Geleidelijke sluiting VI - Invloed van de vorm en gradering op de stabiliteit van stortsteen

\V A

'J'

F 'K I, (\ 0

Il

E. U

1'1 D I

LAB

(J

T:..

A TOR

I U

.Ivr

Jvj

nnrOUD bIz. 1 • INLEIDIJifG 2. PROEFOPSTELLING 3. IVIErrINGEN ₂

4.

CONCLUSIES ₆ FIGUREN 1. Stabiliteit in paraIIelstromirig. 2. Snelheidsverdeling in paraIIelstroming.

3.

Stabiliteit achter een dam.

4.

SneIheidsverdeIing achter een dam.

5·

VergeIijking snelheidsprofielen met en zonder dam. 6. Stabili tei t in paraIIelstroming. InvIoed graclering.

7.

stabili tei t achter een dam. InvIoed grad_ering.

In aansluiting op het onderzoek naar de stabiliteit van stort-steen op ctammen (IV! 731 - II) werd door de Waterloopkund.ige Afdeling van de Deltadienst opdracht gegeven tot het onderzoaken van de in-vloed van varm en graderin/.?: van stol'tstee:n. Bij zand en grind is het gebruikelijk de gemiddelde zeefdiameter ts gebruiken (gemiddeld naar gewicht). De bapaling van de zeefdiameter is voor stortsteen vrijwel ui tgesloten9 zodat naar andere maten lhoet worden gezocht. Hiervoor komt in aanmerking de nominale diameter d

=

(volume)1/3 en een

midde-n

ling naar aantal.

De pl'oeven werden gectaan in het Waterloopkundi g 1abaratorium te Delft onder leiding van Ir. R.N.C. Breusers 9 die tevens dit verslag samel1ste Ide.

Voor de proeven werd gebruik gemaakt van een gesloten goot met een breed:!:;e van 190 m en een hoogts van 093 ml De goot was g8s1oten

omdat bij de proeven met gelijkblijv8nde waterdiepte het verhang willekeurig moest worden gevari~erd. Deze oplossing was eenvoudiger dan het bouwen Van een kantelgoot. In de goot was op 795 m vanaf de instroming een proefvak van 093 x 0 93 m aangebracht waarin in ;2 lagen

ca. 200 stenen konden worden aangebracht. Ret overige deel van de gootbodem was bedekt met vastgekitte stortsteen met vrijwel gelijks afmetingsn als de onderzochte stenen.

De debieten werden gemeten met een bochtstulcdebietmeter? de drukverhangen met statische buizen en het snelheidsprofiel juist v66r het proefvak met sen pitotbuis. In enkele gevallen werd met een micro-molen de gemiddelde snslheid en de turbUlentie-inteDsiteit gemeten. Ret gedrag van rle stenen in hat proefvak korL worden waargenomen door e en trans.parane gedeel te van het gootplafond.

De vraarde van de ruwheid k van de gootbod.em werd ui teen serie proeven met toenemende waterdiepte bepaald. Uit tabel 1 blijkt dat de

'I i I

!

} I' ; ,

waarde van It 0,06 m bedroeg voor de v8st£jekitte stortsteen (d _n k/dn '" 2),

U

iE..}nL s"~~

*

r0.

11 in m ~_Jy_~n ~9.. k in m ---~ ...

~---0,07

0,36

0,05 85

0,07

0,10

0,53

0,070

0,06

0,14-

0,68

0,083

0,06

0,19

0,89

0,096

_0,°55

0,24-5

1 , 11

0,110

0,055

0,272

1

,16

0,115

0,06

----"

I :=:

5,0.10

-·3

0,06

30 NIEIJ1INGEN.

---..

...

---

.... 2

De invloed van de vorm van de steen en de bruikbaarheid van 0. n

is in tvree series pro oven onderzochto Bij de eerste serie was ci.e stroming uniform, bij de tweede serie werei een clam in de goot a.enge·-bracht.

De onderzochte vormen zijng kubussen, cylinders met gelijke

hoogte en diameter, tetra~ders, gladde bollen, grind, kubisch gebroken stortsteen (vrijwel isometrisch) en platte stortsteen vraarvan een

afmeting klein was ten opzichte van

werd.en van beton vervaardigd, voor de bollen 'Nerden glazen knikkers gebruikt, Voor alle stenen was 6 "" (p s - pw)/ Pw zoveel mogeli jk gelijk,

terwijl het produkt 6d vrijwel gelijk was: Di t produkt kan als

maat-n

gevond voor de stabiliteit worden beschouwd (zie ook M

731 -

II). De stenen werden in 2 lagen in het proefvak aangebracht zodanig dat cle bovenkanf; van de stenen aansloot bij de vastgeki tte stenen, In de l)ovenlaag bevonden zich ca.

100

stenen, Bij iE:Jdere steensoort werd het 0ebiet in k1eine stappen vergroot, het gedrag van de stenen waargenomen en vi,)l'geJ.eken Inet een va.n de volgende schade kTi teria. V er88hi11 ends kl'i teria zi jn ge bruilct omda,t de tel'fl1 begin yan beweging onvo1doende gedefini~erd is.

scilar:l e no. 2 .3 4

5

6

7

8 kriterium geen beweging

1-5%

beweegt zonder verplaatsing

"

"

algemene beweging -1-2% verplaats-G

3-5%

"

6-10%

10%

If 11

"

.3

Vergelijking van de debieten waarbij Gen bepaald kriterium werd waargenomen is mogelijk in fig. 1. Ui t deze figuur blijkt dat vvat het bewegen betreft Grote versehillen optreden. Bij het verplaatsen zijn do versehillen bstrekkelijk gering. De snelheidsverdeling bij het proefvak is gegeven in fig. 2 waaruit blijkt dat de effektievc hoogte voor d.s ruwe wand ca.

0,21

m bedraagt. Ui t de gemeten verhangen kan

¥-de waarcle van c3.e krj tieke schuifspmmingssnelheid

1J{

worden bepaald. Uit de gemeten rslatie tussen het verhang I en het debiet Q, kan met

*

.-.

behulp van de relaties t :=: p gRI

(R

-

0,21

m) en U -- ,,' t

/p

vrorden afgeleid~

1J"'f./

Q'"

0?435

U* in m/see Q in m

3

/see.

Bij alle pro even is ook de snelheid op een hoogte van

0)09

m gemeten. Uit de relatie

U(y)/l~ :=:

2?5

In

30

y/K U* / Q:=:

0,445

volgt met K

6

em

daar de relatie tussen U(y) op y

=

9 em en Q bekend was uit metingen. Als gemiddelde waarde kan

V"'-f./

Q:=:

0,44

','lorden aangehouden.

Indion kl'i terium 6 al s begin van lleweging wordt g'3kozen kunnen

*

de volgende waarden van Uk worden bepaald:

I

, .~. _ ~ :,1 .

\ ,

4

Tabel 2

Bepaling Shields parameter bij schade kriterium 6

2 2

dn d_{zeef i.\dn}

U~

/

lig(l~ 5l_!tJg~~

Kubussen Cylinders Tetraeders Knikkers Grind 0,145 0,146 0,132 0,141 0,145 Kubisohe stortsteen 0,141 Platte stortsteen 0,143 em

Gm

1,44 2,40 3,40 1,48 2,40 2,60 1 ,48 2, 40

5,

2 1 ,48 2,.3 9 2, 4 1,59 2,13 3,0 1,72 2,06 2,7 1,74 2,06 3,2 ern 3,45 3,55 3,55 3,54

3d8

3,55

3,5 85 0,060 0,060 0,049 0,05

6

0,062 0,05

6

0,057 .- 0,057 3E Re - 3000 0,042 0,055 0,022 0505

6

0,044 0,043 0,036 2 3{' Ui t de tabel blijkt dat de ,marde van Uk / llgcl

n, de parameter door Shields gebruikt, vrij constant is met uitzondering van het gaval van de tetraeders. Ais gemiddelde waarde wordt 0,057 gevonden, hetgeen goed overeenkornt met de bekende relatie van Shields yoor het begin van beweging. Deze waarde kan ook voor grotere stenen worden gebruikt omdat de viskositeit van het water geen invloed meer heeft voor stenen van deze afmetingen. Bij gebruik van de zeefdiameter in plants van d

n ontstaat een grote variatie in de ...,raarde van uk2/6gdn De In'uikbaar-heid van d is hiermee bewezen. Een afzonderlijke vorm parameter is _n aIleen voor de tetraeders noodzakelijk.

De proeven zijn herhaald na plaatsing van een dam in de goat waardoor de stroming meer turbulent werd (zis fig. 3). De spreiding in de debieten is in dit geval minder. De waarden van de kritieke debieten zijn lager door de graters turbulelltie-intensiteit. Het snel-heidsprofiel is gegeven in fig.

4

voor daze toestand. De snelheids-profielen met en zonder dam zijn in de kritieke toestand voor kubussen vergelekeil in fig.

5.

13i'j de toe stand met de dam zijn de snelheden bij de bodem lager, Optellen van 3'::::--(y) bij de gemiddelde snelheid U(y) brengt de twee gevallan dichter bij elkaar. Voor een normale snelheids-ampli tude verdeling zou U +

3

"~} de piolcwa.arde van de snelheidsfluc--tuatie geven. De verschil1en in de twes gevallen ontstaan

waarschijn-5

1 i jk clool'daL e18 verdeling V8.n cle snolheiclsampli tuclen in het gaval van de", elGrn scheef is met l'elatief gl'ote piekwEwrdel1,

De bruikh8.8.1'heidvan de g8middelde diameter

d

n (middeling n8.8.1' aantal) voor gegradeerd l1lat.el'iaal is ond.erzocht in 3 series wa.8.rbij aan het gebruikte~ unifonne, materiaal stEmen met kleil1er en groter

\

gewioht werden toegevoegd. In de parallelstroom zijn de volgende graderingen kubische stortsteen onderzocht:

gewi_~~!.

11-13

gr

22-26

gr

44-52

gr

T6

0%

100%

0%

T21 20

60

20

T22

50

0

50

TIit fig.

6

blijkt dat de inVloed van deze gradering op de sta-biliteit gering is. De proeven zijn herhaald voor de stroming achter een dam met stortsteen (graderingen

0/1 00/0,.

20/60/20~

30/40/30

en

5 0/0/50)

eli. grind (graderingen

0/100/0, 15/70/15, 30/40/30

en

50/0/50).

Uit de resultaten gegeven in fig.

7

en

8

blijkt eveneens een geringe in'll oed van de grade ring.

Bij de pro even bleek dat het percentage grate 8tenen dat werd verplaatst gelijk was aan het percentage aanwezig i:n het bed .• Lane-* 'conclucleert ui t metingen van de gawichten van stenen in een ri vierbed,

waarbij bleek dat het gemiddeld gewicht van platte stenen kleiner was dan van isometrische stenen, d.at platte stenen stabieler zijn. De con-olusie uit bovenstaande proeven zou dan zijn dat grate en kleine

stenen gelijke stabiliteit bezitten. Dit is evenwe1 een gevolg van het beschutten van kleine stenen door grate stenen. De conolusie van Lane is dus niet gereohtvaardigd.

){. E.W.

Lane,

E.J.

Car180n9 Trans. Am. Geoph. Un.

22

(3),

p

453-462,

6

Ui t do P.1'Oc'v8n kunnen de volgende conclusies worden geb~okkeng

1. De iEvIoed van d.e vorm van stortsteen i f3 weinig belangri jlc indien

1/3

d~_}10m:Ll1ale diameter d

n "" (volume) wordt gebruikt 8.1 s maatge-vend.o di81!l8te:c.

2. De invload van de gradering wordt in de onderzochto gevallen

vol-cloendc weerg'3geven indien doe diametel' van de stenen? gemidde1d

YlB.81' am,1'c;a1₉ wordt gebruikt als maatgevende diametor.

3.

Vaor een para1le1stroom kan de kritieke sohuifspanningssnelheid

3{:

Uk worden bepaa1d met de re1atie:

u

ot2 _k '" OJ 057 L'lgd _n en de kritieke sne1heid fi) uit:

<: !

I

I

,

I t

I

:;!

'\

!

_I

I

.1

',:

f

i I

I

I

; !

!

\ I ! i I I

i

i

.i

I

I

~ T 1 o T 2 ., T 2 t. T 3 A T4 MA TER! A.A L kubussen cyl indc:rs cylinders (herhaling) tetraeders knikkers x i 5 grind

.~ T 6 kubisch gebroken stortsteen

o T7 platte stortsteen 3 T7 platte stortsteen(herhalingJ SCHADE No. 1 2 3 4 5 6 7 8 KRITERIUM geen beweging 1-5 stenen bewegen 6-10 stenen bewegen algemene bl?weging 1-2 stenen verplaatst 3-5 6-'10 > 10 STABIUTEIT IN PARALLELSTROMING

WATERLOOPKUNDIG LABORA TORIUM M.731-]1

E u q, V) "-..,

c:

.5:

t:-i

_I

I

FIG. 1 ---~---, _{~ l} ! I

_I

I I

i

I I I

I

i I

I

I

I

! I I i

sP

_w

lm

I

I I

~~

I I

I

.Ix I _I i I I I I 'li!

1:

+~A. I I i

I

I

'r

><I;; + ! I

0,4°11

I \

I I I I

I

035r

_{' I}

' I

I I I

0,3)

I---t----t-+I--'r'

I

I t t

j~+

I

1

J

!M--t;'jn~i

. i;.

>~: --il~~TI---"r

I

i

I

/!

J

I I

t

r

++

0

9

I,

I 0,25

f----."~---",~9"_'__-+J:f__--_f1{t.'----+__!

----:--+-' ___

l-L

t

~

t

i

i

·r

'll 4

q2D

11:ox--t

x

_+!O-I---I'

_j-_I----+---+----+-___+__

I

I

0,15' '----'-

I--'----'-I---i----,.-'--~__':__

2 3 I I _I I I I I i I I I ! I I 5 6 7 8 1> schc:de no ,

30~1---I

('!/L{;Ulh/iJ/!/f,'/,'//I

--

::;, (')

~

25

&il

I

20

15

. 10

I

I

I

I

I

I

I

I

I

on

kubussen I

---l.--I~

I

0;2

cylinders xT3 tetraf§ders IlT5 grind +T6 stortsreen ~ -'

~\

~

~

I

I

11

I I

i

Jf[+-I

! I

/ i

;;.

r

T

!

-l-;«

I

I

~

L

I

Cl

_I

/

I

I

A I

~~L

1l?=D,21m

~l

I

• + - e.Q":

I

o

L-_ _ _ _ _ _ _ -L _ _ _ _ _ _ _ _ _

I'::-_ _ _ _ _ _

~-V-o

0,5

lP

1,5

---~~ -" ---·-·...--...,..-~·r'---~-·"---·--·~·~~~·-· -~--~--.---.---~--- ~---~---.-..

----.--~--;-.--v

1AR

I) J m/sec

" OR

" v u

1 04

I . " 1: 10

_"

1,12

/I

, I'r

i

₀₃₀

--.'

0,20 ----.

--~-~-~

..

-<f

1

o

15

l - - - { ] _ _ _ _ _ l _ _ _ I

1

2

y--

=039

110

I

h

_o

=q29ro

3

4

5

6

7

--~~schadH

no

f.1

A TER I A A L

i\';l 1'8 I<ubussen CI T9 cyUnders

a

T10 tetraedors

¥~

r11

kubisch ,C}ebroi<en stortsteen

a 1'12 platte stortsreen

x

T13 grind

cfT14/(nikl<ers

voor do schade /o'Ueria zie fig.

f

8

i·t"C~»'~~_f~f_~~~L~~"="'-"~-~~~"~-~~=~'-~'~-~'-~"~-~~=~---'-~~"~-~-~'--~Ie

I

ST A B I UTE I T AC HT ERE EN DA

l'-1~=----~-~~.~<~-

__

J_~'L='~A~~"_'~'"

i

i

I

I

_i

I

\

I

I

I I

i

I

I

!

" , co Cl~ - - - II I, _{- . - - - - -} C::;' I::.. _I:::.. C\J~ <h

c:

(I) (J) _f... II) _<!.l (f) _~~ ::, _~ -Cl '-. ::,

c::

... ~ .~ ::.... I;"]

~

";;3: ' -""- ::J

1,-y--

tY X ) f

1

,. lC)

...

~

\

_\L __ « _ _ --! _. _ _ _ _ _ '~ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ _ . .-.~--.. -~.--~-~-~- CJ

~

~

~

~

~

i.l) 0 y

in

em

< : J

-I

l::?

I

~~~"~o=~'~'=~~_~'~_~~'_'=~~~~_~. -~~="~~~.~~'--'.~.-.~~." =_~_~_~~~~m~-

__

,>~" ~~~~--"-~"'->~~l-~-'-"-~-"I

..

~"~"

VvI\TERLOOPKlJt~DIG LJ\E\OIV~

rOklUJv'j ,

~'1,

73'1

-:~zrl

FIG. L,

':'0

'

r:: .),

r---r---·-, ---

---r

() c::

...

,."" :::..,

A 25

I'

20 - -

r---~----b

I

-~ u

in rn

/soC' I(UBUSSEN <1

o 0

ra

met dam

Q::

0,25

m

/sec

m'

Il A

T1

zonder-dam

Q:;

0,33

m''S/sec

m'

Lfy)

(T::

standaardafwijking

o

_~y)

+

.3

ory) (T

.v::

3 -

10cm

T8

0,24

/1'1/

sec

VERGELIJKING SNELHE!DSPROFIELEN

HEr E!\) ZOl\lD F:: h~ D A [vi

'~=~~-'~~I';~'~~'-'~='-~JT~

tL~

.=l~w-==="'~·r~""'''''''''=- =~~~....,;;-.c~="-.!.;: .. --~

c:

'

....

030

-tr- I

r

1

~

T6

A T21 x

T22

r----

- - - 1 - - - - 1

-~_J

__ . _ _ _

J

__ _

2

3

4 ..

5

6

7

8

- - - - i ' x ; .

schade no

gev.;icht

11 - 13gr

22 -

26gr'

44 -52gr

0"1.

100'%

0%

20"10

60"10

20"10

50"10

OX

.. 50

"10

voor de

schadt~kriteria

zie fig. 1

r - -

STA~I~PA·f:_LELS~~~'I:;---~---L.~~~[-==.1-INVLOE:.D

GR,'-'DERING

f=

-~= .. -~ .• ~~ ... -~. -~~~--~-~--~-~~~~ .• ~-_ _ ="~=m=·~_~~""=' __

ll_" __

-'--"--~.-.~~~-~=.~=.~.--,--VI

ATERLOOPt<UI"1DIG

LABORf\TOR

ItJl"·1

!'vi.

731- yI

FIG.

6

~"

, . . . , . _ _ . _ • • _____ , . - , . .. -••

_,,~~,~

••

~m~_~

.... __

~.-~

_ _

._,_.~

. .

,~~

..

,,~~._._:.,_._,_

• •

~_._",_._

• • _ . , , _ . _ . __

.,~.

'_' _ . _ _ _ , . _ . _ _ _

~

• •

~

_ _ ••

_J ... ______

~.

__ ." ...

_~

__

~",

., , j ,

'-F

C> (!; ll) "-'''I

E:

c:

...

l:)-i

-~··~····--T

I

)It--~ 1--. }~ --j

-Q25

I ex _04- ( ) -I-~

~

,

0,20

---~-- - - - -- - - < ; _~+----~----c---.---

--) « ( of-X~

+

( <+ c ) ~

C{1S

1

2

3

4

5

I<UBISCH GEBROf(EN SrORTSTEEN

gewicht

11 -

13gr o

rt1

0%

fl

T15

20%

+T16

30

X

x

T17

_/SO

%

voor de schaclekr-iteria

STAf31L1TEIT ACHTER EEN DAtVi

INVLOED GRf\DEr~ING

22- 26gr

100 %

60

%

40

%

o

%

zie fig. 1

6

7

--~

schade no

44 - 52gr

0%

20%

30%

50%

---.--~ -- ---- --~---.-- -- --- ---E I

8

, "'~J<+_~J<=c==_"""""<_=" ... <".._=~_·~!"_~.j;W_<Ka=<'J""'_"'~_"'_=_""'""""'-_"'~._=~,~~!.C--"..,. .. __ ·_~"""'_,_""...,..,.=_~=ICr""" _ __""~__=<~.."...'"" ... ~ . . ~""""_"' ... '"""~ . .._,,~;...::.~~;..r=-="="~<""','"'""'~ ... 'r-~<.::c ... =?'_'-.;.~.,=~~~,""""''1_-~.,'"., ••

q30

r

'-

_~ () (I) (f) "-1'1

t:

c:

'

....

tJ, )

₊

I

o

_,e:. rw _:J

-r

:·1

)

1

,

I

-<1-( ~i'"---(

020 - - - '

I t')'

"c

;-0 +~ "()+ ) 015 _/

J

---'---....

---

' - . _ -

1-. __ _

1

2

3

4

5

6

7

8

---~.

schad€' no

GRt ND

--~--Q'ewicht

11- 13

gram

22- 20,qram

44"52grarn

x

_T13

_OX

₁₀₀

_X

_0%

0

r19

15

%

70

X

15

X

ill

_T18

₃₀

_X

₄₀

_X

_30X

+'T20

5D%

OX

50X

voor de schade/a'i teria zie

fig,

1

I

t ..

=~~~.="c~~~~~)~

B

'I~

I

~~E~~~r .-~.~ I~;~'~'~-~~:~~~Ivl ~'=L=~==--1=_~_=·[_y=~ '=~.E:

.<"~._.~~._~~_~m~~,,,_,,~,

_ _

,.,,"~.i~,~~~~

E .••

~

•••

~~~~~~ ::~~._

•••

_~_._.~_.

[ _ _

.~

..

-~'l~"'~-"~'-~w~.~~'~~

V\'ATFRI.O()Pl<lJI·,lDIC·

L!\80R!\TOr~IU1·,11

r~.Ij,

73'1

-'VI

i fl(';, 8