O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eTunn elbou w74 cement 2006 7betonsegmentankerFendolitewapeningsnetDe brandwerende bekledingbestaat uit door CBBN Internatio-nal aangebrachte Fendolite MII,met een laagdikte die vari?ert tus-sen 35 en 50 mm en die gemid-deld 42 mm is. De bekleding isvoorzien van een wapeningsnetvan roestvast staal (AISI 316),1,5 - 50 mm, verankerd aan debetonnen tunnellining met ankersvan roestvast staal (kwaliteit A4).De ankers zijn aan het wapenings-net bevestigd met speciaal daar-voor gevormde volgplaatjes (foto 1,fig. 2).E i s e n b r a n d w e r e n d eb e k l e d i n gDe belangrijkste eisen die aan debrandwerende bekleding wordengesteld, hebben betrekking op debrandwerendheid en de veiligheidtijdens het gebruik van de tunnel.Brandwerendheid? Uitgangspunt is een brandbe-lasting gedurende 170 minutenvolgens de HSL30MW-brand-kromme (fig. 3).? De bekleding moet schadevrijblijven gedurende de eerste 30minuten van de voorgeschrevenbrandkromme.? De betonnen lining mag nietbezwijken of ernstig wordenbeschadigd gedurende de volle-dige periode van de voorge-schreven brandkromme.Gebruiksveiligheid? De bekleding mag niet signifi-cant bijdragen aan de volgens hetBouwbesluit maximaal toegesta-ne faalkans voor een constructiein veiligheidsklasse 3 met eenreferentieperiode van 100 jaar.? De bekleding moet in staat zijnde belastingen, die voortvloeienuit het gebruik als hsl-tunnelinclusief de bijbehorende klima-tologische omstandigheden, teweerstaan.? De bekleding moet onderhouds-vrij of onderhoudsarm zijn.De belastingen op de brandweren-de bekleding die het gevolg zijnvan passerende hsl-treinen, zijnals volgt gespecificeerd:? Een drukgolf bestaande uit eenmaximum drukbelasting van4 kPa, gevolgd door een zuigbe-lasting van 2 kPa ten opzichtevan de atmosferische druk.? De maatgevende drukval in depasserende drukgolf bedraagt3 kPa in 0,01 seconde.Brandwerende bekledingGroene Harttunnel*)ir. F.B.J. Gijsbers, TNO Bouw en OndergrondG.J. Klok, CBBN International (een combinatie van BAM en Vogel)Ing. F.W.J. van de Linde, Nebest AdviesgroepVoor de brandveiligheid is in de Groene Harttunnel een gespoten brandwe-rendebekledingaangebracht,vergelijkbaarmetdieindeWesterscheldetunnel.Er is echter een belangrijk verschil in belastingen op de bekleding tijdensgebruik van de tunnel. Deze zijn in de Westerscheldetunnel, veroorzaakt doorhet autoverkeer, nog betrekkelijk laag. De belastingen op de bekleding in deGroene Harttunnel worden veroorzaakt door met een snelheid van 300 km/hpasserende hsl-treinen en zijn daardoor aanzienlijk hoger, waarbij bovendiensprake is van een groot aantal belastingswisselingen in de levensduur. Dit wasvoor de Projectorganisatie HSL-Zuid aanleiding de risico's die zijn verbondenaan het eventueel naar beneden vallen van delen van de bekleding tijdenstreinpassages, nader te onderzoeken. Het onderzoek is uitgevoerd door TNOBouw en Ondergrond.In dit artikel wordt eerst informatie over de brandwerende bekleding en deuitvoering ervan gegeven. Daarna volgt een overzicht van het uitgevoerdeonderzoek en de resultaten.*) Dit artikel is een verkorte versie van `FireProtection for High Speed Line Tunnels;Risk Analysis and Exceptional RoboticApplication Results' in de proceedings vanhet ITA-AITES World Tunnel Congress,gehouden in april 2006.1 |Wapeningsnet bevestigdaan de betonnen lining2 |BevestigingsdetailO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eTunnelbou wcement 2006 7 750200400600800100012000 20 40 60 80 100 120 140 160 180tijd (min)temperatuur(?C)U i t v o e r i n g b r a n d w e r e n d eb e k l e d i n gIn totaal is in een periode van zesmaanden ruim 200 000 m2brand-werende bekleding aangebracht,inclusief de voorbereidingsfase enhet opzetten van de projectorgani-satie. Dit is een hoog tempo, inaanmerking genomen dat debeide tunnelhelften niet tegelijker-tijd, maar na elkaar moesten wor-den uitgevoerd.Het aanbrengen van de brandwe-rende bekleding bestond in hoofd-zaak uit drie activiteiten:Schoonmaken betonnen liningOm een goede aanhechting tussende Fendolite MII en de betonnenlining te verkrijgen, werd hetbetonoppervlak met stoom gerei-nigd. De temperatuur en de drukter plaatse van de nozzle bedroe-gen respectievelijk ? 70 ?C en? 180 bar. Om bij een hoog tempoeen constant resultaat met vol-doende kwaliteit te bereiken, werdhet stoomreinigen uitgevoerd metrobotinstallaties (foto 4).Aanbrengen wapeningsnetVoorafgaand aan het aanbrengenvan het wapeningsnet werden desparingen in de betonnen liningafgedekt met 8 mm dikke Proma-tect-plaatjes. Het wapeningsnet isopgebouwd uit standaardnettenvan 1,4 x 2,4 m2en is met eenminimumoverlap van 50 mm aande lining bevestigd met ankers?6 mm, geplaatst in 30 mm diepgeboorde gaatjes. Per m2werdenten minste acht ankers met eenverankeringsdiepte van 25 mmaangebracht.Spuiten Fendolite MIIDe Fendolite MII is aangebrachtmet spuitrobots (foto 5). De spuit-lans werd volledig automatischgestuurd op basis van met eenlaser verkregen informatie overhet te spuiten oppervlak. De drogemortel, bestaande uit een gemodi-ficeerd mengsel van vermiculieten cement, werd volautomatischgemengd met de vereiste hoeveel-heid water. De belangrijkste voor-delen van het robotgebruik zijn desnelheid van werken en de constan-te kwaliteit van het werk. Omdathet proces van het mengen tot enmet het spuiten volledig geautoma-tiseerd is, zijn uitvoeringsfouten zogoed als uitgesloten.O n d e r z o e k a a nb r a n d w e r e n d e b e k l e d i n gHet door TNO Bouw en Onder-grond uitgevoerde onderzoek aande brandwerende bekledingbestond uit de volgende onderde-len:3 |HSL30MW-brandkromme4 |ReinigingsrobotO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eTunn elbou w76 cement 2006 7? beproeven van brandwerendeeigenschappen;? bepalen van de materiaaleigen-schappen van Fendolite MII;? bepalen van de hechttreksterktetussen Fendolite MII en debetonnen lining;? beproeven van het back-upbevestigingssysteem bestaandeuit wapeningsnet en ankers;? risico-analyse van het totalesysteem.Brandwerende eigenschappenTwee segmenten van de beton-nen lining met 35 mm brandwe-rende bekleding, inclusief wape-ningsnet, zijn beproefd in hetlaboratorium van het Centrumvan Brandveiligheid van TNO(sinds 1 juli 2006 overgegaan inEfectis Nederland BV). De brand-proeven zijn uitgevoerd nadat debrandwerende bekleding was uit-gedroogd tot een vochtgehaltevan ongeveer 9% (m/m), hetgeenongeveer overeenkomt met hetvochtgehalte tijdens het gebruikvan de tunnel.De brandbelasting in de proevenkwam overeen met deHSL30MW-brandkromme (fig.3). Bij beide proeven werd vol-daan aan de gestelde eisen. Nade proeven was de brandwerendebekleding nog steeds goed ver-bonden met de betonnen lining.Materiaaleigenschappen van Fendo-lite MIIDe fysische en mechanische mate-riaaleigenschappen zijn bepaalddoor beproeving na vier wekenverharding. Enkele van de mecha-nische materiaaleigenschappenzijn vermeld in tabel 1.Hechttreksterkte tussen FendoliteMII en betonnen liningIn het kader van dit onderzoekzijn hechttreksterkteproeven uit-gevoerd in zowel de Groene Hart-tunnel als de Westerscheldetun-nel. De proeven zijn uitgevoerd opverschillende tijdstippen na hetaanbrengen van de bekleding.Tabel 2 bevat de resultaten.Uit de resultaten blijkt dat dehechttreksterkte toeneemt met detijd, hetgeen waarschijnlijk wordtveroorzaakt door de toename inde hydratatiegraad in de loop vande tijd. De hechttreksterkte blijktaanzienlijk hoger te zijn dan dezuigbelastingen van 2 kPa dieworden veroorzaakt door de passe-rende hsl-treinen.Back-up bevestigingssysteemAangezien het niet volledig is uit tesluiten dat er locaties zijn waar dehechting tussen de brandwerendebekleding en de betonnen liningop enig moment in de levensduurniet (meer) aanwezig is, en omdatnaar beneden vallende stukkenbekleding onaanvaardbare risico'svoor het gebruik van de tunnelkunnen opleveren, is de bekledingvoorzien van een wapeningsnet datmet ankers aan de betonnen liningis bevestigd. De bevestiging met deankers werkt als een back-upTabel 1 | Mechanische materiaaleigenschappen Fendolite MIIeigenschap aantal resultaat (MPa)proeven minimum maximum gemiddelddruksterkte 32 2,3 4,9 3,5buigtreksterkte 41 1,2 2,5 1,7elasticiteitsmodulus 9 1800 2400 1970Tabel 2 | Hechttreksterkte Fendolite MIIlocatie periode na aantal resultaat (MPa)aanbrengen proeven minimum maximum gemiddeldGroene Harttunnel 6 dagen 11 0,04 0,29 0,1915 dagen 4 0,28 0,46 0,3621 dagen 6 0,29 0,48 0,3828 dagen 12 0,20 0,50 0,39134 dagen 11 0,41 0,94 0,66Westerscheldetunnel 28 dagen*) 8 0,18 0,33 0,273 jaar 12 0,32 0,73 0,63*) eerdere proeven5 |SpuitrobotO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eTunnelbou wcement 2006 7 77bevestigingssysteem voor het gevalde hechting tussen de bekledingen de betonnen lining niet meeraanwezig is.Het back-up bevestigingssysteemis getest in de laboratoria van TNOBouw en Ondergrond. Daarbij zijnstatische proeven en vermoeiings-proeven uitgevoerd op zowel groteplaten (4 m2) met achttien ankers,als kleine platen (0,25 m2) met ??nanker. Op foto 6 is te zien hoe hetwapeningsnet bij een statischeproef uit de bekleding wordtgetrokken. Figuur 7 toont de relatietussen de ankerkracht en de ver-plaatsing van het anker ten opzich-te van de bekleding.De vermoeiingsproeven zijn uitge-voerd bij verschillende intervallenvan de belasting op het anker:200 N, 350 N en 500 N. Figuur 8toont de resultaten. Bezwijken tradin alle gevallen op door vermoei-ingsbreuk van de wapeningsdra-den rondom de ankerbevestiging.Indien de bekleding niet aan debetonnen lining is gehecht,bedraagt de gebruiksbelasting opde ankers bij treinpassages 150 ?200 N. Dit belastingsniveau leidttot vermoeiingsbreuk van dewapeningsdraden na twee miljoenof meer wisselingen.Risico-analyse van het totale systeemAls sluitstuk van het onderzoek iseen uitgebreide risico-analyse uit-gevoerd van het totale systeem,gebruikmakend van de resultatenvan de hiervoor beschreven deel-onderzoeken. De risico-analysewas gericht op het bepalen van dekans op het naar beneden vallenvan delen van de brandwerendebekleding gedurende de levens-duur van de tunnel. Deze kansmag conform de gestelde eisenniet groter zijn dan 10-4in 100 jaarlevensduur.Verschillende faalmechanismenzijn geanalyseerd en de daarbijbehorende faalkansen zijngekwantificeerd. Het maatgevendefaalmechanisme bleek vermoei-ingsbreuk van de wapeningsdra-den rondom de ankerbevestigingte zijn. Dit faalmechanisme kanin het geval van een onthechtebekleding na verloop van tijdoptreden, afhankelijk van het aan-tal treinpassages. Omdat zondermonitoring en onderhoud de faal-kans hoger kan worden dan vol-gens de eis is toegestaan, wordeneisen gesteld aan inspectie, moni-toring en onderhoud. De verwach-ting is dat de onderhoudsactivitei-ten beperkt van omvang zullenzijn en vallen binnen de definitievan onderhoudsarm. Daarmeevoldoet het bekledingssysteem aande gestelde eisen. n05001000150020002500300035000 10 20 30 40 50verplaatsing anker (mm)kracht(N)6 |Statische proef8 |Resultaten vermoeiings-proeven op ankerbevesti-ging7 |Kracht-verplaatsings-diagram01002003004005006003,00 4,00 5,00 6,00 7,0010 Log (N-falen)belastingsinterval(N)