Offshorebedrijf Fistuca gebruikt water om te heien. Een neervallende waterkolom maakt een stuk minder lawaai en brengt minder schade toe aan ­funderingspalen voor windturbines. Waarschijnlijk slaat in 2017 de grootste waterhamer ooit heipalen de zeebodem in voor een windpark. ‘Dit jaar ­bouwen en testen we de installatie.’

Een wetgever met groene ambitie kan het zeeleven niet negeren. Dat maakt de bouw van windparken op zee ingewikkeld. Zo is heien de eerste zes maanden van het jaar verboden in Nederlandse kustwateren, omdat het lawaai in die periode de zeedieren het meest zou verstoren. De Duitsers slaan wel het hele jaar door heipalen in de zeebodem. Tientallen miljoenen trekken ze uit voor een meevarend konvooi dat belletjes in het water jaagt. Die luchtbellen smoren de geluidsgolven. Soms is de heipaal ook nog afgeschermd met een kostbaar geluidscherm.

De Nederlandse wet volgt binnenkort vermoedelijk de Duitse, vertelt ir. Jasper Winkes, directeur van offshore­bedrijf Fistuca. ‘Dan is heien waarschijnlijk het hele jaar toegestaan, mits je binnen bepaalde geluidsnormen blijft.’ Betekent dit dat we op korte termijn bellen gaan blazen in de Noordzee? Als het aan Winkes ligt niet. Zijn alternatief voor het dure Duitse scenario klinkt eenvoudig: sla de heipaal de grond in met water. Dat is stiller en bovendien goedkoper en efficiënter. ‘Met water belasten we de paal minder.’

De waterhamer in actie.

In de installatie van Fistuca bevindt zich bovenop de heipaal een groot cilindervormig vat met water. Onder in het vat is een soort halfopen duikersklok geplaatst. Een gasmengsel, dat boven in de klok wordt gespoten, drukt het water in het vat. De snel daaropvolgende ontbranding van het mengsel perst het water uit de klok en slingert het samen met de waterkolom in het vat omhoog. ‘Dit is de eerste klap die de heipaal krijgt, vergelijkbaar met de terugslag van een afgevuurd geweer’, aldus Winkes. Het neervallende water deelt vervolgens de tweede klap uit. In de proefopstelling op de Tweede Maasvlakte is die beuk goed voor 5000 kJ aan (val)energie. ‘We slingeren zo’n 350 ton water een kleine 1,5 m de lucht in.’


Uitsmeren

De geluidswaarden in het water liggen ruim onder de norm, bewees TNO onlangs bij een test in de Rotterdamse haven. ‘Ze zijn spectaculair laag.’ Heien met water maakt ook lichtere en duurzamere heipalen mogelijk. Dit heeft alles te maken met het uitsmeren van de waterklap in de tijd. De kracht bij een valblok met een vergelijkbare capaciteit is kortdurend en scherp gepiekt. De kracht op een paal door vallend water bouwt zich langzamer op en werkt een factor tien tot twintig langer. Dat heeft tot gevolg dat er veel minder slagen nodig zijn om een heipaal de grond in te krijgen, vertelt Winkes. ‘De slagduur is een stuk langer, waardoor de paal per cyclus dieper de grond indringt.’ En minder klappen incasseren betekent dat de paal minder schade oploopt.

Het ontbreken van de snelle afwisseling van druk- en trekspanningen dringt die schade verder terug. Ook dit is terug te voeren op de uitsmering in de tijd, legt Winkes uit. ‘Bij een korte klap loopt er door de heipaal een snelle drukpuls. Die wordt bij het uiteinde gereflecteerd als trekpuls. De snelle afwisseling van de pulsen belast de paal enorm en leidt tot vermoeiing. Bij een lange klapduur zijn de pulsen meer uitgespreid in de tijd. In de periode dat de trekgolf door de paal loopt, is er nog veel druk aanwezig. Trek valt zo voor een groot deel weg door druk. Je kunt de heipalen hierop ontwerpen en lichter maken. Er is immers minder materiaal nodig vanwege de kleinere belasting.’ Een schatting van de materiaalreductie is op dit moment overigens nog lastig te maken.

De langere slagduur heeft nog een ander voordeel. De lagere versnelling die de funderingspaal heeft, maakt assemblage vóór het heien mogelijk. ‘Op deze manier zijn onder meer boat landings en anodes aan de paal te bevestigen. Dat scheelt veel installatietijd op zee.’


Geen limiet

Fistuca wil dit jaar een megahamer bouwen met een slagenergie van circa 20 MJ. Die kolossale hamer moet uitgebreide tests ondergaan en slaat vermoedelijk in 2017 grote monopalen de bodem in voor een nieuw windpark. Fistuca is momenteel in gesprek met een bedrijf, maar wil nog geen namen en rugnummers geven. ‘Het zal de grootste hamer worden die ooit is toegepast,’ aldus Winkes. ‘De uitdaging zit hem vooral in het handelen van het watervat. Na het vullen staat er ruim 2000 ton op de heipaal.’ Het vullen van het vat gebeurt tijdens het heien. ‘De volle 2000 ton zal pas bereikt zijn als de paal grotendeels in de bodem zit.’

De vaten kennen qua grootte praktisch geen limiet, stelt Winkes. ‘We kunnen palen van enorme diameters heien. Doordat trekspan­ningen grotendeels wegvallen tegen drukspanningen, kunnen dat ook grote betonpalen zijn voor bijvoorbeeld offshore windmolens. Conventionele hamers zouden de betonpalen slopen door de forse trek.’

Fistuca denkt ook aan het heien van grote monopalen voor olieplatforms. ‘De topsides staan nu op relatief dure jackets. We kunnen in plaats daarvan megagrote palen heien die een topside dragen.’(Jeroen Akkermans)