Transport van stortsteen door golven en stroming

Abstract

Een belangrijk aspect bij het bepalen van de resulterende schuifspanning is de niet-lineaire interactie tussen golven en stroming. De grenslagen van de golven en de stroming beinvloeden elkaar wederzijds, waardoor de gemiddelde schuifspanning en de maximale schuifspanning voor de combinatie van golven en stroming groter zijn dan kan worden verwacht op grond van een lineaire interactie tussen golven en stroming. De experimenten zijn uitgevoerd in de zogenaamde "lange speurwerkgoot" van het laboratorium voor vloeistofmechanica. In de goot zijn twee meetgebieden aangebracht van 0,5 bij 0,5 m2. De meetgebieden zijn onderverdeeld in 10 gekleurde stroken van 5 cm breedte. De nominale diameter van de steentjes bedraagt 5,45 mm. Het uitgangspunt van het experimentele gedeelte van dit onderzoek is dat de verplaatsingen veroorzaakt moeten worden door de combinatie van golven en stroming. Daarom is de stroomsnelheid bewust laag gehouden, d.w.z. de mobiliteitsparameter (q-t) van de stroming varieert van 0,007 tot 0,021. Per stroomsnelheidserie is de golfhoogte gevarieerd van circa 0,05 m tot 0,15 m, bij een periode van 1,1 s. De periode van de golf is beperkt gevarieerd: er is aan serie experimenten uitgevoerd met een periode van 1 s. Wanneer de meetdata van de pick-up en het transport uit het experimentele onderzoek worden uitgezet tegen de gemiddelde gecombineerde mobiliteitsparameter t.g.v. van de golf-stroming interactie, dan blijkt dat de meetdata een puntenwolk vormen waaruit een trend afgeleid kan worden. In het onderzoek is een aantal formules afgeleid die de pick-up en het transport van stortsteen door een belastingscombinatie van golven en stroming beschrijven. Echter de spreiding van de meetwaarden t.o.v. de in dit onderzoek gevonden formules is zo groot dat het niet onomstotelijk vaststaat dat de gemiddelde gecombineerde schuifspanning de juiste maat voor de belasting op de steentjes is. De theorie van Grant en Madsen blijkt een goede theorie te zijn om de belasting op de bodem te bepalen; zowel in de gevonden pick-up formule als in de gevonden transportformule wordt de gemiddelde gecombineerde mobiliteitsparameter bepaald met de golf-stroming interactietheorie van Grant en Madsen. Bij het afleiden van een transportformule bleek dat er geen duidelijke voorkeur voor de golf-stroming interactietheorie van Grant en Madsen is. Ook wanneer de meetwaarden van de transporten worden uitgezet tegen de gemiddelde gecombineerde mobiliteitsparameter, berekend volgens de theorie van Fredsoe, blijkt dat de meetdata gaan samenvallen. Wanneer de gemiddelde gecombineerde mobiliteitsparameter volgens de theorie van Bijker wordt berekend, is er geen verband tussen belasting en verplaatsingen van steentjes af te leiden. Naast de vraag of de gemiddelde gecombineerde schuifspanning echt de juiste parameter is om de belasting in deze complexe belastingssituatie weer te geven, kleven er aan de resultaten van dit onderzoek kleven nog drie grote nadelen: 1. De afgeleide formules zijn beperkt geldig doordat een aantal relevante variabelen, zoals de diameter en vorm van het bodemmateriaal, de periode van de golven en de waterdiepte, niet of nauwelijks gevarieerd zijn. 2. De afgeleide formules zijn beperkt toepasbaar doordat het onderzoeksbereik niet groot genoeg is. Er zijn slechts meetwaarden bekend tot een gemiddelde gecombineerde mobiliteitsparameter van 0,035. Het interessegebied voor het ontwerpen van de toplaag van een bodemverdediging ligt bij waarden rondom de Shieldsparameter. 3. De resultaten hebben een geringe betrouwbaarheid. Het werkelijk optredende transport kan bij een lage gemiddelde gecombineerde mobiliteitsparameter tot 80% afwijken van de waarde die met de gevonden transportformules wordt voorspeld. Dit wordt veroorzaakt door het geringe aantal steentjes dat er bij zo een lage belasting verplaatst. Deze drie bezwaren zorgen ervoor dat de in dit onderzoek gevonden formules beperkt bruikbaar zijn voor het ontwerpen van de toplaag van de bodemverdediging, wanneer deze wordt belast door een combinatie van golven en stroming.