Golfaspecten m.b.t. vermoeiing van open steenasfalt

.... .... aan: van: datum:

rijkswaterstaat

notitie

ONW, i r. L. Boom, en ~n_g:_ K • .A :_ v.d.· 'Hoek 1 J.G.A. van Marle

14 april 1982

1. Inleiding

Dienst Weg- en Waterbouwkunde Delft

archief Asfalt in de \Naterbouw

[E)

-

1

2>

1

E

I

D

I

~

I

I

Naar aanleiding van de vraag naar de d e nasfalt in de golfzone wordt in deze notitie nader ingegaan op het golvenas-peet. De problematiek wordt toegespitst op de zuidwestelijke haven-dam Noordland en de noordwestelijke dam van bouwdok Schaar. Met deze

dammen is namelijk enige ervaring ~et duurzaamheid van open steenas-falt. Zodoende kan getracht worden een koppeling te leggen tussen be-rekende golfbelastingen en opgetreden erosie (steenverlies) van het steenasfalt.

2. Aanoak

In deze notitie wordt ervan uitgegaan dat de erosie optreedt door ver-moeiing (verandering van eigenschappen) van het bindmiddel in de open steenasfalt. Als grondprincipe wordt dan ook aangenomen dat iedere golf die het talud treft een bijdrage levert in het vermoeiingsproces. De aanpak van het onderzoek (onderzoeksvoorstel) bestaat dan ook uit het beschrijven van individuele golven die de taluds naderen en ver-volgens de belasting die deze golven op het talud veroorzaken.

2. 1. De ool ven die de taluds bereiken

In principe zou dit een beschrijving moeten zijn van individuele golven gekarakteriseerd door golfhoogte, golfsteilheid, golfrichting en aantallen als functie van de waterstand. Deze parameters zijn nodig om de belastingen te be?alen in grootte, aantallen en aangrijpingspunt.

Een exacte beschrijving van de golven is vooralsnog een onmo-gelijk zaak. Alleen een pragmatische aanpak met aannamen die niet al-tijd geheel overeenkomen met de fysische werkelijkheid kunnen op kor-te kor-termijn (half jaar) tot resultakor-ten leiden .

•

•

ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat

behoort bij: notitie nr. DDV.TT-82.329

bladnr: 2

In principe wordt de volgende aanpak voorgesteld.

a. Het bepalen van verdelingen van significante golfhoogten met

bijbe-horende golfvoortplantingsrichting binnen combinaties van

water-standsklassen en windrichtingssectoren.

b. Het bepalen van karakteristieke kandichtheidsverdelingen van de genormaliseerde golfhoogte (H/Ë) en genormaliseerde golfperiode

(T/T) van individuele golven als functie van de significante golf-hoogte per combinatie van waterstandsklassen en windrichtingssecto-ren.

ad.a. Deze gegevens t.a.v. de zuidwestelijke havendam Noordland zijn

in ruwe vorm aanwezig, namelijk bewerkte meetgegevens van de OSIX.

Voor de lokatie bouwdok Schaar kan gebruik gemaakt worden van OSIV voor golven uit westelijk tot noordelijke richting. De golven t.p.v. de OSIV zijn echter niet geheel representatief voor de lokatie bij bouwput Schaar. Hiervoor zullen refractie en diffractie berekeningen nodig zijn. Voor golven uit noor-delijke tot oostelijke richtingen zullen de golfgegevens aange-vuld moeten worden met golfgroeiberekening.

ad.b. Voor windgolven op diep water zijn wel aan de natuur getoetste theoretische modellen van kansdichtheidsverdelingen van

golf-hoogten en golfperioden van individuele golven aanwezig •

Meestal met een Rayleigh verdeling voor de golfhQogten en T2 Rayleigh verdeling voor de. golfperioden (Borgman).

Pr{ H/R)

...

1

~é<

---

CTIT>

Bij het naderen van de kust (taluds) ondergaan de golven o.i.v. de

J

ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat

behoort bij: notitie nr. DDWT-8 2. 3 29

bladnr: 3

Deze veranderingen zijn niet voor alle individuele golven hetzelfde. Ze zijn namelijk golfhoogte (voornamelijk bij breken) en periode

(re-fractie) afhankelijk.

Transformatie van kansdichtheidsfunctie van diep water of van meet-lokaties OSIV en OSIX naar de taluds is langs theoretische weg in principe mogelijk. Dit zou kunnen gebeuren door de voortplanting van de individuele golven in de kansdichtheidsfunctie als het ware stuk voor stuk (in klassen) m.b.v. lineaire golftheorie door te rekenen. Wisselwerking tussen golfcomponenten en tussen golven en stroom wor-den dan buiten beschouwing gelaten.

In het computerprogramma Lingo zitten in principe de mogelijkheden die bovenstaande transformatie mogelijk maken. De tijd en kosten maken dit echter niet haalbaar.

Voor resultaten op korte termijn (orde half jaar) kan daarom beter

uitgega~, worden van karakteristieke kansdichtheidsverdelingen zoals aangegeven onder b. De vorm van deze verdelingen kan aan de hand van waarnemingen nader vastgesteld worden. Dit houdt echter in dat er bij bouwdok Schaar golfmetingen nodig zijn.

Een enigszins zwak punt bij deze benadering is de aanname dat de golfvoortplantingsrichting van de individuele golven hetzelfde is als van de significante golf.

2.2. Golfbelastingen

De maatgevende erosie (vermoeidheid) veroorzakende krachten zijn in feite niet goed bekend. In eerste instantie kan gedacht worden aan de korte (: 1/10 sec) hoge golfklappen van brekende golven die het talud min of meer loodrecht raken. Ook kan gedacht worden aan de voortplan-ting van deze klappen in de open steenasfalt waardoor boven en onder de golftong drukken van binnen naar buiten het talud optreden.

Tenslotte kan gedacht worden aan de door de golfklappen veroorzaakte stromingsdrukken evenwijdig aan de taluds. In principe-proeven zal

hierin nader onderzoek nodig zijn.

Voor het bepalen van de grootte van golfklappen en stroomsnelheden van brekende golven is literatuurstudie vereist. Over de grootte van golfklappen op gesloten taluds is wel iets bekend. Op open steenas-falt zullen de drukken waarschijnlijk lager zijn. Ook zijn er

theore-I

ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat

·---

bladnr: 4

tische modellen bekend waarin het breken van golven beschreven wordt met snelheden en richtingen van waterdeeltjes en de brekende golf

(L~nguett Higgins). Het is echter de vraag of deze theorie reeds vol-doende betrouwbaar en hanteerbaar is voor praktische toepassing.

Zoals uit bovenstaande blijkt is een belangrijke rol in het belasting-patroon het wel of niet breken van de individuele golven op het talud. Het breken is grotendeels afhankelijk van de steilheid van de golven en de steilheid van het talud. Op basis hiervan zijn criteria opge-steld of golven breken en bij breken op welke wijze (spilling, plunging, surging of collapsing).