thema170 m glijden5200926thema170 m glijdenOp de maasvlakte wordtdoor E.ON een nieuweultramoderne kolencen-trale gerealiseerd, naastde bestaande kolencen-trale. Mobilis is verant-woordelijk voor hetontwerp en de bouwvan een 170 m hogegewapend-betonnenschoorsteen. Als uitvoe-ringsmethode werdgekozen voor eenglijbekisting.1170 m glijden 52009 27De nieuwe centrale is de zogenoemde Maasvlakte Power Plant 3(MPP3). Hij krijgt een netto capaciteit van 1070 MW. Dit bete-kent dat de eenheid zal voorzien in circa 7% van het binnenland-se elektriciteitsverbruik. Op deze plek is al een kolencentrale mettwee eenheden (samen 1040 MW) in bedrijf. E.ON KraftwerkeGmbH heeft de schoorsteen uitbesteed aan Haverkort Voormo-len (sinds 1 juli 2009: Mobilis) via een Design&Construct-con-tract. Onder dit contract valt de realisatie van onder meer hetgrondwerk, de fundatie, de bekistingswerkzaamheden, de stortvan de schoorsteen en van de bordessen, de binnenbuis en delift. Daarnaast wordt ook de engineering van de paalfundatie, defundatiesloof en de schoorsteen door Mobilis uitgevoerd. Hierbijgelden eisen zowel conform Nederlandse als de Europese nor-men. De maatgevende norm is leidend.ProjectomschrijvingDe schoorsteen bestaat uit een betonnen dragende buitenwanddie monoliet is verbonden met het fundament, een vloerplaatmet liftkelder, betonnen en stalen bordessen op verschillendeniveaus en de GVK-binnenbuis die als rookkanaal dient.SchoorsteenDe schoorsteen wordt gestort met een stalen glijbekisting. Dezemethode biedt grote voordelen omdat er weinig instortvoor-ziengen nodig zijn en er geen strenge eisen aan het oppervlakworden gesteld. Het glijden van de schoorsteen is een 24-uursproces. Per dag wordt ongeveer 4,0 m hoogte gestort.De diameter van de schoorsteen varieert van 23,41 m aan devoet tot 14,56 m bovenin. De schoorsteenwand heeft drieverschillende diktes: 300 mm, 450 mm en 600 mm.FunderingHet reusachtige betonnen fundament bevat 2400 m3beton,meer dan de helft van de hoeveelheid beton die voor deschoorsteenmantel zelf nodig is. De fundatie bestaat uit eenbetonnen ring. De onderzijde van het ringfundament wordt op5,0 m onder het maaiveld aangelegd met een uitwendigediameter van 37,41 m. Het ringfundament heeft een breedtevan 9 m en heeft een hoogte verlopend van binnen naar buitenvan 3,5 m naar 2,0 m. Het fundament is als een plaatelementaan de schoorsteenmantel verbonden.De fundatiering wordt gedragen door twee rijen van in totaalzestig tubexpalen. Dit was voldoende voor de optredende paal-belasting en de vereiste veerstijfheid. De paalkopwapeninging. sander van het erve PMse enir. emile KonterMobilis B.V.1 Schoorsteen bij de MPP3-centrale op de Maasvlakte2 Op 52,5 m hoogte bevindt zich een opening van 11 x 15 m(b x h) voor de aansluiting met de rookgasinstallatie3 Schoorsteen van binnen uit met oplegnokken32thema170 m glijden5200928(fig. 2). Op maaiveldniveau komt een opening van 15 x 11 m(b x h) ten behoeve van de montage van de wikkelmachinevoor de GVK-binnenbuis.De GVK-binnenbuis wordt met behulp van hefliften omhoogge-tild. De binnenbuis wordt alleen op het betonnen bordes op 70 mhoogte opgelegd en wordt op 165 m hoogte horizontaal gesteund.EngineeringSchoorsteenVoor de berekening van de schoorsteenmantel is gebruikge-maakt van het eindige-elementenpakket SCIA Engineer. Deconstructie wordt opgedeeld in schaalelementen, die op syste-matische wijze worden opgebouwd tot een globaal systeem.Voor het bepalen van de krachtsverdeling in de constructiewordt uitgegaan van de lineaire elasticiteitstheorie. In hetmodel wordt voor het grootste deel van de hoogte de stijfheidgehanteerd behorend bij een ongescheurde doorsnede, omdatonder invloed van het eigen gewicht de constructie in verticalerichting voor het grootste deel ongescheurd blijft. Dit is nood-zakelijk om aan de vervormingseisen te voldoen. Voor decorrecte bepaling van de horizontale vervorming aan de topvan de schoorsteen, moet echter wel rekening worden gehou-den met een reductie van de buigstijfheid ten gevolge van heteventueel scheuren van de doorsnede.Aan de hand van een berekening met Excel, uitgaande van deniet-lineaire elasticiteitstheorie, wordt door middel van eenM-?-diagram de buigstijfheid EI bepaald. Deze is afhankelijk vande doorsnedebelasting en het al dan niet scheuren van de hori-zontale doorsnede. Als voorbeeld is een M-?-diagram gegevenvoor de doorsnede op 105 m hoogte (fig. 4). Deze berekening isvoor 170 horizontale sneden uitgevoerd met een tussenafstandvan 1 m (fig. 5). De blauwe lijn geeft de momenten ten gevolgevan belastingen weer, de rode lijn de over de hoogte van deschoorsteen afnemende scheurmomenten. Over een hoogte vanwordt in het betonnen fundament opgenomen en verbondenmet de wapening van het fundament.Deze werd in een stort van 12 uur gerealiseerd, zonder koeling.De betonmortel werd betrokken van drie verschillende centrales.BordessenIn de schoorsteen bevinden zich een stalen frame en driebetonnen bordessen. De bordessen dienen voor de toeganke-lijkheid en het ophangen van de GVK-binnenbuis. Na hetgereedkomen van het glijproces wordt eerst een stalen frameomhoog gehesen die wordt opgelegd op nokken aan de schoor-steenwand op 165 m hoogte. Vervolgens worden betonnenbordessen ter plaatse op maaiveldniveau voorgefabriceerd.Deze bordessen worden op vier punten met behulp van hetstalen bordes omhoog getild. De bordessen worden op achtoplegnokken aan de schoorsteenwand opgelegd (foto 3). Dit opeen hoogte van op 120 m, 70 m, en 52,5 m.BinnenmantelIn de schoorsteen komt een 100 m lange binnenmantel tehangen van gewikkelde vezelversterkte kunststof (GVK). Op52,5 m hoogte bevindt zich een opening van 11 x 15 m (b x h).Hier wordt de aansluiting verzorgd met de rookgasinstallatiekromming (1/m)moment(kNm)001000002000003000004000005000006000002E-08 4E-08 6E-08 8E-08 1E-07 2E-071,2E-07 1,4E-07 1,6E-07 1,8E-07M2,y+M3,x en yMcr2000 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1600000406080100120140160180moment (kNm)hoogte(m)465frequentie (Hz)versnelling(m/s2)0,10,10,20,30,411 1012170 m glijden 52009 294 M-?-diagram doorsnede op 105 m hoogte5 Tussen 100 m en 140 m wordt uitgegaan vaneen gescheurde doorsnede6 Eisen aan trillingen7 Windbelasting volgens TGB en EurocodeHorizontale wapeningVoor de controle van gewapend betonnen doorsneden in deBGT (scheurvorming), wordt de methode toegepast zoalsbeschreven in NEN-EN 13084-2 Vrijstaande schoorstenen ­Deel 2: Betonnen schoorstenen. Naast de horizontale en verti-cale wapening zijn er ook eisen gegeven waaraan de wapeningrondom openingen moet voldoen.De verticale doorsneden met horizontale wapening van deschoorsteenmantel onder wind- en temperatuursbelasting bevin-den zich in de ongescheurde of in de gescheurde fase, zie ookfiguur A.1 in Annex A van NEN-EN 13084-2:2007. De onge-scheurde fase is gebied a, bij de gescheurde fase kan onderscheidworden gemaakt tussen een gebied b en een gebied c. Gebied bbetreft het onvoltooide scheurenpatroon en gebied c hetvoltooide scheurenpatroon. Afhankelijk van het gebied waarinde doorsnede zich bevindt, kan worden gecontroleerd of er aande eisen wordt voldaan met betrekking tot scheurwijdte. Demaximale toegestane scheurwijdte bedraagt 0,2 mm.Er zijn vier situaties beschouwd waarbij de dagelijkse tempera-tuurswisselingen en de windbelasting beide een keer als domi-nante belasting worden aangehouden.1 dagelijkse temperatuurswisseling in de winter dominant ende windbelasting momentaan;2 windbelasting dominant en de dagelijkse temperatuurswisse-ling in de winter momentaan;3 dagelijkse temperatuurswisseling in de zomer dominant ende windbelasting momentaan;4 windbelasting dominant en de dagelijkse temperatuurswisse-ling in de zomer momentaan.In de winter treedt trek op aan de buitenzijde ten gevolge van detemperatuursbelasting. In combinatie met de windbelasting blijktvoor de wand 600 mm een horizontale buitenwapening Ø16-200en voor de wand 300 mm een wapening Ø12-170 nodig te zijn. Inde zomer treedt trek op aan de binnenzijde ten gevolge van detemperatuursbelasting. Nu blijkt voor de wand 600 mm Ø16-100en de wand 300 mm Ø12-170 als horizontale binnenwapeningnodig te zijn. Bij de wand 600 mm is aan de binnenzijde meerwapening nodig dan aan de buitenzijde in verband met een hogerscheurmoment door de drukspanning bij de uiterste vezel tengevolge van de eigen temperatuursbelasting bij opwarming.Aangezien de indringingsdiepte van 300 mm bij de wand van 300mm gelijk is aan de wanddikte treden geen eigenspanningen opten gevolge van temperatuursbelasting leidt dit hier niet tot eenhoger scheurmoment en dus tot meer wapening.100 m tot 140 m boven maaiveld bedraagt de buigstijfheid onge-veer een derde van een buigstijheid behorend bij een onge-scheurde doorsnede. De hier bepaalde buigstijfheid wordt in hetmodel toegepast door aanpassing van de E-modulus.Over een hoogte van 100 m boven maaiveld tot 140 m bovenmaaiveld bedraagt de buigstijfheid ongeveer een derde van eenbuigstijheid behorend bij een ongescheurd doorsnede.Voor de berekening van de wapening in de schoorsteenmantelis onder andere gebruikgemaakt van de betonmodule. Voor hetbepalen van de eigen frequentie is gebruikgemaakt van dedynamicamodule.WindbelastingDe windbelasting tegen de schoorsteen wordt bepaald aan dehand van twee normen: de NEN 6702 (TGB) en de NEN-EN1991-1-4 (Eurocode 1, Windbelastingen) (fig. 7). Naast deinitiële winddruk is er zogenoemde vortex shedding. Dit is eendynamische windbelasting loodrecht op de windrichting endeze ontstaat door het om en om loslaten van wervels in debeide richtingen loodrecht op de windrichting. Dit resulteert ineen trilling van de schoorsteen. Deze belasting is samen met demaatgevende windbelasting ingevoerd in het model. De eigen-frequentie en de horizontale uitbuiging van de top van deschoorsteen zijn bepaald aan de hand van NEN-EN 1991-1-4en gecontroleerd met behulp van de dynamische module vanSCIA Engineer. De 1e eigenfrequentie van de schoorsteen is0,46 Hz. Conform NEN 6702 kunnen trillingen hinderlijk zijnvanaf de in figuur 6 aangegeven grenzen. De berekende ver-snelling is gelijk aan: a = 0,13 m/s2en voldoet ruim aan de eis.Eurocode rekenwaardeEurocode rep. waardeNEN6702 rekenwaardeNEN6702 rep.waarde2000406080100120140160180gelijkmatig verdeelde winddruk (N/m2)hoogte(m)500 1000 1500 2000 25007I Literatuur1 NEN 6702 - TGB Belastingen.2 NEN-EN 1991-1-4 Windbelastingen (Eurocode 1).3 NEN-EN 13084-2 Vrijstaande schoorstenen ­ Deel 2:Betonnen schoorstenen.4 Breugel, K. van, Braam, C.R., Veen, C. van der, Walraven, J.C.,Betonconstructies onder temperatuur- en krimpvervormingen.Betonprisma, 1998.thema170 m glijden52009308 Spanningen onderin de schoorsteen9 Vervormingen10 Betonnen bordessen11 Stalen bordes127 mm ten gevolge van een zettingverschil nog bij wordenopgeteld. De berekende maximale horizontale vervorming aande top van de schoorsteen komt zo uit op 465 mm. Dit komtovereen met 1/365 · L, wat kleiner is dan de toelaatbare horizon-tale vervorming van 1/150 · L conform de NEN 6702 (fig. 9).BordessenHet bordes op +70,0 m wordt het zwaarst belast door de somvan het eigen gewicht van het bordes en het gewicht van debinnenbuis. Het eigen gewicht van de binnenbuis bedraagt2500 kN. Ter plaatse van de binnenzijde van de ronde openin-gen in de bordessen worden staalprofielen HEB700 of IPE600bevestigd in een achthoek (fig. 10). Deze hebben een positieveinvloed op de verdeling van de radiale momenten, vooral bijhet gedeelte waar de extra opening van de liftschacht is geposi-tioneerd. De profielen dienen tevens als bescherming van hetbeton. De diameter van de binnenbuis bedraagt 10,2 m. Tussende binnenbuis en de bordessen ontstaan op deze manier achtopeningen die dienen voor de doorvoer van de hijskabels vande binnenbuis. Het stalen frame waarmee de bordessen wordenopgehesen bestaat uit HEB900 profielen (fig. 11).NokkenTer plaatse van de oplegging van de bordessen bevinden zichnokken aan de betonwand. Als gevolg van deze belasting isextra verticale wapening in de betonwand nodig ter plaatse vande nokken. Voor de berekening van de lengte van deze wape-ning is gebruikgemaakt van de theorie volgens de elastischondersteunde buigligger. De kracht die nodig is om de schoor-steenmantelwand haaks op zijn oppervlak te vervormen kansamen met deze vervorming worden omgerekend tot eenbeddingconstante haaks op de wand. Het moment wordtbepaald door de verticale oplegreactie uit het bordes en deexcentriciteit volgens een consoleberekening.Aan de onderzijde van de nokken wil de diameter van deschoorsteenmantel als gevolg van de belasting uit de nokkengroter worden. Dit leidt tot een horizontale trekkracht in dewand. Daarom moet horizontaal extra wapening worden toege-voegd, aan de onderzijde van de nokken. )Over de onderste 5 m moet voor de horizontale wapening reke-ning worden gehouden met opgelegde verhinderde vervormingin de bouwfase en gebruiksfase. Ten behoeve van het storten vande wand op de reeds gestorte sloof is horizontale wapening nodigten gevolge van krimpen van het `jonge' beton. Ook treedt er eennormaalspanning op ten gevolge van een de verhinderde vervor-ming door temperatuurswisselingen in de gebruiksfase. Dewapening hiervoor is uitgerekend volgens de theorie uit [4]. Ditleidt tot horizontale wapening Ø20-85 (voor- en achterzijde).FunderingVoor het fundament wordt uitgegaan van een buigstijfheid beho-rend bij een ongescheurde doorsnede. De plaat wordt doorveerondersteuningen ter plaatse van de palen gefixeerd (fig. 8).VervormingenDe berekende horizontale vervorming van de schoorsteen inclu-sief tweede-orde-effecten is gelijk aan 310 mm in de richtingloodrecht op de deuropening op maaiveldniveau en 338 mm inde richting van de deuropening. Hier moet de vervorming vanI Projectgegevensproject Schoorsteen MPP3 Maasvlakteopdrachtgever E.ON Kraftwerke GmbHengineering Mobilis B.V.uitvoering Mobilis B.V.bekistingswerk glijbekisting Gleitbau (O)oplevering april 2010910118