Bijlagen. Sluis Empel. Naar een veiliger, goedkoper en innovatief sluishoofd

Transcriptie

1 Bijlagen Sluis Empel Naar een veiliger, goedkoper en innovatief sluishoofd

2 Sluis Empel Naar een veiliger, goedkoper en innovatief sluishoofd Datum: 27 mei 2008 Auteurs: Rob Hendriksen Peter Spruijt Gert-Jan van Vuren Afstudeerbegeleiders RWS: Ir. M. Rikkers Drs. P.G.M. Gerits Afstudeerdocent HAN: Ing. H.G.M. uit het Broek Copyright Rijkswaterstaat Bouwdienst Civiele techniek Bouwdienst

3 Inhoudsopgave Samenvatting 2 Summary 3 Bijlage I Systems engineering 5 Bijlage II Varianten: ronde 1 9 Bijlage III Varianten: ronde 2 23 Bijlage IV Varianten: ronde 3 29 Bijlage V Berekening schadebedrag 55 Bijlage VI Berekening aanvaarbalk 79 Bijlage VII Energieabsorptie 89 Bijlage VIII Tekeningen en kosten aanvaarbeveiliging 99 Bijlage IX Belastingen op de sluisdeur 119 Bijlage X Berekening rubberdoek 119 Bijlage XI Berekening betonlijst 127 Bijlage XII Schuimkisten en geleiding 135 Bijlage XIII Programma van eisen 149 1

4 Samenvatting Sluis Empel, gelegen tussen Empel en Rosmalen, maakt deel uit van een primaire waterkering. Wanneer de sluisdeuren zouden bezwijken ten gevolge van een aanvaring kan het water uit de Maas vrij het achterland instromen. De gevolgen zijn dan niet te overzien. Vanuit Rijkswaterstaat is de wens ontstaan de haalbaarheid van een dynamische aanvaarbeveiliging te onderzoeken. Het doel van de afstudeeropdracht is het vinden van een optimaal concept voor een dynamische aanvaarbeveiliging en sluisdeur bij Sluis Empel. Centraal in dit project staan veiligheid en het verlagen van integrale kosten. Bij het gebruik van sluis Empel bestaat de kans dat een schip niet op tijd stopt en een sluisdeur aanvaart, waarop deze bezwijkt. Het gevolg is een sluiskolk waar het water vrij doorheen kan stromen. De kans bestaat dat op dat moment de waterstand van de Maas hoger is dan de dijken langs het achterliggende kanaalpand. Het water uit de Maas stroomt dan na enige tijd over de dijken het achterland in. Afhankelijk van de waterstand van de Maas kan het schadebedrag oplopen tot 1,4 miljard euro. De schade bestaat uit bedrijfsuitval en waterschade aan huizen, wegen, grondgebruik en voertuigen. Voor het risicobedrag is een range berekend tussen de en /jaar. Om een dergelijke ramp te voorkomen is gezocht naar een optimaal concept voor een dynamische aanvaarbeveiliging. Er zijn reeds dynamische aanvaarbeveiligingen toegepast, deze zijn echter erg duur. Na een variantenstudie is er gekozen voor het concept Gedempte hefbalk. Een stalen balk hangt tussen twee heftorens in. Wanneer een schip de sluis invaart hangt de balk voor de deur en voorkomt zo een aanvaring met de sluisdeur. Wanneer de sluisdeur zich opent wordt de balk omhoog getakeld, zodat het schip eronderdoor kan varen. Bij een aanvaring wordt de balk gedempt door glasvezel-polyester profielen. Tijdens de aanvaring wordt de aanvaarenergie geabsorbeerd door de profielen kapot te drukken. Na de aanvaring zijn de profielen snel te vervangen en kan de aanvaarbeveiliging weer gebruikt worden. Uit berekeningen blijkt dat de investeringskosten voor de aanvaarbeveiliging lager zijn dan het risicobedrag waardoor deze te verantwoorden is. Naast de financiële kwestie speelt ook de morele vraag: Wil de opdrachtgever dit risico lopen? Bij een ramp van deze orde staan mensenlevens op het spel. De opdrachtgever zal zich af moeten vragen of hij dit risico wil lopen. Voor het type sluisdeur bij Empel is gekozen voor een roldeur. Dit type sluisdeur heeft in het algemeen veel onderhoud nodig. Dit komt voornamelijk door de bewegende delen onder water en de uitvoering in staal. Het doel is het verlagen van de integrale kosten door het benodigde onderhoud en de bewegende delen onder water te reduceren. Na een variantenstudie is er gekozen voor het concept Betonnen glijdeur met rubberdoek. De deur bestaat uit een lijst van hoge sterkte beton met daarin een rubberdoek. Het rubberdoek zal de krachten overbrengen naar de lijst van beton. Onderin de deur komen schuimkisten, waardoor de deur opdrijvend vermogen krijgt en de krachten op de geleiding gereduceerd worden. Door het reduceren van de krachten kan glijgeleiding toegepast worden in plaats van rolgeleiding. Bij het openen en sluiten glijdt de deur over een kunststof baan. Aan het beton, het rubberdoek en de glijgeleiding wordt tijdens de levensduur nagenoeg geen onderhoud verwacht. Door het toepassen van glijgeleiding worden de bewegende delen onder water uit het ontwerp gesaneerd. Aangezien de materialen relatief goedkoop zijn wordt verwacht dat de integrale kosten van de deur fors omlaag gaan ten opzichte van een traditionele roldeur. De Gedempte hefbalk en Betonnen glijdeur met rubberdoek bevinden zich nog in de conceptfase. Er zal dus nader onderzoek plaats moeten vinden. De eerste berekeningen laten zien dat de concepten haalbaar zijn. Wanneer de concepten toegepast kunnen worden zal dit een forse besparing opleveren in de integrale kosten. 2

5 Summary Lock Empel, between Empel and Rosmalen, is part of a primary water barrier. If the lock gates would succumb as a result of a collision, the water from the Maas would flow freely into the land behind the dikes. The impact could be devastating. Therefore Rijkswaterstaat has the wish to examine the feasibility of a dynamic collision prevention system. The aim of the project is to find a concept for a dynamic collision prevention system and a lock gate for lock Empel. Key points in this project will be safety and reducing integrated costs. With the use of lock Empel, the chance exists that a ship doesn t stop in time and runs into the lock gate, on which it succumbs. The result is an open lock. The water can flow freely from the Maas to the canal. When the water level of the Maas is higher then the height of the dikes along the canal, the water will flow over the dikes into the land. Depending on the water level of the Maas the water damage can run up to 1,4 billion euros. The damage exists of closed companies and water damage on houses, roads, land use and vehicles. For the economical risk we have calculated a range of to Euros a year. To prevent a disaster of this scale we have tried to find a concept for a dynamic collision prevention system. This type of system has already been applied, but is still very expensive. After we have studied the alternatives we have chosen for the concept subdued hoist beam. A beam of steal will hang between two towers. When a ship enters the lock, the beam will be lowered in front of the gate. When the gate opens, the beam will be lift so the ship can pass. When a ship runs into the beam, the beam will be subdued by glassfiber-polyester profiles. During the collision the energy is absorbed by crushing the profiles. After the collision the crushed profiles can rapidly be replaced by new ones. With calculations we found out the costs of investing in a collision prevention system are lower than the economical risk. Therefore we can justify the investment. Besides the financial question we can also ask the moral question: Does the initiator wants to run this risk? When a disaster of this scale takes places, lives are at stake. The initiator has to ask himself if he wants to run that risk. For lock Empel we have chosen for a rolling gate. This type of lock door generally needs a lot of maintenance. This is mainly because of the combination of moving parts and steel under water. The aim of the project is to lower the integrated costs by reducing maintenance. After we have studied the alternatives we have chosen for the concept concrete sliding gate with rubber membrane. The gate consists out of a concrete frame with a rubber membrane. The rubber membrane transfers the forces of the water to the concrete frame. Under the lowest water level we will place foam boxes. This will give the door buoyancy which reduces the force on the guiding track. By reducing these forces we can apply a sliding track. There is practically no maintenance expected on the concrete, rubber membrane and sliding track during the life span. By applying the sliding track, moving parts under water are reduced. Since the materials are relatively cheap we expect the integrated costs will be reduced in comparison to the traditional rolling door. The subdued hoist beam and concrete sliding gate with rubber membrane are still in the concept phase. Therefore, further research is needed. The first calculations show that the concepts are feasible. When these concepts can be applied, integrated costs can be reduced sufficiently. 3

6 4

7 Bijlage I Systems engineering Inhoud: 1 NIEUWE WERKWIJZE SYSTEMS ENGINEERING OBJECTENBOOM FUNCTIONEEL SPECIFICEREN TOEPASSING IN HET AFSTUDEERPROJECT

8 1 Nieuwe werkwijze 1.1 Systems engineering Systems engineering is de nieuwe werkwijze bij Rijkswaterstaat. Systems engineering wordt toegepast om de markt eerder bij het proces te betrekken en meer verantwoordelijkheid te geven. Eerder lag het maken van een ontwerp en het streven naar innovatie bij Rijkswaterstaat. Nu wordt dat aan de markt overgelaten. Bij systems engineering wordt er gebruik gemaakt van het top-down principe. Het opstellen van de vraagspecificatie wordt verdeeld in verschillende abstractieniveaus. De abstractie niveaus zijn: systeem, subsysteem, componenten en elementen. De eisen en randvoorwaarden worden samengesteld aan de hand van het integrale V- model van systems engineering. (Afbeelding 1.1) Een project start vaak met een probleem. Voor dit probleem zijn verschillende oplossingen mogelijk. Vanuit deze oplossingen worden de varianten opgesteld op een hoog abstractieniveau. De gekozen variant wordt vervolgens verder uitgewerkt op een lager abstractieniveau. De variant moet voldoen aan al de tot dan toe gestelde eisen. De eisen die per abstractieniveau worden gesteld zijn gevormd volgens het functioneel specificeren. In paragraaf 1.3 wordt dit verder toegelicht. Tijdens de uitvoering van een ontwerp vindt er per abstractieniveau terugkoppeling plaats naar de eisen gesteld op het betreffende abstractieniveau. Na de uitvoering wordt het totale product getoetst aan al de vastgestelde eisen. In het ontwerp wordt rekening gehouden met de gehele planperiode. Afbeelding 1.1: Het integrale V-model uit leidraad systems engineering binnen de GWW-sector 6

9 1.2 Objectenboom Een gekozen variant wordt in componenten verdeeld. De meest linkse kolom van afbeelding 1.1 geeft het verdelen van het systeem in componenten aan. Op een lager abstractieniveau wordt een systeem opgedeeld in subsystemen. De subsystemen zijn de verschillende objecten. Door het systeem te ontbinden kunnen er meer specifieke eisen worden gesteld aan het subsysteem. Door meer specifieke eisen te stellen aan een object is het voor de opdrachtnemer duidelijker wat er van het object verwacht wordt. Vanuit deze opdeling wordt een objectenboom gemaakt. (Afbeelding 1.2) Eisen worden op elk niveau geformuleerd aan de objecten. Het is belangrijk een volledig overzicht te hebben van de objecten bij het systeem. De ontleding van het systeem gaat ook via het top-down principe. De objectenboom heeft vijf niveaus. De niveaus zijn; beleid, systeem, sub-systemen, componenten en elementen. Vanuit ieder object worden de eisen betreffende functionaliteit, interne en externe raakvlakken, randvoorwaarden en aspecten geformuleerd. Afbeelding 1.2: Opstellen eisen en objecten 1.3 Functioneel specificeren Functioneel specificeren is het vastleggen van de gewenste prestatie van een systeem in eisen op basis van de functie van het systeem. Bij functioneel specificeren worden de eisen abstract gespecificeerd, waardoor er meer vrijheid is voor de opdrachtnemer. Het is belangrijk dat de eisen die worden opgesteld voldoende duidelijk zijn, anders kan er onduidelijkheid bestaan over het gewenste eindproduct. Op elk abstractieniveau moet afgevraagd worden of de eisen die gesteld worden relevant zijn en duidelijk is wat er bedoeld wordt. De eisen dienen aan de volgende eigenschappen te voldoen; enkelvoudig, traceerbaar, toetsbaar, voorzien van marges, actueel, eenduidig, uniek, positief geformuleerd, haalbaar consistent, noodzakelijk, oplossingsvrij en voorzien van een unieke identificatie. Het grote verschil met de oude werkwijze is dat de opdrachtnemer meer vrijheid krijgt. Vroeger werd een ontwerp tot op een laag abstractieniveau uitgewerkt door de opdrachtgever. Het enige dat de opdrachtnemer deed, was een prijs opgeven voor de realisatie en deze vervolgens uitvoeren. Nu maakt de opdrachtnemer zelf een ontwerp. Bij het ontwerp zal hij moeten aantonen dat het ontwerp voldoet aan de gestelde eisen. Op deze manier ontstaat er een kans voor de opdrachtnemer om 7

10 met nieuwe (innovatieve) oplossingen te komen. Soorten eisen Er zijn vier verschillende soorten eisen, te weten: - Functionele eisen - Interne en externe raakvlakeisen - Randvoorwaarden - Aspecteisen In de functionele eisen ligt vast wat het object dient te kunnen en wat de prestaties van de geïdentificeerde functies moeten zijn. Externe raakvlakeisen betreffen eisen met betrekking tot de omgeving. Hoe gaat het ontwikkelde object ingepast worden in zijn directe omgeving? Interne raakvlakeisen betreffen eisen ten aanzien van de raakvlakken binnen het systeem. Deze eisen worden verkregen door het opdelen van het systeem in subsystemen; objecten; componenten en elementen. Randvoorwaarden zijn eisen die bij aanvang van het project extern worden opgelegd aan het project. Aspecteisen beschrijven specifieke eigenschappen van het te ontwikkelen systeem die een indirecte bijdrage leveren aan de primaire functie. Voorbeelden van aspecten zijn: veiligheid, beschikbaarheid, betrouwbaarheid, vormgeving, milieuhygiëne, uitvoering, onderhoud, duurzaamheid en sloop. De bronnen voor dit verslag zijn Leidraad Systems Engineering en Toepassing in het afstudeerproject Tijdens het afstudeerproject is gewerkt volgens het principe van systems engineering. Het volgen van dit principe is een bewuste keuze, omdat dit de nieuwe werkwijze is binnen Rijkswaterstaat. Daarnaast is de verwachting dat deze werkwijze binnen een aantal jaren toegepast wordt bij de meeste civiele projecten. In tegenstelling tot de oude werkwijze zullen in de eerste fase van het project alle opties open gehouden worden. Tot aan het einde van het project zullen er eisen worden gesteld en wordt er op een steeds dieper abstractieniveau ontworpen. Op elk abstractieniveau zullen verschillende alternatieven worden uitgewerkt. De verschillende abstractieniveaus zullen terugkomen in 3 variantenrondes. Aangezien de opdracht luidt een ontwerp te maken tot VO niveau zal het abstractieniveau gedurende het gehele project relatief hoog blijven. Het voorontwerp niveau wil zeggen dat de haalbaarheid van het ontwerp wordt aangetoond. De hoofdafmetingen worden gedimensioneerd en er wordt gekeken naar cruciale details in het ontwerp. 8

11 Bijlage II Varianten: ronde 1 Inhoud: 1 INLEIDING VARIANTEN OVERZICHT VARIANTEN DEUR OP DE KOP NIEUWE DEURVARIANTEN NIEUWE AANVAARCONSTRUCTIEVARIANTEN COMBINATIEVARIANTEN AFWEGING NIEUWE EISEN EN RANDVOORWAARDEN

12 1 Inleiding Voor de sluisdeur en aanvaarconstructie zijn meerdere oplossingen voor handen. In deze eerste ronde van de variantenstudie worden alle bekende oplossingen opgesomd en aangevuld met enkele nieuwe concepten. Aan de hand van de vooren nadelen wordt er een afweging gemaakt om een variant verder te onderzoeken in variantenstudie: ronde 2. Tijdens en na de eerste ronde zullen de eerste eisen en randvoorwaarden opgesteld worden. De varianten zijn onderverdeeld in deurvarianten, aanvaarconstructievarianten en combinatievarianten. De deur- en aanvaarconstructievarianten zijn vrij te combineren, terwijl de combinatievarianten een concept beschrijven waarbij de deur en aanvaarconstructie slim zijn gecombineerd zodat er samenwerking van deze twee plaatsvindt. In hoofdstuk 2 worden de voor- en nadelen besproken van alleen de nieuwe oplossingen. Deze oplossingen worden aangegeven met een sterretje (*). Van de overige varianten zijn de voor- en nadelen bekend. Deze kunnen terug gevonden worden in de literatuurstudie. 10

13 2 Varianten 2.1 Overzicht varianten Voorgaand aan de varianten ronde is er meerdere keren gebrainstormd met o.a. M. Ros (specialist in verlagen integrale kosten, innovatief ontwerpen en corrosiepreventie) en ir. M. Rikkers (afstudeerbegeleider RWS). In dit stadium waren er nog geen eisen gesteld en stond alles nog open voor discussie. Er werd zoveel mogelijk gekeken naar andere vakgebieden. Zo is o.a. het idee van een liftdeur ontstaan. Uit deze brainstormsessies zijn de volgende ideeën gekomen, die later nog verder besproken zullen worden: Deurvarianten: 1. Dubbele puntdeur 2. Enkele puntdeur 3. Enkele draaideur 4. Rol- of glijdeur 5. Hefdeur 6. Waaierdeur 7. Klepdeur 8. Liftdeur * 9. Rubber doek in lijst van staal of ZHSB (mbv kennis Ramspol) * - uit te voeren als punt, enkele draai, rol-, glij- of hefdeur Aanvaarconstructievarianten: 10. Stalen vangkabel geremd 11. Kunststof vangkabels 12. Aanvaarbalk gedempt 13. Vangband 14. Vangnet 15. V-model (2 korte hydraulisch gedempte balken) * 16. Airbag * Combinatievarianten: 17. Enkele draaideur met meedraaiend vangwerk * 18. Aanvaarbestendige rol- of glijdeur * 19. Aanvaarbestendige enkele draaideur * 20. Rol- of glijdeur met glijbalk of gerolde kabel * 11

14 2.2 Deur op de kop Het plaatsen van de sluisdeur op de kop van de sluis kwam naar voren in één van de gesprekken. Het op de kop van de sluis plaatsen kan gedaan worden bij puntdeuren, enkele draaideuren en rol- of glijdeur. Het heeft de volgende voor- en nadelen: + Kleiner sluishoofd + Minder gevoelig voor vuil en ijs - Geen bescherming geopende deur - Sterkte aanslagpaal (aanvaring?) - Ruimte reserveren voor bewegingswerk Voor de puntdeur en enkele draaideur is het voordeel van een kleiner sluishoofd het grootst. Hier staat echter tegenover dat de fuikconstructie 6 tot 12 meter voor de sluis ophoudt. Vervolgens vormt de deur de fuik, terwijl juist die deuren slecht bestand zijn tegen aanvaringen. Tevens moet er rekening worden gehouden met een verlaagde bodemligging, zodat de deur niet vastloopt in de steenbestorting. Deuren die in deurkassen worden opgeborgen lopen over bodem van het sluishoofd en hebben dit probleem niet. Afbeelding 3.1: Deur met deurkas Afbeelding 3.1: Deur op de kop De rol- of glijdeur op de kop plaatsen levert minder voordeel op, omdat alleen een kopwand wordt bespaard. Deze relatief kleine besparing weegt niet op tegen de nadelen. De geleiding van de deur moet worden geregeld door de aanslag op de bodem van de sluis en/of er zijn alsnog enkele palen nodig waarlangs de deur kan bewegen. Daarnaast zijn er grendels nodig om de deur dubbelkerend uit te kunnen voeren. Al met al kan er geconcludeerd worden dat het op de kop plaatsen van de sluisdeur in deze situatie geen gewenste optie is. Het kan wel gunstig zijn bij kleine sluizen met kleinere schepen en een kleiner aanvaringsrisico. 12

15 2.3 Nieuwe deurvarianten Voor de deur zijn twee nieuwe varianten bedacht, namelijk de liftdeur en het rubberdoek in een lijst van beton of staal. De liftdeur is een roldeur, maar dan uitgevoerd als een liftdeur. De deur bestaat uit twee delen. Tijdens het sluiten van het eerste deel schuift het tweede deel uit het eerste deel. Dit zorgt voor een twee maal snellere sluiting. Tevens is de kas voor de liftdeur twee maal zo klein. De tweede deur is een lijst van beton of staal met daarin een rubberdoek. (als in Ramspol) Schetsen staan op de volgende pagina. Liftdeur Rubberdoek in lijst Kenmerken Doorvaarthoogte Onbeperkt Afhankelijk van uitvoering Bewegingswerk Zeer ingewikkeld Afhankelijk van uitvoering. Besparing vermogen vanwege laag eigen gewicht. Bewegingsduur Minimaal Gemiddeld Dubbel- en/of Dubbelkerend Dubbelkerend enkelkerend Sluiten in stroming Niet mogelijk Afhankelijk van uitvoering. Ruimtebeslag Geen verlies kolklengte. In de breedte is ruimtebeslag geminimaliseerd. Mogelijk Nivelleren door schuiven Mogelijk in deur Constructie Zeer gecompliceerd Eenvoudig Eigen gewicht Matig Zeer licht Ruimtebeslag afhankelijk van uitvoering. Aanvaarbestendigheid Zeer slecht/ goed Zeer slecht/ Afhankelijk van de (gesloten/geopend) uitvoering Wegverkeerfunctie Geschikt, maar complex Afhankelijk van uitvoering Gevoeligheid vuil/ijs Vuil en ijs in deurkas. Afhankelijk van uitvoering Regelmatige inspectie nodig Kosten Dure betonconstructie, maar verkleint t.o.v. gewone roldeur. Dure constructie (momentvast) Onderhoud - Veel onderhoud - Essentiële onderdelen onder water. Beschikbare kennis Nieuw concept Rubber: Ramspol HSB: andere vakgebieden Constructie dikte Dikke deur (4,0 m) Slanke deur (1,0 m) Afhankelijk van uitvoering. Besparing energiekosten door laag eigen gewicht. - Minimaal onderhoud rubberdoek - Overig onderhoud afhankelijk van uitvoering Aandachtspunten - Vormvastheid eerste deurdeel. - Bewegingswerk voor tweede deurdeel. -Koppeling delen in gesloten stand. (max. moment) - Vormvastheid beton - Bevestiging rubber aan beton - Mogelijkheden vervangen rubberdoek 13

16 Liftdeur: Rubberdoek in lijst: 14

17 2.4 Nieuwe aanvaarconstructievarianten Voor de aanvaarconstructie zijn twee nieuwe varianten bedacht namelijk het V- model (Afbeelding 5.1) en de airbag. Bij het V-model worden twee korte balken vanuit de sluiswand naar het midden van de kolk geschoven. Bij aanvaring worden de balken weggedrukt waarbij er hydraulische demping plaatsvindt op ongeveer 1 m voor het einde van de balk. Bij de airbag wordt een grote rubberen ballon gebruikt. De airbag wordt voor de deur gehangen en zorgt bij aanvaring voor verdeling van de kracht op de sluisdeur. De sluisdeur draagt de kracht af op het sluishoofd. Bij het openen van de Afbeelding 5.1: Principe V-model deur kan de airbag bovenop de deur worden getild. Kenmerken Stichtingskosten V-model Zeer hoog vanwege installaties, lange balken en betonwerk Airbag Gemiddeld door bijzonder gevormde airbag, maar ontbreken van installaties Hergebruik Direct hergebruik Direct hergebruik Vervangingskosten Geen Geen Ruimtebeslag Brede betonconstructie. Grote remweg Grote remweg. Scheepsvriendelijkheid Weinig tot geen schade aan schip Weinig tot geen schade aan schip Verloop remkracht Lange remweg Lange remweg Terug veren van schip Ja Ja Dynamische uitvoering Ja Ja Aanpassing aan de Mogelijk Eventueel automatisch waterstand Bedrijfszekerheid Goed Goed Aandachtspunten - Schrapen uiteinden balk langs (smal) schip. - Scheef overbrengen kracht op cilinder. - Scharnierende verbinding met bewegingswerk. - Scheepsvorm - 2 balken ook als slagbomen uit te voeren. (ipv schuiven) - Lek raken constructie. - Vorm luchtzak. - Hoge druk bij zware aanvaring. - Horizonvervuiling bij optillen boven sluisdeur. 15

18 2.5 Combinatievarianten Er zijn vier combinatievarianten bedacht, namelijk een enkele draaideur met meedraaiend vangwerk (Afbeelding 6.1), een aanvaarbestendige rol- of glijdeur, een aanvaarbestendige enkele draaideur en een rol- of glijdeur met rol- of glijbalk of gerolde kabel. Het vangwerk met vijf kunststof kabels is in geopende stand omhoog geklapt tegen de deur. In gesloten stand klapt het vangwerk uit en hangt het evenwijdig aan de waterlijn voor de deur. De uiteinden zouden voor extra stabiliteit kunnen vasthaken aan de sluiswand. Wanneer een schip het vangwerk invaart, met de maatgevende energie, breken de kabels één voor één waarbij het schip gelijkmatig tot stilstand komt. Hierna zullen de kabels vervangen moeten worden, voordat de aanvaarconstructie weer dienst kan doen. Afbeelding 6.1: Draaideur met vangwerk, bovenaanzicht (boven) vooraanzicht (onder) Bij de aanvaarbestendige rol- of glijdeur ligt een rol- of glijdeur in zijn geheel aan op hydraulische cilinders. De deur wordt in de aanvaarzone voorzien van een extra zwaar profiel dat de aanvaarenergie overbrengt op de cilinders. De aanvaarbestendige enkele draaideur wordt in gesloten stand vergrendeld door een hydraulische cilinder en werkt in principe hetzelfde als de voorgaande variant. Een rol- of glijdeur, al dan niet op de kop van de sluis, wordt gekoppeld aan een rolof glijbalk of gerolde kunststof kabel. Bij het sluiten van de deur trekt deze de balk of kabel naar de overkant. De balk ligt aan op cilinders. De kabel moet aan de sluiswand gekoppeld worden. (Afbeelding 6.2) Afbeelding 6.1: Bovenaanzicht rol of glijdeur/ rol of glijbalk. 16

19 Kenmerken Kosten deur / aanvaarconstr. Ruimtebeslag deur / aanvaarconstr. Onderhoud deur / aanvaarconstr. Bewegingswerk / tijdsduur Enkele draaideur met meedraaiend vangwerk Gemiddeld door eenvoudige deur en besparing op omvang sluishoofd. Wel extra bewegingswerk nodig en systeem voor aanslag vangwerk. Gemiddeld ruimtebeslag door klein sluishoofd, maar grote remweg. Niet nuttige kolklengte ± 5m. Periodiek onderhoud bewegingswerk vangwerk. Eén groot bewegingswerk deur. Meerdere kleine werken voor aanvaarconstructie. Korte openingstijd. Aanvaarbestendige Rol- en glijdeur Gemiddeld. Veel betonwerk. Weinig extra kosten voor aanvaarconstructie. Weinig ruimtebeslag. Relatief dunne deur zonder aanvaarconstructie. Niet nuttige kolklengte ± 3m Essentiële onderdelen onder water. Periodiek onderhoud hydraulische cilinders. Eén klein bewegingswerk. Korte openingstijd. Aanvaarbestendige enkele draaideur Laag door eenvoudige deur en besparing op onderdelen aanvaarbeveiliging. Weinig ruimtebeslag vooral bij plaatsen deur op de kop van de sluis. Niet nuttige kolklengte ± 1m Periodiek onderhoud bewegingswerk en hydraulische cilinder. Eén groot bewegingswerk + één klein bewegingswerk voor hydraulische cilinder. Korte openingstijd Rol- of glijdeur met rol- of glijbalk of gerolde kabel Gemiddeld. Veel betonwerk. Geen bewegingswerk voor balk of kabel. Weinig ruimtebeslag. Relatief dunne deur en korte remweg. Niet nuttige kolklengte ± 3,5m Essentiële onderdelen onder water. Periodiek onderhoud hydraulische cilinders. Eén klein bewegingswerk. Korte openingstijd. Sluiten in stroming Nee Nee Nee Nee Gevoeligheid vuil / ijs Niet gevoelig. Geen deurkassen. Bij toepassen deurkas erg gevoelig voor vuil/ijs. Regelmatige inspectie. Niet gevoelig bij weglaten deurkassen. Bij toepassen deurkas erg gevoelig voor vuil/ijs. Regelmatige inspectie. Complexiteit constructie Complexe constructie. Complexe constructie (aanslagen) Eenvoudige constructie Complexe constructie Wegverkeerfunctie Niet geschikt. Niet geschikt. Wegverkeer mag niet betrokken raken bij aanvaring. Niet geschikt. Zeer geschikt. Hergebruik na aanvaring (en vervangingskosten) Hergebruik afhankelijk van kabeltype. Hoge vervangingskosten. Direct hergebruik. (indien geen beschadiging aan deur) Geen vervangingskosten. Direct hergebruik. (indien geen beschadiging aan deur) Geen vervangingskosten. Hergebruik na reparatie bevestiging balk met deur of vervanging kabel. Lage vervangingskosten. Remweg ± 5 meter ± 1 meter ± 1 meter Balk ± 1 meter, Kabel ± 3 meter Terug veren van schip Gedeeltelijk Ja Ja Balk: ja Kabel: nee Bedrijfszekerheid Matig vanwege vele bewegingswerken. Deur: matig Deur: goed Matig Aanvaarconstructie: optimaal Aanvaarbeveiliging: goed Dynamische uitvoering Ja Ja Ja Ja Aanpassing aan waterstand Beschikbare kennis Aandachtspunten Mogelijk door middel van drijvers of bewegingswerk. Enkele draaideur veel. Diverse studies over kunststof kabels. - Bewegingswerk in de deur. - Falen inklappen vangwerk = niet openen sluisdeur. - Kwetsbaarheid vangwerk geopende deur. Mogelijk, bij toepassing van meerdere verzwaarde balken en eventueel cilinders. Glijdeur is eenmaal eerder uitgevoerd. Aanvaarbestendig maken is nog nooit gedaan. - Waterdichtheid beplating na aanvaring. - Verdraaien onderkant deur of hier ook een cilinder? - Waterdichtheid (ook bij enig verval) Mogelijk, bij toepassing van meerdere verzwaarde balken en eventueel cilinders. Enkele draaideur veel. Aanvaarbestendig maken is nog nooit gedaan. - Waterdichtheid beplating na aanvaring. - Krachtverloop door eenzijdig verende oplegging. - Waterdichtheid (ook bij enig verval) - Krachtsverdeling bij meerdere cilinders. Mogelijk door middel van drijvers of bewegingswerk. Glijdeur is eenmaal eerder uitgevoerd. - Koppeling deur met balk of kabel. - Koppelen en loskoppelen kabel aan sluiswand. - Oprollen / remmen kabel (stofzuiger / autogordel) - Waterdichtheid 17

20 3 Afweging In dit hoofdstuk worden de varianten beoordeeld en wordt er een afweging gemaakt of de variant verder wordt onderzocht. 1. Dubbele puntdeur De dubbele puntdeur is een relatief dure variant vanwege 4 sets deuren, 8 bewegingswerken en grote sluishoofden. Deze variant gaat daarom niet door. 2. Enkele puntdeur De enkele puntdeur voorzien van een grendel is geen optie, omdat het openen en sluiten van de grendel bij enig negatief verval moeilijk is. De deur kan niet dubbelkerend worden toegepast. Deze variant kan worden onderzocht op economische haalbaarheid. De wens om innovatief te zijn kan in met deze variant niet worden behaald, want de enkele puntdeur is al toegepast in IJmuiden. 3. Enkele draaideur De enkele draaideur is dubbelkerend uit te voeren door het toepassen van een grendel. Voor de sluisafmetingen is de enkele draaideur nog haalbaar. De bedienbaarheid bij negatief verval van de enkele draaideur is erg lastig. Deze mogelijkheid zal verder onderzocht worden. 4. Rol- of glijdeur De rol- of glijdeur is goed geschikt voor sluis Empel. De deur is eenvoudig dubbelkerend uit te voeren en biedt verschillende mogelijkheden voor innovatie. De mogelijkheden voor het combineren met een aanvaarconstructie maken de rol- glijdeur interessant. 5. Hefdeur De hefdeur is door zijn dure constructie met heftorens geen optimaal concept voor een middelgrote sluis. Daarnaast kan de hoge constructie op weerstand stuiten bij omwonenden. Vanwege de mogelijkheden voor het combineren met een aanvaarconstructie is de hefdeur interessant. Een vangnet of airbag biedt gemakkelijk bescherming over de hoogte waar de deur kan worden aangevaren. 6. Waaierdeur De waaierdeur is een onnodig dure constructie. Door het toepassen van een aanvaarconstructie zal het bij sluis Empel niet voorkomen dat een deur in stroming moet sluiten en is een waaierdeur niet nodig. 7. Klepdeur Kwetsbare en onderhoud vergende draaipunten onder water maken dat de klepdeur niet gewenst is voor sluis Empel en zal niet verder uitgewerkt worden. 8. Liftdeur De liftdeur, zoals behandeld in hoofdstuk 3.2, is een nieuw concept in de sluizenbouw. De koppeling van de 2 deurdelen in gesloten stand levert naar verwachting grote problemen op. Op dit punt treedt een groot moment op, terwijl de constructie daar op zijn zwakst is. Deze deur valt dan ook af. 18

21 9. Rubber doek in lijst Het rubber doek in een lijst is een goede mogelijkheid voor sluis Empel. Deze oplossing kan in verschillende deurtypen worden toegepast. Zodra er een deurkeuze is gemaakt zal deze variant als alternatief worden meegenomen. Het abstractieniveau van variantenstudie: ronde 1 is te hoog om nu al voor deze variant te kiezen. 10. Stalen vangkabel geremd De geremde stalen vangkabel is al eerder toegepast (sluis Panheel) en ook een optie voor sluis Empel. Remming door middel van hydraulische cilinder, remblok of energie absorptie lichaam. 11. Kunststof vangkabels Kunststof vangkabels hebben als nadeel dat er meerdere kabels nodig zijn die achter elkaar of schuin boven elkaar worden geplaatst. Na een aanvaring is de werking bij hergebruik van de kabels moeilijk te garanderen. Het combineren van de kunststof vangkabels met een dynamisch systeem dat aan de waterstand aanpasbaar is, is moeilijk. De kabels zullen vast moeten worden gemaakt aan geleiding welke bestand moet zijn tegen de trekkracht die bij aanvaring op zal treden. De geleiding zal hierdoor kunnen beschadigen en kan onbruikbaar worden. Kunststof kabels zouden wel ingepast kunnen worden in een vangnet of een vangwerk voor een enkele draaideur. 12. Aanvaarbalk gedempt De aanvaarbalk is een goede optie door zijn kleine ruimtebeslag. Indien de demping juist wordt toegepast blijft de schade aan het schip beperkt. De balk kan geheven worden of naar de bodem afgezonden worden. 13. Vangband De vangband is nog niet eerder toegepast. Kennis zal verkregen moeten worden uit andere vakgebieden. Het voordeel van de vangband is dat er slechts één band nodig is zonder reminstallatie. Na een aanvaring gaat er weinig tot geen capaciteit verloren in tegenstelling tot een kunststof kabel. Hierdoor is de werking bij hergebruik gegarandeerd. Wel moet er rekening worden gehouden met trekkracht op de geleiding bij een aanvaring. 14. Vangnet Het vangnet zoals nu bekend is uitgevoerd i.c.m. een hefdeur. Het is echter ook mogelijk om het net te combineren met een rol- of glijdeur. Het net heeft als voordeel dat hij bij elke waterstand gebruikt kan worden en bij beide sluishoofden in gelijke vorm kan worden toegepast. 15. V-model Het V-model zoals besproken in hoofdstuk 3.3 wordt niet haalbaar geacht, omdat een aanvaring niet altijd in het midden van de constructie plaatsvindt. Bij het V-model betekent dit dat ook één balk alle energie op moet kunnen nemen. Dit zou leiden tot onnodig grote dimensies. Daarnaast is de uitvoering ingewikkeld. 16. Airbag De airbag is interessant omdat deze direct op de deur kan worden geplaatst. Door de airbag wordt de aanvaarenergie op de sluisdeur gespreid en kan de sluisdeur de kracht overbrengen op het sluishoofd. Daarbij komt dat een airbag blijft drijven en dus gemakkelijk op de juiste hoogte kan worden gebracht. Puntvormige boegen en voorop het schip geplaatste ankers kunnen nog wel problemen opleveren. 19

22 17. Enkele draaideur met meedraaiend vangwerk Het is technisch mogelijk om een enkele draaideur uit te rusten met een vangwerk dat bij het openen mee beweegt. Het is bij sluis Empel nodig om het vangwerk ook in hoogte te kunnen verstellen. Om dit systeem te laten werken zijn er meerdere bewegingen nodig die door verschillende bewegingswerken moeten worden geregeld. Hierdoor wordt de constructie ingewikkeld en minder betrouwbaar. Door deze onbetrouwbaarheid en complexiteit is deze variant waarschijnlijk geen optimaal concept en zal dus niet verder uitgewerkt worden. 18. Aanvaarbestendige rol- of glijdeur Een aanvaarbestendige rol- of glijdeur is niet haalbaar, omdat bij een excentrische aanvaring de deur scheef gedrukt zal worden en hij daarbij vast zal lopen. De verdeling van de krachten op de aanslagpunten zal hierbij onevenredig zijn. Het is wel mogelijk om de rol- of glijdeur te combineren met de airbag. De airbag heeft als functie de aanvaarkracht te verdelen over de deur. De deur kan vervolgens de kracht afdragen op het sluishoofd. Met deze optie is gelijk het idee ontstaan voor een aanvaarbestendige hefdeur i.c.m. een airbag. 19. Aanvaarbestendige enkele draaideur Een aanvaarbestendige enkele draaideur wordt niet haalbaar geacht, omdat alleen het uiteinde van de deur hydraulisch kan worden gedempt. De bedoeling is dat de deur bij een aanvaring door draait en hydraulisch wordt gedempt. In plaats van door draaien zal de deur willen kantelen, waardoor er krachten op de onderaanslag en deuras komen te staan. Dit betekend dat de deuras zwaar belast kan worden. Tevens zullen er vervormingen op kunnen treden die ten koste kunnen gaan van de waterdichtheid. 20. Rol- of glijdeur met rol- of glijbalk of gerolde kabel De deur met balk of gerolde kabel lijkt haalbaar. De beweging kan met één bewegingswerk worden gemaakt. Het is belangrijk om te kijken naar mogelijkheden om hydrauliek boven het waterpeil te plaatsen. Door de wens om de constructie aan de waterstand aan te passen wordt het systeem ingewikkeld. Het is ook mogelijk om de aanvaarconstructie over grotere hoogte toe te passen. De liftdeur valt in ieder geval af, omdat deze constructie te ingewikkeld is. Na afweging van de verschillende varianten zullen de enkele draaideur, de rol- of glijdeur en de hefdeur doorgaan naar de volgende ronde. Van de aanvaarconstructies zullen de stalen vangkabel, de aanvaarbalk, de vangband, het vangnet en de airbag doorgaan. Deze varianten zullen bekeken worden op een lager abstractieniveau. Hierna zal er opnieuw een afweging komen en zullen er nieuwe eisen geformuleerd worden. In onderstaande tabel worden de combinaties van deur- en aanvaarconstructietypen weergegeven. De combinaties die worden meegenomen naar variantenstudie: ronde 2 zijn aangegeven met X. Enkele draaideur Rol / glijdeur Hefdeur Stalen vangkabel geremd X X Aanvaarbalk gedempt X X Vangband X X Vangnet X X Airbag X X X 20

23 4 Nieuwe eisen en randvoorwaarden Aangezien er volgens het V-model van systems engineering wordt gewerkt zullen er na een variantenronde nieuwe eisen en randvoorwaarden worden opgesteld. Deze eisen en randvoorwaarden worden gevormd door de wensen die naar boven komen tijdens de variantenronde. Aanvaarconstructie: ID Omschrijving Bovenl. Eis Onderl. eisen E-032 De aanvaarconstructie dient een aanvaring van 2000 knm op 0,5 meter boven de optredende waterstand op te vangen. Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode: Sluisdeur: ID Omschrijving Bovenl. Eis Onderl. eisen E-031 De sluisdeuren voor het boven- en benedenhoofd dienen onderling uitwisselbaar te zijn. Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode: ID Omschrijving Bovenl. Eis Onderl. eisen E-043 Er dient te worden voorzien in één complete (set) reserve deur(en) voor sluis Empel die bruikbaar is voor het bovenen benedenhoofd. Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode: Vul en ledigingsystemen: ID Omschrijving Bovenl. Eis Onderl. eisen E-034 Vul- en ledigingssystemen dienen in de sluisdeur te worden geplaatst. Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode: Toelichting Onderhoud: ID Omschrijving Bovenl. Eis Onderl. eisen E-036 Het werk dient onderhoudsarm te zijn. Bron: Variantenronde 1 Verificatiemethode: 21

24 Onderbouwing eisen E-032: Na een ronde langs bestaande aanvaarconstructies blijkt een hoogte van 0,5m boven de waterlijn optimaal voor de aanvaarconstructie. De constructie hangt hoog genoeg om alle scheepsboegen op te kunnen vangen. Diepliggende en kleine schepen worden zo ook tegengehouden. E-031: Vanwege de wens dat er altijd een reserve deur beschikbaar is, zal er gekozen worden voor uitwisselbaarheid van de deuren. Hierdoor hoeft er maar één reserve deur gemaakt te worden in plaats van twee. Daar komt nog bij dat het maken van drie dezelfde deuren waarschijnlijk goedkoper is dan het maken van twee sets verschillende deuren. Met het oog op onderhoud zijn identieke deuren ook een voordeel. Doordat de deur aan de kanaalkant even diep gefundeerd wordt als de deur aan de maaskant, wordt nivelleren door de deur altijd mogelijk, de onderste 3,5 meter van de deur zal dan permanent onder water staan. E-043: Er wordt verwacht dat na enkele jaren de sluis 24/7 beschikbaar zal moeten zijn. Lange niet-beschikbaarheid zal dus niet gewenst zijn. Wanneer een deur vervangen moet worden is het dus gewenst dat er een reservedeur beschikbaar is. E-34: Vanwege hoge kosten van omloopriolen zal het vullen en ledigen van de kolk moeten gebeuren door de deur. Deze optie is goedkoper en zorgt voor minder ruimtebeslag in de breedte van de sluis. E-36: Met het oog op kosten en beschikbaarheid wordt er gestreefd naar een onderhoudsarm concept. 22

25 Bijlage III Varianten: ronde 2 Inhoud: 1 INLEIDING VARIANTEN OVERZICHT AANVAARCONSTRUCTIE Stalen vangkabel Aanvaarbalk Vangband Vangnet Airbag DEURVARIANTEN Enkele draaideur Rol- of glijdeur Hefdeur AFWEGING NIEUWE EISEN EN RANDVOORWAARDEN

26 1 Inleiding Voor de sluisdeur en aanvaarconstructie zijn meerdere oplossingen voor handen. In de tweede ronde van de variantenstudie worden de gekozen varianten uit ronde 1 uitgewerkt op een lager abstractieniveau. Aan de hand van de voor- en nadelen wordt er een afweging gemaakt om een variant verder te onderzoeken in variantenstudie: ronde 3. Tijdens en na de tweede ronde zullen nieuwe eisen en randvoorwaarden opgesteld worden. 2 Varianten 2.1 Overzicht Na ronde 1 zijn de gekozen varianten verder uitgewerkt. 1. Enkele draaideur met stalen vangkabel 2. Enkele draaideur met aanvaarbalk 3. Enkele draaideur met vangband 4. Enkele draaideur met airbag 5. Rol- of glijdeur met stalen vangkabel 6. Rol- of glijdeur met aanvaarbalk 7. Rol- of glijdeur met vangband 8. Rol- of glijdeur met vangnet 9. Rol- of glijdeur met airbag 10. Hefdeur met vangnet 11. Hefdeur met airbag In paragraaf 2.2 zullen de aanvaarconstructies besproken worden en in paragraaf 2.3 de deurvarianten. 2.2 Aanvaarconstructie Stalen vangkabel De stalen vangkabel wordt in hoogte verstelbaar gemaakt doormiddel van katrollen en geleiding. (Afbeelding 1) Als deze aan de waterstand aangepast moet worden zal de kabel verlengd en verkort moeten worden, omdat het op hoogte brengen van de kabel extra lengte kost. Het is ook mogelijk het energieabsorptiewerk mee te laten bewegen met de kabel. De stalen vangkabel wordt geremd met bijvoorbeeld een hydraulische cilinder, kabeltrommel of remblok. De trekkracht op de kabel wordt gedeeltelijk overgebracht op de geleiding. Er is een grote kans dat de geleiding vastloopt en er reparatie moet plaatsvinden voordat het systeem opnieuw gebruikt kan worden. Afbeelding 1: Stalen vangkabel 24

27 2.2.2 Aanvaarbalk De aanvaarbalk hangt tussen twee torens in. (Afbeelding 2) Een aanvaarbalk zal bij aanvaring een horizontale kracht afgeven op een remsysteem. Het remsysteem beweegt in de heftorens met de balk mee. Het geheel is aan te passen aan de waterstand. Afbeelding 2: Aanvaarbalk tussen heftorens Vangband De vangband werkt grotendeels hetzelfde als de stalen kabel. (Afbeelding 3) De vangband wordt echter niet geremd, de band brengt de aanvaarkracht in zijn geheel over op de geleiding. Een vangband veroorzaakt bij aanvaring een trekkracht op de geleiding. Als de band aan de waterstand moet worden aangepast dient de trekkracht op de geleiding te worden overgebracht zonder dat deze vastloopt. De vangband hoeft niet voorzien te worden van een hydraulische cilinder, dit maakt de vangband niet alleen relatief goedkoper en makkelijker in onderhoud, maar er kan ook nagedacht worden over het naar de bodem trekken van de vangkabel wanneer deze buiten gebruik is. Afbeelding 3: Vangband 25

28 2.2.4 Vangnet Het vangnet kan als rol- of glijdeur of als hefdeur worden uitgevoerd. (Afbeelding 4) De hoogte van het vangnet, welke bestaat uit een raamwerk, wordt door de wisselende waterstand erg groot. De onderste balk van het raamwerk dient op de bodem te staan en mag maximaal 0,5 meter hoog zijn (i.v.m. diepgang schip). De bovenste balk dient hoog genoeg te zitten, zodat deze geen schade veroorzaakt op het dek van het schip. Als ervan uit gegaan wordt dat de onderkant van de bovenste balk in gesloten stand zich ongeveer vijf meter boven de hoogste waterstand bevindt en de balk 0,5 meter hoog is, dan is de totale hoogte van het vangnet ongeveer 14 meter. De onderkant van het net zal in geopende stand minimaal op 9,00+ N.A.P. moeten worden getild. De bovenkant komt daarmee op 23,00+ N.A.P. Deze hoogte is onacceptabel, waardoor het vangnet in de vorm van een hefdeur niet uitvoerbaar is. In deze berekening is geen rekening gehouden met remcilinders bovenop het vangnet. Het vangnet in de vorm van een rol- of glijdeur zal ook ongeveer 14 meter hoog worden. Deze hoeft echter niet uit het water te worden getild. Afbeelding 4: Vangnet uitgevoerd als roldeur Airbag Voor het aanpassen van de airbag aan de waterstand kan hoogstwaarschijnlijk gebruik gemaakt worden van het drijvend vermogen van de airbag. (Afbeelding 5) Wanneer de airbag niet gebruikt wordt, kan deze opgetakeld worden boven de deur. De airbag kan bevestigd worden aan een plaat, de krachten worden dan via deze plaat gelijkmatig verdeeld over de deur. Afbeelding 5: Airbag 26

29 2.3 Deurvarianten Enkele draaideur De enkele draaideur zal in een deurkas in het sluishoofd worden opgeborgen. In de lengte van de sluis vraagt dit tweemaal 13 meter extra betonconstructie. De kosten van deze extra 26 meter sluishoofd zullen ongeveer bedragen. (volgt uit contact met ing. P. Deenen, kostendeskundige RWS) De deur is alleen te koppelen aan de airbag. Overige aanvaarconstructies worden los uitgevoerd Rol- of glijdeur Het ruimtebeslag in de breedte van de rol- of glijdeur zal meer dan 25 meter bedragen. (2*12,5) Goed te combineren met meerollend/glijdend vangnet of aanvaarbalk Hefdeur De hefdeur zal 11,5 meter hoog worden. De deur moet minimaal 7,0 meter boven het maximaal schutpeil worden uitgetild. De bovenkant van de deur komt daarmee minimaal op 4,40 + 7, ,50 = NAP+22,90m. Goed te combineren met een vangnet of airbag. 3 Afweging In dit hoofdstuk worden de varianten beoordeeld en wordt er een afweging gemaakt of de variant verder wordt onderzocht. 1. Enkele draaideur: De enkele draaideur is niet het meest geschikte deurtype voor deze deurafmetingen. De sluishoofden worden bij toepassing van een enkele draaideur ruim 10 meter langer, omdat het op de kop van de sluis plaatsen van de deur geen optie is. (zie variantenronde 1) Vanwege deze extra benodigde lengte voor het sluishoofd en de grote breedte van de sluis is de enkele draaideur geen optimale keuze. 2. Rol- of glijdeur: De rol- of glijdeur heeft veel ruimte nodig in de breedte, maar is wel zeer geschikt als het gaat om de uitwisselbaarheid. In de breedte is voldoende ruimte beschikbaar voor de deurkassen. De deur is dubbelkerend en goed te combineren met de verschillende aanvaarconstructies. 3. Hefdeur: De hoogte van de heftorens voor een hefdeur is onaanvaardbaar voor de omgeving van het sluiscomplex. Een dergelijke constructie zou niet passen binnen het kader van de landschappelijke en ecologische maatregelen zoals omschreven in het OTB Zuid-Willemsvaart. De deur die gebruikt zal worden voor de verdere uitwerking van optimaal concept sluis Empel zal de rol- of glijdeur worden. Later zal duidelijk worden of de deur zal gaan rollen of glijden. Dit hangt onder andere af van het gewicht van de deur. De deur kan bijvoorbeeld uitgevoerd worden als een lijst van HSB of staal met een rubberdoek. (zie variantenronde 1) Er is besloten dat er nu nog geen keuze wordt gemaakt voor een aanvaarconstructie. Deze zullen eerst nog verder worden uitgewerkt op een lager abstractieniveau in combinatie met de rol- of glijdeur. 27

30 4 Nieuwe eisen en randvoorwaarden Aangezien er volgens het V-model van systems engineering wordt gewerkt zullen er na een variantenronde nieuwe eisen en randvoorwaarden worden opgesteld. Deze eisen en randvoorwaarden worden gevormd door de wensen die naar boven komen tijdens de variantenronde. Aanvaarconstructie: ID Omschrijving Bovenl. Eis Onderl. eisen E-033 De aanvaarconstructie dient drie uur na een aanvaring beschikbaar te zijn voor hergebruik. Bron: Variantenronde 2 Verificatiemethode: ID Omschrijving Bovenl. Eis Onderl. eisen E-034 De aanvaarconstructie dient het schip gelijkmatig tot stoppen te brengen Bron: Variantenronde 2 Verificatiemethode: ID Omschrijving Bovenl. Eis Onderl. eisen E-035 De sluisdeur en aanvaarconstructie dienen los van elkaar verwijderd, onderhouden en vervangen te kunnen worden. Bron: Variantenronde 2 Verificatiemethode: Onderbouwing eisen E-033: Na een aanvaring moet de sluis zo snel mogelijk weer in gebruik kunnen zijn. Aangezien er na een aanvaring eerst een schaderapport opgesteld zal moeten worden voor de verzekering, is er wel tijd om de aanvaarconstructie te repareren. Wanneer dit binnen drie uur gebeurd zal de sluis niet onnodig langer gestremd worden. E-034: Met het oog op gebruiksvriendelijkheid is het gewenst het schip geleidelijk te stoppen. Hierdoor zijn de krachten bij de aanvaring kleiner en wordt de schade aan schip en schipper geminimaliseerd. E-035: Met het oog op onderhoud is het gewenst de verschillende onderdelen van de sluis apart te kunnen inspecteren en onderhouden. De aanvaarconstructie zou dan geïnspecteerd of gerepareerd kunnen worden zonder dat de sluis gestremd is. 28

31 Bijlage IV Varianten: ronde 3 Inhoud: 1 INLEIDING VARIANTEN OVERZICHT VARIANTEN AANVAARCONSTRUCTIE VARIANTEN GELEIDING VARIANTEN SLUISDEUR Materiaalkeuze Gewicht sluisdeur Belasting op geleiding Aandrijfkracht AFWEGING AANVAARCONSTRUCTIE GELEIDING SLUISDEUR TEKENINGEN

32 1 Inleiding In varianten ronde 2 is gekozen voor een rol- of glijdeur. Voor de aanvaarconstructie is echter nog geen definitieve keuze gemaakt. In de derde ronde van de variantenstudie worden de gekozen varianten uit ronde 2 verder uitgewerkt op een lager abstractieniveau. Voor de rol- of glijdeur wordt er gekeken naar de verschillende materialen die gebruikt kunnen worden. Er wordt een afweging gemaakt tussen staal en beton. Aan de hand van de voor- en nadelen wordt er een afweging gemaakt en een aanvaarconstructie, het materiaal voor de sluisdeur en een type geleiding gekozen. 2 Varianten 2.1 Overzicht De volgende varianten zijn tijdens de variantenronde verder uitgewerkt: 1. Airbag 2. Gedempte balk in combinatie met deur 3. Gedempte hefbalk 4. Geremde kabel in combinatie met deur 5. Geremde hefkabel 6. Vangband 7. Vangnet Voor de deurgeleiding is er gekeken naar de volgende geleidingen: 1. Rolgeleiding met 2 onderrolwagens 2. Rolgeleiding kruiwagen 3. Glijgeleiding 4. Schuifgeleiding Voor de rol- of glijdeur is er gekeken naar de varianten: 1. HSB lijst met HSB plaat 2. HSB lijst met rubber doek 3. Stalen frame met rubber doek 4. HSB frame met schuimkisten en rubber doek 2.2 Varianten aanvaarconstructie In variantenronde 2 zijn de verschillende constructies kort toegelicht. Als vervolg hierop zijn de voor- en nadelen uitgezet in een tabel. Aan de hand van deze tabel maken we een keuze voor de aanvaarconstructie. De verschillende varianten zullen nog een extra toelichting krijgen. Airbag De airbag zit vast aan een plaat die in hoogte verstelbaar is. (Tekening 1) De plaat wordt tot bovenaan de deur getild. De airbag heeft een eigen kas waar hij tegelijk met de deur in schuift. Door de airbag niet boven de deur uit te tillen heeft de airbag weinig last van windbelasting. Gedempte balk in combinatie met de deur De gedempte balken zijn verbonden met de deur. (Tekening 2) Er zijn meerdere balken, omdat de constructie op verschillende hoogtes aangevaren kan worden. Doorat de balken met de deur verbonden zijn is er geen extra bewegingswerk nodig. Zodra de deur gesloten is liggen de balken aan op hydraulische cilinders in de sluiswand. De balken hebben een eigen kas en geleiding. 30