Passage door de spatzone

De spatzone is het gebied waar een onderwaterhijs door de golven aan het oppervlak gaat. Welke invloed hebben waterinslag, opwaartse kracht, weerstand en toegevoegde massa daar op de hijslijn? Hoe leiden slappe stroppen tot schokbelastingen, en wat deed een passieve heave-compensator voor een kap van 35 t?

Door Tord Martinsen, CEO · maart 2026 · bijgewerkt september 2026 · 10 min leestijd

RIGEL en een gele GRP-kap passeren de waterlijn naast een offshore-schip.

In het kort

Vier effecten spelen daar een rol: waterinslag wanneer het water het object raakt, opwaartse kracht wanneer het verder onder water gaat, weerstand wanneer het door het water beweegt, en toegevoegde massa wanneer het water mee begint te bewegen.
Als de opwaartse krachten groter zijn dan het gewicht van het object, worden de stroppen slap en trekken ze vervolgens met een schok weer strak. DNV-RP-N103 vereist dat de opwaartse hydrodynamische kracht niet groter is dan 90 % van het minimale gewicht van het object in water.
In ons onderzoek naar een GRP-kap van 35 t bij Hs 1.8 m verlaagde een RIGEL 75 t / 4.5 m de piekbelasting van de hijslijn van 1,846 kN naar 655 kN en voorkwam alle gevallen van slappe stroppen; de slagreserve was de beperkende factor.

Een ononderbroken passage door de spatzone duurt slechts een of twee minuten, langer als het hijsen wordt onderbroken om water te laten instromen of lucht te laten ontsnappen. Toch bepaalt deze fase vaak bij welke zeetoestand de hele hijs kan worden uitgevoerd. De belastingen veranderen hier het snelst en een lichte nuttige last met een groot oppervlak kan tijdens het te water laten aan haar stroppen slap komen te hangen.

Wat is de spatzone?

De spatzone is het gebied rond de waterlijn waar een last deels in de lucht en deels in het water hangt. De hoogte is geen vast aantal meters: die volgt de golfkammen en golfdalen en de beweging van de kraantip. Daardoor neemt de hoogte toe met de zeetoestand en de reactie van het schip. Een object passeert de zone tijdens het neerlaten en, als het wordt geborgen, opnieuw tijdens het ophalen.

Vier effecten die de belasting van de hijslijn veranderen

Waterinslag. Het water raakt de onderkant en horizontale vlakken van het object wanneer het te water gaat. De kracht neemt toe met het kwadraat van de impactsnelheid, $F_{\text{slam}} = \tfrac{1}{2} \rho\, C_s A_s v_s^2$ , waarbij $C_s$ de waterinslagcoëfficiënt is (ten minste 3 voor gladde ronde cilinders en anders 5, volgens de vereenvoudigde methode) en $A_s$ het oppervlak is dat het water raakt. De belasting is kort en hevig en bepaalt vaak de constructieve toetsing van de nuttige last en de tuigage.
Weerstand. Het water biedt weerstand tegen de beweging van het object. De kracht neemt toe met het kwadraat van de relatieve snelheid, $F_D = \tfrac{1}{2} \rho\, C_D A_p v_r^2$ , waarbij $A_p$ het van onderaf zichtbare oppervlak is; bij een grote, vlakke nuttige last kan deze kracht groter zijn dan het gewicht in water.
Variërende opwaartse kracht. Naarmate het object verder onder water gaat, draagt de opwaartse kracht een deel van het gewicht van het object, waardoor de hijslijn wordt ontlast. Elke passerende golf verandert het ondergedompelde volume en daarmee de belasting van de hijslijn, $F_\rho = \rho\, \delta V g$ .
Toegevoegde massa. Het water rond het object moet mee versnellen, waardoor de traagheid toeneemt wanneer het object onder water gaat. Omdat de kraantip en de golven bewegen, ontstaat een extra kracht die evenredig is met de relatieve versnelling.

Hoe belangrijk de opwaartse kracht is, hangt af van de nuttige last. Een zware staalconstructie behoudt in water het grootste deel van haar gewicht. Een object dat licht is voor zijn volume, zoals een GRP-kap of een module met grote tanks, verliest een groot deel ervan (ongeveer de helft bij massief GRP), terwijl het grote oppervlak de golfkrachten opvangt (figuur 1). Ons artikel over onderwaterhijsen behandelt weerstand en toegevoegde massa met getallen.

Figuur 1. Waarom de stroppen bij lichte nuttige lasten slap worden. Wanneer het object onder water gaat, draagt de opwaartse kracht een deel van het gewicht van het object, waardoor de hijslijn wordt ontlast (de doorgetrokken lijnen), terwijl de golven de kracht eromheen op en neer laten schommelen (de banden). Een staalconstructie behoudt ongeveer 87 % van haar gewicht in water; een kap van massief GRP die licht is voor haar volume behoudt ongeveer de helft. Door haar grote oppervlak reikt de schommeling tot onder nul. Onder nul is de golfkracht groter dan het gewicht in water en worden de stroppen slap. Illustratieve waarden: na onderdompeling is de golfgedreven kracht gesteld op ±30 % en ±60 % van het gewicht in lucht.

Slappe stroppen en schokbelastingen

Als de opwaartse kracht en de opwaarts gerichte golfkrachten groter zijn dan het gewicht van het object, worden de stroppen slap. Wanneer ze kort daarna weer strak trekken, krijgt de hijslijn een schokbelasting, vaak veel hoger dan het statische gewicht. De vereenvoudigde methode in DNV-RP-N103 combineert de vier effecten tot één karakteristieke hydrodynamische kracht, $F_{\text{hyd}}$ , en voorkomt slappe stroppen met het volgende criterium voor die kracht:

F_{\text{hyd}} \le 0.9\, F_{\text{static,min}}

en als slappe stroppen niet kunnen worden uitgesloten, berekent de methode de schokbelasting uit de snelheid bij het strak trekken, de stijfheid van het hijssysteem en de massa van het object inclusief de toegevoegde massa:

F_{\text{snap}} = v_{\text{snap}} \sqrt{K\,(M + A_{33})}

Wat een heave-compensator verandert

Een passieve heave-compensator tussen de haak en de stroppen maakt het hijssysteem minder stijf. De gasveer vangt de beweging van de kraantip op als slag, in plaats van die door te geven aan de stroppen. Daardoor valt het aandeel van de kraan in de beweging van het object ten opzichte van het water weg; de beweging van het water zelf blijft. De weerstand en de kracht door toegevoegde massa nemen af, en de lagere stijfheid $K$ verlaagt de schokbelasting in de bovenstaande formule. Als de compensator voor de situatie is gedimensioneerd, blijven de stroppen onder spanning.

Er zijn drie grenzen. De compensator mag tijdens de passage niet aan het einde van zijn slag komen, anders keren de piekbelastingen terug. Het gewicht van het object aan de hijslijn neemt af wanneer het onder water gaat. Daardoor verschuift het evenwicht van de compensator, zodat voor elke fase van de passage de beschikbare slag wordt gecontroleerd. Een soepel systeem heeft bovendien een lange eigenperiode: het isoleert de last alleen van golven met een duidelijk kortere periode en versterkt de beweging nabij zijn eigenperiode. Daarom wordt in het hijsmodel de afstemming getoetst aan de golfperioden tijdens de operatie.

Een adaptief-passieve eenheid zoals ANTARES kan voor de passage omschakelen naar een stijvere instelling met meer demping. Daardoor nemen de gewichtsverandering en golfbelastingen minder slag in beslag; onder de spatzone kan de eenheid weer soepeler worden ingesteld.

Casus: een GRP-kap van 35 t bij Hs 1.8 m

In ons CONSTELLATION-onderzoek CS-2026-004, wordt een beschermkap van glasvezelversterkte kunststof van 35 t vanaf een constructieschip door het wateroppervlak neergelaten bij Hs 1.8 m en Tp 7.5 s. De kap is een lastige klasse nuttige last: een grote, dunne schaal die licht is voor haar afmetingen, zodat de golven haar bij het te water laten kunnen optillen. Dezelfde nuttige last, zeetoestand en tuigage en acht golfrealisaties zijn doorgerekend met starre tuigage en met een RIGEL 75 t / 4.5 m.

Figuur 2. Dezelfde GRP-kap van 35 t, zeetoestand en golfrealisaties, met starre tuigage en met een RIGEL-eenheid van 75 t / 4.5 m: de ongunstigste van acht realisaties bij Hs 1.8 m, Tp 7.5 s. Onderzoek CS-2026-004, gemodelleerd in CONSTELLATION.

Ongunstigste van acht realisaties	Starre tuigage	Met RIGEL
Piekbelasting van de hijslijn, vergeleken met de SWL van 736 kN van de RIGEL-eenheid	1,846 kN (2.5×)	655 kN (89 %)
DAF van de nuttige last, vergeleken met onze toetswaarde van 2.0	5.38	1.91
Gevallen van slappe stroppen in één berekening	11	0
Verhouding voor schokbelasting, vergeleken met de grens van 0.90 voor slappe stroppen	1.00	0.36
Gebruikte slag aan het maatgevende einde (intrekken), vergeleken met onze marge van 90 %	geen compensator	98.4 %

Over de acht berekeningen liep de DAF van 3.41 tot 5.38 met starre tuigage en van 1.15 tot 1.91 met RIGEL. De gebruikte slag aan het maatgevende einde liep van 83 tot 98 %. De verhouding voor schokbelasting is de afname van de lijnspanning onder het gewicht in water, uitgedrukt als deel van dat gewicht: bij 1.00 worden de stroppen slap. De grens van 0.90 is het criterium voor slappe stroppen uit DNV-RP-N103 toegepast op de gesimuleerde spanningen. De toetswaarden voor DAF en slag zijn onze referenties voor dit onderzoek, geen DNV-grenzen.

De berekeningen met compensator voldeden in elke realisatie aan alle vier de toetscriteria voor de respons. De slag was de beperkende factor: in vier van de acht berekeningen werd meer dan 90 % van de slag richting het maatgevende einde (intrekken) gebruikt, tot 98.4 %, zonder de eindstop te raken. Daarom zou de afstelling vóór een echte hijs worden herzien. Bij Hs 2.0 m voldeed geen van de geteste afstellingen aan alle vier de criteria. Lees het onderzoek naar de GRP-kap →

RIGEL brengt een GRP-kap door de spatzone, gesimuleerd in CONSTELLATION.

De passage plannen

Beoordeel de zeetoestanden. Bereken de passage voor de golfhoogten, perioden en richtingen van de operatie, met de scheepsbeweging bij de kraantip. Het resultaat is een operationeel venster; voor een weervenster moet de voorspelling tijdens de hele operatie binnen dat venster blijven.
Kies de passagesnelheid. Sneller neerlaten verkort de tijd in de zone, maar verhoogt de impactsnelheid en de waterinslag. DNV-RP-N103: de vereenvoudigde methode gaat doorgaans uit van een haaksnelheid van 0.5 m/s; in onze casus werd neergelaten met 0.16 m/s.
Controleer de minimale en maximale lijnspanning. De minimale spanning bepaalt of de stroppen slap worden; de piekbelasting bepaalt of de kraan, de hijskabel en de tuigage de belasting aankunnen. Beide moeten worden getoetst.
Bevestig dit met een simulatie in het tijdsdomein. Een model in het tijdsdomein van de golven, het schip, de kraan en de tuigage, de hydrodynamica van het object en de compensator geeft de spanningen, bewegingen en slag voor de eindcontrole. CONSTELLATION voert de berekening uit met en zonder compensator.

Bronnen en aannames

Waterinslag, weerstand, variërende opwaartse kracht, het criterium voor slappe stroppen en de schokbelasting volgen de vereenvoudigde methode van DNV-RP-N103, voorheen DNV-RP-H103.
De casus is ons CONSTELLATION-onderzoek CS-2026-004 (revisie C, 5 augustus 2026): een GRP-kap van 35 t, RIGEL 75 t / 4.5 m, Hs 1.8 m, Tp 7.5 s (JONSWAP), acht realisaties van 120 s; elk getal in de tabel is de ongunstigste waarde van de betreffende maatstaf. De SWL van 736 kN is de nominale waarde van de RIGEL-eenheid van 75 t en de lijnbelasting is gemeten in de groep van vier stroppen boven de kap. De kap, een schaal van 15 × 12 × 3 m, verplaatst 10.73 m³ water en behoudt ongeveer 69 % van haar gewicht in water. Het is een verkennend onderzoek, geen gecertificeerde analyse.
Figuur 1 is illustratief: staal met 7.85 t/m³ en massief GRP met ongeveer 1.9 t/m³, met de golfgedreven kracht zoals vermeld in het bijschrift.

Veelgestelde vragen

Wat is de spatzone?

De zone rond de waterlijn waar een gehesen object deels in de lucht en deels in het water hangt. De hoogte volgt de golven en de beweging van de kraantip en verandert dus met de zeetoestand en het schip.

Waarom is de spatzone vaak de kritieke fase van een onderwaterhijs?

De belastingen veranderen daar het snelst: waterinslag wanneer het water het object raakt, opwaartse kracht wanneer het onder water gaat, weerstand wanneer het door het water beweegt en toegevoegde massa wanneer het water meebeweegt. Een licht object met een groot oppervlak kan slap aan zijn stroppen komen te hangen en daarna een schokbelasting krijgen. Die passage bepaalt vaak bij welke zeetoestand de hijs kan plaatsvinden.

Wat is een schokbelasting?

De korte, hevige belasting wanneer slappe stroppen of een slappe hijskabel weer strak trekken. DNV-RP-N103 voorkomt dit door te eisen dat de opwaartse hydrodynamische kracht niet groter is dan 90 % van het minimale gewicht van het object in water, en geeft de grootte van de schokbelasting als die niet kan worden voorkomen.

Hoe helpt een heave-compensator in de spatzone?

Hij vangt de beweging van de kraantip op als slag. Daardoor valt het aandeel van de kraan in de beweging van het object ten opzichte van het water weg en nemen de krachten af. Als hij voor de situatie is gedimensioneerd en voldoende slag overhoudt, blijven de stroppen onder spanning. In ons onderzoek naar een GRP-kap van 35 t bij Hs 1.8 m verlaagde een RIGEL 75 t / 4.5 m de piekbelasting van de hijslijn van 1,846 kN naar 655 kN en voorkwam alle gevallen van slappe stroppen.

Welke nuttige lasten zijn het lastigst door de spatzone te brengen?

Objecten die licht zijn voor hun volume en een groot oppervlak hebben: kappen, tanks en drijvende modules verliezen veel van hun gewicht wanneer ze onder water gaan, terwijl hun grote oppervlak de golven en de waterweerstand opvangt. Een zware staalconstructie behoudt in water het grootste deel van haar gewicht en is eenvoudiger te hanteren.

Welke compensator is geschikt voor werk in de spatzone?

RIGEL of CYGNUS als één instelling geschikt is voor de hele hijs; ANTARES, een adaptief-passieve eenheid, als de passage een stijvere instelling met meer demping vereist dan de rest van de hijs. De keuze wordt in een hijsmodel getoetst voor de nuttige last en de zeetoestanden.