SCHUTSLUIZEN TE BELFELD EN SAMBEEK

Transcriptie

1 SCHUTSLUIZEN TE BELFELD EN SAMBEEK RAPPORT MODELONDERZOEK - t, WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM DELFT M730

2 BBUOTHEEK DEC1F SLJ7::N E! - ::I..TrRTAAT ( TATiRLOOFJ'JJJJI)IG LIOTIOIUL SCHTJTSLTJIZEIf TE EELFELD EN SAiEEK Rapport modelonderzoek M 730 mei 1963

3 1 U H 0 IJ D blz. 1. ALGEMEEN 1. Opdracht 1.2. Gegevens 1.3, Eisen 1.4, Samenvatting resultaten IIODELOITDERZOEK Model 2.2. I:Ieetme -thoden 2.3. Vulling 2.4. Lediging F1 G U R E N 1. Vormgeving van de sluizen te Sambeek. 2, Overzicht van het model en schema -troskrach-tenmeting. Deur hij aanvang van het onderzoek. Aanbevolen vorm van de deur, Kolkpeil 9 heffing schuiven en vuldebiet als functie van de tijd. Troskrachtencliagrammen, F 0 T O'S Staaf 9 carcianische koppeling en schommel. Staafgeleiding met contragewicht. Registratie waterstand en schuifbeweging. Penschrijver, versterker, verplaatsings rekmeter,

4 1. Algemeen 1. Opdracht Opdracht tot het modelonderzoek werd gegeven door de Hoofdingerieur-Directeur van de Rijkswaterstaat, Directie 'S1uizen en Stuwen! in zijn schrijven no 6816 dci, 20 oktober Gevraagd werd te onderzoeken of het mogelijk was de nieuwe schutsluizen te Belfeld en Sambeek te vullen en te ledigen door openingen in de deuren. Het onderzoek werd uitgevoerd in de periode juli tot november 1961 door Ir, A. P.H. van Baardewijk, die ook dit verslag heeft samengesteld Gegevens Sluizen (fig.1) Bij de bestaande sluis- en siuwcomplexen in de Haas te Belfeld en Sambeek zullen nieuwe tweelingsluizen worden gebouwd. In de stalen puntdeuren zijn jalouzie-openingen ontworpen voor de vulling en lediging van de kolk. De afmetingen van de sluizen zijn- - schutlengte 142 m - breedte 16 m - drempeldiepte HAP m (Belfeld) HAP + 4,0 m (Sambeek) 'ïaterstanden Voor het schutten zijn de volgende waterstanden maatgevend. Belfeld HAP + 14,0 m HAP + 10,75 m Sambeek HAP ± m HAP + 7,5 m Schepen Schepen tot een tonnage van 2000 ton zullen van de sluizen ge- bruik maken.

5 3. Eisen De tijd voor het vullen of ledigen van een sluis moet bij een verval van 325 m ongeveer 8 minuten zijn. De minimum hefsnelheid van de schuiven is 3 rnm/sec. De bovcn- en benedendeuren moeten gelijk zijn. cl) De troskrachten mogen bij een schip van 2000 ton niet groter zijn clan i/i000 gedeelte van het scheepsgewicht; bij kleinere schepen van b.v. 550 ton is een kracht van 1/500 gedeelte van het scheepsgewicht toelaatbaar. e) De woelingen voor in de kolk moeten zo klein mogelijk zijn Samenvatting resultaten De sluis kan worden gevuld en geledigd door 8 openingen in de deuren breed 125 n en hoog m. De aanbevolen vormgeving van deuren en openingen is aangegeven in fig.4. Aan de achterzijde van de deuren is ter plaatse van de openingen een rooster van breekbalken aangebracht 9 waardoor bij de vulling het water zo dicht mogelijk bij de deuren over het natte kolkprofiel wordt verspreid. De jalouzie-schuiven moeten met een snelheid van 3 mm/sec geheven worden (hef(',- ijd 250 sec,). De vul- en ledigingstijd van de kolk is 8 min. 25 sec, Wanneer de schepen niet dichter dan op 5 m van de bovendeuren gelegd worden zijn de troskrachten kleiner dan de toelaatbare kracht. In de tabellen 1 en 2 is een samenvatting van de meetresultaten gegeven. 2. Modelonclerzoek 2 1 5T-1 Omdat de vier nieuwe sluizen gelijk zijn kon met én model worden volstaan. De schaal van het model werd vastgesteld op 36. De schalen van snelheid en tijd worden volgens de schaalregel van Froude gelijk aan 6. Voor een overzicht van het model word-t verwezen naar fig. 2. In het model werden krachten gemeten op schepen van 550 ton en 2000 ton (wateiverplaatsing reep. 700 ton en 2650 ton)

6 2.2. J'ieetmethoden Troskra oh t en Gemeten werden de langskrachten op een nagenoeg stilliggend schip. Omdat voor de vulling en lediging water wordt in- of uitgelaten in de langsrichting van de sluis werden de langskraoh-ben als representatief voor de troskrachten beschouwd. Het schip was vastgelegd aan een vertikale staaf, die met het schip op en neer kon bewegen (foto's 1 t/rn 4). De staaf werd in horizontale richting op zijn plaats gehouden door een lager en in vertikale richting uitgebalanceerd met een con-tragewich-t.deze staaf werd met een cardanisohe koppeling vastgemaakt aan een schommel 9 die met een bladv-eer aan het schip was verbonden. Door de cardanisohe koppeling was stampen en rollen van het schip mogelijk. De Joorbuiging van de bladveer is, als het systeem een resonantiefrequentie heeft die hoog is ten opzichte van de aaristocifrequentie, een maat voor de krachten die op het schip werken. De doorbuiging van de veer werd gemeten met een inductieve verplaa-lsingsopnemer en via een verpiaatsingsrekmeter en een versterker geregistreerd met een penschrijver. Fig, 2 geeft een schematisch overzicht van de mee- bmethode. Bij de meting werd de volgende tekenafsrraak gemaakt: krachten op het schip in benedenstroomse richting werden positief genoemd, krachten in bovenstroomse richting negatief. I.iet,ing kolkpeil Het verloop van de waterstand in de kolk tijdens het vullen of ledigen van de sluiskolk werd geregistreerd door de vertikale verplaatsing van het schip met draden over te brengen op een draaiende trommel. liet mldebiet werd uit deze registratie berekend door differentiëren in de tijd. 2,3, Vulling Het doel van het modeionclerzoek was om door middel van de meting van troskrachten na te gaan of de voorgestelde vulling van de kolk door jalouzie_openingen in de deuren mogelijk was.

7 Ho-t sluisontw ezi vertoonde veel overeenkomst met de schutsluizen in de Haringvlietdam (i 662) en de sohutsluis IJssel - Zwartewater te Haterveer (M 698). Zowel bij het ontwerp van de deuren als bij het mo- Jelonderzoek werd gebruik gemaakt van de resultaten van de modelonderzoeken van deze sluizen. Het onderzoek werd begonnen met een vulling van de kolk in Sambeek door 8 openingen breed. 1,5 m en hoog m (waterstand.en9 bovenpand. HAP + 10,75 m en beneclenpand HAP + 7,50 m). De troskrachten werden gemeten aan schej3en van 700 ton en ton waterverplaatsing, waarbij de afstand tussen voorsteven en bovendeuren werd gevarieerd. Uit de eerste metingen b1eek i) dat de troskrachten te groot waren, zelfs bij de minimum hefsnelheid, Bij een hef-tijd korter dan 250 sec, namen de troskrachten snel toe. 2) dat het stroombeeld onrustig en onstabiel was. De stralen uit de openingen kwamen in de sluisas bij elkaar, waardoor een sterk negatief verhang ontstond met grote woelingen aan het water oppervlak. Een vermindering van de troskrachten werd verkregen door aan de kolkzijde van de deur -ter plaatse van de openingen een roos-ter van breekbalken aan te brengen. De troskrachten waren echter nog groter dan de maximum toelaatbare kracht. Dit werd veroorzaakt doordat de vulopeningen te dicht Bij de sluisas lafen waardoor het water niet goed over het kolkprofiel werd verspreid.. De staalconstructie van de deur kon zo worden gewijzigd, dat de openingen op een afstand h.o.h mm geplaatst konden worden. Verder werd het bovenvlak van de bovenste opening afgeschuind 7 waardoor de straal uit deze opening naar de kolkbodem werd gericht. Op deze wijze ontstond een aanvaardbaar stroombeeld met kleine woelingen aan het wateroppervlak. De deur als getekend in fig. 4 wordt voor uitvoering aanbevolen. De schuiven moeten met een snelheid van 3 mrn/sec worden geheven; hef-tijd 250 sec. Bij het verval van m is de vultijd 8 min. 25 sec. ïanneer de schepen niet dichter dan op 5 m van de bovendeuren gelegd worden zijn de krachten kleiner dan de toelaatbare kracht. Voor een overzicht van de meetresultaten wordt verwezen naar tabel 1. Fig. 6 geeft enkele troskracht endiagrammen.

8 Lediing De lediging van de kolk vindt plaats door deuren van dezelfde vorm als de bovendeuren, di-t in verband met de verrisselbaarheid. De hefsnei heid van de schuiven is eveneens 3 mm/sec. De krachten op de schepen tij clens de lediging zijn klein, maximaal 0,4 0/00 van het scheepsgewicht. Tabel 2 geeft een overzicht van de meetresultaten. Tabel 1 Vulling - Deuren en openingen als aangegeven in fig Hefsnelheid van de schuiven 3 mm/sec. - Krachten in duizendsten van het schoepsgewich-t. - K pos. = Kracht op schip in benedenstroomse richting. - K neg. = Kracht op schip in bovenstroomse richting. a = Afstand tussen voorsteven en bovendeuren. Vlaterstanden voor Sambeek, NAP + 7,50 m en KAP + 10,75 in. Waterverpl, a K pos. K neg. vultijd fig. schip 0 /oo 0 0 /oo ton 0 0,7 5 min 25 sec. fig 6 a 5 0,3 097 t fig 6 b ,6-25 0,7 0,4 t' ,6 0,3-700 ton , fig 6c t , ,4 0,3 2 x 700 ton 0 0,9 3 't ,7 " fig 6 d ( 't , ti De krachten zijn gemeten op een schip gelegen langs een kolkwand. - (

9

10 -0- Tabel 2 Lediing - Deuren en openingen als aangegeven in fig. 4 - Hefsnelheid van de schuiven 3 mrn/sec - Krachten in luizendsten van het scheepsgeaicht - K pos. = Kracht op schip in benedenstroomse richting. - K neg. = Kracht op schip in bovenstroomse richting. a = Afstand tussen voorsteven en benederideuren. Taterstanc1en voor Sambeek 9 KAF m en KAP m Taterverpl. a K pos. K neg. lec1igingstij 0 0 schip /oo 0 /oo G 2650 ton ,4 S min ,2 093 t? 700 ton 10 0,3 0,3 55 0,2 0,2 2 x 700 ton t

11 1:8 +12, LI PL CD BOVENAANZICHT SCHAAL ,50 + a5 LANGSDOORSNEDE OVER DE SLUISAS SCHAAL MATEN IN m. VORMGEVING VAN DE SLUIZEN TE SAM9EEK PEILEN IN M. tav. N.A.P. WATERLOQPKtJNDIG LABORATORIUM M FIG. 1

12 A WATERTOE VOER GELJKMATIG OVER BREEDTE VAN MODEL VERDEELD

13 44 71 B 4-4 B ACHTERAANZICHT DEUR DOORSN ' 1500 DOORSNEDE B-B MATEN IN mm. DEUR BU AANVANG VAN HET ONDERZOEK SCHAAL 1: 75 WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM M. 730 FIG. 3

14

15 DOORSNEDE A-A ie VERTICALE DOORSNEDE OVER OPENING DOORSNEDE B B SCHUIFGELEIDING SCHUIF BREEKBALKEN / - - r' AANBEVOLEN VORM VAN DE DEUR SCHAAL 1:75 en 1: 30 L HORIZONTALE DOORSNEDE OVER OPENING WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM M. 730 IFIG.4

16 E z 3,0 \ STUGING KEIL hft - 30 t 0 2,0-20 VULDEBIET af(t) 1,0-10 HEFH000TE SCHUIVEN t IN minutan WATERSTANDEN BOVENPAND N.A.P + 10,75 m BENEDENPAND N.A.P. + 7,50 m KOLKPEIL, HEFFING SCHUIVEN EN VULDEBIET ALS FUNCTIE VAN T'JD 8 WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM 1 M FIG. 5

17 7 o/ o G ( 185t.) min. VERVAL: 3 25m. SCHIP : 2650k. 0 m. 1,3 0/00 G ( 3,5t.) 07 % G(1,85t.) min. VERVAL : 3,25m. L_- 1 SCHIP : 2650 t. 0,7 0/00 G ( 1,85 t.) /00G(042t min. VERVAL: 3,25m. SCHIP : 700k. a 5m ,9 0/00G(0,63t.) min. VERVAL: 3,25m. SCHIP 2 SCHEPEN VAN 700k. LOS NAAST ELKAAR Sm. 1,7 /oo 6( 1,2k.) TROSKRACHTENDIAGRAMMEN BU VULLING L OPMERKINGEN: GEMETEN IS OP EEN SCHIP GELEGEN LANGS DE KOLKMUUR. WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM M. 730 FIG. 6

18 1/ Aff FOTO 1. STAAF, CARDANISCHE KOPPELING EN SCHOMMEL. FOTO 2. STAAFGELEIDING MET CONTRAGEWICHT. $ ij/' 1T -ILI FOTO 3. REGISTRATIE WATERSTAND FOTO 4. v.1.n.r.: PENSCHRIJVER, EN SCHUIFBEWEGING. VERSTERKER. VERPLAATSINGSMETER.

19

20 J 3 2 r 41 /.

21 WZ t '14 /

22 7 /L' (-ty C er -,

23

24 )

25

26 LrQ244' L41 b, o-o /ui4-t :t 1' Iti / : jv 1 t/_ / A -

27

28