Bijlagen. Sluis Empel. Naar een veiliger, goedkoper en innovatief sluishoofd

Bijlagen

Sluis Empel Naar een veiliger, goedkoper en innovatief sluishoofd

Sluis Empel Naar een veiliger, goedkoper en innovatief sluishoofd

Datum: 27 mei 2008 Auteurs: Rob Hendriksen Peter Spruijt Gert-Jan van Vuren

06-24999257 06-23928375 06-42871641

Afstudeerbegeleiders RWS: Ir. M. Rikkers Drs. P.G.M. Gerits Afstudeerdocent HAN: Ing. H.G.M. uit het Broek

Email: [email protected] Copyright Rijkswaterstaat Bouwdienst

Civiele techniek

Bouwdienst

Inhoudsopgave

Samenvatting

2

Summary

3

Bijlage I

Systems engineering

5

Bijlage II

Varianten: ronde 1

9

Bijlage III

Varianten: ronde 2

23

Bijlage IV

Varianten: ronde 3

29

Bijlage V

Berekening schadebedrag

55

Bijlage VI

Berekening aanvaarbalk

79

Bijlage VII

Energieabsorptie

89

Bijlage VIII

Tekeningen en kosten aanvaarbeveiliging

99

Bijlage IX

Belastingen op de sluisdeur

119

Bijlage X

Berekening rubberdoek

119

Bijlage XI

Berekening betonlijst

127

Bijlage XII

Schuimkisten en geleiding

135

Bijlage XIII

Programma van eisen

149

1

Samenvatting Sluis Empel, gelegen tussen Empel en Rosmalen, maakt deel uit van een primaire waterkering. Wanneer de sluisdeuren zouden bezwijken ten gevolge van een aanvaring kan het water uit de Maas vrij het achterland instromen. De gevolgen zijn dan niet te overzien. Vanuit Rijkswaterstaat is de wens ontstaan de haalbaarheid van een dynamische aanvaarbeveiliging te onderzoeken. Het doel van de afstudeeropdracht is het vinden van een optimaal concept voor een dynamische aanvaarbeveiliging en sluisdeur bij ‘Sluis Empel’. Centraal in dit project staan veiligheid en het verlagen van integrale kosten. Bij het gebruik van sluis Empel bestaat de kans dat een schip niet op tijd stopt en een sluisdeur aanvaart, waarop deze bezwijkt. Het gevolg is een sluiskolk waar het water vrij doorheen kan stromen. De kans bestaat dat op dat moment de waterstand van de Maas hoger is dan de dijken langs het achterliggende kanaalpand. Het water uit de Maas stroomt dan na enige tijd over de dijken het achterland in. Afhankelijk van de waterstand van de Maas kan het schadebedrag oplopen tot 1,4 miljard euro. De schade bestaat uit bedrijfsuitval en waterschade aan huizen, wegen, grondgebruik en voertuigen. Voor het risicobedrag is een range berekend tussen de 6.200 en 620.000 €/jaar. Om een dergelijke ramp te voorkomen is gezocht naar een optimaal concept voor een dynamische aanvaarbeveiliging. Er zijn reeds dynamische aanvaarbeveiligingen toegepast, deze zijn echter erg duur. Na een variantenstudie is er gekozen voor het concept ‘Gedempte hefbalk’. Een stalen balk hangt tussen twee heftorens in. Wanneer een schip de sluis invaart hangt de balk voor de deur en voorkomt zo een aanvaring met de sluisdeur. Wanneer de sluisdeur zich opent wordt de balk omhoog getakeld, zodat het schip eronderdoor kan varen. Bij een aanvaring wordt de balk gedempt door glasvezel-polyester profielen. Tijdens de aanvaring wordt de aanvaarenergie geabsorbeerd door de profielen kapot te drukken. Na de aanvaring zijn de profielen snel te vervangen en kan de aanvaarbeveiliging weer gebruikt worden. Uit berekeningen blijkt dat de investeringskosten voor de aanvaarbeveiliging lager zijn dan het risicobedrag waardoor deze te verantwoorden is. Naast de financiële kwestie speelt ook de morele vraag: ‘Wil de opdrachtgever dit risico lopen?’ Bij een ramp van deze orde staan mensenlevens op het spel. De opdrachtgever zal zich af moeten vragen of hij dit risico wil lopen. Voor het type sluisdeur bij Empel is gekozen voor een roldeur. Dit type sluisdeur heeft in het algemeen veel onderhoud nodig. Dit komt voornamelijk door de bewegende delen onder water en de uitvoering in staal. Het doel is het verlagen van de integrale kosten door het benodigde onderhoud en de bewegende delen onder water te reduceren. Na een variantenstudie is er gekozen voor het concept ‘Betonnen glijdeur met rubberdoek’. De deur bestaat uit een lijst van hoge sterkte beton met daarin een rubberdoek. Het rubberdoek zal de krachten overbrengen naar de lijst van beton. Onderin de deur komen schuimkisten, waardoor de deur opdrijvend vermogen krijgt en de krachten op de geleiding gereduceerd worden. Door het reduceren van de krachten kan glijgeleiding toegepast worden in plaats van rolgeleiding. Bij het openen en sluiten glijdt de deur over een kunststof baan. Aan het beton, het rubberdoek en de glijgeleiding wordt tijdens de levensduur nagenoeg geen onderhoud verwacht. Door het toepassen van glijgeleiding worden de bewegende delen onder water uit het ontwerp gesaneerd. Aangezien de materialen relatief goedkoop zijn wordt verwacht dat de integrale kosten van de deur fors omlaag gaan ten opzichte van een traditionele roldeur. De ‘Gedempte hefbalk’ en ‘Betonnen glijdeur met rubberdoek’ bevinden zich nog in de conceptfase. Er zal dus nader onderzoek plaats moeten vinden. De eerste berekeningen laten zien dat de concepten haalbaar zijn. Wanneer de concepten toegepast kunnen worden zal dit een forse besparing opleveren in de integrale kosten.

2

Summary Lock Empel, between Empel and Rosmalen, is part of a primary water barrier. If the lock gates would succumb as a result of a collision, the water from the Maas would flow freely into the land behind the dikes. The impact could be devastating. Therefore Rijkswaterstaat has the wish to examine the feasibility of a dynamic collision prevention system. The aim of the project is to find a concept for a dynamic collision prevention system and a lock gate for lock Empel. Key points in this project will be safety and reducing integrated costs. With the use of lock Empel, the chance exists that a ship doesn’t stop in time and runs into the lock gate, on which it succumbs. The result is an open lock. The water can flow freely from the Maas to the canal. When the water level of the Maas is higher then the height of the dikes along the canal, the water will flow over the dikes into the land. Depending on the water level of the Maas the water damage can run up to 1,4 billion euros. The damage exists of closed companies and water damage on houses, roads, land use and vehicles. For the economical risk we have calculated a range of 6.200 to 620.000 Euros a year. To prevent a disaster of this scale we have tried to find a concept for a dynamic collision prevention system. This type of system has already been applied, but is still very expensive. After we have studied the alternatives we have chosen for the concept ‘subdued hoist beam’. A beam of steal will hang between two towers. When a ship enters the lock, the beam will be lowered in front of the gate. When the gate opens, the beam will be lift so the ship can pass. When a ship runs into the beam, the beam will be subdued by glassfiber-polyester profiles. During the collision the energy is absorbed by crushing the profiles. After the collision the crushed profiles can rapidly be replaced by new ones. With calculations we found out the costs of investing in a collision prevention system are lower than the economical risk. Therefore we can justify the investment. Besides the financial question we can also ask the moral question:’ Does the initiator wants to run this risk?’ When a disaster of this scale takes places, lives are at stake. The initiator has to ask himself if he wants to run that risk. For lock Empel we have chosen for a rolling gate. This type of lock door generally needs a lot of maintenance. This is mainly because of the combination of moving parts and steel under water. The aim of the project is to lower the integrated costs by reducing maintenance. After we have studied the alternatives we have chosen for the concept ‘concrete sliding gate with rubber membrane’. The gate consists out of a concrete frame with a rubber membrane. The rubber membrane transfers the forces of the water to the concrete frame. Under the lowest water level we will place foam boxes. This will give the door buoyancy which reduces the force on the guiding track. By reducing these forces we can apply a sliding track. There is practically no maintenance expected on the concrete, rubber membrane and sliding track during the life span. By applying the sliding track, moving parts under water are reduced. Since the materials are relatively cheap we expect the integrated costs will be reduced in comparison to the traditional rolling door. The ‘subdued hoist beam’ and ‘concrete sliding gate with rubber membrane’ are still in the concept phase. Therefore, further research is needed. The first calculations show that the concepts are feasible. When these concepts can be applied, integrated costs can be reduced sufficiently.

3

4

Bijlage I Systems engineering

Inhoud: 1

NIEUWE WERKWIJZE .................................................................................................... 6 1.1 1.2 1.3 1.4

SYSTEMS ENGINEERING .............................................................................................. 6 OBJECTENBOOM ......................................................................................................... 7 FUNCTIONEEL SPECIFICEREN ...................................................................................... 7 TOEPASSING IN HET AFSTUDEERPROJECT .................................................................... 8

5

1 Nieuwe werkwijze 1.1 Systems engineering Systems engineering is de nieuwe werkwijze bij Rijkswaterstaat. Systems engineering wordt toegepast om de markt eerder bij het proces te betrekken en meer verantwoordelijkheid te geven. Eerder lag het maken van een ontwerp en het streven naar innovatie bij Rijkswaterstaat. Nu wordt dat aan de markt overgelaten. Bij systems engineering wordt er gebruik gemaakt van het top-down principe. Het opstellen van de vraagspecificatie wordt verdeeld in verschillende abstractieniveaus. De abstractie niveaus zijn: systeem, subsysteem, componenten en elementen. De eisen en randvoorwaarden worden samengesteld aan de hand van het integrale Vmodel van systems engineering. (Afbeelding 1.1) Een project start vaak met een probleem. Voor dit probleem zijn verschillende oplossingen mogelijk. Vanuit deze oplossingen worden de varianten opgesteld op een hoog abstractieniveau. De gekozen variant wordt vervolgens verder uitgewerkt op een lager abstractieniveau. De variant moet voldoen aan al de tot dan toe gestelde eisen. De eisen die per abstractieniveau worden gesteld zijn gevormd volgens het functioneel specificeren. In paragraaf 1.3 wordt dit verder toegelicht. Tijdens de uitvoering van een ontwerp vindt er per abstractieniveau terugkoppeling plaats naar de eisen gesteld op het betreffende abstractieniveau. Na de uitvoering wordt het totale product getoetst aan al de vastgestelde eisen. In het ontwerp wordt rekening gehouden met de gehele planperiode.

Afbeelding 1.1: Het integrale V-model uit leidraad systems engineering binnen de GWW-sector

6

1.2 Objectenboom Een gekozen variant wordt in componenten verdeeld. De meest linkse kolom van afbeelding 1.1 geeft het verdelen van het systeem in componenten aan. Op een lager abstractieniveau wordt een systeem opgedeeld in subsystemen. De subsystemen zijn de verschillende objecten. Door het systeem te ontbinden kunnen er meer specifieke eisen worden gesteld aan het subsysteem. Door meer specifieke eisen te stellen aan een object is het voor de opdrachtnemer duidelijker wat er van het object verwacht wordt. Vanuit deze opdeling wordt een objectenboom gemaakt. (Afbeelding 1.2) Eisen worden op elk niveau geformuleerd aan de objecten. Het is belangrijk een volledig overzicht te hebben van de objecten bij het systeem. De ontleding van het systeem gaat ook via het top-down principe. De objectenboom heeft vijf niveaus. De niveaus zijn; beleid, systeem, sub-systemen, componenten en elementen. Vanuit ieder object worden de eisen betreffende functionaliteit, interne en externe raakvlakken, randvoorwaarden en aspecten geformuleerd.

Afbeelding 1.2: Opstellen eisen en objecten

1.3 Functioneel specificeren Functioneel specificeren is het vastleggen van de gewenste prestatie van een systeem in eisen op basis van de functie van het systeem. Bij functioneel specificeren worden de eisen abstract gespecificeerd, waardoor er meer vrijheid is voor de opdrachtnemer. Het is belangrijk dat de eisen die worden opgesteld voldoende duidelijk zijn, anders kan er onduidelijkheid bestaan over het gewenste eindproduct. Op elk abstractieniveau moet afgevraagd worden of de eisen die gesteld worden relevant zijn en duidelijk is wat er bedoeld wordt. De eisen dienen aan de volgende eigenschappen te voldoen; enkelvoudig, traceerbaar, toetsbaar, voorzien van marges, actueel, eenduidig, uniek, positief geformuleerd, haalbaar consistent, noodzakelijk, oplossingsvrij en voorzien van een unieke identificatie. Het grote verschil met de oude werkwijze is dat de opdrachtnemer meer vrijheid krijgt. Vroeger werd een ontwerp tot op een laag abstractieniveau uitgewerkt door de opdrachtgever. Het enige dat de opdrachtnemer deed, was een prijs opgeven voor de realisatie en deze vervolgens uitvoeren. Nu maakt de opdrachtnemer zelf een ontwerp. Bij het ontwerp zal hij moeten aantonen dat het ontwerp voldoet aan de gestelde eisen. Op deze manier ontstaat er een kans voor de opdrachtnemer om

7

met nieuwe (innovatieve) oplossingen te komen. Soorten eisen Er zijn vier verschillende soorten eisen, te weten: Functionele eisen Interne en externe raakvlakeisen Randvoorwaarden Aspecteisen In de functionele eisen ligt vast wat het object dient te kunnen en wat de prestaties van de geïdentificeerde functies moeten zijn. Externe raakvlakeisen betreffen eisen met betrekking tot de omgeving. Hoe gaat het ontwikkelde object ingepast worden in zijn directe omgeving? Interne raakvlakeisen betreffen eisen ten aanzien van de raakvlakken binnen het systeem. Deze eisen worden verkregen door het opdelen van het systeem in subsystemen; objecten; componenten en elementen. Randvoorwaarden zijn eisen die bij aanvang van het project extern worden opgelegd aan het project. Aspecteisen beschrijven specifieke eigenschappen van het te ontwikkelen systeem die een indirecte bijdrage leveren aan de primaire functie. Voorbeelden van aspecten zijn: veiligheid, beschikbaarheid, betrouwbaarheid, vormgeving, milieuhygiëne, uitvoering, onderhoud, duurzaamheid en sloop. De bronnen voor dit verslag zijn Leidraad Systems Engineering en www.bouwdienst.nl/leidraadse 1.4 Toepassing in het afstudeerproject Tijdens het afstudeerproject is gewerkt volgens het principe van systems engineering. Het volgen van dit principe is een bewuste keuze, omdat dit de nieuwe werkwijze is binnen Rijkswaterstaat. Daarnaast is de verwachting dat deze werkwijze binnen een aantal jaren toegepast wordt bij de meeste civiele projecten. In tegenstelling tot de oude werkwijze zullen in de eerste fase van het project alle opties open gehouden worden. Tot aan het einde van het project zullen er eisen worden gesteld en wordt er op een steeds dieper abstractieniveau ontworpen. Op elk abstractieniveau zullen verschillende alternatieven worden uitgewerkt. De verschillende abstractieniveaus zullen terugkomen in 3 variantenrondes. Aangezien de opdracht luidt een ontwerp te maken tot VO niveau zal het abstractieniveau gedurende het gehele project relatief hoog blijven. Het voorontwerp niveau wil zeggen dat de haalbaarheid van het ontwerp wordt aangetoond. De hoofdafmetingen worden gedimensioneerd en er wordt gekeken naar cruciale details in het ontwerp.

8

Bijlage II Varianten: ronde 1

Inhoud: 1

INLEIDING ..................................................................................................................... 10

2

VARIANTEN .................................................................................................................. 11 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

OVERZICHT VARIANTEN ............................................................................................. 11 DEUR OP DE KOP ...................................................................................................... 12 NIEUWE DEURVARIANTEN .......................................................................................... 13 NIEUWE AANVAARCONSTRUCTIEVARIANTEN ............................................................... 15 COMBINATIEVARIANTEN ............................................................................................ 16

3

AFWEGING.................................................................................................................... 18

4

NIEUWE EISEN EN RANDVOORWAARDEN .............................................................. 21

9

1 Inleiding Voor de sluisdeur en aanvaarconstructie zijn meerdere oplossingen voor handen. In deze eerste ronde van de variantenstudie worden alle bekende oplossingen opgesomd en aangevuld met enkele nieuwe concepten. Aan de hand van de vooren nadelen wordt er een afweging gemaakt om een variant verder te onderzoeken in variantenstudie: ronde 2. Tijdens en na de eerste ronde zullen de eerste eisen en randvoorwaarden opgesteld worden. De varianten zijn onderverdeeld in deurvarianten, aanvaarconstructievarianten en combinatievarianten. De deuren aanvaarconstructievarianten zijn vrij te combineren, terwijl de combinatievarianten een concept beschrijven waarbij de deur en aanvaarconstructie slim zijn gecombineerd zodat er samenwerking van deze twee plaatsvindt. In hoofdstuk 2 worden de vooren nadelen besproken van alleen de ‘nieuwe’ oplossingen. Deze oplossingen worden aangegeven met een sterretje (*). Van de overige varianten zijn de vooren nadelen bekend. Deze kunnen terug gevonden worden in de literatuurstudie.

10

2 Varianten 2.1 Overzicht varianten Voorgaand aan de varianten ronde is er meerdere keren gebrainstormd met o.a. M. Ros (specialist in verlagen integrale kosten, innovatief ontwerpen en corrosiepreventie) en ir. M. Rikkers (afstudeerbegeleider RWS). In dit stadium waren er nog geen eisen gesteld en stond alles nog open voor discussie. Er werd zoveel mogelijk gekeken naar andere vakgebieden. Zo is o.a. het idee van een liftdeur ontstaan. Uit deze brainstormsessies zijn de volgende ideeën gekomen, die later nog verder besproken zullen worden: Deurvarianten: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Dubbele puntdeur Enkele puntdeur Enkele draaideur Rol- of glijdeur Hefdeur Waaierdeur Klepdeur Liftdeur * Rubber doek in lijst van staal of ZHSB (mbv kennis Ramspol) * - uit te voeren als punt, enkele draai, rol-, glij- of hefdeur

Aanvaarconstructievarianten: 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Stalen vangkabel geremd Kunststof vangkabels Aanvaarbalk gedempt Vangband Vangnet V-model (2 korte hydraulisch gedempte balken) * Airbag *

Combinatievarianten: 17. 18. 19. 20.

Enkele draaideur met meedraaiend vangwerk * Aanvaarbestendige rolof glijdeur * Aanvaarbestendige enkele draaideur * Rol- of glijdeur met glijbalk of gerolde kabel *

11

2.2 Deur op de kop Het plaatsen van de sluisdeur op de kop van de sluis kwam naar voren in één van de gesprekken. Het op de kop van de sluis plaatsen kan gedaan worden bij puntdeuren, enkele draaideuren en rolof glijdeur. Het heeft de volgende vooren nadelen: + Kleiner sluishoofd + Minder gevoelig voor vuil en ijs - Geen bescherming geopende deur - Sterkte aanslagpaal (aanvaring?) - Ruimte reserveren voor bewegingswerk Voor de puntdeur en enkele draaideur is het voordeel van een kleiner sluishoofd het grootst. Hier staat echter tegenover dat de fuikconstructie 6 tot 12 meter voor de sluis ophoudt. Vervolgens vormt de deur de fuik, terwijl juist die deuren slecht bestand zijn tegen aanvaringen. Tevens moet er rekening worden gehouden met een verlaagde bodemligging, zodat de deur niet vastloopt in de steenbestorting. Deuren die in deurkassen worden opgeborgen lopen over bodem van het sluishoofd en hebben dit probleem niet.

Afbeelding 3.1: Deur met deurkas

Afbeelding 3.1: Deur op de kop

De rolof glijdeur op de kop plaatsen levert minder voordeel op, omdat alleen een kopwand wordt bespaard. Deze relatief kleine besparing weegt niet op tegen de nadelen. De geleiding van de deur moet worden geregeld door de aanslag op de bodem van de sluis en/of er zijn alsnog enkele palen nodig waarlangs de deur kan bewegen. Daarnaast zijn er grendels nodig om de deur dubbelkerend uit te kunnen voeren. Al met al kan er geconcludeerd worden dat het op de kop plaatsen van de sluisdeur in deze situatie geen gewenste optie is. Het kan wel gunstig zijn bij kleine sluizen met kleinere schepen en een kleiner aanvaringsrisico.

12

2.3 Nieuwe deurvarianten Voor de deur zijn twee nieuwe varianten bedacht, namelijk de liftdeur en het rubberdoek in een lijst van beton of staal. De liftdeur is een roldeur, maar dan uitgevoerd als een liftdeur. De deur bestaat uit twee delen. Tijdens het sluiten van het eerste deel schuift het tweede deel uit het eerste deel. Dit zorgt voor een twee maal snellere sluiting. Tevens is de kas voor de liftdeur twee maal zo klein. De tweede deur is een lijst van beton of staal met daarin een rubberdoek. (als in Ramspol) Schetsen staan op de volgende pagina. Liftdeur

Rubberdoek in lijst

Kenmerken Doorvaarthoogte Bewegingswerk

Onbeperkt Zeer ingewikkeld

Bewegingsduur

Minimaal

Afhankelijk van uitvoering Afhankelijk van uitvoering. Besparing vermogen vanwege laag eigen gewicht. Gemiddeld

Dubbel- en/of enkelkerend Sluiten in stroming

Dubbelkerend

Dubbelkerend

Niet mogelijk

Afhankelijk van uitvoering.

Ruimtebeslag

Geen verlies kolklengte. In de breedte is ruimtebeslag geminimaliseerd. Mogelijk

Ruimtebeslag afhankelijk van uitvoering. Mogelijk

Zeer gecompliceerd

Eenvoudig

Eigen gewicht

Matig

Zeer licht

Aanvaarbestendigheid (gesloten/geopend) Wegverkeerfunctie

Zeer slecht/ goed

Zeer slecht/ Afhankelijk van de uitvoering Afhankelijk van uitvoering

Gevoeligheid vuil/ijs

Beschikbare kennis

Vuil en ijs in deurkas. Regelmatige inspectie nodig Dure betonconstructie, maar verkleint t.o.v. gewone roldeur. Dure constructie (momentvast) - Veel onderhoud - Essentiële onderdelen onder water. Nieuw concept

Constructie dikte

Dikke deur (4,0 m)

Nivelleren door schuiven in deur Constructie

Kosten

Onderhoud

Geschikt, maar complex

Afhankelijk van uitvoering Afhankelijk van uitvoering. Besparing energiekosten door laag eigen gewicht. - Minimaal onderhoud rubberdoek - Overig onderhoud afhankelijk van uitvoering Rubber: Ramspol HSB: andere vakgebieden Slanke deur (1,0 m)

Aandachtspunten - Vormvastheid eerste deurdeel. - Bewegingswerk voor tweede deurdeel. -Koppeling delen in gesloten stand. (max. moment)

- Vormvastheid beton - Bevestiging rubber aan beton - Mogelijkheden vervangen rubberdoek

13

Liftdeur:

Rubberdoek in lijst:

14

2.4 Nieuwe aanvaarconstructievarianten Voor de aanvaarconstructie zijn twee nieuwe varianten bedacht namelijk het Vmodel (Afbeelding 5.1) en de airbag. Bij het V-model worden twee korte balken vanuit de sluiswand naar het midden van de kolk geschoven. Bij aanvaring worden de balken weggedrukt waarbij er hydraulische demping plaatsvindt op ongeveer 1 m voor het einde van de balk. Bij de airbag wordt een grote rubberen ‘ballon’ gebruikt. De airbag wordt voor de deur gehangen en zorgt bij aanvaring voor verdeling van de kracht op de sluisdeur. De sluisdeur draagt de kracht af op het sluishoofd. Bij het openen van de deur kan de airbag bovenop de deur worden getild. Afbeelding 5.1: Principe V-model

Kenmerken Stichtingskosten

V-model

Airbag

Zeer hoog vanwege installaties, lange balken en betonwerk

Hergebruik

Direct hergebruik

Gemiddeld door bijzonder gevormde airbag, maar ontbreken van installaties Direct hergebruik

Vervangingskosten

Geen

Geen

Ruimtebeslag

Grote remweg

Scheepsvriendelijkheid Verloop remkracht

Brede betonconstructie. Grote remweg. Weinig tot geen schade aan schip Lange remweg

Terug veren van schip

Ja

Ja

Dynamische uitvoering

Ja

Ja

Aanpassing aan de waterstand Bedrijfszekerheid

Mogelijk

Eventueel automatisch

Goed

Goed

- Schrapen uiteinden balk langs (smal) schip. - Scheef overbrengen kracht op cilinder. - Scharnierende verbinding met bewegingswerk. - Scheepsvorm - 2 balken ook als slagbomen uit te voeren. (ipv schuiven)

- Lek raken constructie. - Vorm luchtzak. - Hoge druk bij zware aanvaring. - Horizonvervuiling bij optillen boven sluisdeur.

Weinig tot geen schade aan schip Lange remweg

Aandachtspunten

15

2.5 Combinatievarianten Er zijn vier combinatievarianten bedacht, namelijk een enkele draaideur met meedraaiend vangwerk (Afbeelding 6.1), een aanvaarbestendige rolof glijdeur, een aanvaarbestendige enkele draaideur en een rolof glijdeur met rolof glijbalk of gerolde kabel. Het vangwerk met vijf kunststof kabels is in geopende stand omhoog geklapt tegen de deur. In gesloten stand klapt het vangwerk uit en hangt het evenwijdig aan de waterlijn voor de deur. De uiteinden zouden voor extra stabiliteit kunnen vasthaken aan de sluiswand. Wanneer een schip het vangwerk invaart, met de maatgevende energie, breken de kabels één voor één waarbij het schip gelijkmatig tot stilstand komt. Hierna zullen de kabels vervangen moeten worden, voordat de aanvaarconstructie weer dienst kan doen.

Afbeelding 6.1: Draaideur met vangwerk, bovenaanzicht (boven) vooraanzicht (onder)

Bij de aanvaarbestendige rolof glijdeur ligt een rolof glijdeur in zijn geheel aan op hydraulische cilinders. De deur wordt in de aanvaarzone voorzien van een extra zwaar profiel dat de aanvaarenergie overbrengt op de cilinders. De aanvaarbestendige enkele draaideur wordt in gesloten stand vergrendeld door een hydraulische cilinder en werkt in principe hetzelfde als de voorgaande variant. Een rolof glijdeur, al dan niet op de kop van de sluis, wordt gekoppeld aan een rolof glijbalk of gerolde kunststof kabel. Bij het sluiten van de deur trekt deze de balk of kabel naar de overkant. De balk ligt aan op cilinders. De kabel moet aan de sluiswand gekoppeld worden. (Afbeelding 6.2)

Afbeelding 6.1: Bovenaanzicht rol of glijdeur/ rol of glijbalk.

16

Kenmerken Kosten deur / aanvaarconstr.

Ruimtebeslag deur / aanvaarconstr. Onderhoud deur / aanvaarconstr. Bewegingswerk / tijdsduur

Sluiten in stroming Gevoeligheid vuil / ijs

Enkele draaideur met meedraaiend vangwerk

Aanvaarbestendige Rol- en glijdeur

Aanvaarbestendige enkele draaideur

Rol- of glijdeur met rolof glijbalk of gerolde kabel

Gemiddeld door eenvoudige deur en besparing op omvang sluishoofd. Wel extra bewegingswerk nodig en systeem voor aanslag vangwerk. Gemiddeld ruimtebeslag door klein sluishoofd, maar grote remweg. Niet nuttige kolklengte ± 5m . Periodiek onderhoud bewegingswerk vangwerk.

Gemiddeld. Veel betonwerk. Weinig extra kosten voor aanvaarconstructie.

Laag door eenvoudige deur en besparing op onderdelen aanvaarbeveiliging.

Gemiddeld. Veel betonwerk. Geen bewegingswerk voor balk of kabel.

Weinig ruimtebeslag. Relatief dunne deur zonder aanvaarconstructie. Niet nuttige kolklengte ± 3m Essentiële onderdelen onder water. Periodiek onderhoud hydraulische cilinders. Eén klein bewegingswerk. Korte openingstijd.

Weinig ruimtebeslag vooral bij plaatsen deur op de kop van de sluis. Niet nuttige kolklengte ± 1m Periodiek onderhoud bewegingswerk en hydraulische cilinder.

Weinig ruimtebeslag. Relatief dunne deur en korte remweg. Niet nuttige kolklengte ± 3,5m Essentiële onderdelen onder water. Periodiek onderhoud hydraulische cilinders. Eén klein bewegingswerk. Korte openingstijd.

Eén groot bewegingswerk deur. Meerdere kleine werken voor aanvaarconstructie. Korte openingstijd. Nee Niet gevoelig. Geen deurkassen.

Complexiteit constructie Wegverkeerfunctie

Complexe constructie. Niet geschikt.

Hergebruik na aanvaring (en vervangingskosten)

Hergebruik afhankelijk van kabeltype. Hoge vervangingskosten.

Remweg Terug veren van schip

± 5 meter Gedeeltelijk

Bedrijfszekerheid

Matig vanwege vele bewegingswerken.

Dynamische uitvoering Aanpassing aan waterstand

Ja Mogelijk door middel van drijvers of bewegingswerk.

Beschikbare kennis

Enkele draaideur veel. Diverse studies over kunststof kabels.

Nee Bij toepassen deurkas erg gevoelig voor vuil/ijs. Regelmatige inspectie. Complexe constructie (aanslagen) Niet geschikt. Wegverkeer mag niet betrokken raken bij aanvaring. Direct hergebruik. (indien geen beschadiging aan deur) Geen vervangingskosten. ± 1 meter Ja

Eén groot bewegingswerk + één klein bewegingswerk voor hydraulische cilinder. Korte openingstijd Nee Niet gevoelig bij weglaten deurkassen.

Eenvoudige constructie Niet geschikt.

Direct hergebruik. (indien geen beschadiging aan deur) Geen vervangingskosten. ± 1 meter Ja

Deur: matig Aanvaarconstructie: optimaal Ja Mogelijk, bij toepassing van meerdere verzwaarde balken en eventueel cilinders. Glijdeur is eenmaal eerder uitgevoerd. Aanvaarbestendig maken is nog nooit gedaan.

Deur: goed Aanvaarbeveiliging: goed Ja Mogelijk, bij toepassing van meerdere verzwaarde balken en eventueel cilinders. Enkele draaideur veel. Aanvaarbestendig maken is nog nooit gedaan.

- Waterdichtheid beplating na aanvaring. - Verdraaien onderkant deur of hier ook een cilinder? - Waterdichtheid (ook bij enig verval)

- Waterdichtheid beplating na aanvaring. - Krachtverloop door eenzijdig verende oplegging. - Waterdichtheid (ook bij enig verval) - Krachtsverdeling bij meerdere cilinders.

Nee Bij toepassen deurkas erg gevoelig voor vuil/ijs. Regelmatige inspectie. Complexe constructie Zeer geschikt.

Hergebruik na reparatie bevestiging balk met deur of vervanging kabel. Lage vervangingskosten. Balk ± 1 meter, Kabel ± 3 meter Balk: ja Kabel: nee Matig Ja Mogelijk door middel van drijvers of bewegingswerk. Glijdeur is eenmaal eerder uitgevoerd.

Aandachtspunten - Bewegingswerk in de deur. - Falen inklappen vangwerk = niet openen sluisdeur. - Kwetsbaarheid vangwerk geopende deur.

- Koppeling deur met balk of kabel. - Koppelen en loskoppelen kabel aan sluiswand. - Oprollen / remmen kabel (stofzuiger / autogordel) - Waterdichtheid

17

3 Afweging In dit hoofdstuk worden de varianten beoordeeld en wordt er een afweging gemaakt of de variant verder wordt onderzocht. 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Dubbele puntdeur De dubbele puntdeur is een relatief dure variant vanwege 4 sets deuren, 8 bewegingswerken en grote sluishoofden. Deze variant gaat daarom niet door. Enkele puntdeur De enkele puntdeur voorzien van een grendel is geen optie, omdat het openen en sluiten van de grendel bij enig negatief verval moeilijk is. De deur kan niet dubbelkerend worden toegepast. Deze variant kan worden onderzocht op economische haalbaarheid. De wens om innovatief te zijn kan in met deze variant niet worden behaald, want de enkele puntdeur is al toegepast in IJmuiden. Enkele draaideur De enkele draaideur is dubbelkerend uit te voeren door het toepassen van een grendel. Voor de sluisafmetingen is de enkele draaideur nog haalbaar. De bedienbaarheid bij negatief verval van de enkele draaideur is erg lastig. Deze mogelijkheid zal verder onderzocht worden. Rol- of glijdeur De rolof glijdeur is goed geschikt voor sluis Empel. De deur is eenvoudig dubbelkerend uit te voeren en biedt verschillende mogelijkheden voor innovatie. De mogelijkheden voor het combineren met een aanvaarconstructie maken de rol- glijdeur interessant. Hefdeur De hefdeur is door zijn dure constructie met heftorens geen optimaal concept voor een middelgrote sluis. Daarnaast kan de hoge constructie op weerstand stuiten bij omwonenden. Vanwege de mogelijkheden voor het combineren met een aanvaarconstructie is de hefdeur interessant. Een vangnet of airbag biedt gemakkelijk bescherming over de hoogte waar de deur kan worden aangevaren. Waaierdeur De waaierdeur is een onnodig dure constructie. Door het toepassen van een aanvaarconstructie zal het bij sluis Empel niet voorkomen dat een deur in stroming moet sluiten en is een waaierdeur niet nodig. Klepdeur Kwetsbare en onderhoud vergende draaipunten onder water maken dat de klepdeur niet gewenst is voor sluis Empel en zal niet verder uitgewerkt worden. Liftdeur De liftdeur, zoals behandeld in hoofdstuk 3.2, is een nieuw concept in de sluizenbouw. De koppeling van de 2 deurdelen in gesloten stand levert naar verwachting grote problemen op. Op dit punt treedt een groot moment op, terwijl de constructie daar op zijn zwakst is. Deze deur valt dan ook af.

18

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

Rubber doek in lijst Het rubber doek in een lijst is een goede mogelijkheid voor sluis Empel. Deze oplossing kan in verschillende deurtypen worden toegepast. Zodra er een deurkeuze is gemaakt zal deze variant als alternatief worden meegenomen. Het abstractieniveau van variantenstudie: ronde 1 is te hoog om nu al voor deze variant te kiezen. Stalen vangkabel geremd De geremde stalen vangkabel is al eerder toegepast (sluis Panheel) en ook een optie voor sluis Empel. Remming door middel van hydraulische cilinder, remblok of energie absorptie lichaam. Kunststof vangkabels Kunststof vangkabels hebben als nadeel dat er meerdere kabels nodig zijn die achter elkaar of schuin boven elkaar worden geplaatst. Na een aanvaring is de werking bij hergebruik van de kabels moeilijk te garanderen. Het combineren van de kunststof vangkabels met een dynamisch systeem dat aan de waterstand aanpasbaar is, is moeilijk. De kabels zullen vast moeten worden gemaakt aan geleiding welke bestand moet zijn tegen de trekkracht die bij aanvaring op zal treden. De geleiding zal hierdoor kunnen beschadigen en kan onbruikbaar worden. Kunststof kabels zouden wel ingepast kunnen worden in een vangnet of een vangwerk voor een enkele draaideur. Aanvaarbalk gedempt De aanvaarbalk is een goede optie door zijn kleine ruimtebeslag. Indien de demping juist wordt toegepast blijft de schade aan het schip beperkt. De balk kan geheven worden of naar de bodem afgezonden worden. Vangband De vangband is nog niet eerder toegepast. Kennis zal verkregen moeten worden uit andere vakgebieden. Het voordeel van de vangband is dat er slechts één band nodig is zonder reminstallatie. Na een aanvaring gaat er weinig tot geen capaciteit verloren in tegenstelling tot een kunststof kabel. Hierdoor is de werking bij hergebruik gegarandeerd. Wel moet er rekening worden gehouden met trekkracht op de geleiding bij een aanvaring. Vangnet Het vangnet zoals nu bekend is uitgevoerd i.c.m. een hefdeur. Het is echter ook mogelijk om het net te combineren met een rolof glijdeur. Het net heeft als voordeel dat hij bij elke waterstand gebruikt kan worden en bij beide sluishoofden in gelijke vorm kan worden toegepast. V-model Het V-model zoals besproken in hoofdstuk 3.3 wordt niet haalbaar geacht, omdat een aanvaring niet altijd in het midden van de constructie plaatsvindt. Bij het V-model betekent dit dat ook één balk alle energie op moet kunnen nemen. Dit zou leiden tot onnodig grote dimensies. Daarnaast is de uitvoering ingewikkeld. Airbag De airbag is interessant omdat deze direct op de deur kan worden geplaatst. Door de airbag wordt de aanvaarenergie op de sluisdeur gespreid en kan de sluisdeur de kracht overbrengen op het sluishoofd. Daarbij komt dat een airbag blijft drijven en dus gemakkelijk op de juiste hoogte kan worden gebracht. Puntvormige boegen en voorop het schip geplaatste ankers kunnen nog wel problemen opleveren.

19

17.

18.

19.

20.

Enkele draaideur met meedraaiend vangwerk Het is technisch mogelijk om een enkele draaideur uit te rusten met een vangwerk dat bij het openen mee beweegt. Het is bij sluis Empel nodig om het vangwerk ook in hoogte te kunnen verstellen. Om dit systeem te laten werken zijn er meerdere bewegingen nodig die door verschillende bewegingswerken moeten worden geregeld. Hierdoor wordt de constructie ingewikkeld en minder betrouwbaar. Door deze onbetrouwbaarheid en complexiteit is deze variant waarschijnlijk geen optimaal concept en zal dus niet verder uitgewerkt worden. Aanvaarbestendige rolof glijdeur Een aanvaarbestendige rolof glijdeur is niet haalbaar, omdat bij een excentrische aanvaring de deur scheef gedrukt zal worden en hij daarbij vast zal lopen. De verdeling van de krachten op de aanslagpunten zal hierbij onevenredig zijn. Het is wel mogelijk om de rolof glijdeur te combineren met de airbag. De airbag heeft als functie de aanvaarkracht te verdelen over de deur. De deur kan vervolgens de kracht afdragen op het sluishoofd. Met deze optie is gelijk het idee ontstaan voor een aanvaarbestendige hefdeur i.c.m. een airbag. Aanvaarbestendige enkele draaideur Een aanvaarbestendige enkele draaideur wordt niet haalbaar geacht, omdat alleen het uiteinde van de deur hydraulisch kan worden gedempt. De bedoeling is dat de deur bij een aanvaring door draait en hydraulisch wordt gedempt. In plaats van door draaien zal de deur willen kantelen, waardoor er krachten op de onderaanslag en deuras komen te staan. Dit betekend dat de deuras zwaar belast kan worden. Tevens zullen er vervormingen op kunnen treden die ten koste kunnen gaan van de waterdichtheid. Rol- of glijdeur met rolof glijbalk of gerolde kabel De deur met balk of gerolde kabel lijkt haalbaar. De beweging kan met één bewegingswerk worden gemaakt. Het is belangrijk om te kijken naar mogelijkheden om hydrauliek boven het waterpeil te plaatsen. Door de wens om de constructie aan de waterstand aan te passen wordt het systeem ingewikkeld. Het is ook mogelijk om de aanvaarconstructie over grotere hoogte toe te passen. De liftdeur valt in ieder geval af, omdat deze constructie te ingewikkeld is.

Na afweging van de verschillende varianten zullen de enkele draaideur, de rolof glijdeur en de hefdeur doorgaan naar de volgende ronde. Van de aanvaarconstructies zullen de stalen vangkabel, de aanvaarbalk, de vangband, het vangnet en de airbag doorgaan. Deze varianten zullen bekeken worden op een lager abstractieniveau. Hierna zal er opnieuw een afweging komen en zullen er nieuwe eisen geformuleerd worden. In onderstaande tabel worden de combinaties van deuren aanvaarconstructietypen weergegeven. De combinaties die worden meegenomen naar variantenstudie: ronde 2 zijn aangegeven met X. Enkele draaideur Rol / glijdeur Hefdeur X X Stalen vangkabel geremd X X Aanvaarbalk gedempt X X Vangband X X Vangnet X X X Airbag

20

4 Nieuwe eisen en randvoorwaarden Aangezien er volgens het V-model van systems engineering wordt gewerkt zullen er na een variantenronde nieuwe eisen en randvoorwaarden worden opgesteld. Deze eisen en randvoorwaarden worden gevormd door de wensen die naar boven komen tijdens de variantenronde. Aanvaarconstructie: ID

Omschrijving

E-032

De aanvaarconstructie dient een aanvaring van 2000 kNm op 0,5 meter boven de optredende waterstand op te vangen.

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode:

Sluisdeur: ID

Omschrijving

E-031

De sluisdeuren voor het bovenen benedenhoofd dienen onderling uitwisselbaar te zijn.

Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode: ID

Omschrijving

E-043

Er dient te worden voorzien in één complete (set) reserve deur(en) voor sluis Empel die bruikbaar is voor het bovenen benedenhoofd.


Vul en ledigingsystemen: ID

Omschrijving

E-034

Vul- en ledigingssystemen dienen in de sluisdeur te worden geplaatst.

Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode: Toelichting

Onderhoud: ID

Omschrijving

E-036

Het werk dient onderhoudsarm te zijn.


21

Onderbouwing eisen E-032: Na een ronde langs bestaande aanvaarconstructies blijkt een hoogte van 0,5m boven de waterlijn optimaal voor de aanvaarconstructie. De constructie hangt hoog genoeg om alle scheepsboegen op te kunnen vangen. Diepliggende en kleine schepen worden zo ook tegengehouden. E-031: Vanwege de wens dat er altijd een reserve deur beschikbaar is, zal er gekozen worden voor uitwisselbaarheid van de deuren. Hierdoor hoeft er maar één reserve deur gemaakt te worden in plaats van twee. Daar komt nog bij dat het maken van drie dezelfde deuren waarschijnlijk goedkoper is dan het maken van twee sets verschillende deuren. Met het oog op onderhoud zijn identieke deuren ook een voordeel. Doordat de deur aan de kanaalkant even diep gefundeerd wordt als de deur aan de maaskant, wordt nivelleren door de deur altijd mogelijk, de onderste 3,5 meter van de deur zal dan permanent onder water staan. E-043: Er wordt verwacht dat na enkele jaren de sluis 24/7 beschikbaar zal moeten zijn. Lange niet-beschikbaarheid zal dus niet gewenst zijn. Wanneer een deur vervangen moet worden is het dus gewenst dat er een reservedeur beschikbaar is. E-34: Vanwege hoge kosten van omloopriolen zal het vullen en ledigen van de kolk moeten gebeuren door de deur. Deze optie is goedkoper en zorgt voor minder ruimtebeslag in de breedte van de sluis. E-36: Met het oog op kosten en beschikbaarheid wordt er gestreefd naar een onderhoudsarm concept.

22

Bijlage III Varianten: ronde 2

Inhoud: 1

INLEIDING ..................................................................................................................... 24

2

VARIANTEN .................................................................................................................. 24 2.1 2.2

OVERZICHT .............................................................................................................. 24 AANVAARCONSTRUCTIE ............................................................................................ 24

2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.3

Stalen vangkabel .................................................................................. 24 Aanvaarbalk ......................................................................................... 25 Vangband ............................................................................................. 25 Vangnet ................................................................................................ 26 Airbag ................................................................................................... 26

DEURVARIANTEN ...................................................................................................... 27

2.3.1 Enkele draaideur .................................................................................. 27 2.3.2 Rol- of glijdeur ...................................................................................... 27 2.3.3 Hefdeur................................................................................................. 27 3

AFWEGING.................................................................................................................... 27

4

NIEUWE EISEN EN RANDVOORWAARDEN .............................................................. 28

23

1 Inleiding Voor de sluisdeur en aanvaarconstructie zijn meerdere oplossingen voor handen. In de tweede ronde van de variantenstudie worden de gekozen varianten uit ronde 1 uitgewerkt op een lager abstractieniveau. Aan de hand van de vooren nadelen wordt er een afweging gemaakt om een variant verder te onderzoeken in variantenstudie: ronde 3. Tijdens en na de tweede ronde zullen nieuwe eisen en randvoorwaarden opgesteld worden.

2 Varianten 2.1 Overzicht Na ronde 1 zijn de gekozen varianten verder uitgewerkt. 1. Enkele draaideur met stalen vangkabel 2. Enkele draaideur met aanvaarbalk 3. Enkele draaideur met vangband 4. Enkele draaideur met airbag 5. Rol- of glijdeur met stalen vangkabel 6. Rol- of glijdeur met aanvaarbalk 7. Rol- of glijdeur met vangband 8. Rol- of glijdeur met vangnet 9. Rol- of glijdeur met airbag 10. Hefdeur met vangnet 11. Hefdeur met airbag In paragraaf 2.2 zullen de aanvaarconstructies besproken worden en in paragraaf 2.3 de deurvarianten. 2.2

Aanvaarconstructie

2.2.1 Stalen vangkabel De stalen vangkabel wordt in hoogte verstelbaar gemaakt doormiddel van katrollen en geleiding. (Afbeelding 1) Als deze aan de waterstand aangepast moet worden zal de kabel verlengd en verkort moeten worden, omdat het op hoogte brengen van de kabel extra lengte kost. Het is ook mogelijk het energieabsorptiewerk mee te laten bewegen met de kabel. De stalen vangkabel wordt geremd met bijvoorbeeld een hydraulische cilinder, kabeltrommel of remblok. De trekkracht op de kabel wordt gedeeltelijk overgebracht op de geleiding. Er is een grote kans dat de geleiding vastloopt en er reparatie moet plaatsvinden voordat het systeem opnieuw gebruikt kan worden. Afbeelding 1: Stalen vangkabel

24

2.2.2 Aanvaarbalk De aanvaarbalk hangt tussen twee torens in. (Afbeelding 2) Een aanvaarbalk zal bij aanvaring een horizontale kracht afgeven op een remsysteem. Het remsysteem beweegt in de heftorens met de balk mee. Het geheel is aan te passen aan de waterstand.

Afbeelding 2: Aanvaarbalk tussen heftorens

2.2.3 Vangband De vangband werkt grotendeels hetzelfde als de stalen kabel. (Afbeelding 3) De vangband wordt echter niet geremd, de band brengt de aanvaarkracht in zijn geheel over op de geleiding. Een vangband veroorzaakt bij aanvaring een trekkracht op de geleiding. Als de band aan de waterstand moet worden aangepast dient de trekkracht op de geleiding te worden overgebracht zonder dat deze vastloopt. De vangband hoeft niet voorzien te worden van een hydraulische cilinder, dit maakt de vangband niet alleen relatief goedkoper en makkelijker in onderhoud, maar er kan ook nagedacht worden over het naar de bodem trekken van de vangkabel wanneer deze buiten gebruik is.

Afbeelding 3: Vangband

25

2.2.4 Vangnet Het vangnet kan als rolof glijdeur of als hefdeur worden uitgevoerd. (Afbeelding 4) De hoogte van het vangnet, welke bestaat uit een raamwerk, wordt door de wisselende waterstand erg groot. De onderste balk van het raamwerk dient op de bodem te staan en mag maximaal 0,5 meter hoog zijn (i.v.m. diepgang schip). De bovenste balk dient hoog genoeg te zitten, zodat deze geen schade veroorzaakt op het dek van het schip. Als ervan uit gegaan wordt dat de onderkant van de bovenste balk in gesloten stand zich ongeveer vijf meter boven de hoogste waterstand bevindt en de balk 0,5 meter hoog is, dan is de totale hoogte van het vangnet ongeveer 14 meter. De onderkant van het net zal in geopende stand minimaal op 9,00+ N.A.P. moeten worden getild. De bovenkant komt daarmee op 23,00+ N.A.P. Deze hoogte is onacceptabel, waardoor het vangnet in de vorm van een hefdeur niet uitvoerbaar is. In deze berekening is geen rekening gehouden met remcilinders bovenop het vangnet. Het vangnet in de vorm van een rolof glijdeur zal ook ongeveer 14 meter hoog worden. Deze hoeft echter niet uit het water te worden getild.

Afbeelding 4: Vangnet uitgevoerd als roldeur

2.2.5 Airbag Voor het aanpassen van de airbag aan de waterstand kan hoogstwaarschijnlijk gebruik gemaakt worden van het drijvend vermogen van de airbag. (Afbeelding 5) Wanneer de airbag niet gebruikt wordt, kan deze opgetakeld worden boven de deur. De airbag kan bevestigd worden aan een plaat, de krachten worden dan via deze plaat gelijkmatig verdeeld over de deur.

Afbeelding 5: Airbag

26

2.3

Deurvarianten

2.3.1 Enkele draaideur De enkele draaideur zal in een deurkas in het sluishoofd worden opgeborgen. In de lengte van de sluis vraagt dit tweemaal 13 meter extra betonconstructie. De kosten van deze extra 26 meter sluishoofd zullen ongeveer €1.000.000 bedragen. (volgt uit contact met ing. P. Deenen, kostendeskundige RWS) De deur is alleen te koppelen aan de airbag. Overige aanvaarconstructies worden los uitgevoerd. 2.3.2 Rol- of glijdeur Het ruimtebeslag in de breedte van de rolof glijdeur zal meer dan 25 meter bedragen. (2*12,5) Goed te combineren met meerollend/glijdend vangnet of aanvaarbalk. 2.3.3 Hefdeur De hefdeur zal 11,5 meter hoog worden. De deur moet minimaal 7,0 meter boven het maximaal schutpeil worden uitgetild. De bovenkant van de deur komt daarmee minimaal op 4,40 + 7,00 + 11,50 = NAP+22,90m. Goed te combineren met een vangnet of airbag.

3 Afweging In dit hoofdstuk worden de varianten beoordeeld en wordt er een afweging gemaakt of de variant verder wordt onderzocht. 1. Enkele draaideur: De enkele draaideur is niet het meest geschikte deurtype voor deze deurafmetingen. De sluishoofden worden bij toepassing van een enkele draaideur ruim 10 meter langer, omdat het op de kop van de sluis plaatsen van de deur geen optie is. (zie variantenronde 1) Vanwege deze extra benodigde lengte voor het sluishoofd en de grote breedte van de sluis is de enkele draaideur geen optimale keuze. 2. Rol- of glijdeur: De rolof glijdeur heeft veel ruimte nodig in de breedte, maar is wel zeer geschikt als het gaat om de uitwisselbaarheid. In de breedte is voldoende ruimte beschikbaar voor de deurkassen. De deur is dubbelkerend en goed te combineren met de verschillende aanvaarconstructies. 3. Hefdeur: De hoogte van de heftorens voor een hefdeur is onaanvaardbaar voor de omgeving van het sluiscomplex. Een dergelijke constructie zou niet passen binnen het kader van de landschappelijke en ecologische maatregelen zoals omschreven in het OTB Zuid-Willemsvaart. De deur die gebruikt zal worden voor de verdere uitwerking van ‘optimaal concept sluis Empel’ zal de rolof glijdeur worden. Later zal duidelijk worden of de deur zal gaan rollen of glijden. Dit hangt onder andere af van het gewicht van de deur. De deur kan bijvoorbeeld uitgevoerd worden als een lijst van HSB of staal met een rubberdoek. (zie variantenronde 1) Er is besloten dat er nu nog geen keuze wordt gemaakt voor een aanvaarconstructie. Deze zullen eerst nog verder worden uitgewerkt op een lager abstractieniveau in combinatie met de rolof glijdeur.

27

4 Nieuwe eisen en randvoorwaarden Aangezien er volgens het V-model van systems engineering wordt gewerkt zullen er na een variantenronde nieuwe eisen en randvoorwaarden worden opgesteld. Deze eisen en randvoorwaarden worden gevormd door de wensen die naar boven komen tijdens de variantenronde. Aanvaarconstructie: ID

Omschrijving

E-033

De aanvaarconstructie dient drie uur na een aanvaring beschikbaar te zijn voor hergebruik.

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen


Omschrijving

E-034

De aanvaarconstructie dient het schip gelijkmatig tot stoppen te brengen


Omschrijving

E-035

De sluisdeur en aanvaarconstructie dienen los van elkaar verwijderd, onderhouden en vervangen te kunnen worden.


Onderbouwing eisen E-033: Na een aanvaring moet de sluis zo snel mogelijk weer in gebruik kunnen zijn. Aangezien er na een aanvaring eerst een schaderapport opgesteld zal moeten worden voor de verzekering, is er wel tijd om de aanvaarconstructie te repareren. Wanneer dit binnen drie uur gebeurd zal de sluis niet onnodig langer gestremd worden. E-034: Met het oog op gebruiksvriendelijkheid is het gewenst het schip geleidelijk te stoppen. Hierdoor zijn de krachten bij de aanvaring kleiner en wordt de schade aan schip en schipper geminimaliseerd. E-035: Met het oog op onderhoud is het gewenst de verschillende onderdelen van de sluis apart te kunnen inspecteren en onderhouden. De aanvaarconstructie zou dan geïnspecteerd of gerepareerd kunnen worden zonder dat de sluis gestremd is.

28

Bijlage IV Varianten: ronde 3

Inhoud: 1

INLEIDING ..................................................................................................................... 30

2

VARIANTEN .................................................................................................................. 30 2.1 2.2 2.3 2.4

OVERZICHT .............................................................................................................. 30 VARIANTEN AANVAARCONSTRUCTIE ........................................................................... 30 VARIANTEN GELEIDING .............................................................................................. 33 VARIANTEN SLUISDEUR ............................................................................................. 35

2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 3

AFWEGING.................................................................................................................... 43 3.1 3.2 3.3

4

Materiaalkeuze ..................................................................................... 35 Gewicht sluisdeur ................................................................................. 38 Belasting op geleiding........................................................................... 40 Aandrijfkracht........................................................................................ 41

AANVAARCONSTRUCTIE ............................................................................................ 43 GELEIDING ............................................................................................................... 45 SLUISDEUR............................................................................................................... 45

TEKENINGEN ................................................................................................................ 46

29

1 Inleiding In varianten ronde 2 is gekozen voor een rolof glijdeur. Voor de aanvaarconstructie is echter nog geen definitieve keuze gemaakt. In de derde ronde van de variantenstudie worden de gekozen varianten uit ronde 2 verder uitgewerkt op een lager abstractieniveau. Voor de rolof glijdeur wordt er gekeken naar de verschillende materialen die gebruikt kunnen worden. Er wordt een afweging gemaakt tussen staal en beton. Aan de hand van de vooren nadelen wordt er een afweging gemaakt en een aanvaarconstructie, het materiaal voor de sluisdeur en een type geleiding gekozen.

2 Varianten 2.1 Overzicht De volgende varianten zijn tijdens de variantenronde verder uitgewerkt: 1. Airbag 2. Gedempte balk in combinatie met deur 3. Gedempte hefbalk 4. Geremde kabel in combinatie met deur 5. Geremde hefkabel 6. Vangband 7. Vangnet Voor de deurgeleiding is er gekeken naar de volgende geleidingen: 1. Rolgeleiding met 2 onderrolwagens 2. Rolgeleiding “kruiwagen” 3. Glijgeleiding 4. Schuifgeleiding Voor de rolof glijdeur is er gekeken naar de varianten: 1. HSB lijst met HSB plaat 2. HSB lijst met rubber doek 3. Stalen frame met rubber doek 4. HSB frame met schuimkisten en rubber doek 2.2 Varianten aanvaarconstructie In variantenronde 2 zijn de verschillende constructies kort toegelicht. Als vervolg hierop zijn de vooren nadelen uitgezet in een tabel. Aan de hand van deze tabel maken we een keuze voor de aanvaarconstructie. De verschillende varianten zullen nog een extra toelichting krijgen. Airbag De airbag zit vast aan een plaat die in hoogte verstelbaar is. (Tekening 1) De plaat wordt tot bovenaan de deur getild. De airbag heeft een eigen kas waar hij tegelijk met de deur in schuift. Door de airbag niet boven de deur uit te tillen heeft de airbag weinig last van windbelasting. Gedempte balk in combinatie met de deur De gedempte balken zijn verbonden met de deur. (Tekening 2) Er zijn meerdere balken, omdat de constructie op verschillende hoogtes aangevaren kan worden. Doorat de balken met de deur verbonden zijn is er geen extra bewegingswerk nodig. Zodra de deur gesloten is liggen de balken aan op hydraulische cilinders in de sluiswand. De balken hebben een eigen kas en geleiding.

30

Gedempte hefbalk De hefbalk hangt tussen twee torens in. (Tekening 3) De aanvaarenergie wordt gedempt door bijvoorbeeld hydraulische cilinders of composiet materiaal. Het geheel wordt naar beneden gelaten tot 0,5m boven de waterstand wanneer een schip de sluis in vaart. Wanneer het schip de sluis uit vaart wordt het opgetakeld tot 7,0m boven de waterlijn. Geremde kabel in combinatie met de deur Drie kabeltrommels zitten op verschillende hoogtes in de sluiswand. (Tekening 4) Wanneer de deur sluit rolt deze de kabels uit en brengt ze naar de overkant. Hier worden de kabels vergrendeld aan de sluiswand. Bij een aanvaring wordt de energie vernietigd door de kabeltrommels. Geremde hefkabel De kabel wordt door twee bewegingswerken op de juiste hoogte gebracht. (Tekening 5) De kabel loopt over een katrol die wordt geleid door rails of schuifgeleiding. Wanneer de kabel wordt aangevaren wordt de energie overgebracht op de kabeltrommel en de katrol. Na aanvaring is de constructie direct weer te gebruiken. Vangband De vangband is een semi-oneindig elastisch band die tussen de twee torens gespannen is. (Tekening 6) De band wordt door een bewegingswerk op hoogte gebracht. De geleiding kan gebeuren door rails of schuifgeleiding. Bij aanvaring worden de krachten via de geleiding overgebracht op de sluiswand. Vangnet Het vangnet heeft een eigen kas en beweegt tegelijk met de roldeur. (Tekening 7) Het vangnet bestaat uit een frame van staal of beton. In het frame bevindt zich een net dat gekoppeld is aan hydraulische cilinders. De energie wordt overgebracht op het frame via de cilinders.

31

Voor- en nadelen Stichting

Airbag

Gedempte balk

Gedempte hefbalk

Geremde kabel

Geremde hefkabel

Vangband

Vangnet

Duur door unieke toepassing materiaal, maar geen reminstallaties.

Veel materiaal. Geen extra bewegingswerk. Kosten dempingsvarianten variëren. Hergebruik/reparatie afhankelijk van type demping.

Dure heftorens met bewegingswerk. Kosten dempingsvarianten variëren.

Dure rem/rolwerken en meerdere bevestigingspunten in sluiswand.

Dure heftorens met bewegingswerk. Kosten dempingsvarianten variëren.

Gemiddeld vanwege eenvoudige constructie maar duur materiaal.

Hergebruik/reparatie afhankelijk van type demping.

Hergebruik direct mogelijk. Geen voorziene reparaties. Remtrommels en haakconstructies in sluiswand over gehele hoogte. ± 6 meter extra kolklengte.

Hergebruik/reparatie afhankelijk van type demping.

Hergebruik direct mogelijk. Geen voorziene reparaties. Heftorens ± 1x1 meter. Geleiding in sluiswanden. ± 6 meter extra kolklengte.

Veel materiaal, maar geen extra bewegingswerk. Meerdere kabelreminstallaties. Hergebruik direct mogelijk. Geen voorziene reparaties. Extra kas voor vangwerk. ± 3 meter hoger dan het sluishoofd. ± 4 meter extra kolklengte.

Hergebruik / reparatie

Hergebruik na vullen. Geen voorziene reparaties.

Ruimtebeslag

Geen installaties op de kade. ± 4 meter extra kolklengte.

Extra kas voor vangwerk + ruimte voor dempings-installatie. ± 4 meter extra kolklengte.

Heftorens ± 3x2 meter. Geleiding in sluiswanden. ± 4 meter extra kolklengte.

Verloop remkracht / terug veren schip Bewegingswerk

Te beheersen mbv ventiel. Geen terug veren van schip bij gebruik ventiel. Eén bewegingswerk voor het optillen van de airbag. Automatische aanpassing aan waterstand.

Starre constructie.

Starre constructie.

Scheepsvriendelijke remweg.




Geen extra bewegingswerk.

Twee bewegingswerken.



Geen extra bewegingswerk.

Onderhoud

Weinig onderhoudsgevoelige onderdelen. Aan sluisdeur gekoppeld.

Afhankelijk van type demping. Aan sluisdeur gekoppeld.

Onderhoud hefwerk. Onderhoud demping afhankelijk van type. Los van sluisdeur.

Onderhoud hefwerk. Onderhoud demping afhankelijk van type. Los van sluisdeur.

Onderhoud hefwerk. Los van sluisdeur.

Onderhoud reminstallaties. Aan sluisdeur gekoppeld.

Bedrijfszekerheid

Mogelijk niet erg geschikt voor verschillende boegvormen. Verkleind door gekoppelde constructie. Eenvoudig

Verkleind door gekoppelde constructie.

Goed

Meerdere rem/rolwerken + meerdere bevestigingspunten met bewegingswerk. Relatief veel onderhoud door vele werktuigbouwkundige installaties. Aan sluisdeur gekoppeld. Verkleind door gekoppelde constructie. Verkleind door vele installaties.

Afhankelijk van eenvoud uitvoering.

Goed

Ingewikkeld

Eenvoudig

Ingewikkeld

Ingewikkeld

Eenvoudig

Goed geschikt voor verschillende boegvormen. Verkleind door gekoppelde constructie. Ingewikkeld

Ja

Ja

Nee

Ja

Nee

Nee

Ja

Nee

Nee

Ja

Nee

Ja

Ja

Ja

Praktische uitvoerbaarheid/ gebruik Niet-nuttige kolklengte bij 1ste sluisdeur? Omgevingshinder

Heftorens ± 1x1 meter. Reminstallatie op de kade. Geleiding in sluiswanden. ± 6 meter extra kolklengte.

32

2.3 Varianten geleiding Voor de geleiding van de deur is naar een viertal opties gekeken. Namelijk twee rolwagens onder de deur, één rolwagen boven en één onder de deur, glijgeleiding en schuifgeleiding. De vooren nadelen zijn uitgezet in een tabel. Rolwagens zijn al vaak toegepast. Bij een roldeur uitgevoerd als kruiwagen worden de krachten in een verhouding van 64/36 afgedragen op het sluishoofd. (Afbeelding 1) De onderrolwagen draagt 64% van de belasting af. De bovenrolwagen draagt 36% van de belasting af. Bij een roldeur met twee onderrolwagens zal deze verdeelsleutel 50/50 zijn.

Afbeelding 1: Roldeur van het “kruiwagentype”

De glijdeur heeft hydrogeleiding. (Afbeelding 2) In de deur worden hydrovoeten gebouwd. Als de deur gesloten is steunt de deur op draagvoeten. De hydrovoet is opgebouwd uit een roestvast stalen glijzool en een rubber oplegging. De hydrovoet staat op een kunststof glijbaan. Onder hoge druk wordt er water tussen de hydrovoet en de glijbaan gespoten. Door de hoge waterdruk ontstaat er een waterfilm tussen de hydrovoet en de kunststof glijbaan. Doordat de deur loskomt van de bodem kan hij gemakkelijk heen en weer bewogen worden. De onvlakheid van de kunststof ondergrond moet zo klein mogelijk zijn zodat de wrijving minimaal is. Bij schuifgeleiding glijdt de deur over een baan van PE. Aan de onderkant van de deur bevinden zich blokken van RVS die over de baan heen schuiven. Er zijn geen bewegende delen. (Afbeelding 3)

Afbeelding 2: Glijdeur “hydrotype”

Afbeelding 3: Schuifgeleiding

33

Rolgeleiding

Glijgeleiding

Schuifgeleiding

Door middel van hydrovoeten wordt een waterfilm gemaakt. Met de bovenrolwagen wordt de glijdeur heen en weer bewogen.

De geleiding over de bodem gebeurd door blokken RVS over een PE baan.

50/50. De hydrovoeten dragen de belasting af. Dit gebeurt centrisch in de deur. Er zijn twee pompkamers nodig om onder de hydrovoeten een waterfilm te creëren. Geen bewegende delen onder water.

Over de hele baan kan de belasting op de bodem worden afgedragen.

2 onderrolwagens De deur staat op twee rolwagens. Beide rolwagens bevinden zich onder deur en rijden over rails. Er is een bovenrolwagen voor de geleiding. 50/50 op beide rolwagens.

“Kruiwagen” constructie Eén onderrolwagen loopt over een rails op de bodem. De bovenrolwagen wordt, door toepassing van pendels, ook gebruikt voor belastingafdracht. 64/36. De onderste rolwagens krijgt een merendeel van de belasting.

Pompen

Geen

Geen

Bewegende onderdelen

De onderrolwagens bevinden zich onder water. De bovenrolwagen bevindt zich boven water. Rails en wielen. Bij de bovenrolwagen wordt de deur ook horizontaal geleid.

De onderrolwagen bevindt zich onder water.

Materialen

Machinestaal

Machinestaal

Slijtage Onderhoud Grootste voordeel

Relatief laag Hoge onderhoudskosten Gelijke belasting afdracht.

Redelijk Hoge onderhoudskosten Minder bewegende delen onder water.

Hoog Lage onderhoudskosten De belasting wordt over een groter oppervlak gespreid.

Grootste nadeel

Veel bewegende delen onder water.

De onderrolwagen wordt extra belast.

Kosten

De onderhoudskosten zijn erg hoog. Met name onderhoud aan bewegende delen onder water.

De onderhoudskosten zijn erg hoog.

Bij onvoldoende vlakheid van de vloergeleiding extreem hoge energie kosten. Gemiddeld. Door een niet vlakke glijbaan kunnen de energiekosten hoog oplopen.

Werking

Verticale belastingafdracht

Geleiding van de deur

Rails en wielen. Bij de bovenrolwagen wordt de deur ook horizontaal geleid.

Via de bovenrolwagen en de inrichting van de deur ter hoogte van de drempel van het sluishoofd. RVS over een UHMPWE laag. RVS hydrovoeten over een PE glijbaan.

Geen Geen bewegende delen onder water.

Deur sleept met RVS blokken over een glijbaan van PE. De bovenrolwagen geleidt de deur. RVS oplegblokken over een PE glijbaan. Hoog Lage onderhoudskosten Geen bewegende delen onder water. Optredende slijtage wordt geaccepteerd. Vervangen RVS/PE constructie door slijtage. Hoge energiekosten. Laag. Door de wrijving kunnen de energiekosten hoog oplopen.

34

2.4

Varianten sluisdeur

2.4.1 Materiaalkeuze De materiaalkeuze voor de rolof glijdeur heeft grote gevolgen voor de dimensionering. Ze heeft niet alleen invloed op de stichtingskosten en de afmetingen, maar ook op de onderhoudskosten en de glij- of rolconstructie. In het verleden zijn glij- en roldeuren voornamelijk uitgevoerd in geverfd staal en hout. Vanwege de hoge onderhoudskosten kijken we naar andere materialen om de integrale kosten, en dus ook de onderhoudskosten, te verlagen. De volgende materialen zullen vergeleken worden: staal, beton, vezel versterkt kunststof en een rubber membraan. Staal: Op dit moment wordt vooral geverfd staal toegepast. Vooral in het onderhoud is dit een dure optie. Om de onderhoudskosten te verlagen kan er gekeken worden naar andere manieren van conserveren zoals een aluminium deklaag of kathodisch bescherming. De deur kan ook uitgevoerd worden in RVS om roesten te voorkomen. RVS is echter zuurstofbehoevend waardoor spleten in de deur een probleemgebied vormen. Om het roesten tegen te gaan zal de deur regelmatig schoon gemaakt moeten worden. Daarbij komt nog dat de stichtingskosten tweemaal hoger liggen dan die van een deur in koolstofstaal. Hierdoor wordt een deur in RVS pas gunstig wanneer deze onder water schoon gemaakt kan worden en 100 jaar meegaat. Een ook dan is het verschil met een deur in geverfd staal minimaal. Vanwege dit kleine verschil en relatieve onbekendheid met het materiaal in de sluizenbouw kan er beter gekeken worden naar andere manieren van conserveren. Zoals eerder vermeld kan de deur geconserveerd worden door een thermische aluminium laag toe te passen of het staal kathodisch te beschermen. Kathodisch beschermen kan alleen wanneer de stalen delen van de sluis zich onderwater bevinden. Bij veel sluizen zou dit een goede optie zijn. Bij sluis Empel hebben we echter de wisselende stand van de Maas. Hierdoor bevinden alleen de onderste 3,5 meters van de sluisdeuren zich permanent onder water. De bovenste 8 meter van de sluisdeuren zijn wisselend onder en boven water. Aangezien het deel van de deur waar kathodische bescherming toegepast kan worden zo klein is zullen we dit niet verder onderzoeken. Er zal gezocht worden naar een manier van conserveren die op de hele deur toegepast kan worden. Het toepassen van een zogenaamde ‘alulaag’ is al eerder gedaan. De ‘alulaag’ is onedeler dan het onderliggende staal en beschermd het staal door zichzelf op te offeren. De ‘alulaag’ heeft een lange levensduur door de vorming van aluminiumoxiden die de poriën verstoppen en de ‘alulaag’ volledig afsluiten. De ‘alulaag’ slijt langzaam af, de levensduur hangt daardoor samen met de laagdikte. Wanneer de ‘alulaag’ op een goede manier wordt aangebracht is dit mogelijk een goed alternatief voor geverfd staal. Uit onderzoeken naar verschillende manieren van conserveren is ook gebleken dat het aanbrengen van een alulaag de goedkoopste optie is. Beton: Beton heeft het grote voordeel dat het een hoge dichtheid heeft. Hierdoor heeft het een zeer lange onderhoudsvrije periode. Door het toepassen van zeer hoge sterkte beton kan de constructie relatief licht uitgevoerd worden. Daar komt nog bij dat de kosten van beton laag zijn in vergelijking met staal. Hierdoor kan beton goed concurreren met staal op het gebied van stichtings- en onderhoudskosten. In 2006 is er een onderzoek uitgevoerd door IBA naar een glijdeur in ZHSB. Daaruit volgde dat de stichtings- en onderhoudskosten van de deur 30 á 40% zijn van een zelfde

35

deur uitgevoerd in geverfd staal. (HSB B120) Door de steeds verder stijgende staalprijzen is beton zeker een materiaal waar aan gedacht moet worden. Vezel versterkt kunststof: Vezel versterkt kunststof is goed bruikbaar bij constructies die wel sterk maar niet stijf hoeven te zijn. Een aantal jaren terug is de Spieringsluis uitgevoerd in VVK. Hiervoor is veel onderzoek gedaan naar het materiaal. VVK is als materiaal erg geschikt voor sluisdeuren het lage gewicht en de lage onderhoudskosten. De stichtingskosten zijn echter erg hoog. De deur wordt gemaakt door middel van handlamineren. Hier gaan veel manuren in zitten. In de deuren van de Spieringsluis zaten 1600 manuren. De deuren in sluis Empel zullen een factor vier groter worden. Dit betekent dat de deur waarschijnlijk ook een factor vier dikker zal worden. Vanwege de hoge stichtingskosten en de nog relatieve onbekendheid met het materiaal is het op dit moment nog geen optie om de deur uit te voeren in VVK. Membraan: Om de kosten en gewicht van deur laag te houden kan er gedacht worden aan een rubber membraan. (Afbeelding 4) In plaats van een stalen beplating of een betonnen plaat wordt dan een rubber doek gebruikt. Dit doek zit in een betonnen of stalen lijst die de krachten vanuit het doek overbrengen naar de sluiswanden. Hierdoor wordt de constructie lichter. Aandachtspunten zijn de doorbuiging en de aanvaarbestendigheid van het doek. Dit concept is tevens nog nooit uitgevoerd. Voor kennis over rubber membranen en de op te nemen belastingen kan project Ramspol gebruikt worden.

Afbeelding 4: Principe membraan in lijst

36

Kenmerken materialen Voor de rolof glijdeur zijn er drie materialen geschikt, namelijk staal met een ‘alulaag’, hoge sterkte beton en een combinatie van staal of beton met een membraan.

*) Gebaseerd op ‘Opbouw integrale kosten damwandvarianten’ D. Ros, ‘Thermisch gespoten

Staal + ‘alulaag’

HSB

Membraandeur

Kenmerken Gewicht

Gemiddeld

Integrale kosten (in % van geverfd staal na 100 jaar)* Levensduur

60% Kosten alulaag = 120 euro/m2 na 100 jaar 40-60 jaar

Groot, afhankelijk van type beton 40%

Klein, afhankelijk van lijst Onbekend

100 jaar

Milieubelasting Onderhoud

Gemiddeld Geen

Laag / geen Geen

Beschikbare kennis

Veel, (bijv. ‘Thermisch gespoten aluminiumlagen’ 2005, D. Ros) Ja (Westsluis Terneuzen)

Gemiddeld (andere vakgebieden en afstudeerproject IBA)

Minimaal 25 jaar (rubber doek) Laag Vervanging doek na 25 jaar Weinig (project Ramspol)

Toegepast

Aandachtspunten

Nee, wel binnen een aantal jaar door IBA

- Spleten en kieren in deur minimaliseren

Nee

- Aanvaarbestendigheid - Bol staan doek

aluminiumlagen’ D. Ros,’Technische innovaties verlagen integrale kosten’ D. Ros

37

2.4.2 Gewicht sluisdeur Voor een onderbouwde keuze van de materiaalkeuze is het gewicht van de deur nodig. Er zijn vier verschillende varianten bedacht. In deze varianten worden staal, beton en rubber gebruikt. De gewichten van verschillende varianten zullen globaal berekend worden, namelijk: - HSB lijst met HSB plaat - HSB lijst met rubber doek - Stalen frame met rubber doek - HSB frame met schuimkisten en rubber doek In tekening 8 staan de maten waarmee gerekend is. 1) HSB lijst met HSB plaat De deur bestaat uit een lijst van HSB met daarin een plaat van HSB. Deze variant is bedacht door IBA. Deze deur zal op een kleinere schaal gebouwd worden door ditzelfde bureau. De afmetingen van de lijst zijn: 12,5m (lengte) * 11,5m (hoogte) De afmetingen van de balk zijn: 0,6m (breedte) * 0,3m (hoogte) De balk is breder dan hij hoog is, omdat de krachten vanuit de plaat naar de balk worden overgebracht in horizontale richting. De afmetingen van de balk en plaat zijn gekozen na het bestuderen van het IBA rapport ‘Sluis 124 in HSB’. De afmetingen in dit rapport zijn opgeschaald naar de afmetingen van sluis Empel. Later zal berekend worden hoeveel wapening de balk en plaat nodig hebben en of dit haalbaar is. De dikte van de plaat wordt 0,15m. Met het gegeven dat gewapend HSB een soortelijk gewicht heeft van 2800 kg/m3 kan het gewicht van de deur berekend worden: Gewicht lijst = ((12,5 *2) + (11,5 *2)) * (0,6*0,35(gem. hoogte)) * 2800 = 28,2 ton Gewicht plaat = 11,3 * 10,7 * 0,15 * 2800 = 50,8 ton Gewicht totaal = 50,8 + 28,2 = 79 ton 2) HSB lijst met rubber doek Bij deze variant wordt de HSB plaat vervangen door een rubber doek. Bij de HSB lijst met HSB plaat is de plaat het onderdeel dat de deur het meeste gewicht geeft. Een rubber doek is lichter en heeft zich bewezen bij Ramspol en andere balgkeringen. De plaat zal worden vervangen door een doek. Het doek is een composiet van nylon en rubber. De samenstelling van het nylon bepaald de afdracht van de krachten in horizontale en verticale richting. Het gewicht van het doek is uit het ‘Kennisdocument Ramspol’ gehaald. Gewicht lijst = ((12,5 *2) + (11,5 *2)) * (0,4*0,6) * 2800 = 32,3 ton Gewicht doek = 11,3 * 10,7 * 19 (kg/m2) = 2,3 ton Gewicht totaal = 32,3 + 2,3 = 34,4 ton

38

3) HSB frame met schuimkisten en rubber doek Een HSB frame zal zwaarder zijn dan alleen een lijst. Er zijn namelijk twee lijsten nodig en minstens vier balken om de twee lijsten aan elkaar te bevestigen. Het voordeel is echter dat er in dit frame schuimkisten geplaatst kunnen worden zodat de belasting op de geleiding lager wordt. Voor het gewicht van de deze deur nemen we tweemaal het gewicht van de HSB lijst met rubberdoek plus het gewicht van vier balken met de afmetingen 400mm * 400mm. Gewicht frame = (2 * 34,4) + (0,4 * 0,4 * 3 * 2800) * 4 = 74,2 ton 4) Stalen frame met rubber doek Deze variant is hetzelfde als de vorige variant, hier worden de HSB balken echter vervangen door een staalprofiel. We kiezen hier voor een rechthoekig profiel dat hoger is dan breed. Het rechthoekig profiel is eventueel waterdicht te maken om extra opdrijvend vermogen te verkrijgen. We nemen het grootste standaard profiel, namelijk 500mm(h) * 300mm(b) * 15mm(t). Later zal berekend worden of dit profiel voldoet. Dit profiel heeft een gewicht van 191kg/m. Gewicht lijst = ((12,5 *2) + (11,5 *2)) * 191 = 9,2 ton Gewicht frame = (2 * 9,2) + (3 * 191) * 4 = 20,7 ton Gewicht doek = 11,3 * 10,7 * 19 (kg/m2) = 2,3 ton Gewicht totaal = 20,7 + 2,3 = 23 ton De gewichten van de verschillende varianten staan in het volgende diagram. 80 70 60 50 40

Gewicht (ton)

30 20 10 0 1

2

3

4

39

2.4.3 Belasting op geleiding Bij de varianten 3 en 4 is het mogelijk om opdrijvend vermogen in te bouwen. Bij de varianten 1 en 2 zal de belasting op de geleiding ongeveer gelijk zijn aan het gewicht. Het gewicht van de deur staat echter niet gelijk aan het gewicht. De grootste belasting werkt op de deur wanneer de waterstand het laagst is. Dit is wanneer de onderste 3,5m van de deur onder water staat. Deze belasting zal dan ook berekend worden. 1) HSB lijst met HSB plaat De belasting op de deur = gewicht van de deur - (volume onder water * 1000kg/m3(soortelijk gewicht van water)). Belasting = 79.000 – ((0,6 * 0,35) * (12,5 + 3,5 + 3,5) * 1000) – (3,1 * 10,7 * 0,1 * 1000) = 71.588 kg = 71,6 ton = 716 kN 2) HSB lijst met rubber doek Belasting = 34.400 – ((0,4 * 0,6) * (12,5 + 3,5 + 3,5) * 1000) = 29.720kg = 29,7 ton = 297 kN 3) HSB frame met schuimkisten en rubber doek In het frame is plaats voor schuimkisten. Het opdrijvend vermogen van deze kisten kan dus van de totale belasting afgetrokken worden. De afmeting van de schuimkist wordt 10,7m (l) * 2,8m(b) * 2,0m (h) = 59,9 m3. We gaan er van uit dat de kisten een opdrijvend vermogen hebben van 900kg/m3. Dit betekend een opdrijvend vermogen van 59,9 * 900 = 53,9 ton. De belasting op de geleiding wordt dan maximaal: Belasting = 74.200 – ((0,4 * 0,6) * (12,5 + 3,5 + 3,5 + 3) * 2 * 1000) – 53.900 = 9.500kg = 9,5 ton = 95 kN De belasting is maximaal 95kN. Om zeker te zijn dat de deur niet opdrijft wanneer de waterstand op zijn hoogste punt staat (+6,8mNAP) wordt de belasting voor deze situatie berekend: Belasting = 74.200 – ((0,4 * 0,6) * (12,5 + 10,8 + 10,8 + 3) * 2 * 1000) – 53.900 = 2.492kg = 2,5 ton = 25kN de deur drijft niet op. 4) Stalen frame met rubber doek Omdat deze variant aanzienlijk lichter is dan variant 3 kunnen we er van uit gaan dat deze opdrijft wanneer we dezelfde hoeveelheid schuimkisten toepassen. De belasting zal dus eerst berekend worden voor de meest gunstige situatie. Het opdrijvend vermogen van de schuimkisten mag niet groter zijn dan deze belasting. Belasting = 23.000 – ((0,5 * 0,3) * (12,5 + 10,8 + 10,8 + 3) * 2 * 1000) = 11.870 kg = 11,9 ton = 119kN Max. volume schuimkisten = 11.870 / 900 = 13,2 m3 In het frame is ruimt voor +/- 60 m3. Dit betekent dat de deur minder breed uitgevoerd hoeft te worden. Een breedte van 1,0m zou hier ook voldoen.

40

De belasting op het meest ongunstige moment wordt: Belasting = 23.000 - ((0,5 * 0,3) * (12,5 + 3,5 + 3,5 + 3) * 2 * 1000) – 11.800 = 4.450kg = 4,5 ton = 45kN De belastingen van de verschillende varianten staan in het volgende staafdiagram. 800 700 600 500 400

Belasting (kN)

300 200 100 0 1

2

3

4

2.4.4 Aandrijfkracht Het is interessant om te weten of schuifgeleiding mogelijk is bij deze belastingen. Daarom zal de benodigde kracht berekend worden die nodig is om de deur te bewegen. Er wordt gekozen voor een baan van PE waar de deur overheen schuift. De wrijving is het laagst indien er RVS ‘glijschoenen’ onder de deur worden geplaatst. Als eerste is een voorbeeldberekening gemaakt met een belasting van 35 ton (geschatte belasting bij een stalen deur). Uitgangspunten: Versnelling: 0,1 m/s in 5 seconden

0,1 = 0,02 m/s2] 5

a

versnelling [

m

massa 35 ton = 35000 kg

Eigen gewicht:

G = g *m G = 9,81 * 35.000 = 343.350 N Bepaling van de wrijvingskracht:

Fw = G * f * γ w f Wrijving tussen RVS en PE = 0,2 [-] Referentiedocument Kunststoffen M. Ros

γw

Aanloopfactor = 1,25 [-]

Fw = 343350 * 0,2 * 1,25 = 85.838 N Bepaling van de kracht voor versnelling:

Fv = a * m Fv = 0,02 * 35.000 = 700 N

41

Bepaling aandrijfkracht:.

Faandr = ( Fw + Fv ) * γ

γ

Lastfactor = 1,2 [-]

Faandr = (85.838 + 700) * 1,2 = 103.845 N Bepaling van de kracht wanneer de deur op snelheid is:

Fopsnelheid = Fw * γ Fopsnelheid = 85.838 * 1,2 = 103.005 N Analoog hieraan zijn de aandrijfkrachten voor de varianten bepaald. In de onderstaande tabel is de benodigde aandrijvende kracht te vinden voor de verschillende deurvarianten. Deurtype

Voorbeeldberekening (staal) HSB lijst met HSB plaat HSB lijst met rubber doek HSB frame met schuimkisten en rubberdoek Stalen frame met rubber doek

Belasting [N]

Fw [N]

Fv [N]

Faandr [N]

Fopsnelh [N]

343.350

85.838

700

103.845

103.005

702.396

175.599

1432

212.437

210.719

291.357

72.839

594

88.120

87.407

93.195

23.298

190

28.186

27.958

44.145

11.036

90

13.351

13.243

De afweging tussen deze varianten is te vinden in paragraaf 3.3.

42

3 Afweging In dit hoofdstuk worden de varianten beoordeeld en wordt er een afweging gemaakt of de variant verder wordt uitgewerkt. 3.1

Aanvaarconstructie 1. Airbag De airbag lijkt een erg geschikte variant. Aandachtpunten zijn scherpe boegen en ankers. De variant neemt weinig ruimte in en de constructie is relatief eenvoudig. Deze variant zal echter niet verder uitgewerkt worden. Er is op dit moment onvoldoende kennis van rubber binnen de afstudeergroep om deze variant tot een VO uit te werken. 2. Gedempte balk in combinatie met deur Bij deze variant zijn meerdere balken nodig, omdat de constructie op verschillende hoogtes aangevaren kan worden. Wanneer er maar één balk gebruikt wordt, moet deze in hoogte verstelbaar zijn. Het voordeel van minder bewegingswerken valt dan weg. Tevens wordt de constructie relatief complex. Bij aanvaring is het moeilijk te zeggen waar de krachten heen gaan. Aangezien de balken aan elkaar vast zitten zal de constructie erg stijf moeten zijn. Een derde nadeel is het onder water bevinden van de balken en de energieabsorptie. Met het oog op onderhoud is dit niet gewenst. Vanwege deze nadelen zal deze variant niet verder gaan. 3. Gedempte hefbalk Op dit moment worden er nog geen nadelen gezien van deze variant. De torens zullen enkele meters boven de sluiskolk uitsteken, dit zal echter niet voor onacceptabele horizonvervuiling zorgen. Er zullen geen bewegende delen onder water komen. De balk zal ook nooit onder water komen. Deze variant heeft een minimaal aantal onderdelen en lijkt op dit moment een economisch voordelige optie. 4. Geremde kabel in combinatie met deur Het grote nadeel van deze variant is het onder water bevinden van de kabeltrommels en de kabels. Er zijn tevens meerdere kabeltrommels en kabels nodig. Vanwege deze nadelen zal deze variant niet gekozen worden. 5. Geremde hefkabel Wanneer de kabel aangevaren wordt zullen er grote krachten komen te staan op de katrol. De kabel zal van de katrol af willen schieten. Er zullen meerdere bewegingswerken nodig zijn om de kabel op de juiste hoogte te houden tijdens een aanvaring. Vanwege deze nadelen lijkt dit concept niet optimaal. 6. Vangband Aan deze variant kleven geen grote nadelen. Het concept heeft zich nog niet bewezen. Een te verwachten nadeel is veroudering van de vangband. De vangband zal op spanning tussen de twee torens hangen. Door veroudering en kruip zal de vangband langer worden en gaan hangen. Het grote voordeel van de vangband is dat de eindaansluiting niet meer maatgevend is. Het is dus nodig de vangband te kunnen spannen. Deze variant zal niet verder uitgewerkt worden. 7. Vangnet Het vangnet is een bewezen concept en zal waarschijnlijk goed functioneren. De constructie wordt echter erg groot. Het frame zal ongeveer 14m bij 14m zijn. Er zullen meerdere kabels en hydraulische cilinders nodig zijn. Dit maakt het tot een duur concept. Vanwege deze hoge kosten zal deze variant niet verder uitgewerkt worden.

43

De definitieve keuze voor de aanvaarconstructie wordt de gedempte hefbalk. Voor het VO zal de haalbaarheid aangetoond moeten worden van dit concept. Er zal berekend worden welke afmetingen de balk moet hebben om de krachten van het schip op te nemen. Om de energie geleidelijk op te nemen zal de balk gedempt worden. Dit kan gebeuren door hydraulische cilinders zoals in Maasbracht en Panheel. Deze cilinders zijn echter erg duur in aankoop en onderhoud. Om de integrale kosten zo laag mogelijk te houden is er gezocht naar een alternatief. Tijdens gesprekken met o.a. ir. M. Rikkers is de haalbaarheid van energieabsorptie door composieten en remblokken besproken. Bij remblokken zit de balk vast aan een kabel die ingeklemd zit tussen twee blokken. (Afbeelding 5) Het is echter niet te garanderen dat deze inklemming constant blijft. Er kan roest optreden waardoor de constructie vast gaat zitten. Dit leek dan ook niet de ideale oplossing. Bij energieabsorptie door composieten wordt de energie opgenomen door materiaal te verschrotten. (Afbeelding 6) De voordelen hiervan tegenover hydraulische cilinders zijn: - Erg goedkoop in aanschaf - Licht materiaal - Makkelijk te vervangen Nadelen zijn: - Na aanvaring moet het materiaal vervangen worden - Niet eerder gebruikt in sluizenbouw - Weinig gegevens beschikbaar Er zal berekend worden of het toepassen van composieten haalbaar is vergeleken met hydraulische cilinders.

Afbeelding 5: Principe remblokvariant

Afbeelding 6: ‘Verschrotten’ van het composiet energieabsorptie lichaam

44

3.2 Geleiding Voor de verschillende typen geleiding zijn voordelen en nadelen te noemen. Welke geleiding gekozen wordt hangt af van de belastingen op de geleiding. De voordelen van glijgeleiding zijn geen bewegende delen onder water. Zo is een schuifgeleiding niet ideaal bij een hoge belasting. Bij een hoge belasting zijn er hoge energiekosten. Bij rolgeleiding bevinden zich veel onderdelen onder water, deze rolwagens zijn tevens erg duur. De rolgeleiding heeft als voordeel dat de energiekosten veel lager zijn. Op dit moment is het eenmaal eerder toegepast bij de PWA sluis. De levensduur viel hier erg tegen. De hydrovoeten moesten na 13 jaar vervangen worden. Vanwege deze onzekerheden is het op dit moment verstandiger om voor schuif- of rolgeleiding te kiezen. Wanneer de belastingen op de geleiding klein genoeg zijn, zal er gekozen worden voor schuifgeleiding vanwege het minimale aantal onderdelen. Tevens heeft schuifgeleiding geen bewegende delen onder water. Wanneer de dimensies van de deur bekend zijn kan er definitief gekozen worden voor een type geleiding. 3.3 Sluisdeur Voor de verschillende varianten zijn het gewicht, de belasting op de geleiding en de aandrijfkracht berekend. Het lijkt haalbaar om het frame van HSB met rubberdoek en het frame van staal met rubberdoek uit te voeren met een schuifgeleiding. De aandrijfkracht is nog aanzienlijk, maar er wordt verwacht dat deze door optimalisatie van het ontwerp nog naar beneden gebracht kan worden. Aangezien het rubberdoek en de schuifgeleiding zo ontworpen kunnen worden dat ze de eerste 25 jaar onderhoudsvrij zijn wordt de deur erg onderhoudsarm. Om het onderhoud nog verder te verminderen lijkt de keuze voor HSB beton het meest logisch. De HSB lijst heeft, op inspectie na, geen onderhoud nodig voor de eerste 100 jaar. Staal zou de eerste 40 jaar onderhoudsvrij kunnen zijn wanneer er een aluminiumlaag wordt aangebracht. Door de stroming, bij vullen en ledigen en door draaiende schroeven van schepen, kan de hechting echter niet gegarandeerd worden (uitspoeling). Beton is veel voordeliger dan staal. Er wordt gekozen voor een frame van HSB beton met schuimkisten en een rubberdoek. De voordelen van deze variant in combinatie met de schuifgeleiding zijn: - Geen bewegende delen onder water - Lage belasting door toepassing rubberdoek en schuimkisten. - Groot oppervlak beschikbaar voor geleiding vermindering slijtage - Minimaal onderhoud - Benodigde materialen relatief goedkoop Nadelen van deze variant zijn: - Geen ervaring met rubberdoek in sluisbouw - Geen ervaring met HSB in sluisbouw - Rubberdoek is niet bestand tegen aanvaringen - Benodigd vermogen bewegingswerk kan snel oplopen bij schuifgeleiding - Door vermoeiing en kruip kan het doek steeds verder uitbollen De bovengenoemde nadelen zijn echter niet zo groot dat er niet voor deze variant gekozen kan worden. Rubberdoek heeft zich reeds bewezen bij meerdere balgstuwen. Het doek, verstevigd met nylon, kan, bij beperkte rek, grote krachten opnemen en de waterdruk bij deze sluis zou dan ook geen probleem moeten zijn.

45

HSB wordt al toegepast in de utiliteitsbouw en andere vakgebieden. Er is voldoende ervaring met HSB en er zijn genoeg gegevens van beschikbaar. Tevens staat er een sluisdeur van HSB in de planning hier in Nederland. Het maken van een sluisdeur in HSB zou geen problemen moeten opleveren. Bij de meeste sluizen zou een rubberdoek niet aan te raden zijn, aangezien het niet bestand is tegen een aanvaring. De sluisdeur zou lek raken en dit zou desastreuze gevolgen kunnen hebben. Bij sluis Empel komt echter een aanvaarbeveiliging, de kans dat een schip alsnog de deur raakt wordt daardoor bijna nihil. De kans op doorprikken kan verder verkleind worden door het toepassen van een dubbel doek of door de aanvaarbeveiliging bestand te maken tegen zwaardere aanvaringen. Om het benodigde vermogen van het bewegingswerk zo laag mogelijk te houden zullen er zo veel mogelijk schuimkisten worden toegepast. De deur kan eventueel dikker gemaakt worden om meer plaats te verkrijgen voor deze kisten. Ten slotte zal vermoeiing en kruip zo veel mogelijk tegen gegaan worden door het doek te verstevigen met nylon. Als eis kan gesteld worden dat het doek nooit verder uitbolt dan de halve dikte van de deur. Zo komt het rubberdoek nooit buiten het frame. Aangezien de belasting van het rubberdoek aan beide zijde anders is, is het uitbollen ook niet gelijk. Bij het MHW zal her doek verder uitbollen dan bij het gemiddelde kanaalpeil.

4 Tekeningen 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Airbag Gedempte glijbalk Gedempte hefbalk Geremde kabel Geremde hefkabel Vangband Vangnet Varianten sluisdeur

46

47

48

49

50

51

52

53

54

Bijlage V Berekening schadebedrag

Inhoud: 1

INLEIDING ..................................................................................................................... 56

2

DEBIETBEREKENING SLUIS ...................................................................................... 57

3

BEREKENING OVERSTROOMTIJD ACHTERLAND .................................................. 60

4

BEREKENING SCHADE ............................................................................................... 62

5

HAALBAARHEID AANVAARCONSTRUCTIE ............................................................. 64

6

CONCLUSIE .................................................................................................................. 65

7

BEREKENINGEN SCHADEBEDRAGEN PER GEBIED .............................................. 66

55

1 Inleiding De kans bestaat dat de sluisdeur aangevaren wordt en bezwijkt. Om een beeld te kunnen vormen van de gevolgen zal een benadering van het schadebedrag worden berekend. Het achterland zal onder water komen te staan wanneer de deur bezwijkt, terwijl het Maaspeil hoger staat dan de dijken van het kanaalpand. Er zal één specifieke situatie genomen worden waarbij het schadebedrag en de onderlooptijd berekend worden, omdat het berekenen van elke mogelijke situatie een studie op zich is. In deze situatie bezwijkt de deur wanneer de Maas een top heeft bereikt van NAP+4,0m. Deze waterstand komt ongeveer eens in de vijf jaar voor. Allereerst zal het debiet door de sluis berekend worden en met dit debiet de onderlooptijd van het kanaalpand en het achterland. Daarna zal de bijbehorende schade berekend worden. Hierbij zal een aantal aannames worden gedaan die verder in deze berekening toegelicht zullen worden. Bij deze situatie hoort een kans van voorkomen. Met deze kans en het schadebedrag kan het risico bepaald worden. Uiteindelijk verkrijgen we uit deze berekening ook de schadebedragen bij hogere waterstanden van de Maas. De onderlooptijden bij deze situaties zullen echter niet berekend worden. Na deze berekening hebben we een beeld van de gevolgen bij het bezwijken van de sluisdeur na een aanvaring. Aan de hand van deze gevolgen kan bepaald worden of een aanvaarbeveiliging een economisch verantwoorde investering is. De keuze voor de deze investering zal echter niet alleen afhangen van de economische haalbaarheid. De investeerder zal zich altijd af moeten vragen of het acceptabel is om een dergelijk risico te lopen.

56

2 Debietberekening sluis Voor de berekening worden twee varianten uitgewerkt. Bij variant 1 is de sluisdeur aan de kanaalkant hoog gefundeerd en is de drempelhoogte NAP-2,20m. Bij variant 2 is de sluisdeur diep gefundeerd en is de drempelhoogte NAP-4,00m. Variant 1 zou gekozen kunnen worden omdat de deur dan zo klein mogelijk is. Variant 2 wordt gekozen als de deuren onderling uitwisselbaar moeten zijn. Het grote voordeel is dat er dan maar één reserve deur gemaakt dient te worden. Er wordt van een buitenwaterstand uitgegaan die ongeveer eens in de vijf jaar voorkomt. Uitgangspunt: - Maaspeil = NAP+4,00m (waterstand eens in de vijf jaar) Variant 1: Debiet tijdstip 0.00h Op tijdstip 0.00h staat het water aan de Maaskant op NAP+4,00m en in het kanaalpand op NAP+2,00m. De drempelhoogte ligt op NAP-2,20m. De Maas is zo groot dat we de energiehoogte gelijk nemen aan het waterpeil. H = 6,20m (energiehoogte voor de drempel) h3 = 4,20m h3>2/3H onvolkomen overlaat (zie afbeelding 2.1) Dan wordt de formule:

q v = µ * h3 * 2 g * ( H − h3 ) * b [m3/s] q v = m3/s H h3 b µ g

= 6,20m = 4,20m = 12,5m = 1,05 [-] (afvoercoëfficiënt onvolkomen overlaat bij een sluis) = 10m/s2

Invullen geeft:

q v = 1,05 * 4,20 * 2 *10 * (20 − 2) *12,5 qv = 348,6 m3/s

Afbeelding 2.1: Principe onvolkomen overlaat

De lengte van het kanaalpand is 4700m en de breedte is gemiddeld 46,5m. Dit geeft een oppervlakte van de komberging van 4700 * 46,5 = 218.550m2. Voor een peilstijging van 0,20 centimeter met een debiet van 348,6 m3/s duurt het

57

(218.550 * 0,20) / 348,6 = 125,4s. Nu kan bepaald worden hoe lang het duurt voordat de dijk overstroomt na het bezwijken van de deur. H [m] 6,20 6,20 6,20 6,20 6,20 6,20

h3 [m] 4,20 4,40 4,60 4,80 5,00 5,20

h3<2/3H nee nee nee nee nee nee

Q [m3/s] 348,6 346,5 341,5 333,4 321,5 305,2 Totale tijd =

Tijdsduur [s] 125,4 126,1 128,0 131,1 136,0 143,2 789,8

Bij een h3 van 5,20 meter staat het water op NAP +3,0 meter. Dit is even hoog als de als de kade hoogte van de kade. Uit de berekening blijkt dat de dijken van het kanaalpand na 789,8s (=13 minuten en 10 seconden) overstromen. Daarna stroomt het water met een debiet van 305,2 m3/s het achterland in. Aangenomen wordt dat er geen bresvorming in de kanaalkade optreedt. Wanneer er bresvorming zullen de problemen nog veel groter zijn. Om de overstroomtijd te bereken wordt het debiet ook berekend bij een waterstand van NAP+3,5m. H [m] 6,20

h3 [m] 5,70

h3<2/3H nee

Q [m3/s] 236,6

Dit geeft aan dat het debiet met ongeveer 25% is afgenomen wanneer het water in het achterland tot aan een hoogte van NAP+3,5m staat. Het debiet zal afnemen naar 0,0m3/s bij een waterstand van NAP+4,0m. Bij NAP+4,0 m zijn de binnenwaterstand en de buitenwaterstand gelijk. Variant 2: Debiet tijdstip 0.00h Op tijdstip 0.00h staat het water aan de Maaskant op NAP+4,00m en in het kanaalpand op NAP+2,00m. De drempelhoogte ligt op NAP-4,00m. De Maas is zo groot dat we de energiehoogte gelijk nemen aan het waterpeil. H = 8,00m (energiehoogte voor de drempel) h3 = 6,00m h3>2/3H onvolkomen overlaat (Afbeelding 2.1) Dan wordt de formule:

q v = µ * h3 * 2 g * ( H − h3 ) * b [m3/s] H h3 b µ g

= 8,00m = 6,00m = 12,5m = 1,05 [-] = 10m/s2

58

Invullen geeft:

q v = 1,05 * 6,00 * 2 *10 * (8,00 − 6,00) *12,5 qv = 498,1 m3/s H [m] 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00

h3 [m] 6,00 6,20 6,40 6,60 6,80 7,00

h3<2/3H nee nee nee nee nee nee

Q [m3/s] 498,1 488,3 475,2 458,4 437,2 410,9 Totale tijd =

Tijdsduur [s] 87,8 89,5 92,0 95,4 100,0 106,4 571,1

Uit de berekening blijkt dat de dijken van het kanaalpand na 571,1s (=9 minuten en 31 seconden) overstromen. Daarna stroomt het water met een debiet van 410,9 m3/s het achterland in. Om de overstroomtijd te berekenen wordt het debiet ook berekend bij een waterstand van NAP+3,5m. H [m] 8,00

h3 [m] 7,50

h3<2/3H nee

Q [m3/s] 311,3

Kanttekening: Bij het berekenen van de vultijd van het kanaalpand is de trapeziumvorm van het kanaal genomen. In de toekomst komt waarschijnlijk ook de Rosmalense Aa tussen de kanaaldijken te liggen waardoor de vultijd toeneemt. In het OTB is een extra breedte van 12,5m opgenomen voor de Rosmalense Aa. Dit zou een extra vultijd van 2 minuten betekenen. Omdat de afmetingen nog niet vastliggen is dit niet meegenomen in de berekening. Voor het resultaat maken deze 2 minuten tevens niet uit.

59

3 Berekening overstroomtijd achterland Om de schade te berekenen in het achterland zal bepaald moeten worden hoe lang het duurt voordat bepaalde gebieden onderlopen. In afbeelding 3.2 (deze bevindt zich aan het eind van deze bijlage) staan de hoogtes rond het kanaalpand. Met het debiet kan nu de overstromingstijd bepaald worden. Uitgangspunten zijn: - Vanwege de uitwisselbaarheid van de sluisdeuren wordt de deur aan de kanaalkant diep gefundeerd. Er wordt gerekend met de debietberekeningen van variant 2. - Het water kan ongehinderd naar de laagste punten stromen. - De hoger gelegen snelweg A2 tussen ’s Hertogenbosch en Oss vervult een waterkerende functie. - Passages onder de A2 bij de Oosterplas, knooppunt Hintham, de Grote Elst en de Burgemeester Godschalkxstraat worden afgesloten voor het water ze bereikt. - Het debiet is constant 410,9m3/s totdat het water in het achterland op dijkhoogte staat. - Sluis Berlicum ligt ter hoogte van en gedeeltelijk onder de brug bij de A59. Ter hoogte van sluis Berlicum gaat de kadehoogte wel omhoog maar door het lager gelegen achterland zal hier ook een groot oppervlak onder water komen te staan. De oppervlaktes van de gebieden zijn: Gebied Oppervlakte [km2] tot +2,0mNAP (1) 0,67 tot +2,5mNAP (2) 6,67 tot +3,0mNAP (3) 17,01 tot +3,5mNAP (4) 28,40 tot +4,0mNAP (5) 35,32 In gebied 1 ligt het laagste punt op NAP+1,5m. Er wordt van uit gegaan dat het land geleidelijk oploopt. Dit geeft een gemiddelde dikte van de waterschijf van 0,25m. Bij een debiet van 410,9m3/s staat dit gebied onder water in (0,67*10^6 * 0,25) / 410,9 = 408s (= 6 minuten en 48 seconden) Dit gebeurt ongeveer 16 minuten na het bezwijken van de deur, het duurt namelijk 9 minuten 31 seconden voordat het water het achterland in stroomt. In gebied 2 is het: ((gebied 1(m2) * 0,5m) + ((gebied 2(m2) – gebied 1(m2)) * 0,25m)) / Q (m3/s) = ((0,67*10^6 * 0,5) + ((6,67*10^6 – 0,67*10^6) * 0,25)) / 410,9 = 4465,8s (= 74 minuten en 26 seconden) Analoog daaraan kunnen de andere situaties berekend worden. In de volgende tabel zijn de overstroomtijden van de gebieden uitgezet met daarbij de cumulatieve onderlooptijd.

Gebied 1 2 3 4 5

Oppervlakte [km2] 0,67 6,67 17,01 28,40 35,32

Onderlooptijd [s] 408 4.466 14.407 27.628 51.173

∑ Onderlooptijd [h en min] 16 min 1h, 30min 5h, 30min 13h, 10min 26h, 23min

60

Binnen 26 uur en 23 minuten staat alles tot aan de NAP+4,0m-lijn onder water. In gebied 1 is het water dan 2,5m diep. Dit gebeurt echter alleen wanneer de stand van de Maas op NAP+4,0m blijft na de aanvaring. In afbeelding 3.1 is het waterverloop te zien, ter plaatse van sluis Empel, na een piekwaterstand. Zoals is te zien in de afbeelding is de waterstand na ongeveer 15 uur een halve meter gezakt naar NAP+3,5m. Het water zal in dit geval dus nooit voorbij de NAP +3,5m lijn komen. Wanneer het water in het achterland tot deze hoogte staat stopt het water met stromen en kan de sluis gedicht worden. Deze situatie is een voorbeeld van wat er kan gebeuren. De aanvaring kan bijvoorbeeld ook gebeuren bij een waterstand van NAP+3,0m in de oplopende tak. In die situatie kan het water wel boven de NAP +3,5m lijn komen.

Afbeelding 3.1: Standaard waterstandsverlooplijn Bron: ‘De veiligheid van primaire waterkeringen in Nederland’ 2004, Ministerie van Verkeer en Waterstaat

61

4 Berekening schade Om een idee te krijgen van de schade bij overstroming zal de schade globaal berekend worden. Hierdoor krijgen we een benadering van de schade, dit zal echter niet de exacte schade zijn bij overstromen. De schade wordt berekend voor de gebieden 1t/m5. (zie overstromingsgebieden achteraan deze bijlage) In de berekening wordt alleen schade aan het grondgebruik, de infrastructuur, huishoudens en de bedrijven meegenomen, dus niet mensenlevens en stremming van de Zuid-Willemsvaart. Schade aan de A2, A59 en spoorwegen worden niet meegenomen. Voor schadebedragen en factoren zie hoofdstuk 7. Als eerste zal de schade berekend worden voor gebied 1 wanneer het water tot aan de NAP+2,0m lijn staat. Als tweede stap wordt de schade berekend wanneer het water tot aan de NAP+2,5m lijn staat enzovoorts. In de situatie dat het Maaspeil NAP+4,0m is bij aanvaring zal het water niet verder stijgen dan NAP+3,5m (zie: ‘Berekening overstroomgebied’). De schade van het gebied tot NAP+4,0m is echter wel meegenomen in deze berekening. Dit om een beeld te geven van de schade wanneer het Maaspeil bij aanvaring NAP+4,5m of hoger is. De berekeningen van de schadebedragen per gebied staan in de tabellen op pagina 64 tot en met 68 van deze bijlage. Schadebedrag bij waterdiepte [m] in gebied Wanneer de waterstand stijgt in het achterland, stijgen ook de schadefactoren. In gebied 1 is de schade bij een waterdiepte van 0,5m bijvoorbeeld €2.772.200,-. Bij een waterdiepte van 1,0m gaan de schadefactoren omhoog waardoor de schade €5.071.900,- wordt. In de volgende tabel staan de schadebedragen in euro’s bij de bijhorende waterdieptes.

0,5 m 1,0 m 1,5 m 2,0 m 2,5 m

Gebied 1

Gebied 2

Gebied 3

Gebied 4

Gebied 5

2.772.200 5.071.900 7.052.750 9.680.100 11.906.300

12.957.700 16.564.600 20.718.500 23.835.200

111.770.000 160.365.000 206.418.000

428.255.609 634.050.000

537.050.400

Uit deze tabel is op te maken wat het schadebedrag is wanneer het water tot de NAP+3,5m lijn is gestegen. Dan staan gebied 1, 2, 3 en 4 onder water. In gebied 4 is de waterdiepte dan 0,5m, in gebied 3 is dit 1,0m enzovoorts. De schade is dan dus de som van de bedragen in de licht groene vakjes €619.019.209, In de volgende tabel staan de schadebedragen met de bijbehorende waterstand. Waterstand achterland [+m NAP] 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Schadebedrag [€] 2.772.200 18.029.600 135.387.350 619.019.209 1.413.259.900

Nu weten we de schade bedragen bij het bezwijken van de deur met een bijbehorend Maaspeil, er van uit gaande dat de sluis pas weer gedicht kan worden wanneer het water is gestopt met stromen. De schade begint bij een maaspeil van NAP+3,0m. Bij deze stand begint het water het achterland in te stromen. In afbeelding 4.5 is het totale overstromingsgebied gebied bij een waterstand van NAP +4,00m. In de volgende grafiek zijn de verschillende schadebedragen af te lezen.

62

€ 1.600

Schadebedrag (in miljoenen €)

€ 1.400 € 1.200 € 1.000 € 800 € 600 € 400 € 200 €0 2,8

3

3,2

3,4

3,6

3,8

4

4,2

4,4

4,6

4,8

5

Maaspeil bij bezwijken deur NAP+m

De afbeeldingen 4.1 tot en met 4.5 bevinden zich aan het eind van deze bijlage.

63

5 Haalbaarheid aanvaarconstructie Nu we weten dat het schadebedrag +/- 620 miljoen euro is bij het bezwijken van de sluisdeur bij een Maaswaterstand van NAP+4,0m kunnen we berekenen wat de investering van de aanvaarbeveiliging mag zijn. Wanneer het schadebedrag per jaar hoger ligt dan de kosten van de beveiliging per jaar is de investering verantwoord. Een Maaswaterstand van NAP+4,0m komt eens in de 5 jaar voor. We gaan er van uit dat deze waterstand een dag aanhoudt. De kans op deze waterstand per passage wordt dan 2,22 * 10-2. De kans op een aanvaring is 1:33.000 per passage. Per jaar zijn er 15.000 passages bij sluis Empel. Er is een aanname gedaan dat de kans van bezwijken van de deur 0,1 is per aanvaring. Dan is de aanvaarenergie van het schip groter dan 3000kNm. De kans dat de deur bezwijkt bij een waterstand van NAP+4,0m wordt dan: (1:33000) * (0,1) * (2,22*10-2) = 6,72*10-8 per passage ≈ 1*10-7 Met 15.000 passages per jaar wordt de kans van bezwijken bij een waterstand van NAP+4,0m: 6,72*10-8 * 15.000 = 1 * 10 -3 per jaar Het risico per jaar wordt dan: 1 * 10 -3 * 620.000.000 = 620.000 €/jaar Uit deze berekening volgt dat de aanvaarconstructie verantwoordt kan worden wanneer deze minder kost dan 62 miljoen euro (risico per jaar * levensduur). We zijn er vanuit gegaan dat de kans op bezwijken bij deze waterstand 6,72*10-8 per passage is. De praktijk is echter dat er al sinds de Tweede Wereldoorlog geen ramp is gebeurd. Sinds de tweede wereldoorlog zijn 100.000.000 passages geweest op gezamenlijke officiële telpunten. Hierbij zijn geen rampen voorgekomen. Wanneer er binnen korte tijd tien rampen voorkomen is de kans op een ramp 1*10-7, deze kans is goed te verantwoorden. Wanneer er één ramp voorkomt is dit een kans van 1*10-8 en is daarmee optimistisch. Dit geldt voor onbeschermde deuren omdat het overgrote aantal getelde sluishoofden geen aanvaarbeveiliging bezit. Voor de sluis is daarom een range tussen de 6,72*10-8 per passage en 6,72*10-10 per passage verantwoord. Het risico wordt dan: Max = 620.000 €/jaar Min = 6.200 €/jaar Bron: ‘Uitwerking van alternatieve vangsystemen voor schepen.’ E. ten Broeke, TU Delft

64

6 Conclusie De totale schade aan grondgebruik, infrastructuur en huishoudens bij het bezwijken van de deur is €619.019.209, - bij een Maaspeil van NAP+4,0m. Dan staat het water tot aan de NAP+3,50m grens in het achterland na 15 uur. In deze berekening worden niet meegenomen: - Slachtoffers, bewoners etc. - Schade aan, en door uitvallen van, de A2. Deze worden hoogstwaarschijnlijk afgesloten bij overstroming. Stabiliteit grondlichaam kan niet gegarandeerd worden. - Schade aan binnenstad ’s-Hertogenbosch. Wanneer de passages niet op tijd gesloten worden zal de schade vele malen hoger uitvallen. - Stremming van de Zuid-Willemsvaart. Dit schadebedrag geldt alleen voor dit specifieke geval. Bij andere waterstanden van de Maas kunnen de schadebedragen hoger of lager uitvallen. Het ligt er ook aan of het Maaspeil op dit moment aan het stijgen of dalen is. In dit geval hebben we het Maaspeil gepakt op zijn top en teruglopend. Het schadebedrag zou hoger zijn wanneer deze nog aan het stijgen was. Het risico bedrag ligt tussen de €6.200 per jaar en €620.000 per jaar. Als de investering in een aanvaarbeveiliging lager is dan dit risicobedrag, dan is de aanvaarbeveiliging economisch verantwoord. In dit geval is het echter niet alleen een financiële kwestie maar speelt ook de morele vraag: ‘Wil de opdrachtgever dit risico lopen?’. Bij een ramp van deze orde met bijbehorende waterdieptes zijn er ook mensenlevens die gevaar lopen. Ook al is het water niet diep genoeg om in te verdrinken, de stroomsnelheden en meedrijvend vuil kunnen vele slachtoffers eisen. Het vertrouwen in Rijkswaterstaat als beheerder van het waternet zal ernstig verminderen. De slachtoffers en imagoschade kunnen zwaarder wegen dan de financiële schade. Enkel het risicobedrag, aangegeven in dit rapport, kan daarom ook niet gebruikt worden als een verantwoording voor het doen van de investering. De opdrachtgever zal zich af moeten vragen of hij dit risico wil lopen of af wilt kopen door te investeren in een aanvaarbeveiliging.

65

7 Berekeningen schadebedragen per gebied Gebied 1 met ≤0,5m water

Grondgebruik

Infrastructuur

Huishoudens

Bedrijven

Schade categorie

Eenheid

Landbouw direct Landbouw indirect Stedelijk gebied Oppervlaktewater Recreatie Rijkswegen direct Rijkswegen indirect Autowegen direct Overige wegen Spoorwegen direct Spoorwegen indir. Spoorwegen b.u. Laagbouw Middenbouw Hoogbouw Eengezinswoning Boerderij Vervoermiddel Kantoren Industrie Handel Horeca Bankwezen

m 2 m 2 m 2 m 2 m m m m m m m m stuk stuk stuk stuk stuk stuk abp abp abp abp abp

2

Maximaal schadebedrag [€] 1,50 1,60 49 0 10 1450 650 980 270 25150 86 151 172000 172000 172000 241000 402000 1070 71400 411000 31000 31000 111000

Schadefactor[-]

Aantal

Schade [€]

0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,1 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

0,3*10^6 0,3*10^6 0 0,3*10^6 0 0 0 0 2*10^3 0 0 0 0 0 0 0 0 100 600 0 0 0 0 Totaal

247.500 264.000 0 0 0 0 0 0 108.000 0 0 0 0 0 0 0 0 10.700 2.142.000 0 0 0 0 2.772.200

Onderbouwing: Bedragen: ‘Handleiding HIS SM’ (Afbeelding 7.1) Schadefactoren: ‘Handleiding HIS SM’ (Afbeeldingen 7.2)

Landbouw: totaal oppervlakte aan weilanden, boerderijen, maisvelden enzovoorts Overige wegen: schatting totale lengte aan wegen op autowegen en rijkswegen na Vervoermiddel: aantal inwoners van het gebied * autodichtheid Noord-Brabant (0,46 p.p) Kantoren: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv kantoren en parkeerplaatsen

66

Gebied 2 met ≤0,5m water

Grondgebruik

Infrastructuur

Huishoudens

Bedrijven

Schade categorie

Eenheid



2


Schadefactor[-]

Aantal

Schade [€]

0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,1 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

6,00*10^6 6,00*10^6 0 0,3*10^6 0 0 0 0 8*10^3 0 0 0 0 0 0 0 19 40 0 0 0 0 0 Totaal

4.950.000 5.280.000 0 0 0 0 0 0 432.000 0 0 0 0 0 0 0 2.291.400 4.280 0 0 0 0 0 12.957.700

Onderbouwing: Landbouw: totaal oppervlakte aan weilanden, boerderijen, maisvelden enzovoorts Oppervlaktewater: totaal oppervlakte vijvers, sloten enzovoorts Overige wegen: schatting totale lengte aan wegen op autowegen en rijkswegen na Boerderij: schatting adhv luchtfoto’s Vervoermiddel: aantal inwoners van het gebied * autodichtheid Noord-Brabant (0,46 p.p)

67


Grondgebruik

Infrastructuur

Huishoudens

Bedrijven

Schade categorie

Eenheid



2


Schadefactor[-]

Aantal

Schade [€]

0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,1 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

9,29*10^6 9,29*10^6 0,75*10^6 0 0 0 0 0 25*10^3 0 0 0 499 125 187 437 25 1434 100 30 0 0 0 Totaal

7.664.250 8.175.200 20.212.500 0 0 0 0 0 1.350.000 0 0 0 25.748.400 6.450.000 6.432.800 31.595.100 3.015.000 153.438 357.000 616.500 0 0 0 111.770.000

Onderbouwing: Landbouw: totaal oppervlakte aan weilanden, boerderijen, maisvelden enzovoorts Stedelijk gebied: oppervlakte bebouwt gebied, voornamelijk Empel en Rosmalen Oppervlaktewater: totaal oppervlakte vijvers, sloten enzovoorts Overige wegen: schatting totale lengte aan wegen op autowegen en rijkswegen na Bebouwing: Aantal woningen Rosmalen = inwoners / gem. aant. inw. p. huis = 31.219 / 2,5 = 12.488 Aantal woningen Empel = 5.160 / 2,5 = 2.064 Aantal woningen gebied 3 = (opp. stedelijk gebied 3 / tot. opp. stedelijk gebied) * tot. woningen. Aantal woningen gebied 3 = 1.247. Globale verdeling Rosmalen = laagbouw (40%) middenbouw (10%) hoogbouw (15%) eengezinswoning (35%) Boerderij: schatting adhv luchtfoto’s Vervoermiddel: aantal inwoners van het gebied * autodichtheid Noord-Brabant (0,46 p.p) Kantoren: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv kantoren en parkeerplaatsen Industrie: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv panden en parkeerplaatsen

68


Grondgebruik

Infrastructuur

Huishoudens

Bedrijven

Schade categorie

Eenheid



2


Factor[-]

Aantal

Schade [€]

0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,1 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

8,74*10^6 8,74*10^6 2,65*10^6 0 0 0 0 0 58*10^3 0 0 0 2.325 581 872 2.034 31 3.387 800 180 300 80 100 Totaal

7.210.500 7.691.200 71.417.500 0 0 0 0 0 3.132.000 0 0 0 119.970.000 29.979.600 29.996.800 147.058.000 3.738.600 362.409 2.856.000 3.699.000 465.000 124.000 555.000 428.255.609

Onderbouwing: Landbouw: totaal oppervlakte aan weilanden, boerderijen, maisvelden enzovoorts Stedelijk gebied: oppervlakte bebouwt gebied, voornamelijk Empel en Rosmalen Oppervlaktewater: totaal oppervlakte vijvers, sloten enzovoorts Overige wegen: schatting totale lengte aan wegen op autowegen en rijkswegen na Bebouwing: Analoog aan gebied 3 Boerderij: schatting adhv luchtfoto’s Vervoermiddel: aantal inwoners van het gebied * autodichtheid Noord-Brabant (0,46 p.p) Kantoren: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv kantoren en parkeerplaatsen Industrie: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv panden en parkeerplaatsen Handel: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv omvang centrum Horeca: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv omvang centrum Bankwezen: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv aantal banken

69


Grondgebruik

Infrastructuur

Huishoudens

Bedrijven

Schade categorie

Eenheid



2


Factor[-]

Aantal

Schade [€]

0,55 0,55 0,55 0,55 0,55 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,1 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05

2,92*10^6 2,92*10^6 3,60*10^6 0,40*10^6 0 0 0 0 67*10^3 0 0 0 2997 749 1124 2622 45 11900 300 100 30 20 0 Totaal

2.409.000 2.569.600 97.020.000 0 0 0 0 0 3.618.000 0 0 0 154.645.000 38.648.400 38.665.600 189.571.000 5.427.000 1.273.300 1.071.000 2.055.000 46.500 31.000 0 537.050.400

Onderbouwing: Landbouw: totaal oppervlakte aan weilanden, boerderijen, maisvelden enzovoorts Stedelijk gebied: oppervlakte bebouwt gebied, voornamelijk Empel en Rosmalen Oppervlaktewater: totaal oppervlakte vijvers, sloten enzovoorts Overige wegen: schatting totale lengte aan wegen op autowegen en rijkswegen na Bebouwing: Analoog aan gebied 3 Boerderij: schatting adhv luchtfoto’s Vervoermiddel: aantal inwoners van het gebied * autodichtheid Noord-Brabant (0,46 p.p) Kantoren: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv kantoren en parkeerplaatsen Industrie: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv panden en parkeerplaatsen Handel: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv omvang centrum Horeca: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv omvang centrum Bankwezen: schatting van het aantal arbeidsplaatsen adhv aantal banken

70

71

Tabel 7.1: Standaard schadebedragen bij overstromingen Bron: ‘Handleiding HIS SM’

Schadefactor laagbouw

72

Schadefactor middenbouw

Schadefactor hoogbouw

Afbeeldingen 7.2 schadefactoren voor de verschillende sectoren.

73

Overstromingsgebied Empel Gebied 1 t/m 5

74

Vervangen voor PDF tekening: Overstromingsgebied Empel afb. 4.0

75

Vervangen voor PDF tekening: Overstromingsgebied Empel afb. 4.1 en 4.2

76

Vervangen voor PDF tekening: Overstromingsgebied Empel afb. 4.3 en 4.4

77

Vervangen voor PDF tekening: Overstromingsgebied Empel afb. 4.5

78

Bijlage VI Berekening aanvaarbalk

Inhoud: 1

ONTWERPBEREKENING AANVAARBALK................................................................ 80 1.1

2

MAATGEVENDE BELASTING SITUATIES ........................................................................ 80

BEREKENING BALK .................................................................................................... 82 2.1 2.2

BEREKENING BENODIGD WEERSTANDMOMENT............................................................ 82 ONTWERPEN VAN DE BALK ........................................................................................ 82

2.2.1 Uitleg bij de tabel. ................................................................................. 83 3

CONTROLE BEREKENINGEN ..................................................................................... 84 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

CONTROLE OP BUIGING ............................................................................................. 84 CONTROLE OP AFSCHUIVING ..................................................................................... 84 BEREKENING DOORBUIGING ...................................................................................... 85 CONTROLE OP KIP..................................................................................................... 85 CONTROLE OP PLOOI ................................................................................................ 87 OVERZICHT TOEGEPASTE BALK.................................................................................. 87

79

1 Ontwerpberekening aanvaarbalk a. Maatgevende belasting situaties De maatgevende belastingsituatie voor de maximale dwarskracht is een maximaal excentrische aanvaring met een klasse I schip.

Rekenbelasting De maximale kracht op de balk is gelimiteerd op 1200 kN. De demping van de balk wordt hier op afgestemd. De veiligheidsfactor is 1,2.

Fd = γ * F Fd

γ F

Rekenbelasting [kN] Veiligheidsfactor [-] Aanvaarbelasting [kN]

Fd = 1,2 * 1200 = 1440 Krachtafdracht bij een maatgevende aanvaring. Zie ook maatgevende belastingsituatie

∑V = 0 ∑V = F

1

F1 =

F1 b L F2 a F1 =

+ F2

F *b L

F2 =

F *a L

Belastingafdracht bij punt F1 [kN] Afstand tussen F2 en het aangrijpingspunt van de belasting [m] Lengte van de balk [m] Belastingafdracht bij punt F2 [kN] Afstand tussen F1 en het aangrijpingspunt van de belasting [m]

1440 * 10,5 = 1.099 kN 13,5

F2 =

1440 * 3 = 341 kN 13,5

80

V- lijn

De maatgevende belastingsituatie voor het maximale moment is een centrische aanvaring.

M max = M

1 Fl 4

Maximaal moment [kNm]

M max =

1 * 1440 * 13,5 = 4860 kNm 4

M-lijn

81

2 Berekening balk 2.1

Berekening benodigd weerstandmoment

Wben = W

σ Wben

M

σ Weerstandsmoment [mm3] Normaalspanning [N/mm2]

4860 * 10 6 = = 20680 * 103 235

2.2 Ontwerpen van de balk De aanvaarbalk is geen standaard profiel. Aan de hand van het onderstaande profiel is het weerstandsmoment bepaald. De neutrale lijn is weergegeven als stippellijn.

Om de balk te kunnen controleren moet het weerstandsmoment en het traagheidsmoment worden bepaald. Dat gebeurd aan de hand van de onderstaande tabel. In het profiel hierboven wordt met Romeinse cijfers de verschillende oppervlaktes aan. In de onderstaande tabel staan deze onder het kopje deel weer aangegeven.

82

Tabel voor het bepalen van het weerstands- en traagheidsmoment

Deel

I II III IV V VI VII

+/-

+ + + + + + + Totaal:

Totale hoogte:

b

h

A

mm 220 15 220 220 15 220 660

mm 50 1000 50 50 1000 50 50 1150

1150

y

A.y

mm 11000,00 15000,00 11000,00 11000,00 15000,00 11000,00 33000,00 107000,00

mm 24,50 550,00 1075,00 24,50 550,00 1075,00 1375,00

mm 269500 8250000 11825000 269500 8250000 11825000 45375000 86064000

Resultaat:

e1 =

804,34

mm

e2 =

345,66

mm

emax=

804,34

2

3

a

Ieigen

mm 779,34 254,34 172,50 779,34 254,34 172,50 487,00

mm 2,29E+06 1,25E+09 2,29E+06 2,29E+06 1,25E+09 2,29E+06 6,88E+06

4

2

a .A

Ideel,y

4

mm 6,68E+09 9,70E+08 3,27E+08 6,68E+09 9,70E+08 3,27E+08 7,83E+09

mm 4

mm

4

3

mm

3

Iy,tot =

1846645,2

*10

Wb,y =

22958,62

*10

2.2.1 Uitleg bij de tabel. Bepaling van het zwaartepunt. Door het profiel in rechthoeken te verdelen is gemakkelijk de oppervlakte van het profiel te bepalen. Daarna wordt per onderdeel het zwaartepunt opgezocht. Het zwaartepunt ligt op een bepaal de afstand (y) van de neutrale lijn. De afstand tot de neutrale lijn wordt vermenigvuldigd met de oppervlakte van de rechthoek. Door kolom A en kolom A.y te totaliseren en daarna door elkaar te delen wordt het zwaartepunt van het profiel berekend (zie e1). Bepaling van het traagheidsmoment. Voor de bepaling van het zwaartepunt moet de afstand van het zwaartepunt per onderdeel tot het zwaartepunt van het totale profiel worden berekend. De afstand tot het zwaartepunt wordt gekwadrateerd en vermenigvuldigd met de oppervlakte. (kolom a2.A). De formule voor het traagheidsmoment van een rechthoekige doorsnede is

1 3 bh . 12

In de kolom Ieigen wordt dit traagheidsmoment weergegeven. Het traagheidsmoment Ieigen wordt bij kolom a2.A opgeteld. Zo wordt het totale traagheidsmoment per onderdeel bepaald. Door alle onderdelen bij elkaar op te tellen wordt het traagheidsmoment van het profiel bepaald. Bepaling van het weerstandsmoment. Door het totale weerstandsmoment te delen door het zwaartepunt wordt het weerstandsmoment bepaald.

83

4

mm 6,68E+09 2,22E+09 3,30E+08 6,68E+09 2,22E+09 3,30E+08 7,83E+09 1,85E+10

3 Controle berekeningen 3.1 Controle op buiging Berekeningen van het moment dat de doorsnede kan opnemen:

M y ; s ;d

Eis:

M y ;u ; d

≤1

M y ;u ; d = f y ; d * W y ; d M y ;s ;d Buigend moment door de belasting [kNm] M y ;u ;d Buigend moment in de uiterste grenstoestand [kNm] f y ;d

Maximale spanning in staal [N/mm2]

W y ;d

Elastisch weerstandsmoment [mm3]

M y ;u ;d = 235 * 22958 * 10 3 = 5395 kNm M y ; s ;d = 4860 kNm 4860 = 0.90 < 1 5395 3.2 Eis:

(Voldoet)

Controle op afschuiving

V z ; s ;d V z ;u ;d

≤1

V z ;u ;d = 0,58 * hw * tw * f y ;d 0,58

V z ; s ;d V z ;u ;d hw tw

Constante voor de afschuiving [-] Dwarskracht ten gevolge van de belasting [kN] Dwarskracht die het profiel op kan nemen [kN] Hoogte van de doorsnede [mm] Breedte van de doorsnede [mm]

Ter plaatse van het maximale moment: V z ;s ;d = 1440 *10 3 N

Ter plaatse van de oplegging: V z ;s ;d = 1099 *10 3 N

V z ;u ;d = 0,58 * 1000 * 15 * 235 = 2045*103 N

V z ;u ;d = 0,58 * 440 * 50 * 235 = 1499*103 N

1440 * 10 3 = 0,70 < 1 2045 * 10 3

1099 * 10 3 = 0,73 < 1 1499 * 10 3

(Voldoet)

(Voldoet)

Het voldoen van het profiel op afschuiving ter plaats van de oplegging zorgt ervoor dat de energie absorptielichamen kunnen aansluiten op de voorste flenzen.

84

3.3

Berekening doorbuiging

uc =

Fl 3 48 EI

uc l E I uc =

Doorbuiging in het veld van de ligger [mm] Lengte van de ligger [mm] Elasticiteitsmodulus van staal [N/mm3] Traagheidsmoment van de doorsnede [mm4]

1440 * 10 3 * 13500 3 = 19,0 mm 48 * 210 * 10 3 * 1846645 * 10 4

3.4 Controle op kip Voorwaarden De controle op kip moet worden berekend als het profiel aan de volgende voorwaarden voldoet. De lengte van de overspanning gedeeld door de hoogte van het totale profiel groter is dan 5. 13500/1150=11,7 Dit is groter dan 5 dus het profiel moet op kip worden beoordeeld. -

Als de belasting op standaard profielen niet hoger aangrijpt dan 0,1 maal de hoogte van het profiel. 0.1*1150= 115. Er wordt hooguit een wrijfhout toegepast van 10 centimeter dik. Dus hierom behoeft het profiel niet te worden getoetst.

-

Wanneer de bovenstaande voorwaarde voldoet moet en het een dubbelsymetrische I-vormige constructie is moet het profiel aan de volgende voorwaarden voldoen.

h ≤ 75 tw

1150 = 76.67 15

De waarde is hoger dus op deze voorwaarden moet op kip worden gecontroleerd. Voor deze dubbelsymmetrische I-profielen geldt ook deze eis:

h * t f * 1012 t w3 b * l g2

≤ 575

1150 * 50 *1012 = 425 153 * 220 *13500 2

Op deze voorwaarde voldoet het profiel Op twee van de vier voorwaarden voldoet het profiel maar omdat de andere 2 niet voldoen dient het profiel te worden gecontroleerd op kip. Doorsnede klasse. Het profiel valt onder doorsnede klasse I. Het profiel mag namelijk plastisch vervormen. Controle berekening op kip

85

Eis:

M y ;max; s ;d

ω kip * M y;u ;d

ω kip

≤1

Kipfactor [-] bepaald volgends NEN 6670; tabel 12.1.14

M y ;max; s ;d Rekenwaarde voor het maximaal buigende moment om y-as [kNm] Voor het bepalen van ω kip is λrel benodigd.

λrel = ζ

l max hf y ;d bt f E d

λrel

Relatieve slankheid [-]

l max h bf

Grootste ongesteunde lengte [mm]

tf

Dikte van de flens

Hoogte van de op buiging belaste staaf [mm] Breedte van de flens [mm]

ζ = 1,32 * 1,3 = 1,72 [-] (doorsnede klasse 1)

λrel = 1,72

13500 *1150 * 235 = 2,16 [-] 220 * 50 * 210000

4860 *10 3 = 4,5 ≤ 1 0,20 * 5395 * 10 3

(Voldoet niet)

Door het toepassen van kipsteunen moet het tekort worden hersteld. De hoogste van de formules hieronder geldt. Eerste formule:

N st ;s ;d = 0.01 * A f * σ f ;s ;d

σ f ; s ;d =

F Af

σ f ;s ;d Rekenwaarde van de spanning in de flens Af

Oppervlakte van de flens is 50*220= 11000 mm2

1440 * 10 3 = 130,9 N/mm2 11000 = 0,01 * 11000 * 130,9 = 14400 N

σ f ; s ;d = N st ;s ;d

86

Tweede formule:

N st ;s ;d = 0,005 * A f * f y ;d N st ;s ;d = 0,005 * 11000 * 235 = 12925 N De eerste formule is maatgevend. Er dienen kipsteunen te worden toegepast die 14,4 kN kunnen opnemen. De kipsteunen dienen op 1/3 van de hoogte van het profiel te worden toegepast. De totale hoogte van de balk is 1,15 meter. Dus om de 380 millimeter moet er een kipsteun worden toegepast. 3.5 Eis

Controle op plooi

Fs ;d Fu ;d

≤1

De formule voor het bepalen van de plooikracht is:

 t f  t  c Fu ;d = 0.5t w2 Ef y ;d  + 3 w   t  h − 2t  t w f  f  Fu ;d c

   

Plooien van het lijf in de uiterste grenstoestand. [kN] Knikcurve mag niet groter zijn dan 0,2 [-] Tabel NEN 12.1.1

 50   15  Fu ;d = 0.5 * 15 2 210.000 * 235  + 3 (0,2 ) = 1585 kN  50   15  1099 = 0.69 ≤ 1 (Voldoet) 1585 3.6

Overzicht toegepaste balk

Optimalisatie van het gekozen profiel is mogelijk door het toepassen van raatliggers of symmetrische profielen. Aangezien de stalen ligger haalbaar is, wordt dit niet verder uitgewerkt.

87

88

Bijlage VII Energieabsorptie

Inhoud: 1

COMPOSIET ENERGIE ABSORPTIELICHAAM.......................................................... 90 1.1 1.2 1.3

ALGEMEEN ............................................................................................................... 90 KEUZE MATERIAAL .................................................................................................... 91 OPBOUW REMSYSTEEM ............................................................................................. 92

1.3.1 Profielkeuze.......................................................................................... 92 1.3.2 Opbouw remsysteem............................................................................ 92 1.3.3 Optimalisatie......................................................................................... 94 1.4

BEREKENING REMINSTALLATIE ................................................................................... 95

1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6 1.5

Uitgangspunten en randvoorwaarden ................................................... 95 Bepaling materiaalgegevens laminaat .................................................. 95 Berekening benodigde hoeveelheid materiaal ...................................... 96 Profielkeuze.......................................................................................... 96 Bepalen benodigde lengte .................................................................... 97 Controle knik......................................................................................... 97

CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN .............................................................................. 98

89

1 Composiet energie absorptielichaam 1.1 Algemeen De aanvaarenergie kan worden vernietigd door het crushen van een materiaal. De belasting op de aanvaarbalk wordt overgebracht op een lichaam dat kapot wordt gedrukt tot schroot. (Afbeelding 1)

Afbeelding 1: Kapot drukken profiel

Afbeelding 2: Triggermechanismen

Er zijn in principe 3 vormen waarin het lichaam kan worden toegepast. Een conus, koker of cilinder. De wens is om met het oog op kosten standaardprofielen toe te passen. De conus zorgt voor een geleidelijke opbouw van de remkracht, maar heeft een tophoek waardoor deze een maximale hoogte kent en dus niet geschikt is. De koker heeft als nadeel dat de hoeken meer energie opnemen dan de wanden, waardoor het lichaam niet effectief gecrusht kan worden. De cilinder is voor het crush-proces de meest efficiënte vorm. De standaardprofielen zijn in verschillende lengte leverbaar. Een nadeel van het profiel is de knikgevoeligheid, waarop het lichaam gecontroleerd moet worden. Voor het crushen van een cilinder is een piekkracht benodigd om het crush-proces te activeren (Fmax). Om deze piekkracht te reduceren kan er gebruik worden gemaakt van een trigger. (Afbeelding 2) De trigger zorgt voor een stabiele en gecontroleerde start van het crush-proces. (Afbeelding 3) Met het oog op gebruiksvriendelijkheid wordt de maximale piekkracht op het schip beperkt tot 1200 kN. Omdat niet bekend is in hoeverre de trigger de piekkracht zal reduceren wordt er gerekend met Fmax = 1,1 * Fgem.

Afbeelding 3: Verloop remkracht bij toepassen trigger

90

1.2 Keuze materiaal Het composiet is een laminaat: een combinatie van een matrixmateriaal met een vezelmateriaal. Er zijn vele materialen geschikt voor toepassing. Voor het bepalen van de haalbaarheid wordt uitgegaan van een kleine selectie van de meest toegepaste materialen. De materiaalkeuze hangt voornamelijk af van de specifieke energie absorptie (SEA) en de prijs van het materiaal. Daarnaast zal het toegepaste materiaal bestand moeten zijn tegen knik, omdat het absorptievermogen verloren gaat zodra het materiaal knikt. Voor de vezels wordt vaak gekozen voor koolstofvezel of glasvezel, omdat hiervan standaardprofielen beschikbaar zijn. Koolstofvezel is in vergelijking met glasvezel een duur materiaal. Er wordt voor glasvezel gekozen vanwege de kosteneffectiviteit [www.exelcomposites.net] en de goede ervaringen in praktijkproeven. Typische matrixmaterialen zijn polyester, vinylester en epoxy. Voor de keuze van het matrixmateriaal kan de onderstaande tabel worden gebruikt. Epoxy heeft de meeste sterkte, maar is wel het duurst. Polyester en vinylester zijn nagenoeg even sterk, maar polyester is goedkoper. Dit heeft te maken met de betere chemische resistentie van vinylester. Voor de toepassing in een aanvaarconstructie is de chemische resistentie niet benodigd, omdat het geheel droog verpakt wordt in een kist. Er kan gekozen worden voor polyester.

Kosten Sterkte Chem. resistentie

Polyester 1 2 2

Vinylester 2 2 1

Epoxy 3 1 1

Tabel: Vergelijking matrixmaterialen (1=beste score) [Exel composites]

Het toegepaste laminaat bestaat voor 60% uit glasvezel (vf) en 40% uit polyester (vm). De vezelrichting varieert per laag. In de buitenste lagen van het profiel is deze 90° ten opzichte van de as en in de binnenste laag 0° ten opzichte van de as. De buitenste lagen zijn beide 20% van het totale volume (v90 = 0,4). De binnenste laag vormt 60% van het totale volume (v0 = 0,6). Dichtheid ρ [kg/m3] Elasticiteitsmodulus EL [GPa] Volume in laminaat Poissonverhouding µ [-]

Glasvezel 2540 70 60% 0,22

Polyester 1150 3,5 40% 0,35

Tabel: Eigenschappen toegepast materiaal [X]

Het composiet lichaam bestaat uit een anisotroop materiaal. Dit betekent dat de eigenschappen richtingsafhankelijk zijn. Voor de E-modulus geldt bijvoorbeeld dat deze in lengterichting EL (longitudinaal) en in dwarsrichting ET (transversaal) verschilt. De waarde van ET wordt bepaald aan de hand van de mengselwet en de theorie van TSAI. [‘Alternatieve materialen en methoden in aanvaarconstructies’, E. ten Broeke] Voor de controle op de knikgevoeligheid van het gekozen profiel moet Ex;lam worden gebruikt, welke wordt verkregen uit EL en ET met hun onderlinge verhouding v0 en v90. ET volgt uit de berekening in paragraaf 1.4.2. EL = vf * Ef + vm * Em Ex;lam = v0 * EL + v90 * ET

91

1.3

Opbouw remsysteem

1.3.1 Profielkeuze Het is gebleken dat de t/D verhouding tussen de wanddikte (t) en diameter (D) een grote invloed heeft op het specifiek energie absorptieniveau (SEA). Een verhouding lager dan 0,015 blijkt te falen in het crushproces. Voor een goed verloop van het crushproces is een verhouding tussen 0,015 en 0,25 nodig. [‘Scaling effects in the energy absorption of carbon-fiber/peek composite tubes’, H. Hamada] Met het oog op de kosten wordt er gekozen voor een standaard profielmaat. (meervoud van 5mm.) 1.3.2 Opbouw remsysteem Het toepassen van 1 buisprofiel is niet mogelijk omdat deze buis dan of ongewenst lang of ongewenst dik wordt. Er blijven 2 manieren over om het remsysteem op te bouwen met composiet buizen. (Afbeelding 4) 1. Meerdere buizen naast elkaar 2. Meerdere lagen met kortere in aantal oplopende buizen Opbouw 1 is de meest eenvoudige oplossing met het minste materiaal. Een nadeel echter is het noodzakelijk vervangen van het complete systeem na een aanvaring, ongeacht de zwaarte van die aanvaring. Het verloop van de remkracht zal er uit zien zoals in afbeelding 3. Opbouw 2 ondervangt dit probleem door de opbouw van segmenten tot conus. Bij kleine aanvaringen zullen alleen de eerste segmenten crushen. De energie van grotere aanvaringen wordt door het tweede en eventueel derde segment vernietigd. De segmenten die intact zijn na een aanvaring hoeven niet vervangen te worden. Slechts een klein percentage van de te verwachten aanvaringen zal complete vervanging tot gevolg hebben.

Afbeelding 4: Alternatieve opbouw remlichaam

Een ander voordeel is het reduceren van de verdraaiing van de aanvaarbalk bij een excentrische aanvaring. Het eerste segment van het zwaarst belaste lichaam zal als eerste crushen. Daarna zal segment 1 van het andere lichaam crushen, waarna segment 2 van het zwaarst belaste lichaam zal crushen enz. De maximale verdraaiing van de balk zal volgen uit de lengte van het langste segment. Bij opbouw 1 zal eerst 1 lichaam geheel crushen, waarna het andere lichaam de 92

overige energie opneemt. De verdraaiing volgt dan uit de indrukking van 1 geheel lichaam, die groter is dan 1 segment uit opbouw 2. Een reductie van de verdraaiing van de aanvaarbalk is gewenst, omdat dit negatieve gevolgen kan hebben voor de knikbelasting. Een derde en minstens zo belangrijk voordeel van opbouw 2 is het reduceren van de kniklengte van de profielen. Het verloop van de remkracht zal er uit zien als afgebeeld in afbeelding 5.

Afbeelding 5: Verloop remkracht opbouw 2

Om het maximale voordeel te behalen met opbouw 2 zullen de segmenten aan beide zijden van de kolk (a en b) om en om moeten crushen. Volgorde crushen segmenten: 1a, 1b, 2a, 2b, enz… Voorwaarde crushen 1b voor het crushen 2a = Factivatie;1b < Factivatie;2a Maatgevend is een maximaal excentrische aanvaring met spitse boeg (b=5,00 m) (zie bijlage VI) Fa = (F*10,5)/13,5 Fb = (F*3,0)/13,5 Verhouding 0,78:0,22. (want 10,5/13,5=0,78) Dus voor het activeren van zijde b voor zijde a, dient zijde a 0,78 / 0,22 = 3,5 keer zo groot te zijn. Praktisch gezien moet segment 2 dus uit 4 maal zoveel profielen bestaan als segment 1. Dit betekent dat segment 3 uit minimaal 1*4*4=16 profielen zal bestaan. Dit heeft tot gevolg dat of de lengte of Fmax hoog zal uitvallen. Daarom wordt het maximale aantal segmenten beperkt tot 2. Keuze: Opbouw 2 kent meerdere voordelen ten opzichte van opbouw 1. De uitwerking van opbouw 2 wordt gedaan aan de hand van de risicoanalyse uit de literatuur. [‘Aanvaarrisico’s voor sluisdeuren’, A. Vrijburcht] De dimensionering van de segmenten wordt afgestemd op het voorkomen van een aanvaring met een bepaalde aanvaarenergie. Hierbij wordt rekening gehouden met de toe te passen lengte van de profielen. Kans op voorkomen i.g.v. een aanvaring [%]

50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 0,1 0,2 0,5

1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5

5,5

Energie [x 1000 kJ]

6

6,5 7

7,5 8

8,5 9

9,5

93

1.3.3 Optimalisatie Het is verstandig om voor het eerste segment 2 profielen toe te passen en daarmee voor het tweede segment 8 profielen. Het falen van 1 profiel leidt dan niet direct tot het wegvallen van 1 compleet segment. Er dient nu gekozen te worden hoe de energieverdeling tussen segment 1 en 2 zal zijn. De lengte van het systeem wordt korter naarmate segment 2 een groter deel van de energie moet opnemen, omdat segment 2 een groter energieabsorptievermogen heeft. Dit scheelt in zowel de profiel- als in de kolklengte. Een nadeel is dat het sneller zal voorkomen dat segment 2 wordt aangesproken en er complete vervanging van het systeem moet plaatsvinden. (opties B) Door segment 1 meer opnamecapaciteit te geven, optie A, wordt het systeem scheepsvriendelijker. Driekwart van de aanvaringen heeft een slechts gedeeltelijke vervanging nodig. Tegenover deze voordelen staat een verlenging van het systeem en daarmee de sluiskolk. Mogelijke energieverdelingen met hun gevolgen in aanvaarkans, waardeverhouding en totale lengte: Optie A. B. B. extra

Capaciteit [kJ] segm1 / segm2 250 / 750 200 / 800 100 / 900

Aanvaring [%] segm1 / segm2 76 / 24 70 / 30 58 / 42

Waardeverh. segm 1 / segm2 3,6 / 10,7 2,9 / 11,4 1,4 / 12,9

Totale lengte 2,30 m 2,10 m 1,71 m

Optie B lijkt de beste oplossing. De kolklengte dient zo kort mogelijk te worden gehouden, maar de scheepsvriendelijkheid dient niet geheel verloren te gaan.

94

1.4 1.4.1

Berekening reminstallatie Uitgangspunten en randvoorwaarden - Materiaal: Glasvezel-polyester - 2 lichamen bestaande uit 2 segmenten. Opnamecapaciteit: Segment 1 = 200 kJ Segment 2 = 800 kJ - Maximaal optredende totale remkracht (Fmax) = 1200 kN - Piekkracht: Fmax = 1,10 * Fgem - 1 profieltype voor alle segmenten - Composiet: 60% glasvezel (vf=0,6) + 40% polyester (vm=0,4) zonder holle ruimtes. - Vezelrichting 90°-0°-90° → 20%-60%-20% - Specifieke energie absorptievermogen = 70 kJ/kg [‘Experimental and numerical study on axial crushing behaviour of pultruded composite tubes’, W. van Paepegem] - Restmateriaal in lengterichting is 20% van het origineel - 10% extra lengte als veiligheidsmarge - Benodigde crushruimte in breedterichting is 2 maal de diameter van het profiel - Centrische krachtoverdracht door scharnierende overbrenging - Elk segment heeft een symmetrische vorm. Het aantal buizen neemt elk segment met factor 4 toe.

1.4.2 Bepaling materiaalgegevens laminaat Bepalen dichtheid laminaat:

ρ lam = v f * ρ f + v m * ρ m = 0,6 * 2540 + 0,4 *1150 = 1984 kg / m 3 Bepalen elasticiteitsmodulus: EL voor vezelrichting 0°:

Ε L = v f * Ε f + v m * Ε m = 0,6 * 70 + 0,4 * 3,5 = 43,4 GPa ET voor vezelrichting 90°: De volgende stappen zijn, zoals beschreven in paragraaf 1.2, overgenomen uit de literatuur. Het gaat om de theorie van TSAI die verder niet toegelicht zal worden.

µ LT = v f * µ f + v m * µ m = 0,6 * 0,22 + 0,4 * 0,35 = 0,272 Gf =

Gm =

kf =

km =

Εf 2 (1 + µ f )

=

70 = 28,69 GPa 2 * 1,22

Εm 3,5 = = 1,30 GPa 2 (1 + µ m ) 2 *1,35 Εf 2 (1 − µ f )

=

70 = 44,87 GPa 2 * 0,78

Εm 3,5 = = 2,69 GPa 2 (1 − µ m ) 2 * 0,65 95

k c = v f * k f + v m * k m = 0,6 * 44,87 + 0,4 * 2,69 = 28,00 GPa k c ' = v m * k f + v f * k m = 0,4 * 44,87 + 0,6 * 2,69 = 19,56 GPa

Ε T = 2 * (1 − µ LT ) * (1 − c) *

2 * k f * k m + Gm * k c 2 * k c' * k m

+c*

2 * k f * k m + G f * kc 2 * k c' * G f

= 1,456 * 0,8 * 6,87 + 0,2 *15,41 = 11,09 GPa De elasticiteitsmodulus van het laminaat wordt berekend met EL en ET en hun verhouding in volumepercentage.

Ε x;lam = v0 * Ε L + v90 * Ε T = 0,6 * 43,4 + 0,4 * 11,09 = 30,48 GPa 1.4.3 Berekening benodigde hoeveelheid materiaal Specifieke energie absorptie: 70 kJ/kg Segment 1: Benodigd absorptievermogen = 200 kJ Benodigd materiaal = 200/70 = 2,86 kg 2 profielen van 1,43 kg per stuk. Segment 2: Benodigd absorptievermogen = 800 kJ Benodigd materiaal = 800/70 = 11,43 kg 8 profielen van 1,43 kg per stuk. 1.4.4 Profielkeuze Het oppervlak van de toegepaste profielen is beperkt door de eis Fmax < 1200 kN. Fmax = 1,1 * Fgem = 1200 kN Fgem = 1090 kN Dit houdt in dat er maximaal 1090 kJ per meter profiellengte mag worden vernietigd. Maximaal volume per meter: Dichtheid:1984 kg/m3 1090 / 70 = 15,6 kg/m 15,6 / 1984 = 0,008 m3 = 7862903 mm3 Amax= 7862903 / 1000 = 7863 mm2 Voor het maatgevende segment 2 komt dit neer op 8 profielen van 65x5 mm2. (Dxt) t/D = 5/65 = 0,077 OK A = 8 * 942 = 7540 mm2 Het lineair soortelijk gewicht van dit profiel is 1,87 kg/m.

96

1.4.5

Bepalen benodigde lengte

Profiel 65x5 (Dxt) van 1,87 kg/m Restmateriaal = 20% Materiaalfactor = 1,1 Segment 1 Benodigde capaciteit = 200 kJ Benodigd gewicht = 200 / 70 = 2,86 kg Aantal profielen = 2 Gewicht per profiel = 1,43 kg

Segment 2 Benodigde capaciteit = 800 kJ Benodigd gewicht = 800 / 70 = 11,43 kg Aantal profielen = 8 Gewicht per profiel = 1,43 kg

Lben = 1,43 / 1,87 = 0,76 m Ltoeg = (0,76 / 0,8) *1,1 = 1,05 m

Lben = 1,43 / 1,87 = 0,76 m Ltoeg = (0,76 / 0,8) *1,1 = 1,05 m

De segmenten worden voorzien van een plaat met triggers en opsluitplaten. De aanvaarbalk komt tegen dit pakket aan te liggen. Het geheel wordt in een kist gestopt die op en neer kan worden bewogen. (zie tekeningen in bijlage VIII) 1.4.6

Controle knik

Ip

= π * r3 * t = π * 32,53 * 5 = 5,4 *105 mm4

Segment 1 en 2 zijn gelijk: Poptr = vernietigde energie / lengte = 100 / 1,05 = 95,2 kN Pknik

= (π2 * Ex;lam * I) / Ltoeg = (π2 * 30,48 * 5,4*105) / 1005 = 147 kN

u.c.

= 147 / 95,2 = 0,65

voldoet

97

1.5 Conclusies en aanbevelingen Het toepassen van een composiet energieabsorptie lichaam is goed haalbaar bij een aanvaring met een aanvaarenergie tot 2000 kJ. Voor het materiaal kan het beste worden gekozen voor glasvezel-polyester, vanwege de hoge kosteneffectiviteit. Het systeem is opgebouwd uit twee segmenten van 1,05 meter lang, bestaande uit profielen met een diameter van 65 mm. en een wanddikte van 5 mm. De segmenten bestaan respectievelijk uit twee en acht profielen. 70 % van de aanvaringen (aanvaringen ≤ 400 kJ) maakt alleen gebruik van segment 1, waardoor er slechts gedeeltelijke vervanging nodig is. De segmenten worden gescheiden door stalen platen met daarop bevestigd het triggermechanisme. Aanbevelingen: - Praktijkproeven De haalbaarheid van het concept moet met praktijkproeven worden aangetoond. Het is niet duidelijk of schaalvergroting van bestaande proeven ongestraft mag plaatsvinden. In vergelijking met bekende onderzoeken kent deze toepassing grotere profielen, hoger energieniveau en lagere crushsnelheden. - Materiaaloptimalisatie Er kan worden gezocht naar een materiaal of profielmaat dat een betere verhouding kent tussen specifieke energieabsorptie, restmateriaal en de prijs voor deze toepassing. - Restmateriaal Uitgangspunt voor het restmateriaal in lengterichting is 20%. Dit getal zal exact bepaald moeten worden. Daarnaast is de omvang van het restmateriaal in de breedterichting belangrijk om te bepalen hoe en of er meerdere profielen naast elkaar kunnen worden toegepast. - Trigger De trigger is bepalend voor Fmax, de piek in de botskracht. Deze is in dit onderzoek aangenomen op 1,1*Fgem. De werkelijk te behalen waarde op deze schaal zal onderzocht moeten worden. Het is nu niet bekend welk trigger-alternatief de beste resultaten levert. - Tussenplaten De tussenplaten die de krachten vanuit de balk op de verschillende segmenten overbrengen zullen geleiding moeten ondervinden vanuit de kist. Om knik van de profielen te voorkomen zullen de platen evenwijdig moeten blijven aan elkaar. Bij het uitwerken van een ontwerp met dit concept dient hier rekening mee te worden gehouden.

98

Bijlage VIII Tekeningen en kosten aanvaarbeveiliging

Inhoud: 1

IMPRESSIE AANVAARBEVEILIGING ....................................................................... 100

2

KOSTENVERGELIJKING............................................................................................ 101 2.1

KOSTEN ................................................................................................................. 101

2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.2 2.3 2.4 3

Stichtingskosten ................................................................................. 101 Vervangingskosten bij aanvaring ........................................................ 102 Vervangingskosten einde levensduur ................................................. 103 Onderhoudskosten ............................................................................. 104 Gebruikskosten................................................................................... 104

INVESTERING .......................................................................................................... 104 NETTO CONTANTE WAARDE ..................................................................................... 105 CONCLUSIES .......................................................................................................... 106

TEKENINGEN .............................................................................................................. 106

99

1 Impressie aanvaarbeveiliging De aanvaarbeveiliging bestaat uit een stalen balk die met de uiteinden in een kist ligt. De kist wordt op de juiste hoogte gebracht met behulp van heftorens.

De balk ligt aan op een pakket van energieabsorptie lichamen verdeeld over 2 segmenten. Bij een aanvaring zal de balk de lichamen kapot drukken tot schroot.

100

2 Kostenvergelijking 2.1 Kosten De kosten voor de aanvaarbeveiliging worden berekend voor de uitgewerkte variant en ter vergelijking ook voor de variant met hydraulische cilinders. Alle kosten zijn berekend voor één aanvaarbeveiliging. In het uiteindelijke ontwerp zullen twee van dergelijke installaties worden toegepast. Allebei in de kolk, één bij het kanaalhoofd en één bij het Maashoofd. De totale kosten gedurende de levensduur van de aanvaarbeveiliging bestaan uit stichtingskosten, vervangingskosten bij aanvaring, vervangingskosten einde levensduur en onderhoudskosten. De vergelijking van de kosten gebeurt aan de hand van integrale kosten. Alle genoemde prijzen zijn exclusief staartkosten en BTW. 2.1.1

Stichtingskosten

Variant Composiet Onderdeel Betonwerk Materiaal + storten wanden heftoren Extra kolklengte* Totaal betonwerk Aanvaarbalk Materiaal staal Conservering (aluminium deklaag) Fabricage en montage Totaal aanvaarbalk Energieabsorptie 200 m. glasvezel-polyester profielen** Materiaal eindplaat + scharnier Materiaal tussenplaten + triggers Materiaal 2 kisten Conservering kisten (aluminium deklaag) Montage Totaal energieabsorptie Bewegingswerk Bewegingswerk incl. tandwielen Kabels + bevestigingsmateriaal Contragewicht ±7000 kg + installatie Montage Totaal bewegingswerk Totaal

Eenheid

Aantal

Prijs (€)

Totaal (€)

m3 m

15 0,8

500 16.000

7.500 12.800 € 20.300

kg m2 -

12500 115 1

2 70 15.000

25.000 8.050 15.000 € 48.050

kg kg m2 -

375 2 2 2000 9 1

15 300 400 2 70 2.000

5.625 600 800 4.000 630 2.000 € 13.655

-

2 8 2 1

12.000 200 4.500 3.000

24.000 1.600 9.000 3.000 € 37.600 € 119.605

* Voor de kosten van de extra sluiskolklengte is het lengteverschil genomen tussen een sluiskolk zonder aanvaarbeveiliging en een sluiskolk met beveiliging. De sluiskolk zonder aanvaarbeveiliging had een stopstreep 5,0 meter voor de sluisdeur. In het nieuwe concept met aanvaarbeveiliging ligt de stopstreep 1,0 meter voor de aanvaarbeveiliging. De constructie van de aanvaarbeveiliging zelf is ongeveer 3,6 meter lang. Tussen de sluisdeur en de aanvaarbeveiliging zit 1,2 meter extra lengte. Zodra het absorptiepakket ingedrukt is, blijft er 3,0 meter over tot aan de sluisdeur.

101

Een overstekende boeg zal hierdoor bij een aanvaring nooit de sluisdeur kunnen raken. De extra kolklengte komt op: (1,0+3,6+1,2)-5,0=0,8 meter. ** De prijs per kilogram glasvezel-polyester is opgevraagd bij Exel-composites te Oudenaarde (België). Voor de stichtingskosten is de prijs voor 200 meter profiellengte genomen, omdat dit de minimale afnamehoeveelheid is. In paragraaf 2.1.2 zal blijken dat de verwachting is dat er gedurende de levensduur 145 meter aan profiellengte nodig is. Al het vervangingsmateriaal is dus al aanwezig. Bij het berekenen van de vervangingskosten is hier rekening mee gehouden. De prijs per kilogram gaat pas bij een afname van meer dan 2000 meter zakken. (De verwachting dat de prijs per kilogram voor een groter profiel lager zal zijn blijkt niet altijd te kloppen. In sommige gevallen is de prijs per kilogram zelfs hoger. Dit zou te maken hebben met het productieproces.) Variant Hydrauliek Onderdeel Betonwerk Materiaal + storten wanden heftoren Extra kolklengte Totaal betonwerk Aanvaarbalk Staal Conservering (aluminium deklaag) Fabricage en montage Totaal aanvaarbalk Hydrauliek Hydraulische cilinders Materiaal eindplaat + scharnier Materiaal 2 kisten Conservering kisten (aluminium deklaag) Montage Totaal energieabsorptie Bewegingswerk Bewegingswerk incl. tandwielen Kabels + bevestigingsmateriaal Contragewicht ±9000 kg + installatie Montage Totaal bewegingswerk Totaal

Eenheid

Aantal

Prijs (€)

Totaal (€)

m3 m

15 0,8

500 16.000

7.500 12.800 € 20.300

kg m2 -

12500 115 1

2 70 15.000

25.000 8.050 15.000 € 48.050

kg m2 -

2 2 2400 9 1

22.000 300 2 70 2.000

44.000 600 4.800 630 2.000 € 52.030

-

2 8 2 1

12.000 300 5.000 3.000

24.000 2.400 10.000 3.000 € 39.400 € 159.780

2.1.2 Vervangingskosten bij aanvaring Alleen de variant Composiet heeft vervanging nodig na een aanvaring. Voor de variant hydrauliek zijn de vervangingskosten €0,- per aanvaring. Voor de variant Composiet wordt hieronder een berekening gemaakt. De kans op een aanvaring wordt aangenomen op 1 op de 33000 scheepspassages. [‘Aanvaarrisico’s voor sluisdeuren’, A. Vrijburcht] De aanvaarenergie volgt uit de grafiek in Bijlage VII, paragraaf 1.3.2. Aangezien segment 1a een opnamecapaciteit van 200 kJ bezit, zullen alleen aanvaringen met meer dan 200 kJ segment 1b gebruiken. Dit komt neer op 42% van de aanvaringen. Deze aanvaarkans en die voor de overige segmenten is weergegeven in de eerste regel van de onderstaande tabel.

102

Volgens het OTB zullen er in 2025 ongeveer 13.000 schepen per jaar passeren. Voor de levensduur van 100 jaar wordt uitgegaan van gemiddeld 15.000 schepen per jaar. Bij het toepassen van twee aanvaarbeveiligingen zal één beveiliging gemiddeld 7.500 keer per jaar een kans hebben op een aanvaring. Het totale aantal aanvaringen komt hiermee op (100 * 7.500) / 33.000 ≈ 23. Segment Gebruikskans i.g.v. aanvaring Aanvaringen tijdens levensduur Aantal profielen Profielen gedurende 100 jaar

1a 100% 23 2 46

1b 42% 10 2 20

2a 30% 7 8 56

2b 9% 2 8 16

Segment 1a en 1b hebben samen een absorptievermogen van 400 kJ. Segment 2a wordt bij aanvaringen >400 kJ gebruikt wat neerkomt op 30% van de aanvaringen. (tabel Bijlage VII, paragraaf 1.3.2) Tijdens de levensduur van 100 jaar komt dit neer op 0,3*23 = 7 aanvaringen. Het segment bestaat uit 8 segmenten, waardoor het benodigd aantal profielen tijdens de levensduur op 7*8 = 56 komt. In totaal is zijn er 46 + 20 + 56 + 16 = 138 profielen benodigd gedurende de levensduur van 100 jaar. Dit komt overeen met 138 * 1,05 = 145 meter profiellengte. Bij de stichting wordt er 200 meter profiellengte gekocht, waardoor er geen vervangingskosten voor het materiaal zijn gedurende de levensduur. Voor de reparatiekosten van het eerste segment wordt €200,- geraamd en voor het tweede segment wordt €400,- geraamd. Gedurende de levensduur komt dit neer op (23+10)*200 + (7+2)*400 = €10.200,Als er van wordt uitgegaan dat de aanvaringen verspreidt over de levensduur plaatsvinden, komt dit neer op een montagebedrag per jaar van: 10.200 / 100 = €102,- per jaar. Omdat het materiaal al is gekocht bij de stichting van de aanvaarbeveiliging zijn de montagekosten per jaar gelijk aan de vervangingskosten per jaar. 2.1.3 Vervangingskosten einde levensduur Sommige onderdelen van de aanvaarbeveiliging hebben een levensduur van 50 jaar. Aangezien de sluis een levensduur dient te hebben van 100 jaar, moeten deze onderdelen na 50 jaar vervangen worden. Ook de conservering van stalen onderdelen moet na 50 jaar opnieuw worden aangebracht.

103

Variant Composiet Onderdeel

Eenheid

Aantal

m2

115

Aanvaarbalk Conservering Totaal aanvaarbalk Energieabsorptie Materiaal eindplaat + scharnier Materiaal tussenplaten + triggers Conservering kisten Vervanging + montage Totaal energieabsorptie Bewegingswerk Bewegingswerk incl. tandwielen Kabels + bevestigingsmateriaal Vervanging + montage Totaal bewegingswerk

m2 -

2 2 9 1

-

2 8 1

Prijs (€)

70 €

8.050 8.050

€

600 800 630 2.000 4.030

300 400 70 2.000

12.000 200 4.000

Totaal

Variant Hydrauliek Onderdeel

Totaal (€)

24.000 1.600 4.000 € 29.600 € 41.680

Eenheid

Aantal

m2

115

Aanvaarbalk Conservering

Prijs (€)

70

Totaal aanvaarbalk Hydrauliek Hydraulische cilinders Materiaal eindplaat + scharnier Conservering kisten Vervanging + montage Totaal hydrauliek Bewegingswerk Bewegingswerk incl. tandwielen Kabels + bevestigingsmateriaal Vervanging + montage Totaal bewegingswerk

Totaal (€)

€

8.050 8.050

m2 -

2 2 9 1

22.000 300 70 4.000

44.000 600 630 4.000 € 49.230

-

2 8 1

12.000 300 4.000

24.000 2.400 4.000 € 30.400

Totaal

€ 87.680

2.1.4 Onderhoudskosten De variant Composiet heeft geen onderhoud nodig. Voor de variant Hydrauliek wordt het onderhoud geraamd op €600,- per jaar. 2.1.5 Gebruikskosten De energiekosten van het bewegingswerk om de aanvaarbalk op hoogte te brengen worden geraamd op €3000,- per jaar. 2.2 Investering De totale investering voor een aanvaarbeveiliging bestaat uit alle kosten die gedurende de levensduur worden gemaakt (integrale kosten).

Stichtingskosten Vervangingskosten na 50 jaar Jaarlijkse kosten

Composiet € 119.605,€ 41.680,€ 3.102

Hydrauliek € 159.780,€ 87.680,€ 3.600,-

Aantal 1x 1x 100x

104

De totale integrale kosten voor de varianten komen daarmee op: Composiet = € 471.485,Hydrauliek = € 607.460,2.3 Netto contante waarde De integrale kosten kunnen worden omgezet naar een netto contante waarde. De contante waarde is de waarde van de investering gedurende de levensduur op dit moment. Door het bepalen van de netto contante waarde wordt rekening gehouden met het rendement dat de investering oplevert en de inflatie. Het rendement en de inflatie zijn verwerkt in het disconto. Het disconto is vastgesteld door het ministerie van financiën en bedraagt momenteel 2,5%. De contante waarde wordt berekend met onderstaande formule: CW = X / (1+r/100)^N, waarin: X = Grootte van de investering in de toekomst r = Disconto 2,5% N = Voorziene tijdstip van de investering in jaren

De netto contante waarde voor de varianten over 100 jaar komen daarmee op: Composiet € 246.241,Hydrauliek € 319.062,-

105

2.4 Conclusies Door het toepassen van het alternatief composiet wordt een besparing gedaan van €135.975,- gedurende de levensduur van 100 jaar. De netto contante waarde van deze besparing bedraagt €72.821,-.

3 Tekeningen 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Bovenaanzicht aanvaarbeveiliging Doorsnede A-A, Aanvaarbalk Doorsnede B-B, Energieabsorptie pakket Doorsnede C-C en D-D, Tussenplaten Vooraanzicht Zijaanzicht

106

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 1: Bovenaanzicht aanvaarbeveiliging

107

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 2: Doorsnede A-A

108

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 3: Doorsnede B-B

109

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 4: Doorsnede C-C en D-D

110

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 5: Vooraanzicht sluishoofd

111

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 6: Zijaanzicht

112

Bijlage IX Belastingen op de sluisdeur

Inhoud: 1

BELASTINGEN OP DE DEUR .................................................................................... 114 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

HYDRODYNAMISCHE BELASTINGEN .......................................................................... 114 GOLFBELASTING VOLGENS MODEL SAINFLOU ........................................................... 115 W INDBELASTING ..................................................................................................... 117 AANDRIJFKRACHT ................................................................................................... 117 VERTICAAL EVENWICHT ........................................................................................... 117 BELASTING INSTALLATIE DEUROPENINGEN ............................................................... 117

113

1 Belastingen op de deur 1.1 Hydrodynamische belastingen Voor de uitwisselbaarheid van de sluisdeuren is het nodig om één deur te dimensioneren die voldoet bij alle voorkomende belastinggevallen aan de maas- en kanaalzijde. Belastinggevallen Maaszijde: A. Lege kolk. B. Maximaal schutpeil. C. MHW. D. MLW. Belastinggevallen kanaalzijde: E. Lege kolk. F. Maximaal schutpeil kolkzijde. G. Minimaal schutpeil kolkzijde. De hydrodynamische belastingen kunnen als volgt berekend worden.

Fstat = ρ * g * h Fstat

ρ g h

Statische belasting [kN/m-1] Soortelijk gewicht van water [1000 kg/m3] Versnelling [10 m/s2] Hoogte van de waterkolom (waterhoogte – drempeldiepte (NAP-4,0 m))

De resultante van de waterbelasting:

Fres = Fstat ; links − Fstat ; rechts Belastinggevallen aan de Maaszijde: Belastinggeval Waterstand Maas [t.o.v. NAP] Waterstand sluiskolk [t.o.v. NAP] Optredende 1 belasting per m [kN]

A.

B.

C.

D.

+ 2,75 m.

+ 4,40 m.

+ 6,83 m.

- 0,50 m.

- 4,00 m.

+ 2,00 m.

+ 2,00 m.

+ 2,20 m.

67,5

24,0

48,3

-27,0

Tabel 1 : Optredende situaties Maaszijde

114

Belastinggeval A. valt af. De sluiskolk hoeft niet drooggezet te kunnen worden. Het onderhoud van de deuren zal in de deurkas gebeuren. De maatgevende belasting aan de zijde van de Maas is 48,3 kN. Belastinggeval Waterstand sluiskolk [t.o.v. NAP] Waterstand kanaal [t.o.v. NAP] Optredende 1 belasting per m [kN]

E.

F.

G.

H.

- 4.00 m.

+ 4,40 m.

-0,50 m.

6,83

+ 2,00 m.

+ 1,80 m.

+ 2,20 m.

2,00

60,0

26,0

27,0

48,3

Belastinggevallen aan de kanaalzijde: Tabel 2: Optredende situaties kanaalzijde

Belastinggeval E. valt af. De sluiskolk hoeft niet drooggezet te kunnen worden. Het onderhoud van de deuren zal in de deurkas gebeuren. De maatgevende belasting aan de zijde van de Zuid Willemsvaart is 48,3 kN. 1.2

Golfbelasting volgens model Sainflou

Afbeelding 2.1: Belastingmodel van Sainflou

Bepaling golfperiode (met de empirische praktijkformule uit Nortier)

T = 3,5 * H T

Golfperiode [s]

115

3,5 H

Factor omdat de golfperiode nooit minder kan worden dan 7H. Golfhoogte [m] T = 3,5 * 0,3 = 2,93 s.

Bepaling golflengte

L=

g *T 2 2π Golflengte [m] Gravitatie [10 m/s2] Golfperiode [s]

L g T L=

9,81 * 2,93 2 = 13,65 m. 2π

0,5 * golflengte < waterhoogte Als de golflengte kleiner is dan de waterhoogte is er sprake van ongebroken golven. 0,5*13,65 < 10,83 dus is er sprake van ongebroken golven. Stijging waterniveau door golfslag 2 η o = 0,5 * k * a kw * coth* (kh) η0 Stijging van waterniveau door golfslag [m] 2π -1

k= a kw

h

L

= Golfgetal van de inkomende golf [m ]

Halve golfhoogte voor het kunstwerk [m] Waterdiepte voor de drempel [m]

2π 2π * a 2 kw * coth* ( h) L L 2π 2π η o = 0,5 * * 0,15 2 * coth* ( 10,83) = 0,0052 m. 13,65 13,65

η o = 0,5 *

Maximale druk ter hoogte van de middenwaterstand.

p1 = ρ g (a kw + η o )

ρ

Soortelijk gewicht van water [kg/m3]

p1 = 1000 *10(0,15 + 0,0052) = 1552 N/m2= 1,552 kN/m2 De druk aan de bodem door golfbelasting.

po = Po

po =

ρ g a kw cosh (k h) Druk aan de bodem door golfbelasting [N/m2]

1000 * 10 * 0,15 = 0,059 N/m2 2π cosh( * 10,83) 13,65 116

Conclusie De golfbelasting is te verwaarlozen en wordt niet verder meegenomen in de berekeningen. 1.3

Windbelasting

Prep = C dim * C index * Pw C dim = 0,96 (b=12,5 m, h= 5,5 m.) C index =

Druk +0,8 Zuiging -0,4

(windgebied 3, onbebouwd, h = 5,5 m.) Pw= 0,57 kN/m2 Druk

Prep = 0,96 * 0,8 * 0,57 Prep = 0,44 kN/m2 Zuiging

Prep = 0,96 * 0,4 * 0,57 Prep = 0,22 kN/m2 Waarden bepaald volgends de NEN 6702 Conclusie De windbelasting is te verwaarlozen en wordt niet verder meegenomen in de berekeningen. 1.4 Aandrijfkracht De aandrijfkracht volgt na de bepaling van het type geleiding. De aandrijfkracht mag geen instabiliteit veroorzaken. In bijlage XII, paragraaf 2.2, wordt de aandrijfkracht bepaald. 1.5 Verticaal evenwicht Er moet verticaal evenwicht gelden waarbij de belasting op de geleiding minimaal wordt gehouden. Uitwerking hiervan is te vinden in bijlage XII, paragraaf 1.3. 1.6 Belasting installatie deuropeningen Voor de deuropeningen worden schuiven toegepast die met een hydraulische cilinder worden bewogen. De installatie voor één schuif wordt aangenomen op 20 kN.

117

118

Bijlage X Berekening rubberdoek

Inhoud: 1

TOEPASSING DOEK .................................................................................................. 120 1.1 1.2

2

BEREKENING RUBBERDOEK .................................................................................. 121 2.1 2.2 2.3

3

ALGEMEEN ............................................................................................................. 120 OPBOUW MATERIAAL EN BEVESTIGING ..................................................................... 120

REKENMETHODE KETTINGLIJN ................................................................................. 121 AFLEIDING FORMULES ............................................................................................. 122 BEREKENING .......................................................................................................... 123

CONCLUSIE ................................................................................................................ 125

119

1 Toepassing doek 1.1 Algemeen Het bovenste deel van de glijdeur wordt, met het oog op gewichtsbesparing, uitgevoerd als een lijst van hoge sterkte beton waarin een rubberdoek hangt. Het rubberdoek zit met klemmen bevestigd aan de betonnen lijst. Het doek brengt de krachten uit de waterdruk over op de betonnen lijst. Het rubberdoek heeft zich in de civiele wereld al bewezen. Het materiaal is toegepast bij vele balgstuwen rondom de wereld. In Nederland is de grootste balgstuw ter wereld, Ramspol, te vinden. Het rubberdoek dat hier is toegepast is vervaardigd door Bridgestone. Het rubberdoek is versterkt met nylon draden en heeft een treksterkte van 1600 kN/m. De maximaal optredende belasting op het doek bij Ramspol is door een noodventiel begrensd op 60 kN/m. (= 0,6 bar) De techniek is niet nieuw, rubberdoek versterkt met nylon wordt hoofdzakelijk toegepast bij industriële transportbanden. Bridgestone heeft verschillende productielijnen waarmee het doek naar wens gemaakt kan worden. Hierdoor is het ontwikkelen van nieuwe technieken en het testen van materiaaleigenschappen niet nodig. Rubber is een ideaal materiaal om gewicht te besparen. Indien hetzelfde doek wordt toegepast als bij Ramspol, zal het doek een dikte krijgen van ongeveer 16 millimeter en een gewicht van 19 kg/m2. Het gehele doek zal ongeveer 1500 kg wegen. Een groot voordeel van rubber is dat het nagenoeg onderhoudsvrij is. Gedurende de levensduur wordt geen onderhoud verwacht. Na de levensduur zal het doek vervangen moeten worden. Vervangen is geen probleem door de klemconstructie. De klemmen worden losgedraaid en het nieuwe doek kan er in gehangen worden. Het doek wordt ontworpen op een levensduur van 25 jaar, maar uit het kennisdocument Ramspol blijkt dat een levensduur van 30 á 40 jaar waarschijnlijk wordt geacht. 1.2 Opbouw materiaal en bevestiging Het rubberdoek is opgebouwd uit vijf verschillende lagen. De buitenste twee lagen bestaan uit rubber. De binnenste lagen bestaan uit nylon draden in twee verschillende richtingen. De lagen zullen aan elkaar gemaakt worden door middel van vulkaniseren. De nylon draden nemen de trekkracht op. De verhouding van de draden zal, in de horizontale en verticale richting, 5:1 zijn. Dit zorgt ervoor dat het grootste deel van de krachten horizontaal wordt afgedragen naar de aanslagen op het sluishoofd. Het doek wordt vastgeklemd op de lijst door middel van een omsingelingsklem. (Afbeelding 1) Hierdoor is het niet nodig gaten te maken in het doek. De maximale uitwijking van het doek wordt gesteld op één meter. Dit zorgt ervoor dat het doek niet buiten de deur komt en onnodig gevoelig maakt voor aanvaringen.

Afbeelding 1: Klemconstructie

120

2 Berekening rubberdoek 2.1 Rekenmethode kettinglijn De belasting op het rubberdoek is geen gelijkmatig verdeelde belasting per horizontaal gemeten lengte, maar een gelijkmatig verdeelde belasting per eenheid lengte langs het doek. Hierdoor zal de berekening van de resultaten worden gedaan aan de hand van de methode van de kettinglijn. Als de kettinglijn wordt voorgesteld als een kabel opgebouwd uit segmenten dan moet gelden dat elk segment in evenwicht is met de naastgelegen segmenten. Het laatste segment geeft vervolgens een reactiekracht af op de eindverbinding. In onderstaande figuur is een segment van de kabel uitgelicht.

Figuur 1: Krachten op een kabelsegment

T = Normaalkracht in de kabel H = Horizontale component van de normaalkracht V = Verticale component van de normaalkracht ds = lengte van het kabelsegment q = Kracht per lengte eenheid van de kabel dV is een kracht in de z-richting die ten gevolge van q optreedt. dV en q zullen evenwicht moeten vormen, want de kabel hangt stil.

121

2.2

Afleiding formules

dV + q 0 * ds = 0 Met:

ds 2 = dx 2 + dz 2 2

 dz  ds = 1 +   * dx  dx 

dV  dz  = −q 0 1 +   dx  dx 

2

Met V = H * tan (α ) = H * z ' wordt dat:

− Hz ' ' = q 0 1 + z ' 2 De oplossing van deze differentiaalvergelijking is bekend. Voor de afleiding van de vergelijking zie het kader rechts. [Toegepaste mechanica I, A. Verruijt]

z=−

H  q x  cosh  − 0 + C1 + C 2 q0  H 

De constanten uit deze vergelijking zijn bekend als het assenstelsel gekozen wordt halverwege de overspanning.

x = 0 , z = 0 en z ' = 0 Invullen in de algemene formule geeft:

0=−

H cosh (C1 ) + C 2 en 0 = sinh (C1 ) q0

Hieruit volgt:

C1 = 0 en C 2 =

H q0

Met als oplossing:

z=−

H  q x H cosh  − 0  + q0  H  q0

122

2.3 Berekening Horizontaal: De maximale uitwijking van het doek is gesteld op 1,0 meter ter plaatse van x = 0,5l bij een belasting van 48 kN/m. (Bijlage IX, belastinggeval C) Door de horizontaal/verticaal verhouding van de nylon draden van 5:1, wordt 5/6 van de belasting horizontaal afgedragen.

z = 1,0 m x = 0,5 * 12,5 = 6,25 m

γ = 1,25 q 0 = 1,25 * 48 *

5 = 50 kN / m 6

Invullen in de gevonden formule:

z=−

H  q x H cosh  − 0  + q0  H  q0

1,0 = −

H  50 * 6,25  H cosh  − + 50 H   50

H = 985 kN

 dy   van de kettinglijn bij x = 6,25.  dx 

Hoek α volgt uit de richtingscoëfficiënt 

r.c. = 0,32

α = tan −1 (0,32 ) = 17,9° V = H * tan α V = 985 * tan 17,9 = 318 kN

T = H 1 + tan 2 α T = 985 * 1 + tan 2 17,9 = 1035 kN Het rubberdoek zal horizontaal een normaalkracht (trekkracht) op moeten kunnen nemen van 1035 kN/m. Uit de normaalkracht met een daarbij behorende uitwijking van 1,0 meter kunnen de mechanische eigenschappen van het doek worden afgeleid.

123

Verticaal:

Voor 1 meter doek (verticaal) geldt: R1 = 1*48 = 48 kN op 0,5 meter R2 = 0,5*4,8*48 = 115,2 kN op 2,6 meter R = 48 + 115,2 = 163,2 kN Op 2,0 meter Er wordt gerekend met 2 op elkaar aansluitende halve kettinglijnen. 1 boven R en 1 onder R. Voor beide geldt een andere q en x . Voor het gedeelte onder R geldt: q = 48 kN / m en x = 2,0 m Voor het gedeelte boven R geldt: q = 24 kN / m en x = 3,8 m Bovenstaande werkwijze wordt conservatief geacht. Kracht op onderste balk (gedeelte onder R): Door de horizontaal/verticaal verhouding van de nylon draden van 5:1, wordt 1/6 van de belasting verticaal afgedragen.

z = 1,0 m x = 2,00 m

γ = 1,25 q 0 = 1,25 * 48 *

1 = 10 kN / m 6


z=−

H  q x H cosh  − 0  + q0  H  q0

1,0 = −

H  10 * 2,0  H cosh  − + 10 H  10 

H = 21,5 kN Hoek α volgt uit de richtingscoëfficiënt van de kettinglijn bij x = 2,0

r.c. = 1,07

α = tan −1 (1,07 ) = 46,9° 124

V = H * tan α V = 21,5 * tan 46,9 = 23 kN Kracht op bovenste balk (gedeelte boven R):

z = 1,0 m x = 3,80 m

γ = 1,25 q 0 = 1,25 * 24 *

1 = 5 kN / m 6


z=−

H  q x H cosh  − 0  + q0  H  q0

1,0 = −

H  5 * 3,8  H cosh  − + 5 H  5 

H = 36,9 kN Hoek α volgt uit de richtingscoëfficiënt van de kettinglijn bij x = 3,8.

r.c. = 0,54

α = tan −1 (0,54 ) = 28,3° V = H * tan α V = 36,9 * tan 28,3 = 19,9 kN

3 Conclusie Het rubberdoek brengt de berekende krachten over op het beton. De betondoorsneden worden in Bijlage XI getoetst. Het doek zal een maximale normaaltrekkracht op moeten kunnen nemen van 1035 kN/m in horizontale richting. Aangezien voor de balgkering van Ramspol een rubberdoek is toegepast die op hogere spanningen is gedimensioneerd, wordt een rubberdoek voor toepassing in sluis Empel haalbaar geacht.

125

126

Bijlage XI Berekening betonlijst

Inhoud: 1

OPBOUW CONSTRUCTIE.......................................................................................... 128 1.1 1.2

2

MATERIAAL............................................................................................................. 128 PROFIELEN ............................................................................................................. 128

BEREKENING BETONNEN LIJST ............................................................................. 129 2.1

OPTREDENDE BELASTINGEN .................................................................................... 129

2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2

Kracht uit rubberdoek ......................................................................... 129 Gewicht schuifinstallatie ..................................................................... 129 Eigen gewicht ..................................................................................... 129 Overzicht belastingen ......................................................................... 130

MECHANICA MET PC-FRAME ................................................................................... 130

2.2.1 Invoer ................................................................................................. 130 2.2.2 Uitkomsten ......................................................................................... 130 2.3

CONTROLE HAALBAARHEID ...................................................................................... 131

2.3.1 Momenten .......................................................................................... 131 2.3.2 Dwarskracht en torsie ......................................................................... 132 2.3.3 Normaalkracht .................................................................................... 134 3

CONCLUSIE EN AANBEVELING ............................................................................... 134

127

1 Opbouw constructie 1.1 Materiaal Er wordt gekozen voor B200, vanwege de mogelijkheid om een lichte constructie te bouwen met lage onderhoudskosten. Materiaalgegevens:

N / mm 2

f b;rep

= 133 = 12

fb

= 8,6

N / mm 2

fs

= 435

N / mm 2

Ed

= 55000 N / mm 2

f 'b

N / mm 2

Afbeelding 1: Eigenschappen B200 [‘Sluis0124: Variant in ZHSB’, IBA]

1.2

Profielen

De profielmaten van staaf C en D worden uit praktisch oogpunt gelijk gehouden aan die van staaf A en B. Op deze manier is het goed mogelijk de staven momentvast aan elkaar te verbinden.

128

Staaf A B C D E F G H I. J.

Lengte [mm] 5800 5800 13500 13500 4200 4200 4200 13500 13500 2000

Hoogte [mm] 600 600 600 600 400 400 400 400 400 400

Breedte [mm] 500 500 500 500 400 400 400 400 400 400

Aantal 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3

Het rubberdoek wordt tussen profiel A, B, C en D geplaatst. Om spanningspieken in de hoeken van het doek te reduceren wordt het beton in de hoeken afgerond (r = 1,00 m).

2 Berekening betonnen lijst 2.1 Optredende belastingen De lijst wordt uitgerekend met de belastingsituatie MHW. Deze situatie zal maatgevend zijn voor het aantonen van de haalbaarheid. De aandrijfkracht zal voor de haalbaarheid van het concept geen problemen opleveren, omdat deze relatief klein is. Deze is als belastingsituatie gecontroleerd, maar niet weergegeven. Staaf A B C D

Belasting Kracht uit rubberdoek Kracht uit rubberdoek Kracht uit rubberdoek + gewicht schuifinstallatie + eigen gewicht Kracht uit rubberdoek - eigen gewicht

2.1.1 Kracht uit rubberdoek De kracht uit het rubberdoek is overgenomen uit bijlage X, paragraaf 2.3. 2.1.2 Gewicht schuifinstallatie Het gewicht van de schuifinstallaties is in bijlage IX aangenomen op 2000 kg per stuk. Er worden 6 schuiven toegepast. Niet alle belasting van de schuiven zal op de lijst werken. Ook staaf H en/of I zal hiervan een deel opnemen. Daarom wordt de belasting van de schuiven op de lijst aangenomen op 1500 kg per stuk en deze wordt omgezet in een verdeelde belasting.

Fschuif =

6 * F 6 * 15 = = 6,8 kN / m l 13,2

De belasting door het openen en sluiten van de schuiven die zijn ingeklemd in hun sponningen wordt niet meegenomen, omdat dit niet zal plaatsvinden tijdens MHW. 2.1.3 Eigen gewicht Alle staven hebben gelijke afmetingen. Alleen voor staaf C en D wordt het eigen gewicht ingevoerd in de berekening, omdat deze een moment veroorzaken. Voor het eigen gewicht van het bevestigingsmateriaal wordt 1,2 kN aangenomen. γ = 1,2

E.G. = (1,2 + (0,5 * 0,6) * 28) * 1,2 = 11,5 kN / m

129

2.1.4 Overzicht belastingen Staaf Belasting A 985 kN/m vanaf N.A.P. +2,00 omhoog aflopend tot 0 kN/m B 985 kN/m vanaf N.A.P. +2,00 omhoog aflopend tot 0 kN/m C 36,9 + 6,8 + 11,5 = 55,2 kN/m D -21,5 + 11,5 = -10 kN/m 2.2

Mechanica met PC-frame

2.2.1 Invoer Profiel: A = 0,5 * 0,6 = 0,3 m2 I = (1/12) * 0,5 * 0,63 = 0,009 m4 W = 0,009 / 0,3 = 0,03 m3

2.2.2 Uitkomsten Krachten per staaf: Staaf Mmax [kNm] A 2125 B 2125 C -1190 D -735

Mmin [kNm] -1190 -1190 -6 -520

Nmax [kN] 362 362 1310 2332

Vmax [kN] 2332 2332 360 66

V0,15 [kN] 1400 1400

Door de afronding van de hoeken is Vmax mogelijk niet maatgevend. De doorsnede voor Vmax is 1600*500 mm2. (zie tekeningen in Bijlage XII) Staaf A en B zijn maatgevend voor de controle op dwarskracht. Voor het toegepaste profiel van 600*500 mm2 wordt de dwarskracht op 0,15*lengte (V0,15) genomen.

130

Momentenlijn:

Dwarskrachtenlijn:

2.3

Controle haalbaarheid

2.3.1 Momenten Aangezien de staven gelijke dimensies hebben gekregen is het voor de haalbaarheid van het concept alleen nodig de maatgevende staaf te controleren. Staaf A en B worden door het grootste moment belast. b = 0,5 m h = 0,6 m wapening Ø 32 = 804 mm2 beugels Ø 16 dekking c = 20 mm d = 600 - 20 – 16 - 0,5*32 = 548 mm = 0,548 m Het maximaal optredende moment: Mu = 2125 kNm.

Mu 2125 = = 106,4 2 f 'b *b * d 133 * 0,5 * 0,548 2 GTB-tabel 11.2.a → k*ω0 = 11,302

131

k=

fs 435 = = 3,27 f 'b 133

ω0 =

k * ω 0 11,302 = = 3,46 k 3,27

As = ω 0 * b * d * 10 4 = 3,46 * 0,5 * 0,548 * 10 4 = 9480 mm 2 Toegepaste wapening: 12 Ø 32 = 9650 mm2 (s = 500/12 = 41 mm) 2.3.2 Dwarskracht en torsie Maatgevend zijn staaf A en B. Gecontroleerd zal worden of het wapenen op dwarskracht en torsie mogelijk blijkt te zijn. (NEN 6720 artikel 8.5) Het voordeel dat behaald wordt door de optredende normaaldrukkracht wordt niet meegenomen. Bepalen maximale torsie: Voor de haalbaarheid wordt een conservatieve benadering aangehouden, door alle optredende torsie op te laten nemen door de onderste inklemming. Daarbij komt dat de getoetste doorsnede (500*600) zich niet helemaal onderaan het profiel bevindt, waardoor de werkelijk optredende torsie lager zal zijn dan de maximale waarde.

Excentriciteit is de halve profielhoogte. 0,5 * h = 0,5 * 0,6 = 0,3 Het profiel wordt in 6 stukken opgedeeld om vervolgens per stuk het wringend moment te bepalen. Mw1 = 318 * 0,3 = 106 kNm Mw2 = 285 * 0,3 = 85,5 kNm Mw3 = 219 * 0,3 = 65,6 kNm Mw4 = 152 * 0,3 = 45,7 kNm Mw5 = 119 * 0,3 = 35,8 kNm Mw6 = 86 * 0,3 = 25,8 kNm Mmax = ΣMw = Tdi = 365 kNm

132

Voorwaarde a:

τ dT τ dV + ≤1 τ 1T τ 1V Benodigde invoer:

M max = Tdi = 365 kNm Vd = 1400 kN

Wt =

(1 / 3) * b 2 * h (1 / 3) * 500 2 * 600 = = 3,33 *10 7 mm 3 1 + 0,6 * (b / h) 1 + 0,6 * (500 / 600)

σ bmd =

Nd 362000 = = 1,21 N / mm 2 Ab 500 * 600

Invullen voorwaarde a:

τ dT =

τ di Wt

=

365 * 10 6 = 11,1 N / mm 2 7 3,3 * 10

τ 1T = 0,3 * f b = 0,3 * 8,6 = 2,58 N / mm 2 Vd 1400 * 10 3 = = 5,11 N / mm 2 b * d 500 * 548 = 0,4 * f b = 0,4 * 8,6 = 3,44 N / mm 2

τ dV = τ 1V

τ dT τ dV 11,1 5,11 + = + = 5,79 > 1 τ 1T τ 1V 2,58 3,44

Voldoet niet

Nu moet voldaan worden aan 3 nieuwe voorwaarden:

τ dT ≤ τ sT τ dV ≤ τ 1V + τ sV τ dT + τ dV ≤ τ 2 Benodigde invoer:

Ae = 444 * 544 = 241536 mm 2 (betonoppervlak binnen de hartlijn van de beugel) 1 1 Asb = * π * φ 2 = * π * 16 2 = 201 mm 2 (oppervlak van de beugel) 4 4 σ bmd 1,21 = 0,5 * = 0,073° β = 0,5 * τd 8,25 cot gθ = β + β 2 + 1 = 0,073 + 0,073 2 + 1 = 1,08° Vs 730000 = = 2,67 N / mm 2 (Vs volgens NEN 6720 art. 8.2.4) b * d 500 * 548 σ' 5 5 1,21 k n = * (1 − bmd ) = * (1 − ) = 1,65 3 f 'b 3 133

τ sV =

τ 2 = 0,2 * f 'b *k n = 0,2 *133 *1,65 = 43,89 N / mm 2

133

Invullen 3 voorwaarden: τ dT ≤ τ sT :

2 * Ae * Asb * f s * cot gθ 2 * 241536 * 201 * 435 *1,08 = s * Wt s * 3,3 *10 7 = 125 mm (maximale staafafstand)

11,1 ≤ s max

τ dV ≤ τ 1V + τ sV : 5,11 < 3,44 + 2,67 = 6,11

Voldoet

τ dT + τ dV ≤ τ 2 : 11,1 + 5,11 = 15,72 < 43,89

Voldoet

De toegepaste wapening is Ø16-100 2.3.3 Normaalkracht Controle maximaal optredende normaalkracht:

N max = Ab * f ' b = 500 * 600 * 133 = 39900 kN De maximale normaalkracht in het profiel is 2332 kN. Het profiel voldoet ruim.

3 Conclusie en aanbeveling Het zwaarst belaste gedeelte van de betonconstructie, de betonlijst, blijkt na een globale berekening haalbaar. Het onderste, minder zwaar belaste, gedeelte van de deur zal daardoor ook haalbaar zijn. Er zijn meerdere oplossingen voor handen indien de krachten op het beton hoger uitvallen dan in dit document berekend. Er zouden grotere profielen toegepast kunnen worden als voor dit extra toegepaste gewicht ook extra opdrijvend vermogen geplaatst kan worden. Ook is het mogelijk om voorgespannen beton te gebruiken. Voor een precies ontwerp inclusief wapening dienen er meerdere belastingcombinaties te worden opgesteld. Voor het aantonen van de haalbaarheid bleek MHW bepalend, maar voor de complete wapeningsberekening zijn mogelijk ook andere waterstanden maatgevend. Niet alleen de totale uitgeoefende kracht op het beton verandert hiermee, maar ook de uitwijking van het rubberdoek en dus de verhouding tussen krachtcomponenten H en V. De staafafstand in deze berekening komt ongeveer uit op 40 mm. Met het fijne materiaal in hoge sterkte beton moet dit kunnen. Ook hier geldt dat optimalisatie van het ontwerp een grotere staafafstand tot gevolg kan hebben. Er kan gedacht worden aan een andere staafdiameter, staafclusters of voorspanning.

134

Bijlage XII Schuimkisten, geleiding en tekeningen sluisdeur

Inhoud: 1

SCHUIMKISTEN .......................................................................................................... 136 1.1 1.2 1.3

2

AANDRIJFKRACHT .................................................................................................... 138 2.1 2.2

3

ALGEMEEN ............................................................................................................. 136 NAT EIGEN GEWICHT SLUISDEUR.............................................................................. 136 HOEVEELHEID SCHUIMKISTEN .................................................................................. 137

EIGEN GEWICHT SLUISDEUR BIJ MLW ...................................................................... 138 BEREKENING AANDRIJFKRACHT ............................................................................... 139

SLIJTAGE .................................................................................................................... 140 3.1 3.2

EIGEN GEWICHT SLUISDEUR BIJ DE DAGELIJKSE WATERSTAND................................... 140 BEREKENING SLIJTAGE............................................................................................ 141

4

CONCLUSIE EN AANBEVELINGEN.......................................................................... 142

5

TEKENINGEN .............................................................................................................. 142

135

1 Schuimkisten 1.1 Algemeen De maximaal toe te passen hoeveelheid schuimkisten wordt bepaald aan de hand de hoogste waterstand waarbij de sluisdeur op kan drijven. De sluisdeur bezit bij een hoge waterstand een lager resulterend eigen gewicht dan bij een lagere waterstand. De maximaal optredende waterstand is NAP +6,83 m, maar tijdens een periode van 50 jaar wordt een stijging van 0,5 meter verwacht. Daarom wordt gerekend met een waterstand van NAP +7,33 m. Het opdrijvend vermogen van de toegepaste schuimkisten mag niet gelijk zijn aan het resulterend eigen gewicht van de sluisdeur, omdat de deur dan op zou kunnen drijven. Om te zorgen dat de deur altijd op de bodem blijft staan is gesteld dat het opdrijvend vermogen van de schuimkisten 10 kN lager ligt dan het resulterend eigen gewicht van de deur. De toegepaste hoeveelheid schuimkisten worden onder de waterlijn van MLW, NAP -0,50 meter, geplaatst om in deze situatie optimaal gebruik te kunnen maken van het opdrijvend vermogen van de kisten. 1.2 Nat eigen gewicht sluisdeur Het eigen gewicht van de sluisdeur in water is bepalend voor de maximaal toe te passen hoeveelheid schuimkisten. Het gewicht van het materiaal dat onder water zit wordt gereduceerd met 1000 kg per m3. Gedeelte A B C D E F G H I. J.

Lengte [mm] 5800 5800 13500 13500 4200 4200 4200 13500 13500 2000

Hoogte [mm] 600 600 600 600 400 400 400 400 400 400

Breedte [mm] 500 500 500 500 400 400 400 400 400 400

Aantal

ρ [kg/m3]

1 1 1 1 2 2 2 2 2 3

1800 1800 1800 2800 1800 1800 1800 1800 1800 1800

Inhoud [m3] 1,74 1,74 4,05 4,05 1,34 1,34 1,34 4,32 4,32 0,96 Totaal

Gewicht [kg] 3132 3132 7290 7290 2412 2412 2412 7776 7776 1728 45.360

Gewicht overige onderdelen: Onderdeel Doek (onder water) Bevestigingsmiddelen Beton hoeken Schuifinstallaties RVS Schuimkisten

Hoeveelheid 2 73 m 36,6 m 3 3,5 m 6 stuks 3 0,27 m 3 75 m

ρ [kg/eenheid] 4 80 1800 1500 6900 150 Totaal

Gewicht [kg] 292 2928 6300 9000 1863 11250 31.633

Het resulterende eigen gewicht van de sluisdeur exclusief schuimkisten bij de hoogste mogelijke waterstand: 45.360 + 31.633 = 76.993 kg →

769,9 kN

136

1.3 Hoeveelheid schuimkisten Voor schuimkisten is het goed mogelijk om een opdrijvend vermogen van 850 kg/m3 te behalen. (=8,5 kN/m3) De schuimkisten worden over de gehele breedte van de deur toegepast. De onderkant van de schuimkisten bevindt zich op NAP -3,1. De opwaartse waterdruk wordt gevormd door 7,33 + 3,1 = 10,43 meter waterkolom. Dit komt overeen met een belasting van 10,43 * 10 = 104,3 kN/m. De neerwaartse waterdruk bovenop de schuimkisten reduceert deze belasting. De resultante van deze twee is afhankelijk van de hoogte van de schuimkisten. Benodigd opdrijvend vermogen: 769,9 – 10 = 759,9 kN Hoogte toegepaste schuimkisten:

F = ρ *b*h*l 759,9 = 10 * 3 * h * 13,5

→

h = 1,88 meter

De hoogte wordt gesteld op 1,85 meter, waarmee de toegepaste hoeveelheid schuimkisten 75 m3 bedraagt.

V = b*h*l V = 3 * 1,85 * 13,5 = 75 m 3 Toegepast opdrijvend vermogen:

F = ρ * b * h * l = 10 * 3 * 1,85 * 13,5 = 750 kN

137

2 Aandrijfkracht 2.1 Eigen gewicht sluisdeur bij MLW Het eigen gewicht van de sluisdeur bij MLW is bepalend voor de maximale aandrijfkracht. Het eigen gewicht van de deur is dan het grootst vanwege het lagere opdrijvend vermogen. De waterstand bij MLW is NAP -0,50 meter. Staaf

Lengte Hoogte [mm] [mm] Gedeelte boven water A 5800 600 B 5800 600 C 13500 600 D 13500 600 E 600 400 F 600 400 G 600 400 H 13500 400 J. 2000 400 Gedeelte onder water E 3600 400 F 3600 400 G 3600 400 I. 13500 400

Breedte [mm]

Aantal

ρ [kg/m3]

Inhoud [m3]

Gewicht [kg]

500 500 500 500 400 400 400 400 400

1 1 1 1 2 2 2 2 3

2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800

1,74 1,74 4,05 4,05 0,192 0,192 0,192 4,32 0,96

4872 4872 11340 11340 538 538 538 12096 2688

400 400 400 400

2 2 2 2

1800 1800 1800 1800

1,15 1,12 1,12 4,32 Totaal

2074 2074 2074 7776 62828

Gewicht overige onderdelen: Onderdeel Doek Bevestigingsmiddelen Beton hoeken Schuifinstallaties RVS Schuimkisten



Gewicht [kg] 1460 3660 9800 12000 1863 11250 40.033

Het resulterende eigen gewicht van de sluisdeur exclusief schuimkisten ten gevolge van MLW komt hiermee op: 62.828 + 40.033 = 102.861 kg

→

1028,6 kN

De belasting op de geleiding komt hiermee op: 1028,6 – 750 = 278,6 kN

138

2.2 Berekening aandrijfkracht De aandrijfkracht, de kracht om de deur te openen en te sluiten, wordt bepaald aan de hand van de kracht op de geleiding en de wrijvingscoëfficiënt van het glijmateriaal. Er is gekozen voor een geleiding van UHMPE op RVS met een wrijvingscoëfficiënt ( f ) in droge condities van 0,15. [‘Referentiedocument: Kunststoffen’, M. Ros, September 2004] In natte condities is de wrijvingscoëfficiënt lager. Voor het aantonen van de haalbaarheid wordt de waarde van 0,15 aangehouden. Uitgangspunten: - Snelheid:

0,1 m/s na 5 seconden

- versnelling:

a=

- Aanloopfactor:

γ w = 1,25

0,1 = 0,02 m/s2 5

Maximale aandrijfkracht: De maximale aandrijfkracht vindt plaats bij MLW, als de deur het zwaarst is. De kracht op de geleiding (G) bedraagt dan 278,6 kN Wrijvingskracht:

Kracht voor versnelling:

Fw = G * f * γ w

Fv = a * m

Fw = 278,6 * 0,15 * 1,25 = 52,24 kN

Fv = 0,02 *

278,6 = 0,56 kN 10

Aandrijfkracht:

Faandr = ( Fw + Fv ) * γ

γ

Lastfactor = 1,2 [-]

Faandr = (52,24 + 0,56) * 1,2 = 63,4 kN De waterverplaatsing tijdens het openen en sluiten zal extra aandrijfkracht veroorzaken. Hiervoor wordt een factor 1,5 voor aangenomen. Totale aandrijfkracht: 1,5 * 63,4 = 95 kN Gemiddelde aandrijfkracht: Voor het energieverbruik van het bewegingswerk is het belangrijk om te realiseren dat de maximale aandrijfkracht alleen benodigd is bij MLW. Tijdens alle andere waterstanden zal de aandrijfkracht lager zijn.

139

3 Slijtage 3.1 Eigen gewicht sluisdeur bij de dagelijkse waterstand Het eigen gewicht van de sluisdeur bij de dagelijkse waterstand wordt maatgevend geacht voor de slijtage van de geleiding. De dagelijkse waterstand van de Maas is NAP +0,85 meter. Onderdeel

Lengte Hoogte [m] [m] Gedeelte boven water A 5800 600 B 5800 600 C 13500 600 D 13500 250 Gedeelte onder water D 13500 350 E 4200 400 F 4200 400 G 4200 400 H 13500 400 I. 13500 400 J. 2000 400

Breedte [m]

Aantal

500 500 500 500

1 1 1 1

2800 2800 2800 2800

1,74 1,74 4,05 1,69

4872 4872 11340 4725

500 400 400 400 400 400 400

1 2 2 2 2 2 3

1800 1800 1800 1800 1800 1800 1800

2,36 1,34 1,34 1,34 4,32 4,32 0,96 Totaal

4253 2419 2419 2419 7776 7776 1728 54599

ρ [kg/m3]

Inhoud [m3]

Gewicht [kg]

Gewicht overige onderdelen: Onderdeel Doek Bevestigingsmiddelen Beton hoeken Schuifinstallaties RVS Schuimkisten



Gewicht [kg] 1460 3660 9800 12000 1863 11250 40.033

Het resulterende eigen gewicht van de sluisdeur exclusief schuimkisten ten gevolge van de dagelijkse waterstand komt hiermee op: 54.599 + 40.033 = 94.632 kg

→

946,3 kN

De belasting op de geleiding komt hiermee op: 946,3 – 750 = 196,3 kN

140

3.2 Berekening slijtage De slijtage van de glijbaan wordt bepaald voor een periode van 50 jaar. Aan de hand van de gegevens van de dagelijkse waterstand wordt de gemiddelde slijtage per deurbeweging bepaald. Deze slijtage wordt vermenigvuldigd met het te verwachten aantal deurbewegingen gedurende 50 jaar. 2

Materiaalcombinatie Slijtfactor k [mm /N] Glijbaanonvlakheid [µm] -9 UHMPE / RVS 4*10 / nihil 0,4 [‘Referentiedocument Kunststoffen’, M. Ros, september 2004]

Gemiddelde vlaktedruk ( p ) :

p =G/ A p Gemiddelde vlaktedruk [N/mm2] G Kracht op geleiding [N] A Oppervlak glijvlak [mm] p = 196300 /(1000 * 13000) = 0,0151 N / mm 2 Slijtage ( S ):

S = k *l * p S Slijtage [mm] k Slijtfactor [mm2/N] l Lengte glijweg S = 4 * 10 −9 * 13000 * 0,0151 = 7,9 * 10 −7 mm Gedurende de levensduur zullen er gemiddeld 15.000 schepen per jaar passeren. (Bijlage VIII, paragraaf 2.1.2) De sluisdeur zal gemiddeld minder dan 2 bewegingen per scheepspassage maken, omdat het uit- en invaren van 2 schepen in verschillende vaarrichting opeenvolgend kan plaatsvinden. Voor de haalbaarheid wordt echter wel gerekend met 2 deurbewegingen per scheepspassage. Maximaal aantal bewegingen per jaar: 15.000 * 2 = 30.000 Slijtage gedurende 50 jaar:

S 50 = 7,9 * 10 −7 * 30.000 * 50 = 1,2 mm De UHMPE slijt 1,20 mm gedurende 50 jaar. De slijtage van het RVS is nihil. De slijtage van een materiaalcombinatie moet in de praktijk altijd goed gecontroleerd worden. Er zijn onzekere factoren waardoor de slijtage zou kunnen toenemen. De baan dient vrij te worden gehouden van vuil om verhoogde slijtage te voorkomen. Voor het glijblok is een dikte van 50 mm. gereserveerd, waardoor het concept haalbaar is. Voor de belastbaarheid van UHMPE is niet de vlaktedruk, maar de temperatuurstijging door wrijvingswarmte en de indrukking onder belasting bepalend. Deze dienen in de uitwerking van een ontwerp dan ook gecontroleerd te worden.

141

4 Conclusie en aanbevelingen In het onderstel van de sluisdeur is ruim voldoende ruimte aanwezig voor schuimkisten. Het onderstel is eigenlijk te groot gedimensioneerd en kan bij optimalisatie van het concept kleiner worden uitgevoerd. De haalbaarheid van het concept vergroot hierdoor, omdat het gewicht van de sluisdeur en daarmee de belasting op de geleiding en de aandrijfkracht kleiner worden. De toegepaste hoeveelheid schuimkisten is 75 m3. De deur zal bij een waterstand van NAP +7,33 meter nog een kracht van 10 kN op de fundering uitoefenen. De belasting op de geleiding kent een maximum van 280 kN. De bijbehorende aandrijfkracht bedraagt 95 kN. De aandrijfkracht zal lager uitvallen als het ontwerp wordt geoptimaliseerd. Het gewicht van de sluisdeur boven MLW dient zo laag mogelijk te zijn. Dit kan door het rubberdoek groter uit te voeren. De dagelijkse waterstand van NAP +0,85 meter is bepalend voor de slijtage. Gedurende 50 jaar is de verwachting dat het UHMPE 1,20 mm. zal slijten. In de praktijk kan de slijtage afwijken van de berekende waarde door de aanwezigheid van slib, temperatuursinvloeden en onvlakheden. De dikte van het glijblok is daarom ruim gekozen worden op 50 mm.

5 Tekeningen 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Overzichtstekening sluisdeur Bovenaanzicht sluishoofd Doorsnede A-A Doorsnede B-B Doorsnede C-C Bovenaanzicht sluis

142

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 1: Overzichtstekening sluisdeur

143

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 2: Bovenaanzicht sluishoofd

144

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 3: Doorsnede A-A

145

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 4: Doorsnede B-B

146

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 5: Doorsnede C-C

147

Vervangen voor PDF tekening: Tekening 6: Bovenaanzicht sluis

148

Bijlage XIII Programma van Eisen

Inhoud: 1

INLEIDING................................................................................................................... 150

2

OBJECTBOOM ........................................................................................................... 150

3

FUNCTIEBOOM .......................................................................................................... 151

4

EISEN SLUIS EMPEL ................................................................................................. 152

4.1

FUNCTIONELE EISEN .............................................................................................. 152

Schutten van schepen................................................................................... 152 Keren van water ............................................................................................ 152 Geleiden van infrastructuur ........................................................................... 153 Beheren van water ........................................................................................ 153 4.2

ASPECTEISEN ....................................................................................................... 153

Veiligheid ...................................................................................................... 153 Beschikbaarheid............................................................................................ 154 Betrouwbaarheid ........................................................................................... 155 Uitvoering...................................................................................................... 155 Beheer .......................................................................................................... 156 Onderhoud .................................................................................................... 156 Milieuhygiëne ................................................................................................ 157 4.3

EXTERNE RAAKVLAKEISEN ..................................................................................... 157

Sluiscomplex - waterkering............................................................................ 157 Sluiscomplex – kruisende infrastructuur ........................................................ 157 Objectgrenzen............................................................................................... 157

149

1 Inleiding In het programma van eisen worden de functionele, de aspecten de raakvlakeisen benoemd die horen bij de objecten van sluiscomplex Empel. De objecten zijn het spuigemaal, de verkeersbrug en de sluis. Onder de sluis vallen de sluisdeur, de sluiskolk, het sluishoofd en de aanvaarbeveiliging. Aan de hand van het programma van eisen zal het ontwerp voor sluis Empel gemaakt worden. Het ontwerp zal getoetst worden aan het programma van eisen. De eisen en randvoorwaarden worden samengesteld aan de hand van het integrale V-model van systems engineering. Dit houdt in dat het project in ontwerpfasen wordt verdeeld met verschillende abstractieniveaus. Te weten: systeem, subsysteem, componenten en elementen. In elke fase worden er varianten ontworpen op het betreffende abstractieniveau. Tijdens dit proces worden er nieuwe eisen gespecificeerd die passen bij het betreffende abstractieniveau. Dit betekent dat het programma van eisen gaandeweg het ontwerptraject wordt aangevuld met deze nieuwe eisen. (Bijlage I: Systems engineering) Voor het project ‘optimaal concept sluis Empel’ is de variantenstudie verdeeld in drie fases met een steeds lager abstractieniveau. In grote lijnen kan gesteld worden dat fase 1 zich gericht heeft op de deurkeuze, fase 2 op het combineren van de deur met een aanvaarconstructie en fase 3 op de uitwerking van deze combinatie.

2 Objectboom

Sluiscomplex Empel

Spuigemaal

Verkeersbrug

Sluisdeur

Sluishoofd

Sluis

Sluiskolk

Aanvaarbeveiliging

150

3 Functieboom Door de inpassing van het sluiscomplex op locatie krijgt het sluiscomplex, naast het schutten van schepen, ook de functies die aan de locatie verbonden zijn. Het sluiscomplex wordt onderdeel van de waterkering en zal dus aan eisen van de Wwk moeten voldoen. Het sluiscomplex krijgt ook een oeververbinding voor landverkeer. Peilbeheer van het kanaalpand tussen sluis Empel en sluis Berlicum is tevens een functie die het sluiscomplex zal moeten vervullen.

Functie sluiscomplex

Schutten van schepen

Keren van water

Peilbeheer

Oeververbinding landverkeer

151

4 Eisen Sluis Empel 4.1

Functionele eisen

Schutten van schepen ID

Omschrijving

E-001

Het sluiscomplex dient vlotte en veilige recreatievaart en beroepsvaart van het kanaalpand naar de Maas en vice versa mogelijk te maken.

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-001

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-001

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-004

Onderl. eisen

Bron: OTB Zuid-Willemsvaart 06-01-2007 Verificatiemethode: ID

Omschrijving

E-002

Het sluiscomplex dient het maatgevende schip, CEMT klasse IV, met afmetingen lengte 105 meter, breedte 9,5 meter, diepgang 2,8 meter en doorvaarthoogte 7,0 meter te kunnen schutten.


Omschrijving

E-003

Het sluiscomplex dient een schip uit de vloot een gemiddelde passeertijd van maximaal 30 minuten te bieden.

Bron: Verificatiemethode: Analyse passeertijd met SIVAK Toelichting: De gemiddelde passeertijd bestaat uit wachttijd en schuttijd.

Keren van water ID

Omschrijving

E-004

Het sluiscomplex dient te functioneren als onderdeel van de waterkering. (dijkringgebied 36) De sluis zal met voldoende betrouwbaarheid de waterkerende functie moeten vervullen. De kerende hoogte is bepaald op NAP +8,18 meter.

Bron: Wwk Verificatiemethode: ID

Omschrijving

E-005

Het systeem dient in staat te zijn alle voorkomende waterstandverschillen tussen het kanaalpand en de Maas te kunnen keren. Bij het buitenhoofd is het verval 4,80m aan de maaszijde en 2,5m aan de kanaalzijde. Bij het binnenhoofd is dit 2,4m aan de maaszijde en 2,5m aan de kanaalzijde.

Bron: Verificatiemethode:

152

Geleiden van infrastructuur ID

Omschrijving

E-006

Het sluiscomplex dient de stroomfunctie van de kruisende weginfrastructuur ten behoeve van het wegverkeer VK 60 te faciliteren.

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-001 E-004

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bron: OTB Zuid-Willemsvaart 06-01-2007 Verificatiemethode:

Beheren van water ID

Omschrijving

E-007

Het systeem dient een goed regelbaar spuidebiet van het kanaalpand naar de Maas en vice versa te leiden, met een 3 3 grootte instelbaar tussen 0 m /s en 2 m /s. Het systeem dient een goed regelbaar maaldebiet van het kanaalpand naar de Maas en vice versa te leiden, met een 3 3 grootte instelbaar tussen 0 m /s en 4 m /s.

E-008


4.2

Aspecteisen

Veiligheid ID

Omschrijving

E-009

De sluisdeuren dienen beschermd te worden tegen aanvaring door middel van een aanvaarconstructie.

Bron: Verificatiemethode: ID

Omschrijving

E-010

Het systeem dient op een eenvoudige en veilige wijze te kunnen worden bediend, geïnspecteerd en onderhouden.

Bron: ARBO-wetgeving, NEN-normen, Uitvoeringseisen Verificatiemethode: ID

Omschrijving

E-011

Het sluiscomplex dient gebruikers, bezoekers, bedienaars en de beheerder de mogelijkheid te bieden op een veilige manier gebruik te maken en te kunnen verblijven op het sluiscomplex.

Bron: ARBO-wetgeving, NEN-normen, Uitvoeringseisen Verificatiemethode: ID

Omschrijving

E-012

Het systeem dient zodanig te worden ontworpen dat de eisen van de openbare hulpdiensten worden meegenomen in het ontwerp.


153

Beschikbaarheid ID

Omschrijving

E-013

De niet-beschikbaarheid door natuurlijke randvoorwaarden met betrekking tot schutten mag ten hoogste 1,0% van de tijd bedragen bij een te lage waterstand en ten hoogste 1,0% van de tijd bedragen bij een te hoge waterstand. De niet planbare niet-beschikbaarheid van het systeem met betrekking tot schutten mag ten hoogste 1,0% van de tijd bedragen. De planbare niet-beschikbaarheid van het systeem met betrekking tot schutten mag ten hoogste 1,7% van de tijd bedragen. De niet-beschikbaarheid van het systeem in een piekjaar, waarin omvangrijk variabel onderhoud of renovatie is voorzien, met betrekking tot schutten mag ten hoogste 17% van de tijd bedragen.

E-014

E-015

E-016

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-019

Onderl. eisen


Omschrijving

E-017

Bij toepassing van kruisende weginfrastructuur op de sluisdeur dient de beschikbaarheid van de voorzieningen per uur ten minste 60% te zijn.


Omschrijving

E-018

De maximale niet-beschikbaarheid van het sluiscomplex voor kruisend wegverkeer over een enkel jaar dient minder te zijn dan 1,1%


Levensduur ID

Omschrijving

E-019

Het sluiscomplex dient te worden gerealiseerd voor een totale referentieperiode voor functioneel gebruik van ten minste 100 jaar.

Bron: OTB Zuid-Willemsvaart 06-01-2007 Verificatiemethode: beheer- en onderhoudsanalyse ID

Omschrijving

E-020

Onderdelen waarvan de levensduur kleiner is dan de levensduur van het sluiscomplex dienen vervangbaar te zijn.


Omschrijving

E-021

Civiele constructiedelen dienen een levensduur te hebben van ten minste 100 jaar. Stalen constructiedelen dienen een levensduur te hebben van ten minste 50 jaar. Conserveringen op stalen constructiedelen dienen een levensduur te hebben van minimaal 15 jaar.

E-022 E-023

E-019 E-019

154

ID

Omschrijving

E-024

Houten constructiedelen dienen te worden uitgevoerd in hout van duurzaamheidsklasse I, waarbij de houtconstructie een levensduur dient te hebben van minimaal 35 jaar. Primaire constructiedelen van gebouwen dienen een levensduur te hebben van ten minste 50 jaar. Hydraulische werktuigbouwkundige installatiedelen dienen een levensduur te hebben van 25 jaar. Elektrotechnische installatiedelen dienen een levensduur te hebben van ten minste 25 jaar. Kabels, leidingen en kabelgoten dienen een levensduur te hebben van ten minste 50 jaar. Accubatterijen dienen een levensduur te hebben van ten minste 10 jaar.

E-025 E-026 E-027 E-028 E-029

Bovenl. Eis E-019

Onderl. eisen

E-019 E-019 E-019 E-019 E-019

Bron: Eisen systeem Zuid-Willemsvaart sluis 4 – sluis 6 Verificatiemethode: Toelichting: Met betrekking tot de levensduur van houtconstructies wordt geacht te zijn voldaan aan de levensduur eis als hout van duurzaamheidsklasse I wordt toegepast en CUR Handboek 213 Hout in de GWW-sector, 'duurzaam detailleren in hout' wordt toegepast. Met betrekking tot de levensduur van conserveringen op staal kan deze worden aangetoond door middel van gebruik van NBD-normen in combinatie met de Leidraad Keuzemethodiek Conserveringssystemen van RWS.

Betrouwbaarheid ID

Omschrijving

E-030

De faalkans van het systeem voor de aanvaarbeveiliging -4 dient kleiner of gelijk aan 10 te zijn.

Bovenl. Eis E-001

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-035

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-009

Onderl. eisen


Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen


Uitvoering ID

Omschrijving

E-031

De sluisdeuren voor het bovenen benedenhoofd dienen uitwisselbaar te zijn.


Omschrijving

E-032

De aanvaarconstructie dient een aanvaring van 2000 kNm op 0,5 meter boven de optredende waterstand op te vangen.


Omschrijving

E-033

De aanvaarconstructie dient 3 uur na een aanvaring beschikbaar te zijn voor hergebruik.


Omschrijving

E-034

De remweg van het schip bij een maatgevende aanvaring dient minimaal 1 meter te zijn.


155

ID

Omschrijving

E-036

De sluisdeur en aanvaarconstructie dienen los van elkaar verwijderd, onderhouden en vervangen te kunnen worden

Bovenl. Eis E-010

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-010

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-010

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-039

Onderl. eisen


Omschrijving

E-037

Vul- en ledigingssystemen dienen in de sluisdeur te worden geplaatst.

Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode: Toelichting

Beheer ID

Omschrijving

E-038

Het beheer en onderhoud van het systeem dient op een efficiënte wijze te kunnen worden uitgevoerd en aan te sluiten op de wijze van beheer van vergelijkbare objecten die onder beheer van RWS vallen.


Onderhoud ID

Omschrijving

E-039

Het werk dient onderhoudsarm te zijn.


Omschrijving

E-040

Gepland groot onderhoud mag niet eerder noodzakelijk zijn dan 15 jaar na oplevering. Civiele constructiedelen dienen onderhouden te kunnen worden met een onderhoudsinterval voor groot onderhoud van ten minste 30 jaar. Stalen constructiedelen dienen onderhouden te kunnen worden met een onderhoudsinterval voor groot onderhoud van ten minste 15 jaar. Houten constructiedelen dienen onderhouden te kunnen worden met een onderhoudsinterval voor groot onderhoud van ten minste 20 jaar. Hydraulische en werktuigbouwkundige installatiedelen dienen onderhouden te kunnen worden met een onderhoudsinterval voor groot onderhoud van ten minste 15 jaar. Elektrotechnische installatiedelen dienen gedurende de genoemde levensduurperiode niet in aanmerking te komen voor groot onderhoud.

E-041

E-042

E-043

E-044

E-045

E-039

E-039

E-039

E-039

E-039


Omschrijving

E-046

Er dient te worden voorzien in één complete (set) reserve deur(en) voor sluis Empel die bruikbaar is voor het bovenen benedenhoofd.


Onderl. eisen


156

ID

Omschrijving

E-047

Er dient te worden voorzien in één set droogzetschotten voor de spui- en maalmiddelen van sluis Empel, die een levensduur hebben van minimaal 25 jaar.

Bovenl. Eis E-010

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen


Omschrijving

E-048

E-013 t/m Er dient te worden voorzien in één mobiel/extern hydraulisch aggregaat, waarmee de bewegingswerken van E-016 sluis Empel functionerend kunnen worden gemaakt in geval van noodbediening.


Milieuhygiëne ID

Omschrijving

E-049

Emissies naar bodem, (grond)water en lucht van milieuvreemde stoffen dienen te worden voorkomen.

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen

Bovenl. Eis E-006

Onderl. eisen

Bovenl. Eis

Onderl. eisen


4.3

Externe raakvlakeisen

Sluiscomplex - waterkering ID

Omschrijving

E-050

De sluis is onderdeel van de primaire waterkering, waarvoor een overstromingsfrequentie geldt van 1/1250 per jaar.

Bron: Wwk Verificatiemethode:

Sluiscomplex – kruisende infrastructuur ID

Omschrijving

E-051

De kruisende infrastructuur binnen de objectgrenzen dienen vloeiend aan te sluiten op de alignementen en geometrie van de bestaande infrastructuur buiten de systeemgrenzen.


Objectgrenzen ID

Omschrijving

E-052

Het sluiscomplex moet passen in het ruimtebeslag genoemd in het OTB Zuid-Willemsvaart 06-01-2007 De maximale constructielengte van sluis Empel is 170 meter, de maximale constructiebreedte is 35 meter. De hoogte van (onderdelen van) het sluiscomplex dient beperkt te blijven tot NAP +15,00 meter.

E-053 E-054


157

Bijlagen. Sluis Empel. Naar een veiliger, goedkoper en innovatief sluishoofd

Recommend Documents