ir.L.Zevenbergen c.l,Raadgevend Ingenieur te Rijswijk Z.H. Scheepshellingen en -dokken1Overzicht van een grote scheepshellingin aanbouwBig slipway under constructionN.B.De bij dit artikel geplaatste foto's zijnafkomstig van:Europhoto/Rozenburg, Panavue/Rotterdam,G. van Soest/Rotterdam enH.J.StuveljVoorburgCement XXIV (1972) nr. 12InleidingDe scheepsbouwhellingen en gegraven scheepsdokken, zoals deze gedurende de laatstetwintig jaar zijn gebouwd voor zowel nieuwbouw als reparatie van schepen van enigeimportantie, zijn vrijwel alle uitgevoerd in gewapend beton. De aard en vormgeving van deconstructies van hellingen en dokken kunnen, afgezien van de grondgesteldheid en anderebijkomende factoren, velerlei zijn. Zo onderscheidt men in het algemeen voor de ,nieuwbouwvan schepen:a. langshellingen, voor allerlei typen schepen;,b. dwarshellingen, in hoofdzaak voor kustvaarders; veelal voorkomend in het noorden vanons land;c. bouwdokken, meestal voor de bouw van zeer grote schepen.Voor de reparatie van schepen kan de indeling in grote lijnen als volgt worden opgesteld:d. dwarshellingen voor kleine schepen, die door middel van lorries of wielstellen, getrokkendoor lieren, uit het water op de hellingen worden gedeponeerd;e. langs- of zgn. sleephellingen, waarbij in principe dezelfde werkwijze wordt gevolgd alsvermeld onder d;f. reparatledokken, voor schepen van allerlei grootte.Het zou te ver voeren om alle voorkomende typen met de daaraan verbonden constructiesen scheepsbouwkundige eisen te behandelen. Dit artikel zal zich beperken tot de behande-ling van langshellingen en gegraven droogdokken voor nieuwbouw van schepen enerzijelsen tot de gegraven droogdokken voor reparatie van schepen anderzijds.langshellingenAlgemeenVan oudsher zijn schepen gebouwd en te water gelaten op een wijze waarbij de lengte-asvan het schip overeenkomt met de lengte-as van de helling. Bouwde men in vroeger jarende schepen op een zgn. verharde 'grondplaat', naarmate de afmetingen van de schepentoenamen kwam het toepassen van betonplaten al dan niet onderheld op plaatsen waarde grootste belastingen op de ondergrond moesten worden overgebracht, meer in zwang.De verdere evolutie in de scheepsbouw, zeer zeker in de laatste twee decennia waarbijde bouw van tankers van 50 000 tot 350 000 ton d.w. niet meer tot de uitzonderingen be-hoort, heeft er toe geleid dat aan de hellingconstructies steeds hogere eisen gesteld moe-ten worden.5502a-bSchetsmatige plattegrond plus doorsnedenvan de grote helling voor Vero/me Dok-en Scheepsbouw M?. te RotterdamGround-p/an and sections of the bigslipway tor Vero/me Dok- en ScheepsbouwM?. in Rotterdam 13 12 11 10L 35000 mA,I. SO.OOm3Detail-overzicht van hei- en betonwerkenvan een hellingconstructie, terw?/ ook dewapening van een v/oersectie wordtaangebrachtPile driving and concrete works for aslipway; at the same time the reinforcementof a f100r section is p/acedCement XXIV (1972) nr. 12Constructief ontwerpVoor het ontwerp is het in eerste instantie van belang te weten welke eisen de scheeps-bouwkundigen stellen. In dit verband zijn van belang:1. de afmetingen in lengte- en breedterichting;2. het afschot van de helling (hoek tussen het hellingdek en de waterlijn);3. de hoogteligging van de drempel;4. de belastingen die tijdens het bouwen en het te water laten van het schip op het hellingdekkunnen worden uitgeoefend.Een interessant en tevens representatief voorbeeld van een moderne scheepsbouwhellingis de constructie, die in 1968 is gebouwd voor Verolme Dok- en Scheepsbouw Mij. N.V.te Rotterdam. Deze helling, ??n der grootste ter wereld, is geschikt voor het bouwen vantankers tot 500000 ton d.w. en bezit een lengte van 357 rn bij een breedte van 80 m. Deconstructie bestaat uit een vlakke, hellende betonplaat, dik 80 cm, die zich gedeeltelijkonder en gedeeltelijk boven het maaiveld bevindt.In het midden van de plaat is over een breedte van 20 m een verzwaring aangebracht(vari?rend van 1,30 m tot 2,50 m dikte), de zgn. 'ruggegraat', die dient om de hoge belastin-gen tijdens de stapelloop te spreiden en op te nemen. De mate van de verzwaring varieertmet de grootte van de afloopbelastingen.Voor zover de helling zich onder het maaiveld bevindt, zijn langs de zijkanten keerwandenontworpen om de grond en het water tegen te houden. De voorzijde wordt met een uitneem-bare stalen deur afgesloten. Waar het hellingdek boven het maaiveld uitstijgt, is de onder-liggende ruimte, op die plaatsen waar voldoende hoogte onder het hellingdek aanwezig is,benut voor kantoren, magazijnen, kleedlokalen enz. Ten einde de gevolgen van krimp vanhet beton zoveel mogelijk te beperken, zijn het hellingdek en de wanden door dilatatie-voegen gescheiden in secties. Vroegere ervaringen hebben geleerd, dat een sectie-lengtevan 25 tot 50 m een aanvaardbare maat is. De hellingplaat, die door betonpalen wordt ge-dragen, is berekend als een elastisch ondersteunde plaat met variabele dikte, waarbij depalen fungeren als stijve veren.5514Storten van betonspecie en afwerken vaneen vloersectie van een scheepshelJingCasting of concrete and finishing of afloor section of a slipwayDe scheepsbouwhelling wordt in veel gevallen geflankeerd door kraanbanen. Op dezekraanbanen, bestaande uit een frame van betonbalken en -dek, bevinden zich rUdende kra-nen, die blldraqen tot de aanbouw van het schip. BU de bouw van zeer grote schepenwordt momenteel ook gebruik gemaakt van zgn. brug-of portaalkranen, die de gehelebreedte van de helling overspannen. Voorbeelden hiervan zUn zowel in als buiten Europate vinden.Indien de situering dit toelaat, zullende kraanbanen in het algemeen over enige afstandachter het hoogste uiteinde van de helling doorlopen, ten einde scheepssectiesdie achterde helling zijn opgeslagen, te kunnen opnemen en naar de helling te transporteren. Vaakreiken zi] ook voorbij het diepste punt van de helling, ten einde per schip aangevoerdegrote onderdelen beter te kunnen behandelen.ScheepsdokkenAlgemeenGegraven scheepsdokken zijn te vergelUken met sluizen, echter met dit verschil dat deschepen na het invaren geheel worden drooggezet. In zUn eenvoudigste vorm bestaat deconstructie uit een grote bak, meestal gemaakt van gewapend beton, die door een be-weegbare deur, veelal uitgevoerd in staal, wordt afgesloten.Zoals reeds hiervoor is beschreven, onderscheidt men gegraven droogdokken voor nieuw-bouwen voor reparatie van schepen.De dokken voor nieuwbouw hebben, afgezien van de benodigde scheepsbouwkundigeoutillage en pompcapaciteit, in beginsel dezelfde constructievorm als dokken voor reparatle-doeleinden, met dien verstande echter, dat het peil van de dokvloer .bl] vergelijkbare typenen afmetingen van de schepen aanzienlijk hoger is gelegen, aangezien bi] nieuwbouw-schepen een minder grote diepgang wordt vereist dan voor de reparatie van dergelijkeschepen. Deze laatste hebben, doordat zl] geheel zljn afgebouwd, gedeeltelUk geballastkunnen zijn of in beschadigde toestand (eventueel met slagzU) moeten worden gedokt, eengrotere diepgang.Evenals bl] scheepsbouwhellingen zljn de constructies van dokken in de loop der jarenaangepast aan de eisen die door de scheepsbouwkundigen werden gesteld. In vroeger jarenwerden veelal de zgn. altaar-wanden toegepast, waarbij op verschillende hoogten in dewanden galerUen werden gemaakt, die dienden voor het afstempelen van de te bouwen ofte dokken schepen door middel van houten stutten. BU de meer moderne dokken is dezewandvorm grotendeels verlaten, aangezien de schepen nu worden ondersteund door opde dokvloer in rUen geplaatste betonnen blokken, al dan niet verstelbaar en/of afgewerktmet hout of rubber.Constructief ontwerpHet ontwerp van een droogdok wordt be?nvloed door de plaats waar het gebouwd moetworden. Meer nog dan bU de bouw van een scheepshelling, dient in het algemeen een zeeruitgebreid grondonderzoek te worden uitgevoerd om de geologische opbouw van de diversegrondlagen te kunnen nagaan.Naast dit onderzoek, doch wel hieraan gekoppeld, is het van belang door middel van eenpompproef het waterbezwaar in de bouwput te bepalen. De bU de pompproef te gebruikenpeilfilters kunnen eveneens een indicatie geven omtrent de te verwachten waterdrukkenonder de dakvloer.Afhankelijk van de genoemde onderzoeken kunnen in principe voor het ontwerp de navol-gende keuzen worden gedaan:1. Het gewichtsdok, dat de opwaartse waterdruk kan weerstaan door het eigen gewicht vande betonnen bakconstructle, eventueel vermeerderd met grondballast op uit de vloer5Dwarsdoorsnede van een dok optrek/drukpalenCross-section of a doek on pi/esCement XXIV (1972) nr. 12 552II- 90.o0m6Storten van betonspecie in een vloersectie.benevens een overzicht van het heiwerkvoor een scheepsdokCasting of concrete in a floor secnon andpile driving for a ship dock7Aanbrengen van de wapening in eendokwandP/acing of the reinforcement in a dock wallCement XXIV (1972) nr. 12achter de dokwanden uitgebouwde overstekken (zgn. 'oren'). Indien zich onder de dok-vloer voldoende draagkrachtige lagen bevinden, zodanig dat ongelijkmatige zettingen vanenige betekenis zijn uitgesloten, kan een dergelijke constructie op staal worden gefundeerd.Doet zich het geval voor, dat genoemde ongelijkmatige zettingen in die orde van grootteliggen dat de constructie deze niet kan verwerken, dan moet op palen of eventueel puttenworden gefundeerd die tot een voldoende draagkrachtige bodem reiken.2. Het verankerde dok, waarbij de opwaartse belastingen in evenwicht worden gehoudendoor de constructie aan het onderliggende grondmassief te verankeren. De wijze van ver-ankeren kan geschieden door het in de grond brengen van ankers die via kabels aan dedokvloer worden bevestigd en nadien worden aangespannen; eveneens behoort de toepas-sing van palen, die zowel op trek als druk worden belast, tot de mogelijkheden. Ook in ditgeval speelt de samenstelling van het onder de dakvloer aanwezige grondmassief een zeerbelangrijke rol.Indien zich tussen dokvloer en anker samendrukbare lagen bevinden, zullen de ankerkabelsin de loop van de tijd hun voorspanning verliezen, waardoor ontoelaatbare vervormingenin de vloer kunnen optreden. Dit euvel kan worden verholpen door de trekankers te com-bineren met drukpalen. Dit leidt evenwel tot zware paalconstructies - deze moeten tevensde voorspankracht opnemen - en tot ingewikkelde uitvoeringen, en daardoor tot economischonaantrekkelijke constructies. In dit geval dient de toepassing van trek/drukpalen te wordenoverwogen. De kennis omtrent het gedrag van palen, die afwisselend op trek en drukworden belast, is in de laatste jaren - uit proefnemingen en verdere wetenschappelijkebeschouwingen - dermate ontwikkeld, dat deze methode van funderen zeer zeker goedeaspecten kan bieden.3. Het drainage-dok, waarbij de hydrostatische druk onder de vloer kunstmatig wordt ver-laagd. In het algemeen wordt bij dit doktype een filterbed onder de meestal relatief dunnevloer aangebracht, waaruit het water wordt weggepompt met behulp van drainpijpen.Dit soort constructies is alleen aan te bevelen wanneer het dok kan worden gefundeerdop een niet- of weinig doordringbare laag, bijv. rots, zandsteen e.d., waardoor de toestrominggering is en er geen gevaar bestaat voor afmaling van een wijde omgeving.In principe kan ook een kleilaag als onderafsluiting dienst doen; in dat geval moet rondomhet dok een 'waterdichte' verticale afsluitwand worden gemaakt en mag. de kleilaag nietworden geperforeerd door bijv. een paalfundering. De ontwerper dient zich echter te reali-seren, dat het verticale evenwicht van de kleilaag niet mag worden verstoord, aangeziendit voor dedokconstructie in zijn geheel fatale gevolgen kan hebben.Als algemene opmerking ten aanzien van grote en vooral brede dokken moge dienen dat,indien de toepassing van een drainage-dok niet tot de mogelijkheden behoort, de constructiebeschreven onder punt 2. meestal voor de ontwerper een uitkomst biedt. Het gewichtsdokvereist in dergelijke gevallen 'een zeer dikke vloer, doordat de grondballast op de 'oren'een in verhouding zeer kleine invloed heeft, en leidt dan tot een niet economische con-structie.Voorts dient uiteraard bij elke dokvloerconstructie te worden nagegaan of de door descheepsbouwkundige berekende belastingen vanuit het schip op de dokvloer door debetonnen vloer kunnen worden opgenomen. De uitvoering van een dokproject vergt steedshet verwerken van relatief grote hoeveelheden beton. Gezien de vereiste afmetingen vandokken is het noodzakelijk uit het oogpunt van krimp zowel de vloer als de wanden insecties te verdelen; de sectienaden moeten op een deugdelijke manier worden afgesloten.Ervaringen hebben geleerd, dat, ter voorkoming van ontoelaatbare scheurvorming, de sectie-lengte bij voorkeur niet meer mag bedragen dan ca. 25 m.Verder wordt in de laatste jaren bij het verwerken van massabeton veel gebruik gemaaktvan hulpstoffen in de betonspecie,in de vorm van bijv. vertragers. plastificeerders en lucht-5538Bekisting van dokwandFormwork dock wallCement XXIV (1972) nr. 12belvormers, ten einde verharding tijdens het storten en krimp zoveel mogelijk te beperken.De resultaten kunnen door de toepassing van genoemde hulpstoffen, uiteraard bij een juistedosering, verrassend goed zijn; scheurvorming ten gevolge van krimp behoeft nagenoeg nietop te treden, hetgeen de waterdichtheid van de dokconstructie bevordert. Voor de water-dichte afsluiting van de sectie-naden, die tot voor twintig jaren meestal geschiedde met jijn-touw, bitumen enz., wordt momenteel veelal een rubberprofiel toegepast met ingevulcani-seerde ijzeren strip; het totaal bezit een breedte van ca. 50 cm. Deze rubberprofielen heb-ben tot zeer goede resultaten voor wat betreft de afdichting geleid; waterdrukken tot 2 at-mosfeer hebben bij een juiste plaatsing van de strippen geen enkellekkageprobleem ge?geven.Bijkomende werkenIn het raam van deze beschouwing over scheepsdokken zijn onderstaande essenti?leonderdelen voor het goed functioneren van de scheepsbouwkundige werkzaamheden in hetdok het vermelden waard.1. Inrichtingen voor het vullen en ledigenSpeciaal bij reparatiedokken worden door de scheepsbouwkundige in het algemeen zeerstringente eisen gesteld aan het vullen en ledigen van het dok. Immers door de tijd voorhet vullen en ledigen zoveel mogelijk te beperken, kunnen de reparatiewerkzaamhedenaan het SChip snel worden aangevangen, terwijl na de be?indiging van deze werkzaamhedenhet uitdokken een niet te lange tijd mag vergen.In het algemeen zal door de gebruikers van het dok, afhankelijk van de afmetingen, een tijdworden ge?ist tussen de 2 ? 4 uur, zowel voor het ledigen als voor het vullen. Inzake hetledigen van het dok speelt de dimensionering van de pompkamer een zeer grote rol.Het is de taak van de ontwerper van de pompkamer de aan- en afvoerkanalen een zodanigevorm en afmeting te geven, dat bij het uitpompen van het water door middel van de pompenwaarvan de capaciteit met de bijbehorende opvoerhoogte is ge?nt op de hiervoor genoemdeledigingstijd, de hydraulische verliezen zodanig worden beperkt, dat zij geen aanleidinggeven tot nodeloze vergroting van de vul- en ledigingstijd of de pompcapaciteit. De hulpvan een laboratoriumproef is, vooral wanneer het grote hoeveelheden water betreft, aan tebevelen.Aangezien het te ver zou voeren uitgebreid op de constructies van pompkamers in tegaan, zij hier alleen vermeld, dat het uitpompen van het water kan geschieden via hevels,die zodanig zijn geprojecteerd dat een natuurlijke afsluiting met het buitenwater tot standwordt gebracht, of via met stalen schuiven af te sluiten kanalen. Deze laatste oplossinggeeft uiteraard grotere risico's bij het eventueel niet op de juiste wijze functioneren van deschuiven door mechanische defecten of obstakels die met het water worden meegevoerd.Voor het vullen van het dok zijn verscheidene oplossingen mogelijk, waaronder:a. door openingen in de dokdeur;b. door middel van een kanalenstelsel in de pompkamer, al dan niet gecombineerd met eenkanaal voorzien van instroomopeningen, in de dokvloer achter de dokdeur.o. een geheel onafhankelijk van de pompkamer geprojecteerd kanaal.Indien het in het dok in te laten water slibhoudend is, doet zich in vele gevallen het pro-bleem van slibvorming voor. In het geval dat de processen van het vullen en ledigen vanhet dok aan hetzelfde uiteinde van het dok plaatsvinden, zal dit slib in betrekkelijk kortetijd bezinken aan het andere uiteinde van het dok, omdat daar ter plaatse de minsteturbulentie in het water aanwezig is. Het is duidelijk, dat door deze gang van zaken uitge-breide schoonmaakwerkzaamheden dienen te worden verricht, voordat met de reparatievan de schepen kan worden aangevangen. Vandaar dat in de laatste jaren is gezocht5549Dverzioht reparatiedok in aanbouwA rapair doek under constructionnaar een oplossing van dit probleem, die, uiteraard afhankelijk van de situering van hetdok, is gevonden door aan het ene uiteinde van het dok het water in te laten en hetledigen via de pompkamer te laten geschieden aan het andere uiteinde. Op deze wijzewordt als het ware een natuurlijke spoelinrichting gecre?erd. Tevens is het mogelijk dezehandeling nog uit te breiden door het lege of vrijwel lege dok tegelijkertijd te vullen ente ledigen, waardoor het doorspoeleffect nog wordt vergroot, zodat de schoonmaakwerk-zaamheden tot een minimum worden beperkt.2. KraanbanenEvenals reeds hiervoor bij de scheepshellingen is vermeld, worden naast het dok kraan-banengeprojecteerd ten einde met kranen de nieuwbouw- of reparatiewerkzaamheden tekunnen verrichten. In wezen gelden hiervoor dezelfde normen als bij scheepshellingen, metdit verschil, dat aan de kraancapaciteit en kraanbanen bij de nieuwbouw van schepen hogereeisen worden gesteld dan bij de reparatie.3. KademurenAls laatste punt moge worden vermeld, dat bij een dokproject een zekere kadelengte isvereist om de mogelijkheid te hebben de te dokken reparatieschepen tijdelijk te kunnenafmeren indien het dok nog in gebruik is, respectievelijk de nieuwbouwschepen buiten hetdok te kunnen afbouwen.SlotopmerkingIn dit artikel is een algemene beschouwing gegeven van een aantal problemen waarmeede ontwerper Van betonconstructies ten behoeve van scheepshellingen en -dokken kanworden geconfronteerd. Ten einde de hoofdzaken in het oog te houden, is een aantalbelangrijke punten naar voren gebracht. Het zal eenieder evenwel duidelijk zijn, dat indit kader niet kon worden gestreefd naar volledigheid. Dat vele, eveneens interessantedetails onbehandeld bleven, is hiervan de consequentie.Cement XXIV (1972) nr. 12 555