SAMENVATTING
In het kader van het TKI-project Nexum-Terram heeft TDC-International een nieuw type leidingoppervlak ontwikkeld. Dit nieuwe leidingoppervlak is gebaseerd op hun product, pau-wrap®. Pau-wrap® is een Glasvezel Versterkte Kunststof (GRP). De ruwheid van de buitenlaag is vergroot door hieraan zandkorrels van verschillende grootte toe te voegen.
Voor dit onderzoek zijn pau wrap leidingcoatings gemaakt met drie verschillende korrelgroottes. Deze proefstukken van het leidingoppervlak, samen met twee andere leidingoppervlakken, zijn gebruikt in een reeks schuifproeven. Het doel van deze testserie was het bepalen van de wrijvingsweerstand tussen verschillende soorten grond en diverse leidingmaterialen. Als grondsoorten zijn gebruikt: zand (middelvast), klei en Drill-Grout. Als leidingcoating zijn gebruikt HDPE, pau wrap ® (GRP) onbehandeld en pau wrap ® (GRP) met verschillende ruwheden.
De testen zijn uitgevoerd met een aangepaste versie van een DS (Direct Shear) opstelling. Hierbij wordt een monsterhouder gevuld met grond over een leidingoppervlak verschoven. Door zowel de verplaatsing als de benodigde kracht te meten wordt de gemobiliseerde wrijvingsweerstand gevonden als functie van de verplaatsing gevonden.
Voor de verschillende geteste combinaties zijn de wrijvingsfactoren bepaald.
De testen laten een duidelijk effect van de ruwheid van de leidingcoating op de te mobiliseren wrijvingsweerstand zien. De wrijvingsweerstand kan niet groter zijn dan de wrijvingsweerstand in de grond zelf, omdat anders afschuiven in grond het maatgevende mechanisme wordt. De schuifweerstand van de grond vormt daarmee een bovengrens voor de schuifweerstand.
Uit de resultaten van de testen zijn de wrijvingsfactoren afgeleid waarmee een ontwerp van een warmte leiding kan worden gemaakt. De wrijvingsfactoren uit de testen zijn door Bilfinger-Tebodin gebruikt om, middels een serie ontwerpberekeningen de invloed van een hogere leidingcoating ruwheid op het ontwerp inzichtelijk te maken. Voor de berekeningen zijn een HDD en een veldstrekking met een zand en een klei ondergrond beschouwd.
Bij de beschouwde HDD bleek dat de toelaatbare lengte met ongeveer 40% toeneemt als Drill-Grout in combinatie met een hoge leidingcoating ruwheid wordt gebruikt. Voor de veldstrekkingen in zand en klei wordt een vergelijkbaar resultaat gevonden. Voor de beschouwde situatie is het verschil in afstand tussen de expansielussen bij leiding met maximale ruwheid in zand ongeveer 45% hoger dan bij een leiding met buitenmantel van HDPE. Bij een klei ondergrond kan de veldstrekking tussen expansielussen, in theorie, oneindig groot worden, indien een ruwe coating wordt toegepast.
AANLEIDING
De impact van de aanleg van kabels en leidingen benodigd voor de energietransitie op de ondergrondse ruimte is groot. Door onzekerheid over de verbinding van de leidingen met de grond is er een groot effect op de ondergrondse ruimte die ook voor andere doeleinden nodig is. Een belangrijk onderdeel daarvan zijn de zogenaamde expansielussen. Deze zijn nodig om de vervorming (uitzetting) van de leidingen bij opwarmen op te vangen. De afstand tussen de expansielussen, en daarmee het aantal benodigde expansielussen, wordt onder andere bepaald door de wrijving tussen de leiding en de grond. Hoe hoger deze wrijving is, hoe groter de afstand kan zijn en dus hoe kleiner het ruimtebeslag voor de expansielussen.
DOEL
Het project Nexum Terram (latijn voor: verbinding grond) kent twee doelstellingen.
- De primaire doelstelling van Nexum Terramis dat er een beter inzicht is in de verbinding tussen ondergrondse infrastructuur en de verschillende grondsoorten. Dit betreft met name de wrijvingsweerstand tussen de leiding en de grond. Als deze weerstand betrouwbaarder kan worden bepaald kan daarmee het ontwerp van warmteleidingen worden geoptimaliseerd.
- De tweede doelstelling van Nexum Terram is het ontwikkelen alternatieve vormen van leidingoppervlakken om deze verbinding (met name de wrijvingsweerstand leiding-grond) te verhogen.
CONSORTIUM
WERKZAAMHEDEN
Activiteit | Type activiteit | Rol partijen |
WP 1 Kennis in beeld brengen en uitwerken modellen en testequipement. | Analyseren (Industrieel onderzoek) | Trekker: DSA en Deltares Medewerking van: Gasunie, Bilfinger en TDC |
WP 2 Verbeteringen aanbreng aan leidingoppervlakken. | Innoveren (Industrieel onderzoek) | Trekker: TDC International Medewerking van: Gasunie en Deltares |
WP 3 Voorspelling van interactie van grond met de coating door een model en nameting door het uitvoeren van testen. | Testen (Experimentele ontwikkeling) | Trekker: Deltares Medewerking van: Bilfinger |
WP 4 Synthese met nieuwe kennis verbinding infrastructuur en grond. | Presenteren (Industrieel onderzoek) | Trekker: Deltares Medewerking van: Gasunie, Bilfinger, DSA en TDC |
RESULTATEN
De resultaten zijn beschreven in het rapport 11210025-000-GEO-0001_v1.0-Terram Nexam.