Dredging Processes  11  Hopper sedimentation 1
Well, very short, the train suction hopper dredge. I think most of you have seen this movie before. It's a sea-going vessel equipped with a suction tube, suction pipe. Is it visible by the way on the screen? Well, when you arrive at the location where you like to dredge the sand, the bottom of the sea. You see now the lowering process of the suction pipe. Normally dredge sand and the sand is diluted or loosened by water jets injecting high-speed water in the seabed. The mixture of sand and sediment of water is then discharged into the hopper. En hier zet de sediment en de water zal weer over de port gaan. En vandaag gaan we kijken in detail wat er gebeurt in dat hopper, waar je de mixture van partijgels en water is. Oké, dan wanneer de vessel is geladen, de suction tube wordt weer op de port gegeven. De hopper zal naar de discharge-locatie waar de sand is discharged. Je kan het met verschillende methoden doen. Eerst verliezen je de sand door water in de ingang. En dan door de buitenkant door te openen. In de onderdeel van de ship kun je de load dischargeren, zoals hier. Of kun je andere methoden gebruiken zoals wat we noemen reimbouwing of pumpen een kortere pipeline. Oké, dus... We hebben wel wat foto's van train-suction hopper-dredgers. In het film is er zo'n dredge met één suction pipe, maar veel hoppers hebben suction tubes op beide deven van de hopper. Hier zie je de Rotterdam van Oort, volledig loaden. Arriven op de discharge-locatie en dan gaan ze de floating pipeline op de load dischargeren. Hier zie je dezelfde versie of noden, de 318. Dischargering in Dubai, op een van de landen van de wereld. Met de reimbouwing methoden, waar we de load dischargeren door een grote knofel. De M310-311. Hier zie je de hopper, volledig met de sand load. En een andere method, hier weer de reimbouwing dischargering. En hier zie je de floating pipeline, attache tot de bouwkoppeling en dan de mixers. Discharge door de pipeline en hier zie je het op de... Arriven op de deel. Nou, voor de 80's, de train-suction hopperdredge was mainly used for maintenance dredging. Dat betekent voor diepening, harbours of in fact de dept van een harbours of de entrantse channel van een harbours op een certain dept. En dat betekent dat...  Normaal was de hopper dan gebruikt om soft materiaal te nemen, silte, soft clay. En de grote advantage van de train-suction hopperdredge is dat het niet de stationaire dredge, maar de train-suction hopperdredge is in de salen van de auto-traffic. Dus als je veel trafikkoppen in je schijf-channel hebt, de train-suction hopperdredge kan nu maar aan de andere schijf-channel en dredge op hetzelfde. Laten we zien dat de train-suction hopperdredge meer en meer gebruikt is voor het wat we kopen kapotel dredging, werk en nieuwe projecten. En heel vaak, reklamatie werk, denk ik... Nogmaals zijn de ontwikkelingen in Dubai, Palmijland, de wereld, maar er zijn ook veel aardapporten, zoals in Singapore, Hongkong, Doa aardapport en Qatar. De maasvlakte is heel recent, in de constructie, maar de dredgingen zijn nu voldoende. Hier zie je, in effect, nog in een designchanger, de maasvlakte. Meer en meer zie je, hopers, waarom? Want op de meeste locaties, de deur tussen de gebouwen waar je de dredging is en waar je de dredging is, is heel groot. En dan hopers de meest economische solution om de dredging te transporten van een plek naar de andere. Dus als je op een reclamation project ziet, dan zie je dat het meeste tijd de deur tussen de dredgingen en de deur tussen de gebouwen is relativelijk kort. Dus als je deze gebouw in dezelfde manier wilt gebruiken en dezelfde method gebruiken om de containerareaan te ontwikkelen, dan zou je een kertesuctie draag gebruiken. Dan hopers het is niet heel economisch omdat de dredging te kort is. Nou, dit is een van de eerste Palmijlande dure constructie, Doa aardapport en de constructie. Dus heel erg om het proces te aardapporten. Als je een volledig loodde hopers van de sedimenten hebt, dan zet je op de bestemde locatie. Je bestemde het, je zet je terug naar de gebouw waar je de dredging is. Daar heb je de deur proces en speciaal tijdens het loodproces heb je de sedimentatie in de hopers. Dus je hebt een mix van zand en water in de hopers en je hebt een overvloos, één of twee overvloos. De meeste tijd is geïquipt in de hopers. De zand zetten en de watervloos over de bood. Maar niet alleen de watervloos over de bood, maar de deur van deze partijklaarse distributie, especially de finere partijken, gaat over de bood ook.  En natuurlijk is het wel belangrijk om te weten welke de zetten zijn en welke de zetten gaan over de bood. Een typische, wat we noemen een lading graf, tijdens een hele hopers cycle. Je ziet de lading in de hopers als functie van de tijd. Als we eerst bijvoorbeeld op het einde van de cycle, op het einde van het lading proces, de hopers is volledig loaden. Het sales naar de discharge locatie. Daar heb je de unloading proces. Je ziet de load droppend naar 0. Dan heb je de saling op het einde van de hopers, waar de hopers sales naar de locatie, waar de zand is gedreigd. En dan heb je de loading stage, die kan worden distributieerd in twee deur. Eerst hebben we de loading phase, totdat we de overvloeilevel reachen. Je kan imagineren dat als je start loaden, de hopers is alleen partially volledig met water. En dat level van water is lager dan de overvloeilevel. Dus je start loaden totdat je de overvloeilevel reacht. En dan start je met de overloading phase. En dit keer, een mixer van water en sediment zal overbouwen. Dit is de hele proces, de tijd van het loaden cycle, dat we gaan kijken in detail vandaag. En dit is de totale cubic meter. We hebben het eindelijk onloaden. En dit is de hele cycle tijd. En ik kom terug op deze graf later. Als we op dit discussie gaan over de optimale loaden tijd of de optimale cycle tijd. Maar dit is in effect... Als je naar de aangel van deze punt in tijd kijkt, de productie hier is de tangenteel van deze aangel. Om te kijken, simpel op de fase wat gaat gebeuren tijdens de loaden. De meeste tijd starten we met al een niveau van water binnen de hopper. Welke ideeën waarom? Waarom doen we dat? Waarom kan Frans een andere mogelijkheid zijn dat we eerst... dat we met een volledig volledig open hopper beginnen? Ja, dat is correct. Dus als je de hopper helemaal volledig open zou zijn. Dus volledig volledig water uit de hopper. Als je het begint te draaien. Normaal is het dat je de load op de aangel hebt. Je hebt de bovendoor open. Dus de zand komt uit de hopper. Maar na het hele aangel van de processie, de niveau van water binnen de hopper zal bepaald worden naar buiten.  Dus dat zal het starten. Als je de bovendoor klopt, zal er al water in de hopper zijn. Je kon de aangel van de processie beginnen met een volledig volledig open hopper. Maar dan zal de aangel van de festival ook leraar zijn. En speciaal met de hoppers die zijn geïquipt met een inbordig aangel. De aangel van de bovendoor leraar. Dat betekent dat de aangel van de hopper binnen de aangel leraar wordt. En dat betekent dat je vakuum probleem wordt groter. Als je begint te draaien. Na een tijdje, voel je de hele hopper met water. Dan zal de aangel van de draaien increases. En dan zal de hele vakuum probleem minder zijn. Normaal starten we met een aangel van de water. En dan starten we met een volledig volledig hopper met water. Dus voordat je begint te draaien, voel je de aangel met water. Dat is zo'n mogelijkheid. Om de dept van je vakuum even meer te increasesen. De draaien. En wat we zien tijdens het loadproces. We starten met de aangel met de mixture van sediment en water. En je ziet dat de zandbed wordt ontwikkeld binnen de hopper. En na een tijdje zal je de overvloer lopen. Dus dezelfde volume van de materiaal waar we in gaan. De volume waar we in gaan wordt gelijk. Tot de volume waar we uit gaan. Maar natuurlijk de concentratie waar we uit gaan. De zand wordt minder dan de concentratie waar we in gaan. En we gaan continu loaden. Tot we een fase hebben waar de hopper meer of minder volledig is met sediment. Of wanneer de maximale draaien van de vakuum is in effect voedigd. Want je kunt natuurlijk niet loaden de hopper. Met een groter draaien dan is het verbeterd. We zien een hopper. Er zijn verschillende loaden en overvloer systeem. Maar dit is een gemiddeld gebruikt systeem. Waar we een loaden systeem hebben. Bijvoorbeeld een diffuser op één kant van de hopper. En de overvloer op de andere locatie. En natuurlijk willen we de distances between de overvloer en de discharge point. Zo groot als mogelijk. We gaan terug naar dat. Als we kijken naar het sedimentation proces. De modeling sedimentation proces. Om de distances te ontdekken. Of om de tijd te ontdekken. Dat de particle ervoor is om de hopper te zetten.  Je kunt imaginen als je de diffuser heel dicht bij de overvloer zet. Dat je een soort van short circuiting krijgt. De mixen gaan direct in de overvloer. En zodat de losers die je krijgt. Aan de locatie waar we loaden. We hebben extra distributievols. Located in de hopper. Dat is speciaal. Dat is niet nodig. Om de hoge particles te loaden. Hoeveel ga je loaden. Oudemige, zand. Het zet al bijna. En als je alleen er een load-enpunt is. Je krijgt een heel hoog pile. in deze locatie en je krijgt geen distributie over de lengte van de hopper. Dus je moet dan distributeren de materiaal door meer positie te hebben waar je de vestel kan loaden en omdat het de feit dat deze partijen heel snel zetten, het is niet moeilijk dat zo'n locatie bij de overvloer is, omdat het anyhow zetten zal zijn. Sommige overvloer systeem, je wilt een systeem hebben waar je de overvloer ligt, dus niet een fixe positie, maar een variable overvloerheid. En dat is door de fact dat je in de hopper, met de hopper, de densiteit van de zetten bed kan vervelen. Dus als je een heel koos graffely zandt, de densiteit van de zetten bed kan rond 2200 of iets zoals dat zijn. Maar als je een andere voorbeeld bent, als je een calcareous uniform zandt, de densiteit kan rond 1,9 of iets zoals dat zijn of even minder. Dus je hebt een variatie in de densiteit van de zetten sediment of een meer extreem geval, als je een schildige kleemuzie zou dragen, dan kan de densiteit rond 1,3 of 1300 kilogram per cubic meter zijn. Dus als je zo'n grote verschil hebt in de zetten densiteit van de bed, dat betekent dat de volume van de zetting zal vervelen ook, met een hoge value van de densiteit. Je zal een relatief hoge volume van de zetting hebben, maar met een hoge densiteit zal je een hoge volume van de zetting zijn. Natuurlijk zou je de hoogheid van je overvloerlevel vervolgens de densiteit van de zetting in de hopper. Dit is een telescopische overvloer, hier zie je de rond shape, hier zie je de mix die overbord gaat. En wel, soms zie je deze soort rectangular shapes. De idee over het is om de overvloerlijke mixture naar over de hele width van de hopper te krijgen, een soort 2-dimensionale situatie.  Oké, wat zijn de influences van je load- en overflow-systeem op het hele load-proces? De startwit, de load-systeem, zal een influence hebben op de distributie van de zetting. We hebben het al laten zien, we hebben verschillende load-posities, maar het zal een overvloerlijke influence hebben, maar het zal ook een influence hebben op de hopper-load, hoeveel materiaal er in de hopper zettingen. En het zal een influence hebben van de trim van de hopper, van het hele schip. Als je een load-systeem hebt, die niet proper ontdekt is, dan zal de zetting zetten, bijvoorbeeld, in de voordeurste, de aftere kant van de schip, en dan zal de trim van de schip een influence zijn, het zal nooit een heel prettig, horizontally-trimmede versie op het eind van het load-proces zijn. Oké, waarom is het belangrijk om de overvloerlijke lossen te weten? Nou, natuurlijk, de eerste belangrijk influence is gewoon de kwantiteit van lossen. En dan moet je, zoals een contracteur, hebben er een soort van tende documenten en je moet een calculatie maken over hoeveel weken je op de performatie van dat dash-project zet, over hoeveel weken je moet transporteren met de zettingen naar de reclameerzijde. Je kunt een calculatie maken over hoeveel je de zettingen-productie zal zijn, dus hoeveel materiaal van de zettingen zal leren, je zal in de hopper dischargeren, maar als je 10 of 30 procent van die mix door overvloerlijke lossen loopt, dan zal er natuurlijk een heel groot impact op de totale executione tijd van de werken. Dus dat is de eerste belangrijk issue waarom de deel van de materiaal die je zal lossen, de meer materiaal die je loest, de groter deel van je executione tijd. En het andere belangrijk factorie is welke deel van de partageversloten van de verkeerde distributed zal los zijn. Als je een certaine partageversloten van de distributed op de zeebed moet dragen en je zal een certaine deel van de verkeerden vervangen, dan zal de materiaal in je hopper dan origineel op de zeebed. En dat kan verhalen, vooral, de hele resisteer van die mix conveer charged during unloading when you have to unload the mixture through a pipeline for maybe five or ten kilometers and when your mixture is much coarser than on the zeebed, it means that your friction resistance will be higher as well. hence we have to take that into account.  Another important issue is that the Reclamation, that the client always has a certain requirement on the the particle size distribution that you will finally deliver op de reklimatieszijde. Normaal mag je er niet veel fijn materiaal in de zijkant te pumpen, want het kan een heel luchtig pakken van een heel schildige materiaal creëren, die natuurlijk niet negatief is op de foundation van de structuur. En dus is dit een belangrijk issue ook, wat soort kwaliteit je krijgt op de reklimatieszijde. De productie, de kwaliteit, en als een tweede belangrijk issue, de environment, omdat de materiaal die overbordt, een soort ploem van sediment creëert. Nou, natuurlijk is het dezelfde sediment die er al op de seabed is, maar als je in een sensitive environment draait, voor instance, dichtbij de korrelruimte, je kan niet overleven die korrelruimte met een veel fijn materiaal, want die zwemels gaan gewoon diepen. Dus, en heel vaak, speciaal in de moderne contracten, er zijn heel sterk environmentele requirements op de dredging werken. Dus heel vaak moet je de waterkwaliteit om je dredging project te monitoren, of dichtbij de sensitive areas, en je moet zeker zijn dat, voor instance, de deel van verdedigde particles niet een bepaalde waarde is, voor instance 50 milligram per liter of 100 milligram per liter. Oké, welke factoren vind je de overblijven? Wat zijn de effectoren? Welke ideeën? Je kunt gewoon over alles denken dat je het belangrijk vindt. Particle size distribution. Ja, particle size distribution, dat is heel belangrijk. De sedimentatie. Ja, de sedimentatie en de velociteit van de particles is natuurlijk gelaten met de particle size distribution. We zullen dat later meer in detail praten. Dus dat is één. Wat soort centen ga je meer draaien? D. Ja, de lengte van de hoper. Oké, dus de hoper dimensies, de lengte, wat een soort belangrijk parameter zal er meer of meer of meer of minder aansluiten met de voetbal, de lengte van de hoper, wel, natuurlijk de, de width van de hoper, ja. De flow speed of effect, ja, de discharge effect. Dus hoeveel cubic meters per seconde gaan we in dat hoper? Nu hebben we de lengte, we hebben de width van de hoper, de deptie, de hoogte van de hoper, ja. Dus we hebben de discharge, we hebben de particle size distribution. Nou, dan hebben we de effectoren de belangrijkste. Nou, we gaan even kijken.  Inderdaad, de eerste, ja, sediment characteristics, particle size distribution en de shape of particles die de zettingvelocatie zullen kregen. Equipment, hoper dimensies, mentioned loading and overflow system, mentioned as well, where are the loading positions and the overflow positions. En dan, en, because these, in fact, these two blocks of influences are more or less fixed, the sediment characteristics is just what you will encounter on the sea bed and you cannot change it. Hoper dimensions, like the length, width and depth, well, you cannot change that easily. En so these are all more or less fixed influences and these are all the operational influences, which you can more or less vary, the concentration, the discharge, loading time, loading procedure, water temperature, these are, well, water temperature effect is not, it has to affect one of the issues which is more or less located over there because you cannot change the water temperature, but so these are the most important, these are all the influencing factors and the most important, whether you think are the most important of all these, because some of very large importers and other ones are more second order influence. Any feeling about what could be more? Ja, so that's one. The particle size distribution and the settling velocity, this is a very important one. And from all the others, what do you think is important? Concentration is important, but in fact, discharge, concentration, settling velocity, and the hoper dimensions, but these are more or less fixed. What you encounter in a dutching project, these are the most important issues. And why we will see, we will learn about that later. Well, this is a very quick reminder of what concentration is. So you still know this, concentration, how you determine it with density. So I'll skip this very quickly. Then some definitions of overflow loss. We have, in fact, two definitions of the overflow loss. The first one is the momentary overflow loss, and that is determined by the outgoing send flux divided over the incoming send flux on a certain moment in time.  When you're loading, you can measure the amount of material, the amount of sediment, kilograms per second, going overboard and leaving the ship through the overflow, and the ratio between that amount with the amount of sediment flowing into the hopper is the overflow loss that you have on a certain momentary. So the outgoing discharge times the outgoing concentration times the density of particles, and that's the total amount of kilograms, sediment per second, and then going in. Well, that is just on a certain moment of time, but we can of course look at the whole loading phase, or we can look what is going, what is the cumulative amount of material going out on a certain moment. When I start loading at T0, and when I integrate then the product of the discharge times the concentration over time, then I get the total volume of sediment, or when I multiply it with the density, I get the total mass of sediment going overboard, and when I divide that over with the integration of the ingoving flux, then I have the cumulative overflow loss. So at a certain moment in time, but the amount going overboard over the amount in which I have discharged into the hopper, these are important definitions. Oh, this is an actual graph of a loading of a hopper, and you see a lot of lines, but the important one is the red line, and that is the cumulative overflow loss as function of time, you see time from 0 to about 70 seconds, of 70 minutes, and at the end of the loading process, the cumulative overflow loss is on the left axis, you see that we have about 30% of cumulative overflow loss, so the total amount of material going overboard is 30% of total going in, so that's a quite large amount of volume. So then you can understand why it's for a contractor of importance to know how much it is end en how you can influence it. If you can bring down that 30% to 20% or something like that, that will be a lot of money involved. Well, what happens during the loading process? This is a very schematic overview. This is a side view of a hopper. You see that on the left side of the hopper we will have the inflowing section.  At the right side of the hopper we have an overflow section, and we are loading here and you see that due to the fact that we are loading with a mixture of particles and water, which is heavier than the surrounding, than sea water, you see that you get a density, kind of a plume going down to the bottom of the hopper, just because it's more of a heavy fluid, being discharged in a lighter fluid. The mixture goes down. It will create a kind of an erosion creator and then it flows horizontally to the other side of the hopper and here the particles will settle and some particles will more or less stay into suspension and will be transported to the water surface where the water more or less is collected and then goes to the overflow. You see a horizontal flow. Very often here the flow bends over en dan goes back again. In between you have a very slow vertical velocity which more or less carries the particles to the surface and there the particles that will not settle will go overboard. So this is a very schematic overview of what's really happening in a hopper. We'll see later that during the modelling we'll assume some other flow mechanisms or flow patterns, in fact what is happening, what we have seen in practice, what we have seen during model tests. Oké, well, the settling velocity because it all starts with the settling of a particle. Well, it's quite simple. 