Numerieke modellering van steenzettingen

Abstract

In dit rapport wordt verslag gedaan van een numeriek onderzoek naar steenzettingen op dijken. De steenzetting van een dijk kan door een golfaanval worden beschadigd. Dit wordt veroorzaakt door een opwaartste druk aan de onderzijde, die verantwoordelijk is voor het uitlichten van de stenen. Als er een sterkte-berekening wordt uitgevoerd, blijkt dat er zogenaamde inklemeffecten optreden. Dit is het gevolg van het geometrisch en fysisch niet-lineair gedrag. Er is dus een grotere kracht dan het eigen gewicht nodig om een steen uit de zetting te trekken. Het gunstige effect van deze inklemkrachten kan echter nog moeilijk worden gekwantificeerd en dus niet in de praktijk worden toegepast. Het doel van het afstudeerproject is meer inzicht te verkrijgen in de rol die de verschillende parameters spelen bij het inklemgedrag. Hiertoe wordt steeds de maximaal toelaatbare belasting pmax op het moment van bezwijken van de rij blokken beschouwd. Het model van Rigter is een aanzet geweest voor dit project. Het model beschrijft op analytische wijze het gedrag van steenzettingen, waarbij drie belangrijke aannames ten opzichte van het werkelijke gedrag zijn gedaan, te weten: 1. In de blokken heerst een lijnspanningstoestand. 2. De rij blokken knikt in twee gelijke delen uit. 3. De afzonderlijke delen hebben geen buigvervorming. Als er van dit model inclusief de aannames een numeriek equivalent wordt opgesteld, worden dezelfde resultaten verkregen. Met het eindige-elementenmethodepakket DIANA is het echter eenvoudig bovenstaande aannames te elimineren. Er wordt dan een maximale belasting pmax tenminste twee maal lager dan bij het analytische model Rigter gevonden. De belangrijkste aanname van Rigter die niet overeenkomt met de werkelijkheid is dat de steenzetting ten gevolge van een gelijkmatig verdeelde belasting een parabolische uitbuigingsvorm krijgt. Het inklemeffect is er oorzaak van dat pmai groter is dan het eigen gewicht van de blokken. Wanneer er een belastingsfactor f gedefinieerd wordt als zijnde pmax/ï>eg is het duidelijk dat deze waarde groter danwei gelijk één is. Aan de hand van een drietal variatiestudies is de invloed van de volgende parameters op de maximale belasting bepaald: • de lengte van de rij blokken Lrij • de breedte van de goh0 S • de voegstijfheid met behulp van spleetbreedte s en voegvulling E„oeff Het is evident dat bij variërende parameter waarden met DIANA verschillende resultaten worden gevonden. Deze uitkomsten kunnen door middel van een empirische afleiding tot één formule samengesmeed worden. Met deze formule kan eenvoudig de belastingsfactor f berekend worden (zie rapport). waarin: p = volumieke massa blokken g = versnelling van de zwaartekracht a = hellingshoek van het talud De eerste term van het rechter lid van deze formule geeft de extra belasting boven het eigen gewicht weer en is dus een maat voor het inklemeflect. Uit de variatiestudies blijkt dat de belastingsfactor f binnen de gestelde parameter grenzen tussen 1.1 en 1.4 ligt.