themaBeton bij -170 ?C5201026themaIntro1Beton bij -170 ?C 52010 27Aardgas, dat voornamelijk uit methaan (CH4) bestaat, is eenfossiele brandstof die ? eenmaal ontdaan van de zwavelwater-stof ? geurloos, kleurloos, niet zelfontbrandend, niet giftig enniet corrosief is. Nederland kan door de geografisch uitste-kende ligging worden beschouwd als een spil in het transportvan aardgas in Europa. Meer dan 50% van de wereldaardgasre-serves liggen namelijk in een straal van 5000 km. Doordat deverbruiksgebieden vaak duizenden kilometers verwijderd zijnvan de gasvelden, vormt het groot volume van het gas innormale omstandigheden het grootste obstakel voor verderecommercialisering. Door het gas af te koelen tot -170 ?C wordthet vloeibaar en neemt het volume af met een factor 600. Zokan het behalve via lange leidingen, ook via methaantankersworden getransporteerd. Dit vloeibaar aardgas wordt LNG(Liquified Natural Gas) genoemd.Doordat volgens schattingen de productie van LNG tussen2006 en 2012 zal verdubbelen, is er over de hele wereldbehoefte aan de ontwikkeling van nieuwe LNG-terminals. Zoook in de Rotterdamse haven. De GATE-terminal zal een initi-ele doorzetcapaciteit hebben van 12 miljard m3per jaar. Dezekan in de toekomst nog worden uitgebreid naar 16 miljard m3.De drie opslagtanks hebben elk een opslagcapaciteit van 180000 m3. De terminal wordt aangesloten op het hoogcalorischnetwerk en zal dus louter en alleen gas leveren aan industri?lebedrijven zoals RWE-Essent, OMV-Econgas, E.ON Ruhrgas enDONG Energy.Constructief ontwerpBij het ontwerp van dergelijke constructies moeten er veel meerfactoren in rekening worden gebracht dan normaal het geval isbij een civiel bouwwerk. Zo moet er rekening worden gehou-den met het uitzonderlijke geval dat LNG-gas, met een tempe-ratuur van -170 ?C (ook wel cryogene temperatuur genoemd),in contact komt met het beton en zo een thermische schokveroorzaakt. Vanwege de eis van waterdichtheid is menverplicht om scheurvorming tot een minimum te beperken.Om dit te onderzoeken werden er modellen opgesteld met deBeton bij -170 ?C1 De drie LNG-tanks bij de GATE-terminalbron: PERI GmbH2 Om de tanks te berekenen zijn EEM-modellen opgesteld; a: het model;b: de spanningenbron: VCGPLNG-tanks bijzonder belastVanaf september 2011 beschikt de Rotterdamse haven over een grote op- en overslagterminal voor vloeibaar aardgas:de GATE-terminal (Gas Access to Europe). Het gehele project bevat de bouw van twee aanlegsteigers, installaties omhet LNG om te zetten in aardgas en drie opslagtanks. In Cement 2009/5 werd al kort aandacht besteed aan de tanks.In dit artikel worden deze nader onder de loep genomen.2a 2bthemaBeton bij -170 ?C52010285Uitvoering van de tanks (civiele werken)GrondverbeteringDifferenti?le zettingen moesten te allen tijde worden vermeden.Vanwege de hoge belasting van ongeveer 22 ton/m2die de op staalgefundeerde constructie zal uitoefenen op de bodem, was mendaarom verplicht gedetailleerd onderzoek te verrichten naar devoorziene zettingen. Het grondmechanisch onderzoek stelde dathet zand moest worden verdicht in twee stappen. In een eerste fasewerd er gedurende enkele maanden een voorbelasting aange-bracht om zo de op 25 m diepte gelegen kleilaag te consolideren.In een tweede fase werd dan het zand verder verdicht door vibro-flotatie. In totaal werd er zo'n 620 000 m3zand verdicht. Echter,door klei-insluitingen in de bovenste zandlagen, die niet werdengedetecteerd tijdens het bodemonderzoek, was het effect van dezemethode beperkt en moest de grond gedurende circa drie wekenper tank verder worden verdicht.VloerplaatNa de bodemstabilisatie kon vanaf eind mei 2008 met hetbetonwerk worden begonnen. Iedere vloerplaat, met een varia-bele dikte van 1,20 m aan de buitenzijde tot 0,40 m in het65019.860 +P16.195 +Pslag 43878366536653665366543 Doorsnede van de tankbron: VCGP4 Doorsnede van de klimbekistingbron: PERI GmbH5 Omdat de stalen constructie het gewicht van het verse beton niet volledigkon dragen, moest het dak in twee fasen worden gestort6 Het stalen werd binnenin de tank opgebouwd en later omhoog geblazenfoto 5 en 6: CFE6500EL.+4.500EL.+5.200EL.+4.500EL.+55.571 (Top of Roof)R=44900vertical section800R8600545065090040039800733031251200eindige-elementenmethode (fig. 2). Ook de wapening moetbestand zijn tegen de lage temperaturen. Normale wapeningvoldoet hier niet aan.Ook moest rekening worden gehouden met externe factoren, zoalsde impact van een klein vliegtuig, een uitwendige druk veroor-zaakt door een ontploffing van een olietank van de nabij gelegenMaasvlakte Olieterminal en het voorkomen van een aardbeving.Samen met de normen opgelegd in het contract en de speci-fieke eigenschappen van de ondergrond ? de tanks wordenimmers gebouwd op een nieuw stuk opgespoten land ? leiddedit tot een unieke studie.3Beton bij -170 ?C 52010 29centrale gedeelte, bevat circa 4000 m3beton. Voor de afwerkingvan het beton moest rekening worden gehouden met uiterststrenge toleranties, noodzakelijk voor de installatie van hetvloersysteem, dat bestaat uit een combinatie van staal en betonmet daartussen isolatieblokken. Het storten en de afwerkingvan het beton gebeurde dan ook door een gespecialiseerdbedrijf. Tussen de wapening door moesten er nog verscheidenekilometers verwarmingsbuizen worden geplaatst. Dit verwar-mingssysteem is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat deondergrond niet bevriest wanneer het ijskoude LNG in detanks wordt opgeslagen.WandenVijf maanden na aanvang van de vloerplaat kon worden gestartmet de realisatie van de 40 m hoge cilindervormige wandenvan de tanks in twaalf afzonderlijke fasen. De eerste tien fasenhebben een constante hoogte van 3,665 m. Fase 11 en 12 zijnminder hoog. Hier wordt de wand breder en wordt de overgangnaar het dak gemaakt. Er werd gebruikgemaakt van een klim-bekistingssysteem (fig. 4). De bekistingspanelen werdengekromd in een straal van respectievelijk 43,00 m en 43,65 mgefabriceerd. Gezien de strikte planning was het noodzakelijk6Betrokken partijenDe opdracht voor het ontwerp en de bouw van de GATE-terminalwerd eind 2007 toevertrouwd aan een internationaal consortiumbestaande uit Techint (Itali?), Sener (Spanje), Entrepose Contrac-ting (Frankrijk) en VGCP - Vinci Construction Grands Projets(Frankrijk). CFE LNG v.o.f. voert, als onderaannemer van VCGP, deciviele werken uit van de drie reservoirs. Deze combinatie bestaatuit CFE Nederland (70%) en haar Belgische zusterbedrijf MBG(30%). De groep CFE heeft de voorbije decennia ruime ervaringopgebouwd met dergelijke projecten: tussen 2005 en 2007 werdin de haven van Zeebrugge een soortgelijke tank (140 000 m?)gerealiseerd en in de jaren '80 bouwde CFE daar reeds de eerstedrie LNG-tanks in Belgi?.Het ontwerp van de tanks werd verzorgd door het ingenieursbu-reau van VINCI Construction Grands Projets (VCGP), dat gedu-rende de afgelopen decennia betrokken was bij verschillendesoortgelijke projecten over de hele wereld. De sleutel tot succeswas de nauwe samenwerking met het ingenieursbureau van hunpartner Entrepose, dat instaat voor het ontwerp van het werk-tuigkundige deel (stalen binnentank, isolatie, leidingen, etc.).themaBeton bij -170 ?C5201030werkt niet mee met het beton. De stalen constructie kon hetgewicht van het verse beton niet volledig dragen. Daarommoest het dak in twee fasen worden gestort (foto 5). Tijdensde eerste fase werd de tank afgesloten en een overdrukbinnenin de tank aangebracht om het gewicht van het versebeton te compenseren. Enkele dagen na voltooiing van deeerste laag, liet men de druk in de tank weer afnemen en konworden begonnen met het plaatsen van de bovenwapening.Voor het storten van de tweede fase was de overdruk niet meernodig, omdat de eerste laag beton voldoende sterk was om hetvolledige gewicht van de tweede fase te dragen. Om het stortenop een helling van maximaal 30? te vergemakkelijken entevens te voldoen aan de hoge kwaliteitseisen voor de afwer-king van het beton, werd er in samenwerking met de betonle-verancier een aangepast mengsel ontwikkeld. Dit mengselwerd uitvoerig getest op een speciaal hiervoor ontworpenproefopstelling. In totaal nam de constructie van de dakencirca vier maanden in beslag. Het laatste dak werd in decem-ber 2009 voltooid, slechts enkele dagen voor de eerste hevigesneeuwval van deze winter.Raamwerk op het dakVervolgens moest er op elk dak een raamwerk worden gebouwdals ondersteuning voor een platform waarlangs alle gasleidingende tank in gaan (foto 7). In het oorspronkelijke ontwerp werdvoor dit raamwerk uitgegaan van ter plaatse gestort beton. InEnkele cijfersbeton ? 50 000 m3bekisting ? 65 000 m2wapeningsstaal ? 10 000 tonvoorspanning ? 1700 tontotale hoogte van de tank 52 mbinnendiameter van de tank 86 mopslagcapaciteit per tank 180 000 m37 Op het dak staan raamwerken als ondersteuning voor een platform waarlangsalle gasleidingen de tank in gaan8 De betonnen tank werd achteraf zowel verticaal als horizontaal nagespannenfoto 7 en 8: CFEom voor alle drie de tanks een aparte set bekisting aan tekopen. Bij het ontwerp van de bekisting moest rekeningworden gehouden met een afnemende dikte van de wand van0,90 naar 0,65 m over de eerste twee niveaus en de aanwezig-heid van zowel verticale als horizontale stalen buizen waarinlater de naspanningskabels werden geplaatst. Omdat de afstandtussen de horizontale buizen variabel is, moest de ideale hoogtevan de trekankers worden bepaald zodanig dat er in geenenkele fase een conflict zou optreden.Om gedurende deze korte periode zowel de bekisting als dewapeningsnetten te plaatsen en het beton te storten, waren ervier torenkranen per tank voorzien, twaalf in totaal. In deperiode november 2008 ? april 2009 werkten er ongeveer 250arbeiders op de drie tanks.Net zoals voor de vloerplaat, werden er hoge eisen opgelegdvoor de afwerking van het beton van de wanden. Er moestenelke 2 m verticale stalen profielen worden ingestort waartegenlater een stalen scherm kon worden gelast om de dichtheid vande tank te garanderen. Deze profielen moesten op 10 mmnauwkeurig worden geplaatst. Ze moesten daarenboven ??nvlak vormen met het betonnen oppervlak. Daarnaast warenook de afwijkingen op de verticaliteit en de straal van de tankbeperkt tot een minimum. Omdat het stalen dak binnenin detank werd opgebouwd en later omhoog werd geblazen, moesthet strak aansluiten op de betonwand (foto 6). Vandaar dat erdus extra aandacht werd besteed aan de precieze maatvoeringvan de betonnen tanks.DakenBovenop de tanks zit een koepelvormig dak met een dikte van0,45 m in het centrale gedeelte tot 1,05 m aan de overgangnaar de wand. Een stalen koepel met een dikte van slechts5 mm deed dienst als verloren bekisting voor het beton, maar7Beton bij -170 ?C 52010 31nauw overleg met het studiebureau van VCGP en het studiebu-reau van CFE werd dit volledig herbekeken en vertaald naarprefab balken, kolommen en wanden. Dit was noodzakelijk om deveiligheidsrisico's tot een minimum te beperken en tegelijk deuitvoeringsperiode te versnellen. Zowel de fabricage als de plaat-sing werd uitbesteed aan een gespecialiseerde firma en sinds beginmaart 2010 staat er dan ook op elke tank een platform te pronken.NaspanningDe betonnen tank werd achteraf zowel verticaal als horizontaalnagespannen (foto 8). De naspanning is opgedeeld in driefasen. Eerst werden de stalen kabels ingeregen, vervolgenswerden ze aangespannen en ten slotte werd de ruimte tussen dekabels en de buis gevuld met grout. Na voltooiing van de hori-zontale kabels, werden de verticale kabels ge?nstalleerd en nage-spannen. Deze activiteit werd voltooid in april 2010.AfrondingOp het moment van schrijven wordt een waterdichte deklaagbovenop de daken aangebracht. Ten slotte, wanneer in het najaarvan 2010 de stalen binnentank volledig is afgewerkt, worden detijdelijke openingen in de wanden gesloten. Eind 2010 zijn dewerkzaamheden van de betonbouw volledig klaar. Jacques Linssen i.s.m. Projectteam CFE LNG v.o.f. ProJECtGEGEvENsproject Bouw 3 LNG-opslagtanks, Maasvlakteopdrachtgever Gate terminal (N.V Nederlandse Gasunie enKoninklijke Vopak N.V.opdrachtnemer Consortium bestaande uit Techint (Itali?), Sener(Spanje), Entrepose Contracting en Vinci Construction Grands Projets(VCGP) (beide Frankrijk)constructief ontwerp tanks engineeringbureau van VCGPbetonbouw CFE LNG v.o.f., bestaande uit CFE NL en MBG (neideonderdeel CFE)grondmechanisch onderzoek Arcadisleverancier klimbekisting PERIbetonmortelleverancier Mebinnaspanning tanks Freyssinet8