Een stofexplosie kan een constructie in zeer korte tijd zwaar belasten. Vooral in een afgesloten of gedeeltelijk afgesloten ruimte kan door een snelle verbranding een sterke drukopbouw ontstaan. De gevolgen hangen af van de omstandigheden waarin de explosie plaatsvindt en van de constructie die aan deze druk wordt blootgesteld.
Wat is een stofexplosie?
Een stofexplosie ontstaat wanneer fijn, brandbaar stof zich met lucht mengt en vervolgens ontbrandt. Daarvoor zijn brandbaar stof, zuurstof uit de lucht en voldoende ontstekingsenergie nodig. Een vonk, hete oppervlakte, vlam, wrijvingswarmte of elektrostatische ontlading kan het stof ontsteken. Bij voldoende hoge temperatuur kan een stofwolk ook zelfontsteken.
Een brandbare stof kan daarnaast door zelfverhitting een ontstekingsbron vormen. Hierbij ontstaat door langzaam verlopende reacties warmte. Wanneer deze warmte onvoldoende kan worden afgevoerd, kan de temperatuur van het materiaal steeds verder oplopen. Uiteindelijk kan hierdoor zelfontbranding ontstaan.
Wanneer de stofwolk ontsteekt, kan een zeer snelle verbrandingsreactie ontstaan. Daarbij komt in korte tijd veel energie vrij. In een besloten ruimte kan hierdoor een snelle drukopbouw ontstaan. Voor een constructie is vooral deze snelle drukopbouw van belang. De explosie kan daardoor in korte tijd grote krachten op de begrenzende constructiedelen veroorzaken. Dit is een bijzondere vorm van dynamiek
Hoe ontstaat de drukopbouw bij een stofexplosie?
De druk die tijdens een stofexplosie op een constructie ontstaat, wordt sterk beïnvloed door de omstandigheden waarin de explosie plaatsvindt. In een afgesloten of gedeeltelijk afgesloten ruimte kan de druk in zeer korte tijd oplopen. De mogelijkheid om de ontstane druk via drukontlastingsvoorzieningen af te voeren, heeft invloed op de maximale druk en het verloop van de druk in de tijd. Voor de constructieve beoordeling is daarom niet alleen de hoogte van de druk van belang, maar ook hoe snel deze druk wordt opgebouwd.
Zonder drukontlasting kan de druk snel oplopen tot een hoge piek. Daarna neemt de druk weer af. Het exacte verloop en de snelheid waarmee dit gebeurt zijn afhankelijk van de omstandigheden van de explosie. Bij toepassing van ontlastingsvoorzieningen, zoals ontlastingsluiken of breekplaten, kan de ontstane overdruk naar buiten worden afgevoerd. Hierdoor kan de maximale drukbelasting op de constructie worden beperkt. Hierdoor kan de drukopbouw anders verlopen en kan de maximale drukbelasting op de constructie worden beperkt.
De plaats, uitvoering en werking van de ontlastingsvoorziening zijn daarbij van belang. Ook na het openen of bezwijken van een ontlastingsvoorziening kunnen constructiedelen nog aan de explosie worden blootgesteld.
Welke belasting ontstaat door een stofexplosie ?
De explosiedruk wordt via de begrenzende oppervlakken aan de constructie overgedragen. In de wand van een silo ontstaan daarbij voornamelijk membraankrachten, zoals omtrekkrachten. In wanden, daken en bodems kunnen daarnaast buigende momenten ontstaan, vooral door lokale effecten en de wijze waarop constructiedelen zijn ondersteund. Ook verstijvingen en verbindingen krijgen de ontstane krachten te verwerken.. De belasting hoeft daarbij niet overal gelijk te zijn. Plaatselijke effecten kunnen leiden tot sterke vervorming of schade aan een specifiek constructiedeel, terwijl de rest van de constructie grotendeels intact blijft.
Hoe kan een constructie door een stofexplosie bezwijken?
Een constructie kan bezwijken wanneer de door de explosie veroorzaakte krachten groter worden dan de capaciteit van de betreffende constructiedelen of verbindingen.
Vervorming en plastisch bezwijken
De explosiedruk kan constructiedelen sterk vervormen. De explosiedruk kan constructiedelen sterk vervormen. Wanneer de beschikbare draag- en vervormingscapaciteit wordt overschreden, kan plastisch bezwijken optreden. Een lokaal bezweken onderdeel kan daarbij ook gevolgen hebben voor aangrenzende delen van de constructie.
Bezwijken van verbindingen
Verbindingen moeten de krachten tussen de verschillende constructiedelen kunnen overdragen. Wanneer een verbinding deze krachten niet kan opnemen, kan daar lokaal bezwijken ontstaan.
Losscheuren of uitvallen van constructiedelen
Door de explosiedruk kunnen constructiedelen uit hun verbinding worden losgedrukt of losgescheurd. Hierdoor kan niet alleen lokale schade ontstaan. Ook kunnen andere constructiedelen vervolgens anders worden belast.
Hoe beoordeel je een constructie bij een stofexplosie?
De beoordeling richt zich op de vraag of de constructie de optredende explosiedruk kan opnemen zonder dat de draagfunctie verloren gaat. Daarbij worden de sterkte en vervorming van de constructiedelen en de capaciteit van verbindingen en aansluitingen beoordeeld.
Ook wordt gekeken naar de gevolgen van eventuele lokale schade. Een lokaal beschadigd constructiedeel hoeft niet automatisch tot het bezwijken van de gehele constructie te leiden. Van belang is of de constructie haar draagfunctie behoudt en of de belasting na lokale schade nog op een veilige manier kan worden afgedragen.
Bij een stofexplosie gaat het daarmee om meer dan alleen het controleren van afzonderlijke constructiedelen. De samenhang van de constructie bepaalt uiteindelijk of lokale schade beperkt blijft of kan leiden tot verder bezwijken.