Spreiding van steen in het stortproces van schuifstorters

Abstract

Voor het storten van steen in water wordt gebruik gemaakt van schuifstorters. Hierbij wordt de steen zijdelings van het dek afgeschoven. Het stortproces van schuifstorters bestaat uit vijf fasen; vaargedrag en positiebepaling van de schuifstorter, bresgedrag van steen, spreiding van steen, verplaatsing van steen als gevolg van stroming en bodemgedrag van steen. Dit onderzoek vormt een studie naar de derde fase, de spreiding van steen in water. Het Enkele Steen Model (ESM) is een model dat het spreidingsgedrag van steen in water beschrijft. Dit model veronderstelt dat individueel vallende stenen in water zijdelingse verplaatsingen ondergaan als gevolg van het, tijdens de valbeweging, willekeurig loslaten van wervels over het oppervlak van de steen. Volgens het ESM zal een dwarsdoorsnede van een hoeveelheid gestorte steen (het stortprofiel) een Gaussprofiel vertonen. Het stortprofiel wordt bij een toenemende storthoeveelheid opgebouwd volgens een Gaussprofiel, totdat het talud van de berg gestorte stenen de maximale hellingshoek van het stortmateriaal overschrijdt. Hierna zal, als gevolg van afschuiving van het talud van de berg gestorte stenen, het stortprofiel langzaam overgaan in een driehoeksprofiel. Om het ESM te verifieren zijn modelproeven uitgevoerd met twee verschillende sorteringen van natuursteen; hoekig stortmateriaal (breuksteen) en afgerond stortmateriaal (grind). Om de hoeveelheid parameters die het stortproces beinvloeden te beperken, zijn ook modelproeven uitgevoerd met "stenen" die wat betreft vorm en afmeting zeer geringe onderlinge verschillen vertonen. Hiertoe is, uitgaande van een met natuursteen overeenkomende massadichtheid, gebruik gemaakt van aluminium kubussen, betonnen kubussen, glazen bollen, vierkante aluminium plaatjes en ronde schijfjes (guldens en rijksdaalders). Met de verschillende stortmaterialen zijn bij een viertal waterdiepten modelproeven uitgevoerd. Allereerst zijn willekeurig georienteerde stenen, individueel gestort en is de waargenomen verdeling van de stralen van de gestorte stenen, ten opzichte van de projectie van het loslaatpunt op de bodem, vergeleken met de verdeling volgens het ESM. Om te bepalen of vallende stenen elkaar tijdens de valbeweging onderling beinvloeden en of dit invloed heeft op de spreiding, zijn vervolgens modelproeven uitgevoerd waarbij stenen zoveel mogelijk tegelijk zijn gestort. De resultaten zijn vergeleken met die van de proeven met de individueel gestorte stenen. Ook zijn in dit kader proeven uitgevoerd waarbij stenen op een rij zijn gelegd en zijdelings zijn afgeschoven. Tenslotte is gekeken of de opbouw van het stortprofiel overeenkomt met die zoals beschreven door het ESM. Hiertoe zijn proeven uitgevoerd waarbij een grote hoeveelheid steen in gedeelten is gestort. Door na het storten van ieder gedeelte twee aanzichten van de gestorte berg stenen vast te leggen, is het stortprofiel bepaald. Vit de modelproeven blijkt dat het ESM een goede beschrijving geeft van de wijze waarop stenen uit een breuksteen- en grindsortering, individueel en tegelijk gestort, in water vallen en van de wijze waarop het stortprofiel wordt opgebouwd. De spreiding van het stortmateriaal neemt hierbij toe met de wortel van de waterdiepte. Aanvullend onderzoek is nodig om het verband tussen de spreiding en de karakteristieke steenafmeting van het stortmateriaal te verifieren. Bij het tegelijk storten van stenen uit een breuksteen- en grindsortering is meer spreiding waargenomen dan bij individueel gestorte stenen. Als tijdens de valbeweging rotatie van het stortmateriaal optreedt, geeft het ESM geen goede beschrijving van het valgedrag van stortmaterialen. De spreiding neemt in dit geval evenredig toe met de waterdiepte en wordt niet bepaald door de karakteristieke steenafmeting. Het ESM geeft een goede beschrijving van de valbeweging van gestorte platte vormen (rechthoekige plaatjes en ronde schijfjes). Hierbij treedt door verschillen in vorm een groot verschil in spreiding op.