FvanderZiel Master Thesis Presentation Parachute barrier Sep2009

Beweegbare waterkering voor de 21e eeuw
Technologie-evaluatie “parachute dam”,
voor een toekomstig “Afsluitbaar Open Rijnmond”

Master thesis: “Movable water
barrier for the 21st century”
F. van der Ziel BSc
Technische Universiteit Delft
Faculteit: Civiele Techniek en Geowetenschappen
Sectie: Constructieve Waterbouwkunde
21 september 2009
1

Voorwoord
…

2
Master thesis: Movable water barrier for the 21st century
21 September 2009, F. van der Ziel BSc

Inhoudsopgave
• Aanleiding
• Doel is innovatie
• Randvoorwaarden en eisen
• Ontwerplijn ingenieur vs. architect
• Literatuur onderzoek
• Ontwerpen met doek
• Varianten van een parachute kering
• Beweegbare waterkering voor de 21e eeuw
• Life-cycle kosten van doek
• Conclusies en aanbevelingen
• Evaluatie voor verder onderzoek

aanleiding/doel/eisen/fascinatie/literatuur/doek/varianten/brug+kering/kosten/conclusies/evaluatie 3

Aanleiding

Haringvliet Dam


Mogelijk oplossing; een “Afsluitbaar open
Rijnmond” (AOR)


Voordelen van “Afsluitbaar Open Rijnmond”

Niet verhogen! Ontwikkeling bij het water!

Weg halen?! Bebouwen?!

Doel thesis is innovatie
Evaluatie van een mogelijk innovatieve beweegbare waterkering
voor de 21ste eeuw dat technisch en economisch uitvoerbaar is.

a) Geïntegreerd in AOR; nieuw type beweegbare waterkering;
b) geoptimaliseerd met synthetische materialen;
c) gecombineerd met architectuur; multifunctioneel landgebruik.

Een innovatie moet het “nut” voor de samenleving vergroten
nut = baten – kosten
Innovatie = een (groter) “nut” efficiënter creëren


Nieuw type waterkering voor AOR

?
Rivier (laag water) Zee Rivier (hoog water)
stuw stormvloedkering ?
1ste helft 20e eeuw 2de helft 20e eeuw 1ste helft 21e eeuw ?


Synthetische materialen i.p.v. staal
Doek in plaats van stalen deur
Touwen in plaats van staalkabels
Staal is zwaar,
heeft veel
onderhoud
nodig, is tijdens
gebruik milieu
onvriendelijk en
heeft een lagere
weerstand tegen
vermoeiing.

Waarom worden deze materialen niet vaker toegepast?

Meerdere functies in één constructie

kering brug theater

Mono cultuur Landgebruik


Randvoorwaarden en eisen
scheepvaart locatie en omgeving

AOR strategie
Maas

Haringvliet +
Hollands Diep


Ontwerpen van beweegbare waterkering

• Flexibel en duurzaam
• Betrouwbaarheid door minimaliseren van:
- complexiteit
- slijtage
- bewegende delen (onder water)
- blootstelling aan milieubelastingen
• Bewustzijn creëren
• Mogelijkheid tot inspectie en onderhoud
• Sterkte- en stabiliteitseisen
• Belastingen


Ontwerplijn ingenieur vs. architect
ontdekken

behoefde
omzetten

nog steeds begrip
creëren
dezelfde
behoefde? eisen
meer inzicht? ontwikkelen
concepten
voldoe ik aan
de eisen? oplossingen
evaluatie

probleem vaststellen versus fascinatie
oplossing zoeken versus probleem zoeken

Fascinatie voor parachutekering

Alleen trekkrachten: weinig materiaal
+ Licht: snelle installatie
+ Licht: geen speciaal materieel
+ Geen complexe drempel constructie
+ Synthetisch: weinig onderhoud
Misschien goedkoopste kering ooit!?

Ontwerpen op trek is fascinerend

Vizier stuwen; ontworpen jaren 50 Balgstuw; ontworpen jaren 90

Literatuur onderzoek naar parachute keringen
• Ik ben niet de enige
• Gedrag voorspellen en toetsing is goed mogelijk
• Dynamisch gedrag is niet slecht bij milde golfcondities
• Sterkte materiaal (meer dan) voldoende
• Kosten balgkering liggen 15% tot 50% lager
• Enkel berekend niet ontworpen:
a) geen overzicht van de mogelijkheden
b) geen constructieve optimalisatie

(J. K. Vrijling) (E. Pechtold; A. Knippels) (A. van der Toorn)


Ontwerpen met doek
• grote breedtes
• connecties
• plooi en piek spanningen
• grote rek
• verplaatsing
• vorm afhankelijk van
belasting en v.v.
• dynamisch gedrag
• berging doek (BAM DMC 2004)

• sluiting deels vanzelf door
hydrostatische druk of
stroming (impuls)
• vervanging elke 30 jaar (Driessen 1998) (Driessen 1998)


Grote+oriëntatie doek bepalen krachten, v.v.
Hydrostatische
druk duwt het
doek tegen
drempel en
zijkanten en zorgt
voor een water-
dichte afsluiting.
bovenaanzicht
Lengte doek (L,s)
bepaald
reactiekrachten in
landhoofden.
Breedte doek (W)
bepaald verticale
component en
plooi. doorsnede

Varianten van een parachute kering
enkel
ontwerp boom
matras

multiple /
weerstand

getrapt


Vier mogelijke concepten

Vizier stuw met doek
A-frame

Schouder

Side-wing

Voetgangersbrug met parachutekering
Nieuwe
Merwede
opgehangen aan het brugdek
Beneden
Merwede

doek


Sterkte brug vs. grote doek (&drempel&landhoofden&..)
Tui-krachten zijn rood omcirkeld

kN dichte kering open kering

Waar ligt het optimum? kN dichte kering open kering

Doek en tuien van synthetische materialen
Tuien en kabels aan/in het doek: touwen van
Dyneema® vezels. Zeer sterk en bewezen.
Grootste tot nu toe: 183 mm; ruim 20.000 kN
“breek sterkte”. (Lankhorst|Ropes)
Doek: zelfde als Balgstuw Ramspol; PA
(polyamide), nylon in rubber verweven.
Grote elastischiteit om piek spanningen weg te
leiden.

(BAM DMC 2004) (Lankhorst|Ropes 2009)


Openen en sluiten van de kering
a)

b)


Life-cycle kosten van doek

• De totale kosten (Netto Contante Waarde) voor de brug en kering
over de Merwede zijn geschat op €143,4M
• Een stalen deur zal minimaal 30% duurder zijn
• Life-cycle kosten van het doek zijn 43% van de totale life-cycle
kosten van de kering

Conclusie:
• De levensduur van het doek en de kering moeten worden
afgestemd
• Optimalisatie naar een zo klein mogelijk doek


Conclusies en aanbevelingen (1/3)
Afsluitbaar Open Rijnmond

• Architectuur en ruimtelijke ordening dienen een grote rol te
spelen bij het ontwerp van de keringen
• Watermanagement van het hele gebied is zeer complex;
mogelijke wensen en randvoorwaarden geven technisch grote
uitdagingen voor de beweegbare waterkeringen
• De scheepvaart zal bepalende randvoorwaarden leggen op het
ontwerp van de keringen
• Een kosten raming voor de stremming van de (rivier en zee)
scheepvaart is vereist


Parachutekering algemeen

• Een parachutekering is technisch goed mogelijk
• Er zijn meerdere ontwerpen mogelijkheden
• De kering is toepasbaar in een “Afsluitbaar Open Rijnmond”
• Ontwerpen met doek geeft mogelijk een kostenreductie van
enkele honderden miljoenen voor een “Afsluitbaar Open
Rijnmond” in vergelijking met conventionele ontwerpen
• De oriëntatie van het doek, die afhankelijk is van de belasting, is
bepalend voor het ontwerp van de gehele kering


Brug + parachutekering

• Een enkele kering van ruim 200m breed is mogelijk met een
“brug+parachutekering” constructie
• Een relatief zeer kort (in doorsnede) doek kan worden toegepast
gezien het doek wordt ondersteund door de brug
• Het systeem voor openen en sluiten kan relatief simpel gehouden
worden
• Inspectie en onderhoud zijn door de aanwezige brug goed
mogelijk


Evaluatie voor verder onderzoek

• Optimalisatie nodig; grote doek vs. sterkte brug
• Dynamische gedrag; onderzocht moet worden of de natuurlijke
frequentie laag genoeg is t.o.v. de golffrequentie
• Een 3D model is vereist om de oriëntatie van het doek en dus de
krachten verdeling te kunnen voorspellen
• Een schaaltest is vereist voor het functioneren van de kering en
het voorspellen van het dynamisch gedrag
• De specifieke risico’s van een parachute en van een
brug+parachutekering in het bijzonder, dienen te worden
onderzocht


Technologie-evaluatie “parachute-dam”,
voor een toekomstig “Afsluitbaar Open Rijnmond”

Master thesis: “Movable water
barrier for the 21st century”
F. van der Ziel BSc
Technische Universiteit Delft
Faculteit: Civiele Techniek en Geowetenschappen - Figuren van F. van der Ziel; anders:
genoemd bij het figuur of onbekend.
Sectie: Constructieve Waterbouwkunde - Dyneema® is een geregistreerd
21 september 2009 handelsmerk van Royal DSM N.V.

contact: f.vanderziel@gmail.com

FvanderZiel Master Thesis Presentation Parachute barrier Sep2009

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Destacado

Destacado (20)

FvanderZiel Master Thesis Presentation Parachute barrier Sep2009