binnenvaart: stabiliteit
Veel aandacht voor stabiliteit in binnenvaart
Stabiel op koers De aandacht voor stabiliteit op binnenvaartschepen is de laatste jaren sterk toegenomen. Daarmee komt er ook verschillende software op de markt om stabiliteit en belading te berekenen en te toetsen. Een producent van dergelijke software vertelt hoe dat in zijn werk gaat en waarom er zoveel ophef over dit onderwerp is. Tekst en beeld: Bart Soede Bron: Hollandse Hoogte Begin 2011 kapseisde de tanker Waldhof in de Duitse Rijn. Al vóór dit noodlottige ongeval zijn toezicht en handhaving rond stabiliteit op binnenvaartschepen aangescherpt, mede naar aanleiding van eerdere ongevallen op containerschepen. Dit onderwerp staat dan ook inmiddels prominent op de agenda, onder andere door de EBIS-inspecties op tankschepen, het aan classificatiebureaus overlaten van de stabiliteitskeuringen door de Nederlandse overheid, aangescherpte controles door waterpolitie en andere partijen, en een toegenomen bewustzijn van andere partijen (schippers, eigenaars, rederijen en verladers). De ADN-regelgeving bevat specifieke voorschriften voor stabiliteit van binnenvaartschepen in zowel intacte als lekke toestand (zie kader ‘ADN over stabiliteit’). Ook bij diverse schadegevallen van voorgeschreven afmetingen moet een schip volgens deze regelgeving voldoende reststabiliteit hebben. Voorafgaand aan iedere reis moet aan boord de stabiliteit getoetst worden.
EBIS-inspecties Alle aandacht voor stabiliteit heeft nogal wat in beweging gezet. Het European Barge Inspection Scheme
Gevaarlijke Lading / augustus 2013 - 8
(EBIS), waaraan de tankvaart wenst te voldoen, heeft de regels voor stabiliteit flink aangescherpt. Vanaf 1 januari 2013 moet een stabiliteitsberekeningsprogramma aan boord zijn waarmee – voorafgaand aan het laden, lossen, ballasten en ontballasten – moet worden aangetoond dat de stabiliteit van het schip niet in gevaar kan komen. Voor vertrek moet dan nog een aantoonbare herberekening van de stabiliteit worden gemaakt en moet de bemanning kunnen aantonen over voldoende kennis te beschikken om het stabiliteitsprogramma te gebruiken.
ADN over stabiliteit De volgende (sub)secties van het ADN betreffen stabiliteit: ff Drogelading- en containerschepen: 9.1.0.93, 9.1.0.94 (intact) en 9.1.0.95 (lek) ff Tankers type G: 9.3.1.13, 9.3.1.14 (intact) en 9.3.1.15 (lek) ff Tankers type C: 9.3.2.13, 9.3.2.14 (intact) en 9.3.2.15 (lek) ff Tankers type N: 9.3.3.13, 9.3.3.14 (intact) en 9.3.3.15 (lek)
M
Z
G
arm B K
G = (het aangrijpingspunt van) het totaalgewicht van het beladen schip (Gravity). K = de basislijn (Keel). B = (het aangrijpingspunt van) het totale drijfvermogen (Buoyancy). M = het snijpunt van de werklijn van B met het vlak door hart schip (Metacenter). Z = de horizontale projectie van G op de werklijn van B.
De EBIS-inspecties in de tankvaart verplichten weliswaar niets, maar een onderneming die te laag scoort, mag niet meer laden en lossen bij belangrijke partijen als ESSO, BP en Shell. Bij deze inspectie wordt inmiddels ook getoetst of er geschikte beladingssoftware aan boord is en of de stabiliteitsdocumentatie in orde is. Beladingssoftware aan boord is vooral iets van de laatste jaren, maar het aan boord hebben van goedgekeurde stabiliteitsdocumentatie is al jaren verplicht. Toch is gebleken dat veel schepen geen of onjuiste stabiliteitsdocumenten aan boord hebben. Schepen worden al gauw zusterschepen genoemd en kunnen dan dezelfde stabiliteitsboeken voeren, terwijl de schepen niet gelijk aan elkaar hoeven te zijn. Dan is er nog een categorie (tank)schepen die ouder is dan de huidige (ADN-) regelgeving en waarvoor in het verleden misschien zelfs nooit berekeningen zijn opgesteld. Verder zijn sommige schepen eenvoudigweg niet volgens tekening gebouwd. Met name details zoals posities en uitvoering van ventilatieopeningen, deuren en luiken, touw- en kettingdoorvoeren, het al dan niet waterdicht zijn van de kettingbak kunnen voor grote verschillen zorgen in de toetsing van (lek)stabiliteit. Een ankerketting wordt bijvoorbeeld via een opening in het
Figuur 1: krachten en punten die een rol spelen bij het bepalen van de stabiliteit
dek in de (misschien niet waterdichte) kettingbak geleid, terwijl een ankerdraad op de lier zelf wordt gewikkeld en zo’n opening dus niet nodig heeft. Omdat het schip door iedere opening vol kan lopen bij voldoende helling, trim en diepgang, kan zo’n detail dus een groot verschil maken. Op veel schepen spelen meerdere van dergelijke zaken, maar zelfs op de schepen waar alles in orde was is men nu plotseling niet alleen verplicht om voor iedere reis de stabiliteit te toetsen (die verplichting is er al een tijdje), maar wordt daar ook op toegezien (zie ADN 9.3.3.13.3). Dat betekent dus dat er kosten gemaakt moeten worden voor soft- en hardware en opleidingen, in een tijd waarin de binnenvaart het toch al moeilijk heeft. Er is dus begrijpelijkerwijs veel weerstand tegen alle veranderingen. Veel schippers hebben nooit de nu verplichte berekeningen hoeven uitvoeren: het was immers nooit nodig (?).
Stabiliteit Stabiliteit wordt wel gedefinieerd als ‘het vermogen weerstand te bieden aan verstoringen’ zoals wind, golven, het varen van een bocht, et cetera. Een schip dat door zo’n verstoring een hellingshoek krijgt zal zich, nadat de verstoring is weggenomen en onder voorwaar-
9 - augustus 2013 / Gevaarlijke Lading
de van voldoende stabiliteit, weer rechtop richten. In figuur 1 is dit basisprincipe van stabiliteit weergegeven. Stabiliteit is niet uit te drukken in één getal. Men moet een aantal berekeningen uitvoeren om te bepalen of een schip wel of niet stabiel is. Volgens de wet van Archimedes zijn, voor een vrij drijvend lichaam, de krachten G en B even groot (zie de pijlen). In figuur 1 liggen ze echter niet op dezelfde lijn: de afstand tussen G en Z (kortweg GZ) is groter dan 0. Te zien is dat het schip de neiging zal hebben weer rechtop te komen: er is een oprichtend moment ter grootte van GZ x B. Die neiging (dat moment) wordt steeds kleiner naarmate het schip verder rechtop komt te liggen. Om meer inzicht te krijgen in de stabiliteit van een schip moeten we de afstand GZ voor een reeks hellingshoeken bepalen. Dat levert de GZ-curve ofwel de stabiliteitscurve op (zie figuur 2), waarin de afstand tussen G en Z (= arm in meters) is afgezet tegen de hellingshoek. NB: het rood gekleurde einde van de curve ligt voorbij de hoek waarbij openingen te water komen, met andere woorden: wanneer het schip volloopt.
a
B
arm
A
Hellingshoek
b Figuur 2 (a en b): GZ-curve
Gevaarlijke Lading / augustus 2013 - 10
Om deze curve te kunnen tekenen moeten we dus berekenen hoe groot krachten G en B uit figuur 1 zijn, en waar deze precies aangrijpen bij verschillende hellingshoeken, om zo ook M en Z te kunnen bepalen. Voor het totaalgewicht G moet het gewicht van het lege schip bekend zijn, de ladinggewichten, de voorraden (brandstof, drinkwater, etc.), het gewicht van de bemanning, et cetera. De opdrijvende kracht B is, volgens Archimedes, net zo groot als G. Voor het aangrijpingspunt van B is echter een veel ingewikkelder volumetrische berekening nodig waarin de vorm van het gehele (onderwater)schip verrekend wordt. Gelukkig kunnen deze berekeningen op diverse manieren sterk vereenvoudigd worden. G wordt bepaald uit veel min of meer vaste gewichtsposten. Door die alvast te sommeren hoeven alleen de variabele gewichten als lading en voorraden daar nog bij opgeteld te worden. Uit figuur 1 is eenvoudig af te lezen dat GZ kleiner wordt naarmate G hoger komt te liggen. Dat heeft tot gevolg dat het oppervlak onder de GZ-curve steeds kleiner wordt en op zeker moment niet meer aan de voorschriften zal voldoen (zie ADN 9.3.2.14 en figuur 3). Op die manier kan de toelaatbare hoogteligging van G gevonden worden: de toelaatbare KG (simpelweg de afstand tussen K en G, ook wel VCG genoemd: Vertical Centre of Gravity). Op deze wijze kunnen tabellen van toelaatbare KG opgesteld worden. Men hoeft dan aan boord alleen nog de gewichtsberekening uit te voeren
voor de actuele reis en de resultaten (de actuele KG) te toetsen aan de toelaatbare waarde horende bij de berekende waterverplaatsing. Voor een dergelijke toetsing van beladingstoestanden zijn betrekkelijk eenvoudige softwarepakketten te verkrijgen, zoals Locopias pakket B.
Lekstabiliteit Lekstabiliteit is stabiliteit in beschadigde toestand. In feite zijn lekstabiliteitsberekeningen van hetzelfde laken een pak. Door het ingestroomde water in rekening te brengen, kunnen we ook de stabiliteit in lekke toestanden berekenen en verwerken tot een tabel met maximale toelaatbare VCG-waarden waaraan de actuele KG minimaal moet voldoen. Er zijn een paar aspecten die het allemaal wat ingewikkelder maken. Ten eerste het Vrije Vloeistof Moment (VVM). Vloeistoffen in gedeeltelijk gevulde tanks zullen bij helling naar de laagste zijde van een tank stromen, waardoor het gewichtszwaartepunt G zich verplaatst. Met een eenvoudige correctie (aan de hand van tabellen van het ‘VVM per tank’) kunnen we ook dat effect in rekening brengen. Voor een halfvolle tank klopt die correctie aardig, maar in een bijna volle tank geeft het VVM een fikse overcorrectie. Ten tweede wordt in de hiervoor beschreven toetsingsmethode van de lekstabiliteit standaard geen rekening gehouden met de oorspronkelijke inhoud van lekke tanks: alle tanks worden verondersteld leeg te zijn. Het is in theorie wel mogelijk rekening te houden met de vullingsgraad van tanks bij de berekeningen van de toelaatbare KG-waarden in lekke toestanden, maar dat zou leiden tot enorme aantallen tabellen: aparte tabellen per lekgeval voor meerdere vullingsgraden van betreffende tanks. En dat zou de rekenpartij aan boord er niet eenvoudiger op maken.
zie figuur 4). Dergelijke software maakt geen gebruik van voorberekende tabellen, maar berekent voor iedere ingevoerde beladingstoestand de ligging en stabiliteitscurve van het schip. Dat gebeurt direct met behulp van het ingevoerde model, op dezelfde manier als waarop de tabellen van toelaatbare KG berekend worden. Omdat nu de actuele vullingsgraden van tanks bekend zijn, kunnen ook de werkelijke verplaatsingen van vloeistoffen en het uitstromen van vloeistoffen uit lekke tanks in rekening worden gebracht. Door gebruik te maken van dergelijke software kan men soms bij tankers voldoende stabiliteit aantonen bij een hogere diepgang, en dus met meer lading varen dan bij eenvoudigere softwarepakketten. Overigens, vroeger bevatte stabiliteitsdocumentatie van tankers een beperkt aantal voorbeeldberekeningen, maar geen tabel van toelaatbare VCG-waarden. In 2003 heeft de Nederlandse scheepvaartinspectie, die toen nog de keuring van stabiliteitsdocumenten voor
Figuur 3: voorschriften lekstabiliteit tankschip (ADN)
Tanker Calendula 12 in 2011 (bron: Schuttevaer)
Voor beide aspecten geeft de eenvoudige aanpak met toelaatbare KG-waarden dus een worstcasescenario. Deze is overigens voor een grote categorie van schepen toereikend, omdat die meer dan stabiel genoeg zijn. Deze schepen kunnen dus uitstekend gebruikmaken van de eenvoudige softwarepakketten zoals hiervoor genoemd. Voor schepen die kritisch zijn qua (lek)stabiliteit loont het echter de moeite om de genoemde aspecten (de verplaatsing van vloeistoffen in tanks en het uitstromen van vloeistoffen uit beschadigde tanks in de voorgeschreven schadegevallen) nauwkeuriger in rekening te brengen. Ook daarvoor is software beschikbaar (Locopias pakket D, inclusief directe lekberekeningen;
11 - augustus 2013 / Gevaarlijke Lading
Nederlandse schepen deed, verplicht om dergelijke tabellen in de documentatie op te nemen. Zo wordt het voor de schipper mogelijk actuele beladingstoestanden te toetsen. Met stabiliteitsboeken van vóór 2003 kan dat dus helemaal niet.
opgeleid, krijgen in de verplichte cursussen vanaf 2015 in totaal acht uur les over stabiliteit (ADN 2015 8.2). Dat is vermoedelijk het maximaal haalbare voor dit moment, maar het kennisniveau dat hiermee bereikt wordt steekt nog wel schril af bij dat in de zeevaart.
Voor containerschepen ligt het iets anders: daar worden al veel langer stabiliteitsberekeningen aan boord uitgevoerd op basis van andere regelgeving: het Reglement onderzoek Schepen op de Rijn 1995 (ROSR). Hierin staat wanneer een bepaald type schip aan welke criteria moet voldoen om op de Rijn (en andere vaarwateren) te mogen varen. De aanvullende regelgeving voor het containertransport van gevaarlijke stoffen volgens het ADN (reststabiliteit bij voorgeschreven schadegevallen) wordt al langer verwerkt in die boeken.
Er zijn nog allerlei andere zaken die de moeite van het bespreken waard zouden zijn, zoals het berekenen en toetsen van toelaatbare langsscheepse sterkte (door- en opliggen), de perikelen rond keuring van programma’s en het verschil tussen individuele en typegoedkeuringen. Verder komen uit de praktijk nog vele vragen waarop tot dusver niemand het antwoord lijkt te kunnen of willen geven. Om een paar voorbeelden te noemen: wat te doen met schepen die ouder zijn dan het ADN en (wellicht) niet aan die voorschriften (kunnen) voldoen? Hoe corrigeren we stabiliteitsdocumentatie van schepen waarvan geen tekeningen meer voorhanden zijn? Betekent de specificatie van een beladingscomputer die in het ADN is opgenomen nu dat een beladingscomputer verplicht is of niet?
Inhaalslag De binnenvaart is als sector met een enorme inhaalslag bezig op het gebied van stabiliteit. Als we de toestand in de binnenvaart vergelijken met die in de zeevaart valt op dat de verschillen in toetsing van stabiliteit nu snel kleiner worden. Bedenk wel dat in de zeevaart de kapitein altijd al verantwoordelijk is geweest voor voldoende stabiliteit en dus verplicht is om deze te toetsen voorafgaand aan iedere reis. In de zeevaart is stabiliteit dan ook een belangrijk onderwerp in de opleiding van kapiteins, stuurlieden en maritiem officieren. In de binnenvaart is stabiliteit sinds een aantal jaren ook deel van de opleiding. De mensen die voor die tijd zijn
Figuur 4: Locopiasbeladingssoftware (Duitstalige versie)
Early adopters Een voorzichtige conclusie is dat we het einde van de toenemende regeldruk nog niet hebben bereikt. Het is daarom mogelijk dat de early adopters (de eerste gebruikers van beladingssoftware) er vroeg of laat achter komen dat de toen gekozen oplossing op een zeker moment niet meer volstaat. Het is op dit moment niet eenvoudig om binnenschipper te zijn.
Bart Soede is werkzaam bij SARC BV
13 - augustus 2013 / Gevaarlijke Lading
