Shields op de Helling? Het ontwerpen van een steenbestorting op een oever onder stromingsaanval

Abstract

Voor de berekening van de stabiliteit van stenen moet een beschouwing worden gemaakt van de krachten welke werken op een steen in een stroming. Deze krachten zijn natuurlijk ten eerste het gewicht van de steen onder water en verder de kracht welke de stroming op de steen uitoefent. 1) De krachten door het water zijn evenredig met het kwadraat van de watersnelheid, met het oppervlak van de steen en de dichtheid van het water. Evenredig met het oppervlak van de steen houdt in evenredig met het kwadraat van de diameter van de steen. 2) Het steengewicht is evenredig met de inhoud van de steen en daarmee met de steendiameter tot de derde macht. Verder is het natuurlijk evenredig met het verschil in steengewicht en het gewicht van het water. De evenredigheidsparameter werd door Shields in een iets andere vorm in zijn onderzoek Psi genoemd. Deze factor bleek nog afhankelijk te zijn van het Reynoldsgetal. Wanneer de theorie van Shields wordt toegepast op stenen op een oever is het de vraag welk punt op de helling maatgevend is. Dit kan zijn onder aan het talud of juist hoger op het talud. Onder aan het talud is de dieptegemiddelde stroomsnelheid hoog maar door de grotere diepte is de relatieve aanval op de stenen lager. Hoger op het talud is de dieptegemiddelde stroomsnelheid weliswaar lager, maar is de relatieve aanval op stenen door de geringere diepte juist lager. De eerste conclusie die uit dit onderzoek kan worden getrokken is dat op een oever de situatie aan de teen altijd de maatgevende is. De hogere snelheden op het diepere gedeelte hebben duidelijk een groter effect dan de geringere diepte hoger op het talud. De resultaten van dit onderzoek geven verder aan dat de hellingcorrectiefactoren volgens Lane (1955) en Ikeda (1982) waarden geven welke aan de voorzichtige kant liggen. Uit de resultaten zou men zelfs kunnen concluderen dat de bewering van Maylord (1989) die zegt dat een hellingcorrectiefactor niet nodig is voor hellingen flauwer dan 1:2,5 juist is. Voor praktische toepassingen is het echter aan te bevelen de hellingcorrectiefactor wel mee te nemen in de berekening. Dit vanwege de onzekerheden die in vele onderzoeken naar dit onderwerp naar voren komen. Er kan zonder problemen gewerkt worden met de eenvoudige formules van Lane omdat de afwijkingen van de formule van Ikeda met de gevonden waarden van A niet bijzonder groot zijn. Bij het berekenen van het benodigd steengewicht aan de teen van een talud moet de snelheid aan de teen van het talud bekend zijn. Indien gewerkt wordt in een bestaande situatie kunnen de snelheden het beste in het veld gemeten worden, anders zal men stromingsmodellen moeten gebruiken. De conclusie van dit rapport is dat de huidige gebruikelijke berekeningswijze met de methode van Shields met de hellingcorrectiefactor volgens Lane aan de veilige kant zit. Verder onderzoek is nodig om eventuele ontwerpnormen aan te scherpen.