15 maart 2016

Schaalmodel Nieuwe Zeesluis

IJmuiden

Arne van der Hout

Deltares – Enabling Delta Life

Schaalmodel Noordersluis Berlijn in ca. 1920

Achtergrond

4

Achtergrond

5

• Weinig ruimte asymmetrische voorhaven, nautisch haalbaar

• Weinig ruimte geotechnische uitdagingen

• Grote sluis zoutindringing in het Noordzeekanaal

• Grotere schepen vlot en veilig nivelleren

• …

Achtergrond

6

• Weinig ruimte asymmetrische voorhaven, nautisch haalbaar

• Weinig ruimte geotechnische uitdagingen

• Grote sluis zoutindringing in het Noordzeekanaal

• Grotere schepen vlot en veilig nivelleren

Tijdslijn en betrokkenheid Deltares

2010 - 2012 Planfase 1

Proof of concept: nivelleersysteem, nautische aspecten,

stromingsberekeningen

2012 Voorkeursbesluit

2012 - 2014 Planfase 2

Nautisch onderzoek (schaalmodel & real time simulaties),

voorlopige dimensionering nivelleersysteem, hydraulische

randvoorwaarden

april 2014 Aanbesteding bouwcontract (DBFM) Hydraulisch onderzoek nivelleersysteem referentieontwerp

aug. 2015 Gunning bouwcontract aan OpenIJ

2016 Start aanleg

Toetsing definitief ontwerp en vaststellen hefprogramma’s

2019 Oplevering en ingebruikname zeesluis

Tijdslijn en betrokkenheid Deltares

2010 - 2012 Planfase 1

Proof of concept: nivelleerstysteem, nautische aspecten,

stromingsberekingen

2012 Voorkeursbesluit

2012 - 2014 Planfase 2

Nautisch onderzoek (schaalmodel & real time simulations),

voorlopige dimensionering nivelleersysteem , hydraulische

randvoorwaarden

april 2014 Aanbesteding bouwcontract (DBFM) Hydraulisch onderzoek nivelleersysteem referentieontwerp

aug. 2015 Gunning bouwcontract

2016 Start aanleg

Toetsing definitief ontwerp en vaststellen hefprogramma’s

2019 Oplevering en ingebruikname zeesluis

9

Hydraulisch onderzoek (schaalmodel)

Het gebouwde schaalmodel voor De Nieuwe Zeesluis IJmuiden is

een overzichtsmodel: een complete schutcyclus wordt gesimuleerd

Doel schaalmodel:

Voor het referentieontwerp informatie leveren voor het bepalen van

de contracteisen wat betreft nivelleertijden, waarbij voldaan wordt

aan de krachtencriteria voor schepen in de kolk.

Werking van een sluis

Werking van een ZEEsluis

zout zoet

Noordersluis IJmuiden

Eind nivelleren

Nivelleren stopt als dp = 0 over de nivelleeropeningen

ρzout > ρzoet

Waterstandsverschil over de deur van orde 20 cm!

zout zoet

Krachten op schip als gevolg van dρ

Waterstandsverschil over lengte van de schip (300 m): orde 10 cm

Kracht dh: 0,10/300*scheepsgewicht ≈ 0,33 ‰ van scheepsgewicht

Max. toelaatbare kracht 0,2 ‰ van scheepsgewicht

dh

Berekening uitwisseling zout/zoet water

Berekening dichtheidskrachten

17

Nieuwe Zeesluis IJmuiden

Waarom een schaalmodel?

Het complete schutproces kan gesimuleerd worden en alle fysische

processen zijn automatisch aanwezig.

Het schutproces is een combinatie van veel complexe processen

samen, welke nog niet volledig met rekenmodellen weergegeven

kunnen worden.

Achtergrond

18

Achtergrond

19

Artificiële domeinrand Artificiële domeinrand

Schaalkeuze

Een schaalmodel is een verkleinde weergave van de werkelijkheid:

Bepaalde details worden versimpeld of het effect van de details wordt

gemodelleerd.

Schaal: domeingrensen hanteerbaarheid van het model

nauwkeurige weergave van relevante fysica

Schaalkeuze overzichtsmodel IJmuiden: 1:40

Waarin zijn we geinteresseerd?

- Twee nivelleersystemen: Omloopriolen en openingen in de deur

- Krachten op schepen tijdens nivelleren en kolkuitwisseling

- Twee ontwerpschepen

- Bulk carrier: 320 m x 52 m (Lpp x B)

- Container vessel: 349 m x 52 m (Lpp x B)

24

Eerste schets van het Schaalmodel

Schaalmodel schaal 1:40

25

Plattegrond

meetcabine

60 m

20 m

Zout water Zoet water

3D

Bouw van het model

28

Mei 2014

29

Juni 2014

30

Augustus 2014

31

September 2014

32

33

Oktober 2014

November 2014

34

Februari 2015

35

Overstortranden

“Reflectie vrije randen” – In hoogte verstelbaar om de waterstand in te

stellen.

Er wordt met een debiet van 350 l/s water overgestort tijdens de

nivelleerproeven

36

Sluiskolk

37

Nivelleersystemen

38

Rioolsysteem

39

Rioolsysteem

40

Sluisdeur met breekbalken

41

Nivelleeropeningen in de deur

Facts & figures schaalmodel

• Afmetingen model: 60 m x 20 m

• Meer dan 200(!) meetkanalen

• 11 motoren, die individueel worden aangestuurd met variabel in te

stellen snelheid

• 700 m3 water in de reservoirs

• Waterdiepte in het model ca. 50 cm

43

Wat meten we?

Waterstanden

• In kolk

• In de voorhavens

• In de deurkassen

Krachten op het schip

Posities van

• Deuren

• Schuiven

Drukken in riolen en over de sluisdeur

Dichtheid in voorhavens, kolk en reservoirs

Snelheden water

44

Meetframe krachten op schip

45

Fy Fy

Fx

Krachten op schip voor troskrachtcriterium

47

FxCOG

Fyvoorloodlijn Fyachterloodlijn

Dichtheidsstroming

Nivelleren door de riolen met dichtheidsverschil

Nivelleren door de deuropeningen

Kolkuitwisseling

1 2

3 4

Voorbeeld resultaten: waterstanden

∆ρ = 0 kg/m3 ∆ρ = 20 kg/m3

Voorbeeld resultaten: krachten

∆ρ = 0 kg/m3 ∆ρ = 20 kg/m3

Video

Krachten in de afmeerlijnen

Resultaten onderzoek

• Aanbevelingen voor nivelleertijden meegenomen in contracteisen

voor tender

• Afleiding van troskrachtcriteria

• Inzicht in de belangrijkste hydraulische processen en hoe deze te

beïnvloeden

• Eerste studie waarbij zowel het nivelleren en kolkuitwisseling

integraal bestudeerd is, wat geleid heeft tot nieuwe inzichten voor

het nivelleersysteemontwerp en de operatie van de sluis

Vragen?

57

Bezoek model

Momenteel is het model in onderhoud:

• Het schaalmodel wordt omgebouwd naar de nieuwe sluis van

Terneuzen

• Daarom geen water in het model

Bezoek aan de faciliteit in één groep

We verzoeken u:

• Blijf bij de groep

• Volg de instructies van de Deltares medewerkers

• Foto’s zijn alleen toegestaan bij het IJmuiden model