composiet-sluisdeur-635

Het nieuwe oog van IJmuiden

Een groot aantal sluizen in Nederland is toe aan vervanging, omdat de ontwerplevensduur is verstreken of omdat de schutcapaciteit moet worden vergroot naar een grotere scheepsklasse; bij zeesluizen is dat bijvoorbeeld de New Panamax klasse. De vaarwegen moeten bij deze schepen geschikt zijn voor schepen van 366m lang x 49m breed x 57,1m hoog en een diepgang van 15,2m. De forse afmetingen maken het vervangen van zeesluizen een kostbare operatie. En de deuren vormen een belangrijk onderdeel van deze kosten. Door ze uit te voeren in vezelversterkte kunstof (composiet), kunnen de life cycle costs tientallen miljoenen euro’s lager uitvallen.

Sluisdeuren van composiet worden al op bescheiden schaal toegepast in de binnenlandse vaarwegen. Zo plaatst Heijmans een deur van composiet bij de renovatie van sluis III in het Wilhelminakanaal te Tilburg. De eigenschappen van het materiaal maken het zeer geschikt voor toepassing in de constructieve waterbouw:

  • Het is licht; dat vereenvoudigt de montage;
  • Het is sterk (en de sterkte is op de toepassing af te stemmen door het aanpassen van de vezelrichting);
  • Het is onderhoudsarm.

Met name in een agressief milieu met zout water, heeft composiet dankzij de corrosiebestendigheid sterke voordelen. De onderhoudskosten vallen tot vier maal lager uit dan bij een stalen deur. Hierdoor zijn de totale life cycle costs fors lager.

De praktijk
In ons afstudeerdonderzoek heb ik samen met Stefan van Erp onderzocht hoe een zeesluisdeur van composiet is toe te passen in de praktijk, bij de sluis van IJmuiden. Daar gelden namelijk bijzondere omstandigheden, die invloed hebben op de vorm van de deur. Een traditionele roldeur die bij het openen naar de zijkant wegschuift, is niet toepasbaar. Daarvoor is de ruimte te beperkt, omdat de naastgelegen sluis te dichtbij ligt. Een hefdeur, die naar boven wordt gehesen, is evenmin reëel. Gezien de hoogte van zeeschepen, zou hiervoor een toren van meer dan 100m hoogte nodig zijn, die bovendien stormbestendig moet zijn als de sluisdeur omhoog staat. Bij de bekende puntdeuren, die het meest worden toegepast bij sluizen in Nederland, zijn twee sets deuren nodig, waardoor deze oplossing altijd duurder is dan één enkele deur die tweezijdig kan keren.

In de variantenstudie van IJmuiden (in de vergelijking met staal) is ook gekeken naar een gekromde deur, die bestaat uit panelen en in een halve cirkel wegrolt in de wand. Daarbij vormt de waterafdichting het grote probleem; de deur moet vanwege de getijdenwerking namelijk in staat zijn om tweezijdig te keren. Een bijkomend nadeel is dat het sluishoofd extra lang wordt, omdat deze deur de ruimte moet hebben om weg te draaien.

Anders kijken
Ons alternatief van composiet is de oogdeur. Hij is zo genoemd omdat hij van bovenaf gezien op een menselijk oog lijkt. In feite is het een holle doos met twee bogen aan weerszijden en een trekband in het midden; deze biedt tegenwicht tegen de krachten die in de bogen ontstaan (zij hebben de neiging om recht te trekken) en vermindert tevens de krachten op het beton van de sluiswand. De sluisdeur werkt als een soort duikboot. Als de deur moet worden geopend, wordt de holle doos gevuld met water. Hij zakt dan naar beneden in een tevens oogvormige kelder, feitelijk een diepe betonnen bak. Op die manier is het ruimteprobleem in IJmuiden opgelost. Als de deur moet worden gesloten, wordt hij met perslucht gevuld, waardoor het water wordt verdreven en de ‘doos’ naar boven drijft.

3D-render---oogdeur---open-en-gesloten---6353D-render---Zakdeur-met-kolk-635

De breedte van de oogdeur is op het dikste punt 22m. De kromming is geoptimaliseerd om een zo dun mogelijke uitvoering mogelijk te maken waarbij het materiaal nog voldoende sterkte heeft. De oogdeur gebruikt in de variantenstudie met 3.500 m3 composiet minder dan een vergelijkbare roldeur van 7.425 m3 (in beide varianten uitgaand van een voorlopig ontwerp). Na een optimalisatieslag (ons definitief ontwerp) gebruikt de oogdeur zelfs maar 1.700 m3.

3D-render---oogdeur---met-omgeving---6353D-render---oogdeur---met-omgeving---birdseyeview---635

Het werkingsprincipe en de bijbehorende installaties zijn vrij eenvoudig. Naar het deursysteem is nog wel nader onderzoek noodzakelijk. Zo moet het probleem worden opgelost dat de deur onder alle omstandigheden loodrecht moet stijgen en dalen. Als de deur schuin omhoog schuift, kan hij namelijk klem komen te zitten, net zoals recent met de hefdeur in sluis Eefden is gebeurd, maar dan in de kelder onderwater. Aangezien het water aan zeezijde voor de sluis volgens statistische berekeningen tot 5,15m boven NAP kan komen te staan en aan kanaalzijde gemiddeld 40cm beneden NAP, is dit een risico waarover niet te licht moet worden gedacht. Zonder een tweede barrière zet een doorbraak de Amsterdamse grachtenpanden 5m onder water.

Het is nu aan Heijmans om ons onderzoek naar zeesluisdeuren van composiet praktisch in te vullen. Wij hopen dat Rijkswaterstaat als opdrachtgever het lef heeft om daar iets mee te doen. Los van de vorm waarin het wordt toegepast, kunnen we in ieder geval zeggen dat composiet een grote potentie heeft voor constructieve waterbouwkundige werken, onder meer dankzij de lagere onderhoudskosten (en daarmee een grotere beschikbaarheid). En aan het einde van de levensduur? Dan verwerk je het composiet gewoon in beton, scheelt ook weer staal!

Composiet | Sluizen

1 reactie

  1. Frank -

    Rik,
    Mooie gedachte omschreven in een goed verhaal. Problemen zijn er om op te lossen. Zorg dat de kelder niet vervuild kan worden door zand, stenen, mossel/oester groei e.d., waardoor deze steeds minder ver naar beneden kan.
    Geleiding lijkt mij op te lossen door een soort glijlager principe. Mogelijk principe gelijk aan de horizontale loodzware grasmatbak van Vitesse maar dan in verticale richting. Door lengte van de geleider langer te maken kan deze minder wrikken. Succes met het bedenken van de andere oplossingen. Begin maar alvast in de badkamer met mini oogjes.

plaats een reactie