Schroefstraal tegen kademuur, stroomsnelheid- en erosiemetingen

(1)

s

G

emeente werken

SCHROEFSTRAAL TEGEN KADEMUUR

Stroomsnelheid- en

erosiemetingen

PROJECT: Project-cod Rapport-co Versie: Datum: Opdrachtgev Delta 2000-8 e„e, e, ~ !,, e 1.00-R9 ~ .038

emeente erk

3 april 19~~TTcsr,l~a~. • . ~ _{I n~ c r:; r~ti rs}_{~. tiï ~3:~.P.J _.~`} i~^~,1s ~,rè 1N~ ï~Ce n ,.,r R O T T E R D A M Ingenieursbureau Projectcode

Datum hl c`~4 fir}.

_raa

Gemeentelijk Havenbedrijf Rotterdam

Ingenieursbureau Havenwerken Opsteller: ir.T. Blokland Paraaf: Datum : 3~~/ ~~6 Projectleíder: Geautoriseerd: ing. H.L. Sijberden ir.J.G. de Gijt Paraaf: Datum:

►~~;

~~ ~ .

Paraaf: Datum s

G

emeente werken

SCHROEFSTRAAL TEGEN KADEMUUR

Stroomsnelheid- en

erosiemetingen

PROJECT: Project-cod Rapport-co Versie: Datum: Opdrachtgev Delta 2000-8 e„e, e, ~ !,, e 1.00-R9 ~ .038

emeente erk

3 april 19~~TTcsr,l~a~. • . ~ _{I n~ c r:; r~ti rs}_{~. tiï ~3:~.P.J _.~`} i~^~,1s ~,rè 1N~ ï~Ce n ,.,r R O T T E R D A M Ingenieursbureau Projectcode

Datum hl c`~4 fir}.

_raa

Ingenieursbureau Havenwerken Opsteller: ir.T. Blokland Paraaf: Datum : 3~~/ ~~6 Projectleíder: Geautoriseerd: ing. H.L. Sijberden ir.J.G. de Gijt Paraaf: Datum:

►~~;

~~ ~ .

Paraaf: Datum

Queueäuqeutwlgeu----L

emeente'werken \1 R O T T E R D A M i Ingenieursbureau

4SCHROEFSTRAAL TEGEN KADEMUUR

Stroomsnelheid- en erosiemetingen

PROJECT: E”Delta 2000-8.

Project-cod? “fm “'20 Rapport-co Versie: Datum: I-\I' Opdrachtgevelrf

=

1.00-R91l.038

emeente Werken

3 april 19

mTTE:1nA.›w"^--I Ingenieurs hawaii =l levenwerken

Projectcode

l

""_'"'›“"f . u

QQ

“we

Datum

Naam

'yíáâ/måf-

' ~

Ingenieursbureau Havenwerken Opsteller: ir.T. Blokland Paraaf: % Datum : 3/14 [96 Projectleider: ing. H.L. Sijberden Paraaf: Datum: Geautoriseerd: ir.J.G. de Gijt Paraaf: ä

m, 1/6; Datum: 6/f/qA

(2)

1'

~ ~

1'

~ ~

(3)

Gemeentewerken Rotterdam project D00.030: DELTA 2000-8

Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61.00-R94.038

INHOUD .

1. INLEIDING 5

1.1 Achtergrond en opzet van het onderzoek 5

1.2 Doelstelling 6

1.3 Opzet van de rapportage 6

2. ALGEMENE OPZET VAN DE METINGEN 9

2.1 Locatie van de metingen 9

2.2 Vergelijking met niet-verticale damwand 9

2.3 Boot- en schroef-karakteristieken 9

2.4 Bak-constructie voor plaatsing van snelheidsmeters en stenen 1 1 2.5 Meetinstrumenten voor snelheidsmetingen 12

3. MEETPROGRAMMA VAN DE SNELHEIDSMETINGEN 15

4. RESULTATEN SNELHEIDSMETINGEN 17

4.1 Uit metingen berekende snelheidsparameters 17

4.2 Vergelijking tussen EMS- en UCM4-meters 18

4.3 Vergelijking tussen linker en rechter bak-compartiment (UCM 1 /3) 18

4.4 Tijd-gemiddelde snelheden op verschillende afstanden voor de kade 19

4.5 Tijd-gemiddelde snelheden als functie van de pitch 20

4.6 Richting van tijd-gemiddelde horizontale snelheidsvectoren . . 20

4.7 Turbulentie en maximale horizontale snelheden 21

4.8 Tijd-gemiddelde verticale snelheden 22

4.9 Erosie bij de snelheidsmetingen 23

5. TOETSING VAN REKENRELATIES VOOR SNELHEDEN 27

5.1 Beschrijving van drie getoetste rekenrelaties 27

5.2 Toetsing bij straal onder 16° t.o.v. de kade 28

5.3 Toetsing bij straal loodrecht tegen de kade 29

6. MEETPROGRAMMA EROSIEMETINGEN 31

6.1 Beproefde steensorteringen 31

6.2 Toegepaste schroef-afstand, schroef-pitches en proeftijden 32 7. RESULTATEN EROSIE-METINGEN 33

7.1 Resultaten bij 9 ° en 12 ° pitch 33

7.2 Resultaten bij 6° pitch: erosie-snelheid en transportcapaciteit 33 8. TOETSING VAN REKENRELATIES VOOR EROSIE 37

8.1 Relaties voor steentransporten 37

8.2 Belastingsfactor bij dimensionering van bodembeschermingen 38 8.3 Conclusies t.a.v. belastingsfactor 39

9. CONCLUSIES 41

REFERENTIES 43

Schroefstraal tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 1 van 51 Gemeentewerken Rotterdam project D00.030: DELTA 2000-8 Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61.00-R94.038 INHOUD . 1. INLEIDING 5

1.1 Achtergrond en opzet van het onderzoek 5

1.2 Doelstelling 6

1.3 Opzet van de rapportage 6

2. ALGEMENE OPZET VAN DE METINGEN 9

2.1 Locatie van de metingen 9

2.2 Vergelijking met niet-verticale damwand 9

2.3 Boot- en schroef-karakteristieken 9

2.4 Bak-constructie voor plaatsing van snelheidsmeters en stenen 1 1 2.5 Meetinstrumenten voor snelheidsmetingen 12

3. MEETPROGRAMMA VAN DE SNELHEIDSMETINGEN 15

4. RESULTATEN SNELHEIDSMETINGEN 17

4.1 Uit metingen berekende snelheidsparameters 17

4.2 Vergelijking tussen EMS- en UCM4-meters 18

4.3 Vergelijking tussen linker en rechter bak-compartiment (UCM 1 /3) 18

4.4 Tijd-gemiddelde snelheden op verschillende afstanden voor de kade 19

4.5 Tijd-gemiddelde snelheden als functie van de pitch 20

4.6 Richting van tijd-gemiddelde horizontale snelheidsvectoren . . 20

4.7 Turbulentie en maximale horizontale snelheden 21

4.8 Tijd-gemiddelde verticale snelheden 22

4.9 Erosie bij de snelheidsmetingen 23

5. TOETSING VAN REKENRELATIES VOOR SNELHEDEN 27

5.1 Beschrijving van drie getoetste rekenrelaties 27

5.2 Toetsing bij straal onder 16° t.o.v. de kade 28

5.3 Toetsing bij straal loodrecht tegen de kade 29

6. MEETPROGRAMMA EROSIEMETINGEN 31

6.1 Beproefde steensorteringen 31

6.2 Toegepaste schroef-afstand, schroef-pitches en proeftijden 32 7. RESULTATEN EROSIE-METINGEN 33

7.1 Resultaten bij 9 ° en 12 ° pitch 33

7.2 Resultaten bij 6° pitch: erosie-snelheid en transportcapaciteit 33 8. TOETSING VAN REKENRELATIES VOOR EROSIE 37

8.1 Relaties voor steentransporten 37

8.2 Belastingsfactor bij dimensionering van bodembeschermingen 38 8.3 Conclusies t.a.v. belastingsfactor 39

9. CONCLUSIES 41

REFERENTIES 43

Schroefstraal tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 1 van 51 ;~_i L__I L__J _ I___I L._` -I i ___ i ___I (__J _ I Gemeentewerken Rotterdam \ project DO0.030: DELTA 2000-8 Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61.00-R94.038 INHOUD , 1. INLEIDING ... 5

1.1 Achtergrond en opzet van het onderzoek ... 5

1.2 Doelstelling ... 6

1.3 Opzet van de rapportage ... 6

2. ALGEMENE OPZET VAN DE METINGEN ... 9

2.1 Locatie van de metingen ... 9

2.2 Vergelijking met niet-verticale damwand ... 9

2.3 Boot- en schroef-karakteristieken ... 9

2.4 Bak-constructie voor plaatsing van snelheidsmeters en stenen . 1 1 2.5 Meetinstrumenten voor snelheidsmetingen ... 12

3. MEETPROGRAMMA VAN DE SNELHEIDSMETINGEN ... 15

4. RESULTATEN SNELHEIDSMETINGEN ... 17

4.1 Uit metingen berekende snelheidsparameters ... 17

4.2 Vergelijking tussen EMS- en UCM4-meters ... 18

4.3 Vergelijking tussen linker Ien rechter bak-compartiment (UCM1/3) ... 18

4.4 Tijd-gemiddelde snelheden op verschillende afstanden voor de kade ... 1 9 4.5 Tijd-gemiddelde snelheden als functie van de pitch ... 20

4.6 Richting van tijd-gemiddelde horizontale snelheidsvectoren . . . . 20

4.7 Turbulentie en maximale horizontale snelheden ... 21

4.8 Tijd-gemiddelde verticale snelheden ... 22

4.9 Erosie bij de snelheidsmetingen ... 23

5. TOETSING VAN REKENRELATIES VOOR SNELHEDEN ... 27

5.1 Beschrijving van drie getoetste rekenrelaties ... 27

5.2 Toetsing bij straal onder 16° t.o.v. de kade ... 28

5.3 Toetsing bij straal loodrecht tegen de kade ... 29

6. MEETPROGRAMMA EROSIEMETINGEN ... 31

6.1 Beproefde steensorteringen ... 31

6.2 Toegepaste schroef-afstand, schroef-pitches en proeftijden . I. . 32

7. RESULTATEN EROSIE-METINGEN ... 33

7.1 Resultaten bij 9° en 12° pitch ... 33

7.2 Resultaten bij 6° pitch: erosie-snelheid en transportcapaciteit . . 33

8. TOETSING VAN REKENRELATIES VOOR EROSIE ... 37

8.1 Relaties voor steentransporten ... 37

8.2 Belastingsfactor bij dimensionering van bodembeschermingen . . 38

8.3 Conclusies t.a.v. belastingsfactor ... 39

9. CONCLUSIES ... 41

REFERENTIES ... 43

(4)

Ingenieursbureau 3 april 1996 ~ rapport 61.00-R94.038

TABELLEN 37

FIGUREN

FOTO'S:

foto 1-2: Snelheidsmeters en meetbak

foto 3: Steenverplaatsing na snelheidsmetingen

foto 4-12: Steenverplaatsingen bij erosie-proeven

BIJLAGE A BEREKENINGSMETHODEN VOOR STROOMSNELHEDEN

IN SCHROEFSTRALEN

Symbolen A.1

A.1 Stroomsnelheden in vrije (schroef)straal A.2

A.2 Stroomsnelheid direct achter de schroef A.3

A.3 Bodem-stroomsnelheid bij een straal evenwijdig aan een

kademuur A.5

A.4 Bodem-stroomsnelheid bij een straal loodrecht tegen een

kademuur A.7

À.5 Alternatieve berekeningsmethode bij een straal loodrecht tegen

een kademuur A.8

' Referenties A.9

BIJLAGE B BEREKENINGSMETHODEN VOOR STABILITEIT VAN

BO-DEMMATERIAAL BIJ SCHROEFSTRAALBELASTING

Symbolen B.1

B.1 Begin van beweging B.2

B.2 Transport van bodemmateriaal B.5

Referenties B.6

BIJLAGE C. BEREKENDE WAARDEN VOOR SNELHEIDS-PARAMETERS

PER PITCH-PERIODE

BIJLAGE D. OVERZICHT VAN SCHROEFSTRAAL- EN

DIMENSIONE-RINGS-FORMULES

D.1 Schroefstraal evenwijdig aan of onder flauwe hoek met

kade-muur D.1

D.2 Schroefstraal loodrecht tegen kademuur D.3

D.3 Dimensioneren bodembescherming D.3

Schroefstraal tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 2 van 51

Ingenieursbureau 3 april 1996 ~ rapport 61.00-R94.038

TABELLEN 37

FIGUREN

FOTO'S:

foto 3: Steenverplaatsing na snelheidsmetingen

foto 4-12: Steenverplaatsingen bij erosie-proeven

BIJLAGE A BEREKENINGSMETHODEN VOOR STROOMSNELHEDEN

IN SCHROEFSTRALEN

Symbolen A.1

A.1 Stroomsnelheden in vrije (schroef)straal A.2

A.2 Stroomsnelheid direct achter de schroef A.3

kademuur A.5

A.4 Bodem-stroomsnelheid bij een straal loodrecht tegen een

kademuur A.7

À.5 Alternatieve berekeningsmethode bij een straal loodrecht tegen

een kademuur A.8

' Referenties A.9

Symbolen B.1

B.1 Begin van beweging B.2

B.2 Transport van bodemmateriaal B.5

Referenties B.6

BIJLAGE C. BEREKENDE WAARDEN VOOR SNELHEIDS-PARAMETERS

PER PITCH-PERIODE

D.1 Schroefstraal evenwijdig aan of onder flauwe hoek met

kade-muur D.1

D.2 Schroefstraal loodrecht tegen kademuur D.3

D.3 Dimensioneren bodembescherming D.3

Ingenieursbureau 3 april 1996 - rapport 61 .00-R94.038

TABELLEN ... i... 37

FIGUREN FOTO'S:

foto 3: Steenverplaatsing na snelheidsmetingen foto 4-12: Steenverplaatsingen bij erosie-proeven

BIJLAGEA BEREKENINGSMETHODEN VOOR STROOMSNELHEDEN

IN SCHROEFSTRALEN

Symbolen ... A.1 A.1 Stroomsnelheden in vrije (schroef)straa| ... A.2

A.2 Stroomsnelheid direct achter de schroef ... A.3

kademuur ... A.5 A.4 Bodem-stroomsnelheid bij een straal loodrecht tegen een

kademuur ... A.7

A.5 Alternatieve berekeningsmethode bij een straal loodrecht tegen een kademuur ... A.8 ` Referenties ... A.9

Symbolen ... ~... B.1 B.1 Begin van beweging ... B.2 B.2 Transport van bodemmateriaal ... B.5 Referenties ... B.6

BIJLAGE C. BEIREKENDE WAARDEN VOOR SNELHEIDS-PARAMETERS

PER PlTCH-PERIODE

D.1 Schroefstraal evenwijdig aan of onder flauwe hoek met kade-muur ... D.1 D.2 Schroefstraal loodrecht tegen kademuur ... D.3 D.3 Dimensioneren bodembescherming ... D.3

..._ -l -LL--M-.LL.-. -.___ I. _4 Lia-4 .-4

(5)

~

1

J J

i

LIJST VAN TABELLEN

Tabel 1. Overzicht van stuwkracht, vermogen en uitstroomsnelheid van de stuurboordschroef, en berekende stroomsnelheden boven de bodem voor de kademuur, bij verschillende pitches.

Tabel 2 Beproefde steengraderingen

Tabel 3. Uitgevoerde erosie-proeven

Tabel 4. Gemeten transport-íntensiteiten en erosie-snelheden Tabel 5. Berekende transport-intensiteiten en

schuifspannings-factoren

Tabel 6. Steentransporten van fosforslakken en breuksteen, berekend met de relatie van Paintal voor verschillende Isbash- en schuifspanníngsfac-toren (b,s en cf)

L ~

1

J J

i

LIJST VAN TABELLEN

Tabel 1. Overzicht van stuwkracht, vermogen en uitstroomsnelheid van de stuurboordschroef, en berekende stroomsnelheden boven de bodem voor de kademuur, bij verschillende pitches.

Tabel 2 Beproefde steengraderingen

Tabel 3. Uitgevoerde erosie-proeven

Tabel 4. Gemeten transport-íntensiteiten en erosie-snelheden Tabel 5. Berekende transport-intensiteiten en

schuifspannings-factoren

Tabel 6. Steentransporten van fosforslakken en breuksteen, berekend met de relatie van Paintal voor verschillende Isbash- en schuifspanníngsfac-toren (b,s en cf)

L

L__J

L„„_J

L__J

L„_J

L__J

IIII

[::]

III

Gemeentewerken Rotterdam project DO0.030: DELTA 2000-8 Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61.00-R94.038

LIJST VAN TABELLEN

Tabel 1. Tabel 2 Tabel 3. Tabel 4. Tabel 5. Tabel 6.

Overzicht van stuwkracht, vermogen en uitstroomsnelheid van de stuurboordschroef, en berekende stroomsnelheden boven de bodem voor de kademuur, bij verschillende pitches.

Beproefde steengraderingen Uitgevoerde erosie-proeven

Gemeten transport-intensiteiten en erosie-snelheden Berekende transport-intensiteiten en schuifspannings-factoren

Steentransporten van fosforslakken en breuksteen, berekend met de relatie van Paintal voor verschillende lsbash- en

schuifspanningsfac-toren (bls en cf)

(6)

Gemeentewerken Rotterdam Ingenieursbureau

project D00.030: DELTA 2000-8

3 april 1996 rapport 61.00-R94.038

LIJST VAN FIGUREN

Figuur 1. Doorsneden van kademuur en damwand Figuur 2. Zijaanzicht van de sleepboot "Maasbank"

Figuur 3. Schroef-stuwkracht en motorvermogen van de "Maasbank" als func-tie van de schroef-pitch, bij bollard-pull-condifunc-ties en maximaal

toeren-tal

Figuur 4. Schroef-stuwkracht van de "Maasbank" als functie van de het mo-torvermogen, bij bollard-pull-condities en maximaal toerental

Figuur 5. Bovenaanzicht meetbak

Figuur 6. Afwering sleepboot aan de kademuur

Figuur 7. Tijd-gemiddelde horizontale stroomsnelheid boven de bodem als functie van de pitch

Figuur 8. Tijd-gemiddelde horizontale stroomsnelheid boven de bodem als functie van de afstand van de schroef voor de kade

Figuur 9. Richting van de tijd-gemiddelde horizontale snelheidsvectoren boven de bodem

Figuur 1 1. Diameter-gradering van beproefde steensoorten

Figuur 12. Raaien over de meetbak voor het opmeten van de erosie, en definitie van het horizontale assenstelsel

Figuur 10 Momentane turbulente snelheids-registraties Figuur 13. Erosie-snelheid van stenen in de meetbak Figuur 14. Transport-intensiteit~van stenen in de meetbak Figuur 15. Maximale transport-intensiteit per meetraaf;

variatie over de breedte van de bak

Gemeentewerken Rotterdam Ingenieursbureau

project D00.030: DELTA 2000-8

3 april 1996 rapport 61.00-R94.038

LIJST VAN FIGUREN

Figuur 3. Schroef-stuwkracht en motorvermogen van de "Maasbank" als func-tie van de schroef-pitch, bij bollard-pull-condifunc-ties en maximaal

toeren-tal

Figuur 5. Bovenaanzicht meetbak

Figuur 6. Afwering sleepboot aan de kademuur

Figuur 10 Momentane turbulente snelheids-registraties Figuur 13. Erosie-snelheid van stenen in de meetbak Figuur 14. Transport-intensiteit~van stenen in de meetbak Figuur 15. Maximale transport-intensiteit per meetraaf;

LIJST VAN FIGUREN]

Figuur 3. Schroef-stuwkracht en motorvermogen van de "Maasbank" als func-tie van de schroef-pitch, bij bollard-pull-condifunc-ties en maximaal toeren-tal

Figuur 5. ` Bovenaanzicht meetbak

Figuur 6. Afmering sleepboot aan de kademuur

Figuur 10 Momentane turbulente snelheids-registraties Figuur 13. Erosie-snelheid van stenen in de meetbak Figuur 14. Transport-intensiteit'van stenen in de meetbak Figuur 15. Maximale transport-intensiteit per meetraai;

1M-4! T"J 4_44 _ __24.-M„.-444 _ __]

(7)

1. INLEIDING

1.1 Achtergrond en opzet van het onderzoek

Schroefstralen tegen of langs een kademuur kunnen erosie veroorzaken van de bodem voor de kademuur. Hierdoor kan de stabiliteit van de kademuur in gevaar worden gebracht. Erosie van de bodem kan worden voorkomen door voor de kademuur een bodembescherming aan te brengen.

Bij het dimensioneren van een bodembescherming wordt gebruikt gemaakt van twee rekenrelaties:

een relatie om de stroomsnelheden die door de schroefstraal boven de bodem optreden te berekenen;

een relatie om de stenen van een bodembescherming te dimensioneren, gegeven een zekere stroomsnelheid boven de bodem.

Met name de relatie voor de berekening van de stroomsnelheden die worden veroorzaakt door een straal loodrecht op de kade, is een sterke vereenvoudiging van de werkelijkheid. Deze relatie is -voor zover bekend -nog nooit door metin-gen getoetst.

I.n de relatie voor het dimensioneren van stenen komt een coëfficiënt voor, waarvoor in de literatuur tamelijk uiteenlopende waarden worden gegeven. Op grond van ervaringen in de praktijk - d.w.z. minder ontgrondingen dan theo-retisch wordt verwacht -bestaat de indruk dat de gangbare rekenrelaties resul-teren in een overdimensionering van bodembescherming, hetgeen onnodig hoge kosten met zich mee zou brengen.

Ter toetsing van de tot nu toe gangbare rekenrelaties zijn in opdracht van het Gemeentelijk Havenbedrijf Rotterdam twee soorten metingen uitgevoerd:

snelheidsmetingen, uitgevoerd op 27 november 1993:

hierbij zijn stroomsnelheden gemeten die optreden boven de bodem voor een kademuur als gevolg van een schroefstraal loodrecht op de kademuur en een schroefstraal onder een flauwe hoek t.o.v. de kademuur;

erosiemetingen, uitgevoerd op 5 maart 1994:

hierbij is de erosie gemeten als gevolg van een schroefstraal loodrecht tegen een kademuur, met mijnsteen 10-125 mm en fosforslakken 40-160 mm als beproefde steensoorten.

Aanleiding om nu metingen uit te voeren is de in voorbereiding zijnde bouw van een grote lengte aan kademuren langs de Amazonehaven (op de Maasvlakte) voor container-overslag. Langs deze kademuren zullen grote container-schepen afmeren, die bij het aan- en afmeren gebruik maken van boeg- en hekschroef.

1. INLEIDING

1.1 Achtergrond en opzet van het onderzoek

een relatie om de stroomsnelheden die door de schroefstraal boven de bodem optreden te berekenen;

een relatie om de stenen van een bodembescherming te dimensioneren, gegeven een zekere stroomsnelheid boven de bodem.

Met name de relatie voor de berekening van de stroomsnelheden die worden veroorzaakt door een straal loodrecht op de kade, is een sterke vereenvoudiging van de werkelijkheid. Deze relatie is -voor zover bekend -nog nooit door metin-gen getoetst.

I.n de relatie voor het dimensioneren van stenen komt een coëfficiënt voor, waarvoor in de literatuur tamelijk uiteenlopende waarden worden gegeven. Op grond van ervaringen in de praktijk - d.w.z. minder ontgrondingen dan theo-retisch wordt verwacht -bestaat de indruk dat de gangbare rekenrelaties resul-teren in een overdimensionering van bodembescherming, hetgeen onnodig hoge kosten met zich mee zou brengen.

snelheidsmetingen, uitgevoerd op 27 november 1993:

erosiemetingen, uitgevoerd op 5 maart 1994:

hierbij is de erosie gemeten als gevolg van een schroefstraal loodrecht tegen een kademuur, met mijnsteen 10-125 mm en fosforslakken 40-160 mm als beproefde steensoorten.

l_›

Lfir_.ii_._il-_.l _JLll-.JL

ll--Gemeentewerken Rotterdam project D00.030: DELTA 2000-8

1 . INLEIDING

1 .1 Achtergrond en opzet van het onderzoek

- een relatie om de stroomsnelheden die door de schroefstraal boven de bodem optreden te berekenen;

- een relatie om de stenen van een bodembescherming te dimensioneren, gegeven een zekere stroomsnelheid boven de bodem.

Met name de relatie voor de berekening van de stroomsnelheden die worden veroorzaakt door een straal loodrecht op de kade, is een sterke vereenvoudiging van de werkelijkheid. Deze relatie is - voor zover bekend - nog nooit door metin-gen getoetst.

l.n de relatie voor het dimensioneren van stenen komt een coëfficiënt voor, waarvoor in de literatuur tamelijk uiteenlopende waarden worden gegeven. Op grond van ervaringen in de praktijk - d.w.z. minder ontgrondingen dan theo-retisch wordt verwacht - bestaat de indruk dat de gangbare rekenrelaties resul-teren in een overdimensionering van bodembescherming, hetgeen onnodig hoge kosten met zich mee zou brengen.

- snelheidsmetingen, uitgevoerd op 27 november 1993:

- erosiemetingen, uitgevoerd op 5 maart 1994:

hierbij is de erosie gemeten als gevolg van een schroefstraal loodrecht

tegen een kademuur, met mijnsteen 10-125 mm en fosforslakken 40-160

mm als beproefde steensoorten.

(8)

Ter bescherming van de kademuur is enige vorm van bodembescherming nood-zakelijk.

De dimensionering van de bodembescherming voor de Amazonehaven wordt beschreven in ref.4. Hierbij wordt mede gemaakt van de resultaten van de metingen die in het onderhavige rapport worden beschreven.

De onderhavige metingen zijn uitgevoerd met een grote havensleepboot. Hier-voor is gekozen omdat een sleepboot makkelijk inzetbaar is Hier-voor een meting, terwijl de hoofdschroef van een grote sleepboot. qua diameter en vermogen vergelijkbaar is met de boeg- en hekschroef van een groot containerschip.

1.2 Doelstelling

De metingen die in de voorgaande paragraaf zijn genoemd, zijn uitgevoerd met de volgende doelstellingen:

toetsing van de gangbare rekenrelaties voor het berekenen van de stroom-snelheden en het dimensioneren van een steenbestorting;

onderbouwing van een optimale dimensionering van de aan te leggen bodembescherming langs de kademuren in de Amazonehaven.

1.3 Opzet van de rapportage

In deze onderhavige rapportage wordt verslag gedaan van de opzet, het verloop en de resultaten van de metingen. Tevens worden de tot nu toe gangbare rekenmethodes getoetst aan de meetresultaten.

Een overzicht van de gangbare rekenmethodes voor stroomsnelheden veroor-zaakt door schroefstralen en voor de dimensionering van bodemverdedigingen, wordt gegeven in bijlage A en B.

De algemene opzet van zowel de snelheids- als de erosie-metingen wordt be-sproken in hoofdstuk 2.

De snelheidsmetingen worden besproken in hoofdstuk 3, 4 en 5. De erosie-metingen worden besproken in hoofdstuk 6, 7 en 8.

Bij de bespreking van de snelheids- en erosie-metingen komen achtereenvolgens aan de orde:

beschrijving van het meetprogramma (hfdst. 3 en 6),

algemene beschrijving van de meetresultaten (hfdst. 4 en 7),

toetsing van gangbare reken-relaties aan de meetresultaten (hfdst. 5 en 8).

De onderhavige metingen zijn uitgevoerd met een grote havensleepboot. Hier-voor is gekozen omdat een sleepboot makkelijk inzetbaar is Hier-voor een meting, terwijl de hoofdschroef van een grote sleepboot. qua diameter en vermogen vergelijkbaar is met de boeg- en hekschroef van een groot containerschip.

1.2 Doelstelling

toetsing van de gangbare rekenrelaties voor het berekenen van de stroom-snelheden en het dimensioneren van een steenbestorting;

onderbouwing van een optimale dimensionering van de aan te leggen bodembescherming langs de kademuren in de Amazonehaven.

1.3 Opzet van de rapportage

In deze onderhavige rapportage wordt verslag gedaan van de opzet, het verloop en de resultaten van de metingen. Tevens worden de tot nu toe gangbare rekenmethodes getoetst aan de meetresultaten.

beschrijving van het meetprogramma (hfdst. 3 en 6),

algemene beschrijving van de meetresultaten (hfdst. 4 en 7),

toetsing van gangbare reken-relaties aan de meetresultaten (hfdst. 5 en 8).

Gemeentewerken Rotterdam project D00.030: DELTA 2000-8 Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61 .OO-R94.038

De onderhavige metingen zijn uitgevoerd met een grote havensleepboot. Hier-voor is gekozen omdat een sleepboot makkelijk inzetbaar is Hier-voor een meting, terwijl de hoofdschroef van een grote sleepboot qua diameter en vermogen vergelijkbaar is met de boeg- en hekschroef van een groot containerschip.

1 .2 Doelstelling

- toetsing van de gangbare rekenrelaties voor het berekenen van de stroom-snelheden en het dimensioneren van een steenbestorting;

- onderbouwing van een optirnale dimensionering van de aan te leggen bodembescherming langs de kademuren in de Amazonehaven.

1 .3 Opzet van de [rapportage

ln deze onderhavige rapportage wordt verslag gedaan van de opzet, het verloop en de resultaten van de metingen. Tevens worden de tot nu toe gangbare rekenmethodes getoetst aan de meetresultaten.

- beschrijving van het meetprogramma (hfdst. 3 en 6),

- algemene beschrijving van de meetresultaten (hfdst. 4 en 7),

- toetsing van gangbare reken-relaties aan de meetresultaten (hfdst. 5 en 8).

-44-44-r'_.1...44t._'1 .. 144 . _.i 4 _ m 44.!!4 f:___l

(9)

Erosie komt niet alleen aan de orde in hoofdstuk 6, 7 en 8, maar ook in de laatste paragraaf van hoofdstuk 4. Dit betreft de erosie die is geconstateerd bij de snelheidsmetingen.

De belangrijkste conclusies m.b.t. stroomsnelheden èn erosie worden vermeld in hoofdstuk 9.

De onderhavige definitieve rapport-versie vervangt de concept versie van 9 juni 1994. ~, ~ ~ ~ J

i

De onderhavige definitieve rapport-versie vervangt de concept versie van 9 juni 1994. ~, ~ ~ ~ J

i

Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61 .OO-R94.038

De onderhavige definitieve rapport-versie vervangt de concept versie van 9 juni 1994.

(10)

1

~ II ~~ ~

1

~ —, ~ -,

Schroefstraal tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 8 van 51 Gemeentewerken Rotterdam project D00.030: DELTA 2000-8

1

~ II ~~ ~

1

~ —, ~ -,

Schroefstraal tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 8 van 51 Gemeentewerken Rotterdam

Ingenieursbureau . 3 april 1996 project D00.030: DELTA 2000-8rapport 61 .OO-R94.038

Schreefstraal tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 8 van 51

__-mß--[ff-144 Ff) u ___. L4 __J 4 ___ __l

(11)

2. ALGEMENE OPZET VAN DE METINGEN

2.1 Locatie van de metingen

J

I

Alle metingen zijn uitgevoerd voor de kademuur van Steinweg Handelsveem BV in de Beneluxhaven (Europoort).

Deze kademuur is een verticaal staande combi-wand, bestaande uit buispalen fó 1067 mm, h.o.h. 2330 mm, met daartussen twee damwandplanken PU 12 (zie figuur 1).

Voor de damwand bevindt zich een bodembescherming bestaande uit puin en breuksteen met een steengewicht tussen 10 en 60 kg.

De bovenkant van de bodembescherming bevindt zich op N.A.P.-9,00 m.

2.2 Vergelijking met niet-verticale damwand

De metingen zijn uitgevoerd voor een kademuur met een verticaal staande damwand. Er zijn ook kademuren waarbij de damwand niet verticaal staat. Er kan een schatting worden gemaakt van de invloed van de hoek van de dam-wand op de schroefstraal-snelheid boven de bodem.

In de Europahaven bij de Delta 1 en Delta 2 terminal staat de damwand onder resp. 4,5:1 en 3,5:1. Dit betekent dat de straal onder een hoek van resp. 77 %i ° en 74° invalt op de damwand. Uitgaande van de 2-dimensionale theorie van een vlakke straal die onder een hoek a invalt op een oneindig grote plaat, is de straal die naar beneden afbuigt in deze situatie een factor (1-cos a) =resp. 0,78 en 0,73 dunner dan in de situatie van een straal loodrecht op een plaat (ref.2, p.3.18). Volgens de theorie van een vlakke en een axisymmetrische wandstraal worden de stroomsnelheden in de neerwaartse straal hierdoor een factor (1-cos a)°•5 =resp. 0,89 en 0,85 kleiner (ref.3, p.218, 229).

Echter bij Delta 1 en Delta 2 is de situatie veel gecompliceerder dan bij een "oneindig grote plaat". De schroefstraal valt in op de damwand juist onder de betonnen overstek van de kademuur. Deze overstek belemmert de verticale verspreiding van de straal, hetgeen een verhogende invloed heeft op de snelhe-den in de neerwaartse straal. Hierdoor is het mogelijk dat de snelhesnelhe-den in de neerwaartse straal zelfs iets groter zijn dan in de situatie van vlakke loodrechte damwand, zoals bij Steinweg Handelsveem.

J

I

Deze kademuur is een verticaal staande combi-wand, bestaande uit buispalen fó 1067 mm, h.o.h. 2330 mm, met daartussen twee damwandplanken PU 12 (zie figuur 1).

Voor de damwand bevindt zich een bodembescherming bestaande uit puin en breuksteen met een steengewicht tussen 10 en 60 kg.

In de Europahaven bij de Delta 1 en Delta 2 terminal staat de damwand onder resp. 4,5:1 en 3,5:1. Dit betekent dat de straal onder een hoek van resp. 77 %i ° en 74° invalt op de damwand. Uitgaande van de 2-dimensionale theorie van een vlakke straal die onder een hoek a invalt op een oneindig grote plaat, is de straal die naar beneden afbuigt in deze situatie een factor (1-cos a) =resp. 0,78 en 0,73 dunner dan in de situatie van een straal loodrecht op een plaat (ref.2, p.3.18). Volgens de theorie van een vlakke en een axisymmetrische wandstraal worden de stroomsnelheden in de neerwaartse straal hierdoor een factor (1-cos a)°•5 =resp. 0,89 en 0,85 kleiner (ref.3, p.218, 229).

Echter bij Delta 1 en Delta 2 is de situatie veel gecompliceerder dan bij een "oneindig grote plaat". De schroefstraal valt in op de damwand juist onder de betonnen overstek van de kademuur. Deze overstek belemmert de verticale verspreiding van de straal, hetgeen een verhogende invloed heeft op de snelhe-den in de neerwaartse straal. Hierdoor is het mogelijk dat de snelhesnelhe-den in de neerwaartse straal zelfs iets groter zijn dan in de situatie van vlakke loodrechte damwand, zoals bij Steinweg Handelsveem.

Gemeentewerken Rotterdam project DO0.030: DELTA 2000-8 ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61 .00-Fl94.038

Deze kademuur is een verticaal staande combi-wand, bestaande uit buispalen ø1067 mm, h.o.h. 2330 mm, met daartussen twee damwandplanken PU 12 (zie figuur 1).

Voor de damwand bevindt zich een bodembescherming bestaande uit puin en

breuksteen met een steengewicht tussen 10 en 60 kg.

ln de Europahaven bij de Delta 1 en Delta 2 terminal staat de damwand onder resp. 4,5:1 en 3,511. Dit betekent dat de straal onder een hoek van resp. 771/2 ° en 74° invalt op de damwand. Uitgaande van de 2-dimensionale theorie van een vlakke straal die onder een hoek a invalt op een oneindig grote plaat, is de straal die naar beneden afbuigt in deze situatie een factor (1-cos a) = resp. 0,78 en 0,73 dunner dan in de situatie van een straal loodrecht op een plaat (ref.2, p.3.18). Volgens de theorie van een vlakke en een axisymmetrische wandstraal worden de stroomsnelheden in de neerwaartse straal hierdoor een factor (1-cos a)°'5 = resp. 0,89 en 0,85 kleiner (ref.3, p.218, 229).

Echter bij Delta 'l en Delta 2 is de situatie veel gecompliceerder dan bij een "oneindig grote plaat". De schroefstraal valt in op de damwand juist onder de betonnen overstek van de kademuur. Deze overstek belemmert de verticale verspreiding van de straal, hetgeen een verhogende invloed heeft op de

snelhe-den in de neerwaartse straal. Hierdoor is het mogelijk dat de snelhesnelhe-den in de neerwaartse straal zelfs iets groter zijn dan in de situatie van vlakke loodrechte damwand, zoals bij Steinweg Handelsveem.

(12)

~

2.3 Boot- en schroef-karakteristieken

De boot die bij alle metingen is ingezet voor het opwekken van de schroefstraal is de sleepboot "Maasbank" van het sleepbootbedrijf Smit International BV (zie figuur 2 en 6).

De hoofdafmetingen van de "Maasbank" zijn:

lengte "over all" 37,40 m

breedte 11,00 m

maxímale diepgang halve scheepslengte 4,25 m

maximale diepgang achter : ca. 4,50 m

De "Maasbank" is uitgerust met twee hoofdschroeven en één boegschroef. De hoofdschroeven zijn draaibaar rond een verticale as, en ze hebben vier verstelbare schroefbladen. De hoek van de schroefbladen ('pitch') kan worden gevarieerd tussen -20 ° en + 23 ° .

De schroefas van de hoofdschroeven maakt een hoek van 2° met het horizonta-le vlak, waardoor de schroefstraal enigszins naar het wateroppervlak is gericht. De karakteristieken van de hoofdschroeven:

fabrikaat: Schottel - Lips

schroefdiameter: 2,50 m

schroefbladen: 4 verstelbare

max. toerental: motor: 1000 omw/min

schroef: 242 omw/mín = 4,03 omw/sec max. vermogen p. schroef: 1950 kW (= 2650 pk)

max. stuwkracht p. schr.: ca. 340 kN per schroef locatie van de schroef: ca. 2,77 m uit scheepsas,

ca. 3,9 m uit het achterschip naar voren

hoogte van schroefas: 2,8 m beneden het wateroppervlak

lengte straatbuis: 1,27 m (schroef bevindt zich ongeveer

halver-wege de straalbuis)

roer: niet aanwezig

Bij alle uitgevoerde proeven is slechts één hoofdschroef gebruikt, namelijk de stuurboord-schroef. Bij alle proeven heeft de schroef met maximaal toerental gedraaid, en is de pitch gevarieerd (zie § 3.1).

De ontwerp-relaties voor het motorvermogen ('engine output') en de stuwkracht ('thrust') per schroef als functie van de pitch zijn uitgezet in figuur 3. Deze relaties gelden bij het maximale toerental bij bollard-pull-condities (d.w.z. als de sleepboot stil ligt t.o.v. het water).

In deze figuur zijn ook de resultaten uitgezet van metingen die zijn uitgevoerd bij een bollard-pull-test op 28 april 1987. Hierbij is de trekkracht gemeten en het

motorvermogen.

De gemeten trekkracht is in principe kleiner dan de gezamenlijke stuwkracht van de schroeven, omdat de schroef een waterbeweging rond de sleepboot veroor-zaakt die een kracht uitoefent op de sleepboot. Door deze stromingskracht gaat gewoonlijk 10 à 15 %van de stuwkracht 'verloren' [mondelinge informatie Lips,

Drunenl.

1

Schroefstraat tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 10 van 51

~

De hoofdafmetingen van de "Maasbank" zijn:

lengte "over all" 37,40 m

breedte 11,00 m

maxímale diepgang halve scheepslengte 4,25 m

De "Maasbank" is uitgerust met twee hoofdschroeven en één boegschroef. De hoofdschroeven zijn draaibaar rond een verticale as, en ze hebben vier verstelbare schroefbladen. De hoek van de schroefbladen ('pitch') kan worden gevarieerd tussen -20 ° en + 23 ° .

schroef: 242 omw/mín = 4,03 omw/sec max. vermogen p. schroef: 1950 kW (= 2650 pk)

max. stuwkracht p. schr.: ca. 340 kN per schroef locatie van de schroef: ca. 2,77 m uit scheepsas,

ca. 3,9 m uit het achterschip naar voren

hoogte van schroefas: 2,8 m beneden het wateroppervlak

lengte straatbuis: 1,27 m (schroef bevindt zich ongeveer

halver-wege de straalbuis)

roer: niet aanwezig

In deze figuur zijn ook de resultaten uitgezet van metingen die zijn uitgevoerd bij een bollard-pull-test op 28 april 1987. Hierbij is de trekkracht gemeten en het

motorvermogen.

De gemeten trekkracht is in principe kleiner dan de gezamenlijke stuwkracht van de schroeven, omdat de schroef een waterbeweging rond de sleepboot veroor-zaakt die een kracht uitoefent op de sleepboot. Door deze stromingskracht gaat gewoonlijk 10 à 15 %van de stuwkracht 'verloren' [mondelinge informatie Lips,

Drunenl.

1

Schroefstraat tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 10 van 51

Gemeentewerken Rotterdam project DO0.030: DELTA 2000-8

Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61 .00-R94.038

De hoofdafmetingen van de "Maašbank" zijn:

lengte "over all" : 37,40 m

breedte

›

:

1 1,00 m

maximale diepgang halve scheepslengte : 4,25 m

De "Maasbank" is uitgerust met twee hoofdschroeven en één boegschroef. De hoofdschroeven zijn draaibaar rond een verticale as, en ze hebben vier verstelbare schroefbladen. De hoek van de schroefbladen ('pitch') kan worden gevarieerd tussen -20° en +23°.

schroef: 242 omw/min = 4,03 omw/sec

max. vermogen p. schroef: 1950 kW (= 2650 pk) max. stuwkracht p. schr.: ca. 340 kN per schroef locatie van de schroef: ca. 2,77 m uit scheepsas,

ca. 3,9 m uit het achterschip naar voren hoogte van schroefas: 2,8 m beneden het wateroppervlak

lengte straalbuis: 1,27 m (schroef bevindt zich ongeveer halver-wege de straalbuis)

roer: niet aanwezig

ln deze figuur zijn ook de resultaten uitgezet van metingen die zijn uitgevoerd bij

een bollard-pull-test op 28 april 1987. Hierbij is de trekkracht gemeten en het

motorvermogen.

De gemeten trekkracht is in principe kleiner dan de gezamenlijke stuwkracht van de schroeven, omdat de schroef een waterbeweging rond de sleepboot veroor-zaakt die een kracht uitoefent op de sleepboot. Door deze stromingskracht gaat gewoonlijk 10 à 15 % van de stuwkracht 'verloren' [mondelinge informatie Lips,

Drunenl.

mëm

4_U

.__

14.,

(13)

Gemeentewerken Rotterdam project D00.030: DELTA 2000-8 Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61.00-R94.038

De gemeten trekkracht is daarom met een factor 1,12 vergroot om de stuw-kracht van de schroeven te verkrijgen.

Er is bij de trekproef alleen een totale trekkracht gemeten voor beide schroeven tezamen. Deze totale trekkracht is verdeeld over de bakboord- en de stuurboord-schroef evenredig met de 2/3-de macht van de per stuurboord-schroef gemeten vermogens. De 2/3-de macht komt overeen met vgl.(A.12) uit bijlage A.

Uit figuur 3 blijkt dat de gemeten vermogens en trekkrachten groter zijn dan volgens de ontwerprelaties, en dat er tevens grote verschillen bestaan tussen de bakboord- en de stuurboordschroef. Alleen bij maximale pitch zijn de meetresul-taten voor beide schroeven gelijk.

In figuur 4 is op logaritmische schaal het verband uitgezet tussen stuwkracht en motorvermogen volgens het ontwerp en volgens de metingen. Bij hoge pitches wordt de afwijking tussen de ontwerp-relatie en de gemeten relatie gering, en naderen beide relaties naar een 2/3-de macht van het vermogen. Dit komt overeen met de 2/3-de macht in vgl.(A.12). Deze vergelijking geeft bij de Maas-bank echter een onderschatting van de stuwkracht met ca. 10 % (bij 20° pitch).

De oorzaak van de verschillen tussen meetresultaten en ontwerp en van de verschillen tussen beide schroeven, is onduidelijk. Mogelijk wijkt het motorver-mogen af van de ontwerprelatie, df komt de aflezing van de pitch op de brug van de sleepboot niet overeen met de werkelijke pitch van de schroef. Het is niet zeker dat bij het schroefstraal-onderzoek nog sprake is van dezelfde afwij-kingen als bij de bollard-pull test. Aannemende dat dit wèl het geval is, wordt bij schroefstraalberekeningen in het vervolg uitgegaan van de waarden die zijn gemeten bij de bollard-pull-test voor de stuurboordschroef.

De stroomsnelheden die hiermee worden berekend, zijn bij lage pitches (6° en 9°) ca. 23 %groter dan wanneer zondermeer zou zijn uitgegaan van de stuw-kracht volgens de ontwerp-relatie.

De stuwkracht-waarden van de stuurboordschroef afhankelijk van de pitch, waar bij de berekening van de stroomsnelheden voor de kademuur van uit is gegaan, zijn vermeld in tabel 1.

J

2.4 Bak-constructie voor plaatsing van snelheidsmeters en stenen

Voor het plaatsen van snelheidsmeters en stenen op de bodem voor de kade-muur is gebruik gemaakt van een stalen bak met afmetingen 0,24 x 2,52 x 3,18 m (figuur 5).

De randen van de bak bestaan uit IPE-240 profielen. De bak is door een extra IPE-240 profiel verdeeld in twee compartimenten met als inwendige oppervlak-te-maten tussen de bovenflenzen 1,08 x 2,94 m.

De bodem van de bak bestaat uit een tranenplaat 8/10 mm, die rust op de onderflenzen van de IPE-profielen (met elkaar verbonden door 30 %lassen). De

Schroefstraal tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 1 1 van 51 Gemeentewerken Rotterdam project D00.030: DELTA 2000-8 Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61.00-R94.038

Er is bij de trekproef alleen een totale trekkracht gemeten voor beide schroeven tezamen. Deze totale trekkracht is verdeeld over de bakboord- en de stuurboord-schroef evenredig met de 2/3-de macht van de per stuurboord-schroef gemeten vermogens. De 2/3-de macht komt overeen met vgl.(A.12) uit bijlage A.

In figuur 4 is op logaritmische schaal het verband uitgezet tussen stuwkracht en motorvermogen volgens het ontwerp en volgens de metingen. Bij hoge pitches wordt de afwijking tussen de ontwerp-relatie en de gemeten relatie gering, en naderen beide relaties naar een 2/3-de macht van het vermogen. Dit komt overeen met de 2/3-de macht in vgl.(A.12). Deze vergelijking geeft bij de Maas-bank echter een onderschatting van de stuwkracht met ca. 10 % (bij 20° pitch).

De oorzaak van de verschillen tussen meetresultaten en ontwerp en van de verschillen tussen beide schroeven, is onduidelijk. Mogelijk wijkt het motorver-mogen af van de ontwerprelatie, df komt de aflezing van de pitch op de brug van de sleepboot niet overeen met de werkelijke pitch van de schroef. Het is niet zeker dat bij het schroefstraal-onderzoek nog sprake is van dezelfde afwij-kingen als bij de bollard-pull test. Aannemende dat dit wèl het geval is, wordt bij schroefstraalberekeningen in het vervolg uitgegaan van de waarden die zijn gemeten bij de bollard-pull-test voor de stuurboordschroef.

De stroomsnelheden die hiermee worden berekend, zijn bij lage pitches (6° en 9°) ca. 23 %groter dan wanneer zondermeer zou zijn uitgegaan van de stuw-kracht volgens de ontwerp-relatie.

De stuwkracht-waarden van de stuurboordschroef afhankelijk van de pitch, waar bij de berekening van de stroomsnelheden voor de kademuur van uit is gegaan, zijn vermeld in tabel 1.

J

De randen van de bak bestaan uit IPE-240 profielen. De bak is door een extra IPE-240 profiel verdeeld in twee compartimenten met als inwendige oppervlak-te-maten tussen de bovenflenzen 1,08 x 2,94 m.

De bodem van de bak bestaat uit een tranenplaat 8/10 mm, die rust op de onderflenzen van de IPE-profielen (met elkaar verbonden door 30 %lassen). De

Schroefstraal tegen kademuur. Stroomsnelheid- en erosiemetingen. pagina 1 1 van 51

i__JL__i---|

ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61 .OO-R94.038

Er is bij de trekproef alleen een totale trekkracht gemeten voor beide schroeven tezamen. Deze totale trekkracht is verdeeld over de bakboord- en de stuurboord-schroef evenredig met de 2/3-de macht van de per stuurboord-schroef gemeten vermogens.

De 2/3-de macht komt overeen met vgl.(A.12) uit bijlage A.

ln figuur 4 is op logaritmische schaal het verband uitgezet tussen stuwkracht en motorvermogen volgens het ontwerp en volgens de metingen. Bij hoge pitches wordt de afwijking tussen de ontwerp-relatie en de gemeten relatie gering, en naderen beide relaties naar een 2/3-de macht van het vermogen. Dit komt overeen met de 2/3-de macht in vgl.(A.12). Deze vergelijking geeft bij de Maas-bank echter een onderschatting van de stuwkracht met ca. 10 % (bij 20°

pitch).

De oorzaak van de verschillen tussen meetresultaten en ontwerp en van de verschillen tussen beide schroeven, is onduidelijk. Mogelijk wijkt het motorver-mogen af van de ontwerprelatie, öf komt de aflezing van de pitch op de brug van de sleepboot niet overeen met de werkelijke pitch van de schroef. Het is niet zeker dat bij het schroefstraal-onderzoek nog sprake is van dezelfde afwij-kingen als bij de bollard-pull test. Aannemende dat dit wèl het geval is, wordt bij schroefstraalberekeningen in het vervolg uitgegaan van de waarden die zijn gemeten bij de bollard-pull-test voor de stuurboordschroef.

De stroomsnelheden die hiermee worden berekend, zijn bij lage pitches (6° en 9°) ca. 23 % groter dan wanneer zondermeer zou zijn uitgegaan van de stuw-kracht volgens de ontwerp-relatie.

De stuwkracht-waarden van de stuurboordschroef afhankelijk van de pitch,

waar bij de berekening van de stroomsnelheden voor de kademuur van uit is

gegaan, zijn vermeld in tabel 1.

De randen van de bak bestaan uit IPE-240 profielen. De bak is door een extra lPE-240 profiel verdeeld in twee compartimenten met als inwendige oppervlak-te-maten tussen de bovenflenzen 1,08 x 2,94 m.

De bodem van de bak bestaat uit een tranenplaat 8/10 mm, die rust op de onderf|e`nzen van de lPE-profielen (met elkaar verbonden door 30 % lassen). De

(14)

inwendige hoogte van de compartimenten tussen tranenplaat en bovenkant van bovenflens is 0,222 m.

Op de IPE-profielen is op vier plaatsen (fig.5) een verticale buis 6015 mm (uit-wendige diameter 60 mm, wanddikte 5 mm) met een lengte van 1 m gelast. Aan iedere verticale buis zijn in één of in twee richtingen horizontale buizen (48/5 mm) gelast. Aan het eind van deze buizen bevonden zich beugels, waar de (cylindrische) meetinstrumenten in verticale positie in ingeklemd worden, zodanig dat de onderkant van het meetvolume zich 20 cm boven het niveau van de bovenflenzen bevindt. De bevestiging van de meetinstrumenten is te zien op de foto's 1 en 2.

De meetinstrumenten zijn op minimaal 55 cm vanaf de zijranden van de bak geplaatst (zie fig.5), om te voorkomen dat de zijranden invloed hebben op de snelheidsregistraties.

De bak is met een kade-kraan op de bodem voor de kademuur geplaatst, zoda-nig dat één smalle zijde van de bak tegen de kademuur aan staat.

Om de bak tijdens het plaatsen verticaal te geleiden, is één smalle zijde van de bak voorzien van een geleideplaat die past tussen twee buispalen. Deze geleide-plaat zorgt er tevens voor dat de opening tussen de bak en de damwandplanken na plaatsing minimaal is.

Met twee zijwaarts uitstaande, lange kabels is de bak tegen horizontale ver-plaatsingen verzekerd.

De beide compartimenten van de bak zijn voor aanvang van de metingen tot aan het niveau van de bovenflenzen opgevuld met stenen.

Het volume aan stenen (incl. poriën) binnen één compartiment is 0,222 x 1,196 x 3,054 = 0,811 m3. Het totale gewicht aan stenen in beide compartimenten samen bedraagt ca. 2.600 kg. Het lege gewicht van de bak bedraagt ca. 980

kg.

Bij de snelheidsmetingen waren de stenen in de bak afgedekt met plaatgaas, om beschadiging van de meetinstrumenten door verplaatsende stenen te voorko-men.

Volgens het oorspronkelijke meetplan zouden na uitvoering van de snelheidsme-tingen zowel de snelheidsmeters als het plaatgaas worden verwijderd, waarna aansluitend erosie-metingen zouden worden uitgevoerd. Dit plan bleek echter niet uitvoerbaar, zodat de erosie-metingen op een latere datum zijn uitgevoerd.

2.5 Meetinstrumenten voor snelheidsmetingen

Voor de uitvoering van de metingen zijn de volgende instrumenten gebruikt: vier akoestische snelheidsmeters UCM (= Ultrasonic Current Meter), type UCM-40, SimTronix, Noorwegen;

één Electro-Magnetische Snelheidsmeter EMS, type E-40, Waterloopkundig Laboratorium Delft.

1'i

~~

~I

Op de IPE-profielen is op vier plaatsen (fig.5) een verticale buis 6015 mm (uit-wendige diameter 60 mm, wanddikte 5 mm) met een lengte van 1 m gelast. Aan iedere verticale buis zijn in één of in twee richtingen horizontale buizen (48/5 mm) gelast. Aan het eind van deze buizen bevonden zich beugels, waar de (cylindrische) meetinstrumenten in verticale positie in ingeklemd worden, zodanig dat de onderkant van het meetvolume zich 20 cm boven het niveau van de bovenflenzen bevindt. De bevestiging van de meetinstrumenten is te zien op de foto's 1 en 2.

Om de bak tijdens het plaatsen verticaal te geleiden, is één smalle zijde van de bak voorzien van een geleideplaat die past tussen twee buispalen. Deze geleide-plaat zorgt er tevens voor dat de opening tussen de bak en de damwandplanken na plaatsing minimaal is.

Het volume aan stenen (incl. poriën) binnen één compartiment is 0,222 x 1,196 x 3,054 = 0,811 m3. Het totale gewicht aan stenen in beide compartimenten samen bedraagt ca. 2.600 kg. Het lege gewicht van de bak bedraagt ca. 980

kg.

Voor de uitvoering van de metingen zijn de volgende instrumenten gebruikt: vier akoestische snelheidsmeters UCM (= Ultrasonic Current Meter), type UCM-40, SimTronix, Noorwegen;

één Electro-Magnetische Snelheidsmeter EMS, type E-40, Waterloopkundig Laboratorium Delft.

1'i

~~

~I

Gemeentewerken Rotterdam project DO0.030: DELTA 2000-8

Ingenieursbureau 3 april 1996 rapport 61 .00-R94.038

Op de lPE-profielen is op vier plaatsen (fig.5) een verticale buis 60/5 mm (uit-wendige diameter 60 mm, wanddikte 5 mm) met een lengte van 1 m gelast. Aan iedere verticale buis zijn in één of in twee richtingen horizontale buizen (48/5 mm) gelast. Aan het eind van deze buizen bevonden zich beugels, waar de (cylindrische) meetinstrumenten in verticale positie in ingeklemd worden, zodanig dat de onderkant van het meetvolume zich 20 cm boven het niveau van de bovenflenzen bevindt. De bevestiging van de meetinstrumenten is te zien op de foto's 1 en 2.

Om de bak tijdens het plaatsen verticaal te geleiden, is één smalle zijde van de bak voorzien van een geleideplaat olie past tussen twee buispalen. Deze geleide-plaat zorgt er tevens voor dat de opening tussen de bak en de damwandplanken na plaatsing minimaal is.

Het volume aan stenen (incl. poriën) binnen één compartiment is 0,222 x 1,196 x 3,054 = 0,811 m3. Het totale gewicht aan stenen in beide compartimenten samen bedraagt ca. 2.600 kg. Het lege gewicht van de bak bedraagt ca. 980 kg.

Voor de uitvoering van de metingen zijn de volgende instrumenten gebruikt: - vier akoestische snelheidsmeters UCM (= Ultrasonic Current Meter), type

UCM-40, SimTronix, Noorwegen;

- één Electro-Magnetische Snelheidsmeter EMS, type E-40, Waterloopkundig Laboratorium Delft.

Schroefstraal tegen kademuur, stroomsnelheid- en erosiemetingen

G

emeente werken

SCHROEFSTRAAL TEGEN KADEMUUR

Stroomsnelheid- en

erosiemetingen

emeente ~~erk ~~

raa

►~~;

~~ ~ .

G

emeente werken

SCHROEFSTRAAL TEGEN KADEMUUR

Stroomsnelheid- en

erosiemetingen

emeente ~~erk ~~

raa

►~~;

~~ ~ .

Queueäuqeutwlgeu----L

4SCHROEFSTRAAL TEGEN KADEMUUR

=

1.00-R91l.038

emeente Werken

Projectcode

l

""_'"'›“"f . u

QQ

“we

Datum

Naam

'yíáâ/måf-

' ~

m, 1/6; Datum: 6/f/qA

1'

1'

1

i

i

i

i

1

i

i

i

i

L__J

L„„_J

L__J

L__J

L__J

L„_J

L__J

IIII

IIII

IIII

IIII

IIII

[::]

III

i

i

i

i

1

1

1

1

1

1

I

I

1

1

1

1

1

1

1

1

emeente erk

_raa

emeente erk

_raa