Ben C.Gerwick Jr.Californi? Voorgespannenexploitatie vanbetonde zeeen deDe helft van de rijkdommen op de wereldaan mineral?n en oliebronnen bevinden zichin het continentale plat dat met donkergr?sop deze wereldkaart is aangegevenVoordracht tijdens het FJP-congres te Praag (7-13 jun? jJ.)UD.C.691.328.2:(26)Voorgespannen beton toegepast in zeeSamenvattingDrijvende en onder water aangebrachte constructies behoren tot de meest opmerkelijketoepassingen van voorgespannen beton die de laatste jaren tot stand zijn gekomen. Caissons,onder water geplaatste leidingen en drijvende bruggen van voorgespannen beton hebbeneen schat aan ervaring voor toekomstige ontwerpen opgeleverd.Zee?n en oceanen bieden nu een nieuw terrein dat enorme rijkdommen bevat, maar zijvragen om geschikte materialen en technieken, ten einde op economische en uitvoerbarewijze ge?xploiteerd te kunnen worden.Ofschoon voorgespannen beton vele unieke en bijzondere voordelen biedt bij toepassingvoor constructies in en op zee, zijn voor optimaal gebruik ervan speciale technieken nodigom corrosie, schade door het bevriezen en dooien van zout water, afschuring door ijs enzand e.d. te voorkomen. Daarnaast is speciale aandacht gewenst voor bepaalde aspectenvan het ontwerpen en bouwen van dergelijke grote en belangrijke constructies.Hoogwaardig beton, lichtbeton, ferrocement en het werken met elementen zijn daarvoor bij-zonder geschikt. Voor het te water laten en plaatsen van omvangrijke constructies van voor-gespannen beton zijn weldoordachte en gedurfde methoden nodig.Op het ogenblik bestudeert men de mogelijkheden om een groot aantal bijzonder interessantetoepassingen te ontwikkelen, waaronder vaartuigen voor het transport van vloeibare gassen,die half onder water kunnen varen, onderzeetankers, constructies voor de Noordelijke IJszee,onderwater-olieopslagplaatsen, buiten de kust geplaatste platforms en drijvende vliegvelden.Cement XXII (1970) nr. 10 409B? de exploitatie van de zee moeten zwarestormen getrotseerd worden . . .. . . en ook de niet te voorspellen krachtenuitgeoefend door het ?S in de PoolgebiedenCement XXII (1970) nr. 10De oceanen, die zoveel rijkdommen bevatten, bieden de mens overal ter wereld de mogelijk-heid voor het verkrijgen van voedsel, water, mineralen en vervoer. En voorgespannen betonkan daarbij helpen om die ten volle te benutten, mits wij ervoor zorgen dat de daarvoor be-nodigde technieken en industri?le capaciteit in voldoende mate aanwezig zijn.Drijvende en onder water aangebrachte constructies van voorgespannen betonDrijvende en onder water aangebrachte constructies behoren tot de meest opmerkelijke toe-passingen van voorgespannen beton die de laatste jaren tot stand zijn gekomen. Het caissonvoor de kade te Brest, de La Fontaine onderwater-verkeerstunnel in Montreal, de HyperionOutfall bij Los Angeles, zeegaande vrachtschuiten op de Phil?ppijnen, de caissondeur van hetdroogdok in Hamburg, compressor- en fabrieksschuiten buiten de kust van Louisiana, dedrijvende raffinaderij die van Belgi? naar Libi? gesleept is, drijvende bruggen in de staatWashington, offshore platforms in het Maracaibomeer, en caissons voor brugpijlers inDenemarken. AI deze constructies vertegenwoordigen schitterende prestaties op het gebiedvan voorgespannen beton, en zij hebben een schat aan ervaring opgeleverd die in de toe-komst bijzonder waardevol zal blijken te zijn.En nu doet zich een nieuwe uitdaging voor, namelijk de oceanen. Het continentale plat en dehelling ervan bevatten grote rijkdommen die erop wachten tot nut van de mens ge?xploiteerdte worden. In tegenstelling tot de ruimte buiten de wereld kunnen de zee?n door zowel rijkeals arme naties overeenkomstig hun behoeften en mogelijkheden ge?xploiteerd worden; zijwachten slechts op de ontwikkeling van geschikte technieken en materialen, en de wil van demens om zich tegen de vijandige zee op te stellen en deze te overwinnen.Het continentale plat en de helling ervan omvatten een gebied gelijk aan een-derde van hettotale boven water liggende land van de gehele wereld. De rijkdommen die er in aanwezigzijn en de mogelijkheden die hun exploitatie bieden zijn voldoende voor een grote verschei-denheid van menselijke behoeften. Er wordt thans 16% van alle olie ter wereld op zee ge??wonnen en men verwacht dat deze hoeveelheid in 1980 tot 33% gestegen zal zijn. Grotehoeveelheden aardgas komen tegenwoordig uit de Golf van Mexico, de Bass Straat en deNoordzee. Tin en zwavel worden op commerci?le schaal uit een aantal onderzeese bekkensgewonnen.Het is bekend dat er grote hoeveelheden mangaan, fosfaten en goud onder water aanwezigzijn die slechts wachten op geschikte methoden om op commercieel verantwoorde wijze teworden gewonnen.Zeecultures zoals viskwekerijen en de productie van prote?ne uit kelp en ander zeewier zijnindustrie?n die nog in de kinderschoenen staan maar grote mogelijkheden in zich hebbenom de hongerenden in de wereld te voeden.410Toepassing van voorgespannen beton vooreen drijvende reiiinederij, gebouwd in Belgi?en gesleept naar Libi?Cement XXII (1970) nr. 10Ontzouting, energie geproduceerd door drijvende atoomcentrales, of uit bedwongen water-kracht verkregen, installaties voor de bestrijding van vervuiling en voor vuilverwerking,recreatiemogelijkheden en onderzoekcentra zouden alle zeer gediend zijn met vestigingenbuiten de kust.Ten slotte voltrekken zich enorme veranderingen op het gebied van zee- en luchttransportzowel wat betreft de afmetingen, als de eisen ten aanzien van eindstations, waardoor deoceanen zowel boven als onder water in toenemende mate benut -moeten worden.De tijd is daarom gekomen om de toepassing en prestaties van in zee gebruikt voorgespan-nen beton nog eens zorgvuldig in ogenschouw te nemen, opdat het materiaal zo goed moge-lijk aan de eisen van de toekomst zal kunnen voldoen.Bij de samenstelling van dit rapport werd getracht een zo uitgebreid mogelijke kennis op tedoen van nieuwe toepassingen van voorgespannen beton, dat wil zeggen constructies diereeds ontworpen zijn of nog bestudeerd worden; dus niet de reeds vroeger toegepastevormen en ook niet projecten die slechts een toekomstdroom vertegenwoordigen. Ik hebveel steun ondervonden van FIP-leden over de gehele wereld in de vorm van formele en in-formele bijdragen, waarvoor ik hierbij mijn bijzondere erkentelijkheid wil uitspreken.Dit rapport is als inleiding bedoeld. Het ligt in de bedoeling in 1972 te Tbilissi over hetzelfdeonderwerp een FIP-symposium te houden, en het valt te hopen dat een FIP-commissieeengrondige en uitgebreide studie van deze uitdaging zal maken en over de vooruitgang op ditgebied verslag zal uitbrengen.Tot de nieuwe toepassingen van voorgespannen beton waaraan ernstig wordt gewerkt be-horen enkele zeer interessante projecten:? drijvende vliegvelden? onder water geplaatste en drijvende olieopslagtanks? drijvende atoomcentrales? buiten de kust geplaatste eindstations? eindstations en boor- en productieplatforms in de Noordelijke IJszee? aan de oppervlakte en onder water varende schepen met een grote capaciteit? door kolommen gestabiliseerde (drijvende) bases? onderwater-verblijven? drijvende steden? onderzeese constructies voor parkeergelegenheid? drijvendegolfbarri?res en golfbrekers? drijvende onderwater-tunnels voor weg- en railverkeer? opslagplaatsen en vaartuigen voor vloeibaar gemaakt aardgas? allerlei soorten vaartuigen en schuitenHet voorgespannen beton heeft zijn huidige stand van ontwikkeling op een gunstig tijdstipbereikt: de rijkdommen van de oceanen kunnen door bovengenoemde toepassingen alleenten volle benut worden als de eigenschappen en technieken van het gebruik van voorge-spannen beton aan de nieuwe eisen voldoen.Voorgespannen beton biedt een aantal typische voordelen voor gebruik in constructies diein zee geplaatst worden. Enkele daarvan zijn:1. duurzaamheid en weinig onderhoud;2. mogelijkheid tot het vervaardigen van alle vormen, met inbegrip van dubbelgebogen opper-vlakken;3. bestendigheid teqen knikken en vervorming;4. gunstige vermoeiingseigenschappen onder een groot aantal wisselende vervormingen, zoalsbij voorbeeld veroorzaakt door golfbeweging;4115. geen trilling;6. isolerende eigenschappen en afwezigheid van condensatie;7. uitstekende weerstand tegen stootbelastingen bestendigheid tegen lage temperaturen (geenbrosheid);8. een aanvaardbare breuksterkte, waarbl] zich eerder scheuren dan volkomen breuk voordoet,zoals in metalen;9. bestendigheid tegen afschuring door ijs en bewegend zand;10. gemakkelijke reparatie van beschadigde plaatsen;11. bestendigheid tegen brand en inwerking van explosies van buitenaf;12. geschikte materialen en volledige benutting van plaatselljke arbeidskrachten over de gehelewereld, en13. kostenbesparing.Tegenover de voorgaande indrukwekkende opsomming van voordelen die beton en voor-gespannen beton bieden, staat een aantal nadelen en problemen die grondig bestudeerddienen te worden. Enkele voorbeelden daarvan zijn:1. corrosie door de vorming van zoutcellen in doorlatend beton;2. verminderde sterkte onder blootstelling aan bevriezing en dooi, vooral in aanwezigheid vanzout water;3. hoog soortelijk gewicht4. splinteren bl] plaatselllke stoten, en5. iets grotere drift, d.w.z. wrUving ten opzichte van bewegend water.Corrosie door zoutcellen treedt op in gewapend en voorgespannen beton wanneer zoutwater in de pori?n van het beton kan doordringen en daar verdampt, waarbil kleine hoe-veelheden zout achterblijven. Deze geven aanleiding tot een elektrolytische reactie met hetstaal, hetgeen ernstige, zich steeds verder uitbreidende corrosie tot gevolg heeft. Dicht bijhet staal zijn daartoe kleine hoeveelheden zuurstof nodig, en die bevinden zich in kleineholten, hetgeen karakteristiek is voor doorlatend beton.Vooral de zone die aan opspattend water blootstaat, is onderhevig aan een dergelijkevorming van zoutcellen. Ofschoon door betere betonkwaliteit en bescherming tegen waterin mindere mate voorkomend, is het verschijnset toch ook wel bekend in watervrij gemaakte,onder water geplaatste constructies zoals verkeerstunnels of onderzeese verblijven.Om deze inwerking te voorkomen tracht men dicht, ondoorlatend beton te vervaardigendoor een zorgvuldig samengesteld mengsel met een lage water-cementfactor te ontwikkelenen door trillen een goede verdichting te verkrijgen.Voor bestendigheid tegen bevriezen en ontdooien is het nodig dat een bepaalde hoeveelheidlucht opgesloten wordt, waarbil het betonmengsel bovendien zorgvuldig samengesteld enverdicht moet worden. Een luchtgehalte van 6% is normaal: uit Noorvvegen is bekend dat invoorgespannen betonconstructies die aan bevriezing en dooi blootgesteld zijn met succes tot8%lucht is opgenomen.Het hoge soortelijk gewicht van beton gaat vooral een grote rol spelen bi] schuiten enandere vaartuigen, waarbij de verhouding tussen diepgang en draagvermogen sterk doorhet constructiemateriaal be?nvloed wordt. Dit probleem weegt zwaarder naarmate het volumestijgt; grote vaartuigen worden daardoor minder be?nvloed dan kleine. Lichtbeton kanbjjzonder nuttig zijn, omdat de dikte van de romp en schotten gewoonlUk eerder bepaaldwordt door de ruimte die nodig is voor wapening en schotten en door de eisen betreffendestijfheid dan door de sterkte.Versplintering door plaatselijk stoten kan sterk verminderd worden door dicht op elkaargeplaatste wapening bij het oppervlak toe te passen. Hiervoor kan bij voorbeeld gaasgebruikt worden'. Daarbij dient men vooral aan gegalvaniseerd gaas te denken in verbandmet de kleinere dekking van het staal. In Rusland heeft men ook onderzoekingen metgaaswerk en glasvezel verricht.Voorgespannen betonnen bakken voor deopslag van olie, met een capaciteit van 2000ton, worden gebruikt in Manilla op de Philip-pijnenCement XXII (1970) nr. 10 412Dergelijke bakken kunnen worden geprefa-briceerd zoals in de USSR wordt gedaanCement XXII (1970) nr. 10Van verschillende zijden is melding gemaakt van een enigszins grotere driftco?ffici?ntvan water dat over beton stroomt. Deze kan echter verlaagd worden door gebruik te makenvan vormen van staal of glasvezel waartegen de huid van het vaartuig gegoten wordt,en ook door het betonmengsel zo zorgvuldig mogelijk te verdichten.Technieken voor het ontwerpen en bouwen van in zee te plaatsen constructies vanvoorgespannen betonBij het ontwerpen van voorgespannen betonconstructies die in zee dienst moeten doen,dient men speciale aandacht te besteden aan de door golven veroorzaakte dynamischebelasting en spanningswisseHngen. In de natuur voorkomende golven zijn gecompliceerdvan aard, en het kan voorkomen dat op bepaalde plaatsen zee?n over een of meer opeen-volgende bewegingen van de deining heenlopen. Hierdoor kunnen de algemene eisen tenaanzien van de constructie meestal wat lager gesteld worden dan nodig lijken volgens deregelmatig gevormde golven in een modelbassin. Daarentegen kunnen plaatselijkeeffec-ten op bepaalde wijze versterkt worden.Bij het ontwerpen van constructies die voor opslag gebruikt worden, dient men rekeningte houden met de drukverschillen bij het laden en lossen.De invloed van aangroeisel op de driften het gewicht, en die van aangroeiend ijs ver-dienen eveneens speciale aandacht.De spanningen die zich gedurende het te water laten en bij de installatie voordoen, ver-schillen gewoonlijk van die welke onder bedrijfsomstandigheden optreden en zij kunnenaanzienlijk groter zijn. Het ontwerp moet dan ook volkomen op de constructie afgestemdworden en rekening houden met alle fasen, vanaf' het te water laten tot het naar deplaats van installatie slepen en het eigenlijke bedrijf.De optredende spanningen in schepen en in zee geplaatste constructies verlopen gewoon-lijk in verschillende richtingen. Vele schepen, tanks, enz. gedragen zich ten minste ge-deeltelijk als een schaalconstructie. Schaalwerking kan trouwens uitstekend benut worden,en er zal dan ook in 1971 in Hawaii door de 'International Association of Shell Structures'een symposium gehouden worden' om de mogelijkheden van polyhedrons en schalenvoor toepassing onder water te bestuderen.Om de trekspanningen op te vangen die in dergelijke constructies onder statische enbedrijfsomstandigheden en op zee voorkomen, wordt gewoonlijk voorspanning in eenaantal richtingen toegepast. Het opsluitend effect van de druk die de zee uitoefent kanworden benut voor constructies die permanent onder water blijven.Onderzoekingen door het laboratorium voor civiele techniek van de marine te Port Huenemein Californi? hebben aangetoond dat beton gebruikt kan worden voor bolvormige construc-ties die de druk op een diepte van enkele duizenden voet moeten weerstaan; dat onder-brekingen zoals vensters de totale sterkte niet verminderen zolang zij klein zijn tenopzichte van het gehele oppervlak; en ook dat de weerstand van de bol sterk afhankelijkis van de verhouding tussen wanddikte en diameter en van verschillen ten aanzien van deaanvaardbare afwijkingen in de bolvorm.Hoogwaardig beton blijkt bijzonder geschikt te zijn voor constructies die op grote dieptegeplaatst moeten worden. Niet alleen is de druksterkte ervan veel groter, maar het mate-riaal kan ook een veel grotere voorspankracht opnemen.Gedurende beide wereldoorlogen is constructief lichtbeton met ge?xpandeerde leisteenof klei als toeslagmateriaal op grote schaal toegepast biJ de bouw van betonnen schepen;dit materiaal heeft vooral wat duurzaamheid en weerstand tegen afschuiving en vermoeiingbetreft uitstekend voldaan. Constructief lichtbeton kan worden gemaakt in sterkten van350 tot 450 kgf/cm2en met volumegewichten van 1600 tot 1800 kg/m3. Juist gedoseerd enzorgvuldig geplaatst is het ondoorlatend en garandeert volledige bescherming van de voor-spaneenhedenen wapening. BiJ constructief lichtbeton dient altijd lucht in het mengsel op-genomen te worden. Het gedrag bij het voorspannen en de te nemen speciale voorzorgs-maatregelen zijn behandeld in een te Parijs in 1966 uitgebracht rapport van de FIP-com-missie voor voorgespannen lichtbeton.413Een door Sea-Tank (Frankr?k) vervaardigdontwerp om olie onder water op te slaan invoorgespannen betonnen reservoirsEen ander ontwerp voor de opslag van olie(Santa Fe-Pomeroy, Inc., USA)Cement XXII (1970) nr. 10De prefabricage van segmenten maakt het mogelijk om hoogwaardig beton met uiterstenauwkeurigheid doelmatig en op economische schaal voor drijvende en onder water ge-plaatste constructies toe te passen. In de praktijk komt dit gewoonlijk neer op het volgenvan methoden die in de geprefabriceerdebruggenbouw zijn ontwikkeld.Segmenten kunnen in de meest geschikte stand vervaardigd en voor het aansluiten in eenbassin of op een baan geplaatst worden. Dan kan in een of twee richtingen voorgespannenworden, gevolgd door naspannen in lengterichting.Voegen zijn natuurlijk zeer belangrijk. De beste uitvoeringen zijn gebetonneerde voegenmet of zonder zachtstaal wapening en met epoxyhars onder druk ge?njecteerde voegen.De contactvlakken van opeenvolgende constructiedelen dienen binnen redelijk kleinetoleranties afgewerkt te zijn. Zij dienen van mortelresten vrijgemaakt en geruwd te wor-den door zandstralen of boucharderen. Voor gebetonneerde voegen verdient het aanbe-veling een epoxy-bindmiddel te verwerken. Krimp in beton voor voeg constructies moetvoorkomen worden door een mengsel met minimale krimp toe te passen (mogelijk krimp-compenserend cement) en zorg te dragen voor een zorgvuldige nabehandeling. Het is inhet algemeen niet gebruikelijk om direct na de verharding een lichte voorspanning overde voegen aan te leggen. Wanneer daartoe wel de mogelijkheid bestaat, zal dit natuurlijkde krimpspanningen compenseren.Grotere segmenten, d.w.z. tot een bepaalde fase samengestelde eenheden die het ver-mogen hebben te drijven, kunnen een droogdok binnengevaren worden en nauwkeurigtegen de aanliggende eenheden geplaatst. Daarna volgt het betonneren van de voegenen de naspanning van het geheel.Hetzelfde principe is van toepassing op reeds drijvende elementen, mits een afdichtingwordt aangebracht waardoor het water binnen de voegen afgevoerd kan worden, en voortsde elementen tijdelijk ten opzichte van elkaar vastgezet worden om onderlinge bewegingte voorkomen. Het laatste kan worden bewerkstelligd door uitwendig aangebrachte raam-constructies of door de elementen in rustig water te blokkeren en met bouten vast temaken. De omschreven behandeling van voegen in drijvende constructies werd onlangstoegepast om de twee helften van de stalen romp van een 250000-tons tanker te lassen.Het zal duidelijk zijn dat deze methode even goed voor beton gebruikt kan worden.Voor eenheden die drijvend gebetonneerd moeten worden past men verschillende be-kistingsmethoden toe. Glijbekisting heeft men bij voorbeeld gebruikt voor het optrekkenvan de wanden van drijvende caissons. Deze methode vereist continu?teit in het glijdenvan de bekisting, plaatsing en doorvoeren van wapening en betonneren. Een dergelijkeingewikkelde operatie moet natuurlijk goed voorbereid worden, vooral wat betreft hettransport van personeel en materiaal over water. Er dient speciaal gezorgd te wordenvoor het handhaven van de verticale stand, want deze zal onderhevig zijn aan de invloedenvan ongelijke gewichtsverdeling, wind en golven. Zout water mag niet met de wapening inaanraking komen. De vers gestorte betonspecie moet zorgvuldig worden nabehandeld enhet oppervlak dient een dichte structuur te bezitten, voordat het onder water verdwijnt.Het werken met glijbekisting heeft onvermijdelijk trekspanningen in het buitenoppervlaktot gevolg. De invloed daarvan kan tot een minimum worden teruggebracht door eengeschikte bekistingsmethode te kiezen, goed na te behandelen en een effectieve afdich-ting toe te passen.Bij de bouw van drijvende caissons heeft men reeds lang met succes gebruik gemaaktvan bekistingspanelen. De panelen worden steeds opnieuw en hoger geplaatst als voort-zetting van reeds gestorte wanddelen. Doordat deze methode een bepaalde volgorde vanwerkzaamheden 'inhoudt, kan de stand steeds gecontroleerd worden en wordt voldoendetijd gelaten om de wapening en voorspanelementen juist te plaatsen. Er is een vrij hoogwerktempo mogelijk. De aan de buitenkant geplaatste panelen kunnen zo ontworpenworden dat zij elk vers gestort wandgedeelte beschermen tegen de inwerking van golvenen spatwater.Het nadeel van het werken met panelen is het ontstaan van een horizontale werkvoeg.414Een tweetal ontwerpen voor een kunstmatigbooreiland in Poolzee?n, resp. voor diep enondiep water (Santa Fe-Pomeroy, lnc., USA)Cement XXII (1970) nr. 10Daarom past men dikwijls een waterafdichting toe. Maar ongeacht of deze afdichtingwordt toegepast of niet, men dient de bovenkant van de gestorte laag altijd met een water-straal te reinigen, in het geval de betonspecie nog vers is, of anders te zandstralen ofboucharderen, en met een epoxy-bindmiddel aan te branden, alvorens het volgendegedeelte wordt gebet?nneerd. Men moet er ook zorg voor dragen dat het volgende stortvooral onderaan goed wordt verdicht.Een interessante en veelbelovende variant op de uitvoering met behulp van panelen is detoepassing van dunne panelen van geprefabriceerd beton als buitenste bekisting. Dezezijn natuurlijk uiterst duurzaam. Zij bieden uitstekende bescherming voor het verse betonwanneer het afgezonken wordt. De voegen erin kunnen waterbestendig gemaakt wordenmet behulp van een op epoxyhars of soortgelijke stof gebaseerde kit. De werkvoeg inhet ter plaatse gestorte beton dient halverwege de hoogte van een buitenpaneel te wordengelokaliseerd.Zowel de einden van voor- als van nagerekt staal moeten tegen de zoute lucht en hetwater beschermd worden. Deze einden of de plaatsen waar zij verankerd zijn dienenbinnen het beton te liggen, het vrijkomende staal moet met een epoxyhars behandeldworden, terwijl de sparing in het betonoppervlak met een epoxybindmiddel moet wordenbestreken alvorens die gevuld wordt met een weinig of niet krimpende mortel.Drijvende onder water geplaatste constructies worden ook vaak van dek- of bekledings-middelen voorzien., Reeds toegepaste middelen zijn bitumenmastiek, epoxymenqsels, enzachtstalen bekleding of omhulHngen. De toegepaste bitumen mastiek is bovendien tegenafschuring beschermd door bekleding met speciaal behandeld hout,Afhankelijk van de omstandigheden heeft een dunne stalen omhulling vele voordelen. Alsbekleding van een olieopslagruimte werkt een dergelijke bekleding als vloeistof- en gas-dichte huid en kan tevens als binnenbekleding dienen. Als buitenomhulling heeft staal weinigwaarde, aangezien het nauwelijks bestand is tegen corrosie en daardoor niet in aanmerkingkomt voor toepassing op de waterlijn en in het gebied waar opspattend water zijn invloeddoet gelden. Daarentegen kan een stalen omhulling bijzonder geschikt zijn voor geheelonder water geplaatste constructies en vooral wanneer deze geverfd is en van een specialekathodische bescherming voorzien.In het gebied van de Noordelijke IJszee treedt minder corrosie op en de buitenste stalenomhulling kan dan dienen als pantsering tegen de schurende werking van het ijs. Dergelijkestalen bekledingen en omhullingen gedragen zich als taaie membranen. Bekledingenkunnen ook op zeer effectieve wijze gebouwd worden door verschillende vormen van glas-vezelomwikkeling, door bitumenmastiek en expoxybekleding.Ofschoon in belangrijke en vitale constructies het gebruik van bekledingen aan binnen-en buitenzijde volledig gemotiveerd is, zijn natuurlijk de meeste drijvende en onder watergeplaatste constructies gebaseerd op de ondoorlatendheid en sterkte van het beton zelf.In een of meer richtingen voorgespannen zal het beton geen scheuren vertonen. Demeeste deskundigen zijn van mening dat het meer zin heeft om alle aandacht te concen-treren op een zorgvuldige samenstelling en verwerking van het betonmengsel en op dedetails van de wapening en voorspanning, dan aan het herstellen van eventuele foutenmet behulp van strijk- en bekledingsmiddelen.415Drijvende atoomcentrale (Tetra Tech, USA)Cement XXII (1970) nr.10Reeds vele jaren heeft men met succes ferrocement gebruikt voor de bouw van kleineboten en schuiten. Dergelijke technieken zijn bijzonder geschikt om toe te passen incombinatie met voorspanning, ten einde dunnere wanden en constructies van een dubbelekromming te voorzien en de weerstand op bepaalde plaatsen tegen klappen en stoten teverhogen. Schaalwanden van ferrocement kunnen vaak zeer goed met voorgespannen ver-stijvingsribbengecombineerd worden.Methoden voor het te water laten en installerenDrijvende en onder water geplaatste constructies van voorgespannen beton zijn vannature groot, zelfs reusachtig van afmetingen. De segmenten voor de La Fontaine verleeers-tunnel die in Montreal afgezonken werden, wogen 30000 ton en waren meer dan 100 meterlang. Met de plannen en methoden voor het te water laten en installeren van dergelijke con-structies dient daarom ook tijdens het ontwerp en de uitvoering zorgvuldig rekeninggehouden te worden. Een bestudering van technieken die eerder bij beton- en staal-constructies en va.artuigen toegepast zijn, kan nuttige richtlijnen leveren en tot nogbetere methoden leiden.De methoden die in het verleden met succes voorde montage en het te water laten zijntoegepast, kan men als volgt onderscheiden:Hellingen worden gebruikt om de constructie of het vaartuig op het droge te monterenen in het water te laten glijden. De hellingen dienen sterk genoeg te zijn om de gecon-centreerde belasting te dragen en de constructie die te water gelaten wordt voldoendesteun te geven.Bij vloed te water laten is met succes toegepast voor betonnen schuiten, caissons, enz.De constructie wordt gebouwd op een plaats waar getijden heersen en bij vloed wegge-sleept. Tijdens de bouw moet het verse beton tegen inwerking van zout water beschermdworden.Droogdokken zijn bijzonder geschikt voor de bouw van drijvende beton- en staalcon-structies, maar de bedrijfskosten zijn bijzonder hoog en de toegang tot dergelijke ruimten iszeer beperkt. Deze problemen kunnen sterk verkleind worden door grote onderdelen elderste vervaardigen en deze naar het droogdok te brengen om samengebouwd te worden,alsmede voorgespannen met nagerekt staal.Bouwdokken worden veel toegepast voor de uitvoering vanonder water te plaatsen tunnel-stukken; zij liggen achter opgeworpen hoogten of dijken. Als het bouwwerk voltooid is,wordt water in het bouwdok toegelaten, de dijk doorgebroken en de constructie naarbuiten gevaren.Vele grote betonconstructies tot zelfs 500 ton gewicht zijn op een platform gebouwd endaarna door vijzelen neergelaten. Bij deze methode is de ondersteuning veelvuldig tegebruiken, en kan van een uiterst doelmatig economisch systeem gesproken worden.Betonnen schuiten, caissons, ankers enz. worden ook op steunschuiten gebouwd en dan tewater gelaten door de ondersteuning te laten zinken. Wanneer het dek daarvan onder watergaat verliest de constructie zijn steun en glijdt zijwaarts af. Daarbij komen de zijkantenvan de ondersteunende schuit en de constructie onder een geconcentreerde belasting testaan. De manoeuvre moet dan ook goed in de hand gehouden worden, hetzij door inondiep water te werken, of met behulp van kolommen, geleidingen of lieren of door desteunschuit terwl]l deze nog drijfkracht bezit naar beneden te trekken.Vijzelen met zand is een methode waarbij een constructie op zand gebouwd wordt, waarnadoor spuiten, spoelen, baggeren, en met behulp van lucht dit zand verwijderd wordt tothet bouwsel op een diepte komt waar het kan drijven. De constructie moet van zichzelfsterk genoeg zijn om de veranderingen in ondersteuning tijdens het zakken op te vangen.Men heeft ook vele cilindervormige caissons, schachten van brugpijlers, pijpleidingenvan grote diameter, enz. te water gelaten door ze eenvoudig langs een flauw hellendzand- of kiezelstrand naar beneden te rollen. Daarbij moet men wel maatregelen treffendat beide einden zoals bij zijwaarts te water laten, tegelijk losgelaten worden, zodat het eneeind niet voor het andere raakt.416Cement XXII (1970) nr. 10Achter elkaar liggende bouwdokken z?n met veel succes toegepast voor de bouw vanhet betonnen caisson van de vuurtoren voor Kish Bank, in Ierland, en voor de enormeonder water geplaatste olie-opslagkoepel in Dubai. De aanzet van de constructie werdop een aan de getijden onderhevige zandbank resp. in een ondiep bouwdok vervaardigd,waarna het bouwsel naar dieper water (of een dieper bassin) werd gevoerd om afgewerkten te water gelaten te worden.In elkaar vallende platforms van houten palen heeft men in Zweden voor het te waterlaten van caissons en in Alaska voor schuiten toegepast. De stapeling kan door zijdelingste trekken of met behulp van explosieven omvergeworpen worden. Dit is een vrij riskantemethode want als er een paal niet breekt kan hij een gat in de constructie maken waardoordeze zinkt.Drijvende constructies zijn reeds eerder genoemd. Deze methode is bijzonder geschiktvoor caissons en andere grote objecten. Tijdens de bouw kan de constructie op de ge-wenste hoogte boven water gehouden worden door het naar behoefte te laten vollopen.Een drijvende of vaste omsluiting kan als werkplatform en bevestiging gebruikt worden.Als hij gereed is kan men de constructie door er water in toe te laten overeind zettenten einde deze te verslepen of te verplaatsen.De installatie van grote betonconstructies, of ze nu op de oceaanbodem of in zee afge-meerd worden, vraagt voor alle fasen van het werk nauwkeurige berekening ten aanzienvan de stabiliteit. De plannen voor het afzinken moeten uiterst zorgvuldig voorbereidworden; het bedienend personeel opgeleid en geoefend en de gehele operatie doeltreffendgeleid worden.Verschillende onderdelen kunnen ook op de zeebodem samengebouwd worden. Doormlddel van geleidingen en zorgvuldig aangebrachte katrollen kan het tweede element dicht-bij het eerste getrokken worden. Rubber stootkussens, die tevens als pakking dienenkunnen worden toegepast om de stoot op te vangen en de voeg te dichten. Door het wateruit de ruimte in de voeg weg te voeren komt een enorme hydrostatische druk voor deuiteindelijke plaatsing beschikbaar. Deze methode werd gevolgd bij de tunnel voor deRotterdamse Metro.Kolossale eenheden zoals genoemde tunnelelementen vertonen enorme traagheid bij hetafzinken. Tijdens het omlaag laten kan het best met een bepaald positief of bepaaldnegatief drijfvermogen gewerkt worden. Dicht bij de evenwichtstoestand zal de constructiernlsschlen niet te hanteren zijn. De dichtheid van het water neemt met de diepte toe doorhet zout- er moddergehalteen vermindert bij de bodem door het Venturi-effect van bodem-stromingen. Het gewicht van het beton moet zorgvuldig drijvend bepaald worden, omdatbijvoorbeeld zelfs uiterst kleine afwijkingen in wanddikte het gewicht met 100 ton of meerkunnen vergroten.Een aantal constructies, zoals riooluitmondingen, zijn van te voren uit vrij lange stukkendoor vporspannen samengevoegd en als geheel naar de installatieplaats gesleept. InNieuw 'Zeeland zijn dergelijke in de oceaan te plaatsen pijpleidingen uit stukken van1000 voet en meer opgebouwd en net als stalen leidingen op hun plaats getrokken ofafgezonken. waarbij gebruik gemaakt werd van de flexibiliteit van de complete leiding.Er werd reeds gesproken over het drijvend monteren van onderdelen als productie-methode. Deze techniek is ook toepasbaar bij het samenvoegen van grote eenhedentot complete bouwsels, zoals platforms of bases in zee of boven water geplaatste lucht-havens, enz. Daar de hydrostatische drukken op dergelijke ondiepe plaatsen te kleinzijn om het ene element tegen het andere te duwen, moet gebruik gemaakt worden vanpositieve middelen, zoals voorspannen. Starre voegen kunnen gevuld worden met ge-injecteerde cement- of onder water verhardende epoxymortel. Scharnierende voegen moe-ten zorgvuldig berekend worden op het overdragen van de afschuivingskrachten en ookom te voorkomen dat het beton Versplintert. Voor de bescherming van de voorspanele-menten in een dergelijke scharnierende voeg dient deze grondig en in detail bestudeerdte worden Om bij sterke golfwerking doeltreffende bescherming tegen corrosie, vermoeiing,afknelling enz. te verkrijgen. Een minder nauwkeurig ontwerp van scharnierende voegenheeft vervanging van een belangrijke drijvende brug (in Hobart, Tasmani?) en de volledigeherbouw van ~en andere (Hood Canal Bridge, Washington) tot gevolg gehad.Omlaag trekken tegen het positieve drijfvermogen in is een installatiemethode waarbij deconstructie uitstekend in de hand gehouden kan worden. Op de bodem moeten reactie-krachten verschaft worden. Die kunnen bestaan uit grote betonnen gewichten, ingeheid ofgeboord en met injectiemortel gevulde palen, of voorgespannen verankeringen. Het om-laag trekken vergemakkelijkt ook het in zijdelingse stand trekken.Aan het voor de installatie in positie brengen van constructies dienen altijd modelproevenen berekeningen vooraf te gaan. Er wordt dan een juiste indruk verkregen van debuigende momenten, secondaire rotaties en de invloed van de traagheid.Voor het te water laten en installeren van grote en belangrijke constructies dient menvolledig gebruik te maken van de nieuwste instrumentatiemethoden, zoals onderwater-televisie, plaats- en hellingaanwijzing, e.d. die door de olie-industrie voor werkzaamhedenbuiten de kust ontwikkeld zijn.417Drijvende aanlegstijger voor olietankers, oot-worpen voor de Poolgebieden (Santa Fe-Pomeroy, Inc., USA)Maquette van een drijvend vliegveld (Harris& Sutherland, Shaw, Johnson-Marshall, Shell-Engeland)Cement XXII (1970) nr. 10Bijzondere toepassingenEnkele bestaande en voorgestelde projecten verdienen wat uitvoeriger besproken teworden.Ten behoeve van het vervoer van cryogene stoffen maakt voorgespannen beton hetmogelijk het idee van de dubbele romp, zoals nu bij staal toegepast, te verlaten. Doorgebruik te maken van lichtbeton wordt condensatie vrijwel uitgeschakeld. Schotten kunnenmoeilijkheden opleveren omdat zij aan beide zijden koud zijn, en ondanks goede isolatiezullen zij sterke thermische krimp vertonen. Dit valt op te lossen door voorspannen,maar een dubbel schot met een lucht/water-ruimte werkt misschien gunstiger en dit pastook beter bij het principe van het bouwen met geprefabriceerde elementen.Half en geheel afzinkbare constructies ontlenen de stabiliteit aan hun massa: het hogegewicht van beton per eenheid is daarom geen bezwaar. Duurzaamheid en vrijheid vanonderhoud zijn zeer belangrijke eisen omdat dergelijke vaartuigen gewoonlijk te grootzijn en te veel diepgang hebben en een zodanige vorm dat onderhoud ineen dok nietmogelijk is.De Noordelijke IJszee is plotseling een belangrijk gebied van onderzoek en ontwikkelinggeworden, doordat wordt aangenomen dat onder het eeuwige ijs en langs de kustenenorme voorraden aardolie en mineralen aanwezig zijn. Bij het ontwerpen van daar brulk-bare constructies moet men rekening houden met een watertemperatuur van-20 ?C, eenluchttemperatuur van. en ijsdrukken die tot 22 kgf/cm2op een diepte van 2 tot 3meter kunnen bedragen. De breukcyclus van ijs onder druk komt ongeveer overeen metde natuurlijke duur van de beschouwde constructies. Onder dergelijke omstandighedenbiedt beton, en vooral voorgespannen beton, zeer grote voordelen. Een aantal omvangrijkeconstructies, de' eerste in de IJszee, wordt op het ogenblik grondig bestudeerd. Debedoeling is ze als drijvende constructies in havens met minder koud water te makenen ze dan naar de IJszee te slepen, ter plaatse af te zinken en door volstorten metballastmateriaal of met behulp van boorpalen ze op hun plaats te houden.Er is reeds uit vele studies gebleken dat reservoirs en schepen zoals tankers en erts-vaarders zeer goed van voorgespannen beton gemaakt kunnen worden. De huidige snelleveranderingen op het gebied van het construeren van schepen, begunstigen een dergelijkeontwikkeling: de rompen worden steeds groter, en de verhouding tussen oppervlak eninhoud wordt steeds kleiner.Op het gebied van olieopslag onder water en van drijvende tanks liggen voor het voor-gespannen beton eveneens grote mogelijkheden. De grote afmetingen, de eis om zoeconomisch mogelijk te werken en de duurzaamheid, de grote bestendigheid tegen degevolgen van ongelukken, en ook het gewicht of de massa van dergelijke constructieszijn aspecten die maken dat toepassing van voorgespannen beton alle voorkeur verdient.Een aantal idee?n, waarmee getracht wordt om een plaats te verwerven op de wereldmarktvoor buiten de kust gelegen olieopslagplaatsen, is in detail uitgewerkt.De firma Brown and Root heeft technieken ontwikkeld voor het met behulp van voor-gespannen beton repareren van bestaande platforms in zee, en deze methoden met succestoegepast. De stalen buisvormige elementen worden met hoogwaardige mortel volgepomptom de druksterkte weer op peil te brengen, om vervolgens via de voegen voor te spannen,ten einde de oorspronkelijke treksterkte te bereiken. Dit werk wordt onder water uitgevoerd.Een dergelijke methode lijkt bijzonder waardevol voor zowel nieuwbouw als reparatiewerk,want de krachten van de golven zijn evenredig aan de afmetingen van de genoemde delen(virtuele massa en drift). Daardoor zou het voor kleinere constructiedelen mogelijk zijnextra sterkte te verkrijgen.418Cement XXII (1970) nr.l0Er wordt op het ogenblik overal ter wereld veel aandacht geschonken aan buiten de kustgelegen drijvende luchthavens. Sommige idee?n daarover omvatten vrij ondiepe schuit-vormige constructies die tegen sterke golfwerking worden beschermd door golfbrekers,waarvan de breedte in bepaalde verhouding op de lengte van de golven is afgestemd.Andere voorstellen maken gebruik van het principe van stabiliseren van een constructie-platform, dat rust op diepe drijvende kolommen van bij voorbeeld 120 meter diep en 7 meterin doorsnede. Constructies die een dergelijk groot oppervlak beslaan moeten beslistvoorgespannen worden opdat zij, eenmaal samengevoegd, een soepel geheel vormen.Research en ontwikkelingAls geheel verbreidt de gedachte om voorgespannen beton op zee te gebruiken zich zosterk, dat er een ontzaglijke behoefte aan research en ontwikkeling bestaat. Wij beginnennu pas te beseffen hoeveel we nog niet weten en hoeveel van hetgeen we wel wetenonjuist is of nog aanvulling vraagt.Het meest opwindende terrein voor research en ontwikkeling is misschien wel de toe-passing van polymeren. Het riabehandelde en gedroogde beton wordt met een monomeer,zoals methyl metharcrylaat, verzadigd en dan met cobalt 60 bestraald en aan een warmte-katalytische behandeling onderworpen om polymerisatie tot stand te brengen. Het poly-merisatieprodukt vult de openingen tussen de cementkorrels, waardoor het beton nogondoorlatender en bestendiger tegen afschuring en de gevolgen van vriezen en dooienwordt en tevens grotere druk- en treksterkte verkrijgt. De mogelijkheid wordt op hetogenblik bestudeerd om de monomeer in het beton mengsel zelf te verwerken.Andere richtingen waarin verder onderzoek noodzakelijk is omvatten het gebruik vanferrocement in combinatie met voorspannen, de toepassing van glasvezeldoek om plaatse-lijke beschadiging te voorkomen en het ontstaan van trekscheuren tegen te gaan. Alleaandacht verdienen ook de onderwaterverbindingen met inbegrip van voegvullingmateriaalen details met betrekking tot het naspannen: de seismische consequenties van onder watergeplaatste en drijvende betonnen vaartuigen; de invloed van de vorm en in het bijzondervan de afmetingen met betrekking tot de golflengte bij grote onder water geplaatsteconstructies zoals olieopslagplaatsen en het feitelijke gedrag van betonnen vormenonderworpen aan triaxiale belastingen zoals deze zich onder bedrijfsomstandighedenvoordoen.SlotbeschouwingDe oceanen bieden de mens een enorme rijkdom aan voedsel, mineralen, energie en water.Maar zij vormen ook een bijzonder vijandig terrein. Voor het op uitvoerbare en economi-sche wijze exploiteren van de aanwezige bronnen zijn constructiemateralen en -methodennodig die volkomen geschikt zijn om aan de eisen verbonden aan de zich voordoendebedrijfsomstandigheden te voldoen. Het lijkt wel dat voorgespannen beton en het idee vanvoorspannen zelf daartoe bij uitstek geschikt zijn. Wij als civiel- en bouwkundige ingenieurszullen dit wel onderkennen, maar alleen kunnen wij de vereiste verandering in de begrippenniet tot stand brengen. Wij moeten de gedachte overdragen aan de scheepsbouwkundigen,de werkvoorbereiders en de uiteindelijke gebruiker, of dat nu een particulier bedrijf ofeen regeringsinstantie is. Een van de voornaamste redenen waarom beton zo weinigingang heeft gevonden voor gebruik op zee is waarschijnlijk het ontbreken van betonnenscheepsbouw die zich als industrie staande kan houden. De stalen scheepsbouw beschiktover een schat aan technische, zij het hoofdzakelijk empirische kennis, en is in staatuiterst bekwaam aan de hoogste eisen van de techniek te voldoen. Het is aan ons alsingenieurs en als FJP-organisatte om een gelijkwaardige bekwaamheid op dit terrein teontwikkelen.Het hedendaagse schip heeft zich gestadig ontwikkeld vanaf de eerste kano van de mens,waarna de aandrijving veranderde van riem in zeil,stoom en motor, maar de grondvormdie bedoeld was weerstand aan de zee te bieden is gelijk gebleven. Plotseling gaanschepen, opslagtanks, eindstations e.d. door de golflengtegrens breken zoals vliegtuigendoor de geluidsgrens gaan. De afmetingen van de nieuwe constructies zijn thans grootin verhouding tot de lengte van de golven, en de reactie van het schip of de tank isvolkomen anders. Voor de afzinkbare en half afzinkbare constructies worden massa entraagheid benut om deze reactie te neutraliseren. Dit is een volkomen nieuw aspect in descheepsbouw, en voorgespannen beton is technisch juist voldoende gerijpt om zich bijdeze ontwikkeling te voegen en aan de behoeften te voldoen.Reeds in 1954 voorspelde Freyssinet, de eerste president van de FIP een dergelijkeontwikkeling. Hij zei: 'Het vervoer te water zal, zoals elders een ander aanzien krijgendoor de toepassing van voorgespannen constructies. Voor sluizen, kaden, damwanden, e.d.zullen beide vormen van voorspannen gebruikt worden. Maar de opvallendste ontwikkelingzal zich voordoen bij onze schepen en havens. Wij zullen schepen kunnen bouwen metzulke afmetingen dat de langste golven in dit verband nog slechts een korte golfslag zalzijn. Dan zullen er drijvende eilanden komen, die de installaties dragen om de kostbaremineralen van de zeebodem te bewerken.'Wat Freyssinet voorzag staat nu te gebeuren. De groeiende belangstelling voor de zee?nen hun rijkdommen hebben die ontwikkeling nodig gemaakt.Voorgespannen beton kan deze uitdaging aanvaarden, mits wij de nodige technische enindustri?le bekwaamheden daarvoor kunnen opbrengen.419