Teknologidagene 2008 Brann i tunneler - Brannutvikling - Hva skjer med betongen - Eksempler Claus K. Larsen Vegdirektoratet, Teknologiavd., Tunnel og betongseksjonen
Fatal catastrophic fires has increased the focus on fire safety in tunnels Fires in road tunnels Mont Blanc (F/I) 1999 39 dead 450 mill Tauern (A) 1999 12 dead 50 mill St. Gotthard (CH) 2001 11 dead??? mill Fires in train tunnels King s Cross (GB) 1987 31 dead??? mill Baku (AZE) 1995 289 dead??? mill Eurotunnel (F/GB) 1996 0 dead 450 mill Kaprun (A) 2000 155 dead 1.5 mill /month
Krav til brannmotstand i våre HB HB 021: Konstruksjonens brannmotstand: dimensjoneres for brannbelastning: 20 MW i klasse A og B 50 MW i klasse C og E 100 MW i klasse D og F Hovedkonstruksjonen i alle tunneler der et lokalt sammenbrudd i konstruksjonen kan ha katastrofale konsekvenser (f.eks. oversvømte tunneler eller tunneler som kan føre til sammenbrudd i viktige nabokonstruksjoner) skal ha et tilstrekkelig brannmotstandsnivå. Brannmotstandsnivået i alt tunnelutstyr skal ta hensyn til de teknologiske mulighetene og ta sikte på å opprettholde de nødvendige sikkerhetsfunksjonene i tilfelle brann. HB 163: Brannsikring av vann- og frostsikring: samme dimensjonerende brann, men spesifikt krav til temperatur bak beskyttelsen (250 C, 60min) Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 4
Hvordan klassifiseres branner? Hvor mye varme som frigis per tidsenhet (HRR) angis i MW Personbiler ~ 5MW Oppvarmingshastighet/ temperaturstigning Maksimal temperatur Brannens varighet Målinger Busser ~ 20MW Få målinger - Lastebiler ~ 30-100MW estimater Tankbiler ~ 300MW Kun estimater basert på småskala tester Tid- temperatur kurver Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 5
Vanlige tid-temperatur kurver Standard ISO 834 - max 1030 C @2hrs Hydrocarbon (HC) - max 1100 C @20min-2hrs RABT/ZTV - max 1200 C @10-30min MHC - max 1300 C @20min-2hrs RWS - max 1350 C @1hr K. Both, efectis Ansett som den tøffeste brannkurven
What about experience with real scale fires or full scale fire tests? The UPTUN fire test in Runehamar Test Tunnel in 2003 clearly showed much higher HRR and gas temperatures than expected from normal HGV-goods RWS-like temperatures Up to 200MW Fire can spread to vehicles 100m downstream Recent full scale tests performed by NPRA in Runehamar Test Tunnel showed that a small tanker-sized pool (11.000 liters diesel; 40m 2 ) yields very high gas temperatures Up to (more than?) 1400 C The ventilation was controlled by the fire
Fire load on the walls must also be considered carefully not only the roof!
Vi har fått et inntrykk av brannstørrelser i tunnel, hva så med betongen
Fasthet og stivhet (E-modul) reduseres raskt ved stigende temperatur Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 11
Hva sier standardene? Standardene gir følgende skisse over reduksjon av trykkfasthet ved brann, dersom ikke annet er bestemt ved prøving Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 12
Hva skjer med betong i en brann? 1,400 o C Concrete melted Melting starts Ceramic binding Total loss of water of hydration Dissociation of calcium carbonate Marked increase in basic creep α β quartz expansive inversion 1,300 o C 1,200 o C. 800 o C 700 o C 600 o C Concrete structurally not useful Totalt styrketap, strukturell kollaps og til slutt smelting Calcium hydroxide dissociates Triple point of water Thames river gravel breaks up Start of siliceous concrete strength loss Some flint aggregates dehydrate Hydrothermal reactions Loss of chemically bound water starts Hot permeability increases markedly Free water lost at 1 atm 500 o C 400 o C 300 o C 200 o C 100 o C 20 o C Explosive spalling (Surface Temperature) Eksplosiv avskalling og merkbart styrketap Små skader kun i yttersjiktet, begynnende styrketap FSD - Khoury, 2000 Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 13
Betong smelter i en RWS-brann! SV-40 testet etter RWS-brannkurven Ovnstemperatur etter 1 time: 1350 C Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 14
Smeltet betong bilde Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 15
Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 16
Det mest kritiske er likevel avskalling! Av de ulike typene avskalling er den eksplosive farligst Eksponerer armeringen direkte for brann (høye temperaturer) Rask temp.stigning Fuktig/våt betong Betong under trykk Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 17
Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 18
Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 19
Oppsummering, del 1 Dimensjonerende branner er uklart definert i regelverket De store brannbelastningene er ikke nødvendigvis konservative Konstruktiv betong i tunneler der kollaps må unngås, må brannbeskyttes! fortsettelse etter pausen Teknologidagene 2008 - Tunnel og betong 20