STOFFEN DOOR TUNNELS
SAMENVATTEND RAPPORT
RIJKSWATERST·AAT
DIRECTIE SLUIZEN EN STUWEN UTRECHT
SEPTEMBER 1982
~PENBARE WERKEN BRUGGENBUREAU BRUSSEL
INHOUDSOPGAVE
HOOFDSTUK I. INLEIDING EN PROBLEEMSTELLING. 1.1.
1. 2. 1. 3. 1. 4.
Algemeen.
Voorafgaand onderzoek in Nederland. Voorafgaand onderzoek in België. Samenwerking Nederland-België.
HOOFDSTUK II. HET ONDERZOEK IN DE PROEFTUNNEL TE BEVEREN.
2. 1. Algemeen.
2.2. De proeftunnel.
2 • 3 • De explosie.
2.4. De energie-absorberende konstrukties. 2. 5. Het verloop van de proeven.
2. 6. Het rekenmodel.
HOOFDSTUK III. TECHNISCHE BESCHOUWINGEN.
3. 1.
3.2. 3. 3.
3.4.
Algemeen.
Aanpassen van bestaande tunnels. Ontwerp van nieuwe tunnels.
Conclusie betreffende de technische toepas-baarheid.
HOOFDSTUK IV. ENKELE FINANCIELE ASPEKTEN.
HOOFDSTUK V. CONCLUSIES.
Bijlage I. Overzicht rapporten explosieproeven. Bijlage II. Samenstelling van de
begeleidings-commissie.
Bijlage III. Verklaring van enkele technische termen
Bladzijde 2 2 3 5 6 7 7 8 1 0 1 1 13 16 1 8 18 20 21 26 27 29 31 34
zoals deze in het rapport gebruikt zijn. 35
Samenvatting - Résumé - Summary. 36
---INLEIDING EN PROBLEEMSTELLING.
1.1. Algemeen.
Het vervoer van gevaarlijke stoffen over de weg neemt sinds de jaren zeventig in belangrijke mate toe. Van een aantal van deze stoffen is het vervoer door tunnels niet toege-staan daar bij een ongeval de mogelijke gevolgen door
brand en explosie bijzonder ernstig kunnen zijn zowel voor de gebruiker als voor de tunnelconstructie en zelfs voor de omgeving.
Omleidingsroutes hebben dikwijls het nadeel dat de reisweg verlengd wordt en dat ze lopen langs of door de bebouwde kom van dorpen of steden.
De ·vraag hoe bij bestaande tunnels en bij nieuwe tunnels het risico van brand of explosie* verminderd kan worden, wordt dan ook gesteld. In hoeverre kan het verbod van ge-vaarlijke stoffen in tunnels gereduceerd worden?
De kans op brand in een tunnel is aanzienijk groter dan de kans op een explosie. De gevolgen van brand öp de tunnel-constructie zijn in het algemeen bekend. Om een tunnel brandveilig te maken zijn beproefde en financieel haalbare middelen beschikbaar.
De gevolgen van een explosie in een tunnel zijn moeilijk te
voorspellen~ het groot aantal variabelen (soort explosief
gas, concentratie, hoeveelheid, afmeting tunnel, tunnel-constructie, enz ••• ) bemoeilijkt sterk het onderzoek.
Het doel van dit samenvattend rapport is een overzicht te geven van de huidige stand van het onderzoek betreffende explosiebescherming van tunnels en van de resultaten van de proeven gedaan in de proeftunnel te Beveren.
Met deze laatste proeven werd beoogd, enerzijds meer'infor-matie te verkrijgen over de optredende krachten, en ander-zijds te onderzoeken hoe de door de explosie ontstane
krachten kunnen worden afgedempt. Gezien het een onderzoek op een schaalmodel betrof, was er tevens behoefte aan een mathematisch model, toepasbaar op een reële constructie.
1.2. VOORAFGAAND ONDERZOEK IN NEDERLAND.
In 1974 is door Rijkswaterstaat, onder leiding van directie Sluizen en Stuwen, aan T.N.O., het Instituut voor Bouwmate-rialen en Bouwconstructies (I.B.B.C.) en het Technologisch Laboratorium (T.L.), een oriëntatieonderzoek opgedragen. Uit dit onderzoek blijkt dat onderscheid dient te worden gemaakt tussen "brand" en "explosie".
Brand.
Uit het onderzoek kunnen de volgende conclusies worden ge-trokken:
a. Door de bestaande tunnels dient het transport van
brandbare gassen en vloeistoffen en de daarmee overeen-komende stoffen tot een maximale hoeveelheid van 1000 kg te worden beperkt.
b. Schade aan de tunnelconstructie ten gevolge van brand kan worden voorkomen door het aanbrengen van een hitte-werende isolatielaag aan het plafond en de wanden van de tunnel.
Hierbij bleek het wel wenselijk om:
te voorkomen dat in de tunnel een plas-(verdam-pings-}oppervlakte groter dan ca. 500 m2 kan ont-staan en;
de vrijkomende brandbare vloeistof in een explosie-vrije kelder te verzamelen.
Explosie.
Uit onderzoek blijkt dat de bestaande tunnels niet bestand zijn tegen detonaties en tegen explosies van bepaalde hoe-veelheden brandbare gas- of damp-luchtmengsels.
In 1976 werd door Rijkswaterstaat aan T.N.O. een vervolg-onderzoek opgedragen. Het doel van dit vervolg-onderzoek was een zo goed mogelijk antwoord te krijgen op de volgende vragen:
a. Wat is de maximale hoeveelheid van een gevaarlijke stof die in de huidige tunnels kan worden toegelaten zodat bij een calamiteit alleen herstelbare schade wordt ver-oorzaakt?
worden versterkt zodat grotere hoeveelheden gevaarlijke stoffen kunnen worden toegelaten?
c. Zijn nieuwe constructiemogelijkheden mogelijk die het in de toekomst mogelijk rnaken het vervoer van gevaar-lijke stoffen ongelimiteerd toe te laten?
Bij dit vervolgonderzoek moest de nadruk vallen op de be-antwoording van vraag c.
Om een goed inzicht te krijgen in het verloop van een ex-plosie in een tunnel werd een stalen schaalmodel (1:24) van de Reinenoordtunnel gebouwd waarin explosieproeven werden uitgevoerd met drie soorten gas, te weten: methaan, propaan en waterstof.
De proeven werden uitgevoerd met een lege dan wel met een houtblokken gevulde tunnelbuis ter simulatie van een met vrachtauto's dicht bezette tunnelbuis.
Naast de explosieproeven, waarbij soms hoge explosiedrukken werden gemeten, werd tevens naar een oplossing gezocht
waarbij de hoge piekdruk van de explosie sterk kan worden gedempt alvorens de werkelijke tunnelconstructie wordt be-last. Een dergelijke constructie is een "energie-absorbe-rende constructie" welke in het algemeen bekend is als de "sandwichconstructie".
Hiervoor zijn op kleine schaal proeven uitgevoerd om een indruk te krijgen van de werking van een dergelijke con-structie.
Op de in het voorgaande gestelde vragen werden de volgende antwoorden gegeven:
ad. a : Aan de hand van dispersie-, sterktebeperkingen en de explosieproeven kunnen voor de Reinenoordtunnel de volgende maxima worden afgeleid voor gassen c.q. vloeistoffen welke inherent zijn aan: methaan max. 400 kg
propaan waterstof
max. 100 kg en max. 10 kg.
ad. b
ad. c
Het is niet mogelijk de bestaande tunnels te ver-sterken of energie-absorberende constructies aan te brengen, dit in verband met de beschikbare ruimte.
Door het toepassen van "energie-absorberende con-structies" in de nieuw te bouwen tunnels zal het mogelijk zijn om het vervoer van stoffen die met lucht een explosief damp/gas-luchtmengsel kan geven, ongelimiteerd door de tunnel toe te laten. Daar op internationaal vlak geen gegevens beschik-baar zijn is het noodzakelijk uitgebreide proeven op grote schaal uit te voeren.
1.3. VOORAFGAAND ONDERZOEK IN BELGIE.
In Belgiê heeft men de problemen van "brand" en "explosie" op pragmatische wijze aangepakt.
Het aspekt brandveiligheid was gemakkelijker te benaderen dan explosiebeveiliging.
Enerzijds werd gebruik gemaakt van de ervaringen op het ge-bied van brandveiligheid in de woningbouw terwijl ander-zijds door het uitvoeren van brandproeven verschillende hittewerende isolatie-materialen werden onderzocht op de toepasbaarheid en de mogelijkheid van het bevestigen aan de tunnel.
Op grond van de resultaten van de brandproeven werden ver-schillende tunnels van een hittwerende isolatielaag voor-zien, als eerste de tunnel te Wevelgem (1973) en de tunnel te Kalle (1974).
In de tunnel te Kalle werd cellenbeton aangebracht tegen bet plafond en de wanden waarbij een brandveiligheid van meer dan 6 uren werd verkregen.
Bij de voorstudie van de derde tunnel onder de Schelde (de Liefkenshoektunnel te Antwerpen) werd, in verband met het transport van gevaarlijke stoffen, verzocht de tunnel "brand en explosie veilig" te maken.
Daar er onvoldoende bekend was betreffende explosiebeveili-ging was het niet mogelijk het voorontwerp van de tunnel tot in details uit te werken.
In eerste instantie werd door het Bruggenbureau contact gezocht met de Koninklijke Militaire School te Brussel. Via
internationale contacten werd bekend dat in Nederland reeds een onderzoek was gestart.
1.4. SAMENWERKING NEDERLAND-BELGIE.
Nadat in België besloten was om een explosieonderzoek te doen, werden in 1977 de eerste contacten gelegd tussen het Bruggenbureau te Brussel en de directie Sluizen en Stuwen
te Utrecht.
Na overleg werd overeengekomen het reeds in Nederland ge-starte onderzoek gezamenlijk voort te zetten door het uit-voeren van proeven op grotere schaal.
Eveneens werd overeengekomen dat België de bouw van de proeftunnel voor haar rekening zou nemen en de overige onderzoekkosten samen te delen.
Tevens zouden onderzoeksinstituten van beide landen bij het onderzoek worden betrokken.
De proeftunnel diende zodanig te zijn gesitueerd dat tij-dens de proeven geen gevaar of hinder voor de omgeving kon ontstaan en liefst zo dicht mogelijk aan de Nederlandse grens, in verband met de reistijden voor de Nederlandse onderzoekers.
De keuze viel op een terrein van het Minsterie van Openbare Werken te Beveren dat in beheer is bij de Dienst
HOOFDSTUK II.
HET ONDERZOEK IN DE PROEFTUNNEL TE BEVEREN.
2.1. ALGEMEEN.
Het doel van het onderzoek in de proeftunnel te Beveren (Belgiê) was het zoeken naar "energie-absorberende con-structies" welke in de tunnel kunnen worden geplaatst en die bij een explosie de druk op de feitelijke tunnelcon-structie kunnen reduceren, zodanig dat deze niet bezwijkt en de schade binnen redelijke tijd kan worden hersteld.
Onder explosie wordt in dit kader verstaan de explosie van een brandbaar gas- of damp-lucht-mengsel en dus niet de ex-plosie van "springstoffen" en andere "ontplofbare stoffen".
Indien bij een ongeval brandbare vloeistoffen, tot vloei-stof verdichte gassen of brandbare permanente gassen vrij-komen in een tunnel, kunnen brandbare dampen of gassen na ontsteking reageren met lucht en een brand of een explosie veroorzaken.
een lucht-acetyleengas mengsel gebruikt. Binnen het schikbare budget was het onmogelijk meerdere gassen te be-proeven. Acetyleengas van ongeveer 12 vol. % in lucht werd gekozen omdat detonaties hiermede relatief eenvoudig in te leiden zijn en omdat hiermede een stabiele detonatiedruk verwacht werd.
Het onderzoek is gezamenlijk uitgevoerd door de volgende onderzoeksinstituten :
a. Koninklijke Militaire School te Brussel (K.M.S.). b. Leuven Research & Development te Leuven (L.R.D.).
c. Prins Maurits Laboratorium T.N.O. te Rijswijk (T.N.O.). d. Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het
Bouwbe-drijf te Brussel (W.T.C.B.).
De constructieve werkzaamheden ten behoeve van het onder-zoek zijn gecoördineerd door Openbare Werken, Dienst Ont-wikkeling Linker Scheldeoever te Sint-Niklaas (DOLSO).
Een begeleidingscommissie werd gevormd door medewerkers van bovengenoemde instituten en instantie en afgevaardigden van het Bruggenbureau van Openbare Werken, van Bouwresearch en van de directie Sluizen en Stuwen van Rijkswaterstaat. De samenstelling van de begeleidingscommissie is op bijlage II aangegeven.
2.2. DE PROEFTUNNEL.
Voor het onderzoek is een proeftunnel in gewapend beton ge-bouwd met een vierkante dwarsdoorsnede (binnenopening
1,8 x 1,8 m) en een lengte van 27 m (Figuur 2 en 3). De beide uiteinden van de koker zijn open.
Door de inwendige breedte en hoogte van 1,80 mis dus een schaalmodel verkregen van ongeveer 1:3 van een werkelijke tunnel. Een en ander is hiervan geschetst op de figuren 2. De tunnel bestaat uit twee secties. Aan het uiteinde van het smalle gedeelte van de tunnel werd het explosief meng-sel aangestoken, terwijl het brede gedeelte gebruikt werd voor het testen van verschillende panelen.
De tunnel is gedimensioneerd voor een inwendige statische breukbelasting van 3,0 MPa.
Door de tunnelwanden en plafond heen zijn verschillende doorvoerbuizen ingestort die gebruikt kunnen worden als vulopeningen voor het gas of om allerlei meettoestellen in te bevestigen.
Naast de proeftunnel werd een betonnen controlekamer ge-bouwd omgeven door een aarden wal. Achteraf bleek deze ruimte te klein om alle meetapparaten in op te bergen en werd er een stalen container toegevoegd als tweede con-trolekamer.
De tunnel en de controlekamers hebben de proeven doorstaan zonder vaststelbare schade.
A (2,40)! LANGSDOORSNEDE schaal: 1:125 l 1,15 L 1,80 , 1,20 ~ 1 1 1 1 r
'
II
I I I I I Ii
I L I -' I ~c-g~apend beton I I DOORSNEDE A-B 0,3 5 oo~, 1,8o 1 1 VI
V i IL:
I DOORSNEDE C-D 0,40 f·~·
1 1 '0,80 " 1 1,80 1 t0,80 ' 1 ll
~ _gewapend be ton II
l
V V ruimte voorl
I DOORSNEDE E-FFig. 2. Langsdoorsnede en dwarsdoorsnede van de proef-tunnel.
0 N_ 0 < O _ -gewapend beton voetpud
Fig. 3. Plattegrond van de proeftunnel.
2.3. DE EXPLOSIE.
Voor de explosie is acetyleengas gebruikt. Het gas werd ge-mengd met de in de tunnel aanwezige lucht met behulp van tafelventilatoren totdat een concentratie van ca. 12 volume
% is bereikt. Na analyse van de concentratie is het mengsel door middel van een slagpijpje met ca. 1 gram springstof ontstoken.
Het onderzoek omvatte drie proefperioden. Het doel van de eerste proefperiode, waarbij tien explosies waren gepland, was het ontwikkelen van een reproduceerbare explosie en enkele oriënterende metingen te doen aan de energie-absorberende constructie.
In de laatste twee proefperioden (elk één explosie bevat-tend) werden telkens metingen verricht op 16 verschillende energie-absorberende constructies.
Tijdens de proeven zijn explosiedrukken gemeten tot ca. 2,4 MPa. De explosiedruk als functie van de tijd is in figuur 4 aangegeven. 1,0 invullende druk I I I I 40 50 60 tijd ( msec)
Fig. 4.: Invallende explosiedruk en afgedernpte druk als funktie van de tijd.
2.4. DE ENERGIE-ABSORBERENDE CONSTRUCTIES.
De energie-absorberende constructies bestaan uit een spouw, al dan niet gevuld met een voegvulling, en een voorzet-paneel.
Tijdens de proeven zijn de volgende variabelen onderzocht:
stijve voorzetpanelen met ongelijkrnatig verdeelde plas-tische achtervulling~
stijve voorzetpanelen met gelijkrnatig verdeelde plas-tische achtervulling;
plastische werkende panelen met een ongelijkmatige ver-deelde starre achtervulling;
Bij de proeven waren de voorzetpanelen vervaardigd uit ge-woon gewapend beton, zwaar gewapend beton, volle staal-plaat, betonplaat versterkt met staalplaat of stalen pro-fielen onderling verbonden met staalplaat.
Voor de achtervulling en steunen werd gebruik gemaakt van hout, vermiculiet, cellenbeton, FFS (fenolformaldehyde-schuim) en kurk.
Voor de dimensienering Zl]n door de verschillende institu-ten rekenmodellen ontwikkeld welke uiteindelijk resulteer-den in een algemeen rekenmodel dat gebruikt kan worresulteer-den voor de berekening van de verschillende energie-absorberende constructies.
Tijdens de proeven werden op verschillende plaatsen ver-schillende metingen verricht zoals:
de piekoverdruk en voortplantingssnelheid van de explo-sie;
de versnelling die de panelen ondergaan;
de verplaatsingen en vervormingen van de panelen; de spanningen in het wapeningsstaal van zowel de pa-nelen als die van het constructiebeton;
de oplegreacties bij verschillende ondersteuningscon-structies en;
de afgedempte druk op de tunnelwanden.
Na interpretatie van de meetresultaten blijken de resulta-ten van de experimenresulta-ten goed overeen te komen met wat op basis van het ontwikkelde rekenmodel mag worden verwacht.
De bereikte afgedempte drukken op de tunnelwanden achter de verschillende constructies varieerden van 0,20 tot 1,15 MPa.
2.5. HET VERLOOP VAN DE PROEVEN.
Voor de eerste proevenreeks waren de betonnen voorzetpane-len ondersteund door houten balken. Bij de eerste explosie echter werden de panelen in de tunnel geworpen en zwaar be-schadigd.
Ook de houten ondersteuning was op verschillende plaatsen losgekomen en verbrijzeld. De oorzaak hieran werd gezocht in het terugbotsen van de panelen op de elastische houten steunen. Ook werd het mogelijk geacht dat het gas vanwege de explosiedruk door de voegen tussen de panelen geperst werd.
Hierdoor zou, met vertraging een overdruk achter de panelen opgebouwd worden, met als gevolg het naar voren werpen der panelen.
Fig. 5. Zwaar beschadigde panelen.
Ook bij de volgende proeven kon niet verhinderd worden dat de panelen in de tunnel geworpen werden. Wel werd er voor gezorgd dat de panelen opgevangen werden door kabels.
Na de eerste explosieproef werden inderhaast de brokstukken verwijderd en werden de reservepanelen op hun plaats ge-bracht.
Omdat de houten ondersteuningen onbruikbaar geworden waren, werden ze verwijderd en werd dadelijk overgegaan tot een proef met dempende achtervulling. Hiervoor werd vermiculiet gebruikt.
Het los gestorte vermiculiet bleek evenwel te samendrukbaar en leverde niet het verwachte resultaat op. Ook na deze proef waren de panelen gebroken en onbruikbaar voor volgen-de proeven.
Door het onverwachte verloop van deze eerste twee explosie-proeven moest het aantal explosies noodgedwongen beperkt blijven.
Het doel van deze voorbereidende proeven was evenwel be-reikt: het scheen mogelijk met de aangewende middelen een stabiele en reproduceerbare detonatie te ontwikkelen en de meetapparaten konden uitgetest worden.
Na deze eerste proevenreeks werden door de begeleidingscom-missie de resultaten besproken en werd het verder verloop van de proeven bijgestuurd. Met de enkele resultaten van de voorbereidende proeven was het vooralsnog onmogelijk één definitieve richting te kiezen voor het verder verloop van de twee nog resterende proeven. Bij iedere proef was het wel mogelijk verschillende varianten uit te testen gezien er ruimte aanwezig is in de tunnel en telkens 16 verschil-lende panelen te plaatsen.
Voor de voorzetpanelen werden verschillende materialen ge-bruikt om enerzijds een verschillende sterkte te kunnen geven aan de panelen doch ook om de massa te laten varië-ren. Bij een schokbelasting of in het algemeen een dyna-mische belasting is de massa van het element mede bepalend voor het gedrag ervan. Zo werden naast de klassiek gewapen-de betonplaten (met verschillengewapen-de wapeningspercentages) ook voorzetpanelen gebruikt in zwaar beton (hematietaggregaat), volwandige staalplaten en betonplaten versterkt met staal-plaat.
De panelen werden ondersteund door opleggingen of door dem-pingsmateriaal of door beide samen. Als opleggingen werd hout, kurk of cellenbeton aangewend. De panelen werden hierbij tweezijdig of vierzijdig ondersteund. Als dempings-materiaal werd fenolformaldehydeschuim gebruikt met drie verschillende dichtheden.
De derde explosieproef verliep naar wens. Met de uitgebrei-de meetresultaten konuitgebrei-den uitgebrei-de rekenmouitgebrei-dellen, ontwikkeld door de verschillende onderzoekscentra, getest worden hetgeen uiteindelijk er toe leidde om één algemeen rekenmodel te ontwikkelen.
Bij de vierde explosieproef werden de panelen vooraf gedi-mensioneerd met behulp van het voordien opgestelde rekenmo-del.
Ook bij deze proef werden verschillende materialen voor de voorzetpanelen gebruikt zoals gewoon beton, zwaar beton, volle staalplaat, gewoon en zwaar beton met staalplaat en stalen profielen verbonden door staalplaat en verzwaard met beton.
Als opleggingen werd hier cellenbeton, gewoon beton, hout en kurk gebruikt. Voor de spouwvulling werd gekozen voor fenolformaldehydeschuim in twee dichtheden.
Ook deze laatste proef verliep zonder bijzondere problemen. De vooraf berekende verplaatsingen en versnellingen van de panelen en de druk uitgeoefend door de energie-absorberende constructie op de tunnelwand werden grotendeels bevestigd door de proef.
Bij al deze proeven werden een grote hoeveelheid meetresul-taten verzameld.
Doordat de te meten fenomenen zich afspelen binnen zeer korte tijd (enkel milliseconden) moesten hiertoe geëigende meettechnieken gebruikt worden. Ook werden nieuwe
meettoe-stellen speciaal voor deze proeven door de onderzoekscentra ontworpen, uitgetest en toegepast.
Gedurende de proeven werden strikte veiligheidsmaatregelen getroffen. Vanaf het moment dat gestart werd met het vullen van de tunnel met gas werden alle personen die niet nodig waren voor de bediening van de apparaten op veilige afstand gebracht en werden alle toegangswegen bewaakt. De proeven zijn in dit opzicht zonder problemen verlopen.
2.6. HET REKENMODEL.
Bij het rekenmodel, zoals uiteindelijk ontwikkeld moeten de volgende veranderlijken gegeven worden :
explosieoverdruk - tijdsverloopkurve;
de samenstelling van de energie-absorberende construc-tie;
de materiaaleigenschappen onder dynamische belasting. De berekende grootheden zijn
de maximale verplaatsing van het voorzetpaneel; de nodige dikte van de constructies;
de drukken die op de tunnelwand worden overgebracht in de vorm van gelijkmatig verdeelde of lijnvormig gecon-centreerde belastingen.
De basis van het rekenmodel wordt geleverd door de algemene bewegingsvergelijking te schrijven voor het voorzetpaneel :
..
x=
met 1 m1..
x m1 Poversnelling van het paneel
massa per m2 betrokken bij de beweging.
piekoverdruk vanwege de explosie bij aankomst van de schokgolf.
~1 (t): tijdsfunktie van het drukverloop.
fa remkracht per m2 of dynamische sterkte van de ab-sorberende vulstof. In het algemeen is deze
waarde niet constant, maar wel afhankelijk van de belastingssnelheid en/of de vervorming. Daarom wordt op fa een functie ~2 toegepast.
1Ji2(E (t) • •.) functie ter beschrijving van het dyna-misch diagram van de absorberende vul-stof.
remkracht per cm2 voorkomend uit de luchtcompressie achter het voorzetpa-neel.
Door integratie verkrijgt men de versnelling en de ver-plaatsing van het paneel als funktie van de tijd. Daarbij kan, mits het spannings-vervormingsdiagram van de absorbe-rende vulstof bekend is, de kracht overgedragen op de tunnelwand, bepaald worden.
De algemene formule, zoals hierboven geschreven, is recht-streeks toepasbaar voor een stijf voorzetpaneel gesteund door een plastische achtervulling. Deze formule moet even-wel aangepast en aangevuld worden voor andere types van pa-nelen en ondersteuningen.
Een moeilijk probleem bij het toepassen van deze formule is de goede materiaaleigenschappen te vinden die moeten inge-voerd worden als parameters.
Bij dit onderzoek werden door middel van valproeven, waar-bij een blok op het dempingsmateriaal botst, de dynamische karakteristieken bepaald van het dempingsmateriaal bij snelheden die in de nabijheid liggen van de maximale snel-heid van de voorzetpanelen.
Uit de resultaten van de explosieproeven was het tevens mo-gelijk door terugrekenen, de materiaalkonstanten te bepa-len.
De waarden die in het laboratorium betaald zijn, komen goed overeen met de bij de tunnelproeven bepaalde waarden.
HOOFDSTUK III.
TECHNISCHE BESCHOUWINGEN.
3.1. ALGEMEEN.
In de hierna volgende paragrafen wordt een samenvatting ge-geven van berekende voorbeelden voor het geval van aan te passen bestaande tunnels en voor het geval van nieuw te ontwerpen tunnels. Hierbij mag evenwel niet vergeten worden dat deze voorbeelden uitgewerkt zijn met waarden voor het druktijdsverloop van de explosie die gebaseerd zijn op ge-meten waarden in de proeftunnel of op waarden die het meest waarschijnlijk geacht worden doch die niet geverifieerd zijn door experimenten.
Het is duideljk dat heel wat faktoren een invloed kunnen hebben op het druk-tijdsverloop van een explosie. Het onderzoek tot heden verricht in verband met explosiebevei-liging in tunnels kan hierop nog geen duidelijk antwoord geven.
Bij een ongeval in een verkeerstunnel bepaalt een groot aantal factoren het verloop van de daaropvolgende gebeurte-nissen die uiteindelijk leiden tot een explosie.
Bij het uitgevoerde onderzoek is er van uitgegaan dat een explosie zal optreden.
De benodigde gebeurtenissen Zl]n
ongeval - lek - uitstroming in voldoende mate - verdam-ping (voor vloeistoffen) - dispersie - vertraagde ont-steking.
Ook de eigenschappen van de vloeistoffen zijn medebepalend voor de te verwachten effecten.
Indien een ongeval uiteindelijk resulteert in een explosie dan kan deze explosie een gasdeflagratie (lagere piekdruk en in de regel een grote positieve faseduur) of een detona-tie (hoge piekdruk en in de regel een korte posidetona-tieve fase-duur) zijn.
Een gasdeflagratie ontstaat wanneer een daarvoor gunstig mengsel wordt ontstoken met een niet krachtig ontstekings-middel, bijvoorbeeld een vlam.
Een detonatie ontstaat bij ontsteking met een krachtig ont-stekingsmiddel, bijvoorbeeld springstof, of indirect door-dat een gasdeflagratie zich versnelt en vervolgens overgaat
in een detonatie.
Uit de tot nu toe uitgevoerde onderzoeken kan de te ver-wachten piekdruk van een explosie na een ongeval in een
tunnel redelijk worden geschat. Moeilijker is het schatten van de positieve fasedruk daar deze groter wordt bij toene-mende tunnellengte en de lengte van het deel van de tunnel dat is gevuld met explosiefmengsel. De proeven werden
steeds in een korte tunnel gehouden.
Het ontsteken van een mengsel door middel van springstof is voor de praktijk niet representatief. Bij de proeven is voor deze wijze van ontsteken gekozen om in een relatief korte tunnel (27m) een goed reproduceerbare explosie te verkrijgen met een hoge piekdruk en om ongeveer dezelfde belasting op alle in de tunnel geplaatste panelen te garan-deren. In hoeverre de hoge piekdruk van ca. 2,4 MPa met een positieve faseduur van ca. 50 ms representatief is voor de praktijk, is, zoals eerder is gesteld, niet bekend.
Het algemeen rekenmodel dat eerst opgesteld is om de gevon-den resultaten van de proeven te verklaren geeft ook de mo-gelijkheid om het gedrag van panelen onder andere belastin-gen en met andere afmeting te voorspellen. Het boven ver-melde rekenmodel werd dan ook gebruikt om de hierna volgen-de voorbeelvolgen-den te berekenen.
3.2. AANPASSEN VAN BESTAANDE TUNNELS.
Bij verschillende bestaande tunnels vormt de middenwand het zwakke element tegen explosies. Daarom werd een voorbeeld uitgewerkt om te zien in hoeverre deze tunnels, door het aanbrengen van een energie-absorberende constructie tegen de middenwand, kunnen worden aangepast zodat ze een hogere graad van explosieveiligheid krijgen. In het onderstaande voorbeeld is dus alleen deze middenwand behandeld.
Hierbij wordt uitgegaan van een toelaatbare druk op de scheidingswand van 0,2 MPa en een toelaatbare dwarskracht van 1250 kN/m.
Door de lage toelaatbare druk op de scheidingswand is in ieder geval een oplossing voor een detonatie redelijkerwijs uitgesloten. Aangenomen wordt dat de deflagratie met een piekdruk gelijk aan 0,35 MPa moet opgenomen worden. De
po-sitieve faseduur wordt gelijk genomen met 150 ms en met 450 ms.
De fig. 6 geeft een schematische sektie in een dergelijke tunnel.
DWARSPROFIEL AUTOSNELWEGEN ( 2 RUSTROKEN.) Fig. 6.
In de berekeningen wordt verder aangenomen dat het voorzet-paneel vervaardigd is uit gewoon gewapend beton en dat de achtervulling bestaat uit FFS (fenolformaldehydeschuim) met een dynamische verbrijzelingsweerstand gelijk aan 0,1
N/mm2. Er wordt namelijk 0,1 N/mm2 reserve op de toelaatba-re druk aangenomen om de eventuele luchtcomptoelaatba-ressie te
kunnen opnemen. Tegen de vloer en het plafond aan, wordt het voorzetpaneel gesteund door FFS met grotere dichtheid en met dynamische verbrijzelingsweerstand gelijk aan 0,74 N/mm2.
oe
resultaten van de berekeningen zijn weergegeven in tabel 1.
r-oikte paneel
-Positieve faseduur Positieve faseduur t+
=
150 ms t+=
450 msvoorzet- Totale pakket- Totale pakket (m) dikte (m) dikte (m) 0,150 1 , 2 2 9,8 0,200 0,71 4,8 0,250 0,52 2,7 0,300 0,42 1 , 36 0,350 0,39 0,70 Tabel 1.
Totale dikte van energie-absorberende constructie als func-tie van de dikte van het voorzetpaneel en de posifunc-tieve faseduur bij een deflagratie (0,35 MPa).
Uit deze resultaten valt dadelijk af te leiden dat moet worden overgegaan naar een stijf voorzetpaneel om het
tota-le pakket van energie-absorberende constructie een minimatota-le dikte te geven.
3.3. ONTWERP VAN NIEUWE TUNNELS.
In het geval dat een nieuwe tunnel moet worden ontworpen, die weerstand kan bieden aan explosies, dan heeft men
uiteraard meer vrijheid dan in het geval van het aanpassen van een bestaande tunnel.
Het explosieveilig maken van een verkeerstunnel met twee of meerdere rijstroken per koker vergt een erg dikke energie absorberende constructie. Dit brengt zeer hoge kosten met zich mee.
In het berekende voorbeeld is daarom uitgegaan van een ex-tra koker voor het vervoer van gevaarlijke stoffen zoals afgebeeld op fig. 7.
1.00 3.50 1.00
Fig. 7. 5.50
Twee voorbeelden werden berekend waarvan de gegevens zijn samengevat in tabel 2.
Voorbeeld 1 Voorbeeld 2
wanddikte (m) 1 1 , 5
toelaatbare dwarskracht (KN/m) 2.500 3.750 toelaatbare gelijkmatig
ver-deelde druk (MPa) 0,5 1
Met deze gegevens is het mogelijk een detonatie op te vangen.
Daarom wordt in dit geval uitgegaan van een detonatie met als piekdruk 2,3 MPa. De positieve faseduur wordt gelijk genomen aan 50 ms en 150 ms.
Ook in dit geval wordt de energie-absorberende constructie samengesteld uit een voorzetpaneel in gewoon gewapend beton met als achtervulling FFS met een verbrijzelingsweerstand
gelijk aan respectievelijk 0,4 MPa en 0,9 MPa in het voor-beeld 1 en 2.
De resultaten van de berekeningen ZlJn weergegeen in de ta-bellen 3 t/m 6. Tata-bellen 3 en 4 geven de totale pakketdikte als funktie van de dikte van het voorzetpaneel in het geval van een gelijkmatige achtervulling terwijl tabellen 5 en 6 de resultaten geven in het geval van een ongelijkmatig ver-deelde achtervulling.
voo "JiiiöCbeeld .1 Positieve faseduur Positieve faseduur t+
=
50 ms t+=
150 msDik 11:::.e voorzet- Totale pakket- Totale pakket dikte (m) dikte ( m) pane::::=el ( m) 0,20 1 , 8 0 meer dan 0,30 1 , 36 10 m
.
0,40 1 , 20 niet meer 0,50 1 , 1 4 toepasbaar 0,60 1 , 1 3 tabel 3Totale dikte van de energie-absorberende constructie in het geval van gelijkmatig verdeelde achtervulling voor voor-beeld 1.
voorbeeld 2 Positieve faseduur Positieve faseduur
t+
=
50 rns t+=
150 rns-
pikte voorzet- Totale pakket- Totale pakketpaneel ( rn) dikte ( rn) dikte ( rn)
- r--0,20 0,52 3, 11 0,30 0,51 2,24 0,40 0,56 1 , 8 6 0,50 0,63 1 , 66 0,60 0,71 1 , 5 7 tabel 4.Totale dikte van de energie-absorberende constructie in het geval van gelijkrnatig verdeelde achtervulling voor voor-beeld 2.
In het geval van een ongelijkmatige achtervulling, waarbij dus bijkomende plastische ondersteuningen in de nabijheid van het plafond en de vloer van de tunnel geplaatst worden, kan de beschikbare dwarskracht in de tunnelwanden beter be-nut worden terwijl tevens energie opgenomen wordt door het plastisch vervormen van het voorzetpaneel.
voorbeeld 1 Positieve faseduur Positieve faseduur
-
Diktepaneel
-t+
=
50 rns t+=
150 rnsvoorzet- Totale pakket- Totale pakket
( rn) dikte ( rn) dikte (rn) 0,25 1 , 24 9, 19 0,30 1 , 0 5 7,05 0,35 0,89 5,24 0,40 0,81 4,05 0,45 0,78 3,42 0,50 0,74 2,6 6 tabel 5
Totale dikte van de energie-absorberende constructie in het geval van ongelijkrnatig verdeelde achtervulling voor voor-beeld 1.
voorbeeld 2 Positieve faseduur Positieve faseduur
pikte paneel
-t+
=
50 ms t+=
150 ms voorzet- Totale pakket- Totale pakket(m) dikte (m) dikte (m) 0,25 0,47 2,20 0,30 0,46 1 , 76 0,35 0,47 1 , 4 5 0,40 0,49 1 , 2 3 0,45 0,52 1 , 0 5 0,50 0,55 0,95 tabel 6.
Totale dikte van de energie-absorberende constructie in het geval van ongelijkmatig verdeelde achtervulling voor voor-beeld 2.
Bij de voorbeelden 1 en 2 waarvan hierboven de resultaten zijn weergegeven werd verondersteld dat de voorzetpanelen van de wanden en de vloer of plafond van de tunnel onafhan-kelijk van elkaar werken en vervormen.
Het zou evenwel mogelijk zijn deze panelen met elkaar te verbinden zodat een tunnel in een tunnel verkregen wordt
(zie fig. 8).
Mogelijk kan hierdoor de dikte van de energie-absorberende constructie gereduceerd worden •
.
.
..
Fig. 8. Schematische dwarsdoorsnede van een "tunnel in een tunnel".
Ook werd de mogelijkheid onderzocht de betonnen voorzetpa-nelen te vervangen door een systeem met I-profielen, langs beide zijden verbonden met een plaat, waarbij de aldus ge-vormde kokers opgevuld worden met beton.
3.4. CONCLUSIES BETREFFENDE DE TECHNISCHE TOEPASBAARHEID.
Het rekenmodel waarvan de inhoud in het kort geschetst is in paragraaf 2.6, laat ons toe de nodige afmetingen te be-palen van een energie-absorberende constructie ter beveili-ging van een tunnel tegen explosie. In de vorige paragrafen
zijn de resultaten van enkele berekeningsvoorbeelden samen-gevat. Uit deze resultaten kan de conclusie getrokken
worden dat het systeem van energie-absorberende constructie zijn grenzen heeft wat betreft practische toepasbaarheid. Het beschermen van de tussenwanden van bestaande tunnels is slechts mogelijk voor deflagraties. Daarenboven moet de ruimte nodig voor de beschermingsconstructie, kunnen worden ontnomen aan de rijweg of het voetpad.
Indien een nieuwe nog te ontwerpen tunnel moet worden be-schermd tegen explosies is dit technisch alleen te reali-seren voor een koker met één rijstrook indien de positieve faseduur van de explosie niet te groot is en indien de wanddikte van de tunnel zelf niet te sterk wordt beperkt omwille van andere eisen. In dit geval zal het nodig zijn een verdere studie te doen aangaande de positieve faseduur gezien nog onvoldoende kennis hierover beschikbaar is.
HOOFDSTUK IV.
ENKELE FINANCIELE ASPEKTEN.
De konstruktie van een explosiebestendige tunnel wordt niet alleen beperkt door het technisch kunnen; een tunnel beveiligen tegen explosies zal steeds zware investeringen vragen. Ook de onàerhouds- en exploitatiekosten van een dergelijke tunnel moeten beschouwd worden.
Een kosten-batenanalyse, waarbij verschillende mogelijke oplos-singen vergeleken worden, kan onbevooroordeeld de uiteindelijke beslissing mee bepalen. Vooralsnog is een dergelijke analyse niet uitgevoerd. Binnen het bestek van dit rapport kunnen slechts en-]<ele elementen hiervan opgesomd worden.
~an de batenzijde van deze analyse komt voornamelijk het vermin-derd risico over de levensduur van de konstruktie.
13ij een ongeval in een verkeerstunnel bepaalt een groot aantal factoren of het uiteindelijk tot een explosie komt, waartoe een e>peenvolging van gebeurtenissen vereist is.
Ieder van deze gebeurtenissen heeft zijn eigen kans van optre-den. De kans op een explosie wordt dan bepaald door de kans op een ongeval en door de kans dat de daarna nodige gebeurtenissen zich voordoen.
aet risiko dat verbonden is aan een explosie houdt rekening met twee elementen nl.: de waarschijnlijkheid van de explosie en de omvang van de gevolgen ervan.
~an de kostenzijde moeten zowel de kosten berekend worden van de Konstruktie zelf als die van onderhoud en exploitatie ervàn. In het geval van een nieuwe tunnel zijn er de meerkosten van het aanbrengen van een extra koker. A priori kan echter niet gesteld worden dat dit zuivere meerkosten zijn, omdat het mogelijk is dat de kokers voor gewoon verkeer, één rijstrook minder kunnen bevat-ten, indien het gevaarlijk (plus eventueel het zwaar of traag) transport door de extra koker wordt geleid.
oe
tunnelconstructie van de koker waardoor gevaarlijke stoffen worden getransporteerd, zal extra ruim moeten zijn en extra worden gewapend om de afgedempte explosiedrukken te kunnen weer-s t aan.Met de gegevens van de dimensienering van de energie-absorberende constructie, zoals samengevat in vorig hoofdstuk, is het wel mo-ge lijk een raming te maken voor kosten van aankoop en plaatsing van de voorzetpanelen en de spouwvulling.
Afhankelijk van de graad van beveiliging die men wenst te ver-krijgen en ook afhankelijk van de lengte van de koker (bepalend voor de positieve faseduur) worden de kosten voor de energie-ab-sorberende constructie ruwweg geraamd tussen B.Fr. 270.000,-/Fl. 15.000,- en B.Fr. 540.000,-/Fl. 30.000,- (prijspeil september 1982) per m1 tunnel. Ten gevolge van het aanbrengen van een dik pakket energie-absorberend materiaal zal de tunnel in zijn geheel breder worden en dieper komen te liggen. Hierdoor wordt de totale lengte van de tunnel, inclusief de afritten, groter.
om
deze invloed voor het algemene geval in kosten te vertalen is vrijwel onmogelijk maar deze zullen per m1 een veelvoud van bo-vengenoemde kosten bedragen.In het geval van het verstevigen van een bestaande koker, door het aanbrengen van een energie-absorberende constructie tegen een tussenwand, moeten niet alleen de kosten voor het aanbrengen van de energie-absorberende constructie beschouwd worden. Het verlies aan beschikbare ruimte binnen in ~e koker moet tevens in rekening gebracht worden. Hierbij mag niet vergeten worden dat alleen be-schutting kan worden gegeven tegen deflagaraties hetgeen wil
zeggen dat slechts een beperkte risicoreductie voor de tunnel kan worden verkregen in geval van een explosie.
HOOFDSTUK V.
CONCLUSIES.
De beveiliging van tunnels tegen brand en explosies is een zeer complex probleem. Veel facetten van dit probleem werden reeds be-studeerd. Voor de brandbeveiliging van tunnels zijn voldoende technische oplossingen voorhanden doch voor de
explosiebeveili-~ing rest nog veel werk te verrichten.
~eest recent werden in verband met explosiebeveiliging
energie-absorberende constructies bestudeerd. Door het onderzoek gedaan 3ffiet de proeftunnel te Beveren bleek het mogelijk te zijn een
ma-thematisch model op te stellen om dergelijke constructies te ]berekenen. Uit de verschillende voorbeelden van berekeningen kan
~e conclusie getrokken worden dat dergelijke constructies, gezien
~un grote volume, beperkt blijven in toepasbaarheid.
~e financieële aspekten van deze oplossing zijn nog niet grondig 2oestudeerd. Een eerste raming van de kosten voor een beveiliging
~et energie-absorberende constructies toont aan dat de bouwkosten
~rij hoog liggen. Dergelijke investeringen zijn slechts
gerecht-~aardigd indien het nut of de baten hiervan aangetoond worden.
~iet alle aspekten van de explosiebeveiliging zijn bestudeerd.
~p het technische vlak bleek uit dit onderzoek dat de positieve
~aseduur van doorslaggevend belang zal zijn. Slechts weinig is
~iervan bekend. Vast staat dat het druk-tijdsverloop afhankelijk
3Ls van o.a. de gassoort, de wijze van vrijkomen van het gas, de
~ispersie in de tunnel, plaats en type van ontsteking,
tunnelaf-~etingen en de aanwezigheid van obstakels. Ook over de
eigen-e;chappen van verschillende materialen onder sterk dynamische be-J_asting is nog onvoldoende bekend.
~etreffende de financiële kant van het probleem zou eerst een
~rondig onderzoek nodig zijn naar de kans van optreden van een
c-ngeval en de daarbij nodige omstandigheden om te komen tot een
~xplosie. In een specifiek geval, om een kostenbaten analyse te
K=unnen uitvoeren, ontbreken verder nog gegevens over de kansver-d eling van de omvang van mogelijke schade, zowel in een tunnel
werd gezamenlijk gefinancierd door Rijkswaterstaat van :ederland en het Ministerie van Openbare Werken van België.
Hierdoor was het mogeijk, voor elk der partijen, de last van dit onderzoek te halveren. De samenwerking, zowel tussen de opdracht-gevers, nl. de Direktie van Sluizen en Stuwen (Nederland) en het Bruggenbureau (België), als met de verschillende onderzoekscentra uit beide landen heeft zeer stimulerend gewerkt bij dit onder-zoek. Kortom : een initiatief dat navolging verdient.
13 IJLAGE I. volgnummer. 1. 2 • 3. 4. 5. 6. 7. 8.
OVERZICHT RAPPORTEN EXPLOSIEPROEVEN
Titel
Het transport van gevaarlijke stoffen door de Heinenoordtunnel.
BV-75-42, dd 17 juni 1975.
Effecten van gasexplosies. G 6147-II, dd. 14 april 1978.
Dispersie van gevaarlijke stoffen in verkeerstunnels.
Rapporten 1978-16, dd. maart 1978.
Bescherming van de tunnelconstructie tegen explosies.
G 6147-IV, dd. 7 januari 1978
Vervoer van gevaarlijke stoffen door tunnels.
Samenvattend rapport.
G 6147-I, dd. 14 april 1978.
Explosietunnel te Beveren.
Deelverslag, dd. 30 april 1980.
Bescherming van tunnels tegen gasexplosies.
Verslag van de voorbereidende proevenperioden, november 1979.
Rapport 340.124/01.
Explosieproeven in tunnels (Resul-taten van de eerste proevenserie 19/11/79 ~ 29/11/79). Instituut T.N.O. T.N.O. T.N.O. T.N.O. T.N.O. K.M.S. T.N.O. W.T.C.B.
Volgnummer. 9. 1 0 • 11. 1 2. 13. 1 4. 1 5. 16. 1 7 • Titel Rapport 340.124/02.
Opvatting van sandwichconstructies ter bescherming van tunnels tegen gasexplosies.
Rapport 340.124/03.
Theoretische analyse van de beweging in de sandwichconstructie.
Ontploffingsproeven. dd. 11-12-1979.
Explosietunnel te Beveren.
Deelverslag II, dd 7 september 1980.
Rapport 340.124/04.
Gasexplosies in tunnels (Resultaten van de eerste proef op sandwichpane-len 22.5.1980).
Schaderapport gewapend betonpanelen uit 2de proevenserie te Beveren
(België) op 22 mei 1980.
Rapport 340.124/05.
Beveiliging van tunnels tegen gas-explosies, evaluatie van ontwerpme-thodieken.
Bescherming van tunnels tegen gas-explosies.
Verslag van de proef op 22 mei 1980.
Ontploffingsproeven 2de proevenserie. dd. 02-10-1981 Instituut W.T.C.B. W.T.C.B. L.R.D. K.M.S. W.T.C.B. T.N.O. w.c.T.B. T.N.O. L.R.D.
..-;;J' o 1 g n urnrne r •
-1 8. 1 9. 20. 21. 22. Titel Rapport 340.124/06. Gasexplosie in tunnels. Instituut(Analyse van de proef van 26-03-1981). W.T.C.B.
Ontploffingsproeven Kalle.
3de proevenserie 29-09-1981. L.R.D.
Explosietunnel te Beveren.
Deelverslag III, dd. 19 november 1981. K.M.S.
Bescherming van tunnels tegen gas-explosies.
Verslag van proef op 26 rnaart 1981.
Onderzoek naar energie-absorberende constructies in tunnels.
T.N.O.
gemeenschap-pelijk
E5 I J LAGE 2.
-SAMENSTELLING VAN DE BEGELEIDINGSCOMMISSIE.
3 elgië
-r::
r .r
r ..r
r . J. de Buck R. Charlier H. Thomasprof· Kol. ir. E. Wulms prof· ir. R.Bourgois prof. ir. R. Meijsmans
I r . J. Venstermans
J. Dubois
Ir.
L. van BiervlietNederland. I r . H. J.C. Oud I r . G. L. Tan prof.Dr.ir.J.Blaauwendraad-r prof.Dr.ir.J.Blaauwendraad-r . J .P. Zeeuwen I09• Th.M. Groothuizen rr. R.W. Trense rr. J. Schippers (tOt 1-9-1980) rr. A. Harmanny (vanaf 1-9-1980)
Openbare Werken, Bruggenbureau, Brussel
11 11 11 11 Bruggenbureau, Brussel Dienst Ontwikkeling Linker Scheldeoever, St. Niklaas. Koninklijke Militaire School, Brussel
11 11
"
11"
"
11 11Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Brussel
Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf, Brussel
Leuven Research & Development, Leuven
Rijkswaterstaat, directie Sluizen en Stuwen, Utrecht
Rijkswaterstaat, directie Sluizen en Stuwen, Utrecht
Rijkswaterstaat, Bouwresearch, Utrecht Prins Maurits Laboratorium TNO, Rijswijk
11 11 11
"
"
11 11 11 11"
11"
"
11"
11 11"
11"
-:J13
!JLAGE 3.~ERKLARING VAN ENKELE TECHNISCHE TERMEN ZOALS DEZE IN HET RAPPORT
~EBRUIKT ZIJN explosie
-Qeflagratie --vetonatie --positieve-
:easeduur -~ fgedempte druk -Dispersie ---energie---
a psorberende ~ constructieAlhoewel explosie een verzamelnaam is voor alle typen van explosies die kunnen optreden, wordt bij explosies van gas- en damp-lucht-mengsels altijd de deflagratie bedoeld.
Een deflagratie is een explosie met lagere piekdruk en in de regel een grote positieve faseduur.
Een detonatie is een explosie met hoge piek-druk en in de regel een korte positieve fase-duur.
De tijd waarin de druk boven de atmosferische druk uitkomt.
Maximum druk op de tunnelwand achter de ener-gie-absorberende constructie (niet onder op-legging).
Het verspreiden van gassen.
Constructie opgebouwd uit een aantal lagen materialen met verschillende fysische en me-chanische eigenschappen; hierdoor kan een aan de voorzijde invallende schokgolfvormige druk afgedempt worden.
Fenolformaldehydeschuim. Bij het onderzoek gebruikt in verschillende dichtheden als spouwvulling.
SAMENVATTING
Het vervoer van gevaarlijke stoffen door autotunnels wordt steeds strenger gelimiteerd gezien het niet denkbeeldige risico van een ern-stig ongeval.
-verschillende landen zijn met deze problemen geconfronteerd.
In Nederland werd onder leiding van de Direktie Sluizen en Stuwen reeds heel wat onderzoek verricht op dit gebied. Ook in België werd
~et Bruggenbureau geconfronteerd met dezelfde problemen. Door beiden
~erd besloten om gezamenlijk een onderzoek te doen op een
proef-tunnel.
10eze proeftunnel, gebouwd te Beveren, is 27 m lang en heeft een vier-]kante inwendige dwarsdoorsnede van 1,80 x 1,80 m. Het onderzoek
ge-~eurde gezamenlijk door Belgische en Nederlandse instituten:
a.
Koninklijke Militaire School te Brussel (K.M.S.)b· Leuven Research & Development te Leuven (L.R.D.)
<=· Prins Maurits Laboratorium T.N.O. te Rijswijk (T.N.O.)
C}. Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf te Brussel (W.T.C.B.)
)3et onderzoek was voornamelijk gericht op het verkrijgen van een duidelijk inzicht in het gedrag van energie-absorberende
con-etructies. Deze constructies, aangebracht tegen de wanden en het dak, hebben tot doel de druk veroorzaakt door de explosie, te dempen tot aanvaardbare waarden voor de tunnel zelf.
" i e r explosieproeven werden uitgevoerd waarbij telkens 16 verschil-1ende panelen getest werden. Met de resultaten van deze proeven was net mogelijk een rekenmodel op te stellen voor dergelijke construc-ties. Verschillende voorbeelden werden uitgewerkt met dit rekenmodel
om
de toepasbaarheid op werkelijke schaal na te gaan. De resultaten~an dit onderzoek en van de berekeningen zijn verzameld in een tech-nisch rapport (bijlage
1,
volgnummer 22).p i t rapport geeft alleen een samenvatting en overzicht van het onder-zoek naar energie-absorberende constructies in tunnels.
verder worden in dit rapport enkele financiële aspecten besproken en wordt aangegeven op welk terrein het onderzoek nog kan worden aan-gevuld.
RESUME
Le transport de produits dangereux à travers les tunnels routiers est de plus en plus limité par le risque et les conséquences d'un ineendie ou d'une explosion.
~lusieurs pays sont confrontés avec ce probl~me. La "Division des
~arrages et Ecluses du Rijkswaterstaat" aux Pays-Bas a déjà
~ffectué plusieurs recherches dans ce domaine. Le Bureau des
:Fonts du Minist~re des Travaux Publies en Belgigue était
~onfronté avec le même probl~me à l'occasion de l'étude de 3nouveaux tunnels. Dans le cadre de la collaboration entre ces
~eux services un programme commun de recherche belgo-hollandais a
.été mis au point. Il comportait:
la construction d'un tunnel d'essai à Beveren (Belgique). Ce tunnel en béton armé a 27 m de longueur et une section intérieure de 1 ,8 x 1 ,8 m.
une recherche, réalisée en collaboration, par les instituts de recherche suivants:
a. L'Ecole Royale Militaire à Bruxelles
b. Leuven Research and Development à Leuven (L.R.D.) c. Prins Maurits Laboratoire T.N.O. à Rijswijk.
d. Le Centre Scientifique et Technique de la Construction (C.S.T.C.) à Bruxelles.
~e but principal de la recherche consistait à étudier l'effet él 'une explosion sur la structure d'un tunnel et à concevoir des ç>anneaux, pouvant amortir l'énergie résultant d'une explosion.
~es panneaux, placés contre la structure, ont pour but de ramener
JLors de chaque explosion, quatre au total, 16 panneaux
~ifférents, constituant les parois, ont été testés. Les résultats
~e ces essais ont permis de mettre au point un modèle
~athématique pour ce type de construction. Plusieurs exemples ont
é3té calculés avec ce modèle mathématique afin d'appliquer la
~olution,
à
échelle un sur un, dans les tunnels existants ouà
~oncevoire Les résultats des essais et les calculs sont
~assemblés dans un rapport complet (rapport no.22 annexe I), dont
~e document présente une synthèse. Elle est suivie de quelques
~onsidérations sur !'aspect financier de la solution et elle
SUMMARY
~ ~e transport of dangerous goods through traffic tunnels is
~ ~bject to more and more stringent limitations because the risk
~ ~ serious accidents cannot be ignored. Several countries are
~ ~eed with these problems. In the Netherlands a great deal of
~ ~search has been conducted in this field under the supervision
~ ~ the Locks and Weirs Division.
~~ Belgium these matters come under the Bridge Department.
::::IC -t::::=:- was mutually agreed to conduct a joint investigation in a
~ ~ aled tunnel.
~~ is tunnel model was built at Beveren and was 27 m long by a
~~ uare inner section of 1,80 x 1,80 m. The investigation was
I=>~ rformed jointly by Belgian and Dutch institutes:
r
ta. Royal Military School in Brussels (KMS)
b. Leuven Research & Development in Leuven (LRD)
c. Prins Maurits Laberatory TNO in Rijswijk (PML-TNO) d. Scientific and Technica! Centre for the Building
Industry in Brussels (WTCB)
centred mainly around gaining a clear insight into the
0 ~ ]:-"'"":1 aviour of energy-absorbing construct i ons. The purpose of these
c..c.::>r-=1 structions when fitted against the walls and the roof is to
d ..a.~:I? down the pressure caused by an explosion to acceptable
~ ~..,..-els for the tunnel i tself.
f"c::>l.1 ~ explosion tests have been carried out and in each test 16
d
~I: 1:erent panels were tested. The results of these tests made it pc::>Ss
ible to draw up a computation model for such constructions.s~v- ~ral exarnples were tried out with this computation model so as
tc::> ~heek the applicability on a true scale. The results of these
i r-tV~stigations and computations have been compiled in a technica!
r~pc::::>rt (Annex I, sequence number 22).
r_r}:-:::ll i:::::::; report contains a summary and an overview of the
irJII!l v~ stigations into energy-absorbing constructions in tunnels.
f'Uiilr~.her, this report discusses some financial aspects and
ir"L dL cates in what direction supplementary investigations can be
