waterloopkundig laboratorium WL Klasse V vaarwegen Dwarsprofielen Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer Opdrachtgever:

Transcriptie

1 Opdrachtgever: Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer Klasse V vaarwegen Dwarsprofielen Richtlijnen voor aftnetingen en vormgeving Deel VI, Eindrapport April 1994 Q88 waterloopkundig laboratorium WL

2 ('JCU'GW\J2 V/JUA. A/V ViA. Klasse V vaarwegen Dwarsprofielen Richtlijnen voor afmetingen en vormgeving A. Boogaard waterloopkundig laboratorium WL

3 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Inhoud Lijst van tabellen Lijst van figuren Lijst van bijlagen Lijst van symbolen 1 Inleiding 1 2 Maatgevende schepen Inleiding Horizontale scheepsafmetingen Klasse Va schepen inclusief éénbaks duwstellen Tweebaks duwstellen (lange formatie), en duwend motorschip Andere schepen Diepgang Algemeen Klasse Va (motor-)schip Duwstellen met een of twee bakken (klasse Va en Vb) Keuze maatgevende diepgang voor klasse V vaarwegen Hoogte Motorschepen Duwboten Keuze van de maatgevende hoogte Lateraalvlak-verhoudingen Uitrusting en manoeuvreerbaarheids-eisen Inleiding Overzicht uitrusting met boegbesturingsmiddelen Boegbestuurbaarheids-eisen Manoeuvreerbaarheids-eisen Uitzicht Overige uitrusting Samenvatting maatgevende schepen 14 3 Verkeerssituaties Inleiding Reistijdverlies als functie van vaarwegbreedte Maatgevende manoeuvres 16 4 Breedte van rechte vaarwegvakken zonder probabilistische methode Inleiding Overzicht en beperkingen Strokentheorie Voorafgaande studies en nota's Onderzoek 'Van Doorn' Nota Vaarwegbreedte van DVK Simulatie-onderzoek klasse V schepen en tweebaks duwstellen Samenvatting van Nederlands richtlijnen CVB voor klasse I-IV 24 waterloopkundig laboratorium WL

4 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Onderzoek van Duitse literatuur, WL, november Ervaringen op enkele Duitse kanalen, studiereis april Bermstrookbreedte en scheepsbestuurbaarheid Deelstudie V door WL, ([14], WKV 68) Bevaarbare breedte in rechtstanden en bochten Breedtetoeslag voor wind 32 5 Breedte van rechte vaarwegvakken (inclusief probabilistische methode) Probabilistische methode Globale werking van de methode Gesimuleerd verkeersaanbod Resultaten, vergelijking en conclusies 39 6 Breedte van bochten 43 7 Breedtetoeslag voor dwarsstroom en langsstroom Onderzoek Conclusies van het dwarsstroom-onderzoek Dimensionering met het oog op hinder door dwarsstroom Breedtetoeslag voor langsstroom 48 8 Diepte en natte doorsnede van de vaarweg 5 9 Vaargeulen door meren Inleiding Diepte van de vaargeul Breedte van de vaargeul Inleiding Breedte van de stroken Toeslagen Samenvatting van de geulbreedte in meren 56 1 Zwaaikommen en langshavens Boegschroeven en oeveraantasting 58 Literatuur Figuren Bijlagen waterloopkundig laboratorium WL

5 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Lijst van tabellen 2.1 Overzicht maatgevende schepen 3.1 Maatgevende manoeuvres (achter de tekst) 4.1 Overzicht strookbreedtes (achter de tekst) 4.2 Hoofdparameters richtlijnen I-IV 4.3 A c /A m waarden klasse I-IV 4.4 Richtlijnen voor bochten klasse I-IV 4.5 Verkeersintensiteit op enkele West-Duitse kanalen (1989) 4.6 Maatgevende gemiddelde zijwindsnelheid (in m/s, 2% overschrijdingskans) 4.7 Windtoeslag voor breedte klasse V profielen 5.1a Windklimaat Schipol 5.1b Windklimaat Beek 5.2 Klasse Va vaarwegen; Vlootsamenstellingen en intensiteiten (zoals gebruikt in PRODIM) 5.3 Klasse Vb vaarwegen; Vlootsamenstellingen en intensiteiten (zoals gebruikt in PRODIM) 5.4 Vergelijkingstabel breedte van klasse Va profielen 5.5 Vergelijkingstabel breedte van klasse Vb profielen 5.6 Aanbevolen diepte klasse V vaarwegen 5.7 Windtoeslagen voor Vb profiel 8.1 Aanbevolen diepte voor klasse V 8.2 A c /A m verhouding bij klasse V bakprofielen 9.1 Breedte van veiligheidsstroken in meren 9.2 Breedte van vaarstroken in meren 9.3 Windtoeslag voor breedte klasse V profielen 9.4 Breedtetoeslag voor golven in meren volgens berekeningen WL 9.5 Samenvatting geulbreedte in meren (kust) waterloopkundig laboratorium WL III

6 Klasse V vaarwegen, Dwarsprofielen Q88.VI»Priï 1994 Lijst van figuren 2.1 Aantal duwbakken afhankelijk van de lengte, voor de breedteklassen 11,31-11,5 en 9,31-9,7 m, en totaal duwbakken per breedte 2.2 Overschrijdings percentage van de lengte van duwboten per categorie. 2.3 Diepgangsverdeling motorschepen van de breedteklasse 11,31-11,5 m 2.4 Diepgangsverdeling duwbakken voor de breedteklassen 11,31-11,5 en 9,31-9,7 m. 2.5 Overschrijdingsfrequentie van strijkhoogten van ongeladen motorschepen. 2.6 Overschrijdingsfrequenties van strijkhoogten van geladen motorschepen. 2.7 Overschrijdingsfrequentie van de kruiphoogte van duwboten van de categorieën B en C. 2.8 Vermogen boegschroef van klasse V schepen 4.1 Geschematiseerde indeling van de vaarweg 6.1 Noodzaak van onderzoek als functie van dwarsstroomsnelheid. waterloopkundig laboratorium } WL IV

7 Klasse V vaarwegen, Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Lijst van bijlagen 4.1 Breedte van stroken volgens nota "Vaarwegbreedte" [25], zonder dwarswind. 4.2 Padbreedte ongeladen schepen in alleenvaart, volgens simulatie onderzoek DVK [21] 4.3 Padbreedte geladen schepen in alleenvaart, volgens simulatie onderzoek DVK [21]. waterloopkundig laboratorium WL

8 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Lijst van symbolen 1 Betreffende het schip Symbool Omschrijving Eenheid A m grootspant oppervlak onder water, (midship) (m ) A ow lateraaloppervlak onder water (m ) A bw lateraaloppervlak boven water (m ) B maatgevende scheepsbreedte ( m ) L maatgevende scheepsl engte ( m ) T maatgevende diepgang ( m ) V vaarsnelheid ( ms ~') V grens(-vaar-)snelheid volgens Schijf (m/s) /? drifthoek (-) 2 Betreffende vaarweg en kunstwerken A c natte doorsnede vaarweg (canal) ( m ) b waterspiegelbreedte ( m ) b c breedte dwarsstroomveld ( m ) b-r vaarwegbreedte in kielvlak bij diepgang T (m) b b bodembreedte vaarweg ( m ) bj vaarstrookbreedte ( m ) h waterdiepte ( m ) h m maatgevende waterstand ( m ) R boogstraal van as vaarweg of geleidewerk (m) v c dwarsstroomsnelheid (cross) (m/s) Ab-j- bochtverruiming in kielvlak bij diepgang T (m) 3 Andere symbolen A Oppervlakte (algemeen) (area) (. m ) V w windsnelheid ( m ) ff standaard-afwijking (") a hoek (algemeen) ( ) waterloopkundig laboratorium WL

9 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Inleiding In 1977 is door de directeur-generaal van de Rijkswaterstaat een Commissie Vaarwegbeheerders (CVB) ingesteld met als taak: het opstellen van richtlijnen voor het ontwerp van vaarwegen en de daarbij behorende kunstwerken. De richtlijnen betreffen niet alleen de afmetingen van vaarwegonderdelen, maar ook beheersaspecten van bijvoorbeeld oeverbescherming en bediening van kunstwerken. Voor de afmetingen van vaarwegen voor schepen van de CEMT klassen I t/m IV zijn nu richtlijnen beschikbaar. Door de CVB werd begin 1988 de 'Werkgroep Klasse V' ingesteld die tot taak kreeg richtlijnen te ontwikkelen voor vaarwegen die geschikt zijn voor schepen van de CEMT-klasse V en voor lange tweebaks duwstellen. De werkgroep was en is samengesteld uit vertegenwoordigers van beheersdiensten en studiediensten van Rijkswaterstaat, Provincies, het Waterloopkundig Laboratorium en de KSV 'Schuttevaer'. Dit laatste is van belang voor de noodzakelijke inbreng van de zijde van de vaarweggebruikers. Omdat voor veel aspecten niet volstaan kon worden met een eenvoudige extrapolatie van de richtlijnen voor de klassen I-IV, zijn diverse deelstudies uitgevoerd. De resultaten van deze studies zijn vastgelegd in aparte nota's en rapporten (zie literatuurlijst). Inmiddels is gebleken dat de deterministische aanpak van de richtlijnen voor klasse I-IV bij toepassing op de grotere vaarwegen moeilijkheden geeft, omdat daarop een zeer grote verscheidenheid aan schepen voorkomt. De verscheidenheid betreft niet alleen de scheepsafmetingen, maar ook de manoeuvreereigenschappen en de windgevoeligheid. Een en ander maakt het moeilijk om een algemeen geldend maatgevend schip te definiëren, of een maatgevende verkeerssituatie. Dit probleem heeft de voortgang van het onderzoek ernstig belemmerd. Daarom is tenslotte ook een kort onderzoek gedaan gebruikmakend van een probabilistische methode die rekening houdt met de verscheidenheid van de vloot. In aanvulling op de deterministische studies en overwegingen zijn de resultaten van de probabilistische studie in dit rapport opgenomen en gebruikt bij het vaststellen van de richtlijnen voor de breedte van rechte klasse V vaarwegvakken. Dit eindverslag zal tenslotte moeten dienen als een basis waarmee de CVB direct toepasbare richtlijnen kan opstellen voor de vaarwegbeheerder die een vaarweg moet ontwerpen of beoordelen. Het voorliggende rapport is afgeleid van het interimrapport "Klasse V Vaarwegen, Richtlijnen voor afmetingen en vormgeving, Deel VI, Interimrapport", d.d. september De commentaren van de leden van de Werkgroep Klasse V, en van de CVB zijn hierin verwerkt. Bovendien zijn de resultaten van het probabilistisch onderzoek, dat in 1993 werd uitgevoerd, in het voorliggende rapport verwerkt (sectie 4.2). In dit rapport wordt allereerst aandacht gegeven aan de relevante kenmerken van de maatgevende scheepstypen (Hoofdstuk 2). Vervolgens worden de maatgevende verkeerssituaties gedefinieerd (Hoofdstuk 3). De breedte van de rechte vaarwegvakken is de basisgrootheid van de richtlijnen en wordt behandeld in de Hoofdstukken 4 en 5. Voor bochten en voor dwarsstroom wordt een toeslag geadviseerd (Hoofdstukken 6 en 7). De diepte van de vaarweg wordt in Hoofdstuk 8 behandeld. Richtlijnen voor geulen in meren zijn opgenomen in Hoofdstuk 9. Tenslotte wordt in de Hoofdstukken 1 en 11 kort ingegaan op enkele nevenaspecten zoals zwaaikommen en oeveraantasting door boegschroeven. waterloopkundig laboratorium WL

10 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Maatgevende schepen 2.1 Inleiding Ten behoeve van de deterministische benadering van het probleem van de benodigde vaarwegafmetingen zijn maatgevende schepen gekozen. Dit is echter slechts een eerste stap. Om te komen tot vaarweg-afmetingen, is een tweede stap nodig: de keuze van een maatgevende verkeerssituatie of een andere maat voor de verkeersbelasting. Dat is het onderwerp van Hoofdstuk 3. Voor de probabilistische methode zijn weliswaar dezelfde schepen gebruikt, maar in die methode zijn het geen 'maatgevende' schepen, maar 'type' schepen die een bepaalde groep van het verkeersaanbod karakteriseren. Bij het opstellen van de regels voor de klassen I-IV was het mogelijk om voor elke vaarwegklasse te volstaan met het definiëren van één maatgevend schip. Voor de klasse V vaarwegen zullen echter meer maatgevende schepen moeten worden gekozen. Daarbij wordt globaal gedacht aan schepen met een lengte van 11 tot 185 m. In het volgende zal blijken dat dit tevens de kenmerkende waarden zijn voor het onderscheid tussen klasse Va en Vb. Voor de klassen I-IV zijn 'maatgevende' schepen gekozen door uit de bestaande vloot die schepen te kiezen die in de verdeling relatief vaak voorkomen. Bij de duidelijk afgetekende breedteklassen zijn scheepslengten en -breedten gekozen met een overschrijdingskans van 5%. Ook voor het kiezen van maatgevende klasse V schepen wordt de samenstelling van de huidige vloot als basis genomen. De werkgroep heeft in de loop van de tijd enkele nota's over dit onderwerp geproduceerd (WKV-stukken nrs 9, 22 en 49 [lit. 29, 23, 22]). Het volgende is voornamelijk gebaseerd op deze stukken. Waar mogelijk is recentere informatie gebruikt, bijvoorbeeld [5,17]. Voor de vlootgegevens zijn de volgende bronnen geraadpleegd: CRB (Centrale Registratie Binnenschepen), IVR (Rijnschepenregister, 1986), Duwboten-enquête 1986, gesprekken met Eurobulk en Vereniging Rijn en IJssel Deze gegevens zijn op een aantal punten wat verouderd, maar in het volgende zal blijken dat er toch vrij duidelijk maatgevende schepen zijn aan te geven indien ook rekening wordt gehouden met verwachte toekomstige ontwikkelingen. Voor de beschouwde vaarwegklasse moet niet alleen naar motorschepen (bedoeld wordt: conventionele alleen-varende motorvrachtschepen) gekeken worden, maar ook naar duwstellen met een of twee bakken, evenals naar koppelverbanden. Door de PIANC zijn in 199 voorstellen gedaan om tot een nieuwe vaarwegklassering te komen, gebaseerd op de hoofdafmetingen van maatgevende schepen (aanpassing van de oude CEMT klassering). Deze voorstellen zijn in 1992 door de CEMT overgenomen, en waarwaterloopkundig laboratorium WL

11 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 schijnlijk volgt ook de ECE. Deze nieuwe vaarwegklassering zal uiteraard ook voor de Nederlandse richtlijnen voor vaarweg-afmetingen worden gebruikt. Als een schip met het oog op vaarwegdimensionering maatgevend wordt genoemd, dan is dat primair op grond van zijn (grote) afmetingen, en zijn frequentie van voorkomen in de vloot. Daarnaast zijn ook windgevoeligheid en boegschroeven van belang voor de benodigde vaarweg-afmetingen. Daarom wordt ook daaraan aandacht gegeven. 2.2 Horizontale scheepsafmetingen Klasse Va schepen inclusief éénbaks duwstellen In Nederland worden op bestaande klasse V vaarwegen gewoonlijk schepen en duwstellen toegelaten met horizontale afmetingen van 95 x 11,5 m (CEMT anno 1961). In de meeste gevallen wordt zelfs een lengte van 11 m toegelaten. De grootste typen die binnen deze maten vallen zijn: het klasse V motorschip, en het duwstel met één Europa-II bak. sommige (kleine) koppel verbanden Deze laatsten worden voor de vaarweg-dimensionering niet als maatgevend schip beschouwd, onder de aanname dat toegelaten koppelverbanden qua bestuurbaarheid niet slechter zijn dan de wèl beschouwde motorschepen en duwstellen. Van de schepen die in het CRB bestand voorkomen met een laadvermogen van 18-4 ton en een breedte tussen 11,3 en 12,1 m valt circa 7% in de breedteklasse 11,3-11,5 m. Uit de ivr-gegevens (1986) blijkt dat ca 45% van de schepen in deze breedteklasse een lengte heeft tussen 1 en 11 m. De CEMT hanteerde voor klasse V een breedte van 11,5 m. Door de PIANC wordt echter 11,4 m aangehouden (aanbevelingen 199). Een en ander leidt tot de keuze van de volgende maatgevende horizontale afmetingen: ll,4x 11, m. Het leeuwedeel van de varende duwbakkenvloot bestaat uit Europa II of Ha bakken, met afmetingen 11,4 x 76,5 m. In een eenbaks formatie worden meestal duwboten van de categorieën C of D (zie paragraaf 2.2.2) gebruikt. Deze boten passen met een Europa II bak meestal ruim binnen de bovengekozen maten van 11,4 x 11, m. Het ligt voor de hand als maatgevende breedte 11,4 m te kiezen. Dat komt overeen met de PIANC aanbevelingen zoals in 1992 door de CEMT overgenomen. Samenvattend worden de maatgevende waarden voor de klasse V motorschepen en eenbaks duwstellen: 11,4 x 11, m. Voor de motorschepen wordt qua afmetingen geen onderscheid gemaakt tussen gewone vrachtschepen en containerschepen. waterloopkundig laboratorium WL

12 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Tweebaks duwstellen (lange formatie), en duwend motorschip Een tweebaks duwstel is in de meeste gevallen samengesteld uit twee Europa II of Ha bakken, en een duwboot met een vermogen tussen de 44 kw en 2^. kw. Over het algemeen wordt in een lange formatie gevaren. Uit Figuur 2.1 blijkt overduidelijk, dat de bekende Europa II bak (11,4 x 76,5 m) de maatgevende bak is. Voor de breedte wordt de door de PIANC gekozen breedte-waarde van 11,4 m overgenomen. De duwboten die voor tweebaks duwstellen worden gebruikt behoren tot de categorieën B (44-11 kw) en C (11-22 kw). Deze boten zijn vrijwel nooit breder dan 11,4 m, zodat de breedte van de duwboot niet maatgevend is voor de breedte van de formatie. De lengte van de duwboten loopt nogal uiteen (zie fig 2.2). Het blijkt dat ca 1% van de potentiële duwboten langer is dan 32 m. Deze lengte wordt maatgevend gesteld. De totale formatie-lengte met twee E-II bakken is dan juist 185 m. Er is echter nog een belangrijke categorie, namelijk het duwende motorschip. Als dit bestaat uit een klasse V motorschip (11,4 x 11 m) met een E-II bak (11,4 x 76,5 m), wordt de formatie-lengte 186,5 m. Dit is 1,5 m langer dan de PIANC aanbeveling, maar wordt met het oog op de praktijk toch zo gekozen. Deze lengte, samen met de door de PIANC gekozen breedte leidt tot de volgende maatgevende waarden voor het lange tweebaks duwstel: breedte x lengte = 11,4 x 186,5 m. De werkgroep meent dat, in afwijking van de CEMT-waarde van 185 m, voor de Nederlandse situatie 186,5 m als maatgevende lengte moet worden gekozen Andere schepen Op de klasse V vaarwegen moet ook rekening gehouden worden met andere schepen zoals: kruiplijn coasters brede tweebaks duwstellen sleepschepen De kruiplijn coasters worden beschouwd als gewone klasse V schepen als zij daar qua afmetingen mee overeenkomen. Aangezien moderne kruiplijn coasters ook qua bestuurbaarheid en uitrusting niet zo veel meer onderdoen voor typische binnenvaart-motorschepen, zullen zij in de richtlijnen niet als een aparte categorie worden behandeld. Als zij qua afmetingen en/of uitrusting duidelijk afwijken, zullen zij onder het individueel toelatingsbeleid moeten vallen. Voor brede tweebaks duwstellen worden op grond van sectie de maatgevende afmetingen: lengte x breedte = 22,8 x 11, m. De brede formatie wordt in het volgende niet als maatgevend beschouwd omdat hij relatief weinig voorkomt, en extreem hoge breedteeisen stelt in vergelijking tot de overige klasse V schepen. Op klasse VI vaarwegen kan men wel vrij vaak brede tweebakkers (met name leeg) aantreffen. waterloopkundig laboratorium WL ^

13 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Sleepschepen hebben een zodanig afwijkende manoeuvreerbaarheid ten opzichte van motorschepen, dat zij eigenlijk automatisch onder het individueel toelatingsbeleid moeten vallen. Zij komen ook relatief weinig voor, en hun aantal zal nog wel verder afnemen. Ze blijven daarom voor de richtlijnen buiten beschouwing. 2.3 Diepgang Algemeen De maatgevende diepgang zal over het algemeen kleiner moeten zijn dan de maximum diepgang van de grote schepen. Die kunnen namelijk in veel gevallen economisch varen ondanks het feit dat ze niet tot de maximale diepgang zijn afgeladen. Dat komt ook doordat ze bij bepaalde ladingsoorten (bijvoorbeeld veevoeders) vaak al 'vol' (volume) zijn, terwijl ze nog niet tot hun maximale draagvermogen belast zijn. Verder speelt een rol: de grote spreiding in maximum diepgang van schepen, de diepgangsbeperkingen op andere trajecten, en natuurlijk de partijgrootte. Het kiezen van een maatgevende diepgang is een moeilijk te optimaliseren kosten/baten afweging die erg gevoelig is voor fluctuaties in de vrachtprijzen. In deze richtlijnen zullen de maatgevende diepgangen dus enigszins arbitrair gekozen worden, echter wel in overeenstemming met de methode die bij I-IV gebruikt is. In specifieke gevallen is het aan te bevelen een nadere studie aan de optimale diepgang en diepte te wijden Klasse Va (motor-)schip Figuur 2.3 toont de verdeling van de diepgang van schepen met een breedte tussen 11,31 en 11,5 m. Ca 5% van de schepen valt in de diepgangsklasse van 3,45-3,55 m of meer. Ca 1% heeft een diepgang van 3,75 m of meer. In het algemeen is er wel een tendens om diepere schepen te bouwen, omdat dit slechts een geringe extra investering vergt in verhouding tot het extra laadvermogen. Het is echter twijfelachtig of deze tendens naar steeds diepere schepen zal doorzetten, omdat de praktische beperking van de aflaaddiepte op een groot aantal vaarwegen de economische inzetbaarheid van extreem diepe schepen vermindert. Ook is een aantal van de schepen met de grootste diepgang vooral gebouwd met het oog op de vaart op de diepere vaarwegen. Ten behoeve van de richtlijnen voor de klassen I-IV zijn uitvoerige beschouwingen gewijd aan de keuze van de maatgevende diepgang (zie WKV deelrapport III [39], en Eindrapport Richtlijnen I-IV [34]). Daaruit werd geconcludeerd dat de diepgang die door 5% van de schepen wordt overschreden een goede maat is voor het vaarwegontwerp. De belangrijkste van deze overwegingen gelden ook voor klasse V, zodat daar in principe het zelfde diepgangscriterium kan worden aangehouden. Er is ook geprobeerd vast te stellen bij welke diepgang het economisch interessant wordt het transport met klasse V schepen te laten plaatsvinden i.p.v. met schepen uit een kleinere klasse (ref. [23], WKV 22, blz 3). Dit punt lijkt te liggen bij een diepgang van 3,5 m. Daarbij moet worden aangetekend dat de berekeningsmethode zeer gevoelig is voor schommelingen in de prijzen, zodat aan deze berekeningsresultaten slechts beperkte waarde mag worden toegekend. De daling in prijs per vervoerde ton blijkt echter onafhankelijk van prijsschommelingen. Uit de berekeningen is te concluderen dat het kostenvoordeel (van diepwaterloopkundig laboratorium WL

14 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 gangsvergroting) bij een diepgang groter dan 3,2 m geringer is dan het kostenvoordeel bij een diepgang van 3, m ('afnemende meerwaarde'). Op grond van de diepgangsverdeling van de vloot en de aangehaalde economische overwegingen is besloten om als maatgevende diepgang voor de klasse V motorschepen 3,5 m te kiezen. In vergelijking met de maatgevende diepgangen die voor klasse I-IV in het betreffende eindrapport [34] zijn aangegeven (2,4-2,8 m), lijkt deze waarde ruimschoots aan toekomstige ontwikkelingen tegemoet te komen. Voor kruiplijncoasters, die qua horizontale afmetingen vaak vergelijkbaar zijn met klasse V motorschepen, wordt dezelfde diepgang: 3,5 m maatgevend gesteld Duwstellen met een of twee bakken (klasse Va en Vb) Bij een duwstel is de duwbak maatgevend voor de diepgang. Uit Figuur 2.4 blijkt dat de verdeling van de diepgang van Europa II bakken een kleine piek vertoont bij 3,5 m maar dat erg veel bakken een veel grotere diepgang hebben. Er is een grote piek bij 3,9 m, maar circa 35% heeft een nog grotere diepgang, en ongeveer 1% heeft een diepgang van 4,3 of 4,4 m. De maximale diepgang van bakken is dus veel groter dan de maximale diepgang van motorschepen. Ook hier geldt, waarschijnlijk in nog sterkere mate dan bij de klasse V motorschepen, dat met een kleinere dan maximale diepgang toch economisch gevaren kan worden. De maatgevende diepgang mag dus best een forse overschrijdingskans hebben. Op grond van deze overwegingen wordt voor de duwbakken de maatgevende diepgang afgerond op 4, m (zie ook sectie 2.3.4) Keuze maatgevende diepgang voor klasse V vaarwegen Het blijkt dat de maatgevende diepgang voor klasse V motorschepen afwijkt van die voor duwbakken (-stellen). Eenbaksduwstellen komen echter qua horizontale afmetingen overeen met de klasse Va motorschepen. De WKV heeft daarom besloten de eenbaksduwstellen ook dezelfde maatgevende diepgang toe te kennen. Als bewust gekozen wordt om een vaarweg geschikt te maken voor klasse Vb, dus voor tweebaks duwstellen, dan ligt het voor de hand de maatgevende diepgang wel in overeenstemming met het merendeel van de bakkenvloot te kiezen, dus op 4, m De diepgang voor de maatgevende schepen wordt dus als volgt samengevat: klasse Va (motorschepen en eenbaks duwstellen): 3,5 m. klasse Vb (tweebaks duwstellen) 4, m. Voor het bepalen van het benodigde dwarsprofiel van de vaarweg is niet alleen de diepgang van geladen schepen van belang, maar ook van de lege schepen, omdat die over het algemeen een veel groter breedte-beslag hebben dan de geladen schepen. Voor alle ongeladen klasse V schepen wordt de maatgevende diepgang op 1,8 m gesteld (vooral de klasse V duwboten zijn hiervoor maatgevend). waterloopkundig laboratorium WL

15 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Hoogte Motorschepen Voor de keuze van de doorvaarthoogte van kunstwerken over de vaarweg is de strijkhoogte bepalend. Op de meeste schepen is dat de hoogte van de stuurhut. De hoogte van de rest van het schip, al dan niet met lading (bijvoorbeeld lege containers), kan heel belangrijk zijn voor windhinder en uitzicht. Hierbij wordt nog opgemerkt, dat het voor containerschepen niet ongebruikelijk is om door middel van ballasten de hoogte van schip en lading zonodig enigszins aan te passen aan de in de vaarweg beschikbare doorvaarthoogten. Dit is vooral actueel in vaarwegen met wisselende waterstanden. Figuur 2.5 geeft overschrijdingskansen van strijkhoogten van ongeladen schepen. Het betreft vrijwel allemaal schepen met een breedte van ongeveer 11,4 m, dus overeenkomend met de maatgevend gestelde breedte voor klasse V. Ongeveer éénderde van deze vloot heeft een beweegbaar stuurhuis (N.B. d.d. 1987). Van deze categorie heeft 1% een strijkhoogte van ca. 6,8 m of meer. Voor schepen met een vast stuurhuis geldt zo (1%) een strijkhoogte van ca. 7,8 m. Zeer recent kwamen gegevens beschikbaar uit het schepenbestand 1991 van de CRB. Daaruit is afgeleid dat de strijkhoogte van ongeladen schepen in de tonnageklzsse van ton (ongeveer overeenkomend met klasse Va) als volgt verdeeld is: hoogte > 8,Om 18% hoogte > 8,5m 12% hoogte > 9,m 11 % en hoogte > 9,5m 1%. Deze waarden zijn dus aanzienlijk hoger dan blijkt uit de eerder gebruikte informatie (van 1987), maar deze waarden moeten met terughoudendheid gehanteerd worden, want het is niet gecontroleerd hoe ze zijn gedefinieerd, met name ten aanzien van de strijkbaarheid van de stuurhutten. Figuur 2.6 toont de overschrijdingsfrequenties van strijkhoogten van geladen schepen. Er is vrijwel geen schip dat (geladen) hoger is dan 7, m zodat, geheel volgens verwachting, de geladen schepen niet maatgevend zijn. Als klasse V schepen met containers varen, komen zeer uiteenlopende hoogten voor. De belangrijkste oorzaken zijn: Er is onderscheid naar het aantal lagen containers: men zal op minimaal 3 lagen moeten rekenen, maar de vervoerders zouden bij voorkeur 4 lagen op elkaar willen zetten. De beladingsgraad van de containers bepaalt de scheepsdiepgang, en dus ook de hoogte, Niet alle containers zijn even hoog; Het merendeel is 8,5 voet (2,59 m) hoog, maar ruim 2% is al 9 voet (2,75 m) hoog. Containers van 9,5 voet (2,9 m) hoog zullen in de toekomst waarschijnlijk maatgevend worden. Sommige schepen kunnen ballastwater innemen om de hoogte te verkleinen. waterloopkundig laboratorium j WL /

16 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Er is rekening gehouden met verschillende beladingstoestanden, en ballastmogelijkheden in de schepen. In de nieuwste CEMT classificatie van vaarwegen [4] worden doorvaarthoogten van bruggen gegeven, rekening houdend met containervaart. Als er van uit wordt gegaan dat door de CEMT een schrikhoogte van,3 m is aangehouden kan worden afgeleid dat de CEMT als maatgevende hoogte van containerschepen kiest: met 3 lagen containers: 6,7 m, en met 4 lagen containers: 8,8 m Duwboten Figuur 2.7 geeft overschrijdingsfrequenties van duwboten uit de categorieën B en C. Voor de eenbaks duwstellen worden boten van categorie C (44-11 kw, echte duwboot) en categorie Cl (idem, omgebouwde sleepboot) gebruikt. In categorie C heeft 1% een hoogte groter dan 7, m en slechts 5% is hoger dan 8, m. De boten van categorie Cl zijn lager, en dus niet maatgevend. Het nieuwe CRB bestand (1991) geeft voor de duwboten van 5-15 pk (ongeveer categorie C) de volgende hoogten: hoogte hoogte hoogte > > > 8,m 8,5m 9,m 25% 2% 7% De boten van deze categorie zijn dus veel hoger geworden, sedert Ook hier geldt echter dat niet bekend is in hoeverre rekening is gehouden met het strijkbaar zijn van de stuurhutten Voor de tweebaks duwstellen zijn de boten van categorie B (11-22 kw) maatgevend. Circa 4% van deze boten heeft een kruiphoogte van 7, m of meer en krap 3% is hoger dan 8, m. Een hoogte van 8,5 m wordt door krap 2% van de schepen nog overschreden. Volgens het CRB bestand van 1991 komen er in deze categorie (B) slechts weinig (circa 15) boten voor, zodat overschrijdingspercentages een zeer beperkte nauwkeurigheid hebben. De tabel vermeldt echter slechts 3 boten hoger dan 8, m. De hoogte van categorie B valt dus mee. waterloopkundig laboratorium Wl

17 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Keuze van de maatgevende hoogte De verschillende informatiebronnen geven, mede door tijdsverschillen, aanzienlijke verschillen in hoogten van schepen. Het beeld wordt nog verder vertroebeld doordat bij de containervaart de beladingsgraad zo'n grote rol speelt, terwijl regelmatig stuurhuizen van schepen worden verbouwd en (over onbekende hoogte) strijkbaar worden gemaakt. Als dus een maatgevende scheepshoogte wordt gekozen, is dat onvermijdelijk een gedateerde en vrij subjectieve keuze. Daarom wordt in deze richtlijnen aansluiting gezocht bij de CEMT-92 richtlijnen. Daarin wordt niet een scheepshoogte maar een doorvaarthoogte gegeven. Rekening houdend met een schrikhoogte van,3 m zijn daaruit de volgende maatgevende scheepshoogten ('strijkhoogte') afgeleid: klasse maatgevende strijkhoogte (m) Va Vb met weinig containervaart met veel containervaart altijd 6,7 * 8,8 ** 8,8 ** * : voor 3 lagen containers; bovendien hoog genoeg voor 7% van de ongeladen schepen. ** : voor 4 lagen containers; bovendien hoog genoeg voor 9 a 95% van de lege schepen. Opmerking: De laagste waarde in de CEMT richtlijnen (doorvaarthoogte 5,25 m), die bedoeld is voor schepen die met slechts twee lagen containers varen, wordt voor de Nederlandse situatie ontraden. 2.5 Lateraalvlak-verhoudingen De windgevoeligheid van schepen wordt in belangrijke mate bepaald door de verhouding van het lateraaloppervlak boven water (A bw ) en het lateraal vlak onder water (A ow ). Binnen de verschillende scheepscategorieën kunnen deze grootheden uiteraard enigszins uiteenlopende waarden aannemen. Voor het simulatie-onderzoek van de DVK is de waarde van de verhouding A bw /A ow voor een drietal lege schepen als volgt gekozen: normaal klasse V schip eenbaks duwstel containerschip lange tweebakker A D w'a ow 4,2 ^bw'^ow ~ 4>2 A bw /A ow = 5,6 "bw'"ow = -^J Schepen met een lateraalvlak-verhouding kleiner dan, of gelijk aan deze waarden worden geacht een 'normale' windgevoeligheid te hebben. Een praktische grenswaarde voor de noodzaak om wegens windgevoeligheid over een kopschroef te beschikken, wordt voorlopig gesteld op A bw /A ow = 4,5 voor motorschepen, en 3. voor de lange tweebakker. Verondersteld wordt, dat schepen met een lateraalvlakverhouding die kleiner is dan deze waarde bij dwarswind tot sterkte 6 Bf geen boegschroef behoeven te gebruiken, zowel in de alleenvaart als in ontmoetingen/oploopmanoeuvres (zie sectie 3.3, maatgevende manoeuvres). Zij hebben meestal wel een boegschroef beschikbaar, die vrijwel uitsluitend bij het maoeuvreren wordt gebruikt. Voor vermogens van boegschroeven wordt verwezen naar sectie waterloopkundig laboratorium WL

18 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Uitrusting en manoeuvreerbaarheids-eisen Dit hoofdstuk bevat enkele aanvullingen, maar is ook qua volgorde veranderd Inleiding In dit verband wordt met 'uitrusting' alleen bedoeld: uitrusting die rechtstreeks van belang is voor de benodigde vaarwegafmetingen. Het gaat dus om uitrusting die de bestuurbaarheid of beheersbaarheid van het schip of duwstel verbetert. Dat is dus: boegbesturing (boegroeren, boegschroeven, zowel in motorschepen als in duwboten) flankingroeren (evt. andere bijzondere roeren?) enkel- of dubbelschroefs voortstuwing motorvermogen Uit onderzoek is gebleken dat voor het beperken van het breedtebeslag onder invloed van wind of bochten, en ook bij ontmoeten, een dwarskracht op het voorschip het meest effectief is [8]. Voor de vaarwegbreedte, maar ook voor het ruimtebeslag bij kunstwerken zijn boegschroeven dus verreweg de belangrijkste hulpmiddelen Overzicht uitrusting met boegbesturingsmiddelen In het kader van project S89-11 heeft DVK gegevens verzameld van boegschroeven in motorschepen. Het resultaat is samengevat in figuur 2.8. Daaruit blijkt dat ca 3% van de vloot in 199 een boegschroef had van minder dan 265 pk (2 kw). In het simulatieonderzoek van DVK is voor de twee scheepstypen die het meest windgevoelig zijn, het containerschip en de lange tweebakker (leeg), dat zelfde vermogen van 2 kw (265 pk) gekozen. Het containerschip bleek namelijk aan 1 kw vaak niet genoeg te hebben. De volgende gegevens zijn ontleend aan de WKV stukken nrs 9, 22 en 49, [29, 23 en 22] en aan een aantal recente interviews [5] bij leveranciers, inbouwwerven en reders. Er zijn geen percentages van voorkomen beschikbaar. Opmerking: In 1993 werd door WL in opdracht van RWS, AVV een nadere studie uitgevoerd naar het vóórkomen, de vermogens en de effecten van boegschroeven (WL projectnummer Q 1657). Daarin is ondermeer een practische relatie tussen het vermogen en de stuwkracht afgeleid. Deze nieuwe informatie is echter nog niet in het volgende overzicht verwerkt. Uit de thans (1992) beschikbare gegevens blijkt: A Klasse V motorschip De nieuwere klasse V schepen zijn zonder uitzondering uitgerust met een boegschroef. Een gangbaar boegschroefvermogen in nieuwe schepen is 325 pk (244 kw). Vermoedelijk is dat mede zo hoog gekozen om desgewenst ook veilig te kunnen varen in lang koppelverband, waterloopkundig laboratorium WL 1

19 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 al dan niet met containers. In een vorige generatie werd ca 2-25 pk (15-19 kw) ingebouwd. Van de totale vloot heeft alleen een klein aantal oudere schepen (nog) geen boegschroef. B Containerschip (klasse V) Ook de containerschepen zijn nagenoeg allemaal uitgerust met een boegschroef. Voor de (nabije) toekomst kan worden gerekend op vermogens van 5 pk (375 kw). Opmerking: In het simulatie-onderzoek van DVK is voor het containerschip uitgaan van een boegschroef van 2 kw, omdat toch nog vrij veel schepen niet beschikken over de bovengenoemde zeer grote boegschroefvermogens. C Kruiplijncoaster Deze schepen worden in toenemende mate uitgerust met boegschroeven, maar ze hebben vaak minder effectieve hoofdroeren dan de echte binnenschepen. D Eenbaks duwstel Slechts een klein deel van de duwbakkenvloot is uitgerust met besturings-hulpmiddelen. Van de Europa-II bakken heeft circa 3,5% een boegschroef, en ruim 6% is voorzien van een koproer (WKV22[23]). Deze bakken met koproer worden voornamelijk gebruikt voor het grootschalig ertsvervoer naar Duitsland. De roeren worden alleen gebruikt in de leegvaart (afvaart). Uit de enquête blijkt dat in eenbaks duwstellen meestal geen bakken met (dure) kopschroeven worden gebruikt. De duwboten voor eenbaks duwstellen (categorie C, kw) lopen qua uitrusting sterk uiteen: de originele duwboten hebben meestal twee hoofdschroeven, maar de omgebouwde sleepboten zijn meestal enkelschroefs boten. Het eenbaks duwstel wordt voor de vaarwegbreedte geacht overeen te komen met het gewone klasse V motorschip, maar boegbesturing wordt verondersteld niet aanwezig te zijn. Hoewel in de richtlijnen verondersteld wordt dat de klasse Va schepen, inclusief de éénbakkers, zonder boegschroef varen, is het onloochenbaar dat de éénbakker in de praktijk, vooral bij het manoeuvreren (bruggen, sluizen, havens) slechter beheersbaar is dan het klasse Va motorschip. De werkgroep is echter van mening dat hiervoor niet de ontwerprichtlijnen moeten worden aangepast. De beheerders worden wel geadviseerd de verkeersveiligheid kritisch te observeren als er relatief veel eenbakkers voorkomen, en zonodig extra eisen aan die schepen te stellen. E Tweebaks duwstel Voor de bakken in een tweebaks duwstel geldt uiteraard hetzelfde als hierboven is vermeld. De weinige bakken die een kopschroef hebben, zijn over het algemeen daarmee uitgerust speciaal met het oog op de vaart in relatief kleine vaarwegen, zoals de Moezel en de Saar. waterloopkundig laboratorium Wl ' '

20 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Een gangbaar vermogen is dan 325 pk. De meeste bakken beschikken echter niet over een boegschroef. De duwboten voor tweebaks duwstellen behoren vaak tot de categorie B (11-22 kw). Dit zijn merendeels originele duwboten, met twee schroeven. Circa 8., % van deze boten heeft ook flankingroeren. In de toekomst zullen waarschijnlijk steeds meer duwboten uitgerust worden met een eigen (zware) boegschroefinstallatie in plaats van flankingroeren. De meeste tweebaks duwstellen zijn dus te beschouwen als lange vaartuigen met goede hoofdbesturing, maar zonder boegbesturing. De werkgroep heeft echter besloten om voor het ontwerp van klasse Vb vaarwegen toch uit te gaan van een lange tweebakker met een boegschroef van 2 kw, of met gelijkwaardige beheersbaarheid. F Duwend motorschip (lang koppelverband) De grote duwende motorschepen zijn vrijwel zonder uitzondering van het zelfde type als hierboven onder A genoemd. Ten behoeve van de vaart met een E-II duwbak ervoor, zijn ze vaak uitgerust met extra sterke kopschroeven, om het gemis van een kopschroef vóór in de duwbak te compenseren. Hierdoor is een lang koppelverband meestal beter bestuurbaar en beheersbaar dan een lang tweebaks duwstel (categorie E hierboven) Boegbestuurbaarheids-eisen De werkgroep is van mening dat voor de dimensionering van het vaarwegdwarsprofiel mag worden aangenomen dat zowel het klasse Va containerschip als de lange tweebakker (klasse Vb) met een boegschroef zijn uitgerust. Als een boegschroef wordt voorgeschreven, dan moet daarbij ook het geïnstalleerd vermogen en het (referentie-) type worden gespecificeerd. Voor de richtlijnen voor klasse V vaarwegdwarsprofielen gaat de werkgroep er van uit dat het containerschip en de lange tweebakker zijn uitgerust met een 2 kw boegschroef (van het twee- of driekanalen type) of met andere, gelijkwaardige, besturingshulpmiddelen zijn uitgerust. Als het schip is uitgerust met een ander type en/of een ander vermogen, dan moet worden aangetoond dat deze installatie bij vaarsnelheden tot 1 km/uur minstens even effectief is als het referentie-type Manoeuvreerbaarheids-eisen Behalve de lateraalvlakken, en de boegbesturing zijn uiteraard ook de hoofdbesturingsmiddelen van belang. In het Binnenschepenbesluit worden manoeuvreerbaarheidseisen gesteld voor de binnenlandse vaart. Deze eisen zijn echter thans nog slechts zeer algemeen geformuleerd, en zullen gefaseerd voor verschillende categorieën schepen van toepassing worden verklaard. Ter verkrijging van het Certificaat voor de Rijnvaart worden al langer eenvoudige manoeuvreerproeven voorgeschreven [15]. De vereiste manoeuvreer-eigenschappen voor het (geladen) normale klasse V schip en voor de (geladen) lange tweebakker kunnen als volgt worden samengevat: waterloopkundig laboratorium WL 1 o

21 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 vaarsnelheid minstens stopweg maximaal doorzwaaihoek uitwijklengte klasse V 13 km/uur 5 m 1 3, L lange tweebakker 13 km/uur 6 m 1 3, L Hierbij is een nadere definiëring vereist: De vaarsnelheid wordt gemeten ten opzichte van het water. De stopproef begint met een vaarsnelheid van 13 km/uur en de stopweg wordt gemeten ten opzichte van het water. Doorzwaaihoek en uitwijklengte worden bepaald met een uitwijkproef (= verkorte zig-zag proef) 2/1. De uitwijklengte is de afstand die is afgelegd tussen het begin van de proef en het moment dat het schip weer op de oorspronkelijke koers ligt. De proeven mogen worden uitgevoerd op relatief diep water, dus h/t > 2,. In de praktijk blijkt het moeilijk te zijn om de u\tw'i}klengte te meten. Het verdient aanbeveling om na te gaan of deze grootheid niet kan worden vervangen door de uitwijk///^. Voor het vaarwegontwerp wordt aangenomen dat de maatgevende schepen aan de bestuurbaarheidseisen voldoen. 2.8 Uitzicht In het BPR en het RPR wordt voorgeschreven dat de roerganger in alle richtingen, direct of indirect, vrij uitzicht moet hebben. Het probleem is in de praktijk dat een leeg schip, of een schip met een hoge lading (zoals containers) voor de boeg een grote "dode hoek" heeft. Deze wordt bepaald door de plaats en ooghoogte van de roerganger, en de vorm en hoogte van het voorschip. Men kan het uitzicht niet altijd verbeteren door de stuurhut hoger te plaatsen, want op de meeste vaarroutes wordt de toelaatbare hoogte van de stuurhut beperkt door bruggen. Verstelbare stuurhutten komen (gedeeltelijk) tegemoet aan dat bezwaar, maar met name bij containerschepen blijft het uitzicht naar voren soms problematisch. Op sommige schepen is om die reden de stuurhut op het voorschip geplaatst. Voor de vaarweg-dimensionering wordt er van uitgegaan dat de schepen aan de wettelijke voorschriften voldoen. 2.9 Overige uitrusting Er is geen onderzoek gedaan naar de mate waarin schepen op klasse V vaarwegen zijn uitgerust met radar en marifoon. Er geldt nog geen algemene verplichting om radar en marifoon te hebben. Men kan echter stellen dat momenteel, en zeker in de toekomst, vrijwel alle grote schepen over marifoon beschikken. Bij een radarinstallatie moet altijd een marifoon beschikbaar zijn. Vrij veel schepen hebben (nog) geen radar, mede omdat voor het gebruik ervan een diploma vereist is. Ook voor radar geldt dat het weinig invloed heeft op de gewenste vaarweg-afmetingen. waterloopkundig laboratorium WL 13

22 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Samenvatting maatgevende schepen De in het voorgaande afgeleide hoofdkenmerken van de maatgevende schepen kunnen als volgt worden samengevat (Tabel 2.1): Klasse lengte (m) breedte (m) geladen diepgang (m) leeg strijkhoogte (m) lat. opp. verhouding ^ow'^bw boegbest. (kw) Va O Vb = indien er veel containervaart verwacht wordt 2 = indien A ow /A bw groter dan = indien A ow /A bw groter dan 3. (voor lege Vb schepen is dit altijd het geval) Tabel 2.1 Overzicht maatgevende schepen waterloopkundig laboratorium WL 14

23 Klasse V vaarwegen, Dwarsprofielen Q88.VI april Verkeerssituaties 3.1 Inleiding In de richtlijnen voor klasse I-IV zijn de vaarwegafmetingen afgestemd op maatgevende schepen in maatgevende verkeerssituaties. Bij die maatgevende situaties waren alleen maatgevende schepen betrokken. Zo werden voor elke klasse drie profielen gedefinieerd waarin bepaalde verkeerssituaties mogelijk worden gesteld (per definitie). Dit kan als volgt worden samengevat: Eénrichtingsprofiel Geen ontmoetingen (en oplopen) mogelijk; over mogelijkheden voor kleine schepen onderling werd niet gesproken. Krap profiel (voor maatgevende schepen) Voorzichtig ontmoeten, met vaartvermindering, mogelijk; oplopen niet mogelijk. Normaal profiel (voor maatgevende schepen) Vlot ontmoeten en voorzichtig oplopen mogelijk. Bij klasse V moet, veel meer dan bij de kleinere klassen, rekening gehouden worden met de gehele gemengde vlootsamenstelling, dus inclusief de kleine schepen. Bovenstaande maatgevende verkeerssituaties zijn in die nieuwe opzet dus slechts enkele bijzondere gevallen uit de zeer grote reeks mogelijke verkeerssituaties. In de volgende sectie wordt eerst nagegaan of er een 'omslagpunt' in de vaarwegbreedte bestaat, waarboven de verkeersafwikkeling bij een gevarieerd verkeersaanbod (typisch voor klasse V) plotseling veel vlotter loopt. Vervolgens wordt een overzicht van maatgevende manoeuvres gepresenteerd. 3.2 Reistijdverlies als functie van vaarwegbreedte Op de klasse V vaarwegen zal relatief vaak meerstrooks gevaren worden; Als de vaarweg immers breed genoeg is voor tweestrooks varen met de grootste schepen, kan wellicht in een aantal gevallen door de kleinere schepen driestrooks gevaren kunnen worden. Dat zal dan ook zeker gebeuren. Hierbij rijst de vraag, of er voor de breedte van de vaarweg kritische waarden zijn waarboven 'plotseling' de verkeersafwikkeling veel vlotter gaat en er significant minder reistijdverlies optreedt. Daarbij is bijvoorbeeld te denken aan een breedte waarbij juist üwestrooksverkeer mogelijk is. Daartoe is door WL een studie verricht [16]. Met deze studie is getracht op basis van reistijdverlies het omslagpunt te bepalen voor de overgang van bijvoorbeeld tweestrooksnaar driestrooks verkeer. Hiertoe zijn resultaten van verkeerssimulaties zoals in 1989 uitgevoerd bij de Dienst Verkeerskunde geanalyseerd en zijn er tevens statistische berekeningen gemaakt voor de éénstrooks- en tweestrookssituatie. waterloopkundig laboratorium WL 15

24 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 De door de DVK uitgevoerde simulaties betreffen een klasse V vaarweg met een analyselengte van 2 km, waarop met verschillende intensiteiten en vlootsamenstellingen (aandeel klasse V schepen) de verkeersafwikkeling werd gesimuleerd. Uiteraard liepen ook de vaarsnelheden van de schepen uiteen. Voor de statistischeberekeningen zijn overeenkomstige randvoorwaarden gebruikt. De resultaten van de simulaties en de berekeningen blijken niet te leiden tot een duidelijk omslagpunt bij de keuze tussen een éénstrooks en een tweestrooks vaarwegdwarsprofiel dan wel tussen een tweestrooks en een driestrooks vaarwegdwarsprofiel. Hierbij wordt nog opgemerkt dat de reistijdverliezen als gevolg van wachten, doordat een inhaalmanoeuvre moet worden uitgesteld, gemiddeld slechts enkele minuten bedraagt; dat is slechts 1 a 2% van de totale reistijd. Na het gereedkomen van bovengenoemde studie zijn enkele berekeningen uitgevoerd om na te gaan in hoeverre reistijden worden beïnvloed doordat een vaarwegverruiming ook leidt tot hogere vaarsnelheden. Het blijkt dat de tijdwinst als gevolg van de hogere vaarsnelheid globaal 5 a 1 maal groter is dan de tijdwinst door het vermijden van vertragende verkeerssituaties. De voordelige invloed van profielverruiming op de vaarsnelheid is een continue functie, dus zonder 'omslagpunten'. De uitkomsten van het onderzoek kunnen als volgt worden samengevat: Er bestaat geen 'omslagpunt' voor de breedte van de vaarweg uit oogpunt van verbeteren van de verkeersafwikkeling (getoetst aan reistijdverschillen), Ook de voordelige invloed van vaarwegverbreding (profiel-verruiming) op de vaarsnelheid is een continue functie, dus zonder 'omslagpunten'. Bij een bepaalde vaarwegverbreding is de tijdwinst als gevolg van de hogere vaarsnelheid 5 a 1 maal zo groot als de tijdwinst door de iets vlottere verkeersafwikkeling. 3.3 Maatgevende manoeuvres Gezien het bovenstaande blijft het, met name voor de deterministische methode, nodig om een aantal maatgevende verkeerssituaties te definiëren, om daarvoor vervolgens de vereiste vaarwegbreedte (Hoofdstuk 4) af te leiden. De kansen van voorkomen van de maatgevende manoeuvres zijn door de WKV nog niet gekwantificeerd. Niettemin worden de in Tabel 3.1 gekarakteriseerde gevallen kenmerkend (maatgevend) geacht, en de daarbij behorende vaarweg-afmetingen zijn in Tabel 4.1 verzameld (beschrijving in hfst. 4). In de deterministische methode wordt alleen één- en tweestrooksverkeer maatgevend gesteld. Dat hoeft natuurlijk meerstrooks verkeer met (veel) kleiner schepen niet uit te sluiten. In de probabilistische methode is het concept van 'maatgevende' schepen en 'maatgevende' manoeuvres verlaten; deze methode houdt rekening met het gehele scala aan mogelijke verkeers-situaties (zie Hoofdstuk 5). waterloopkundig laboratorium WL 16

25 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Mede vanwege de aansluiting met de regels voor klasse I-IV wordt ook weer onderscheid gemaakt tussen de drie profielen: enkelstrooks, krap, normaal. Deze profielen worden dan geschikt geacht voor dezelfde verkeersintensiteiten als bij voor klasse I-IV is aangehouden (sectie 4.2.4). Voor elk van die profielen moet onderscheid gemaakt worden tussen klasse Va, dus schepen tot 11 x 11,4 x 3,5 m 3, en klasse Vb, dus de lange tweebakker van 186,5 x 11,4 x 4, m 3. De maatgevende manoeuvres met de bijbehorende vaarsnelheden zijn in Tabel 3.1 samengevat. De manoeuvres zijn genummerd van 1 t/m 12; de nummering dient tevens voor referentie met Tabel 4.1. Voor alle gevallen wordt verondersteld: maatgevende wind met een overschrijdingskans van 2%. motor schepen met A bw /A ow > 4,5 en tweebaks duwstellen met A bw /A ow > 3, hebben een boegschroef van 2 kw die niet voortdurend, maar alleen voor relatief kort durende correcties wordt gebruikt (zie sectie 2.5). de vaarweg is prismatisch en stroomloos. In de vaarsnelheden is terwille van de overzichtelijkheid weinig differentiatie aangebracht. N.B. de tabel geeft de snelheden tijdens de manoeuvre; tijdens de gewone vrije vaart zal sneller gevaren kunnen worden (behalve in het enkelstrooks profiel). De maatgevende manoeuvres in het enkelstrooksprofiel zijn evident. Kenmerkend verschil tussen het krappe en het normale profiel is (net als bij I-IV) dat oplopen van twee maatgevende schepen alleen mogelijk is in het normale profiel. Verder gaan ontmoetingen in het krappe profiel 'voorzichtig', en in het normale profiel 'vlot'. Het al dan niet maatgevend zijn van ontmoetingen van bepaalde scheepstypen (inclusief leeg/geladen) hangt feitelijk af van de kans van voorkomen. Op sommige vaarwegen zullen bepaalde ontmoetingen (bijvoorbeeld leeg/leeg) zo zeldzaam zijn dat men daarmee geen rekening behoeft te houden. In Tabel 3.1 is getracht een vrijwel algemeen geldend overzicht te geven. Daarom is gesteld dat bij ontmoetingen rekening moet worden gehouden met zowel de combinatie leeg/leeg als leeg/geladen. Bij de klasse Vb doet zich in de bocht van het krappe profiel (geval 1 in Tabel 3.1) de vraag voor of het ontmoeten van twee lege tweebakkers wel maatgevend gesteld moet worden. In de Tabel is verondersteld dat dat niet nodig is. Wèl moet een lege lange tweebakker een leeg klasse Va schip kunnen ontmoeten, en zijn nog twee combinaties leeg/geladen van belang. Bij het oplopen wordt alleen het geval meegenomen waarin een leeg schip een geladen schip oploopt, omdat die combinatie het grootste snelheidsverschil heeft en dus het meest frequent tot een oploopsituatie zal leiden. Oplopen in bochten (door twee maatgevende schepen) wordt uitgesloten. In de rechtstanden waar oplopen (voorzichtig) mogelijk is, moet ontmoeten 'vlot' mogelijk zijn. Ook hier geldt dat in specifieke gevallen andere manoeuvres /combinaties maatgevend moeten worden gesteld. waterloopkundig laboratorium WL 17

26 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI «pril 1994 Opmerking 1: Containerschepen zijn vrijwel altijd veel windgevoeliger dan gewone motorschepen. Als containerschepen zonder boegschroef maatgevend worden gesteld, dan komt men tot een vaarwegbreedte in de orde van 8B. Dit is in de praktijk meestal niet te realiseren (ruimtebeslag en kosten). Daarom is verondersteld dat containerschepen zijn uitgerust met een zodanige z boegschroefinstallatie (zie ook sectie 2.6.2), dat zij niet meer ruimte nodig hebben dan gewone klasse V schepen die zonder boegschroef varen. Zij worden in de tabellen geacht gewoon tot klasse Va te behoren, evenals de eenbaksduwstellen. Opmerking 2: Een lang koppelverband is door de aanwezigheid van een kopschroef in het duwende motorschip meestal beter bestuurbaar dan een tweebaks dustel. Voor klasse Vb wordt de laatste dus maatgevend gesteld. In de tabellen 3.1 en 4.1 is dus 'klasse Vb' synoniem voor 'lange tweebakker'. waterloopkundig laboratorium WL 18

27 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Breedte van rechte vaarwegvakken 4.1 Inleiding Overzicht en beperkingen Reeds eerder in dit verslag is vastgesteld dat de WKV streeft naar een methode waarbij de breedte van de vaarweg berekend kan worden als functie van niet alleen de maatgevende manoeuvre van het maatgevende schip, maar als functie van de verkeersintensiteit en de vlootsamenstelling. Een eerste aanzet daartoe is het door DVK in 1992/93 uitgevoerde onderzoek met het nieuw ontwikkelde programma PRODIM (PRObabilistisch DiMensioneringsmodel vaarwegbreedte). In Hoofdstuk 5 zal het resultaat van PRODIM worden beschreven. Met het oog op de consistentie van de huidige en de nieuwe richtlijnen kan echter niet voorbij worden gegaan aan een aantal voorafgaande onderzoekingen betreffende de vaarwegbreedte, die op de deterministische methode zijn gebaseerd: Onderzoek 'van Doorn' ([33], WKV 8) en onderzoek 'Vaarwegbreedte' ([25], nota WKV 2) Simulatie-onderzoek Klasse V schepen en Tweebaksduwstellen, door Rijkswaterstaat, DVK (in enkele nota's en notities [26, 25, 21]), Onderzoek van Duitse literatuur, WL [13] Dimensionering van de bermstrook op basis van scheepsbestuurbaarheid; WL [14] Uiteraard zijn ook de richtlijnen voor de klassen I-IV, inclusief de daarmee opgedane ervaringen, van belang voor de op te stellen richtlijnen voor klasse V. Deze zijn ook vaak al in bovenstaande bronnen verwerkt. De benodigde breedte van een vaarweg wordt bepaald door: 1 het breedtebeslag van de afzonderlijke schepen 2 het gezamenlijk breedtebeslag van schepen in een manoeuvre (bijvoorbeeld oplopen of ontmoeten) 3 de gewenste vlotheid en veiligheid 4 dwarswind 5 dwarsstroom (en langsstroom) 6 kromming van de vaarweg 7 zicht en visuele (geleidings-) hulpmiddelen In dit hoofdstuk wordt op basis van de deterministische methoden (strokentheorie) de breedte behandeld, uitsluitend voorzover deze bepaald is door de eerste 4 factoren: die worden geacht over vrijwel de hele lengte van het vaarwegvak te werken. De factoren 5 t/m 7 worden later behandeld. Deze kunnen tot plaatselijke breedtetoeslagen leiden. waterloopkundig laboratorium wi 19

28 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april Strokentheorie Voor het onderzoeken of het bepalen van de totale breedte van een vaarweg is de "strokentheorie" vaak een handig hulpmiddel. Daarbij wordt de vaarweg geacwt te zijn verdeeld in verschillende stroken, elk met een bepaalde functie. De volgende definities worden daarvoor aangehouden: (zie Figuur 4.1). de padbreedte is het momentane breedtebeslag van een enkel schip; de breedte wordt gemeten tussen twee evenwijdige lijnen, evenwijdig aan de gewenste baan (of vaarweg-as). de vaarstrook is de omhullende van de padbreedtes (inclusief de vetergang) van diverse schepen die dezelfde gewenste baan volgen. De vaarstrook wordt geschematiseerd tot de strook tussen twee lijnen evenwijdig aan de gewenste baan; de vaarstrook wordt ook wel 'verkeersstrook' genoemd. de bermstrook is de benodigde ruimte tussen de vaarstrook en de oever of de rand van de vaargeul. de veiligheidsstrook wordt gedefinieerd als de benodigde ruimte tussen de vaarstroken van elkaar oplopende of ontmoetende schepen. toeslagen op de vaarstroken zijn nodig voor bijvoorbeeld bochten, dwarswind, dwarsstroom. de bevaarbare breedte is de som van bovengenoemde stroken en toeslagen. De moeilijkheid bij deze strokenverdeling is, dat de definitie niet compleet is (en dus eigenlijk onbruikbaar) als niet tevens de kansen van overschrijding (vaarstroken) of binnendringing (veüigheidsstroken, bermstroken) zijn vastgelegd. In feite zijn alleen de kansen dat schepen elkaar of de oever raken van belang, zodat de scheidingen tussen de stroken volstrekt arbitrair zijn. Een uitzondering vormt de bermstrook, waar fysische processen (oeverzuiging, inzinking) tot het raken van de oever kunnen leiden als de strook te ver wordt gepenetreerd. Het is echter wel een harde eis, dat de overschrijdingskansen en breedten van de stroken met elkaar een consistent geheel vormen. Voorbeeld: Als de vaarstrook zó breed wordt genomen dat de grenzen ervan slechts 1% overschrijdingskans hebben, dan kunnen de naastliggende veüigheidsstroken veel smaller zijn, dan wanneer de vaarstrook zelf 5% overschrijdingskans heeft. Een en ander geeft aan, dat bij een strookbreedte altijd een overschrijdingskans hoort. Helaas ontbreekt dat in de meeste gevallen, zodat dan bij een in de literatuur gevonden strookbreedte de kansen maar geschat of geraden moeten worden. De nauwkeurigheid waarmee strookbreedtes worden vermeld staat in schril contrast met het ontbreken van de bijbehorende overschrijdingskansen. Dat maakt het erg moeilijk om resultaten uit verschillende bronnen te vergelijken. In het volgende (sectie 4.2) wordt de inhoud van de in de aanhef genoemde stukken samengevat. Voor details en data wordt naar de oorspronkelijke stukken verwezen. In sectie 4.3 is daarna eerst de breedte van de afzonderlijke stroken bepaald voor de in Hoofdstuk 3 gedefinieerde maatgevende verkeerssituaties. Daarmee is vervolgens (deterministisch!) de vaarwegbreedte-zonder-windtoeslag bepaald (Tabel 4.1). De breedtetoeslag voor wind wordt in sectie 4.4 gegeven. De toeslag voor langsstroom volgt in Hoofdstuk 7. waterloopkundig laboratorium WL 9f"> z - ( -'

29 Klasse V vaarwegen, Dwarsprofielen Q88.VI april Voorafgaande studies en nota's Onderzoek 'Van Doorn', 1987 Dit onderzoek ([33], WKV 8) was gericht op de vaarwegafmetingen benodigd voor tweebaks duwstellen. Er wordt onderscheid gemaakt tussen het 'normale profiel' en het 'krappe profiel', zoals dat ook voor de klassen I-IV werd gedaan. Met behulp van een model dat schattingen geeft van de verkeersafwikkeling zijn de maatgevende verkeerssituaties bepaald voor de beide profielen. Dat waren ontmoetingen en oploopmanoeuvres waar soms twee duwstellen, maar soms ook Rijn-Hernekanaalschepen bij betrokken waren. Het rapport bevat interessante beschouwingen over verkeersafwikkeling en meerstrooks varen. Vervolgens werd met behulp van literatuurgegevens bepaald hoe groot de breedte en diepgang van de vaarweg zou moeten zijn voor rechte vaarwegvakken en bochten. Gebruikmakend van het fast-time manoeuvreermodel van de DVK is ook de drifthoek in de bocht, en de windinvloed in de rechtstand onderzocht. Uitgaande van maatgevende aflaaddiepten van 4, m resp. 3,5 m (normaal resp. krap profiel) wordt een vaarwegdiepte van 5,6 m resp. 4,7 m afgeleid, rekening houdend met de kans op bodemberoering, en met de bestuurbaarheid. Deze waarden komen overeen met h/t = 1,4 resp. 1,35. Voor de breedte van rechte vaarwegvakken zijn uit de literatuur waarden afgeleid voor 'veiligheids'-afstanden en bermstroken in verschillende manoeuvres. De in tabellen gegeven waarden zijn ruwweg als volgt samen te vatten: bermstrook,4 B veiligheidsstrook bij ontmoeten,2 a,4 B veiligheidsstrook bij oplopen,6 a 1, B De vaarsnelheden waren circa 8 a 1 km/h (2,3 a 2,8 m/s). De resultaten zijn ook opgenomen in de navolgende notitie "Vaarwegbreedte", WKV 2 [25]. Daarin wordt eveneens berekend hoe groot volgens deze methode de totale vaarwegbreedte wordt. Een en ander is gebaseerd op Duitse literatuur die ook in de WL-literatuur studie [13] is opgenomen. waterloopkundig laboratorium WL 21

30 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88 VI april Nota Vaarwegbreedte van DVK Na een beschrijving van het strokenconcept geeft deze nota ([25], WKV 2) een overzicht van strookbreedtes (of volledige vaarwegbreedtes) volgens verschillende bronnen, en uitgedrukt ten opzichte van de breedte B van het maatgevende schip. De gebruikte bronnen zijn: CVB, Richtlijnen klassen I-IV CEMT (zeer beknopt) DVK nota's tweebaksvaart Maasroute en Lemmer-Delfzijl Studie Van Doorn Hiermee zijn vaarwegbreedtes afgeleid voor klasse V schepen, inclusief tweebakkers, uitgaande van de vaartfrotwfcbreedte van alleenvarende schepen Ook de invloed van dwarswind en boegbesturing is meegenomen. De resultaten voor de situatie zonder dwarswind zijn als voorbeeld bij dit rapport opgenomen (Bijlage 4.1). De nota concludeert dat waarschijnlijk de vaarstrookbreedte die benodigd is bij de ontmoeting, kleiner is dan de vaarstrookbreedte voor alleenvaart. De berekende totaalbreedtes zouden dus te groot zijn. Bovendien lijkt in de gekozen opzet de windinvloed tot onredelijk brede profielen te leiden. Een en ander zou (bijvoorbeeld met de DVK-visualisator) nader moeten worden onderzocht Simulatie-onderzoek klasse V schepen en tweebaks duwstellen Dienst Verkeerskunde, Hoofdafdeling Scheepvaart, juni 199, ([21], WKV 31) Het onderzoek was gericht op het bepalen van de padbreedte van schepen, met het oog op de dimensionering van de breedte van de vaarweg. Het rapport WKV 31 had enkele voorlopers [33, 26, 25]. Het onderzoek is uitgevoerd met de bekende drie schepen: normaal klasse V schip (leeg en geladen) klasse V containerschip (geladen met lege containers) tweebaks duwstel (leeg en geladen) Alle schepen zijn onderzocht met en zonder boegschroeven (twee verschillende vermogens). Het duwstel is ook onderzocht met boegroeren. Andere onderzoeksparameters waren: vaarweg recht of gekromd (R circa 6L) aanwezigheid van een 'tegenligger' wel of niet stroom mee (1 m/s) wind ca 6 Bf.: schuin van achter, dwars, schuin van voren vlagerigheid van de wind vaarsnelheid waterloopkundig laboratorium WL 22

31 Klasse V vaarwegen. Dwarsprofielen Q88.VI april 1994 Van de mogelijke combinaties van deze parameters is een groot aantal onderzocht. Alle proeven zijn uitgevoerd door twee ervaren personen. Voor de meeste gevallen (= combinaties van randvoorwaarden) werden zes vaarten uitgevoerd. Betreffende de wind moet nog vermeld worden dat uit onderzoek is gebleken dat oevers van vaarwegen, zelfs als daar een rij bomen op staat, over het algemeen vrijwel geen luwte geven. Daarom is bij de simulatie uitgegaan van de windinvloed die geldt op open water. Het ontmoeten van een tegenligger werd sterk geschematiseerd: de tegenligger was een stilliggend obstakel in de rechte vaarweg, en er werd voor het varende schip een 'stroom mee' ingesteld van 3 m/s. De windrichting werd hiervoor wel gecorrigeerd. De tegenligger 'voer' aan hogerwal; dat is dus voor het onderzochte schip de ongunstigste situatie. Uit de waarnemingen is, onder aanname van een normale verdeling de maatgevende padbreedte bepaald als het gemiddelde plus twee maal de standaardafwijking (definitie). De maatgevende padbreedte heeft dus een overschrijdingskans van slechts circa 2,5%. De padbreedtes voor het enkelstrooks verkeer zijn, herleid tot een vaarsnelheid van 3 m/s, samengevat in tabellen die als Bijlage 4.2 en 4.3 in dit rapport zijn opgenomen. Uit de proeven met de tegenligger blijkt niet dat de padbreedte van het schip tijdens de ontmoeting tijdelijk significant kleiner is; dit in tegenstelling tot de stellige verwachting vanuit de praktijk. Een nadere analyse van de proeven leidde tot de conclusie dat de resultaten van de enkelstrooks vaarten niet rechtstreeks met de tweestrooks vaarten mogen worden vergeleken. De invloed van langsstroom is onderzocht in combinatie met dwarswind. Geconcludeerd wordt dat 1 m/s stroom mee, bij een relatieve vaarsnelheid van 3 m/s, nauwelijks invloed (zeker minder dan 1%) heeft op de padbreedte van de gewone motorschepen en de tweebaks duwstellen, zowel in de rechtstand als in de bocht (R = 6L). De wijze van uitvoering van deze proeven op de visualisator maakt de resultaten betreffende de invloed van de langsstroom vrij twijfelachtig. De invloed van de vlagerigheid van de wind (ten opzichte van vaste wind) blijkt aanzienlijk te zijn: padbreedte-toename met 5 tot 3%. De visuele informatie betreffende de wind, en de informatie over het gieren van het schip, is op de visualisator waarschijnlijk ongunstiger dan in werkelijkheid. Immers, er wordt alleen op het radarbeeld gevaren, en overige buitenbeeld-informatie (bomen, bebouwing, rimpels op het water), die voor het goed anticiperen op de vlagen nodig is, ontbreekt dus. De toepasbaarheid (kwantitatief) van deze proefresultaten voor de praktijk is daardoor beperkt. De reductie van de padbreedte als gevolg van boegschroef gebruik is aanzienlijk, maar laat zich moeilijk samenvatten. Omdat containerschepen bij wind qua padbreedte al snel maatgevend zijn, is juist voor deze schepen de boegschroef van belang. Het blijkt dat het vermogen van 1 kw dat bij de meeste proeven werd gebruikt, eigenlijk te weinig effect heeft. Het ziet er naar uit dat voor containerschepen een boegschroef van meer dan 2 kw vereist is om de padbreedte bij de gegeven windcondities (ca 6 Bf) binnen redelijke grenzen te houden. Inmiddels is bekend, dat de meeste containerschepen inderdaad zijn uitgerust met boegschroeven van ruim 3 kw (sectie 2.6.2) waterloopkundig laboratorium WL i o