Aanleiding van het project

Context
Schutsluizen gelegen tussen zout en zoet water vormen naast een bescherming tegen hoogwater de toegang voor scheepvaart. Bij elke schutting lekken zij echter een volume van zout water de zoete binnenwateren in. Deze binnenwateren dienen als bron voor drinkwater en voor de agrarische sector. Daarnaast heeft de kwaliteit van deze wateren een sterk ecologisch belang. Met de groei van het volume transport over water en met de aanleg van nieuwe, grotere sluizen neemt de zoutindringing door schutsluizen nadrukkelijk toe.
Bellenschermen worden ingezet als methode om de zoutindringing te voorkomen. Verschillende recente onderzoeken beschouwen vernieuwde ontwerpen van bellenschermen, in de Stevinsluis (2010) en de Krammer jachtensluis (2014). Naast bellenschermen beschouwen deze studies ook het toepassen van een spoeldebiet van zoet water door de kolk, en van waterschermen. De studies voeden de keuze tussen het gebruik van zoet water (indien voldoende beschikbaar) of van energie (vooral voor bellenschermen). Het energiegebruik, en de installatiekosten voor grote compressoren, zijn aanleiding voor een gewenste optimalisatie van de bellenschermtoepassing.
Openstaande vraagstukken
Ten behoeve van een optimalisatie is fundamenteel begrip nodig van de werking van een bellenscherm als scheider van water van verschillende dichtheden. De uitgevoerde studies tonen dàt het bellenscherm als scheider werkt maar onvoldoende hóe. Onderstaand wordt een lijst gegeven van relevante, openstaande vraagstukken.
• Het effect van de belgrootte, en daarmee het ontwerp van het bellenscherm manifold op de prestatie als scheider van water met verschillende dichtheden;
• Het effect van de gelaagdheid in de kolk op de prestatie;
• De schaalbaarheid van de toepassing naar diepere kolken, met name gezien de grotere drukverschillen tussen weerszijden van het scherm;
• Het effect van de zoutconcentratie van het water op het gedrag van het bellenscherm;
• De robuustheid van het

Doel van het project

Het doel van het voorgestelde onderzoek is drieledig:
1. De kennis van de werking van het bellenscherm vergroten;
2. De representativiteit van schaalmodel- en van numeriek onderzoek vaststellen;
3. Aansluiting bij markt en wetenschap vinden op dit onderwerp.
Ad 1. Hiermee wordt bedoeld het vaststellen van hóe een bellenscherm werkt als scheider van water van verschillende zoutconcentraties. Hiertoe wordt de werking van de bellen op het water in kaart gebracht en wordt vastgesteld wat de gevoeligheid is van de prestatie van het scherm op verschillende randvoorwaarden en ontwerp of inzet van het bellenscherm.
Ad 2. Het vergelijken van schaalmodelmetingen op kleine schaal en van numerieke berekeningen met literatuur en met elkaar is hierin een belangrijke stap. Ook het vergelijken van resultaten op basis van metingen met verschillende verschalingen ofwel van verschillende berekeningsmethodieken i.h.g.v. numeriek onderzoek kan hiervan onderdeel zijn.
Ad 3. Een derde doel is om in het kader van de bellenschermtoepassing als scheider van water van verschillende dichtheden aansluiting te vinden bij de wetenschap en markt. Om deze reden wordt nagestreefd het onderzoek in nauwe samenwerking uit te voeren met m.n. de TUDelft, in het bijzonder de vakgroepen Transport Phenomena (o.a. prof. dr. Robert F. Mudde) en Process & Energy Fluid Mechanics (o.a. prof.dr.ir. Jerry Westerweel). Ook wordt samenwerking gezocht met de markt, om op de hoogte te zijn van hun ervaringen met het bellenscherm en van ontwikkelingen daarin of van metingen.

Omschrijving van de activiteiten

Verrichte acties tussen september 2016 en maart 2017
Vooruitlopend op het voorgestelde onderzoek zijn reeds enkele acties gestart.
Gedurende september t/m december heeft Deltares met een studente van de TUDelft metingen verricht op kleine schaal. Met name betrof het metingen in een goot met waterdiepte ca. 1 m en breedte 1 m. Deze metingen lieten een goede eerste overeenkomst zien met zowel schaalmodel- als in situ metingen uit literatuur. Gedurende het project is een aantal keer gesproken met prof. R.F. Mudde van de faculteit Technische Natuurwetenschappen. Vanuit deze faculteit werd een extra meetinstrument aan Deltares uitgeleend om meer inzicht te verkrijgen in de belgrootte en -snelheid. Tevens heeft dhr. Mudde en zijn promotiekandidaat M. Mandalahalli inhoudelijk bijgedragen aan het onderzoek. Ten slotte heeft de samenwerking ertoe geleid dat deze vakgroet twee MSc afstudeeronderzoeken heeft uitgeschreven gericht op een fundamenteel begrip van het gedrag van bellen in zout water en het kunnen meten van de belgrootte en stijgsnelheid m.b.v. geavanceerde meettechnieken.
De resultaten van het bovengenoemd meetonderzoek hebben ook geleid tot een extended abstract en een presentatie op de International Symposium on Shallow Flows (ISSF) komende juni 2017, waarmee verder wordt getracht om op het gebied van bellenschermen als scheider van water met verschillende dichtheden aansluiting te vinden in de internationale wetenschappelijke wereld.
In februari 2017 is gestart met een vijftal studenten onder gezamelijke begeleiding van Deltares en prof. J. Westerweel van de faculteit Werktuigbouwkunde. Deze studenten zullen een meetmethode ontwikkelen en valideren om de dichtheden aan weerszijden van een bellenscherm te meten in tijd en ruimte, op basis van videobeelden van testen waarin het zoute water gekleurd is. Deze testen stellen ons in staat om de verschillen tussen verschillende ontwerpen van bellenschermen, of van verschil in inzet (o.a. toegepast debiet) vast te

Verwachte resultaten

Het verwachte resultaat is dat onderzoeksmethodes op het gebied van bellenschermen als scheider van water met verschillende dichtheden zijn verbeterd. Een stap is gemaakt in de kennisontwikkeling m.b.t. hoe de prestatie van het bellenscherm geoptimaliseerd kan worden, en het is mogelijk geworden om hierin nader onderzoek uit te voeren met partners uit de markt en wetenschap.

Innovativiteit

De afgelopen jaren zijn studies uitgevoerd naar de toepassing van het bellenscherm in sluizen. Metingen onderschrijven de toepasbaarheid van deze bellenschermen. De werking van het bellenscherm als scheider van zout en zoet water wordt echter onvoldoende fundamenteel begrepen om opschaling naar grotere sluizen en optimalisatie van energieverbruik mogelijk te maken. Daarnaast mist benodigde kennis om onderzoek aan deze toepassing uit te voeren met overheden en marktpartijen: o.a. schaalfactoren, schaalregels en innovatieve meetmethodes. Dit zijn voorbeelden van de innovativiteit van het project.

Valorisatie

De kennis die in dit project wordt opgedaan zal worden gepubliceerd in (journal en/of conferentie) papers en worden gepresenteerd op conferenties. Toepassing in de praktijk valt buiten de scope van het onderzoek.

Link naar projectresultaten…

Aanleiding van het project

Voor het waarborgen van de waterveiligheid en waterzekerheid zijn goed functionerende waterbouwkundige constructies (natte kunstwerken) van essentieel belang. Een groot deel van deze constructies komt langzaam maar zeker aan het einde van hun technische ontwerplevensduur. De ontwerplevensduur van oude kunstwerken is doorgaans beperkt tot 50-100 jaar. Daar komt bij dat het werkelijk functioneren van deze constructies nadelig wordt beïnvloed door het intensievere gebruik dan bij het ontwerp was voorzien. Hierdoor ontstaat voor dergelijke constructies een omvangrijke en toenemende vervangings- en renovatieopgave wat voor de komende decennia kan leiden tot grote investeringen om de beschikbaarheid en de betrouwbaarheid in stand te houden.
Vanuit de behoefte bij beheerders en eigenaren van natte kunstwerken om kostenefficiënt om te gaan met de planning en prioritering van vervanging en renovatie van hun assets, is er een toenemende vraag naar kennis over het beheer van bestaande kunstwerken. Hierin spelen onder andere technische vraagstukken een rol, zoals de geschiktheid van beoordelingsmethoden om zo goed mogelijk het actuele en toekomstige veiligheidsniveau van de kunstwerken te kwantificeren. Andere vraagstukken betreffen de implementatie van innovatieve oplossingen die de levensduur effectief verlengen (bijvoorbeeld m.b.t. reparatie- en vervangingstechnieken) en het doeltreffend gebruik van informatie over daadwerkelijk gebruik van de infrastructuur.

Doel van het project

Het “Kennisprogramma Natte Kunstwerken” omvat gerichte studies en een validatietuin voor waterbouwkundige constructies. Hierin worden technische vraagstukken relevant voor de vervangings- en renovatieopgave van waterbouwkundige constructie beantwoord aan de hand van full-scale onderzoeken in een realistische ontwikkelomgeving. De full-scale onderzoeken vinden zowel binnen als buiten ontwikkellaboratoria plaats en worden uitgevoerd in samenwerking tussen TNO, andere kennisinstellingen, bedrijven, overheden en gebruikers. Binnen deze omgeving worden concepten, methoden en nieuwe technologieën gestructureerd onderzocht aan de hand van praktijkgegevens.
Het doel van het project “Kennisprogramma Natte Kunstwerken” is om de ontwikkeling, acceptatie, of (commerciële) verspreiding van innovatie te versnellen in een breed scala aan praktijksituaties door:
• aan de hand van object-specifieke inspectie, meet- en monitorgegevens, generieke kennis te ontwikkelen voor het beantwoorden van beheervragen;
• aan de hand van generieke kennis, risico’s te verkleinen bij het implementeren van nieuwe technologisch-geavanceerde ontwikkelingen;
• ten behoeve van het verkrijgen van ontbrekende praktijkgegevens, diverse full-scale meetlocaties te definiëren(INITIATIE-fase), inrichten (IMPLEMENTATIE-fase) en benutten (UITVOERINGS-fase).
Er is gekozen voor een indeling in drie categorieën praktijkvragen:
1) Gebruikszekerheid, gericht op het verbeteren van kennis voor het bepalen van de gebruikszekerheid;
2) Constructieve veiligheid, gericht op het verbeteren van kennis voor het toetsen van de sterkte & Stabiliteit van bestaande waterbouwkundige constructies;
3) Effectiviteit Innovatieve Oplossingen, gericht op het verbeteren van kennis voor het optimaliseren van innovatieve oplossingen voor levensduurverlenging.

Omschrijving van de activiteiten

Het onderhavige TKI voorstel omvat een aantal onderdelen uit het “Kennisprogramma Natte Kunstwerken” die vallen onder de ontwikkelrichting “Constructieve veiligheid”. Verbreiding naar overige categorie is voorzien in de toekomst.
1) Data analyseren en toepassen
De toegankelijkheid van conditiegegevens wordt verbeterd door een generieke datastructuur te creëren waar de grote verscheidenheid aan gegevens (inspecties, (N)DT, monitoringsgegevens, etc.) op eenduidige wijze in kan worden opgeslagen. Daarmee worden de gegevens (breed) toegankelijk voor nadere analyse t.b.v. kennisontwikkeling. De vraag strekt zich uit van wat er moet worden gemeten, wat dat kan opleveren, tot hoe verwerk en visualiseer je de verkregen informatie. Uitvoering vindt stapsgewijs plaats via een paar verdiepingsslagen.
2) Prestatie modelleren en beoordelen
De kennisontwikkeling richt zicht primair op het ontwikkelen van prestatiemodellen voor het vaststellen en voorspellen van de technische en functionele staat en (rest)levensduur van bestaande natte kunstwerken. Het doel is het opstellen, valideren en integreren van geavanceerde modellen die gebruik maken van (nieuw te ontwikkelen) effectieve meet-, monitor- en inspectiemethoden.
2) Praktijkgegevens inwinnen
De specificaties voor een full-scale meetlocatie worden uitgewerkt voor representatieve case(s). Hierbij wordt inzichtelijk gemaakt in hoeverre de in te winnen praktijkgegevens, al dan niet middels een rekenmodel, zullen worden benut bij of aanscherpen van methodieken of verbeteren van innovatieve oplossingen.

Verwachte resultaten

Uiteindelijk zal de TKI, naast de opgedane inzichten, leiden tot een generieke methodiek voor het toepassen van praktijkgegevens voor het beoordelen van de gebruikszekerheid en veiligheid van natte kunstwerken en de effectiviteit van innovatieve oplossingen.
Met betrekking tot de scope van dit TKI-Project “Kennisprogramma Natte Kunstwerken TNO fase 1” worden een aantal stappen gezet binnen de onderdelen “Data analyseren & toepassen“ Prestatie modelleren en beoordelen” en “Praktijkgegevens inwinnen” voor de ontwikkelrichting “Constructieve veiligheid”.
De volgende resultaten worden opgeleverd:
• Verbetering van modellen voor het bepalen van de betrouwbaarheid van natte kunstwerken incl. grond-constructie interactie.
• Het inwinnen van object-specifieke inspectie-, meet- en monitoringsgegevens ten behoeve van generieke kennis en model validatie (één of meer uitgewerkte cases).

Innovativiteit

Met de resultaten van dit project ontstaat een basis voor gevalideerde, generiek toepasbare methodiek voor het beoordelen van de civiele constructiedelen van natte kunstwerken ondersteund door gebruik van DATA uit meten, inspecteren en monitoren. Hierbij blijft de scope van dit TKI-Project “Kennisprogramma Natte Kunstwerken TNO fase 1” beperkt tot beoordelen van constructieve veiligheid. De resultaten leveren tevens input voor het in de toekomst beoogde uitwerking m.b.t. het beoordelen van gebruikszekerheid en effectiviteit van innovatieve oplossingen.

Valorisatie

Bij de ontwikkeling van de generiek toepasbare beoordelingsmethodiek wordt rekening gehouden met opname ervan in een norm of richtlijn. Dit kan betekenen aansluiten bij een bestaande norm of richtlijn of het opzetten van een zelfstandige richtlijn.
Om zorg te dragen voor een goede toepasbaarheid van de resultaten worden projectpartners uit de hele keten betrokken. Dit zijn de (mede-)probleemeigenaren, de leveranciers van producten, beheerders van de testfaciliteiten en certificerende instanties. Door hun participatie in het project raken zij direct en actief betrokken.
De resultaten van het onderzoek zijn verder toegankelijk voor de gehele bouwsector. Dit wordt gerealiseerd door publicaties in vakbladen, een website en presentaties op symposia.

Link naar projectresultaten…

Aanleiding van het project

Komende decennia bereikt een groot aantal natte kunstwerken het einde van de ontwerplevensduur. Dit leidt tot een grote vervangingsopgave van deze kunstwerken. Om deze opgave zo effectief en efficiënt mogelijk op te pakken moet de eis “Vlot en Veilig” ten aanzien van het passeren van een schutcomplex getoetst kunnen worden.

Doel van het project

In dit project leveren we een bijdrage aan de vervangingsopgave middels:
• Gevalideerde tools t.b.v. krachten tijdens nivelleren:
o Snelle toetstool: bepaling afvoer coëfficiënten en spreiding vulstraal
o Validatieset t.b.v. gedetailleerde ontwerptool
Een nadere (smart)-uitwerking van de verschillende onderdelen van het plan is gemaakt voor:
• Krachten op schip in een sluiskolk a.g.v. de vulstraal
• In situ metingen van krachten tijdens nivelleren
• Kennisprogramma Natte Kunstwerken; voorstel onderzoek 2017
Eind 2016/ begin 2017 zal met de geïnteresseerde partners besproken worden welke stappen dit jaar worden gezet.
De KIC Natte infrastructuur en kunstwerken streeft naar een duurzame vervanging, optimaal gebruik van bestaande en nieuwe kunstwerken.

Omschrijving van de activiteiten

2016: voorbereiding, afstemming met partners
1e kw 2017: informeren en betrekken andere geïnteresseerde partijen
1e kw 2017: opzetten en uitvoeren van metingen
2e kw 2017: berekeningen en validatieslag
3e kw 2017: Ontwikkeling gevalideerde tools
3e kw 2017: Workshop tbv delen resultaten
4e kw 2017: Verslaglegging workshop en publicatie

Verwachte resultaten

• Verbeterde inschattingsmogelijkheden bestaand en nieuw schutcomplex
• Levensduurverlenging kunstwerk, uitstel vervanging
• Vergroten capaciteit schutcomplex

Welke concrete tools (apps?) en instrumenten kunnen verwacht worden van het project?
• Toetstool: gratis beschikbaar voor gebruikers
• Ontwerptool: Richtlijnen voor gebruik gedetailleerde ontwerptools

Bij een positief resultaat van het project; is er uitzicht op voortzetting van de PPS?
Zeker, er is sprake van een gezamenlijk kennisprogramma Natte Kunstwerken voor de komende jaren, waarin Rijkswaterstaat met de markt en de kennisinstellingen de benodigde kennis wil ontwikkelen, beschikbaar maken en delen teneinde de opgaven zo efficient mogelijk op te pakken.

Innovativiteit

Afgelopen 2 jaar is intensief samengewerkt tussen kennisinstellingen (Deltares, TNO en MARIN) en Rijkswaterstaat om in beeld te brengen welke onderzoek voor de vervangingsopgave nodig is. Voor verschillende onderwerpen is gesignaleerd dat samenwerking met de markt zeer waardevol is. Uniek is dat we in deze samenwerking willen richten op:
– Optimaal gebruik sluis/ optimale capaciteit
– Koppeling van ontwikkelde kennis detailmodellen en hoge resolutie-meetdata met snelle en vrij beschikbare rekenmodellen
– Uitvoering van IN-situ metingen bij kunstwerken.

Valorisatie

Het project zal starten met een bijeenkomst waarin we met elkaar willen vastleggen hoe we de ontwikkelde kennis beschikbaar willen maken, maar ook hoe we deze basis kunnen uitrollen. In ieder geval maken we ons onderzoek op de volgende manieren beschikbaar:
• Kennis komt beschikbaar in Lockfill (gratis te downloaden), resultaten onderzoek ook beschikbaar via zelfde portal (4e kwartaal)
• Beschikbaar als afstudeeronderzoek (3e kwartaal)
• Workshop, waarin resultaten worden gepresenteerd (3e kwartaal)
• Richtlijnen waarin resultaten zijn verwerkt (4e kwartaal)

Aanleiding van het project

Doel van het project

Omschrijving van de activiteiten

Verwachte resultaten

Innovativiteit

Valorisatie

Aanleiding van het project

Doel van het project

Omschrijving van de activiteiten

Verwachte resultaten

Innovativiteit

Valorisatie

Aanleiding van het project

In Nederland is steeds meer belangstelling voor sleufloze technieken. De trend is om langere boringen, in uiteenlopende condities te willen maken. PWN bijvoorbeeld wil een horizontaal gestuurde boring uitvoeren onder het Marsdiep. Deze boring gaat tot 60 meter diep en heeft een lengte van 4500 meter.
Zowel de lengte van de boring als de omstandigheden (diepte, zout poriënwater) maken dat dergelijke boringen als grensverleggend kunnen worden beschouwd. De kwaliteit en eigenschappen van de boorvloeistof zijn van groot belang voor het slagen van de boring.
Doel van het project is om een relatie te leggen tussen reologie van de boorspoeling en de suspensie-eigenschappen onder stromingscondities.
In Nederland is steeds meer belangstelling voor sleufloze technieken. De trend is om langere boringen, in uiteenlopende condities te willen maken. PWN bijvoorbeeld wil een horizontaal gestuurde boring uitvoeren onder het Marsdiep. Deze boring gaat tot 60 meter diep en heeft een lengte van 4500 meter.
Zowel de lengte van de boring als de omstandigheden (diepte, zout poriënwater) maken dat dergelijke boringen als grensverleggend kunnen worden beschouwd. De kwaliteit en eigenschappen van de boorvloeistof zijn van groot belang voor het slagen van de boring.
Doel van het project is om een relatie te leggen tussen reologie van de boorspoeling en de suspensie-eigenschappen onder stromingscondities.

Doel van het project

Doelstelling van het onderzoek is om adviezen te kunnen geven ten aanzien van suspensie-eigenschappen (het risico op verzanding van het boorgat) op basis van de reologie van de boorvloeistof onder stromingscondities vergelijkbaar met werkelijk optredende condities tijdens de uitvoering.
Hiermee kunnen de uitvoeringsrisico’s voor kritische boringen zoals bijvoorbeeld de hierboven genoemde boring onder het Marsdiep, worden verkleind.

Uitgevoerde activiteiten

Activiteiten voor 2015 (gehele project):
• Kwaliteit van de boorvloeistof wordt bepaald volgens standaard boorspoelingstesten (reologie, filtratie performance, spoelingsgewicht) volgens API 13A (2010), API 13B (2009) en DIN 4126. Dit wordt uitgevoerd voor verschillende klei soorten, concentraties en zoutgehaltes.

Op basis van de uitkomsten van deze testen worden een aantal spoelingen gekozen waarbij de suspensie eigenschappen voor verschillende zanden worden bepaald.
• De suspensie eigenschappen van de boorvloeistof in aanwezigheid van bodemmateriaal (grond en poriewater) zal worden bepaald d.m.v. zogenaamde ‘Deltares Shear Cell’. Dit is een methode ontwikkeld door Deltares en staat gedetailleerd beschreven in de referentie. De resultaten zullen door Deltares worden geëvalueerd en worden vergeleken met standaard procedures.
Referenties
Talmon A.M., W.G.M. van Kesteren, L. Sittoni, E. Hedblom, 2014, Shear cell tests for quantification of tailings segregation, Canadian J. Chemical Engineering, vol.92, pp.362-373.
Activiteiten voor 2015 (gehele project):
• Kwaliteit van de boorvloeistof wordt bepaald volgens standaard boorspoelingstesten (reologie, filtratie performance, spoelingsgewicht) volgens API 13A (2010), API 13B (2009) en DIN 4126. Dit wordt uitgevoerd voor verschillende klei soorten, concentraties en zoutgehaltes.

Op basis van de uitkomsten van deze testen worden een aantal spoelingen gekozen waarbij de suspensie eigenschappen voor verschillende zanden worden bepaald.
• De suspensie eigenschappen van de boorvloeistof in aanwezigheid van bodemmateriaal (grond en poriewater) zal worden bepaald d.m.v. zogenaamde ‘Deltares Shear Cell’. Dit is een methode ontwikkeld door Deltares en staat gedetailleerd beschreven in de referentie. De resultaten zullen door Deltares worden geëvalueerd en worden vergeleken met standaard procedures.
Referenties
Talmon A.M., W.G.M. van Kesteren, L. Sittoni, E. Hedblom, 2014, Shear cell tests for quantification of tailings segregation, Canadian J. Chemical Engineering, vol.92, pp.362-373.

Gerealiseerde resultaten

Het eindresultaat is een relatie/ model waarmee een voorspelling gedaan kan worden over het uitzakgedrag van gronddelen in een boorspoeling. Hierdoor wordt het mogelijk om advies te geven aan opdrachtgevers. Tevens kunnen ontwerpende partijen kritischer (langere boringen) ontwerpen.

Daarnaast verwachten we aan te kunnen geven wat de maximale afgeboorde grond concentratie mag zijn. Hiermee kan een maximale boor- en ruimsnelheid (beter) worden bepaald, wat voor de uitvoering van een dergelijk project van belang is.

Op dit moment is er nog geen uitzicht op voortzetting van de PPS

Innovativiteit

De huidige trend in de sleufloze technieken en dus ook bij de horizontaal gestuurde boringen is dat er langere boringen in steeds uitdagendere omstandigheden worden uitgevoerd. Hierdoor nemen de eisen die aan boorspoeling worden gesteld toe: de marge tussen minimaal benodigde draagkracht en maximaal toelaatbare muddruk wordt kleiner. Echter het gedrag van deze spoelingen onder deze omstandigheden en over langere perioden is slecht bekend met als gevolg dat de gebruikelijke aanpak in de uitvoering (de boorspoeling viseuzer maken als men het idee heeft dat er te weinig cuttings uit het boorgat gedragen worden) niet meer voldoet.
Deltares heeft een Shear Cell ontwikkeld waarbij uitzakking van zand in boorspoeling wordt gemeten bij een bepaald schuifsnelheid (stroomsnelheid) representatief voor de omstandigheden in de boorgang bij een HDD. Ondanks (hoge) zwichtspanning van de boorspoeling zullen zandbestanddelen uit de losgeboorde grond langzaam uitzakken tijdens stroming naar het maaiveld. Om de mate van uitzakking te meten zijn meerdere stromingsproeven in de shear cell nodig. Met de huidige procedures API en DIN is het niet mogelijk om de component uitzakking mee te nemen.

Deze nieuwe manier van boorspoelingonderzoek levert naar verwachting meer inzicht op in de relatie tussen reologie en uitzakgedrag. Hierdoor zullen naar verwachting de boorrisicos afnemen.

Valorisatie

De shear cell kan voor specifiek advies danwel –onderzoek worden ingezet voor het verkrijgen van meer inzicht in de interactie tussen boorspoeling, cuttings en grondwaterwater.
Met de resultaten van het onderzoek kan een selectie worden gemaakt ten aanzien van de meest geschikte boorspoeling voor verschillende omstandigheden.

De nieuw opgedane kennis over de boorspoelingseigenschappen is openbaar beschikbaar voor TKI.

Er zal een artikel worden geschreven en er zullen presentaties op congressen en symposia worden gegeven.

Link naar projectresultaten…

Aanleiding van het project

Het meten van detailstromingen bij getijdeturbines is van groot belang voor een efficiente bedrijfsvoering zonder operationele problemen. Deze detail metingen zijn voor meerdere hydraulische constructies van belang.

Om tot een goed inzicht van deze stroompatronen te komen, worden vaak schaalmodellen gebruikt. Nu geven de standaard meettechnieken vaak een beperkte hoeveelheid data die vaak niet afdoende is om een goed inzicht in de stroming rondom de constructie te verkrijgen. Daarnaast is de beschikbare data vaak maar beperkt bruikbaar voor CFD validatie.

Met de nieuwe meettechniek PIV is het wel mogelijk om zeer gedetailleerd stroommetingen te kunnen doen en met een Stereo PIV techniek is het mogelijk om 3D stromingen in een vlak te kunnen bepalen. Deze techiek is tot op heden alleen toegepast in academische context in kleine testopstellingen. Het is ons doel deze techniek voor het eerst te testen in een schaalmodel van een civiele constructie waarbij het meetvolume een typische afmeting heeft in de van orde 0.5m. Daarbij is gekozen voor het schaalmodel van de Swansea Bay Tidal Lagoon.

Doel van het project

Het meten van detailstroming in de Atlantic Basin met behulp van een Stereo PIV techniek in een reeele civiele toepassing. Uiteindelijk beogen we de combinatie van de PIV data, het CFD model en het schaalmodel te gebruiken voor optimalisatie en validatie van de turbine sectie van de Swansea Bay Tidal Lagoon.

Omschrijving van de activiteiten

bouwen schaalmodel
bouwen meetframe voor PIV opstelling
calibreren Stereo PIV setup
testmetingen uitvoeren
(statistische) analyse meetresultaten
opzet CFD model
calibratie en verificatie CFD model
optimalisatie en verficatie stroompatronen
optimalisatie constructie mbt vortices
schrijven publicatie
rapportage optimalisatie en verificatie
schrijven meetprotocol voor StereoPIV metingen

Verwachte resultaten

Meetprotocol
Publicatie(s) meettechniek en CFD validatie
Meetframe voor stereo PIV
Rapport optimalisatie en verificatiemetingen (confidentieel)

Innovativiteit

Door deze techniek toe te passen in een echte commerciele toepassing zal duidelijk worden of dit in de toekomst vaker gedaan kan worden. Dit project zou het eerste schaalmodel onderzoek zijn waar deze nieuwe Stereo PIV techniek kan worden toegepast. Hierdoor kunnen we de kennis die gegenereerd is op de universiteit breder toepasbaar maken voor schaalmodel testen in grootschalige faciliteiten. Door ervaring op te doen met deze techiek in de faciliteit kan er in de toekomst betere metingen gedaan worden waardoor de computermodellen beter gevalideerd kunnen worden.

Valorisatie

Door deze techniek toe te passen in een echte commerciele toepassing zal duidelijk worden of dit in de toekomst vaker gedaan kan worden. Dit project zou het eerste schaalmodel onderzoek zijn waar deze nieuwe Stereo PIV techniek kan worden toegepast. Hierdoor kunnen we de kennis die gegenereerd is op de universiteit breder toepasbaar maken voor schaalmodel testen in grootschalige faciliteiten. Door ervaring op te doen met deze techiek in de faciliteit kan er in de toekomst betere metingen gedaan worden waardoor de computermodellen beter gevalideerd kunnen worden.

Link naar projectresultaten…

Aanleiding van het project

Op dit moment wordt voor de hydraulische belasting van schroeven van schepen met een te eenvoudige en ook te conservatieve rekenmethode gewerkt. De rekenmethode sluit onvoldoende aan op het fysische verschijnsel van de optredende stralen van hoofdschroef en boegschroef van schepen en levert in veel gevallen een te zware waterbouwkundige beschermingsconstructies op hetgeen onnodige investeringen met zich meebrengt.
Het project betreft een onderzoek naar het verbeteren van de voorspelling van hydraulische belasting en de effecten door stralen van hoofdschroef en boegschroef van schepen op waterbouwkundige beschermingsconstructies. Hierdoor kunnen deze constructies optimaler ontworpen worden. Enerzijds wordt daardoor schade voorkomen en anderzijds worden niet te zware constructies ontworpen. Bij de waterbouwkundige constructies dient gedacht te worden aan o.a. bodembeschermingsconstructies bij damwanden en kademuren in havens, remmingwerken bij wachtplaatsen van sluizen en taluds van oevers en dijken langs scheepvaartkanalen.
Begin 2013 heeft overleg plaatsgehad over een mogelijk onderzoekprogramma voor de komende 3 jaar. In het 2e kwartaal van 2013 is het onderzoekplan door Rijkswaterstaat GPO en het Havenbedrijf Rotterdam van commentaar voorzien en aangepast. De potentiële financiers zijn in de 1e helft van 2014 geïnventariseerd en met overheden en private partijen heeft overleg plaatsgehad over de verdere detaillering van het projectplan en over de medefinanciering. Het onderzoek is uitgesmeerd over de jaren 2014 t/m 2016 gezien de omvang ervan. In november 2014 gaat het onderzoek van start en eindigt op 31 december 2017.
Het onderzoek richt zich op de binnenvaart en de zeevaart.

Doel van het project

Doel van het project is te komen tot betere ontwerpformules en meer inzicht te krijgen in de werkelijk optredende hydraulische belasting van schepen op een onbeschermde en een beschermde bodems op locaties waar binnenvaart en zeevaart afmeren.

Omschrijving van de activiteiten

Afronden van het in 2014 gestarte onderzoek over belasting van een scheepsschroef op een verticale wand en op een blokkenmat (fase 1). Vaststellen en uitvoeren van het onderzoeksplan 2015 t/m 2017 (fase 2). Uitvoeren onderzoek fase 2.

Verwachte resultaten

In 2015 resultaten van het in 2014 gestarte onderzoek over belasting van een scheepsschroef op een verticale wand en op een blokkenmat (fase 1). De eerste reultaten van het onderzoek fase 2. Deze laatste resultaten zijn afhankelijk van de definitieve invulling van het onderzoeksprogramma fase 2 dat in het voorjaar van 2015 wordt vastgesteld.

Innovativiteit

De ontwikkelde kennis maakt het mogelijk om beter te kunnen beslissen of een bodemverdediging nodig is en zo ja aan de hand van meer inzicht in de hydraulische belasting en betere ontwerpwerpformules optimaler te kunnen ontwerpen op locaties in havens waar binnenvaart en zeevaart afmeren.

Valorisatie

SBRCURnet houdt contact met de markt na het publiceren. Het komt regelmatig voor dat door kennisontwikkeling en ervaringen van de marktpartijen publicaties worden geactualiseerd.De resultaten van het onderzoek worden beschikbaar gesteld via de website van SBRCURnet (www.sbrcurnet.nl) en zijn daarmee toegankelijk voor de gehele sector. Daarnaast zal over de resultaten worden gepubliceerd in de vakbladen, worden cursussen georganiseerd en presentaties gegeven tijdens symposia.

Aanleiding van het project

Tijdens de revisie van het CUR rapport 174 “Geokunststoffen in de waterbouw” bleek dat er geen afdoende ontwerpfilosofie en daarop gebaseerde ontwerpregels zijn, die het schadevrij installeren van geokunststoffen in deze toepassing verzekeren. Met name het voorkomen van schade aan het geokunststof tijdens het bestorten vraagt nader onderzoek en een ontwerprichtlijn die dit vermijdt.
Nu zijn de ontwerpmethoden hoofdzakelijk gericht op de functionele eisen die aan het geokunststof gesteld worden als onderdeel van de constructie. Als eerste stap om schade tijdens inbouw te vermijden is de CUR aanbeveling 115: 2011,“Uitvoering van geokunststoffen in de waterbouw” gemaakt. Twee workshops met experts zijn door Rijkswaterstaat georganiseerd om het probleem nader te analyseren en mogelijke oplossingen te bespreken. Hieruit bleek dat het gebruik van dikke, robuuste vliezen met een grote vervormingcapaciteit een mogelijke oplossing zouden kunnen bieden voor toepassing op minder compacte of samendrukbare ondergronden. Deze vervormingcapaciteit kan nodig zijn om schade te vermijden als een steen op het geokunststof valt en de ondergrond veel kan vervormen. Een minder rekbaar weefsel kan dan minder goed mee vervormen en zal dan meer kracht moeten leveren. Verder bleek dat het belangrijk is een onderscheid te maken tussen installatie in den natte en in den droge. Installatie op een droog talud kan veel beter gecontroleerd worden dan het afstorten van steen als eerste ballast op een zinkstuk. In Nederland hebben we veel ervaring met het toepassen van weefsels in o.m. zinkstukken. De tot nu toe gehanteerde regels in Nederland zijn gebaseerd op de ervaring met weefsels en maken het moeilijk om vliezen toe te passen. In Duitsland is een jarenlange ervaring met de toepassing van dikke, robuuste vliezen. In de UK worden zelfs zware stenen direct op dikke vliezen zonder spreidlaag met succes toegepast. Het is dus belangrijk na te gaan wanneer specifieke materiaaleigenschappen van het ene materiaal te verkiezen zijn boven die van het andere, m.n. als gevolg van de verschillende installatiemethoden. We willen de goede ervaring in het buitenland met robuuste vliezen in bepaalde toepassingen vertalen naar Nederlandse omstandigheden, zodat we er ook hier de voordelen ervan kunnen benutten.

Doel van het project

Het ontwikkelen van een ontwerprichtlijn voor Geokunststoffen onder een steenbekleding.

Uitgevoerde activiteiten

Opstellen van gekwantificeerde requirements voor geofabrics in de verschillende toepassingen. Inventariseer/ontwikkel ontwerpregels. Verzamel en bestudeer de testmethoden die in andere landen gebruikt worden. Literatuurstudie + eventueel evaluatiegesprekken met locale autoriteiten om de ervaring ermee te verzamelen + Welke validatie is er uitgevoerd. Evalueer de methoden en vergelijk die met de Nederlandse situatie. Definieer en implementeer testmethoden waarmee expliciet aangetoond wordt dat aan de requirements wordt voldaan. Rapportage

Gerealiseerde resultaten

Innovativiteit

Valorisatie

SBRCURnet houdt contact met de markt na het publiceren. Het komt regelmatig voor dat door kennisontwikkeling en ervaringen van de marktpartijen publicaties worden geactualiseerd.
De resultaten van het onderzoek worden beschikbaar gesteld via de website van SBRCURnet (www.sbrcurnet.nl) en zijn daarmee toegankelijk voor de gehele sector. Daarnaast zal over de resultaten worden gepubliceerd in de vakbladen, worden cursussen georganiseerd en presentaties gegeven tijdens symposia.

Aanleiding van het project

Onbekendheid van het gedrag van slappe ondergrond zorgt voor hoge kosten voor beheerders en bouwers van infrastructuur en waterkeringen. Te grote restzettingen in woongebieden leiden bijvoorbeeld tot schade aan infrastructuur en hebben effect op de waterhuishouding. Ophoogterpen kunnen tot tientallen meters afstand impact hebben op infrastructuur en woningen tijdens de bouw.
Dit voorstel richt zich specifiek op (1) verticale en (2) horizontale vervormingen van ophogingen. Hiertoe is een tweetal proef/meetterpen ingericht. Een bij Weesp en een bij Schiedam. Beide proefterpen zijn verschillend qua ophoging en qua opbouw van de ondergrond. In Weesp is vooral het kruipgedrag na het voorbelasten interessant. Bij Schiedam hebben horizontale vervormingen na ophoging de interesse.

Figuur: Proefterp bij Weesp
Het kruipgedrag van grond na voorbelasting is een bekend zwak punt van de huidige zettingsmodellen. Waar de modellen uitgaan van een gelijke kruipsnelheid voor en na voorbelasting, blijkt dit in de praktijk niet het geval te zijn. De techniek van voorbelasten is van groot belang in Nederland, maar het bestaande rekeninstrumentarium is er niet op toegespitst . Met een verbeterd model op basis van de metingen in Weesp en aanvullend laboratorium onderzoek kan het ontlast-herbelast gedrag van slappe grond met behulp van numerieke modellen zoals PLAXIS beter worden berekend.
Het voorspellen van horizontale gronddeformaties is een terugkerend ontwerpprobleem in de geotechniek. Over het optreden van deze vervormingen op de lange termijn (in de kruipfase) is vrijwel niets bekend. Op basis van de metingen bij Schiedam kunnen constitutieve modellen (zoals ontwikkeld in het Europese CREEP-project) worden gevalideerd en gepubliceerd.

Doel van het project

De doelen van dit project zijn:
• Uitvoeren van lange termijn metingen aan de terp bij Schiedam (2015-2020)
• Verbetering van de numerieke modellering van kruipgedrag na ontlasten in het Soft Soil Creep model (SSC). Publicatie hierover in Nederlands vaktijdschrift (2016). Levering van een constitutief model dat kan worden gebruikt in PLAXIS (2015).
• Validatie van modellen die het horizontale kruipgedrag beschrijven. Publicatie hierover in Nederlands vaktijdschrift (2019).
Het project sluit aan bij het innovatiethema beheer en onderhoud en draagt bij aan de volgende onderwerpen die in het innovatiecontract worden genoemd:
x Bouwen op en in slappe bodems
x Bodemdaling
x Life cycle benadering (van o.a. kunstwerken en infrastructuur)
x x Technieken om bodemdaling te voorkomen en tegen te gaan
x Meerwaarde uit data en monitoring voor ontwerp, beheer en onderhoud halen

Uitgevoerde activiteiten

2015
– Verwerken en afronding metingen bij Weesp
– Monstername en uitvoeren laboratorium onderzoek Weesp (Ko-CRS proeven en triaxiaalproeven)
– Analyse en aanpassen SSC model
– Starten metingen bij Schiedam (zakbaken, inclinometers, waterspanningsmeters, beperkt labonderzoek)
2016
– Doormeten bij Schiedam
– Publicatie in vaktijdschrift Weesp/verbeterd SSC model
2017
– Doormeten bij Schiedam
2018
– Doormeten bij Schiedam
2019
– Verwerken en afronding metingen bij Schiedam
– Analyse en validatie constitutief model en publicatie in Nederlands vaktijdschrift

Gerealiseerde resultaten

Een valide set met meetgegevens van het langetermijnvervormingsgedrag van slappe bodems (klei en veen). Dit langetermijngedrag is tot nu toe nog maar in geringe mate vastgelegd, daarom kan deze set aan meetgegevens om de huidige inzichten te verbeteren.
Door de validatie van het Soft Soil Creep model zijn betrouwbaardere voorspelling te maken van de langetermijnvervorming van slappe bodems. Betrouwbaardere voorspellingen kunnen bijdragen aan een betere afschatting van de bouwtijd, de bouwkosten en de onderhoudskosten van zowel infrastructuur (wegen en spoorwegen) als waterkeringen. Het leidt tot kwalitatief betere infrastructuur en meer zekerheid over planning.
Door inzicht in horizontale vervormingen kunnen de risico’s van ophogingen op hun omgeving (woningen, leidingen, civiele kunstwerken) nauwkeuriger worden voorspeld. Hiermee wordt het inzicht in de noodzaak van beschermingsconstructies verbeterd. Het leidt tot vermindering van de faalkosten of het terugdringen van de bouwkosten.
Een verbeterd soft soil creep model kan direct worden opgenomen in een eindig elementen pakket zoals PLAXIS. Het is daarmee direct beschikbaar voor de beroepspraktijk in Nederland en in het buitenland.
Modellen die het horizontale kruipgedrag beschrijven worden momenteel ontwikkeld in het Europese Marie Curie Project CREEP. De metingen bij Schiedam worden benut om deze modellen te valideren en hierover te publiceren.
Voordeel voor NL bedrijfsleven in het buitenland
Op het onderwerp soft soil engineering lopen Nederland en Deltares wereldwijd voorop. Dit wordt ook door internationale wetenschappers onderkend. De resultaten van dit project geven Nederlandse bedrijven nieuwe gelegenheid om deze voorsprong internationaal te benutten. Bijvoorbeeld in discussies met internationale overheden over bodemdaling of in tenders voor landaanwinningen of de aanleg van infrastructuur.
Voortzetting van de PPS
Op genoemde onderwerpen zijn ook na afronding van deze vraagstukken nog voldoende kennisvragen te benoemen. Bijvoorbeeld ten aanzien van het in het veld optredende consolidatiegedrag. Dit is maatgevend voor de snelheid waarmee terreinen bouwrijp kunnen worden gemaakt.
Het GeoImpuls project loopt in 2015 formeel af. Een mogelijk vervolg met een vergelijkbaar consortium is onderwerp van gesprek. Met het GeoImpuls project is een eenmalige impuls gegeven aan het terugdringen van geotechnisch falen. De focus van een mogelijk vervolg van GeoImpuls zal dan ook op een ander onderwerp liggen.

Innovativiteit

Op Soft Soil Engineering loopt Nederland wereldwijd voorop. Dit project resulteert in nieuwe en gevalideerde modellen die het gedrag van slappe grond beschrijven. Het is daarmee een stap verder dan de state-of-the-art.

Valorisatie

De doelstelling van Geo-Impuls is om het geotechnisch falen te reduceren. In het kader van dit programma zullen de resultaten voor iedereen toegankelijk zijn o.a. via www.geoimpuls.org.
Resultaten van GeoImpuls worden gepresenteerd op de internationale ISGSR conferentie, september 2015 in Rotterdam. Onderdelen van dit project (Met name de metingen in Weesp) die op dat moment klaar zijn, worden hier gepresenteerd.
De modellen die het resultaat zijn van dit project, kunnen vrij eenvoeudig worden opgenomen in een gangbaar eindige elementen pakket zoals PLAXIS. PLAXIS is de wereldwijde standaard voor geotechnische eindige elementen software. De daadwerkelijke implementatie van modellen is de verantwoordelijkheid van PLAXIS en geen onderdeel van dit project.

Link naar projectresultaten…