Met Loading, de standaard PIAS module voor intacte- en lekstabiliteit, kan ook de (lek-)stabiliteit voor hopperzuigers (of i.h.a. open hopper schepen) worden berekend, inclusief de effecten van het uitstromen van de lading en instromen van het buitenwater. Over die berekening, en de bijbehorende werkwijze met PIAS, valt wel het een en ander te zeggen, wat dit aparte hoofdstukje in deze handleiding rechtvaardigt.

Beschikbare berekeningsmethodes.

De stabiliteitsberekeningen voor open hopperschepen kunnen volgens zes voorschriften worden uitgevoerd:

“Agreement for the construction and operation of dredgers assigned reduced freeboards”, dr-67 & dr-68.
Bureau Veritas “Freeboard of dredgers and barges fitted with bottom dump doors”, N.I. 144, 1971.
Russian Maritime Register of Shipping (RMRS Rules for the classification and construction of sea-going ships, 2014, Part IV, § 3.8 “Vessels of dredging fleet”).
MCA 1999 (Merchant Shipping Regulations 1999, MSIS003/part 8, “dredgers”).
Richtlijn 28, “Bijzondere voorschriften voor baggermaterieel”, van de Nederlandse Scheepvaart Inspectie.
RINA, volgens onderstaande richtlijn.

De RINA rules 2012 bevatten een sectie “Part E Service Notations, Ch. 13, Ships for dredging activity” waarin de RINA voorschriften voor hopper stabiliteit beschreven zijn. Die kunnen met PIAS als volgt worden gehanteerd:

Voor de intacte stabiliteit wordt voorgeschreven dat de hoek van de lading ‘na-ijlt’ op de hoek van het schip, volgens de formule θ_R = (3 - γ).θ_G, voor 1 < γ < 3. Dat is precies dezelfde formule als welke bij Bureau Veritas gebruikt wordt, zodat daarmee ook de intacte stabiliteit t.b.v. RINA berekend kan worden.
Voor de lekstabiliteit geldt er de aanname “In the damage calculations it is to be assumed that all the cargo is lost as a result of the damage and that the bottom doors remain open leaving the spaces in communication with the sea”, dus daar hoeft helemaal geen echte afschenkberekening voor gemaakt te worden. Men kan hier simpelweg een beladingstoestand met lege hopper gebruiken, en het hopperruim daarbij lek rekenen. De RINA lekstabiliteitseisen kunnen met de in PIAS beschikbare verzameling ingesteld worden, zie daarvoor Stabiliteitscriteria voor intacte en lekstabiliteit.

Algemene werkwijze

De open hoppers en hun inhoud worden op een voorgeprogrammeerde manier apart behandeld, afhankelijk van de instellingen en de gekozen berekeningsmethode. De eerste kwestie is het vastleggen van de vorm en plaats van die hopper(s). Dat kan eenvoudigweg door in de module Layout de hopper(s) te modelleren als een gewoon compartiment. Die compartimenten moeten dan wel worden gemarkeerd als zijnde een open hopper, wat gedaan kan worden met de instelling zoals besproken in Compartiment is een hopper die afschenkt.

Vervolgens is de vraag hoe zo'n hopper in Loading gevuld en gebruikt kan worden. Dat is ook simpel, want omdat de hopper in essentie gewoon een tank is staat deze in de gewichtspostenlijsten gewoon tussen de andere tanks en compartimenten (of kan daar worden toegevoegd op de volgende wijze, zie Inlezen tanks als gewichtspost). Een hopper beslaat in de gewichtspostenlijst twee regels, de ene met z'n lading en de andere met het (nog niet afgeschonken) water op de lading. Die twee regels zijn onherroepelijk gekoppeld, wat impliceert dat als er één regel wordt weggegooid de andere ook verdwijnt.

Opgeven van aanvullende hoppereigenschappen

Een hopper kan afschenken en instromen door of over bijzondere punten. Deze worden opgegeven in Layout, waar ook andere bijzondere punten van een compartiment kunnen worden opgegeven, zoals openingen of een druksensor, zie Speciale punten / openingen. Ten behoeve van de hopperstabiliteitsberekening bestaan er drie types van zulke punten:

De hopperrand, dat is de bovenrand van de hopper, over welke in elk geval de lading af kan schenken, en het buitenwater kan instromen. Deze punten van de hopperrand moeten altijd expliciet worden opgegeven, het is niet zo dat van de bovenkant van het hoppercompartiment vanzelf wordt aangenomen dat de lading daar wel over zal afschenken. Als de stabiliteisberekening wordt gemaakt inclusief de effecten van vertrimming, dan is het van belang dat aan de voor- en achterrand van de hopperrand ook zulke punten worden opgegeven.
Een afsluitbare overvloei. Afhankelijk van de aannames van het gekozen berekeningsvoorschrift kan daar al dan niet water en/of lading doorheen vloeien. Eventueel is deze opening in hoogte verstelbaar, het bereik daarvan kan worden opgegeven in de kolom ‘bereik’ in hetzelfde menu, net rechts van de kolom waar het type overvloei is opgegeven. Het bereik is in meter, en kan positief zijn (dan kan de overvloei versteld worden omhoog vanaf de bij dit punt opgegeven hoogte) of negatief (in welk geval de opening omlaag versteld kan worden. Een overvloei mag overigens soms alleen in rekening worden gebracht indien z'n doorsnede voldoende groot is, zoals vereist door de gekozen voorschriften.
Een niet-afsluitbare overvloei. Volkomen analoog aan het voorafgaande type, zij het dat deze niet afgesloten kan worden. Deze instelling heeft betrekking op het afschenken van de lading tijdens het vullen (dus niet op het afschenkgedrag na het vullen, tijdens het hellen), als volgt afhankelijk van de gekozen berekenngsmethode:
- Bureau Veritas en RMRS: als de overvloei afgesloten kan worden tijdens vullen dan schenkt de lading niet af door de overvloeien, en anders wel.
- Alle andere methodes: de lading schenkt niet af door overvloeien.

Opgeven van beladingsparameters

De (lek-)stabiliteitsberekeningen met open hopper berusten op een aantal beladingsparameters die kunnen worden opgegeven met de [hoPper] functie in het overzicht van beladingstoestanden in Loading, zoals besproken in Beladingstoestanden. Deze worden hieronder besproken.

Berekeningsmethode

In de eerste plaats kan hier één van de berekeningsmethodes, die aan het begin van dit hoofdstuk geïntroduceerd zijn, gekozen worden, Daarnaast kan worden ingesteld hoe de hopperlading vertrimt. De mogelijke instellingen hier zijn:

Volgens voorschriften, d.w.z. dat lading en water ‘meetrimmen’ met het schip, zodanig dat de ladingtrimhoek afhankelijk is van de scheepstrimhoek zoals dat in de gekozen berekeningsmethode voorgeschreven wordt voor slagzij — zoals bv. met Bureau Veritas N.I. 144 waarin de ladinghoek afhankelijk is van scheepshoek en soortelijk gewicht van de lading. Die formule wordt met deze berekeningsinstelling ook toegepast op de trimhoek.
Hopperlading volgt actuele trim, wat aangeeft dat de trim van lading en water gelijk zijn aan de trim van het schip. M.a.w. de vloeistofoppervlakken van lading en water zijn evenwijdig aan het zeewateroppervlak.
Hopperlading trimt niet, waarmee ingesteld wordt dat de trim van de hopperinhoud altijd nul is, ongeacht de trim van het schip.

Popupvenster instelling berekeningsmethode.

S.G. hopperlading

Met deze functie opent er een popupvenster, waarin de soortelijke gewichten (s.g., in ton/m³) van de lading wordt opgegeven waarvoor de stabiliteitsberekeningen gemaakt zullen worden. Een bijzondere vorm van ‘soortelijk gewicht’ is niet een getal, maar het concept ‘ontwerp soortelijk gewicht’, wat z'n oorsprong vindt in de dr-67/dr-68 voorschriften, en wat dat s.g. is waarbij het schip precies op haar baggerdiepgang ligt. Zo'n ‘ontwerp s.g.’ kan worden opgegeven in de popupbox die verschijnt als men t.b.v. het s.g.-getal een toets indrukt die geen getal kan voorstellen (zoals <Spatie>), zie de screendump hieronder.

Popupvenster voor instelling van ontwerp soortelijk gewicht.

De baggerdiepgang wordt opgegeven bij de hoofdafmetingen van het schip, zie Hoofdafmetingen en toeslagen huid en aanhangsels. De baggerdiepgang kan afwijken van de gewone zomerdiepgang volgens de Load Lines Convention omdat de voorschriften voor baggerschepen een gereduceerd vrijboord kunnen toestaan.

Genereer beladingstoestanden

Als alles wat tot nu toe besproken is is ingevoerd (incl. de baggerdiepgang, zoals in de vorige paragraaf toegelicht), dan heeft het programma genoeg informatie om hopperbeladingstoestanden te genereren. Daarmee wordt voor elk geselecteerd soortelijk gewicht (zoals besproken in de vorige paragraaf) en elke (in de overzichtslijst van beladingstoestanden) voor intacte stabiliteit geselecteerde beladingstoestand een nieuwe toestand gegenereerd met de hopper gevuld. En indien van toepassing, met de verhouding water/lading van de hopper zodanig bepaald dat het schip op haar baggerdiepgang ligt.

Als bij 'Berekeningsmethode' voor 'Effect trim schip op hopperlading' is gekozen voor 'Volgens voorschriften', dan wordt de regel gehanteerd zoals die is beschreven bij dr-67/dr-68 voor lekstabiliteit. Dit betekent dat voor lichtere soortelijk gewichten de trim van de hopperlading gelijk is aan die van het schip, voor zwaardere soortelijk gewichten de hopperlading niet vertrimt en voor soortelijk gewichten die daar tussenin liggen de trim van de hopperlading achterblijft aan die van het schip. Voor deze laatste soortelijk gewichten betekent dat de beladingstoestand niet is geoptimaliseerd voor vloeibare lading of voor vaste lading, maar voor iets daar tussenin. Dit kan er voor zorgen dat de beladingstoestand bij 1 van deze berekeningen (en soms voor beide) net over de maximale diepgang gaat. Er bestaat dan geen vulling van de hopper(s) waarbij het schip in beide situaties precies op de baggerdiepgang ligt. Dit kan men soms voorkomen door voor het het vullen bij 'Berekeningsmethode' te kiezen voor 'Hopperlading volgt actuele trim'. Voor de berekening met vloeibare lading ligt het schip dan op de baggerdiepgang.

Hiermee kan met één commando een heleboel toestanden gegenereerd worden; stel dat er acht bestaande beladingstoestanden geselecteerd zijn, en negen soortelijk gewichten, dan worden er 72 hopperbeladingstoestanden gegenereerd. Als een volgende keer weer hoppertoestanden worden gegenereerd dan wordt de vraag gesteld of de eerder gegenereerde weggegooid moeten worden. Dat kunt u al dan niet doen, dat is aan de gebruiker. Voor verdere flexibiliteit is in het overzichtsmenu van beladingstoestanden rechts van de naam de kolom ‘auto-verwijder’ opgenomen, die met ‘ja’ gevuld is als dat een gegenereerde hoppertoestand is. Als u ja antwoordt op de hiervoor aangehaalde vraag dan zijn het die toestanden die worden weggegooid. Als u sommige toestanden toch zou willen bewaren dan kunt u die in die kolom met ‘nee’ markeren zodat ze niet automatisch worden verwijderd bij hergeneratie.

Parameters van een individuele beladingstoestand

Van elke individuele beladingstoestand kunnen ook beladingsparameters worden opgegeven, dat gebeurt met de functie [hoPper] in de menubalk bovenin de lijst van gewichtsposten van die beladingstoestand.

Vul hopper(s) tot maximum diepgang

Met deze functie kan worden uitgevoerd op een individuele beladingstoestand wat met de optie uit Genereer beladingstoestanden voor een hele serie gedaan kan worden: het vullen van lading en water in de hopper(s) op zo'n manier dat het schip precies op haar baggerdiepgang ligt.

Stel de overvloeihoogte(s) in

Sommige schepen hebben in hoogte verstelbare overvloeien, daarvan kunnen de laagste en hoogste stand worden gedefinieerd, zoals besproken in Opgeven van aanvullende hoppereigenschappen. Vaak zal een bepaalde feitelijke stand van de overvloei automatisch bepaald worden, bv. met de functie uit de vorige alinea. Als men echter handmatig de hoogtestand wil opgegeven dan kan dat met deze functie.

Handmatig de hopper(s) vullen

Het handmatig vullen van een hopper is zo eenvoudig dat daargeen bijzondere functie voor nodig is. In de lijst van gewichtsposten van een beladingstoestand heeft elke hopper twee regels, één voor de lading, en één voor het water op de lading. Daar kan men elk gewenst gewicht invullen, precies als dat voor een gewone tank het geval is. men moet zich wel realiseren dat bij de uiteindelijke berekening dat gewicht aangepast zou kunnen worden, bv. als water t.g.v. trim wegvloeit door een overvloei.

De berekeningen

Intacte stabiliteit en langsscheepse sterkte

Deze berekeningen worden gewoon opgestart als conventionele stabiliteits- en sterkteberekeningen. Alle extra opties die bij de gewone berekeningen beschikbaar zijn (zoals het tekenen van tankvullingsplaatjes, of het toetsen van de GZ-curve aan stabiliteitseisen) zijn ook bij beladingstoestanden met hopper bruikbaar. Specifieke bijzonderheden van de hoppertoestanden zijn:

De Result windows (die besproken zijn in Gewichtsposten invullen/wijzigen) zijn ook bij hopperbelading werkzaam. Als het gekozen berekeningsmethode aparte berekeningen voor vaste en vloeibare lading voorschrijft dan vertoont het stabiliteitsstaafdiagram de meest kritische van de twee.
Als in er in de GUI twee GZ-curves getekend worden dan is de ene voor vaste en de andere voor vloeibare lading. Het hangt van de gekozen berekeningsmethode af of dit onderscheid gemaakt wordt.
De berekeningen van langsscheepse sterkte wordt gemaakt op grond van de de langsscheepse grenzen en het zwaartepunt van elke gewichtspost uit de invoerlijst. Dus zonder eventuele vertrimming, precies zoals het gebeurt met bv. de meebewegende vloeistofmethode bijgewone tanks. Als de gekozen berekeningsmethode aparte berekeningen van vaste en vloeibare lading omvat dan is het de vraag welke trim moet worden gehanteerd bij de langsscheepse sterkteberekeningen. Die voor vaste of die voor vloeibare lading? Op deze vraag is geen fundamenteel antwoord mogelijk, eigenlijk zouden er dan twee berekeningen van langsscheepse sterkte moeten worden uitgevoerd. Zo'n verfijning zou echter slechts van academisch belang zijn, dus maakt PIAS gewoon één berekening, met de trim van die ladingtoestand (vast of vloeibaar) die toevallig het eerst berekend is.
De uitvoer van de stabiliteitsberekening kan behoorlijk omvangrijker zijn dan een conventionele stabiliteitsberekening. In de eerste plaats omdat als de berekeningsmethode aparte berekeningen voor vaste en vloeibare lading bevat, er twee volledige berekeningen worden afgedrukt. En ten tweede omdat er extra informatie wordt afgedrukt, zoals een bladzij met tekeningetjes van lading- en waterniveaus bij elke hellingshoek, en een bladzij met extra tussenresultaten zoals hoogtes en momenten van lading en water op de lading. Hieronder zijn daarvan wat voorbeelden weergegeven.

Voorbeeld van stabiliteitsuitvoer, waarin lading- en waterniveaus aangegeven worden.

Voorbeeld van tussenresultaten hopperstabiliteitsberekening.

Deterministische lekstabiliteit

Hoewel geen van de ondersteunde voorschriften deterministische lekstabiliteitsberekeningen bevatten, zijn deze berekeningen toch opgenomen in PIAS. En wel om in staat te zijn één enkel schadegeval te berekenen (en in detail te bestuderen) uit een reeks van gevallen uit de probabilistische lekstabiliteit, die wel vereist is, nl. voor dr-67 & dr-68. Het starten van een deterministische lekstabiliteitsberekening is eenvoudig, dat werkt precies zo als bij gewone lekgevallen, zoals besproken in Deterministische lekstabiliteit. Het gedrag van het ladingoppervlak onder helling is voorgeprogrammeerd, en wel volgens de methode van dr-67 & dr-68, want dat zijn de enige voorschriften waar lekstabiliteit sowieso van toepassing is. De instelling van de berekeningsmethode, zoals besproken in Berekeningsmethode heeft hier dus geen effect.

Probabilistische lekstabiliteit

De probabilistische lekstabiliteit voor hopperschepen met gereduceerd vrijboord wordt berekend volgens de voorschriften van de ‘Agreement for the construction and operation of dredgers assigned reduced freeboards’, beter bekend als richtlijn dr-68.

De volgende regels dienen in acht te worden genomen :

De berekening wordt gemaakt voor de in Loading geselecteerde beladingscondities voor lekstabiliteit.
Deze beladingscondities mogen alleen verschillen in hopperlading en stand van de overvloei(en). Voor de berekening zelf is dit niet noodzakelijk, maar dr-68 gaat uit van een beladingstoestand met 50% voorraden. Er volgt een waarschuwing als er verschillen zijn in de geselecteerde beladingstoestanden.

Bij de onderhavige optie kan men de kenmerken van de probabilistische hopperlekstabiliteitsberekening opgeven, in een invulscherm als hieronder:

Of de berekening inclusief afschenken uitgevoerd moet worden.
Of het lege schip ook berekend moet worden, en of bij een berekening van het lege schip de hopper altijd in verbinding met het buitenwater staat.

Opmerking bij de berekening: Als het hoppercompartiment beschadigd raakt dan wordt de lading geacht niet uit de hopper weg te stromen.

Invulscherm

Stabiliteitsberekening met een hopper open verbonden met buitenwater

Om deze berekening uit te voeren, zijn er binnen PIAS de volgende mogelijkheden:

Bij de opgetelde schepen kan de hopper afgetrokken worden van het hydrostatische model van het schip. Deze mogelijkheid bestaat altijd.
Er kan een lekberekening gemaakt worden, waarbij een schadegeval wordt gemaakt met alleen de hopper.
In de beladingstoestand kan de hopper als 'doorvloeide tank' aangegeven worden. Hiervoor is optie 60.220.0 van de PIAS prijslijst vereist.

Conversie van oude (pre-2018) bestanden

Tot oktober 2018 waren deze hopperberekeningen beschikbaar in een aparte module met het naam Hopstab. Gegevens van die module (zoals locaties van afschenkpunten of overvloeien) kunnen niet worden omgezet naar het nieuwe programmaimplementatie. De hoeveelheid gegevens is zo beperkt dat het produceren van een conversiefaciliteit de moeite niet loont. Echter, als hulpmiddel bij het verzamelen van eerder gebruikte gegevens zal een afgeslankte versie van Hopstab nog geruime tijd beschikbaar zijn. Deze versie heeft alle rekenfuncties verloren, maar de invoermenu's, waar de oorspronkelijke invoergegevens gevonden kunnen worden, zijn nog aanwezig. Deze versie zou zelfs niet meer opgenomen kunnen zijn in het PIAS menu, maar kan nog steeds afzonderlijk gevonden worden, als Hopstab.exe tussen alle andere modules in de PIAS programmamap.