Imperfecte filterconstructies onder golfbrekers

Imperfecte filterconstructies onder golfbrekers

Caus, E.

Schiereck, G.J. (mentor)
Fontijn, H.L. (mentor)
Steijn, B. (mentor)
D' Angremond, K. (mentor)

Civil Engineering and Geosciences

Hydraulic Engineering

1998-03-01

Filterconstructies worden toegepast onder de teen en armour layer van uit breuksteen opgebouwde golfbrekers. Daarnaast worden zij vaak, als onderdeel van een bodembescherming, aangebracht op de zeebodem veer de teen van de golfbreker. Filterconstructies hebben als doel erosie van het onderliggende basismateriaal te voorkomen. Geometrisch-dichte filters ontlenen hun werking aan het feit dat de korrels van het basismateriaal fysiek gezien niet door de openingen in de filterlaag heen kunnen. Geometrisch-open filters voorkomen dat de hydraulische belasting op de basiskorrels zo groot wordt dat deze in beweging komen. Filterregels bepalen de verhouding tussen de grootte van de basis- en filterkorrels. Imperfecte filters zijn geometrisch-open filters die niet aan de filterregels voldoen, doordat de afmetingen van het filtermateriaal vele malen groter zijn dan die van het basismateriaal. Dit onderzoek is bedoeld om het inzicht in het erosieproces door een imperfecte filterconstructie onder invloed van golven te vergroten. De werking van imperfecte filters is tweeledig. Ten eerste hebben zij een snelheidsreducerende werking waardoor de watersnelheden op het grensvlak beperkt worden. Ten tweede leidt impulsoverdracht tussen uittredende basiskorrels en filterstenen tot verlies van bewegingsenergie van de basiskorrels. In een golfgoot zijn modelproeven uitgevoerd met een enkele filterlaag op een zandbed. De belasting werd gevormd door regelmatige golven die opgewekt werden met behulp van een golfschot. De mate van erosie is vastgesteld door de zakking van de filterlaag te meten. In het onderzoek is getracht de invloed van de laageigenschappen op de erosie vast te stellen. Hiertoe zijn proeven uitgevoerd met twee verschillende steensorteringen, waarbij van de sortering met de kleinste stenen drie verschillende laagdikten toegepast zijn. Verder is de excitatie gevarieerd door de amplitude van het golfschot te veranderen. Tijdens het onderzoek is slechts gewerkt met een zandsoort. Het modelonderzoek heeft uitgewezen dat een toename van de laagdikte tot een afname van de erosie leidt. Daarentegen leidt een toename van de steengrootte tot een toename van de erosie. Deze resultaten zijn in overeenstemming met de resultaten van eerder onderzoek op het gebied van open filterconstructies. Vergroting van de laagdikte heeft een gunstig effect op de snelheidsreducerende werking en leidt tot een grotere benodigde hoeveelheid bewegingsenergie van de basiskorrels om uit te treden. Bij grotere laagdikten blijkt dit laatste aspect een belangrijke rol te spelen. Verkleining van de steengrootte leidt tot een afname van de porositeit en dus van de doorlatendheid, wat de snelheidsreducerende werking ten goede komt. Daarnaast heeft een toenemende verhouding 'basiskorrelgrootte / filtersteengrootte' een toename van de botsingsfrequentie tussen uittredende basiskorrels en filterstenen tot gevolg. Het energieverlies van bewegende basiskorrels neemt hierdoor toe. Tijdens het modelonderzoek is verder gebleken dat het zakkingstempo afneemt in de tijd. Dit betekent dat het transport van basiskorrels door de filterlaag afneemt in de tijd. De zakkingscurve vertoont in het begin een gratere steilheid wat veraorzaakt wordt door het kleine contactoppervlak tussen de filterstenen en het basismateriaal. Gedurende de test treedt modificatie van het grensvlak op, waarbij de onderste filterstenen gedeeltelijk in het basismateriaal zakken. Dit leidt tot vergroting van het contactoppervlak. De afname van het zakkingstempo wordt verder veroorzaakt door afname van de orbitaalsnelheid boven de filterlaag. Het is gebleken dat de opstelling van grote invloed is op de waterbeweging. Om een relatie te vinden tussen de orbitaalsnelheid en de zakking, zou het zakkingsverloop gekoppeld moeten worden aan het verloop van de snelheid in de tijd. In de test bereikte de zakking pas een eindwaarde toen de filterstenen de bodem van de goot bereikten. Modificaties van het zandbed of de steenlaag leidden in de tests dus niet tot een evenwichtssituatie. Verder werd er bij het afbreken van de opstelling na een proef, ontmenging van de laag geconstateerd. De kleinere stenen uit de verzameling werden vooral onderin de laag aangetroffen. Voor dit verschijnsel is geen verklaring gevonden.

filters
geometrically open
interface
breakwaters
imperfect filters

http://resolver.tudelft.nl/uuid:dac10038-7ed4-4909-884d-a4fbb1aee9f0

Student theses

master thesis

(c) 1998 Caus, E.