Hydraulische aspecten van balgstuwen en balgkeringen

Abstract

Het is in Nederland gebruikelijk om de beweegbare onderdelen van stuwen, sluizen, hoogwaterkeringen, en andere waterbouwkundige werken in staal uit te voeren. Stalen onderdelen, zoals schuiven en deuren, vergen echter veel onderhoud. Daarom zijn er ontwikkelingen op gang gekomen die hebben geleid tot constructies die minder onderhoud vragen, zoals bijvoorbeeld stalen schuiven met speciale coatings (o.a. gealuminiseerde schuiven), hogesterkte betonnen schuiven en kunststof schuiven en deuren. Balgconstructies zijn een alternatief voor stalen schuiven en worden in de waterbouwkunde toegepast in de vorm van balgstuwen en balgkeringen. Balgconstructies met gewapend rubberen membranen vergen nauwelijks onderhoud. Ze hebben als bijkomende voordelen dat de belastingafdracht gunstig is en dat geen directe bewegingswerken nodig zijn. Hydraulische belastingen worden bij balgstuwen en balgkeringen rechtstreeks naar de bodemconstructie overgedragen, en niet zijwaarts naar steunpunten op landhoofden of tussenpijlers, zoals bij de traditionele schuiven. Daarom worden er, vanuit sterkteen stijfheidsoverwegingen, geen beperkingen opgelegd aan de overspanningslengte en zijn er als regel geen tussenpijlers nodig. Balgconstructies moeten met behulp van pompen worden gevuld met lucht of water; deze pompen kunnen afgeschermd tegen weersinvloeden in een overdekte ruimte worden opgesteld. Ze vervullen in feite dezelfde functie als de bewegingswerken van schuiven. Behalve voordelen hebben balgconstructies ook nadelen. Zo kan een balgstuw slechts in beperkte mate als een regelconstructie voor de rivierafvoer worden gebruikt en is het rubber membraan van een balgconstructie gevoelig voor beschadigingen van buiten af. In het voorliggende rapport worden met name de kennis en de ervaringen die zijn opgedaan bij het ontwerpen en bouwen van de balgkering Ramspol, vastgelegd en veralgemeniseerd. Met de gepresenteerde hydraulische, hydrodynamische en constructiedynamische kennis zal een toekomstig ontwerper kunnen beoordelen of een balgkering of balgstuw, gezien vanuit de hydraulica, toepasbaar is. Ook zal de ontwerper de hydrodynamische en constructiedynamische aspecten van de balg beter kunnen doorgronden, hetgeen een belangrijke voorwaarde is bij het maken of toetsen van een balgontwerp. De aspecten die hier behandeld worden betreffen in het bijzonder het gedrag en functioneren van een balgconstructie onder invloed van een statische en dynamische belasting (verval, golfen stromingsbelasting), maar ook het gedrag bij vullen en ledigen van de balg wordt beschouwd. Verder wordt er ingegaan op relevante experimentele onderzoeken en opgedane praktijkervaringen met de balgkering te Ramspol.