In Nederland stellen we hoge eisen aan veiligheid, waaronder constructieve veiligheid bij brand. Een praktische uitwerking van ontwerprichtlijnen, gebaseerd op de theorie, is opgenomen in onze normreeks. Eén uitgangspunt van die theorie introduceert echter een onzekerheid die in sommige gevallen mogelijk groter is dan dat eerder werd aangenomen.
CEMENT 6 2023 ?57
Normbesef (3)
CEMENT 6 2023 ?57
Normbesef (3)
BRAND
WERENDHEID
IN RELATIE
TOT SPATTEN
BETO
N
CONSTRUCTIES
RUBRIEK NORMBESEF
Dit is het derde artikel in
Cement-rubriek Normbesef.
In deze rubriek kunnen lezers
onduidelijkheden in de con-
structeurspraktijk, bijvoorbeeld
in de regelgeving, aankaarten.
Let wel: Hoewel de artikelen in
deze rubriek zijn beoordeeld
door experts, betreft het de
persoonlijke interpretatie van
de auteur. Aan de inhoud
kunnen dan ook geen rechten
worden ontleend. De artikelen
geven ook niet altijd een ant-
woord of oplossing.
Het doel van de rubriek is de
sector te informeren over on-
duidelijkheden en daarmee
een discussie op gang brengen.
Dit kan leerzaam zijn, zo meent
de redactie van Cement. Voor
collega-constructeurs, maar
ook voor bijvoorbeeld de norm-
commissie of andere betrokken
commissies. Het uiteindelijke
doel van de rubriek is meer
duidelijkheid voor iedereen en
in sommige gevallen misschien
zelfs betere normen.
Een uitgebreidere toelichting
op de rubriek staat in het
artikel 'Nieuwe rubriek over
normen: Normbesef' uit mei
2023 (Cement 2023/3).
Hebt u zelf ook een onderwerp
voor deze norm, neem dan con-
tact op met Jacques Linssen,
j.linssen@aeneas.nl. Publicatie
kan eventueel anoniem.
1 Gespat beton, foto: Rijkswaterstaat
58? CEMENT 6 2023
auteur
IR. EDWIN SLANGEN
RTB
Gemeente Maastricht
In Nederland stellen we hoge eisen aan veiligheid, waaronder
constructieve veiligheid bij brand. Een praktische uitwerking
van ontwerprichtlijnen, gebaseerd op de theorie, is opgenomen
in onze normreeks. Eén uitgangspunt van die theorie introduceert
echter een onzekerheid die in sommige gevallen mogelijk groter
is dan dat eerder werd aangenomen.
Explosief spatten van beton bij brand
Door een optredende brand wordt de buitenzijde van
beton verhit. Hierdoor ontstaat in het beton een tem-
peratuurgradiënt. Vervolgens levert de verhinderde
thermische uitzetting inwendige spanningen, additio-
neel op de reeds aanwezige spanningen. De verhitte
buitenzijde komt onder druk te staan en naar binnen
toe treden trekspanningen op. Daarnaast veroorzaakt
de temperatuurverhoging het uitzetten van het vocht
in de poriën van het beton en zorgt daarmee voor een
drukopbouw in de poriën. De druk kan zo hoog worden
dat stukken van het beton afspringen. In principe zullen
beide genoemde mechanismen tegelijk optreden en
kunnen ze gecombineerd de oorzaak zijn van het
explosief afspatten. Het spatten van beton bij brand is
daarom met name afhankelijk van:
- het vochtgehalte van het beton;
- het type toeslagmateriaal;
- de permeabiliteit van het beton;
- de opwarmingssnelheid;
- aanwezige drukspanningen in het beton;
- mate van verhindering van thermische vervorming.
Probleemstelling
Rijkswaterstaat heeft op basis van onderzoek relevante
kennis opgedaan over het spatten van beton bij tunnels
(zie kader 'Onderzoek Rijkswaterstaat'). Men kan zich af -
vragen hoe het, met dit nieuwe inzicht van RWS, gesteld
is met civiele kunstwerken die niet van RWS zijn, en hoe
het zit met gebouwen. We beperken ons in dit artikel
tot deze laatste categorie. De meeste gebouwen zijn
ontworpen op de lagere standaardbrandcurve (fig. 2)
en ook is de vochtigheid in gebouwen meestal lager.
Dit zijn gunstigere omstandigheden. Dit levert echter
geen garantie dat het probleem hier nergens kan op-
2 Verschillende brandkrommen
ONDERZOEK RIJKSWATERSTAAT
Rond 2015 werd gesteld dat beton in sommige tunnels in Nederland spatge-
voelig kan zijn bij brand, terwijl men bij het ontwerp hiervan niet was uitge-
gaan. Bij dit onderzoek heeft men zich geconcentreerd op een hoge vuurbe-
lasting volgens de Rijkswaterstaat-brandcurve (RWS-brandcurve). RWS heeft
zijn kunstwerken onderzocht en de veiligheid hiervan is op dit moment niet in
gevaar. Desondanks voert RWS momenteel een vervolgonderzoek uit, om ook
op langere termijn de constructieve veiligheid bij brand te kunnen waarborgen
en onevenredige schade of hinder na een brand te voorkomen. Op de website
van RWS en op de website van het Kennisplatform Tunnelveiligheid (KPT) is
hierover meer informatie beschikbaar.
CEMENT 6 2023 ?59
Normbesef (3)
treden. De nieuwste inzichten roepen de vraag op of
de huidige regelgeving voor gebouwen niet opnieuw
tegen het licht moet worden gehouden.
Huidige situatie
In 4.5 van NEN-EN 1992-1-2 (in 6.2 voor hogesterkte-
beton) wordt het aspect spatten behandeld. In 4.5
wordt dit verder onderverdeeld in 'explosief spatten'
en 'afvallen van beton'. Het eerder geschetste mecha-
nisme kan worden geplaatst onder 'explosief spatten'.
In 4.5.1(1) wordt gesteld dat spatten moet zijn vermeden,
of dat de invloed hiervan op de prestatie-eisen (R en/of
EI) in rekening moet zijn gebracht.
Alhoewel het vermijden van spatten in de norm niet
verder wordt gespecificeerd, is hieraan vaak invulling
gegeven door toepassing van spatongevoelig beton.
Maar van betonmengsels die als spatongevoelig wor-
den geclassificeerd, is het dus de vraag of deze dat
ook zijn. Immers: waarom zouden betonmengsels bij
blootstelling aan de standaardbrandkromme niet net
zo goed spatgevoelig zijn, als de betonmengsels bij de
RWS-curve, waar men het ook niet had verwacht?
Kiest men voor de tweede optie, dan is in de norm niet
verder uitgewerkt hoe de invloed van spattend beton
op de prestatie-eisen (R en/of EI) in rekening moet wor-
den gebracht. We gaan ervan uit dat dit met behulp
van proeven moet worden bepaald.
Als tweede (en derde) punt in het betreffende norm-
artikel (4.5.1(2) en 4.5.1(3)) wordt gesteld dat explosief
spatten onwaarschijnlijk is wanneer het vochtgehalte
in het beton lager is dan 3 gewichtsprocenten. Daarom
zou bij milieuklasse X0 en XC1 (beton binnen gebouwen
met lage of zeer lage luchtvochtigheid) spatten niet
in rekening gebracht hoeven te worden. De grens van
3 gewichtsprocenten is discutabel, aangezien in de
literatuur ook wel de grens van 2 gewichtsprocenten
wordt aangegeven. Zie ook het rapport van Hageman/
UGent, in te zien op de website van Rijkswaterstaat [1].
Daarnaast moet het spatten bij bijvoorbeeld XC3 (beton
binnen gebouwen met matige of hoge luchtvochtig-
heid) dus wel in rekening worden gebracht. De wijze
waarop wordt wederom niet omschreven.
In 4.5.1(4) wordt gesteld dat bij gebruik van gegevens
in tabelvorm geen verdere controle is vereist voor normaalbeton. Wat normaalbeton is, wordt enigszins
toegelicht in hoofdstuk 5, echter niet volledig gespe-
cificeerd. Het beton zoals toegepast in de betreffende
tunnels voldoet namelijk ook aan de eisen die in 5.1 (2)
worden gesteld aan 'normaal beton'. Vervolgens geven
de tabellen bijvoorbeeld minimale kolomafmetingen
en betondekkingen om een brandwerendheid tot 240
minuten te realiseren. Dit is echter zeker niet haalbaar
indien dit normaalbeton bij een vochtgehalte boven
een bepaalde waarde spatgevoelig blijkt te zijn.
In 4.5.1(5) wordt voorgeschreven dat, in het geval het
vochtgehalte in het beton hoger is dan 3 gewichts-
procenten, plaatselijk een verlies aan dekking aange-
nomen mag worden. Dit punt betreft balken, platen
en elementen belast op trek. Waarop de grootte en
snelheid van dit verlies moet worden gebaseerd, wordt
niet toegelicht.
Toetsende instantie
Wij merken als toetsende instantie dat het spatten
van beton nauwelijks aandacht heeft bij ontwerpen-
de partijen. Men gaat er zonder meer vanuit dat het
beton niet spatgevoelig is en er worden bijvoorbeeld
onbeklede betonkolommen toegepast bij alle eisen
van brandwerendheid. Indien er vervolgens brand is in
een hoog gebouw, wordt er door de brandweer aan de
gemeente gevraagd of het nog verantwoord is om het
pand te betreden om slachtoffers te redden. En dat
vaak als de brand al een tijdje woedt. Een juist ontwerp
is dus cruciaal.
Conclusie
De theorie voor bepaling van brandwerendheid staat
niet 'op spatten', echter de randvoorwaarden voor deze
theorie zouden opnieuw onderzocht moeten worden.
De betreffende paragraaf in de norm zou mogelijk
aangescherpt moeten worden. Ook zou het onderzoek
dat RWS voor zijn eigendommen heeft uitgevoerd
moeten worden uitgebreid met overige kunstwerken en
gebouwen. Een afbakening van het mogelijke probleem
is gewenst.
DE EFFECTEN VAN BRAND OP BETON
In 2022 is in Betoniek het artikel 'Brandwerendheid tunnels' verschenen
(Betoniek Vakblad 2022/1), dat gaat over het spatten van beton in tunnels en de
conclusies van het Kennisplatform Tunnelveiligheid. Eerder, in 2019, verscheen
Betoniek Standaard 16/30 ? Brand Meester, waarin wordt toegelicht wat er bij
brand met beton gebeurt en wanneer aanvullende maatregelen noodzakelijk
zijn. Deze artikelen zijn voor leden van Cement gratis te raadplegen.
LITERATUUR
1 Hageman Rapport 10503-1-4 / UGent rapport p20-110-
RVC-05 ? Brandwerendheid Tunnels ? Verkenning van
mogelijke alternatieven voor het aanbrengen van hitte-
werende bekleding in drie landtunnels, 30 november 2020.
Rubriek Normbesef
Dit is het derde artikel in Cement-rubriek Normbesef. In deze rubriek kunnen lezers onduidelijkheden in de constructeurspraktijk, bijvoorbeeld in de regelgeving, aankaarten.
Let wel: Hoewel de artikelen in deze rubriek zijn beoordeeld door experts, betreft het de persoonlijke interpretatie van de auteur. Aan de inhoud kunnen dan ook geen rechten worden ontleend. De artikelen geven ook niet altijd een antwoord of oplossing.
Het doel van de rubriek is de sector te informeren over onduidelijkheden en daarmee een discussie op gang brengen. Dit kan leerzaam zijn, zo meent de redactie van Cement. Voor collega-constructeurs, maar ook voor bijvoorbeeld de normcommissie of andere betrokken commissies. Het uiteindelijke doel van de rubriek is meer duidelijkheid voor iedereen en in sommige gevallen misschien zelfs betere normen.
Een uitgebreidere toelichting op de rubriek staat in het artikel ‘Nieuwe rubriek over normen: Normbesef’ uit mei 2023 (Cement 2023/3).
Hebt u zelf ook een onderwerp voor deze norm, neem dan contact op met Jacques Linssen, j.linssen@aeneas.nl. Publicatie kan eventueel anoniem.
De effecten van brand op beton
In 2022 is in Betoniek het artikel ‘Brandwerendheid tunnels’ verschenen (Betoniek Vakblad 2022/1), dat gaat over het spatten van beton in tunnels en de conclusies van het Kennisplatform Tunnelveiligheid. Eerder, in 2019, verscheen Betoniek Standaard 16/30 – Brand Meester, waarin wordt toegelicht wat er bij brand met beton gebeurt en wanneer aanvullende maatregelen noodzakelijk zijn. Deze artikelen zijn voor leden van Cement gratis te raadplegen.
Door een optredende brand wordt de buitenzijde van beton verhit. Hierdoor ontstaat in het beton een temperatuurgradiënt. Vervolgens levert de verhinderde thermische uitzetting inwendige spanningen, additioneel op de reeds aanwezige spanningen. De verhitte buitenzijde komt onder druk te staan en naar binnen toe treden trekspanningen op. Daarnaast veroorzaakt de temperatuurverhoging het uitzetten van het vocht in de poriën van het beton en zorgt daarmee voor een drukopbouw in de poriën. De druk kan zo hoog worden dat stukken van het beton afspringen. In principe zullen beide genoemde mechanismen tegelijk optreden en kunnen ze gecombineerd de oorzaak zijn van het explosief afspatten. Het spatten van beton bij brand is daarom met name afhankelijk van:
- het vochtgehalte van het beton;
- het type toeslagmateriaal;
- de permeabiliteit van het beton;
- de opwarmingssnelheid;
- aanwezige drukspanningen in het beton;
- mate van verhindering van thermische vervorming.
Reacties