporę w maksymalnym stopniu. Do strefy niebezpiecznej wraca się tylko po to, by dobić elementy, których nie dało się zbić w strefie bezpiecznej i usztywnić konstrukcję.

Teren działań stabilizacyjnych należy podzielić na strefy. Zwiększy to bezpieczeństwo i umożliwi zapanowanie nad chaosem. W obszarze tym powinno się znaleźć:

• stanowisko do cięcia elementów drewnianych, z takimi narzędziami, jak: piła ukośnica, stół, piły ręczne, szablaste, agregaty zasilające,
• miejsce składowania drewna do stabilizacji (posegregowany i uporządkowany zapas desek, kantówek, płyty ze sklejki, klinów),
• miejsce do składowania odpadów drewnianych,
• miejsce do nanoszenia pomiarów na elementy drewniane,
• miejsce do wstępnego zbijania podpór.

Na poziom bezpieczeństwa pozytywnie wpływa też odpowiedni podział zadań i wyodrębnienie osób funkcyjnych. Nie powinno zatem zabraknąć osoby, która:

• czuwa nad całością, odpowiada za rozpoznanie i decyduje o sposobie stabilizacji. Do niej wpływają dane (wymiary ze strefy niebezpiecznej). Przekazuje ona swój zamiar taktyczny pozostałym członkom zespołu. Dobrze, jeśli wyposażona jest w białą tablicę ścieralną, na której umieszcza schemat budowanej podpory i zaznacza na nim wymiary jej poszczególnych elementów. Kontroluje też na bieżąco proces docinania elementów drewnianych i zbijania podpory,
• obsługuje stanowisko do cięcia, jest odpowiedzialna za kontrolę naniesionych miejsc cięcia oraz prawidłowe docięcie elementów,
• zbiera wymiary w strefie niebezpiecznej i przekazuje je osobie odpowiedzialnej za całość stabilizacji (potem uzupełnia dołącza do zespołu zbijającego podporę lub nanoszącego wymiary na elementy drewniane),
• na podstawie schematu wybiera odpowiednie elementy drewniane, nanosi na nie miejsca cięcia, pomaga w docinaniu (kilka osób),
• na podstawie schematu zbija wstępnie podporę w strefie bezpiecznej, a następnie w strefie niebezpiecznej konstruuje ją ostatecznie (kilka osób).

Większą liczbę ratowników dobrze jest rozdzielić na dwie grupy, przyspiesza to pracę i pozwala wykonywać więcej niż jedną podporę w tym samym czasie.

Należy wielokrotnie sprawdzić wymiar i miejsce cięć, zanim się je wykona. Dzięki temu można uniknąć błędów i zbędnego marnowania materiału. Ważne, by sprawdzenia dokonywały wzajemnie różne osoby.

Niezbędne minimum sprzętowe, jakim musi dysponować każda osoba w zespole stabilizującym, stanowi młotek ciesielski, miara zwijana o długości nie mniejszej niż 5 m oraz kilka ołówków stolarskich.

Rys. 3. Schemat podziału terenu działań na strefy (opracowanie własne)

Współczynniki bezpieczeństwa LD

Podczas konstruowania drewnianych konstrukcji podporowych należy uważać, by nie przekraczać tzw. współczynników bezpieczeństwa LD dla danych elementów podpory. Wynoszą one odpowiednio:

• LD dla słupów = 1:25 (LD s = 1:25),
• LD dla słupów skośnych = 1:35 (LD r = 1:35),
• LD dla zastrzałów = 1:50 (LD z = 1:50).

Wysokość słupa dla kantówki o szerokości 0,1 m (10 cm) nie może zatem przekraczać 2,5 m (250 cm). Jeśli zaś przekracza, należy zastosować odpowiednie zagęszczenia i/lub zastrzały.

Wyjaśniając czysto teoretycznie, gdyby szerokość słupa wynosiła 1 metr, to mógłby być on wysoki na 25 metrów, bo tak wynika ze współczynnika LD dla słupów.

Klasy podpór

Podpory dzielą się na trzy klasy. Do klasy 1 zalicza się te, które podpierają element konstrukcyjny tylko w jednym punkcie (podpora T). Nadają się one jedynie do stabilizacji wstępnej (zabezpieczenie ratowników w czasie budowy stabilizacji właściwej).

Fot. 1. Podpory pojedyncze T (klasa 1)

W klasie 2 znajdują się podpory, które podpierają element konstrukcyjny na jakimś odcinku (podpory wertykalne i horyzontalne). Niekiedy jest to stabilizacja wystarczająca, jednak w działaniach ratowniczych trzeba dążyć do rozbudowy podpór do klasy 3. Tworzą ją podpory, które podpierają element konstrukcyjny na pewnej powierzchni (podpory filarowe, bezgwoździowe układane w stosy).

Fot. 2. Podpora okienna/drzwiowa (klasa 2)

Fot. 3. Podpora filarowa (klasa 3)

W zależności od tego, na jakim gruncie są osadzane, podpory dzielą się na dwa typy:

- typ 1 - podpory osadzane na luźnych gruntach, np. w piasku,

- typ 2 - podpory, które konstruuje się zawsze na podłożu twardym, np. na betonowym stropie.

Fot. 4. Podpora pochyła typu 2 osadzona na twardym gruncie

Fot. 5. Podpora pochyła typu 1 osadzona w piasku

Schematy konstruowania podpór

Każda podpora budowana jest na podstawie schematu i według ściśle określonych zasad. Schemat informuje ratownika o podstawowych kwestiach:

• gdzie wbijać gwoździe, w jakiej liczbie i wedle jakiego wzoru,
• w którym miejscu przybijać plakietki, zgęszczenia, zastrzały,
• jakie są dozwolone maksymalne odległości między elementami,
• jak wyliczać długość niektórych elementów,
• gdzie należy wypierać podpory klinami,
• jak rozbudowywać podporę do wyższej klasy,
• jaka jest maksymalna nośność podpory.

Rys. 4. Przykładowy schemat budowy podpory (opracowanie własne)

Rys. 5. Przykładowy schemat budowy podpory (opracowanie własne)

To tylko elementarne informacje dotyczące tworzenia stabilizacji naruszonych konstrukcji budowlanych. Umiejętność tworzenia bezpiecznych podpór powinien opanować w podstawowym stopniu każdy strażak.

Literatura

1. Z. Bednarek, A. Marciniak, Działania ratownicze podczas katastrof budowlanych, Kraków 1995.
2. Zasady organizacji działań poszukiwawczo-ratowniczych w KSRG, Warszawa 2012.
3. R. Podlasiński, Podręcznik wykonywania drewnianych konstrukcji podporowych, Warszawa 2014.

Rafał Podlasiński

fot. Włodzimierz Górzyński