· · · Repository Hydraulic Engineering Reports

In dit rapport wordt een tweetal methoden beschreven om de werkelijk aanwezige sterkte van een dijk beter te benaderen. De beschreven methoden hebben betrekking op: 1 het verhogen van de berekende stabiliteitsfactor op grond van voorkennis omtrent de aantoonbaar opgetreden hoogste (historische) waterstand; 2 voorspelling vooraf van de mogelijke winst die behaald kan worden met laboratoriumproeven op lokaal gestoken monsters ('lokaal onderzoek'). Toepassing van deze methoden op een geschematiseerd maar realistisch dijkprofiel wijst uit dat de lengte van de benodigde stabiliteitsberm afneemt van 23 m, indien ontworpen op de gangbare wijze, tot 15 m bij toepassing van de methoden uit het rapport.

De redenen voor het uitvoeren van het onderzoek zijn gelegen in het feit dat voor de beoordeling van de kwaliteit van klei altijd is uitgegaan van de kennis en ervaring uit het verleden. Dit betekent dat vooral gekeken werd naar de samenstelling van de lutum- en zandfracties. Bij vergelijking van de eisen die daarvoor door verschillende beheerders werden gehanteerd, kwamen echter grote verschillen aan het licht. Daarnaast speelde steeds vaker de vraag in hoeverre niet-natuurlijk afgezette kleisoorten, zoals Euroklei en tarragrond, gebruikt kunnen worden voor de dijkenbouw. Het onderhavige rapport is een Technisch Rapport waarin de resultaten van verschillende onderzoeken zijn samengebracht en één en ander in een logische context is geplaatst. Het doel van het rapport is inzicht te geven in de eigenschappen van klei die voor de dijkbouw van belang zijn en richting te geven in een eenduidige beoordeling van klei. Op grond van de te vervullen functies en de materiaaleigenschappen zijn eisen afgeleid en worden aanbevelingen gedaan voor het gebruik van klei in dijken. Het rapport is primair opgesteld voor de direct betrokken technici bij het ontwerpen en het beheren van dijken. Daarnaast is getracht ook voor de geïnteresseerde niet-technici inzicht en informatie te geven over de problematiek rond het toepassen van klei in dijken.

In het voorliggende technische rapport is een classificatiesysteem voor veen gegeven. Dit classificatiesysteem is afgestemd op de geotechnische eigenschappen van veen, die van belang zijn voor de aanleg en toetsing van onze waterkeringen. Met name een belangrijk deel van onze boezemkaden zijn aangelegd op een veenondergrond. Op basis van de in dit technisch rapport gegeven classificatie, kan een eerste afschatting worden gemaakt van sterkte en samendrukbaarheid. Daarnaast kan op basis van deze classificatie een veenmonster worden toegevoegd aan een proefverzameling. Dit technisch rapport geeft tevens de beschrijving van de methoden voor het bepalen van de classificatieparameters en de geotechnische eigenschappen met betrekking tot samendrukbaarheid en sterkte. Voor vele geotechnici zijn de beschreven methoden nieuw. Dit technische rapport moet dan ook worden gezien als een voorlopige aanbeveling, waarmee binnen de geotechnische advieswereld ervaring kan worden opgedaan. In overleg met de geotechnische advieswereld zal een definitieve richtlijn worden opgesteld. Deze definitieve richtlijn zal tevens worden gebruikt als ondersteuning van de ontwikkeling van een Nederlandse of Europese norm voor de classificatie van veen. In dit technisch rapport wordt een eenduidige methode gegeven met betrekking tot de classificatie van veen en het bepalen van de classificatieparameters en geotechnische eigenschappen in relatie tot samendrukbaarheid en sterkte. Van alle genoemde methoden is een procedurebeschrijving opgenomen. Aan de hand van een uitgevoerde correlatiestudie worden voor veen representatieve waarden gegeven voor sterkteparameters. In [CUR 1992] en [den Haan 1992a+b] zijn correlaties gegeven tussen classificatieparameters en samendrukkingsparameters.

In dit rapport wordt ingegaan op drie deelonderzoeken die zijn uitgevoerd in het kader van het TAWC-project 'Fysische modellering zeereepontwikkeling'. Doel van dit project is de ontwikkeling van een model waarmee effecten van beheersmaatregelen op de morfologische ontwikkeling van de zeereep kunnen worden voorspeld, teneinde het zeereepbeheer te optimaliseren. Een eerdere fase in dit project heeft geleid tot een eerste versie van het eolisch transportmodel SAFE (Simulation of Aeolian Foredune Evolution) en een stromingsmodel (HILL) voor de simulatie van het windveld over het duinprofiel. De drie deelonderzoeken zijn: (a) een studie naar de aanpassing van sedimenttransport bij ruimtelijke overgangen in evenwichtscondities, wat gekarakteriseerd wordt door de modelparameter 'aanpassingslengte'. Het onderzoek heeft geleid tot een uitdrukking voor de aanpassingslengte die geldt bij toenemend transport, als functie van de wrijvingssnelheid van de wind en de kritische wrijvingssnelheid (welke een functie is van onder andere de gemiddelde korreldiameter van het sediment). Voor de aanpassingslengte bij afnemend transport is op basis van een beperkte hoeveelheid informatie een constante waarde aangehouden van 3 m. Nader onderzoek hiernaar is echter gewenst. (b) veldmetingen in de zeereep voor de bepaling van vegetatieparameters die van belang zijn voor het SAFE-model. Er zijn gegevens verzameld over de geometrie van helm, biestarwegras en duinzwenkgras op drie zeereeplokaties. Deze gegevens, gecombineerd met metingen van de plantdichtheid (aantal per m2) zijn gebruikt voor het schatten van de 'frontal area index' (FAI, de belangrijkste vegetatieparameter in het SAFE-model). Daarnaast zijn metingen gedaan aan ruimtelijke patronen in de bedekkingsgraad en is een relatie gelegd tussen de bedekkingsgraad en FAI. Metingen aan de bedekkingsgraad kunnen dus worden gebruikt als modelinvoer. Alle verzamelde gegevens gelden voor de wintersituatie. Identieke metingen dienen te worden uitgevoerd tijdens het groeiseizoen. (c) een gevoeligheidsanalyse van SAFE 0.0. Er is per modelparameter of -variabele bepaald in welke range van waarden deze de modeluitkomsten het meest beïnvloedt. Er is hierbij onderscheid gemaakt tussen de invloed van de parameters op de grootte van het sedimenttransport en de invloed op de resulterende morfologie van het duinprofiel.

Een actieve stormdepressie veroorzaakte in het zuidwestelijke kustgebied flinke verhogingen van de waterstanden, zodat daar, voor de tijd van het jaar, uitzonderlijk hoge waterstanden gemeten werden. Tijdens het passeren van de stormvloed werden de Stormvloedkeringen in de Oosterschelde en de Hollandse IJssel niet gesloten. Het waarschuwingsbureau van de SVSD is bemand geweest van 29 augustus 6h30 tot 30 augustus 10h30, met een onderbreking van 4h00 tot 8h30 op 30 augustus. Gemiddeld genomen was de duinafslag over de gehele kust gering. De grootste afslag deed zich voor op Walcheren.

Verslag van de stormvloed van 29 oktober 1996.

The overall objective of the research project on berm breakwater structures is to arrive at a better design basis, which will bring the design standards of berm breakwaters up to the level of design standards for other civil engineering structures. This objective will be reached by establishing an understanding of the physics of berm breakwaters, studies of problems related to practical engineering applications, and studies of threedimensional effects. The research is a combination of theoretical work, physical model testing and numerical modelling. The paper gives an introduction to the berm breakwater concept followed by a presentation of the main research results obtained within MAST 1. Finally, the research which is carried out as part of the MAST II project on berm breakwater structures is described, including a brief presentation of the first results.

The major part of the research on berm breakwaters has concentrated on the berm reshaping of a trunk section exposed to head-on waves. Recent research included aspects related to individual stone movements under perpendicular wave attack (eg Tomasicchio et al). For a berm breakwater trunk section consisting of berm stones smaller than a certain size, the stones will continue to move in the wave direction (longshore transport) when the breakwater is exposed to oblique waves. Only a little research has been made to study the effect of oblique waves on the reshaping and longshore transport of berm breakwaters (eg Burcharth and Frigaard, and Van der Meer and Veldman). A series of comprehensive model tests and subsequent analyses were carried out with the aim to study the influence of wave obliquity on the reshaping process, on the initiation of longshore transport, and on the longshore transport rate. The model set-up and test programme are described in Juhl et al.

The report summaries the results obtained with a berm breakwater attacked by oblique waves. In the tests special attention is given to the influence of the rock shape on the longshore transport. Moreover, the reshaping berm profile and amount of wave overtopping is examined. The tests were performed in a tree-dimensional model in Jan.-Feb. 96' at The Hydraulics Laboratory, Department of Civil Engineering, University of Aalborg.

In order to develop a model able to describe how berm breakwaters reshape under the attack of waves, a large quantity of data from 2D and 3D tests was collected and arranged in a database. The data were first standardised, and since data come from models with very different size, all the lengths were scaled with the nominal diameter (Dn50) of berm stones. Since the information regarding the wave conditions in shallow water or in front of the breakwater was not always available the wave conditions were estimated in front of the breakwater by using formulae proposed by Goda (1985) and Stive, (1986). The profiles were schematised as suggested by Vellinga (1986) and van der Meer (1988) using six parameters; with the aid of PCA the original variables were transformed into uncorrelated components describing decreasing quotes of the total variance. Three of them account for 95% of the variance of our data-base. In this manner the dimensionality of the phenomenon was reduced from six to three. Each component describes part of the behaviour of the reshaping breakwater and for each of them a model was developed relating components to the environmental and structural parameters. The model respects approximately (relatively to the 1st PC) the composition principle and gives results for any condition. At the end the model was compared with the experimental profiles and with the output of BREAKWAT.

Note on the roundhead stability of berm breakwaters. Recession, erosion and longshore transport are measured

The influence of permeability and stone gradation on the reshaping and wave overtopping of berm breakwaters was studied as part of this research. Another aspect studied was the difference in reshaping comparing a berm breakwater constructed of two stone classes and a more stable Icelandic type of berm breakwater built of three stone classes with the largest stones used as an armour layer covering a part of or the entire berm. Twelve series of model tests were carried out in a wave flume covering studies of the effect of two stone gradations, three permeabilities, two berm and freeboard elevations, three berm breakwater solutions based on the Icelandic experience, and two wave steepnesses.

Programme of the 3rd workshop on berm breakwaters.

Summary of test results.

Measurements of wave forces on single armour units, tests on berm breakwaters in shallow water.

This paper describes the 13 year experience of design and construction of rubble mound berm breakwaters in Iceland. Over twenty berm structures have been constructed since 1983. All berm breakwaters in Iceland have been constructed by local contractors who have developed considerable experience in this type of work. The paper describes the design philosophy of berm breakwaters which aims at optimizing the structure with respect to wave load and possible yield from an armour stone quarry. The estimated yield from an armour stone quarry is used as an integrated part of the design process in an attempt to optimize the utilization of the quarry. All size grades from the quarry are used and in many cases a 100% utilization is achieved. Breakwaters and shore protection in Iceland are mostly constructed from locally quarried rock. Rock quality is variable depending on rock type. jointing, density and degree of alteration. Porphyritic basalt and gabbro have excellent to good quality, whereas other basalts are generally good to poor. Fracture measurements are used to forecast quarry yield for rubble mound structures and are usually very close to the results of blasting. A quality assurance programme has been developed to guarantee that rocks intended for breakwaters are up to the required standard in each case. The Icelandic Harbour Authority has developed a variant of the original berm concept with all the advantages of the berm concept although the structure is much more stable. This variant can be described as a "tailor-made size graded berm". It allows the use of even smaller stones inside the berm. than in berm breakwaters of only one or two stone classes and as a consequence larger stone classes can be used to reinforce the structure. In many cases this design approach leads to a less expensive structure than the original berm concept. although the structure is much more stable.

Berm or reshaping breakwaters represent a relatively new -type of wave barrier; more precisely the conscious acceptation of stone movement during reshaping and of the eventual dynamic equilibrium of the units in the exposed mound is new. Stones of the armour layer are accepted to move under the wave attack until a new equilibrium of the seaward profile is formed. The shape of the new profile was already studied, and a model was developed providing a typical shape and parametrisation (Vellinga, 1986) and equations describing the evolution of the profile characteristic points under some assigned wave attack (Van der Meer, 1988). The purpose of this paper is to check the goodness of the existing model, to recalibrate it, if it is felt necessary, using the wider data-set that was reconstructed from several experiments carried out in the last years, and, eventually, to suggest a description of the profile using a smaller number of equations and parameters.

In order to describe the reshaping breakwater profile, the profile has to be schematized into profile parameters. Static stability is describe by damage and reshaping breakwaters by the profile. The profile can be schematized by profile parameters such as height and length parameters. Burcharth, and Frigaard (1988) made the first systematic study of oblique wave attack the reshaping breakwaters. Burcharth, and Frigaard (1988) introduced the linear recession rate of roundheads as a function of number of waves or storm duration under given wave height and wave period. Van der Meer (1998) schematized the reshaping breakwater with height, length and angle parameters. Van der Meer recommended that the influence of angle of wave attack must be analyzed in more detail. Van Hijum and Pilarczyk (1982) proposed a reduction factor SQRT(cos Psi) for shingle beach profiles under oblique waves.

Figures with results from the tests; no text is attached.

For berm breakwaters as compared with traditional rubble mound breakwaters, special measures have to be taken for the breakwater roundhead. If stone displacements occur on a roundhead, the stones will be moved in the wave direction and will loose most of their stabilising effect. The major part of the research on berm breakwaters has concentrated on the reshaping of the seaward side of the trunk under perpendicular wave attack. Only a little research has been made to study the stability of berm breakwater roundheads (eg Burcharth and Frigaard, Jensen and Sorensen, and Van der Meer and Veldman). Comprehensive three-dimensional (3D) model tests were carried out to study the reshaping of the roundhead as function of the wave conditions (wave height and wave period) and the angle of wave incidence. The reshaping process and the movements of stones on the berm were analysed based on both profile measurements and observations.