Hoe kies je stalen buizen voor kades, steigers en jachthavens?
Kies stalen buizen op basis van belastingen, waterdiepte, bodemgesteldheid, corrosiebelasting, diameter, wanddikte, staalsoort, verbindingen en vereiste ontwerplevensduur.
Er bestaat geen standaard buismaat die voor iedere waterbouwkundige constructie geschikt is. De juiste stalen buis volgt uit de functie van de constructie, de verticale en horizontale belastingen, de eigenschappen van de ondergrond, het watermilieu en de gekozen installatiemethode.
Stalen buizen worden in de waterbouw onder meer gebruikt als buispaal, funderingspaal, steigerpaal, geleidepaal, meerpaal, afmeerpaal, remmingpaal en onderdeel van een kademuur of combiwand. De vereiste draagkracht, stijfheid, wanddikte en corrosiebescherming verschillen per toepassing.
Bepaal de functie van de stalen buis
Bij het kiezen van stalen buizen voor kades, steigers en jachthavens moet eerst worden vastgesteld welke functie de buis binnen de constructie krijgt. Een stalen buispaal kan verticale belastingen afdragen, horizontale krachten opnemen, grond keren, een ponton geleiden of scheepsbelastingen overbrengen naar de bodem.
| Toepassing | Functie van de stalen buis | Belangrijke ontwerpcriteria |
|---|---|---|
| Kade of kademuur | Fundering, grondkering of onderdeel van een combiwand | Draagkracht, gronddruk, buiging, verankering en corrosie |
| Vaste steiger | Ondersteuning van het steigerdek en de bovenbouw | Axiale draagkracht, horizontale stijfheid en verbindingen |
| Drijvende steiger | Geleiding van pontons bij wisselende waterstanden | Doorbuiging, vrije paallengte, paalafstand en slijtage |
| Meerpaal of afmeerpaal | Overdracht van krachten uit meerlijnen | Buigcapaciteit, vervorming, vermoeiing en lokale versterking |
| Remmingwerk | Opvangen en geleiden van vaartuigen | Dynamische belasting, fenders, stijfheid en duurzaamheid |
| Dukdalf | Vrijstaande afmeer- of geleideconstructie | Troskrachten, scheepscontact, paal-grondinteractie en buiging |
| Jachthavenfundering | Dragen en geleiden van steigers en ligplaatsen | Wind, golven, waterstanden, vaartuigbelasting en onderhoud |
Een grotere buisdiameter is niet automatisch de beste oplossing. Een onnodig zware buis maakt transport, installatie en verbindingen complexer, terwijl een te kleine diameter kan leiden tot onvoldoende draagvermogen of te grote horizontale verplaatsingen. De juiste buismaat volgt uit een constructieve en geotechnische berekening.
Welke belastingen werken op kades en steigers?
Bij de dimensionering van stalen buispalen moeten permanente, veranderlijke, cyclische en incidentele belastingen worden onderzocht. Permanente belastingen zijn bijvoorbeeld het eigen gewicht van de buis, het steigerdek, vaste installaties en een eventuele beton- of groutvulling.
Veranderlijke belastingen ontstaan door personen, voertuigen, hijsmiddelen, opgeslagen goederen, onderhoudsmaterieel en tijdelijke installaties. Bij een kadeconstructie kunnen daarnaast gronddruk, bovenbelasting achter de kademuur en waterdrukverschillen bepalend zijn.
In een haven of jachthaven kunnen stalen buispalen ook horizontaal en dynamisch worden belast door:
- wind op steigers, pontons en afgemeerde vaartuigen;
- golven en golfbewegingen;
- stroming, getij en wisselende waterstanden;
- troskrachten uit meerlijnen;
- contact tussen pontons en geleidepalen;
- aanmeer- en afmeerbewegingen;
- ijsbelasting, wanneer dit voor de locatie relevant is;
- incidentele stoot- of aanvaringsbelastingen.
Bij afmeerconstructies moet onderscheid worden gemaakt tussen meerkrachten en aanmeerenergie. Meerkrachten worden via de trossen van een afgemeerd vaartuig op de meerpaal of dukdalf overgebracht. Aanmeerenergie ontstaat bij het naderen van een vaartuig en wordt doorgaans opgenomen door fenders of andere energieabsorberende voorzieningen.
Draagkracht en vervorming
Niet alleen bezwijken moet worden gecontroleerd. Bij lange steigerpalen en geleidepalen kan de bruikbaarheidsgrenstoestand maatgevend zijn. De buis is dan sterk genoeg, maar vervormt mogelijk te veel voor het goed functioneren van pontons, geleiders, steigerdekken, fenders of aansluitingen.
Herhaalde belasting door wind, golven, stroming en bewegende vaartuigen kan bovendien materiaalvermoeiing veroorzaken. Vooral rondlassen, aangelaste platen, sparingen, consoles en abrupte doorsnedeovergangen vragen daarom om een zorgvuldige detaillering en, waar nodig, een vermoeiingsberekening.
Bodemonderzoek bepaalt de paallengte en inbedding
De benodigde lengte van een stalen buispaal wordt niet alleen bepaald door de waterdiepte en het zichtbare gedeelte boven het water. Een belangrijk deel van de paal bevindt zich in de waterbodem en zorgt voor verticale draagkracht, horizontale grondreactie en stabiliteit.
Voor het geotechnische ontwerp van buispalen zijn onder meer de volgende gegevens nodig:
- de opbouw en dikte van de grondlagen;
- conusweerstand en plaatselijke wrijving uit sonderingen;
- sterkte- en vervormingseigenschappen van zand, klei en veen;
- grondwaterstanden en waterspanningen;
- de aanwezigheid van puin, stenen of oude funderingsresten;
- mogelijke bodemerosie en ontgronding;
- huidige en toekomstige baggerdieptes.
In slappe klei- of veenlagen kan een grotere inbeddingsdiepte nodig zijn om voldoende draagkracht en horizontale ondersteuning te bereiken. In dicht zand kunnen juist hoge hei- of trilweerstanden optreden. De bodemgesteldheid beĆÆnvloedt daardoor zowel de benodigde paallengte als de geschikte installatiemethode.
Ontgronding rond stalen buispalen
Ontgronding rond de buispaal moet in het ontwerp worden meegenomen. Stroming, golfwerking, schroefstralen van schepen en baggerwerk kunnen het bodemniveau verlagen. Hierdoor neemt de vrije paallengte toe, vermindert de ondersteuning vanuit de bodem en kunnen grotere buigende momenten en horizontale verplaatsingen ontstaan.
Bij het bepalen van de inbeddingsdiepte moet daarom rekening worden gehouden met de verwachte bodemligging gedurende de volledige ontwerplevensduur, niet alleen met de bodemhoogte op het moment van aanleg.
Hoe bepaal je de diameter en wanddikte?
De buitendiameter en wanddikte van een stalen buis moeten altijd gezamenlijk worden berekend. De diameter heeft veel invloed op het traagheidsmoment, de buigstijfheid, het weerstandsmoment en de horizontale vervorming. Een grotere diameter kan daarom effectief zijn bij lange vrijstaande geleidepalen, steigerpalen en afmeerpalen.
De wanddikte beĆÆnvloedt onder meer:
- de weerstand tegen druk, trek, buiging en dwarskracht;
- de lokale stabiliteit van de buiswand;
- de weerstand tegen indeuken, ovalisatie en plooien;
- de lasbaarheid en uitvoering van aansluitdetails;
- de bestendigheid tegen hei- en trilbelastingen;
- de beschikbare corrosiereserve.
Een grote, dunwandige buis kan gevoelig zijn voor lokale instabiliteit of vervorming. Een kleinere dikwandige buis kan voldoende staaloppervlak hebben, maar onvoldoende stijfheid bieden voor een lange steiger- of geleidepaal. Alleen de diameter of alleen de wanddikte vergroten levert daarom niet automatisch het beste ontwerp op.
Bij het kiezen van de juiste buismaat voor een kade of steiger moeten onder meer axiale belasting, buigend moment, dwarskracht, knik, lokale stabiliteit, paal-grondinteractie en toelaatbare horizontale verplaatsing worden gecontroleerd. Ook producttoleranties, verbindingen en belastingen tijdens transport en installatie zijn onderdeel van de dimensionering.
Restwanddikte en corrosietoeslag
De nominale wanddikte bij levering is niet altijd volledig beschikbaar voor het opnemen van belastingen. Producttoleranties en verwacht materiaalverlies door corrosie moeten in de berekening worden verwerkt.
De restwanddikte is de effectieve wanddikte die gedurende of aan het einde van de ontwerplevensduur beschikbaar blijft. De corrosietoeslag is extra staaldikte die wordt toegevoegd om verwacht materiaalverlies in water, bodem of buitenlucht te compenseren.
Binnen Ć©Ć©n stalen buispaal kunnen verschillende blootstellingszones voorkomen:
- de atmosferische zone boven het water;
- de spatwaterzone;
- de waterlijn- of getijdenzone;
- het permanent ondergedompelde gedeelte;
- de overgang tussen water en waterbodem;
- het gedeelte dat in de grond is ingebed;
- de binnenzijde van een open of niet volledig afgesloten buis.
De corrosiesnelheid is niet in iedere zone gelijk. Ook zoet water, brak water en zeewater veroorzaken verschillende blootstellingscondities. Zuurstofaanvoer, temperatuur, stroming, chloridegehalte, verontreiniging, microbiologische activiteit en wisselende nat-droogbelasting kunnen de aantasting beĆÆnvloeden.
Welke staalsoort is geschikt voor kades en steigers?
Voor stalen buispalen en maritieme staalconstructies worden onder meer de sterkteklassen S235, S275 en S355 toegepast. S355 is veelgebruikt bij funderingen, kadebouw en zware steigerconstructies, maar is niet automatisch voor iedere toepassing de beste keuze.
Een hogere vloeigrens vergroot de weerstand tegen blijvende vervorming, maar maakt een stalen buis niet automatisch stijver. De elasticiteitsmodulus van gangbare constructiestaalsoorten is vrijwel gelijk. Wanneer de horizontale doorbuiging maatgevend is, zijn vooral de buisdiameter, wanddikte, vrije paallengte, oplegging en bodemondersteuning van belang.
S355J0H en S355J2H
Bij constructieve buisprofielen komen bijvoorbeeld de staalsoorten S355J0H en S355J2H voor. S355 verwijst naar de nominale vloeigrens voor de relevante dikteklasse. J0 en J2 hebben betrekking op de kerfslagtaaiheid bij voorgeschreven beproevingstemperaturen. De letter H geeft aan dat het een constructief buisprofiel betreft.
De keuze van de staalkwaliteit hangt onder meer af van:
- de vereiste vloeigrens en treksterkte;
- de benodigde kerfslagtaaiheid;
- de laagste ontwerptemperatuur;
- de wanddikte;
- de lasbaarheid;
- dynamische en cyclische belastingen;
- de productiemethode;
- de toepasselijke productnorm.
Gelaste of naadloze stalen buizen
Voor koudvervaardigde gelaste constructieve buisprofielen kan EN 10219 van toepassing zijn. EN 10210 heeft betrekking op warmvervaardigde constructieve buisprofielen en op profielen die door een geschikte warmtebehandeling een vergelijkbare metallurgische toestand hebben gekregen.
EN 10210 is niet uitsluitend een norm voor naadloze buizen. Warmvervaardigde buisprofielen kunnen, afhankelijk van de productspecificatie, gelast of naadloos zijn. Een lasnaad maakt een buis evenmin automatisch ongeschikt voor gebruik als funderingspaal, kadepaal of steigerpaal.
Langsnaadgelaste en spiraalgelaste buizen
Bij grote diameters worden vaak langsnaadgelaste of spiraalgelaste stalen buizen toegepast. Een langsnaadgelaste buis heeft een lasnaad in de lengterichting. Bij een spiraalgelaste buis loopt de las schroefvormig rond de buis.
Beide productiemethoden kunnen geschikt zijn voor zware waterbouwkundige toepassingen wanneer de buizen voldoen aan de voorgeschreven materiaaleigenschappen, maattoleranties, lasnaadkwaliteit, productnorm en inspectie-eisen. Naadloze stalen buizen zijn daarom niet standaard noodzakelijk voor kades, steigers of jachthavens.
Corrosiebescherming voor stalen buizen in water
Een duurzaam ontwerp combineert voldoende restwanddikte met een passend corrosiebeschermingssysteem. De bescherming moet worden afgestemd op het watermilieu, de installatiemethode, de bereikbaarheid voor inspectie en de gewenste levensduur.
Mogelijke maatregelen zijn:
- een berekende corrosietoeslag;
- een beschermend verfsysteem;
- een slijtvaste coating of bekleding;
- kathodische bescherming;
- lokale bescherming rond de waterlijn;
- het afdichten van de buis;
- periodieke inspectie en onderhoud.
Een coating beschermt het staal alleen zolang het systeem voldoende intact blijft. Beschadiging kan ontstaan tijdens transport, hijsen, heien, intrillen, lassen of door contact met pontons en vaartuigen. De onderhoudsstrategie en inspecteerbaarheid moeten daarom al tijdens het ontwerp worden meegenomen.
ISO 12944 beschrijft corrosiebescherming van staalconstructies door beschermende verfsystemen. ISO 12944-9 richt zich specifiek op offshore en verwante constructies in zware maritieme omstandigheden, zoals een maritieme atmosfeer of onderdompeling in zee- en brakwater.
Thermisch verzinken
Thermisch verzinken kan voor geschikte buisafmetingen en onderdelen een beschermingsmethode zijn. Bij grote en zware buispalen kunnen de beschikbare badmaten, het gewicht, lasdetails, mogelijke vervorming en beschadiging tijdens het installeren beperkend zijn.
De keuze tussen een coating, verzinking, kathodische bescherming en een corrosietoeslag moet per project worden onderbouwd. Een combinatie van maatregelen kan nodig zijn wanneer de buis aan verschillende corrosiezones wordt blootgesteld.
Open, gesloten of gevulde stalen buispalen
Stalen buispalen kunnen aan de onderzijde open of gesloten worden uitgevoerd. Bij een open buispaal kan tijdens het heien of intrillen grond in de buis komen. Een gesloten buispaal is aan de onderzijde voorzien van bijvoorbeeld een voetplaat, paalschoen of boorpunt.
De keuze tussen een open en gesloten buispaal beĆÆnvloedt de grondverdringing, installatiekracht, paalpuntweerstand en het draaggedrag. De juiste uitvoering hangt af van de bodemopbouw, paaldiameter, gewenste draagkracht en gekozen installatietechniek.
Stalen buis vullen met beton of grout
Sommige stalen buizen worden geheel of gedeeltelijk gevuld met beton of grout. Een beton- of groutvulling kan worden toegepast voor aanvullende constructieve capaciteit, ballast, afdichting, bescherming of de aansluiting op een betonnen bovenbouw.
De bijdrage van de vulling mag alleen in de draagkrachtberekening worden meegenomen wanneer de samenwerking tussen staal en beton of grout constructief is ontworpen. Het enkel vullen van een buis betekent niet automatisch dat sprake is van een samengestelde staal-betonconstructie.
Heien, intrillen, drukken of boren
Stalen buispalen voor kades en steigers kunnen worden geheid, ingetrild, gedrukt of met ondersteunend boren worden aangebracht. De installatiemethode beĆÆnvloedt de benodigde buismaat, wanddikte, paalpunt en uitvoeringsdetails.
Stalen buispalen heien
Bij heien wordt de buis met herhaalde slagen in de bodem gebracht. Daarbij kunnen hoge dynamische spanningen ontstaan in de buiswand, paalkop, lasverbindingen en paalpunt. Een buis die tijdens de gebruiksfase voldoende sterk is, kan tijdens het heien toch beschadigen wanneer de doorsnede onvoldoende installatiecapaciteit heeft.
Stalen buispalen intrillen
Bij intrillen wordt de weerstand van de bodem tijdelijk beĆÆnvloed door trillingen. Deze methode kan snel zijn, maar is niet voor iedere bodemgesteldheid of funderingsopgave geschikt. Nabij woningen, leidingwerk of gevoelige constructies kunnen eisen aan trillingen en geluid de keuze beperken.
Buispalen drukken of boren
Drukken of boren kan relevant zijn bij beperkte werkruimte, trillingsgevoelige locaties of moeilijk doordringbare grondlagen. De keuze hangt af van de bodem, paalafmetingen, gewenste draagkracht, bereikbaarheid, waterdiepte, beschikbaar materieel en omgevingseisen.
Normen voor stalen buispalen en waterbouw
Voor het ontwerp, de productie en de uitvoering van stalen buizen voor kades en steigers kunnen verschillende normen relevant zijn. Welke normeditie moet worden toegepast, wordt per project bepaald in de ontwerpbasis, contractspecificatie en geldende regelgeving.
Belangrijke normen en normreeksen zijn onder meer:
- EN 1990 voor de grondslagen van constructief ontwerp;
- EN 1991 voor belastingen op constructies;
- EN 1993 voor het ontwerp van staalconstructies;
- EN 1993-5 voor stalen palen en damwanden;
- EN 1997 voor geotechnisch ontwerp;
- NEN 9997-1 voor de Nederlandse toepassing van geotechnisch ontwerp;
- EN 10210 voor warmvervaardigde constructieve buisprofielen;
- EN 10219 voor koudvervaardigde gelaste constructieve buisprofielen;
- EN 1090-2 voor de uitvoering van staalconstructies;
- EN 10204 voor keuringsdocumenten van metalen producten;
- ISO 12944 voor corrosiebescherming door verfsystemen.
Vrijstaande dukdalven en bepaalde specifieke afmeerconstructies kunnen buiten de directe reikwijdte van onderdelen van EN 1993-5 vallen. Voor dergelijke maritieme constructies kunnen aanvullende waterbouwkundige richtlijnen en een projectspecifieke ontwerpbasis nodig zijn.
Verbindingen, rondlassen en aansluitdetails
De stalen buis is slechts Ć©Ć©n onderdeel van de totale kade-, steiger- of jachthavenconstructie. Rondlassen, langslassen, kopplaten, voetplaten, paalpunten, fenderaansluitingen, geleiders, consoles en dekverbindingen moeten de berekende krachten veilig overbrengen.
Bij het koppelen en verlengen van stalen buispalen op locatie zijn een goede uitlijning, passende lasvoorbewerking en controle van de rondnaad belangrijk. Ovaliteit en maatafwijkingen kunnen de passing, laskwaliteit en krachtsoverdracht beĆÆnvloeden.
Lasdetails moeten niet alleen op statische sterkte worden beoordeeld. Bij geleidepalen, remmingwerken, afmeerpalen en steigerconstructies kunnen herhaalde spanningswisselingen een vermoeiingscontrole noodzakelijk maken. Na het lassen moet ook de corrosiebescherming plaatselijk worden hersteld.
Materiaalcertificaten en traceerbaarheid
De geleverde stalen buizen moeten aantoonbaar overeenkomen met de ontwerp- en bestelspecificatie. Belangrijke controlepunten zijn:
- buitendiameter;
- wanddikte;
- lengte en gewicht;
- rechtheid en ovaliteit;
- staalsoort;
- productnorm;
- productiemethode;
- lasnaadkwaliteit;
- oppervlakteconditie;
- materiaalmarkering;
- eventuele coating of conservering.
EN 10204 beschrijft verschillende typen keuringsdocumenten voor metalen producten. Een 3.1-keuringsdocument bevat specifieke inspectie- en beproevingsresultaten die volgens de bestelling en toepasselijke productspecificatie zijn vastgesteld.
Een 3.1-certificaat maakt een stalen buis niet automatisch geschikt voor een kade, steiger of jachthaven. De constructieve geschiktheid volgt uit de combinatie van materiaaleigenschappen, afmetingen, ontwerpberekeningen, productnorm, kwaliteitscontrole en traceerbaarheid.
Het chargenummer, ook wel heat number genoemd, speelt een belangrijke rol bij de herleidbaarheid van staal. De markeringen op de buis, materiaalcertificaten en leveringsdocumenten moeten voldoende op elkaar aansluiten om de staalsoort en beproevingsresultaten te kunnen controleren.
Praktische selectievolgorde voor stalen buizen
- Bepaal of de buis wordt gebruikt als funderingspaal, steigerpaal, geleidepaal, afmeerpaal, remmingpaal, dukdalf of onderdeel van een kademuur.
- Stel de verticale, horizontale, cyclische en incidentele belastingen vast.
- Verzamel gegevens over bodemopbouw, waterdiepte, waterstanden, baggerdiepte en ontgrondingsrisico.
- Bereken de benodigde paallengte, inbedding, buitendiameter, wanddikte en horizontale stijfheid.
- Selecteer de staalsoort, kerfslagtaaiheid en toepasselijke productnorm.
- Kies tussen een open, gesloten of met beton of grout gevulde buispaal.
- Leg de corrosietoeslag, coating, kathodische bescherming en onderhoudsstrategie vast.
- Controleer of de buis bestand is tegen transport, heien, intrillen, drukken, boren en lassen.
- Werk koppelingen, rondlassen, paalpunten, voetplaten, kopplaten en fenderaansluitingen uit.
- Leg eisen vast voor maattoleranties, materiaalcertificaten, traceerbaarheid en inspectie.
- Toets de constructie op draagkracht, stabiliteit, vervorming en vermoeiing.
- Controleer of gedurende de volledige ontwerplevensduur voldoende restwanddikte aanwezig blijft.
Advies over stalen buizen voor uw waterbouwproject?
De juiste buisafmetingen en staalkwaliteit hangen af van de toepassing, belastingen, bodemgesteldheid, corrosiebelasting en gewenste levensduur. Neem contact op voor technisch overleg over stalen buizen voor kades, steigers en jachthavens.
Telefoon: 0168 ā 35 66 55
E-mail: sales@solines.nl
