Het doordringen van golven in een filterlaag

Abstract

Filterconstructies hebben als doel constructies te beschermen tegen uitspoeling van grond en beschadiging door wateroverdrukken. Een granulaire filterconstructie bestaat uit een ofmeer lagen van granulairfiltermateriaal, die het onderliggende, loskorrelige basismateriaal tegenhoudt, maar het water doorlaat. Meestal wordt het criterium gehanteerd, dat er geen erosie zal optreden van het basismateriaal. In de praktijk is het nauwkeurig aanbrengen van filterconstructies, bestaande uit meerdere lagen, een lastige en kostbare aangelegenheid. Het lijkt daarom gunstig het aantal afzonderlijke lagen waaruit het filter is opgebouwd te minimaliseren. Dit is mogelijk door een criterium te hanteren, waarbij er beperkt transport van het basis- en/of filtermateriaal toelaatbaar is, waardoor het filter kan zakken. Indien de zakking een bepaalde toelaatbare grens niet overschrijdt, zal het filter zijn functie blijven vervullen. We spreken dan van een zogenaamdzakkingsfilter. Er is nog maar weinig ervaring met het gedrag van zakkingsfilters, met name onder invloed van een golfbelasting. In dit kader heeft Halter (1999) een aantal kritieke golfbelastingen bepaald, waarbij voor het eerst erosie van basismateriaal in een zakkingsfilter optreedt (begin van beweging). De grootte van de waterbeweging in de filterlaag was tot op heden onbekend. Daarom zijn tijdens dit onderzoek snelheden gemeten in de porien van de filterlaag, hierporiesnelheden genoemd, zoals deze ontstaan onder invloed van de door Halter (1999) bepaalde kritieke golfbelastingen. Hierbij is gebruik gemaakt van een zogenaamde meetporie, welke wordt gevormd door aan elkaar gekitte stenen. Het verloop van zowel de horizontale als de verticale poriesnelheid, optredend bij de kritieke belastingsgevallen, is nagenoeg constant over de dikte van de filterlaag, indien de orientatie van de meetporie op de verschillende hoogten gelijk is. Dit stemt overeen met de resultaten van Van Os (1998), die vergelijkbare experimenten heeft uitgevoerd, waarbij de filterlaag werd belast door een stationaire stroming. In deze situatie zijn de bij deze experimenten gemeten poriesnelheden alle ongeveer van dezelfde grootte. De gemiddelde waarde voor de poriesnelheid lijkt sterk afhankelijk van de orientatie en daarmee van de toegankelijkheid van de meetporie; de snelheidsfluctuaties lijken hier niet afhankelijk van te zijn. De gemeten poriesnelheden, veroorzaakt door de kritieke golfbe1astingen volgens Halter (1999), zijn groot genoeg om het basismateriaal in beweging te brengen. Bij een kritieke golfbelasting zou een over verschillende porien gemiddelde poriesnelheid, varierend in grootte en orientatie, kunnen bestaan, die gecombineerd met de fluctuaties van de poriesnelheid voor een bepaalde filterlaag significant is. Na het overschrijden van de kritieke belasting vindt er erosie onder de filterlaag en sedimenttransport door de filterlaag plaats. Er zou onderzoek verricht kunnen worden naar de hoeveelheid sediment die per tijdseenheid door de filterlaag getransporteerd kan worden, en van welke parameters de grootte van dit transport afhankelijk is. Het bovenstaande is ook mogelijk voor een situatie, waarbij de filterconstructie wordt belast door stationaire stroming of een combinatie van golven en stationaire stroming.