F.J.Hansen, M.Sc.consultant Harris & SutherlandConsulting Engineers, LondenTwee buitengaatsgeplaatstevuurtorensInleidingDe twee vuurtorens die in dit artikel worden beschreven, zijn de 'Kishbank' in de Baai vanDublin en de 'Royal Sovereign' bij Eastborne, gelegen in het Kanaal.Beide vuurtorens zijn in twee opzichten interessant: het zijn betonconstructies en ze zijnbuitengaats geplaatst, ongeveer 10 mijl uit de kust, waar ze blootgesteld worden aan deinvloeden van de zee. Het gebruik van beton voor constructies in zee is niet verwonderlijk,omdat het eigenlijk daarvoor het meest geschikte materiaal is. Beton is goedkoop en heefteen lange levensduur, terwijl onderhoud achterwege kan blijven. Het feit dat beton voorconstructies te land nogal 'zwaar' wordt gevonden, geldt op zee juist weer als een voor-deel. Maar betonconstructies in open zee zijn nog zeer zeldzaam en dat maakt deze beidevuurtorens op zich erg interessant. Het belangrijkste is echter, dat zij veel verschillen vande gebruikelijke staalconstructies die in open zee geplaatst worden, vooral ten aanzien vande funderingswerkzaamheden en de vereiste installaties om dit werk buitengaats uit tekunnen voeren.In de beschrijving van deze twee vuurtorens zal daarom de nadruk worden gelegd op hetbouwen in open zee, terwijl de aspecten die betrekking hebben op de vervaardiging teland, beknopter besproken worden.Verschil tussen bouwen op land en in zeeVoor we ons echter met de details gaan bezighouden, is het misschien nuttig om construc-ties buitengaats meer in het algemeen te beschouwen, ten einde de verschillende problemenin juiste verhouding te kunnen zien.In de eerste plaats zullen we nagaan wat het fundamentele verschil is tussen een con-structie op het land en ??n in zee. Als voorbeeld nemen we de Kishbank-vuurtoren. Wan-neer deze toren op het vaste land was gebouwd, bij een laagwater-peil zoals dat gemid-deld optreedt, dan zou men volstaan kunnen hebben met alleen de binnentoren. Deze is33,8 m hoog, weegt 1160 ton en bezit een diameter van 10,8 m die een gelijkmatig ver-deelde gronddruk uitoefent van 12,6 tf/m2. Omdat de toren echter gebouwd moest wordenin 17,7 m diep water, diende hij nu veel hoger te worden en de totale hoogte reikt dan ooktot 51,5 m; dit houdt echter ook een toename van de bouwkosten van deze constructie in.Maar dat is nog niet alles: deze extra hoogte van de constructie moet in de vorm van eenfunderingscaisson worden toegevoegd, dat groot genoeg is om voldoende drijfvermogente bezitten. Het geheel kan alleen dan naar zee worden gesleept. Bovendien moet hetcaisson zwaar genoeg zijn om de stabiliteit te waarborgen tegen golfslag.De golfslag die aan de hand van uitgebreide modelproeven is bepaald, bereikt een horizon-tale kracht van 7300 tf. Bij vergelijking van een constructie te land en op zee, neemt hetbetongewicht van de laatste toe van 1160 tot 7000 ton. Het gewicht van de totale constructieonder water, inclusief zand en ballastmateriaal bedraagt nu 15100 ton, wat een gelijkmatigverdeelde gronddruk van ca. 20 tf/m2geeft en een maximum gronddruk van 34,5 tf/m2alsgevolg van de golfbelasting. Dit is een opmerkelijke toename ten opzichte van de waarde van12,6 tf/m2die voor de omstandigheden op het land geldt. De opgesomde vergelijkende getal-len zijn waarschijnlijk te extreem voor de doorsnee buitengaats geplaatste bouwwerken, maarze illustreren duidelijk het fundamentele verschil tussen een constructie buitengaats en eenop het land.Het is belangrijk het fenomeen 'golfkracht' te onderkennen, zelfs bij een ogenschijnlijkmeer opengewerkte stalen vakwerkconstructie.De volgende cijfers gelden voor een constructie in de Noordzee: de verticale belastingbedroeg 5500 tf, het kantelingsmoment 75 000 tfm. Nu was het gevlakte terrein op de zee-bodem ca. 45 x45 m. Als wij aannemen dat de constructie wordt gedragen door acht pijlersdie langs de zijden van het vierkant staan, krijgen we een verticale belasting per pijlervan 670 tf, terwijl er een extra kracht van ca. 1750 tf optreedt, veroorzaakt door het kan-telen, die op de drie pijlers aan twee zijden werkt. Dit is 580 tf per pijler, hetgeen eenmaximum belasting van 1250 tf en een minimum belasting van slechts 90 tf geeft. Dezespeciale constructie staat in water met een diepte van 153 ft (ca. 50 m), gerekend van deCement XXIII (1971) nr. 9 418zeebodem tot de hoogste golfkam, waarbij de golfoploop de belastingen op de pijlers tot demaximale waarde doet oplopen. In dieper water is het waarschijnlijk dat de belastingenop de pijlers verdrievoudigd kunnen worden, evenals het omgekeerde het geval kan zijn,waarbij de pijlers worden onderworpen aan een opwaartse kracht van 670 tf. Het is daaromvoor de hand liggend dat een constructie buitengaats zwaarder moet zijn dan een zelfdeconstructie op het land. Ten gevolge van de optredende golfloop en de grotere funderings-problemen, moet men verwachten dat een buitengaatse constructie duurder is dan een ophet land. De vraag ?s echter of al die extra kosten zoals wij die nu kennen een redelijkestructurele basis hebben, of dat een en ander hoofdzakelijk ongunstig be?nvloed wordt doorhet installatiewerk in zee dat vanzelfsprekend erg weersafhankelijk is en daarom bij moei-lijke omstandigheden buitengewoon ineffici?nt en oneconomisch kan worden. Het blijkt datde bouwkosten voor vele van de ?n de Noordzee gebruikte stalen constructies de fabricage-kosten te land overtreffen met een zeer ruime marge.Vanzelfsprekend wordt getracht geld te besparen waar dat maar mogelijk is; dat speeltduidelijk een grote rol bij het installatiewerk op zee. In dit opzicht verdienen de beide vuur-torens onze belangstelling, daar zij door het toepassen van bepaalde bouwmethoden demogelijkheid schijnen te bieden constructies te vormen waarbij de installatiekosten op zeeteruggebracht kunnen worden tot een bescheiden gedeelte van de fabricagekosten op hetland.De Kishbank-vuurtorenDe Kishbank-vuurtoren, gebouwd in opdracht van de 'Irish Lines', geeft een zandbank aandie voor de ingang naar de Baai van Dublin is gelegen, op ca. 8 mijl buiten de kust. Devuurtoren staat in 20,5 m diep water, gerekend bij hoogwater. Een bemanning ?s permanentaanwezig; de totale hoogte van zeebodem tot helikopterplatform bedraagt 51,5 m. De torenis opgebouwd uit twee verschillende en volkomen onafhankelijke cilindervormige elementen:het drijflichaam en de toren.De 34 m hoge toren met z'n elf dekken is opgetrokken met behulp van voorgespannenbeton. De onderste vijf dekken hebben een diameter van 10,8 m en hierin zijn alle woon-verblijven, werkplaatsen, machinekamers, opslagruimten, enz., ondergebracht. De anderezes dekken met een diameter van 5,35 m, bevatten ruimten voor de-verschillende navigatie-hulpmiddelen. Bij het licht op het bovenste dek is het helikopterplatform aangebracht, datrust op prefab-betonkolommen die slechts 10 cm in doorsnede zijn en maar 6,6% van deomtrek beslaan, ten einde het uitstralende licht zo min mogelijk te hinderen. Het drijf-lichaam dat dienst doet als fundering voor de toren en uiteindelijk op de zeebodem komtte rusten, wordt gevormd door een voorgespannen betoncaisson. De bodemplaat is 90 cmdik, de ronde buitenwand bezit een diameter van 31,7 m en is 30 cm dik, de hoogte bedraagt9 m. De middelste wand is 21,4 m hoog en de diameter is 19,52 m. De binnenwand ten slotteheeft een diameter van 12 m en een hoogte van 27 m. Deze drie ronde wanden worden ver-bonden door 12 radiaalwanden; alle binnenwanden zijn 25 cm dik. Een conisch gevormddak overdekt de ruimte tussen de twee buitenwanden; een plat dak overdekt de ruimteTwee dwarsdoorsneden van de Kishbank-toren, onder in ingeschoven toestand zoalsde toren Is afgezonken, rechts in uitge-schoven toestand met de zandaanvulling inde lege ruimten die na het uitschuiven zijnontstaanCement XXIII (1971) nr.9 419Overzicht tijdens de bouw van de cilinder-vormige buitenwand van het voorgespannenbetoncaisson, dat hier op een ponton steunttussen de twee binnenwanden. De toren is opgebouwd binnen dit caisson en rust op eenbodemplaat.De gehele constructie voor de vuurtoren is in Tonderry Harbour opgetrokken, een beroemdehaven en eindpunt van Engelse veerboten. De haven ligt aan de zuidzijde van de Baai vanDublin. De bouw ervan is in dit verband niet interessant en hierover zal niet verder wordenuitgeweid, daar het weinig ter zake doet uit het oogpunt van het bouwen buitengaats.Alleen voor de samenstelling van de gebruikte betonspecie wordt een uitzondering gemaakt,deze was per m3:cement . 392 kgzand: 540 kgtoeslagmateriaal met afmetingen 3/16" en 3/4": 1190 kgwater : 160 liter.Bovendien werd een luchtbelvormer toegevoegd die 3 - 6% lucht in de specie bracht. Dewater-cementfactor bedroeg 0,425 en de verhouding toeslagmateriaal/cement 4,43, terwijlde hoeveelheid zand maximaal 31% was. De druksterkte die met deze samenstelling werdbereikt, bedroeg 420 kgf/cm2en lag ver boven de vereiste 28-daagse sterkte van 330kgf/cm2. Deze samenstelling was dan ook in de eerste plaats gekozen ter wille van eengrote duurzaamheid voor deze aan zee-omstandigheden blootgestelde constructie. Alscement werd normaal portlandcement toegepast, behalve voor de buitenste wand, waarvooreen gesulfateerd cement werd gekozen.Alvorens het ontwerp aan de 'Irish Lines' voor te leggen, hebben de aannemers model-proeven laten uitvoeren, ten einde de grootte van de golfkrachten na te gaan die de con-structie aanvallen, wanneer golven met een hoogte van 13,7 m, zoals berekend, zouden ont-staan. Gebaseerd op deze voorafgaande proeven, werd een voorlopig ontwerp gemaakten de prijs hiervan berekend, met de bepaling dat verder onderzoek voor het definitieveontwerp nodig was. Nadat het contract gesloten was, zijn uitgebreide proeven genomen inMaquette van de Kishbank-torenTijdens de uitvoering in Tonderry Harbour,het ponton onder de constructie is ver-wijderd, de toren rust op de bodemCement XXIII (1971) nr. 9 420Drie fasen van de bouw; de drijvende torenwordt versleept naar de plaats van afzinken,in het midden is de toren afgezonken op devan tevoren gereedgemaakte zeebodem;rechts is de toren uitgeschoven en aan devoet de steenbestorting aangebrachtKopenhagen en het Laboratorium 'de Voorst' in de Noord-Oostpolder in Nederland, terwijlbovendien unieke proeven zijn uitgevoerd op de zeebodem bij Kishbank. Met dit laatstewilde men de draagkracht van de onberoerde zeebodem leren kennen, dat wil zeggen dedichtheidsgraad van het zand op de zandbank. Dit werd bereikt door middel van een radio-actieve isotoopsondering, ingebracht in de zeebodem met een zo gering mogelijke versto-ring van de natuurlijke samenhang.Men heeft zich gebaseerd op de volgende ontwerp-gegevens: maximale golfhoogte: 13,7 m,bij uitzondering oplopend tot 18,5 m, golflengte: 137 m, golfperiode 12 sec; maximum wind-snelheid gedurende een periode van twee sec: 56 m/sec. De modelproeven toonden aandat de maximum horizontale golfkracht, optredend op 15 m boven het funderingsniveau,7300 tf bedroeg. De verticale aanvalskracht bedroeg 15100 tf en de excentriciteit van dezekracht was 6 m. De maximum golfdruk aan de oppervlakte van het-water, bedroeg 15 tf/m2en de maximum gronddruk 34,5 tf/m2.Uit de modelproeven volgden eveneens de minimale afmetingen van de bescherming vande zeebodem tegen uitschuring rond het draagvlak tijdens storm. De stabiliteit van devuurtoren in zee hangt uitsluitend af van het gewicht van de constructie, rustend op eenvan te voren aangebracht grindbed over de natuurlijke zandbank. Het werk aan deze fun-dering had plaats terwijl het betonneren en de inbouw van machines en elektrische instal-laties in Tonderry Harbour voltooid werden.Omdat men niet kon weten dat vlak na de afsluiting van het contract het werk uitgesteldzou worden, nam het bouwen van de vuurtoren ca. 13 maanden in beslag; van mei 1964 totjuni 1965. Toen het geheel klaar was om Tonderry te verlaten, hadden de voorbereidingenaan de fundering op zee vier maanden in beslag genomen; van begin maart tot eind juni,toen met het uitslepen kon worden begonnen. Het in gereedheid brengen van de funderingop zee was in wezen een klein en eenvoudig karwei. Het met grind te bedekken gebiedwas. ca. 1000 m2groot en de totale hoeveelheid aan te brengen grind bedroeg slechts300 - 400 m3. Het aanbrengen geschiedde met een grijper, gemonteerd op een zgn. steen-schip. Op de bodem werd het materiaal gevlakt door middel van een ronddraaiende plaatvan 30 ? 30 cm met stalen hoeken als bescherming, gemonteerd aan een 20 m lange houtenpyloon, draaiend om een centrale as en bewegend langs een ronde stalen rail die langsde omtrek op de juiste hoogte werd afgesteld. Het werk was echter bijzonder afhankelijkvan het weer en getij-omstandigheden. Het werk met de grijper kon alleen met de nodigezekerheid en precisie worden gedaan in kalm water, en de duikers konden slechts werkengedurende doodtij. Als het tij liep was er voor hen niet veel meer te doen dan aanwezigte zijn en enkele waarnemingen en voorbereidingen te treffen voor de volgende kentering.Het tijdrovende funderen op zeeDit prepareren van de zeebodem was eigenlijk tijd-verslindend en moeilijk te programmeren,waardoor het later volgende werk op zee onmogelijk te plannen was, mede gezien de weers-afhankelijkheid van dit soort werk. Zelfs als het storten en egaliseren van het grind uitge-voerd had kunnen worden bij ruwe zee en als het werkbare seizoen geheel aan de funde-ring besteed had kunnen worden, dan nog loopt men het risico ongeveer '/2 jaar vertragingte ondervinden. De voorbereidende werkzaamheden op de zeebodem zouden na enkelezware winterstormen geheel teniet gedaan kunnen zijn en men moet weer van voren af aanbeginnen.Het is dit aspect van het voorbereidende funderingswerk dat de uitvoering kritiek maakt,meer dan de directe kosten. Het is nuttig enkele cijfers te bekijken om de problemen inhun juiste verhouding te zien. Zoals gezegd, namen de werkzaamheden vier maanden inbeslag, ofwel 100 werkdagen. De produktie per dag bedroeg dus 3 tot 4 m3grind. Blijk-baar was minder dan 10% van de periode geschikt voor deze activiteiten. Bij de operatiewas slechts een klein vaartuig betrokken, van ca. 200 ton met een bemanning van 10 man,waarvan vier duikers. Dit betekent een totaal van 1000 man-dagen. Als we aannemen datzij ca. ? 15 per dag verdienen, is dit totaal ? 15000; voegen we daar nog eens ? 10000 voorverschillende andere kosten aan toe, zoals o.m. huur machinerie?n, dan zal dit totaal ? 25000Cement XXIII (1971) nr. 9 421Het verslepen geschiedde door drie sleep-boten die de toren tijdens het afzinken (foto)mede in de juiste positie hieldenDe gereed zijnde Kishbank-torenworden. Het huren voor 2? dag van een drijvende installatie die gebruikt wordt voor hetbouwen buitengaats komt eveneens op een soortgelijk bedrag. Maar dan beschikt men overeen vaartuig dat twee keer zo groot is en twee maal zoveel duikers aan boord heeft. Het kantevens de stroming weerstaan, waardoor twee maal zo lang aan de fundering op de zeebodemgewerkt kan worden. Het werk kan waarschijnlijk in minder dan1/8 deel van de tijd gereali-seerd worden: dus in 12 i.p.v. 100 dagen, zonder dat dit merkbaar meer kost, zo niet minder.Maar het voordeel is dat 7/8 van het aantal dagen resteren voor het voltooien van het eigen-lijke bouwwerk.Bovengenoemde overwegingen hebben een nogal algemene tendens. Bij Kishbank bleefnog een flink gedeelte van het werkbare seizoen over nadat de fundering gereed was, omhet voltooide caisson af te zinken.Het afzinken van de KishbankIn de avond van de 29e juni verliet de vuurtoren Tonderry Harbour en twee Schotse sleep-boten, elk met een vermogen van 1250 pk, begonnen de trek naar de afzinkplaats op deKishbank. Om 6 uur 's morgens bevond de vuurtoren zich op de vooraf gekozen plaats,een halve mijl van de definitieve plaats gelegen, waar met het ballasten begonnen werd.Dit kon namelijk riiet boven de afzinkplaats plaatshebben, daar het caisson gedurende hetafzinken enige tijd. een slagzij van 18? zou maken en daardoor waarschijnlijk de funderingbeschadigen. Met slechts 1 meter ruimte over boven de fundering, moest het caisson wor-den afgemeerd aan een van te voren gemaakt verankeringssysteem en langzaam op dejuiste plaats worden getrokken. Het was de bedoeling deze manoevre bij doodtij uit tevoeren, maar de verschillende operaties duurden iets langer dan verwacht was, zodat er aleen flink tij liep toen met het plaatsen werd begonnen. Daar kwam nog bij dat plotselingde wind snel opstak en juist op het moment dat de vuurtoren 1 ? 2 m van z'n plaats ver-wijderd was, brak de kritieke verankeringskabel en de constructie dreef weg op het tij.Tijdens dit wegdrijven werden de verankeringsdraden en ankers volkomen in wanorde ge-bracht en was men genoodzaakt om het caisson op de vlakbij gelegen zandbank aan degrond te zetten. Het klinkt wat verontrustend om te horen dat de draad brak en voorzekere vertragingen zorgde, maar het is goed dat men zich realiseert dat de dwarsdoor-snede van de vuurtoren op maximale diepgang, toen hij in positie getrokken werd, dedoorsnede van een 200 000-tons tanker benaderde. Het probleem werd opgelost door hetaantal verankeringslijnen te verdubbelen. Twee weken waren nodig om die verankeringopnieuw op te zetten. Op 15 juli werd de vuurtoren weer drijvend gemaakt en ten slotteafgezonken op het vooraf geprepareerde stuk zeebodem. Toen kwam het probleem om detoren ca. 16,5 m omhoog te brengen, waarbij men gedeeltelijk gebruik maakte van heteigen drijfvermogen en gedeeltelijk van voorgetrokken kabels. Deze kabels waren ontwor-pen om het volle gewicht van de toren te dragen, dat wil zeggen in totaal 1160 ton, zodathet beton in de ruimte tussen toren en binnenste wand van het funderingscaisson 'in dendroge' gestort zou kunnen worden. De hoeveelheid op zee te storten beton bedroeg ca.200 m3en deze verbinding was essentieel voor de veiligheid van de toren. Toen het beton-neren en het ballasten met zand gereed was, moest de steenbescherming rondom hetcaisson nog worden aangebracht, waarna de vuurtoren in november 1965 in gebruik geno-men kon worden, ca. 18 maanden nadat de eerste betonspecie voor de vloerplaat gestortwas.De Royal Sovereign vuurtorenAangezien door de toepassing van de zgn. telescopische caissonmethode het werk op zeezo veel eenvoudiger wordt, is het van belang er op te wijzen dat het werk aan de Kishbank-vuurtoren in maart aanving en in november voltooid was.Dat zijn acht maanden die, dachten wij, ver boven het haalbare minimum liggen. De volgen-de constructie, de Royal Sovereign, is ook een bemande vuurtoren, die bestaat uit eengeprefabriceerde bovenbouw, geplaatst in brak water op een gewapend betonnen onder-bouw. Deze onderbouw is versleept en afgezonken op een van tevoren gereedgemaaktezeebodem. Toch verschilt deze vuurtoren in vele opzichten van de Kishbank-toren, hetgeenCement XXIII (1971) nr.9 422Onderconstructie van de Royal Sovereignvrijwel voltooid (22 mei 1970)het beste kan worden verklaard door de twee constructies en hun plaats met elkaar tevergelijken. De Royal Sovereign is gebouwd in het Kanaal in opdracht van de 'Corporationof Trinity House', ten einde een lichtschip te vervangen, dat 8 mijl in zee verwijderd vanEastbourne ligt. Het tijverschil is groter dan bij Kishbank: de omstandigheden zijn erslechter. Daarom moest men bij het ontwerp met een grotere golfhoogte rekening houden;de waterdiepte is echter geringer, vooral bij laag water. Oorspronkelijk was de toren alsstalen vakwerkconstructie ontworpen, rustend op vier pijlers. Nadat verschillende voorstel-len nader onderzocht waren werd besloten een ontwerp uit te werken dat door de aanne-mers was voorgesteld. Het betrof in feite twee betonnen componenten en die waren beidegoedkoper dan welke staalconstructie ook. De gekozen constructie was gebaseerd op deervaringen die bij Kishbank zijn opgedaan. De modelproeven met de toren van Kishbankhebben aangetoond dat de golfkracht bijzonder groot kan zijn.De zee-omstandigheden bij de Royal Sovereign waren nog slechter. Daarom werd beslotende hoogte van het funderingscaisson zoveel mogelijk terug te brengen. Het ontwerp voorzagdan ook in een doosvorm van vrij geringe hoogte als fundering; 30 ? 30 m in het vierkant,met daarop een centrale toren van 6 m diameter. Binnenin de centrale toren bevindt zicheen binnentoren met een diameter van 4,2 m, die verticaal beweegbaar is door middel vanhydraulische vijzels -en een krans van hangstaven die bevestigd zijn aan enerzijds de topvan de buitenste toren en anderzijds de voet van de binnentoren. Vanwege de geringedimensies van de toren, moesten de verblijfruimten en al de mechanische en elektrischeinstallaties in een aparte cabine van 18 meter in het vierkant met een hoogte van ??n ver-dieping worden ondergebracht. Het dak van deze cabine doet dienst als helikopterplatformen de lichttoren zelf die op de bovenkant ?s aangebracht, beslaat een hoek van dit dak.Het werk op zee valt in twee verschillende operaties uiteen: ten eerste het plaatsen vanhet funderingscaisson dat aan de bodem moest worden bevestigd; ten tweede het inpositie brengen van de cabine bovenop de binnenste toren en deze opvijzelen tot zijn uit-eindelijke hoogte. Het funderingscaisson zou naar verwachting tijdens het zinken niet verti-caal blijven liggen, maar het werk bij Kishbank had aangetoond dat er geen problemenontstonden als het caisson in aanvang onder een hoek werd afgezonken. Ook was aange-toond dat het caisson veilig kon rusten op een onbewerkte bodem en in slechte weers-omstandigheden, waarin op zee niet te werken was, toch stabiel bleef liggen. Daarombesloot men de Royal Sovereign op een onbewerkte zeebodem te plaatsen via enkele tijde-lijke ondersteuningen die aan de constructie zelf bevestigd waren. Deze ondersteuningenzouden worden afgesteld, waarna de ruimte onder het caisson moest worden opgevuld.Deze procedure toont veel gelijkenis met de methode die bij sommige onderwater-tunnelswordt gevolgd. Vanwege een aantal vrijwel uitzonderlijke omstandigheden echter, kwammen op het laatste moment tot de ontdekking dat de gekozen bouwplaats voor de te volgenfundatiemethode ongeschikt was.De zeebodem was namelijk bezaaid met grote keien, die enige tonnen per stuk wogen enhet was onmogelijk een andere plaats te vinden met de zelfde waterdiepte. Dit laatste waseen vereiste daar de voeg tussen buiten- en binnentoren een kritiek ontwerpdetail vormdedat in ieder geval boven de waterspiegel moest worden gelokaliseerd. Men was zodoendegenoodzaakt om de bodem van keien te ontdoen en m.b.v. grind de bodem tot het vereistepeil weer op te vullen. Voor het afvlakken werd besloten dezelfde methode te gebruiken alsbij Dublin, ofschoon de ervaringen hadden aangetoond dat de weersomstandighedenslechter waren dan in de baai van Dublin en de getijtoppen krachtiger waardoor de werk-zaamheden minder snel zouden kunnen worden uitgevoerd. Dit hield in dat ??n seizoen metgunstig weer niet voldoende was en een zwaar tijdsverlies geleden zou worden.In de zomer van 1970 was de bodembewerking echter gereed en de torenconstructie, dieal meer dan een jaar voltooid was, werd naar z'n positie gesleept en zonder complicatiesafgezonken. Het caisson werd volgens plan onder een helling afgezonken en zette zichdaarna op de bodem vast. Het bleek dat de toren een aantal centimeters meer uit het loodCement XXIII (1971) nr. 9 423Enkele fasen tijdens het afzinken; het fun-deren van de onderconstructie (links boven),de bovenconstructie wordt naar de ge-plaatste onderconstructie gesleept (rechtsboven), bovenconstructie op onderconstructiegeplaatst (links beneden), vuurtoren vol-tooid na uitschuiven van de bovenbouw(rechts beneden)stond dan toelaatbaar was voor het opvijzelen van de binnentoren. Het corrigeren hiervannam enige tijd in beslag; bovendien trad een weersverslechtering op waardoor het plaatsenvan de cabine moest worden uitgesteld tot het voorjaar van 1971. Deze cabine is even-eens een gewapend betonconstructie, met een gewicht van ca. 1100 ton. Op twee stalenpontons is de cabine naar de bouwplaats vervoerd. De pontons voeren over de torenheen en brachten de cabine boven de binnenste toren. Deze operatie had plaats eind mei1971 en de cabine werd op hoogte gebracht in midden juni. Het totale gewicht van decabine die ca. 15 m omhoog gebracht moest worden, bedroeg 1400 ton en het gebruiktevijzelmateriaal bestond uit gewone hydraulische korteslagvijzels. Het hijsen werd gereali-seerd via langsstaven die van schroefdraad waren voorzien, waardoor op eenvoudige wijzeop elk gewenst punt een tijdelijke verankering kon worden gemaakt.Voor deze montage waren nog geen 10 mensen ingeschakeld. De werkzaamheden werdenbinnen twee weken voltooid, zodat van een dure operatie geen sprake was. Op dat mo-ment resteerde nog het afwerken van de voeg tussen de twee torens, die aanzienlijk kleineris dan de voeg bij de Kishbank-toren. Niettemin zal ook dit de nodige tijd kosten, daar het opwaterniveau moet worden uitgevoerd, waar men zeer weersafhankelijk is. Derhalve is deoffici?le opleveringsdatum vastgesteld op medio september, ofschoon de lichten reeds nuontstoken zouden kunnen worden.Gevolgtrekkingen uit de verkregen ervaringenHet is misschien nogal ambitieus om op grond van de geringe ervaringen met deze beidetorens opgedaan, conclusies te trekken. Maar sommige praktijkervaringen kunnen echtertoch wel van belang zijn.De totale kosten van een buitengaatse constructie kunnen worden onderscheiden in tweegedeelten: de fabricagekosten op het land en de ?nstallatiekosten buitengaats. Deze laatstezijn afhankelijk van de omvang van de uit te voeren werkzaamheden, het weer en de ver-eiste installatiehulpmiddelen. In de Noordzee, waar het weer in het algemeen niet ideaalis voor zulke activiteiten, ku nnen de ?nstallatiekosten van 50 tot 200 ? 300% van defabricagekosten te land vari?ren. Aan dit werk buitengaats moeten toch grote besparingenten grondslag liggen. Men zou zich blijkbaar kunnen veroorloven een aanzienlijk geldbedragextra te spenderen aan het werk te land, om werk en kosten op zee te besparen, maar isCement XXIII (1971) nr. 9 424Onderconstructie vlak voor het afzinkenVerslepen van de bovenbouw naar zee,tijdelijk rust deze op twee pontons (links);alles wordt in gereedheid gebracht omde bovenconstructie op de onderconstructiete plaatsen (rechts)het in feite nodig om meer kosten te besteden aan het basisontwerp om daardoor hetwerk buitengaats te vereenvoudigen en minder kostbaar te maken?a. FunderingLaten we eerst kijken naar de onderbouw die zich onder water bevindt en de fundering opde zeebodem. De boven water uitstekende opbouw kan in dit geval vergeten worden; dezeis namelijk volkomen afhankelijk van de wensen van de opdrachtgever. Wat zich echteronder water bevindt is grotendeels afhankelijk van het principe dat aan het ontwerp tengrondslag ligt. Wanneer wij bijv. de hiervoor genoemde constructie in de Noordzee eensbekijken, dan blijkt: het gewicht is 5500 ton, beslaat een stuk zeebodem van 2000 m2ener ontwikkelt zich een kantelingsmoment van 75 000 tfm. Het was duidelijk dat dit kante-lingsmoment de pijlerbelastingen bijna verdubbelt: 1250 ton i.p.v. 670 ton.Bij heiwerk moeten de dragende elementen als kokers worden uitgevoerd, waarbij eenbuitendiameter van 11/2 m niet ongebruikelijk is. Als men dit heien achterwege zou kunnenlaten en in plaats daarvan genormaliseerde profielen toepassen met de nodige verzwaringenten einde dezelfde dragende capaciteit te verkrijgen als een kokerpaal, kan het gedeeltedat aan de golfwerking wordt blootgesteld tot 1/3 worden verminderd en de maximumpijlerbelasting worden teruggebracht van 1250 tot 865 ton. Dit ?s toch wel een opmerkelijkereductie van de aanvallende krachten, met daarbij het voordeel van het gebruik van ge-normaliseerde profielen. Men mag dus verwachten dat de constructie goedkoper kan wor-den wanneer men het heiwerk op deze wijze vervangt.De vraag rijst echter of het heien als 'de enige, ofwel als de beste methode voor hetfunderen van buitengaatse constructies moet worden beschouwd. We bekijken daarvoornogmaals de constructie in de Noordzee en nemen aan dat deze gefundeerd is op eenfunderingscaisson dat dezelfde oppervlakte beslaat als het palenplan, te weten 2000 m2.De gelijkmatig verdeelde druk door het gewicht van 5500 ton is slechts 2,75 tf/m2en doorhet kantelingsmoment van 75 000 tfm, kan de druk maximaal toenemen tot ongeveer 7 tf/m2.Als wordt aangenomen dat de golfkracht een kantelingsmoment van 25 000 tfm zal opwek-ken, dan zou de maximale druk slechts 3,5 tf/m2bedragen. Volgens grondmechanischebegrippen zijn deze drukken zo laag dat elk caisson daartegen bestand is. Heien vormtdus n?et de enige manier om een buitengaatse constructie te funderen. Verder lijkt hetonwaarschijnlijk dat zeer lange stalen kokers met grote diameter en van hoge kwaliteit,de goedkoopste fundering leveren als daarvoor een speciale installatie nodig is die moetopereren onder de moeilijkste en meest kwetsbare omstandigheden. Wanneer een recht-streekse overdracht van de belasting van de constructie naar de ondergrond doelmatiglijkt en de fundering kan worden uitgegraven en gebetonneerd zonder dat men te veellast van het water ondervindt, is dit de moeite waard om te onderzoeken. Immers men moeter ook rekening mee? houden dat het heiproces leidt tot toenemende belastingen onder in deconstructie, waardoor ook de fabricagekosten op het land zullen toenemen.b. Principe voor de constructieEen methode volgens deze gedachtengang bestaat uit het vervaardigen van een sterkebetonnen funderingsplaat binnengaats, waarop de vereiste draagconstructie wordt opge-richt die in vele gevallen kan bestaan uit vier kolommen op de hoekpunten van deze plaat.De kolommen zijn onderling te koppelen zodat de kniklengte wordt gereduceerd.Zo'n oplossing zou natuurlijk een zware bodemplaat betekenen. Door de nodige aandachtte besteden aan het drijfvermogen van de vier kolommen, is het mogelijk een constructieCement XXIII (1971) nr.9 425te realiseren die tijdens het verslepen een grote stabiliteit bezit en ook veilig en stabielin de slechtst mogelijke weersomstandigheden kan worden afgezonken. Dit kunstwerk bezitreeds zijn uiteindelijke sterkte wanneer het de bouwplaats verlaat om naar buiten te wordenversleept. Wanneer het eenmaal op de zeebodem is geplaatst, heeft men onmiddellijk degewenste veiligheid tegen weer en zeegang. De constructie zal mogelijk enigszins verglijdenals de bevestiging aan de bodem nog niet is aangebracht, maar er zal geen schade ont-staan.Er is een aantal redenen om aan het vierkolommensysteem de voorkeur te geven boveneen constructie op een centrale poot, zoals de Royal Sovereign vuurtoren. Afgezien vanstabiliteitsoverwegingen tijdens het afzinken, hebben golfmetingen bij de Royal Sovereignaangetoond dat de centrale toren en de cabine zijn blootgesteld aan zware belasting. Door-dat hier sprake is van een vrijdragende kolom bleek dat de bewegingen niet alleen buigendemomenten aan de onderzijde veroorzaakten, maar ook op vele andere plaatsen in deconstructie, onder meer ter plaatse van de voeg tussen cabine en toren. Deze extra buigingvereiste een speciale sterkte van de toren, maar dat was nog niet het grootste probleem.Dit betrof namelijk de omvang van de werkzaamheden op zee waardoor het aantal werkbaredagen onvoldoende bleek. Immers de essenti?le details zoals de voeg tussen cabine entoren en die tussen binnen- en buitentoren vroegen veel aandacht. Extra oplettendheid,zorg en ook rustiger weer waren daarvoor een vereiste. De verbinding tussen cabine entoren werd bepaald door het koppelen en aanspannen van ca. 100 McCall voorspanstaven.Ofschoon deze werkzaamheden volkomen volgens de planning verliepen, wat een goedvoorbeeld is van hetgeen in open zee kan worden gerealiseerd, moet men daarbij welbeseffen dat er veel tijd verloren ging bij het wachten op gunstige weersomstandighedenen geschikt getij. Wanneer bij de reeds genoemde variantoplossing de vier kolommen vlakonder het waterpeil kruiselings zijn verbonden, dan wordt hierdoor de kniklengte terug-gebracht en daarom het probleem van de gevoeligheid voor dynamische krachten die aande uitgevoerde ontwerpen ten grondslag liggen, verminderd. Uiteraard betekent dit ookeen vereenvoudiging van de uitvoering van de genoemde kritische voegen. Wanneer dekolommen op volle hoogte zijn, als de constructie de haven verlaat, vermijdt men eenvoeg op zeeniveau terwijl de bovenbouw eenvoudig op de vier hoekkolommen kan wordengeplaatst. Men behoeft dan geen rekening te houden met mogelijke bewegingen terplaatse van deze voegen en kan van de anders extra in te bouwen sterkte worden afgezien.Op deze wijze heeft het op zijn plaats brengen van de cabine boven de vier kolommenniet meer te betekenen dan een normale montage op een passende verankeringsplaats.Het bevestigen van de pijlers aan de desbetreffende hoekpunten van de cabine is binnenbepaalde grenzen niet meer weersafhankelijk. De montageprocedure wordt veel minderbeperkt door de golven dan wanneer met drijvende kranen zou worden gewerkt.Concluderend mag dus gesteld worden dat het toepassen van kolommen op de vier hoek-punten in plaats van een centrale kolom en het feit dat op zeeniveau geen voeg behoeft teworden aangebracht, de werkzaamheden op zee drastisch beperken en vereenvoudigen,waardoor het bouwen buitengaats minder weersgevoelig zal worden.c. Mogelijke methode voor het uitgraven van een funderingEen andere methode bij de fundering van constructies buitengaats is het uitgraven en inde aldus ontstane uitgraving een caisson af te zinken. Deze methode heeft echter hetnadeel dat hiermee veel tijd is gemoeid die uiteindelijk zeer kostbaar is, terwijl extraspanningen tijdens de afzinkoperatie gevergd worden.Bovendien zou deze methode slechts uitvoerbaar zijn tot een bepaalde waterdiepte. Alsverder bezwaar kan tegen deze methode worden aangevoerd dat men toch weer eenweersafhankelijke factor invoert, omdat het gebruik van een drijvende installatie die daar-voor nodig is, zozeer zijn beperkingen heeft. Het enige overgebleven alternatief is hetgraafwerk onder de bodemplaat te laten verrichten, waarmee het voordeel van de aan-wezigheid van deze bodemplaat evenals van het water, ten volle worden benut. Dit graaf-werk kan worden uitgevoerd door een cutter-zuiger, waarbij het enige dat gedaan moetworden bestaat uit het controleren van de positie van deze cutter-zuiger en het hem instaat stellen om het vereiste vermogen voor het baggerwerk op de juiste plaats aan tewenden.Wij stellen ons voor hierbij gebruik te maken van een systeem dat is gebaseerd op hetdrijfvermogen onder water, rijdend over een loopvlak ('prosperous' genoemd). Kort om-schreven komt dit neer op een indirect gecontroleerd onderwatervoertuig, dat op dezelfdewijze opereert als een graafwerktuig op het land, rijdend over een betonplaat, met dit verschildat in het onderstelde geval het loopvlak gevormd wordt door de onderkant van de fundering.Deze gedachtengang impliceert dat het baggerwerk volkomen onafhankelijk van weers-omstandigheden, stroming of waterdiepte kan worden uitgevoerd. In het voorgaande isreeds gesteld dat het baggerwerk in feite een gering en eenvoudig werk is zolang hetweer dit toelaat. Bij het voorgestelde systeem is het weer van geen invloed en hetfunderingswerk op zee staat in geen vergelijking tot de werkzaamheden op het land. Eenverder voordeel is dat het fundament een grotere weerstand krijgt tegen golfkrachtenwanneer een paalfundering wordt vermeden. Verwacht mag worden dat betonnen funde-ringsplaten de constructies buitengaats goedkoper en veiliger kunnen maken en ons instaat stellen deze constructies in dieper water te bouwen dan tot op heden mogelijk is,Cement XXIII (1971) nr. 9 426