Afsluiting Veersegat VIII: Ontgrondingen ten gevolge van het plaatsen van doorlaatcaissons: Rapport modelonderzoek

i.», V'WiiSp^

bu-ffet

W**Y*.

A Ai» i

< i O ^

AFSLUITING VEERSEGAT

ONTGRQNDINGEN TEN GEV0LGE VAN HET

PLAATSEN VAN DOORLAATGAISSONS

RAPPORT MODELONDERZOEK

In het samengetrokken model van het Vèersè Gat (M 586) zijn in de maanden, voorafgaand aan de sluiting ohtgrondingsproeven verrïcht. Deze bestonden uit:

een reproductie van de in het prototype waargenomen ohtgrondingen in het wintersluitgat tengevolge van de wervelstraat aan de Nobrd-Beveiandse zijde.

ontgrondingsproeyen in verschillende phasen van de caisson-plaatsing.

De proeven ad a hadden tot doel een tijdschaal voor de ontgron-dingen te bepalen. Bij de proeven ad b was het doel op basis van deze tijdschaal inzicht te krijgen in de tijdens de plaatsing van de

caissons te verwachten ontgrondingen.

Achterin het rapport zijn enkele tekeningen opgenomen, van de bij deze proeven opgetreden ontgrondingen na 6 uur stromen. Afhanke-7 lijk van de toegepaste snélheidsschaal komen deze overeen met de

situatie zoals die zou zijn opgetreden na 30 of hO dagen in het

prototype. '••',•'.

Met de conclusies, vermeld op blz.9 van het rapport kan dezer-zijds worden ingestemd. Uit het verloop van de ontgrondlngstijdlijn blijkt nl. dat de ontgrondingen in de verschillende situaties overeen-komen met verdiepingen van 1 a 2 meter na T

d,ag-s-Gravenhage, 19 september 1962. a.'

3

VATERLOOPKimDIG LABOEATORITM

AFSLUITING YEERSE GAT

Deel VIII

Ontgrondingen ten gevolge van het plaatsen van doorlaatcaissons

Rapport modelonderzoek

B I B L I O T H E E K Bfortst Weg- en Waterbouwkunde Postbus 5044, 2600 GA DELFT

Code 2 8 . 8 0

30.54 r 3 SEP. 1S81.

K 586 - VIII Januari 1962

1. Inleiding.. o.. 1

2. Gegevens.» 2

3. Vergelijking van model en prototype.. 3

4. Het onderzoek.. ... 6

FIGÜÏffiïT

1. Dieptepeiling prototype 3-6 fe"br. 1961.

2. Ontgrondingsbeeld in het model na 42 uur stromen, n = 6,6. 3. Het diepste punt als functie van de tijd.

4. De hoeveelheid weggespoeld materiaal als functie van de tijd, 5. Tijdschalen voor de ontgronding.

Ontgrondingsbeeldens

6. Model wintersluitgat, na 1 uur stromen n = 4* 7. T117 na 6 uur stromen n = 6 , 6 .

8. T112A na 6 uur stromen n = 6,4. 9. T112B na 6 uur stromen n = 6 , 3 , 10. T112C na 6 uur stromen n = 6,1.

v

11. T112D na 4 uur stromen n = 6 , 0 . 12. T121A na 6 uur stromen n = 6,4. 13. T121B na 6 uur stromen n = 6 . 3 . 14. T119 na 15 uur stromen n = 6 , 6 .

Ontgrondingsheelden. üitgangstoestand hodemligging 17-12-'60; 15. T121G na 4 uur stromen n = 6 , 6 .

16. T121E na 6 uur stromen n = 6,6. 17. T121E na 6 uur stromen n = 5 « 18. T121C na 8 uur stromen n = 6 , 6 .

1, I n l e i d i n g ,

Na het gereedkomen van het wintersluitgat in de Teerse Gat-dam werd de bodem ten zuidoosten van het sluitgat achter de bezinking plaatselijk uitgeschuurd tot een diepte van N.A.P.

-36 m. Deze ontgronding was een gevolg van de wervelstraat die bij vloed van het landhoofd aan de Noordbevelandse zijde binnenwaarts trok.

Door het plaatsen van de doorlaatcaissons zouden, zeker wan-neer, zoals aanvankelijk in de bedoeling lag, de laatst geplaatste en de helft van de voordien geplaatste caisson gasloten zouden, blijven wervelstraten worden geïntroduceerd. Daarom is het modelonderzoek betreffende de afsluiting van het "Veerse Gat voortgezet met een onderzoek naar de ontgrondingen, die in de omgeving van het sluit-gat ten gevolge van het plaatsen van de doorlaatcaissons zouden kunnen optreden.

In het prototype kon de ontwikkeling van de ontgrondingen, dank zij de wekelijkse peilingen die door Rijkswaterstaat werden verricht, op de voet worden gevolgd. Daardoor deed zich de gelegen-heid voor de ontgrondingen in het model te vergelijken met die in het prototype. Eet bleek, dat de ontgrondingen in het samengetrokken model M 586 beter werden gereproduceerd dan in het niet

samenge-trokken model M 588. In een nota van het Waterloopkundig Laboratorium betreffende de afwijkingen tussen model en prototype in verband met de vormgeving van het wintersluitgat wordt als verklaring hiervoor aangegeven, dat het model M 588 in zijn geheel te ruw is en daar-door het stroombeeld niet voldoende juist weergeeft.

Het onderhavige onderzoek is dan ook verricht in het samen-getrokken model M 586 (schalen 150/50). Vanwege de korte tijd die beschikbaar was, zijn slechts de belangrijkste fasen uit de sluitingsperiode onderzocht. Eet accent is gevallen op

2

-de ontgronding door -de vloedstroomi -deze had immers al een aan-zienlijke uitschuring veroorzaakt. Zoals uit de gegevens blijkt, bereikt de vloedstroom dan ook hogere maxima dan de ebstroom.

Het onderzoek is begonnen door ir A.J. Beenhakker en werd voortgezet door ir A.J. ¥oestenenk, ingenieurs bij het

Water-loopkundig Laboratorium, terwijl de laatste tevens dit rapport samenstelde.

2. Gegevens.

Door de Rijkswaterstaat zijn voor dit onderzoek de volgende

randvoorwaarden opgegeven%

V

3 Gemiddeld getij Spriagtij i

Waterstand V

max Q Waterstand V max Q

Stroomrichting beneden- in in beneden- in in

strooms m/sec m /sec strooms m/sec m /sec

Vloed I NAP + 1,10 m 1,90 7200 NAP + 1,45 m 2,50 9600

Vloed II KAP + 0,85 m 3,50 6000 NAP + 0,85 m 4,40 7600

Eb I HAP - 0,20 m 1,30 4300 _{NAP - 0,10 m 1,55 5400}

Eb II NAP - 0,80 m 3,00 ! 4100

i

NAP - 0,90 m 3,90 5200

I = wintersluitgat

II = sluitingsperiode, alle caissons geplaatst.

Voor tussenliggende fasen kan, voor wat de debieten betreft, recht-lijnig worden geïnterpoleerd.

Als uitgangstoestand is de bodemfiguratie aangehouden, zoals op tekening B 6 Nr 58«5 van de Rijkswaterstaat Deltadienst, Directie Deltawerken Zuid staat aangegeven.

3. Vergelijking van model en prototype.

Tolgens de modelwet van Froude moet in een model de stroom-snelheid worden weergegeven op een schaal die gelijk is aan de wortel uit de diepteschaal, i.c, n = 50" = 7>1« Omdat bij de snelheden, die dan in het model optreden ook het materiaal met de kleinste kritieke snelheid voor begin van beweging, dat in het

laboratorium wordt gebruikt, n.1. fijn bakeliet, nog niet in

be-weging komt, is het noodzakelijk de snelheden door verhangversterking zoveel op te voeren, dat er wel uitschuring optreedt. Bij

over-drijving van de stroomsnelheden tot n = 4 "toe blijkt het horizon-tale stroombeeld in de omgeving van het sluitgat nog niet merkbaar te veranderen, zodat de verhangversterking hier geen nadelige

invloed op de modelresultaten heeft,

In een samengetrokken model wordt het verticale stroombeeld bij een profielverruiming, in dit geval dus achter de sluitgatdrem-pel,niet steeds goed gereproduceerd. In het model zal de bodemneer eerder optreden en relatief te lang zijn. De invloed hiervan op het ontgrondingsprofiel kon niet worden geëlimineerd, maar aange-zien de ontgrondingen, althans die, ontstaan door de vloedstrooa, voornamelijk door wervelstraten werden veroorzaakt, konden toch bevredigende resultaten worden verkregen.

Aangezien in het model geen getijbeweging wordt nagebootst,is

deze geschematiseerd tot een permanente vloed- respectievelijk

ebstroom, overeenkomend met de maximale stroom tijdens een gemiddeld getij. De bodemaanval door de getijstromen doet zich vrijwel

alleen benedenstrooms van de sluitgatdrempel gevoelen, zodat de invloed van eb- en vloedstroom onafhankelijk van elkaar kon worden onderzocht.

In het wintersluitgat was het vloeddebiet gemiddeld 70 fo

groter dan het ebdebietf bovendien ontstond er alleen bij vloed een sterke wervelstraat, en wel aan de Hoordbcvelandse zijde.

4

-Deze wervelstraat veroorzaakte benedenstrooms een uitscharing tot ca N.A.P. - 36 m, terwijl op hetzelfde tijdstip de uitschuring aan zeezijde tot ca N.A.P. - 24 m reikte. Yoordat de getijstroom zijn invloed had kunnen doen gelden, was de bodem aan weerszijden van het sluitgat tot een diepte van N.A.P. - 20 m uitgebaggerd. Ook in de sluitingsperiode kon worden verwacht, dat de invloed van de vloedstroom aanmerkelijk groter zou zijn dan die van de

ebstroom, zodat de ontgronding door de vloedstroom het eerst is onderzocht.

Om volledige overeenstemming tussen model en prototype te bereiken, is het noodzakelijk, dat de tijdschaal voor verandering

in de bodemligging op elke plaats en op elk moment constant is. De snelheidsschaal waarbij dit het geval is, ideale snelheidsschaal genoemd, kan berekend worden, als het betreffende verschijnsel, i.c. ontgronding door wervelstraten, in formule te beschrijven is. De bestaande transport formules schieten in dit geval te kort, waar-uit volgt dat de ideale snelheidsschaal, zo die bestaat, tot nu toe

slechts experimenteel gevonden kan worden.

Zoals uit de figuren 1 en 2 blijkt'bestaat er bij toepassing van een snelheidsschaal n = 6,6 een redelijke overeenstemming tussen het ontgrondingsbeeld in model en prototype. Ter bepaling van de tijdschaal voor de ontgronding en de betrouwbaarheid van de modelresultaten is het verloop van de volgende twee grootheden als functie van de tijd in beschouwing genomens

a. het diepste punt in m - ÏÏ.A.P., aangegeven met x

b. de hoeveelheid materiaal, die beneden H.JUP. - 20 m is wegge-spoeld in m , aangeduid met y. Het niveau van H,A,P. - 20 m is aangehouden, omdat bij het gereedkomen van het

winter-sluitgat de bodem tot deze diepte is uitgebaggerd en eerst beneden deze diepte van ontgronding door getijstroom sprake is.

De statistisch bepaalde functies x = f (t) en y = f (t) (t in uren) zijn in onderstaande tabel verenigd. Het verband voor de tijdschaal t » f (t ) voor x respectievelijk y, verkrijgt men door gelijkstelling van x en x , respectievelijk y en y .

diepste punt hoeveelheid

weg-gespoeld materiaal model prototype tijdschaal x = m x = 2,2 t * + 19 mi 0,2 t 2 + 21 125 t - 190 t. m m + 75 t = 5280.e°>6« ^ 2000.e°'078 *p= 70 t + 210 t ^ m m 160

In de figuren 3, 4 en 5 zijn de gevonden betrekkingen grafisch voorgesteld. Bij volledige overeenstemming tussen model en

proto-type zou de functie t = f (t ) voor x en y gelijk en lineair

moe-P m

ten zijn. Uit figuur 5 blijkt, dat aan geen van beide voorwaarden geheel is voldaan, maar tevens, dat de afwijkingen niet zeer groot zijn. Neemt men het diepste punt als parameter, dan is globaals

t m

of 1 uur in het model = 4-J- etmalen in het prototype.

Yoor de hoeveelheid weggespoeld materiaal is globaal t

95

of 1 uur in het model =4 etmalen in het prototype Bij een bepaalde uitschuringsdiepte is de hoeveelheid wegge-spoeld materiaal in het model te groot m.a.w. de ontgronding te uitgebreid. Het faseverschil bedraagt ongeveer een maand in het

6

-Vergroot men de snelheden door van n = 6,6 over te gaan op n = 5 of zelfs n = 4, dan verloopt de ontgronding in een hoger tempo en reikt tot een grotere diepte. Een niveau van hijvoor-beeld N.A.P, - 32 m, dat hij n = 6,6 na ongeveer 40 uur stromen wordt bereikt, ontstaat bij n = 5 reeds na 4 uur stromen, terwijl

bij n = 4 n a 1 "uur stromen het diepste punt al op N.A.P. - 36 m

ligt. Bij vergelijking van de figuren 2 en 6 valt verder op, dat het diepste punt zich bij n = 4 naar het midden van het sluitgat verplaatst. Be invloed van de wervelstraat aan Noordbevelandae zijde is nauwelijks meer te herkennen. Er kan niet worden nagegaan of dezelfde ontwikkeling zich in werkelijkheid ook zou voordoen, omdat de getijstroom daartoe niet lang genoeg zijn invloed heeft kunnen doen gelden.

Tijdens het onderzoek is geruime tijd de invloed van de vloed-stroom maatgevend geacht. In een laat stadium kwamen er aanwijzingen, dat aan de Noordoostelijke zijde van het sluitgat losgepakt zand zou kunnen voorkomen, zodat wellicht ook de ontgronding aan zeezijde maatgevend zou kunnen worden. De tijd ontbrak echter om ook de ont-gronding door de ebstroom op het prototype te ijken.

4. Het onderzoek.

In eerste instantie werd het om uitvoeringstechnische redenen wenselijk geacht de laatst geplaatste caisson geheel en de voor-laatst gepvoor-laatste caisson voor de helft gesloten te houden. In deel VII van het rapport modelonderzoek Veerse Gat wordt in dat geval op grond van de optredende stroombeelden en -snelheden de voorkeur gegeven aan een volgorde van plaatsen, waarbij de eerste caisson aan Walcherse zijde en de volgende daarop aansluitend worden geplaatst, zodat de laatste doorlaatcaisson aan de Noord-bevelandse landhoofdcaisson aansluit. De fasen van deze sluitings-methode (T112) worden aangeduid met T112A, T112B, tot en met T112G,

In de eerste vier fasen werd de ontgronding bepaald, waarbij, om het uitschuringseffeet in elke fase apart te "beschouwen, steeds werd uitgegaan van de in hoofdstuk 2 vermelde bestekstoestand met een vlakke bodem op N.A.P. - 20 m. De snelheidsschaal bij deze proeven was wederom n =6,6. Haar gelang het sluitingsprofiel wordt vernauwd zullen de maximale debieten afnemen. Om de ontgron-dingen in de verschillende fasen te kunnen vergelijken zouden de debieten in het model ook moeten worden verminderd. Eet is echter niet zeker, of een evenredige reductie niet een te gunstig beeld

geeft, m.a.w. of voor lagere debieten dezelfde snelheidsschaal kan worden toegepast, vandaar dat in deze proeven het modeldebiet van het wintersluitgat is gehandhaafd, hetgeen inhoudt dat de snelheidsschaal tijdens de sluitingsfasen werd verkleind.

Zoals op de figuren 8 tot en met 11 is te zien , ontstond er

na 6 uur stromen in T112A tot en met C en na 4 u u r stromen in T112D

een aanzienlijk sterkere uitschuring dan na 6 uur stromen in T117 (wintersluitgat, figuur 7)» Van de zijde van de Eijkswaterstaat werd deze uitschuring zo verontrustend geacht, dat besloten werd de

caissons direct na plaatsing geheel te openen.

Met inachtneming hiervan zijn de proeven voortgezet. De defi-nitieve plaatsingsvolgorde is naar aanleiding van de volgende over-wegingen vastgesteld.

a. In het reeds genoemde deel YII van het rapport afsluiting Veerse Gat wordt om hydraulische redenen een lichte voorkeur gegeven aan een plaatsingsvolgorde in de richting West-Oost.

b. De drempelconstructie aan de Westzijde van het sluitgat werd minder stroombestendig geacht dan in het overige deel van het sluitgat.

c. Ten noordoosten van het sluitgat werd losgepakt zand aange-troffen.

Yanwege de onder a en b genoemde redenen moesten caisson I en II aan Walcherse zijde worden geplaatst. Plaatsing van caisson I (T121A) gaf geen, plaatsing van caisson II een enigszins versterkte bodemaanval te zien. Caisson I kon daarom voor het hoge springtij van 15 april 1961 worden geplaatst, het leek echter gunstig met de plaatsing van caisson II te wachten tot na dat springtij. Om te ver-mijden, dat het losgepakte zand, dat aan de noord-oostelijke zijde van het sluitgat werd aangetroffen enige tijd aan de directe invloed van wervelstraten zou worden onderworpen, werd besloten de overige vijf caissons in de richting oost-west te plaatsen.

In verband met de beschikbare tijd en de weersomstandigheden was het niet mogelijk alle fasen van deze plaatsingsvolgorde, T121

genoemd, uitgebreid te onderzoeken. T121A en T121B waren reeds onderzocht; van de overige vijf fasen zijn slechts de maatgevende toestanden onderzocht, en wel zodanig, dat de bodemligging, zoals die aan het eind van een proef was ontstaan, als uitgangstoestand voor de volgende proef diende. Anders dan bij de voorgaande proeven werd het modeldebiet nu wel gereduceerd, er werd echter slechts rekening gehouden met de vernauwing van het sluitgat en niet met het aflopen van het getij, terwijl bovendien in éen proef als snelheidsschaal n = 5 naast n = 6,6 werd gekozen.

v J v ' ö

Zo kon enerzijds worden verwacht, dat de resultaten meer in overeen-stemming met de werkelijkheid zouden zijn, terwijl ze aan de andere kant toch niet een te gunstig beeld zouden geven,

Een overzicht van dit proevenprogramma volgt hieronders a. De bodem werd globaal afgewerkt volgens de peilkaart van

Rijks-waterstaat d.d. 27-12-'60.

b. T119 (wintersluitgat). Fa 15 uur stromen met Q, = 7200 m /sec en n =6,6 ontstond het ontgrondingsbeeld van figuur 14.

c. T121G (alle caissons geplaatst). iTa 4 uur stromen met Q, = 6000 3 /

m /sec en n = 6,6 veranderde er vrijwel niets in de bodemligging

d. T121E (5 caissons geplaatst). Na 6 uur stromen Q = 6375 nr/sec

en n = 6,6 ontstond er een geringe extra uitschuring als

ge-volg van de wervelstraat van de tweede geplaatste caisson (figuur 16)

e. idem als ds doch met n = 5. ^a 6 uur stromen waren beide kuilen

iets dieper geworden (figuur 17).

Aan de zeezijde zijn tot aan de sluitingsperiode geen diepe uitschuringen voorgekomen. Hoewel de maximale ebdebieten steeds

aanzienlijk kleiner zijn dan de maximale vloeddebieten, bestond tijdens de sluitingsperiode de kans, dat de relatief zwakke wervelstraten van de geplaatste caissons in het gebied waar los-gepakt zand voorkomt ernstige uitschuringen zouden kunnen veroor-zaken. Om hiervan een indruk te krijgen is in T121C, (drie caissons geplaatst), de ontgronding bepaald bij een ebdebiet van Q = 5000

3 /

nr/sec en een snelheidsschaal n = 6,6. Er ontstond een ontgronding in de as van het sluitgat, die zich echter naar alle zijden uit-breidde en zo misschien ook de bewuste plaats zou kunnen bereiken.

3. Conclusies.

1. Het is mogelijk gebleken de in het prototype ontstane ontgron-dingen in de omgeving van het sluitgat in het model redelijk goed te reproduceren.

2. De werkwijze bij het plaa.tsen van de doorlaatcaissons waarbij de laatst geplaatste anderhalve caisson gesloten is, brengt een aanzienlijk vergrote bodemaanval met zich mee. Bij een vlot werktempo zijn echter geen calamiteuze ontgrondingen te vrezen. Er bestaat wel gevaar wanneer een wervelstraat geruime

tijd op één plaats zijn uitschurende werking kan uitoefenen. 3. Wanneer de caissons na plaatsing terstcnd worden geopend, is de toename van de bodemaanval in vergelijking tot die in het wintersluitgat gering.

DIEPTEPEILING PROTOTYPE 3 - 6 FEBR. 1961

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

SCHAAL A:2SOO

ONTGRONDINGS BEELD IN HET MODEL

NA 4 2 UUR STROMEN

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

SCHAAL A:2SOO

Tl n | " 2 0 Z e

I

z

1

5 >****** £#* 48flö(JMul y%%\* 3^y*» s. *i$* A6* •****> (^ «t^ M * v AMHM^VUA. _QfiX

HET DIEPSTE PUNT ALS FUNCTIE VAN DE TUD

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM T117 ' ii VLOED | H | | ] i ,ji f I e I r I I I I ' , l' | I I I W« mi

0=7200n}4«c !y=&£

3.10 ! 6 Z 2 . 1 0 <o 2 . 1 03 ^ 1 0 o. y _5^ „ „ 0 , 6 4 5 ^

0 y

V»s

HOEVEELHEID WEGGESPOELD MATERIAAL BENEDEN N.A.R-20m ALS FUNCTIE VAN DE TUD

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

T117 VLOED

Q=7200nn^sec nv=6„6

M. 586 FIG.4 i

Il I 'I.' ,1 I I , . ' „. ' 1/ ' li - f n r — — 4.10* 3.10 Z Hl CC *• 2.10* 1 01

HOEVEELHE ID WEGGESPOELD MATER1AA

tp= 7 0 t , „+2loVï^+t<

io y

TUDSCHALEN VOOR DE ONTG RONDING

T117 VLOED

0 . 7 2 0 0 mVsec »»vs6v6

Q = 7 0 3 0 m3A « c

n¥ — f

MATEN I N a _ N A J ?

BE«NTOESTAND=BESTEKTOESTAND

ONTGRONOINGSBEELO NA 6 UUR STROMEN

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

SCHAAL 1 ! 2 S O O

M.586

ONTGRONOINGSBEELD NA 6 UUR STROMEN

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

SCHAAL 1 : 2 5 0 0

• * * . - • - - ' : •

i ' j i T T T Ui-i <t » n * i ftjl#i1' i . i I i " ' ' • > * — ^ - ^ - ' •••*.'- •••* ,*{f-A ,.—f. ^ lfJ., j.,-9—wi., i

jr i tuin'nti WW

' H . •- ,v..

MATEN I N m_MAJ?

BEGINTOESTAND^ BESTEKTOESTAND

ONTGRONDINGSBEELD NA 6 UUR STROMEN

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

VLOED

SCHAAL 1 : 2 5 O O

M.586 FIG.43

i 'i> lïiiiiyi im*

j

\

]

Q » 7 2 0 0 « ^ * « c

MATEN IN « - M A . P

ONTGRONOINGSBEELD NA 15 UUR STROMEN UITGAANDE VAN LODING R.W.S d.d. 27-12-60

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

SCHAAL 1 : 2 5 0 0

• * • X _n v«t 5 MATEN IN « - M A . P BEGINTOESTAND = T121 f nv=6,6, NA6UUR STROMEN

ONTGROND1NGS BEELD NA 6 UUR STROMEN

c

Q-SOOO af/sw:

MATEN IN m - N A R

O NTG RONDING SBEELD NA 8 UUR STROMEN

T112C SCHAAL. 1.'2SOO

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM M.586 FIG. 18

]