O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWo n i n g b o u wcement 2001 886Een gebouw op een drijflichaamkan worden beschouwd als eenschip. Door de golven en de windzal een woonboot deinen en slin-geren. De vervormingen en descheefstand zijn veel groter dantoelaatbaar voor gebouwen con-form [1, 2]. De vervormingen zul-len afnemen als verschillendedrijflichamen worden gekoppeldtot een groot eiland (fig. 1). De in-vloed van golven en wind op devervorming en scheefstand kanook worden gereduceerd metwindschermen en golfdempers.Ookzijnkleinewoonvijversdenk-baar die alleen met een sluis metopen water zijn verbonden. Pro-jectontwikkelaars hebben al plan-nen gemaakt voor grote drijvendeeilanden waarop wordt gewoonden gewerkt.C l a s s i f i c a t i e p o n t o n sPontons voor woonboten wordenin verschillende vormen en afme-tingen gemaakt. In principe be-staat een ponton uit een massiefdrijflichaam van een licht en wa-terdicht materiaal of uit een ruim,omsloten met een sterk en water-dicht materiaal zoals staal, hout,beton of kunststof. Momenteelwordt in Europa de huid van eenponton niet meer van hout, maarvan beton of staal gemaakt. Voorde massieve drijflichamen kanriet, hout of polystyreen wordengekozen.InZuidAmerika,Afrikaen Azi? worden drijvende eilan-den van riet gemaakt; de levens-duur daarvan is echter beperkt.In het verleden werden in Canadaen Noord-Amerika vlotten voorwoningen gemaakt van massiefhout. Momenteel worden dezevlotten gemaakt van polystyreen,aan de bovenzijde en de zijkantenbeschermd door een dunne be-tonlaag. Aan de onderzijde staathet polystyreen in contact met hetwater.De volgende typen pontons wor-den onderscheiden (fig. 2):Gesloten ponton: De wanden wor-den gesteund door de bodem enhet dek, waardoor een sterke con-structie ontstaat. Het gewicht isgroot, waardoor deze pontons vrijdiep steken, maar het zwaarte-punt ligt laag, hetgeen de stabili-teit ten goede komt. Het ruim kanalswoonverdiepingwordenbenut.Open ponton: De wanden wordenniet gesteund door het dek. Hetgewicht is lager dan van een ge-sloten ponton, zodat de diepganggeringer is. Het zwaartepunt ligtlager dan bij het gesloten ponton,hetgeen de stabiliteit bevordert.Het ponton kan als woonruimteworden benut.Ponton met een kern van polysty-reen:Dewandenenhetdekwordengesteund door de vulling, waar-door de wand- en vloerdikte kun-nen worden gereduceerd en hetgewicht en de diepgang afnemen.Het zwaartepunt van het pontonligt vrij hoog vergeleken met hetopen en gesloten ponton. Omdathetpontonvolledigisgevuld,wordtdewoningophetpontongeplaatst.Het ponton kan niet zinken.M a t e r i a a l k e u z eIn principe kunnen pontons vanhout, staal, ferrocement, gewa-pend beton of kunststof wordengemaakt.Demateriaalkeuzewordtondermeerbepaalddoordesterk-Verkenning van de mogelijkheden om gebouwen te funderenop betonnen pontonsDrijvende gebouwenir. M.W. Kamerling, TU Delft, faculteit Bouwkundeir. J. van der Voort, TU Delft / Attika ArchitectenTweederde van het aardoppervlak is bedekt met water. Het is dan ook niet ver-wonderlijk dat overal ter wereld aan het water wordt gewoond, soms zelfs ophet water. Gebouwen op het water rusten op een steiger of op een ponton.Gezien de ontwikkelingen in Nederland op het gebied van drijvend wonen isvooral een verkenning van de constructieve mogelijkheden van een ponton-fundering interessant. In dit artikel worden de constructieve aspecten en pro-blemen verkend. In het volgende nummer van Cement zal het ontwerpen vanpontons aan de orde komen.pontonssteigeroever1 | Modulair drijvend eiland,bestaande uit pontonsdie met elkaar zijn ver-bonden tot ??n geheel2 | Het gesloten ponton (a), het open pon-ton (b) en het ponton met een kern vanpolystyreen (c) verschillen constructiefin gewicht, diepgang, sterkte, stijfheiden stabiliteitabcte, stijfheid,waterdichtheid,duur-zaamheid, onderhoudsbehoefte,uitvoerbaarheid, kostprijs en mi-lieubelasting. De oudste woon-schepen waren van hout. Aan heteind van de 19de eeuw werdendeze geleidelijk door stalen sche-pen vervangen. Een tussenstapvormden de hybride schepen metijzeren spanten en een houtenhuid.Momenteelwordenpontonsin verband met de beperking vanonderhoud eerder van beton danvan staal of hout gemaakt. Daarbijzijn de meeste beschermlagen ophout en staal nog niet erg milieu-vriendelijk, zodat ook ter wille vanhet milieu betonconstructies devoorkeur genieten.B e d d i n g c o n s t a n t eEen ponton drijvend op het wateris vergelijkbaar met een kelder,gefundeerd op een zeer slappegrondslag. Om de consequentiesvan deze fundering voor de ver-vormingen en de stabiliteit van deconstructietedoorgronden,wordtvoor de drijvende pontons de stijf-heid van de ondergrond beschre-venmeteenbeddingconstante.Inprincipe kan de beddingconstan-te van een drijvende fundering opdezelfde wijze als voor een fun-dering op staal worden bepaald.Stel dat op een ponton een verti-cale kracht F aangrijpt en hetponton zakt. De zakking u tengevolge van een kracht F volgt uitde wet van Archimedes (fig. 3):`Het gewicht van het volume vanhet verplaatste water is gelijk aande belasting'. Uitgaande van eenvolumiek gewicht voor water van = 10 kN/m3wordt gevonden:F = 10 ubl (1)De zakking u door kracht F volgtdan uit:u = F / (10 bl) (2)De zakking is evenredig met debelasting en omgekeerd evenre-dig met het oppervlak (bl) van hetponton. Het verband tussen debelasting op het ponton en de ver-vorming is lineair, zodat evenalsvoor een fundering op staal hetverband tussen de zakking en debelasting kan worden beschrevenmet een beddingconstante.De beddingconstante k voor eenfundering op staal wordt bepaalddoor het object te belasten meteen kracht F, de spanning op deondergrond te bepalen en vervol-gens de zetting u te meten. Debeddingconstante is dan gelijkaan: k = / u.Uit = F / (bl) wordt gevonden:k = F / (blu) (3)Na substitutie van (2) in (3) wordtgevonden:k = 10 kN/m3(4)De berekende beddingconstanteis erg laag. Voor een fundering opstaal varieert de grootte van debeddingconstante bij benaderingtussen k = 10 000 kN/m3en k =50 000 kN/m3. De beddingcon-stante voor een fundering op staalis vele malen groter dan de bed-dingconstante voor een ponton.Funderen op water is te beschou-wen als het funderen op een zeerslappe ondergrond.O e v e r v e r b i n d i n gEen woonboot ligt in de gebruiks-toestand aangemeerd aan deoever of aan een steiger. Omdathetwaterpeilkanfluctueren,moetrekening worden gehouden meteen verticale verplaatsing van deboot. Door een verandering vanhet waterpeil mag een woonbootniet aan de landvasten gaanhangen, zodat de steunpunten zomoeten worden uitgevoerd datdeze wel de horizontale maar nietde verticale verplaatsing belem-meren. De verbinding moet danals een rol met een verticale vrij-heidsgraad worden uitgevoerd.Voor gebieden met zeer grotefluctuaties moeten, om te voorko-men dat de boot aan de trossenkomt te hangen, flexibele verbin-dingen worden ontworpen, dieverticaal kunnen schuiven.V o r m - e n g e w i c h t s -s t a b i l i t e i tMobiele objecten als schepenkantelen veel gemakkelijker dangebouwen. Voor een kleine bootis een kleine excentriciteit vande belasting al voldoende om de-ze te laten kapseizen. Zelfs eengroot schip als een veerpont kankapseizen. De stabiliteit is eenbelangrijk ontwerpaspect voorpontons. Naar het oprichtend me-chanisme worden vorm- en ge-wichtsstabiliteit onderscheiden.De vormstabiliteit (fig. 4) is geba-O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWo n i n g b o u wcement 2001 8 87zakking uFRFF4 | Vormstabiliteit: de stabiliteit wordt voornamelijk ontleend aan de breedte van hetponton. Het ponton slaat om als het weerstandbiedend momentenkoppel kleiner is danhet moment ten gevolge van de belasting3 | Wet van Archimedes: het gewicht vanhet volume van het verplaatste water isgelijk aan de belastingO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWo n i n g b o u wcement 2001 888seerd op het principe dat de weer-stand tegen kantelen toeneemtmet de breedte. De gewichtssta-biliteit (fig. 5) is gebaseerd op hetprincipe dat de veiligheid toe-neemt als de verticale belastinglaag op het object aangrijpt.Vorm- en gewichtsstabiliteit ver-schillen ten aanzien van de weer-stand bij een rotatie. De vormsta-biliteit is al bij een kleine rotatieeffectief,degewichtsstabiliteitpasbij een grote rotatie. Dit betekentdat een schip dat de stabiliteit aande vorm ontleent, comfortabeleris dan een schip dat de stabiliteitaan het gewicht ontleent. Bij devormstabiliteit wordt de afstandtussen belasting en het aangrij-pingspunt van de opdrijvendekracht, het drukkingspunt, klei-ner als de rotatie toeneemt, zodatde toename van het krachten-koppel afneemt. De stabiliteit isomgekeerd evenredig met dehoekverdraaiing. Bij de gewichts-stabiliteit neemt de afstand tus-sen het drukkingspunt en de be-lasting toe met de rotatie, zodatook het weerstandbiedend mo-ment toeneemt als de rotatiegroter wordt. De stabiliteit neemtnu toe met de rotatie.Een schip dat de stabiliteit ont-leent aan de vorm zal eerder kap-seizen dan een schip dat de stabi-liteit ontleent aan het gewicht.Platbodems ontlenen de stabili-teit aan de vorm; in wedstrijdenvoor platbodems slaat altijd weleen te scherp zeilende platbodemom. Een modern jacht wordt zogeconstrueerd dat het schip zichna een vlaag weer opricht. Eenwoonboot is relatief breed en on-diep, zodat de stabiliteit in eersteinstantie wordt ontleent aan devorm. Voor hoge en relatief smal-le woonboten of woonboten meteen zware opbouw moet metballast de stabiliteit worden ver-hoogd. Door de juiste combinatievan vorm- en gewichtsstabiliteitwordt een veilige en comfortabe-le constructie verkregen.Voor de controle van de standze-kerheid zijn twee verschillendefasen te onderscheiden: de uit-voeringsfase en de gebruiksfase.Tijdens het transport van hetwoonschip over het water naareen ligplaats is het schip niet ver-bonden met de oever. Deze faseduurt niet lang, zodat gerekendmag worden met de belastings-factoren volgens de klasse 1 van[1]. In de gebruiksfase is het schipaangemeerd. Door de landvastenwordt een reactiekracht geleverd,zodatbijeenwindvlaagdeafstandtussen de resulterende wind-kracht en de reactiekracht kleineris dan wanneer het schip wordtgetransporteerd en de reactiedoor het water wordt geleverd(fig. 6). Voor een afgemeerd pon-ton moet gerekend worden methogerebelastingsfactorenvolgensklasse 2 of 3, zodat deze fase voorde stabiliteit vaak maatgevend is.Aangezien de horizontale reactie-kracht gelijk is aan de horizontalebelasting, kan het moment wor-denberekendmetM=Hz,waarinz gelijk is aan de afstand van hetaangrijpingspunt van de windtot het aangrijpingspunt van dereactie.Volgens de leer van de hydraulicawordt de stabiliteit van een pon-ton bepaald met behulp van hetzogenoemde metacenterpunt. Ditis het punt waar de resultante vande opwaartse kracht de verticalesymmetrieas van het pontonsnijdt, als het ponton over eenkleine hoek roteert.In het volgende artikel wordt destabiliteit van pontons nader be-schouwd.V o o r s c h r i f t e nMomenteel worden woonbotenniet als gebouwen beschouwd. Bijeen permanente bewoning is hetre?el om voor woonboten dezelf-de eisen te stellen als voor op hetFF5 | Gewichtsstabiliteit: de stabiliteit wordt voornamelijk ontleend aan de ballast in dekiel. Het ponton slaat om als het moment door de belasting groter is dan het momen-tenkoppel door de verticale kracht en de reactiekracht. De afstand tussen de verticalekrachten ten gevolge van de belasting en de waterdruk neemt toe met de rotatie,waardoor het mogelijk is het ponton zo te construeren dat het zich, als een duikelaar,altijd oprichtpwR6 | De windbelasting op de constructie en de reactie uitgeoefend door de oeververbin-ding. De reactie grijpt lager aan als het ponton wordt gesleept, het momentenkoppelis dan groterO n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eWo n i n g b o u wcement 2001 8 89land gefundeerde woningen. Degemeente Amsterdam overweegtdrijvende woningen niet langeralsschepen,maaralswoningentebeschouwen, die dan moeten vol-doen aan de regels gesteld in hetBouwbesluit en aan de welstands-eisen. Uiteraard zullen de woon-boten wel moeten worden bere-kend op de specifieke belastingenals golfslag en ijsvorming. Woon-boten op afzonderlijke pontonskunnen echter niet voldoen aande eisen voor de scheefstand envervorming voorgeschreven in[1, 2].In 10.3 van [1] wordt gesteld datde scheefstand van een gebouwmet ??n bouwlaag niet meer dan1/300van de hoogte mag bedragenenvooreengebouwmetmeerdan??n bouwlaag niet meer dan 1/500van de totale hoogte.In 5.2.2. van [2] wordt gesteld datdezakkingvaneenfunderingnietmeer dan 150 mm mag bedragenen de rotatie van de hoek van delijndiedebovenzijdenvandefun-deringselementen met elkaar ver-bindttotdehorizontaal,nietmeerdan1/300.Dezevervormingenkun-nen alleen worden bereikt meteen duurzame verbinding met debodem door ankers of palen.In het algemeen zullen bewonersvan woonboten een geringe dei-ning accepteren; het kabbelen,klotsen en deinen hoort gewoonbij het wonen op het water. Voordeze drijvende objecten kunnende eisen voor vervorming enscheefstand worden verruimd totminder strenge waarden. Minderstrenge eisen voor de funderingbetekenentegelijkertijdstrengereeisen voor de opbouw. Momen-teel wordt voor de berekening vande constructie van een gebouwuitgegaan van een scheefstandvan 1/300. De scheefstand van eenwoonboot kan echter veel groterzijn. Uitgaande van een verticalestijging en zakking van respec-tievelijk + 0,25 m en - 0,25 m eneen breedte b = 5,0 m (fig. 7), zoude opbouw van een woonbootsterk genoeg moeten zijn om eenscheefstandtg = 2 / b = (0,25 + 0,25) / 5,0= 1/10te kunnen weerstaan. Voor grotedrijvende eilanden kan deze eisworden verminderd.C o n c l u s i eHet funderen op een ponton isvergelijkbaarmethetfunderenopstaal, maar door de geringe weer-stand van het water zijn er ver-schillen.Doordegeringebedding-constante van de fundering zijnde vervormingen en de stabiliteitbelangrijke ontwerpcriteria diebepalend zijn voor de hoogte vanhet gebouw en de breedte van hetponton. Omdat een gebouw ophet water in mindere mate kanvoldoen aan de eisen voor scheef-stand en vervormingen gesteldaan op het land gefundeerde ge-bouwen, wordt in overweging ge-geven deze eisen voor drijvendeobjecten te verruimen. De maxi-male vervorming moet wel wor-den vastgelegd, aangezien dezebepalend is voor de scheefstandvan de opbouw. De opbouw moetdan zo worden ontworpen datdeze de verruimde scheefstandkan weerstaan. Gezien de toege-nomen belangstelling en de spe-cifieke problemen is het zinvolom voor drijvende gebouwen eennormmetbelastingeneneisenopte stellen. L i t e r a t u u r1. NEN 6702, TGB 1990; Belas-tingen en vervormingen.NNI, 1991, met wijzigingenin 1997 en 2001 (2x).2. NEN 6740, Geotechniek;TGB 1990; Basiseisen enbelastingen. NNI, 1991, metwijziging 1997.b7 | Een ponton roteert ten gevolge van een windvlaag over een hoek .Drijvende woningen op deBouwexpo 2001 te Almerefoto: Harry Noback, Apeldoorn