Brann i tunneler - Branner utvikling over tid - Avskalling - Bjørvikatunnelen Claus K. Larsen/Reidar Kompen Tunnel og betongseksjonen
Vår oppfattelse av tunnelbranner har endret seg Brannen i Ekebergtunnelen i 1996 ble karakterisert som en ekstrembrann Bussbrann, 35MW, 1100 C, 35minutter Ingen personskader Ingen skader på tunnelkonstruksjonen (kun på teknisk utstyr)
Så fikk vi internasjonalt noen virkelige ekstrembranner Mont Blanc (F/I) 1999 39 dead 450 mill Tauern (A) 1999 12 dead 50 mill Fires in road tunnels 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
Sammen med branner i norske tunneler, danner dette bakteppet for vår fokus på brannsikring Trygghet for trafikanter Ventilasjon, rømningsveier, slukning, informasjon Hindre antennelse av brennbar isolasjon Sikkerhet for konstruksjonskollaps Brannsikring for bærende konstruksjoner (senketunneler, kulverter, lokk, ) Hindre nedfall av kledning (spr.btg, elementer)
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) 6
Temperatur, C Vanlige tid-temperatur kurver 1400 Brannkurver 1200 1000 800 600 400 200 0 0 30 60 90 120 Tid etter start brann, minutter ISO RWS HC
. Explosive spalling (Surface Temperature) Concrete structurally not useful Hva skjer med betong i en brann? 1,400 o C Concrete melted 1,300 o C Melting starts Ceramic binding Total loss of water of hydration Dissociation of calcium carbonate 1,200 o C 800 o C 700 o C Totalt styrketap, strukturell kollaps og til slutt smelting Marked increase in basic creep quartz expansive inversion Calcium hydroxide dissociates Triple point of water Thames river gravel breaks up Start of siliceous concrete strength loss Some flint aggregates dehydrate 600 o C 500 o C 400 o C 300 o C Eksplosiv avskalling og merkbart styrketap Hydrothermal reactions Loss of chemically bound water starts Hot permeability increases markedly Free water lost at 1 atm 200 o C 100 o C 20 o C Små skader kun i yttersjiktet, begynnende styrketap FSD - Khoury, 2000 8
Betong smelter i en RWS-brann SV-40 testet etter RWS-brannkurven Ovnstemperatur etter 1 time: 1350 C 9
Det mest kritiske er 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 10
Hva kan vi gjøre for å beskytte betongen? Passiv beskyttelse innebygd sikkerhet i materialvalgene Aktiv beskyttelse noe som trer i kraft når en brann evt oppstår 11
PP-fiber reduserer risikoen for avskalling av betong Polypropylen (PP)-fiber Fordamper ved 360 C og gir kanaler for vanndamp fra betongen ved brann (tror vi) Svært effektivt mot avskalling 2 kg Hjelper ikke mot høye temperaturer! 2kg monofilament PP-fiber per m 3 med diameter 18µm og lengde 6mm har gitt meget gode resultater Både for sprøytebetong, 0 kg SV-40 type betong og lettbetong 12
Passiv brannbeskyttelse isolasjon mot høye temperaturer Termisk barriere Reduserer den raske temperaturstigningen Beskytter mot høye temperaturer Påsprøytet lag (35-50mm) Monterte plater 13
Krav til brannbeskyttelse i Bjørvika, som har RWS-kurven (300MW) som dimensjonerende Ingen avskalling av konstruksjonsbetong under/etter branntest Krav til maksimal temperatur bak brannbeskyttelsen (380 C) under/etter branntest Krav til maksimal temperatur på konstruktiv armering (250 C) under etter branntest Brannbeskyttelsen skal ikke falle av - under/etter branntest I tillegg krav til: Bestandighet og levetid (alkalier, frost, karbonatisering), motstand mot høyttrykkspyling, mekanisk forankring, utmatning, ubrennbarhet, brannbestandige fuger i element-/segment- /seksjonsskjøt 14
Problemstillinger Finnes ingen standard på branntesting for tunneler eller av elementer/materialer i slike konstruksjoner! Utforming av prøvestykker, ovn, Brannbelastning (temperaturkurve, varighet, ) Hvilke målinger som skal gjøres Evaluering av resultat Kriterier for bestått test Kritiske parametere for testen? 15
Vi måtte lage egen testmetode 16
17
18
19
20
21
22