Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge. Tim Vercruysse, Lotte De Couvreur

Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge Tim Vercruysse, Lotte De Couvreur

Promotoren: prof. dr. ir. Marc Vantorre, prof. ir. Bart Heylbroeck Begeleider: Stefan Geerts BSc. Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde-elektrotechniek

Vakgroep Civiele Techniek Voorzitter: prof. dr. ir. Julien De Rouck Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2010-2011

Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge Tim Vercruysse, Lotte De Couvreur

Promotoren: prof. dr. ir. Marc Vantorre, prof. ir. Bart Heylbroeck Begeleider: Stefan Geerts BSc. Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde-elektrotechniek

Vakgroep Civiele Techniek Voorzitter: prof. dr. ir. Julien De Rouck Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2010-2011

Voorwoord Voor u ligt de masterproef die het resultaat is van een academiejaar onderzoek naar verbetering voor de estuaire containervaart voor Zeebrugge. Met dit eindwerk ronden wij de opleiding tot werktuigkundig-elektrotechnisch ingenieur met afstudeerrichting maritieme techniek af. Het onderwerp van de estuaire vaart sprak ons beiden aan. Hoewel wij elkaar aanvankelijk nog niet zo goed kenden, zagen wij het volledig zitten om dit onderwerp met twee aan te pakken. Estuaire vaart is boeiend omdat een aantal vaarten zich dicht bij huis afspelen. Het geeft voldoening om te kunnen meedenken aan efficiënter goederentransport over water. Dit kan namelijk een oplossing bieden tegen de verzadiging van de autowegen. Dat er ook een meetvaart zou volgen, was zeker een mooi vooruitzicht. Aan het einde van het eerste masterjaar kregen wij van professor Vantorre en professor Heylbroeck te horen waar een aantal pijnpunten van de estuaire vaart liggen. In september begonnen wij dan vol goede moed met het lezen van regelgevingen en reeds gepubliceerde onderzoeken. Het afbakenen van het onderzoeksdomein bleek al snel een hindernis. De veelheid aan te onderzoeken situaties en parameters in combinatie met een druk eerste semester van 24 studiepunten ontmoedigde ons enigszins. Ook het weer zat niet altijd mee waardoor de meetvaart twee keer uitgesteld werd. Maar eens wij goed wisten wat wij precies wilden onderzoeken, verdeelden wij de taken naar interesse en capaciteit. Met de ondersteuning van Dropbox werd dit een vlotte samenwerking. Bepaalde berekeningen voerden wij samen uit, op andere zochten wij elk apart. De lange simulaties in de computerklas waarbij soms meer dan 20 computers voor ons tegelijk aan het rekenen waren, zullen wij niet snel vergeten. We zijn tevreden over het resultaat en hopen dat de estuaire vaart mede dankzij dit eindwerk een rendabele toekomst beschoren is. Lotte De Couvreur en Tim Vercruysse 1 juni 2011

Lotte De Couvreur Tim Vercruysse

Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge i

Dankwoord Deze masterproef is tot stand gekomen met de hulp van een aantal mensen die wij graag willen bedanken. Vooreerst wensen wij prof. dr. ir. Marc Vantorre van harte te bedanken voor zijn toegewijde begeleiding. wij konden steeds met vragen bij onze promotor terecht. Ook het aanreiken van gegevens en literatuur en het grondig nalezen van onze masterproef waren een grote hulp. Promotor prof. ir. Bart Heylbroeck zette ons in het eerste semester goed op weg met het begrijpen van de filosofie achter risicoanalyses. Hij bracht ons ook in contact met ir. Bart Wackenier van het BMI. Begeleider Stefan Geerts BSc. heeft ons kunnen helpen met de computersimulaties en met het verwezenlijken van een meetvaart op de Deseo. Hij zorgde voor de meetapparatuur en voor het vervoer. We willen ook zeker Patrick Hermans, zijn vrouw Kris en hun bemanningsleden bedanken om ons telkens warm te onthalen aan boord van de Deseo. Verder willen wij ook Patrick Van Cauwenberghe van de Haven van Zeebrugge, Olivier Crousel van PortConnect en Gerrie Eikenhout van Schelderadarketen bedanken voor het verschaffen van informatie tijdens interviews of via mail. Ook anderen die ons nuttige gegevens bezorgd hebben willen wij niet vergeten. Bedankt ook aan Evert Lataire voor de hulp met Seaway en aan Lauren Heeffer voor het nalezen van de Engelstalige extended abstract. Hierbij wensen wij ook onze partners te bedanken. Speciale dank aan Zoë, Tims vriendin, voor het nalezen van de masterproef en voor het op tijd en stond verschaffen van de nodige ontspanning. Veel dank ook aan Tom, Lottes vriend, voor de introductie tot PHP en het nalezen van dit werk. Tot slot willen wij onze ouders bedanken voor hun steun en het aanreiken van alle middelen die ons hebben geholpen voor het behalen van een diploma.

Toelating tot bruikleen De auteurs geven de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef. The authors give permission to make this master dissertation available for consultation and to copy parts of this master dissertation for personal use. In the case of any other use, the limitations of the copyright have to be respected, in particular with regard to the obligation to state expressly the source when quoting results from this master dissertation. 1 juni 2011

de auteurs,

Lotte De Couvreur Lotte De Couvreur Tim Vercruysse

Tim Vercruysse

Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge ii

Overzicht Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge Masterproef ingediend door Tim Vecruysse en Lotte De Couvreur tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde-elektrotechniek Promotoren: prof. dr. ir. Marc Vantorre, prof. ir. Bart Heylbroeck Begeleider: Stefan Geerts BSc. Academiejaar 2010-2011 Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Universiteit Gent Vakgroep Civiele Techniek Voorzitter: prof. dr. ir. Julien De Rouck


Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge iii

Samenvatting Met dit eindwerk verschaft men meer inzicht in het gedrag van estuaire schepen op zee. Op deze manier kunnen ze efficiënter worden beladen en ingezet. In het eerste hoofdstuk wordt een situering van het verhaal rond estuaire vaart geschetst. De probleemstelling en de doelstelling worden geformuleerd. Hoofdstuk 2 gaat dieper in op het estuair containerschip Deseo. Dit is het schip dat men in dit eindwerk van naderbij volgt. Naast de geometrie, de uitrusting en het traject, besteedt men speciale aandacht aan de snelheid van het schip. In hoofdstuk 3 wordt nagegaan in welke mate gegevens betrouwbaar zijn. Eerst geeft men een overzicht van websites die maritieme data ter beschikking stellen. Vervolgens controleert men of voorspellingen van significante golfhoogtes overeenkomen met de werkelijk gemeten waarden. Verder wordt een vergelijking gemaakt tussen het programma Seaway en een meetvaart. Tot slot kijkt men of de uitdrukking voor de boeggolf uit het Koninklijk Besluit de modelproeven goed benadert. In hoofdstuk 4 bepaalt men een optimale combinatie van diepgang en significante golfhoogte om op een veilige manier zo veel mogelijk vracht te kunnen vervoeren. Eerst geeft men een uitgebreid overzicht van de parameterkeuzes. Daarna wordt de berekeningmethode stap voor stap uitgelegd. Optimale combinaties van diepgangen en toegelaten significante golfhoogtes worden vervolgens opgesteld voor een-, twee- en drietrapssystemen. Het hoofdstuk sluit men af met een evaluatie van de invloed van de GM en voor de volledigheid controleert men ook de minder kritische criteria uit het Koninklijk Besluit. In het daaropvolgende hoofdstuk wordt de Franse regelgeving onder de loep genomen. Ze wordt aan de hand van risicoanalyses toegepast op de Deseo en vergeleken met de Belgische regelgeving. De invloed van de golfrichting en -periode op de responsie en op het risico op het overnemen van groen water bestudeert men in hoofdstuk 6. Ook de invloed van de GM en de diepgang blijft niet onbesproken. In hoofdstuk 7 worden de belangrijkste conclusies nog eens samengevat. De bijlagen zijn te vinden in het afsluitende hoofdstuk 8. Daar is tevens een dvd toegevoegd met rekenbladen, programmacodes en andere nuttige documenten. Alles staat geordend in mappen met dezelfde nummering en titels als de paragrafen en hoofdstukken van deze masterproef.

Trefwoorden estuaire vaart, containervervoer, Zeebrugge, zeegang, risicoanalyse


Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge iv

Optimization of estuary container traffic for Zeebrugge Tim Vercruysse, Lotte De Couvreur Supervisors: prof. dr. ir. Marc Vantorre, prof. ir. Bart Heylbroeck, Stefan Geerts BSc. Abstract – This article aims at optimizing the exploitation of estuary vessels by investigating the sea keeping behaviour. Therefore, the influence of different parameters such as speed, draft, GM, significant wave height, wave direction and period is examined. Also an optimal combination of draft and significant wave height is calculated to increase the loading capacity.1 Keywords – estuary navigation, container traffic, Zeebrugge, sea keeping, risk analysis

I. INTRODUCTION A. Scope The container traffic in the Belgian port of Zeebrugge has tripled over the last decade. For transporting the growing amount of containers to and from the hinterland, the traditional modes have almost reached their limits. Railways and roads are saturated and the capacity of the inland waterways are restricted. Therefore, the port wants to utilize all possibilities of the youngest transport mode: estuary traffic. B. Formulation of the problem Ships can establish a connection between Zeebrugge and Antwerp by using the estuary of the river Scheldt. This involves a sixteen nautical mile sea trajectory. To withstand the conditions at sea, inland ships have to be adapted. Nevertheless those ships are not seaworthy at any time. They are restricted by wave conditions. C. Objectives Research is needed for a cost-effective exploitation of the estuary vessels. On the one hand, an optimization of the combination of draft and significant wave height is required. This optimization has to comply with the Royal Decree [1]. On the other hand, it is necessary to verify if other parameters besides significant wave height have an influence on the exploitation. The objective is to obtain insight in the influence of wave direction and period. II. ACCURACY OF DATA Before carrying out the main objectives it is necessary to control the accuracy of each data. A. Wave rider buoy Bol van Heist A procedure, based on wave data from the Bol van Heist, gives permission for sailing. Research has demonstrated that predictions and measurements of significant wave heights are

L. De Couvreur, T. Vercruysse, Ghent University (UGent), Ghent, Belgium. E-mail: [email protected], [email protected]

similar for this buoy. So the decision of departure may be based on predictions. B. Measurements during sea voyage The results of Seaway of the roll and pitch movement are different from the measurements. To verify the accuracy of the software more measurements during sea voyages have to be executed and the spread of the wave directions should be taken into account. C. Bow wave Based on tests in the towing tank, formula (1) was obtained for an additional term of the bow wave: 0.2 1.36

(1)

The tests were carried out on a scale model of the Deseo representing a full-scale draft of 4.5m. For smaller drafts, more tests are necessary. III. OPTIMAL COMBINATION OF DRAFT AND SIGNIFICANT WAVE HEIGHT

A. Method Arriving at an optimal combination requires several grades: • For each combination of T and GM, the maximal allowed significant wave height, according to the Royal Decree [1], is established by means of a risk analysis applied on the estuary vessel Deseo. • The cumulative average probability of shipping of green water is calculated for one, two and three steps. Each step is a combination of draft and significant wave height. • The optimal combination is the one with the largest maximal average load capacity per day among the combinations with a sufficient small exceeding probability. This method is applied for shipping of green water in the critical points 187P and 187S. These points are located at the fore end coaming at 0.9m above the main deck. Afterwards the other criteria mentioned in the Royal Decree [1] are checked. B. Calculations The Response Amplitude Operators (RAO’s) are calculated with Seaway. With these RAO’s and the directional wave spectra of the Bol van Heist the response spectra are acquired. Thereafter the probability of exceeding the critical value can be determined for a system in 3 steps with the formula (2):

, , , , ,

(2)

A draft of T1 is allowed for significant wave heights up to HS1, a draft of T2 up to HS2 and T3 up to HS3. Ni is the amount of waves with a significant wave height smaller than HSi. The shipping of green water in the critical points 187P and 187S may only occur once in a lifetime, which corresponds with a maximum cumulative probability of 0.000167. For the combinations that meet this requirement the maximal average load capacity per day is calculated with the following expression (3): !"!

#$%&

' !"!

#$%&

( ' !"!

#$%&

Figure 1: plot for wave frequencies between 0.00Hz and 0.50Hz

(3)

C. Results The optimal combinations for 1, 2 and 3 steps with a GM of 3m are summarized in Table 1. The first line represents the values of the current certificate of Deseo. It can be concluded that the ship can transport more loading with the new acquired combinations. Table 1 Optimal combinations of draft and significant wave height

T1 (m) 3.78 4.4 4.4 4.4

HS1 (m) 1.75 1.37 1.30 1.31

T2 (m) 3.8 3.8

HS2 (m) 1.70 1.71

T3 (m) 3.4

HS3 max. av. load. cap. (m) per day (ton) 4 187.4 4 809.1 5 071.2 2.00 5 163.2

Both an increasing value of GM as T involves a bigger risk for green water in the critical points. IV. INFLUENCE OF WAVE DIRECTION AND PERIOD A. Method The following steps are applicable for both the wave direction as well as the wave period: • All the data of the Bol van Heist of the year 1998 are divided in classes (12 for direction and 10 for period). • For each class the response to every local wave condition is calculated. Hereby several values of T and GM are taken into account. • The difference between the conditional maximum and conditional minimum number of exceedances per round trip is also plotted as a function of the significant wave height. B. Calculations Examples of plots are given in Figure 1 and 2. Figure 1 includes all wave frequencies up to 0.50Hz, which corresponds with wave periods greater than 2s. Figure 2 only includes wave frequencies between 0.10Hz and 0.15Hz, which stands for wave periods between 6.67s and 10s.

Figure 2: plot for wave frequencies between 0.10Hz and 0.15Hz

C. Results Comparing Figure 1 with Figure 2, the difference between the conditional minimum and maximum is much smaller in Figure 2. This small spreading means that the wave period has a large influence on the probability of exceeding. A similar result can be found for the wave direction. The waves that are responsible for the largest relative vertical motion of the points 187P and 187S are coming from a direction between 255° and 345° and have a wave period between 6.67s and 10s. V. CONCLUSIONS The exploitation of estuary vessels between the estuary of the river Scheldt and Zeebrugge can be made more costeffective. The optimal combinations of draft and significant wave height for 3 steps have the following parameters: T1=4.4m, HS1=1.31m, T2=3.8m, HS2=1.71m, T3=3.4m, HS3=2.00m. This 3 step system increases the loading capacity of Deseo with 23.3% to 5163.2 ton average per day. Of all criteria mentioned in the Royal Decree [1] the most critical one is the shipping of green water in the points 187P and 187S. An adaption in the structure of estuary vessels can lead to even larger loading capacities. Alongside the significant wave height, also wave period and direction have an important influence on the risk of green water. Although the French regulations take wave period and direction into account, they are less profound and strict than the Belgian ones. REFERENCES [1]

Koninklijk Besluit betreffende binnenschepen die ook voor nietinternationale zeereizen worden gebruikt. 2nd edition, march 16, 2007, Belgian Law Gazette, pp. 14699-14711.

Inhoudsopgave Voorwoord ........................................................................................................................................... i Dankwoord.......................................................................................................................................... ii Toelating tot bruikleen........................................................................................................................ ii Overzicht ............................................................................................................................................ iii Samenvatting ..................................................................................................................................... iv Trefwoorden ...................................................................................................................................... iv Extended abstract ............................................................................................................................. vii Inhoudsopgave.................................................................................................................................. vii Lijst van eenheden ............................................................................................................................. xi Lijst van afkortingen........................................................................................................................... xi Lijst van symbolen.............................................................................................................................. xi

1 Inleiding ....................................................................................................... 1 1.1 Situering .................................................................................................................................... 1 1.1.1 Haven van Zeebrugge ........................................................................................................ 1 1.1.2 Estuaire vaart ..................................................................................................................... 2 1.1.3 Regelgeving ........................................................................................................................ 4 1.1.4 Internationaal .................................................................................................................... 7 1.2 Probleemstelling ....................................................................................................................... 7 1.3 Doelstelling ............................................................................................................................... 8

2 Deseo .......................................................................................................... 9 2.1 Geometrie ................................................................................................................................. 9 2.2 Uitrusting .................................................................................................................................. 9 2.3 Traject .....................................................................................................................................10 2.4 Snelheid...................................................................................................................................12 2.4.1 Snelheid over de grond SOG ............................................................................................12 2.4.1.1Verdeling van de snelheden ......................................................................................12 2.4.1.2Waarnemingen van de verdelingen...........................................................................15 2.4.1.3Snelheid in functie van het traject .............................................................................15 2.4.1.4Snelheid in functie van de significante golfhoogte ....................................................16 2.4.1.5Conclusies ..................................................................................................................17 2.4.2 Snelheid t.o.v. het water STW..........................................................................................18 2.4.2.1Verdeling van de snelheden ......................................................................................18 2.4.2.2Conclusies ..................................................................................................................21

3 Nauwkeurigheid van gegevens .................................................................. 22 3.1 Internetgegevens ....................................................................................................................22 3.1.1 Meetnet Vlaamse Banken ................................................................................................22 3.1.2 Vlaamse hydrografie ........................................................................................................22 3.1.3 Vlaams Instituut voor de Zee ...........................................................................................22 3.1.4 Beheerseenheid van het Mathematisch Model van de Noordzee ..................................22 3.1.5 Rijkswaterstaat.................................................................................................................23 Lotte De Couvreur Tim Vercruysse

Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge vii

3.1.6 Andere websites ..............................................................................................................23 3.2 Significante golfhoogte voor Bol van Heist .............................................................................23 3.2.1 Keuze van locatie .............................................................................................................23 3.2.2 Voorspellingen .................................................................................................................24 3.2.3 Metingen ..........................................................................................................................24 3.2.4 Vergelijking tussen voorspellingen en metingen .............................................................24 3.2.5 Waarnemingen ................................................................................................................28 3.2.6 Statistische berekeningen ................................................................................................30 3.2.7 Conclusies ........................................................................................................................31 3.3 RAO’s van Deseo .....................................................................................................................32 3.3.1 Seaway .............................................................................................................................32 3.3.1.1Parameters.................................................................................................................32 3.3.1.2Output ........................................................................................................................34 3.3.2 Metingen op het schip .....................................................................................................35 3.3.3 Conclusies ........................................................................................................................36 3.4 Boeggolf ..................................................................................................................................36 3.4.1 Metingen op een model in de sleeptank .........................................................................36 3.4.2 Optimalisatie boeggolftoeslag .........................................................................................39 3.4.3 Conclusies ........................................................................................................................43

4 Optimale combinaties van diepgang en golfhoogte................................... 44 4.1 Doelstelling .............................................................................................................................44 4.2 Vaste parameters ....................................................................................................................44 4.2.1 Hull ...................................................................................................................................44 4.2.2 Scheepssnelheid V ...........................................................................................................44 4.2.3 Kritische punten en secties ..............................................................................................45 4.2.3.1Kritische punten voor de relatieve verticale beweging .............................................45 4.2.3.2Kritische punten voor dwarsversnelling ....................................................................46 4.2.3.3Kritische secties voor verticaal buigende moment en torsiemoment.......................46 4.2.4 Andere vaste parameters ................................................................................................47 4.3 Variabele parameters .............................................................................................................47 4.3.1 Parameters voor de bepaling van de RAO’s ....................................................................47 4.3.1.1Diepgang T .................................................................................................................47 4.3.1.2GM .............................................................................................................................47 4.3.1.3KG ...............................................................................................................................49 4.3.1.4Invalshoek μ ...............................................................................................................49 4.3.2 Parameters voor de analyse van de responsie ................................................................49 4.3.2.1Golfspectrum .............................................................................................................49 4.4 Methode en berekeningen .....................................................................................................50 4.4.1 Stap 1: Genereren van input- en runfiles.........................................................................50 4.4.2 Stap 2: Seaway uitvoeren.................................................................................................51 4.4.3 Stap 3: Verwerking van Seaway-outputbestanden..........................................................51 4.4.4 Stap 4: Berekening van afgeleide grootheden uit responsiespectra ............................... 51 4.4.5 Stap 5: Berekening van overschrijdingskansen................................................................52 4.4.5.1Kritische waarden ......................................................................................................52 4.4.5.2Overschrijdingskansen ...............................................................................................53 4.4.6 Stap 6: Bepalen van optimale combinatie .......................................................................53 4.4.6.1Systeem met 1 trap....................................................................................................53 4.4.6.2Systeem met 2 trappen .............................................................................................58 4.4.6.3Systeem met 3 trappen .............................................................................................60 4.5 Overzicht van de meertrapsystemen ......................................................................................62 Lotte De Couvreur Tim Vercruysse

Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge viii

4.5.1 Systemen met 1, 2 of 3 trappen.......................................................................................62 4.5.2 Systeem met meer dan 3 trappen ...................................................................................62 4.6 Invloed van de GM ..................................................................................................................63 4.6.1 Berekeningen ...................................................................................................................63 4.6.2 Theoretisch gebruik .........................................................................................................65 4.6.3 Praktisch gebruik..............................................................................................................66 4.7 Controle van de andere criteria ..............................................................................................67 4.7.1 Boeg uit het water ...........................................................................................................67 4.7.2 Water op het voordek ......................................................................................................67 4.7.3 Water in de zij ..................................................................................................................71 4.7.4 Water op het achterdek ...................................................................................................75 4.7.5 Slingerhoek ......................................................................................................................78 4.7.6 Verticaal buigend moment ..............................................................................................80 4.7.7 Torsiemoment ..................................................................................................................81 4.7.8 Laterale versnelling ..........................................................................................................83 4.7.9 Conclusies ........................................................................................................................85

5 Estuaire vaart in Frankrijk .......................................................................... 86 5.1 Le Havre ..................................................................................................................................86 5.2 Franse regelgeving ..................................................................................................................87 5.2.1 Regelgeving voor de accès nord ......................................................................................87 5.2.2 Regelgeving voor de accès sud ........................................................................................88 5.3 Risicoanalyse ...........................................................................................................................88 5.3.1 Methode ..........................................................................................................................88 5.3.2 Resultaten ........................................................................................................................90 5.3.3 Conclusies ........................................................................................................................93

6 Invloed van de golfrichting en -periode ..................................................... 95 6.1 Invloed van de golfrichting op de responsie ...........................................................................95 6.1.1 Methode ..........................................................................................................................95 6.1.2 Resultaat ..........................................................................................................................96 6.1.2.1Invloed GM ................................................................................................................97 6.1.2.2Invloed diepgang........................................................................................................98 6.1.3 Conclusies ........................................................................................................................99 6.2 Invloed van de golfrichting op het risico...............................................................................100 6.2.1 Methode ........................................................................................................................100 6.2.2 Resultaat ........................................................................................................................100 6.2.2.1Invloed GM ..............................................................................................................101 6.2.2.2Invloed diepgang......................................................................................................104 6.2.2.3Waarnemingen ........................................................................................................107 6.2.3 Conclusies ......................................................................................................................107 6.3 Invloed van de periode op de responsie ...............................................................................108 6.3.1 Methode ........................................................................................................................108 6.3.2 Resultaat ........................................................................................................................108 6.3.2.1Invloed GM ..............................................................................................................109 6.3.2.2Invloed diepgang......................................................................................................110 6.3.3 Conclusies ......................................................................................................................111 6.4 Invloed van de golfperiode op het risico ..............................................................................111 6.4.1 Methode ........................................................................................................................111 6.4.2 Resultaat ........................................................................................................................112 6.4.2.1Invloed GM ..............................................................................................................112 Lotte De Couvreur Tim Vercruysse

Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge ix

6.4.2.2Invloed diepgang......................................................................................................114 6.4.2.3Waarnemingen ........................................................................................................117 6.4.3 Conclusies ......................................................................................................................117

7 Samenvatting conclusies ......................................................................... 118 8 Bijlages .................................................................................................... 122 8.1 Bijlage A: General arrangement plan ....................................................................................122 8.2 Bijlage B: Berekening van T en GM voor een bepaalde ladingsconditie...............................123 8.2.1 Berekening van T............................................................................................................123 8.2.2 Berekening van GM........................................................................................................123 8.2.3 Bepaling van mogelijke combinaties van T en GM ........................................................125 8.3 Bijlage C: slingerfrequentie en -amplitude ...........................................................................127 8.3.1 Methode en berekeningen ............................................................................................127 8.3.2 Resultaten ......................................................................................................................127 8.3.2.1Overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge ..................................................127 8.3.2.2Overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde ..................................................129 8.3.3 Conclusies ......................................................................................................................130 8.4 Bijlage D: dvd ........................................................................................................................132 Referenties ...................................................................................................................................... 133 Bibliografie ...................................................................................................................................... 136 Lijst van Figuren .............................................................................................................................. 138 Lijst van Tabellen............................................................................................................................. 138 Lijst van Grafieken........................................................................................................................... 140


Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge x

Lijst van eenheden h kn kg l m min N nm NB OL rad s ton °

uur (=3600s) ) knoop (1 = 0.5144… ) * kilogram (SI-eenheid van massa) liter (=10-3m³) meter (SI-eenheid van lengte) minuut (=60s) +· Newton (= ), (afgeleide SI-eenheid van kracht) ² nautische mijl, zeemijl (=1852m) graden noorderbreedte graden oosterlengte radiaal, (SI-eenheid van een hoek) seconde (SI-eenheid van tijd) ton (=1000kg) . graad (=/0 1%&)

Lijst van afkortingen BMI BMM CEMT FEU FOD KB RAO TEU UTC VVO

Belgian Maritime Inspectorate, Belgische scheepvaartcontrole Beheerseenheid van het Mathematisch Model van de Noordzee en het Schelde-estuarium Conferentie van Europese Ministers van Transport Forty feet Equivalent Unit; standaard container met een lengte van 40 voet (=12.192m) Federale Overheidsdienst Koninklijk Besluit Response Amplitude Operator Twenty feet Equivalent Unit; standaard container met een lengte van 20 voet (=6.096m) gecoördineerde wereldtijd; het verschil met de Greenwich Mean Time bedraagt nooit meer dan een seconde vrij vloeistofoppervlak

Lijst van symbolen B B BM cW KG KM F f’φ g GM h Hs

+·²

dempingscoëfficiënt van de slingerbeweging ( ) breedte van het schip (m) afstand tussen het drukkingspunt van de boeikracht en het dwarsscheepse metacentrum (m) snelheid van de golven ( of kn) afstand tussen de kiel en het zwaartepunt (m) afstand tussen de kiel en het dwarsscheepse metacentrum (m) hoogte van het vrijboord (m) frequentie van de gedempte slingerbeweging (Hz) gravitatieversnelling (9.81²) afstand tussen het zwaartepunt en het dwarsscheepse metacentrum (m) waterdiepte (m) significante golfhoogte (m); gemiddelde van de e hoogste golven


Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge xi

I1

SC

oppervlaktetraagheidsmoment van de waterlijn van de tank t.o.v. de langsas van de tank (m4) totaal polair massatraagheidsmoment om de x-as (kg ∙ m²) massa (ton) massa van product i gelegen tussen twee langsscheepse coördinaten (ton) lengte tussen twee langsscheepse coördinaten (m) aantal periodes van een half uur in het jaar 1998, waarbij de gemeten significante golfhoogte voor de Bol van Heist kleiner of gelijk is aan HSi ° giersnelheid (5)) oppervlakte onder het responsieamplitudespectrum van de relatieve verticale verplaatsing (m²) snelheid van de stroming t.o.v. de grond ( of kn)

SOG

snelheid van een schip over de grond ( of kn)

STW T Ts V

snelheid van een schip in de vaarrichting t.o.v. het water ( of kn) diepgang (m) golfperiode (s) scheepssnelheid ( of kn)

w1 x y z z1 zi zG

soortelijk gewicht van de vloeistof (³) langscoördinaat van een punt t.o.v. het scheepsvast assenstelsel (m) dwarscoördinaat van een punt t.o.v. het scheepsvast assenstelsel (m) hoogte van een punt boven de kiel van het schip (m) waterniveau dat de boeggolf eens in de levensduur van het schip aanneemt (m) hoogte van het zwaartepunt van product i boven de kiel (m) hoogte van het lokaal zwaartepunt boven de kiel (m)

∇ ∆ δz θS μ μC φS ρ ψ ω’φ

volumedeplacement van het schip (m³) gewichtsdeplacement van het schip (kN) toeslag voor het waterniveau ter hoogte van de boeg gebruikt bij risicoanalyses (m) significante stampamplitude (°) golfvoortplantingsrichting t.o.v. de x-as van het schip (°) stromingsrichting t.o.v. de x-as van het schip (°) significante slingeramplitude (°) + massadichtheid van zout water (1025³) koershoek t.o.v. het noorden (°) 9:; pulsatie van de gedempte slingerbeweging ( )

I”XX m mi l Ni r RS

+


Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge xii

1 Inleiding

1.1 Situering 1.1.1 Haven van Zeebrugge De haven van Zeebrugge is een jonge zeehaven met een moderne havenuitrusting waar zelfs de allergrootste containerschepen onafhankelijk van het tij probleemloos kunnen aanmeren. Het containerverkeer steeg van 1 013 000 TEU in 2003 naar 2 328 000 TEU in 2009 [1], wat neerkomt op meer dan een verdubbeling in amper 6 jaar tijd. Om deze groei verder mogelijk te maken, moet men de containers vlot naar het hinterland kunnen voeren. Het wegvervoer is goed voor 46.2% van het Zeebrugse hinterlandverkeer van containers. Daarna komen het spoor met 25.5% en transhipment feeder met 23.7%. Met deze laatste transportmodus worden de containers op andere zeeschepen overgeladen. In schril contrast met de grootte aandelen van de weg, het spoor en de grote zeeschepen, bereikt amper 0.4% van de Zeebrugse containtertrafiek het achterland per binnenschip. [2] De binnenvaart is nochtans een milieuvriendelijke vervoersmodus. Deze veroorzaakt geen vervuilende files, geluidshinder of bodemverontreiniging. Bovendien is de binnenvaart ook energiebesparend. Zo wordt 1 ton lading met 5 liter brandstof door een binnenschip vervoerd over 500km. Met dezelfde hoeveelheid brandstof legt 1 ton lading per trein 333km en per vrachtwagen slechts 100km af. [2] België beschikt over een uitstekend waterwegennetwerk. Helaas zijn de havens van Zeebrugge en Oostende hier niet goed op aangesloten. Deze havens zijn namelijk enkel toegankelijk voor schepen van klasse IV of lager (zie Figuur 1). Dit zijn schepen met een maximale capaciteit van 1350 ton wat overeenkomt met maximaal 70 TEU. Dergelijke binnenschepen met een maximale lengte van 90m zijn anderhalve dag onderweg tussen Zeebrugge en Antwerpen. Het grootste knelpunt is hierbij de ringvaart van Brugge. De vele beweegbare bruggen hinderen zowel het scheepvaartverkeer als het wegverkeer. Om de haven van Zeebrugge beter te ontsluiten voor de binnenvaart, zou men het Schipdonkkanaal kunnen verbreden tot klasse Vb. Dit kanaal loopt van Zeebrugge naar het kanaal Gent-Brugge zonder het centrum van de West-Vlaamse hoofdplaats te passeren. De vaart heeft verder ook aansluiting op de gekanaliseerde Leie ter hoogte van Deinze. Er is echter veel protest


Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge 1

van omwonenden die het landschap rond het Schipdonkkanaal willen behouden zoals het is. Ook de inwoners van Damme, Adegem en Zomergem zien de mogelijke verbreding van het Schipdonkkanaal als een bedreiging voor hun dorpskern. Zij groepeerden zich in het actiecomité ’t Groot Gedelf [3] en geven de estuaire vaart aan als belangrijkste alternatief voor de verbreding van het Schipdonkkanaal. [4] Een alternatieve oplossing is het aanleggen van een kanaal tussen Zeebrugge en de haven van Gent, het zogenaamd Noorderkanaal. Door hoge kosten en klachten van de omgeving is dit nochtans duurzame plan niet uitgevoerd. [5]

Figuur 1: detailkaart Vlaamse waterwegen, volgens de CEMT-classificatie [6]

Wil men de groei van de haven van Zeebrugge niet beperken, dan moet men het stijgend aantal containers op tijd weg kunnen voeren. Hiervoor kan estuaire vaart zeker op korte termijn een uitweg bieden.

1.1.2 Estuaire vaart Estuaire schepen zijn grote binnenschepen die in staat zijn om een kort traject over zee af te leggen. Dit komt door o.a. een hoger vrijboord en bijkomende versterking van de langsscheepse sterkte. In dit geval gaat het om het zeetraject tussen Zeebrugge of andere zeehavens en de Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


monding van de Westerschelde, zodat de schepen via deze laatste rivier de haven van Antwerpen en de rest van het hinterland kunnen bereiken. Estuaire schepen worden dus qua afmetingen niet meer belemmerd door de smalle kanalen en kunnen zo significant meer containers vervoeren dan de traditionele binnenschepen. In 2006 kende de toenmalige Vlaams minister van mobiliteit, Kris Peeters, met toestemming van de Europese Commissie een bedrag van 6.2 miljoen euro toe aan de estuaire vaart via de kusthavens. De subsidiëring startte in 2008 en loopt tot 2011. [7] De subsidie diende zowel voor het verbouwen van binnenschepen tot estuaire schepen als voor een compensatie van de hogere exploitatiekosten. Estuaire schepen hebben immers een hoger brandstofverbruik en meer bemanning aan boord dan binnenschepen. De subsidie kwam er hoofdzakelijk om het fileleed te verminderen door een deel van het containertransport van de weg te houden. Momenteel zijn er drie estuaire containerschepen in de vaart: Amberes en de zusterschepen Deseo en Tripoli. Deze waren in 2009 goed voor 4.2% van het containervervoer naar het hinterland. [2] Daarnaast zijn er nog verschillende estuaire tankers (Breitling, Tanzanite, Texas en New York) en zijn er drie estuaire schepen in aanbouw: de tankers Mozart en Montana en het containerschip Euroports). Tot slot zijn er ook nog drie roroschepen: Waterways I, II en III van Cobelfret. Het containerschip Euroports wil men inzetten tussen Luik en Zeebrugge. De Amberes vaart voornamelijk tussen Zeebrugge en Meerhout, terwijl de Deseo en de Tripoli het houden op het traject Zeebrugge – Antwerpen. Aan de subsidies waren wel een aantal voorwaarden verbonden. Zo moest de Deseo in 2005 verklaren dat ze 80% van de tijd tussen Zeebrugge en Antwerpen zouden varen en dat ze 20% van de tijd ook het Rijn-gebied zouden bedienen. De beloofde tijdverdeling voor de Tripoli was net het tegenovergestelde (20% Antwerpen en 80% Rijn-gebied), maar in realiteit bleek de vraag van het Rijn-gebied hiervoor niet groot genoeg te zijn. Een andere voorwaarde voor de bouwsubsidie was dat de schepen op minstens 80% van hun capaciteit zouden varen. Voor de Deseo betekent dit 80% van 350TEU x 3 heen- en terugreizen per week x 51 weken per jaar. Maar door de crisis is het volume van de estuaire vaart lager uitgevallen dan vooropgesteld. Minister Crevits heeft dan ook aan de Europese Commissie gevraagd om een tijdelijke vermindering van 15% van het afgesproken volume van de estuaire vaart. [7] Er zijn gelukkig al tekenen dat dit volume terug aantrekt. Zo vaart de Tripoli sinds september 2010 een wekelijkse dienst tussen Nederrijn en Zeebrugge. [8]



De haven van Zeebrugge is voorstander van de ontwikkeling van de estuaire containervaart. Om de toestroom van goederen voldoende snel naar het hinterland te kunnen transporteren, hebben ze immers graag voldoende alternatieven beschikbaar. Nu zijn er slechts weinig aanbieders in de estuaire sector die bovendien voor 5 jaar onder contract staan bij PortConnect. Veel liever dan een vaste dagprijs te moeten betalen, ziet PortConnect graag nog meer aanbieders in de verschillende transportmodi opkomen, zodat ze de markt kunnen laten spelen en op elk moment een gunstige prijs kunnen bekomen. Zelfs al zou er ooit een breder kanaal naar Vlaamse binnenwateren wordt aangelegd of een zeekanaal binnen het project Vlaamse Baaien, dan nog behoudt men graag de mogelijkheid van estuaire vaart. [5] De haven van Antwerpen zou de subsidies van de estuaire vaart enigszins als concurrentievervalsing kunnen zien. Om te concurreren met de haven van Rotterdam, werken de Vlaamse havens beter samen aan een Vlaamse havenstrategie. [9] Zo kunnen estuaire containerschepen dankzij hun geringe diepgang ervoor zorgen dat men containers getijonafhankelijk in de haven van Antwerpen kan binnen- en buitenvaren.

1.1.3 Regelgeving Estuaire schepen behoren tot de categorie van binnenschepen en zijn dus niet tegen alle zeeomstandigheden bestand. Als gevolg hiervan is het noodzakelijk dat er een regelgeving speciaal voor deze schepen opgesteld wordt. Bij het ontstaan van de estuaire vaart in 1962 verkregen binnenschepen de goedkeuring om te varen tussen Antwerpen en Zeebrugge mits men voldeed aan de drie voorwaarden uit dienstnorm 8. [10] De eerste voorwaarde bedroeg bijkomende technische vereisten. Dit hield in dat het schip voorzien moest worden van reddingsmiddelen, een radio en zeeapparatuur. Het schip moest een zekere sterkte, integriteit en vrijboord bezitten en dit alles moest gecertificeerd zijn. De tweede voorwaarde bedroeg bijkomende zeekwalificaties voor de bemanning en de laatste voorwaarde had betrekking op de weersomstandigheden. Voor deze weersomstandigheden bedroeg de maximale significante golfhoogte waarbij deze schepen mochten varen 1.2m. In die tijd bestond het Meetnet Vlaamse Banken nog niet zodat men de maximale significante golfhoogte van 1.2m vertaalde naar een maximale windkracht van 5Bf. Het traject dat deze schepen mochten afleggen, bevatte 16 zeemijl langs de kust. Dit traject is in rood weergegeven in Figuur 2.



Figuur 2: traject voor estuaire vaart vanaf 1962 [10]

De regel dat estuaire schepen niet mochten varen bij golven met een significante golfhoogte hoger dan 1.2 m was geldig in de periode van 1962 tot het ontstaan van het Koninklijk Besluit over de estuaire vaart. In overeenstemming met de vereisten voor deze schepen was dit een veilige grens. In de periode 2003-2007 wou men de tot dan toe deterministisch bepaalde grens van 1.2m significante golfhoogte graag optrekken. Uit Figuur 3 leidt men immers af dat er 18.5% van de tijd geen aaneengesloten periode van 2 uur te vinden is waarin de significante golfhoogte onder de 1.2m blijft. In de winter loopt dit zelfs op tot 29% van de tijd [11], wat nefast is voor de inzetbaarheid en de rendabiliteit van estuaire schepen. Scheepseigenaren vroegen dan ook een uitbreiding van de condities waaronder ze mogen uitvaren. Het Belgian Maritime Inspectorate (BMI), hanteerde een probabilistische methode en werkte samen met de Universiteit Gent, classificatiemaatschappij Lloyd’s Register of Shipping en scheepseigenaars. Het basisidee was om geen vrijboord en significante golfhoogte voor te schrijven, maar deze te laten bepalen aan de hand van enkele criteria. Deze criteria zijn maatstaven voor het aantal keer het schip een bepaalde kracht, moment of overschrijding van bepaalde niveau’s door de relatieve beweging tussen schip en golven mag ondergaan. [10]



Figuur 3: cumulatieve distributie van de significante golfhoogte voor de Bol van Heist [11]

In 2005 werden deze regels opgenomen in een ontwerp KB en vanaf 2007 ging het Koninklijk Besluit over niet-internationale zeereizen voor binnenschepen van kracht. Dit is het resultaat van de samenwerking tussen FOD Mobiliteit en Vervoer, afdeling Maritieme Techniek en klasse met steun van de Vlaamse Overheid. Dit Koninklijk Besluit [12] bestaat niet enkel uit voorgaande vermelde criteria waaraan de in paragraaf 1.1.2 opgesomde estuaire schepen moeten voldoen, maar bevat ook nog technische vereisten over o.a. reddingsmiddelen, ankers, propulsie... De belangrijkste punten die moeten worden nagegaan bij een risicoanalyse zijn hieronder weergegeven: •

de waarschijnlijkheid dat het snijpunt van het vlak van het binnenschip met de doorgetrokken voorsteven op de hartlijn uit het water treedt, mag niet groter zijn dan eenmaal per jaar;

•

de waarschijnlijkheid dat water over het voordek of over de top van een dichte verschansing komt, mag niet groter zijn dan eenmaal per levensduur; een dichte verschansing moet zich tot tenminste 7% van de loodlijnlengte van het binnenschip achter de voorste loodlijn uitstrekken;

•

De waarschijnlijkheid dat water in de zij een niveau bereikt dat hoger is dan het referentieniveau vastgelegd in de methodiek voor het berekenen van het gedrag van binnenschepen in golven, mag niet groter zijn dan eenmaal per levensduur;



•

De waarschijnlijkheid dat water over het achterdek of over de top van een dichte verschansing komt, mag niet groter zijn dan eenmaal per levensduur; een dichte verschansing moet zich tot tenminste 7% van de loodlijnlengte van het binnenschip voor de achterste loodlijn uitstrekken;

•

De waarschijnlijkheid dat de slingerhoek twee derde van de hoek waarbij niet afsluitbare openingen vollopen of van de hellingshoek waarbij de statische stabiliteitscurve haar maximum bereik overschrijdt, mag niet groter zijn dan eenmaal per levensduur; in ieder geval mag de hellingshoek niet meer bedragen dan 15°.

In paragraaf 4.7 worden deze criteria nagegaan. Bovendien worden ook het verticaal buigend moment, het torsiemoment en de dwarsversnellingen in bepaalde punten gecontroleerd. In tegenstelling tot Figuur 2 kunnen estuaire schepen nu ook verder dan Zeebrugge varen, vb. tot in Oostende of Nieuwpoort. De schepen moeten hiervoor wel een certificaat krijgen. De risicoanalyse voor dit traject zal echter leiden tot een beperkter bereik aan toegelaten diepgangen en significante golfhoogtes. De belangrijkste reden hiervoor is dat het schip een langer zeetraject aflegt, waardoor het gedurende een langere tijd blootgesteld wordt aan zeecondities.

1.1.4 Internationaal Ook in het buitenland is er interesse naar de mogelijkheden van estuaire vaart. In Frankrijk bestaat de estuaire vaart reeds tussen de monding van de Seine en de haven van Le Havre. Het is een alternatief voor een duur sluizencomplex en de verbreding en uitdieping van een verbindingskanaal. Estuaire vaart kan ook voor een vlotte verbinding tussen de monding van de Rhône en de haven van Fos-sur-Mer zorgen. De Franse regelgeving wordt in hoofdstuk 5 dan ook vergeleken met de Belgische regelgeving. Landen als Italië, Duitsland en Finland zien eveneens mogelijkheden in de estuaire vaart. Zij worden verder niet behandeld in deze masterproef.

1.2 Probleemstelling De estuaire vaart is beperkt door de huidige regelgeving. Voor elk estuair schip voert men nu een risicoanalyse uit op basis van de voorschriften van het Koninklijk Besluit. Aan de hand van deze analyse wordt voor het desbetreffende schip een maximale diepgang en een maximaal toegelaten significante golfhoogte bepaald, waarvoor het schip gecertificeerd wordt. De inzetbaarheid en hiermee samenhangende rendabiliteit van de estuaire schepen is met de huidige manier van certifiëren vrij laag. Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


1.3 Doelstelling Het doel van deze masterproef is om de estuaire containervaart op verschillende vlakken te optimaliseren. Men wil de estuaire vaart efficiënter maken, zodat ze ook op middellange en lange termijn levensvatbaar kan zijn. Om gefundeerde conclusies te kunnen trekken, wordt vooreerst gekeken in welke mate gegevens en software overeenkomen met de werkelijkheid. Zo toetst men golfvoorspellingen aan de werkelijke golfgegevens van de Bol van Heist. Het zeegangsprogramma Seaway wordt gewogen in het licht van een meetvaart. Aan de hand van sleepproeven stelt men een nieuwe formulering op voor de boeggolftoeslag. Met dit eindwerk wil men de maximaal toegelaten diepgang laten afhangen van de golfcondities. In het bijzonder wil men weten bij welke significante golfhoogte het nog voldoende veilig is om uit te varen. Zo kan men bij gunstige weersomstandigheden dieper laden en dus meer containers vervoeren. Bij dit alles dient men rekening te houden met de invloed van de GM. Verder gaat men na wat de invloed van de golfrichting en -periode op de overschrijdingskansen is. Zo krijgt men meer inzicht om de meest kritische situaties te vermijden. Dit eindwerk heeft ook tot doel om het belang van de parameter scheepssnelheid na te gaan. Ook een vergelijking tussen de Franse en de Belgische regelgeving mag niet ontbreken.



2 Deseo

De Deseo is een estuair containerschip dat veelvuldig de overtocht maakt tussen de Westerscheldemonding en de haven van Zeebrugge in beide richtingen. Het schip wordt in dit eindwerk op verschillende gebieden gevolgd. Om goed te weten waarmee men bezig is, is dit hoofdstuk er dan ook volledig aan geweid. Meer bepaald komen de geometrie, de uitrusting, het traject en de snelheid van het schip aan bod.

2.1 Geometrie De hoofdafmetingen staan samengevat in Tabel 1: omschrijving

grootte (m)

lengte L

110.00

breedte B

17.10

diepgang T (zee) diepgang T (binnenwateren) holte D

3.78 4.50 5.68

Tabel 1: hoofdafmetingen Deseo

Het general arrangement plan van de Deseo is weergegeven in Figuur 15 van Bijlage A [13]. Hierop is o.a. te zien dat het schip een dubbele bodem en een dubbele wand van 1.00m heeft.

2.2 Uitrusting Er zijn twee schroeven voorzien die elk gevoed worden met een motor van 940.6kW. De stuurhut heeft een massa van ongeveer 25ton en is verticaal uitschuifbaar over een hoogte van 10m. Dit moet de stuurman toelaten om over de containers heen het wateroppervlak over een lengte van 350m voor het schip te kunnen zien.



2.3 Traject De Deseo vaart voornamelijk tussen de havens van Zeebrugge en Antwerpen. Dit traject is weergegeven in Figuur 4:

3.20°OL

3.55°OL 51.363°NB

Figuur 4: traject van de Deseo op 21 december 2010 [14]

Bij voorstroom duurt de afvaart van het traject een kleine 5 uur. Bij tegenstroom kan de duur van de overtocht oplopen tot 7 uur. Er wordt meestal ’s nachts gevaren omdat laden en lossen in Zeebrugge overdag goedkoper is dan ’s nachts. In de haven van Antwerpen is laden en lossen voor binnenschepen en estuaire schepen enkel mogelijk tussen 6h en 22h. Eenmaal per week vaart men via de Schelde en de Rupel van en naar de containerterminal van Willebroek. Bij de afvaart van de Westerschelde begeeft het schip zich op Nederlands grondgebied. Aangezien ze enkel Belgische havens aandoet valt de Deseo toch onder de regelgeving van het Koninklijk Besluit betreffende binnenschepen die ook voor niet-internationale zeereizen worden gebruikt. [12] Op die manier hoeft de Deseo niet te voldoen aan de International Convention on Load Lines. Wegens de beperkte diepgang van het schip kan de Deseo onafhankelijk van de getijden de Westerschelde open afvaren. Het gedeelte van het traject op zee strekt zich uit tussen de haven van Zeebrugge en de Westerscheldemonding (ter hoogte van Breskens en Vlissingen). Het Beheer- en Exploitatieteam van de Schelderadarketen stelde voor een periode van een jaar trajectgegevens van de Deseo ter beschikking. Deze gegevens omvatten meer bepaald datum, tijdstip, lengtegraad, breedtegraad, scheepssnelheid V, giersnelheid r en de koershoek ψ. Aangezien er (60 Lotte De Couvreur Tim Vercruysse

5) *

*

· 24 ;: · 365

;:>) ?::9

525 600 minuten in een niet-schrikkeljaar zitten,


gaat het over een lijvig Excel-bestand [15]. Enig handig programmeerwerk was dus geboden om er een aantal bruikbare gegevens uit te kunnen destilleren. Het aantal zeereizen per jaar wordt geteld aan de hand van het aantal keer dat de Deseo over de meridiaan van 3.40°OL vaart. Analoog wordt de grens tussen de zee en de Westerschelde op 3.55°OL gelegd. Voor het binnen- en buitenvaren van de haven van Zeebrugge volstaat het niet om na te gaan wanneer het schip de meridiaan van 3.20°OL overschrijdt. Dit gebeurt immers ook als het schip in de haven zelf rondvaart. Een extra voorwaarde bestaat erin dat de kruising van de meridiaan van 3.20°OL dient plaats te vinden ten noorden van 51.363°NB. Dit komt erop neer dat het schip zich dan in zee bevindt en niet meer binnen de havendammen. De breedtecirkel en de twee meridianen zijn aangeduid op Figuur 4. Voor de beschouwde periode van oktober 2009 tot en met september 2010 leidt men uit de trajectgegevens de waarden af die zijn weergegeven in Tabel 2:

totale reistijd op zee van Antwerpen naar Zeebrugge gedurende 1 jaar 186h25min totale reistijd op zee van Zeebrugge naar Antwerpen gedurende 1 jaar 197h49min totale reistijd op zee gedurende 1 jaar

384h14min

Tabel 2: totale reistijden op zee gedurende 1 jaar

De totale tijd per jaar waarin de Deseo blootgesteld wordt aan zeecondities bedraagt slechts 384 uur en 14 minuten, of net iets meer dan 16 etmalen. Uit de gegevens van Schelderadar is het ook mogelijk om het aantal zeevaarten te tellen. Uit de Excel-file [15] blijkt dat er gedurende de beschouwde periode van een jaar 256 zeevaarten plaatsvonden. Delen van Tabel 2 door 256 levert de gemiddelde gegevens van Tabel 3:

gemiddelde reistijd op zee van Antwerpen naar Zeebrugge

1h27min

gemiddelde reistijd op zee van Zeebrugge naar Antwerpen

1h33min

gemiddelde reistijd op zee per vaart

1h30min

Tabel 3: gemiddelde reistijden op zee

De vaarten op zee van Zeebrugge naar Antwerpen duren gemiddeld 6 minuten langer.



2.4 Snelheid 2.4.1 Snelheid over de grond SOG 2.4.1.1 Verdeling van de snelheden De snelheid die door de Schelderadarketen gegeven wordt, is de SOG ofwel de snelheid over de grond. Deze meet men t.o.v. een vast assenstelsel dat bijvoorbeeld in Zeebrugge met het land verbonden is. Via de coördinaten van het traject van de Deseo kan men met behulp van Google Earth de afstand van de zeereis afschatten. De afstand langs het traject tussen het kruisen van 3.20°OL en 3.55°OL bedraagt 25.0km. De gemiddelde snelheid over de grond van Zeebrugge naar de Westerscheldemonding bedraagt dan: @ABCD

25.0EF 1000F 1G 25000F F 1EJ · · 4.49 · 8.7EJ 1.545G 1EF 3600H 5562H H 0.514 F H

De gemiddelde snelheid over de grond van de Westerscheldemonding naar Zeebrugge is: @ABDC

25.0EF 1000F 1G 25000F F 1EJ · · 4.77 · 9.3EJ 1.456G 1EF 3600H 5242H H 0.514 F H

Aan de hand van de trajectgegevens kan men de verdeling van de snelheden over het zeetraject uitzetten. Hiervoor worden de vaarten, die in de trajectgegevens aanwezig zijn, gesorteerd in twee groepen. De eerste groep bestaat uit de vaarten van Zeebrugge naar Antwerpen en de tweede groep bevat de vaarten in de omgekeerde zin. De snelheden van het zeetraject van deze vaarten worden per minuut in twee Excel-files [15] geplaatst, één voor elke groep. Voor de verdeling van alle snelheden worden deze opgedeeld in klassen met een intervalgrootte van 0.5kn. Deze verdeling is weergegeven in Grafiek 1 voor de vaarten van Zeebrugge naar de Westerscheldemonding en in Grafiek 2 voor de vaarten van de Westerscheldemonding naar Zeebrugge. In Tabel 4 worden de statistische karakteristieken weergegeven van deze verdeling.

gemiddelde (kn) standaardafwijking (kn) scheefheid kurtosis

ZeebruggeWesterschelde 8.70 1.97 0.27 -0.44

WesterscheldeZeebrugge 9.30 1.96 -0.61 0.20

Tabel 4: statistische karakteristieken van de verdeling van de snelheden over het zeetraject



0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

aantal snelheden (-)

1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

snelheid over de grond over het zeetraject (kn)

1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0


Grafiek 1: verdeling van de snelheden op het traject Zeebrugge-Westerschelde

snelheid over de grond over het zeetraject (kn)

Grafiek 2: verdeling van de snelheden op het traject Westerschelde-Zeebrugge

Vervolgens berekent men voor elke vaart afzonderlijk de gemiddelde snelheid. Van deze gemiddelden wordt ook een histogram uitgezet. In Grafiek 3 is de verdeling van Zeebrugge naar de Westerscheldemonding weergegeven. Voor de omgekeerde richting is dit weergegeven in Grafiek 4. Tabel 5 vat de statistische karakteristieken van deze verdeling samen.





WesterscheldeZeebrugge 9.60 1.68 -0.36 -0.50

Tabel 5: statistische karakteristieken van de verdeling van de gemiddelde snelheden over het zeetraject

18


16 14 12 10 8 6 4 2 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

0

gemiddelde snelheid over de grond (kn)

Grafiek 3: verdeling van de gemiddelde snelheden op het traject Zeebrugge-Westerschelde

18


16 14 12 10 8 6 4 2 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

0

gemiddelde snelheid over de grond (kn)

Grafiek 4: verdeling van de gemiddelde snelheden op het traject Westerschelde-Zeebrugge



2.4.1.2 Waarnemingen van de verdelingen Men neemt waar dat zowel bij de verdeling van alle snelheden als bij de verdeling van de gemiddelde snelheden per vaart, de snelheden voor de vaarten van Zeebrugge naar de Westerscheldemonding kleiner zijn dan in de omgekeerde zin. De standaardafwijking van de verdeling van de gemiddelde snelheden is iets kleiner dan deze van de verdeling van alle snelheden. Daaruit kan men besluiten dat indien men enkel naar de gemiddelde snelheid van de vaarten kijkt men minder de uiteenlopende waarden zal terugvinden. Dat de histogrammen van de gemiddelde snelheden minder uitgesproken trends vertonen is te wijten aan het feit dat het aantal waarden in de steekproef een stuk lager ligt. Het histogram van Zeebrugge-Westerschelde is rechtsscheef. Dit wil zeggen dat de grootste massa links gelegen is van de mediaan. De vaarten Westerschelde-Zeebrugge zijn linksscheef verdeeld. Hieruit kan men opnieuw concluderen dat de vaarten Westerschelde-Zeebrugge hogere snelheden bevatten dan de andere richting. De kurtosis van Zeebrugge-Westerschelde is steeds negatief. Dit wil zeggen dat de pieken minder uitgesproken zijn en dat er meer uitgesproken staarten zijn. Hierdoor zijn de waarden meer verspreid. De kurtosis van de Westerschelde-Zeebrugge is voor de distributie van de gemiddelde snelheden ook negatief en heeft dus voorgaand beschreven karakter. Voor de andere verdeling is de kurtosis positief. Deze vertoont dus iets meer piekvorm en minder uitgesproken staarten.

2.4.1.3 Snelheid in functie van het traject Uit de trajectgegevens van september 2009 tot en met september 2010 kan men ook de snelheid over het traject bestuderen. Voor beide vaarrichtingen worden over het zeetraject verschillende posities gekozen. Per vaart wordt de bijhorende snelheid bij de coördinaten van die posities bepaald. [15] Vervolgens kan men uit alle vaarten voor een bepaald punt op het traject de minimale, maximale en gemiddelde snelheid berekenen die het schip er aangenomen heeft. Zo kan men de snelheid in functie van de afgelegde afstand over het zeetraject uitzetten. Voor de eerste groep is dit weergegeven in Grafiek 5 waarbij de afgelegde afstand begint te tellen vanaf het moment dat het schip voorbij 51.37°NB en 3.2°OL passeert. Voor de tweede groep is dit weergegeven in Grafiek 6. Hierbij komt 0km afgelegde afstand overeen met de positie 51.4°NB en 3.5°OL. Tot slot is ook telkens de snelheid van de snelste vaart afgebeeld.



snelheid (kn)

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

maximum van alle vaarten snelste vaart gemiddelde van alle vaarten minimum van alle vaarten

0 Zeebrugge

5

10

15

20

afgelegde afstand (km)

25 Westerschelde -monding

snelheid (kn)

Grafiek 5: snelheid in functie van de afgelegde afstand over het zeetraject Zeebrugge-Westerschelde

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

maximum van alle vaarten snelste vaart gemiddelde van alle vaarten minimum van alle vaarten

0 Westerschelde -monding

5

10

15

afgelegde afstand (km)

20

25 Zeebrugge

Grafiek 6: snelheid in functie van de afgelegde afstand over het zeetraject Westerschelde-Zeebrugge

2.4.1.4 Snelheid in functie van de significante golfhoogte Tot slot kan men ook de snelheid in functie van de significante golfhoogte uitzetten. Dit wordt gedaan voor de periode van september 2009 tot december 2009. De snelheden van het zeetraject voor zowel de vaarten Westerschelde-Zeebrugge als Zeebrugge-Westerschelde zijn weergegeven in Grafiek 7:



significante golfhoogte (m)

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0 4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

snelheid (kn)

Grafiek 7: significante golfhoogte in functie van de snelheid

De trendlijn in deze verspreide waarden toont aan dat hoge snelheden vaak voorkomen bij lage significante golfhoogtes en omgekeerd. Zo heeft de Deseo in de vermelde periode niet trager dan 6kn gevaren bij significante golfhoogtes onder de 0.75m. Snelheden boven de 11kn werden enkel aangenomen bij significante golfhoogtes lager dan 1.3m.

2.4.1.5 Conclusies Uit de voorgaande resultaten kan men besluiten dat het gelijkstellen van de snelheid van de Deseo aan 11kn voor de berekeningen een goede maatstaaf is. Men ziet duidelijk in de verdelingen dat veel van de snelheden links van de 11kn gelegen zijn. Op deze wijze worden de snelheden rechts van 11kn zeker en vast voldoende gecompenseerd. Bovendien komen de snelheden groter dan 11kn enkel voor op tijdstippen met significante golfhoogtes kleiner dan 1.3m 11kn nemen als scheepssnelheid tijdens simulaties is dus een ietwat conservatieve maar veilige aanname. Uit Grafiek 5 en Grafiek 6 kan men besluiten dat veel van de punten behorende tot de kromme ‘maximum van alle vaarten’ afkomstig zijn van de snelste vaart. Voor de vaart van Antwerpen naar Zeebrugge vond deze snelste vaart plaats op 19 september 2009. Voor de omgekeerde richting was dit op 24 september 2009.



Aan de hand van de golfgegevens [16] verkregen van het VLIZ kan worden nagegaan wat de waarde van de significante golfhoogte en de frequentie op de twee voorgaande tijdstippen bedroeg. Op 19 september (op het moment dat de Deseo het zeetraject aflegde) was er een gemiddelde golfhoogte van 0.41m en de gemiddelde frequentie bedroeg 0.28Hz. Op 24 september was de gemiddelde significante golfhoogte 0.47m en de gemiddelde frequentie bedroeg toen 0.32Hz. In hoofdstuk 6 zal men kunnen besluiten dat deze frequenties een verwaarloosbare

invloed

hebben

op

de

toegestane

significante

golfhoogte

voor

kansoverschrijding. De significante golfhoogtes waren tijdens de snelste vaarten ook zeer klein, zodat men opnieuw kan besluiten dat scheepssnelheden boven de 11kn niet in rekening moeten gebracht worden bij simulaties. Tot slot blijkt uit de trajectgegevens dat de gemiddelde SOG in de Westerschelde bijna 12kn bedraagt. Het feit dat de Deseo op zee een drietal knoop trager vaart, heeft verschillende redenen. Vooreerst ondervindt het schip een grotere weerstand van de golven. Elke beweging van het schip dat niet volgens de vaarrichting gebeurt, is uit oogpunt van efficiënt transport verlies. De windgolven induceren een stamp-, dompen slingerbeweging. Zo gaat er energie verloren door radiatie. Naast de gedwongen snelheidsvermindering zal de Deseo bij zwaarder weer op zee ook vrijwillig haar snelheid verminderen om brandstof te sparen. Door een snelheidsvermindering van 2 à 3 knoop verbruikt de Deseo slechts 200l brandstof per uur i.p.v. 400l brandstof per uur. Hoewel de duur van het traject hierdoor langer wordt, kan er globaal genomen dus een aanzienlijke hoeveelheid brandstof en dus geld bespaard worden.

2.4.2 Snelheid t.o.v. het water STW 2.4.2.1 Verdeling van de snelheden Naast de SOG is er nog een tweede manier om de snelheid uit te drukken, namelijk de STW of de snelheid t.o.v. het water. Deze relatieve snelheid tussen het schip en het water is bepalend voor de opstuwing van het water aan de boeg. Om de STW op een bepaald ogenblik te berekenen moet de stromingssnelheid en –richting van het water gekend zijn. De snelheid t.o.v. het water kan als volgt berekend worden: @M @AB @ · N$HO



Hierin is: •

STW de snelheid van het schip in de vaarrichting t.o.v. het water

•

SOG de snelheid van het schip over de grond

•

SC de snelheid van de stroming t.o.v. de grond

•

μC de hoek tussen SOG en SC

Deze grootheden worden verduidelijkt in Figuur 5.

Figuur 5: scheepssnelheid ten opzichte van het water

Voor de periode oktober 2010 tot en met januari 2011 zijn de stromingssnelheden en –richtingen van het water gekend. Vervolgens werden uit de trajectgegevens van de Deseo de vaarten geselecteerd voor dezelfde periode [17] en in verschillende Excel-bestanden [15] geplaatst. Aan de hand van de trajectgegevens en de gegevens van de Hydrografie kan men de snelheid t.o.v. het water berekenen. Van deze snelheden worden daarna de histogrammen opgesteld. De verdeling van de snelheden van de vaarten uit de bovenvermelde periode van Zeebrugge naar de Westerschelde is weergegeven in Grafiek 8 en voor de omgekeerde richting in Grafiek 9.



70

Aantal snelheden (-)

60 50 40 30 20 10

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

0

snelheid t.o.v. het water (kn)

Grafiek 8: snelheid t.o.v. het water voor de vaarten Zeebrugge-Westerschelde

70


60 50 40 30 20 10

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0

0

snelheid t.o.v. het water (kn)

Grafiek 9: snelheid t.o.v. het water voor de vaarten Westerschelde-Zeebrugge



In Tabel 6 worden de statistische parameters van de verdelingen opgesomd:



WesterscheldeZeebrugge 9.37 1.39 -1.07 3.11

Tabel 6: statistische parameters snelheid t.o.v. het water

2.4.2.2 Conclusies Uit de verdelingen en de statistische parameters zijn verschillende zaken af te leiden. Eerst en vooral is in Grafiek 9 zichtbaar dat er hoofdzakelijk afwijkingen zijn bij de lagere snelheden, wat voor de vaarten van Zeebrugge naar de Westerschelde niet het geval is. Dit zorgt voor een behoorlijk verschil tussen de statistische parameters van beide richtingen. Zo is de gemiddelde snelheid voor Zeebrugge-Westerschelde ditmaal hoger dan de gemiddelde snelheid voor het traject Westerschelde-Zeebrugge. De standaardafwijking voor de vaarten Westerschelde-Zeebrugge wordt ook sterk beïnvloed door de extreem lage waarden. Dat deze standaardafwijking vrij groot is in vergelijking met de omgekeerde richting is ook duidelijk te zien op de grafieken. De waarden in Grafiek 8 zijn in een veel nauwer interval verdeeld rond het gemiddelde dan de waarden in Grafiek 9. De verdeling voor Zeebrugge-Westerschelde is rechtsscheef. Dit betekent dat de meeste snelheden links van de mediaan gelegen zijn en dus eerder naar de lage kant neigen. Voor Westerschelde-Zeebrugge geldt de omgekeerde redenering aangezien deze linksscheef is. Indien men tot slot de waarden van de snelheid over de grond vergelijkt met de snelheden t.o.v. het water is het duidelijk dat deze laatste waarden in een nauwer interval gelegen zijn. Dit wijst erop dat de Deseo veeleerder bestuurd wordt met het oog op een constant brandstofverbruik, dan om een bepaalde snelheid t.o.v. de grond te halen.



3 Nauwkeurigheid van gegevens

3.1 Internetgegevens Er zijn verschillende websites en databanken die via het internet te raadplegen zijn. Deze paragraaf geeft een bondig overzicht van wat er op iedere site te vinden is.

3.1.1 Meetnet Vlaamse Banken Op de website van Meetnet Vlaamse Banken2 zijn gegevens af te lezen voor de Belgische Noordzee. Het betreft golf-, getij-, stroming- ,wind- en meteodata. De metingen zijn in realtime weergegeven, maar kunnen ook gedetailleerd voor de laatste maand geraadpleegd worden. Op de site zijn eveneens maandrapporten van de voorbije 5 jaar beschikbaar. Meer info is te bekomen door te mailen naar [email protected].

3.1.2 Vlaamse hydrografie De belangrijkste site die verwant is met Meetnet Vlaamse Banken is de site van de Vlaamse Hydrografie3. Op deze site zijn o.a. ook getijtafels en zeekaarten te raadplegen.

3.1.3 Vlaams Instituut voor de Zee Op de site van het VLIZ4 staat een overzicht van een groot aantal maritieme databanken. Na inloggen5, kan je een groot aantal grafieken met tijdstip (tot 10 jaar terug), parameter en meetboei naar keuze laten genereren.

3.1.4 Beheerseenheid van het Mathematisch Model van de Noordzee Op de website van BMM6 kan men gegevens over de Belgische Noordzee en het Scheldeestuarium terugvinden van de laatste 30 jaar. Het betreft hier gegevens over wind, getijden, golven en stromingen. Daarnaast zijn ook kaarten en wetgeving te raadplegen. Voor bepaalde gegevens dient men een account aan te maken en in te loggen in de databank. Voorspellingen van

2

http://www.meetnetvlaamsebanken.be http://www.vlaamsehydrografie.be 4 http://www.vliz.be 5 http://www.vliz.be/vmdcdata/midas/MVBgraph.php 6 http://www.mumm.ac.be 3



wind, golven en oppervlaktestromingen zijn weergegeven voor de komende 4 dagen. Deze voorspellingsgegevens kan men raadplegen zonder in te loggen.

3.1.5 Rijkswaterstaat Naast de Vlaamse en de Belgische sites is er ook nog een Nederlanse site van de Rijkswaterstaat7. De website gaat over het Nederlandse grondgebied. Dit omvat o.a. het Nederlandse deel van de Noordzee en de Westerschelde. Naast actuele en historische waterdata zijn er ook getij-, hydroen meteovoorspellingen beschikbaar op aanvraag.

3.1.6 Andere websites Aan de site van Meetnet Vlaamse Banken zijn er naast de webstek van de Vlaamse hydrografie nog een aantal andere websites verbonden. Zo is er de site van het agentschap voor maritieme dienstverlening en kust8, die van het kustweerbericht9 en de afdeling kust10.

3.2 Significante golfhoogte voor Bol van Heist 3.2.1 Keuze van locatie Volgens Hoofdstuk 3 – golfklimaat van het KB [12] dient men de responsie van het schip te berekenen in golfcondities die als realistisch en representatief kunnen beschouwd worden voor het beperkte vaargebied. De meetlocatie die voor estuaire vaart tussen Zeebrugge en de Westerscheldemonding vooropgesteld wordt, is de Bol van Heist, een boei die de coördinaten 51°23’33”NB – 3°11’59”OL draagt. Dit is op ongeveer 3.25 km ten noorden van de oostelijke havendam van Zeebrugge. Deze boei is een goede keuze om verschillende redenen. Vooreerst ligt de boei verder in zee dan het traject dat de estuaire schepen afleggen. Als de responsie van het schip voldoet aan golfcondities van de Bol van Heist, dan zal het dus zeker voldoen aan de minder hevige golfcondities dichter bij kust. Een tweede reden is het feit dat de Bol van Heist een directionele waverider is. Zo zijn er niet alleen golfhoogtes en golfperiodes beschikbaar, maar ook de

7

http://www.rijkswaterstaat.nl/water/scheepvaartberichten_waterdata http://www.agentschapmdk.be 9 http://www.kustweerbericht.be 10 http://www.afdelingkust.be 8



stroomrichting en de stroomsnelheid worden bijgehouden. Directionele golfspectra laten ook toe de invloed van de richting op de responsie na te gaan. Dit gebeurt in paragraaf 6.1.

3.2.2 Voorspellingen De significante golfhoogte wordt voor vier dagen ver voorspeld op de Belgische site van de Beheerseenheid van het Mathematisch Model van de Noordzee en het Schelde-estuarium, kortweg BMM. [18] De tijdstippen op deze website zijn gegeven in UTC. Men heeft ook nog de website van het Meetnet Vlaamse Banken en van de Rijkswaterstraat. Op basis van de gegevens van één van voorgaande websites beslist de schipper of hij de volgende dag al dan niet uitvaart. Op basis van het actuele weerbericht beslist de schipper alsnog op het moment zelf of hij uitvaart. De waarden van de voorspellingen werden voor de maand november 2010 dagelijks bijgehouden, telkens voor de volgende 24h.

3.2.3 Metingen De metingen van de significante golfhoogte voor de Bol van Heist zijn terug te vinden op de website van het Meetnet Vlaamse Banken. [19] De tijdstippen worden uitgedrukt in de lokale tijd. Deze is voor Vlaanderen in de winter gelijk aan UTC+1 en in de zomer gelijk aan UTC+2.

3.2.4 Vergelijking tussen voorspellingen en metingen Het gebruik van de voorspellingen op de site van BMM als beslissingscriterium om al dan niet uit te varen is maar zinvol als de voorspellingen goed overeen blijken te komen met de metingen. Daarom wordt in deze paragraaf de vergelijking tussen beide gemaakt. De tabel met de voorspelde en de gemeten waarden samen met de absolute en de relatieve afwijking zijn terug te vinden op de dvd [15]. Deze gegevens zijn grafisch weergegeven in Grafiek 10, Grafiek 11 en Grafiek 12. De voorspelde gegevens zijn telkens bepaald voor de komende periode van 24h. De gemiddelde tijd tussen een voorspelling en een waarneming bedraagt dus 12h.



signigicante golfhoogte Hs (m)

2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

Voorspelling Meting

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

18

19

20

28

29

30


dag (november 2010) 2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

Voorspelling Meting

11

12

13

14

15

16

17


dag (november 2010) 2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00

Voorspelling Meting

21

22

23

24

25

26

27

dag (november 2010)

Grafiek 10: voorspelling en meting van de significante golfhoogte bij de Bol van Heist



HS,voorspeld - HS,gemeten (m)

0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 -0.70

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

18

19

20

28

29

30


dag (november 2010) 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 -0.70

11

12

13

14

15

16

17


dag (november 2010) 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 -0.10 -0.20 -0.30 -0.40 -0.50 -0.60 -0.70

21

22

23

24

25

26

27

dag (november 2010)

Grafiek 11: absolute afwijking tussen de voorspelde en de gemeten significante golfhoogte bij de Bol van Heist



(HS,voorspeld - HS,gemeten)/HS,gemeten (%)

160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

18

19

20

28

29

30


dag (november 2010) 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 11

12

13

14

15

16

17


dag (november 2010) 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 21

22

23

24

25

26

27

dag (november 2010)

Grafiek 12: relatieve afwijking tussen de voorspelde en de gemeten significante golfhoogte bij de Bol van Heist



3.2.5 Waarnemingen In Grafiek 10 ziet men dat de voorspelde significante golfhoogtes vrij goed de nadien gemeten significante golfhoogtes benaderen. Het valt ook op dat de curve van de voorspelde significante golfhoogte gelijkmatiger verloopt en minder extrema kent. Uit Grafiek 11 en de tabel op de dvd [15] blijkt dat het grootste absolute verschil tussen de voorspelde en de gemeten waarde zich voordeed op 14 november. Uit Grafiek 12 en de tabel op de dvd [15] volgt dat dit ook het moment is waarop het relatieve verschil maximaal was. De werkelijke significante golfhoogte werd met 0.68m of 48.3% onderschat. De significante golfhoogte bedroeg 1.41m wat op zich nog geen groot risico inhoudt. De kansen op groen water en versnellingen in bepaalde punten, slingerhoeken, verticaal buigende momenten en torsiemomenten in bepaalde secties, staan beschreven in paragraaf 4.7. De kansen zijn hierbij functie van de significante golfhoogte, de GM en de diepgang. De gevaarlijkste voorspelling vond plaats op 12 november. Een voorspelling van 1.64m voor de significante golfhoogte bleek in werkelijkheid 2.20m te bedragen. Dergelijke golven kunnen wel met enige waarschijnlijkheid voor ongewenste effecten zorgen zoals groen water. Er moet wel bij vermeld worden dat de voorspellingen al 12u lang meer dan 1.5m aangaven. In dat geval houdt men het actuele weerbericht nauwlettend in de gaten. De metingen tekenden gedurende 6u al boven de 2.0m zodat de Deseo in dergelijke omstandigheden niet zou vertrekken. De Deseo heeft op dit slechte weer geanticipeerd en is al in de nacht van 10 op 11 november 2010 uitgevaren om deze golven te vermijden. Het gevolg was wel dat de geplande meetvaart van 11 november niet kon doorgaan. De langverwachte meetvaart is uiteindelijk doorgegaan in de nacht van 14 op 15 maart 2011. Het is interessant om eens te kijken naar de gevolgen indien de Deseo toch zou uitvaren bij golven met een significante golfhoogte van 2.20m. In Tabel 7 zijn de parameters voor de berekeningen weergegeven voor het uitvaren onder zowel de voorspelde als de gemeten condities. T (m) voorspelde conditie 3.4 gemeten conditie 3.4

GM snelheid koers (m) (kn) (°) 5 11.4 260 5 11.4 260

significante golfgolfgolfhoogte (m) periode (s) richting (°) 1.64 4.42 52 2.20 4.81 52

Tabel 7: parameters voor Seaway voor het uitvaren onder voorspelde en gemeten condities



Aangezien het schip naar 260° vaart en de golven uit een richting van 52° komen, vallen de achteraankomende golven schuin in op stuurboord. Daar 0° voor Seaway de golfrichting van achteraankomende golven voorstelt moet de golfrichting op 260°-180°-52°=28° worden ingesteld. Zoals in hoofdstuk 4 beschreven staat is het meest kritische criterium groen water in de punten 187S en 187P met als coördinaten (93.5, 8.55, 6.58) respectievelijk (93.5, -8.55, 6.58) t.o.v. het scheepsvast assenstelsel. Deze punten zijn aangeduid op het algemeen plan van de Deseo dat terug te vinden is in Bijlage A. De onderstaande berekening hoort bij de gemeten conditie. Uit de output-file van Seaway blijkt de significante amplitude van de relatieve verticale beweging voor 187P gelijk is aan 0.68m.De significante piek-tot-piek-waarde is dus het dubbel van deze waarde. Zo geldt er analoog aan formule (II.18) [20]: 2 · 0.68F 4.0 · PF0 2 · 0.68F Q F0 R S 4.0

m0 is in dit geval de oppervlakte onder het responsiespectrum van de relatieve verticale verplaatsing van 187P. Aangezien T 2 · F0 vindt men:

2 · 0.68F 1 T 2 · F0 2 · R S · 0.68F 0.2312F² 4.0 2

De kans op groen water is volgens formule (III.125) [21] gelijk aan: UV1$WJ X%YW1Z W

[² 'R S \]

Hierin is: •

F de hoogte van het vrijboord op de beschouwde plaats. Deze is gelijk aan de z-coördinaat van het punt verminderd met de diepgang: ^ 5.68F 3.40F 2.28F

•

T de oppervlakte onder het responsieamplitudespectrum van de relatieve verticale verplaatsing van 187P. T is gelijk aan 0.2312F².

Hiermee is de kans op groen water in 187P per periode gelijk aan: UV1$WJ X%YW1Z_>9 _>95`;> W Lotte De Couvreur Tim Vercruysse

./² 'R S 0.

1.72 · 10'0


Uit de output-file van Seaway leest men nog af dat de periode van de relatieve verticale beweging 24.71s bedraagt. Tijdens een overtocht van anderhalf uur (zie paragraaf 2.3) zijn er dus a05)·

bc] def

g.h

218.5 periodes zodat de kans op groen water tijdens een vaart gelijk is aan UV1$WJ X%YW1Z_>9 i::9j 1.72 · 10'0 · 218.5 3.76 · 10'/

Voor 300 vaarten op een jaar en 20 jaar in de levensduur van het schip is de kans op groen water in 187P tijdens het leven van het schip UV1$WJ X%YW1Z_>9 k>i>);9 3.76 · 10'/ · 300 · 20 2.256 · 10'g Deze kans is vrij klein, dus het schip mag met een diepgang van 3.4m tocht uitvaren in dergelijke golven. Voert men dezelfde berekening uit bij een diepgang van 4.0m dan blijkt de kans op het overnemen van groen water in het punt 187P gelijk te zijn aan 9.3. Het Koninklijk Besluit [12] schrijft voor dat er hoogstens één keer in het leven van het schip groen water op het dek mag zijn. Uitvaren met een diepgang van 4.4m bij de gemeten golfconditie is dus onveilig.

3.2.6 Statistische berekeningen Uit statistische berekeningen bekomt men de in Tabel 8 weergegeven waarden:

gemiddelde (m) standaardafwijking (m) scheefheid kurtosis

HS,voorspeld 0.85 0.381 0.665 -0.370

HS,gemeten 0.80 0.417 0.826 0.244

Tabel 8: statistische parameters van de voorspelde en gemeten significante golfhoogte

Vooreerst ziet men dat de gemiddelde voorspelde significante golfhoogte 5cm groter is dan de gemiddelde gemeten significante golfhoogte. Dit impliceert dat er in het algoritme voor het berekenen van voorspellingen reeds een veiligheidsmarge ingebouwd is. Verder blijkt dat de standaardafwijking van de voorspellingen kleiner is dan de standaardafwijking van de gemeten significante golfhoogtes. De voorspelling blijft dus dichter rond het gemiddelde en kent minder extrema. Dit betekent wel dat men plots groter wordende golven slechts gedeeltelijk zal voorspellen.



De scheefheid is voor zowel de voorspelde als de gemeten waarden positief. Het zwaartepunt van de waarden ligt dus lager dan het gemiddelde. De verdeling van de gemeten significante golfhoogtes is rechtsschever en heeft dus meer lage waarden, wat opnieuw de ingecalculeerde veiligheidsmarge aantoont. Tot slot blijkt uit Tabel 8 dat de kurtosis van de voorspelde waarden positief is terwijl deze van de gemeten waarden negatief is. De verdeling van de voorspelde waarden kent dus een scherpere piek en een minder uitgesproken staart. Dit is ook te zien in Grafiek 13, waarbij de significante

aantal significante golfhoogtes in november 2010 (-)

golfhoogtes in klassen per 10cm zijn ingedeeld. 30 25 HS,voorspeld 20 HS,gemeten 15 10 5 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2

Hs є [Hs-0.05, Hs+0.05[ (m)

Grafiek 13: verdeling van de voorspelde en gemeten significante golfhoogtes in november 2010

3.2.7 Conclusies Men concludeert dat de voorspelling van de significante golfhoogte voor de Bol van Heist een betrouwbare bron is om te beslissen of een estuair schip al dan niet de overtocht tussen Zeebrugge en de Westerschelde mag maken. Aangezien er in de voorspelling reeds een kleine marge is ingecalculeerd, is het niet nodig om een bijkomende veiligheidsfactor te hanteren. Voorwaarde is wel dat men bij extreme golfcondities de voorspellingen en metingen op de voet volgt. De vergelijking tussen voorspellingen en metingen wordt bovendien ook maandelijks nagegaan, zodat het model voor de voorspellingen nog nauwkeuriger kan worden. Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


3.3 RAO’s van Deseo In de nacht van 14 op 15 maart 2011 hebben er metingen plaatsgevonden op de Deseo tijdens de vaart van Antwerpen naar Zeebrugge. Om de correctheid van de resultaten verkregen uit Seaway na te gaan, worden in deze paragraaf de meetresultaten vergeleken met de simulaties uit Seaway.

3.3.1 Seaway Om de resultaten uit Seaway te vergelijken met de meetresultaten worden de parameters voor Seaway zo goed mogelijk aan de werkelijkheid aangepast. Deze parameters worden in onderstaande paragraaf beschreven. Vervolgens geeft men ook de resultaten van Seaway weer.

3.3.1.1 Parameters Als eerste wordt de geometrie van het schip ingegeven door middel van een bestand met extensie .hul. Ook de trim en de diepgang worden ingegeven. Het schip lag gelijklastig en de diepgang bedroeg 2.00m. Dit is een zeer lage waarde doordat er met veel minder lading is uitgevaren dan voorzien was. De laadplannen van zowel de lading die gepland was alsook de lading waarmee effectief gevaren werd, zijn terug te vinden op de dvd [15]. Vervolgens kan men een ladingsverdeling ingeven. Hiervoor worden eerst langsscheepse coördinaten gekozen. Aan de hand van de gekende ladingsverdeling alsook de gekende vulling van de ballasttanks, brandstoftanks en drinkwatertanks wordt bepaald welke massa zich tussen deze langsscheepse coördinaten bevindt. [15] Voor elk van deze langsscheepse liggingen kan men met onderstaande formules dan de massa per eenheidslengte en de hoogte van het lokaal zwaartepunt boven de basis berekenen: F Fk:;5) Fl9:);j`m Fl:kk:j F;95)+n:j>9 Fk>>*5_ # # # # # #

Fk:;5) k:;5) Fl9:);j`m l9:);j`m Fl:kk:j l:kk:j F;95)+n:j>9 ;95)+n:j>9 Fk>>*5_ k>>*5_ o Fk:;5) Fl9:);j`m Fl:kk:j F;95)+n:j>9 Fk>>*5_ Hierbij is: •

m de totale massa aanwezig tussen twee langsscheepse coördinaten (ton)

•

mi de massa van product i gelegen tussen twee langsscheepse coördinaten (ton)

•

l de lengte tussen de twee langsscheepse coördinaten (m)

•

zG de hoogte van het lokaal zwaartepunt boven de kiel (m)

•

zi de hoogte van het zwaartepunt van product i boven de kiel (m) [22]



De traagheidsstraal voor slingeren stelt men gelijk aan: p 17.10F 4.275F 4 4 In Tabel 9 worden de massaverdeling en de hoogte van de lokale zwaartepunten weergegeven. Grafiek 14 stelt deze waarden grafisch voor. langscoördinaat t.o.v. APP (m) 0.0 16.5 16.5 33.0 33.0 58.5 58.5 84.0 84.0 94.0 94.0 100.0 100.0 110.0

massa per lengteeenheid (ton/m) 16.699 34.243 36.374 36.374 16.288 16.288 22.391 22.391 52.479 52.479 49.100 49.100 24.012 0.000

hoogte lokaal zwaartepunt (m) 2.70 2.70 3.43 3.43 3.92 3.92 4.28 4.28 4.12 4.12 2.12 2.12 2.70 2.70

traagheidsstraal (m) 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275 4.275

Tabel 9: ladingsverdeling van de Deseo voor de vaart op 14 maart 2011

Grafiek 14: massaverdeling weergegeven door Seaway voor de Deseo



Aangezien er een ladingsverdeling is ingegeven berekent Seaway zelf een KG-waarde. De bekomen KG waarde bedraagt 3.5m. Dit komt precies overeen met de waarde die uit het laadplan van de Deseo volgt. Dit plan is in Excel-formaat terug te vinden op de dvd [15] en geeft een GM van 9.74m aan. Deze zeer grote GM-waarde komt door de kleine diepgang van amper 2.00m. De volgende parameter die Seaway vraagt is de snelheid. Bij het evalueren van de metingen werkt men in het tijdsinterval tussen 00h45 en 00h50 omdat de Deseo dan op slechts enkele kilometers van de Bol van Heist passeerde. Om de vergelijking tussen Seaway en de metingen zo correct mogelijk te laten verlopen, zal men dan ook de snelheid ingeven die de Deseo op dat moment aanhield. De gemiddelde snelheid in dat tijdsinterval bedroeg precies 11.0kn. Voor de golfrichting t.o.v. het schip moet men eerst de richting van het schip nagaan. Deze heeft men verkregen van de Schelderadarketen [23] en bedroeg 246° voor het beschouwde tijdsinterval. Tevens moet men ook de richting kennen waaruit de golven kwamen. Deze zijn terug te vinden op de site van Meetnet Vlaamse Banken [19] en deze bedroeg 246°. Met beide gegevens berekent men dan dat de golf schuin inviel op het voorschip aan stuurboordzijde. Seaway hanteert 0° voor golven die op het achterschip invallen zodat de in te geven invalshoek 180°-(269°-246°=) 157° bedraagt. Vervolgens worden de slingerdempingsparameters en de kimkielen ingegeven. Nog een belangrijke parameter zijn de kritische punten. Als kritisch punt wordt het zwaartepunt gekozen. Seaway rekent de bewegingen al uit voor dit punt dus dit moet niet extra worden ingegeven. Voor de zeetoestand gebruikt men een Bretschneider-spectrum. Uit de gegevens van het Meetnet Vlaamse Banken vindt men dat de gemiddelde periode 4.0s en de significante golfhoogte 0.55m bedroegen tijdens de zeevaart. Seaway berekent op basis van een gekozen interval van golffrequentie met eenheid rad/s, een ‘calculated height and period’ voor de zeetoestand. De minimale golffrequentie wordt gekozen op 0.4 rad/s en de maximale op 3.2 rad/s. Tot slot worden ook de fysische constanten ingegeven. De waterdiepte stelt men gelijk aan 10m en de waterdichtheid aan 1.025ton/m3.

3.3.1.2 Output Uit Seaway verkrijgt men een outputfile. Hierin staan alle bewegingen van de vrijheidsgraden die gekozen werden bij de input. Voor de meetvaart werden de stampen slingerhoek opgemeten. In



Tabel 10 zijn deze hoeken met hun bijhorende periode en de bijhorende waarden van de zeetoestand weergegeven. golf significante hoogte (m) 0.55

gemiddelde periode (s) 4.0

slingerbeweging significante gemiddelde amplitude (°) periode (s) 0.27 2.22

stampbeweging significante gemiddelde amplitude (°) periode (s) 0.03 3.17

Tabel 10: resultaten uit Seaway voor slingeren en stampen na een simulatie van de meetvaart

De input- en outputfile van Seaway zijn terug te vinden op de dvd [15].

3.3.2 Metingen op het schip In Figuur 6 wordt het zeetraject getoond dat tijdens de meetvaart is afgelegd.

Figuur 6: zeetraject van de Deseo tijdens de meetvaart op 14 en 15 maart 2011 [14]

Tijdens deze meetvaart werden o.a. de slingeren stampbeweging geregistreerd. De meetwaarden werden nadien omgerekend naar een punt gelegen in het midden van het schip op de waterlijn. Doordat de samplefrequentie boven de 50Hz ligt, werd ervoor gekozen om enkel te kijken naar de slingeren stampbeweging in het tijdsinterval tussen 00h45 en 00h50. Van de beide bewegingen werden de extrema voor 50 opeenvolgende periodes in een tabel geschreven. Op basis van deze waarden kon men vervolgens de gemiddelde amplitude en de gemiddelde periode bereken. Deze zijn weergegeven in Tabel 11. slingerbeweging amplitude (°) periode (s) 0.54 5.13

stampbeweging amplitude (°) periode (s) 0.10 4.19

Tabel 11: gemiddelde meetresultaten voor slingeren en stampen tijdens de meetvaart



Uit de root-mean-square value van de gemeten slingeren stampamplitudes kan men analoog aan formule (II.18) [20] de significante waarden gaan berekenen. qr 4.0 · PF0 4.0 · Ps/8 √2 · Tv@w √2 · 0.637° 0.90° xr 4.0 · PF0 4.0 · Ps/8 √2 · Tv@y √2 · 0.113° 0.16°

3.3.3 Conclusies Uit een vergelijking van de significante slingeren stampamplitude bekomen uit de meetvaart en uit Seaway, blijkt dat de gesimuleerde resultaten niet goed overeenkomen met de resultaten uit de meetvaart. Tabel 10 en Tabel 11 tonen aan dat de gemiddelde slingeren stampperiodes wel nog enigszins overeenstemmen. De afwijkingen kunnen te wijten zijn aan het feit dat men niet gerekend heeft met een directioneel golfspectrum, daar dit niet voorhanden is voor het ogenblik van de meetvaart. Het golfspectrum werd bepaald aan de hand van de significante golfhoogte en de gemiddelde golfperiode en werd voor de simulaties vanuit een bepaalde richting op het schip losgelaten. Een kleine afwijking in de golfrichting kan echter voor een grote verandering van de slingeren stampamplitude zorgen en in mindere mate ook van de bijhorende periodes. Voor de verdere berekeningen in deze masterproef zal men dan ook steeds rekening houden met de richtingsspreiding van de golven. Dit kan dankzij de beschikbare directionele golfspectra van de Bol van Heist voor het jaar 1998. Tot slot kan men besluiten dat men niet aan de hand van één enkele meetvaart mag vaststellen of Seaway al dan niet correcte resultaten geeft. Hiervoor zouden nog meetvaarten moeten plaatsvinden in verschillende zeetoestanden. Verder kan de verificatie tussen Seaway en golfproeven op een scheepsmodel nuttig zijn om o.a. dempingsconstanten en gyratiestralen vrij precies te bepalen. Bij het afronden van deze masterproef waren deze golfproefgegevens echter nog niet beschikbaar. Vanaf de zomer van 2011 zal dit wel het geval zijn.

3.4 Boeggolf 3.4.1 Metingen op een model in de sleeptank In het Waterbouwkundig Laboratorium te Antwerpen-Borgerhout voeren medewerkers van UGent ondermeer modelproeven uit. In het voorjaar en de zomer van 2011 werden verschillende Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


meetproeven verricht op een ee model van de Deseo. Bijij het schrijven van deze masterproef waren opnames van het golfpatroon rond het scheepsmodel bij verschillende hillende snelheden al beschikbaar. Op de dvd [15] zijn vijf foto-opnames opnames van het golfpatroon terug te vinden, vinden telkens bij een andere snelheid.. Aan de hand van deze opnames wordt in deze paragraaf aragraaf de invloed van de scheepssnelheid op de hoogte van de boeggolf bestudeerd. bestudeerd Daarmee kan men de toeslag voor de boeggolf, die vermeld staat in het Koninklijk Besluit [12], herbekijken en indien mogelijk optimaliseren. De diepgang van de vijf opnames bedraagt 4.5m in werkelijkheid. Dit wil zeggen dat de diepgang van het model 0.18m bedroeg aangezien het model op schaal

gebouwd is. is Figuur 7 tot en met

Figuur 11 geven de opnames weer bij de verschillende snelheden.

Figuur 7:: modelproef op schaal 1/25 met T 0.18m en V 0.00m/s







De opnames zijn genomen in een verduisterde hal. hal. De enige verlichting komt van black lights die net als de camera met de sleepwagen en het scheepsmodel meebewegen. De carene van het model kreeg een fluorescerende coating, coating zodat de waterlijn duidelijk zichtbaar is op de foto’s. In de toekomst is het de bedoeling dat de computer de beelden kan verwerken. Voorlopig gebeurt de verwerking nog niet automatisch. Dankzij het aangebrachte grid kan men toch al vrij goed afstanden meten op uitvergrote afbeeldingen. Het midden van de laagste zichtbare horizontale oranje lijn ligt op 0.231m boven de kiel van het model. De vakken zijn 0.1m hoog en 0.2m lang. Hierbij wordt respectievelijk verticaal en volgens de langsscheepse as gemeten. De eerste opname uit Figuur 7 is genomen voor een snelheid van 0m/s. Het waterniveau vanaf de kiel ter hoogte van de boeg is dus gelijk aan de diepgang van 0.18m. Bij het bepalen van het waterniveau bij de andere snelheden neemt men men de eerste opname als referentie. In Tabel 12 staat voor iedere snelheid het niveau t.o.v. de kiel weergegeven alsook het waterniveau gemeten boven het et wateroppervlak in rust. rust modelsnelheid (m/s) 0.00 0.36 0.72 1.08 1.26

waterniveau boven de kiel boven het waterwater (m) oppervlak in rust (m) 0.180 0.000 0.187 0.007 0.217 0.037 0.263 0.083 0.287 0.107

Tabel 12: 12 waterniveau van de boeggolf in functie van de snelheid van het model

Om de waterniveaus te herschalen naar het werkelijke schip, mag men alle afstanden vermenigvuldigen met 25. De snelheid mag slechts met 5 vermenigvuldigd worden. Uit de gelijkvormigheidswet van Reech-Froude Reech [24], dit is de eis dat de verhouding van de traagheidskrachten en de gravitatiekrachten voor model en schip op ware grootte gelijk blijven, Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


volgt immers dat model en schip eenzelfde Froude-getal moeten hebben. De factor 5 volgt dan uit:

Q

^),*5_ ^),`;>k z*5_

PV · {*5_

z`;>k

PV · {`;>k

{*5_ ·z √25 · z`;>k 5 · z`;>k Q z*5_ | {`;>k `;>k

In Tabel 13 zijn de snelheden en de waterniveaus voor het schip op ware grootte weergegeven. scheepssnelheid (m/s)

(kn)

0.0 1.8 3.6 5.4 6.3

0.0 3.5 7.0 10.5 12.2

waterniveau boven de kiel boven het water(m) oppervlak in rust (m) 4.50 0.00 4.68 0.18 5.42 0.92 6.57 2.07 7.18 2.68

Tabel 13: waterniveau van de boeggolf bij verschillende snelheden van het schip

3.4.2 Optimalisatie boeggolftoeslag De waarschijnlijkheid dat water over het voordek of over de top van een dichte verschansing komt, wordt bepaald aan de hand van de relatieve verticale beweging van de boeg ten opzichte van het wateroppervlak. Bij deze berekening voorziet het KB [12] een toeslag . De eerste term

houdt rekening met dynamische effecten tengevolge van diffractie en radiatie. De tweede term brengt de boeggolf in rekening: 0.2 0.6

z 2V

Hierin is: •

z1 het waterniveau in m dat eens in de levensduur van het schip bereikt wordt

•

V de scheepssnelheid in

•

g de zwaartekrachtversnelling (9.81²)



Aan de hand van de sleepproeven kan de tweede term uit de formule geoptimaliseerd worden. In Tabel 14 worden daarom de waarden voor de boeggolftoeslag van de tweede term van de formule uit het KB [12] bij de verschillende snelheden weergegeven samen met de werkelijk opgemeten boeggolf. Deze waarden zijn in het rood en blauw geplot in Grafiek 15. V (m/s) 0.0 1.8 3.6 5.4 6.3

}. ~

(m)

0.00 0.10 0.40 0.89 1.21

werkelijke boeggolfhoogte (m) 0.00 0.18 0.92 2.07 2.68

boeggolfhoogte boven de waterlijn in rust (m)

Tabel 14: golftoeslag uit KB(tweede term) en werkelijke boeggolfhoogte in functie van scheepssnelheid bij een diepgang van 4.5m

3.0 werkelijke boeggolfhoogte nieuwe boeggolftoeslag

2.5

boeggolftoeslag volgens KB 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0

0.9

1.8

2.7

3.6

4.5

5.4

6.3

scheepssnelheid (m/s)

Grafiek 15: golftoeslag uit KB(enkel tweede term), nieuwe toeslag en werkelijke boeggolfhoogte in functie van scheepssnelheid bij een diepgang van 4.5m

Aan de hand van deze waarden kan men besluiten dat de boeggolftoeslag volgens het KB [12] lager ligt dan de werkelijke waarden. Op basis van de werkelijke boeggolf verbetert men de coëfficiënt van de tweede term in de formule voor de golftoeslag van het KB [12]. De verbeterde uitdrukking voor de golftoeslag is: 1.36 Lotte De Couvreur Tim Vercruysse

z 2V


De waarden bekomen met deze nieuwe tweede term zijn in Tabel 15 weergegeven en zijn in het groen uitgezet in Grafiek 15. Het is duidelijk dat deze nieuwe boeggolftoeslag de werkelijke waarden beter benadert. . ~

V (m/s) 0.0 1.8 3.6 5.4 6.3

0.00 0.22 0.90 2.02 2.75

(m)

werkelijke boeggolfhoogte (m) 0.00 0.18 0.92 2.07 2.68

Tabel 15: nieuwe boeggolftoeslag en werkelijke boeggolfhoogte in functie van scheepssnelheid bij een diepgang van 4.5m

De nieuwe uitdrukking voor de volledige toeslag wordt dan met de empirisch bepaalde tweede term: , JWX 0.2 1.36

z 2V

Om de getalwaarden van deze uitdrukking te berekenen, moet z1 gekend zijn. Dit is de waarde van de relatieve verticale beweging die eens per levensduur voorkomt. Aangezien het water eens per levensduur tot aan de verschansing van de boeg mag komen, geldt er: , JWX

Q 0.2 1.36 Q 1.2 9.00F 4.50F 1.36 Q


z² 2V

z

2 · 9.81

F H

1 z² · 4.50F 1.36 F 1.2 2 · 9.81 H²


, JWX is daarmee:

, JWX 0.2 1.36

Q , JWX Q , JWX

z 2V

0.2 z² z · 4.50F 1.36 1.36 F F 1.2 2 · 9.81 2 · 9.81 H² H²

0.2 0.2 z² z · 4.50F 1.36 1.36 F F 1.2 1.2 2 · 9.81 2 · 9.81 H² H² Q , JWX 0.75F

z

17.31

F H²

Deze waarden van de volledige toeslag zijn weergegeven in Tabel 16 alsook het waterniveau dat zich boven de kiel zou bevinden op basis van deze nieuwe formule. V (m/s) 0.0 1.8 3.6 5.4 6.3

δz,nieuw (m) 0.75 0.94 1.50 2.43 3.04

waterniveau boven de kiel (m) 5.25 5.44 6.00 6.93 7.54

Tabel 16: nieuwe volledige toeslag en waterniveau boven de kiel in functie van scheepssnelheid bij een diepgang van 4.5m

In Tabel 16 is zichtbaar dat het waterniveau boven de kiel op basis van de nieuwe formule redelijk hoog komt. Dit is te wijten aan het feit dat de Deseo met 17.10m een vrij breed estuair schip is. De grote hoeveelheid water die het schip tijdens de vaart moet wegduwen, zoekt zicht ondermeer in de hoogte een weg. Bij de hoogste snelheid zou het waterniveau volgens Tabel 16 al tot 1.46m onder de verschansing van het voordek komen. Met dit resultaat moet wel kritisch omgaan worden aangezien de proef uitgevoerd is bij een diepgang van 4.5m. Dit is groter dan wat de Deseo in de estuaire vaart mag hanteren. Bovendien volgt uit paragraaf 2.4 dat de snelheid van 6.3m/s of 12.25kn zelden wordt gehaald.



3.4.3 Conclusies Op basis van deze modelproeven kan men voor de Deseo met een diepgang van 4.5m besluiten dat de tweede term uit de formule van het Koninklijk Besluit [12] geen goede benadering is voor de boeggolfhoogte boven het wateroppervlak in rust. Een betere uitdrukking voor de boeggolftoeslag is in paragraaf 3.4.2 afgeleid en bedraagt: z , JWX 0.2 1.36 2V Om veralgemenend te stellen dat deze formule voor de Deseo steeds mag toegepast worden zijn er echter bezwaren. De formule is afgeleid uit slechts één enkele sleepproef waarbij enkel de parameter snelheid gevarieerd werd. Om een meer onderbouwde formule op te stellen zal men zeker ook de diepgang moeten variëren. Nu is de proef uitgevoerd bij een diepgang van 4.5m. De Deseo mag tijdens een zeereis nooit zo diep liggen, zodat de bovenstaande formule als een bovengrens kan beschouwd worden. Het effect van enkele andere parameters kan bij toekomstige sleepproeven eveneens onderzocht worden. Zo zullen de waterdiepte en de trim ook een effect hebben op de hoogte van de boeggolf.



4 Optimale combinaties van diepgang en golfhoogte

4.1 Doelstelling Om de estuaire schepen vaker te kunnen inzetten, zouden verscheidene uitbaters de diepgang graag afhankelijk zien van de golfcondities. In dit hoofdstuk wordt dan ook nagegaan welke combinaties van golfhoogte en diepgang gekozen moeten worden, zodat de veiligheid van het schip gegarandeerd blijft, terwijl er globaal meer vracht kan vervoerd worden. Dit is in zekere mate reeds gebeurd voor één en twee trappen. In onderstaande paragrafen wordt ook de invloed van de GM van naderbij bekeken, waardoor de systemen met één en twee trappen verfijnd worden. Daarnaast is er ook een optimale combinatie berekend voor drie trappen, eveneens met aandacht voor de invloed van de GM.

4.2 Vaste parameters Bij het gebruik van het zeegangsprogramma Seaway dient men als input heel wat parameters op te geven. Een aantal hiervan zijn constant voor alle gevallen die men wil onderzoeken. Deze vaste parameters staan in onderstaande paragrafen opgelijst.

4.2.1 Hull De geometrie van het schip Deseo wordt ingegeven door een bestand met de extensie .hul.

4.2.2 Scheepssnelheid V Het Koninklijk Besluit [12] legt een minimale scheepssnelheid ten opzichte van het water op van 13km/h (7.0kn). Zoals vermeld in paragraaf 2.4 vaart de Deseo met een gemiddelde snelheid ten opzichte van de grond van ongeveer 9kn. Uit het eindwerk rond Springingsverschijnsel bij Estuaire Vaart [12] is echter gebleken dat een snelheidsverhoging de springingsgevoeligheid in grote mate doet toenemen. Hogere snelheden zorgen dus voor meer trillingen. Aangezien men voor conservatieve berekeningen het schip beter vrij zwaar belast, kiest voor een vaste snelheid V van 11knoop. Dit is trouwens ook de snelheid die in voorgaande risicoanalyses gehanteerd werd en die in paragraaf 2.4 bekomen werd als goede waarde voor simulaties.



4.2.3 Kritische punten en secties 4.2.3.1 Kritische punten voor de relatieve verticale beweging De relatieve verticale beweging wordt berekend in 11 punten die weergegeven worden in Tabel 17. Het nummer uit de benaming van een punt komt overeen met het spantnummer. De letter geeft aan of het punt zich aan bakboord bevindt (P van portside), aan stuurboord (S van starboard), dan wel op het langssymmetrievlak (C van centre). De positie is bepaald door drie coördinaten: •

x : horizontale afstand vanaf spant 0, positief naar voor

•

y : laterale afstand vanaf verticaal langssymmetrievlak, positief naar bakboord

•

z : verticale afstand vanaf het vlak, positief boven kiel

De coördinaatassen zijn aangeduid op de vereenvoudigde scheepsvorm van Figuur 12:

Figuur 12: scheepsvast assenstelsel [26]

punt

x (m)

y (m)

z (m)

omschrijving positie

1P

0.75

6.80

8.33

hoek op achterdek

1S

0.75

-6.80

8.33

hoek op achterdek

33P

16.50

8.55

6.58

spant 33, achterste luikhoofd, 0.9 m boven hoofddek

33S

16.50

-8.55

6.58

spant 33, achterste luikhoofd, 0.9 m boven hoofddek

110P

55.00

8.55

6.58

spant 110, midscheeps, 0.9 m boven hoofddek (zijdelings)

110S

55.00

-8.55

6.58

spant 110, midscheeps, 0.9 m boven hoofddek (zijdelings)

187P

93.50

8.55

6.58

spant 187, voorsteven luikhoofd, 0.9 m boven hoofddek

187S

93.50

-8.55

6.58

spant 187, voorsteven luikhoofd, 0.9 m boven hoofddek

200P

100.00

7.10

8.55

spant 200, vooraan dek, bovenaan versteviging

200S

100.00

-7.10

8.55

spant 200, vooraan dek, bovenaan versteviging

219C

109.60

0.00

9.00

vooraan dek, bovenaan versteviging

Tabel 17: geselecteerde punten voor relatieve verticale beweging [27]



De punten uit Tabel 17 [27] zijn eveneens aangeduid op het general arrangement plan van het schip (zie Figuur 15 uit Bijlage A). Uit het rapport van 30 mei 2010 over mogelijke combinaties van diepgangen en significante golfhoogtes [27], blijkt dat het meest kritische criterium het overnemen van groen water in de punten 187P en 187S betreft. Dit criterium wordt dan ook van zeer nabij in deze punten gecontroleerd. De kans op het overnemen van groen water in de andere punten wordt in paragrafen 4.7.2, 4.7.3 en 4.7.4 nagegaan.

4.2.3.2 Kritische punten voor dwarsversnelling De punten in Tabel 18 worden gebruikt voor de berekening van de dwarsversnelling. Ook deze zwaartepunten zijn aangeduid op Figuur 15 van Bijlage A. punt

x (m)

y (m)

z (m)


25C

12.50

0.00

18.50

zwaartepunt telescopisch stuurhuis in hoogste positie

47C

23.41

0.00

12.28

zwaartepunt geladen 40 voet container op achterdek, 5e laag

99C

49.46

0.00

11.65

zwaartepunt geladen 40 voet container op hoofddek, 5e laag

124C

62.11

0.00

11.65

zwaartepunt geladen 40 voet container op hoofddek, 5e laag

175C

87.38

0.00

11.87

zwaartepunt geladen 40 voet container op voordek, 5e laag

193C

96.67

0.00

9.06

zwaartepunt geladen 20 voet container op voordek, 4e laag

Tabel 18: geselecteerde zwaartepunten voor dwarsversnelling [27]

De grootte van de laterale versnellingen in deze punten wordt in paragraaf 4.7.8 nagegaan.

4.2.3.3 Kritische secties voor verticaal buigende moment en torsiemoment De grootste verticaal buigende momenten en torsiemomenten treden op in de buurt van het middenschip. De grootte van de momenten wordt dan ook berekend in 5 secties die symmetrisch rond het middenschip liggen. Een overzicht van deze dwarssecties is weergegeven in Tabel 19: sectie Sec30

x (m) 30

omschrijving positie sectie 25m achter het middenschip

Sec50

50

sectie 5m achter het middenschip

Sec55

55

midscheepse sectie

Sec60

60

sectie 5m voor het middenschip

Sec80

80

sectie 25m voor het middenschip

Tabel 19: geselecteerde secties voor verticaal golfbuigende momenten en torsiemomenten [27]



De grootte van de momenten in deze secties worden in paragrafen 4.7.6 en 4.7.7 nagegaan.

4.2.4 Andere vaste parameters De waterdensiteit ρ voor het traject op zee is de massadichtheid van zout water. Deze bedraagt 1025kg/m³. De gravitatieversnelling bedraagt rond de 51e breedtegraad 9.81m/s². Gemiddeld genomen kan men voor de waterdiepte h 10m nemen. [28]

4.3 Variabele parameters Naast de vaste gegevens zijn er ook variabele parameters. Deze parameters staan in onderstaande paragrafen opgelijst. Er wordt telkens bij vermeld in welk bereik men ze laat variëren en met welke stapgrootte.

4.3.1 Parameters voor de bepaling van de RAO’s 4.3.1.1 Diepgang T Voor dit onderzoek bestaat het doel erin om te achterhalen bij welke combinatie van diepgang en significante golfhoogte een estuair schip nog veilig kan uitvaren. Hiervoor is het dus noodzakelijk dat men een groot bereik aan diepgangen analyseert die bovendien met een kleine stapgrootte variëren. Uit een analyse van de vaarten tussen november 2010 en februari 2011 blijkt dat de gemiddelde diepgang slechts 3.3m bedroeg. De diepgang ligt voor die periode steeds tussen 2.00m en 3.78m. Aangezien men vooral geïnteresseerd is om zo diep mogelijk te mogen afladen en omdat de kans op groen water toeneemt bij een grotere diepgang laat men voor het bepalen van de RAO’s T vrij grote waarden aannemen. De diepgang wordt gevarieerd van 3.0m tot 4.6m met een stapgrootte van 0.2m wat 9 mogelijke diepgangen oplevert. Voor de berekeningen met Seaway wordt gekozen om geen trim te voorzien. Het schip wordt immers zo veel mogelijk gelijklastig beladen. Indien men toch onder trim vaart is dit lichtjes in stuurlast zodat de schroeven zeker onder het wateroppervlak zitten.

4.3.1.2 GM Uit een analyse van de vaarten van de Deseo tussen november 2010 en februari 2011 blijkt dat de gemiddelde GM 5.3m bedroeg. In iets meer dan 90% van de gevallen ligt de GM tussen 3m en 7m. Aangezien een schip met een kleine GM minder stabiel is, laat men ze bij dit onderzoek variëren van 1m tot en met 7m met een interval van 1m, wat voor 7 verschillende waarden zorgt. Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


Grafiek 16 toont de combinaties van de diepgang T en de GM waaronder de Deseo tussen november 2010 en februari 2011 gevaren heeft. Deze werkelijk vastgestelde waarden zijn weergegeven met ronde zwarte stippen. De gesloten rode figuur geeft de theoretische grenzen aan. De bepaling van deze grenzen is in detail terug te vinden in Bijlage B. 4.5 4.0 3.5

T (m)

3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

GM (m)

Grafiek 16: combinaties van GM en T voor Deseo in de periode november 2010 – februari 2011

Uit Grafiek 16 valt onmiddellijk op dat de diepgang T en de GM gecorreleerd zijn. Als het schip zwaarder beladen wordt zal de diepgang toenemen. Het zwaartepunt G komt hoger te liggen en het metacentrum M komt lager te liggen waardoor de GM kleiner wordt, bij toenemende diepgang. Gedurende een vaart is de ligging van het zwaartepunt constant. De positie van M oscilleert wel rond een gemiddelde waarde. Zo neemt de GM van een schip een grotere waarde aan in een golftop dan in een golfdal. Dit fenomeen laat men echter buiten beschouwing zodat er vereenvoudigd mag aangenomen worden dat de GM gedurende een vaart constant blijft. Tot slot is nog te zien dat er heel wat vaarten geweest zijn met een diepgang gelegen rond 3.5m. De Deseo vaart dus vrij vaak met een diepgang die dicht tegen de maximale van 3.78m ligt.



4.3.1.3 KG In Seaway wordt ofwel de GM gevarieerd of de KG. Men kiest ervoor om GM te variëren en KG eruit te laten volgen.

4.3.1.4 Invalshoek μ De responsie van het schip is afhankelijke van de richting waaruit de golf komt. De invalshoek varieert men daarom van 0° tot 350° wat met een stapgrootte van 10° 36 verschillende invalshoeken oplevert.

4.3.2 Parameters voor de analyse van de responsie 4.3.2.1 Golfspectrum Met Seaway worden de RAO’s (Respons Amplitude Operators) van de Deseo berekend. Het is dus niet nodig om een golfspectrum op te geven. Om de responsies van het schip te kennen, worden de RAO’s in een latere stap wel vermenigvuldigd met de golfspectra van de Bol van Heist. Volgens hoofdstuk 3 van het KB [12] dienen de responsies van het schip immers berekend te worden in golfcondities die als realistisch en representatief kunnen worden beschouwd voor het beperkte vaargebied. De responsies moeten hierbij bepaald worden aan de hand van alle spectra die waargenomen zijn tijdens een periode van één jaar. In dit onderzoek rekent men met de directionele golfspectra van 1998. Gedurende dit jaar variëren de significante golfhoogte en de golffrequentie uiteraard wel. De spectra van een heel jaar worden in klassen ingedeeld met stapgrootte van 0.01 m voor de significante golfhoogte. De golfperiode laat men variëren in het interval 0.005Hz tot 0.5Hz met een stapgrootte van 0.005Hz wat 100 verschillende golffrequenties oplevert. Een voorbeeld van de verdeling waarin bepaalde combinaties van significante golfhoogte en golfperiode optreden is weergegeven in Tabel 20. Hierin is te zien dat er slechts 8 combinaties zijn die meer dan 2% kans van voorkomen hebben. Deze zijn omkaderd in de tabel.



Tabel 20: verdeling P (%) van combinaties van significante golfhoogte HS (m) en gemiddelde golfperiode GTZ (s) voor de Bol van Heist in december 2010 [29]

4.4 Methode en berekeningen 4.4.1 Stap 1: Genereren van input- en runfiles In een eerste stap maakt men input- en runfiles aan. Wegens de veelheid aan parameters die gevarieerd moeten worden, heeft men dit zoveel mogelijk trachten te automatiseren. De phpbroncode voor het genereren van deze files is terug te vinden op de dvd [15]. Een voorbeeld van een inputfile en een runfile zijn er eveneens op terug te vinden. De keuze van de parameters staat uitvoerig beschreven in paragrafen 4.2 en 4.3.De belangrijkste zijn de diepgang T, die men liet variëren van 3.0m tot en met 4.6m in stappen van 0.2m, en de GM die per meter liep van 1m tot en met 7m. Dit levert (9x7=)63 verschillende gevallen. Daarnaast moesten het frequentie- en richtingsbereik elk in twee verdeeld worden, omdat Seaway geen te grote inputfiles kan lezen en verwerken. Dat levert voor elk van de gevallen nog eens 4 subgevallen op. De naam van de bestanden mocht niet langer zijn dan 8 karakters. Om toch het onderscheid tussen de verschillende gevallen en subgevallen in de naam al duidelijk te maken werd gekozen voor volgende naamgeving: G3T34HP. De eerste twee karakters staan voor een GM van 3m. De Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


volgende drie karakters staan voor een diepgang T van 3.4m. Het voorlaatste karakter duidt het gedeelte van het frequentiebereik aan. L staat voor de laagste 50 frequenties, H voor de hoogste. Het laatste karakter ten slotte duidt de richting aan. P staat voor 0° tot 180°, N voor 180° tot 360° (of -180° tot 0°).

4.4.2 Stap 2: Seaway uitvoeren Seaway verwerkte de inputfiles en gaf o.a. outputfiles als resultaat terug. Aangezien de golfamplitude bij elke inputfile op 1m vastgelegd is, zijn de responsies meteen ook de RAO’s of Response Amplitude Operators.

4.4.3 Stap 3: Verwerking van Seaway-outputbestanden Met verschillende programma’s van prof. Vantorre kunnen bewegingspuntbestanden opgesteld worden. Elk programma berekent een bepaalde grootheid zoals de relatieve verticale beweging, het verticaal en horizontaal buigend moment, het torsiemoment, de laterale versnelling en de amplitude van slingeren, stampen en dompen. Groepering van de bestanden om terug het volledige fequentie- en richtingsbereik te bestrijken, gebeurt met nog andere programma’s. Op de dvd [15] staat een handleiding voor het verwerken van Seaway-outputbestanden. Hierin staat onder andere beschreven hoe men met behulp van een batchfile stap 3 in één keer kan uitvoeren. Op de dvd [15] staan eveneens de gebruikte programma’s en een voorbeeld van een batchfile.

4.4.4 Stap 4: Berekening van afgeleide grootheden uit responsiespectra Voor elk van de 63 combinaties GM’s en diepgangen, worden een jaar lang overtochten tussen de Westerscheldemonding en de haven van Zeebrugge gesimuleerd in beide richtingen. Voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde is de vaarrichting 70° t.o.v. het noorden, voor de omgekeerde vaart bedraagt deze 250°. Als input moet men echter de richting opgeven waaruit het schip komt. Het resultaat van de simulatie zijn 24 responsiegegevensbestanden per combinatie. De simulatie gebeurde aan de hand van de golfgegevens van de Bol van Heist uit 1998. De totale rekentijd bedroeg meer dan 120 uur. Gelukkig konden er een 20-tal computers tegelijk ingezet worden. Hiervoor dienden de directionele spectra naar alle computers gekopieerd te worden. Voor elke computer werden ook afzonderlijke batchfiles geschreven. Een voorbeeld van een dergelijke file is terug te vinden op de dvd [15].



4.4.5 Stap 5: Berekening van overschrijdingskansen 4.4.5.1 Kritische waarden Men is voornamelijk geïnteresseerd in de overschrijdingskans van het overnemen van groen water in de punten 187P en 187S. Dit bleek volgens de studie naar de optimale combinatie van golfhoogte en diepgang in 2 trappen [27] immers het meest kritische criterium te zijn. In hetzelfde document staat op pagina 7 beschreven hoe hoog het zeewater ter hoogte van deze punten mag komen: “De kans dat het waterniveau een referentieniveau overstijgt mag niet groter zijn dan eens in zijn leven. In het geval van schepen met een open dek is dit referentieniveau gedefinieerd als het minimum van de volgende twee niveaus: - 0.90m boven het dek in de zij; - de afstand boven de waterlijn die gelijk is aan 80% van de afstand tussen de waterlijn en de coaming..” Volgens het Koninklijk Besluit [12] moet men voor overschrijdingskansen rekenen met 300 vaarten per jaar en met een levensduur van 20 jaar. De kans dat een gebeurtenis zich een keer in

de levensloop van het schip voordoet, komt dus overeen met een kans van 0·00 1.67 · 10'g.

Het eerste niveau is ten opzichte van het vlak gelijk aan 5.68m+0.90m = 6.58m. Dit verklaart ook meteen waarom de punten 187P en 187S als hoogte z=6.58m dragen. Om de kritische waarde te kennen ten opzichte van het water, moet men 6.58m nog verminderen met de diepgang. Dit is berekend in de tweede kolom van Tabel 21. Het tweede niveau is gelijk aan 80% van het verschil tussen 6.58m en de diepgang. Dit staat voor verschillende diepgangen berekend in de derde kolom van Tabel 21. De kritische waarde is nu het minimum van de tweede en de derde kolom. Dit blijkt telkens gelijk te zijn aan de waarde van het eerste niveau.



diepgang 0.90m boven dek T (m) diepgang T (m) 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6

0.80 x (top hatch cover - diepgang T) (m)

kritische waarde (m)

3.74 3.58 3.42 3.26 3.10 2.94 2.78 2.62 2.46

3.58 3.38 3.18 2.98 2.78 2.58 2.38 2.18 1.98

3.58 3.38 3.18 2.98 2.78 2.58 2.38 2.18 1.98

Tabel 21: kritische waarden in functie van de diepgang

4.4.5.2 Overschrijdingskansen Met behulp van de programma’s MND_RPV en JR_RESP van prof. Vantorre kan men de 24 responsiegegevensbestanden van een combinatie omrekenen en groeperen naar een overschrijdingskansenbestand. Hierbij moet men naast de opgave van de kritische waarde ook telkens de afstand (16 zeemijl), de snelheid (11 knoop) en het aantal kritische punten opgeven. Het is dan ook telkens het meest kritische van beide punten die in rekening wordt genomen. De kritische significante golfhoogte, dit is de golfhoogte waarbij de overschrijdingskans net kleiner is dan 1.67 · 10'g , kan men berekenen met Excel. Een macro van de hand van Prof. Vantorre

maakt het bovendien mogelijk om ook de overschrijdingskansen bij bepaalde golfhoogtes af te lezen. De bekomen 63 Excel-files zijn terug te vinden op de dvd [15].

4.4.6 Stap 6: Bepalen van optimale combinatie Nu de overschrijdingskansen van het meest kritische criterium gekend zijn in functie van de diepgang, de GM en de significante golfhoogte, kunnen veilige combinaties opgesteld worden. Dit gebeurt in onderstaande paragrafen voor 1, 2 en 3 trappen. Van de veilige situaties gaat men telkens na welke combinatie voor een maximale vervoerscapaciteit zorgt.

4.4.6.1 Systeem met 1 trap Bij elk van de 63 combinaties van diepgang en GM hoort een kritische significante golfhoogte. Deze zijn weergegeven in Tabel 22 en Grafiek 17.



GM (m)

diepgang T (m)

Hs,max (m)

1.0 2.48 2.34 2.19 2.04 1.88 1.71 1.57 1.45 1.27

3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6

2.0 2.48 2.32 2.18 2.03 1.84 1.69 1.54 1.42 1.24

3.0 2.41 2.27 2.12 1.95 1.78 1.61 1.50 1.37 1.17

4.0 2.30 2.17 2.01 1.82 1.68 1.53 1.42 1.27 1.09

5.0 2.20 2.07 1.88 1.71 1.58 1.46 1.33 1.19 1.01

6.0 2.12 1.96 1.77 1.63 1.52 1.41 1.29 1.16 0.99

7.0 2.07 1.88 1.72 1.59 1.50 1.39 1.26 1.15 0.99

Tabel 22: maximale significante golfhoogtes in functie van diepgang en GM

2.5

2.0

Hs,max (m)

T (m) 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6

1.5

1.0

0.5

0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 17: maximale significante golfhoogtes in functie van diepgang en GM

Er is duidelijk te zien dat de toegelaten significante golfhoogte afneemt met toenemende diepgang. Dit is logisch aangezien een grotere diepgang ervoor zorgt dat de waterlijn dichter bij het dek komt te liggen, waardoor de kans op het overnemen van groen water stijgt. De GM heeft ook een invloed op de toegelaten significante golfhoogte. Een grotere GM betekent een stabieler schip, maar dit vergroot ook de slingerfrequentie. De frequentie van de gedempte



slingerbeweging wordt volgens formule (IV.23) van de cursus Manoeuvreer- en Zeegangsgedrag van Maritieme Constructies [30] gegeven door: w

w 1 ∆ · Bv p · | 2 2 4 ·

Hierin is: • •

∆ het gewichtsdeplacement van het schip

B de dempingscoëfficiënt van de slingerbeweging

het totaal polair massatraagheidsmoment om de x-as

•

Uit de formule volgt dat bij een grotere GM de slingerfrequentie toeneemt. De kritische punten zullen voor een zelfde reisduur dus vaker op en neer gaan. Bij elke nu vaker optredende neerwaartse beweging vormen ze een potentieel risico voor het overnemen van groen water. Een belangrijkere oorzaak van het stijgende risico bij toenemende GM is het feit dat de natuurlijke slingerfrequentie dichter bij de ontmoetingsfrequentie komt te liggen. Dit heeft tot gevolg dat bij grotere waarden van GM de slingeramplitude beduidend groter wordt, wat voor een groter risico op het overnemen van groen water zorgt. Deze bewering wordt gestaafd met berekeningen en resultaten in Bijlage C. Bekijkt men nu alle mogelijke combinaties met een GM van 3m. Bij elke diepgang T hoort een maximale significante golfhoogte waarbij veilig gevaren kan worden. Voor elk van deze mogelijkheden berekent men de maximaal haalbare gemiddelde lading per dag als volgt: F%F%%# G%%#%1W VWF&&W#&W #%&JV W1 &%V

· #%&JV j`j

Hierin is: •

N1 het aantal periodes van een half uur in het jaar 1998 waarbij de gemeten significante golfhoogte voor de Bol van Heist kleiner of gelijk is aan Hs1. Het verband tussen N1 en Hs1 is weergegeven in Tabel 23.

•

Ntot is het totaal aantal periodes van een half uur die de Bol van Heist registreerde in 1998 en is gelijk aan 27 714. De verhouding

!"!

komt dus overeen met de fractie van de

golfcondities waarbij uitgevaren mag worden.



Hs1 (m) 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0

N1 (-) 23 032 23 846 24 478 25 062 25 626 26 040 26 358 26 580 26 730

N1/Ntot (-) 0.8311 0.8604 0.8832 0.9043 0.9247 0.9396 0.9511 0.9591 0.9645

Tabel 23: absoluut en relatief aantal nuttige meetintervallen in functie van de maximale significante golfhoogte

•

De factor lading(T1) ten slotte is de hoeveelheid lading en ballast uitgedrukt in ton die het schip bij een diepgang T1 kan meenemen. De berekening van deze waarden is weergegeven in Tabel 24. Het deplacement in zeewater is af te lezen voor een gelijklastig schip uit de carenetabellen van het stabiliteitsboek [31] van de Deseo. De waarde voor een diepgang van 4.6m is hierbij geëxtrapoleerd. Om de hoeveelheid lading en ballast te kennen, wordt van het deplacement in zeewater de massa van een leeg schip met 50% voorraden afgetrokken. Volgens de stabiliteitshandleiding [22] komt dit neer op 1 745ton. diepgang T (m) deplacement in zeewater (ton) lading en ballast (ton) 3.0 4 734.73 2 990.10 3.2 5 087.76 3 343.13 3.4 5 442.29 3 697.66 3.6 5 798.12 4 053.49 3.8 6 155.15 4 410.52 4.0 6 513.28 4 768.65 4.2 6 872.43 5 127.80 4.4 7 232.56 5 487.93 4.6 7 593.60 5 848.97 Tabel 24: lading en ballast in functie van de diepgang

Met de waarden uit Tabel 23 en Tabel 24 kan men nu de maximaal haalbare gemiddelde dagelijkse lading gaan berekenen. Voor elk punt uit Tabel 22 met een GM van 3m zijn de resultaten weergegeven in Tabel 25 en Grafiek 18.



T1 (m) 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6

lading (ton) 2 990.10 3 343.13 3 697.66 4 053.49 4 410.52 4 768.65 5 127.80 5 487.93 5 848.97

HS1 (m)

N1 (-)

2.41 2.27 2.12 1.95 1.78 1.61 1.50 1.37 1.17

27 256 27 092 26 902 26 652 26 312 25 678 25 062 24 286 22 738

max. gem. lading (ton) 2 940.69 3 268.10 3 589.32 3 898.16 4 187.40 4 418.32 4 637.11 4 809.12 4 798.80

maximaal haalbare gemiddelde lading per dag (ton)

Tabel 25: maximaal haalbare gemiddelde lading per dag in functie van de diepgang T1 en de bijhorende significante golfhoogte HS1

5000 4800 4600 4400 4200 4000 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 3.0

3.2

3.4

3.6

3.8

4.0

4.2

4.4

4.6

diepgang T1 (m)

Grafiek 18: maximaal haalbare gemiddelde lading per dag in functie van de diepgang T1

Met toenemende diepgang neemt de lading per vaart toe. De toegelaten significante golfhoogte neemt echter af, waardoor het aantal dagen waarop gevaren kan worden ook daalt. Deze tegenstrijdige factoren zorgen voor een optimum bij een diepgang T1 van 4.4m en een bijhorende significante golfhoogte HS1 van 1.37m. De maximaal haalbare gemiddelde lading per dag bedraagt in dit geval: F%F%%# G%%#%1W VWF&&W#&W #%&JV W1 &%V

24 286 · 5 487.93 Y$J }. 27 714

Dat is al 4 809.12 Y$J 4 187.40 Y$J 621.72 Y$J meer dan de huidige regelgeving waarbij

men tot een significante golfhoogte van 1.75m mag varen. Bij de berekening van dit verschil gaat Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


men benaderd uit van een significante golfhoogte tot 1.78m en de bijhorende veilige diepgang van 3.8m. Deze gegevens zijn reeds berekend in Tabel 25. Met de vetgedrukte waarden voor T1 en HS1 mag men slechts

!"!

g /

h hg 87.63% van de tijd

uitvaren. Dit betekent dat men 365 · 100% 87.63% 45 dagen op een jaar gedwongen zal

worden om in veiliger oorden op een kalmere zee te wachten. De subsidieregeling vereiste een toegestane significante golfhoogte van minstens 1.7m om de downtime tot een minimum te beperken. Bovendien is de maximaal haalbare gemiddelde lading per dag van 4 809.12ton aan de lage kant. Er is dus om verschillende redenen nood aan een oplossing met meerdere trappen.

4.4.6.2 Systeem met 2 trappen Bij een systeem in twee trappen mag het schip met een grote diepgang T1 varen, zolang de significante golfhoogte kleiner blijft dan de waarde HS1. Bij een significante golfhoogte tussen HS1 en HS2 (>HS1), mag men slechts onder een diepgang T2 (
∑5 `); r5 , ∑5

`); r5 ,

· r , · r , · r ,

r ,

· r , r ,

Voor een bepaalde GM en voor een bepaalde combinatie van twee diepgangen, kan men in Excel nagaan, welke bijhorende significante golfhoogtes nog voor een veilige combinatie zorgen. Een voorbeeld is weergegeven in Tabel 26:



GM=3m T1=4.4m N1 26580 26358 26040 25626 25062 24478 23846 23032

T2=3.8m N2 Pcum Pcum 4.46E-02 2.53E-02 1.27E-02 5.21E-03 1.32E-03 2.48E-04 5.20E-05 6.86E-06

HS1=1.9m HS1=1.8m HS1=1.7m HS1=1.6m HS1=1.5m HS1=1.4m HS1=1.3m HS1=1.2m

26580 5.23E-04 HS2=1.9m 4.46E-02 2.54E-02 1.30E-02 5.54E-03 1.77E-03 7.51E-04 5.70E-04 5.29E-04

26358 1.99E-04 HS2=1.8m

26040 5.94E-05 HS2=1.7m

25626 1.43E-05 HS2=1.6m

25062 1.56E-06 HS2=1.5m

24478 1.16E-07 HS2=1.4m

23846 7.90E-09 HS2=1.3m

23032 2.73E-10 HS2=1.2m

2.53E-02 1.27E-02 5.25E-03 1.45E-03 4.29E-04 2.46E-04 2.05E-04

1.27E-02 5.18E-03 1.33E-03 2.92E-04 1.07E-04 6.55E-05

5.21E-03 1.30E-03 2.51E-04 6.27E-05 2.04E-05

1.32E-03 2.43E-04 5.10E-05 7.87E-06

2.48E-04 5.08E-05 6.57E-06

5.20E-05 6.64E-06

6.86E-06

Tabel 26: optimale combinatie voor 2 trappen

De geelgekleurde cellen zijn niet relevant. Ze voldoen immers niet aan de voorwaarde HS1
Men is op zoek naar de situatie met zo groot mogelijke significante golfhoogtes die toch een gemiddelde cumulatieve overschrijdingskans heeft kleiner dan 1.67 · 10'g. Praktisch is dit de

groen cel die het meest linksboven gelegen is in de tabel.

Tabellen zoals Tabel 26 zijn opgesteld voor GM van 1m tot en met 7m in stappen van 1m, voor diepgangen T1 en T2 van 3.0m tot en met 4.6m in stappen van 0.2m (telkens met T1>T2) en voor significante golfhoogtes HS van 1.2m tot en met 2.0m in stappen van 0.1m. Al deze tabellen zijn terug te vinden in de Excel-file 2 trappen op de dvd [15]. Voor de situatie van Tabel 26 met GM=3m, T1=4.4m, HS1=1.3m, T2=3.8m en HS2=1.7m kan men de maximaal haalbare lading per dag als volgt berekenen:

F%F%%# G%%#%1W VWF&&W#&W #%&JV W1 &%V

j`j · · #%&JV · #%&JV · 0Y$J j`j j`j

· #%&JV · #%&JV j`j j`j

26 040 23 846 23 846 · 5 487.93Y$J · 4 410.52Y$J ¡ }¢. ¡ 27 714 27 714



Met deze situatie kan 5 071.15 4 809.12 262.03Y$J meer meegenomen worden per vaart in vergelijking met het systeem in één trap. In

!"!

0g0 h hg

93.96% van de tijd is het

toegelaten om te varen, zodat het schip slechts 365 · 100% 93.96% 22 dagen op een jaar

door een te ruwe zee gedwongen wordt om in een haven te blijven liggen.

4.4.6.3 Systeem met 3 trappen Bij een combinatie met drie trappen (i=1,2,3) mag men bij een grotere significante golfhoogte HSi nog steeds varen, zij het met een beperktere diepgang Ti. Dit systeem levert een zeer groot aantal mogelijke combinaties op. In eerste instantie beperkt men zich dan ook tot GM=3m. Dit was ook al het geval voor de één- en tweetrapsoplossing. In paragraaf 4.6 gaat men voor de drietrapsoplossing wel in detail de invloed van de GM na. Analoog als bij twee trappen, geldt er nu voor de cumulatieve gemiddelde overschrijdingskans bij drie trappen dat:

r

∑5 `); r5 , ∑5

`); r5 ,

( ∑ 5 `); r5 ,

· r , · r , · r , · r , · r ,

r ,

· r , r , · r , r ,

Met deze formule heeft men in Excel nagegaan welke combinaties van significante golfhoogtes en diepgangen veilig zijn. Van deze veilige combinaties werd telkens berekend hoeveel de maximaal haalbare gemiddelde dagelijkse lading kan bedragen met:

F%F%%# G%%#%1W VWF&&W#&W #%&JV W1 &%V

· · #%&JV · #%&JV · #%&JV j`j

j`j · 0Y$J · #%&JV · #%&JV · #%&JV j`j j`j j`j j`j

De combinaties die voor een maximaal haalbare gemiddelde lading per dag zorgen die hoger ligt dan 5 120ton zijn opgelijst in Tabel 27. De ladingen zijn hierbij telkens gecorreleerd met de diepgang volgens Tabel 24 terwijl het aantal voorkomende gevallen samenhangt met de respectievelijke significante golfhoogte volgens Tabel 23. De verschillende combinaties zijn gerangschikt op de laatste kolom, waarin de maximaal haalbare gemiddelde lading per dag staat. Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


T3 (m) 3.4 3.2 3.4 3.0 3.0 3.6 3.2 3.4 3.2 3.2 3.4 3.4 3.6 3.0 3.6 3.4 3.2 3.4 3.2 3.6 3.0 3.0 3.6

HS3 (m) 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 1.9 1.9 1.9 2.0 2.0 2.0 2.0 1.9 2.0 1.9 1.9 1.8 1.9 2.0 1.9 1.9 1.9 1.8

T2 (m) 3.8 3.8 4.0 4.0 3.8 3.8 4.0 3.8 4.0 3.6 4.2 3.6 4.0 3.6 4.2 4.0 3.8 4.0 4.0 4.0 4.0 3.8 4.0

HS2 (m) 1.7 1.7 1.5 1.6 1.7 1.6 1.6 1.7 1.6 1.9 1.4 1.8 1.4 1.9 1.4 1.6 1.7 1.5 1.5 1.5 1.6 1.7 1.5

T1 (m) 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4

HS1 (m) 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.2 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.2 1.2 1.4 1.3 1.3 1.2 1.3 1.3 1.3

lading 3 (ton) 3697.66 3343.13 3697.66 2990.10 2990.10 4053.49 3343.13 3697.66 3343.13 3343.13 3697.66 3697.66 4053.49 2990.10 4053.49 3697.66 3343.13 3697.66 3343.13 4053.49 2990.10 2990.10 4053.49

N3 (-) 26730 26730 26730 26730 26730 26580 26580 26580 26730 26730 26730 26730 26580 26730 26580 26580 26358 26580 26730 26580 26580 26580 26358

lading 2 (ton) 4410.52 4410.52 4768.65 4768.65 4410.52 4410.52 4768.65 4410.52 4768.65 4053.49 5127.80 4053.49 4768.65 4053.49 5127.80 4768.65 4410.52 4768.65 4768.65 4768.65 4768.65 4410.52 4768.65

N2 (-) 26040 26040 25062 25626 26040 25626 25626 26040 25626 26580 24478 26358 24478 26580 24478 25626 26040 25062 25062 25062 25626 26040 25062

lading 1 (ton) 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93 5487.93

N1 (-) 23846 23846 23846 23846 23846 23846 23846 23846 23032 23846 23846 23846 23846 23846 23032 23032 24478 23846 23846 23032 23846 23846 23846

max. gem. lading (ton) 5163.21 5154.38 5153.77 5147.38 5145.60 5144.80 5143.35 5143.20 5140.32 5139.96 5139.39 5139.03 5138.18 5138.05 5135.79 5134.42 5134.08 5133.76 5132.43 5132.12 5131.19 5129.41 5120.78

Tabel 27: meest optimale combinaties voor drie trappen

Uit Tabel 27 valt op dat voor de beste combinaties de diepgang T1 steeds gelijk is aan 4.4m. Een diepgang T1 van 4.6m geeft te grote overschrijdingskansen terwijl een diepgang T1 van 4.2m een stuk minder lading kan vervoeren. Uit nader onderzoek van de beste combinatie (bovenaan de tabel) blijkt dat deze zelfs nog iets scherper gesteld kan worden. Voor een GM van 3m en met T1=4.4m, HS1=1.31m, T2=3.8m, HS2=1.71m, T3=3.4m en HS3=2.0m zit men nog steeds onder de

wettelijk bepaalde overschrijdingskans van 1.67 · 10'g . De maximaal haalbare gemiddelde dagelijkse lading bedraagt in dat geval:

F%F%%# G%%#%1W VWF&&W#&W #%&JV W1 &%V

26 040 23 846 23 846 · 5 487.93Y$J · 4 410.52Y$J 27 714 27 714


26 730 26 040 · 3 697.66Y$J 27 714 ¡ ~.


Dit is 5 163.21Y$J 5 071.15Y$J 92.06Y$J meer dan in de berekende combinatie met twee

trappen. Het schip heeft gedurende

h0 h hg

96.45% van tijd toelating om op zee te varen.

Slechts 365 · 100% 96.45% 13 dagen op het jaar zal het schip door te hoge golven niet

mogen uitvaren.

4.5 Overzicht van de meertrapsystemen 4.5.1 Systemen met 1, 2 of 3 trappen In Tabel 28 is een overzicht gegeven van de systemen met hoogstens 3 trappen. Hieruit blijkt dat de maximaal haalbare gemiddelde lading per dag toeneemt met het aantal trappen. Om de vervoerscapaciteit van estuaire containerschepen te vergroten loont het dus zeker de moeite om een systeem met meerdere trappen te hanteren.

1 trap (huidige regelgeving) 1 trap (paragraaf 4.4.6.1) 2 trappen (paragraaf 4.4.6.2) 3 trappen (paragraaf 4.4.6.3)

T1 (m) 3.78 4.4 4.4 4.4

HS1 (m) 1.75 1.37 1.30 1.31

T2 (m) 3.8 3.8

HS2 (m) 1.70 1.71

T3 (m) 3.4

HS3 (m) 2.00

max. gem. lading (ton) 4 187.4 4 809.1 5 071.2 5 163.2

toename lading (%) 14.9 21.1 23.3

Tabel 28: overzicht van de systemen met 1, 2 of 3 trappen

4.5.2 Systeem met meer dan 3 trappen Theoretisch is het mogelijk om een systeem met 4, 5, … of nog meer trappen op te stellen. De methode is hierbij analoog aan een systeem met 2 of 3 trappen. De complexiteit van het rekenwerk neemt echter zeer snel toe. Voor een systeem met één trap is het rekenprobleem evenredig met het aantal diepgangen #T. Voor een systeem met n trappen wordt de rekentijd evenredig met (#T)1+2n. Bij elke toegevoegde trap is de totale rekentijd in vergelijking met de vorige trap toegenomen met een factor (#T)². De winst die men boekt qua vervoerscapaciteit daarentegen stijgt slechts degressief met een toenemend aantal trappen. Het is dus niet aangewezen om een systeem met meer dan 3 trappen exact te gaan uitrekenen. Men zou wel voor een aantal doordachte mogelijke combinaties met veel trappen na kunnen gaan of ze veilig zijn en of er meer lading vervoerd kan worden. Deze heuristiek geeft echter geen garantie op de meest optimale oplossing. Bovendien zal de complexere startprocedure en de moeilijkere controle op de naleving ervan de kleine winst aan vervoerscapaciteit niet kunnen verantwoorden.



4.6 Invloed van de GM 4.6.1 Berekeningen Voor een GM gelijk aan 3m is de optimale combinatie berekend in paragraaf 4.4.6.3. Afhankelijk van de lading varieert de GM van de Deseo van 1m tot uitzonderlijk 10m. Om die reden gaat men in deze paragraaf de invloed van de GM na op de overschrijdingskans. Men

behoudt

de

berekende

T1=4.4m,

diepgangen

T2=3.8m

en

T3=3.4m.

Om

de

overschrijdingskans binnen de veilige zone te houden varieert men de significante golfhoogtes HS1 en HS2 per cm. Geïnspireerd op het verloop van de curven in Grafiek 17 definieert men HS3 als volgt:

2.0F; 2.0F 0.1 · BvF 3.0m; 1.7F;

HS3m

Bv ¥ 3.0F 3.0F ¦ Bv ¥ 6.0F Bv § 6.0F

HS3 is de maximale significante golfhoogte bij een diepgang van T3=3.4m als onderdeel van het drietrapssysteem. Deze curve is in het rood getekend in Grafiek 19. De curve die in het eentrapssysteem van Grafiek 17 bij een diepgang van 3.4m hoort, is erbij getekend in het oranje: 2.5

Hs,max (m)

2.0

1.5

1.0 1 trap met T=3.4m 3 trappen met T3=3.4m 0.5

0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 19: Hs,max in functie van GM bij T=3.4m als een trap en als deel van het drietrapssysteem



De curve van het drietrapssysteem moet een stuk onder de curve van het eentrapssysteem blijven. Indien dit verschil te klein is, dan is er weinig reserve om het totale risico te beperken zoals het KB [12] voorschrijft. De waarden van HS1 en HS2 uit het drietrapssysteem zouden dan te sterk moeten dalen met toenemende GM om voor veilige combinaties te zorgen. Er zou bijgevolg in te veel gevallen slechts mogen uitgevaren worden met de kleinste diepgang T3=3.4m, wat de totale laadcapaciteit van het schip zeker niet ten goede komt. De gedetailleerde studie naar de veilige significante golfhoogtes is uitgevoerd in Excel. Deze is terug te vinden op de dvd [15]. De resultaten zijn weergegeven in Tabel 29 en Grafiek 20. Hierbij heeft men ervoor gezorgd dat voor de gekozen veilige combinatie de som van HS1 en HS2 maximaal is. GM (m) 1 2 3 4 5 6 7

HS1 (m) 1.39 1.37 1.31 1.22 1.15 1.12 1.09

HS2 (m) 1.83 1.80 1.71 1.60 1.52 1.46 1.40

HS3(m) 2.00 2.00 2.00 1.90 1.80 1.70 1.70

Significante golfhoogte Hsi (m)

Tabel 29: significante golfhoogtes in functie van de GM

2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

Hs1 (m) Hs2 (m) Hs3 (m)

0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 20: significante golfhoogtes in functie van de GM



Door de keuze van HS3 zijn de curven van HS2 en HS1 eveneens S-vormig en blijft een minimale afstand tussen de curven behouden.

4.6.2 Theoretisch gebruik Theoretisch kan men op dezelfde manier te werk gaan als de berekeningen van paragraaf 4.6.2: 1) Bereken de GM van het schip (inclusief lading en tanks). Dit kan met de loading master of met de Excel-file (zie dvd [15] voor een voorbeeld) die men voor elke vaart invult. 2) Bereken HS1, HS2 en HS3 volgens de uit Grafiek 20 afgeleide vergelijkingen:

HS1m HS2m

1.415F 0.007 · BvF 0.0092 · Bv²F; 1.15F 0.03 · BvF 5.0F; 1.88F 0.03 · BvF 0.0084 · Bv²F; 1.52F 0.06 · BvF 5.0F;

HS3m

2.0F; 2.0F 0.1 · BvF 3.0m; 1.7F;

Bv ¥ 5.0F Bv ª 5.0F

Bv ¥ 5.0F Bv ª 5.0F

Bv ¥ 3.0F 3.0F ¥ Bv ¥ 6.0F Bv ª 6.0F

3) Lees op de site van BMM [18] de voorspelde significante golfhoogte HS af voor de Bol van Heist. Indien de vaart binnen enkele uren plaats zal hebben, kunnen ook meetwaarden van de site van Meetnet Vlaamse Banken [19] of van de Rijkswaterstaat [32] gebruikt worden. Bepaal vervolgens de toegelaten diepgang T aan de hand van deze voorspelde waarde: r ¥ r r ¦ r ¥ r r ¦ r ¥ r r § r


¥ 4.4F « ¥ 3.8F « ¥ 3.4F « « schip mag niet uitvaren


4.6.3 Praktisch gebruik GM en diepgang T hangen af van de beladingstoestand. In de praktijk is het dan ook logischer om te vertrekken van de gegeven golfcondities om daaruit de toegelaten beladingtoestand te gaan bepalen. Voor praktisch gebruik kan men volgende stappen volgen: 1) Lees op de site van BMM [18] de voorspelde significante golfhoogte HS af voor de Bol van Heist. Indien de vaart binnen enkele uren plaats zal hebben, kunnen ook hier de meetwaarden van de site van Meetnet Vlaamse Banken [19] of van de Rijkswaterstaat [32] gebruikt worden. 2) Kijk in Grafiek 20 voor welke GM je nog net onder HSi blijft. 3) Bij deze HSi en GM mag het schip een maximale diepgang van Ti hebben. Hierbij is T1=4.4m, T2=3.8m en T3=3.4m. 4) Vul het gewenste ladingsplan in op de computer en controleer of GM en T voldoende klein zijn.



4.7 Controle van de andere criteria De berekeningen zijn tot hiertoe gedetailleerd uitgevoerd voor groen water in de punten 187P en 187S en dit bij een GM van 3m. De andere criteria die in het Koninklijk Besluit [12] zijn voorgeschreven moeten ook geverifieerd worden. Dit zijn vrij omvangrijke en gelijklopende berekeningen, maar volledigheidshalve staan ze toch vermeld in deze paragraaf. Aangezien het schip meestal met een GM groter dan 3m vaart, gebeurt de controle van alle criteria bij een GM van 5m. Bij toenemende waarde van GM mag het schip slechts bij lagere significante golfhoogtes varen. De combinatie die in ‘stap 7’ gecontroleerd wordt, is dan ook de combinatie uit Tabel 29 die bij een GM van 5m hoort: T1=4.4m, HS1=1.15m, T2=3.8m, HS2=1.52m, T3=3.4m, HS3=1.80m. De belangrijkste Excel-files die de berekeningen ondersteunen zijn bijgevoegd op de dvd [15]. De stabiliteitseisen worden hier niet meer gecontroleerd. Deze zijn steeds voldaan dankzij de

grote breedte-lengte-verhouding van het schip ¬ ®

h.0 0

15.5%¯ en de grote GM-waarden.

4.7.1 Boeg uit het water Het Koninklijk Besluit zegt: “De waarschijnlijkheid dat het snijpunt van het vlak van het binnenschip met de doorgetrokken voorsteven op de hartlijn uit het water treedt, mag niet groter zijn dan eenmaal per jaar.”[12] Het is hier niet de bedoeling om de vereisten van minimale diepgang aan te passen. Net als in de voorgaande studie [27] wordt het uittreden van de boeg uit het water dan ook niet beschouwd.

4.7.2 Water op het voordek Het Koninklijk Besluit schrijft voor: “De waarschijnlijkheid dat water over het voordek of over de top van een dichte verschansing komt, mag niet groter zijn dan eenmaal per levensduur. Een dichte verschansing moet zich tot tenminste 7% van de loodlengte van het binnenschip achter de voorste loodlijn uitstrekken.” [12] De dichte verschansing heeft vooraan een lengte van ongeveer 16m. Dit is meer dan 0.07 · {°° ¦

0.07 · {±² 0.07 · 110F 7.70F. Hiermee is voldaan aan de twee vereisten.



Voor de eerste vereiste rekent men met de punten 200P, 200S en 219C zoals vermeld in Tabel 17. De kritische waarde is voor de punten 200P en 200S gelijk aan hun hoogte boven de kiel verminderd met de diepgang. Deze waarden staan weergegeven in Tabel 30. diepgang T (m) 3.4 3.8 4.4

kritische waarde zC (m) 5.15 4.75 4.15

Tabel 30: kritische waarden voor water op het voordek voor de punten 200P en 200S

Voor de kritische waarde van het punt 219C moet bovendien ook rekening gehouden worden met de toeslag voor de boeggolf en dynamische effecten van radiatie en diffractie. De kritische waarde is hier de hoogte boven de kiel verminderd met de diepgang en verminderd met de toeslag. Als uitdrukking voor deze laatste zou men de formule bekomen in paragraaf 3.4.2 kunnen nemen. Dit is wegens het gebrek aan meerdere sleepproeven eerder een bovengrens. De kritische waarde voor het punt 219C is daarom berekend met de originele formule uit het Koninklijk Besluit [12].

Aangezien zC gelijk is aan z1 bekomt men met een scheepssnelheid van 11kn of 5.654 analoog als in paragraaf 3.4.2:

F ¬5.654 H ¯ Q 9.00F 0.2 0.6 F 2 · 9.81 H² Q 1.2 8.02F Q

8.02F 1.2

De kritische waarden voor het punt 219C staan voor de verschillende diepgangen weergegeven in Tabel 31: diepgang T (m) 3.4 3.8 4.4


Tabel 31: kritische waarden bij water op het voordek voor het punt 219C



Men bekijkt nu achtereenvolgens de punten 200P, 200S en 219C. Voor de punten 200P en 200S bekomt men de waarden uit Tabel 32 en Tabel 33: HS,max (m) 1 overschrijding / reis (cond. gem.) 1 overschrijding / jaar (cum. gem.) 1 overschrijding / levensduur (cum. gem.)

T=3.4m zC=5.15m 3.98 3.98 2.91

T=3.8m zC=4.75m 3.98 3.17 2.66

T=4.4m zC=4.15m 2.69 2.66 2.28

Tabel 32: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water op het voordek voor de punten 200P en 200S

aantal overschrijdingen per reis (-) conditioneel minimum conditioneel gemiddelde HS3=1.80m conditioneel maximum cumulatief gemiddelde conditioneel minimum conditioneel gemiddelde HS2=1.52m conditioneel maximum cumulatief gemiddelde conditioneel minimum conditioneel gemiddelde HS1=1.15m conditioneel maximum cumulatief gemiddelde

T3=3.4m zC=5.15m 1.47E-18 4.66E-10 7.50E-09 1.35E-12 5.53E-34 2.69E-15 1.80E-13 5.57E-18 <1.00E-40 7.19E-27 1.30E-24 3.63E-30


T1=4.4m zC=4.15m 1.21E-11 4.06E-05 4.10E-04 1.97E-07 1.40E-21 1.97E-08 9.00E-07 9.98E-11 2.47E-40 6.16E-15 8.60E-13 6.77E-18

Tabel 33: aantal overschrijdingen per reis bij water op het voordek voor de punten 200P en 200S

Met de vetgedrukte waarden uit Tabel 33 kan de cumulatief gemiddelde overschrijdingskans berekend worden met de formule uit paragraaf 4.4.6.3:

r , 1.35 · 10'

r

· r , r , · r , r ,

22 500 25 170 · 6.77 · 10'/ 7.31 · 10'³ · 8.72 · 10'³ 5.57 · 10'/ 26 358 26 358 1.36 · 10'

1.36 · 10' is veel kleiner dan 1.67 · 10'g zodat het risico op water op het voordek in de punten

200P en 200S zeker aanvaardbaar is.



Voor het punt 219C gelden de waarden uit Tabel 34 en Tabel 35: HS,max (m) 1 overschrijding / reis (cond. gem.) 1 overschrijding / jaar (cum. gem.) 1 overschrijding / levensduur (cum. gem.)

T=3.4m zC=3.85m 2.79 2.72 2.35

T=3.8m zC=3.52m 2.57 2.49 2.19

T=4.4m zC=3.02m 2.23 2.19 1.89

Tabel 34: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water op het voordek voor het punt 219C





Tabel 35: aantal overschrijdingen per reis bij water op het voordek voor het punt 219C


r , 1.90 · 10'/

r

· r , r , · r , r ,

22 500 25 170 · 4.69 · 10' 1.79 · 10' · 2.19 · 10'0 1.84 · 10' 26 358 26 358 1.92 · 10'/

1.92 · 10'/ is kleiner dan 1.67 · 10'g zodat het risico op water op het voordek in het punt 219C

aanvaardbaar is.



4.7.3 Water in de zij In het Koninklijk Besluit staat: “De waarschijnlijkheid dat water in de zij een niveau bereikt dat hoger is dan het referentieniveau vastgelegd in de in het aanhangsel van deze bijlage opgenomen methodiek voor het berekenen van het gedrag van binnenschepen in golven, mag niet groter zijn dan eenmaal per levensduur.” [12] Het referentieniveau staat in het aanhangsel omschreven: “In het geval van schepen met een open dek is dit referentieniveau gedefinieerd als het minimum van de volgende twee niveaus: - 0.90m boven het dek in de zij; - de afstand boven de waterlijn die gelijk is aan 80% van de afstand tussen de waterlijn en de coamings.” [12] Voor het verifiëren van bovenstaand criterium beschouwt men de punten 33P, 33S, 100P, 100S, 187P en 187S zoals vermeld in Tabel 17. De kritische waarde is voor de punten gelijk aan hun hoogte boven de kiel verminderd met de diepgang. In de z-coördinaat is immers de 0.90m boven het dek in de zij reeds in rekening gebracht. De kritische waarden staan weergegeven in Tabel 36: diepgang T (m) 3.4 3.8 4.4


Tabel 36: kritische waarden bij water in de zij voor de punten 33P, 33S, 100P, 100S, 187P en 187S

Men bekijkt nu achtereenvolgens de punten op spant 33, spant 100 en spant 187.



Voor de punten 33S en 33P gelden de waarden uit Tabel 37 en Tabel 38: HS,max (m) 1 overschrijding / reis (cond. gem.) 1 overschrijding / jaar (cum. gem.) 1 overschrijding / levensduur (cum. gem.)

T=3.4m zC=3.18m 2.96 2.80 2.19

T=3.8m zC=2.78m 2.39 2.20 1.78

T=4.4m zC=2.18m 1.73 1.50 1.31

Tabel 37: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water in de zij voor de punten 33P en 33S




T1=4.4m zC=2.18m 3.78E-02 2.33E+00 2.36E+01 3.39E-02 2.32E-04 2.20E-01 2.12E+00 3.74E-03 9.74E-10 2.65E-04 1.75E-02 5.07E-06

Tabel 38: aantal overschrijdingen per reis bij water in de zij voor de punten 33P en 33S


r , 4.10 · 10'

r

· r , r , · r , r ,

22 500 25170 · 5.07 · 10' 1.76 · 10'0 · 6.35 · 10' 4.57 · 10'/ 26 358 26 358 1.44 · 10'³

1.44 · 10'³ is kleiner dan 1.67 · 10'g zodat het risico op groen water in de punten 33P en 33S

aanvaardbaar is.



Voor de punten op spant 100 gelden de waarden uit Tabel 39 en Tabel 40: HS,max (m) 1 overschrijding / reis (cond. gem.) 1 overschrijding / jaar (cum. gem.) 1 overschrijding / levensduur (cum. gem.)

T=3.4m zC=3.18m 2.96 2.89 2.35

T=3.8m zC=2.78m 2.49 2.31 1.87

T=4.4m zC=2.18m 1.78 1.55 1.36








r , 8.65 · 10'h

r

· r , r , · r , r ,

22 500 25170 · 1.59 · 10' 2.06 · 10' · 1.79 · 10' 5.14 · 10'a 26 358 26 358 3.93 · 10'

3.93 · 10' is kleiner dan 1.67 · 10'g zodat het risico op groen water in de punten 100P en 100S aanvaardbaar is.



Voor de punten op spant 187 ten slotte gelden de waarden uit Tabel 41 en Tabel 42: HS,max (m) 1 overschrijding / reis (cond. gem.) 1 overschrijding / jaar (cum. gem.) 1 overschrijding / levensduur (cum. gem.)

T=3.4m zC=3.18m 2.28 2.21 1.88

T=3.8m zC=2.78m 2.03 1.87 1.58

T=4.4m zC=2.18m 1.56 1.41 1.19




T2=3.8m zC=2.78m 4.27E-05 2.01E-01 1.19E+00 1.93E-03 1.04E-09 4.46E-03 5.97E-02 4.84E-05 2.72E-19 8.47E-07 6.95E-05 8.14E-09




r , 7.43 · 10'³

r

· r , r , · r , r ,

22 500 25170 · 5.19 · 10'³ 8.14 · 10'a · 4.84 · 10'³ 5.18 · 10'h 26 358 26 358 1.64 · 10'g

1.64 · 10'g is net kleiner dan 1.67 · 10'g. Dat is ook logisch aangezien groen water in de punten

187P en 187S als criterium werd genomen in paragraaf 4.4.6.3 om tot het meest optimale

drietrapssysteem te komen. Tot hiertoe blijkt dit dus inderdaad het meest kritische criterium te zijn. In de komende paragrafen wordt nagegaan of de resterende criteria effectief minder strikt zijn.



4.7.4 Water op het achterdek Het Koninklijk Besluit schrijft voor: “De waarschijnlijkheid dat water over het achterdek of over de top van een dichte verschansing komt, mag niet groter zijn dan eenmaal per levensduur. Een dichte verschansing moet zich tot tenminste 7% van de loodlijnlengte van het binnenschip voor de achterste loodlijn uitstrekken.” [12] De dichte verschansing heeft achteraan een lengte van ongeveer 16.5m. Dit is meer dan 0.07 · {°° ¦ 0.07 · {±² 0.07 · 110F 7.70F. Hiermee is voldaan aan de twee vereiste.

Voor de eerste vereiste rekent men met de punten 1P en 1S zoals vermeld in Tabel 17. De punten 33P en 33S beschouwt men als onderdeel van het achterdek, zodat ze ook op een hoogte van 8.33m boven de kiel gelegen zijn. De kritische waarde is voor de vier punten gelijk aan 8.33m verminderd met de diepgang. Deze waarden staan weergegeven in Tabel 43: diepgang T (m) 3.4 3.8 4.4


Tabel 43: kritische waarden bij water op het achterdek voor de punten 1P, 1S, 33P en 33S

Men bekijkt nu achtereenvolgens de punten op spant 1 en spant 30.




T=3.4m zC=4.93m 3.98 3.98 3.98

T=3.8m zC=4.53m 3.98 3.98 3.98

T=4.4m zC=3.93m 3.98 3.98 2.61

Tabel 44: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water op het achterdek voor de punten 1P en 1S





Tabel 45: aantal overschrijdingen per reis bij water op het achterdek voor de punten 1P en 1S


r , 7.89 · 10'

r

· r , r , · r , r ,

22 500 25170 · 3.08 · 10'/ 1.76 · 10'³ · 1.71 · 10'g 4.97 · 10'h 26 358 26 358 8.05 · 10'

8.05 · 10' is veel kleiner dan 1.67 · 10'g zodat de kans op groen water in de punten 1P en 1S zo goed als onbestaande is.




T=3.4m zC=4.93m 3.98 3.98 3.98

T=3.8m zC=4.53m 3.98 3.98 3.98

T=4.4m zC=3.93m 3.98 3.98 2.70

Tabel 46: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water op het achterdek voor de punten 33P en 33S




T1=4.4m zC=3.93m 9.62E-13 2.53E-05 1.09E-03 3.71E-08 1.20E-19 8.45E-09 3.90E-07 7.26E-11 4.14E-37 3.33E-16 8.13E14 7.42E-18

Tabel 47: aantal overschrijdingen per reis bij water op het achterdek voor de punten 33P en 33S


r , 1.89 · 10'g

r

· r , r , · r , r ,

22 500 25170 · 7.42 · 10'/ 7.20 · 10' · 1.83 · 10'³ 7.25 · 10'a 26 358 26 358 2.07 ·'g

2.07 · 10'g is veel kleiner dan 1.67 · 10'g zodat de kans op groen water in de punten 33P en 33S

als deel van het achterdek zo goed als onbestaande is.

Men kan besluiten dat de kans op groen water op het achterdek zeer klein is.



4.7.5 Slingerhoek Het Koninklijk Besluit eist: “De waarschijnlijkheid dat de slingerhoek twee derde van de hoek waarbij niet afsluitbare openingen vollopen of van de hellingshoek waarbij de statische stabiliteitscurve haar maximum bereik overschrijdt, mag niet groter zijn dan eenmaal per levensduur. In ieder geval mag de hellingshoek niet meer bedragen dan 15°.” [12] Uit een stabiliteitsonderzoek van de Deseo uitgevoerd door Sarc [33] blijkt dat de rolhoek van vervulling en de rolhoek waarbij de GZ-kromme maximaal wordt minimaal 25° bedragen, en dit

voor alle beschouwde beladingsgevallen. Aangezien · 25° 16.7° § 15° is de kritische rolhoek gelijk aan 15°.

Grafiek 21, Grafiek 22 en Grafiek 23 geven de significante golfhoogtes weer die nodig zijn om eens per reis, jaar en levensduur een bepaalde slingeramplitude te overschrijden. De grafieken horen

maximale significante golfhoogte (m)

respectievelijk bij de diepgangen T=3.4m, T=3.8m en T=4.4m. 3.0 1 overschrijding / reis 2.5

1 overschrijding / jaar 1 overschrijding / levensduur

2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

slingeramplitude (°)

Grafiek 21: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een bepaalde slingeramplitude te overschrijden bij een diepgang van T=3.4m




3.0 1 overschrijding / reis 2.5


2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10




3.0 1 overschrijding / reis 2.5


2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



Tussen de grafieken met een diepgang van 3.4m en 3.8m is er klein verschil te merken. Bij een diepgang van 3.4m is een grotere significante golfhoogte nodig om even frequent dezelfde slingeramplitude te bekomen. Het verschil tussen de waarden bij 3.8m en 4.4m diepgang is verwaarloosbaar. Een slingeramplitude van 10° wordt bij een diepgang van 3.8m of meer één keer per levensduur bereikt bij een significante golfhoogte van 2.13m. Voor kleinere diepgangen is een nog grotere



significante golfhoogte nodig. De kritische hoek van 15° zal bijgevolg zeker nooit bereikt worden als het schip enkel uitvaart bij een significante golfhoogtes die kleiner is dan 2.00m.

4.7.6 Verticaal buigend moment Volgens het Koninklijk Besluit moet het buigend moment geëvalueerd worden: “Om de sterkte te kunnen evalueren moet een verband worden opgesteld tussen de maximaal toegelaten significante golfhoogte en de waarde van het verticaal langsscheepse buigende moment waarvoor de waarschijnlijkheid van overschrijding eenmaal per levensduur bedraagt.” [12] Het gevraagde verband is voor de secties uit Tabel 19 weergegeven in Grafiek 24:


3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 1 gebeurtenis / reis 1 gebeurtenis / jaar 1 gebeurtenis / levensduur

0.5 0.0 0

20

40

60

80

100

120

140

verticaal buigend moment (MNm)

Grafiek 24: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een bepaald verticaal buigend moment te overschrijden in een van de secties uit Tabel 19

De grafieken voor de verschillende diepgangen zijn quasi identiek. Slechts voor enkele waarden is er een verschil van 1 cm voor de significante golfhoogte. Vandaar dat slechts één grafiek weergegeven is. Het is nu interessant om te bepalen wat het maximaal verticaal buigend moment is dat een keer in de levensduur van het schip optreedt. Men doet dit nog steeds voor het geval van een GM van 5m. Aangezien het gaat om een systeem in drie trappen wordt zoals in voorgaande paragraaf gebruik gemaakt van de volgende betrekking:



r ,

r

· r , r , · r , r ,

Voor verschillende waarden van het verticaal buigend moment wordt de overschrijdingskans per overtocht berekend. Uit de berekeningen die terug te vinden zijn in Excel-files op de dvd [15] blijkt dat een verticaal buigend moment van 69MNm of groter een kans van 1.79E-04 heeft om in een reis op te treden. 70MNm of groter treedt met een kans van 1.32E-04 op. De kans van

0·00

of

1.67E-04, wat overeenkomt met één keer per levensduur ligt tussen deze waarden. Men kan dus besluiten dat het buigend moment dat één keer tijdens de 20 levensjaren van het schip zal optreden 69MNm bedraagt.

4.7.7 Torsiemoment Ook het torsiemoment moet men volgens het Koninklijk Besluit evalueren: “Om de sterkte te kunnen evalueren moet een verband worden opgesteld tussen de maximaal toegelaten significante golfhoogte en de waarde van het torsiemoment (…) waarvoor de waarschijnlijkheid van overschrijding eenmaal per levensduur bedraagt.” [12] Het gevraagde verband is voor de secties uit Tabel 19 bij verschillende diepgangen weergegeven in Grafiek 25, Grafiek 26 en Grafiek 27:


3.0

1 overschrijding / reis 1 overschrijding / jaar 1 overschrijding / levensduur

2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

torsiemoment (MNm)

Grafiek 25: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een torsiemoment te overschrijden in een van de secties uit Tabel 19 bij een diepgang van 3.4m




3.0


2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

torsiemoment (MNm)



3.0


2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

torsiemoment (MNm)


Het verschil in de grafieken is voor het torsiemoment, in tegenstelling tot het verticaal buigend moment, wel groot. Bij toenemende diepgang zijn duidelijk kleinere golven al voldoende om voor eenzelfde frequentie van een bepaald torsiemoment te zorgen. Het grootste torsiemoment treedt dus op bij een diepgang van 4.4m.



Analoog als bij het verticaal buigend moment worden in Excel-files [15] voor verschillende torsiemomenten de overschrijdingskansen berekend. Het torsiemoment dat een keer per levensduur voorkomt in een van de secties vermeld in Tabel 19 is 11.2MNm.

4.7.8 Laterale versnelling Het Koninklijk Besluit stelt ten slotte ook beperkingen aan de laterale versnellingen: “Om de sterkte te kunnen evalueren moet een verband worden opgesteld tussen de maximaal toegelaten significante golfhoogte en de waarde van de laterale versnellingscomponent van het zwaartepunt van de (…) stuurhut in diens hoogste stand (…) en de bovendeks vervoerde lading waarvoor de waarschijnlijkheid van overschrijding eenmaal per levensduur bedraagt.” [12] Het gevraagde verband is voor de zwaartepunten uit Tabel 18 bij verschillende diepgangen weergegeven in Grafiek 28, Grafiek 29 en Grafiek 30:


3.0


2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

laterale versnelling (m/s²)

Grafiek 28: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een laterale versnelling te overschrijden in een van de zwaartepunten uit Tabel 18 bij een diepgang van 3.4m




3.0


2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0




3.0


2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0



Het verschil in de grafieken is voor de laterale versnelling net als bij die voor het torsiemoment groot. Bij toenemende diepgang zijn duidelijk kleinere golven al voldoende om voor eenzelfde frequentie van een bepaalde dwarsversnelling te zorgen. De grootste versnelling treedt dus op bij een diepgang van 4.4m.



Er zal lang niet altijd gevaren worden bij een diepgang van 4.4m, dus moet ook hier weer gerekend worden met de formule van overschrijdingskans voor het drietrapssysteem. De berekeningen kunnen gevolgd worden op de dvd [15]. Daaruit blijkt dat de laterale versnelling die ²

eens in het leven van het schip optreedt 2.03 bedraagt.

4.7.9 Conclusies Het meest kritische criterium is water in de zij voor de punten 187P en 187S. Hiermee is de veronderstelling uit paragraaf 4.4 bevestigd. De bekomen resultaten uit paragrafen 4.4, 4.5 en 4.6 zijn dus betekenisvol. De combinatie van diepgangen en significante golfhoogtes die voor de grootste maximaal haalbare gemiddelde lading per dag zorgt, is bijgevolg deze met diepgangen T1=4.4m, T2=3.8m en T3=3.4m. De bijhorende toegestane significante golfhoogtes zijn afhankelijk van de GM en zijn terug te vinden in Tabel 29 en Grafiek 20.Het verticaal buigend moment dat eens per levensduur optreedt is 69MNm. Voor het torsiemoment is dit 11.2MNm en de

versnelling die eens per levensduur optreedt bedraagt 2.03².



5 Estuaire vaart in Frankrijk

5.1 Le Havre Ook in andere landen kan estuaire vaart voor een betere ontsluiting van bepaalde havens zorgen. Dit is ondermeer ermeer het geval voor de Franse haven Le Havre. In 2001 is men er beginnen bouwen aan de containerterminal contai ‘Lee bassin Hubert Raoul-Duval’. Rao Deze is ondertussen herdoopt tot ‘Port 2000’. De terminal heeft een 4km-lange 4km kade waarvan het meest westelijke deel zeeschepen met een diepgang tot 17m kan ontvangen. ontvangen [34] De verbinding met het hinterland kan o.a. o gebeuren met estuaire containerschepen. Deze kunnen de veilige binnenwateren op twee manieren manier bereiken: via de accès nord of via de accès sud. Beide vaarroutes zijn weergegeven in Figuur 13.. Deze routes worden in beide richtingen gebruikt.

accès nord

Port 2000

accès sud

Figuur 13:: estuaire containervaart voor Port 2000 in Le Havre [35]



De accès nord is een kort stuk van een kleine 4km waarbij de schepen vrij dicht bij de kade blijven. Wegens de aanwezigheid van zandbanken moeten schepen bij het volgen van de accès sud wel een grote bocht maken. Hierbij zijn ze tot aan de monding van de Seine ter hoogte van Honfleur een 15-tal km blootgesteld aan zeecondities.

5.2 Franse regelgeving 5.2.1 Regelgeving voor de accès nord De regelgeving voor een estuair schip om de accès nord te mogen gebruiken is terug te vinden in het Besluit van 10 januari 2007 [36]: Het enige traject op zee dat een estuair schip mag bevaren, is het stuk tussen de noordelijke toegang van de haven Le Havre en Port 2000, in beide richtingen. Volgens artikel 4 is het echter verboden om op zee te gaan als één van volgende voorwaarden niet vervuld zijn: •

de significante golfhoogte mag maximaal 1.20m bedragen;

•

de windsnelheid mag hoogstens 21 knopen bedragen;

•

de zichtbaarheid voor het schip moet minimaal 2nm (≈3.7km) bedragen;

•

de vaargeulen moeten volledig zichtbaar zijn voor de uitkijkposten van de haven.

Naar stabiliteit toe vereist het Besluit de aanwezigheid van een laadcomputer. De oppervlakte onder de stabiliteitskromme tot aan de hoek ´m moet groter zijn dan 0.055 0.001 · 30° ´m . Hierbij is ´m de hellingshoek van het schip waarbij er water in het ruim komt.

Verder moeten er modelproeven of computersimulaties uitgevoerd worden bij de meest voorkomende KG-waarde. Deze proeven duren minimaal een uur en daarbij mag er in geen enkel ruim water komen. Het niveau van het water moet ten allen tijde onder de coaming blijven. Tijdens de modelproeven of computersimulaties laat men golven uit een onregelmatig golfspectrum los op het schip. Dit golfspectrum moet een significante golfhoogte van ongeveer 1.20m hebben en de periode tussen opeenvolgende nuldoorgangen moet de meest ongunstige zijn voor het schip. De proeven moeten uitgevoerd worden bij 5 verschillende golfrichtingen: achteraankomende golven (0°), schuininvallende achteraankomende golven (45°), golven in de zij (90°),

schuininvallende

vooraankomende

golven

(135°)

en

kopgolven

(180°).

Voor

achteraankomende golven en kopgolven moet de scheepssnelheid maximaal zijn. Voor



schuininvallende golven is een scheepssnelheid vereist waarbij het schip nog kan manoeuvreren en voor golven in de zij moet het scheepsmodel stilliggen. Daarnaast vermeldt het Besluit ook eisen over classificatie, benodigd vrijboord, registratie van zeereizen, handleiding voor het laden, pompinstallatie, reddingsmiddelen, verlichting, navigatieinstrumenten, motoren, generatoren en documenten.

5.2.2 Regelgeving voor de accès sud De accès sud geeft een snellere verbinding met het hinterland. Een nadeel is wel dat estuaire schepen via dit traject bijna 5 keer zo lang blootgesteld worden aan golven. Bovendien zijn ze ook onderhevig aan de stroming van de Seine. In de zomer van 2010 ondertekende de voorzitter van de regionale commissie voor veiligheid van Le Havre een verklaring van de regelgeving voor het zuidelijke traject. [37] De belangrijkste wijziging ten opzichte van de regelgeving voor het noordelijk traject is dat het golfspectrum tijdens de modelproeven een significante golfhoogte van 2.00m moet hebben en dat zeker de golfperiodes van 3s en 8s moeten geverifieerd worden.

5.3 Risicoanalyse In deze paragraaf gaat men aan de hand van een risicoanalyse na of de Franse regelgeving al dan niet strenger is dan de Belgische. Net als in paragraaf 4.4.6.1 gaat men voor de Deseo de maximaal toegelaten significante golfhoogte berekenen voor verschillende combinaties van GM en diepgang T. De methode die in de volgende paragraaf uitgelegd staat voor een welbepaalde combinatie, moet dus een aantal keer herhaald worden.

5.3.1 Methode De meest kritische situatie is de ‘emergency’. Hierbij ligt het schip stil en krijgt het golven in de zij te verwerken. De kritische punten voor het overnemen van water zijn in deze situatie 33P’, 33S’, 110P’, 110S’, 187P’ en 187S’. In tegenstelling tot de geselecteerde punten uit Tabel 17 liggen deze nu op de coaming en liggen ze geen 0.90m boven het hoofddek. De geselecteerde punten zijn weergegeven in Tabel 48.



punt

x (m)

y (m)

z (m)


33P’

16.50

8.55

7.68

spant 33, achterste luikhoofd op coaming

33S’

16.50

-8.55

7.68

spant 33, achterste luikhoofd op coaming

110P’

55.00

8.55

7.68

spant 110, midscheeps op coaming (zijdelings)

110S’

55.00

-8.55

7.68

spant 110, midscheeps op coaming (zijdelings)

187P’

93.50

8.55

7.68

spant 187, voorsteven luikhoofd op coaming

187S’

93.50

-8.55

7.68

spant 187, voorsteven luikhoofd op coaming

Tabel 48: geselecteerde punten voor overname van water in de zij bij Franse regelgeving

Aangezien deze allen op dezelfde hoogte van 7.68m boven de kiel liggen en het schip door de zijgolven bijna uitsluitend zal slingeren en nauwelijks zal stampen, volstaat het om de berekeningen voor één kritisch punt uit te voeren. Na verificatie van het verwaarloosbare verschil op de resultaten koos men voor 110P’. Nu het kritische punt gekend is, moet men nog bepalen welke golven er op het schip losgelaten worden. De golfrichting ligt reeds vast: voor zijgolven is de richting in Seaway gelijk aan 90°. Als model van de golven wordt een Bretschneider-spectrum gekozen. Met een gamma-waarde van 0, heeft dit spectrum nog twee parameters, nl. de significante golfhoogte en de gemiddelde golfperiode tussen twee nuldoorgangen. Aangezien het de bedoeling is om de maximale toegestane significante golfhoogte te bepalen voor zekere waarden van GM en T, legt men eerst de golfperiode vast. Volgens de regelgeving moeten zeker de periodes 3s en 8s geverifieerd worden. De voorkeur gaat echter uit naar de periode die zorgt voor het hoogst aantal keren water in het kritische punt per uur. Deze periode noemt men de kritische golfperiode en blijkt bijna uitsluitend afhankelijk te zijn van de GM. Voor elke waarde van GM bekijkt men daarom, bij een diepgang van 3.8m en bij een vaste waarde van de significante golfhoogte, voor welke golfperiode de meeste overschrijdingen per uur optreden. Dit kan men aflezen in de output-file van Seaway als de golfperiode die de grootste NR/H-waarde oplevert. Vervolgens voert men een nieuwe simulatie uit met Seaway. Ditmaal hebben alle Bretschneiderspectra de gevonden kritische golfperiode en wordt de significante golfhoogte gevarieerd. De Franse regelgeving zegt dat er in een uur tijd geen overschrijding mag zijn. Men kan dit interpreteren als een toegelaten overschrijdingfrequentie van één keer in twee uur tijd. De NR/Hwaarde, het aantal keer per uur dat er water minstens zo hoog als het geselecteerde punt komt,



moet dus kleiner of gelijk zijn aan 0.5. De significante golfhoogte die met deze NR/H-waarde uit de output-file overeenkomt is dan de maximaal toegelaten significante golfhoogte die men zoekt. Tot slot kan men uit de laatste output-file ook nog de bijhorende natuurlijke slingerperiode en de werkelijke slingerperiode aflezen.

5.3.2 Resultaten De kritische golfperiodes blijken nauwelijks afhankelijk te zijn van de diepgang. Ze zijn daarom in functie van de GM weergegeven in Tabel 49 en Grafiek 31: GM (m) 1 2 3 4 5 6 7

kritische golfperiode (s) 8.0 5.9 4.9 4.4 4.1 3.9 3.8

Tabel 49: kritische golfperiodes in functie van GM

8

kritische golfperiode (s)

7 6 5 4 3 2 1 0 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 31: kritische golfperiodes in functie van GM



Uit Tabel 49 en Grafiek 31 blijkt duidelijk dat de golfperiode, waarbij de meeste overschrijdingen per tijdseenheid plaatsvinden, daalt met toenemende waarde van GM. Dit was te verwachten aangezien een grote GM aanleiding geeft tot een kleine slingerperiode. [38] Als de periode van de exciterende golf in de buurt komt van de natuurlijke slingerperiode van het schip ondergaat het grotere slingerbewegingen. De kritische golfperiode uit Grafiek 31 valt echter niet samen met de natuurlijke slingerperiode uit Grafiek 33. Het aantal overschrijdingen per uur hangt immers niet alleen af van de slingeramplitude maar ook van de slingerperiode. Het aantal bewegingen ligt hoger bij een kleinere slingerperiode zodat de kritische golfperiodes kleiner zijn dan de natuurlijke slingerperiodes. In Tabel 50 en Grafiek 32 zijn de maximaal toegelaten significante golfhoogtes weergegeven waarbij de Deseo zou mogen uitvaren. Een golfspectrum met een dergelijke significante golfhoogte en een golfperiode uit Tabel 49 zorgt immers voor één maal per twee uur water in een ruim.

HS,max (m) T (m)

3.0 3.8 4.6

1.0 5.12 4.05 3.11

2.0 3.87 3.07 2.36

3.0 3.37 2.64 1.97

GM (m) 4.0 3.12 2.41 1.80

5.0 3.00 2.34 1.80

6.0 3.02 2.43 1.93

7.0 3.15 2.65 2.19

Tabel 50: maximale significante golfhoogtes in functie van diepgang en GM

5.5 5.0 4.5

Hs,max (m)

4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 T (m) 3.0 3.8 4.6

1.5 1.0 0.5 0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 32: maximale significante golfhoogtes in functie van diepgang en GM



De kleuren en symbolen uit Grafiek 32 zijn dezelfde als die van Grafiek 17. Dit maakt een vergelijking tussen de Franse en de Belgische regelgeving mogelijk. Er blijkt dat de Franse regelgeving voor elke combinatie minder streng is. Er is te zien dat de maximale significante golfhoogte, waarbij men mag uitvaren, daalt bij een grotere diepgang. Verder vertonen de curven van Grafiek 32 net als die van Grafiek 17 een dalende trend. Voor GM-waarden kleiner dan 5m neemt de toegelaten significante golfhoogte af met stijgende GM. De vorm van beide Grafieken is wel verschillend. Dit is vooral te wijten aan het feit dat de Belgische regelgeving met geregistreerde golfwaarden rekent. De GM heeft zo in de resultaten nog een invloed op de slingerperiode. Met stijgende GM kan de slingerperiode dichter bij de natuurlijke periode liggen en voor grotere bewegingen zorgen. Bij toepassing van de Franse regelgeving wordt reeds gerekend met de meest ongunstige golfperiode en –richting. Tabel 51 geeft de natuurlijke slingerperiode van het stilliggend schip weer in functie van de diepgang en de GM. De diepgang heeft een verwaarloosbare invloed op de werkelijke slingerperiode zodat deze in Tabel 52 enkel in functie van GM weergegeven is. Beide Tabellen zijn grafisch voorgesteld in Grafiek 33. natuurlijke slingerperiode bij stilliggend schip (s) T (m)

3.0 3.8 4.6

1.0 12.96 12.44 12.08

2.0 9.06 8.73 8.51

GM (m) 3.0 4.0 7.37 6.38 7.12 6.18 6.95 6.05

5.0 5.72 5.56 5.45

6.0 5.25 5.11 5.01

7.0 4.91 4.78 4.68

Tabel 51: natuurlijke slingerperiode bij stilliggend schip in functie van diepgang en GM

GM (m) 1 2 3 4 5 6 7

werkelijke slingerperiode (s) 11.3 8.15 6.76 6.03 5.58 5.27 5.13

Tabel 52: werkelijke slingerperiodes in functie van GM



13 slingerperiiode van stilliggend schip (s)

12 11 10 9 8 7 6 5 4 natuurlijke slingerperiode van stilliggend schip met diepgang van 3.0m natuurlijke slingerperiode van stilliggend schip met diepgang van 3.8m natuurlijke slingerperiode van stilliggend schip met diepgang van 4.6m werkelijke slingerperiode van stilliggend schip

3 2 1 0 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 33: natuurlijke en werkelijke slingerperiodes van stilliggend schip in functie van diepgang en GM

Uit Grafiek 33 blijkt dat de werkelijke slingerperiode zeer dicht bij de natuurlijke slingerperiode ligt. Dit wijst erop dat het schip zich voor de slingerbeweging dicht bij resonantie bevindt en dat de verplaatsingen dus relatief groot zijn.

5.3.3 Conclusies De Franse regelgeving schrijft voor dat er modelproeven of computersimulaties moeten uitgevoerd worden waarbij een gedefinieerd golfspectrum uit verschillende richtingen op het schip wordt losgelaten. Dit golfspectrum hanteert als één van zijn parameters de meest ongunstige golfperiode. In één uur tijd mag er geen water in een ruim gekomen zijn. In het geval van de Deseo mag er dus gedurende minstens één uur, geen water over de coaming geraken, die op een hoogte van 7.68m boven de kiel ligt. Het meest kritische criterium uit de Belgische regelgeving (zie hoofdstuk 4) eist dat er slechts één keer per levensduur groen water op het dek mag komen. In het geval van de Deseo mag er dus *

een keer om de 1.5 i::9j · 300

i::9j>) ?::9

?:9>)

· 20 k>i>);9 9 000G water op een hoogte van

(5.68m + 0.90m =) 6.58m boven de kiel komen. De computersimulaties worden uitgevoerd met



gemeten golfspectra van een volledig jaar, waarbij het schip veilig kan uitvaren. Deze golfspectra zijn zoals blijkt uit hoofdstuk 4 dus beperkt in significante golfhoogte. Uit paragraaf 5.3.2 blijkt dat de Franse regelgeving hiermee minder streng is. Deze regelgeving houdt echter enkel rekening met water in het ruim en maximale slingerhoeken. De Belgische regelgeving houdt naast die maximale slingerhoeken ook rekening met water op voor-, hoofd- en achterdek en met slamming. In beide landen moet het schip nog gekeurd worden door een classificatiemaatschappij. In de probabilistische berekening moeten daarom ook torsiemomenten, verticaal buigende momenten en versnellingen meegenomen worden. Het moet wel gezegd zijn dat de Franse regelgeving beter rekening houdt met ongunstige golfrichtingen en -periodes.



6 Invloed van de golfrichting en -periode

Uit hoofdstuk 5 blijkt dat de Franse regelgeving beter rekening houdt met ongunstige golfrichtingen en –periodes. De Belgische regelgeving brengt dit niet in rekening. In dit onderdeel wordt dan ook de invloed onderzocht van de richting en de periode van de golven op de relatieve verticale beweging ten opzichte van het water van de twee kritische punten 187P en 187S (zie Tabel 17). Verder kijkt men ook in welke mate de overschrijdingskans en dus het risico op groen water in deze twee punten afhankelijk is van golfrichting en -periode.

6.1 Invloed van de golfrichting op de responsie 6.1.1 Methode Men kiest ervoor om de richtingen waaruit de golven komen onder te verdelen in 12 sectoren. Deze zijn opgelijst in Tabel 53. Er staat telkens bij vermeld welke discrete richtingen tot een bepaalde sector behoren en welk interval de sector beslaat. sector

richtingen (°) 20,30,40

interval (°) [345,15[ [15,45[

aantal spectra 3843 469

0

350,0,10

30 60

50,60,70

[45,75[

283

90

80,90,100

[75,105[

68

120

110,120,130

[105,135[

33

150

140,150,160

[135,165[

34

180

170,180,190

[165,195[

17

210

200,210,220

[195,225[

37

240

230,240,250

[225,255[

2261

270

260,270,280

[255,285[

3916

300

290,300,310

[285,315[

2491

330

320,330,340

[315,345[

4068

Tabel 53: sectoren van de golfrichting

Voor de bepaling van de invloed van de golfrichting moet men als eerste stap bepalen welke de dominante sector is van elk golfspectrumtabelbestand van de golfgegevens van de Bol van Heist. Elk best and wordt dan naar de map van de overeenkomstige dominante sector gekopieerd. Het Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


aantal spectra uit 1998 dat tot elke sector behoort, is weergegeven in Tabel 53. De twee vermelde bewerkingen zijn geprogrammeerd in het bestand opdelingrichting.php. [15] Vervolgens wil men per dominante sector en voor elk golfspectrumtabelbestand dat zich in deze sector bevindt, de responsie van het schip kennen. De responsiegegevensbestanden die hiervoor gebruikt worden, werden reeds bekomen in paragraaf 4.4.4. Uit deze responsiebestanden wordt voor elk golfspectrumtabelbestand de relatieve beweging voor de twee kritische punten uitgelezen en in een nieuw tekstbestand weggeschreven. Hierbij wordt steeds een onderscheid gemaakt tussen de vaart Westerschelde-Zeebrugge (komende van 70°) en ZeebruggeWesterschelde (komende van 250°). Per dominante sector verkrijgt men zo twee tekstbestanden. Dit alles is geprogrammeerd in relatievebeweging1.php voor de vaart Westerschelde-Zeebrugge en relatievebeweging2.php voor de vaart Zeebrugge-Westerschelde. [15] Nu kan men per dominante sector en voor elk kritisch punt de gemiddelde responsie uitrekenen. Deze berekeningen voert men uit voor 5 combinaties van GM en diepgang T. De combinaties zijn weergegeven in Tabel 54. Op deze manier kan men de invloed van zowel de diepgang als de GM nagaan.

GM (m)

1 3 5

3.0 X X X

T (m) 3.8

4.4

X

X

Tabel 54: combinaties GM en T

6.1.2 Resultaat De gemiddelde responsie per sector wordt voor de geselecteerde punten 187P en 187S uitgezet in een radar-grafiek. De linkse grafiek behoort tot de vaart Westerschelde-Zeebrugge en de rechtse grafiek tot de vaart Zeebrugge-Westerschelde. Hieronder wordt een opdeling gemaakt om enerzijds de invloed van de GM en anderzijds de invloed van de diepgang te analyseren bij de bepaling van de invloed van de golfperiode.



6.1.2.1 Invloed GM

Grafiek 34: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 1m en T 3m (links: W-Z, rechts: Z-W)





6.1.2.2 Invloed diepgang

Grafiek 37: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 3m en T 3m (links:W-Z, rechts:Z-W)

Grafiek 38: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 3m en T 3.8m (links:W-Z, rechts:Z-W)

Grafiek 39: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 3m en T 4.4m (links:W-Z, rechts:Z-W)



6.1.3 Conclusies Uit de bekomen resultaten blijkt dat voor beide kritische punten de sectoren 240, 270, 300, 330 en 0 de grootste gemiddelde relatieve verticale beweging teweegbrengen. Het meest risicovolle interval waaruit golven kunnen komen is dus [225°,15°[. Dit is logisch, aangezien de golven die uit de richting van de zee komen meer ontwikkeld zijn. De meest risicovolle richtingen zijn samen met het omhullende interval aangeduid op Figuur 14:

15°

225°

Figuur 14: golfrichtingen die de grootste relatieve verticale beweging van 187P en 187S teweeg brengen

Indien men de vaart Westerschelde-Zeebrugge en de vaart Zeebrugge-Westerschelde vergelijkt dan kan men opmerken dat voor het kritische punt 187P de sectoren 0 en 330 grotere gemiddelde responsies teweeg brengen voor de vaart Zeebrugge-Westerschelde. Beide kritische punten lopen meer risico tot het overnemen van groen water als ze zich aan de kant van de zee bevinden. Voor 187P dat zich aan bakboord bevindt, is dit dus tijdens de vaart van Zeebrugge naar de Westerschelde. Voor 187S aan stuurboord is dit tijdens het omgekeerde traject. Voor beide kritische punten kan men ten slotte nog besluiten dat de volgorde van de dominantie van de richtingssectoren onafhankelijk is van de GM en de diepgang. Zoals blijkt uit hoofdstuk 4 hebben GM en T uiteraard wel een invloed op de grootte van de responsie.



6.2 Invloed van de golfrichting op het risico 6.2.1 Methode Men vertrekt vanaf het moment dat de golfspectrumtabelbestanden zijn opgedeeld in hun dominante

sectoren.

In

elk

van

deze

sectoren

worden

voor

de

geplaatste

golfspectrumtabelbestanden LST-files per aanwezige maand aangemaakt met behulp van een zelf geschreven programma ‘Lijsten.php’ [15]. Om verder te werken gebruikt men de bewegingspuntbestanden en ontmoetingsfrequentiebestanden bekomen in paragraaf 4.4.3. Vervolgens moet voor elk van de 12 sectoren gecombineerd met de 5 gekozen koppels van T en GM de afgeleide grootheden uit responsiespectra bepaald worden. Dit wil zeggen dat men 60 maal de aanwezige golfspectrumtabelbestanden laat inwerken in de bewegingspuntbestanden en ontmoetingsfrequentiebestanden. Op deze wijze bekomt men binnen elk van de 5 combinaties van T en GM en binnen elke sector de responsiegegevenbestanden voor de aanwezige maanden. Voor het berekenen van de overschrijdingkansen moeten er kritische waarden gekend zijn. Deze zijn reeds berekend in paragraaf 4.4.5. Aan de hand van deze waarden en de programma’s MND_RPV en JR_RESP van prof. Vantorre kan men overschrijdingskansbestanden bekomen per maand en één voor het volledige jaar. Hier doet zich evenwel de moeilijkheid voor dat er niet in elke sector een DSP-bestand van elke maand aanwezig is. Door alle responsiegegevenbestanden in één sector tot één responsiegegevenbestand samen te stellen en vervolgens eenmaal MND_RPV er te laten op inwerken, bekomt men één overschrijdingskansbestand. Dit wordt gedaan voor de twee vaarrichtingen. Per sector beschikt men dan over twee responsiegegevenbestanden die gebruikt worden om de kritische significante golfhoogte te bepalen. Dit gebeurt aan de hand van een macro geschreven door prof. Vantorre. De 60 verkregen Excel-files zijn weergegeven op de dvd [15]. Met behulp van deze Excel-files kan men analyseren of de richting een invloed heeft op de spreiding van het risico.

6.2.2 Resultaat In deze paragraaf worden de resultaten van de risiscoanalyses weergegeven. Er wordt een onderverdeling gemaakt in de invloed van de GM en de invloed van de diepgang.



6.2.2.1 Invloed GM Voor de twee gekozen kritische punten 187P en 187S mag de kans dat het waterniveau een referentieniveau overstijgt niet groter zijn dan eens in de levensduur. In Tabel 55 staan de significante golfhoogtes, waarbij een overschrijding van eenmaal per levensduur voorkomt, getabelleerd voor elke richtingssector en voor de combinaties voor de invloed van de GM. De laatste rij van deze tabel zijn de berekende significante golfhoogtes uit de paragraaf 4.4.6.1. Deze gelden voor de verzameling van alle richtingen. In Grafiek 40 is de overschrijdingskans in functie van de significante golfhoogte voor GM 1m en diepgang 3m weergegeven voor de berekeningen uit hoofdstuk 4. In Grafiek 41, Grafiek 42 en Grafiek 43 is hetzelfde weergegeven als voorgaande, maar ditmaal voor slechts één richtingssector, nl. sector 300. Er wordt gekozen voor deze sector omdat deze als resultaat een significante golfhoogte bekomt die kleiner is dan de golfhoogte bekomen in hoofdstuk 4. Om ook de invloed van de GM te bestuderen wordt per GM de grafiek van de overschrijdingskans met de laagste significante golfhoogte weergegeven.

richtingssector

HS,max (m) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 globaal

1|3 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.77 2.34 2.52 2.48

GM (m)|T (m) 3|3 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.72 2.30 2.37 2.41

5|3 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.60 2.12 2.14 2.20

Tabel 55: significante golfhoogtes voor verschillende richtingssectoren en GM’s



Grafiek 40: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 1m en T 3m (alle richtingen)

Grafiek 41: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 1m en T 3m (richtingssector 300)







6.2.2.2 Invloed diepgang In Tabel 56 worden de significante golfhoogtes voor een overschrijdingskans van eenmaal in de levensduur weergegeven, maar ditmaal voor verschillende diepgangen. Opnieuw stelt de laatste rij de resultaten voor bekomen uit hoofdstuk 4. Om de invloed op het risico te verduidelijken wordt zowel de overschrijdingskans bekomen in hoofdstuk 4 voor een GM van 3m en een diepgang van 3m afgebeeld in Grafiek 44, als de overschrijdingskans voor dezelfde GM en diepgang voor sector 300 afgebeeld in Grafiek 45. Er wordt gekozen voor deze sector, omdat deze als resultaat een significante golfhoogte bekomt die kleiner is dan de golfhoogte uit hoofdstuk 4. Om ook de invloed van de diepgang te bestuderen, wordt per diepgang de grafiek van de overschrijdingskans met de laagste significante golfhoogte weergegeven. De invloed van de diepgang is dus te zien door vergelijking van Grafiek 45, Grafiek 46 en Grafiek 47. Er dient nog opgemerkt te worden dat de verticale zwarte strepen in Grafiek 46 en Grafiek 47 het gevolg zijn van een gebrek aan data. In 1998 zijn er geen golven uit sector 300 op de Bol van Heist afgekomen met een significante golfhoogte van 2.45m. De lijnen hebben verder geen betekenis en kunnen bijgevolg evengoed weggelaten worden. HS,max (m)

richtingssector

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 globaal

3|3.0 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.72 2.30 2.37 2.41

GM (m)|T (m) 3|3.8 1.76 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.44 2.06 1.78 1.69 1.78

3|4.4 1.40 1.70 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 1.75 1.64 1.40 1.30 1.37

Tabel 56: significante golfhoogtes voor verschillende richtingssectoren en diepgangen



Grafiek 44: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3m voor alle richtingen

Grafiek 45: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3m voor de richtingssector 300



Grafiek 46: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3.8m voor de richtingssector 330

Grafiek 47: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 4.4m voor de richtingssector 330



6.2.2.3 Waarnemingen Het valt meteen op dat de spreiding van het risico, het verschil tussen het conditioneel minimum en maximum, veel kleiner is bij de grafieken die bij een bepaalde richtingssector horen. Dit wijst erop dat de golfrichting in belangrijke mate bepaalt of een golf al dan niet voor een groot risico op groen water zorgt. Dit is duidelijk te zien in de vergelijking van bijvoorbeeld Grafiek 44 met Grafiek 45 die beide bij dezelfde diepgang en GM horen. Grafiek 44 is een weergave voor alle golfrichtingen en vertoont een veel grotere spreiding dan Grafiek 45 die enkele de overschrijdingskansen weergeeft voor golven uit richtingssector 300. Er is duidelijk te zien in Tabel 55 dat de richtingssectoren 270, 300 en 330 belangrijke richtingen inhouden met een grote kans op overschrijding. Dit was te verwachten aangezien deze richtingen de golven bezitten afkomstig van over zee. Uit dezelfde tabel kan men ook besluiten dat de sector 300 de belangrijkste invloed heeft aangezien de toegelaten significante golfhoogte daar het kleinste is. 300 is niet de sector met het meeste golfspectra, maar wel de grootste energie-inhoud per golfspectrum. Uit Tabel 55 besluit men nog dat wanneer de GM vergroot de sector 330 belangrijker wordt. Aangezien deze sector vanaf GM 3m als resultaat voor de risicoanalyse een kleinere significante golfhoogte heeft dan de significante golfhoogte bekomen in hoofdstuk 4 uit de globale golfgegevens. Uit Tabel 56 kan men besluiten dat de richtingssectoren 0, 30, 240, 270, 300 en 330 een invloed hebben op het risico. Ditmaal zijn de sectoren 300 en 330 die de grootste invloed uitoefenen op de kansoverschrijding. Men ziet namelijk in deze tabel dat er wel een invloed is als de diepgang vergroot. Hierdoor verspringt de sector met de meeste invloed van 300 naar 330 met groter wordende diepgang. Een tweede invloed van de diepgang is dat naargelang de diepgang groter wordt er meer sectoren bijkomen die een significante invloed hebben op de kansoverschrijding. Dit zag men niet bij het onderzoek naar de invloed van de GM op het risico. Hiermee is net als in paragraaf 4.4.6.1 aangetoond dat de diepgang een grotere invloed op het risico voor overnemen van water heeft dan de GM.

6.2.3 Conclusies Het algemeen besluit dat men uit deze resultaten kan afleiden is dat de golfrichting ook een belangrijke parameter is die in rekening moet worden gebracht voor de exploitatie. De Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


golfrichting hoeft niet per se opgenomen te worden in de regelgeving. Deze paragraaf verschaft de kapitein en stuurman van een estuair schip wel het nodige inzicht om het risico van een bepaalde zeetoestand nog beter te kunnen inschatten.

6.3 Invloed van de periode op de responsie Een andere parameter die nog belangrijk kan zijn is de golfperiode. De invloed van de golfperiode op de relatieve verticale beweging van de kritische punten is het onderwerp van de volgende paragraaf.

6.3.1 Methode Om de invloed van de periode te evalueren gaat men analoog te werk als voor de invloed van de golfrichting uit paragraaf 6.1. Een verschil is wel dat men het volledige frequentiebereik, waarvoor er gegevens beschikbaar zijn, opdeelt in 10 intervallen. Deze worden weergegeven in Tabel 57 waarbij de grenzen van elk interval alsook het aantal geregistreerde spectra per interval worden vermeld. intervalnummer

interval (Hz)

aantal spectra

0

]0.00, 0.05]

4435

1

]0.05,0.10]

8

2

]0.10,0.15]

1938

3

]0.15,0.20]

3705

4

]0.20,0.25]

4817

5

]0.25,0.30]

1870

6

]0.30,0.35]

471

7

]0.35,0.40]

161

8

]0.40,0.45]

67

9

]0.45,0.50]

48

Tabel 57: intervallen van de golffrequentie

6.3.2 Resultaat De gemiddelde responsie per interval wordt uitgezet in Grafiek 48 tot Grafiek 53. De linkse grafiek behoort tot de vaart Westerschelde-Zeebrugge en de rechtse grafiek tot de vaart ZeebruggeWesterschelde. Hieronder wordt een opdeling gemaakt om enerzijds de invloed van de GM en anderzijds de invloed van de diepgang te kunnen analyseren bij de bepaling van de invloed van de periode op de responsie. Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


6.3.2.1 Invloed GM

Grafiek 48: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 1m en T 3m (links:W-Z, rechts:Z-W)





6.3.2.2 Invloed diepgang


Grafiek 52: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 3m en T 3.8m (links:W-Z, rechts:Z-W)

Grafiek 53: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 3m en T 4.4m (links:W-Z, rechts:Z-W)



6.3.3 Conclusies Uit de bekomen resultaten kan men besluiten dat de intervallen 2, 3 en 4 de grootste gemiddelde relatieve verticale beweging teweeg brengen en dus de werkelijke dominante frequentieintervallen zijn. Dit is voor beide kritische punten duidelijk te zien. Dit wijst erop dat de eerste eigenfrequentie van het schip voor verschillende beladingstoestanden in één van deze intervallen ligt. Indien men de vaart Westerschelde-Zeebrugge en de vaart Zeebrugge-Westerschelde vergelijkt, dan kan men opmerken dat voor het kritische punt 187P het interval 2 een lichtjes grotere gemiddelde responsie teweegbrengt voor de vaart Zeebrugge-Westerschelde. De andere intervallen blijven nagenoeg ongewijzigd. Voor het kritische punt 187S daalt de responsie, behorend bij de dominante intervallen 2 en 3 voor de vaart Zeebrugge-Westerschelde, sterk ten opzichte van de andere vaart. De responsies die bij de andere intervallen horen, dalen licht. Voor beide kritische punten kan men ten slotte nog besluiten dat voor interval 2 en voor de vaart Westerschelde-Zeebrugge de gemiddelde responsie stijgt, indien de GM stijgt. Bij de andere intervallen en de andere vaart is de stijging minder uitgesproken. Bij de invloed van de diepgang kan men opnieuw besluiten dat, indien de diepgang stijgt de gemiddelde responsie van interval 2 van de vaart Westerschelde-Zeebrugge toeneemt.

6.4 Invloed van de golfperiode op het risico 6.4.1 Methode De methode voor de bepaling van de invloed van de periode of frequentie op het risico is gelijklopend aan de methode voor de bepaling van de invloed van de richting op het risico beschreven in paragraaf 6.2.1. Hierbij zijn er opnieuw vijf combinaties van T en GM, maar er zijn slechts 10 intervallen. Dit wil zeggen dat men ditmaal 50 keer de golfspectrumtabelbestanden laat inwerken op de bewegingspuntbestanden en ontmoetingsfrequentiebestanden. De 50 verkregen Excel-files zijn ook weergegeven op de dvd [15]. Met behulp van deze Excel-files kan men analyseren of de periode een invloed heeft op de spreiding van het risico.



6.4.2 Resultaat In deze paragraaf worden de resultaten van de risiscoanalyses weergegeven. Er wordt een onderverdeling gemaakt om de invloed van de GM en de invloed van de diepgang te bestuderen.

6.4.2.1 Invloed GM Voor de twee gekozen kritische punten 187P en 187S mag de kans dat het waterniveau een referentieniveau overstijgt niet groter zijn dan eens in de levensduur. In Tabel 58 worden de significante golfhoogtes waarbij een overschrijding van eenmaal per levensduur voorkomt, weergegeven voor elk interval en voor de combinaties voor de invloed van de GM. De laatste rij van deze tabel geeft de bekomen significante golfhoogtes uit hoofdstuk 4 weer. Voor de overschrijdingskans in functie van de significante golfhoogte voor GM 1m en diepgang 3m berekend in hoofdstuk 4 wordt verwezen naar Grafiek 40. In Grafiek 54, Grafiek 55 en Grafiek 56 wordt hetzelfde weergegeven als voorgaande maar ditmaal voor slechts één periode-interval, nl. interval 2. Er wordt gekozen voor dit interval aangezien deze als resultaat een significante golfhoogte bekomt die kleiner is dan de golfhoogte uit hoofdstuk 4. Om ook de invloed van de GM te bestuderen wordt per GM de grafiek van de overschrijdingskans met de laagste significante golfhoogte weergegeven.

Periode-interval

HS,max (m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 globaal

1|3 3.98 3.98 2.30 2.74 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.48

GM (m)|T (m) 3|3 3.98 3.98 2.24 2.48 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.41

5|3 3.98 3.98 2.07 2.48 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.20

Tabel 58: significante golfhoogtes voor de verschillende intervallen en GM’s



Grafiek 54: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 1m en T 3.0m voor interval 2





6.4.2.2 Invloed diepgang In Tabel 59 worden de significante golfhoogtes voor de overschrijdingskans van eenmaal per levensduur weergegeven. Ditmaal voor verschillende diepgangen. Opnieuw stelt de laatste rij de resultaten voor bekomen in hoofdstuk 4. Om de invloed op het risico te verduidelijken wordt zowel de overschrijdingskans uit hoofdstuk 4 voor een GM van 3m en een diepgang van 3m afgebeeld in Grafiek 44 als de overschrijdingskans voor dezelfde GM en diepgang voor interval 2 afgebeeld in Grafiek 57. Er wordt gekozen voor dit interval 2 aangezien deze als resultaat een significante golfhoogte bekomt die kleiner is dan de golfhoogte bekomen in hoofdstuk 4. Om ook de invloed van de diepgang te bestuderen wordt per diepgang de grafiek van de overschrijdingskans met de laagste significante golfhoogte weergegeven. De invloed van de diepgang is bijgevolg waar te nemen bij vergelijking van Grafiek 57, Grafiek 58 en Grafiek 59.



HS,max (m)

Periode-interval

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 globaal

3|3 3.98 3.98 2.24 2.48 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 2.41

GM|T (m) 3|3.8 3|4.4 3.98 3.98 3.98 3.98 1.65 1.25 1.75 1.32 3.98 1.54 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 3.98 1.78 1.37

Tabel 59: significante golfhoogtes voor de verschillende intervallen en diepgangen








6.4.2.3 Waarnemingen Het valt ook hier op dat de spreiding van het risico, het verschil tussen het conditioneel minimum en maximum, veel kleiner is bij de grafieken die bij één bepaalde frequentie-interval horen. Dit wijst erop dat de golfperiode in belangrijke mate bepaalt of een golf al dan niet voor een groot risico op groen water zorgt. Dit effect is duidelijk waar te nemen in de vergelijking tussen Grafiek 40 en Grafiek 54 of tussen Grafiek 44 en Grafiek 55. Er blijft wel enige spreiding aanwezig. Dit komt omdat één bepaald frequentie-interval nog steeds golven

met

verschillende

golfhoogtes

en

golfrichtingen

bevat.

Bovendien

is

de

ontmoetingsfrequentie tussen golf en schip van belang voor de grootte van de responsie. De ontmoetingsfrequentie wordt naast de golffrequentie ook nog bepaald door de scheepssnelheid en de relatieve richting tussen schip en golf. Uit Tabel 58 is te zien dat intervallen 2 en 3 belangrijke frequenties inhouden voor de kans op overschrijding. Uit dezelfde tabel kan men ook besluiten dat interval 2 de belangrijkste invloed heeft aangezien de toegelaten significante golfhoogte daar het kleinste is. Uit deze tabel besluit men ook dat de GM geen invloed heeft. Elke combinatie van diepgang en GM die in rekening wordt gebracht vertoont hetzelfde gedrag. Uit Tabel 59 kan men besluiten dat de intervallen 2, 3 en 4 een invloed hebben op het risico. Opnieuw is het interval 2 die de grootste invloed uitoefent op de kansoverschrijding. Men leidt ook af uit de waarden dat er een invloed is van de diepgang. Naarmate de diepgang groter wordt, verkrijgt interval 3 meer invloed en komt er nog een interval dat invloed uitoefent bij, namelijk interval 4. Interval 2 blijft wel de belangrijkste. In Grafiek 57, Grafiek 58 en Grafiek 59 zijn de kansoverschrijdingen afgebeeld voor het interval met de laagste significante golfhoogte voor de drie combinaties van diepgang en GM die in rekening worden gebracht. In Grafiek 44 is de kansoverschrijding voor diepgang 3m en GM 3m afgebeeld die in hoofdstuk 4 bekomen wordt zonder de golfgegevens op te delen in intervallen. Indien men deze grafiek vergelijkt met Grafiek 57 die hoort bij dezelfde diepgang en GM dan is het duidelijk te zien dat periode-interval 2 een invloed heeft op de spreiding van het risico. Zo is het ook in de overige grafieken duidelijk dat de spreiding op het risico veel verkleint .

6.4.3 Conclusies Het algemeen besluit dat men uit deze resultaten kan afleiden is dat de periode van de golven ook een belangrijke parameter is die in rekening moet worden gebracht voor de exploitatie. Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


7 Samenvatting conclusies

Dit afsluitende hoofdstuk geeft een synthese van de conclusies uit deze masterproef. Uit paragraaf 2.4 blijkt dat 11kn een goede waarde is om bij simulaties als scheepssnelheid te gebruiken. 11kn ligt enigszins boven de gemiddelde snelheid, zodat met deze waarde reeds meer risicovolle situaties gesimuleerd worden. Het heeft geen zin om de scheepssnelheid bij simulaties nog te verhogen aangezien snelheden boven de 11kn enkel voorkomen in kalme zeeën. Verder is in dezelfde paragraaf ook aangetoond dat de snelheid ten opzichte van het water duidelijk veel nauwer verdeeld is rond het gemiddelde dan de snelheid over de grond. Dit wijst erop dat de Deseo veeleerder bestuurd wordt met het oog op een constant brandstofverbruik, dan om een bepaalde snelheid t.o.v. de grond te halen. Uit paragraaf 3.2 concludeert men dat de voorspelling van de significante golfhoogte voor de Bol van Heist een betrouwbare bron is om te beslissen of een estuair schip al dan niet de overtocht tussen Zeebrugge en de Westerschelde mag maken. Aangezien er in de voorspelling reeds een kleine marge is ingecalculeerd, is het niet nodig om een bijkomende veiligheidsfactor te hanteren. Voorwaarde is wel dat men bij extreme golfcondities de voorspellingen en metingen op de voet volgt. Uit paragraaf 3.3 blijkt dat de significante slingeren stampamplitude bekomen uit Seaway niet zo goed overeenkomen met de opgemeten waarden van de meetvaart. De gemiddelde slingeren stampperiodes komen al beter in de buurt. De afwijkingen zijn waarschijnlijk te wijten aan het feit dat er bij de vergelijking geen rekening gehouden is met de richtingsspreiding van de golven. Er is uitgegaan van een vaste golfrichting omdat er geen directioneel golfspectrum voor het tijdstip van de meetvaart beschikbaar is. Men kan dus besluiten dat Seaway geen nauwkeurige resultaten geeft als men geen rekening houdt met de richtingsspreiding. In de andere hoofdstukken van deze masterproef is daarom gewerkt met directionele golfspectra van de Bol van Heist voor het jaar 1998. Tot slot kan men uit deze paragraaf nog besluiten dat één enkele meetvaart een beetje weinig is om na te gaan of Seaway al dan niet correcte resultaten weergeeft. Hiervoor zouden nog meetvaarten moeten plaatsvinden in zo verschillend mogelijke zeetoestanden. Verder kan de verificatie tussen Seaway en golfproeven op een scheepsmodel nuttig zijn om ondermeer Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


dempingsconstanten en gyratiestralen vrij precies te bepalen. Bij het afronden van deze masterproef waren deze golfproefgegevens echter nog niet voorhanden. Vanaf de zomer van 2011 zal dit wel het geval zijn. Op basis van de modelproeven uit paragraaf 3.4 kan men voor de Deseo met een diepgang van 4.5m besluiten dat de tweede term uit de formule van het Koninklijk Besluit [12] geen goede benadering is voor de boeggolfhoogte boven het wateroppervlak in rust. Een betere uitdrukking voor de boeggolftoeslag is in paragraaf 3.4.2 afgeleid en bedraagt: 0.2 1.36

z 2V

Deze formule mag echter niet algemeen gebruikt worden. Toekomstige sleepproeven waarbij zeker ook de diepgang en eventueel de waterdiepte en de trim gevarieerd worden, moeten een realistische toeslag bepalen. Uit paragraaf 4.7 blijkt dat het meest kritische criterium uit het Koninklijk Besluit [12] de overname van groen water is in punten net achter de verschansing van het voordek. In het geval van de Deseo zijn dit de punten 187P en 187S. De berekeningen in hoofdstuk 4 voor deze punten geven dus meteen de toegelaten significante golfhoogtes voor het hele schip. In paragraaf 4.4 berekent men optimale combinaties van diepgangen en significante golfhoogtes. Een overzicht voor systemen met hoogstens 3 trappen is weergegevens in Tabel 60. Hieruit blijkt dat de maximaal haalbare gemiddelde lading per dag toeneemt met het aantal trappen. Om de vervoerscapaciteit van estuaire containerschepen te vergroten loont het dus zeker de moeite om een systeem met meerdere trappen te hanteren.

1 trap (huidige regelgeving) 1 trap (paragraaf 4.4.6.1) 2 trappen (paragraaf 4.4.6.2) 3 trappen (paragraaf 4.4.6.3)

T1 (m) 3.78 4.4 4.4 4.4

HS1 (m) 1.75 1.37 1.30 1.31

T2 (m) 3.8 3.8

HS2 (m) 1.70 1.71

T3 (m) 3.4

HS3 (m) 2.00

max. gem. lading (ton) 4 187.4 4 809.1 5 071.2 5 163.2

toename lading (%) 14.9 21.1 23.3

Tabel 60: overzicht van de systemen met 1, 2 of 3 trappen

Theoretisch is het mogelijk om een systeem met 4, 5, … of nog meer trappen op te stellen. De complexiteit van het rekenwerk neemt hierbij wel zeer snel toe. De winst die men boekt qua vervoerscapaciteit daarentegen stijgt slechts degressief met een toenemend aantal trappen. Het is dus niet aangewezen om een systeem met meer dan drie trappen exact te gaan uitrekenen. Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


Men zou wel voor een aantal doordachte mogelijke combinaties met veel trappen na kunnen gaan of ze veilig zijn en of er effectief meer lading vervoerd kan worden. Deze heuristiek geeft echter geen garantie op de meest optimale oplossing. Bovendien zal de complexere startprocedure en de moeilijkere controle op de naleving ervan de kleine winst aan vervoerscapaciteit niet kunnen verantwoorden. Voor het 3-trapssysteem heeft men in paragraaf 4.6 de invloed van de GM nagegaan. Het resultaat is een procedure om voor afvaart de hoeveelheid lading te gaan bepalen. De maximaal toegelaten significante golfhoogte is afhankelijk van de GM als volgt: 1.415F 0.007 · BvF 0.0092 · Bv²F; 1.15F 0.03 · BvF 5.0F;

HS1m

1.88F 0.03 · BvF 0.0084 · Bv²F; 1.52F 0.06 · BvF 5.0F;

HS2m HS3m

2.0F; 2.0F 0.1 · BvF 3.0m; 1.7F;

Bv ¥ 5.0F Bv ª 5.0F Bv ¥ 5.0F Bv ª 5.0F

Bv ¥ 3.0F 3.0F ¥ Bv ¥ 6.0F Bv ª 6.0F

Bij een bepaalde GM volgt HSi waarvoor het schip een maximale diepgang van Ti mag hebben. Hierbij is T1=4.4m, T2=3.8m en T3=3.4m. Uit hoofdstuk 4 volgt nog dat zowel met toenemende diepgang als GM het risico op het overnemen van groen water stijgt. De diepgang heeft merkelijk een grotere invloed op de overschrijdingskans dan de GM. Uit bijlage C, waar meer duiding wordt gegeven bij paragraaf 4.4.6.1, kan men besluiten dat de diepgang slechts een zeer geringe invloed heeft op de slingerfrequentie en de slingeramplitude. Bij een stijgende GM-waarde nemen de slingerfrequentie en -amplitude wel significant toe in grootte. Als de ontmoetingsfrequentie gelijk wordt aan de natuurlijke slingerfrequentie (en bij benadering aan de gedempte slingerfrequentie) dan komt het slingeren van het schip immers in resonantie met

de golfexcitatie en dan is de slingeramplitude maximaal. De gemiddelde

ontmoetingsfrequentie is voor beide vaarrichting verschillend. Voor de overtocht van de Westerschelde-monding naar Zeebrugge bedraagt de ontmoetingsfrequentie gemiddeld 0.356Hz. In de omgekeerde richting is dat slechts 0.145Hz. In hoofdstuk 5 wordt de Franse regelgeving voor estuaire schepen vergeleken met de Belgische. Het blijkt dat de Franse minder streng is, maar in tegenstelling tot de Belgische wel rekening houdt met ongunstige golfrichtingen en –periodes. De Belgische daarentegen houdt naast die Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


maximale slingerhoeken ook rekening met water op voor-, hoofd- en achterdek en met slamming. In beide landen moet het schip nog gekeurd worden door een classificatiemaatschappij. In de probabilistische berekening moeten daarom ook torsiemomenten, verticaal buigende momenten en versnellingen meegenomen worden. In hoofdstuk 6 tot slot is de invloed van de golfrichting en de golfperiode bekeken op de grootte en de spreiding van de overschrijdingskans op het overnemen van groen water in 187P en 187S. Uit risicoanalyses volgt dat beide kritische punten meer risico lopen tot het overnemen van groen water als ze zich aan de kant van de open zee bevinden. Het meest risicovolle interval waaruit golven kunnen komen is [255°,345°] en het meest risicovolle frequentiebereik blijkt [0.10Hz; 0.15Hz] te zijn. Dit frequentiebereik komt overeen met golfperiodes tussen de 6.67s en de 10s. De grootte van het risico hangt dus samen met de golfrichting en de golfperiode. Het valt ook op dat de spreiding van het risico, het verschil tussen het conditioneel minimale en maximale overschrijdingskans, veel kleiner is bij een bepaalde richtingssector of een bepaald frequentie-interval in vergelijking met alle golven. Dit wijst erop dat zowel de golfrichting als de golfperiode in belangrijke mate mee bepalen of een golf al dan niet voor een groot risico op groen water zorgt. Om het risico van een bepaalde zeetoestand beter te kunnen inschatten moeten er met de parameters golfrichting en –periode dus ook rekening gehouden worden.



8 Bijlages

8.1 Bijlage A: General arrangement plan

Figuur 15: general arrangement plan van de Deseo [39]



8.2 Bijlage B: Berekening van T en GM voor een bepaalde ladingsconditie 8.2.1 Berekening van T Uit de stabiliteitshandleiding van de Deseo [22] volgt dat het leeg schip met 50% voorraden een massa van 1744.629ton heeft. Om de totale massa van de het schip te kennen moet men hierbij de massa van de containers en de massa van de ballasttanks bijtellen:

³

5

?

Fj`j Fk>> *5_³0% i``99:;>) µ F`)j:5)>9 k:: 5 µ Fl:kk:jj:)+ ?

³

5

?

1 744.629Y$J µ F`)j:5)>9 k:: 5 µ Fl:kk:jj:)+ ? Het volume-deplacement in zee uitgedrukt in m³ volgt dan uit: ¶

Fj`j Fj`j ·¸>> 1.025 Y$J F³

Dankzij de vaste vorm van de hull bestaat er een eenduidig verband tussen het volume van de carene en de diepgang. De diepgang T is af te lezen uit de carenetabellen [31] van de Deseo. Deze mogen bij benadering afgelezen worden uit de tabellen voor een schip zonder trim.

8.2.2 Berekening van GM Nu de diepgang T gekend is, moet GM nog bepaald worden. De algemene formule voor GM is: Bv ¹p pv ¹B KB + BM kan men samen nemen tot de afstand KM. Daarnaast moet GM nog gecorrigeerd worden voor de aanwezigheid van vrije vloeistofoppervlakken in deelsgevulde tanks. De uitdrukking voor GM wordt hiermee: Bv ¹v ¹B N$11WNYWYW1F zzA KM is de hoogte van het metacentrum boven de kiel. Deze waarde is met de kennis van de diepgang af te lezen uit de carenetabellen [31].



KG is de hoogte van het zwaartepunt boven de kiel. Deze kan berekend worden als een gewogen gemiddelde van de ligging van de zwaartepunten van de containerlagen, de ballasttanks en het lege schip: ¹B

Fk>> *5_ · o k>> *5_ ∑5F k:: 5 · o k:: 5 ∑³ ?Fl:kk:jj:)+ ? · o j:)+ ? Fj`j

De hoogte van het zwaartepunt van het leeg schip met 50% voorraden bedraagt volgens de stabiliteitshandleiding [22] van de Deseo 3.795m. De massa van een FEU bedraagt maximaal 30.48ton, de massa van een TEU mag hoogstens 24ton bedragen. De hoogte van de container 2.591m (8"1/2) of uitzonderlijk 2.896m (9"1/2). De ligging van het zwaartepunt van een laag containers wordt in het midden van deze laag beschouwd: 1 1 o k:: 5 G;ll>k> l`;> R S · G`)j:5)>9 1.02F R S · 2.591F 2 2 De maximale inhoud van de tanks is terug te vinden in de stabiliteisthandleiding[40]. De hoogte van het zwaartepunt van een tank beschouwt men vereenvoudigd op de afstand tussen de bodem en het wateroppervlak in de tank. Tot slot moet er nog een uitdrukking voor de correctieterm ten gevolge van de vrije vloeistofoppervlakken in de tanks worden opgesteld. In de cursus Introduction to Maritime Technology [41] staat o.a. volgende uitdrukking: N$11WNYWYW1F zzA X ·

∆

Hierin is: •

w1 het soortelijk gewicht van de vloeistof. Aangezien zout water voor corrosie van de ballasttanks zou zorgen, worden de tanks gevuld met zoet water. Het soortelijk gewicht is dus gelijk aan: X 1.000

•

Y$J E E · 9.81 9.81 Y$J F³ F³

I1 het oppervlaktetraagheidsmoment van de waterlijn van de tank ten opzichte van de langsas van de tank. Voor tanks met een rechthoekige horizontale doorsnede met lengte l en breedte b geldt er:


# · ³ 12


•

∆ het gewicht van het geladen schip. Dit is gelijk aan: ∆ ·¸>> · V · ¶ 1.025

Y$J E Fj`j E · 9.81 · 9.81 · Fj`j Y$J 1.025 Y$J Y$J F³ F³

Na substitutie van KM, KG en de correctieterm voor VVO in de uitdrukking voor GM, kan men GM berekenen voor een gewenste ladingsconditie.

8.2.3 Bepaling van mogelijke combinaties van T en GM Vooreerst is er een begrenzing van de diepgang. Om geen risico op slamming te hebben en om de schroeven onder water te houden is de minimale diepgang 2.0m. De maximale diepgang van 4.4m werd in hoofdstuk 4 bepaald. De minimale en maximale waarden van GM zijn afhankelijk van de beladingsconditie en dus van de diepgang. Om vrij snel de massa’s en posities van de containers en de inhoud van de ballasttanks te variëren is een Excel-werkblad opgesteld. Dit bestand [15] is gebaseerd op de formules van paragrafen 8.2.1 en 8.2.2. Voor het bepalen van de minimale waarde van GM bij een bepaalde diepgang, zorgt men ervoor dat het zwaartepunt zo hoog mogelijk ligt. Dit doet men door de containers zo hoog mogelijk te stapelen en de zwaarste containers bovenaan te plaatsen. Verder zorgt men ervoor dat alle ballasttanks deels gevuld zijn, zodat er van de GM nog een grote correctie voor de vrije vloeistofoppervlakken in de ballasttanks moet worden afgetrokken. De maximale waarde van GM bij een zekere diepgang doet zich voor in een situatie waarbij het zwaartepunt zo laag mogelijk ligt. De containers zijn in dit geval zo laag mogelijk gestapeld. De ballasttanks zijn ofwel leeg ofwel volledig gevuld, zodat er geen correctie voor vrije vloeistofoppervlakken nodig is. Het resultaat van deze berekeningen is een gebied waarin combinaties van T en GM kunnen optreden. Dit gebied is weergegeven in Grafiek 60:



4.5 4 3.5

T (m)

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

GM (m)

Grafiek 60: gebied met theoretisch mogelijke combinaties van T en GM



8.3 Bijlage C: slingerfrequentie en -amplitude 8.3.1 Methode en berekeningen Op analoge wijze als in paragrafen 4.4.1, 4.4.2 en 4.4.3 leidt men RAO’s voor de slingerbeweging af. Uit de directionele golfgegevens van de Bol van Heist kan men dan zoals in paragraaf 4.4.4 de slingerresponsie berekenen in beide vaarrichtingen. Daarna voegt men de maandelijkse data terug samen tot gegevens voor een heel jaar en filtert men de tijdstippen weg waarop de meetboei niets registreerde. Uit de gefilterde gegevens volgen dan uiteindelijk de gemiddelde slingerfrequentie en de gemiddelde significante slingeramplitude. De bovenstaande berekening past men toe op 7 GM-waarden in combinatie met 3 verschillende diepgangen en dit voor beide vaarrichtingen.

8.3.2 Resultaten 8.3.2.1 Overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge Voor de vaart waarbij het schip uit de richting van 70° komt, vindt men de slingerfrequenties uit Tabel 61. Deze waarden zijn grafisch weergegeven in Grafiek 61. De berekende waarden voor de significante slingeramplitude zijn terug te vinden in Tabel 62 en Grafiek 62. slingerfrequentie (Hz) 3.4 T (m) 3.8 4.4

1 0.160 0.157 0.160

2 0.133 0.131 0.134

3 0.131 0.132 0.137

GM (m) 4 0.140 0.142 0.145

5 0.150 0.152 0.155

6 0.160 0.162 0.164

7 0.169 0.170 0.171

Tabel 61: slingerfrequentie in functie van diepgang en GM voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge



0.18 0.17 slingerfrequentie (Hz)

0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 T=4.4m

0.11

T=3.8m 0.10

T=3.4m

0.09 0.08 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 61: slingerfrequentie in functie van diepgang en GM voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge

significante slingeramplitude (°) 3.4 T (m) 3.8 4.4

1 0.146 0.145 0.146

2 0.217 0.226 0.251

3 0.358 0.382 0.422

GM (m) 4 0.511 0.540 0.580

5 0.612 0.638 0.675

6 0.667 0.691 0.726

7 0.687 0.708 0.738

Tabel 62: significante slingeramplitude in functie van diepgang en GM voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge

significante slingeramplitude (°)

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 T=4.4m T=3.8m T=3.4m

0.2 0.1 0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 62: significante slingeramplitude in functie van diepgang en GM voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge



8.3.2.2 Overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde Voor de vaart waarbij het schip uit de richting van 250° komt, vindt men de slingerfrequenties uit Tabel 63. Deze waarden zijn grafisch weergegeven in Grafiek 63. De berekende waarden voor de significante slingeramplitude zijn terug te vinden in Tabel 64 en Grafiek 64. slingerfrequentie (Hz) 3.4 T (m) 3.8 4.4

1 0.084 0.083 0.081

2 0.099 0.100 0.101

3 0.115 0.117 0.119

GM (m) 4 0.130 0.132 0.134

5 0.142 0.144 0.146

6 0.153 0.155 0.157

7 0.162 0.163 0.164

Tabel 63: slingerfrequentie in functie van diepgang en GM voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde

0.18 0.17

slingerfrequentie (Hz)

0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 T=4.4m

0.11

T=3.8m 0.10

T=3.4m

0.09 0.08 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 63: slingerfrequentie in functie van diepgang en GM voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde

significante slingeramplitude (°) 3.4 T (m) 3.8 4.4

1 0.390 0.400 0.423

2 0.397 0.404 0.434

3 0.475 0.488 0.520

GM (m) 4 0.566 0.584 0.609

5 0.598 0.612 0.635

6 0.609 0.625 0.651

7 0.611 0.626 0.648

Tabel 64: significante slingeramplitude in functie van diepgang en GM voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde



0.8 significante slingeramplitude (°)

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3

T=4.4m T=3.8m

0.2

T=3.4m 0.1 0.0 0

1

2

3

4

5

6

7

GM (m)

Grafiek 64: significante slingeramplitude in functie van diepgang en GM voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde

8.3.3 Conclusies Een eerste vaststelling is dat de diepgang weinig invloed heeft op de slingerfrequentie en de slingeramplitude. Deze grootheden stijgen slechts in beperkte mate bij een toenemende T. Voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde stijgt de slingerfrequentie bij toenemende GM-waarden. Dit was te verwachten uit de formule van paragraaf 4.4.6.1. Voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge ziet men dezelfde trend als de GM meer dan 3m bedraagt. Voor GM-waarden kleiner dan 2m stijgt de slingerfrequentie met dalende GM. Dit komt doordat het metacenter daalt. Een slinger met een laag ophangingpunt heeft een kleine periode en dus een grote frequentie. Er is een groot verschil in de ontmoetingsfrequenties van beide vaarrichtingen. Voor schepen met bestemming Zeebrugge bedraagt deze gemiddeld 0.356Hz terwijl deze voor schepen komende van Zeebrugge slechts 0.145Hz bedraagt. Dit komt omdat de dominante golfrichtingen een component hebben in de vaarrichting naar 70° en dus tegen de vaarrichting naar 250°. Het verschil in ontmoetingsfrequenties verklaart ook het verschil van de significante slingeramplitudes. Voor schepen die van de Westerschelde naar Zeebrugge varen, stijgt de slingeramplitude met toenemende GM over het hele GM-bereik. De gedempte slingerfrequentie komt namelijk steeds dichter bij de ontmoetingsfrequentie van 0.356Hz te liggen. Voor schepen Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


met een vaarrichting naar de Westerscheldemonding stijgt de slingeramplitude nog nauwelijks met toenemende GM vanaf een GM van 5m. De gedempte slingerfrequentie ligt daar immers in de buurt van de ontmoetingsfrequentie van 0.145Hz. Als de ontmoetingsfrequentie gelijk wordt aan de natuurlijke slingerfrequentie (en bij benadering de gedempte slingerfrequentie) dan komt het slingeren van het schip in resonantie met de golfexcitatie en dan is de slingeramplitude maximaal. De benadering is te verantwoorden dankzij het groot polair massatraagheidsmoment om de x-as en het grote gewichtsdeplacement. Samengevat kan men dus besluiten dat de diepgang slechts een zeer kleine invloed heeft op de slingerfrequentie en de slingeramplitude. Bij een stijgende GM-waarde nemen de slingerfrequentie en -amplitude wel significant toe in grootte. Er is een belangrijk verschil voor beide vaarrichtingen aangezien de respectievelijke ontmoetingsfrequenties ver uit elkaar liggen.



8.4 Bijlage D: dvd De rekenbladen, programmacodes, golfgegevens en andere documenten waarnaar in de tekst verwezen wordt, zijn beschikbaar op de bijgevoegde dvd [15]. Alle documenten staan geordend in mappen die dezelfde nummering en titels dragen als de hoofdstukken en paragrafen in deze masterproef.



Referenties

[1] Evolutie containerverkeer. Port of Zeebrugge. [Online] http://www.portofzeebrugge.be/nl/node/131. [2] Port of Zeebrugge. People Planet Profit Port. Zeebrugge : P. Vandammehuis, 2009. p. 29. [3] 't Groot Gedelf. [Online] http://www.tgrootgedelf.be. [4] Vankerkhoven, S. Bruggenmiserie verantwoordt nieuw kanaal van 2 miljard niet. Brugsch Handelblad. 20 mei 2011, pp. 10-11. [5] P. Van Cauwenberghe, Directeur van de socio-economische dienst van de haven van Zeebrugge en O. Crousel, General manager van PortConnect. Estuaire vaart. Zeebrugge, december 2010. [6] waterwegen. De binnenvaart. [Online] De binnenvaart. http://www.binnenvaart.be/nl/waterwegen/waterwegenkaarten.asp. [7] B, K. Estuaire vaart moet blijven. Brugsch Handelsblad. 15 oktober 2010, p. 40. [8] Neyts, F. Snel en milieuvriendelijk. Brugsch Handelsblad. 10 september 2010, p. 46. [9] APMT urges Belgian hubs to team up. Lloyd's list. 26 november 2010. [10] Wackenier, B. Federal Public Service Mobility and Transport. Estuary Services in Belgium. [presentatie]. sl : PIANC, 18 november 2009. [11] Vantorre, M. Haalbaarheidsstudie Estuaire Containervervoer als hinterlandverbinding voor de haven van Zeebrugge. Antwerpen/Gent, november 2005. [12] Koninklijk Besluit betreffende binnenschepen die ook voor niet-internationale zeereizen worden gebruikt. 2e editie, 16 maart 2007, Belgisch Staatsblad, pp. 14699-14711. [13] GSK_PH_001 General arrangementcontainer. [14] Marine Traffic. [Online] http://www.marinetraffic.com. [15] Vercruysse, T. en De Couvreur, L. Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge. [dvd] Gent, 2011. [16] T'Jampens, R. RE: Data van de Bol van Heist. 9 mei 2001. IVA MDK - afdeling Kust - Meetnet Vlaamse Banken. [17] Eikenhout, G. RE: gegevens Deseo oktober 2010 tot januari 2011. 23 mei 2011. [18] Voorspelling van de hoogte van de golven: Bol van Heist. Beheerseenheid van het Mathematisch Model van de Noordzee. [Online] http://www.mumm.ac.be/NL/Models/Operational/Waves/table.php?station=bolvanheist. [19] Metingen. Meetnet Vlaamse Banken. [Online] http://www.meetnetvlaamsebanken.be/Default.aspx?Page=Measurements&L=nl.



[20] Vantorre, M. en Eloot, K. Manoeuvreer- en Zeegangsgedrag van Maritieme Constructies. Gent, 2010-2011, II, p. 8. [21] Vantorre, M. en Eloot, K. Manoeuvreer- en Zeegangsgedrag van Maritieme Constructies. Gent, 2010-2011, III, p. 37. [22] SARC BV. Stabiliteit Deseo. Bussum, Nederland : SARC, 2008. p. 17. [23] Eikenhout, G. Re: gegevens Deseo 14 en 15 maart. 16 maart 2011. [24] Vantorre, M., Eloot, K. en Heylbroeck, B. Introduction to Maritime Technology. Gent, 20092010, III, p. 16. [25] Verwilligen, J. Springingsverschijnsel bij Estuaire Vaart. Gent, 2006, p. 150. [26] [Online] http://img.geocaching.com/cache/b3fec578-e767-4ba7-98ab-0ccfbd16bdf6.jpg. [27] Vantorre, M. Response to local wave conditions between the river Scheldt and Zeebrugge, Calculation of wave induced motions and moments in measured directional spectra registered at Bol van Heist 1998. Gent/Antwerpen, mei 2010. p. 4. [28] Hydrografische dienst Oostende, afdeling Kust. Noordzee Vlaamse Banken van Gravelines tot Oostkapelle. Vlaams Instituut voor de Zee. [Online] mei 2005. http://www.vliz.be/imis/imis.php?module=ref&refid=77414#aut. [29] Maand rapporten. Meetnet Vlaamse Banken. [Online] maart 2011. http://www.meetnetvlaamsebanken.be/Default.aspx?Page=MonthlyReports&L=nl. [30] Vantorre, M. en Eloot, K. Manoeuvreer- en Zeegangsgedrag van Maritieme Constructies. Gent, 2010-2011, IV, p. 8. [31] SARC BV. Stabiliteitsonderzoek Deseo. Bussum, Nederland : SARC, 2008. p. 266. [32] Scheepvaartberichten en waterdata. Rijkswaterstraat. [Online] Ministerie van Infrastructuur en milieu. http://www.rijkswaterstaat.nl/water/scheepvaartberichten_waterdata/. [33] SARC BV. Stabiliteitsonderzoek Deseo. Bussum, Nederland : SARC, 2008. pp. 122-124. [34] Port 2000 objectives. Grand port maritime du Havre. [Online] http://extrapah.havreport.net/portal/page?_pageid=34,55494&_dad=portal&_schema=PORTAL. [35] Google Earth. [Online] http://www.google.com/intl/nl/earth/index.html. [36] Arrêté du 10 janvier 2007 relatif à la navigation de bateaux fluviaux en mer pour la desserte de Port 2000. 27 januari 2007, JOURNAL OFFICIEL DE LA RÉPUBLIQUE FRANÇAISE, p. 6. [37] Interprétation sur l’application de la division 229 à un projet de bateau porte-conteneurs ouvert de 135m exploité pour la desserte de Port 2000 accès sud. Direction Regionale des affaires Maritimes de Haute-Normandie, Commision Regionale de securite Le Havre. Le Havre, juni 2010. p. 3, Proces-Verbal. [38] Vantorre, M. en Eloot, K. Manoeuvreer- en Zeegangsgedrag van Maritieme Constructies. Gent, 2010-2011, IV, p. 5.



[39] Vantorre, M. en Truijens, P. Inland waterways container vessel, Deseo, Response to local wave conditions between the river Scheldt and Zeebrugge, Calculation of wave induced motions and moments in measured directional spectra registered at Bol van Heist 1998. Gent, maart 2007. [40] SARC BV. Stabiliteit Deseo. Bossum, Nederland : SARC, 2008. p. 3. [41] Vantorre, M., Eloot, K. en Heylbroeck, B. Introduction to Maritime Technology. Gent, 20092010, II, p. 75.



Bibliografie [1] M. Vantorre, Haalbaarheidsstudie Estuair Containervervoer als hinterlandverbinding voor de haven van Zeebrugge, Antwerpen/Gent, november 2005 [2] M. Vantorre et al., Risk Analysis for inland vessels in estuary service, paper, Ghent University, Ghent, 2006 [3] P. Truijens, M. Vantorre, Ghent University, Ir. T. Vanderwerff, Lloyd’s Register EMEA, On the Design of Ships for Estuary Service, paper, International Journal of Maritime Engineering, 2006 [4] J. Verwilligen, springingsverschijnsel bij Estuaire vaart, scriptie, Universiteit Gent, 2006 [5] Ministère des transports, de l’équipement, du tourisme et de la mer, Arrêté du 10 janvier 2007 relatif à la navigation de bateaux fluviaux en mer pour la desserte de Port 2000, 27 januari 2007 [6] M. Vantorre, P. Truijens, Inland waterways container vessel, Deseo, Response to local wave conditions between the river Scheldt and Zeebrugge, Calculation of wave induced motions and moments in measured directional spectra registered at Bol van Heist 1998, Ghent, maart 2007 [7] Koninklijk Besluit betreffende binnenschepen die ook voor niet-internationale zeereizen worden gebruikt, Belgisch Staatsblad, 16 maart 2007, 2e editie, p 14699-14711 [8] M. Vantorre, K. Eloot, G. Delefortrie, Estuary Traffic: an alternative hinterland connection for coastal ports, Ghent University, paper, 2007 [9] V. De Beck, Invloed van het lokale golfklimaat op de resultaten van de risicoanalyse van estuaire schepen, scriptie, Universiteit Gent, 2007 [10] SARC BV, Stabiliteitsonderzoek Deseo, Bussum, Nederland, 2008 [11] SARC BV, Stabiliteit Deseo, Bussum, Nederland, 2008 [12] M. Vantorre, K. Eloot, B. Heylbroeck, Introduction to Maritime Technology, Gent, 2009-2010 [13] I. Backalov, Probabilistic safety of estuary vessels based on nonlinear rolling in wind and waves, Trans RINA, Vol 152, Part A1, Intl J Maritime Eng, Jan-Mar 2010, p 1-8 [14] M. Vantorre, Inland waterways container vessel, Deseo, Response to local wave conditions between the river Scheldt and Zeebrugge, Calculation of wave induced motions and moments in measured directional spectra registered at Bol van Heist 1998, Ghent/Antwerp, Mei 2010 [15] M. Vantorre, Handleiding voor Seaway bij verwerking van estuaire vaart, Gent/Antwerpen, juni 2010 [16] Direction Regionale des affaires Maritimes de Haute-Normandie, Commision Regionale de securite Le Havre, Interprétation sur l’application de la division 229 à un projet de bateau porteconteneurs ouvert de 135m exploité pour la desserte de Port 2000 accès sud, Le Havre, Frankrijk, juni 2010



[17] M. Vantorre, S. Geerts, Inland waterways container vessel, AMBERES II, Response to local wave conditions between the river Scheldt and Zeebrugge, Calculation of wave induced motions and moments in measured directional spectra, Antwerp/Ghent, augustus 2010 [18] M. Vantorre, K. Eloot, Manoeuvreer- en Zeegangsgedrag van Maritieme Constructies, Gent, 2010-2011



Lijst van Figuren Figuur 1: detailkaart Vlaamse waterwegen, volgens de CEMT-classificatie [6] ................................. 2 Figuur 2: traject voor estuaire vaart vanaf 1962 [10] ......................................................................... 5 Figuur 3: cumulatieve distributie van de significante golfhoogte voor de Bol van Heist [11] ............ 6 Figuur 4: traject van de Deseo op 21 december 2010 [14] ..............................................................10 Figuur 5: scheepssnelheid ten opzichte van het water ....................................................................19 Figuur 6: zeetraject van de Deseo tijdens de meetvaart op 14 en 15 maart 2011 [14] ...................35 Figuur 7: modelproef op schaal 1/25 met T 0.18m en V 0.00m/s ....................................................37 Figuur 8: modelproef op schaal 1/25 met T 0.18m en V 0.36m/s ....................................................37 Figuur 9: modelproef op schaal 1/25 met T 0.18m en V 0.72m/s ....................................................37 Figuur 10: modelproef op schaal 1/25 met T 0.18m en V 1.08m/s ..................................................37 Figuur 11: modelproef op schaal 1/25 met T 0.18m en V 1.26m/s ..................................................38 Figuur 12: scheepsvast assenstelsel [26] ..........................................................................................45 Figuur 13: estuaire containervaart voor Port 2000 in Le Havre [35] ................................................86 Figuur 14: golfrichtingen die de grootste relatieve verticale beweging van 187P en 187S teweeg brengen .............................................................................................................................................99 Figuur 15: general arrangement plan van de Deseo [39] ...............................................................122

Lijst van Tabellen Tabel 1: hoofdafmetingen Deseo........................................................................................................ 9 Tabel 2: totale reistijden op zee gedurende 1 jaar ...........................................................................11 Tabel 3: gemiddelde reistijden op zee ..............................................................................................11 Tabel 4: statistische karakteristieken van de verdeling van de snelheden over het zeetraject .......12 Tabel 5: statistische karakteristieken van de verdeling van de gemiddelde snelheden over het zeetraject ..........................................................................................................................................14 Tabel 6: statistische parameters snelheid t.o.v. het water...............................................................21 Tabel 7: parameters voor Seaway voor het uitvaren onder voorspelde en gemeten condities ......28 Tabel 8: statistische parameters van de voorspelde en gemeten significante golfhoogte ..............30 Tabel 9: ladingsverdeling van de Deseo voor de vaart op 14 maart 2011 .......................................33 Tabel 10: resultaten uit Seaway voor slingeren en stampen na een simulatie van de meetvaart...35 Tabel 11: gemiddelde meetresultaten voor slingeren en stampen tijdens de meetvaart ...............35 Tabel 12: waterniveau van de boeggolf in functie van de snelheid van het model .........................38 Tabel 13: waterniveau van de boeggolf bij verschillende snelheden van het schip.........................39 Tabel 14: golftoeslag uit KB(tweede term) en werkelijke boeggolfhoogte in functie van scheepssnelheid bij een diepgang van 4.5m ....................................................................................40 Tabel 15: nieuwe boeggolftoeslag en werkelijke boeggolfhoogte in functie van scheepssnelheid bij een diepgang van 4.5m .....................................................................................................................41 Tabel 16: nieuwe volledige toeslag en waterniveau boven de kiel in functie van scheepssnelheid bij een diepgang van 4.5m ................................................................................................................42 Tabel 17: geselecteerde punten voor relatieve verticale beweging [27] .........................................45 Tabel 18: geselecteerde zwaartepunten voor dwarsversnelling [27] ..............................................46 Tabel 19: geselecteerde secties voor verticaal golfbuigende momenten en torsiemomenten [27]46 Tabel 20: verdeling P (%) van combinaties van significante golfhoogte HS (m) en gemiddelde golfperiode GTZ (s) voor de Bol van Heist in december 2010 [29] ...................................................50 Tabel 21: kritische waarden in functie van de diepgang ..................................................................53 Tabel 22: maximale significante golfhoogtes in functie van diepgang en GM .................................54 Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


Tabel 23: absoluut en relatief aantal nuttige meetintervallen in functie van de maximale significante golfhoogte .....................................................................................................................56 Tabel 24: lading en ballast in functie van de diepgang .....................................................................56 Tabel 25: maximaal haalbare gemiddelde lading per dag in functie van de diepgang T1 en de bijhorende significante golfhoogte HS1 .............................................................................................57 Tabel 26: optimale combinatie voor 2 trappen ................................................................................59 Tabel 27: meest optimale combinaties voor drie trappen ...............................................................61 Tabel 28: overzicht van de systemen met 1, 2 of 3 trappen.............................................................62 Tabel 29: significante golfhoogtes in functie van de GM..................................................................64 Tabel 30: kritische waarden voor water op het voordek voor de punten 200P en 200S .................68 Tabel 31: kritische waarden bij water op het voordek voor het punt 219C .....................................68 Tabel 32: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water op het voordek voor de punten 200P en 200S...................................................................................................................................................69 Tabel 33: aantal overschrijdingen per reis bij water op het voordek voor de punten 200P en 200S ..........................................................................................................................................................69 Tabel 34: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water op het voordek voor het punt 219C ...70 Tabel 35: aantal overschrijdingen per reis bij water op het voordek voor het punt 219C...............70 Tabel 36: kritische waarden bij water in de zij voor de punten 33P, 33S, 100P, 100S, 187P en 187S ..........................................................................................................................................................71 Tabel 37: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water in de zij voor de punten 33P en 33S ...72 Tabel 38: aantal overschrijdingen per reis bij water in de zij voor de punten 33P en 33S...............72 Tabel 39: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water in de zij voor de punten 100P en 100S ..........................................................................................................................................................73 Tabel 40: aantal overschrijdingen per reis bij water in de zij voor de punten 100P en 100S...........73 Tabel 41: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water in de zij voor de punten 187P en 187S ..........................................................................................................................................................74 Tabel 42: aantal overschrijdingen per reis bij water in de zij voor de punten 187P en 187S...........74 Tabel 43: kritische waarden bij water op het achterdek voor de punten 1P, 1S, 33P en 33S..........75 Tabel 44: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water op het achterdek voor de punten 1P en 1S.......................................................................................................................................................76 Tabel 45: aantal overschrijdingen per reis bij water op het achterdek voor de punten 1P en 1S ...76 Tabel 46: maximaal significante golfhoogte HS,max bij water op het achterdek voor de punten 33P en 33S................................................................................................................................................77 Tabel 47: aantal overschrijdingen per reis bij water op het achterdek voor de punten 33P en 33S ..........................................................................................................................................................77 Tabel 48: geselecteerde punten voor overname van water in de zij bij Franse regelgeving ...........89 Tabel 49: kritische golfperiodes in functie van GM ..........................................................................90 Tabel 50: maximale significante golfhoogtes in functie van diepgang en GM .................................91 Tabel 51: natuurlijke slingerperiode bij stilliggend schip in functie van diepgang en GM ...............92 Tabel 52: werkelijke slingerperiodes in functie van GM...................................................................92 Tabel 53: sectoren van de golfrichting..............................................................................................95 Tabel 54: combinaties GM en T ........................................................................................................96 Tabel 55: significante golfhoogtes voor verschillende richtingssectoren en GM’s ........................101 Tabel 56: significante golfhoogtes voor verschillende richtingssectoren en diepgangen ..............104 Tabel 57: intervallen van de golffrequentie....................................................................................108 Tabel 58: significante golfhoogtes voor de verschillende intervallen en GM’s ..............................112 Tabel 59: significante golfhoogtes voor de verschillende intervallen en diepgangen ...................115 Tabel 60: overzicht van de systemen met 1, 2 of 3 trappen...........................................................119 Tabel 61: slingerfrequentie in functie van diepgang en GM voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge ......................................................................................................127 Tabel 62: significante slingeramplitude in functie van diepgang en GM voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge ......................................................................................................128 Lotte De Couvreur Tim Vercruysse


Tabel 63: slingerfrequentie in functie van diepgang en GM voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde ...........................................................................................................................129 Tabel 64: significante slingeramplitude in functie van diepgang en GM voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde .................................................................................................129

Lijst van Grafieken Grafiek 1: verdeling van de snelheden op het traject Zeebrugge-Westerschelde ...........................13 Grafiek 2: verdeling van de snelheden op het traject Westerschelde-Zeebrugge ...........................13 Grafiek 3: verdeling van de gemiddelde snelheden op het traject Zeebrugge-Westerschelde .......14 Grafiek 4: verdeling van de gemiddelde snelheden op het traject Westerschelde-Zeebrugge .......14 Grafiek 5: snelheid in functie van de afgelegde afstand over het zeetraject ZeebruggeWesterschelde ..................................................................................................................................16 Grafiek 6: snelheid in functie van de afgelegde afstand over het zeetraject WesterscheldeZeebrugge .........................................................................................................................................16 Grafiek 7: significante golfhoogte in functie van de snelheid ..........................................................17 Grafiek 8: snelheid t.o.v. het water voor de vaarten Zeebrugge-Westerschelde ............................20 Grafiek 9: snelheid t.o.v. het water voor de vaarten Westerschelde-Zeebrugge ............................20 Grafiek 10: voorspelling en meting van de significante golfhoogte bij de Bol van Heist .................25 Grafiek 11: absolute afwijking tussen de voorspelde en de gemeten significante golfhoogte bij de Bol van Heist .....................................................................................................................................26 Grafiek 12: relatieve afwijking tussen de voorspelde en de gemeten significante golfhoogte bij de Bol van Heist .....................................................................................................................................27 Grafiek 13: verdeling van de voorspelde en gemeten significante golfhoogtes in november 2010 31 Grafiek 14: massaverdeling weergegeven door Seaway voor de Deseo ..........................................33 Grafiek 15: golftoeslag uit KB(enkel tweede term), nieuwe toeslag en werkelijke boeggolfhoogte in functie van scheepssnelheid bij een diepgang van 4.5m..............................................................40 Grafiek 16: combinaties van GM en T voor Deseo in de periode november 2010 – februari 2011 .48 Grafiek 17: maximale significante golfhoogtes in functie van diepgang en GM ..............................54 Grafiek 18: maximaal haalbare gemiddelde lading per dag in functie van de diepgang T1 .............57 Grafiek 19: Hs,max in functie van GM bij T=3.4m als een trap en als deel van het drietrapssysteem ..........................................................................................................................................................63 Grafiek 20: significante golfhoogtes in functie van de GM...............................................................64 Grafiek 21: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een bepaalde slingeramplitude te overschrijden bij een diepgang van T=3.4m.....................................................78 Grafiek 22: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een bepaalde slingeramplitude te overschrijden bij een diepgang van T=3.8m.....................................................79 Grafiek 23: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een bepaalde slingeramplitude te overschrijden bij een diepgang van T=4.4m.....................................................79 Grafiek 24: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een bepaald verticaal buigend moment te overschrijden in een van de secties uit Tabel 19 ..............................80 Grafiek 25: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een torsiemoment te overschrijden in een van de secties uit Tabel 19 bij een diepgang van 3.4m ......81 Grafiek 26: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een torsiemoment te overschrijden in een van de secties uit Tabel 19 bij een diepgang van 3.8m ......82 Grafiek 27: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een torsiemoment te overschrijden in een van de secties uit Tabel 19 bij een diepgang van 4.4m ......82



Grafiek 28: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een laterale versnelling te overschrijden in een van de zwaartepunten uit Tabel 18 bij een diepgang van 3.4m ..........................................................................................................................................................83 Grafiek 29: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een laterale versnelling te overschrijden in een van de zwaartepunten uit Tabel 18 bij een diepgang van 3.8m ..........................................................................................................................................................84 Grafiek 30: nodige significante golfhoogtes om eens per reis, jaar en levensduur een laterale versnelling te overschrijden in een van de zwaartepunten uit Tabel 18 bij een diepgang van 4.4m ..........................................................................................................................................................84 Grafiek 31: kritische golfperiodes in functie van GM .......................................................................90 Grafiek 32: maximale significante golfhoogtes in functie van diepgang en GM ..............................91 Grafiek 33: natuurlijke en werkelijke slingerperiodes van stilliggend schip in functie van diepgang en GM................................................................................................................................................93 Grafiek 34: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 1m en T 3m (links: W-Z, rechts: Z-W)................................................................................................................................................... 97 Grafiek 35: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 3m en T 3m (links: W-Z, rechts: Z-W)................................................................................................................................................... 97 Grafiek 36: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 5m en T 3m (links: W-Z, rechts: Z-W)................................................................................................................................................... 97 Grafiek 37: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 3m en T 3m (links:W-Z, rechts:ZW) ...................................................................................................................................................... 98 Grafiek 38: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 3m en T 3.8m (links:W-Z, rechts:Z-W) .......................................................................................................................................98 Grafiek 39: gemiddelde relatieve verticale beweging (m) voor GM 3m en T 4.4m (links:W-Z, rechts:Z-W) .......................................................................................................................................98 Grafiek 40: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 1m en T 3m (alle richtingen) .................................................................................................................102 Grafiek 41: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 1m en T 3m (richtingssector 300) .........................................................................................................102 Grafiek 42: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3m (richtingssector 300) .........................................................................................................103 Grafiek 43: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 5m en T 3m (richtingssector 300) .........................................................................................................103 Grafiek 44: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3m voor alle richtingen ...........................................................................................................105 Grafiek 45: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3m voor de richtingssector 300 ..............................................................................................105 Grafiek 46: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3.8m voor de richtingssector 330 ...........................................................................................106 Grafiek 47: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 4.4m voor de richtingssector 330 ...........................................................................................106 Grafiek 48: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 1m en T 3m (links:W-Z, rechts:Z-W) ........................................................................................................................................................ 109 Grafiek 49: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 3m en T 3m (links:W-Z, rechts:Z-W) ........................................................................................................................................................ 109 Grafiek 50: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 5m en T 3m (links:W-Z, rechts:Z-W) ........................................................................................................................................................ 109 Grafiek 51: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 3m en T 3m (links:W-Z, rechts:Z-W) ........................................................................................................................................................ 110 Grafiek 52: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 3m en T 3.8m (links:W-Z, rechts:ZW) ....................................................................................................................................................110



Grafiek 53: gemiddelde relatieve verticale beweging voor GM 3m en T 4.4m (links:W-Z, rechts:ZW) ....................................................................................................................................................110 Grafiek 54: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 1m en T 3.0m voor interval 2 ................................................................................................................113 Grafiek 55: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3.0m voor interval 2 ...............................................................................................................113 Grafiek 56: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 5m en T 3.0m voor interval 2 ................................................................................................................114 Grafiek 57: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3.0m voor interval 2 ................................................................................................................115 Grafiek 58: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 3.8m voor interval 2 ................................................................................................................116 Grafiek 59: aantal overschrijdingen per reis in functie van de significante golfhoogte voor GM 3m en T 4.4m voor interval 2 ................................................................................................................116 Grafiek 60: gebied met theoretisch mogelijke combinaties van T en GM .....................................126 Grafiek 61: slingerfrequentie in functie van diepgang en GM voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge ......................................................................................................128 Grafiek 62: significante slingeramplitude in functie van diepgang en GM voor de overtocht van de Westerschelde naar Zeebrugge ......................................................................................................128 Grafiek 63: slingerfrequentie in functie van diepgang en GM voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde ...................................................................................................................129 Grafiek 64: significante slingeramplitude in functie van diepgang en GM voor de overtocht van Zeebrugge naar de Westerschelde .................................................................................................130



Optimalisatie van estuaire containervaart voor Zeebrugge. Tim Vercruysse, Lotte De Couvreur

Recommend Documents