thema Intro Beton bij -170 ºC

Transcriptie

1 thema 1 Intro

2 1 De drie LNG-tanks bij de GATE-terminal bron: PERI GmbH 2 Om de tanks te berekenen zijn EEMmodellen opgesteld; a: het model; b: de spanningen bron: VCGP LNG-tanks bijzonder belast Vanaf september 2011 beschikt de Rotterdamse haven over een grote op- en overslagterminal voor vloeibaar aardgas: de GATE-terminal (Gas Access to Europe). Het gehele project bevat de bouw van twee aanlegsteigers, installaties om het LNG om te zetten in aardgas en drie opslagtanks. In Cement 2009/5 werd al kort aandacht besteed aan de tanks. In dit artikel worden deze nader onder de loep genomen. Aardgas, dat voornamelijk uit methaan (CH 4 ) bestaat, is een fossiele brandstof die eenmaal ontdaan van de zwavelwaterstof geurloos, kleurloos, niet zelfontbrandend, niet giftig en niet corrosief is. Nederland kan door de geografisch uitstekende ligging worden beschouwd als een spil in het transport van aardgas in Europa. Meer dan 50% van de wereldaardgasreserves liggen namelijk in een straal van 5000 km. Doordat de verbruiksgebieden vaak duizenden kilometers verwijderd zijn van de gasvelden, vormt het groot volume van het gas in normale omstandigheden het grootste obstakel voor verdere commercialisering. Door het gas af te koelen tot -170 C wordt het vloeibaar en neemt het volume af met een factor 600. Zo kan het behalve via lange leidingen, ook via methaantankers worden getransporteerd. Dit vloeibaar aardgas wordt LNG (Liquified Natural Gas) genoemd. Constructief ontwerp Bij het ontwerp van dergelijke constructies moeten er veel meer factoren in rekening worden gebracht dan normaal het geval is bij een civiel bouwwerk. Zo moet er rekening worden gehouden met het uitzonderlijke geval dat LNG-gas, met een temperatuur van -170 C (ook wel cryogene temperatuur genoemd), in contact komt met het beton en zo een thermische schok veroorzaakt. Vanwege de eis van waterdichtheid is men verplicht om scheurvorming tot een minimum te beperken. Om dit te onderzoeken werden er modellen opgesteld met de Doordat volgens schattingen de productie van LNG tussen 2006 en 2012 zal verdubbelen, is er over de hele wereld behoefte aan de ontwikkeling van nieuwe LNG-terminals. Zo ook in de Rotterdamse haven. De GATE-terminal zal een initiële doorzetcapaciteit hebben van 12 miljard m 3 per jaar. Deze kan in de toekomst nog worden uitgebreid naar 16 miljard m 3. De drie opslagtanks hebben elk een opslagcapaciteit van m 3. De terminal wordt aangesloten op het hoogcalorisch netwerk en zal dus louter en alleen gas leveren aan industriële bedrijven zoals RWE-Essent, OMV-Econgas, E.ON Ruhrgas en DONG Energy. 2a 2b

3 thema EL (Top of Roof ) 3 Doorsnede van de tank bron: VCGP 4 Doorsnede van de klimbekisting bron: PERI GmbH 5 Omdat de stalen constructie het gewicht van het verse beton niet volledig kon dragen, moest het dak in twee fasen worden gestort 6 Het stalen werd binnenin de tank opgebouwd en later omhoog geblazen foto 5 en 6: CFE 450 R EL EL EL P R= P vertical section 4 slag 4 Uitvoering van de tanks (civiele werken) 5 eindige-elementenmethode (fig. 2). Ook de wapening moet bestand zijn tegen de lage temperaturen. Normale wapening voldoet hier niet aan. Ook moest rekening worden gehouden met externe factoren, zoals de impact van een klein vliegtuig, een uitwendige druk veroorzaakt door een ontploffing van een olietank van de nabij gelegen Maasvlakte Olieterminal en het voorkomen van een aardbeving. Grondverbetering Differentiële zettingen moesten te allen tijde worden vermeden. Vanwege de hoge belasting van ongeveer 22 ton/m 2 die de op staal gefundeerde constructie zal uitoefenen op de bodem, was men daarom verplicht gedetailleerd onderzoek te verrichten naar de voorziene zettingen. Het grondmechanisch onderzoek stelde dat het zand moest worden verdicht in twee stappen. In een eerste fase werd er gedurende enkele maanden een voorbelasting aangebracht om zo de op 25 m diepte gelegen kleilaag te consolideren. In een tweede fase werd dan het zand verder verdicht door vibroflotatie. In totaal werd er zo n m 3 zand verdicht. Echter, door klei-insluitingen in de bovenste zandlagen, die niet werden gedetecteerd tijdens het bodemonderzoek, was het effect van deze methode beperkt en moest de grond gedurende circa drie weken per tank verder worden verdicht. Samen met de normen opgelegd in het contract en de specifieke eigenschappen van de ondergrond de tanks worden immers gebouwd op een nieuw stuk opgespoten land leidde dit tot een unieke studie. Vloerplaat Na de bodemstabilisatie kon vanaf eind mei 2008 met het betonwerk worden begonnen. Iedere vloerplaat, met een variabele dikte van 1,20 m aan de buitenzijde tot 0,40 m in het

4 6 centrale gedeelte, bevat circa 4000 m 3 beton. Voor de afwerking van het beton moest rekening worden gehouden met uiterst strenge toleranties, noodzakelijk voor de installatie van het vloersysteem, dat bestaat uit een combinatie van staal en beton met daartussen isolatieblokken. Het storten en de afwerking van het beton gebeurde dan ook door een gespecialiseerd bedrijf. Tussen de wapening door moesten er nog verscheidene kilometers verwarmingsbuizen worden geplaatst. Dit verwarmingssysteem is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de ondergrond niet bevriest wanneer het ijskoude LNG in de tanks wordt opgeslagen. Wanden Vijf maanden na aanvang van de vloerplaat kon worden gestart met de realisatie van de 40 m hoge cilindervormige wanden van de tanks in twaalf afzonderlijke fasen. De eerste tien fasen hebben een constante hoogte van 3,665 m. Fase 11 en 12 zijn minder hoog. Hier wordt de wand breder en wordt de overgang naar het dak gemaakt. Er werd gebruikgemaakt van een klimbekistingssysteem (fig. 4). De bekistingspanelen werden gekromd in een straal van respectievelijk 43,00 m en 43,65 m gefabriceerd. Gezien de strikte planning was het noodzakelijk Betrokken partijen De opdracht voor het ontwerp en de bouw van de GATE-terminal werd eind 2007 toevertrouwd aan een internationaal consortium bestaande uit Techint (Italië), Sener (Spanje), Entrepose Contracting (Frankrijk) en VGCP - Vinci Construction Grands Projets (Frankrijk). CFE LNG v.o.f. voert, als onderaannemer van VCGP, de civiele werken uit van de drie reservoirs. Deze combinatie bestaat uit CFE Nederland (70%) en haar Belgische zusterbedrijf MBG (30%). De groep CFE heeft de voorbije decennia ruime ervaring opgebouwd met dergelijke projecten: tussen 2005 en 2007 werd in de haven van Zeebrugge een soortgelijke tank ( m³) gerealiseerd en in de jaren 80 bouwde CFE daar reeds de eerste drie LNG-tanks in België. Het ontwerp van de tanks werd verzorgd door het ingenieursbureau van VINCI Construction Grands Projets (VCGP), dat gedurende de afgelopen decennia betrokken was bij verschillende soortgelijke projecten over de hele wereld. De sleutel tot succes was de nauwe samenwerking met het ingenieursbureau van hun partner Entrepose, dat instaat voor het ontwerp van het werktuigkundige deel (stalen binnentank, isolatie, leidingen, etc.)

5 thema 7 Op het dak staan raamwerken als ondersteuning voor een platform waarlangs alle gasleidingen de tank in gaan 8 De betonnen tank werd achteraf zowel verticaal als horizontaal nagespannen foto 7 en 8: CFE om voor alle drie de tanks een aparte set bekisting aan te kopen. Bij het ontwerp van de bekisting moest rekening worden gehouden met een afnemende dikte van de wand van 0,90 naar 0,65 m over de eerste twee niveaus en de aanwezigheid van zowel verticale als horizontale stalen buizen waarin later de naspanningskabels werden geplaatst. Omdat de afstand tussen de horizontale buizen variabel is, moest de ideale hoogte van de trekankers worden bepaald zodanig dat er in geen enkele fase een conflict zou optreden. Om gedurende deze korte periode zowel de bekisting als de wapeningsnetten te plaatsen en het beton te storten, waren er vier torenkranen per tank voorzien, twaalf in totaal. In de periode november 2008 april 2009 werkten er ongeveer 250 arbeiders op de drie tanks. Enkele cijfers beton ± m 3 bekisting ± m 2 wapeningsstaal voorspanning Net zoals voor de vloerplaat, werden er hoge eisen opgelegd voor de afwerking van het beton van de wanden. Er moesten elke 2 m verticale stalen profielen worden ingestort waartegen later een stalen scherm kon worden gelast om de dichtheid van de tank te garanderen. Deze profielen moesten op 10 mm nauwkeurig worden geplaatst. Ze moesten daarenboven één vlak vormen met het betonnen oppervlak. Daarnaast waren ook de afwijkingen op de verticaliteit en de straal van de tank beperkt tot een minimum. Omdat het stalen dak binnenin de tank werd opgebouwd en later omhoog werd geblazen, moest het strak aansluiten op de betonwand (foto 6). Vandaar dat er dus extra aandacht werd besteed aan de precieze maatvoering van de betonnen tanks. Daken Bovenop de tanks zit een koepelvormig dak met een dikte van 0,45 m in het centrale gedeelte tot 1,05 m aan de overgang naar de wand. Een stalen koepel met een dikte van slechts 5 mm deed dienst als verloren bekisting voor het beton, maar totale hoogte van de tank ± ton ± 1700 ton 52 m binnendiameter van de tank 86 m opslagcapaciteit per tank m 3 7 werkt niet mee met het beton. De stalen constructie kon het gewicht van het verse beton niet volledig dragen. Daarom moest het dak in twee fasen worden gestort (foto 5). Tijdens de eerste fase werd de tank afgesloten en een overdruk binnenin de tank aangebracht om het gewicht van het verse beton te compenseren. Enkele dagen na voltooiing van de eerste laag, liet men de druk in de tank weer afnemen en kon worden begonnen met het plaatsen van de bovenwapening. Voor het storten van de tweede fase was de overdruk niet meer nodig, omdat de eerste laag beton voldoende sterk was om het volledige gewicht van de tweede fase te dragen. Om het storten op een helling van maximaal 30 te vergemakkelijken en tevens te voldoen aan de hoge kwaliteitseisen voor de afwerking van het beton, werd er in samenwerking met de betonleverancier een aangepast mengsel ontwikkeld. Dit mengsel werd uitvoerig getest op een speciaal hiervoor ontworpen proefopstelling. In totaal nam de constructie van de daken circa vier maanden in beslag. Het laatste dak werd in december 2009 voltooid, slechts enkele dagen voor de eerste hevige sneeuwval van deze winter. Raamwerk op het dak Vervolgens moest er op elk dak een raamwerk worden gebouwd als ondersteuning voor een platform waarlangs alle gasleidingen de tank in gaan (foto 7). In het oorspronkelijke ontwerp werd voor dit raamwerk uitgegaan van ter plaatse gestort beton. In

6 nauw overleg met het studiebureau van VCGP en het studiebureau van CFE werd dit volledig herbekeken en vertaald naar prefab balken, kolommen en wanden. Dit was noodzakelijk om de veiligheidsrisico s tot een minimum te beperken en tegelijk de uitvoeringsperiode te versnellen. Zowel de fabricage als de plaatsing werd uitbesteed aan een gespecialiseerde firma en sinds begin maart 2010 staat er dan ook op elke tank een platform te pronken. 8 Naspanning De betonnen tank werd achteraf zowel verticaal als horizontaal nagespannen (foto 8). De naspanning is opgedeeld in drie fasen. Eerst werden de stalen kabels ingeregen, vervolgens werden ze aangespannen en ten slotte werd de ruimte tussen de kabels en de buis gevuld met grout. Na voltooiing van de horizontale kabels, werden de verticale kabels geïnstalleerd en nagespannen. Deze activiteit werd voltooid in april Afronding Op het moment van schrijven wordt een waterdichte deklaag bovenop de daken aangebracht. Ten slotte, wanneer in het najaar van 2010 de stalen binnentank volledig is afgewerkt, worden de tijdelijke openingen in de wanden gesloten. Eind 2010 zijn de werkzaamheden van de betonbouw volledig klaar. Jacques Linssen i.s.m. Projectteam CFE LNG v.o.f. projectgegevens project Bouw 3 LNG-opslagtanks, Maasvlakte opdrachtgever Gate terminal (N.V Nederlandse Gasunie en Koninklijke Vopak N.V. opdrachtnemer Consortium bestaande uit Techint (Italië), Sener (Spanje), Entrepose Contracting en Vinci Construction Grands Projets (VCGP) (beide Frankrijk) constructief ontwerp tanks engineeringbureau van VCGP betonbouw CFE LNG v.o.f., bestaande uit CFE NL en MBG (neide onderdeel CFE) grondmechanisch onderzoek Arcadis leverancier klimbekisting PERI betonmortelleverancier Mebin naspanning tanks Freyssinet