Belasting door sneeuw en regenwater: gevolgen voor het membraan en de rand van de opslagtank

Sneeuw en regenwater belasten het membraandak met een gewicht dat omgezet wordt in druk op het membraan. Dit is goed zichtbaar wanneer men het vergelijkt met de ondersteuningsdruk van de lucht. De berekeningen zijn eenvoudig: 1 mm water is 1 kg/m², oftewel ongeveer 10 Pa, en 1 mbar is 100 Pa. Een waterlaag van 10 mm belast het membraan dus als 1 mbar. Typische ondersteuningsdrukken van dubbelmembraandaken liggen in de orde van enkele millibar, dus zelfs een kleine waterophoping, laat staan liggende sneeuw, kan deze druk overschrijden en meer zijn dan wat het luchtkussen kan "dragen".

Hoe is het dak opgebouwd en waar werkt de belasting

Een gasopslagtank met een dubbelmembraandak bestaat uit een binnenmembraan (gasdicht) en een buitenmembraan (beschermend). De ruimte daartussen wordt onder overdruk gehouden door een ventilator, waardoor het buitenmembraan zijn vorm en spanning krijgt. Externe belastingen (sneeuw, water, wind) worden dus opgevangen door het gespannen membraan en de bevestiging aan de rand (tankrand, strip, klemprofiel). De opbouw en veiligheid van het dak worden beschreven in de tekst Magazyn biogazu: dach dwumembranowy i bezpieczeństwo].

Vergelijking van grootheden

Hieruit volgt een praktische conclusie: de ondersteuningsdruk alleen is geen bescherming tegen sneeuw. Een pneumatisch dak is bestand tegen sneeuw dankzij de vorm (boog, koepel), de sterkte van het membraan en de bevestiging, en het feit dat sneeuw de neiging heeft om af te glijden. Het gevaar ontstaat wanneer sneeuw blijft liggen, overhangen vormt, natte sneeuw een hoge dichtheid heeft of wanneer het dak spanning verliest.

Meest voorkomende schademechansimen

Verlies van ondersteuningsdruk. Een storing in de ventilator, stroomvoorziening of lekkage in het buitenmembraan veroorzaakt een afname van de spanning, waardoor het buitenmembraan op het binnenmembraan kan zakken. Er ontstaan verdiepingen waarin water en sneeuw zich ophopen, wat de belasting nog verder verhoogt.

Waterophopingen. Verdiepingen (onder andere rond lassen, bij plooien, in vouwen) verzamelen regenwater en smeltwater. Eenmaal opgevangen water verhoogt de doorbuiging, waardoor nog meer water wordt verzameld.

Ongelijkmatige belasting. Sneeuw die aan één kant afglijdt, sneeuwophopingen door wind, overhangen of sneeuwval van aangrenzende objecten zorgen voor een asymmetrische belasting, die de rand anders belast dan een gelijkmatige verdeling.

IJs. Bevroren water vormt stijve, zware platen die niet kunnen worden verwijderd. Bovendien verhoogt ijs de stijfheid van het membraan bij lage temperaturen en kan het leiden tot microscheurtjes. Ook kan afvoer en vloeistofafdichting bevriezen; zie Hoe kiest u antivriesverwarming voor de afdichting].

Overbelasting van de rand. De belasting van het dak concentreert zich op de rand, dat wil zeggen het element dat het membraan aan de wand bevestigt. De krachtenconcentratie veroorzaakt het lostrekken van het membraan uit de bevestiging, schade aan de strip of materiaalmoeheid. Water dat bij de rand blijft staan, versnelt corrosie en beschadigt afdichtingen.

Wat te doen bij ontwerp en exploitatie

1. Invoergegevens. De sneeuwbelasting voor de locatie wordt bepaald volgens de norm NEN-EN 1991-1-3 (sneeuwzones, vormfactoren); de rekenwaarde moet in de documentatie van het dak worden opgenomen. De documentatie van de fabrikant geeft aan voor welke belasting het dak is ontworpen.
2. Controle van spanning en ondersteuningsdruk. Een ventilator met noodstroomvoorziening of een tweede ventilator, alarm bij drukdaling, regelmatige controle van terugslagkleppen.
3. Waterafvoer. Dak zonder verdiepingen, vrije afvoeren, controle na neerslag. Ophopingen moeten worden gemeld aan de service, niet "geobserveerd".
4. Inspectie na hevige neerslag en vóór de winter. Toestand van naden, bevestiging, rand, strips, bouten en afdichtingen.
5. Plan van aanpak bij hevige neerslag. Wie beslist over sneeuwruimen, hoe dit gebeurt, hoe men zich beschermt tegen vallen, hoe het gas wordt beveiligd.

Veiligheid bij sneeuwruimen

Men betreedt het membraan niet zonder uitdrukkelijke toestemming van de fabrikant en een risicobeoordeling. De risico's omvatten vallen, membraanschade (ontluchting, gasvrijgave) en werken in een explosiegevaarlijke zone. De omvang en wijze van sneeuwruimen moeten voortvloeien uit de instructies van de installatie en het explosieveiligheidsdocument, en de werkzaamheden worden uitgevoerd door opgeleid personeel met geschikte uitrusting; bij schade of vermoeden van ontluchting handelt men volgens de noodprocedure van de installatie. De principes van gevaren met betrekking tot veilig werken in Ex-zones worden besproken in de tekst ATEX in biogasinstallatie].

Samenvatting

Belastingen door neerslag zijn meestal groter dan de krachten die de ondersteuningslucht kan leveren. Daarom berust de veiligheid van het dak op geometrie, spanning, materiaal- en randsterkte, op de stroomvoorziening van de ventilator en op een gedisciplineerde exploitatie. Het controleren van ophopingen, bevestigingen en alarmen vóór het winterseizoen is goedkoper dan reparatie na neerslag.

Rol van de rand

De rand, dat wil zeggen de ring waarmee het membraan aan de tankwand wordt bevestigd, is het element waarin de krachten van het hele dak samenkomen. Deze bevat meestal strips of klemprofielen, bouten, afdichtingen en waterafvoer. De toestand ervan wordt na elke winter beoordeeld: corrosie van bouten, scheuren in afdichtingen, vervorming van de strip en sporen van water onder het membraan zijn waarschuwingssignalen. Bijzonder kwetsbaar zijn plaatsen waar zich ophopingen vormen direct bij de rand, omdat water, en in de winter ijs, de belasting precies verhogen op het punt van de grootste spanning. Als tijdens de inspectie schade wordt gevonden, wordt de reparatie uitgevoerd volgens de instructies van de fabrikant en wordt de tank buiten bedrijf gesteld volgens de voorgeschreven procedure.

Conclusies voor het exploitatieplan

Het winterplan voor een membraandak moet bevatten: criteria voor het starten van extra controles (bijvoorbeeld de hoogte van de liggende sneeuw of voorspelde hevige neerslag), verantwoordelijke personen voor beslissingen, beschikbaarheid van noodstroomvoorziening voor de ventilator en communicatieregels met de service van de fabrikant. Het is ook de moeite waard om observaties vast te leggen (plaatsen waar water of sneeuw zich ophoopt), omdat dit verbeteringen mogelijk maakt in de spanning van het membraan of de afwatering bij de volgende servicebeurt.