ir.G.L.TanRijkswaterstaat, directie Sluizen en StuwenTen geleideOp 16 februari aanstaande wordt in hetgebouw van het Koninklijk Instituut vanIngenieurs in 's-Gravenhage (Prinsesse-gracht 23) een studiedag gehouden overde veiligheid van tunnels tegen brand enexplosiebelasting, georganiseerd door deSectie voor Tunneltechniek. Daarbij zalworden ingegaan op de resultaten van eenuitgebreid Nederlands-Belgischonderzoek.Volgens artikel 15A van het Wegenver-keersreglement mogen de Nederlandsetunnels niet worden gebruikt voor hetvervoer van explosiegevaarlijke stoffen. Erzijn echter nogal wat bezwaren tegenomleidingsroutes voor deze voertuigen,redenen waarom wordt nagegaan hoe hettoelatingsbeleid kan worden versoepeld.In dit kader moet het onderzoek naar degevolgen van brand en explosies wordengeplaatst. Omdat men in Belgi? metdezelfde problematiek wordt geconfron-teerd, werd besloten tot een gezamenlijkonderzoek.Met het oog op de studiedag worden indeze uitgave twee daarop betrekkinghebbende artikelen gepubliceerd, die wijook voor de lezer van Cement interessantachten. Met name het onderwerp overenergie-absorberende constructies, welketypen daarbij mogelijk zijn en hoe zekunnen worden berekend, heeft eenbredere reikwijdte dan alleen voor tunnels.Ge?nteresseerden voor een volledigeinformatie omtrent het te verwachtentoelatingsbeleid kunnen voor bijwoningvan bovengenoemde studiedag contactopnemen met de secretaris van de Sectievoor Tunneltechniek, ir.N.A.Koorn teUtrecht (tel. 030 - 35 44 18).1Temperatuurontwikkeling bij grotehoeveelheden brandgevaarlijke stoffenBrand en explosies in tunnelsDe betekenis van brand of een explosie voor bestaande tunnelsBij een brand in een tunnel, waarbij grote hoeveelheden brandgevaarlijke stoffen betrokkenzijn, zullen in korte tijd - na ca. 10 minuten, temperaturen van 1200 ?C en hoger wordenbereikt. In f ?guur 1 is aangegeven hoe de temperatuurontwikkeling in de tijd verloopt volgensde Mobil-curve en volgens metingen uit proeven bij TNO.Afhankelijk van de dwarsdoorsnede van de tunnel, de brandbare stof en de hoeveelheidervan, kan een brand ontstaan gedurende maximaal 2 uur. Bij de optredende hoge tempera-turen verliest het beton zijn sterkte en de snelle opwarming veroorzaakt afspringen van hetbeton in de tunnel, dat in het algemeen vochtig is. De temperatuur in de wapening zal doorde geringe betondekking of door het vrij aan het oppervlak liggen, na het afspringen van dedekking, snel oplopen tot de kritieke temperatuur, met als gevolg dat de constructie kanbezwijken. Bij de voor de berekening gebruikelijke belastings-(veiligheids-)factor van 1,7wordt de kritieke temperatuur bereikt indien de druk- resp. treksterkte van het beton resp.het staal terugloopt tot 59%. In figuur 2 is de invloed van temperatuur op de betondruksterkteen de staaltreksterkte weergegeven.Een explosie geeft op de tunnelconstructie hoge belastingen. Afhankelijk van de soort explo-sie of het een deflagratie of een detonatie is, varieert de belasting van 0,3 tot 2,3 MPa.Uit nader onderzoek blijkt dat een groot deel van de bestaande Nederlandse rijkstunnelseen explosiebelasting tot ca. 0,1 MPa kan weerstaan. Dit betekent dat indien een explosieontstaat als gevolg van het vervoer van grote hoeveelheden explosiegevaarlijke stoffen doorde tunnel, de constructie zal bezwijken.Maatregelen tegen brand en explosieDe maatregelen die genomen moeten worden tegen de gevolgen van brand en explosie zijnduidelijk van elkaar te onderscheiden.Tegen brand:-aanbrengen van een hittewerende isolatielaag;-aanbrengen van een goed ventilatiesysteem.Tegen explosie:-aanbrengen van een energie-absorberende constructie;-in geval van vloeistoffen, de plas-(verdampings)oppervlakte beperken tot ca. 500 m2;-verzamelen van de vloeistoffen in een explosievrije kelder.Cement XXXVI (1984) nr. 2 942Invloed van de temperatuur op debetondruksterkte en staaltreksterkte3Aanbrengen van een hlttewerendeisolatielaag4Tunneldoorsnede met hittewerende isolatie5Warmte-ontwikkeling in een betonwandvoor drie posities op verschillende afstandtot de hittewerende isolatielaagBrandHet aanbrengen van de hittewerende isolatielaag moet, vooral voor bestaande tunnels, opeen eenvoudige manier kunnen geschieden. Foto 3 laat zien hoe het materiaal door middelvan spuiten wordt aangebracht. Het materiaal moet bovendien aan de volgende eisen vol-doen:-tijdens de brand mag het materiaal niet van het beton afvallen;-het materiaal moet een zodanige isolatie geven dat na een brand van 2 uur (zie fig. 1) detemperatuur ter plaatse van de wapening niet hoger mag worden dan 250 ?C.Hiertoe zijn tot op heden vier materialen, alle op basis van vermiculiet, beproefd en goedbevonden. Om aan bovenstaande eisen te kunnen voldoen moet de dikte van de hittewerendeisolatielaag ten minste 30 mm bedragen. Het materiaal wordt, zoals in figuur 4 is aangegeven,aangebracht tegen het plafond en tegen de bovenste gedeelten van de wanden.De wanden behoeven niet over de volle hoogte te worden voorzien van de hittewerendeisolatielaag, omdat de wanden in het algemeen uitsluitend een drukfunctie hebben. Bij be-schadiging van het betonoppervlak kunnen de krachten via boogwerking nog naar de funde-ring worden afgevoerd. Het aanbrengen van de isolatie aan de bovenzijde van de wandenis uitsluitend bedoeld ter voorkoming van beschadiging van de drukzones in het dak alsgevolg van het afspatten van het beton van de wanden. Figuur 5 geeft het temperatuurverloopaan in verschillende meetpunten in het beton.Naast het beschermen van de betonconstructie bij brand tegen de temperatuurontwikkelingis het ook noodzakelijk dat de rookverspreiding wordt beperkt. Hier kunnen de in de tunnelaanwezige ventilatoren voor worden gebruikt. In het normale geval blazen deze ventilatorenverse lucht met de verkeersstroom mee. Indien dicht bij de tunnelingang brand ontstaat, ishet niet wenselijk de rook verder de tunnel in te blazen. Het is daarom noodzakelijk dat deventilatoren omkeerbaar zijn en genoeg capaciteit hebben om de brand te kunnen beheersen.ExplosieIn het voorgaande is gesteld dat de bestaande Nederlandse rijkstunnels een explosiedrukvan niet meer dan 0,1 MPa kunnen weerstaan. Als we vervoer van gevaarlijke stoffen toestaanCementXXXVI (1984) nr. 2 95waarbij een explosiebelasting van 0,5 MPa kan optreden, is voor de bescherming van detunnelconstructie een energie-absorberende constructie nodig. Blaauwendraad zet in zijnartikel uiteen hoe zo'n constructie kan worden opgebouwd en ontworpen. Om een explosie-belasting van 0,5 MPa af te dempen tot 0,1 MPa blijkt een totale dikte nodig te zijn in deorde van 1,5 m.Dit betekent dat het aanbrengen van zo'n constructie in de bestaande tunnels ten koste gaatvan het profiel van vrije ruimte, wat in de praktijk niet acceptabel is. Voor bestaande tunnelszal het transport van explosiegevaarlijke stoffen dan ook beperkt moeten worden.Voor nieuw te bouwen tunnels kan de sterkte van de eigenlijke tunnelconstructie wordenvergroot waardoor de dikte van de daarnaast nog benodigde energie-absorberende con-structie kan worden beperkt. Figuur 5 geeft een schematische weergave van een dergelijketunnel. Een tunnel die voorzien wordt van een energie-absorberende constructie is ten op-zichte van de conventionele tunnel wel erg duur. De extra kosten komen voort uit:-de kosten van de energie-absorberende constructie;-het breder en hoger worden van de tunnelconstructie;-de extra benodigde wapening als gevolg van de grotere overspanning;-de extra wapening die nodig is voor het opnemen van de inwendige explosiebelasting;-de extra benodigde hoeveelheid ballastbeton in afgezonken tunnels als gevolg van het gro-tere opdrijfvermogen;-de diepere ligging van de onderkant van de tunnel en de diepere wegligging in de tunnel alsgevolg van de grotere constructiehoogte;-de bredere en langere tunnelafritten als gevolg van de bredere en dieper liggende tunnel.6In nieuw te bouwen tunnels is het mogelijkeen energie-absorberende constructie inhet ontwerp te betrekkenHet toelaten van het vervoer van grote hoeveelheden brandgevaarlijke stoffen betekent nietalleen kans op brand, doch ook kans op explosie. Wanneer bij een ongeval een tankautobetrokken is, kan door het openscheuren van de tank de brandbare vloeistof uitstromenwaardoor piasvorming kan ontstaan. Door verdamping kunnen grote hoeveelheden explosiefgas-luchtmengsel worden gevormd, waardoor bij ontsteking hoge explosiedrukken kunnenontstaan. Het is daarom noodzakelijk te voorkomen dat een plas-(of verdampings)oppervlak-te van meer dan 500 m2kan worden gevormd. Tevens is het noodzakelijk dat de uit detankauto stromende brandbare vloeistof wordt verzameld in een explosievrije pompkelder.KostenoverwegingHet aanbrengen van voorzieningen tegen brand is, zoals eerder genoemd, eenvoudig. Dekosten voor het aanbrengen in een nieuw te bouwen tunnel worden geraamd op ca. 100per m2. Voor een 2 x 2 rijstroken brede en 500 m lange tunnel bedragen de kosten ca. 1 000 000. Ook de kosten voor het beperken van de plasoppervlakte en het explosievrijmaken van de pompkelders zijn niet hoog. De kosten voor het aanbrengen van een hittewe-rende isolatielaag in bestaande tunnels worden in verband met de te nemen extra maatrege-len zoals het afnemen en herplaatsen van de verlichtingsarmaturen, het schoonstralen vanhet beton en dergelijke, geraamd op ca. 200 per m2. Voor een zelfde tunnel als bovenbe-doeld, bedragen de kosten derhalve ca. 2 000 000.De kosten van een energie-absorberende constructie voor een 2 x 2 rijstroken tunnel wordengeschat op ca. 30 000 per m2tunnel. Voor een 500 m lange tunnel betekent dat15 000 000. Het is niet mogelijk om voor de overige kosten, als gevolg van het aanbrengenvan de energieabsorberende wanden, een bedrag te noemen. Deze kosten hangen af vanvelerlei factoren zoals de situatie, de diepteligging e.d., maar ze zullen zeker een veelvoudvan bovengenoemde kosten bedragen.Door het aanbrengen van de hittewerende isolatielaag en het nemen van de maatregelen tervoorkoming van explosie, is het reeds mogelijk om 75% van het totale Nederlandse tankver-voer door de tunnels toe te laten. De overige 25% zullen alleen door nieuw te bouwen tunnelskunnen worden toegelaten indien deze voorzien zijn van de zeer dure energie-absorberendeconstructies.Gezien het bovenstaande wordt het in Nederland voorshands niet verantwoord geacht omgrote investeringen te doen in het aanbrengen van energie-absorberende constructies. Doormiddel van een risico-analyse, met een Beslismodel, is het mogelijk een beslissing te nemenof het transport van gevaarlijke stoffen door de tunnel kan worden gevoerd of via omleidings-routes dient te geschieden.Cement XXXVI (1984) nr. 2 96