nieuws

‘Productie bepalen met simpel proefje is fictie’

bouwbreed

Rots is te baggeren met grote werktuigen die de grond ontgraven met behulp van een ronddraaiende snijkop met tanden. Baggeraars weten dat, maar komen toch vaak voor verrassingen te staan. Overmatige slijtage van snijtanden doet de productie van de snijkopzuigers kelderen. “De productie willen bepalen aan de hand van een simpel proefje is een fictie”, zegt drs. P.N.W. Verhoef, die vandaag aan de Technische Universiteit Delft promoveert op het proefschrift ‘Wear of rock cutting tools’.

Het promotieonderzoek van Verhoef heeft tien jaar in beslag genomen. Verhoef is docent aan de faculteit Technische Aardwetenschappen van de Technische Universiteit. Hij heeft de opzet en het theoretisch kader van het onderzoek naar slijtage van beitels in gesteente verzorgd. Behalve veel laboratoriumproeven – die deed hij zelf – hebben studenten in het kader van hun afstudeerwerk veldstudies uitgevoerd.

Verhoef schat dat hij er effectief vier jaar aan heeft gewerkt. Het onderzoek heeft inzicht verschaft in de eigenschappen van gesteente die de productie en de slijtage bij het baggeren of droog ontgraven beinvloeden.

Bepalend blijkt de combinatie te zijn van de sterkte van de rots, de hardheid van de mineralen daarin en de geologische hoedanigheid van de grond. Met dit inzicht is het mogelijk betere voorspellingen te doen over slijtage van tanden en productie in rots.

Verhoef is met het onderzoek begonnen naar aanleiding van een project dat was aangenomen door aannemer Broekhoven uit Zeist (in 1989 door Ballast Nedam opgekocht).

Het baggeren in Port Hedland ging slecht. De ellende werd veroorzaakt door een combinatie van factoren. Er was veel meer slijtage dan verwacht. Lopend op het land was al te zien dat er kwarts in het gesteente zat. In de rapporten van het grondonderzoek werd het woord kwarts niet eens genoemd. Daardoor was de slijtage van te voren niet goed in te schatten. De voorraad tanden voor de snijkop raakte snel op. Er werden tanden ingevlogen, en dat kostte veel geld. Bovendien trad veel slijtage op aan de pompen op het baggerschip en de persleidingen voor het transport van het gebaggerde materiaal.

Sleuvengravers

Het onderzoek van Verhoef is gericht geweest op het vaststellen welke eigenschappen van gesteenten eigenlijk een rol spelen bij het ontgraven, nat of droog.

Het snijden van rots is een complex proces. Vastgesteld is dat de meeste slijtage aan de snijwerktuigen (beitels en tanden) optreedt bij het indringen. Dan treedt voor het snijvlak een vergruizingszone op. Zitten er veel harde minerale bestanddelen in de rots dan geeft dat veel slijtage. Het traject waarover een vergruizingszone optreedt is bij verschillende rotssoorten anders.

Het wordt bepaald door de verhouding van de druk- en de treksterkte. Bekend is dat door slijtage van snijtanden de effectiviteit van het snijden afneemt. De gelaagdheid van de grond speelt ook mee bij het bepalen van de te behalen productie. De meeste gesteenten hebben scheuren, geologen spreken van diaclasen. Die hebben invloed op het snijden. Tot 1992 beschikte Verhoef niet over voldoende gegevens om zijn ideeen te onderbouwen. Baggeraannemers zijn terughoudend met vrijgeven van specifieke informatie. Hij werd in 1992 benaderd door Vermeer International. Dat bedrijf had sleuvengravers draaien waar alles gemeten mocht worden. Door op veel projecten te kijken, kon – voor het eerst – geologisch informatie gekoppeld worden aan productie en slijtage.

Inmiddels zijn al tegen de 20 projecten met sleuvengravers van Vermeer bekeken. Gewerkt is in verschillende steensoorten zoals bijvoorbeeld kalksteen, zandsteen en graniet. De mineraalinhoud en sterkten van de steensoorten was verschillend. De blokgrootte, als gevolg van de gelaagdheid, bleek ook van invloed op de productie.

Vage Logica

Het zoeken naar verbanden tussen de verschillende parameters is gelukt door gebruik te maken van Vage Logica (Fuzzy Logic). Normalerwijs lukt het zoeken naar verbanden wel met bekende statistische rekentechnieken. Niet bij dit onderzoek. Vage Logica is bestaat nog niet zo lang, vanaf 1950 of zo. Het is een soort van wiskundige verzamelingentheorie. De factoren die het ontgravingsproces bepalen, hebben geen scherp omlijnde grenzen.

Vage Logica maakt het mogelijk daar toch mee te rekenen. Daardoor is het mogelijk geweest een model op te stellen waarmee slijtage en productie te voorspellen is. Gebleken is dat het model met Vage Logica goed werkt. En het is soms sneller dan deterministische programmas.

Ook voor baggerprojecten in rots moet het volgens Verhoef mogelijk zijn een model met Vage Logica op te stellen. Het terreinonderzoek moet dan gericht zijn op vaststellen van de drie dimensionale geologische opbouw. Ook de sterkte en minerale samenstelling van de rots moet bekend zijn. Vastleggen van gegevens tijdens de uitvoering van projecten kan dan net als bij de sleuvengravers voldoende opleveren om een model te maken voor de voorspelling van de productie en de slijtage.

In de toekomst zou een driedimensionaal geotechnisch model met een ingebouwd model met Vage Logica voor productie en slijtage aan boord van baggerschepen gebruikt kunnen worden. Voorspellingen zijn dan direct te vergelijken met gerealiseerde waarden. En dat zou kunnen leiden tot betere voorspellingen over productie en slijtage voor de rest van het project.

Een snijkop voor het ontgraven van rots is voorzien van snijtanden.

Een Vermeer T850 trencher bezig met ontgraven van zandsteen op een project in Langmeil in Duitsland.

Reageer op dit artikel
Lees voordat u gaat reageren de spelregels