beoordeling van ontwerpmethodes voor vaargeulen...

Beoordeling van ontwerpmethodes voor vaargeulen

Maarten Marius

Promotoren: prof. dr. ir. Marc Vantorre, Katrien ElootBegeleider: ir. Evert Lataire

Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad vanBurgerlijk bouwkundig ingenieur

Vakgroep Mechanische constructie en productieVoorzitter: prof. dr. ir. Joris DegrieckFaculteit IngenieurswetenschappenAcademiejaar 2007-2008

Toelating tot bruikleen

De auteur geeft de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delenvan deze scriptie te kopiëren voor persoonlijk gebruik.Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met

betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen vanresultaten uit deze scriptie.

Zwijnaarde, 02/06/2008,

Maarten Marius

Voorwoord

Graag wil ik enkele mensen bedanken voor hun bijdrage bij de totstandkoming van ditafstudeerwerk.

Speciale dank gaat uit naar mijn promotoren Prof. Dr. ir. Marc Vantorre en Katrien Eloot.Zij stonden steeds klaar om mijn vragen te beantwoorden en ze hebben mij het nodigeinzicht verschaft om deze scriptie tot een goed einde te brengen.

Ik wens ook Evert Lataire te bedanken voor de nuttige tips en richtlijnen die hij me gaftijdens de voltooiing van dit werk.

In het bijzonder bedank ik mijn ouders Eddy Marius en Gerda Nimmegeers. Hun nooitaflatende steun heeft er voor gezorgd dat ik deze intensieve en verrijkende opleiding tot

een goed eind heb kunnen brengen. Ook wens ik hen te bedanken voor het nalezen vandeze tekst en het elimineren van de taalfouten die aan mijn oog ontglipt waren.

Tot slot wil ik mijn collega-studenten bedanken voor de aangename sfeer die zijgedurende de voorbije vijf jaar gecreëerd hebben.

Overzicht

Beoordeling van ontwerpmethodes voor vaargeulen

Maarten Marius

Promotoren: prof. dr. ir. Marc Vantorre, Katrien Eloot

Begeleider: ir. Evert Lataire

Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad vanBurgerlijk bouwkundig ingenieur

Vakgroep Mechanische constructie en productieVoorzitter: prof. dr. ir. Joris DegrieckFaculteit IngenieurswetenschappenAcademiejaar 2007-2008

Samenvatting

Als gevolg van de toenemende schaalvergroting binnen de scheepvaart dringt eenweloverwogen ontwerp van vaargeulen zich op. Hiervoor werden conceptuele

ontwerpmethodes opgesteld door PIANC, de Spaanse havenautoriteiten en het JapanseInstituut voor Navigatie [1][2][3]. Deze (voor)ontwerpmethodes laten toe de dimensiesen het tracé van een vaargeul in een vroeg stadium te bepalen.Het doel van dit werk bestaat er in de beschikbare ontwerprichtlijnen aan eenvergelijkende studie te onderwerpen.

Aan de hand van een literatuurstudie worden de beschikbare ontwerpmethodesinhoudelijk met elkaar vergeleken. De verschillende parameters die een invloed kunnenhebben op de dimensies van een vaargeul worden eerst geïnventariseerd. Vervolgenswordt voor de verschillende richtlijnen afzonderlijk nagegaan op welke manier deze

parameters in de berekeningen betrokken worden.De studie toont aan dat de ontwerpmethodes dezelfde invloedsparameters beschouwen bijhet bepalen van de dimensies. De concrete berekeningen worden echter op eenverschillende manier uitgevoerd.

In een tweede fase worden de ontwerpmethodes aan een praktijktoets onderworpen. Detoegangskanalen tot de haven van Zeebrugge (Scheur en Pas van het Zand) en tweebelangrijke secties van het Panamakanaal (Gaillard Cut en Gatun Lake) wordengedimensioneerd aan de hand van de verschillende richtlijnen. De nadruk ligt hierbijvooral op de bepaling van de vaargeulbreedte.Voor de analyses worden de heersende omstandigheden (wind, stroming, type oevers,…)

op de verschillende locaties zo nauwkeurig mogelijk bepaald. Op basis van het huidige eneventueel toekomstige scheepvaartverkeer worden relevante ontwerpschepen gekozen.

De resultaten van de analyses verschaffen een duidelijk beeld van de invloed vanbepaalde parameters. Zo blijken langs- en dwarsstroming, golven en de oevers van het

kanaal een belangrijke invloed te hebben op de nodige vaargeulbreedte. De snelheid vanhet schip en het type lading kunnen er zelfs voor zorgen dat kleinere schepen maatgevendzijn voor de vaargeulbreedte.Het is echter onmogelijk te besluiten welk van de beschouwde richtlijnen de meest ofminst conservatieve resultaten oplevert. Dit is immers sterk afhankelijk van de

geanalyseerde situatie.

Trefwoorden: vaargeul, voorontwerpmethode, vaargeulbreedte- en diepte, ontwerpschip

Evaluation of shipping channel concept designmethods

Maarten Marius

Supervisors: prof. dr. ir. Marc Vantorre, Katrien Eloot

Abstract - This article describes the evaluation of channel

concept design methods by use of a literature study and casestudies.

Keywords –concept design method, channel width and depth,design ship

I. INTRODUCTION

Due to economic reasons there has been a consistent growthin vessel size during the last decades. New large-sized shipsdemand bigger locks, terminals and docks but also fairwaysand approach channels. For the construction and maintenanceof these fairways and channels large investments have to bemade by the authorities. With this in mind a well considereddesign becomes very important to reduce the costs.

Several workgroups have developed concept designmethods which allow the design of channel width, depth andalignment in an early stage. The scope of this masterdissertation is an evaluation and comparison of theseguidelines [1][2][3]. Therefore a literature study is carried outand the width of existing fairways and approach channels iscalculated by use of the design methods. Finally some generalconclusions are made.

II. LITERATURE STUDY

A. Parameters influencing channel dimensionsThe design of a channel is always based on a particular

design ship. The characteristics of this ship will have a greatinfluence on the dimensions and alignment of the channel. Notonly the ship’s length, beam and draft are of significantimportance but also the manoeuvrability, windage, type ofcargo and speed have to be considerated.

The adequacy of the available aids to navigation plays animportant role when designing a shipping channel. A wellmarked channel will require less width than one that is poorlymarked. On-board navigation systems like DGPS even allowship handlers to determine their position with an accuracy of afew meters.

The under keel clearance (UKC) influences themanoeuvrability of a ship in an important way. At low UKCthe ship becomes more directionally stable but it will turn lessreadily. The relation between UKC and the manoeuvrabilityof a ship shows that horizontal and vertical channeldimensions are somehow interlinked.

E-mail: [email protected]

Bank interaction can cause a ship to sheer uncontrollably.The magnitude of the effects depends on ship speed,configuration of the bank and distance between ship and bank.

Due to environmental factors as current, wind and wavesships will sail with a certain drift angle . Together with theship length (Loa) and beam (B) this angle influences thenecessary channel width (Figure 1).

Figure 1 Necessary channel width when ship sails with drift angle

B. Channel dimensions according to the design methodsBesides the ship’s draught the most important factors which

influence the necessary channel depth are squat and wave-induced ship motions. When calculating the magnitude ofthese effects the Japanese and Spanish guidelines [2][3] gomore into detail than the PIANC design guide [1]. Severalother factors influencing the channel depth like tides, waterdensity and bottom configuration are mentioned in the designguides but not further studied.

The total channel width can be seen as the sum of severalterms which take the parameters into account that arementioned in the previous paragraph (wind, current,…). Theway the terms are calculated differs in the design guides.

The Japanese design method makes use of hydrodynamicderivatives to calculate drift angle and counter rudder angledue to external forces. By limiting the rudder angle thecorresponding width is found.

In the PIANC design guide the concerning terms arediscrete values which depend on one characteristic parameter(wind speed, wave height,…), the beam and speed of the ship.Despite her importance the ship length is not taken intoaccount when calculating the channel width (Figure 1).

In the Spanish design method the drift angle due to current,wind and wave action is calculated. With this angle and theship length the additional width for the previous effects isfound. Other factors (bank effects, aids to navigation,…) areconsidered like in the PIANC design guide.

III. CASE STUDIES

A. Port of ZeebruggeIn the first case study the approach channels to the Port of

Zeebrugge are considered. Ships coming from open sea firstpass trough ‘Het Scheur’, a wide two-way channel parallel tothe coast. The access channel to the port itself is called ‘Pasvan het Zand’ and is generally used for one-way traffic.

Out of several ships visiting the port of Zeebrugge thecontainership Emma Maersk and the LNG carriers Qmax andQflex are chosen as design ships for the approach channels.The former because of the large dimensions and windages, thelatter because of their transport of hazardous cargoes.

The conditions for ships using the channels are notfavourable. Especially in ‘Pas van het Zand’ strong crosscurrents and considerable wave heights occur. The channelwidth is analyzed under changing environmental conditions(water depth, current) during one tidal cycle. Figure 2 showsthe analysis of two-way traffic of the container vessels in ‘HetScheur’.

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

-6 -4 -2 0 2 4 6time relative to high water (h)

chan

nelw

idth

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figure 2 Example of analysis (Het Scheur): necessary channel widthfor two-way traffic of containerships (type Emma Maersk)

Due to the varying water depth and current the necessarychannel width changes during one tidal cycle. According toPIANC and the Japanese design guide the cross current has aconsiderable influence on the variation of the channel width.However when applying the Spanish design method thelongitudinal current seems to be the most important parameter.The influence of changing water depth on the channel width isnegligible.

When calculating the width of the approach channels toZeebrugge the PIANC design guide provides the mostconservative results. This can be explained by the largeadditional widths which take wave action and bank effects intoaccount. The Japanese design method makes a betterestimation of the bank effects by taking the depth of outerwater into account.

Ship speed also plays an important role when consideringthe necessary channel width. According to the PIANC designguide channel width increases when ships sail faster. On theother hand results from the Japanese and Spanish guidelinesshow that width decreases with increasing ship speed. In theanalyses of Zeebrugge the differences between the guidelinesare greater at high vessel speeds (figure 3).

The analyses show that the widest and longest design shipsnot always lead to the largest channel width. Calculationsbased on smaller ships which transport hazardous cargoes andsail at different speeds can lead to larger channel dimensions.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

ship speed (kn)

chan

nel

wid

th(m

)

PIANCSpanje

Japan

Figure 3 Example of analysis (Het Scheur): influence of ship speedon necessary channel width

B. Panama CanalTwo sections of the Panama Canal are analyzed using the

concept design methods. The Gaillard Cut is a narrow channelwith hard and steep banks, the shipping channel in Gatun Lakeis more wide and allows two-way traffic. In the canal no tides,currents or waves occur. In the analyses the channel width iscalculated as a function of the vessel speed.

The design ships for the channel in its present state arepanamax vessels. When the expansion program is finishedpostpanamax ships will be able to navigate trough the channel.These ships are also considered in the analyses.

Because of the different environmental conditions (nocurrent, no waves) the results of the analyses differ from theones concerning Zeebrugge (Figure 4).

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

5 6 7 8 9 10 11 12

ship speed (kn)

ch

ann

el

wid

th(m

)

PIANC

Japan

Spanje

Figure 4 Example of analysis (Gaillard Cut): necessary channel widthas function of ship speed for one-way traffic of panamaxships

When considering the analyses of Zeebrugge and Panamait’s impossible to conclude which of the design methodsprovides the most conservative results. This strongly dependson the analyzed situation.

ACKNOWLEDGEMENTS

The author would like to acknowledge the support of prof.dr. ir. Marc Vantorre and Katrien Eloot.

REFERENCES

[1] PIANC, Approach Channels: A Guide for Design, 1997 .[2] Japan Institue of Navigation, Design Standard for Fairway in Next

Generation, 2004.[3] Puertos del Estado, ROM 3.1-99: Designing the Maritime

Configuration of Ports, Approach Channels and Flotation Areas, 2003.

Inhoudstafel

Hoofdstuk 1: Inleiding..........................................................................................11.1 Achtergrond ..............................................................................................1

1.2 Doel van de scriptie....................................................................................21.3 Opbouw van de scriptie...............................................................................2

Hoofdstuk 2: Literatuurstudie...............................................................................32.1 Inleiding ...................................................................................................3

2.2 Bepalende factoren voor de dimensies ..........................................................42.2.1 Ontwerpschip .........................................................................................42.2.2 Navigatiehulp .........................................................................................72.2.3 Squat .................................................................................................... 82.2.4 Waterdensiteit ...................................................................................... 10

2.2.5 Oevereffecten.......................................................................................102.2.6 Interactie tussen schepen ......................................................................122.2.7 Wind ...................................................................................................122.2.8 Stroming ............................................................................................. 132.2.9 Golven ................................................................................................ 15

2.3 Approach Channels: A Guide for Design ...................................................... 162.3.1 Achtergrond ......................................................................................... 162.3.2 Omschrijving ........................................................................................ 17

2.4 Design standard for fairway in next generation ............................................ 242.4.1 Achtergrond ......................................................................................... 242.4.2 Omschrijving ........................................................................................ 25

2.5 ROM 3.1-99: Designing the maritime configuration of ports, approach channelsand flotation areas. ............................................................................................. 33

2.5.1 Achtergrond ......................................................................................... 332.5.2 Omschrijving ........................................................................................ 34

2.6 Conclusie ................................................................................................ 41

Hoofdstuk 3: Analyse Zeebrugge........................................................................433.1 Inleiding .................................................................................................433.2 Ontwerpschepen ...................................................................................... 44

3.2.1 Schepen .............................................................................................. 44

3.2.2 Ladingsrisico ........................................................................................ 453.2.3 Vaarsnelheid ........................................................................................ 45

3.3 Ontwerpomstandigheden .......................................................................... 463.3.1 Waterdiepte ......................................................................................... 463.3.2 Wind ...................................................................................................463.3.3 Golven ................................................................................................ 46

3.3.4 Stroming ............................................................................................. 473.3.5 Bodem ................................................................................................ 473.3.6 Oevers ................................................................................................ 47

3.3.7 Navigatiehulp .......................................................................................47

3.3.8 Verkeersintensiteit ................................................................................483.4 Analyse Scheur – West .............................................................................49

3.4.1 Inleiding .............................................................................................. 493.4.2 Analyse Qmax ...................................................................................... 513.4.3 Analyse Qflex .......................................................................................56

3.4.4 Analyse containerschip .......................................................................... 593.4.5 Invloed van de vaarsnelheid...................................................................623.4.6 Conclusie ............................................................................................. 64

3.5 Analyse Pas van het Zand ......................................................................... 663.5.1 Inleiding .............................................................................................. 66

3.5.2 Analyse Qmax ...................................................................................... 683.5.3 Analyse Qflex .......................................................................................723.5.4 Analyse containerschip .......................................................................... 743.5.5 Conclusie ............................................................................................. 76

Hoofdstuk 4: Analyse Panamakanaal..................................................................77

4.1 Inleiding .................................................................................................774.2 Ontwerpschepen ...................................................................................... 78

4.1.1 Schepen .............................................................................................. 784.1.2 Ladingsrisico ........................................................................................ 784.1.3 Vaarsnelheid ........................................................................................ 79

4.2 Ontwerpomstandigheden .......................................................................... 804.2.1 Waterdiepte ......................................................................................... 804.2.2 Wind ...................................................................................................804.2.3 Golven ................................................................................................ 814.2.4 Stroming ............................................................................................. 81

4.2.5 Bodem ................................................................................................ 814.2.6 Oevers ................................................................................................ 814.2.7 Navigatiehulp .......................................................................................814.2.8 Verkeersintensiteit ................................................................................82

4.3 Analyse Gaillard Cut ................................................................................. 83

4.3.1 Inleiding .............................................................................................. 834.3.2 Analyse Panamax..................................................................................844.3.3 Analyse Panamax Plus ...........................................................................884.3.4 Analyse Post Panamax...........................................................................894.3.5 Analyse Suezmax..................................................................................90

4.3.6 Conclusie ............................................................................................. 924.4 Analyse Gatunmeer ..................................................................................93

4.4.1 Inleiding .............................................................................................. 934.4.2 Analyse Panamax..................................................................................944.4.3 Analyse Post Panamax...........................................................................95

4.4.4 Analyse Suezmax..................................................................................964.4.5 Conclusie ............................................................................................. 97

Hoofdstuk 5: Algemene conclusies .....................................................................98

Referenties .......................................................................................................101

Appendix A: Figuren van Lee en Kijima ............................................................103

Appendix B: Verticale scheepsbewegingen.......................................................105

Appendix C: Beleidsplan Zeebrugge..................................................................108

Appendix D: Vaargeulen Zeebrugge..................................................................109

Appendix E: Getijden Zeebrugge.......................................................................110

Appendix F: Wind- en golfhoogtemetingen Zeebrugge, maart 2008 .................111

Appendix G: Stroming Zeebrugge .....................................................................112G.1 Scheur.................................................................................................. 112G.2 Pas van het Zand ................................................................................... 112

Appendix H: Het Panamakanaal........................................................................114

Lijst met afkortingen en symbolen

De afkortingen zijn alfabetisch gerangschikt, de symbolen volgens volgorde vanvoorkomen in het werk. In de drie beschouwde ontwerpmethodes worden voor bepaalde

parameters soms verschillende symbolen gebruikt. Deze symbolen worden in deze lijstdan ook ondergebracht bij de betreffende richtlijn.

Afkortingen

ACP Panama Canal AuthorityDWT Dead Weight Tonnage

ECDIS Electronic Chart Display Information SystemGLLW Gemiddeld Laag Laag Water SpringIALA International Association of Lighthouse AuthoritiesIAPH International Association of Ports & HarboursICORELS International Commission for the Reception of Large Ships

IMO International Maritime OrganizationIMPA International Maritime Pilots AssociationIOTC International Oil Tankers CommissionLNG Liquefied Natural GasPIANC Permanent International Association for Navigation Congresses

ROM Recommendations for Maritime WorksRoRo Roll on/Roll offTEU Twenty feet Equivalent UnitVTS Vessel Traffic Service

Symbolen algemeen

L [m] Algemene symbool voor lengte

B [m] Algemeen symbool voor breedteLoa [m] Scheepslengte over allesLpp [m] Scheepslengte tussen de loodlijnen

[rad] Drifthoek van het schip

[rad] Roerhoek van het schip

As [m²] Oppervlakte van het natte grootspantAc [m²] Natte dwarsoppervlakte van het kanaal

T [m] Toename van de diepgang

Cvp [-] Verticale prismatische coëfficiënt

[m³] Volumedeplacement van het schip

Fnh [-] Froudegetal gebaseerd op de waterdiepteg [m/s²] Graviteitsversnelling

Hs [m] Significante golfhoogte

[m] Golflengte

CB [-] BlokcoëfficiëntFn [-] Froudegetal op basis van de scheepslengte

w [kg/m³] Densiteit van water

Symbolen uit de richtlijn van PIANC

T [m] Diepgang van het schiph [m] WaterdiepteV [kn] VaarsnelheidWBM [m] Basisbreedte voor het schipWBr [m] Nodige afstand tot de ‘rode’ oever

WBg [m] Nodige afstand tot de ‘groene’ oeverWp [m] Nodige afstand tussen ontmoetende schepenWi [m] Additionele breedte

Symbolen uit de Japanse richtlijn

D [m] Waterdiepte

d [m] Diepgang van het schipD1 [m] Inzinking van het schip ten gevolge van squatD2 [m] Inzinking van het schip ten gevolge van stampen en dompenD3 [m] Inzinking van het schip ten gevolge van slingeren en dompenD4 [m] Nodige kielspelingU [kn] Vaarsnelheid

h0 [m] Gemiddelde golfhoogteKs [-] Correctiefactor bij berekening squat

[rad] Hoek van de golven ten opzichte van het schip

[rad] Maximale rolhoek van het schip [rad] Maximale hellingshoek van de golven

H1/3 [m] Significante golfhoogteWm [m] Basisbreedte voor het schipWb [m] Nodige afstand tot de oeverWc [m] Nodige afstand tussen ontmoetende schepenWov [m] Nodige afstand tussen oplopende schepen

1 [rad] Drifthoek ten gevolge van de wind

2 [rad] Drifthoek ten gevolge van de stroming

Ty [s] Gierperiode van het schip

0 [rad] Maximale gierhoek

CF [-] Dimensieloze kracht op het schipCM [-] Dimensieloos moment op het schip

F [-] Kracht op het schipM [-] Moment op het schip

Symbolen uit de Spaanse richtlijn

rvsm [m] Minimale kielspeling voor vlotte navigatiervsd [m] Minimale kielspeling om bodemraken te vermijden

Bn [m] Nominale breedte vaargeulbd [m] Additionele breedte voor driftbe [m] Additionele breedte voor navigatiehulpbb [m] Additionele breedte voor fouten bij markeringenbr [m] Additionele breedte voor vertraagde respons van het schip

Br [m] Additionele breedte voor instabiliteit van oevers

rhsm [m] Additionele breedte afhankelijk van de aard van de oeverrhsd [m] Minimale afstand tussen schip en oeverbs [m] Nodige tussenafstand voor ontmoetende schepen

wind [rad] Drifthoek ten gevolge van de wind

Kv [-] Coëfficiënt afhankelijk van de vorm van de scheepsromph [m] WaterdiepteD [m] Diepgang van het schip

vr [rad] Hoek tussen relatieve windrichting en aslijn van het schip

Cv [m] Coëfficiënt afhankelijk van de windoppervlaktes van het schipVvr [kn] Relatieve snelheid van de wind ten opzichte van het schipVr [kn] Vaarsnelheid ten opzichte van het water

current [rad] Drifthoek ten gevolge van de stroming

Vc [kn] Snelheid van de stromingV [kn] Vaarsnelheid ten opzichte van de bodem

cv [rad] Hoek van de stroming ten opzichte van de vaarsnelheid

wave [rad] Drifthoek ten gevolge van de golven

Kw [-] Coëfficiënt afhankelijk van de vorm van de scheepsromp

w [rad] Hoek tussen de scheepsas en de golven

Emax [-] Maximaal toelaatbaar risicobr0 [m] Additionele breedte afhankelijk van de manoeuvreerbaarheid

[rad] Taludhelling van de oever

-1-

Hoofdstuk 1

Inleiding

1.1 Achtergrond

De sterke toename van het transport over zee heeft de voorbije decennia tot eenaanzienlijke schaalvergroting binnen de scheepvaart geleid.

Dit is onder andere merkbaar in de toenemende grootte van containerschepen. In 1975had slechts 10% van de containerschepen in NW-Europa een laadcapaciteit van meer dan3000 TEU1. In 2000 was dit percentage gestegen naar 65% en had reeds 25% van deschepen een capaciteit van 5000 TEU en meer [4].Er is eveneens een duidelijke evolutie merkbaar in de capaciteit van de allergrootste

containerschepen. In 1990 konden deze 4000 à 5000 TEU containers laden, in 2000 wasdit aantal reeds opgelopen tot ongeveer 7500. Volgens Maersk heeft hun grootstecontainerschip (Emma Maersk) momenteel een laadcapaciteit van 11000 TEU, inwerkelijkheid wordt het laadvermogen zelfs op 14000 TEU geschat [5].

Met de aanleg van nieuwe dokken en terminals, het verdiepen van bestaande dokken en

de bouw van grotere sluizen, probeert men in de havens de aanhoudende groei van deschepen te beantwoorden. Deze voortdurende ontwikkeling is voor de havenbedrijvenabsoluut noodzakelijk om hun economische positie vast te houden.Indien nodig moeten ook de toegangsgeulen worden aangepast zodat grotere schepenveilig naar de haven kunnen navigeren. De hiermee gepaarde baggerwerken vergen een

aanzienlijke investering van de autoriteiten. De kosten voor de derde verdieping van deSchelde worden bijvoorbeeld geschat op 100 miljoen euro [23].

Gezien de hoge kosten die aan constructie- en onderhoudsbaggerwerken verbonden zijn,is een nauwkeurige dimensionering van de vaargeulen uit economisch oogpunt zeer

belangrijk. Naar aanleiding hiervan werden door verschillende werkgroepenontwerprichtlijnen (concept design methods) opgesteld om in een eerste stadium debelangrijkste karakteristieken van een vaargeul te bepalen. Onder de hoofdkenmerkenvan de geul rekent men de diepte, breedte en het tracé [1][2][3].In dit werk wordt hoofdzakelijk de bepaling van de breedte grondig geanalyseerd. Debreedte van een vaargeul is echter in zekere mate afhankelijk van de diepte en het tracé

waardoor ook deze parameters aan bod zullen komen.In de berekeningen wordt rekening gehouden met de eigenschappen van schepen die hetvaarwater zullen gebruiken. Daarbij wordt onder andere gedacht aan de afmetingen en de

1 Eén TEU (Twenty feet Equivalent Unit) komt overeen met een container van 20 voet lang, 8 voet

hoog en 8 voet breed.

-2-

vorm van de schepen, de manoeuvreerbaarheid en de roerkarakteristieken. Tevens

worden ook verschillende parameters in rekening gebracht die het gedrag van de schepenbeïnvloeden. Zijwind, stromingen en golven kunnen bijvoorbeeld een destabiliserendeinvloed op het schip uitoefenen waardoor de nodige vaargeulbreedte zal toenemen.

1.2 Doel van de scriptie

In dit werk worden drie voorontwerpmethodes voor vaargeulen beschouwd: de ‘designguide’ van PIANC2 (1997), de ROM 3.1-99 van de Spaanse havenautoriteiten (2003) en deontwerpmethode van het Japanse Instituut voor Navigatie (2004) [1][2][3].Het doel van dit werk bestaat erin deze ontwerprichtlijnen inhoudelijk met elkaar tevergelijken. De ‘concept design methods’ hebben namelijk de reputatie vrij conservatief tezijn. Een kritische vergelijking en praktijktoets kunnen de specifieke voor- en nadelen van

de verschillende methodes aan het licht brengen.Aan de hand van de resultaten van dit werk, kunnen de richtlijnen eventueel wordenaangepast om zo tot een betere inschatting van de afmetingen te komen.

1.3 Opbouw van de scriptie

Hoofdstuk 1 vormt de algemene inleiding tot dit werk. De toenemende schaalvergrotingbinnen de scheepvaart wordt hier aangetoond met enkele cijfergegevens. Daarnaast wordtde link gelegd met de verschillende ontwerpmethodes en wordt het doel van dit werk korttoegelicht.In hoofdstuk 2 worden de beschikbare richtlijnen inhoudelijk met elkaar vergeleken. Ineen eerste paragraaf worden alle parameters samengebracht die eventueel een rol kunnen

spelen bij het ontwerp van een vaargeul. Vervolgens wordt voor de verschillendeontwerprichtlijnen nagegaan welk van deze parameters daadwerkelijk in rekeninggebracht worden en hoe dit concreet gebeurt.In de hoofdstukken 3 en 4 worden de ontwerpmethodes getoetst via enkele case studies.Aan de hand van de richtlijnen worden de toegangsgeulen tot de haven van Zeebrugge en

twee belangrijke secties van het Panamakanaal gedimensioneerd. Op basis van deresultaten worden enkele besluiten gevormd met betrekking tot de invloed van bepaaldeparameters. Daarnaast worden de bekomen afmetingen vergeleken met de huidigedimensies van de geulen.In hoofdstuk 5 tenslotte worden enkele algemene conclusies geformuleerd. De meest

relevante bevindingen worden hier op een bondige manier samengevat.De appendices achteraan geven extra informatie bij bepaalde delen van dit werk.Daarnaast is ook een elektronische bijlage bijgevoegd met de data van de verschillendeanalyses.

2 PIANC (Permanent International Association for Navigation Congresses) is een wereldwijdetechnische en wetenschappelijke organisatie van nationale overheden, bedrijven en particulieren. De

activiteiten van PIANC zijn velerlei maar staan vooral in het teken van scheepvaart, havens en

vaarwegen [24].

-3-

Hoofdstuk 2

Literatuurstudie

2.1 Inleiding

In dit deel van het werk worden de beschikbare ontwerpmethodes (PIANC, Japan, ROM)inhoudelijk met elkaar vergeleken [1][2][3]. De nadruk ligt hierbij vooral op de bepaling

van de breedte maar zoals reeds werd aangehaald, is het onmogelijk om de diepte en hettracé van het vaarwater hier volledig van los te koppelen.

In het eerste deel van dit hoofdstuk worden alle parameters geïnventariseerd die bepalendkunnen zijn voor het ontwerp van een vaargeul. Hierbij wordt eveneens aangegeven op

welke manier ze de dimensies en/of het tracé kunnen beïnvloeden.Vervolgens wordt voor de drie ontwerpmethodes afzonderlijk nagegaan welke van deaangehaalde parameters daadwerkelijk in rekening worden gebracht en hoe dit concreetgebeurt.

Deze literatuurstudie laat toe de verschillende ‘concept design methods’ reeds in een

vroeg stadium met elkaar te vergelijken. Door de richtlijnen naast elkaar te plaatsen,wordt een duidelijk beeld verkregen van zowel de positieve als negatieve aspecten van deverschillende berekeningsmethodes.

-4-

2.2 Bepalende factoren voor de dimensies

2.2.1 Ontwerpschip

2.2.1.1 Keuze van het ontwerpschip

Een vaargeul wordt gedimensioneerd op basis van een vooraf bepaald ontwerpschip. Eenjuiste keuze moet ervoor zorgen dat de overige schepen het kanaal op een veilige manierkunnen gebruiken. Dit impliceert niet rechtstreeks dat het schip met de grootste

afmetingen steeds zal dienst doen als ontwerpschip. Voor de grootste schepen wordenimmers meestal speciale voorzieningen getroffen. Ze worden slechts binnen bepaaldetijvensters toegelaten en eventueel met behulp van sleepboten de haven of vaargeulbinnengeleid.Daarbij komt nog dat kleinere schepen met een slechte manoeuvreerbaarheid, grote

laterale oppervlakte of risicovolle lading mogelijk strengere eisen kunnen opleggen aan debreedte en/of diepte van het kanaal. Zeker voor de bepaling van het tracé van hetvaarwater zal de manoeuvreerbaarheid van de schepen even belangrijk zijn dan deafmetingen.

Vaak worden er restricties opgelegd aan de schepen die elkaar kunnen/mogen passeren ofoplopen in een kanaal. Bij het ontwerp van een vaargeul voor tweerichtingsverkeer is hetsoms eerder aangewezen kleinere ontwerpschepen in acht te nemen. Bij de doorgang vanzeer grote schepen zal het overige scheepvaartverkeer immers zo geregeld worden dateen vrije doorgang wordt verkregen. De capaciteit van de vaargeul neemt hierdoor af en

de (economische) gevolgen hiervan moeten in acht genomen worden.

Een vaargeul zal meestal door zeer uiteenlopende scheepstypes gebruikt worden. Eengrondige analyse van het verkeer in de geul is dan ook noodzakelijk om tot een juistekeuze van het ontwerpschip te komen. Vaak zal men echter meerdere schepen in deberekeningen moeten betrekken. Bulkcarriers bijvoorbeeld hebben meestal een grote

diepgang en kunnen zo maatgevend zijn voor de diepte van het vaarwater. Container- enpassagiersschepen worden gekenmerkt door grote windoppervlaktes en zijn hierdoorsterker onderhevig aan windkrachten. De corresponderende drifthoek zorgt er voor datdeze schepen eerder bepalend zijn voor de breedte van de vaargeul.Een weloverwogen keuze van de ontwerpschepen moet uiteindelijk leiden tot een

nauwkeurige en veilige dimensionering van het vaarwater [1][3].

2.2.1.2 Afmetingen

Horizontale afmetingen

Als gevolg van uitwendige krachten (stroming, wind, golven) zal een schip onvermijdelijkonder een zekere drifthoek varen. Samen met de horizontale scheepsafmetingen bepaaltdeze hoek de breedte die tijdens het varen door het schip wordt ingenomen.

-5-

Zolang het schip een quasi-rechte koers aanhoudt (kleine drifthoek) wordt het afgelegde

pad vooral door de breedte van het schip bepaald. Bij toenemende drifthoek wordt deinvloed van de scheepslengte steeds groter.De volgende figuur maakt het voorgaande duidelijk. Bij kleine drifthoek is ook sin(klein en de invloed van de lengte Loa beperkt. Wanneer de drifthoek toeneemt, zalsin(vergroten en cos() afnemen. Het belang van de scheepslengte neemt toe terwijl de

invloed van de breedte verkleint [2].

Figuur 1 – Breedte ingenomen door schip [2]

Verticale afmetingen

De diepgang van het schip zal vooral bepalend zijn voor de diepte van het kanaal.Afhankelijk van de omstandigheden wordt immers een zekere kielspeling vooropgesteld.De manoeuvreerbaarheid van een schip is echter afhankelijk van deze kielspelingwaardoor de diepgang van het schip onrechtstreeks ook een invloed zal hebben op de

nodige vaargeulbreedte.In ondiepe wateren waar de kielspeling beperkt is, zal de koersbestendigheid van eenschip toenemen. Dat wil zeggen dat het schip gemakkelijk een vooropgestelde rechtekoers kan volgen ondanks het optreden van uitwendige krachten ten gevolge van wind enstroming. In situaties met grotere kielspeling wordt de koersbestendigheid kleiner, de

manoeuvreerbaarheid vergroot echter. Het schip zal sneller reageren op roercommando’sen kan een kleinere draaicirkel uitvoeren. Op deze manier kan een grotere kielspeling inbochten er eventueel voor zorgen dat de bochtstraal beperkt kan worden [7].

Windoppervlakte

Een belangrijke factor bij de bepaling van de drifthoek is de laterale oppervlakte van het

schip boven de waterlijn. Schepen met een hoge vrijboord hebben aanzienlijke lateraleoppervlaktes en zullen bijgevolg onderhevig zijn aan grote destabiliserende krachten tengevolge van zijwind. Bij een analyse van de drifthoek ten gevolge van wind zal het danook belangrijk zijn om schepen in ballast te beschouwen. In deze toestand zijn de lateraleoppervlaktes en bijgevolg ook de windkrachten immers maximaal.De vrijboord van een schip is in grote mate afhankelijk van het soort schip. Een eerste

type zijn de ‘weight carriers’, dit zijn schepen met een grote ladingsdichtheid. Demaximale lading wordt hier gelimiteerd door haar gewicht en niet door het ingenomenvolume. Deze schepen varen onder vrij grote diepgang en hun beperkte vrijboord zorgt

-6-

ervoor dat ze minder gevoelig zijn aan hevige wind. Typische voorbeelden van dit soort

schepen zijn de bulkcarriers en tankers.Een tweede type schepen zijn deze met kleinere ladingsdichtheid, de ‘volume carriers’. Integenstelling tot bij de ‘weight carriers’ wordt de lading begrensd door het volume dat zeinneemt en niet door het gewicht. Dit type schepen vaart met kleinere diepgang, heefteen aanzienlijke vrijboord en is onderhevig aan grotere windkrachten. Voorbeelden van dit

type schepen zijn passagiersschepen, containerschepen en RoRo-schepen [1].Soms moet er ook rekening gehouden worden met de lading die aan dek geplaatst wordt.Op het dek van containerschepen worden bijvoorbeeld verschillende niveaus containersgestapeld die op hun beurt bijdragen tot een grotere laterale oppervlakte.

2.2.1.3 Manoeuvreerbaarheid

In open zee is het belangrijk dat een schip zonder moeilijkheden zijn koers kan

aanhouden. In toegangskanalen tot havens kan het echter een groot voordeel zijn als eenschip gemakkelijk kortere bochten kan nemen of eventuele obstakels kan ontwijken.Directionele stabiliteit en goede navigatie in bochten zijn echter tegenstrijdige begrippenwaardoor een duidelijke classificatie van de manoeuvreerbaarheid van een schip moeilijkte maken valt.

Een van de belangrijkste factoren die de manoeuvreerbaarheid van een schip beïnvloedt isde kielspeling. Als een schip de haven nadert en in ondiep water terechtkomt, zal dedirectionele stabiliteit toenemen. De wendbaarheid neemt echter af waardoor de besturingmoeilijker wordt en er eventueel een additionele breedte moet voorzien worden om veiligmanoeuvreren toe te laten.Om in een bepaalde context toch een beeld te krijgen van de manoeuvreerbaarheid van

een schip, kan men beroep doen op de volgende richtlijnen [1]:

Slanke schepen (L/B>6,5) hebben een betere directionele stabiliteit dan korte,brede (L/B<6). Deze laatste kunnen dan weer gemakkelijker in korte bochtenmanoeuvreren.

De manoeuvreerbaarheid bij lage snelheid kan verschillen van demanoeuvreerbaarheid bij de ontwerpsnelheid.

De manoeuvreerbaarheid van een schip neemt toe als de relatieve snelheid tenopzichte van het water toeneemt. De stromingsdrukken op het roer worden immersgroter en de nodige roerhoek om een bepaalde correctie uit te voeren bijgevolg

kleiner. Schepen met twee schroeven en twee roeren hebben een goede

manoeuvreerbaarheid en zijn controleerbaar bij alle snelheden. Schepen met boegschroeven hebben een zeer goede manoeuvreerbaarheid bij lage

snelheden.

In het algemeen hebben ferry’s, RoRo-schepen en kleinere schepen (visvangst, recreatie)een goede manoeuvreerbaarheid. Containerschepen, olietankers, bulkcarriers enpassagiersschepen hebben eerder een gemiddelde manoeuvreerbaarheid. Beschadigde enslecht onderhouden oude schepen hebben vaak een slechte manoeuvreerbaarheid. Deze

-7-

schepen zullen echter niet maatgevend zijn voor een vaargeul, bij het ontwerp wordt de

manoeuvreerbaarheid dan ook meestal gemiddeld ondersteld.

2.2.1.4 Vaarsnelheid

Bij hoge snelheid is het moeilijker situaties juist in te schatten. Ook de tijd om te reagerenbij eventueel onverwachte omstandigheden wordt kleiner. Binnen deze optiek is het dusaangewezen om in vaarwateren met beperkte afmetingen de vaarsnelheid te beperken.

De snelheid van een schip heeft echter een invloed op verschillende fenomenen die een rolspelen bij het ontwerp van een vaargeul. Deze worden later in dit werk besproken maarhier reeds vermeld:

De squat neemt toe bij hogere vaarsnelheden. Dit leidt tot kleinere kielspelingen en

in ondiepe secties een verminderde manoeuvreerbaarheid [7]. De interactiekrachten tussen schip en oever en de schepen onderling worden groter

bij toenemende vaarsnelheid [2]. Wind, stroming en golven hebben minder effect op de drift van een schip bij hogere

vaarsnelheden [3].

Het bovenstaande toont aan dat een hoge vaarsnelheid zowel een positieve als negatieveinvloed kan hebben op het gedrag van een schip. In elke situatie moet men de mogelijkeeffecten tegenover elkaar afwegen en op basis daarvan een aangepaste snelheid kiezen.Soms moeten tijgebonden schepen echter een bepaalde snelheid aanhouden om binnenhet tijvenster te blijven.

2.2.1.5 Lading

Het transport van bepaalde ladingen brengt aanzienlijke risico’s met zich mee. Hierbijwordt vooral gedacht aan olietankers, LNG-carriers en chemische tankers. Bij aanvaringenof strandingen en verlies van lading kan de impact op het milieu of nabijgelegenwoonkernen enorm zijn. Om de risico’s te beperken, kan voor deze schepen een extra

toeslag voor breedte en/of diepte in acht genomen worden.

2.2.2 Navigatiehulp

De breedte die een schip zal innemen bij het varen is sterk afhankelijk van denauwkeurigheid van de plaatsbepaling. Een betrouwbare laterale positionering isbelangrijk om de vaargeulbreedte te beperken. In bochten is zowel een juiste laterale als

longitudinale positiebepaling van het schip noodzakelijk.Binnen de hedendaagse scheepvaart bestaan er verschillende navigatiesystemen die incombinatie met elkaar worden gebruikt. Er kan een onderscheid gemaakt worden tussenmarkeringen langsheen de vaargeul zelf (visuele navigatie), navigatiesystemen aan boordvan het schip en informatie die vanaf de kust wordt doorgegeven [6].

De grenzen van een vaarwater kunnen worden aangeduid met behulp van boeien. Hierbijmoet ervoor gezorgd worden dat steeds één of meerdere markeringen zichtbaar zijn aanbeide zijden van de vaargeul.

-8-

Voor een betrouwbare laterale positionering in de geul kan er gebruik gemaakt worden

van geleidingslichten. Deze systemen bestaan uit twee afzonderlijke lichten die achterelkaar staan opgesteld. Als het schip de juiste koers volgt, zijn beide lichten perfect bovenelkaar waarneembaar. Indien dit niet het geval is, moet er een correctie wordenuitgevoerd.Naast geleidingslichten kunnen ook sectorlichten worden gebruikt als hulpmiddel bij

visuele navigatie. Afhankelijk van de richting waaruit het licht benaderd wordt, vertoonthet een andere kleur. PEL-lichten zijn speciale sectorlichten die een scherpe afbakeningtussen nauwe sectoren toelaten. Hierdoor kunnen kleine afwijkingen ten opzichte van deideale koers worden waargenomen.Theoretisch gezien zal de plaatsbepaling van een schip verbeteren met een toenemend

aantal markeringen. Onderzoek heeft echter uitgewezen dat vanaf een bepaald puntverzadiging optreedt en extra markeringen eerder verwarring zullen veroorzaken [6].

Nieuwe schepen worden steeds vaker uitgerust met eigen elektronische navigatiehulpen.Met behulp van een radar kan de absolute geografische positie bepaald worden en kunnenobjecten in de nabijheid van het schip worden waargenomen. GPS laat toe de positie van

een schip te bepalen met behulp van satellieten, D-GPS is een systeem verwant aan GPSmaar werkt nauwkeuriger.Daarnaast kan gebruik gemaakt worden van elektronische kaarten. Met behulp van hetECDIS-systeem kunnen data afkomstig van verschillende bronnen (RADAR, GPS,…)verwerkt worden en worden omgezet in zeekaarten [6].

Bij druk bevaren geulen en in toegangskanalen naar havens wordt het verkeer meestalgestuurd vanuit een verkeerscentrum aan wal. Het doel bestaat erin de nodige informatiete verstrekken om een schip veilig en vlot doorheen het vaarwater te leiden. Bijtoegangsgeulen worden vaak loodsen aan boord gebracht om het schip veilig binnen te

brengen. In sommige situaties kan het schip ook van aan wal worden binnengepraat [21].

De breedte van het vaarwater wordt aangepast aan de beschikbare navigatiehulpen. Hoebetrouwbaarder de plaatsbepaling van het schip, hoe nauwer de grenzen van de vaargeulkunnen gekozen worden.

2.2.3 Squat

Door de voorwaartse snelheid van het schip wordt er water in beweging gebracht enontstaat er een retourstroming. Potentiële energie wordt omgezet in kinetische en dit gaatgepaard met een drukdaling in de omgeving van het schip. De waterspiegel zal hierdoorlokaal zakken en het schip ondergaat een neerwaartse beweging. Omdat de drukdaling

niet constant is langsheen het schip zal er een trim optreden [7].

Verschillende auteurs hebben theoretisch en empirisch onderzoek uitgevoerd om de squatin welbepaalde situaties te voorspellen [1]. Veel van de bekomen formules zijn dan ookhet gevolg van een onderzoek onder welbepaalde condities. Bij het gebruik van die

formules is het belangrijk na te gaan of ze toepasbaar zijn in de specifiekeontwerpomstandigheden.

-9-

Verschillende onderzoeken hebben uitgewezen dat volgende parameters steeds een

belangrijke invloed hebben op squat [1]:

De relatieve snelheid van het schip ten opzichte van het water Blokkagecoëfficiënt (As/Ac) De vorm van de scheepsromp uitgedrukt door de verschillende vormcoëfficiënten

(blokcoëfficiënt, prismatische coëfficiënten,…)

Een fundamenteel theoretisch onderzoek werd uitgevoerd door Tuck (1966). Daaruit blijktdat de squat meer dan kwadratisch toeneemt met de relatieve snelheid van het schip tenopzichte van het water. Latere formules van Hooft (1974), Huuska/Guliev (1976) en

ICORELS3 (1980) zijn qua vorm gebaseerd op de uitdrukking van Tuck.In de meer recente uitdrukkingen van Barras (2002,2007) komt ook de invloed van deblokkage - en de blokcoëfficiënt tot uiting [1].

Naast de reeds vermelde parameters moet er rekening gehouden worden metverschillende andere factoren die in specifieke situaties kunnen voorkomen [1]:

Ten gevolge van het oplopen of passeren van andere schepen zal de stroming rondde scheepsromp verstoord worden. Volgens Dand neemt de squat hierdoor toe met50 tot 100% [9].

In verschillende formules wordt ervan uitgegaan dat het schip volgens demiddellijn van het kanaal vaart. De squat neemt echter toe als het schip zichdichter bij een van de oevers of banken bevindt. Ook de geometrie van dezeoevers heeft een invloed op de squat. De oever van een kanaal zal bijvoorbeeldeen grotere squat veroorzaken dan een zandbank bij een vaargeul.

Abrupte veranderingen van de waterdiepte kunnen lokaal tot een verhoogde squatleiden. Er is echter nog maar weinig onderzoek uitgevoerd naar dit fenomeen. Voorontwerpers is het wel belangrijk dit verschijnsel steeds in het achterhoofd tehouden.

Ten gevolge van zijwind en stroming zal een schip niet perfect parallel liggen metde aslijn van het kanaal. Ook in bochten zal er steeds met een zekere drifthoekworden gevaren. Hierdoor zal de ruimte tussen het schip en de kanaalgrenzenkleiner zijn en stijgt de blokkagecoëfficiënt. Onderzoeken hebben uigewezen dat de

squat vergroot bij toenemende drifthoek [8].

Het spreekt voor zich dat de squat in de eerste plaats een invloed zal hebben op de nodigediepte van het kanaal. Zoals reeds vermeld, bestaat er steeds een zeker verband tussende waterdiepte en de nodige kanaalbreedte. In ondiepe secties zal squat immers

aanleiding geven tot een kleine kielspeling waardoor de manoeuvreerbaarheid van het

3 International Commission for the Reception of Large Ships

-10-

schip afneemt. Indien nodig kan dit gecompenseerd worden door een verbreding van de

betreffende sectie.Op plaatsen waar er eventueel bodemraking kan optreden is het aangewezen devaarsnelheid te reduceren om zo ook de squat te beperken. Vooral bij het ontmoeten enoplopen van schepen is het belangrijk de snelheid te matigen. De interactie tussen deschepen zorgt immers voor een verhoogde squat en daarbij komt het feit dat ze dichter bij

de oever moeten varen wat ook nefast is voor de inzinking [1].

2.2.4 Waterdensiteit

Bij de overgang van zout water naar zoet water verkleint de opstuwende kracht op descheepsromp waardoor de diepgang van een schip toeneemt. Een plotse toename kanbijvoorbeeld voorkomen bij het versassen van een schip van een zeevaargeul naar een

rivier. Ook bij rivieren die vrij uitmonden in zee neemt het zoutgehalte af naarmate menverder de rivier opvaart [3].De toename van de diepgang kan berekend worden door het evenwicht van hetscheepsgewicht en de boeikracht te beschouwen. Bij een overgang van zout water meteen densiteit van 1025kg/m³ naar zout water met een dichtheid van 1000kg/m³ zal de

diepgangstoename gegeven worden door volgende uitdrukking [7]:

TCT VP ..025,1025,0

(2.1)

Hierin is T de diepgang en CVP de verticale prismatische coëfficiënt in zoet water.

2.2.5 Oevereffecten

Zolang een schip zich in het midden van een kanaal bevindt, zal de waterstroming rondomde scheepsromp volkomen symmetrisch verlopen. In praktijk zal deze situatie echterzelden voorkomen en vaak zullen schepen dichter bij een van de oevers of banken varen.Tussen het schip en de dichtste oever zal de relatieve snelheid van het water groter zijndan tussen het schip en de verste oever. Dit zal ertoe leiden dat de waterdaling aan de

kant van de dichtste oever groter zal zijn dan aan de andere zijde van het schip. Op diemanier ontstaat er een netto kracht die het schip naar de oever stuwt. Aangezien dewaterdaling ten gevolge van de retourstroom het grootste is achteraan het schip, ontstaater een giermoment dat de boeg van het schip naar het centrum van het kanaal doetdraaien [7]. De volgende figuur maakt het voorgaande duidelijk.

-11-

Figuur 2 – Oevereffecten [2]

Modelproeven hebben aangetoond dat in ondiep water (kielspeling 10-20%) het schip nietaltijd naar de dichtste oever wordt geduwd. In deze situatie treedt immers een stijgingvan het waterniveau op tussen de oever en het schip waardoor het schip wordt

afgestoten. Dit is echter enkel het geval bij geringe schroefwerking aangezien de werkingvan de propeller steeds resulteert in een zuigwerking naar de dichtstbijzijnde oever. Hetgiermoment zorgt er wel steeds voor dat de boeg van de oever wegdraait [7].

De laterale kracht en het giermoment worden in de hand gewerkt door hoge

vaarsnelheden en een kleine afstand tot de oever. Daarnaast heeft ook de geometrie vande oever of bank een belangrijke invloed op de oevereffecten. De oevers van een kanaalzullen tot grotere krachten en momenten leiden dan de zandbanken van een gebaggerdevaargeul. Ook de invloed van de taludhelling mag niet onderschat worden, deoevereffecten bij een verticale wand zullen meer uitgesproken zijn dan bij een zwak talud

[2]. De volgende figuur geeft een overzicht van mogelijke oevers of banken.

Figuur 3 – soorten oevers/banken

-12-

2.2.6 Interactie tussen schepen

Wanneer schepen elkaar ontmoeten of oplopen, zullen beide vaartuigen aaninteractiekrachten onderworpen worden. Naarmate de snelheid van de schepen groterwordt en de tussenafstand kleiner, zullen de resulterende krachten toenemen. Dedrifthoek van de schepen zal tijdelijk toenemen en een extra roerhoek is noodzakelijk omdit te compenseren [2].

Om de nodige roerhoek te beperken zullen de schepen een zekere tussenafstand in achtmoeten nemen. Deze afstand zal mede bepalend zijn voor de breedte in een kanaal waarontmoeten en/of oplopen mogelijk is.Bij het oplopen van schepen zijn de optredende interactiekrachten kleiner dan bij hetontmoeten. De schepen bevinden zich echter langer in elkaars invloedszone en oefenen

gedurende een langere tijd krachten uit op elkaar. De tussenafstand die nodig is om dedrift tot een aanvaardbaar niveau te beperken, zal (ondanks de kleinere krachten) groterzijn voor oplopende dan voor passerende schepen.

2.2.7 Wind

Windkrachten hebben een belangrijke invloed op het gedrag van een schip en het is dan

ook aangewezen ze in acht te nemen bij het ontwerp van een vaargeul.Ten gevolge van wind die inwerkt op de bovenbouw, zal het schip onder een zekeredrifthoek varen om zo een evenwichtstoestand te bereiken. In deze situatie worden deaangrijpende windkrachten gecompenseerd door de hydrodynamische weerstand van hetwater op de scheepsromp en is het mogelijk een rechte koers aan te houden.

Het scheepsgedrag onder invloed van wind is afhankelijk van verschillende factoren [3]:

De intensiteit van de wind De relatieve windrichting ten opzichte van de koers De vorm van de bovenbouw en scheepsromp

De hoeveel lading van het schip De snelheid van het schip

Het spreekt voor zich dat de drifthoek van het schip beïnvloed wordt door de intensiteitvan de wind. Hoge windsnelheden leiden immers tot grote krachten en drifthoek. Bij hetbeschouwen van de snelheden moet er wel een onderscheid gemaakt worden tussen de

gemiddelde windsnelheid enerzijds en maximale windstoten anderzijds. Deze laatstezorgen wel voor de grootste krachten maar door de beperkte tijdsduur is de invloed op dedrifthoek eerder beperkt.De wind veroorzaakt een langs- en dwarskracht en een giermoment dat het schip doetroteren in een horizontaal vlak. De hoek tussen de windrichting en de scheepskoers heeft

een belangrijke invloed op deze krachtscomponenten. Bij de meeste schepen overweegthet achterschip voor de opbouw van de windeffecten zodat bij zijdelingse wind de boegvan het schip naar de wind toe zal draaien. In sommige gevallen (bv. bij tankers inballast) zal het schip van de wind weg bewegen. Wind die parallel met de aslijn van hetschip aangrijpt zal geen drifthoek veroorzaken maar bij tegenwind wel voor een

-13-

aanzienlijke scheepsweerstand zorgen. De grootste drift zal voorkomen als de wind haaks

op het schip invalt [3].De vorm van zowel de bovenbouw als de scheepsromp zal een belangrijke invloed hebbenop respectievelijk de destabiliserende windkrachten en de hydrodynamische weerstand.Schepen met een eerder kleine en aerodynamische bovenbouw zullen minder onderhevigzijn aan windkrachten dan bijvoorbeeld containerschepen met grote frontale en laterale

oppervlakken (Figuur 4).

Figuur 4 – Containerschip

De oppervlakte van het schip die aan de wind wordt blootgesteld varieert met deladingshoeveelheid. De diepgang van schepen in ballast kan enkele meters kleiner zijn dandie van volledig geladen schepen waardoor de oppervlakte boven de waterlijn groterwordt, vooral de invloed van het voorschip wordt belangrijker. De scheepsoppervlakte

onder water verkleint op haar beurt en de hydrodynamische weerstand van het waterneemt af. Schepen in ballast zijn dan ook veel gevoeliger aan windeffecten dan geladenschepen.Tenslotte wordt ook nog vermeld dat bij eenzelfde windsnelheid en -richting de drifthoekvan een schip kleiner zal zijn bij hogere vaarsnelheid [3].

Hoe groter de drifthoek van een schip, hoe groter de breedte die zal gebruikt wordentijdens het varen (Figuur 1). In gebieden waar hevige wind kan voorkomen moet menhiermee rekening houden. Zeker in secties waar de diepte beperkt is en demanoeuvreerbaarheid van het schip afneemt, is het belangrijk het vaarwater breedgenoeg te maken.

2.2.8 Stroming

De stroming speelt een sleutelrol in het ontwerp van een vaargeul. Grote dwarsstromingenkunnen scheepvaart immers voor een bepaalde tijd onmogelijk maken [1].De reactie van een schip op de stroming is vergelijkbaar met het gedrag van een schiponder invloed van wind. Bij dwarsstromingen zal het schip een zijdelingse verplaatsing

ondergaan. Om over de grond toch een rechte koers aan te houden moet het schip onder

-14-

een drifthoek varen. De uiteindelijke koers over de grond wordt verkregen door de

snelheidsvectoren van de stroming en het schip zelf samen te stellen (Figuur 5).

Figuur 5 – Scheepsgedrag bij dwarsstroming

De invloed van langsstroming op het schip is sterk afhankelijk van de stromingsrichting.Bij tegenstroom zal men in moeilijke situaties goed kunnen manoeuvreren. Een schip dat

aan 8kn vaart bij 3kn tegenstroom zal eventuele obstakels aan een snelheid van slechts5kn passeren. De snelheid van het roer ten opzichte van het water bedraagt echter 8kn enhet schip zal vlot kunnen manoeuvreren. Een schip dat met de stroom mee vaart, ervaarthet omgekeerde. De manoeuvreerbaarheid zal overeenstemmen met een snelheid dielager ligt dan de werkelijke snelheid van het schip [3].

In vaarwateren met beperkte afmetingen of dichtbij de kust is de stroming nooit eenconstant gegeven. Zowel de stromingsrichting als de intensiteit verandert voortdurendgedurende een tijcyclus. Lokaal kunnen soms hoge stroomsnelheden voorkomen en inextreme situaties kunnen boeg en achtersteven van een schip aan tegengesteldestromingen onderworpen worden. Manoeuvreren wordt dan heel moeilijk en ook

sleepboten kunnen niet altijd een oplossing bieden. Het komt dan ook voor dat sommigevaargeulen gedurende een bepaalde periode van de dag onbevaarbaar zijn.

Uit het voorgaande kan besloten worden dat de stroming en de wind een vergelijkbareinvloed hebben op de vaargeulbreedte. De stromingsrichting, de intensiteit en decorresponderende drifthoek zijn bepalend voor de breedte van de geul.

-15-

2.2.9 Golven

Golven induceren in de eerste plaats verticale scheepsbewegingen (slingeren, dompen,stampen) en hebben bijgevolg een invloed op de benodigde diepte van een vaargeul.Het gedrag van een schip in een bepaald zeeklimaat is afhankelijk van verschillendefactoren. Zo heeft elk schip een natuurlijke periode voor slingeren (ook wel rollengenoemd) en stampen. Die periode hangt af van de horizontale scheepsafmetingen en de

ligging van het dwars- en langsmetacentrum. Als de natuurlijke periodes voor slingerenen/of stampen overeenkomen met de ontmoetingsperiode van de golven zal er resonantieoptreden wat tot uitgesproken scheepsbewegingen leidt.De ontmoetingsperiode is afhankelijk van de golfperiodes, de vaarsnelheid en de hoek vanhet schip ten opzichte van de golven. Door koers en/of snelheid van het schip af te

stemmen op de invallende golven, kunnen de scheepsbewegingen beperkt worden. Er kanechter ook een gedwongen oscillatie optreden onder invloed van energierijkegolfcomponenten buiten het resonantiegebied. Het is dus onmogelijk de verticalebewegingen volledig uit te sluiten [2].De invallende golven kunnen ook leiden tot gieren verzetbewegingen van het schip. De

resulterende drifthoek moet in rekening gebracht worden bij het ontwerp van de vaargeul,meerbepaald bij de bepaling van de breedte [3].

-16-

2.3 Approach Channels: A Guide for Design

Referentie: PIANC, Approach channels: a guide for design, 1997

2.3.1 Achtergrond

Als gevolg van de toenemende ontwikkeling van diepzeehavens werd in de jaren ’60steeds meer aandacht besteed aan de dimensionering van de toegangskanalen tot deze

havens.Het ontwerp van vaargeulen werd voor het eerst bestudeerd door een werkgroep vanIOTC (International Oil Tankers Commission). In een eerste rapport in 1973 werdenrichtlijnen gegeven met betrekking tot de afmetingen en het tracé van toegangskanalen.Onder andere de aanzienlijke schaalvergroting van schepen leidde in 1980 tot deoprichting van een werkgroep van ICORELS. In het rapport van deze werkgroep worden

de aanbevelingen uit 1973 als conservatief omschreven.

Sinds het ICORELS rapport zijn er echter verschillende evoluties geweest op gebied vankennis en technologie die een meer gedetailleerd ontwerp toelaten.Nieuwe computertechnologieën en betere mathematische en fysische modellen laten een

nauwkeuriger simulatie van de werkelijkheid toe. Onderzoekers hebben daardoor eenbeter beeld gekregen van het scheepsgedrag onder specifieke omstandigheden.Daarnaast is ook de ontwikkeling van navigatiesystemen fel vooruitgegaan waardoor deplaatsbepaling preciezer kan gebeuren en het ontwerp kan verfijnd worden.Tenslotte worden steeds meer grote schepen ontvangen in havens. Uit de gedragingen

van de schepen bij deze manoeuvres wordt veel nuttig informatie gehaald.

De sterke vooruitgang heeft in 1997 geleid tot het oprichten van een nieuwe studiegroep(WG 30) waarin nu meerdere organisaties vertegenwoordigd waren. Naast PIANC enIAPH4 werden ook IMPA5 en IALA6 betrokken bij de evaluatie van de voorgaande

rapporten. Waar mogelijk werden de ontwerprichtlijnen verfijnd wat uiteindelijk tot dehuidige ‘Design Guide’ leidde [1]. Met dit rapport wil PIANC richtlijnen en data voorzienwelke toelaten een vaargeul te ontwerpen voor een gegeven schip en onder bepaaldeomstandigheden.

De aanhoudende ontwikkeling van de schepen zorgt er voor dat ook de huidige richtlijnenvoortdurend moeten aangepast worden. Momenteel wordt het rapport van de WG30herbekeken door een nieuwe werkgroep (WG 49). Met behulp van nieuwesimulatiesoftware wordt de ontwerpmethode aangepast en uitgebreid.

4 International Association of Ports & Harbours5 International Maritime Pilots Association6 International Association of Lighthouse Authorities

-17-

2.3.2 Omschrijving

2.3.2.1 Diepte

Volgens de PIANC-richtlijnen moet de nodige waterdiepte geschat worden rekeninghoudend met de volgende factoren:

De statische diepgang van het schip De getijden

De squat ten gevolge van de voorwaartse snelheid Het effect van de waterdensiteit op de diepgang van het schip De scheepsbewegingen ten gevolge van de golven (stampen, dompen, slingeren) Het bodemtype (rots, zand, slib)

De diepgang van het schip in rust is afhankelijk van het scheepstype en de hoeveelheidlading. Voor de bepaling van de verticale afmeting van het kanaal zal de maximalediepgang van het ontwerpschip in acht genomen worden. Aangezien voor de grootsteschepen meestal tijvensters in acht genomen worden, is het mogelijk dat de diepte vanhet vaarwater bepaald wordt door kleinere schepen die gedurende een volledige tijcyclus

de geul moeten kunnen gebruiken. Toch kunnen schepen met grote diepgang zelfs binneneen bepaald tijvenster nog steeds maatgevend zijn voor de vaargeuldiepte.De squat kan in een eerste stadium geschat worden met verschillende uitdrukkingen. Inde richtlijnen van PIANC wordt de vergelijking van ICORELS (1980) voorgesteld die geldigis voor open water:

2

2

21

..4,2nh

nh

pp F

FL

squat

(2.2)

Hierin is het volumedeplacement van het schip, Lpp de lengte tussen de loodlijnen en

Fnh het Froudegetal gebaseerd op de waterdiepte. Dit laatste wordt gegeven door devolgende uitdrukking:

ghVFnh (2.3)

In deze formule is V de snelheid van het schip, g de graviteitsversnelling en h dewaterdiepte. Het Froude getal is een maat voor de hydrodynamische scheepsweerstand.Hoge waarden van Fnh (> 0,6 à 0,7) wijzen op een grote weerstand die door de meesteschepen moeilijk te overwinnen valt. Het is dan ook aangewezen om op basis van Fnh de

ideale vaarsnelheid te bepalen en deze aan te wenden bij de bepaling van devaargeulbreedte.De verandering van de diepgang ten gevolge van een variërende waterdensiteit kaneenvoudig berekend worden door het evenwicht tussen het gewicht en de opstuwendekracht te beschouwen.

-18-

Ten gevolge van golven kunnen schepen aanzienlijke open neerwaartse bewegingen

ondergaan. In de richtlijnen van PIANC wordt echter geen berekeningsmethode gegevenom deze toch wel belangrijke verplaatsingen te begroten.Ook de extra marge om rekening te houden met het bodemtype worden nergens verdergespecificeerd.

2.3.2.2 Breedte

Algemeen

De breedte van een kanaal voor éénrichtingsverkeer wordt gegeven door:

n

i BgBriBM WWWWW1

(2.4)

Voor tweerichtingsverkeer wordt de breedte bekomen met volgende uitdrukking:

Pn

i BgBriBM WWWWWW 1.2.2 (2.5)

In deze uitdrukkingen is WBM een basisbreedte die voor het schip in acht genomen wordt.Deze breedte wordt aangewend om rekening te houden met de manoeuvreerbaarheid vanhet ontwerpschip. WBr en WBg zijn de nodige afstanden tot de oevers7 om oevereffecten tebeperken, WP de afstand die in acht genomen wordt om het passeren van schepen toe te

laten en Wi een aantal breedtetoeslagen die rekening houden met verschillende factoren(stroming, wind, golven,…).Onderstaande figuur geeft een beeld van een kanaal voor tweerichtingsverkeer en decomponenten waaruit de breedte is opgebouwd.

Figuur 6 – Vaargeulbreedte volgens PIANC [1]

7 De indices g en r verwijzen naar de rode en groene boeien die een vaargeul begrenzen. Zo heeft

een vaarwater een ‘rode oever’ en een ‘groene oever’.

-19-

Binnenwater/Open water

In de richtlijnen wordt een onderscheid gemaakt tussen vaargeulen in binnenwateren(Inner channel) en geulen in open water (Outer channel).In het eerst genoemde vaarwater zullen schepen niet onderworpen worden aangolfwerking. In open water moet er wel rekening gehouden worden met de golven en dedaardoor geïnduceerde scheepsbewegingen.

Basisbreedte

De basisbreedte WBM is afhankelijk van de manoeuvreerbaarheid van het schip. Debeoordeling hiervan is echter niet eenduidig aangezien er rekening moet wordengehouden met verschillende factoren (cf. 2.2.1.3).De waarden van WBM worden bekomen door de scheepsbreedte te vermenigvuldigen met

een factor die afhankelijk is van de manoeuvreerbaarheid (Tabel 1).

Ship Manoeuvrability good moderate poorBasic Manoeuvring Lane WBM 1,3 B 1,5 B 1,8 B

Tabel 1 – Basisbreedte volgens PIANC

Afstand tot de oever

De afstand tot de oever WB moet voldoende zijn om de oevereffecten te reduceren tot een

controleerbaar minimum. Volgens de PIANC richtlijnen is deze afstand afhankelijk van degeometrie van de oever en de vaarsnelheid (Tabel 2).

Width for bank clearance WB Vessel speed Outer channel Inner channelsloping channel edges and shoals fast 0,7 B -

moderate 0,5 B 0,5 Bslow 0,3 B 0,3 B

steep and hard embankment structures fast 1,3 B -moderate 1,0 B 1,0 B

slow 0,5 B 0,5 BTabel 2 – Afstand tot oevers

Ontmoeten en oplopen van schepen

Twee ontmoetende schepen oefenen destabiliserende krachten uit op elkaar. Om hiermee

rekening te houden moet een voldoende tussenafstand Wp voorzien worden. Die bestaatuit twee componenten die respectievelijk rekening houden met de vaarsnelheid en deverkeerdensiteit in de geul.De waarden in Tabel 2 zijn functie van de breedte van het grootste schip, ook als dit niethet ontwerpschip is. De afstanden zijn geldig voor twee schepen die elkaar ontmoeten, bijoplopende schepen moeten de getabelleerde waarden met 50% verhoogd worden.

-20-

Width for passing distance Wp Outer channel Inner channelVessel speed (knots)- fast > 12 2,0 B -- moderate > 8-12 1,6 B 1,4 B- slow 5-8 1,2 B 1,0 BEncounter traffic densitiy- light (0-1 vessels/hour) 0,0 0,0- moderate (1-3 vessels/hour) 0,2 B 0,2 B- heavy (> 3 vessels/hour) 0,5 B 0,4 B

Tabel 3 – Afstand tussen schepen bij ontmoeten/oplopen

Additionele breedtes

Naast de reeds vermelde invloeden moeten tal van andere factoren in rekening gebrachtworden bij het bepalen van de vaargeulbreedte. Een overzicht van deze factoren en de

bijhorende breedtetoeslagen is terug te vinden in Tabel 4, in de tekst wordt verwezennaar de corresponderende rijen.

Het varen aan hoge snelheid brengt extra risico’s met zich mee. Hierbij wordt gedacht aaneen verminderde zichtbaarheid, hogere snelheid ten opzichte van obstakels, grotere squat

en stopafstand. Om de risico’s te beperken, wordt op basis van de vaarsnelheid (a) eenextra breedte in rekening gebracht. In Tabel 4 worden bij beschermde wateren geensnelheden beschouwd van meer dan 12kn. Nochtans worden op de Schelde snelheden tot16kn gehaald.

Bij de wind (b) wordt enkel een component loodrecht op de scheepsas beschouwd. Deadditionele breedte is afhankelijk van de windsnelheid en de snelheid van het schip. Erwordt geen onderscheid gemaakt tussen schepen met kleine en grote windoppervlaktes.

De stroming wordt wel ontbonden in een laterale (c) en longitudinale (d) component. Bij

tegenstroom zal deze laatste een positieve invloed uitoefenen op de manoeuvreerbaarheidvan het schip (cf. 2.2.7). Toch wordt er in de richtlijnen geen onderscheid gemaakt tussenstroom mee en stroom tegen. Bij zowel stroming als wind nemen de additionele breedtesaf met toenemende vaarsnelheid.

De breedtes die golfwerking (e) in rekening brengen zijn afhankelijk van de golfhoogte,

golflengte en vaarsnelheid.In de haven van Zeebrugge worden vaak schepen ontvangen met lengtes groter dan300m. In de Noordzee komen echter bijna geen golflengtes van meer dan 100m voor. Degolflengte is hier dan ook zelden groter dan de scheepslengte waardoor een groot deel vande golven niet beschouwd wordt in de tabel (Hs > 1m en < L).

In de grote oceanen komen wel grotere golflengtes voor. In havens waar vooral kleinereschepen ontvangen worden, zal het wel voorkomen dat de golflengte groter wordt dan descheepslengte.Volgens de richtlijnen neemt de invloed van de golfwerking toe als de vaarsnelheid groter

wordt.

-21-

Afhankelijk van de gebruikte navigatiehulp (f) moet er al dan niet een extra breedte

voorzien worden.

Ook de diepte (h) van de vaargeul heeft een invloed op de nodige breedte. Bij een kleinekielspeling neemt de directionele stabiliteit van het schip toe maar zal het schip traag enslechte reageren op koerswijzingen. Om hiermee rekening te houden wordt een extra

breedte in acht genomen die ook afhankelijk is van het soort kanaal. In een beschermdwater met beperkte afmetingen zal de invloed van de waterdiepte op demanoeuvreerbaarheid immers groter zijn.

Bij een beperkte kielspeling (< 1,5.T) zal ook de bodem (g) een rol spelen. Zo zal een

modderbodem de manoeuvreerbaarheid en voortstuwing van het schip bemoeilijken. Tochwordt bij een ruwe en harde bodem een grotere breedtetoeslag in acht genomenaangezien bodemraking hier voor aanzienlijke schade aan het schip kan zorgen.

Tenslotte wordt ook nog rekening gehouden met de lading (i) van het schip. Dekanaalbreedte wordt aangepast aan het transport van gevaarlijke ladingen om de risico’s

te beperken.

-22-

Width wi Vessel speed Outer Channel Inner Channel(a) Vessel speed (knots)- fast > 12 0,1 B 0,1 B- moderate > 8-12 0,0 0,0- slow 5-8 0,0 0,0(b) Prevailing cross wind (knots)- mild < 15 (≤4 Bft) all 0,0 0,0- moderate > 15-33 (> 4 Bft - 7 Bft) fast 0,3 B -

mod 0,4 B 0,4 Bslow 0,5 B 0,5 B

- severe > 33-48 (> 7 Bft - 9 Bft) fast 0,6 B -mod 0,8 B 0,8 Bslow 1,0 B 1,0 B

(c) Prevailing cross current (knots)- negligible < 0,2 all 0,0 0,0- low 0,2-0,5 fast 0,1 B -

mod 0,2 B 0,1 Bslow 0,3 B 0,2 B

- moderate > 0,5-1,5 fast 0,5 B -mod 0,7 B 0,5 Bslow 1,0 B 0,8 B

- strong > 1,5-2,0 fast 0,7 B -mod 1,0 B -slow 1,3 B -

(d) Prevailing longitudinal current (knots)- low ≤1,5 all 0,0 0,0- moderate > 1,5-3 fast 0,0 -

mod 0,1 B 0,1 Bslow 0,2 B 0,2 B

- strong > 3 fast 0,1 B -mod 0,2 B 0,2 Bslow 0,4 B 0,4 B

(e) Significant wave height Hs and length λ (m)- Hs ≤ 1 and λ ≤L all 0,0 0,0- 3 > Hs > 1 and λ = L fast 2,0 B

mod 1,0 Bslow 0,5 B

- Hs > 3 and λ > L fast 3,0 Bmod 2,2 Bslow 1,5 B

(f) Aids to Navigation- excellent with shore traffic control 0,0 0,0- good 0,1 B 0,1 B- moderate w ith infrequent poor visibility 0,2 B 0,2 B- moderatie with frequent poor visibility ≥0,5 B ≥0,5 B(g) Bottom Surface- if depth > 1,5T 0,0 0,0- if depth < 1,5T then

- smooth and soft 0,1 B 0,1 B- smooth or sloping and hard 0,1 B 0,1 B- rough and hard 0,2 B 0,2 B

(h) Depth of waterway- ≥1,5T 0,0 ≥1,5T 0,0- 1,5T-1,25T 0,1 B < 1,5T-1,15T 0,2 B- <1,25T 0,2 B <1,15T 0,4 B(i) Cargo hazard level- low 0,0 0,0- medium 0,5 B 0,4 B- high 1,0 B 0,8 B

Tabel 4 – Additionele breedtes

-23-

2.3.2.3 Tracé

Met betrekking tot het tracé van de vaargeul worden enkele algemene richtlijnen gegevendie in overweging moeten worden genomen bij het ontwerp:

De lengte van de vaargeul moet zo kort mogelijk zijn. Er moet zoveel mogelijk gebruik gemaakt worden van natuurlijke dieptes. Moeilijk

te baggeren zones moeten vermeden worden.

Bochten nabij haveningangen moeten vermeden worden. Geulen die loodrecht op een kade of steiger uitkomen, moeten vermeden worden. Bij het aanleggen van de geul moeten dwarsstromingen zoveel mogelijk vermeden

worden. De ideale vaargeul bestaat uit rechte stukken die aaneengeschakeld zijn met

flauwe bochten. De bochtstraal moet afgeleid worden uit draaicirkelproeven met de

ontwerpschepen. De waterdiepte speelt hierbij ook een rol aangezien die bepalendis voor de draaicirkel.

Tussen twee bochten wordt een transitiezone van minstens 5 scheepslengtes

vooropgesteld. De breedte in bochten moet minstens even groot zijn dan in de rechte secties.

Eventuele verbredingen gebeuren bij voorkeur aan de binnenkant.

-24-

2.4 Design standard for fairway in next generation

Referentie: JAPAN INSTITUTE OF NAVIGATION (STANDARD COMMITTEE), MINISTRY OFLAND, INFRASTRUCTURE AND TRANSPORT (NATIONAL INSTITUTE FOR LAND ANDINFRASTRUCTURE MANAGEMENT, PORT AND HARBOUR DEPARTMENT), Design standard

for fairway in next generation, April 2004.

2.4.1 Achtergrond

De bepaling van diepte, breedte en tracé van een vaargeul wordt beïnvloed doorverschillende factoren. Hiertoe behoren onder andere de karakteristieken van hetontwerpschip, de weersomstandigheden en zeecondities, eventuele navigatiehulpen en dewijze waarop het schip wordt bestuurd.

Een nauwkeurig ontwerp van een geul bestaat uit een kwalitatieve analyse waarbijvoorgaande parameters in acht worden genomen. Het ontbreken van een ontwerprichtlijndie hierin voorziet, zette de overheid in Japan8 aan tot het oprichten van een studiegroep.

In een eerste fase gingen de onderzoekers na in welke mate het PIANC-rapport uit 1997

[1] toepasbaar is op de Japanse havengebieden. Op basis van deze ‘Design Guide’ werdenenkele toegangskanalen tot Japanse havens gedimensioneerd.Vervolgens probeerde men het gedrag van een schip onder de gegevenontwerpomstandigheden zo goed mogelijk te voorspellen aan de hand van eigenhydrodynamische berekeningen.

Vooral de controleberekeningen waarin de manoeuvreerbaarheid van het schip eenbepalende factor is, leidden volgens de Japanse onderzoekers tot afwijkende resultaten.Daarnaast vertonen de dimensies volgens het PIANC-rapport soms aanzienlijkediscontinuïteiten voor weinig verschillende ontwerpomstandigheden. Het studiecomité

besloot dan ook dat de ontwerprichtlijn van PIANC geen toepassing vindt binnen deJapanse zee- en havengebieden.

De studiegroep werd vervolgens uitgebreid met meer betrokken partijen en in 2003 werdeen eerste tijdelijke versie van een eigen Japanse ‘Design Standard’ gepubliceerd. De

daaropvolgende bemerkingen en suggesties in acht genomen, kwam men in 2004 tot hethuidige rapport [2]. Ook dit heeft nog geen definitief karakter, het is immers de bedoelingde richtlijnen blijvend te herzien aan de hand van bijkomende onderzoeken.

8 Japan Institute of Navigation & National Institute for Land and Infrastructure Management

-25-

2.4.2 Omschrijving

2.4.2.1 Diepte

De diepte van een vaargeul wordt bepaald aan de hand van onderstaande uitdrukking:

4321 , DDDMaxDdD (2.6)

Hierin is d de diepgang van het schip, D1 de verticale verplaatsing ten gevolge van squat,

D2 de inzinking als gevolg van stampen en dompen, D3 de inzinking door slingeren endompen en D4 de nodige kielspeling voor veilig en vlot manoeuvreren.

De squat wordt berekend met de onderstaande formule [10].

gU

BLC

Dd

gU

BLC

DdD

pp

B

pp

B2

32

1 ./

..15./

.5,17,0

(2.7)

Hierin is d de maximale diepgang van het schip, D de diepte van de vaargeul, Lpp delengte van het schip tussen de loodlijnen, B de scheepsbreedte, CB de blokcoëfficiënt, g dezwaartekrachtsversnelling en U de vaarsnelheid van het schip.Als gevolg van de golven zal een schip drie verschillende verticale bewegingen ondergaan:stampen, slingeren en dompen. In de Japanse richtlijnen wordt stampen en dompen als

één beweging beschouwd. De reductie van de kielspeling die gepaard gaat met dezebeweging (D2) wordt bepaald op basis van experimentele gegevens (Figuur 7).

Figuur 7 – Bepaling D2 [2]

-26-

D2/h0 wordt afgelezen op de grafiek waarbij h0 de gemiddelde golfhoogte is, L de

scheepslengte, de golflengte en de hoek van de golven ten opzichte van het schip. De

figuur geeft een beeld van de inzinking bij schepen met een blokcoëfficiënt van 0,7 en eenFroudegetal van 0,1 maar handelt over golven in diep water waar de scheepsbewegingengroter zijn dan in ondiep water. Om deze reden mag de figuur worden aangewend vooralle CB en Fn.Er wordt opgemerkt dat hier het Froudegetal Fn wordt gebruikt en niet Fnh zoals in deontwerprichtlijn van PIANC (formule 2.3). Fn wordt als volgt gedefinieerd:

gLU

Fn (2.8)

Ook het slingeren en het dompen wordt in de richtlijnen als één beweging aanzien. Als deontmoetingsperiode van het schip met de golven de natuurlijke rolperiode benadert, kande inzinking D3 bepaald worden met de volgende uitdrukkingen [11][12]:

sin.

22.7,0 3

1

3

BHD (2.9)

.. met 7. volgens Takagi (2.10)

sin./.35,0.3603

1

H (2.11)

Hierin is H1/3 de significante golfhoogte, B de scheepsbreedte, de maximale rolhoek van

het schip, de maximale hellingshoek van de golven en de hoek van de golven ten

opzichte van het schip.De scheepsbewegingen kunnen samen voorkomen maar bereiken hun maximale inzinkingniet gelijktijdig. Daarom worden D2 en D3 niet gesuperponeerd maar wordt hun maximumbeschouwd.

In ondiep water vermindert de manoeuvreerbaarheid van schepen, de draaicirkel wordtgroter en het schip reageert minder goed op roeracties. Om dit te beperken wordt eenextra waterdiepte D4 in acht genomen. D4 bedraagt 5% van de diepgang en dit met eenminimum van 0,5m.

Met de voorgaande termen kan nu in een eerste stadium de nodige waterdiepte berekendworden. Er moet echter nog rekening gehouden worden met tal van andere factoren waarniet dieper op in gegaan wordt in de richtlijn:

Getijden

Baggertolerantie Nauwkeurigheid van de dieptebepaling Bathymetrie Waterdensiteit

-27-

Tot slot wordt er benadrukt dat de bepaling van de vaargeuldiepte een iteratief proces is.

De vaargeuldiepte is namelijk een parameter bij het bepalen van de squat. Deberekeningen worden daarom herhaald tot het gewenste niveau van nauwkeurigheidwordt bereikt.

2.4.2.2 Breedte

Algemeen

De breedte van een vaargeul voor éénrichtingsverkeer wordt bepaald aan de hand van de

volgende uitdrukking:

201 bmb WWWW (2.12)

Voor tweerichtingsverkeer wordt onderstaande uitdrukking gebruikt:

2211 bmcmb WWWWWW (2.13)

Voor een vaargeul waar zowel inhalen als passeren van schepen is toegelaten wordt devolgende uitdrukking gebruikt:

222212211111 bmovmcmovmb WWWWWWWWWW (2.14)

Via de basisbreedte Wm wordt er rekening gehouden met de extra breedte die een schipinneemt als gevolg van wind, stroming en fouten op de plaatsbepaling. De breedte Wb

moet in acht genomen worden om de oevereffecten te beperken terwijl Wc en Wov wordenaangewend om respectievelijk het ontmoeten en oplopen van schepen veilig te latenverlopen.

De volgende figuren geven een beeld van de breedte van de verschillende typesvaargeulen.

Figuur 8 – Een- en tweerichtingsverkeer [2]

-28-

Figuur 9 – Tweerichtingsverkeer met oplopen [2]

Basisbreedte

De basisbreedte Wm wordt bekomen als de som van twee termen Wm(y) en Wm(S) dierespectievelijk rekening houden met de drifthoek van het schip en de afwijking ten

gevolge van de beschikbare navigatiesystemen. De drifthoek wordt veroorzaakt doorwind, stroming en het gieren van het schip.

De bijdrage van de drifthoek 1 ten gevolge van wind wordt bepaald aan de hand van de

hydrodynamische afgeleiden, de roeren schroefkarakteristieken en dewinddrukcoëfficiënten. Uit de bewegingsvergelijkingen van het schip kan ook de

corresponderende roerhoek worden bepaald die nodig is om de drift 1 te compenseren.

De maximaal toegelaten roerhoek bedraagt 15° en de daarbij horende drifthoek 1 zal

bijgevolg maatgevend zijn voor de basisbreedte.

De bijdrage 2 ten gevolge van de stroming wordt eenvoudig afgeleid uit de

scheepssnelheid (U) en de snelheid van de dwarsstroming (Uc).

UU carctan2 (2.15)

Met de totale drifthoek (1 + 2), de lengte en de breedte van het schip wordt

vervolgens de breedte W() berekend die door het schip wordt ingenomen bij hetoptreden van wind en stroming (cf. 2.2.1.2).

cos.sin. BLW oa (2.16)

Bij het varen zal het schip een beperkte cyclische gierbeweging ondergaan. De maximalezijdelingse beweging W(y) die het schip hierdoor ondergaat, wordt bepaald aan de hand

van de gierperiode Ty, de maximale gierhoek 0 en de vaarsnelheid U.

0

4/

0

sin...41

)(sin. y

Tyt

t

TUdttUyW

(2.17)

-29-

Om de meest negatieve situatie te beschouwen, wordt in de richtlijnen een gierperiode

van 12 seconden aangenomen en een maximale gierhoek van 4°.De zijdelingse verplaatsing W(y) komt voor aan beide zijden van het schip. De breedteingenomen door het schip onder invloed van wind, stroming en het gieren, wordt dan ookgegeven door de volgende uitdrukking:

0sin...5,0cos.sin..2, yoam TUBLyWWyW (2.18)

De breedte door een schip ingenomen, is ook afhankelijk van de beschikbarenavigatiehulp. In de Japanse richtlijnen worden 4 mogelijke navigatiehulpen beschouwdwaarvoor telkens een breedte Wm(S) bepaald wordt. Hoe nauwkeuriger hetnavigatiesysteem, hoe kleiner de corresponderende breedte Wm(S).

Een eerste navigatiehulp die beschouwd wordt, is de afbakening van de vaargeul doormiddel van lichtboeien aan beide zijden. De afstand tussen de boeien heeft eenaanzienlijke invloed op de nodige breedte. Een kleinere tussenafstand laat immers eennauwkeuriger plaatsbepaling toe met een kleinere breedte als gevolg.Een tweede mogelijkheid om de juiste koers te bepalen, is het gebruik van

geleidingslichten die aan wal worden geplaatst. Zolang het schip de ideale koersaanhoudt, worden de lichten als één bron waargenomen, bij een afwijking kan men zeafzonderlijk waarnemen.De koers van het schip kan ook bepaald worden via radar gecombineerd met boeien aanbeide zijden van het vaarwater. Met behulp van een rader kan de koers tot op 1° bepaald

worden. Op basis van deze nauwkeurigheid en de tussenafstand van de boeien kan demaximale zijdelingse afwijking eenvoudig berekend worden.Tenslotte voorziet de Japanse richtlijn ook informatie over het gebruik van D-GPS en GPS.Met behulp van D-GPS kan de positie tot op 1m nauwkeurig bepaald worden, met GPS totop 30m. De positie moet wel op een display worden afgelezen en afleesfouten zijn hierbijniet te vermijden.

De basisbreedte van de geul Wm wordt uiteindelijk verkregen aan de hand van devolgende uitdrukking. Hierin wordt rekening gehouden met de drift ten gevolge van winden stroming, het gieren van het schip en de nauwkeurigheid van de plaatsbepaling.

SWyWW mmm .2, (2.19)


Wanneer een schip langsheen een oever vaart zal het onderhevig zijn aan oevereffecten.Er ontstaan een kracht en een moment waardoor het schip naar de oever toe gezogenwordt en de boeg van de oever wegdraait.

Het dimensieloze moment CM en de kracht CF die de zijdelingse verplaatsing en rotatieteweeg brengen, worden bepaald aan de hand van de figuren van Kijima [13].De werkelijk optredende kracht F en het moment M kunnen bepaald worden aan de handvan volgende uitdrukkingen:

-30-

2....5,0 UdLFC

ppwF (2.20)

22 ....5,0 UdLMC

ppwM (2.21)

Hierin is w de densiteit van het water, d de diepgang van het schip, Lpp de scheepslengtetussen de loodlijnen en U de vaarsnelheid.Figuur 10 geeft het verloop van CF en CM voor een schip dat een oever nadert. Er kanworden opgemerkt dat CF en CM een constante waarde aannemen voor ST > 2. Voor een

continue oever mag dan ook gebruik gemaakt worden van deze waarden.

Figuur 10 – CF en CM bij oevereffecten [13]

Uitgaande van de berekende krachten, de hydrodynamische afgeleiden en de

bewegingsvergelijkingen van het schip, worden de drifthoek en corresponderenderoerhoek bepaald.De koersafwijking ten gevolge van de oevereffecten moet beperkt worden zodat eenroerhoek van 5° volstaat om de drift te compenseren. Hiervoor dient het schip eenvoldoende afstand Wb tot de oever te behouden. Figuur 10 toont immers aan dat deoptredende krachten sterk afnemen met toenemende afstand tot de oever.

De bepaling van Wb is een iteratief proces aangezien het moment en de kracht beidenfunctie zijn van de afstand tussen schip en wal.De afstand Sp gebruikt in de figuren van Kijima is de afstand tussen de oever en de aslijnvan het schip. De term Wb wordt dan bekomen via volgende uitdrukking.

BSW pb .5,0 (2.22)

-31-

De voorgaande berekeningen werden uitgevoerd ervan uitgaand dat de oever een

verticale wand is die tot boven het hoogste waterpeil reikt. In realiteit zal dit echter zeldenvoorkomen, tenzij bij het voorbijvaren van lange kaaimuren. De berekende afstand wordtdaarom vermenigvuldigd met een correctiefactor die enerzijds rekening houdt met detaludhelling van de oever en anderzijds met de verhouding van de vaargeuldiepte tot dewaterdiepte buiten de geul. Ook ondergedompelde zandbanken kunnen bijvoorbeeld een

destabiliserende werking hebben op voorbijvarende schepen.

Bij het voorbijvaren van het uiteinde van een steiger of golfbreker, wordt het schip ookonderworpen aan een zijdelingse kracht en moment. De optredende effecten zijn echterveel korter van duur en verschillend van die bij een continue oever. De nodige afstand

tussen schip en wal wordt wel op analoge manier berekend. Aangezien het hier om eenkortstondig effect gaat, wordt een maximale roerhoek van 15° toegelaten terwijl die bijeen continue oever 5° bedraagt.


Schepen die elkaar ontmoeten, oefenen ook destabiliserende krachten uit op elkaarwaardoor ze onder een drifthoek zullen varen. Om die afwijking op de koers te corrigeren,

is een maximale roerhoek van 5° toegelaten. De afstand tussen de schepen Wc moet dusvoldoende zijn om de drifthoek en de corresponderende roerhoek te beperken. Deberekening van de tussenafstand verloopt analoog aan de berekening van Wb. In eeneerste fase worden de optredende krachten en momenten bepaald. Vervolgens wordenmet behulp van de hydrodynamische afgeleiden en de bewegingsvergelijkingen de drift-

en roerhoek bepaald. De bepaling van de dimensieloze krachten en momenten gebeurtopnieuw op basis van figuren van Kijima [13].

Figuur 11 – CF en CM bij ontmoeten van schepen [13]

-32-

Een vergelijkbaar effect ontstaat bij schepen die elkaar oplopen. De berekening van de

nodige afstand Wov verloopt volkomen analoog aan de berekening van Wc. Voor debepaling van de krachten en momenten wordt nu gebruik gemaakt van de figuren van Leeen Kijima (2002). Deze zijn terug te vinden in appendix A.Aangezien de afstand Sp in de figuren tussen de scheepassen gemeten wordt, wordenzowel Wc als Wov bepaald door onderstaande uitdrukking.

21 .5,0.5,0 BBSW p (2.23)

2.4.2.3 Tracé

In de Japanse “Design Standard” worden slechts enkele richtlijnen gegeven betreffendehet tracé van de vaargeul.

De nodige bochtstraal kan berekend worden uitgaande van demanoeuvreerbaarheid van het schip, de lengte tussen de loodlijnen, devaarsnelheid en de roerhoek die kan aangewend worden in de bocht.

Indien twee rechte stukken met een bocht verbonden worden, treden er geenproblemen op zolang de hoek tussen de hartlijnen van de twee secties kleiner blijft

dan 30°. Indien de hoek groter wordt, kan de nodige bochtstraal berekend wordenuitgaande van het soort schip, de vaarsnelheid en de aangewende roerhoek.

Eventuele verbredingen van het kanaal in bochten gebeuren bij voorkeur aan debinnenkant van de bocht.

Voor verdere informatie wordt verwezen naar de ontwerprichtlijn van PIANC [1].

-33-

2.5 ROM 3.1-99: Designing the maritime configuration of

ports, approach channels and flotation areas.

Referentie: PUERTOS DEL ESTADO, ROM 3.1-99: Designing the maritime configurationof ports, approach channels and flotation areas, December 2003.

2.5.1 Achtergrond

In 1987 werd het ROM-programma (Recommendations for Maritime Works) gestart metde oprichting van een eerste technisch comité in opdracht van het Spaanse Ministerie vanOpenbare Werken en Ruimtelijke Ordening. Uit deze werkgroep kwamen enkeledocumenten met richtlijnen voort waarin de nieuwste en meest geavanceerdetechnologieën met betrekking tot maritieme werken werden samengebracht. De richtlijnen

moesten dienen als handleiding voor ontwerpers, ingenieurs en uitvoerders binnen demaritieme sector.

In opdracht van de havenautoriteiten (Puertos del Estado) werden de richtlijnen uit 1987gematerialiseerd wat leidde tot de ROM 3.1-99 [3]. Dit document is een bruikbaar

instrument geworden bij het ontwerp en de uitvoer van havens, toegangsgeulen envaargebieden zowel binnen als buiten de Spaanse landsgrenzen.

Om tot een weloverwogen ontwerp te komen worden de factoren die demanoeuvreerbaarheid van een schip kunnen beïnvloeden, bekeken vanuit twee

standpunten. Enerzijds worden de karakteristieken van het ontwerpschip bekeken: devoortstuwingsinstallatie, de roeren, ankers, afmetingen,… Anderzijds worden deomgevingsinvloeden beschouwd: wind, stroming, golven, oeverzuiging,…

In tegenstelling tot de eerder beschouwde ontwerpmethodes [1][2], beperkt de ROM zichniet tot het ontwerp van vaargeulen. Ook haveningangen, manoeuvreerruimtes en dokken

worden beschouwd in het document. Deze aspecten vallen echter buiten het bestek vandit werk.

-34-

2.5.2 Omschrijving

2.5.2.1 Diepte

De diepte van een vaargeul wordt volgens de ROM bepaald door de volgende factoren:

Statische diepgang van het schip Waterdensiteit Ladingsverdeling

Squat Scheepsbewegingen ten gevolge van golven, wind en stroming Scheepsbewegingen ten gevolge van koerswijzigingen Nodige kielspeling voor navigatie en veiligheid tegen bodemraken Getijden

Voor de statische diepgang wordt de grootste diepgang gekozen die door het schip kanworden aangenomen in de betreffende vaargeul. Hierbij wordt nog eens opgemerkt dathet maatgevend schip voor de waterdiepte kan verschillen van het ontwerpschip voor devaargeulbreedte.

De diepgang van het schip zal toenemen als de densiteit van het water afneemt. Detoename van de diepgang is daarbij ook afhankelijk van de vorm van de scheepsromp(formule 2.1).Door een ongelijkmatige ladingsverdeling kan reeds in statische toestand een trimoptreden. Hierdoor kan voor- of achteraan het schip een toename van de diepgang

voorkomen.Tengevolge van de waterverplaatsing zal bij het varen ook een dynamische trim of squatontstaan. In de ROM wordt de squat berekend met de formule vanHuuska/Guliev/ICORELS.

s

nh

nh

pp

KF

FL

squat .1

..4,22

2

2

(2.24)

Hierin is Fnh het Froude getal (cf. 2.3.2.1) en Ks een correctiefactor die in rekeninggebracht wordt bij vaargeulen met beperkte afmetingen.De golven die inwerken op een schip kunnen leiden tot aanzienlijke verticalescheepsbewegingen (dompen, stampen, slingeren) en bijgevolg een toename van dediepgang. De grootte van deze bewegingen is afhankelijk van de golfparameters (hoogte,

richting, periode), de karakteristieken van het schip (type, diepgang, snelheid, lading) ende waterdiepte. De bewegingen zullen maximaal zijn als de natuurlijke periode voordompen, stampen of slingeren samenvalt met de ontmoetingsperiode van het schip metde golven.Aangezien de analyse van de scheepsbewegingen een complex gegeven is, wordt in de

ROM een vereenvoudigde tabel gegeven waar de verticale verplaatsing van een schip kanworden afgelezen als functie van de scheepslengte en de significante golfhoogte.

-35-

Afhankelijk van het ladingspercentage, de vaarsnelheid, de waterdiepte en de hoek tussen

de golfvoortplanting en het schip, moeten de waarden in de tabel met bepaaldecoëfficiënten vermenigvuldigd worden om de werkelijke verplaatsing te bekomen. De tabelen de bijhorende richtlijnen zijn bijgevoegd in appendix B.Ten gevolge van wind, stroming of koersveranderingen kan het schip een kleinerolbeweging ondergaan waardoor de diepgang aan één zijde zal toenemen. In de ROM

worden berekeningsmethodes gegeven om de extra diepgang te bepalen voor deverschillende effecten. In de meeste situaties zijn de toenames echter verwaarloosbaar.In ondiep water zal de manoeuvreerbaarheid van een schip afnemen. In de ROM wordt deminimale kielspeling rvsm gegeven die een schip nodig heeft om vlot te kunnen navigeren.Daarbij wordt ook een extra diepte rvsd in acht genomen om de kans op bodemraken te

minimaliseren. Beide termen zijn afhankelijk van zowel deplacement als vaarsnelheid vanhet schip.

2.5.2.2 Breedte

Algemeen

De minimale breedte van een vaargeul voor eenrichtingsverkeer wordt bepaald aan dehand van volgende uitdrukking:

rirddsdsmisdsmbredn bbrhrhrhrhbbbbBB )()().(2 (2.25)

De nodige vaargeulbreedte voor tweerichtingsverkeer wordt berekend via onderstaandeformule:

rirddsdsmisdsmsbredn bbrhrhrhrhbbbbbBB )()().(2.2 (2.26)

In de voorgaande uitdrukkingen is B de breedte van het ontwerpschip en bd de extraruimte die door het schip wordt ingenomen bij het varen onder een drifthoek. Deadditionele breedtes be en bb beschouwen respectievelijk de beschikbare navigatiehulp eneventuele fouten bij de positionering van markeringen. De toeslag br houdt rekening met

de tijd die verstrijkt tussen het opmerken van een koersafwijking en het in werking tredenvan de correctie (vertraagde respons van het schip). De som van rhsm en rhsd voorziet eenvoldoende afstand om oevereffecten te beperken en de termen br kunnen eventueelaangewend worden om rekening te houden met instabiliteit van de oevers. De term bs

staat voor de tussenafstand die schepen moeten aanhouden wanneer ze elkaar

ontmoeten.

Drift van het schip

De additionele breedte die wordt ingenomen door een schip met lengte Lpp dat vaart onder

een drifthoek , kan eenvoudig berekend worden:

sin.ppd Lb (2.27)

-36-

De drifthoek wordt veroorzaakt door verschillende externe krachten. Een belangrijke

bijdrage wordt geleverd door de wind en die wordt berekend met de volgende uitdrukking:

r

vrvrvvwind V

VCK

sin...arcsin (2.28)

Hierin is Kv een coëfficiënt die afhankelijk is van de vorm van de scheepsromp (bulbstevenof conventionele steven), de verhouding van de waterdiepte tot de diepgang en de hoek

tussen de relatieve windrichting en de aslijn van het schip vr. Cv is functie van de laterale

en frontale windoppervlaktes van het schip, Vvr is de relatieve snelheid van de wind tenopzichte van het schip en Vr de snelheid van het schip relatief tot het water.

Een tweede factor die de drifthoek beïnvloedt, is de stroming. De corresponderende driftwordt berekend aan de hand van volgende formule:

cvc

cvccurrent VV

V

cos.sin.

arctan

(2.29)

In deze uitdrukking is Vc de stroomsnelheid, V de absolute vaarsnelheid ten opzichte van

de bodem en cv de hoek van de stroming ten opzichte van de absolute vaarsnelheid.

De laatste bijdrage tot de drifthoek wordt geleverd door de golfwerking op het schip.

r

swwave V

HDgK ..arcsin (2.30)

met Kw een coëfficiënt die afhankelijk is van de vorm van de scheepsromp, de verhoudingtussen waterdiepte en diepgang en de hoek tussen de scheepsas en de

voortplantingsrichting van de golven w. Hs is de significante golfhoogte in het

beschouwde vaarwater, D de diepgang van het schip en Vr de relatieve scheepssnelheidten opzichte van het water.

De uitdrukkingen voor wind, current en wave tonen aan dat een hogere vaarsnelheid een

positieve invloed heeft op de drifthoek. De hoek tussen wind, stroming of golven en het

schip blijkt ook een bepalende factor voor de drift van het schip. De drifthoek is minimaal

als 0 of 180° bedraagt en wordt maximaal als nadert naar 90°.

De totale drifthoek als gevolg van wind, stroming en golven kan uiteindelijk bepaald

worden via onderstaande uitdrukking:

wavecurrentwind sinsinsinsin (2.31)

-37-

In de ROM wordt ook een formule gegeven voor de drifthoek die sleepboten kunnen

veroorzaken. Dit valt echter niet binnen het conceptuele ontwerp van een vaargeul en valtdus buiten het bestek van dit werk.

Navigatiehulp

De extra breedte be houdt rekening met de fouten die gemaakt worden bij deplaatsbepaling van het schip. Er zal immers steeds een zeker verschil zijn tussen de

werkelijke positie van het schip en de theoretische positie bepaald via de beschikbarenavigatiesystemen.De grootte van de afwijking is afhankelijk van de nauwkeurigheid van de gebruikteapparatuur en eventuele markeringen van het vaarwater. De waarden voor be zijn terug tevinden in Tabel 5, naast het type navigatiehulp is ook het al dan niet aanwezig zijn van

een loods bepalend voor de additionele breedte.Bij afwijkingen uitgedrukt in graden wordt be bij benadering bekomen door de sinus vande betreffende hoek te vermenigvuldigen met de afstand tot de volgende markering.

Operation without apilot or captain

experienced in thesite being

considered

Operation with apilot or captain

experienced in thesite being

consideredVisual positioning in open estuaries,without beacon marking 100m 50m

Visual positioning referred to buoysor beacons in approach ways

50m 25m

Visual positioning between buoy orbeacon alignments marking thefairway's limits

20m 10m

Visual positioning by means ofleading lines

0,5° 0,5°

Radiobeacons 5° 5°

Radar (aboard), S band 1,5° 1,5°

Radar (aboard), X band 1° 1°

RACON (distance/delay) 150m/0,3° 150m/0,3°

TRANSIT, Dual Frequency 25m 25m

GPS 100m 100m

DGPS 10m 10m

Tabel 5 – Additionele breedte voor de gebruikte navigatiehulp

Eventueel kan ook nog een breedte bb in acht genomen worden die rekening houdt met

opstellingsfouten van de markeringen zelf. Onder invloed van getijden, stromingen engolven kunnen boeien zich bijvoorbeeld verplaatsen binnen een bepaalde zone. Ookopstellingsfouten van geleidingslichten kunnen leiden tot een kleine afwijking op de koers.De laterale verplaatsing van het schip wordt dan bekomen door de sinus van dezeafwijking te vermenigvuldigen met de afstand tot de lichten.

-38-

Vertraagde respons van het schip

Wanneer een afwijking op de koers wordt waargenomen, wordt er een correctieuitgevoerd. Deze zal echter niet ogenblikkelijk in werking treden en de afwijking van hetschip zal gedurende een beperkte tijd blijven toenemen. De extra breedte br die rekeninghoudt met dit fenomeen, is afhankelijk van de manoeuvreerbaarheid van het schip, descheepsbreedte, de verhouding tussen waterdiepte en diepgang en het maximale

toegelaten risico.

ror bEb ).5,1( max (2.32)

Emax is het maximaal toegelaten risico en neemt een waarde aan tussen 0 en 0,5. Hoegroter de gevolgen van een eventuele aanvaring of stranding zijn, hoe kleiner de waarde

van Emax. Grote waarden van Emax wijzen op beperkte risico’s.De waarde van bro wordt afgelezen in Tabel 6.

h/D < 1,20 h/D > 1,50Good 0,10 B 0,10 BMedium 0,20 B 0,15 BBad 0,30 B 0,20 B

Vessel'smanoeuvrability

bro

Tabel 6 - bro


De extra breedte rhsm moet aan elke zijde van het kanaal in rekening worden gebracht. Ze

zorgt ervoor dat schepen doorheen het vaarwater kunnen navigeren zonder dat zemerkbaar beïnvloed worden door oevereffecten. De breedtetoeslag komt steeds voor incombinatie met de veiligheidsmarge rhsd. Dat is de minimale afstand die steeds aanwezigmoet zijn tussen een schip en de oevers, banken of grenzen van het kanaal.

Aangezien beide termen afhankelijk zijn van de geometrie (taludhelling ) van de oevers,

kunnen ze verschillend zijn voor beide zijden van het kanaal. Ook de vaarsnelheid enscheepsbreedte zijn bepalende factoren voor rhsm en rhsd (Tabel 7).

Fairways with sloping channel edge andshoals (tan(a) < 1/3)

rhsm rhsd rhsm+rhsd

absolute speed > 6 m/s 0,6 B 0,1 B 0,7 Babsolute speed 4 - 6 m/s 0,4 B 0,1 B 0,5 Babsolute speed < 4 m/s 0,2 B 0,1 B 0,3 B

Fairways with rigid slopes (tan(a) > 1/2)or with rocky or structural banks

rhsm rhsd rhsm+rhsd

absolute speed > 6 m/s 1,2 B 0,2 B 1,4 Babsolute speed 4 - 6 m/s 0,8 B 0,2 B 1,0 Babsolute speed < 4 m/s 0,4 B 0,2 B 0,6 B

Tabel 7 – rhsm en rhsd

-39-


De tussenafstand bs die schepen in acht moeten nemen bij het ontmoeten, wordt bepaaldals de som van twee termen die respectievelijk rekening houden met de vaarsnelheid ende verkeersdensiteit. De waarden zijn afhankelijk van de vaarsnelheid en het feit of heteen open of beschermd water betreft (Tabel 8). Voor oplopende schepen dienen detussenafstanden met 50% te worden verhoogd.

First factor:absolute speed

Fairways inexposed areas

Fairways inprotected waters

> 6 m/s 2,0 B -4 - 6 m/s 1,6 B 1,4 B< 4 m/s 1,2 B 1,0 B

Second factor:traffic density

Fairways inexposed areas

Fairways inprotected waters

0-1 vessels/hour 0,0 B 0,0 B1-3 vessels/hour 0,2 B 0,2 B> 3 vessels/hour 0,5 B 0,4 B

Tabel 8 - bs

2.5.2.3 Tracé

Het tracé van een vaargeul kan niet bepaald worden volgens eenduidige regels. Bij hetontwerp moeten de onderstaande richtlijnen in de mate van het mogelijke in achtgenomen worden:

Het tracé van de vaargeul moet zo veel mogelijke rechte stukken bevatten envooral S-bochten moeten worden vermeden.

De geul moet zo goed mogelijk gealligneerd worden met de richting van desterkste stromingen. Op deze manier worden hinderlijke dwarsstromingenvermeden.

Op plaatsen waar grote golven kunnen optreden moet de geul zoveel mogelijk

gealligneerd worden met de richting waarin de grootste golven zich voortplanten. Zones waar veel sediment afgezet wordt, moeten vermeden worden om de

onderhoudsbaggerwerken te beperken. Nabij haveningangen prefereert men rechte secties zodat schepen geen moeilijke

manoeuvres moeten uitvoeren bij het binnenvaren van de haven.

Indien mogelijk moeten vaargeulen evenwijdig met steigers of kaaimuren wordenaangelegd.

In smalle secties van een kanaal moet een recht stuk van minimaal 5 keer demaximale scheepslengte worden voorzien.

Indien bochten onvermijdelijk zijn, is het aangewezen één grote bocht aan te

leggen in plaats van verschillende kleine. De hoek tussen twee aaneengesloten rechte secties bedraagt bij voorkeur niet

meer dan 30°. De bochtstraal moet minimum 5 keer de maximale scheepslengte bedragen. Bij

grote hoeken tussen de rechte stukken, prefereert men een straal van 10

scheepslengtes of meer.

-40-

De zichtbaarheid gemeten langs de aslijn van het kanaal moet steeds groter zijn

dan de stopafstand van het schip. De overgang tussen secties met verschillende breedte gebeurt geleidelijk aan met

een variatie van maximum 1/10.

-41-

2.6 Conclusie

In de voorgaande literatuurstudie werden de beschikbare ontwerpmethodes [1][2][3]besproken. Hierbij werd de bepaling van zowel diepte, breedte als tracé bestudeerd. Opbasis van de studie kunnen enkele korte bevinden geformuleerd worden.

Bij de bepaling van de diepte wordt in de drie ontwerprichtlijnen met dezelfde factorenrekening gehouden. Naast de diepgang van het schip hebben vooral de squat en deverticale scheepsbewegingen een invloed op de nodige waterdiepte. In de Japanse enSpaanse richtlijnen worden duidelijke berekeningsmethodes gegeven om de waterdieptete bepalen. In de richtlijn van PIANC worden enkel formules vermeld voor de berekeningvan de squat. De nochtans belangrijke invloed van de scheepsbewegingen ten gevolge van

de golven wordt hier kort besproken maar verder niet concreet behandeld.In de verschillende ontwerpmethodes worden ook andere parameters aangehaald die eeninvloed kunnen hebben op de nodige waterdiepte: de waterdensiteit, bathymetrie,ladingsverdeling van het schip, baggertolerantie, getijden en de nodige kielspeling. Enkelin de ROM wordt dieper ingegaan op deze factoren.

De literatuurstudie toont eveneens aan dat de bepaling van de vaargeulbreedte in deontwerprichtlijn van PIANC vrij rudimentair behandeld wordt.De drifthoek van het schip onder invloed van externe krachten (wind, stroming,…) wordtniet rechtstreeks berekend. Op basis van de intensiteit van de zijwind en de snelheid van

dwars- en langsstroming worden breedtetoeslagen gegeven die enkel functie zijn van descheepsbreedte en de vaarsnelheid. De scheepslengte, nochtans bepalend voor deingenomen breedte (cf. 2.2.1.2), wordt hierbij niet in acht genomen.Daarnaast wordt ook de geometrie van het ontwerpschip niet in rekening gebracht. Dewindoppervlaktes van het schip boven de waterlijn en de vorm van de scheepsromp zullenechter een belangrijke invloed hebben op de drifthoek ten gevolge van wind en stroming.

Aangezien er voor de verschillende breedtetoeslagen gebruik gemaakt wordt van discretewaarden, kan de berekende vaargeulbreedte sterk variëren voor weinig verschillendeontwerpomstandigheden.

In de Japanse richtlijn wordt vooral gebruik gemaakt van hydrodynamische afgeleiden bij

de bepaling van de breedte. Uitgaande van de bewegingsvergelijkingen van het schipworden de drifthoek en de corresponderende roerhoek bepaald. De roerhoek wordtgelimiteerd en de daarbij horende drifthoek is bepalend voor de breedte van de vaargeul.Naast de stroming en wind wordt ook de gierbeweging van het schip in rekening gebracht.De Japanse ‘design guide’ is de enige richtlijn die de waterdiepte buiten de vaargeul in

rekening brengt. Op deze manier wordt er een duidelijk onderscheid gemaakt tussenzandbanken die een vaargeul begrenzen en oevers van een kanaal. In de ROM en derichtlijn van PIANC wordt enkel een onderscheid gemaakt tussen steile en zwakke oevers.

In de Spaanse ontwerprichtlijn wordt de drifthoek ten gevolge van de wind, de stroming

en de golven bepaald. Hierbij wordt zowel rekening gehouden met de omstandigheden alsmet de karakteristieken van het schip (dimensies, windoppervlaktes, vorm van de

-42-

scheepsromp, snelheid). De ROM is ook de enige richtlijn die rekening houdt met het feit

of een schip met de stroom mee of tegen de stroom in vaart. In het laatste geval zal dedrift van het schip kleiner zijn omdat de relatieve vaarsnelheid ten opzichte van het watertoeneemt (cf. 2.2.8). Om de oevereffecten en de interactie tussen de schepen in rekeningte brengen, wordt gebruik gemaakt van nagenoeg dezelfde tabellen als in deontwerpmethode van PIANC.

Met betrekking tot het tracé van een vaargeul worden weinig concreteberekeningsmethodes aangereikt. Enkel in de Japanse richtlijn wordt een uitdrukkinggegeven die toelaat de minimale bochtstraal te bepalen.In de richtlijn van PIANC en de ROM worden een aantal algemene richtlijnen gegeven die

handelen over het tracé van een vaargeul (bochtstraal, overgangszones, allignering,…).

-43-

Hoofdstuk 3

Analyse Zeebrugge

3.1 Inleiding

Zeebrugge is de laatste decennia uitgegroeid tot één van de belangrijkste transportcentradie toegang bieden tot de Europese markt.

De haven heeft deze ontwikkeling grotendeels te danken aan zijn unieke geografischeligging. Zeebrugge ligt namelijk aan de kust van de Noordzee, de drukst bevaren zee terwereld. Daarnaast bevindt de haven zich aan de zuidelijke rand van de delta van Schelde,Maas en Rijn, drie grote stromen die een belangrijke maritieme toegang tot West-Europavormen. Tenslotte ligt Zeebrugge ook dicht bij geïndustrialiseerde centra en grote steden

op het Europese vasteland [21].

Ondanks de aanzienlijke expansie van de laatste decennia, wil de haven van Zeebrugge degroei van specifieke trafieken (containers, RoRo, bulk,…) blijven beantwoorden. Hiervoorplant men onder andere de aanleg van nieuwe terminals, de verdieping van bestaandedokken en een uitbreiding van de achterhaven.

Een havenplan met daarop ook de geplande uitbreidingen is gegeven in appendix C [21].

Schepen bereiken Zeebrugge via de vaargeulen Scheur - West en Pas van het Zand. Degeul Scheur – Oost geeft de schepen mogelijkheid om door te varen richting Schelde(appendix D). Terwijl de haven voortdurend uitbreidt om de aanhoudende groei van de

schepen bij te houden, moeten ook de toegangsgeulen hierop voorzien worden. Eengrondige analyse van de dimensies van de geul is dan ook belangrijk om gericht tekunnen baggeren.

In dit hoofdstuk worden de geulen Scheur – West en Pas van het Zand geanalyseerd aan

de hand van de verschillende beschikbare ontwerprichtlijnen [1][2][3]Op basis van de goederentrafieken wordt bekeken welke schepen bepalend kunnen zijnvoor de dimensies van de vaarwegen. Vervolgens worden de ontwerpomstandigheden zogoed mogelijk ingeschat en op basis hiervan wordt de aangewezen breedte van de geulbepaald. Tenslotte worden de verschillende resultaten met elkaar vergeleken. De data vande verschillende analyses zijn terug te vinden in de elektronische bijlage die bij dit werk

hoort.

-44-

3.2 Ontwerpschepen

3.2.1 Schepen

Het volgend diagram geeft een beeld van de trafiekverdeling in de haven van Zeebruggein 2007 [21]. Op basis daarvan kan besloten worden welke schepen frequent zullenaanmeren in de haven.

0

5000

10000

15000

20000

25000

Containers RoRo Vloeibare bulk Vaste bulk Stukgoed

trafiek

vers

chee

pte

lad

ing

(to

n)

Figuur 12 – Goederentrafiek Zeebrugge 2007 [21]

Het grootste aandeel van de totale goederentrafiek wordt duidelijk ingenomen door import

en export van containers. De grootste containerschepen hebben een lengte van bijna400m en een breedte van 56m (type Emma Maersk). Gezien hun grote afmetingenkunnen deze schepen bepalend zijn voor het ontwerp van de toegangsgeulen.Binnen Europa is Zeebrugge de belangrijkste haven wat betreft het verschepen vanrollend materieel zoals geladen vrachtwagens en nieuwe auto’s. De RoRo-carriers die het

transport verzorgen zijn echter aanzienlijk kleiner dan de nieuwe containerschepen. Deoudere RoRo-schepen die nog in gebruik zijn, halen lengtes tot maximaal 300m [25].Tegenwoordig worden de schepen echter voorzien van meerdere dekken waardoor hunlengte beperkt blijft. De breedte van RoRo-schepen wordt normaal beperkt tot 32.3m(panamaxbreedte). Gezien hun ‘kleinere’ omvang wordt het niet noodzakelijk geacht dit

type schepen te beschouwen in het ontwerp van de toegangsgeulen.Naast de container- en RoRo-carriers ontvangt de haven van Zeebrugge ook regelmatigLNG-tankers. Aardgas wordt ingevoerd vanuit het Midden-Oosten en opgeslagen op deFluxys-terminal in de voorhaven. Het is dan ook belangrijk dat de haven toegankelijk isvoor de nieuwste LNG-carriers (Qflex en Qmax van de maatschappij Quatargas). De

afmetingen van deze schepen zijn doorgaans iets kleiner dan die van de grootstecontainerschepen. De risico’s die verbonden zijn aan het transport van LNG kunnen erechter wel voor zorgen dat deze kleinere schepen toch maatgevend zijn voor het ontwerpvan de geulen.

-45-

In de haven van Zeebrugge worden ook in beperkte mate vaste bulkgoederen en

stukgoederen verscheept. De bulk carriers en general cargo schepen die voor dit transportinstaan zijn echter kleiner dan de containerschepen. Ze moeten dan ook niet in achtgenomen worden bij het ontwerp van de toegangskanalen.

In de volgende tabel zijn de relevante eigenschappen van de beschouwde ontwerpschepen

gegeven.

Qflex Qmax Emma MaerskDWT (ton) 101.000 126.000 156.907Loa (m) 315 345 397Lpp (m) 303 333 376Breedte (m) 50 55 56Diepgang (m) 12 12 15,50Windopp. lateraal (m²) 7.235 8 900 12.800Windopp. frontaal (m²) 1.494 1.770 2.500

Tabel 9 – eigenschappen schepen

3.2.2 Ladingsrisico

Het transport van aardgas en eventuele andere energiebronnen bevat steeds een zekerrisico. Bij aanvaringen of strandingen kunnen lekken ontstaan en de vrijgekomen ladingkan explosies en brand veroorzaken. Ook aan de overslag van deze goederen is er steeds

een risico verbonden. LNG-terminals bevinden zich dan ook meestal apart van de rest vande haven. Bij analyse van de vaargeulbreedte wordt voor de LNG-tankers een hoogladingsrisico in acht genomen.Containerschepen transporteren normaal geen gevaarlijke, explosieve ladingen. Voor dezetrafiek wordt daarom een laag risico ondersteld.

3.2.3 Vaarsnelheid

De vaarsnelheid van de schepen heeft eveneens een belangrijke invloed op de nodigekanaalbreedte.In het Scheur zullen de containerschepen snelheden tot 16kn halen, eens in de Pas vanhet Zand wordt de snelheid teruggebracht tot ongeveer 10kn. De LNG-carriers zullen aan

lagere snelheden varen. Voor deze schepen wordt in het Scheur een snelheid van 12knaangenomen en in Pas van het Zand 8kn.

-46-

3.3 Ontwerpomstandigheden

3.3.1 Waterdiepte

Volgens de laatste peilingen mag er zowel in het Scheur als in de Pas van het Zandrekening gehouden worden met een waterdiepte van 16,2m GLLWS.In het Scheur wordt een kielspeling van 15% vooropgesteld, in de Pas van het Zand12,5% en in de haven 10%. Dit wil zeggen dat schepen met een diepgang van 14m ten

allen tijde in de haven kunnen aanmeren.

Binnen bepaalde tijvensters is het echter mogelijk om schepen met een grotere diepgangte ontvangen. Uit de tijkromme voor Zeebrugge (appendix E [26]) kunnen we afleiden dater binnen één tijcyclus gedurende 7u een waterdiepte van 18,2m beschikbaar is en

gedurende 4u een diepte van 19,2m.Rekening houdend met de hierboven vermelde kielspelingen is het dus mogelijk ombinnen een bepaalde periode van de dag schepen met een diepgang van 16,7m binnen tehalen.

Bij het toepassen van de Japanse richtlijnen is ook de waterdiepte buiten de vaargeulenvan belang. Samen met de taludhelling is deze parameter immers bepalend voor degeometrie van de oevers of banken. Die geometrie heeft op haar beurt een grote invloedop de krachtswerking die ontstaat tussen schip en oever.Op de zeekaarten zijn dieptes af te lezen die schommelen tussen 8 en 10m GLLWS. In de

analyses kiezen we zowel in het Scheur als in de Pas van het Zand voor de meestconservatieve waterdiepte van 8m. De werkelijke diepte zal natuurlijk steeds schommelenafhankelijk van de getijden.

3.3.2 Wind

Voor de analyses wordt een maximale windkracht van 7bft in rekening gebracht. Dit komt

overeen met een windsnelheid van 28 tot 33kn of 13,9 tot 17,1m/s. Bij hogerewindsnelheden zal er meestal geen scheepvaart meer plaatsvinden. Het is dan ookonrealistisch deze te beschouwen in de berekeningen.

3.3.3 Golven

Aangezien zowel het Scheur als de Pas van het Zand open wateren zijn, moet golfwerking

beschouwd worden.Zoals reeds vermeld, wordt er rekening gehouden met een maximale windkracht van 7bft.Er bestaat geen éénduidig verband tussen windsnelheden en de daardoor opgewektegolven maar voor deze analyse wordt toch getracht om de golfhoogte te bepalen diecorrespondeert met een windkracht van 7bft.

Hiervoor wordt gebruik gemaakt van de golfhoogte- en windmetingen bij de Wandelaarvan maart 2008 (Appendix F) [22]. De curve van de optredende golfhoogtes (bovenstecurve) en windsnelheden (onderste curve) worden vergeleken met elkaar. Beide grafiekenvertonen duidelijk een analoog verloop, pieken en dalen komen nagenoeg gelijktijdig voor.

-47-

De golfhoogte op een bepaald tijdstip wordt echter niet enkel bepaald door de

ogenblikkelijke windsnelheid maar ook door het karakter van de wind in een periodedaarvoor. Het is dus onmogelijk een exacte waarde van de golfhoogte te vinden op basisvan het verloop van de windsnelheden.Een windkracht van 7bft komt gemiddeld overeen met een windsnelheid van ongeveer30kn. Indien de optredende golfhoogtes bij deze snelheid bekeken worden, kan er

besloten worden dat deze zelden groter worden dan 2,5m. Ondanks de benadering wordtdeze golfhoogte gehanteerd bij het ontwerp in de specifieke omstandigheden.

3.3.4 Stroming

Zowel voor het Scheur als de Pas van het Zand zijn de stromingen gekend (Appendix G).Aan de hand van de oriëntatie van de geulen is het mogelijk de stromingen te ontbinden

in componenten evenwijdig met en loodrecht op de as van de vaargeul. Volgens dezeekaarten is het Scheur georiënteerd van west naar oost en Pas van het Zand vanzuidoost naar noordwest.

3.3.5 Bodem

De bodem van de Noordzee en dus ook van het Scheur en de Pas van het Zand bestaat uit

zand.

3.3.6 Oevers

Het Scheur en Pas van het Zand zijn vaargeulen die deels gebruik maken van denatuurlijke dieptes nabij de kust van de Noordzee. Met behulp vanonderhoudsbaggerwerken wordt de nodige vaargeuldiepte op peil gehouden. De ‘oevers’

bestaan dus uit zandbanken die zich volledig onder water bevinden. De taludhellingen vande banken zijn klein (< 45°) en men kan bijgevolg spreken van ‘zwakke’ oevers.

3.3.7 Navigatiehulp

De vaargeulen die toegang geven tot de haven van Zeebrugge zijn voorzien van bakensen radarcontrole. De radarsturing gebeurt vanuit het Vessel Traffic Service Centre (VTS)

dat gelokaliseerd is op de westelijke strekdam. Vanuit het VTS is het ook mogelijk om bijslecht weer schepen de haven binnen te praten. Voor loodsen is het dan immersonmogelijk om aan boord te komen. Bij grote zeeschepen kan eventueel een loods aanboord gebracht worden via helikopter [20][21].Daarnaast mag er rekening gehouden worden met navigatiemiddelen aan boord van de

schepen zelf. Zo zijn steeds meer schepen uitgerust met D-GPS wat een nauwkeurigepositiebepaling toelaat.Er mag dus gesteld worden dat de navigatiehulpen voor schepen die binnenkomen inZeebrugge zeer goed zijn. Naast de navigatiemiddelen op het schip zelf is er immers ookverkeerscontrole van aan wal.

-48-

3.3.8 Verkeersintensiteit

Per jaar meren ongeveer 10 000 schepen aan in de haven van Zeebrugge. Dit komt neerop ongeveer 28 schepen per dag die de haven binnenkomen en ook weer buitenvaren[21]. Deze schepen moeten allemaal de Pas van het Zand door. Langs het Scheur varenook schepen die richting Schelde moeten, de verkeersdichtheid zal daar nog groter zijndan in de Pas van het Zand.

Voor beide vaargeulen kan dus een hoge verkeersintensiteit worden aangenomen (meerdan drie schepen per uur).

-49-

3.4 Analyse Scheur – West

3.4.1 Inleiding

Gedurende een tijcyclus variëren de omstandigheden op zee voortdurend. Naast dewaterdiepte veranderen ook de stroomsnelheden en de richting van de stroming.Aangezien deze factoren een invloed hebben op de dimensionering van een vaargeul is hetnuttig de nodige breedte van het Scheur te analyseren gedurende één tijcyclus.

De vaargeulbreedte wordt bepaald, gebruik makend van de drie beschikbareontwerprichtlijnen [1][2][3]. De analyse wordt uitgevoerd voor de schepen besprokenonder 3.2 en bij de omstandigheden zoals onder 3.3 bepaald. Ter plaatse van het Scheurzijn enkel stromingsgegevens bij springtij en doodtij beschikbaar. Gezien het feit dat degrootste stroomsnelheden bij springtij voorkomen, wordt ervoor gekozen deze situatie te

beschouwen.

Een schip dat in het Scheur van west naar oost vaart zal de stroming onder een anderehoek ontvangen dan een schip dat in westelijke richting vaart. In de richtlijn van PIANCwordt echter geen onderscheid gemaakt tussen een schip dat tegen de stroom in of met

de stroom mee vaart. De Japanse ontwerpmethode beschouwt de langsstroming op hetschip zelfs niet. In de ROM daarentegen is de relatieve snelheid van het schip ten opzichtevan het water een bepalende factor voor de kanaalbreedte. De hoek van de stroming tenopzichte van het schip heeft hier dus wel een belangrijke invloed op de berekeningen enbijgevolg moeten twee situaties beschouwd worden: een schip dat in westelijke richting

vaart en een schip dat in oostelijke richting vaart.Bij de analyse van tweerichtingsverkeer wordt er ook rekening gehouden met het feit datde twee ontmoetende schepen de stroming vanuit tegengestelde richting ontvangen. Inkanalen waar schepen elkaar oplopen, moeten voor beide schepen wel dezelfdestromingscondities in acht genomen worden.

Om de richtlijnen van PIANC en Japan toe te passen moet de stroming ontbonden wordenin een langscomponent evenwijdig met het schip en een dwarscomponent loodrecht op descheepsas. Figuur 12 maakt duidelijk dat de langsstroming maximaal is ongeveer één uurvoor het optreden van hoog water en bij laag water. De dwarsstroming bereikt zijn

grootste snelheden twee uur voor hoog en laag water. Wanneer de langsstroming zijnmaximale waarde bereikt, is de dwarsstroming beperkt of zelfs onbestaande en vice versa.Een positieve langsstroming correspondeert met een stroming van oost naar west, eenpositieve dwarsstroming is van zuid naar noord gericht. Wanneer de curve de horizontaleas snijdt, wijzigt de richting van de stroming.In vaargeulen met beperkte afmetingen wordt het scheepvaartverkeer normaal gezien

stilgelegd bij dwarsstroomsnelheden van meer dan 2kn. In het Scheur blijft die stromingechter kleiner dan 1kn waardoor dit probleem niet optreedt.

-50-

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

stro

om

snel

heid

(kn)

dwarsstroming

langsstroming

Figuur 13 – Stroming Scheur bij springtij

-51-

3.4.2 Analyse Qmax

In de eerste analyse wordt nagegaan wat de nodige kanaalbreedte is om Qmax-schepenveilig te laten navigeren. Zowel het een- als tweerichtingsverkeer wordt beschouwd alsookde situatie waar twee schepen elkaar oplopen.

3.4.2.1 Eenrichtingsverkeer

De volgende figuur geeft het verloop van de nodige vaargeulbreedte gedurende eentijcyclus.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (O->W)

Spanje (W->O)

Figuur 14 – Vaargeulbreedte Scheur (eenrichtingsverkeer, Qmax).

In onderstaande tabel zijn de minimum- en maximumbreedte samen met de gemiddeldebreedte gegeven.

min (m) max (m) gemiddeld (m)Pianc 275 319 303,8Japan 118 141,9 133Spanje (O->W) 217,3 229,2 221,6Spanje (W->O) 213,3 230 222,6

Tabel 10 – Vaargeulbreedte Scheur (eenrichtingsverkeer, Qmax)

De voorgaande grafiek en tabel maken duidelijk dat de vaargeulbreedtes bepaald volgensde verschillende ontwerpmethodes sterk uiteenlopend zijn.Een van de hoofdredenen hiervoor is de wijze waarop de oevereffecten in rekeninggebracht worden. In het Scheur bedraagt de diepte van het water buiten de vaargeul 8m.

De Japanse ontwerpgids houdt als enige rekening met het feit dat de oevereffecten indeze situatie zeer beperkt zullen zijn. De corresponderende breedtetoeslag is in de

-52-

Japanse richtlijn dan ook minimaal. In de ROM en de ontwerpgids van PIANC wordt enkel

een onderscheid gemaakt tussen ‘zwakke’ en ‘steile’ oevers. Voor het Scheur leidt dit toteen overschatting van de oevereffecten. Zelfs wanneer gekozen wordt voor ‘zwakke oever’worden in beide richtlijnen respectievelijk 1,4 (77m) en 1,0 scheepsbreedte(s) (55m) bijde kanaalbreedte gevoegd.Volgens de Japanse richtlijn hebben de golven geen invloed op de breedte van een

vaargeul. In de ontwerpgids van PIANC wordt bij een snelheid van 12kn eenbreedtetoeslag van 1,0 scheepsbreedte (55m) voorzien.Om de risico’s bij het transport van explosieve of brandbare lading te beperken, wordt inde richtlijn van PIANC een volledige scheepsbreedte bij de vaargeulbreedte gevoegd. In deJapanse richtlijnen wordt geen rekening gehouden met de aard van de lading, de ROM

voorziet slechts een beperkte toeslag.

Er wordt opgemerkt dat de vaargeulbreedtes volgens PIANC en Japan een verloopvertonen analoog aan dat van de dwarsstroomsnelheden. De minimale en maximalebreedtes worden gelijktijdig bereikt met de kleinste en grootste dwarsstroomsnelheid.De langsstroming heeft op haar beurt geen invloed op de breedte volgens PIANC en

Japan. In de Japanse richtlijnen wordt immers geen rekening gehouden met deze factoren in de ontwerpgids van PIANC wordt slechts een kleine breedtetoeslag in acht genomenbij stroomsnelheden van meer dan 1,5kn.De grafieken uitgaande van de Spaanse richtlijnen vertonen duidelijk een ander verloopdan de voorgaande. In tegenstelling tot bij de richtlijnen van PIANC en Japan is de

langsstroming hier eerder bepalend voor de vaargeulbreedte dan de dwarsstroming.Voor een schip dat van oost naar west vaart, wordt de vaargeulbreedte maximaalongeveer één uur voor hoog water. Op dat moment bereikt de langsstroming eenmaximum en vaart het schip met de stroming mee. Doordat de snelheid ten opzichte vanhet water klein wordt, is het schip gevoeliger aan externe winden golfkrachten. De

dwarsstroming is dan wel onbestaande maar dit kan de toename van de drifthoek tengevolge van de wind en de golven niet compenseren.Figuur 15 geeft een beeld van de drifthoek en zijn afzonderlijke componenten voor eenschip dat in westelijke richting vaart. De bijdrage van de dwarsstroming blijft klein invergelijking met die van de wind en de golven en heeft weinig tot geen invloed op de

totale drifthoek. Ondanks het feit dat de windsnelheid en golfhoogte constant ondersteldworden gedurende de tijcyclus, variëren de corresponderende drifthoeken sterk als gevolgvan de veranderende langsstroming. De maximale drifthoek wordt bereikt ongeveer éénuur voor hoog water, de minimale bij laag water.

-53-

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6tijd tov HW (u)

dri

fth

oek

(°)

βwind

βstroom

βgolven

βtotaal

Figuur 15 – Drifthoek gedurende een tijcyclus (OW)

Wanneer het schip van west naar oost vaart in het Scheur kent de curve van devaargeulbreedte een omgekeerd verloop (Figuur 14). De maximale breedte wordt nubereikt bij laag water aangezien het schip hier met de stroming mee vaart. Figuur 16

geeft het verloop van de drifthoek in deze situatie.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6tijd tov HW (u)

dri

fth

oek

(°)

βwind

βstroom

βgolven

βtotaal

Figuur 16 - Drifthoek gedurende een tijcyclus (WO)

Tenslotte wordt opgemerkt dat beide curven in Figuur 14 (W0 en OW) elkaar snijdenop het moment dat de langsstroming onbestaande is. De vaarrichting wordt dan immersirrelevant bij het bepalen van de breedte.

-54-

3.4.2.2 Tweerichtingsverkeer

De analyse van de nodige vaargeulbreedte bij tweerichtingsverkeer verloopt volkomenanaloog aan de voorgaande. Met betrekking tot de ROM moet nu maar één situatiebeschouwd worden. Terwijl een schip met de stroom mee vaart zal het andere schipimmers tegenstroom varen. Wanneer de vaarrichting van beide schepen wordtomgekeerd, bekomt men opnieuw dezelfde situatie.Figuur 17 geeft een beeld van de vaargeulbreedte voor tweerichtingsverkeer. De

minimale, maximale en gemiddelde breedtes zijn samengevat in Tabel 11.

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 17 – Vaargeulbreedte Scheur (tweerichtingsverkeer, Qmax)

min (m) max (m) gemiddeld (m)Pianc 610,5 698,5 668,1Japan 348,5 395,1 377,4Spanje 501,4 509,6 504,7

Tabel 11 – Vaargeulbreedte Scheur (tweerichtingsverkeer, Qmax)

Het verloop van de vaargeulbreedte volgens PIANC en Japan is volledig analoog aan datvoor eenrichtingsverkeer (Figuur 14). De breedteverschillen zijn te wijten aan dezelfdefactoren: oevereffecten, gevaarlijke lading en de golfwerking op het schip. Bij het

tweerichtingsverkeer zal nu ook de breedtetoeslag voor het ontmoeten van schepen eenrol spelen.

Het verloop van de curve volgens Spanje is duidelijk anders dan bij heteenrichtingsverkeer. De nodige breedte blijft nagenoeg constant gedurende een tijcyclus.

De extra breedte ingenomen door het schip dat met de stroom mee vaart, wordt immersgecompenseerd door de kleinere breedte nodig voor een schip dat tegenstroom vaart.

-55-

3.4.2.3 Oplopen van schepen

In het Scheur wordt ook nagegaan wat de nodige vaargeulbreedte is om het oplopen vanQmax-schepen mogelijk te maken. De volgende figuur en tabel geven een beeld van debreedtes.

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (O->W)

Spanje (W->O)

Figuur 18 – Vaargeulbreedte Scheur (oplopen, Qmax)

min (m) max (m) gemiddeld (m)Pianc 668,3 756,3 725,8Japan 421,3 468,0 450,2Spanje (O->W) 563,8 587,7 572,5Spanje (W->O) 555,2 589,3 574,4

Tabel 12 – Vaargeulbreedte Scheur (oplopen, Qmax)

De nodige vaargeulbreedte voor het oplopen van schepen is groter dan voor het normaletweerichtingsverkeer, het verloop van de curven is in beide gevallen wel volledig analoog.Het enige verschil in de berekening schuilt immers in de breedtetoeslag voor het oplopenvan de schepen. In de richtlijn van PIANC en de ROM wordt deze 50% groter ondersteld

dan die voor het ontmoeten van schepen. Ook volgens de Japanse ontwerpmethode is deadditionele breedte voor het oplopen groter dan voor het ontmoeten van twee schepen.

-56-

3.4.3 Analyse Qflex

De analyse voor de Qflex-schepen verloopt volledig analoog aan die voor Qmax-schepen.Beide schepen zijn immers van hetzelfde type en verschillen enkel in afmetingen. Bij deberekeningen worden dezelfde omstandigheden in acht genomen, enkel dekarakteristieken van het schip worden aangepast.


Figuur 19 geeft het verloop van de vaargeulbreedte gedurende een tijcyclus, getalwaarden

zijn gegeven in Tabel 13.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (O->W)

Spanje (W->O)

Figuur 19 - Vaargeulbreedte Scheur (eenrichtingsverkeer, Qflex)

min (m) max (m) gemiddeld (m)PIANC 250 290 276,2Japan 108,1 129,4 121,3Spanje (O->W) 199 209,7 202,9Spanje (W->O) 195,1 210,5 203,7

Tabel 13 – Vaargeulbreedte Scheur (eenrichtingsverkeer, Qflex)

Het verloop van de curven is gelijkaardig aan dat voor de Qmax-schepen. De grafieken

van PIANC en Japan vertonen eenzelfde verloop dat vooral bepaald wordt door de variatievan de dwarsstroomsnelheid (Figuur 13).Het spreekt voor zich dat het Qflex-schip niet bepalend is voor de vaargeulbreedte bijeenrichtingsverkeer. Het Qmax-schip is immers van hetzelfde type en heeft grotereafmetingen.

-57-


Er wordt ook nagegaan wat de nodige vaargeulbreedte is wanneer twee Qflex-schepenelkaar ontmoeten in het Scheur. Het verloop van de breedte wordt gegeven in Figuur 21,een samenvatting van de getalwaarden in Tabel 14.

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 20 – Vaargeulbreedte Scheur (tweerichtingsverkeer, Qflex)

min (m) max (m) gemiddeld (m)Pianc 555 635 607,3Japan 317,3 359,9 343,7Spanje 458,6 466,1 461,6

Tabel 14 – Vaargeulbreedte Scheur (tweerichtingsverkeer, Qflex)

Het verloop van de grafieken komt volledig overeen met het verloop van de curven inFiguur 17 (tweerichtingsverkeer voor Qmax). De breedte volgens de ROM is ook in dezesituatie constant aangezien de schepen die elkaar ontmoeten onderhevig zijn aan eentegengestelde stroming.Het is volstrekt logisch dat de grafieken voor zowel een- als tweerichtingsverkeer een

zelfde verloop kennen voor de Qmax en Qflex. Deze schepen gedragen zich namelijk opeenzelfde manier onder bepaalde omstandigheden en verschillen enkel in afmetingen.

-58-


De volgende figuur en tabel geven de nodige vaargeulbreedtes voor het oplopen vanQflex-schepen. Door de kleinere afmetingen van de Qflex is de nodige vaargeulbreedtekleiner dan bij de Qmax-schepen, de curven kennen wel een analoog verloop.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (O->W)

Spanje (W->O)

Figuur 21 – Vaargeulbreedte Scheur (oplopen, Qflex)


Tabel 15 – Vaargeulbreedte Scheur (oplopen, Qflex)

-59-

3.4.4 Analyse containerschip

Het laatste ontwerpschip dat in acht genomen wordt bij de analyse van het Scheur is eencontainerschip van het type Emma Maersk. De breedte van dit schip is vergelijkbaar metdie van de grootste LNG-tanker (Qmax), de lengte is echter aanzienlijk groter. Aangezienmet dit schip geen gevaarlijke lading getransporteerd wordt, zijn de risico’s eerder laag.De containerschepen varen wel aan snelheden tot 16kn in het Scheur.


Figuur 23 geeft het verloop van de nodige vaargeulbreedte bij eenrichtingsverkeer, inTabel 16 is een overzicht gegeven van de getalwaarden.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (O->W)

Spanje (W->O)

Figuur 22 – Vaargeulbreedte Scheur (eenrichtingsverkeer, container)

min (m) max (m) gemiddeld (m)Pianc 308 341,6 331,7Japan 118,2 138,5 130,8Spanje (O->W) 208,2 215,2 211,5Spanje (W->O) 205,5 216,5 212,1

Tabel 16 – Vaargeulbreedte Scheur (eenrichtingsverkeer, container)

De grafieken uitgaande van de richtlijnen van PIANC en Japan kennen opnieuw eengelijkaardig verloop. De invloed van de vaarrichting op de breedte uitgaande van de ROMis bij de containerschepen eerder beperkt, de twee grafieken (OW en WO) sluitennauw aan bij elkaar.Er zijn wel opnieuw grote verschillen merkbaar tussen de breedtes bepaald volgens de

verschillende richtlijnen. De breedte uitgaande van de richtlijn van PIANC bedraagt zelfsmeer dan het dubbele van die berekend volgens de Japanse ontwerpmethode. Bij een

-60-

vaarsnelheid van 16kn voorziet PIANC een toeslag van 2,0 scheepsbreedtes om rekening

te houden met de invloed van de golven, de oevereffecten zorgen voor een additionelebreedte van 1,4 scheepsbreedtes. Deze twee effecten maken samen reeds 190,4m van detotale breedte uit terwijl de Japanse ‘design guide’ geen rekening houdt met degolfwerking en de oevereffecten verwaarloosbaar zijn.


De gegevens voor tweerichtingsverkeer zijn gegeven in onderstaande grafiek en tabel.

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bre

edte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 23 – Vaargeulbreedte Scheur (tweerichtingsverkeer, container)

min (m) max (m) gemiddeld (m)Pianc 677,6 744,8 725Japan 383,3 423,8 408,4Spanje 481,7 487,9 485,3

Tabel 17 – Vaargeulbreedte Scheur (tweerichtingsverkeer, container)

De curven zijn ook hier vergelijkbaar met die van de LNG-tankers. Er wordt welopgemerkt dat de breedtes uitgaande van de ROM en de Japanse richtlijn dichter bijelkaar liggen dan in voorgaande analyses. In de Japanse ontwerpgids is de breedtetoeslagdie het ontmoeten van schepen in rekening brengt immers groter voor containerschependan voor LNG-tankers.

-61-


Tenslotte wordt ook voor de containerschepen het oplopen beschouwd (Figuur 25 en Tabel18). Het verloop van de curven is volledig analoog aan die voor tweerichtingsverkeer. Deabsolute waarden zijn wel groter als gevolg van de grotere breedtetoeslag die in achtgenomen wordt voor het oplopen van schepen.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (O->W)

Spanje (W->O)

Figuur 24 – Vaargeulbreedte Scheur (oplopen, container)


Tabel 18 – Vaargeulbreedte Scheur (oplopen, container)

-62-

3.4.5 Invloed van de vaarsnelheid

Uit de literatuurstudie is gebleken dat de vaarsnelheid van het schip een bepalende factoris voor de vaargeulbreedte. Daarom wordt in deze paragraaf nagegaan wat de invloed vande snelheid is op de breedte van het Scheur. In ongunstige omstandigheden kan desnelheid van een schip eventueel worden aangepast om de scheepvaart vlotter en/ofveiliger te laten verlopen.

Voor de analyse worden de volgende omstandigheden in acht genomen (drie uur na hetoptreden van laag water):

windsnelheid: 33kn waterdiepte geul: 17,9m

waterdiepte bank: 9,7m langsstroming: 0,26kn dwarsstroming: 0,86kn golfhoogte: 2,5m

Het verloop van de vaargeulbreedte in functie van de snelheid wordt bepaald voor hetcontainerschip (type Emma Maersk). De LNG-tankers worden buiten beschouwing gelaten.

Figuur 26 en 27 geven een beeld van de invloed van de vaarsnelheid bij hetcontainerschip voor respectievelijk een- en tweerichtingsverkeer.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

vaarsnelheid (kn)

bre

edte

(m)

PIANC

Spanje (W->O)

Spanje (O->W)

Japan

Figuur 25 – invloed vaarsnelheid (eenrichtingsverkeer, container)

-63-

0

50

100

150

200

250

300

350

400

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

vaarsnelheid (kn)

bre

edte

(m)

PIANC

Spanje (W->O)

Spanje (O->W)

Japan

Figuur 26 – invloed vaarsnelheid (tweerichtingsverkeer, container)

In de ontwerpgids van PIANC wordt gebruik gemaakt van drie snelheidsklassen (traag,

gemiddeld, snel) bij het bepalen van een aantal breedtetoeslagen. De overige additionelebreedtes zijn onafhankelijk van de vaarsnelheid. Hierdoor blijft de breedte gelijk binnen desnelheidsklassen en ontstaan er opwaartse sprongen ter plaatse van de klassengrenzen(8kn en 12kn).In de ROM worden snelheidsklassen gebruikt om de breedtetoeslagen voor oevereffecten

en het ontmoeten of oplopen van schepen te bepalen. Aangezien deze groter worden bijhogere snelheden zullen bij de klassengrenzen (7kn en 11kn) opwaartse sprongenontstaan. Sommige van de overige breedtetoeslagen zijn echter continue functies van devaarsnelheid waardoor de breedte nooit constant blijft. Een schip zal minder gevoelig zijnaan stroming of wind bij hogere vaarsnelheden waardoor de drifthoek afneemt bijtoenemende snelheid. Tussen de discontinuïteiten neemt de vaargeulbreedte dan ook af

met groter wordende vaarsnelheid.In de Japanse richtlijn wordt voor bijna alle toeslagen gesteund op hydrodynamischeberekeningen en wordt er geen gebruik gemaakt van snelheidsklassen. Uit de figuren kanworden afgeleid dat de nodige vaargeulbreedte gestaag afneemt bij toenemendesnelheden. Hierbij moet wel worden opgemerkt dat de risico’s bij hogere snelheden

toenemen en daar wordt in de Japanse richtlijn geen rekening mee gehouden.

Uit de voorgaande analyse kunnen weinig besluiten getrokken worden met betrekking totde ideale vaarsnelheid. Door het gebruik van de snelheidsklassen kan de nodigevaargeulbreedte volgens PIANC en de ROM immers sterk variëren voor snelheden die dicht

bij elkaar liggen. Volgens de Japanse richtlijn neemt de nodige breedte af mettoenemende snelheid. Eens de snelheid 10kn bedraagt is de positieve invloed van eenhogere snelheid echter vrij beperkt.

-64-

3.4.6 Conclusie

Uit de resultaten van de voorgaande analyses blijkt dat de grootste vaargeulbreedtetelkens bekomen wordt met de richtlijn van PIANC, de kleinste breedte bekomt menuitgaande van de Japanse ontwerpmethode. De grote verschillen tussen de uiterstewaarden kunnen toegedicht worden aan enkele factoren. Zo worden in de richtlijn vanPIANC aanzienlijke breedtetoeslagen gegeven voor golfwerking en oevereffecten. Volgens

de Japanse richtlijn hebben de golven echter geen invloed op de vaargeulbreedte en zijnde oevereffecten in het Scheur verwaarloosbaar klein. De waterdiepte buiten de vaargeulbedraagt immers nog steeds 8m GLLWS. In de ontwerpmethode van PIANC wordt ditgecatalogeerd als een ‘zwakke’ oever en worden de corresponderende oevereffectenwaarschijnlijk overschat.

Ondanks de grote verschillen kent de breedte volgens PIANC en Japan een gelijkaardigverloop gedurende een tijcyclus. Dit wordt vooral bepaald door het verloop van dedwarsstroming. Het winden golfklimaat worden immers constant ondersteld en delangsstroming heeft volgens beide richtlijnen weinig tot geen invloed op de nodigevaargeulbreedte.

De vaargeulbreedte uitgaande van de ROM ligt tussen de breedtes bepaald volgens deandere ontwerpmethodes. De analyses hebben uitgewezen dat de variatie van de breedtegedurende een tijcyclus hier eerder door de langsstroming bepaald wordt. De ROM isnamelijk de enige richtlijn die een onderscheid maakt tussen stroming met het schip meeen tegenstroom.

Volgens de richtlijn van PIANC is het containerschip maatgevend voor de vaargeulbreedte,zowel voor een- als tweerichtingsverkeer en het oplopen van schepen. De hogevaarsnelheid van 16kn heeft hier immers een grote invloed op de resultaten (Figuren 26en 27).

Berekeningen op basis van de ROM tonen dan weer aan dat de Qmax in de verschillendesituaties bepalend is voor de breedte van de geul. Dit schip vaart immers aan lageresnelheid dan het containerschip en in de ROM neemt de vaargeulbreedte toe bijafnemende vaarsnelheid.Volgens de Japanse richtlijn is de Qmax maatgevend voor de breedte bijeenrichtingsverkeer en het containerschip bij tweerichtingsverkeer. De interactie tussen

de schepen is volgens Japan groter bij containerschepen dan bij LNG-tankers.

De resultaten uit de voorgaande analyses kunnen ook vergeleken worden met de huidigebreedte van het Scheur (500m).Volgens de drie ontwerpmethodes is eenrichtingsverkeer mogelijk voor de verschillende

ontwerpschepen. Volgens PIANC is de nodige vaargeulbreedte het grootst voor hetcontainerschip, de maximale breedte die optreedt in de analyses bedraagt 341,6m. HetQmax-schip heeft volgens PIANC onder de meest negatieve omstandigheden een breedtevan 319m nodig. De vaargeulbreedtes bepaald volgens de Japanse richtlijn en de ROM zijnlager dan de voorgaande.

Tweerichtingsverkeer in het Scheur zorgt volgens de ontwerpmethode van PIANC wel voorproblemen. De breedte om twee Qmax-schepen veilig te laten ontmoeten bedraagt

-65-

immers 689,5m, voor twee Qflex-schepen 635m en voor twee containerschepen van het

type Emma Maersk zelfs 744,8m.De nodige breedtes bepaald op basis van de ROM en de Japanse richtlijn zijn merkbaarkleiner dan de voorgaande. De maximale nodige breedte volgens de ROM schommelt rondde 500m en bedraagt in een uitzonderlijk geval 509,6m. Volgens de Japanse richtlijn is erzelfs tweerichtingsverkeer mogelijk binnen een breedte van 423,8m.

Eenzelfde besluit kan gemaakt worden wanneer het oplopen van schepen beschouwdwordt. Volgens PIANC is een breedte van 814,8m vereist om het oplopen van decontainerschepen toe te laten, Qmax- en Qflex-schepen vergen respectievelijk 756,3m en687,5m. De breedtes bepaald volgens de ROM en de Japanse richtlijn schommelenhoofdzakelijk tussen de 450m en 550m.

Met betrekking tot tweerichtingsverkeer en het oplopen van schepen is het dus moeilijkeen eenduidig besluit te trekken. Volgens PIANC volstaat de huidige breedte van hetScheur niet om ontmoeten en oplopen van de ontwerpschepen toe te laten. De breedtesbepaald aan de hand van de Japanse richtlijn en de ROM voldoen wél voortweerichtingsverkeer en in bepaalde omstandigheden ook voor het oplopen van schepen.

Er wordt wel op gewezen dat de analyses zijn uitgevoerd op basis van conceptuele(voor)ontwerpmethodes. Om een betrouwbaar resultaat te krijgen, zullen verdere en meergedetailleerde berekeningen noodzakelijk zijn.

-66-

3.5 Analyse Pas van het Zand

3.5.1 Inleiding

In deze paragraaf wordt de Pas van het Zand beschouwd, dat is de geul die rechtstreekstoegang geeft tot de haven van Zeebrugge. Bij de berekeningen worden dezelfdeontwerpschepen en omstandigheden in acht genomen als bij de analyse van het Scheur.In tegenstelling tot het Scheur is de Pas van het Zand eerder recht op de kust

georiënteerd waardoor de stromingen wel verschillend zullen zijn. Aangezien deze vooralevenwijdig aan de kust verlopen, zullen de schepen in de Pas van het Zand onderhevigzijn aan sterke dwarsstromingen die de scheepvaart bemoeilijken. Indien destroomsnelheden te groot worden (> 2kn), zal er geen scheepvaart mogelijk zijn in devaargeul.

Bij de analyse van de Pas van het Zand moet enkel eenrichtingsverkeer beschouwdworden. De huidige breedte van de toegangsgeul (300m) is immers te beperkt om hetontmoeten van de ontwerpschepen toe te laten. Toch wordt ook nagegaan wat de nodigevaargeulbreedte is om twee ontwerpschepen te laten ontmoeten onder de heersende

omstandigheden in de geul.

Voor de Pas van het Zand zijn er naast gegevens voor doodtij en springtij ookstromingsgegevens beschikbaar voor middeltij. Omdat deze laatste situatie representatiefis voor de gemiddelde omstandigheden, wordt deze beschouwd bij de berekening van de

vaargeulbreedte.Aangezien er in de ROM rekening gehouden wordt met de richting van de langsstromingten opzichte van het schip, worden opnieuw twee situaties bekeken. Enerzijds wordt eenschip beschouwd dat in de richting van de haven vaart (van noordwest naar zuidoost) enanderzijds een schip dat de haven verlaat (van zuidoost naar noordwest).

Figuur 28 geeft een beeld van de optredende langs- en dwarsstromingen in de Pas van hetZand gedurende een tijcyclus. Hierbij is vooral de richting van de langsstromingbelangrijk, deze is positief wanneer ze van de haven weg verloopt (in noordoostelijkerichting). Bij het snijden van de horizontale as keert de stromingsrichting om. Zowellangs- als dwarsstroming bereiken maximale snelheden ongeveer één uur voor het

optreden van hoog water en twee uur voor laag water.In de praktijk zal er geen scheepvaart plaatsvinden vanaf een à twee uur voor hoog watertot ongeveer een uur erna. Gedurende deze periode wordt de maximaledwarsstroomsnelheid van 2kn immers overschreden. Om de verschillende richtlijnen metelkaar te vergelijken, wordt de nodige vaargeulbreedte toch bepaald onder dezeomstandigheden.

-67-

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

-6 -4 -2 0 2 4 6

uur tov HW

str

oo

ms

nel

hei

d(k

n)

dwarsstroming

langsstroming

Figuur 27 – Stroming Pas van het Zand bij middeltij

-68-

3.5.2 Analyse Qmax


De volgende figuur geeft het verloop van de vaargeulbreedte voor eenrichtingsverkeer vanQmax-schepen. Tabel 19 geeft een overzicht van de belangrijkste getalwaarden.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (NW->ZO)

Spanje (ZO->NW)

Figuur 28 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (eenrichtingsverkeer, Qmax)

min (m) max (m) gemiddeld (m)Pianc 225,5 308,0 284,7Japan 125,1 237,2 180,5Spanje (NW->ZO) 218,0 306,3 244,5Spanje (ZO->NW) 220,3 261,1 240,3

Tabel 19 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (eenrichtingsverkeer, Qmax)

De breedtes bepaald volgens de verschillende ontwerpmethodes zijn vrij uiteenlopend. Derichtlijn van PIANC levert de meest conservatieve waarden voor de breedte, de kleinste

vaargeulbreedtes worden bekomen op basis van de Japanse methode. De verschillen zijnechter kleiner dan bij de analyse van het Scheur. Dit wordt hoofdzakelijk veroorzaakt doorde kleinere vaarsnelheid in de Pas van het Zand. Figuren 26 en 27 tonen immers aan datde nodige vaargeulbreedte volgens PIANC daalt met afnemende snelheid terwijl dievolgens de ROM en de Japanse ontwerpmethode stijgt. Aangezien de ontwerpmethode vanPIANC de grootste vaargeulbreedtes levert, liggen de verschillende resultaten dichter bij

elkaar bij lagere snelheden.

Omdat langs- en dwarsstroming hun minimale en maximale snelheid tegelijk bereiken ende stroomsnelheden in de Pas van het Zand groot zijn, vertonen de curven in Figuur 29uitgesproken pieken en dalen. De nodige vaargeulbreedte is minimaal ongeveer drie uur

-69-

voor en drie uur na het optreden van hoog water, de hoogste piek wordt bereikt één uur

voor hoog water. Dat maximum is echter niet relevant in het ontwerp van de vaargeul, dedwarsstroming is dan immers groter dan 2kn en er zal geen scheepvaart plaatsvinden. Hettweede (kleiner) maximum dat bereikt wordt bij laag water, zal wel maatgevend zijn voorde vaargeulbreedte.Ondanks de veel sterkere stroming is de nodige vaargeulbreedte bij hoog water volgens

PIANC niet veel groter dan die bij laag water. De breedtetoeslag voor de dwarsstromingblijft immers constant vanaf de dwarsstroomsnelheid 1,5kn overschrijdt. In deontwerpmethodes van Spanje en Japan daarentegen is wel een duidelijk onderscheidmerkbaar tussen dwarsstromingen van bijvoorbeeld 1,5 en 3kn. Dit verklaart dan ook deuitgesproken maxima die ongeveer een uur voor hoog water voorkomen.

Met betrekking tot de Spaanse richtlijn werden opnieuw twee situaties in acht genomen.Het verloop van de breedte voor een schip dat van de haven weg vaart (ZONW)vertoont in tegenstelling tot de overige curven geen duidelijk maximum in de buurt vanhoog water. Het negatieve effect van de grote dwarsstroming wordt daar immersgecompenseerd door de positieve invloed van een aanzienlijke tegenstroming (kleinere

drifthoek ten gevolge van wind en golven).Wanneer het schip naar de haven toe vaart (NWZO), wordt het negatieve effect van dedwarsstroming versterkt door een stroming met het schip mee en piekt de nodigevaargeulbreedte naar een maximum.

Het voorgaande wordt aangetoond in de figuren 29 en 30 waar het verloop van dedrifthoek en zijn componenten is voorgesteld voor respectievelijk een schip dat van dehaven weg vaart en een dat naar de haven toe vaart.

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

tijd tov HW (u)

drif

thoe

k(°

)

βwind

βstroom

βgolven

βtotaal

Figuur 29 – drifthoek gedurende een tijcyclus (ZONW)

-70-

-5

0

5

10

15

20

25

30

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6

tijd tov HW (u)

dri

ftho

ek(°

)

βwind

βstroom

βgolven

βtotaal

Figuur 30 – drifthoek gedurende een tijcyclus (NWZO)


Er werd reeds vermeld dat een analyse voor tweerichtingsverkeer in de Pas van het Zandniet relevant is. Het is wel interessant te weten wat de nodige vaargeulbreedte zou zijn

om tweerichtingsverkeer toe te laten onder de heersende omstandigheden. Wanneer tweeschepen elkaar ontmoeten zal de langsstroming een negatieve invloed hebben op hetgedrag van het ene schip en een positieve op het andere. Daarom moet voor de ROMopnieuw slechts één situatie beschouwd worden.De volgende figuur en tabel geven een beeld van de nodige vaargeulbreedte voortweerichtingsverkeer. Er wordt nog eens opgemerkt dat in de omgeving van hoog water

geen scheepvaart zal plaatsvinden en de nodige breedtes in die periode niet relevant zijnvoor het vaargeulontwerp.

-71-

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

800,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bre

edte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 31 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (tweerichtingsverkeer, Qmax)


Tabel 20 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (tweerichtingsverkeer, Qmax)

Het verloop van de curven voor tweerichtingsverkeer is analoog aan die voor

eenrichtingsverkeer. De huidige breedte van 300m moet wel nagenoeg verdubbeld wordenom tweerichtingsverkeer van Qmax-schepen mogelijk te maken.

-72-

3.5.3 Analyse Qflex


De volgende figuur en tabel geven een beeld van de nodige vaargeulbreedte in het Pasvan het Zand bij eenrichtingsverkeer van Qflex-schepen.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (NW->ZO)

Spanje (ZO->NW)

Figuur 32 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (eenrichtingsverkeer, Qflex)


Tabel 21 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (eenrichtingsverkeer, Qflex)

Het verloop van de bovenstaande grafieken is volledig analoog aan dat bij de Qmax-schepen. De huidige breedte van het Scheur volstaat duidelijk om eenrichtingsverkeer vanQflex-schepen toe te laten. Er wordt nog eens opgemerkt dat de pieken in de omgeving

van hoog water niet relevant zijn voor het vaargeulontwerp.

-73-


Zoals voor de Qmax-schepen wordt ook hier gekeken naar de breedte nodig voortweerichtingsverkeer. Figuur 34 en Tabel 22 tonen aan dat de huidige breedte van de Pasvan het Zand niet volstaat voor tweerichtingsverkeer van Qflex-schepen.

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 33 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (tweerichtingsverkeer, Qflex)


Tabel 22 - Vaargeulbreedte Pas van het Zand (tweerichtingsverkeer, Qflex)

-74-

3.5.4 Analyse containerschip


Tenslotte wordt ook het containerschip beschouwd in de Pas van het Zand. Onderstaandefiguur en tabel geven een beeld van de nodige vaargeulbreedte.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje (NW->ZO)

Spanje (ZO->NW)

Figuur 34 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (eenrichtingsverkeer, container)


Tabel 23 –Vaargeulbreedte Pas van het Zand (eenrichtingsverkeer, container)

In het Scheur is het containerschip volgens PIANC maatgevend voor de vaargeulbreedte.In de Pas van het Zand daarentegen is de nodige breedte voor het containerschip volgens

de verschillende richtlijnen kleiner dan voor de Qmax. Dit heeft vooral te maken met hetverschil in vaarsnelheid. Wanneer een containerschip in de Pas van het Zand vaart, wordtde snelheid teruggebracht van 16kn tot 10kn. Een Qmax vaart aan 12kn in het Scheur enaan 8kn in de Pas van het Zand.De richtlijn van PIANC maakt gebruik van snelheidsklassen en de klassengrenzen liggenbij 8kn en 12kn. De figuren 25 en 26 tonen aan dat de sprong in de vaargeulbreedte bij

12kn groter is dan bij 8kn. De nodige breedte voor een containerschip in de Pas van hetZand zal volgens PIANC dan ook sterker afnemen dan die voor de Qmax.

-75-


De nodige breedte voor tweerichtingsverkeer wordt getoond in onderstaande grafiek entabel.

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

700,0

-6 -4 -2 0 2 4 6

tijd tov HW (u)

bre

ed

te(m

)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 35 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (tweerichtingsverkeer, container)


Tabel 24 – Vaargeulbreedte Pas van het Zand (tweerichtingsverkeer, container)

Volgens de ROM en de richtlijn van PIANC zijn de Qmax-schepen bepalend voortweerichtingsverkeer. Met betrekking tot de ontwerpmethode van PIANC kan dezelfdeopmerking gemaakt worden als bij het eenrichtingsverkeer.De vaargeulbreedte volgens de Japanse richtlijn kent een grote piek nabij hoog water. Denodige breedte voor het oplopen en ontmoeten van containerschepen is volgens de

Japanse richtlijn namelijk aanzienlijk groter dan voor LNG-tankers.

-76-

3.5.5 Conclusie

Net zoals bij de analyse van het Scheur worden de grootste breedtes bekomen met de‘design guide’ van PIANC en de kleinste op basis van de Japanse richtlijn. Debreedteverschillen kunnen ook hier vooral worden toegedicht aan de toeslagen voorgolfwerking en oevereffecten. De beperkte vaarsnelheden in de Pas van het Zand zorgener wel voor dat de verschillen tussen de resultaten kleiner zijn dan bij het Scheur. De

nodige vaargeulbreedtes uitgaande van de ROM en de Japanse richtlijn stijgen immers bijafnemende snelheid terwijl ze volgens PIANC dalen.

Gedurende een bepaalde periode zal er geen scheepvaart in de Pas van het Zand mogelijkzijn als gevolg van de grote dwarsstromingen (> 2kn). De nodige vaargeulbreedte werd

echter wel bepaald onder deze omstandigheden. De curven uitgaande van de ROM en deJapanse ontwerpmethode vertonen een uitgesproken maximum één uur voor het optredenvan hoog water. De dwars- en langsstroomsnelheid bedragen daar respectievelijk 3 en2kn. De grafieken uitgaande van PIANC vertonen een eerder afgevlakt maximum in denabijheid van hoog water. Terwijl de dwarsstroomsnelheid op één uur tijd verdubbelt

(Figuur 28), neemt de nodige vaargeulbreedte slechts weinig toe. De additionele breedtevoor de dwarsstroming blijft immers constant voor stroomsnelheden groter dan 1,5kn.

Ondanks zijn kleinere lengte is het Qmax-schip bijna steeds maatgevend voor devaargeulbreedte voor zowel een- als tweerichtingsverkeer. In de richtlijn van PIANC wordt

immers een toeslag van een volledige scheepsbreedte in acht genomen om rekening tehouden met de risicovolle lading. In de ROM en de Japanse richtlijn is deze breedtetoeslagklein tot zelfs onbestaande maar neemt de drift sterk toe met afnemende snelheid (cf.3.4.5).Het containerschip zal volgens de Japanse ontwerpmethode wel bepalend zijn bij

tweerichtingsverkeer. Volgens deze richtlijn zijn de interactiekrachten tijdens hetontmoeten immers groter bij containerschepen dan bij LNG-tankers.

De analyses hebben uitgewezen dat eenrichtingsverkeer in de Pas van het Zand geenproblemen oplevert. De nodige breedtes bij hoog water zijn niet relevant voor hetvaargeulontwerp aangezien er op dat moment geen scheepvaart zal plaatsvinden wegens

de sterke dwarsstroming. Wanneer deze maxima buiten beschouwing gelaten worden,bedraagt de nodige breedte voor de Pas van het Zand volgens PIANC 291,5m. De ROMstelt een vaargeulbreedte van 271,0m voorop en volgens de Japanse richtlijn is er slechts191,7m vereist.De voorgaande berekeningen maken duidelijk dat tweerichtingsverkeer in de Pas van het

Zand onmogelijk is. De minimale nodige vaargeulbreedte bedraagt onder de gegevenomstandigheden 500m. Het spreekt voor zich dat ook het oplopen van schepen niet vantoepassing is in de toegangsgeul tot Zeebrugge.

-77-

Hoofdstuk 4

Analyse Panamakanaal

4.1 Inleiding

Het Panamakanaal verbindt sinds 1914 de Atlantische met de Pacifische Oceaan. Hetkanaal heeft een lengte van ruim 80km en bestaat voor een groot deel uit meren die via

nauwere secties met elkaar verbonden zijn. Langs het toegangskanaal aan de Atlantischezijde wordt via een eerste sluizencomplex het Gatunmeer bereikt, vandaar leidt de RioChagres tot aan de Gaillard Cut en via een laatste sluizencomplex komt men uiteindelijk inhet kanaal richting Pacifische Oceaan (appendix H) [17].

Het Panamakanaal speelt reeds lange tijd een belangrijke rol in het intercontinentaletransport. Schepen moeten immers niet meer rond Zuid-Amerika om van de Atlantischenaar de Pacifische Oceaan te varen en vice versa. In 2005 werd 280 miljoen PCUMS ton9

getransporteerd doorheen het Panamakanaal. Momenteel heeft het kanaal een capaciteitvan ongeveer 340 miljoen PCUMS ton per jaar. Er wordt verwacht dat deze maximalecapaciteit bereikt zal worden tussen 2009 en 2011. Studies wijzen zelfs uit dat de

jaarlijkse trafiek op een termijn van 20 jaar zou toenemen tot 585 miljoen PCUMS ton.Ondanks de sterke toename van het getransporteerde volume doorheen het kanaal, blijfthet jaarlijks aantal transits nagenoeg constant. Dit wijst op een aanzienlijkeschaalvergroting van de schepen in het Panamakanaal. In 2011 zullen zelfs meer dan 35%van de containerschepen te groot zijn om het huidige kanaal te gebruiken [15].

Om tegemoet te komen aan de sterke groei van het transport over zee werd in opdrachtvan de ACP (Panama Canal Authority) een uitbreidingsproject voor het kanaal ontwikkeld,het ‘Third set of locks project’. Het project omvat onder andere de aanleg van nieuwesluiscomplexen aan zowel de Atlantische als de Pacifische kant van het kanaal en deverbreding en verdieping van zowel de nauwe Gaillard Cut als de vaarwateren in het

Gatunmeer. Momenteel is het kanaal bevaarbaar voor schepen met een maximale breedtevan 32,3m (panamaxbreedte) en lengte van 294m. Na de uitbreiding zal het kanaalgebruikt kunnen worden door post-panamaxschepen met een breedte van 49m en lengtevan 366m. Verdere concrete gegevens betreffende de geplande uitbreidingen komen in deloop van dit hoofdstuk aan bod [14][15][17][18].

In de volgende analyses worden het Gatunmeer en de Gaillard Cut beschouwd. Aan dehand van de verschillende richtlijnen [1][2][3] wordt de nodige vaargeulbreedte bepaaldvoor de relevante ontwerpschepen, zowel voor een- als tweerichtingsverkeer.

9 PCUMS staat voor Panama Canal Universal Measurement System. Eén PCUMS ton komt overeen

met ongeveer 100 kubieke voet laadruimte.

-78-

4.2 Ontwerpschepen

4.1.1 Schepen

De belangrijkste factoren die de capaciteit van het kanaal bepalen zijn de sluiscomplexenaan zowel de Pacifische als Atlantische zijde en de dimensies van de verschillende sectiesin het kanaal.

De huidige sluizen hebben een breedte van 33,5m en een lengte van 305m. Ze zijn er opvoorzien panamaxschepen te versassen met een maximale breedte van 32,3m, een lengtevan 294m en een diepgang van 12m (4500 TEU).De nieuwe sluizen moeten postpanamaxschepen toelaten met een breedte van 49m,lengte van 366m en een diepgang van 15m (12000 TEU). Daarnaast zal het kanaal ook

gebruikt worden door tankers en bulkcarriers van het type suezmax. Deze schepen meteen DWT van 150000 ton hebben een breedte van 44m, een lengte van 290m en eendiepgang van 15m [15][18].Naast de voorgaande schepen is het ook interessant de ‘panamax plus’ schepen tebeschouwen. De horizontale afmetingen van deze schepen zijn dezelfde als bijpanamaxschepen maar de diepgang bedraagt 14m waardoor ze niet in de huidige sluizen

kunnen.

De volgende tabel geeft de relevante eigenschappen van de verschillende schepen die bijde analyses van de vaargeulbreedte beschouwd worden.

Panamax Postpanamax Panamax plus SuezmaxDWT (ton) of capaciteit (TEU) 4500 TEU 12000 TEU 6000 TEU 150000 tonLoa (m) 294 366 294 290Lpp (m) 279 347 279 276Breedte (m) 32,3 49 32,3 44Diepgang (m) 12 15 14 15,00Windopp. lateraal (m²) 5.858 11.059 6200 3.671Windopp. frontaal (m²) 992 2.150 1100 1.201

Tabel 25 - eigenschappen ontwerpschepen

4.1.2 Ladingsrisico

Aan de hand van het IMO10-systeem worden gevaarlijke ladingen gecategoriseerd.Afhankelijk van de klasse waarbinnen de lading valt, wordt aan elk schip een PD(Precaution Designator) van 1 tot 7 toegekend. Hoe lager de PD-waarde, hoe strenger devoorzorgsmaatregelen die genomen moeten worden. Bepaalde schepen vereisenbijvoorbeeld vrije doorgang in nauwe secties van het kanaal. Er worden eveneens

restricties opgelegd met betrekking tot de gecombineerde breedte van twee schepen dieelkaar ontmoeten [16].Bij het toepassen van de ontwerprichtlijnen moet het ladingsrisico voor de verschillendeontwerpschepen worden ingeschat. Uit de IMO-classificatie kan worden afgeleid dat voorcontainerschepen weinig specifieke voorzorgsmaatregelen moeten genomen worden. Bij

10 International Maritime Organization

-79-

het transport van bepaalde bulkgoederen daarentegen is een vrije doorgang in de Gaillard

Cut en de Atlantische en Pacifische toegangskanalen vereist [16].Voor de containerschepen (panamax, postpanamax en panamax plus) wordt daarom eenlaag risico in acht genomen. In de Spaanse ontwerpmethode komt dit overeen met eenEmax van 0,5. Aangezien de suezmaxschepen eventueel gevaarlijke ladingen doorheen hetkanaal transporteren, wordt hiervoor een hoog risico aangenomen (Emax = 0).

4.1.3 Vaarsnelheid

Door de afwezigheid van getijden en stroming blijven de ontwerpomstandigheden in hetPanamakanaal nagenoeg constant. De vaargeulbreedte zal in de volgende analyses danook bepaald worden in functie van de vaarsnelheid. De resultaten kunnen vervolgensvergeleken worden met de richtsnelheden die in de verschillende kanaalsecties in acht

genomen worden. In de Gaillard Cut wordt gevaren met een snelheid van 6 à 8kn, op hetGatunmeer bedraagt de snelheid 10 à 12kn.

-80-

4.2 Ontwerpomstandigheden

4.2.1 Waterdiepte

In het Gatunmeer en de Gaillard Cut is momenteel een waterdiepte van 15,6mbeschikbaar tijdens droge perioden. Het ‘Third set of locks’ project voorziet echter eenverdieping van beide secties met 1,2m. Bij de analyse van het vernieuwde kanaal magdaarom rekening gehouden worden met een waterdiepte van 16,8m. In het Panamakanaal

moet geen dieptevariatie ten gevolge van getijden in acht genomen worden [15].In de Japanse ontwerpmethode is de waterdiepte buiten de vaargeulen een belangrijkeparameter bij de bepaling van de oevereffecten. Over de bathymetrie van het Gatunmeerzijn echter weinig gegevens beschikbaar. Daarom wordt een conservatieve waterdiepteDout aangenomen van 5m. Bij de analyse van de Gaillard Cut moet de waterdiepte Dout

gelijkgesteld worden aan 0m.

4.2.2 Wind

Een schip zal slechts beïnvloed worden door de wind indien deze gedurende een bepaaldetijd aanhoudt. Krachtige windstoten van enkele seconden zullen niet volstaan om een

schip uit koers te brengen.De in acht te nemen windsnelheid wordt dan ook bepaald op basis van metingenuitgevoerd aan de luchthaven van Balboa (Tabel 26) [19].

Yearjan feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec

1985 25,7 28,5 33,4 29,6 26,1 31,4 21,5 20,4 25,7 23,5 27,2 25,21986 25,0 25,7 30,5 27,9 27,9 26,1 33,8 46,0 23,5 19,5 24,1 24,61987 29,6 31,2 28,1 26,8 24,3 26,5 20,8 23,9 21,2 22,3 22,8 23,01988 26,5 25,2 29,9 25,4 23,2 25,0 23,5 22,3 27,0 24,1 20,1 25,71989 24,3 35,2 30,1 24,6 25,0 21,1 42,3 34,3 22,6 26,5 24,3 26,81990 25,0 24,6 30,8 27,9 33,2 50,9 36,6 23,9 24,6 21,9 21,9 23,51991 24,8 34,3 27,2 29,4 23,9 24,8 34,3 25,2 24,6 24,8 21,0 21,21992 26,8 27,4 27,7 25,4 27,0 31,4 27,2 32,3 28,5 38,3 33,0 20,61993 25,9 26,5 28,3 24,8 23,7 29,9 28,1 25,2 35,6 21,0 25,2 24,31994 25,2 28,1 33,4 28,3 24,1 25,9 23,0 22,1 24,1 23,2 25,0 23,51995 28,3 26,8 29,6 23,0 29,0 25,0 26,5 30,3 27,9 29,0 23,7 21,71996 25,0 23,7 30,8 23,9 21,2 21,7 23,7 21,5 19,7 23,2 23,9 21,21997 22,3 23,0 26,3 25,0 22,8 26,5 29,0 30,1 29,4 20,8 24,3 28,11998 27,0 25,2 30,1 30,5 24,8 30,1 23,2 25,9 22,1 27,7 23,5 23,01999 23,5 25,0 24,8 24,6 21,0 22,3 23,2 21,5 21,7 26,3 21,5 27,22000 33,4 25,2 25,0 26,5 27,0 21,9 25,4 33,3 28,1 23,1 25,1 24,82001 24,3 25,9 25,5 24,5 24,0 30,5 22,3 28,9 29,4 22,3 22,1 24,42002 22,8 25,4 24,5 28,4 - - - - - - -

Maximum 33,4 35,2 33,4 30,5 33,2 50,9 42,3 46,0 35,6 38,3 33,0 28,1Minimum 22,3 23,0 24,5 23,0 21,0 21,1 20,8 20,4 19,7 19,5 20,1 20,6Average 25,9 27,1 28,7 26,5 25,2 27,7 27,3 27,5 25,6 24,6 24,0 24,0

Balboa FAA Monthly Maximum Wind Speed (mph)

Tabel 26 – maandelijkse maximale windsnelheid gedurende 20sec (mph) [19]

-81-

Vanaf 1985 tot 2002 wordt de maandelijkse maximale windsnelheid gegeven die

gedurende 20sec aanhoudt. Hierbij wordt opgemerkt dat de snelheden in de tabel zijnuitgedrukt in landmijl per uur (mph) in plaats van zeemijl per uur (kn).Voor elke maand wordt het gemiddelde bepaald van de opgetekende maxima. Hetgrootste gemiddelde wordt bereikt in maart en bedraagt 28,7mph (33kn). Deze waardezal in de verdere analyses van het Panamakanaal gebruikt worden.

4.2.3 Golven

Zowel de Gaillard Cut als het Gatunmeer gelden als beschermde vaargeulen. Er moet geengolfwerking in rekening gebracht worden bij de bepaling van de vaargeulbreedte.

4.2.4 Stroming

In de nabijheid van de Rio Chagres kunnen lichte stromingen waargenomen worden. Deze

kunnen echter verwaarloosd worden bij de analyse van de vaargeulbreedte.

4.2.5 Bodem

De Gaillard Cut is een kanaal volledig uitgegraven in rots. De bodem mag daar dan ookruw en hard ondersteld worden. Het Gatunmeer is een artificieel meer dat ontstond doorhet afdammen van de Rio Chagres. De bodem van het meer is eerder zacht.

4.2.6 Oevers

De oevers van de Gaillard Cut zijn steil en hard, de banken die de vaargeul in hetGatunmeer begrenzen worden eerder gecatalogeerd als zwakke oevers.

4.2.7 Navigatiehulp

Op het Gatunmeer zijn de schepen vooral aangewezen op eigen navigatiesystemen.

Hierbij wordt aangenomen dat de hedendaagse schepen uitgerust zijn met vrijnauwkeurige plaatsbepalingssystemen als D-GPS.In smallere secties zoals de Gaillard Cut kan er gebruik gemaakt worden van diversenavigatiehulpen die langsheen het kanaal zijn opgesteld. Zo zijn de kanaalgrenzenvoorzien van lichten om ’s nachts transits mogelijk te maken. Daarnaast zijn er ook

geleidingslichten en sectorlichten geplaatst om een nauwkeurige koersbepaling toe telaten. Met behulp van deze navigatiesystemen wordt de maximale zijdelingse afwijkingvan een schip beperkt tot 6m (Figuur 36) [17].In de Gaillard Cut wordt daarom per schip een extra breedte van 12m in acht genomenom rekening te houden met de nauwkeurigheid van de positiebepaling. Hier wordt dus een

andere (meer correcte) breedtetoeslag gebruikt dan in de ontwerpmethodes wordtgegeven. In het Gatunmeer worden de breedtetoeslagen in acht genomen die deverschillende richtlijnen geven voor het gebruik van D-GPS.

-82-

Figuur 36 – Sectorlichten Gaillard Cut [17]

4.2.8 Verkeersintensiteit

Momenteel varen ongeveer 14000 schepen per jaar doorheen het Panamakanaal, dit komtneer op 39 schepen per dag. Na de uitbreidingswerken worden jaarlijks 17000 transitsverwacht wat overeenkomt met 47 schepen per dag [14].Rekening houdend met het feit dat niet alle schepen ’s nachts het kanaal kunnen

gebruiken, kan er besloten worden dat er op bepaalde momenten van de dag een hogeverkeersintensiteit zal zijn (meer dan 3 schepen per uur).

-83-

4.3 Analyse Gaillard Cut

4.3.1 Inleiding

De Gaillard Cut is een 12,6km lange sectie van het Panamakanaal die de Rio Chagresverbindt met het sluizencomplex aan de Pacifische Oceaan. De Cut is een van de nauwstedelen van het kanaal en speelt een bepalende rol in de organisatie van het verkeer op hetkanaal. Er zijn namelijk strenge restricties opgelegd aan de schepen die elkaar kunnen

ontmoeten in de Gaillard Cut [16]. Onderstaande foto geeft een beeld van de smallekanaalsectie.

Figuur 37 – Gaillard Cut

Momenteel bedraagt de breedte van de Gaillard Cut 192m en wordt er een waterdieptevan 15,6m gegarandeerd. Het ‘Third set of locks’ project voorziet echter een verbreding

van het kanaal tot 218m en een verdieping tot 16,8m. Samen met de bouw van groteresluizen moeten deze werken zorgen voor een grotere capaciteit van het kanaal [15].

In de volgende analyses zullen beide situaties beschouwd worden. Voor de huidigekanaalafmetingen wordt nagegaan of een- en tweerichtingsverkeer met schepen van het

type panamax of panamax plus mogelijk is. Daarnaast wordt eenrichtingsverkeer voorpostpanamax- en suezmaxschepen bekeken in de uitgebreide Gaillard Cut. Voor deberekeningen worden telkens de ontwerpomstandigheden aangenomen zoals bepaaldonder 4.2.Om de verschillende richtlijnen met elkaar te vergelijken wordt de breedte telkens bepaald

voor vaarsnelheden gaande van 5 tot 12kn. Schepen zullen echter niet sneller varen dan8kn in de Gaillard Cut.

-84-

4.3.2 Analyse Panamax

Bij de analyse van de panamaxschepen worden de huidige dimensies van de kanaalsectiein acht genomen (192m breed en 15,6m diep). De kielspeling voor de panamaxschepenbedraagt dan 3,6m wat overeenkomt met 30% van de waterdiepte.Berekeningen wijzen echter uit dat een beperkte toename van de waterdiepte weinig totgeen invloed heeft op de nodige vaargeulbreedte. Uit de volgende resultaten kunnen

daarom ook besluiten getrokken worden met betrekking tot het verkeer in de Cut na deuitbreiding (218m breed en 16,8m diep). In deze situatie bedraagt de kielspeling vanpanamaxschepen 40%.In deze paragraaf wordt de nodige breedte voor eenrichtingsverkeer bepaald en er wordtnagegaan of er volgens de verschillende richtlijnen momenteel tweerichtingsverkeer

mogelijk is in de Gaillard Cut.


De volgende figuur en tabel geven een beeld van de nodige vaargeulbreedte bijeenrichtingsverkeer van panamaxschepen. Er wordt opgemerkt dat met de ROM inbeschermde vaargeulen geen snelheden van groter of gelijk aan 12kn kunnen beschouwdworden.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 38 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (eenrichtingsverkeer, panamax)

min (m) max (m) gemiddeld (m)PIANC 121,8 150,9 137,3Japan 159,2 165,2 160,8Spanje 132,1 155,7 145,8

Tabel 27 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (eenrichtingsverkeer, panamax)

-85-

Rekening houdend met de huidige breedte van 192m is eenrichtingsverkeer van

panamaxschepen zeker mogelijk in Gaillard Cut.De meest conservatieve vaargeulbreedtes worden in deze analyse bereikt met de Japanseontwerpmethode. Dit heeft in de eerste plaats te maken met de additionele breedte voorde oevereffecten. Het Scheur en de Pas van het Zand worden begrensd door zandbankenwaarvoor de corresponderende breedtetoeslagen verwaarloosbaar zijn. Voor steile

kanaaloevers zoals die in de Gaillard Cut voorkomen, wordt volgens de Japanse richtlijneen totale breedtetoeslag van 110m in acht genomen (meer dan drie scheepsbreedtes).De breedtes bepaald volgens de richtlijn van PIANC zijn in deze analyse eerder klein invergelijking met de breedtes uitgaande van de ROM en de Japanse richtlijn. Deafwezigheid van golfwerking speelt hierbij een belangrijke rol. Bij de analyses van het

Scheur en de Pas van het Zand werd immers nog een volledige scheepsbreedte in achtgenomen om rekening te houden met golven.De opwaartse sprong in de curven van de ROM en PIANC is te wijten aan desnelheidsklassen die in deze ontwerpmethodes gebruikt worden. Er wordt wel opgemerktdat de breedte volgens de ROM voor de rest een dalend verloop kent, de invloed van dewind op het schip wordt immers kleiner bij toenemende vaarsnelheid. Om dezelfde reden

neemt ook de vaargeulbreedte volgens de Japanse richtlijn af met toenemendevaarsnelheid. Aangezien de richtlijn van PIANC in deze analyse de kleinste breedtes levert,worden de verschillen tussen de ontwerpmethodes kleiner naarmate de snelheid stijgt.


Figuur 39 geeft het verloop van de nodige vaargeulbreedte voor tweerichtingsverkeer vanpanamaxschepen. Relevante getalwaarden zijn samengebracht in Tabel 28.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 39 –Vaargeulbreedte Gaillard Cut (tweerichtingsverkeer, panamax)

-86-


Tabel 28 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (tweerichtingsverkeer, panamax)

Het verloop van de curven voor tweerichtingsverkeer is volledig analoog aan dat vooreenrichtingsverkeer (Figuur 38).Uit de grafiek en tabel kan worden besloten dat tweerichtingsverkeer vanpanamaxschepen momenteel onmogelijk is in de Gaillard Cut. De minimale breedte die

voorkomt in de analyses bedraagt 256,8m terwijl er slechts een breedte van 192mbeschikbaar is. Zelfs de breedte na uitbreiding (218m) volstaat niet om hettweerichtingsverkeer van panamaxschepen toe te laten.

Bij de voorgaande berekeningen werd rekening gehouden met een sterke zijwind van

33kn. De invloed van deze parameter wordt nagegaan door de voorgaande analyses teherhalen bij lagere windsnelheden van 15kn en 0kn. De volgende figuren en tabellengeven de resultaten weer.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 40 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (wind 15kn)


Tabel 29 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (wind 15kn)

-87-

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 41 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (wind 0kn)


Tabel 30 – Vaargeulbreedtes Gaillard Cut (wind 0kn)

De voorgaande gegevens tonen aan dat zelfs bij de afwezigheid van wind geentweerichtingsverkeer van panamaxschepen mogelijk is in de Gaillard Cut. De breedte nauitbreiding volstaat volgens de richtlijnen van PIANC en Spanje wel om bij beperkte

windsnelheid het ontmoeten van schepen toe te laten.

De vaargeulbreedte bepaald volgens de Japanse ontwerpmethode wordt weinig beïnvloeddoor de veranderende windsnelheid. De resultaten uitgaande van de ROM daarentegenzijn wel sterk afhankelijk van de windintensiteit. Wanneer de windsnelheid afneemt van

33kn tot 0kn, wordt de nodige vaargeulbreedte ongeveer 70m kleiner. De breedte volgensPIANC tenslotte neemt af met ongeveer 30m wanneer de windsnelheid daalt van 33kn tot15kn. Een verdere daling heeft echter geen invloed meer op de resultaten.

-88-

4.3.3 Analyse Panamax Plus

De vorige analyses hebben aangetoond dat tweerichtingsverkeer van panamaxschepenzelfs na de geplande uitbreiding nagenoeg onmogelijk is in de Gaillard Cut. Gezien degelijkaardige horizontale afmetingen en grotere diepgang geldt dit ook voor de schepenvan het type panamax plus. Voor deze schepen wordt daarom enkel eenrichtingsverkeerin de huidige Gaillard Cut beschouwd.

De kielspeling voor de panamax plus schepen bedraagt 1,6m wat overeen komt met11,5% van de waterdiepte.

Op volgende figuur is het verloop van de vaargeulbreedte in functie van de vaarsnelheidgegeven. Minimale, maximale en gemiddelde waarden zijn samengevat in Tabel 31.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 42 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (eenrichtingsverkeer, panamax plus)


Tabel 31 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (eenrichtingsverkeer, panamax plus)

De nodige vaargeulbreedtes verschillen weinig met die bepaald voor panamaxschepen (cf.4.3.2). Volgens PIANC heeft een panamax plus schip slechts 7m meer nodig dan eenpanamaxschip om veilig doorheen de Gaillard Cut te navigeren. Volgens de ROM en deJapanse richtlijn zijn de verschillen tussen beiden scheepstypes zelfs onbestaande. De

huidige afmetingen van de Gaillard Cut volstaan dus ruimschoots om eenrichtingsverkeervan panamax plus schepen toe te laten.

-89-

4.3.4 Analyse Post Panamax

Na de voltooiing van het ‘Third set of locks’ project moet het Panamakanaal bevaarbaarzijn voor postpanamaxschepen. Het is niet de bedoeling dat deze schepen elkaarontmoeten in de Gaillard Cut. Het is daarom enkel relevant eenrichtingsverkeer tebeschouwen bij de analyse van dit type schepen.Bij de berekeningen wordt de waterdiepte in acht genomen die na uitbreiding van de Cut

beschikbaar is. De kielspeling voor deze schepen bedraagt dan 1,8m ofwel 12% van dewaterdiepte.

Volgende figuur en tabel geven een beeld van de nodige vaargeulbreedte voorpostpanamaxschepen in de Gaillard Cut.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 43 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (eenrichtingsverkeer, post panamax)


Tabel 32 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (eenrichtingsverkeer, post panamax)

Volgens de Japanse en Spaanse richtlijn is eenrichtingsverkeer van postpanamaxschepen

mogelijk in de verbrede Gaillard Cut. Volgens de ontwerpmethode van PIANC kunnen deschepen enkel doorheen de Gaillard Cut zolang hun snelheid beperkt blijft tot 8kn. Derichtsnelheid van de schepen in de Gaillard Cut situeert zich echter tussen de 6kn en 8knwaardoor eenrichtingsverkeer van postpanamaxschepen geen problemen zal opleveren.

-90-

4.3.5 Analyse Suezmax

De analyse van de suezmaxschepen verloopt analoog aan die van depostpanamaxschepen. Suezmaxschepen (bulkcarriers of tankers) verschepen echtergeregeld gevaarlijke ladingen waardoor het schip ondanks de kleinere afmetingen tochbepalend kan zijn voor de nodige vaargeulbreedte in de Gaillard Cut. Zoals in vorigeparagraaf wordt opnieuw enkel eenrichtingsverkeer beschouwd. Bij een waterdiepte van

16,8m bedraagt de kielspeling 1,8m ofwel 12%.

Onderstaande figuur en tabel geven de nodige vaargeulbreedtes voor suezmaxschepen bijeenrichtingsverkeer.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 44 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (eenrichtingsverkeer, suezmax)


Tabel 33 – Vaargeulbreedte Gaillard Cut (eenrichtingsverkeer, suezmax)

Zolang de vaarsnelheid beperkt blijft tot 8kn, is de nodige vaargeulbreedte volgens allerichtlijnen kleiner dan de beschikbare breedte in de Gaillard Cut (218m). Aangezien derichtsnelheid in de Cut 6 à 8kn bedraagt, worden er dan ook geen problemen verwacht bij

eenrichtingsverkeer van suezmaxschepen.De kleine windoppervlaktes van de bulkcarrier zorgen ervoor dat het schip minderonderhevig is aan de windkrachten dan de postpanamaxschepen. In vergelijking met decurven uit Figuur 43 daalt de breedte bepaald volgens de ROM en de Japanse richtlijnimmers weinig met de toenemende vaarsnelheid.

-91-

De nodige breedtes berekend met de richtlijn van PIANC zijn aanzienlijk groter dan deze

bepaald volgens de overige ontwerpmethodes. De vaargeulbreedte is volgens PIANCimmers sterk afhankelijk van de scheepsbreedte en deze is bij de beschouwdesuezmaxschepen vrij groot (44m). In de Japanse richtlijn en de ROM is ook de lengte vanhet schip een belangrijke factor en deze is in vergelijking met de breedte eerder beperkt(290m). De beschouwde panamaxschepen bijvoorbeeld (cf. 4.3.2) hebben slechts een

breedte van 32,3m bij een lengte van 294m.Daarnaast wordt voor het hoge ladingsrisico per schip een volledige scheepsbreedte alstoeslag in acht genomen. In de ROM is deze additionele breedte eerder beperkt en in deJapanse richtlijn zelfs onbestaande.

-92-

4.3.6 Conclusie

Op basis van de voorgaande analyses kan besloten worden dat de vaargeulbreedtesbepaald volgens de verschillende ontwerpmethodes meestal vrij dicht bij elkaar liggen.Het is dan ook niet mogelijk bepaalde richtlijnen al dan niet als conservatief tebestempelen.

Bij de analyse van de panamax- en panamax plus schepen geeft de Japanse richtlijn degrootste vaargeulbreedtes. Dit is vooral te wijten aan de grote breedtetoeslagen die inacht genomen worden om rekening te houden met de harde en steile kanaaloevers.De kleinste breedtes worden bekomen aan de hand van de richtlijn van PIANC. In dezeontwerpmethode is de vaargeulbreedte immers sterk afhankelijk van de scheepsbreedte

en komt de scheepslengte niet tussen in de berekeningen. De vaargeulbreedte blijft voorde slanke panamaxschepen (lengte/breedte ≈ 9) daarom eerder beperkt. In de ROM en deJapanse richtlijn daarentegen heeft de lengte van het schip een aanzienlijke invloed op denodige breedte.De analyses bij verschillende windsnelheden tonen aan dat de intensiteit van de wind een

belangrijke factor is bij de berekeningen op basis van de ROM. Het verschil invaargeulbreedte tussen een windsnelheid van 0kn en 33kn bedraagt 70m.

Bij de analyse van de postpanamaxschepen liggen de vaargeulbreedtes bepaald volgensde verschillende richtlijnen heel dicht bij elkaar. Bij het beschouwen van de suezmax

daarentegen levert de ontwerpmethode van PIANC resultaten die aanzienlijk hoger liggendan bij de ROM en de Japanse richtlijn. Dit kan toegedicht worden aan de kleinerelengte/breedte verhouding (≈ 6,5) van dit type schepen. Zoals hoger reeds besproken,wordt de vaargeulbreedte volgens PIANC immers sterk bepaald door de scheepsbreedte.Daarbij komt ook nog de vrij grote breedtetoeslag die in acht genomen worden om

rekening te houden met de eventueel risicovolle lading van het suezmaxschip.

Voorgaande berekeningen tonen aan dat eenrichtingsverkeer van postpanamax- ensuezmaxschepen mogelijk is in de verbrede Gaillard Cut zolang de vaarsnelheid beperktblijft tot 8kn. De maximaal optredende breedte bij de analyses bedraagt immers 205,6mterwijl na uitbreiding 218m beschikbaar is.

Eenrichtingsverkeer van panamax- en panamax plus schepen is zelfs mogelijk binnen dehuidige breedte en diepte van de Cut. Tweerichtingsverkeer daarentegen wordt zelfs naverbreding en verdieping onmogelijk geacht voor deze schepen. Zelfs wanneer een lagerewindsnelheid van 15kn in acht genomen wordt, bedraagt de nodige vaargeulbreedte nogsteeds 224,3m of meer.

Er wordt wel benadrukt dat op basis van de voorgaande analyses geen eenduidigebesluiten gevormd kunnen worden met betrekking tot het al dan niet mogelijk zijn vantweerichtingsverkeer. Hiervoor zijn meer gedetailleerde berekeningen noodzakelijk.

-93-

4.4 Analyse Gatunmeer

4.4.1 Inleiding

Het Gatunmeer is een artificieel meer dat ontstaan is door het afdammen van de RioChagres. De vaargeul in het meer heeft een lengte van 32,7km en vormt dus eenbelangrijke sectie van het Panamakanaal.Het meer speelt eveneens een belangrijke rol bij het versassen van schepen doorheen de

sluizen. Bij elke versassing stroomt er ongeveer 202000m³ water van het Gatunmeer naarde zee. Rekening houdend met ongeveer 14000 transits per jaar, komt dit neer op eenenorme hoeveelheid water. Aangezien de regenval in Panama seizoensgebonden is,fungeert het meer als een groot reservoir dat bij periodes van droogte de nodige reserveskan verschaffen.

Figuur 45 – het Gatunmeer

Momenteel heeft de vaargeul doorheen het Gatunmeer een diepte van 15,6m. De breedte

van de geul varieert van 243m tot 304m. Na de uitvoering van het ‘Third set of locks’project wordt overal een minimale breedte van 280m gegarandeerd en in bepaalde sectieszal de geul zelfs 366m breed zijn. De vaargeul wordt verdiept tot 16,8m en het maximalewaterniveau van het meer wordt met 0,4m omhoog gebracht. Via deze laatste ingreepwordt de capaciteit van het meer vergroot om meer transits doorheen de sluizen toe te

laten [15].

Uit de voorgaande analyses is gebleken dat eenrichtingsverkeer van panamax-,postpanamax- en suezmaxschepen geen probleem vormt in de Gaillard Cut. Gezien degrotere vaargeulbreedtes is het dan ook niet relevant deze situaties opnieuw te

beschouwen op het Gatunmeer, de volgende berekeningen worden daarom enkeluitgevoerd voor tweerichtingsverkeer.

-94-

4.4.2 Analyse Panamax

Bij de analyse van de panamaxschepen wordt de huidige waterdiepte van 15,6m in achtgenomen. De kielspeling van de schepen bedraagt dan 3,6m of 30%. Een kleineverandering van de waterdiepte heeft echter weinig tot geen invloed op de resultaten.Uitgaande van de volgende analyses kunnen daarom ook besluiten gevormd worden metbetrekking tot de vaargeul na uitbreiding (diepte 16,8m).

Volgende figuur en tabel geven een beeld van de vaargeulbreedte bij tweerichtingsverkeervan panamaxschepen.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bre

edte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 46 – Vaargeulbreedte Gatun Lake (tweerichtingsverkeer, panamax)


Tabel 34 – Vaargeulbreedte Gatun Lake (tweerichtingsverkeer, panamax)

In deze analyse bekomt men de meest conservatieve resultaten op basis van de ROM. Indeze richtlijn hebben de windsnelheden (vooral bij lage snelheden) immers een groteinvloed op de nodige vaargeulbreedte.

Bovenstaande resultaten tonen aan dat tweerichtingsverkeer mogelijk is in de sectieswaar de vaargeulbreedte 304m bedraagt. Volgens de Japanse richtlijn en deontwerpmethode van PIANC is zelfs niet meer dan 250m vereist om het ontmoeten vanpanamaxschepen toe te laten.

-95-

4.4.3 Analyse Post Panamax

In de Gaillard Cut is enkel eenrichtingsverkeer van postpanamaxschepen mogelijk. In devolgende analyse wordt nagegaan of deze schepen elkaar kunnen ontmoeten in devaargeul van het Gatunmeer. De waterdiepte na uitbreiding bedraagt 16,8m en decorresponderende kielspeling van de schepen 1,8m ofwel 12%.

De resultaten worden samengevat in onderstaande figuur en tabel.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 47 – Vaargeulbreedte Gatun Lake (tweerichtingsverkeer, post panamax)


Tabel 35 – Vaargeulbreedte Gatun Lake (tweerichtingsverkeer, post panamax)

Volgens de Japanse richtlijn en de ontwerpmethode van PIANC is tweerichtingsverkeervan postpanamaxschepen enkel mogelijk in de secties die verbreed zijn tot 366m. Denodige vaargeulbreedtes bepaald volgens de ROM daarentegen zijn bij lage snelheden tegroot om tweerichtingsverkeer toe te laten op het Gatunmeer.De vrij conservatieve resultaten bij deze analyse kunnen toegedicht worden aan enkele

factoren. In de ROM en de richtlijn van PIANC worden aanzienlijke toeslagen in achtgenomen om oevereffecten in rekening te brengen. De vaargeul in het Gatunmeer wordtechter begrensd door ondiepe zones die weinig tot geen invloed zullen hebben op hetgedrag van de schepen. In de Japanse richtlijn zijn de additionele breedtes voor deoevereffecten verwaarloosbaar maar wordt een grote toeslag (128m) in acht genomen

voor de interactie tussen de containerschepen die elkaar ontmoeten.

-96-

4.4.4 Analyse Suezmax

Tenslotte wordt ook het tweerichtingsverkeer van suezmaxschepen bekeken in devaargeul van het Gatunmeer. Bij een waterdiepte van 16,8m varen deze schepen met eenkielspeling van 1,8m (12%).

De volgende figuur geeft het verloop van de vaargeulbreedte in functie van de

vaarsnelheid. De minimale, maximale en gemiddelde breedtes zijn samengevat inonderstaande tabel.

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

450,0

5 6 7 8 9 10 11 12

vaarsnelheid (kn)

bree

dte

(m)

PIANC

Japan

Spanje

Figuur 48 – breedte Gatun Lake (tweerichtingsverkeer, suezmax)


Tabel 36 – breedtes Gatun Lake

Volgens de ROM is tweerichtingsverkeer van suezmaxschepen mogelijk in de verbrede

secties van 366m, volgens de Japanse richtlijn volstaat zelfs 280m om deze schepen telaten ontmoeten. Volgens PIANC is er geen tweerichtingsverkeer van suezmaxschepenmogelijk op het Gatunmeer. De bekomen breedtes zijn aanzienlijk groter dan die bepaaldvolgens Japanse en Spaanse richtlijnen. De oorzaken hiervan werden reeds vermeld bij deanalyse van suezmaxschepen in de Gaillard Cut. De richtlijn van PIANC levert grotere

breedtes dan de ROM en de Japanse richtlijn voor schepen met een kleine lengte/breedteverhouding. Daarnaast wordt ook een aanzienlijke toeslag in acht genomen om rekeningte houden met de gevaarlijke lading.

-97-

4.4.5 Conclusie

Afgaande op de voorgaande analyses is er opnieuw weinig verschil merkbaar tussen deverschillende resultaten.Bij de analyse van de panamax- en postpanamaxschepen worden de grootste breedtesbekomen aan de hand van de Spaanse richtlijn. In deze ontwerpmethode worden de grotewindoppervlaktes van de containerschepen immers concreet in rekening gebracht. De vrij

hoge windintensiteit zorgt daardoor voor een aanzienlijke drifthoek en corresponderendebreedtetoeslag. In de richtlijn van PIANC wordt enkel de windsnelheid beschouwd maarspeelt het scheepstype geen rol.Bij het beschouwen van de suezmaxschepen geeft de richtlijn van PIANC duidelijk demeest conservatieve resultaten. Dit heeft te maken met de kleine lengte/breedte

verhouding van deze schepen (cf. 4.3.5) en de grote toeslag die in acht genomen wordtvoor de eventueel risicovolle lading.

De voorgaande analyses tonen aan dat tweerichtingsverkeer van panamaxschepenmogelijk is in de secties waar de vaargeul 304m breed is. Volgens PIANC en de Japanse

richtlijn kunnen panamaxschepen elkaar zelfs ontmoeten bij een vaargeulbreedte vanongeveer 250m. Volgens deze ontwerpmethodes zal tweerichtingsverkeer dus mogelijkzijn in de volledige verbrede vaargeul (minimale breedte 280m).

Met betrekking tot tweerichtingsverkeer van postpanamax- en suezmaxschepen kunnen

geen eenduidige besluiten gevormd worden. Volgens de richtlijn van Japan en PIANC istweerichtingsverkeer voor beide scheepstypes mogelijk binnen de verbrede vaargeul.Volgens de ROM kunnen postpanamaxschepen elkaar hier niet ontmoeten. De grotebreedtes ten opzichte van de overige richtlijnen kunnen vooral toegeschreven worden aande grote windoppervlaktes.

Volgens de ontwerpmethode van PIANC is tweerichtingsverkeer van suezmaxschepenonmogelijk in de verbrede vaargeul. De conservatieve resultaten kunnen opnieuwtoegedicht worden aan de kleine lengte/breedte verhouding van deze schepen en detoeslag voor de gevaarlijke lading.

Om een duidelijk beeld te krijgen van tweerichtingsverkeer van postpanamax- en

suezmaxschepen op het Gatunmeer zijn meer gedetailleerde berekeningen noodzakelijk.

-98-

Hoofdstuk 5

Algemene conclusies

Het hoofddoel van deze scriptie was de kritische vergelijking van conceptuelevoorontwerpmethodes voor vaargeulen. De beschikbare ontwerprichtlijnen werdenhiervoor in de eerste plaats inhoudelijk met elkaar vergeleken. Aan de hand van dieliteratuurstudie kunnen reeds enkele interessante bevindingen geformuleerd worden.

In de eerste plaats kan worden opgemerkt dat de beschouwde richtlijnen het ontwerp vaneen vaargeul op een verschillende manier benaderen. De vaargeulbreedte wordt telkensgezien als de som van een aantal termen die welbepaalde effecten in rekening brengen(wind, stroming, golven,…). De bepaling van deze breedtetoeslagen verloopt echter

verschillend voor de diverse ontwerpmethodes.Volgens PIANC zijn de toeslagen functie zijn van één karakteristieke parameter(windsnelheid, stroomsnelheid, golfhoogte,…), de breedte van het ontwerpschip eneventueel de vaarsnelheid. Aangezien er gebruik gemaakt wordt van discrete waarden isde vaargeulbreedte geen continue functie van de verschillende invloedsparameters en kan

ze bijgevolg sterk variëren voor weinig verschillende ontwerpomstandigheden.In de Japanse methode wordt vooral gesteund op hydrodynamische berekeningen. Onderde heersende omstandigheden worden de drifthoek en corresponderende roerhoek van hetschip berekend. De roerhoek wordt gelimiteerd tot een maximale waarde en op basishiervan worden de breedtetoeslagen bepaald. Deze toeslagen zijn continue functies van de

verschillende invloedsparameters.In de ROM worden de drifthoek en corresponderende breedtetoeslag bepaald ten gevolgevan wind, stroming en golfwerking. De drifthoek is functie van de aangrijpende krachtenen de karakteristieken van het ontwerpschip. Voor de overige breedtetoeslagen wordt netals in de richtlijn van PIANC gebruik gemaakt van discrete waarden.

Over het algemeen worden in de verschillende ontwerpmethodes dezelfde parameters inacht genomen bij de bepaling van de vaargeulbreedte. De literatuurstudie wijst echter opeen duidelijk verschil tussen de richtlijn van PIANC enerzijds en de Spaanse en Japanserichtlijnen anderzijds.

In de ontwerpmethode van PIANC zijn alle toeslagen functie van de scheepsbreedte terwijlde lengte van het schip geen invloed heeft op de nodige vaargeulbreedte. Ook degeometrie van de bovenbouw en scheepsromp wordt niet in acht genomen bij de bepalingvan de additionele breedtes voor wind en stroming.Volgens de Spaanse en Japanse richtlijn is de lengte van het schip samen met de drifthoekbepalend voor de breedte van de vaargeul. Daarnaast worden ook de windoppervlaktes en

de vorm van de scheepsromp in rekening gebracht bij het bepalen van de drifthoek alsgevolg van wind en stroming.

-99-

Een tweede stap in de vergelijking van de ontwerpmethodes was de analyse van enkele

concrete situaties. Voor een representatief beeld werd gekozen voor locaties metuiteenlopende ontwerpomstandigheden. Nabij de haven van Zeebrugge zijn de schepenonderhevig aan golfwerking, getijden en aanzienlijke stromingen terwijl men in hetPanamakanaal dan weer te maken heeft met nauwe kanaalsecties en steile oevers. Deresultaten van de analyses laten toe de invloed van verschillende parameters op de

vaargeulbreedte te onderzoeken.

Uit de berekeningen kan onmogelijk worden besloten welk van de ontwerpmethodes demeest conservatieve resultaten geeft. Dit is immers sterk afhankelijk van deomstandigheden waaronder de vaargeulbreedte wordt berekend.

In de richtlijnen van PIANC wordt bijvoorbeeld een aanzienlijke breedtetoeslag in achtgenomen om rekening te houden met golfwerking op de schepen. Bij de analyse van hetScheur en de Pas van het Zand wordt dit vertaald naar een grotere vaargeulbreedte. Bijde beschouwing van het Panamakanaal komt dit echter niet tot uiting wegens deafwezigheid van golven.In geulen die begrensd worden door ondiepe zones (banken) is de interactie tussen de

schepen en de oevers/banken beperkt. Aangezien de Japanse ontwerpmethode rekeninghoudt met de waterdiepte buiten het vaarwater, zijn de nodige vaargeulbreedtes volgensdeze richtlijn aanzienlijk kleiner dan die volgens de ROM en PIANC. In kanalen begrensddoor steile oevers, zoals de Gaillard Cut, wordt dit echter niet weerspiegeld naar devaargeulbreedte.

In vaarwateren waar aanzienlijke stromingen voorkomen (Scheur, Pas van het Zand),onderscheidt de ROM zich van de overige richtlijnen. De vaargeulbreedte wordt hierimmers sterk beïnvloed door de langsstroming op het schip. In de richtlijnen van PIANC enJapan daarentegen is vooral de dwarsstroming bepalend voor het verloop van devaargeulbreedte. Met de langsstroming wordt in deze ontwerpmethodes weinig tot geen

rekening gehouden.Zoals reeds werd aangehaald wordt de breedte volgens PIANC bepaald op basis van descheepsbreedte, in de ROM en de Japanse richtlijn is eerder de lengte van het schipdoorslaggevend. Aan de hand van deze laatste twee ontwerpmethodes worden daaromgrotere vaargeulbreedtes bekomen voor slanke schepen (grote lengte/breedte

verhouding). De richtlijn van PIANC levert eerder conservatieve breedtes voor schepenmet een kleine lengte/breedte verhouding.De analyses bevestigen ook dat de grootste schepen niet steeds bepalend zijn voor devaargeulbreedte. In de ontwerpmethode van PIANC wordt immers een aanzienlijkebreedtetoeslag in acht genomen voor schepen die een gevaarlijke lading transporteren.

Daarnaast is de vaargeulbreedte in de verschillende richtlijnen afhankelijk van devaarsnelheid. Deze twee parameters kunnen ervoor zorgen dat kleinere schepen tochmaatgevend zijn voor de nodige breedte van het vaarwater.

Uit de analyses kunnen tot slot enkele korte besluiten gevormd worden met betrekking tot

de behandelde vaarwateren. In het Scheur is eenrichtingsverkeer mogelijk voor allebeschouwde ontwerpschepen (Qmax, Qflex, containerschip type Emma Maersk). Volgensde richtlijnen van Japan en Spanje is zelfs tweerichtingsverkeer en oplopen van schepenmogelijk. De Pas van het Zand laat enkel eenrichtingsverkeer toe van de ontwerpschepen.

-100-

In de Gaillard Cut is enkel eenrichtingsverkeer mogelijk van de ontwerpschepen

(panamax, panamax plus, postpanamax, suezmax). Het Gatunmeer laat voor de schepenmet panamaxbreedte ook tweerichtingsverkeer toe. Volgens PIANC kunnensuezmaxschepen elkaar niet ontmoeten op het Gatunmeer terwijl volgens de ROM geentweerichtingsverkeer van postpanamaxschepen mogelijk is.

-101-

Referenties

[1] PIANC, Approach channels: a guide for design, 1997.

[2] JAPAN INSTITUTE OF NAVIGATION (STANDARD COMMITTEE), MINISTRY OF LAND,INFRASTRUCTURE AND TRANSPORT (NATIONAL INSTITUTE FOR LAND ANDINFRASTRUCTURE MANAGEMENT, PORT AND HARBOUR DEPARTMENT), Designstandard for fairway in next generation, April 2004.

[3] PUERTOS DEL ESTADO, ROM 3.1-99: Designing the maritime configuration ofports, approach channels and flotation areas, December 2003.

[4] PORT OF ANTWERP, Presentatie: Het belang van de Scheldeverdieping voor de

Scheldehavens.

[5] P&O PORTS, Presentatie: Presentation on Antwerp Port, Maart 2001.

[6] IALA, Aids to navigation guide (Navguide) edition 4, December 2001.

[7] VANTORRE M., Inleiding tot de Maritieme Techniek, cursus, Universiteit Gent, 2007.

[8] BRIGGS M., VANTORRE M., ULICZKA K., DEBAILLON P., Prediction of squat forunderkeel clearance.

[9] DAND I., Some measurements in interaction between ship models passing onparallel courses, NMI R108, Augustus 1981.

[10] YOSHIMURA Y., Mathematical model for the manoeuvring ship motion in shallowwater, Journal of the Kansai society of naval architects nr. 200, Japan, Maart 1986.

[11] TAKAGI M., Ship motion in shallow water nr.3, Transactions of the west-Japansociety of naval architects nr. 54, 1977.

[12] HONDA K., Outline of ship handling (5th edition), seizandoshoten, 1998.

[13] KIJIMA K., QING HE, Manoeuvring motion of a ship in the proximity of bank wall,Journal of the society of naval architects of Japan nr. 162, 1983.

[14] BENITEZ E., Presentatie: Panama Canal Third set of locks project, Juli 2006.

[15] ACP, Factsheet Third set of locks project, April 2006.

[16] ACP, MR Operations manual, Juli 2002.

-102-

[17] LANGMAN P., Presentatie: Panama Canal expansion program, Januari 2005.

[18] CHERYL G., Presentatie: Panama Canal new locks, Maart 2007.

[19] ACP, Tank test of vessel entry and exit for third set of locks, Model tests 12000 TEU

Final report.

[20] www.vts-scheldt.net, maart 2008.

[21] www.portofzeebrugge.be, maart 2008.

[22] www.vlaamsehydrografie.be, april 2008.

[23] www.portofantwerp.com, mei 2008.

[24] www.pianc.nl, mei 2008.

[25] https://exchange.dnv.com, april 2008.

[26] www.kustatlas.be, april 2008.

-103-

Appendix A: Figuren van Lee en Kijima

h/d = 1,2 U2/U1 = 1,2

U1 = 10kn L2/L1 = 1 Sp12/L variabel

-104-

h/d = 1,2 U2/U1 = 1,2 U1 = 10kn Sp12/L1 = 0,2 L2/L1 variabel

-105-

Appendix B: Verticale scheepsbewegingen

0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00Lpp (m)

75 0,10 0,17 0,34 0,58 0,76 1,02 1,30 1,58100 0,05 0,14 0,28 0,46 0,65 0,87 1,12 1,36150 0,00 0,09 0,20 0,34 0,51 0,69 0,87 1,08200 0,00 0,05 0,15 0,26 0,40 0,57 0,72 0,92250 0,00 0,03 0,10 0,21 0,33 0,48 0,63 0,80300 0,00 0,00 0,07 0,16 0,25 0,39 0,56 0,68400 0,00 0,00 0,04 0,11 0,18 0,31 0,51 0,58

Wave height (m)

Vertical displacement (m)

1. The wave height to which this table refers is the significant height Hs of the state ofthe sea. The vessel’s vertical movement obtained is also the significant one. The

maximum vertical movement may be determined by assuming that the correlationfactor with the wave height is constant and that, therefore, the vessel’s movementspectrum is proportional to the wave spectrum. It will be considered in thisassumption, and for determinist studies, that the vessel’s maximum verticalmovement is the resultant the Table’s values by the following factors:

Vessel in motion: 2.00 - Emax

Vessel anchored or moored: 2.35 - Emax

Where Emax is the maximum admissible Risk according to the characteristics of the

area and manoeuvre being analyzed.

Should semi-probabilistic studies be carried out, it will be assumed that thegreatest value of the vessel’s vertical movement in performing an isolatedmanoeuvre with a probability of being exceeded equal to m may be obtained byintegrating the function of density which represents the probability of the maximum

vertical movements associated to a group of Nw waves occurring; consequently,having made this integration, it will be deemed that the vessel’s maximum verticalmovement is the resultant of increasing the Table’s values by the following factor:

21

11

ln.707,0.

ww

NNf

Where ln is the natural logarithm of the term it accompanies. The number of wavesto be expected as a function of the time the vessel remains in the area under studywill be taken for Nw with a maximum value of 10 000.

-106-

2. The Table’s values are determined for loaded vessels (displacement > 90% of the

maximum), stopped vessels or vessels with reduced speed (Fnh < 0,05), located inareas with a water depth > 1,50 x vessel’s draught and with waves actinglongitudinally to the vessel’s axis (±15%).

3. The Table’s coefficients will be multiplied by the following factors for the partially

loaded vessels:

Displacement > 90% of maximum: 1,00 Displacement = 70% of maximum: 1,10 Displacement < 50% of maximum: 1,20

Displacement between 90% and 70%: linear interpolation between 1,00and 1,10

Displacement between 70% and 50%: linear interpolation between 1,10and 1,20

4. The correction as function of speed will be determined by multiplying the Table’s

values by the following factors:

Froude number < 0,05: 1,00 Froude number = 0,15: 1,25 Froude number > 0,25: 1,35 (*)

Froude number between 0,05 and 0,15: linear interpolation between 1,00and 1,25

Froude number between 0,15 and 0,25: linear interpolation between 1,25and 1,35 (*)

(*) The 1,35 factor may be less than 1,00 for low period waves action on longlength overall vessels. In other cases, lower values may be used based on specificdetail studies.

5. The influence of depth will be calculated by multiplying the Table’s values by the

following factors:

Water depth/vessel’s draught ratio > 1,50: 1,00 Water depth/vessel’s draught ratio < 1,05: 1,10 Ratio between 1,50 and 1,05: linear interpolation between 1,00 and 1,10

6. The influence of the wave action’s direction will be determined by multiplying theTable’s values of the following factors:

Angle between the vessel’s longitudinal axis and wave direction <15°: 1,00

Angle between the vessel’s longitudinal axis and wave direction =35°: 1,40 Angle between the vessel’s longitudinal axis and wave direction =90°: 1,70 Angles between 15 and 35°: Linear interpolation between 1,00 and 1,40 Angles between 35 and 90°: Linear interpolation between 1,40 and 1,70

-107-

7. For intermediate length overall values of the vessel, interpolation will be made

linearly between intervals.

8. Should several correction factors intervene, the product of the different individualfactors determined as per the preceding criteria will be used as a multiplier of theTable’s values.

-108-

Appendix C: Beleidsplan Zeebrugge

-109-

Appendix D: Vaargeulen Zeebrugge

-110-

Appendix E: Getijden Zeebrugge

uur doodtij middeltij springtij-6 1,04 0,7 0,39-5 1,25 1 0,7-4 1,6 1,4 1,2-3 2,15 1,85 1,7-2 2,8 2,7 2,5-1 3,6 3,85 4

HW 3,82 4,35 4,71 3,6 4,1 4,352 3,2 3,6 3,83 2,6 2,8 34 2 2 25 1,5 1,25 1,16 1,05 0,69 0,41

tijhoogte GLLWS (m)

-111-

Appendix F: Wind- en golfhoogtemetingen

Zeebrugge, maart 2008

-112-

Appendix G: Stroming Zeebrugge

G.1 Scheur

uur hoek (°) stroming (kn) dwars (kn) langs (kn) stroming (kn) dwars (kn) langs (kn)-6 263 1,6 0,19 1,59 1,2 0,15 1,19-5 245 1,6 0,68 1,45 1,2 0,51 1,09-4 233 1,2 0,72 0,96 1 0,60 0,80-3 197 0,9 0,86 0,26 0,8 0,77 0,23-2 133 1,2 0,82 0,88 1 0,68 0,73-1 91 2,2 0,04 2,20 1,3 0,02 1,30

HW 74 1,6 0,44 1,54 1,2 0,33 1,151 62 1,2 0,56 1,06 1 0,47 0,882 48 1 0,67 0,74 0,8 0,54 0,593 7 0,7 0,69 0,09 0,8 0,79 0,104 318 1,1 0,82 0,74 0,9 0,67 0,605 290 1,6 0,55 1,50 1,1 0,38 1,036 272 1,7 0,06 1,70 1,1 0,04 1,10

springtij doodtij

G.2 Pas van het Zand

uur hoek (°) stroming (kn) dwars (kn) langs (kn) hoek (°) stroming (kn) dwars (kn) langs (kn)-5,67 255 1,72 1,51 0,83 254 1,31 1,16 0,61-5,00 258 1,64 1,40 0,87 244 0,87 0,83 0,27-4,00 234 1,14 1,13 0,16 117 1,53 0,51 1,44-3,00 137 0,87 0,01 0,87 76 1,93 1,66 0,97-2,00 104 2,14 1,12 1,82 86 2,43 1,86 1,57-1,67 155 1,51 0,49 1,42 75 2,38 2,08 1,16-1,33 93 3,15 2,13 2,32 77 2,41 2,07 1,25-1,00 74 3,80 3,37 1,76 66 3,20 3,01 1,08-0,67 78 4,41 3,75 2,32 63 2,60 2,48 0,77-0,33 74 4,31 3,82 2,00 78 2,34 1,99 1,230,00 76 3,46 3,01 1,71 69 1,95 1,80 0,750,33 72 2,74 2,47 1,19 69 1,83 1,69 0,720,67 58 2,20 2,15 0,47 78 1,63 1,39 0,851,00 63 2,52 2,40 0,76 84 1,52 1,19 0,941,33 54 1,95 1,93 0,29 69 1,51 1,39 0,591,67 61 2,03 1,96 0,52 63 1,09 1,04 0,332,00 46 1,30 1,30 0,00 327 0,81 0,15 0,803,00 266 1,10 0,84 0,70 262 1,29 1,05 0,754,00 263 2,77 2,22 1,66 268 2,44 1,80 1,644,33 259 2,67 2,23 1,46 262 2,11 1,72 1,234,67 261 2,61 2,13 1,50 258 1,86 1,58 0,985,00 256 2,28 1,97 1,15 270 2,00 1,44 1,395,33 258 2,51 2,13 1,34 258 1,71 1,45 0,895,67 255 2,28 1,99 1,10 259 1,58 1,33 0,866,00 272 2,87 2,00 2,05 254 1,44 1,27 0,686,33 247 2,45 2,29 0,88 251 1,35 1,22 0,56

Springtij Doodtij

-113-

uur hoek (°) hoek (rad) stroming (kn) dwars (kn)-5,67 252 3,59 1,53 1,38-5,00 246 3,50 1,45 1,36-4,00 241 3,40 1,04 1,01-3,00 128 1,43 0,89 0,12-2,00 103 0,99 2,52 1,39-1,67 103 1,00 2,55 1,38-1,33 84 0,67 3,07 2,41-1,00 84 0,66 3,74 2,95-0,67 73 0,47 3,49 3,11-0,33 81 0,62 3,39 2,760,00 77 0,54 2,94 2,510,33 65 0,32 2,96 2,810,67 65 0,32 2,13 2,021,00 65 0,32 2,06 1,961,33 61 0,26 1,69 1,631,67 58 0,20 1,58 1,542,00 45 -0,02 1,18 1,183,00 313 4,66 1,18 0,064,00 267 3,86 2,23 1,684,33 273 3,96 2,64 1,794,67 263 3,78 1,93 1,555,00 267 3,85 1,99 1,515,33 262 3,77 1,82 1,485,67 254 3,63 1,87 1,656,00 258 3,69 1,64 1,406,33 261 3,76 1,76 1,44

Middeltij

-114-

Appendix H: Het Panamakanaal

beoordeling van ontwerpmethodes voor vaargeulen...

Documents