Nieuwe Sluis Terneuzen op schaal aan testen onderworpen

In onze huidige tijd van digitale oplossingen zijn we weleens geneigd om te denken dat alles bij uitstek met de computer te doen is. Ook op (water)bouwkundig gebied is alles te simuleren, toch? Veel zaken wel, maar niet alles. De werking van een sluizencomplex wordt door zoveel natuurkrachten beïnvloed, dat een computermodel nooit alle facetten in kaart kan brengen. Als land met een verregaande expertise in watermanagement mogen we ons gelukkig prijzen met testfaciliteiten zoals bij Deltares in Delft.      

Deltares is een Groot Technologisch Instituut op het gebied van water, ondergrond en infrastructuur. Het instituut richt zich voornamelijk op rivierdelta’s, kustregio’s, riviergebieden en offshore. Het zal u dan ook niet verbazen dat een exacte kopie van de Nieuwe Sluis Terneuzen momenteel op schaal wordt blootgesteld aan uitvoerige testen, daar in Delft. We spreken met Wim Kortlever, senior waterbouwkundig adviseur bij Rijkswaterstaat voor de landelijke dienst Grote Projecten en Onderhoud en betrokken bij de Vlaams Nederlandse Scheldecommissie (VNSC), over de testprocedure.

Al ruimschoots voor de aanbestedingsfase in beeld
“Al vanaf de planuitwerking ben ik werkzaam bij het project Nieuwe Sluis Terneuzen, samen met de Vlaamse collega’s binnen de organisatie van de VNSC”, opent Kortlever het gesprek. “Tijdens die fase is al een aantal verkenningen uitgevoerd om de haalbaarheid van het eerste ontwerp van de sluis te toetsen. Daaropvolgend zijn we met hetzelfde team van VNSC begonnen met de voorbereiding van het contract voor de bouw van de Nieuwe Sluis. Tijdens die contractvoorbereiding is het eerste ontwerp van het vul- en ledigsysteem al door Deltares getest in een schaalmodel in twee aparte onderzoeken. We gebruikten daarvoor het schaalmodel van de Nieuwe Zeesluis van IJmuiden. In navolging van die nieuwe zeesluis was de wens ontstaan om de sluis te vullen en te ledigen via kokers met schuiven in de deuren. Dat leek ook voor Terneuzen een haalbare mogelijkheid en is bovendien de meest voordelige in vergelijking met de complexere systemen met riolen langs de kolk. De voorbereidende testen met deurkokers in het aangepaste model van IJmuiden hebben onomstotelijk aangetoond dat grote waterkrachten op het schip bij dit type vul- en ledigsysteem alleen kunnen worden voorkomen door de nivelleertijden zeer veel op te rekken. De oorzaak hiervan is tweeledig. Bij Terneuzen is sprake van een andere situatie. Het verval is daar van ongeveer twee meter boven NAP op het kanaal naar twee meter beneden NAP tijdens laagwater buiten. Tweemaal per dag vier meter verval, in tegenstelling tot IJmuiden, waar het dagelijks verval maximaal 1,4 meter is. De andere oorzaak is gelegen in het feit dat bij IJmuiden veelal wordt gevuld met zout water, terwijl bij Terneuzen vaker wordt gevuld met zoeter water van het kanaal, met als gevolg hogere krachten. Naar aanleiding van de testen werd besloten om niet te vullen en te ledigen via de deur. Er moest dus een andere, complexere oplossing met riolen naast de kolk komen”, aldus Kortlever.

De Nieuwe Sluis wordt geledigd en gevuld naar het model van de Westsluis.

Ook korte omloopriolen doorstonden de test niet
“Een andere optie was om te kijken of we voor de Nieuwe Sluis Terneuzen zouden kunnen volstaan met omloopriolen, alleen om de deuren heen en met vulopeningen in de kolkwand dichtbij de deur. De schaalmodeltesten bij Deltares wezen echter uit dat ook bij dit systeem de waterkrachten op het schip te hoog zouden zijn, waardoor de afmeerlijnen van het schip zouden breken.  Het schaalmodel in Delft is bij uitstek geschikt om het gecombineerde proces van het vullen van de kolk, met de overgang van zout naar zoet water, na te bootsen en de hieruit voortvloeiende krachten op het afgemeerde schip te meten. Computersimulaties zijn nog niet instaat om alle relevante fysische processen in één keer mee te nemen”, schetst Kortlever. “De uiteindelijke oplossing werd gevonden door goed te kijken naar de Westsluis in Terneuzen. Die vult op ongeveer 1/4e en 3/4e van de lengteas kolk, vanuit roosters in de kolkbodem. Het water wordt naar de roosters gevoerd via een groot riool dat langs de gehele westzijde van de kolk loopt. Door niet vanaf één kant bij de deuren te vullen maar vanuit twee punten in de kolkbodem, verdeel je de watertoevoer gelijkmatiger en komen er minder krachten op het schip te staan. Daar ligt de gekozen oplossing: de Nieuwe Sluis wordt geledigd en gevuld naar het model van de Westsluis. Daar hebben we toen de contracteisen voor de bouw op aangepast.”

Nieuwe computersimulaties als blauwdruk voor het actuele schaalmodel
Vervolgens werden de belangrijkste afmetingen van het vul- en ledigsysteem bepaald op basis van vergelijkingen met andere sluizen. “Een paar systeemeigenschappen worden uitgevraagd in het contract”, vervolgt Kortlever zijn verhaal. “Hoe snel je het water in de kolk kunt brengen, is afhankelijk van de capaciteit. De capaciteit wordt daarom ook in het contract uitgevraagd, alsmede een gelijkmatige verdeling van de watertoevoer via de vulpunten. Net als bij het ontwerp van het deurvulsysteem van IJmuiden was er al in de aanbestedingsfase gevraagd om computersimulaties en berekeningen die aantonen dat er voldaan wordt aan alle contractvragen. De opdrachtnemer werd verplicht om na aanbesteding nieuw bewijs te overleggen middels nieuwe computersimulaties. Het vul- en ledigsysteem dat in het actuele schaalmodel wordt getest is gebaseerd op de definitieve computersimulaties van de opdrachtnemer. “

Het schaalmodel in Delft is bij uitstek geschikt om het gecombineerde proces van het vullen van de kolk, met de overgang van zout naar zoet water, na te bootsen en de hieruit voortvloeiende krachten op het afgemeerde schip te meten.

En dan is het zover…
De opdracht is in de zomer van 2017 gegund aan aannemerscombinatie Sassevaart. Enigszins vooruitlopend op deze gunning zijn de voorbereidingen voor het actuele schaalmodel gestart. “In Delft regelde men de totstandkoming van het exacte schaalmodel van de Nieuwe Sluis Terneuzen. Die voorbereidingen hebben we begeleid en de uitwerking van het schaalmodel hebben we uitgebreid getoetst. We stonden uiteindelijk in september 2017 klaar om het schaalmodel van IJmuiden om te bouwen naar Terneuzen. Deltares heeft het ontwerp van het vul- en ledigsysteem, dat Sassevaart aan de hand van de definitieve computersimulaties heeft aangepast, nauwkeurig in het schaalmodel nagebouwd. In de zomer van 2018 zijn we gestart met de testen, nadat het schaalmodel in juli van dit jaar was opgeleverd. Het is altijd een spannend en heuglijk moment wanneer voor de eerste keer water in het model wordt gezet. Na de zomer heeft Deltares de testen afgerond en hebben we de definitieve systeemeigenschappen vastgesteld, waarna deze konden worden doorgegeven aan Sassevaart.”

Binnen de geometrie zoeken naar oplossingen
“De testen blijven doorlopen. Mochten daar verrassingen uit naar voren komen, dan zoeken we binnen de geometrie van het ontwerp naar oplossingen. Nogmaals, wat er bij Deltares gebeurt, valt niet te simuleren in een computermodel. Bedenk dat de Nieuwe Sluis zich op de overgang van zoet naar zout water bevindt. Dan heb je te maken met een verschil in dichtheid en dus met zogenaamde dichtheidsstromen. Ook het simuleren van de dichtheidsstromen tijdens het vullen van de kolk is met een computermodel niet eenvoudig.  Dichtheidsstromen geven een andere kracht op een schip dan wanneer er alleen zoet of alleen zout water in het spel is. Alleen het schaalmodel kan uitwijzen wat er dan gebeurt. Deltares beschikt over zowel zoet- als zoutwater­tanks en we vullen de rvs-kolk dan ook met beide, al naar gelang welke deur er op dat moment geopend is. De hele testprocedure is een uitermate dynamisch proces”, zegt Kortlever tot besluit.