Risico-evaluatie gaswolkexplosie in een overkapping van meer dan 80 meter over de AlO-West bij Bos en Lommer

Transcriptie

1 TNO Milieu, Energie en Procesinnovatie Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelij k onderzoek I Netherlands Organisation for Applied Scientific Research Laan van Westenenk 501 Postbus AH Apeldoorn R2002/339 Risico-evaluatie gaswolkexplosie in een overkapping van meer dan 80 meter over de AlO-West bij Bos en Lommer T F info@mep.tno.nl Datum juni 2002 Auteurs A.C. van den Berg S.J. Eibers M. Molag Projectnumrner Trefwoorden Bestemd voor Overkluizing Gaswolkexplosie Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat, Bouwdienst Rijkswaterstaat Postbus AX Amsterdam Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor onderzoeksopdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het aan direct belanghebbenden is toegestaan. c zooz TNO

2 TNO-MEP - R van 18 Samenvatting In opdracht van Rijkswaterstaat heeft de afdeling Industriële veiligheid van TNO Milieu, Energie en Procesinnovatie in samenwerking met het TNO prins Maurits Laboratorium gekeken naar de mogelijke effecten van een gaswolkexplosie op de constructie van de overk1uizing AIO-West ter hoogte van de Bos en Lommerweg. Het doel van dit onderzoek is om aan te geven of er bij een overkappingslengte van 83 m ernstiger schade zou ontstaan dan bij een lengte van 80 m. Uitgangspunt van de studie is een ongeval met een tankauto gevuld met LPG waarbij de gehele inhoud (25000 kg) semi-continue uit een 2" gat ofinstantaan vrijkomt. Hierbij kan een explosieve gaswolkverbranding of een BLEVE optreden. Explosieve Gaswolkverbranding Voor de beschouwde situaties kan bij ontsteking van de gaswolk geconcludeerd worden dat de berekende overdruk toeneemt bij toenemende afstand tot het ontstekingspunt. Bij ontsteking van een gaswolk in het midden van de tunnelbuis wordt een maximale overdruk aan het uiteinde van de tunnel berekend van circa 2,8 bar. Bij ontsteking van een gaswolk aan de opening van de tunnelbuis wordt aan het eind van de tunnel een maximale overdruk van circa 3 bar berekend. Indien de lengte van de overkapping slechts 80 m bedraagt in plaats van 83 m dan treedt ongeveer dezelfde overdruk op. BLEVE Bij het bezwijken van de tankauto door een mechanisch impact (koude BLEVE) wordt een invallende blast overdruk van 150 kpa verwacht en een gereflecteerde blastoverdruk van circa 450 kpa. Indien de BLEVE optreedt na verhitting door een brand (warme BLEVE) dan zal de tank bij een hogere druk bezwijken en zullen de invallende blastoverdruk en gereflecteerde blastoverdruk aanzienlijk hoger zijn. Bij een tankbezwijkdruk van 2000 kpa zijn de invallende blastoverdruk en gereflecteerde blastoverdruk circa 3x hoger. Structurele respons Op basis van de berekende overdrukken en impulsen is aan de hand van de in [2] weergegeven PI-diagrammen voor het dak en de tussenwand van de overkluizing gekeken naar de gevolgen voor de constructie. Uitgaande van een constructie die op het eerste gezicht de meeste overeenkomsten vertoont met variant 4 uit [2] zijn de volgende conclusies te trekken: De dakconstructie van de overk1uizing zal niet bezwijken maar de vloeigrens van het staal van de wapening zal ruim worden overschreden. Dit betekent dat het tunneldak dusdanig beschadigd wordt dat het vervangen zal moet worden. In de tussenwand van de overk1uizing zal slechts scheurvorming in het beton optreden. De vloeigrens van het staal van de wapening zal niet worden bereikt. Dit betekent dat de tussenwand herstelbaar beschadigd wordt.

3 TNO-MEP - R van 18 De Bouwdienst is echter van mening dat de constructie van de viaducten en het dek tussen de viaducten niet geheel overeenkomstig variant 4 zijn. De Bouwdienst verwacht dat het dek al bij een statische overdruk van I bar volledig zal bezwijken. Over de schade aan de bovenliggende gebouwen kan zonder aanvullende analyse geen uitspraak worden gedaan. Op basis van de berekende explosieoverdrukken mag echter ernstige schade aan de bovenliggende gebouwen verwacht worden. Indien de overkapping bezwijkt zal ook de aardgas transportleiding tussen de liggers van het tussendek bezwijken. Invloed van de lengte van de overkapping Met betrekking tot de invloed van de tijdelijke toename van de lengte van de overkluizing tijdens de bouw van de kantoorgebouwen wordt opgemerkt dat de gehanteerde vuistregels in principe niet geschikt zijn om onderscheid te kunnen maken tussen de geringe lengteverschillen die optreden vóór, tijdens en na de bouw van de kantoren. De explosie-overdrukken en de impuls zijn binnen de variatie in tunnellengte vóór, tijdens en na de bouw, ruwweg evenredig met de tunnellengte. Zowel voor een overkapping van 80 m, 83 m of iets langer kan geconcludeerd worden dat er bij het optreden van de scenario's van LPG dusdanige overdrukken optreden dat de overkapping volledig zal bezwijken. Aanbevelingen De gebruikte modellen kennen onzekerheden waardoor de schade zowel lager als hoger zou kunnen zijn. Om deze reden wordt aanbevolen om een gedetailleerd onderzoek uit te voeren zodat nauwkeuriger de te verwachten schade bepaald kan worden. Hierbij zou ook rekening gehouden moeten worden met mogelijke schade aan de bovenliggende bebouwing. In dit gedetailleerde onderzoek zouden de volgende aspecten moeten worden meegenomen: Berekening van de explosiebelasting met een CFD explosiemodel Bepaling van de schade aan de bovenstaande gebouwen Bepaling van de schade aan de aardgas hoofddistributieleiding die zich tussen de liggers van het nieuwe middenviaduct bevindt, en de mogelijke gevolgschade indien deze leiding lek raakt ten gevolge van een LPG ongeval. Een scenarioanalyse gericht op de veiligheid van de weggebruikers, de aanwezigen op het dek en in de gebouwen. Hierin moet de tijdsduur van de ongevalsontwikkeling beeld worden gebracht, de mogelijkheden tot zelfredzaamheid binnen deze tijdsduur van ongevalsontwikkeling en de mogelijkheden van externe hulpverlening. Een probabilistische risicoanalyse waarin ook expliciet rekening wordt gehouden met de frequentie van optreden van dit type ongevallen.

4 TN0-MEP - R van 18 Inhoudsopgave Samenvatting 2 1. Inleiding 5 2. Beschrijving van de overkluizing 6 3. Beschrijving ongevalscenario 8 4. Berekening explosiebelasting overkluizing Explosieve gaswolkverbranding '" Ontsteking in het midden van de tunnel Ontsteking in de tunnelopening BLEVE Structurele respons Onzekerheden gehanteerde rekenmodellen Conclusies en aanbevelingen Literatuur Verantwoording 18

5 TNO-MEP - R van Inleiding De Al 0-West is ter plaatse van de kruising van de Bos en Lommerweg over een lengte van 73,2-75,7 meter overkluist. Boven de overkluizing zijn twee kantoorgebouwen gepland. De lengte van de overkluizing wordt hierdoor 83,3 m aan de oostzijde en 80,8 m aan de westzijde. Tijdens de bouw zal aan de zuidzijde een tijdelijk crashdek aanwezig zijn waardoor de lengte nog enkele meters langer wordt. Sinds beginjaren 80 is het beleid dat aan het transport van alle gevaarlijke stoffen geen beperkingen worden opgelegd bij overkluizingen van rijkswegen tot 80 meter. Bij oeververbindingen, met aanmerkelijk grotere lengten, gelden wel beperkingen. Dit met het oog van het optreden van een zware gaswolkexplosies na het vrijkomen van een tot vloeistof verdicht brandbaar gas (Voorbeeldstof LPG) uit een tankauto. In verband hiermee heeft de Bouwdienst van Rijkswaterstaat aan de afdeling Industriële Veiligheid van TNO Milieu, Energie en Procesinnovatie opdracht verleend tot het uitvoeren van een studie waarbij beantwoording van de volgende vragen centraal dient te staan: 1. De risico's voor de overkluizing bij explosies tengevolge een ongeval tijdens het transport van tot vloeistof verdichte brandbare gassen (LPG). 2. De invloed van de lengte van de overkluizing op de omvang van de mogelijke explosies. 3. De invloed van de tijdelijke toename van de lengte van de overkluizing tijdens de bouw op de omvang van de mogelijke explosies. De voorliggende rapportage geeft een beschrijving van de studie, welke in samenwerking met het TNO Prins Maurits Laboratorium is uitgevoerd. Achtereenvolgens wordt ingegaan op: Een beschrijving van de overkluizing (hoofdstuk 2); Een beschrijving van het beschouwde ongevalscenario (hoofdstuk 3); Berekening van de explosiebelasting op de overkluizing (hoofdstuk 4); Conclusies (hoofdstuk 5). Aangezien het in dit onderzoek gaat om de potentiële gevolgen voor overkluizingen langer dan 80 m bij het vrijkomen van een tot vloeistof verdicht brandbaar gas, is het kansaspect in deze studie niet meegenomen. Men moet zich echter bij het lezen van dit rapport realiseren dat de kans op de scenario's met het vrijkomen van LPG optreden zeer klein is.

6 TNO-MEP - R van Beschrijving van de overkluizing De A-lO West is ter hoogte van de kruising van de Bos en Lommerweg overkluisd. Deze overkluizing is ontstaan door de open ruimte tussen de twee bestaande viaducten dicht te maken. De zuidzijde van de overkluizing staat loodrecht op de as van de AIO, de noordzijde niet (zie figuur 2-1). De lengte van de overkluizing aan de oostzijde bedraagt als gevolg hiervan 75,70 meter, de lengte aan de westzijde 73,20 meter. Tijdens de bouwfase is de lengte van de overkluizing aan de zuidzijde zo'n 4,5 meters langer vanwege het aanbrengen van een tijdelijk crashdek. Oostzijde 75,70m AIO - West VIaduct 73,20m Westzijde ~.~, 7,82~m... _ _: Ter plaatse van deze overkluizing is de bouw van twee kantoor-bruggebouwen gepland. De fundatie van deze gebouwen komt geheel buiten de overkluizing te staan. De gebouwen staan loodrecht op de as van de AIO. Het 'Noordgebouw' komt geheel boven de overkluizing te staan, het 'Zuidgebouw' komt met de zuidgevel tot buiten de overkluizing te staan over een lengte van 7,828 meter, de schampkant is hierbij verwijderd. De lengte van de overkluizing wordt hierdoor verlengt tot ca. 83,3 meter aan de oostzijde en tot circa 80.8 meter aan de westzijde. Noordgebouw Zuidgebouw Figuur 2-1 Schematische weergave overkluizing AIO-West.

7 TNO-MEP - R van 18 De rijbanen van de AIO-West zijn middels een betonnen wand gescheiden. De breedte van één tunnelbuis bedraagt 15,1 meter terwijl de hoogte van de tunnelbuis minimaal 4,5 meter bedraagt. In figuur 2-2 is een schematische dwarsdoorsnede van de AIO ter hoogte van de overkluizing gegeven. I4,5 m (min.) 4,5 m (min.)i Westelijke rijbaan Oostelijke rijbaan ~ ~ 15,1 m 15,1 m ~ 32,5 m Figuur 2-2 Dwarsdoorsnede overkluizing AIO-West. Tussen de liggers van het tussendek tussen de twee oude viaducten bevindt zich een aardgas hoofddistributieleiding. Op basis van constructietekeningen van de oude viaducten en het nieuwe dek tussen de viaducten is de Bouwdienst van Rijkswaterstaat van mening dat bij een statische overdruk van 1 bar het dek volledig zal bezwijken [3].

8 TNO-MEP - R van Beschrijving ongevalscenario Als uitgangspunt van de studie is gekeken naar een ongeval met een tankauto gevuld met brandbaar gas. In het kader van deze studie is conform!po RBM [1] gekozen voor een tankauto gevuld met 25 ton LPG. In!PO RBM [1] dienen voor een ongeval met een tankauto gevuld met een tot vloeistof verdicht gas de volgende scenario's te worden beschouwd: Continue uitstroming vanuit een gat met een grootte van 2". Instantaan vrijkomen van de gehele tankinhoud. Deze scenario's zijn onderstaand verder uitgewerkt. Continue LPG uitstroming vanuit een gat met een grootte van 2" Bij een gat van 2" zal een turbulente uitstroming optreden met een initiële bronsterkte van circa 29 kg/s, Normaal is dit een turbulente vrijstraal, onder de overkapping zal deze straal echter tegen obstakels (andere voertuigen of de wanden) ketsen. Het is moeilijk om zonder een eindige elementen (CFD) berekening aan te geven wat de concentratie van het gas zal worden. Door de snelle uitstroming en het ketsen tegen obstakels raakt de turbulente straal zijn impuls kwijt en zal een andere dispersie optreden. Hierdoor zal een inhomogeen luchtgasmengsel ontstaat. In eerste instantie wordt verwacht dat de gaswolk zich boven de bovenste explosiegrens zal bevinden en te rijk is voor ontsteking. Echter door inhomogeniteiten en verdere verdunning zal de gaswolk zich op een gegeven moment wel binnen de onderste en bovenste explosie grens bevinden. Bij ontsteking zal dan een deflagratie optreden welke bij voldoende opsluiting kan overgaan in een detonatie. Om een orde grootte van de mogelijk te vormen brandbare gaswolk onder de overkapping te bepalen is uitgegaan van het vrijkomen van 25 m' LPG en vorming van een stoichiometrisch propaan-luchtmengsel. Het stoichiometrische mengsel heeft een volume van m 3 (3,84 vol% propaan), de totale inhoud van de tunnel bedraagt 5660 m 3 (83.3 x 15.1 x 4.5). Aangezien het volume van de maximaal te vormen gaswolk ruim 60 keer groter is dan het volume van een rijbaan onder de overkapping mag geconcludeerd worden dat het zeker mogelijk is dat de lengte van de gaswolk groter zal zijn dan de lengte van de overkluizing. Voor de berekening van de explosiebelasting (zie hoofdstuk 4) is daarom uitgegaan van een gaswolk met een lengte gelijk aan de lengte van de overkluizing. Instantaan vrijkomen van de gehele tankinhoud Bij het instantaan falen van de tankauto, waarbij de volledige inhoud (25 ton LPG) in één keer vrijkomt, kunnen de volgende effecten optreden: 1. Bij het instantaan falen, door een mechanisch impact of een materiaal defect, zal een drukgolf optreden doordat zich een Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion (BLEVE) voordoet. Dit is een fysische explosie door het plotseling expanderen van het tot vloeistof verdichte gas. Indien de expanderende gaswolk

9 TNO-MEP - R van 18 daarbij wordt ontstoken spreekt men van een vuurbal. Bij een mogelijke ontsteking zal door de verbranding een nog grotere expansie optreden en een sterkere drukstoot worden gegenereerd. Naast de bovenstaande "koude" BLEVE kan ook een "warme" BLEVE optreden ten gevolge van verzwakking van de stalen tankwand door een externe brand. Hierbij zal de tank bij een hogere temperatuur en druk bezwijken waardoor een nog sterkere expansieve verdamping van het LPG optreedt. Hierbij zal altijd een vuurbal worden gevormd. 2. Indien de expanderende gaswolk niet direct ontstoken wordt zal zich een gaswolk onder en deels buiten de overkapping vormen. Deze gaswolk zal zich mengen met de aanwezige lucht onder de overkapping en daarbuiten. In feite treedt dan dezelfde situatie op als hierboven beschreven bij de continue uitstroming uit een 2" gat. Ook hier kan een stochiometrisch mengsel optreden dat de tunnelbuis volledig vult en zal bij ontsteking rekening gehouden moeten worden met het optreden van een explosieve gaswolk verbranding.

10 TNO-MEP - R van Berekening explosiebelasting overkluizing In dit hoofdstuk wordt ingegaan op de gevolgen van het optreden van een explosieve verbranding van de gaswolk onder de overkapping. Daarnaast wordt ook ingegaan op het optreden van een BLEVE bij het instantaan vrijkomen van de volledige inhoud van een tankwagen met een tot vloeistof verdicht gas. Zoals al gesteld is in de inleiding is hierbij niet gekeken naar de kans van optreden van het scenario. Het doel is enkel om aan te geven ofhet verschil maakt, voor de mogelijke schade aan de overkapping, dat de overkapping 83 m is i.p.v. van de thans toegestane 80 m. 4.1 Explosieve gaswolkverbranding In het vorige hoofdstuk is aangegeven dat zich bij continue uitstroming uit een 2" gat ofbij instantane uitstroming een stochiometrisch mengsel onder de overkapping kan vormen. Om de overdrukken te schatten die bij ontsteking van dit stochiometrisch mengsel onder de overkapping kunnen optreden is gebruik gemaakt van het rapport "Vuistregels voor explosiebelasting en respons van verkeerstunnels" [2]. De vuistregels voor het bepalen van de explosiebelasting en respons van verkeerstunnels zijn afgeleid voor relatief kleine wolken die zich in het midden van een lange tunnel (1000 m) bevinden. Rechtstreekse extrapolatie van de in dit rapport genoemde getallen naar korte tunnels (80 m) met een gaswolk over de volle lengte, zoals het geval is voor de overkluizing van Bos en Lommer, is daardoor moeilijk. Op grond daarvan is voor de te beschouwen situatie het l-d model voor de gasdynamica van een gasexplosie in een tunnel waarmee bovengenoemde vuistregels tot stand zijn gekomen, toegepast. Voor de bovengenoemde berekening zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: Eén tunnelbuis is geheel gevuld met een stoichiometrisch propaanluchtmengsel. De tunnelbuis is geheel gevuld met een file van stilstaande voertuigen. Voor de afmetingen van een tunnelgedeelte is gebruik gemaakt van de dwarsdoorsnede van de overk1uizing (zie figuur 2-2). Voor de overk1uizing is een lengte van 80 meter aangenomen. De vuistregels zijn namelijk te globaal om onderscheid te kunnen maken tussen de geringe lengteverschillen die optreden vóór, tijdens en na de bouw van de kantoorgebouwen. Globaal kan gesteld worden dat de explosie-overdrukken en de impuls binnen de variatie in tunnellengte vóór, tijdens en na de bouw ruwweg evenredig zijn met de tunnellengte. De belasting van de constructie is berekend op diverse plaatsen over de lengte van de tunnelbuis waarbij ontsteking werd aangenomen respectievelijk in het midden

11 TNO-MEP - R van 18 van de tunnel en in een tunnelopening. situaties nader ingegaan. Hieronder wordt op elk van de beschouwde Ontsteking in het midden van de tunnel In tabel 4-1 is de berekende belasting van de tunnelconstructie door de explosieoverdruk weergegeven op diverse plaatsen over de tunnellengte. De belasting is, in navolging van de methodiek gevolgd in [2], uitgedrukt in een maximale overdruk M>, de impuls I en de gedaantefactor ~' Tabel 4-1 Belasting van de tunnelconstructie op diverse plaatsen voor ontsteking in het midden van de tunnel ~P (kpa) I (kpa.s) ~ , , , , ,8 Uit de resultaten van de berekening blijkt dat de explosieoverdruk toeneemt met toenemende afstand tot het ontstekingspunt. De impuls neemt af met toenemende afstand tot de plaats van ontsteking omdat de afstand tot de tunnelopening kleiner wordt, waar een ontlastende invloed van uitgaat Ontsteking in de tunnelopening In tabel 4-2 is de berekende belasting van de tunnelconstructie door de explosieoverdruk weergegeven op diverse plaatsen over de tunnellengte. De belasting is uitgedrukt in een maximale overdruk LU>, de impuls I en de gedaantefactor ~' Tabel 4-2 Belasting van de tunnelconstructie op diverse plaatsen Ontsteking in de tunnelopening 5,6 0,8 Uit de resultaten van de berekening blijkt dat de explosieoverdruk toeneemt met toenemende afstand tot het ontstekingspunt. Aanvankelijk neemt de impuls ook toe, maar deze neemt weer af naarmate de uitstroomopening dichterbij komt waar een ontlastende invloed van uitgaat.

12 TNO-MEP - R van BLEVE In hoofdstuk 3 is aangegeven dat bij instantaan falen een BLEVE door de snelle expansie van het verdampende gas kan optreden. In het Vuistregelrapport [2] zijn schattingen gemaakt van de verwachten overdrukken bij een BLEVE. Bij een bezwijkdruk van de LPG tankauto van circa 6 bar (dampspanning LPG bij 20 "C) wordt een invallende blast overdruk van 150 kpa verwacht, de gereflecteerde blastoverdruk bedraagt circa 450 kpa. Indien de BLEVE optreedt na verhitting door een brand (warme BLEVE) dan zal de tank bij een hogere druk bezwijken en zullen de invallende blast overdruk en gereflecteerde blastoverdruk aanzienlijk hoger zijn. Bij een bezwijkdruk van de tank van 2000 kpa bedraagt de invallende blast 450 kpa en de gereflecteerde blastoverdruk meer dan 1500 kpa. 4.3 Structurele respons Op basis van de zeer summiere schets van de constructie van de dwarsdoorsnede van de overkluizing in Figuur 2-2, is een indruk ontwikkeld van de structurele respons onder invloed van de berekende explosiebelasting door het toepassen van de vuistregels in [2]. De schets van de constructie in Figuur 2-2 vertoont op het eerste gezicht de meeste overeenkomsten met variant 4 uit het Vuistregelrapport [2]. Op basis van deze overeenkomst is een indruk gegeven over de structurele respons van de tunnel. De respons van de gebouwen wordt hier niet gegeven, aangezien dit een complexe wisselwerking betreft tussen het tunneldek, de vloer van de gebouwen en de fundering. Hierover is alleen op basis van een gedetailleerde explosie respons berekening uitspraak te doen. Een eerste indruk betreffende de structurele respons van tunnel dak en tussenwand is voor de berekende explosiebelasting uitgelezen in de betreffende P-I diagrammen voor respectievelijk het dak (Figuur B39 in [2]) en de tussenwand (Figuur B45 in [2]) met de volgende conclusies: De dakconstructie van de overkluizing zal niet bezwijken maar de vloeigrens van het staal van de wapening zal ruim worden overschreden. Dit betekent dak het tunneldak dusdanig beschadigd is dat het vervangen moet worden. In de tussenwand van de overkluizing zal slechts scheurvorming in het beton optreden. De vloeigrens van het staal van de wapening zal niet worden bereikt. Dit betekent dat de tussenwand herstelbaar beschadigd raakt. Bovenstaande conclusies zijn echter alleen juist als de Bos en Lommer overkapping overeenkomt met de constructie van variant 4 uit het vuistregelrapport [2]. De Bouwdienst is echter van mening dat dit niet geheel het geval is [3], o.a. ontbreekt bij Bos en Lommer de gronddekking. De wapening van de bestaande viaducten bevindt zich hoofdzakelijk onder in het viaductdek. Ook in het vorig jaar geconstrueerde dek is de wapening niet overeenkomstig variant 4. Op basis hiervan verwacht de Bouwdienst dat het dek al bij een statische overdruk van I bar volledig zal bezwijken.

13 TNO-MEP - R van 18 Over de schade aan de bovenliggende gebouwen kan zonder aanvullende analyse geen uitspraak worden gedaan. Op basis van de berekende explosie overdrukken mag echter ernstige schade aan de bovenliggende gebouwen verwacht worden. Indien de overkapping bezwijkt zal ook de aardgas transportleiding tussen de liggers van het tussendek bezwijken. 4.4 Onzekerhedengehanteerderekenmodellen De vuistregels voor explosiebelasting en respons van verkeerstunnels [2] zijn afgeleid voor relatief kleine wolken die zich in het midden van een lange tunnel (1000 m) bevinden. Deze vuistregels zijn nogal conservatief gebleken met name doordat in het rekenmodel niet wordt meegenomen dat het brandbare mengsel voor het vlamfront zich snel verdunt met lucht. Indien de tunnel over de gehele lengte gevuld is met een brandbaar mengsel zoals in de hier uitgevoerde berekening, speelt verdunning van het mengsel geen rol. Daarom zijn de berekeningresultaten in dit rapport niet conservatief Ten aanzien van het gebruikte BLEVE model kan ook gesteld worden dat dit model onvoldoende gevalideerd is. Vanuit de literatuur wordt de indruk gewekt dat explosieve verdamping met zware blasteffecten tamelijk zeldzaam is. Meestal is de flash-verdamping bij tot vloeistof verdichte gassen onvoldoende om aanzienlijke blasteffecten te veroorzaken. Echter in een tunnel zou de tunnelwand wel eens kunnen worden blootgesteld aan de volle dampdruk van de verdampende vloeistof. In dat geval wordt de tunnelbelasting onderschat met de hier gegeven schatting.

14 TNO-MEP - R van Conclusies en aanbevelingen In de voorliggende rapportage is gekeken naar de mogelijke effecten van een gaswolkexplosie op de constructie van de overkluizing AIO -West ter hoogte van de Bos en Lommerweg. Uitgangspunt van de studie is een ongeval met een tankauto gevuld met LPG waarbij de gehele inhoud ( kg) semi-continue uit een 2" gat of instantaan vrijkomt. Hierbij kan een explosieve gaswolkverbranding of een BLEVE optreden. Explosieve Gaswolkverbranding Met betrekking tot het ontstekingspunt van de brandbare gaswolk zijn twee situaties beschouwd, te weten ontsteking in het midden van de tunnelbuis en ontsteking aan het begin van de tunnelbuis. Met betrekking tot de invloed van de lengte van de tunnel zijn op meerdere plaatsen in de tunnel overdrukken berekend. Voor de beschouwde situaties voor ontsteking van de gaswolk kan worden geconcludeerd dat de berekende overdruk toeneemt bij toenemende afstand tot het ontstekingspunt. Voor de ontsteking van een gaswolk in het midden van de tunnelbuis wordt een maximale overdruk aan het uiteinde van de tunnel berekend van circa 280 kpa, voor de ontsteking van een gaswolk aan de opening van de tunnelbuis wordt aan het eind van de tunnel een maximale overdruk van circa 300 kpa berekend. Indien de lengte van de overkapping slechts 80 m bedraagt in plaats van 83 m dan treedt ongeveer dezelfde overdruk op. BLEVE Bij het bezwijken van de tankauto door een mechanisch impact (koude BLEVE) wordt een invallende blast overdruk van 150 kpa verwacht en een gereflecteerde blastoverdruk van circa 450 kpa. Indien de BLEVE optreedt na verhitting door een brand (warme BLEVE) dan zal de tank bij een hogere druk bezwijken. Bij een bezwijkdruk van 2000 kpa zullen de invallende blastoverdruk en gereflecteerde blastoverdruk circa 3x hoger zijn. Structurele respons Op basis van de berekende overdrukken en impulsen is aan de hand van de in [2] weergegeven PI-diagrammen voor het dak en de tussenwand van de overkluizing gekeken naar de gevolgen voor de constructie. Uitgaande van een constructie die op het eerste gezicht de meeste overeenkomsten vertoont met variant 4 uit [2] zijn de volgende conclusies te trekken: De dakconstructie van de overkluizing zal niet bezwijken maar de vloeigrens van het staal van de wapening zal ruim worden overschreden. Dit betekend dat het tunneldak dusdanig beschadigd wordt dat het vervangen moet worden. In de tussenwand van de overkluizing zal slechts scheurvorming in het beton optreden. De vloeigrens van het staal van de wapening zal niet worden bereikt. Dit betekent dat de tussenwand herstelbaar beschadigd wordt.

15 TNO-MEP - R van 18 De Bouwdienst is echter van mening dat de constructie van viaducten en het dek tussen de viaducten niet geheel overeenkomstig variant 4 is. Op basis hiervan verwacht de Bouwdienst dat het dek al bij een statische overdruk van I bar volledig zal bezwijken. Over de schade aan de bovenliggende gebouwen kan zonder aanvullende analyse geen uitspraak worden gedaan. Op basis van de berekende explosieoverdrukken mag echter ernstige schade aan de bovenliggende gebouwen verwacht worden. Indien de overkapping bezwijkt zal ook de aardgas transportleiding tussen de liggers van het tussendek bezwijken. Invloed van de lengte van de overkapping Met betrekking tot de invloed van de tijdelijke toename van de lengte van de overkluizing tijdens de bouw van de kantoorgebouwen wordt opgemerkt dat de gehanteerde vuistregels in principe niet geschikt zijn om onderscheid te kunnen maken tussen de geringe lengteverschillen die optreden vóór, tijdens en na de bouw van de kantoren. Globaal kan gesteld worden dat de explosie-overdrukken en de impuls, binnen de variatie in tunnellengte vóór, tijdens en na de bouw, ruwweg evenredig zijn met de tunnellengte. Zowel voor een overkapping van 80 m, 83 m of iets langer kan geconcludeerd worden dat erbij het optreden van de scenario's van LPG dusdanige overdrukken optreden dat de overkapping volledig zal bezwijken. Met nadruk wordt hier nogmaals op gewezen dat in dit onderzoek alleen naar de effecten is gekeken en geen uitspraak wordt gedaan over de frequentie dat het scenario zal optreden. Aanbevelingen De gebruikte modellen kennen onzekerheden waardoor de schade zowel lager als hoger zou kunnen zijn. Om deze reden wordt aanbevolen om een gedetailleerd onderzoek uit te voeren zodat nauwkeuriger de te verwachten schade bepaald kan worden. Hierbij zou ook rekening gehouden moeten worden met mogelijke schade aan de bovenliggende bebouwing. In dit gedetailleerde onderzoek zouden de volgende aspecten moeten worden meegenomen: Berekening van de explosiebelasting met een CFD explosiemodel Bepaling van de schade aan de bovenstaande gebouwen Bepaling van de schade aan de aardgas hoofddistributieleiding die zich tussen de liggers van het nieuwe middenviaduct bevindt, en de mogelijke gevolgschade indien deze leiding lek raakt ten gevolge van een LPG ongeval. Een scenarioanalyse gericht op de veiligheid van de weggebruikers, de aanwezigen op het dek en in de gebouwen. Hierin moet de tijdsduur van de ongevalsontwikkeling beeld worden gebracht, de mogelijkheden tot zelfredzaamheid binnen deze tijdsduur van ongevalsontwikkeling en de mogelijkheden van externe hulpverlening.

16 TNO-MEP - R van 18 Een probabilistische risicoanalyse waarin ook expliciet rekening wordt gehouden met de frequentie van optreden van dit type ongevallen. Een probabilistische risicoanalyse waarin ook expliciet rekening wordt gehouden met de frequentie van optreden van dit type ongevallen.

17 TNO-MEP - R van Literatuur [1]!PO RisicoberekeningsMethodiek (!PO RBM) i\vrv,enschede 1997 [2] Vuistregels voor explosiebelasting en respons van verkeerstunnels AC. van den Berg, M.P.M. Rhijnsburger en J. Weerheijm (2001) Prins Maurits Laboratorium TNO rapport nr. PML2üül-C12l [3] Persoonlijke mededeling ing. J. Hoeksma Bouwdienst Rijkswaterstaat

18 ". TNO-MEP - R van Verantwoording Naam en adres van de opdrachtgever Ministerie van Verkeer en Waterstaat Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat, Bouwdienst Rijkswaterstaat T.a.v. dhr J. Hoeksma Postbus AX AMSTERDAM Namen en functies van de medewerkers M. Molag (TNO-MEP) S.J. EIbers (TNO-MEP) A.C. van der Berg (TNO-PML) Namen van instellingen waaraan een deel van het onderzoek is uitbesteed TNO Prins Maurits Laboratorium (TNO-PML) Datum waarop, of tijdsbestek waarin, het onderzoek heeft plaatsgehad Juni 2002 Ondertekening Goedgekeurd door Ir. J.J. Meulenbrugge afdelingshoofd