· · · Repository Hydraulic Engineering Reports

Scheepsgolven en windgolven vormen de belangrijkste hydraulische belasting op oever- en/of dijkconstructies. Bij het ontwerp (of herstellen) van deze constructies dient te worden uitgegaan van het criterium dat elk onderdeel van de constructie (toplaag en onderliggende lagen) bestand is tegen de hydraulische belasting. Dit houdt in, dat per constructie-onderdeel zowel de belasting als sterkte-eigenschappen bekend moeten zijn. Voor verdedigingsconstructies met toplagen van gezette steen wordt het rekenmodel STEENZET gebruikt om de belasting voor de verschillende constructieonderdelen te berekenen met als input de externe hydraulische belasting (scheepsgolven/windgolven). In het model STEENZET wordt uitgegaan van een geschematiseerde verdedigingsconstructie, bestaand uit een toplaag op een filterlaag op een ondoorlatende ondergrond. Met dit rekenmodel kunnen drukverschillen over de toplaag en drukgradiënten, gemiddelde over de filterlaagdikte in de richting teen talud, worden berekend.

Het eerste gedeelte van het M1983 onderzoek bestond uit ongeveer 300 proeven op kleine schaal naar de statische stabiliteit van stortsteen taluds onder golfaanval. Het resultaat kon worden samengevat in twee nieuwe praktische stabiliteitsformules waarin de meest belangrijke parameters waren bijeengebracht (verslag M1983 deel I) . Het tweede gedeelte van het onderzoek bestond uit ongeveer 150 proeven op kleine schaal naar de dynamische stabiliteit (profielvorming) van stortsteen taluds en grindstranden. Het resultaat was een eenvoudig computerprogramma dat de profielen onder golfaanval kan berekenen (verslag M1983 deel II). Het laatste deel van het onderzoek wordt in dit verslag gerapporteerd en beschrijft de proeven die op grote schaal in de Deltagoot zijn uitgevoerd en de vergelijking met de resultaten uit de kleinschalige proeven . De volgende aspekten zijn onderzocht : De stabiliteit van statisch stabiele stortsteen konstrukties Oploop en reflektie bij statisch stabiele stortsteen konstrukties De stabiliteit en vervorm ing bij berm golfbrekers De overslag en reflektie bij berm golfbrekers De profielvorming bij grindstranden De ribbelvorming bij grindstranden met klein grind. De algemene konklusie is dat vrijwel nergens zodanige afwijkingen zijn aangetroffen dat bij de kleinschalige proeven de aanwezigheid van schaaleffekten van invloed was . Ribbelvorming kon met bestaande relaties voor zandbodems en taluds redelijk worden beschreven en ook kon een grens worden bepaald waarbij ribbelvorming begint.

Dit verslag beschrijft de stabiliteit van een aantal stortsteenkonstrukties die afwijkt van een recht doorgaand talud zonder overslag . De konstrukties zijn dammen met een lage kruin, geknikte stortsteen taluds en stortsteen taluds met een glad boventalud. Uitgangspunt daarbij zijn de resultaten van M 1983 deel I (twee stabiliteitsformules) en van M 2006, het bermonderzoek . Voor de lage dammen zijn 31 proeven uitgevoerd. Bij de analyse zijn ook de resultaten van een aantal andere (buitenlandse) onderzoeken betrokken . Voor de overgangskonstrukties zijn in totaal 18 proefseries uitgevoerd, waarbij elke proefserie bestond uit 2-6 stappen met opklimmende golfhoogte. Lage dammen kunnen worden onderverdeeld in drie typen, reef type konstrukties, traditionele konstrukties met de kruin boven swl en konstrukties met de kruin beneden swl. Voor aIle drie typen zijn ontwerpformules en/of ontwerpgrafieken afgeleid. Voor de overgangskonstrukties zijn eveneens relatief eenvoudige ontwerpgrafieken bepaald.

In het kader van he onderzoek naar stabiliteit van open taludbekledignen is uit de resultaten van de uitgevoerde trekproeven een minimale wrijvingsfactore afgeleid. Deze factor kan worden toegepast in het bestaande stabiliteitsmodel.

In het rapport wordt kort ingegaan op het mechanisme afschuiven van taludbekledingen. Voor twee veel voorkomende constructies (steenzetting op een dijk en blokkenmat op een kanaaloever) worden ontwerpgrafieken gegeven. Hiernaast wordt aandacht besteed aan de sterkte van een teenconstructie, de toe te passen veiligheidsfactoren en de schuifsterkte van klei.

In het kader van het onderzoek aan open taludbekledingen zijn een drietal veldmeetmethoden ontwikkeld en toegepast. Daarnaast is het mogelijk het gedrag van een taludbekleding te voorspellen aan de hand van analytische relaties. Het gaat hierbij met name 0111 de belasting op de toplaag ten gevolge van golfbelasting, en om overdrukken onder de toplaag die ontstaan indien de waterstand in de filterlaag een wisselende buitenwaterstand niet kan volgen. De drie meetmethoden zijn gebundeld in drie aparte verslagen, waarin ook de separate meetverslagen zijn te vinden. Dit verslag beoogt een overzicht te geven van de beschikbare methoden om doorlatendheden, lektijd en leklengte te bepalen. De ervaringen en resultaten worden met elkaar vergeleken. Hierdoor kan het toepassingsgebied van de diverse methodes worden aangegeven. Ten slotte volgen praktische aanwijzingen voor het bepalen van de eigenschappen van bestaande taludbekledingen.

In dit rapport wordt verslag gedaan van een studie met als doel het beschrijven en modelleren van veroudering (inzanden) van steenzettingen. In eerste instantie is nagegaan of het inzanden van constructies logischerwijze verklaard kan worden. Dit blijkt het geval. Daarna is onderzocht of de constructie, mits eenmaal ingezand, onder invloed van een toegenomen verhang weer schoon zal spoelen of niet. Dit blijkt voor de fïlterlaag niet het geval. Voor de toplaag blijkt het verhang, als inzanding plaatsvindt sterk toe te nemen. Het is dan twijfelachtig of de spleten tussen de blokken van de toplaag ingezand blijven. Tenslotte is aandacht besteed aan de snelheid waarmee steenzettingen in kunnen zanden.

Het onderhavige verslag geeft een diepgaande analyse van de metingen in Deltagoot met blokken op klei. De analyse van de gemeten blokbeweging en stijghoogtes op en onder de toplaag heeft geleid tot kwantificering van de leklengte van de constructie. Deze blijkt goed overeen te komen met de berekende leklengte op basis van formules voor steenzettingen op geulen. Het is gebleken dat de traagheid van het water in de geulen geen significante invloed heeft op de stabiliteit. Tot slot is er een concreet advies gegeven voor het bepalen de stabiliteit van zettingen op klei in de praktijk voor het geval dat er enige beginnende geulvorming onder de zetting is ontstaan.

Er is een onderzoek uitgevoerd naar bodemvorming onder gezette steen op 11 dijktaluds in Zeeland in verband met de reststerkte bij golfaanval en in verband met geulvorming onder de stenen. Voor het onderzoek zijn ongeveer 1 m brede sleuven in de klei-onderlaag gegraven en is de ondergrond in detail beschreven en zijn er monsters voor classificatie-doeleinden genomen.Duidelijk herkenbare bodemvorming blijkt algemeen voor te komen in kleionderlagen onder gezette steen. De belangrijkste invloeden op de bodemvorming, en de bodemstructuur, is de wijze van aanbrengen en verdichten van kleigrond en de samenstelling van de grond. In goed verdichte lagen is op meer dan 0.3 tot 0.4 m diepte de bodemstructuur meestal nog massief, dat wil zeggen dat er bijna geen spleten of scheuren als gevolg van krimpen en zwellen worden aangetroffen. Van dergelijke goed verdichte lagen, indien niet te dun, kan een belangrijke bijdrage in de reststerkte van de onderlaag verwacht worden. In dit onderzoek zijn een aantal dijktaluds aangetroffen waarbij het oude dijklichaam deel van de klci onderlaag uitmaakt. Dit oude dijklichaam bestaat in cen aantal gevallen uit zeer dichte cohesieve grond die een /.eer grote bijdrage aan de reststerkte van de dijk kan leveren. In bijlage 10 is de ressterkte van de onderzochte locaties beschreven. De bovenste 0.15 tot 0.25 m van klci-onderlagen heeft nagenoeg altijd een bodemstructuur van millimeters-grote blokjes die vaak los gestapeld zijn. Deze toplaag zal nagenoeg niet kunnen bijdragen in de reststerkte van de onderlaag. Op veel locaties zijn lagen aangetroffen van grond die na het aanbrengen niet of weinig is verdicht. Naar verwachting is de bijdrage van dergelijke lagen aan de reststerkte zeer beperkt. Een belangrijke factor daarbij is dat bodemleven welig heeft kunnen tieren in zulke lagen hetgeen de erosieresistentie van een laag sterk ondermijnd. Uit deze studie kan in het licht van de thans bestaande inzichten over erosie van klei-onderlagen worden afgeleid dat de reststerkte van onderlagen zeer beperkt is als er beneden ongeveer 0.3 m veel zeer zandige of niet verdichte grond voorkomt en als bodemvorming tot grotere diepte een herkenbare bodemstruetuur heeft veroorzaakt.Bij klei-onderlagen treedt nagenoeg altijd enige oppervlakkige erosie van de grond onder de stenen op hetgeen op bijna al de onderzochte locaties tot geulvorming heeft geleid. Deze erosie is beperkt tot een zone met een breedte van 1.5 tot 2.5 m boven de ovcrgangsconstructic naar stortsteen (mijnsteen, slakken en dergelijke) en is niet afhankelijk van de ligging ten opzichte van de hoogwaterlijn. De gculvorming neemt in het algemeen af met toenemend gehalte afslibbaar (< 16um) en komt vooral voor in vergraven, meestal slecht verdichte lagen.Samenvattend kan worden gesteld dat zowel de reststerkte van klei-onderlagen als het beperken van geulvorming daarin gebaat zijn bij het aanbrengen van geschikte, zware of vette klei en het goed verdichten daarvan over de gehele dikte van de klei-onderlaag. Het verkennen van de gesteldheid van klei-onderlagen en van de opbouw van het dijklichaam onder gezette steen kan met sonderingen, aangevuld met waarnemingen in enige kuilen in de onderlaag worden uitgevoerd. Voorafgaand archiefonderzoek en interviews met bij de aanleg betrokkenen lijkt een voor de hand liggende eerste stap in de verkenning ten behoeve van het vaststellen van de noodzaak en het stellen van prioriteiten voor gedetailleerde verkenningen. De meeste grond in klei-onderlagen heeft karakteristieken van hydromorfe gronden met gley en pseudo gley verschijnselen.

In dit rapport wordt verslag gedaan van een numeriek onderzoek naar steenzettingen op dijken. De steenzetting van een dijk kan door een golfaanval worden beschadigd. Dit wordt veroorzaakt door een opwaartste druk aan de onderzijde, die verantwoordelijk is voor het uitlichten van de stenen. Als er een sterkte-berekening wordt uitgevoerd, blijkt dat er zogenaamde inklemeffecten optreden. Dit is het gevolg van het geometrisch en fysisch niet-lineair gedrag. Er is dus een grotere kracht dan het eigen gewicht nodig om een steen uit de zetting te trekken. Het gunstige effect van deze inklemkrachten kan echter nog moeilijk worden gekwantificeerd en dus niet in de praktijk worden toegepast. Het doel van het afstudeerproject is meer inzicht te verkrijgen in de rol die de verschillende parameters spelen bij het inklemgedrag. Hiertoe wordt steeds de maximaal toelaatbare belasting pmax op het moment van bezwijken van de rij blokken beschouwd.

Met behulp van het CFD-programma CFX is nagegaan hoe groot de door drempel opgewekte turbulentie is. Er zijn 3 verschillende geometriën en drie verschillende aanstroomsituaties beschouwd. Omdat de CFX resultaten teveel bleken af te wijken van meetgegevens zijn de berekeningen vervolgens nogmaals uitgevoerd met Delft3D. De belangrijkste conclusie is dat de verhouding D/h een grotere invloed heeft op de diepte gemiddelde turbulentie intensiteit (Fo) dan de dieptegemiddelde snelheid U .

Het verslag geeft een beschrijving van de modelproeven en resultaten die zijn uitgevoerd met een geschematiseerde modelopstelling van een spleet tussen twee betonblokken. Het onderzoek heeft zich gericht op het uitspoelen van diverse soorten zand bij een vertikaal omhoog gerichte stroming en cyclische stroming

Open taludbekledingen die bestaan uit in verband geplaatste betonblokken met gaten, bieden de mogelijkheid vegetatie te doen groeien, waardoor mogelijk een milieuvriendelijke oever kan worden verkregen. In het pioniersstadium van de vegetatie is het evenwel ongewenst dat de gatvulling uitspoelt. Teneinde de relatie tussen waterbeweging en erosie van de gatvulling vast te stellen, is door de Dienst Weg- en Waterbouwkunde van Rijkswaterstaat per brief d.d. 16 maart 1987 (kenmerk WB 570), opdracht verleend aan het Waterloopkundig Laboratorium tot het uitvoeren van onderzoek naar de erosie door open taludbekledingen. Het doel van het onderzoek is het ontwikkelen van ontwerprichtlijnen voor taludbekledingen met gaten die groter zijn dan de zand- of filterkorrels eronder. Hiertoe dient de kritieke waterbeweging bij een oever- of dijkbekleding te worden vastgesteld, waarbij nog toelaatbare erosie is te verwachten. De toelaatbare erosie mag daarbij maximaal gelijk zijn aan de hoeveelheid sediment in de gaten. Filter- of basismateriaal gelegen onder de elementen mag dus niet uitspoelen. Bij oeverbekledingen waar vegetatie een rol moet gaan spelen, is de toelaatbare erosie kleiner, dat wil zeggen in de gaten dient sediment achter te blijven.

In Nederland is de taludbekleding van gezette steen een vanouds bekende vorm van taludbescherming, welke ook tegenwoordig, zij het in een enigszins gewijzigde vorm, nog een groot toepassingsgebied heeft. Onder een bekleding van gezette steen wordt hier verstaan een taludbescherming bestaande uit een enkele laag blokken die in een regelmatig patroon zijn geplaatst. Het materiaal waaruit de blokken bestaan is natuursteen of beton. In het laatste geval worden soms speciale voorzieningen getroffen om de samenhang tussen de blokken te vergroten en/of de golfoploop te reduceren. De dimensionering van deze bekledingen is vrijwel geheel gebaseerd op ervaring, terwijl richtlijnen voor het ontwerp, afgeleid uit onderzoek en/of berekening, ontbreken. Teneinde uiteindelijk deze richtlijnen te kunnen verschaffen is het in de eerste plaats van belang het mechanisme, dat bij dit type bekleding aan de beschadiging ten grondslag ligt, te leren kennen. Als eerste aanzet hiertoe dient het onderhavige onderzoek, dat tot doel heeft het inzicht in het karakter van het schademechanisme te verdiepen. Gezien dit doel van het onderzoek is de opzet en uitvoering sterk fundamenteel. Bovendien is het onderzoek, vanwege de grote variatie in samenstelling en afmetingen van de bekleding, beperkt tot een aantal geschematiseerde gevallen.

In het kader van het onderzoek naar de golfbelasting op een taludbekleding van gezette steen werd tijdens de 96 vergadering van werkgroep 1 van de Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen, d.d. 30 november 1978, besloten het Waterloopkundig Laboratorium opdracht te verlenen modelonderzoek uit te voeren betreffende de invloed van de doorlatendheid van de fundering op de stabiliteit van de taludbekleding. Het onderzoek werd in de maanden januari en februari 1979 uitgevoerd in de 1 m brede. Scheldegoot van het Laboratorium de Voorst. Het onderzoek stond onder leiding van ir. J.K. Kostense, die tevens dit verslag samenstelde.

Meetverslag Er is ook nog een Band A met Tekst (inleiding, beschrijving etc.)

Binnen het onderzoeksprogramma Steenbekledingen heeft voorliggend rapport betrekking op de verdere uitwerking van onderdeel 5.1: 'Algemeen Onderzoek; Toepassing probabilistische rekenmethoden; Kapstok probabilisme'. Een eerste opzet van dit onderdeel is reeds eerder gerapporteerd [Fugro 2004]. Het totale onderzoeksprogramma is nader beschreven in [Fugro 2003]. Dit rapport is als volgt opgebouwd. In hoofdstuk 2 wordt het onderzoek gedefinieerd en afgebakend, en worden de probleem- en doelstelling beschreven. In hoofdstuk 3 wordt ingegaan op de toegeleverde lijst met geselecteerde cases, aan de hand waarvan de verdere inhoudelijke uitwerking van de probabilistische kapstok gestalte zou moeten krijgen. Uit deze lijst is vervolgens een case geselecteerd die in het kader van dit deelonderzoek daadwerkelijk concreet wordt uitgewerkt. Na een eerste deterministische beoordeling van deze case en een schets van de beschikbare mogelijkheden voor probabilistische beoordeling zijn een tweetal besprekingen gehouden met diverse deskundigen op het gebied van bekledingen. Naast een overzicht van de belangrijkste bevindingen uit deze besprekingen zijn tenslotte ook de resultaten van de verdere behandeling van de geselecteerde case beschreven. In hoofdstuk 4 worden interpretatie, conclusies en consequenties van de bevindingen uit de case beschouwd. Tenslotte wordt in hoofdstuk 5 nog eens expliciet teruggekoppeld naar het in het tweede hoofdstuk geformuleerde onderzoeksdoel. Een overzicht van het totale onderzoeksprogramma is gegeven in bijlage 1. De belangrijkste gegevens van de in het kader van deze studie geselecteerde eerste vier cases zijn verzameld in bijlage 2. De deterministische toets van de hieruit geselecteerde eerste daadwerkelijk uit te werken case met behulp van het excel-programma 'Steentoets' is weergegeven in bijlage 3. De verslagen van de genoemde besprekingen met de bekledingdeskundigen zijn opgenomen in bijlage 4. De mede naar aanleiding van die besprekingen verder uitgewerkte gebeurtenissenboom, die basis zou moeten vormen van de probabilistische uitwerking van de gekozen case, is gegeven in bijlage 5.

De onzekerheden met betrekking tot de mogelijke snelheid en omvang van de erosie van klei onder steenzettingen zijn de aanleiding geweest tot het uitvoeren van een literatuurstudie in opdracht van de Deltadienst van Rijkswaterstaat. Tijdens de studie, welke is uitgevoerd door ir. J. Lindenberg van het Laboratorium voor Grondmechanica werd behalve aan de meer fundamentele achtergronden van erosie bij klei tevens aandacht besteed aan een aantal andere aspecten bij toepassing van klei als fundatielaag voor een steenzetting. Enkele belangrijke aspecten hierbij waren het eventuele optreden van verweking van de klei onder invloed van de golfklappen op de steenzetting en de problemen bij de verwerking van de klei. In dit verslag worden alleen de bevindingen van de literatuurstudie naar erosie van klei gerapporteerd. Het onderhavige rapport werd opgesteld door de werkgroep Klei en moet worden gezien als een interimrapportage met betrekking tot de uitgevoerde studie naar de mogelijkheid van het toepassen van betonblokken op klei (ontwerp van de Oester- en Philipsdam). Bij deze studie kon worden beschikt over de resultaten van een literatuurstudie met betrekking tot dit onderwerp. Er werd voorts getracht het inzicht te verdiepen door middel van het interviewen van een aantal technische medewerkers van Waterschappen in Zeeland, die ervaringen hebben met dergelijke constructies. De werkgroep Klei heeft uit de meningen die bij de diverse waterschappen bestaan zoveel mogelijk een grootst gemene deler vastgesteld.

In het verslag M 1795 deel I is een overzicht gegeven van het onderzoek naar stabiliteit van steenzettingen onder golfaanval. Het kleinschalige modelonderzoek, dat in dit verslag wordt beschreven, is daar een onderdeel van. Het onderzoek is deels in opdracht van de Deltadienst en deels in opdracht van het Centrum voor Onderzoek Waterkeringen uitgevoerd in het Waterloopkundig Laboratorium De Voorst van november 1982 tot mei 1983.

Bij het onderzoek M1983 zijn ongeveer 800 profielen gemeten van taluds van losgestorte materialen onder golfaanval. In hoofdstuk 1 van deze bijlage zijn de randvoorwaarden voor de proeven gegeven in tabelvorm. In hoofdstuk 2 is voor ieder type konstruktie dat is onderzocht, een profiel van een proef weergegeven en dit hoofdstuk geeft derhalve een goed overzicht van het onderzoek naar dynamische stabiliteit van taluds. In de hierop volgende hoofdstukken zijn verschillende proeven samengesteld tot één figuur. De figuren zijn zo samengesteld dat steeds maar één parameter varieert. Vergelijking van de profielen onderling levert de invloed van de varieërende parameter. De figuren zijn zo samengesteld, dat de snijpunten van de profielen met de stilwaterlijn op elkaar liggen. Hiertoe is steeds één profiel horizontaal verschoven. Alleen in hoofdstuk 5 zijn de profielen niet verschoven. Deze bijlage A behoort bij het verslag M1983 deel II, wat het gehele onderzoek naar dynamische stabiliteit van taluds van losgestorte materialen beschrijft.