Innovatieve kadeconstructie Maasvlakte820134InnovatievekadeconstructieMaasvlakteDe Amazonehaven op de Rotterdamse Maasvlakte wordt momenteelverbreed. Omdat hierbij de bestaande kademuur wegvalt, is een nieuweafmeerconstructie gerealiseerd voor de EMO-terminal (EuropeesMassagoed-Overslagbedrijf), de grootste drogebulkterminal in Europa.In plaats van een traditioneel remmingwerk op de kade, is gekozen vooreen in de constructie ge?ntegreerd remmingwerk.1Schil uitgevoerd in vezelversterkt hogesterktebetonInnovatieve kadeconstructie Maasvlakte 82013 523N.A.P.-17,50+5,00scheepsstoot: 2500 kNpuntlast 10 000 kN op 25 m2waterzijdigekraanbaan600 kN/m1langzijdigekraanbaan600 kN/m1terreinbelasting40 kN/m2230kN/m1G.H.W. +1,26G.L.W. -0,71kolenbergzeebootbelader36,5bulkcarrier(panamax)225 x 32,26 mdiepgang 15 mMaasvlakteAmazonehavenkade M5/M6MississippihavenDe verbreding van de Amazonehaven is noodzakelijk om dealmaar groter wordende containerschepen ook in de toekomstveilig en effici?nt toegang te geven tot de Maasvlakte. Dat isbelangrijk voor de economische ontwikkeling en de wereld-wijde concurrentiepositie van de Rotterdamse haven. Om dieverbreding mogelijk te maken, is de bestaande kademuur aande zuidzijde van de Amazonehaven gesloopt. Voorafgaandhieraan is een nieuwe kade gerealiseerd aan de noordzijde vande Mississippihaven (fig. 2). Het betreft een kademuur voor debelading van zee- en binnenvaartschepen (met name duwbak-ken) met kolen en erts. De nieuwe afmeerconstructie is gereali-seerd op het terrein van EMO en sluit aan op een bestaande ingebruik zijnde diepzeekade.Het project is uitgevoerd als Design&Construct-contract. In devraagspecificatie is de systematiek van Systems Engineeringtoegepast en zijn EMVI-criteria gesteld om tot een optimaleeconomische aanbieding te komen.Ontwerpuitgangspunten en -eisenHet ontwerp van de kade wordt sterk be?nvloed door devereiste geschiktheid voor het afmeren van zeeschepen enduwbakken. De lengte van de kade is circa 500 m en dekerende hoogte 24 m. Op de kade wordt een kolenbeladergeplaatst met een capaciteit van circa 5000 ton per uur (fig. 3).De kade moet plaats bieden aan zeeschepen tot maximaalDWT 80 000 ton (DWT staat voor deadweight tonnage) metlengte 225 m en maximale diepgang 15 m. Daarnaast moet dekade ook geschikt zijn voor binnenvaart, in hoofdzaakduwvaart tot en met klasse VI (4 baks, 195 ? 22,8 ? 4,5 m,12 000 DWT).Belangrijke ontwerpeisen voor de kade zijn:? Hoge belasting uit afmeren van schepen. Voor het afmerenvan duwbakken is het lastig om een robuust energie opne-mend remmingwerk te realiseren. Conventionele starreremmingwerken op vergelijkbare kaden vertonen regelmatigir. erik BroosHavenbedrijf Rotterdamir. sipke Huitema, ing. cor vanschaik, Jos kronemeijer BbaVolker InfraDesign1 Aanzicht schil met wrijfstrippen2 Globale locatie nieuwe afmeerconstructie3 Doorsnede met kolenbeladerInnovatieve kadeconstructie Maasvlakte8201364516 700hart kraanbaan12 00044001% 2% 2%schroefgroutanker-1000-7000vibropalen-16 650 contractdieptecombiewand? 1420+ 3AU 20zadelconstructie-2000+5000NAPG.H.W. NAP +1,26G.H.W. NAP -0,71-18 650 contractdiepte3:15:14:1? Staal van de grondkerende stalen damwandconstructiepermanent onder water en wordt beschermd door kathodi-sche bescherming.? Robuustheid van alle oppervlakken en randen aan de boven-zijde van de kadeconstructie ten aanzien van zwaar havenver-keer en het schoonmaken met bobcats (vierwielige bulldo-zers).? Dubbele bolders met een capaciteit van 2 ? 1500 kN voor dezeeschepen inclusief belastingen uit langsvarende schepen.schade en vereisen veel onderhoud. Hiermee zijn hoge kostengemoeid en de beschikbaarheid van de kade wordt beperkt.Ook dient de constructiedikte van het remmingwerk zo kleinmogelijk te zijn om de mors van kolen tussen schip en kadete beperken.? Hoge terreinbelastingen uit opslag van kolen en belastingenuit de kolenbelader.? Vlakke voorwand tussen bovenkant kade (NAP +5 m) enNAP -1 m.Innovatieve kadeconstructie Maasvlakte 82013 780dekking 40staalvezelbeton50 x 50afschuining3701%250501%+5200afrondingkruisnet8 - 100HSBelementcontactwapening8 - 200/300R = 80v htrekspanningelasticiteitstrain hardeningftft,crstrain softeninghogesterktevezelbetonnormaal betonscheurentraditioneelvezelbetonverplaatsing6 Detail bevestiging strip aan kokerconstructie7 Vergelijking treksterkte normaal beton en hogesterktevezelbeton (SFRHPC)bron: proefschrift Markovi, TU Delft 2006)4 Kade met binnenvaartschip5 Standaarddoorsnedestalen combiwand zich nagenoeg permanent onder waterbevindt. Deze combiwand wordt met kathodische beschermingmet aluminium opofferingsanoden optimaal tegen corrosiebeschermd.Ge?ntegreerd remmingwerkBesloten is de voorwand van de kokerconstructie zo uit tevoeren dat deze in staat is de hoge afmeerbelastingen op tenemen. Op deze manier ontstaat een remmingwerk dat is ge?n-tegreerd in de betonnen voorwand. In plaats van een, in depraktijk kwetsbaar gebleken, traditioneel remmingwerk op deconstructie.Het remmingwerk is gerealiseerd in de vorm van een schilbestaande uit geprefabriceerde elementen in hogesterktebetonmet staalvezels. De schil heeft een dikte van 80 mm en is uitge-voerd in betonkwaliteit C90/105, geschikt voor milieuklasseXS3. De schildikte is gebaseerd op het kunnen hijsen van deprefab elementen, de samenstelling op de nieuwste ontwikke-lingen in hogesterktebeton. Naast staalvezels bevat de schil ookconventionele wapening. Het paneeloppervlak van de schil isaan de stortzijde, ter bevordering van een optimale hechting,ruw uitgevoerd en aanvullend voorzien van contactwapening(fig. 6).Deze innovatieve oplossing lijkt algemeen toepasbaar. Er is danook een patent op verkregen. De oplossing kan met nameworden toegepast bij kaden voor binnenvaartschepen enduwvaart waardoor onderhoudsintensief wrijfhout achterwegekan blijven.Doordat direct tegen de kade wordt afgemeerd, is de ruimtetussen schip en kade geminimaliseerd van circa 350 tot 40 mm.? Ankeruitval ten gevolge van een calamiteit over een lengtevan 10 m1kade. Ankeruitval is een robuustheidseis waarmeebeoogd wordt progressief bezwijken ten gevolge van bijvoor-beeld een aanvaring te beperken.OntwerpkeuzenIn het ontwerp is veel aandacht besteed aan onderhoudsaspec-ten, robuustheid en het maximaliseren van de beschikbaarheidvan de kade. Deze aspecten waren bij de keuze voor hetontwerp een belangrijk criterium.De kade bestaat uit een betonnen bovenbouw, uitgevoerd alsvloer met een kokerconstructie aan de waterzijde en een wandaan de landzijde. De bovenbouw wordt aan de voorzijde onder-steund door een dragende en kerende combiwand en aan deachterzijde gefundeerd op vibropalen (fig. 5). Aan de achter-zijde is een verankering geplaatst, bestaande uit schroefgrou-tankers. De bovenbouw verdeelt de afmeerkrachten vanuit deschepen en de kraanbelasting uit de kolenbelader gelijkmatigover de fundering. De achterwand aan de landzijde fungeert alskraanbalk. De vloer tussen de koker en de achterwand fungeertals ontlastvloer en beperkt de op de combiwand werkendeverticale en horizontale gronddrukken.De kadeconstructie is opgebouwd uit secties (vakken) met eengebruikelijke standaardlengte van circa 41 m. Elk vak is terplaatse gestort in drie achtereenvolgende betonstorts (vloer,wanden en dak). Tussen de vakken bevinden zich dilatatievoe-gen met dwarskrachttanden en deuvels. Hierdoor wordenvervormingsverschillen tussen kadevakken verhinderd engeconcentreerde belastingen beter verdeeld.Het aanlegniveau van de ontlastvloer is zodanig gekozen dat de6 7Innovatieve kadeconstructie Maasvlakte8201388a 8b98 Resultaten van een proef van het Ministerie van Defensie; (a) het effect vancontactspringstof (detonatie-gasdruksnelheid > 4000 m/s) op een traditioneelgewapende stelconplaat, (b) een staalvezelversterkte variantbron: A. Verhagen ? Breda9 Vervormingen in PLAXISSpecifieke ontwerpaspectenBerekening grondkeringDe grondkering is gedimensioneerd en gecontroleerd metbehulp van het EEM-programma PLAXIS (fig. 9). Er isgekozen voor dit programma, in plaats van het meer gebruike-lijke D-sheetpiling, om de volgende redenen:? hellende damwand is te schematiseren (kan in D-sheetpilingalleen met behulp van kunstgrepen);? werking van de ontlastvloer wordt beter meegenomen;? effecten van de driehoekige kolenberg worden correctmeegenomen;? effecten van boogwerking worden meegenomen;? effecten van belastingen op de vibropalen kunnen wordenmeegenomen;? goede bepaling van de vervormingen van de kade en hetgrondlichaam achter de kade ten behoeve van de aansluitingvan het anker.De berekeningen zijn uitgevoerd voor de representatievesituatie. Hierbij zijn de uitgangspunten en veiligheidsfilosofieDit vereenvoudigt de toegang tot de schepen en beperkt demors tijdens het laden en lossen van de schepen.SchilDe staalvezelbetonnen schil geeft de kade een hoge impact-weerstand tegen de sterk geconcentreerde belastingen uitduwbakken. Bij het ontwikkelen van de schil is gekeken naarervaringen uit het verleden. Gezocht is naar een combinatievan zowel hoge slijtweerstand als schokabsorberend vermogen.Op basis van ervaring met conventionele staalvezelbetontoe-passingen, weliswaar meestal gericht op hetzij hoge mechani-sche slijtvastheid (bijv. bedrijfsvloeren en terreinverhardingen),hetzij hoge impact- en penetratiebestendigheid (scrapyards,bunkers en kluizen), is geconcludeerd dat beide prestatieselkaar niet hoeven uit te sluiten. De veel hogere treksterkte vanhet materiaal in vergelijking tot normaal gewapend betonwordt ook aangetoond in het proefschrift van Markovi (fig. 7).Ervaringen met betrekking tot de impactbestendigheid zijngevonden bij het Ministerie van Defensie. Foto 8a en 8b tonende resultaten van een proef. Hoewel deze extreme belastingenniet zullen optreden op een kadeconstructie, laat de proef ziendat vezelversterkt beton een veel betere impactbestendigheidheeft dan gewoon beton.WrijfstrippenTen behoeve van zeeschepen zijn ter beperking van slijtage ofschade aan de coating van de scheepshuid op afstanden vancirca 10 m verticale wrijfstrippen aangebracht van UHMW-PE(foto 1). De wrijfstrippen steken circa 40 mm aan de voorwanduit en zijn gedeeltelijk opgenomen in de betonnen schillen. Destrippen zijn daardoor goed bestand tegen schurende zijde-lingse krachten en worden niet snel afgevaren. De wrijfstrippenzijn zo ontworpen dat ze eenvoudig zijn te demonteren ofvervangen bij mogelijke schade ten gevolge van een calamiteitof onderhoud.Innovatieve kadeconstructie Maasvlakte 82013 94001400250776838kantelplaatgronddicht afwerkenshroefgroutanker?82,5 / 25, h.o.h 5800, l 29 mHDPE ? 200/11,4l = 4000 mmNAPtrompet 150 x 150 / 220 inw.wanddikte 5 mm1011ophangwapeningbetonproptussenplankbuis ?1420 / 16gietstalen zadel1000ingelaste plaat 600 x 50 l = 100010 Aansluiting schroefgroutanker op kokerconstructie11 Aansluiting combiwand op kokerconstructieTot slotResumerend kan worden gesteld dat door de gekozen ontwerp-methodiek en innoverende ontwerpkeuzen een moderne kadeis gebouwd die `fit for purpose' is. Verder geldt:? ontwerp grondkering met het programma PLAXIS leidt toteen betere berekening van de belastingen en vervormingen;? verbetering van gebruikelijke details ter plaatse van deankeraansluiting en de oplegging op het zadel leiden totbeperking van ontwerp- en uitvoeringsrisico's;? innovatieve toepassing van hogesterktebetonschil maakt dekade goed bestand tegen het afmeren van duwbakken enreduceert hiermede de onderhoudskosten en de `downtime'van de kade.Recente inspecties, na anderhalf jaar van intensief gebruik,tonen aan dat het remmingwerk zich goed houdt onderextreme aanvaarbelastingen.De innovatieve oplossing voor het remmingwerk en hetgebruik van nieuwe op EEM gebaseerde ontwerpmethoden,hebben het ontwerp van kadeconstructies een stap verdergebracht. uit CUR-publicatie 211 (Handboek Kademuren, versie 2005)gevolgd. De reden hiervoor is dat de in hoofdstuk 4 vanCUR-publicatie 166 (Handboek Damwandconstructies)aangegeven veiligheidsfactor (in de vorm van een - enc-reductie) van 1,15 te laag wordt geacht. Door toepassingvan de factoren van CUR-publicatie 211 op de representa-tieve waarden, wordt een veiligheid gerealiseerd die overeen-komt met een - en c-reductie van ruim boven 1,25. In deCUR-commissie ten behoeve van de update van CUR-publi-catie 211 voor de Eurocode is deze waarde vastgesteld opbasis van vergelijkende berekeningen en een probabilistischestudie.Aansluiting verankeringDe verbinding van de schroefgroutankers met de kade wordtbeschouwd als een kritisch detail omdat de zetting van degrond achter de ontlastvloer leidt tot buigspanningen in hetanker. Het zettingsverschil tussen de kadeconstructie en hetterrein direct achter de kade is berekend op maximaal circa120 mm. Om de buigspanningen op te nemen, zijn de volgendemaatregelen genomen (fig. 10):? toepassing van een kantelplaat onder de oplegging waardoorde aansluiting een scharnier vormt, alsmede een ruimesparing (trompet) in het beton;? vergroting van de wanddikte van de eerste sectie van hetschroefgroutanker;? toepassing van een dikwandige pvc omhullingsbuis met eenlengte van 4 tot 6 m over het eerste deel van het schroefgrou-tanker.ZadelopleggingBij de gebruikelijke constructie, zoals ook weergegeven in hetHandboek Kademuren, rust de bovenbouw via een gietstalenzadel op de paalrand van de dragende combiwand. Dezewordt hiervoor lokaal verdikt met opgelaste platen. Nadeelvan deze constructie is dat bij rotatie van de paal de spannin-gen zich sterk concentreren op een steeds kleiner gebied vande paalrand. Om deze reden is een alternatief ontwerp toege-past met een ingelaste rechte plaat in de buispaal waar debovenbouw via het zadel op rust (fig. 11). Hierdoor wordende oplegspanningen gelijkmatig over de plaat en de paalverdeeld. Er wordt een scharnierverbinding gerealiseerd endoor de excentriciteit van de oplegging wordt een ontlastendkopmoment op de combiwand uitgeoefend. Omdat de plaatonder goede omstandigheden in de fabriek wordt ingelast, iser een betere garantie voor de kwaliteit van het laswerk enkostenbesparing op de uitvoering.