Invloed van plaatsingsdichtheid op de stabiliteit van 'armour layers' van golfbrekers

Abstract

Door de jaren heen is er veel onderzoek gedaan naar golfbrekers en de stabiliteit van de 'armour layer'. Hieruit is gebleken dat de plaatsingsdichtheid van de 'armour layer' elementen een belangrijke parameter is. De doelstelling van dit onderzoek is om inzicht te verkrijgen in de invloed van de plaatsingsdichtheid op de stabiliteit van kubussen in een dubbele 'armour layer' en tetrapoden en breuksteen in een enkele 'armour layer' van een 'rubble mound' golfbreker. Er is in dit onderzoek gekozen voor het onderzoeken van deze specifieke elementen, omdat deze het meeste worden toegepast. Tevens wordt hiermee aangesloten op voorgaande onderzoeken. Omdat er al relatief veel onderzoek is gedaan naar kubussen in een enkele 'armour layer' is er voor gekozen om voor kubussen een dubbele 'armour layer' toe te passen. De experimenten werden uitgevoerd in de Sedimenttransportgoot in het Laboratorium voor Vloeistofmechanica van de Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen van de Technische Universiteit Delft. In deze golfgoot werd een schaalmodel van een golfbreker geconstrueerd. De plaatsingsdichtheid werd bij kubussen en tetrapoden gevarieerd door het wijzigen van de volumieke porositeit van de 'armour layer' en bij breuksteen door het wijzigen van de laagdikte. Bij breuksteen werd bovendien de taludhelling gevarieerd en de gradering. Na het aanbrengen van de 'armour layer' werd een onregelmatig golfveld van 1000 golven op de golfbreker losgelaten met een bepaalde significante golfhoogte. Hierbij werd gebruik gemaakt van een JONSWAPspectrum. De significante golfhoogte werd telkens opgevoerd totdat de constructie bezweek of de golfmachine de maximale op te wekken golfhoogte had bereikt. Kenmerkend faalmechanisme bij alle elementen is het 'rocken' van een element, dat uiteindelijk leidt tot het wegspoelen ervan. Onder 'rocken' wordt verstaan het bewegen van een element zonder van positie te veranderen. Dit verschijnsel vindt plaats rond de waterlijn. De toegepaste plaatsingsdichtheden bij kubussen blijken alle stabielere constructies op te leveren dan bij een in de praktijk toegepaste plaatsingsdichtheid. Hieronder wordt de plaatsingsdichtheid verstaan, welke in prototype golfbrekers wordt toegepast. Het blijkt echter dat bij een toename van de plaatsingsdichtheid de 'armour layer' zich steeds meer gaat gedragen als een zetsteenbekleding. De stabiliteit neemt als gevolg hiervan af bij toenemende plaatsingsdichtheid. Typerende faalmechanismen van een bekleding als afschuiven en oplichten beginnen dan op te treden in het schaalmodel. Berekeningen lijken aan te tonen dat de faalmechanismen in het model overeenkomen met de werkelijkheid. Tetrapoden leveren bij verhoging van de plaatsingsdichtheid steeds stabielere constructies op. Desondanks lijken ze ongeschikt voor gebruik in een enkele 'armour layer', omdat door de vorm van de elementen het filter al aangetast kan worden zonder dat er elementen zijn verdwenen. AIs gevolg van de haakweerstand is er een rotatie van een element nodig om dit te verwijderen. Met behulp van een rekenmethode is de hiervoor benodigde belasting versus de sterkte bepaald. Het blijkt dat de stabiliteit toeneemt bij toename van de plaatsingsdichtheid. Bovendien volgt uit de rekenmethode dat de elementen zich in de werkeIijkheid op dezelfde wijze zullen gedragen als in het schaalmodeL De laagste plaatsingsdichtheid wordt gekenmerkt door een progressief bezwijkgedrag. De meeste schade veroorzakende 'collapsing' golven blijken dan minder vaak op te treden. Kenmerkend voor breuksteen is de opstuwing van elementen onder de waterIijn als gevolg van 'collapsing' golven met als resuItaat een ruimere pakking rond de waterIijn. Breuksteen met een wijde gradering blijkt minder stabiel dan breuksteen met een nauwe gradering.