Onderzoek naar de levensvatbaarheid van een balkenrooster-drijflichaam voor tuinkasbouw

0

Onderzoek naar de levensvatbaarheid van een

Balkenrooster-drijflichaam voor tuinkasbouw

Drijfvermogen Constructie Functioneel Duurzaamheid Uitvoering Economisch

Naam: - René Okker

Studentnummer: - 0787586

Cluster: - Instituut voor Bouw & Bedrijfskunde

Afstudeerbegeleider bedrijf - Ir.B.v.Bueren Afstudeerbegeleider hogeschoolrotterdam - Ir.J.Slabbekoorn 2e lezer hogeschoolrotterdam - Ir.A.J.Karssenberg

1

Voorwoord

Dit verslag vormt het eindresultaat van de afstudeeropdracht waar ik de afgelopen maanden met veel plezier aan gewerkt heb. De afstudeeropdracht; ‘‘Waar moet een drijflichaam bestaande uit een balkenrooster voor drijvende kassen aan voldoen om het tot een levensvatbaar product te maken?” was een zeer uitdagende opdracht. Het begin van het afstudeer traject was voor mij een periode waarin ik me moest inlezen in documenten en heb daarbij veel kennis toegeëigend.

De afstudeeropdracht is uitgevoerd bij het architectenbureau; Waterarchitect van Bueren te Rotterdam. De opdracht is ontstaan uit een intern eerder uitgevoerd vooronderzoek naar innovatie kasconstructies en drijflichamen (B van Bueren,2010).

In dit afstudeerverslag worden verschillende onderwerpen belicht welke ik tijdens het afstuderen heb onderzocht en die alle betrekking hebben op de levensvatbaarheid van een balkenrooster-drijflichaam. Het onderzoek heeft een bijdrage geleverd aan de verbreding van mijn bouwtechnisch inzicht, zowel in de breedte als op detailniveau.

Ik wil graag Waterarchitect van Bueren bedanken voor de ruimte en vrijheid die ik heb gekregen tijdens de afstudeerperiode. Ik heb van de mogelijkheid gebruik gemaakt om besloten lezingen, presentaties en vergaderingen bij te wonen over drijfsystemen en drijvende kassen. Op deze wijze heb ik mij nog verder kunnen verdiepen in het onderwerp van de afstudeeropdracht en kreeg hierbij zeer actuele informatie toegereikt. Verder wil ik dhr. Slabbekoorn als afstudeerbegeleider van school bedanken. Beide hebben mij regelmatig nuttige feedback gegeven. Ik hoop dat ik met mijn afstudeeropdracht een nuttige bijdrage heb kunnen leveren aan het onderzoek naar de levensvatbaarheid van een balkenrooster voor kastuinbouw. In de toekomst zal het onderzoek nog verder door lopen. Ik kijk daarom ook uit naar de resultaten.

Student Bouwkunde, René Okker

2

Samenvatting

In 2010 is waterarchitect van Bueren gestart met het verkennen van mogelijke ontwerpen van balkenrooster-drijflichamen voor tuinkasbouw. In hoeverre deze ontwerpen levensvatbaar zijn moet nog worden onderzocht. In dit onderzoek wordt daarom onderzocht waar een balkenrooster-drijflichaam aan moet voldoen om het tot een levensvatbaar product te maken. Aan de hand van die criteria kan bepaald worden in hoeverre een ontwerp van een balkenrooster-drijflichaam levensvatbaar is. Zo kan een beeld gevormd worden van de zwakke en sterke kanten van een dergelijk ontwerp. Om onderscheid in criteria te maken zijn voor het levensvatbaarheidsonderzoek algemene deelvragen opgezet. Deze deelvragen overkoepelen de onderdelen drijfvermogen, constructie, functionaliteit, duurzaamheid, uitvoering en de kosten van het drijflichaam.

Deelvragen;

Drijfvermogen: Hoeveel drijfvermogen moet geleverd worden? Constructie: Waar moet de constructie tussen balken aan voldoen?

Functionaliteit: Aan welke functionele eisen moet een drijflichaam met kas voldoen? Duurzaamheid: Hoe duurzaam kan het balkenrooster worden uitgevoerd?

Uitvoering: Met welke uitvoeringaspecten moet rekening worden gehouden? Kosten: Aan welke economische eisen moet het drijflichaam voldoen?

Aan de hand van de conclusies uit deze deelvragen is een eigen technisch ontwerp getoetst. Dit ontwerp bestaat uit drijvende balken van EPS met een omhulsel van ferrocement. Op deze drijvende balken ligt een geïsoleerde hardhouten vloer welke boven het oppervlaktewater zweeft. Het voordeel van deze constructie is dat er plaats wordt vrij gehouden voor waterbergingszakken en installaties onder het drijflichaam. Om de waterkwaliteit op peil te houden wordt op deze wijze rekening gehouden met de doorstroom van water. Daarnaast is de vloer waterbestendig en heeft door gebruik van duurzaam materiaal een levensduur van meer dan 25 jaar. De constructie moet vervormingen van lange golven met een hoogte van +/- 30 cm in beschut gebied aan kunnen. De kosten van het drijflichaam bedragen 130 euro/m². Het drijfvermogen dat het balkenrooster levert is 60 kg/m².

Het is gebleken dat het ontwerp op de deelvragen van het drijfvermogen, duurzaamheid en kosten levensvatbaar is. Aan de levensvatbaarheid van de constructie, functionaliteit en uitvoering kan nog geen volledig waardeoordeel worden gegeven en vraagt om specifieker en dieper onderzoek.

Naast het eigen ontwerp kunnen diverse andere ontwerpen bestaande uit balkenrooster-drijflichaam langs de levensvatbaarheidscriteria worden gehouden. Op deze wijze kunnen tuinders en opdrachtgevers hun voorkeur aangeven en bepalen op welke gebieden en in hoeverre hun ontwerp levensvatbaar is.

Voor verder onderzoek wordt daarom aangeraden nog meer informatie uit de werkgebieden; civiel, maritiem en agrarisch te verkrijgen. Zo kan de levensvatbaarheidscriteria worden aangescherpt en daarmee nog specifieker worden ontworpen.

3

Inhoudsopgave

1 Hoeveel drijfvermogen moet geleverd worden? ... 9

1.1 Drijfvermogen. ... 9

1.2 Belastingen op het drijflichaam (Fg) ... 9

1.3 Opdrijvend vermogen van een balkenrooster-drijflichaam. (Fa) ... 13

1.4 Vrijboord van het drijflichaam (f) ... 14

1.5 Conclusie drijfvermogen ... 14

2 Waar moet de constructie tussen balken aan voldoen? ... 15

2.1 Golfbelasting op het balkenrooster. ... 15

2.3 Verbinding tussen de balk ... 19

2.4. Stabiliteit en stijfheid van het frame ... 20

2.5 Conclusie constructie ... 21

3 Aan welke functionele eisen moet een drijflichaam met kas voldoen? ... 22

3.1 Conclusie functionaliteit. ... 22

4 Hoe duurzaam kan het balkenrooster worden uitgevoerd? ... 23

4.1 Waterkwaliteit ... 23

4.2 Materiaal ... 24

4.3 Conclusie duurzaamheid. ... 24

5 Met welke uitvoeringstechnische aspecten moet rekening worden gehouden? ... 25

5.1 Conclusie uitvoering ... 25

6 Aan welke economische eisen moet het drijflichaam voldoen?... 26

6.1 Kosten ... 26

6.2 Conclusie kosten ... 26

4

Deel 2 ... 28

8 Drijfvermogen van ontwerp ... 29

8.1 Inleiding ... 29

8.2 Vrijboord (NTA 8111) ... 29

8.3 Conclusie drijfvermogen eigen ontwerp ... 29

9 Verbinding van ontwerp ... 30

9.1 Inleiding ... 30

9.2 Omhulsel balk ... 30

9.3 Koppelingen balk ... 32

9.4 Stabiliteit en constructieve stijfheid ... 34

9.5 Conclusie constructie eigen ontwerp ... 34

10 Functionaliteit van ontwerp ... 35

10.1 Isolatie, Vrije ruimte voor installaties ... 35

10.2 Beloopbaarheid ... 35

10.3 Conclusie functionaliteit eigen ontwerp ... 35

11. Duurzaamheid van het ontwerp ... 36

11.1 Waterkwaliteit ... 36

11.2 Materiaal ... 36

11.3 Conclusie duurzaamheid eigen ontwerp ... 36

12 Uitvoering van ontwerp ... 37

12.1 Demontabel ... 37

12.2 Transport ... 37

12.3 Conclusie uitvoering eigen ontwerp ... 37

13 Kosten van ontwerp ... 38

13.1 Kosten drijflichaam ... 38

13.2. Conclusie kosten ... 38

14 Resultaten levensvatbaarheid van het eigen ontwerp. ... 39

14.1 Resultaten Levensvatbaarheid van het eigen ontwerp ... 39

15 Aanbevelingen analytisch deel ... 40

5 A Bronnenlijst ... 41 Bijlage 1 NEN 3859 ... 44 Bijlage 2 Watergebieden ... 50 Bijlage 3 Drijfvermogen ... 51 Bijlage 4 Ferrocement ... 56 Bijlage 5 Functionaliteit ... 58 Bijlage 6 Duurzaamheid ... 60

Bijlage 7 Informatie hardhout. ... 62

Bijlage 8 Kosten Materiaal ... 64

6

Inleiding

Bedreiging van groeiende deltagebieden

Een van de grootste uitdagingen van de 21ste eeuw is het vinden van oplossingen voor verstedelijking van deltagebieden. In de komende 20 jaar zal 50 procent van de wereldbevolking in stedelijke gebieden wonen. Met de doorgaande groei van deze gebieden wordt verwacht dat in het jaar 2050: 70 procent van de totale wereldbevolking in deltasteden woont.

De vraag naar innovatieve oplossingen.

Bijna al deze gebieden liggen in kwetsbare delta’s. Steden over de hele wereld zoals Rotterdam, Shanghai en New York zijn hier voorbeelden van. In deze gebieden vormen straks de stijging van de zeespiegel, de infrastructurele congesties, de schaarste van grondstoffen en voedsel grote bedreigingen. De druk op ruimte is hiermee erg groot en vraagt om innovatieve oplossingen. Een van deze innovatieve oplossingen is drijvende tuinkasbouw!

Afbeelding 0.1 De eerste drijvende kas, 2005 Bestaande drijvende tuinkasbouw

Afbeelding 0.2 Flexbase light (Floating Roses,2010)

Drijvende tuinkassen zijn nog niet zo lang als product op de markt. In het jaar 2005 is de eerste demoversie van een drijvende tuinkas gemaakt. Achtereenvolgens is door het TNO in het jaar 2009 een onderzoek opgezet naar de ontwikkeling van een rozenkas op water, genaamd Floating Roses. Dit project heeft het meest nieuwe innovatieve drijflichaam dat op dit moment op de markt beschikbaar is. Het principe van dit systeem is een schuimplaat met een hierop in het werk gestorte betonvloer. Dit systeem wordt Flexbase light genoemd.

7

Afstudeeropdracht

Alternatief balkenrooster-drijflichaam

Als alternatief op bestaande drijflichamen is verkenning gedaan naar drijflichamen bestaande uit een balkenrooster (B van Bueren,2010). Deze verkenning geeft algemene ontwerpmogelijkheden weer, waarmee balkenrooster-drijflichamen zouden kunnen functioneren. Om te bepalen of dergelijke lichamen ook in werkelijkheid kunnen functioneren, zal eerst onderzocht moeten worden waar een drijflichaam bestaande uit een balkenrooster voor drijvende kassen aan moet voldoen om het tot een levensvatbaar product te maken. Aan mij is de opdracht gegeven dit te onderzoeken. De conclusies van het onderzoek kunnen daarna langs diverse ontwerpen als richtlijn worden gehouden om te bepalen hoe levensvatbaar een specifiek ontwerp is.

Afbeelding 0.3 balkenrooster-drijflichaam voor drijvende tuinkasbouw

De hoofdvraag van het afstudeeronderzoek luidt daarom als volgt;

Waar moet een drijflichaam bestaande uit een balkenrooster voor drijvende kassen aan voldoen om het tot een levensvatbaar product te maken?

Om de levensvatbaarheid van het balkenrooster-drijflichaam te bepalen wordt het drijflichaam aan de hand van de volgende onderdelen onderzocht;

8

Leeswijzer

Het onderzoek naar de levensvatbaarheid van een balkenrooster-drijflichaam voor kastuinbouw, bestaat uit 2 delen;

Analytisch deel; Onderzoek waar een drijflichaam bestaande uit een balkenrooster aan moet voldoen om het tot een levensvatbaar product te maken.

Deel 2; Eigen ontwerp toetsen aan opgestelde conclusies uit het analytische deel.

Beide documenten kunnen los van elkaar gelezen worden en vullen elkaar aan. Het analytisch onderzoek heeft als doel algemene criteria te formuleren, waarbinnen een drijflichaam in de vorm van een balkenrooster kan functioneren als een levensvatbaar product. Om hier antwoord op te geven analyseert het analytische deel de volgende deelvragen:

Hoofdstuk 1: Hoeveel drijfvermogen moet geleverd worden? Hoofdstuk 2: Waar moet de verbinding tussen balken aan voldoen?

Hoofdstuk 3: Aan welke functionele eisen moet een drijflichaam met kas voldoen? Hoofdstuk 4: Hoe duurzaam kan het balkenrooster worden uitgevoerd?

Hoofdstuk 5: Met welke uitvoeringstechnische aspecten moet rekening worden gehouden? Hoofdstuk 6: Aan welke economische eisen moet het drijflichaam voldoen?

Hoofdstuk 7: Opsomming van de deelconclusies.

Het tweede deel van het afstudeerverslag richt zich op de uitwerking van het eigen ontwerp. Hier wordt onderzocht in hoeverre het ontwerp rekening houdt met de deelconclusies uit het analytische onderzoek. Aan de hand van de deelconclusies kan bepaald worden hoe levensvatbaar het eigen ontwerp is. Bij ieder hoofdstuk wordt aan het eind de deelconclusie gemeld voor het daartoe bestemde hoofdstuk vanuit het eigen ontwerp door middel van het analytische deel.

Hoofdstuk 8: Drijfvermogen van ontwerp Hoofdstuk 9: Verbinding van ontwerp Hoofdstuk 10: Duurzaamheid van ontwerp Hoofdstuk 11: Functionaliteit van ontwerp Hoofdstuk 12: Uitvoering van ontwerp Hoofdstuk 13: Kosten van ontwerp

Hoofdstuk 14: Resultaten levensvatbaarheid van het eigen ontwerp Hoofdstuk 15: Aanbevelingen voor verder onderzoek

Voor de inhoudelijke informatie wordt in de tekst tussen haakjes verwezen naar de bronnenlijst en de bijlages.

9

1 Hoeveel drijfvermogen moet geleverd worden?

1.1 Drijfvermogen. 1. Wet van Archimedes

Voor de berekening van het drijfvermogen wordt de wet van Archimedes toegepast.

Volgens de wet van Archimedes drijft het drijflichaam als het opdrijvend vermogen (Fa) groter is dan de belasting op het drijflichaam aan zwaartekracht (Fg).

Hiervoor geldt; Fa (KN) = 10 x V

V = het volume van objecten in water.

Fa = Fg Fa = Archimedes druk Fg = De zwaartekracht f = het vrijboord d = diepte G = het zwaartepunt Afbeelding 1.1 Wet van Archimedes bepalend voor het drijfvermogen. (Maarten Kuijper, 2010)

1.2 Belastingen op het drijflichaam (Fg)

Afbeelding 1.2 De belastingen opeen balkenrooster-drijflichaam

De benodigde hoeveelheid drijfvermogen van het balkenrooster kan worden berekend wanneer de hierop werkende maximale belasting bekend is. De maximaal werkende belasting voor tuinkasbouw kan worden berekend uit de optelsom van de volgende deelbelastingen; 1. Belasting van gewas.

2. Belasting van de vloer

10 1. Gewas

In tuinkassen worden diverse soorten gewassen geteeld. Deze gewassen verschillen in gewicht. De productie per kg/m² van gewassen is bepalend voor de belasting op het drijflichaam. De productie van gewassen in de kas hangt af van de groei per kg/m². De groei per kg/m² hangt af van diverse klimaatfactoren en verschilt per jaar. Voorbeeld; Het productieniveau van paprika kan 20 kg/ m² zijn maar kan door een beter groeiklimaat ook 30 kg/m² zijn. Voor het berekenen van de belasting moet dus worden uitgegaan van het maximaal te behalen rendement. Het maximale rendement zou voor de productie van paprika 40 kg/m² kunnen zijn. Dit maximaal productief te behalen rendement moet meegenomen worden in de berekening van het drijfvermogen.

Mogelijke voorbeelden;

Productie > Gemiddeld Maximaal rendement Maximale belasting

Microgroenten 10 kg/m² 20 kg/m² 20 kg/m² IJsbergsla 15 kg/m² 25 kg/m² 25 kg/m² Champignons 20 kg/m² 30 kg m² 30 kg/m² Paprika 20 kg/m² 40 kg/m² 40 kg/m² Rozen 30 kg/m² 45 kg/m² 45 kg/m² Tomaat 50 kg/m² 80 kg/m² 80 kg/m² Komkommers 60 kg/m² 90 kg/m² 90 kg/m²

Afbeelding 1.3 Gewicht van diverse gewassen. 2. Vloer

Aan de hand van het type gewas kan bepaald worden of deze haalbaar is op een los drijvende vloer, deze draagt geen belasting over aan het balkenrooster. Of een vaste constructieve vloer, deze draagt wel belasting over aan het balkenrooster.

Afbeelding 1.4 Vloer los drijvend van balkenrooster. Afbeelding 1.5 Vloer vast aan balkenrooster.

Voor diverse voorbeelden van ontwerpen en mogelijkheden met betrekking op los en vast drijvende vloeren wordt verwezen naar het onderzoek; Kassen in de toekomst licht en drijvend. ( B van Bueren, 2010).

11 3. Kasconstructie

Belasting van de hoofddraagconstructie

Op een drijflichaam bestaande uit een balkenrooster kunnen diverse kassen worden gebouwd. Er zijn zowel nog te ontwikkelen innovatieve kassen mogelijk, als bestaande kassen.

Bestaande kassen

Uit onderzoek blijkt dat het toepassen van Venlokassen voor 87 procent in Nederland van toepassing is. Dit type kas bestaat uit een lichte stalen constructie. In meerdere onderzoeken wordt aanbevolen voor dit type kas te kiezen (TNO, 2009). De reden hiervan is dat de kasconstructie een open structuur heeft en licht van gewicht is in verhouding met andere kassen. Mede door de grootschalige toepassing van deze kasconcepten is er een breed aanbod aan toepassingsmogelijkheden voor installatievoorzieningen en draagconstructies.

De belasting van de kasconstructie hangt af van het gewicht van de hoofdraagconstructie en de constructieve maat van de kas. Er zijn diverse kasformaten mogelijk. Om scheve constructieve verhoudingen te voorkomen moet op een balkenrooster-drijflichaam de afstand van de kolommen hetzelfde zijn, hard op hard ten opzichte van elkaar in zowel horizontale als verticale richting.

Bekleding

\

Afbeelding 1.6 ETFE-kas (B. van Bueren, 2010) Afbeelding 1.7 glas-kas (Drijvende kas,2005)

Voor het door laten van licht wordt bij kassen gebruik gemaakt van glas of folie. Het gewicht van het type lichtdoorlatende transparanten hangt af van het type materiaal hiervoor. Een voorbeeld van een dergelijk folie is ETFE. ETFE is een folie dat tot nu toe nog niet zo lang op de markt verkrijgbaar is. Folie heeft ten opzichte van glas (10 kg/m²) een lager gewicht (1 kg/m²). Bij de keuze voor folie is er minder drijfvermogen nodig waardoor op kosten en materiaalgebruik bespaard kan worden. Meer informatie over de voor en nadelen van ETFE kan gelezen worden in; Kassen in de toekomst; Licht en drijvend. (B. van Bueren)

12 Voorbeeld; totaalberekening van de hoofddraagconstructie met folie op balkenroosterformaat.

Vlakke plaat Gebr. Bel. (N) gew ich t in cl gl as 16 x 5 m = 23854 80 m² = 23854 1 m² = 298 gew ich t in cl ET FE 16 x 5 m = 15854 80 m² = 15854 1 m² = 198 Roosterformaat 9 ,6 x 9 ,6 1 m² = 198 92,16 m² = 18264 6 ,4 x 6 ,4 1 m² = 198 40,96 m² = 8117 4 ,8 x 4 ,8 1 m² = 198 23,04 m² = 4566

Afbeelding 1.8 Ter indicatie een berekening van gewicht standaard Venlokas maten op balkenroosterformaat de (Venlokas) het blauwgedrukte gedeelte komt uit het vooronderzoek van Floating Roses.

( TNO, 2009)

Het gewicht van het kasformaat op een vlakke plaat is in deze tabel getransformeerd van een bestaand drijflichaam met een vlakke plaat naar een balkenrooster-drijflichaam. Dit houdt dus in dat de waardes voor gebruiksbelasting in de buurt komen te liggen van het formaat van de kas op de vlakke plaat.

Sneeuwbelasting

De belasting van sneeuw mag in bepaalde gevallen bij tuinkassen gereduceerd worden. De norm hiervoor staat beschreven in de NEN 3859 – tuinkassen constructieve eisen (nieuwbouw).

Voor het berekenen van de sneeuwbelasting Qk2 in KN/m² op het kasdek geldt de reductiefactor van de referentieperiode ψ T (tijdsgebonden). De thermische coefficient ct. De vormfactor van het kasdek μ1. En de extreme waarde van sneeuwbelasting psn =0,7 KN/m². Deze factoren met elkaar vermenigvuldigt geeft de maximale sneeuwbelasting die geldt in KN/m² (Qk2). (Voor het bepalen van deze factoren wordt verwezen naar bijlage 1).

13 1.3 Opdrijvend vermogen van een balkenrooster-drijflichaam. (Fa)

1. EPS of lucht binnen een omhulsel

Afbeelding 1.9 EPS en lucht omsloten door een omhulsel.

Om opdrijvend vermogen te verkrijgen worden in de bouw materialen gebruikt die in volume lichter zijn dan water. Lichte materialen zoals EPS en lucht worden hiervoor het meest toegepast in de bouw. EPS is een goedkoop en drukvast materiaal, het ontstaat door polymerisatie van het monomeer styreen. Styreen komt uit raffinage van aardolie. Bij dit proces ontstaan kleine bolletjes. Deze bolletjes ook wel parels genoemd hebben 3000 gesloten cellen die met lucht gevuld zijn. EPS bestaat hierdoor voor 98 procent uit lucht. Deze cellen worden in de vorm van platen op de bouwmarkt geproduceerd. Om opdrijvend vermogen te krijgen in de vorm van een balk zal de lucht of het EPS omsloten moeten worden binnen een omhulsel. Op dit omhulsel zal de kas gebouwd worden. 1 m³ EPS lever omdat het bijna volledig uit lucht bestaat een drijfvermogen van 10 KN/m³. Dit houdt in dat hoe meer EPS er gebruikt wordt hoe meer drijfvermogen geleverd kan worden. (Unidek,2012), (Stybenex,2012).

2. Omhulsel

Afbeelding 1.10 de vorm van een balkenrooster-drijflichaam

Het drijfvermogen van een drijflichaam bestaande uit een balkenrooster hangt af van het volume en de dichtheid van het omhulsel in combinatie met de hoeveelheid EPS of lucht binnen het omhulsel. De hoeveelheid drijfvermogen die geleverd moet worden hangt af van de belasting werkend op het drijflichaam. Eerst moeten dus de belastingen bepaald worden alvorens onderzocht kan worden hoeveel drijfvermogen geleverd moet worden.

14 1.4 Vrijboord van het drijflichaam (f)

De Nederlandse technische afspraak voor drijvende bouwwerken (NTA 8111) artikel 7.4.2; Voor drijflichamen met een holle ruimte is de veiligheidsafstand volgens figuur 10 tenminste 300 mm bepaald volgens de belastingcombinaties (7.1) en (7.2) in (7.4).

Afbeelding 1.11 artikel 7.4.2 (NTA 8111,2011) Kanttekening;

In de scheepvaart wordt het begrip vrijboord gehanteerd: “de afstand tussen het vlak van de grootste inzinking en het daarvan evenwijdige vlak door het laagste punt van het gangboord of, bij ontbreken van een gangboord, het laagste punt van het vaste boord” In het NTA wordt echter consequent de term veiligheidsafstand gehanteerd. (NTA 8111,2011)

1.5 Conclusie drijfvermogen

Het drijfvermogen van een balkenrooster hangt vast aan diverse keuzes die in dit hoofdstuk besproken zijn. Belasting van gewas, het type vloer met of zonder belasting afdragend aan balkenrooster en belasting van en op de kasconstructie. De keuzes hiervoor bepalen hoeveel drijfvermogen geleverd moet worden. De eis van het drijfvermogen voor het drijflichaam is, dat deze bij maximale belasting niet mag zinken en een minimale veiligheidsafstand van 300 mm hanteert. Het drijfvermogen van een drijflichaam bestaande uit een balkenrooster hangt af van het volume en de dichtheid van het omhulsel in combinatie met de hoeveelheid EPS of lucht binnen een omhulsel.

15

2 Waar moet de constructie tussen balken aan voldoen?

2.1 Golfbelasting op het balkenrooster. 1.Water van wild tot rustig

Het verschil van bouwen op water ten opzichte van bouwen op land is de belasting van golven op de fundering. Deze golven verschillen in mate en grootte, afhankelijk van de windkracht, de diepgang van het water en de strijklengte waarbinnen een golf zich kan ontwikkelen. De strijklengte is de afstand die een golf aflegt vanaf zijn ontstaan tot zijn volledige ontwikkeling, voortkomend uit wind van constante richting en sterkte. Hoe groter, dieper en opener het wateroppervlak des te grotere en krachtigere golven door wind kunnen optreden. Deze wateroppervlaktes zijn te onderscheiden in gebieden. Voorbeelden van deze gebieden zijn; oceanen, zeeën, kustgebieden en ingedamde gebieden zoals baaien, meren en waterbergingsgebieden. In de onderstaande tabel zijn de golfhoogtes weergegeven die in deze gebieden voorkomen;

Categorie Gebied Water t.o.v. Golfhoogtes Situatie extreem

A Oceaan Wildst 4 meter windkracht 8

B Zee Wild 4 meter windkracht 8

C Kust Wilder 2 meter windkracht 6

D Beschut Rustig 0,3 meter windkracht 4

0,5 meter Vaartuigen Afbeelding 2.1 (ECB,2012) te vinden in bijlage 2

Afbeelding 2.2 Categorie A en B. (Oceaan, Zee) Afbeelding 2.3 Categorie C. (Kust)

16 2. Verbindingen algemeen

Afbeelding 2.5 Verbinding koppeling balk.

Afbeelding 2.6 bron; (Bouwen met staal, flexibele verbindingen met raamwerken in staalconstructies, 1995) In de bouw zijn koppelingen in 3 categorieën in te delen;

 Een scharnierende verbinding, deze kan geen moment opnemen.  Een stijve verbinding neemt het volledige moment op.

 Een flexibele verbinding zit tussen een stijve en scharnierende in. Bij flexibele verbindingen gaat het in principe om de vervorming van het materiaal. Deze

vervorming van het materiaal hangt af van de mate waarin de verbinding bevestigd is en de elasticiteitsmodulus van het materiaal.

Verbinding omhulsel balk.

Afbeelding 2.7 elasticiteitsmodulus voor de vervorming van materiaal.

De stijfheid van het omhulsel van de balk hangt af van de elasticiteitsmodulus van het materiaal en de vorm van de balk. Hoe elastischer het omhulsel des te meer vervorming de balk aan kan.

17 3. Golfbestendigheid van kas + drijflichaam in wild gebied

Tuinkassen overdekken om productief te kunnen zijn minimaal een wateroppervlak van meerdere hectares. Dit houdt in dat een drijflichaam bestaande uit een balkenrooster, in verhouding met de grootte van het oppervlak, uit een dunne schil bestaat. De hoofddraagconstructies van kastuinen worden gemaakt van staal. Deze kasconstructies zijn bij de koppelingsmechanismen stijf. Bij golfhoogtes in categorie A,B,C moet het drijflichaam dus volledig stijf zijn. Als het drijflichaam namelijk niet stijf is zal bij doorgaande scharnierende beweging van het drijflichaam de kracht volledig doorgegeven worden aan de kasconstructie.

Afbeelding 2.8 Zijaanzicht balkenroosters in de langs-richting bij grote golven in categorieën A,B,C.

Kasconstructies zijn niet gebouwd om dit soort grote vervormingen op te nemen. Wanneer de balken van het drijflichaam scharnierend worden verbonden zal in categorie A,B en C waarbij golfhoogtes van meer dan 1 meter voorkomen de kasconstructie breken.

Om een stijf drijflichaam in categorie A,B,C te laten werken moet het drijflichaam groot en constructief sterk worden om de constructieve krachten in verhouding op te kunnen vangen. Deze grote constructies zijn voor drijflichamen van tuinkassen economisch niet rendabel.

Afbeelding 2.9 Vooraanzicht doorsnede van balkenrooster-drijflichaam bij dwarsdoorsnede.

Uit onderzoek blijkt dat een drijflichaam bij golven in categorie A,B,C kan worden opgeslingerd door eigen frequentie. Het blijkt dat bij het bouwen van een flexibel systeem zoals een balkenrooster het onmogelijk is de eigen frequenties te beïnvloeden. (Maarten Kuijper,2006) Opslingeren is volgens onderzoek te verwachten bij golven van categorie A,B,C. In beschutte gebieden van categorie D is de kans van opslingeren klein. Hieruit blijkt dus dat een balkenrooster alleen toegepast kan worden in beschutte gebieden van categorie D.

18 4.Golbestendigheid in beschut gebied

In beschutte gebieden kunnen zich korte en lange windgolven vormen. De korte windgolven zijn over het algemeen in beschutte gebieden klein. Het zijn echter de lange golven die door constante wind uit dezelfde richting belasting uitoefenen op het drijflichaam. Het hangt van de lengte en de hoogte van deze golven hoeveel belasting ze op het drijflichaam uitoefenen. Er moet uitgegaan worden van een maximale golf met een minimale lengte. Deze golven zorgen voor de grootste helling en daarmee vervorming in het drijflichaam.

Afbeelding 2.10 Frequentie vormen door trilling in een plaat (TNO,2009)

Bij kleine korte windgolven zal het drijflichaam weinig hinder ondervinden op gebied van vervorming in beschutte gebieden. Dit omdat bij korte golven de belasting bij genoeg diepgang van het drijflichaam per rooster verdeeld wordt. Het zijn echter de lange golven van 30 cm verdeeld over meerdere balkenroosters die voor vervorming van het totale lichaam zorgen. Een dergelijk lichaam zal dus voldoende buig-slap (flexibel) moeten zijn om vervorming met betrekking op lange golven aan te kunnen. Het hangt per beschut gebied af wat deze maximale belastingen door golven zijn. Daarom moet voor het berekenen worden uitgegaan van een specifiek gebied met maximale golfhoogtes die zich in het gebied kunnen vormen.

Afbeelding 2.11 Zijaanzicht van aaneenschakeling balkenroosters vervorming op een lange golf van meer dan 100 meter. Door de dunne schil is het drijflichaam buigslap en moet er dus vervorming van materiaal mogelijk zijn.

Het is bewezen dat de elasticiteitsmodulus in de vorm van een vlakke plaat met daarop de Venlokas de vervormingen van lage lange golven in een beschut gebied aan kan. Ook is bewezen dat het drijflichaam zoals in afbeelding 2.10 wordt weergegeven voldoende flexibel is. Dit houdt dus in dat het materiaal waarmee het balkenrooster-drijflichaam wordt gemaakt voldoende elastisch moet zijn om vervorming bij lange golven in beschut gebied aan te kunnen. Het drijflichaam van Floating Roses bewijst dat dit mogelijk is.(TNO,2009)

19 2.2 Omhulsel van de balk

1. Omhulsel balk

Afbeelding 2.12 Belastingen op het omhulsel. Waar moet het omhulsel aan voldoen;

1. Golven kunnen vanuit alle windrichtingen de balk belasten. Om te voorkomen dat de balk bezwijkt, moet het omhulsel van de balk sterk genoeg zijn om belasting door golven en van de kasconstructie op te kunnen nemen. Teveel aan doorbuiging moet dus voorkomen worden.

2. Een teveel aan belasting van golven en veranderlijke belastingen van de kasconstructie op de balk moeten voorkomen worden. Daarom moet de balk sterk genoeg zijn om een teveel aan tordatie van het omhulsel te voorkomen.

3. Het omhulsel van de balk moet sterk genoeg zijn om puntbelasting van de kolom op te kunnen nemen.

4. Ook bij de koppeling moet het omhulsel sterk genoeg zijn om puntbelasting op te kunnen nemen.

Naast dat het omhulsel sterk genoeg moet zijn om bovenstaande belastingen op te kunnen nemen moet het materiaal ook geschikt zijn voor het monteren van de kas, de vloer en de koppeling tussen de balken.

2.3 Verbinding tussen de balk

De verbinding moet zoals in hoofdstuk 2.1 beschreven staat moet flexibel genoeg zijn om vervorming van het materiaal bij lange golven aan te kunnen.

De flexibiliteit van de verbinding hangt af van het type materiaal waarvan de verbinding is gemaakt. De elasticiteitsmodulus en de vorm van het materiaal in toepassing, bepalen hoe elastisch het materiaal is.

20 Het materiaal moet voldoen aan de volgende eisen;

 Het drijflichaam moet voldoende stevigheid en stijfheid leveren om op te kunnen werken.

 Het balkenrooster moet flexibel genoeg zijn om vervorming bij lange golven van met een hoogte van 30 cm aan te kunnen.

De volgende opties zijn mogelijk;

Afbeelding 2.13 Vervormingen zullen op een balkenrooster-drijflichaam enkele mm per meter zijn. Om toch een idee van vervorming te geven zijn de tekeningen in extreme vervormingstoestand afgebeeld.

1. Een stijve flexibele of scharnierende koppeling tussen balken met een stijf flexibel omhulsel.

2. Een stijve flexibele of scharnierende koppeling tussen balken met een stijf inflexibel omhulsel.

3. Een stijve inflexibele koppeling tussen balken met een stijf flexibel omhulsel 4. Niet mogelijk; Een te stijve inflexibele koppeling tussen een balk met een te stijf inflexibel omhulsel welke beide niet flexibel genoeg zijn om de vervorming aan te kunnen bij lange golven van bijvoorbeeld 100 meter lang en 30 cm hoog. (Beton zonder wapening kan hier een extreem voorbeeld van zijn).

2.4. Stabiliteit en stijfheid van het frame

Afbeelding 2.14 Een windverband is nodig tegen verplaatsing van balken en vervorming van materiaal.

Aangezien golven in alle richtingen door wind belasting leveren op het drijflichaam moeten de roosters vormvast zijn. Deze vormvastheid wordt verkregen door het toepassen van windverbanden. Daarnaast moet het drijflichaam stabiel blijven drijven en moeten scheve verhoudingen van belasting voorkomen worden.

21 2.5 Conclusie constructie

De verbinding tussen balken in beschut gebied moet voldoende flexibel zijn om vervorming door lange golven op het balkenrooster-drijflichaam aan te kunnen zonder te bezwijken. Deze flexibiliteit kan gelden voor de koppeling als ook voor het omhulsel van het balkenrooster-drijflichaam. Voorkomen moet worden dat het materiaal van het drijflichaam dusdanig stijf is dat scheurvorming kan optreden. Hoe groot deze vervormingen mogen zijn hangt af van de maximaal mogelijke belastingen door golven in een specifiek beschut gebied en de elasticiteit van het materiaal in gebruik. Daarnaast moet het omhulsel van de balk sterk genoeg zijn om door beweging van golven een teveel aan torderen, doorbuiging en puntbelasting te voorkomen. Het materiaal van het drijflichaam moet bewerkbaar zijn om diverse onderdelen op te kunnen monteren. Deze onderdelen kunnen zowel installatietechnische voorzieningen zijn als draag geconstrueerde voorzieningen zoals de kasconstructie en toe te passen vloeren. Het balkenrooster-drijflichaam moet vormvast en stabiel in het water liggen en daarbij de krachten van de kas kunnen opnemen.

22

3 Aan welke functionele eisen moet een drijflichaam met kas voldoen?

1. Isolatie

Voor het telen van gewassen kan gekozen worden uit een verwarmde of een onverwarmde kas. Om het groeiklimaat op peil te houden in verwarmde en onverwarmde kassen moet het balkenrooster-drijflichaam van isolatie voorzien worden. Hoe stabieler het klimaat door middel van isolatiemateriaal des te beter de groei en omzet van het gewas. Vanwege het vochtige klimaat in de kas is het aan te raden om waterbestendige isolatie toe te passen. Contact met vocht kan voor schimmelvorming zorgen en dit moet vermeden worden.

2. Installaties voor af en toevoer van water.

Afbeelding 3.1 Vitaal regenwater op kasdek (TNO,2009)

Bij het telen van gewassen wordt gebruik gemaakt van sproei installaties. Door deze installaties gaat vruchtbaar of bemest water. In de kastuinbouw wordt veelvuldig gebruik gemaakt van vruchtbaar regenwater uit waterreservoirs. Regenwater is door het hoge vitaliteitsgehalte een betere bron voor groei van planten ten opzichte van gewoon leidingwater.(TNO,2009). Omdat niet alle watergebieden geschikt zijn als bronnen voor voedingswater moet er een alternatieve plek voor wateropslag gevonden worden. Een praktisch voorbeeld hiervan is om het regenwater van het kasdek op te vangen. Deze opslag kan gerealiseerd worden door het regenwater via de goot door de hemelwaterafvoer onder de kas in waterbergingszakken op te slaan. Voor deze sproei installaties moet ruimte vrij worden gehouden in de kas.

3. Plantafval

Het kan zijn dat voor bepaalde gewassen de hoeveelheid afval zo groot is dat er een speciaal afvoersysteem moet komen in de vorm van een goot of lopende band. Afvalstoffen moeten zoveel mogelijk vermeden worden in de kas om een rottingsproces te voorkomen. Een voorbeeld van een dergelijke lopende band is te vinden in het onderzoek van Floating Roses (TNO,2009).

4. Beloopbaarheid

In de kas mogen geen obstakels voorkomen die de begaanbaarheid van de loopgedeeltes kruisen. Om ongelukken te voorkomen moeten de installaties opgeborgen worden op plekken waar arbeiders niet lopen. Ook moet het drijflichaam voor het behandelen van gewassen een zekere robuustheid en sterkte hebben.

3.1 Conclusie functionaliteit.

Een goed functionerende kas moet goed geïsoleerd worden en daarnaast opgeborgen ruimte vrij hebben voor het plaatsen van installaties. Voor hergebruik van water moeten waterbergingszakken onder de kas geplaatst kunnen worden. Ook moeten voor de vrije doorgang zoveel mogelijk obstakels zoals installaties en hoogteverschillen voorkomen worden. Daarnaast moet het drijflichaam een zekere robuustheid en sterkte hebben.

23

4 Hoe duurzaam kan het balkenrooster worden uitgevoerd?

4.1 Waterkwaliteit

Voor een gezond klimaat is het belangrijk om de waterkwaliteit van het oppervlaktewater op peil te houden. Waterplanten maken zuurstof aan door middel van fotosynthese uit daglicht. Bij het toepassen van kassen kan er geen daglicht meer bij het water en zullen de planten in het water onder de kas sterven. Daarnaast kan stilstaand en zuurstofarm water de verslechtering van de waterkwaliteit en het ecologisch evenwicht verstoren.

Om de waterkwaliteit te behouden mag maximaal 40 procent van het wateroppervlak worden bebouwd (Maarten Kuijper,2006). Daarnaast is het van belang dat voldoende doorstroom van water gewaarborgd is. Voorkomen moet worden dat het water in stille periodes bij de diepliggende balken opgesloten wordt. De waterkwaliteit gaat door de warmte van de kas en het stilstaande water drastisch achteruit. Om toch voldoende doorstroom te krijgen moeten 2 van de 4 tussenbalken verhoogd worden. Op afbeelding 4.2 is te zien hoe het water kan doorstromen door 2 balken per rooster te verhogen.

Afbeelding 4.1 Verslechtering waterkwaliteit stilstaand water.

Afbeelding 4.2 Verhoging tussenbalken voor doorstroming water.

Daarnaast moet voorkomen worden dat afvalstoffen in het water terecht komen. Gewassen moeten bemest worden en dit water mag vanwege de vele schadelijke stoffen niet in het oppervlaktewater terecht komen (Hoogheemraadschap van Delfland-www.hdelfland.nl). Door het toepassen van waterberging zakken kan het sproeiwater opgeslagen en hergebruikt worden. (zie hoofdstuk 3: functionele eisen).

24 4.2 Materiaal

1.Levensduur

De levensduur van een kas wordt over het algemeen op 15 jaar geschat (TNO,2009). Om een zo duurzaam mogelijk drijflichaam te maken welke nagenoeg onderhoudsvrij is, is de eis dat materialen van het balkenrooster-drijflichaam zonder onderhoud technische maatregelen minimaal 15 jaar mee moeten gaan.

2.Hergebruik

Vanwege de levensduur van 15 jaar voor de kasconstructie kan worden onderzocht of het drijflichaam een langere levensduur heeft en toepasbaar is op andere functies. Deze functies kunnen lichte functies zijn welke binnen het drijfvermogen vallen van het opdrijvend vermogen van de kas. Voorbeelden voor hergebruik van functie zijn; voetbalveld, hockeyveld, terras, drijvend park. Of deze functies mogelijk zijn hangt van de hoeveelheid drijfvermogen en de belasting van de functie af.

3 Demontabel

Voor hergebruik is het verstandig om voor een demontabel systeem te kiezen. Als de kas veroudert, zal tijdens het slopen de kas ook weer uit elkaar gehaald moeten worden. Op deze wijze zullen minder afvalstoffen tijdens het slopen in het water terecht komen.

4.Duurzaam

Voor het milieu is het aan te raden voor duurzame materialen te kiezen. Milieuvriendelijk gebruik van materiaal;

1. Materialen die geen schadelijke resten in het milieu achterlaten. 2. Materialen die afbreekbaar zijn.

3. Materialen die hergebruikt kunnen worden.

4. Materialen die gemaakt zijn van het afval van een ander. 5. Materialen die gecertificeerd zijn.

6. Materialen die duurzaam gewonnen zijn. 7. Materialen uit de regio.

4.3 Conclusie duurzaamheid.

Voor een goede doorstroom en kwaliteit van het water moeten bij het balkenrooster-drijflichaam 2 balken worden vervangen door verhoogde tussenbalken. Daarnaast moeten de materialen van de kas minimaal 15 jaar meegaan. Voor een positieve bijdrage aan het milieu en de houdbaarheid van materialen is het aan te raden voor milieuvriendelijke materialen te kiezen.

25

5 Met welke uitvoeringstechnische aspecten moet rekening worden

gehouden?

1. Demontabel

Vanwege de dunne schil van de prefab balken en een minder snelle bouwtijd is het aan te raden deze balken te prefabriceren. Naast het voordeel van een snellere bouwtijd zijn op de bouwplaats door het toepassen van prefab materialen nauwelijks tot geen afvalproducten. Het balkenrooster moet voor de bouw en sloop in en uit elkaar gehaald kunnen worden. De prefab geleverde balken kunnen daardoor direct op het water aan elkaar gekoppeld worden.

2. Transport

De prefab onderdelen die op transport naar de bouwplaats gebracht worden moeten binnen de marges van maximale transportafmetingen passen. Voor vervoer en weggebruik is er verschil tussen regulier transport en exceptioneel transport. Het reguliere transport is meestal op alle wegen toe te passen. Voor exeptioneel transport moeten extra vergunning worden aangevraagd. Deze vergunningen kosten tijd en geld. Daarom is het aan te raden om voor regulier transport te kiezen. De prefab onderdelen van het balkenrooster mogen niet groter zijn dan de afmetingen voor transport zoals aangegeven in afbeelding 5.1. Daarnaast moeten de prefab onderdelen van de vrachtauto op plaats van bestemming gehesen worden door middel van een hijskraan.

Afbeelding 5.1 (Maarten Kuijper,2006) 5.1 Conclusie uitvoering

Voor de uitvoering moet voor het maken van het drijflichamen rekening worden gehouden met transportafmetingen en dat het systeem prefab en demontabel gemaakt en geleverd moet worden. Daarnaast moeten de onderdelen van het drijflichaam met een kraan gehesen kunnen worden.

26

6 Aan welke economische eisen moet het drijflichaam voldoen?

6.1 Kosten

Tot nu toe zijn er maar 2 ontwerpen van drijvende kassen gerealiseerd. De eerste is een demo drijvende kas welke in het jaar 2005 gebouwd is. De andere is een drijvende kas voor rozen. De kosten van het demomodel zijn niet bekend. In het onderzoek van Floating Roses zijn deze gegevens wel beschikbaar de volgende gegevens komen hierin naar voren.

1. Prijsindicatie drijvende bakken.(TNO,2009) Raming Advin = €200/m²

Offerte ABV Arkenbouw = € 250/m² met koppeling Spruijt Arkenbouw = € 319/m² met koppeling

Bovenliggende drijflichamen worden uit het onderzoek van Flaoting Roses niet als realistische platformen voor tuinkasbouw gezien.

2. Prijsindicatie Platformen. (TNO,2009) Flexbase standaart = €185/m²

Flexbase light = € 170/m² Aqua Life = €201/m²

3. Prijs voor een balkenrooster-drijflichaam.

Dit houdt in dat om te concurreren op gebied van levensvatbaarheid het balkenrooster-drijflichaam maximaal € 200,00 mag kosten. Het balkenrooster-drijflichaam van Flaoting Roses is € 169/m² volgens het flexbase light principe. (TNO,2009). Deze kosten zijn inclusief materiaal en arbeidskosten. De algemene bouwplaats-kosten (ABK) en de belasting over toegevoegde waarde (BTW) zijn niet bij bovengenoemde prijsindicaties meegenomen.

6.2 Conclusie kosten

De maximale kosten voor het drijflichaam moeten rond en in de buurt van de € 169/m² komen. Om het drijflichaam levensvatbaar te houden aan te bevelen niet boven de € 200/ m² te komen. De arbeidskosten en het materieel moeten voor vergelijk met standaard drijflichamen op gebied van levensvatbaarheid inbegrepen zijn. Voor de berekening van de totale kosten voor het balkenrooster-drijflichaam moeten de balken, vloer, koppelingen en arbeidskosten meegerekend worden.

27

7 Criteria

Drijfvermogen

1. Maximale belasting = vloer + gewas met installaties + kasconstructie met maximale sneeuwbelasting.

2. Vrijboord veiligheidsafstand van minimaal 300 mm.

3. Drijfvermogen Balk = EPS of lucht in combinatie met omhulsel welke bij maximale belasting niet mag zinken.

Constructie

1. Drijflichaam kan alleen toegepast worden in rustige watergebieden waarbij uitgegaan moet worden van een maximale golfhoogte van 50 cm.

2. Materiaal van het drijflichaam moet flexibel genoeg zijn om vervorming door golven aan te kunnen.

Functionaliteit

1. Het drijflichaam moet beloopbaar zijn en er mogen geen obstakels liggen welke de arbeid en productiviteit tegen gaan.

2. De kas moet voldoende geïsoleerd worden.

3. Voor hergebruik van water moet gebruik gemaakt worden van waterbergingszakken. 4. Het drijflichaam moet een zekere robuustheid en sterkte hebben.

Duurzaamheid

1. Voor een goede doorstroom van water moet gebruik worden gemaakt van verhoogde tussenbalken.

2. Materiaal van de kas moet minimaal 15 jaar meegaan. 3. Het kiezen voor de meest milieuvriendelijke materialen. Uitvoering

1. Er moet gebruik gemaakt worden van prefab balken welke demontabel zijn.

2. De prefab afmetingen moeten voldoen binnen de grenzen van de maximale afmetingen voor op transport.

Kosten

28

Deel 2

Toetsing van ontwerp aan PVE

Binnen het tweede deel van dit afstudeerverslag wordt de levensvatbaarheid van het eigen ontwerp getoetst aan de bevonden criteria. Deze criteria zijn beschreven in de conclusies van de voorgaande hoofdstukken.

29

8 Drijfvermogen van ontwerp

8.1 Inleiding

De onderstaande tabel geeft de totaalberekening van het drijvermogen voor het eigen ontwerp weer. De berekeningen van de belastingen en het drijfvermogen zijn te vinden in bijlage 3. Er wordt bij deze berekening uitgegaan van een EPS balk met een omhulsel van ferrocement. De afmetingen voor de berekening van deze balk zijn; 1,5 breed bij 1 hoog bij 6,4 meter lang. Het oppervlak van de kas is 41 m² per opdrijvend roosterformaat.

Belasting 41 m² 1m² Gewas -2400 kg - 60 kg/m² Vloer -1565 kg - 38 kg/m² Kas -812 kg - 19 kg/m² Sneeuwbelasting -984 kg - 24 kg/m² Omhulsel -2665 kg - 65 kg/m² Opdrijvend vermogen EPS +8540 kg + 209 kg/m² Balans positief + 114 kg/m² + 2,8 kg/m² Afbeelding 8.1 balans opmaken van het drijfvermogen.

Omdat de balans positief is zal de kas niet zinken. 8.2 Vrijboord (NTA 8111)

Om te voldoen aan de veiligheidsafstand van 300 mm zal de balk van 1,5 bij 1 bij 6,4 in totaal minimaal 300 mm hoger moeten worden. De nieuwe afmetingen van de balk wordt dan minimaal; 1,5 meter breed bij 1,3 meter hoog bij 6,4 meter lang.

8.3 Conclusie drijfvermogen eigen ontwerp

Voor het drijfvermogen kan gezegd worden dat op dit ontwerp gewassen tot en met 60 kg verbouwd kunnen worden, dit op een ferrocement-balk van 1 bij 1,3 bij 6,4 meter. Om meer drijfvermogen te leveren moeten de balken groter worden gemaakt met als gevolg dat de balk duurder wordt. Het meest innovatieve drijflichaam tot nu toe is het drijflichaam van Floating Roses deze levert 40 kg/m² voor het gewastype rozen. Bij dit ontwerp wordt echter in plaats van 1 kg/m² folie, glas gebruikt van 10 kg/m² en in plaats van 24 kg/m² wordt 29 kg/m² aan sneeuwbelasting meegerekend.(TNO,2009). Voor een eerlijk vergelijk met bestaande drijflichamen moet dus uitgegaan worden van 60 – 14 = 46 kg/m². Dit is nog altijd 6 kg/m² meer ten opzichte van bestaande drijflichamen voor kastuinbouw.

30

9 Verbinding van ontwerp

9.1 Inleiding

Omdat het woord, beschut gebied, nog redelijk breed is en geen specifieke locatie is aangegeven bij dit ontwerp kan nog niet bepaald worden welke maximale golfhoogtes de verbindingen in vervorming aan moeten kunnen. Wel moet het materiaal kunnen vervormen en flexibel genoeg zijn om belasting van golven in beschut gebied aan te kunnen. Uiteindelijk zal in later onderzoek bepaald worden welke maximale vervorming benodigd is op deze wijze kan dan aangetoond worden op welke locaties een dergelijk balkenrooster mogelijk is, dit kan pas als de golfbelasting van een specifiek beschutte locatie is aangetoond.

9.2 Omhulsel balk

Afbeelding 9.1 Ferrocement balkon met een dekking van 20 mm.

Voor het ontwikkelen van de balk is een samenwerking aan gegaan met het bedrijf microbeton. Dit bedrijf produceert ferrocement-producten voor toepassingen zoals lichte balkons, betonversieringen en hebben al een aantal projecten gerealiseerd op water. Het principe van ferrocement is het toepassen van wapeningsnetten met een kleine roosterwijdte van maximaal 5 cm tussen een dunne schil beton van hooguit 20 mm. Tussen de wapening wordt in een daarvoor bestemde mal het cement gestort. Dit cement bevat kunstvezels, hierdoor wordt het beton op een hoger vloeibaarheidsgehalte gestort en is het in toepassing flexibeler. Dit om er voor te zorgen dat het beton i.v.m. het gebruik van de dunne schil overal gelijkmatig verdeeld wordt. Op deze wijze wordt een constructief sterk geheel verkregen. Ferrocement in toepasssing ten opzichte van gewapend beton in toepassing;

Materiaal Schildikte (x) in meter Soortelijk gewicht in kg/m³ Schildikte Balk Omtrek 4m x dekking Massa Schildikte In KN Opdrijvend vermogen per m³ gevuld met 1 m³ EPS/lucht Prijs € per meter Mogelijkhed en Rechthoek EPS 10 KN Gewapend beton 0,1 2500 0,4 m³ 10,00 KN 0 KN Ferroceme nt 0,02 2650 0,08 m³ 2,12 KN 7,88 KN € 500 Ferrocement

Afbeelding 9.2 verschil tussen toepassing van gewapend beton en ferrrocement.

Ferrocement kan door de dunne schil weinig rechtstreekse puntbelasting verdragen dit houdt in dat krachten op de balk gelijkmatiger verdeeld moeten worden. Daarnaast is maken van ferrocement-balken duur door het arbeidsintensieve karakter. De wapeningsnetten moeten handmatig heel precies gelast worden, ook moet het EPS gelaserd worden.

31 Eigenschappen ferrocement Betonkwaliteit = C45 Schuifspanning = 27 N/mm² Buigsterkte = 8 N/mm² Touw 1 = 0,66 Schuifweerstand Touw 2 = 5,4 Schuifweerstand Gewicht = 26,50 KN/m³ = 2650 kg/m³

Afbeelding 9.3 Ferrocement balkon

De schil moet minimaal 15 millimeter zijn aan de zijden van het blok. Bovenop moet een minimaal schil van 20 mm komen. Het omhulsel van de balk moet sterk genoeg zijn om door beweging van golven een teveel aan tordatie, doorbuiging en puntbelasting te voorkomen. (L van Pelt, 2011).

Afbeelding 9.4 oplossing in vorm van de balk - EPS met wapeningsnetten voordat hij in de mal wordt gelegd. 1. Extra ribben als sterkte tegen teveel aan torderen.

2. Doorbuiging moet voorkomen worden door het toepassen van tussenschotten wordt de balk meer vormvast.

32 9.3 Koppelingen balk

Afbeelding 9.5 kolom aan wapening lassen Afbeelding 9.6 Afbeelding 9.7

Omdat ferrocement door de dunne schil weinig puntbelasting op kan nemen zijn de kolommen voor de koppelingen van de kas en de balk in de hoeken gelast en volledig doorgetrokken. Op deze wijze wordt de spanning van de oplopende krachten verdeelt over de wapening (afbeelding 9.5 en 9.6). Door de wapening aan twee zijden vast te lassen kan een constructief sterker systeem ontstaan. Daarnaast wordt in het midden waar de ribben samen komen een kolom gelast, deze is voor het plaatsen van de kolom. Op deze wijze wordt de puntbelasting vekleint voor de specifiek belastbare deelgebieden.

Afbeelding 9.8 een stijve flexibele koppeling van rubber en staal.

De stijve flexibele koppeling van rubber en staal is door middel van sterke M³2 bouten aan elkaar verankert. Ook de verbinding van de ligger moet stijf en flexibel genoeg zijn om vervorming bij lange golven aan te kunnen.

33 Waarom 2 bouten per verbinding?

Afbeelding 9.10 1 bout boven in de koppeling.

Als er 1 verankering wordt gebruikt dan kan bij lichte golven de balk onderin ten opzichte van elkaar uit elkaar getrokken. Met de mogelijkheid dat door de te grote spanningen het ferrocement scheurt.

Afbeelding 9.11 2 bouten zowel boven als onderin de koppeling.

De tweede verankering kan voor een wipeffect zorgen. Dit door de onderste bout iets harder aan te draaien ten opzichte van de bovenste. Op deze wijze kan via het mechanische wipmoment een constructieve verbinding gemaakt worden waarbij ook de balk onderin onder druk tegen elkaar gehouden wordt. Het is de bedoeling dat de hard rubberen ring boven in de balk iets breder is dan de ring van de onderste bout. Op deze wijze kan voorspanning onderin de balk gegenereerd worden.

Afbeelding 9.12 prefab systeemvloer met opleg-elementen Afbeelding 9.13 oplegelement Koppeling Azobé balk.

Om te voorkomen dat de houten balken scheuren door vervorming worden de balken aan 1 zijde van de opleg-elementen los opgelegd. De balken overspannen 3.2 meter, zoals op afbeelding 9.12 te zien is. De balk wordt geplaatst op twee opleg-elementen zoals bovenstaande afbeelding. Om scheurvorming te voorkomen wordt de balk aan slechts 1 van de twee opleg-elementen met 1 bout vast gemaakt. Op het opleg-element aan de andere zijde wordt een ruimte van 4 cm open gelaten. Op deze wijze kan het balkenrooster vervormen

34 door middel van de scharnierende verbinding. De opleg-elementen worden gelast op de IPE 160 ligger.

9.4 Stabiliteit en constructieve stijfheid

Afbeelding 9.13 Catamaran principe voor een stabiel drijvend geheel.

Om onevenwichtige verhoudingen te krijgen op grond van stabiliteit moeten de drijvers en de daar op liggende belastingen gelijkmatig verdeeld worden. Om de vormvastheid van het systeem te behouden is gekozen voor het plaatsten van windverbanden onder de vloeren. Deze winterverbanden zijn gekoppeld aan de uiteinden van de stalen liggers. Op deze wijze wordt de instabiliteit van het frame door golven voorkomen.

Afbeelding 9.14 Stijve flexibele koppeling Afbeelding 9.15 Stijve flexibele koppeling

9.5 Conclusie constructie eigen ontwerp

Het gebruik van ferrocementbalken voor het drijflichaam is positief te benoemen aangaande de bewerkelijkheid voor montage van onderdelen. De boutenkoppeling tussen de twee balken in combinatie met rubber, kan flexibel genoemd worden. Of dit echter flexibel genoeg is zal door een constructiebureau onderzocht moeten worden. Er valt nog geen waardeoordeel te geven of een verbinding op deze wijze en grootte levensvatbaar kan zijn. Als blijkt dat de verbinding voldoende flexibel en sterk genoeg is, kan er aan het drijflichaam een waardeoordeel op de levensvatbaarheid van de constructie gegeven worden. Dit zelfde geldt voor het omhulsel van de balk. Indien de verbinding dus flexibel en sterk genoeg blijkt, dan is de constructie van het drijflichaam levensvatbaar. Daarnaast moeten de constructieve overspanningen en afmetingen van de liggers constructief bepaald worden.

35

10 Functionaliteit van ontwerp

10.1 Isolatie, Vrije ruimte voor installaties

Meer gedetailleerde informatie betreffende de functionaliteit is te vinden in bijlage 5.

Afbeelding 10.1 Vrije ruimte voor installaties en mogelijkheden op gebied van watertoevoer. 1.Hemelwaterafvoer van het kasdek naar het waterreservoir.

2.Isolatieplaten onder afschot voor het afvoeren van water uit sproei installaties. 3.Hoofdleidingen voor afvoer en toevoer van water door middel van pompinstallaties.

Als blijkt dat het sproeiwater niet meer hergebruikt kan worden zal een dubbele waterbergingszak geplaatst moeten worden. De onderste voor waterberging en de tweede daarboven voor afvalwater.

10.2 Beloopbaarheid

De vrije doorgang en de beloopbaarheid worden niet belemmerd door opstapjes of oneven verhoudingen. Doordat de installaties onder de kas kunnen worden aangebracht is de beloopbaarheid zonder versperringen goed te noemen.

10.3 Conclusie functionaliteit eigen ontwerp

Voor de functionaliteitseisen moet meer bekend zijn van gewassen om aansluitende ontwerpoplossingen aan te dragen. Van hieruit kan bepaald worden hoeveel isolatie geleverd moet worden en welke installaties benodigd zijn. Om gerichter een waardeoordeel te geven zullen meer gegevens bekend moeten zijn uit de agrarische sector. Hierbij wordt aangeraden om bij de verdere ontwikkeling van het ontwerp een specifieke gewasvoorkeur aan te geven, bijvoorbeeld; rozen, tomaten of paprika’s. Op deze wijze kan een nog specifieker waardeoordeel gegeven worden in verband met gewicht, klimaat en andere aspecten. Voor installaties en isolatie is er genoeg ruimte vrij gelaten.

36

11. Duurzaamheid van het ontwerp

11.1 Waterkwaliteit

Afbeelding 11.1 Voor de doorstroom van water is

gebruik gemaakt van een verhoogde vloer.

11.2 Materiaal

Afbeelding 11.2 Duurzame materialen met een levensduur van + 15 jaar.

Materiaal Levensduur Bron

Venlokasconstructie +/- 15 jaar (TNO,2009)

Azobé Balken + 25 jaar (www.reefhout.nl)

Angelim Vermehlo + 25 jaar (www.felixwood.nl)

EPS platen + 75 jaar (www.isobouw.nl)

IPE verzinkt + 100 jaar (www.zinkinfobenelux.com)

Ferrocementbalken + 100 jaar (www.microbeton.nl)

11.3 Conclusie duurzaamheid eigen ontwerp

Voor het eigen ontwerp is gekozen voor milieuvriendelijke duurzame materialen (zie bijlage 6 duurzaamheid volgens bron; duurzaamheid,2012), welke in totaal meer dan 15 jaar mee gaan. Daarnaast is een goede doorstroom van het water mogelijk door de verhoogde vloer. Dit systeem is vanwege het lage materiaalgebruik en de duurzame materialen duurzamer ten opzichte van bestaande drijflichamen waarbij veel materiaal wordt gebruikt. Daarnaast is dit drijflichaam demontabel en daarmee dus sloop-vriendelijker. Het balkenrooster-drijflichaam kan minimaal 25 jaar mee. Voor hergebruik van het systeem moet dieper onderzoek gedaan worden naar belastingen van mogelijke functies.

37

12 Uitvoering van ontwerp

12.1 Demontabel

Afbeelding 12.1 Demontabel Afbeelding 12.2 Op een vrachwagen kunnen 8 balken.

.

12.2 Transport

De grootste elementen van het drijflichaam zijn de ferrocementbalken. Deze balken hebben elk een afmeting van 1,5 bij 1,3 bij 6,4. Een vrachtauto mag maximaal 3 meter hoog beladen worden. Daarnaast mag een vrachtwagen maximaal 3 meter breed en maximaal 13,5 meter in de lengte worden beladen. Dit houdt in dat er 8 balken op 1 vrachtwagen kunnen. Voor 41 m² is 1 balk nodig dit houdt in dat voor 8 x41 = 320 m² aan oppervlak gelegd kan worden. Voor een kas als bijvoorbeeld floating roses van 45000 m² zijn dan 140 vrachtwagens nodig zijn. Doordat bij Floating roses veel meer beton en EPS is gebruikt, zijn er daar veel meer vrachtwagens bij nodig. Op gebied van transport is het leveren van prefab materialen voor het balkenrooster door 1 leverancier beter. (Microbeton,2011).

12.3 Conclusie uitvoering eigen ontwerp

Voor de uitvoering wordt gebruik gemaakt van een demontabel systeem. Daarnaast kunnen 8 balken per vrachtwagen naar de bouwplaats vervoerd worden. Voor het verplaatsen van balken kunnen de koppelingen van de ferrocementbalk gebruikt worden als hijshogen.

38

13 Kosten van ontwerp

13.1 Kosten drijflichaam

Afbeelding 13.1 Totale drijflichaam. Afbeelding 13.2 Casco van het drijflichaam.

Kostenberekening balkenrooster-drijflichaam van 6,4 bij 6,4 meter = 41 m²

Materiaal Afmetingen Kosten/m1/stuk Aantal Prijs in € per m² = 41

(6,4x6,4)

Hoofdbalk + koppeling 6,4 meter € 400,00 per m1 1 € 2560,00 € 62.40

Houten balken 40 x200 mm azobé 3,2 meter € 13,42 per m1 10 € 430,00 € 10,50

Houten tussenbalken 40 x 200 mm azobé 1,5 meter € 13,42 per m1 6 € 120,80 € 3,00

Ankers balken 1 stuks € 5,00 per stuk 10 € 50,00 € 1,20

Ankers houten tussenbalken 1 stuks € 5,00 per stuk 12 € 60,00 € 1,50

Stalen liggers IPE 160 verzinkt 5,1 meter 100 kg = 115,50

IP 160 = 16 kg per m dus 115,50 x (16/100) = € 18,50 per m1

2 € 187,00 € 4,60

Vloer planken angelim vermelho €9,96 voor 3,5 meter bij 0,1 meter. Dus € 9,96/3,5 = €2,85 x 10 = € 28,50/m²

1m² € 28,50 per m² 41 m² € 1168,50 € 28,50

Isolatie + bevestiging 1m² € 8,00 per m² 41 m² € 328,00 € 8,00

Arbeiderskosten leggen vloer 1m² €10,00 per m² 41 m² € 820,00 € 10,00

Kosten windverband 1 stuk €50,00 per stuk 1 €50,00 €0,70

Totaal kosten lichte constructievloer € 130,40/ m²

13.2. Conclusie kosten

De kosten van het drijflichaam worden inclusief arbeidskosten € 130/m². Daarnaast zijn de hiervoor genoemde prijzen incl. btw en zijn de arbeidskosten verdubbeld. Aangezien het meest innovatieve drijflichaam tot nu toe € 169/m² kost voor 40 kg/m² drijfvermogen aan gewas. Kan dit drijflichaam op economisch gebied als zeer positief ervaren worden. Daarbij moet echter wel rekening gehouden worden dat de uitvoeringskosten voor dit ontwerp niet meegenomen worden. Vanuit het analytische deel houdt het dus in dat op puur de kosten van enkel het drijflichaam , het drijflichaam in economische zin als een levensvatbaar product beschouwt worden.

39

14 Resultaten levensvatbaarheid van het eigen ontwerp.

Inleiding

Voor dit onderzoek is besloten het ontwerp algemeen te houden. De opdrachtgever kan zo bij onderzoek zijn lijnen uittrekken naar eigen specifiekere gewasspecificaties. Gekozen kan worden voor een nieuw ontwerp of voor dit eigen ontwerp. De resultaten die hieronder in groen en rood beschreven staan zijn gericht aan B van Bueren en toekomstige opdrachtgevers. 14.1 Resultaten Levensvatbaarheid van het eigen ontwerp

1.Constructie

Voor gewassen tot 60 kg/m2 is dit balkenrooster-drijflichaam als levensvatbaar worden beschouwd.

2.Constructie

Aan de levensvatbaarheid kan op gebied de verbinding nog geen waardeoordeel gegeven worden en vraagt om dieper constructief onderzoek naar de vervorming van de combinatie van het omhulsel van de balk, en de koppelingen voor vloer en tussenbalken. Beide vormen een monolithisch systeem, het complete frame zal net als drijflichamen in het onderzoek van Maarten Kuijper op gebied van vervorming berekend moeten worden. Van hieruit kan bepaald worden in hoeverre de verbinding flexibel en dus levensvatbaar is op gebied van de gevraagde vervorming voor het specifieke watergebied.

3 Functionaliteit

Vanwege de vrije open ruimtes voor het toepassen van installaties en de toepassing van isolatie kan op gebied van functionaliteit dit drijflichaam deels levensvatbaar worden gezien. Dit vanwege het feit dat er nog geen rekening is gehouden met een specifieke gewasvoorkeur.

4 Duurzaamheid

Het drijflichaam kan met gebruik van deze duurzame materialen welke + 15 jaar meegaan en kan op gebied van duurzaamheid als levensvatbaar beschouwd worden. (15 jaar is de levensduur van de kas). Daarnaast is het drijflichaam milieuvriendelijker ten opzichte van bestaande drijflichamen. Door gebruik van minder en duurzamer materiaal.

5 Uitvoering

Op gebied van uitvoering moet nog meer onderzoek gedaan worden voordat dit ontwerp op uitvoeringsgebied levensvatbaar verklaard kan worden.

6 Kosten

De kosten van het drijflichaam is € 130/m2, voor het meest innovatieve drijflichaam tot nu toe is dat 169/m2. Dit houdt dus in dat het drijflichaam indien volledig levensvatbaar voor de kosten van het drijflichaam op economisch gebied scoort.

40

15 Aanbevelingen analytisch deel

Dit drijflichaam kan als een potentieel levensvatbaar product worden gezien en vraagt om dieper onderzoek naar de uitvoeringstechnische, constructieve, en gewas gespecificeerde mogelijkheden.

Om uiteindelijk te bepalen of het totale drijflichaam kan functioneren, moet het analytisch onderzoek uitgebreid worden met minimaal de volgende onderdelen;

Drijfvermogen

Belasting gevels en aanmeervoorzieningen, specifieke belasting van specifieke

installatietechnische voorzieningen voor gewas, belasting van een innovatieve flexibele kas. Constructie

Golfbelasting voor specifieke locaties, belasting door wind, verankering van het drijflichaam. Duurzaamheid

Co2 gas van transport – waterkwaliteit benaderen voor deelgebieden. Functionaliteit

Voorzieningen betreffende telen van gewassen, gevelaansluitingen, aanmeervoorzieningen. Bouwfysische eigenschappen betreffende telen van gewassen, teeltgoten van de kas.

Uitvoering

Opbouwmogelijkheden van kas op land en water, locatiemogelijkheden, bouwplaats-inrichting.

Economisch

Uitvoeringkosten en kosten van totale drijflichamen, kosten van kasconstructie.

Daarnaast wil ik adviseren een subhoofdstuk veiligheid te betrekken. 15.1 Aanbevelingen voor verder onderzoek.

Naast de specifiek gekozen materialen voor het ontwerp, kan onderzocht worden of andere materialen bij toepassing nog beter functioneren binnen de levensvatbare kaders van het analytisch onderzoek.

Door meer diverse ontwerpen langs het analytisch onderzoek te houden kan bepaald worden op welke gebieden specifieke ontwerpen scoren en op welke gebieden niet. Hoe meer ontwerpmogelijkheden er voorgelegd worden des te beter opdrachtgevers en tuinders hun specifieke voorkeur voor een bepaald ontwerp vanuit hun eigen gewasvoorkeur kunnen aangeven. Daarnaast kan met deze kennis van ontwerpen het analytische deel gedetailleerder uitgewerkt worden voor een specifiek gewas. Voor het bouwen van een realistische kas moet veel gedetailleerde kennis beschikbaar zijn. Vanuit die kennis kan onderzocht worden op welke plaatsen installaties moeten komen en welke isolatiewaarden, daglichtwaarden voor een specifiek gewas benodigd zijn om de beste gewasomzet te behalen. Hierbij wil ik aanbevelen om voor verder onderzoek meerdere partijen in te schakelen. Naast bouwkunde zijn ook andere kennisgebieden nodig, zoals meer gedetailleerde kennis van de; agrarische, maritieme en civiele sectoren. Vanuit deze kennisgebieden kan betreffende het bouwen van kassen op een balkenrooster een realistischer ontwerp gemaakt worden, waarbij ontwerpkaders omsloten worden voor de daartoe behorende gewasspecificaties.

41

A Bronnenlijst

Ondezoekrapporten, boeken en artikelen Maarten Koekoek, 2010

Auteur: Maarten Koekoek Afstudeer rapport Tu delft Publicatiedatum: 10 oktober 2010

Titel; Connecting Modular Floating Structures Datum geraadpleegd: 25 februari 2011

Website: repository.tudelft.nl

Pagina’s: 209

Maarten Kuijper, 2006

Auteur: Maarten Kuijper

Publicatiedatum: Oktober 2006

Titel; De drijvende fundering Datum geraadpleegd: 18 maart 2011

Website: www.curnet.nl

Pagina’s: 210

TNO, 2009

Auteur: TNO rapport - diverse auteurs o.a Leonard Baart de la Faille Publicatiedatum: 25 januari 2009

Titel; Vooronderzoek Floating Roses Datum geraadpleegd: 18 februari 2011

Website: www.floatingroses.nl

Pagina’s: 86

B van Bueren, 2010

Auteur: Waterarchitect B van Bueren Publicatiedatum: 2010

Titel; Kassen in de toekomst: licht en drijvend Datum geraadpleegd: 20 januari 2011

Website: www.waterarchitect.nl

Pagina’s: 47

Dura Vermeer, 2004

Auteur: Micha Bunnik, Léon Pieterse en Gilbert Punt Publicatiedatum: 11 mei 2004

Titel; De drijvende kas Datum geraadpleegd: 20 januari 2011 Website: www.duravermeer.nl

Pagina’s: 79

Informatie normen