220
f9
Waterbouwkundige kunstwerken
Voorlopig dictaat
Eerste gedeelte (onderwerpen A en B)
Januari 1995 Prof. drs. ir. J.K. Vrijling Prof. ir. A. Glerum
T U D e l f t
Faculteit der Civiele Techniek Vakgroep Waterbouwkunde Sectie Waterbouwkunde Technische Universiteit DelftVoorwoord
I n het c o l l e g e f9 - Waterbouwkundige Kunstwerken - worden de volgende onderwerpen behandeld:
A. O v e r z i c h t waterbouwkundige kunstwerken en hun f u n c t i o n e r e n . B. Het ontwerpen van waterbouwkundige kunstwerken.
C. De u i t v o e r i n g van waterbouwkundige kunstwerken en de i n v l o e d d a a r v a n op het ontwerp.
D. S c h u t s l u i z e n .
Het c o l l e g e wordt s i n d s 1991 i n een nieuwe vorm gegeven. Een d e f i n i t i e f op deze vorm aangepast d i c t a a t i s nog n i e t b e s c h i k b a a r .
I n d i t v o o r l o p i g d i c t a a t (dat nagenoeg g e l i j k i s aan de u i t g a v e van 1991) i s een a a n t a l hoofdstukken b i j e e n g e b r a c h t u i t vóór 1991 v e r s c h e n e n d i c t a t e n (voor de onderwerpen A,B, en D ) , t e r w i j l voor het onderwerp u i t v o e r i n g (C) een nieuw hoofdstuk i s geschreven, dat b e t e r a a n s l u i t op de nieuwe c o l l e g e - o p z e t .
D i t betekent onder meer dat de hoofdstuk- en p a r a g r a a f nummering n i e t s y s t e m a t i s c h i s (de nummering u i t de oude d i c t a t e n i s n i e t v e r a n d e r d ) .
Bovendien z u l l e n de onderwerpen t i j d e n s het c o l l e g e f 9 i n begin 1992 anders worden behandeld dan i n d i t v o o r l o p i g d i c t a a t . De b e d o e l i n g i s e c h t e r dat de studenten met het v o o r l o p i g d i c t a a t over een b a s i s i n gedrukte vorm b e s c h i k k e n en i n en b i i h e t d i c t a a t aantekeningen kunnen maken.
Het v o o r l o p i g d i c t a a t b e s t a a t u i t d r i e g e d e e l t e n : E e r s t e g e d e e l t e : Onderwerpen A en B.
Tweede g e d e e l t e : Onderwerp C.
Derde g e d e e l t e : Onderwerp D en formule-bladen.
De inhoudsopgave op de volgende b l a d z i j d e b e t r e f t n i e t a l l e e n de inhoud van d i t g e d e e l t e , maar d i e van de d r i e g e d e e l t e n , d i e tezamen h e t v o o r l o p i g d i c t a a t vormen. Aan h e t s c h r i j v e n van de hoofdstukken hebben meegewerkt i r . K.G. B e z u i j e n , p r o f . i r . A. Glerum, d r . i r . P.A. Kolkman, i r . W. Meermans en i r . J . S c h i p p e r s . Hoofdstuk X ( u i t v o e r i n g ) i s geschreven door p r o f . i r . A. Glerum.
INHOUD VOORLOPIG DICTAAT F9
ONDERWERP A: OVERZICHT WATERBOUWKUNDIGE KUNSTWERKEN Hoofdstuk 4 Waterbouwkundige kunstwerken
4.1. I n l e i d i n g
4.2. Voorbeelden van waterbouwkundige kunstwerken ONDERWERP B: HET ONTWERPEN VAN WATERBOUWKUNDIGE KUNSTWERKEN
4.3. B e l a s t i n g e n en vormgeving 4.4. A f s l u i t m i d d e l e n
4.5. Schematiseringen van c o n s t r u c t i e s 4.5. A a n s l u i t i n g e n
4.7. Onderhoud
B i j l a g e 1: Voorbeeld van een berekening van een damwand onder een o n t l a s t v l o e r
B i j l a g e 2: Deel van een handberekening van een b a k c o n s t r u c t i e , gefundeerd op s t a a l
ONDERWERP C: DE UITVOERING VAN WATERBOUWKUNDIGE KUNSTWERKEN Hoofdstuk X U i t v o e r i n g X . l . Bouwmethoden X.2. Bouwputten X.2.1. I n l e i d i n g X.2.2. De k l a s s i e k e bouwput X.2.3. A l t e r n a t i e v e bouwwijzen X.3. G r o o t s c h a l i g e p r e f a b r i c a g e X.3.1. I n l e i d i n g X.3.2. D r i j v e n d t r a n s p o r t X.3.3. Fundering ONDERWERP D; SCHUTSLUIZEN
Hoofdstuk 4.2. Ontwerp van een s c h u t s l u i s 4.2.1. I n l e i d i n g
4.2.2. F u n c t i e s van een s c h u t s l u i s 4.2.3. Geometrie van een s c h u t s l u i s
4.2.4. Ontbreekt; wordt vervangen door hoofdstuk 6 h i e r o n d e r 4.2.5. Schutkolk
4.2.6. A f s l u i t m i d d e l e n ( s l u i s d e u r e n ) 4.2.7. S l u i s h o o f d e n
4.2.8. Voorzieningen tegen onder- en a c h t e r l o o p s h e i d 4.2.9. Wachtplaatsen en geleidewerken
Hoofdstuk 6 V u l - en ledigsystemen van s c h u t s l u i z e n 5.1. Algemeen 5.2. Krachten op het s c h i p 5.3. Berekening van t r o s k r a c h t e n 5.4. V e r k l e i n e n van de h y d r a u l i s c h e k r a c h t e n 6.5. Het debietprogramma b i j v u l l e n en l e d i g e n 6.5. Spaarbekkens 6.7. G r o o t - v e r v a l s l u i z e n 6.8. Zoet-zout scheidingssystemen
EN TENSLOTTE: FORMULE-BLADEN (overeenkomstig d i e welke b i j het s c h r i f t e l i j k tentamen z u l l e n worden u i t g e r e i k t ) .
4. Waterbouwkundige kunstwerken ^ l . 1 . I n l e i d i n g
Waterbouwkundige c o n s t r u c t i e s kunnen worden v e r d e e l d i n grondwerken en kunstwerken. De term grondwerken d u i d t e r op, d a t de c o n s t r u c t i e ( s ) hoofd-z a k e l i j k i n grond word(t)(en) uitgevoerd. T b i f ^ e hoofd-z e c a t e g o r i e behoren .\ d i j k e n en . damraen«^ . , ' •
Onder kunstwerken worden d i e werken v e r s t a a n , waarvoor h o o f d z a k e l i j k a n dere m a t e r i a l e n dan grond g e b r u i k t z i j n . Ze omvatten de " o v e r i g e " w a t e r bouwkundige c o n s t r u c t i e s , z o a l s stuwen, s l u i z e n , kademuren, t u n n e l s , s t e i -gers, meerstoelen, (de onderbouw van) bruggen, o f f - shore c o n s t r u c t i e s , e t c . , e t c . .
De (qua h o e v e e l h e i d per kunstwerk) voornaamste c o n s t r u c t i e m a t e r i a l e n voor kunstwerken z i j n s t a a l , beton en hout (en vroeger: m e t s e l w e r k ) . Deze
m a t e r i a l e n z i j n t e n o p z i c h t e van de omgeving ervan, d i e u i t grond b e s t a a t , m e e s t a l w e i n i g f l e x i b e l . H i e r u i t v o l g t , dat aan de a a n s l u i t i n g van een kunstwerk op de omgeving (dat kan ook door mensen gemaakt grondwerk - z i e boven — z i j n ! ) s p e c i a l e zorg moet worden besteed. Ook b i j r o t s g r o n d , waarvan de d r a a g k r a c h t i n het algemeen voldoende i s , v e r d i e n t de a a n s l u i -t i n g aan he-t kuns-twerk aandach-t om lekkage -t e voorkomen.
Een kunstwerk behoeft een fundering, d i e d e e l u i t m a a k t van h e t kunstwerk. Funderen kan g e d e f i n i e e r d worden a l s het overdragen naar de ondergrond van ALLE r e s u l t e r e n d e k r a c h t e n op het kunstwerk. De ondergrond moet voldoende d r a a g k r a c h t b e z i t t e n om de r e s u l t e r e n d e b e l a s t i n g e n t e kunnen opnemen, zonder dat het kunstwerk o n t o e l a a t b a a r grote v e r p l a a t s i n g e n ondergaat. Voorts moet de a a n s l u i t i n g op de ondergrond aandacht k r i j g e n . Grondwerk en kunstwerk moeten op e l k a a r ( b l i j v e n ) a a n s l u i t e n .
T e n s l o t t e moet de z i j d e l i n g s e a a n s l u i t i n g op de omgeving i n beschouwing genomen worden. Ook h i e r moeten grond— en kunstwerk op e l k a a r ( b l i j v e n ) a a n s l u i t e n .
Genoemde a s p e c t e n kunnen n i e t l o s van e l k a a r beschouwd worden, maar moeten i n hun samenhang worden bezien.
Voor de f u n d e r i n g kunnen twee t y p e n worden o n d e r s c h e i d e n :
XZZZZZZZZZZZA_ 1.
i i i
k\Q de d r a a g k r a c h t i g e l a a g z i c h b e v i n d t op h e t a a n l e g n i v e a u van h e t k u n s t w e r k , kan de f u n d e r i n g s v l o e r d i r e c t r u s t e n op deze l a a g ( f i g . 1 0 6 . 1 . ) . Soms worden w e i n i g d r a a g k r a c h t i g e l a g e n v e r v a n g e n door b e t e r d r a a g k r a c h t i g e ( z a n d ) . De v l o e r r u s t dan op een g r o n d v e r b e t e r i n g ( f i g . 1 0 6 . 2 . ) . Men noemt 1, en 2. f u n -deringen op s t a a l . L i g t de d r a a g k r a c h t i g e l a a g v e r beneden h e t a a n l e g n i v e a u (de f u n d e r i n g s v l o e r ) , dan moet de b e l a s t i n g van de v l o e r naar de d r a a g k r a c h t i g e l a a g o v e r g e b r a c h t worden ( f i g . 106.3.) o f de b e l a s t i n g w o r d t door de p a l e n " o p k l e e f " g e d r a -gen. (De p a l e n w o r d e n dan n i e t t o t op of i n de d r a a g k r a c h t i g e l a a g geheid.) Men noemt 3- een f u n d e r i n g op palen, o f , a l s h e t om g r o t e r e i n g e g r a v e n e l e -menten g a a t , op p u t t e n .F i g . 105. F u n d e r i n g s t y p e n .
Door o n g e l i j k e z e t t i n g e n o f o n n a u w k e u r i g e a a n v u l l i n g van h e t g r o n d w e r k onder en t e g e n h e t k u n s t w e r k kunnen onvolkomenheden i n de a a n s l u i t i n g van k u n s t w e r k en omgeving o p t r e d e n . I n de meeste g e v a l l e n z u l l e n de s c h a d e l i j -ke g e v o l g e n dan a a n z i e n l i j k z i j n . A l s h e t k u n s t w e r k de s c h e i d i n g v o r m t t u s s e n twee w a t e r n i v e a u s , z a l een s l e c h t e a a n s l u i t i n g op de omgeving een s t e r k e w a t e r s t r o m i n g v l a k l a n g s h e t k u n s t w e r k t o t g e v o l g hebben. Deze s t r o m i n g kan zó s t e r k z i j n , d a t g r o n d d e e l t j e s worden meegesleept. H i e r d o o r w o r d t de a a n s l u i t i n g t u s s e n k u n s t w e r k en omgeving nog s l e c h t e r . De w a t e r -s c h e i d e n d e f u n c t i e kan dan v e r l o r e n gaan. Som-s w o r d t z e l f -s h e t k u n -s t w e r k o n d e r m i j n d en kan de s t a b i l i t e i t e r v a n v e r l o r e n gaan. Het meenemen van g r o n d d e l t j e s door de k w e l s t r o o m kan worden tegengegaan door t o e p a s s i n g v a n één o f meer f i l t e r s .
Door v e r l e n g i n g van de k w e l w e g kan men het v e r h a n g en dus de s t e r k t e van de g r o n d w a t e r s t r o r a i n g v e r m i n d e r e n . Onder het k u n s t w e r k kan men d a a r t o e een damwandscherm aanbrengen t e g e n o n d e r l o o p s -h e i d . ( Z i e f i g . 107.)
_ACHTL0LOOP5H£:iO- ONOtLCLOOPSHOO-A 'A Ook z i j d e l i n g s l a n g s h e t k u n s t w e r k d i e n t de k w e l w e g voldoende l a n g t e z i j n . Zo n o d i g b r e n g t men een a c h t e r l o o p s h e i d s s c h e r m aan, d a t a a n s l u i t op de wanden van h e t k u n s t w e r k . ( Z i e f i g . 108.) BOVEINAKN ZICHT F i g . 108. A c h t e r l o o p s h e i d s s c h e r m O n d e r l o o p s h e i d s s c h e r m en a c h e r l o o p s h e i d s s c h e r m d i e n e n i n één v e r t i k a a l v l a k t e l i g g e n . Het k w e l s c h e r m d i e n t h e t k u n s t w e r k " a l s een m a n c h e t " t e o m s l u i t e n ( z i e ' f i g . 109), daar a n d e r s t o c h l e k k a g e zou o p t r e d e n . d « u r e v^, z o a l s ^^Uk^^ 4
W«i-|< CzU t»tjV. P«g.(0(P vod
F i g . 109. Onder- en a c h t e r l o o p s h e i d s s c h e r m i n één v l a k Het t y p e f u n d e r i n g h e e f t g e v o l g e n v o o r de a a n s l u i t i n g van o n d e r en a c h t e r -l o o p s h e i d s s c h e r m op de c o n s t r u c t i e . D i t b e t r e f t e c h t e r de d e t a i -l -l e r i n g . Op o n d e r - en a c h t e r l o o p s h e i d s s c h e r m e n ' z a l worden teruggekomen i n p a r a g r a a f 4.6.2.
s
Het voorgaande t o o n t , d a t b i j een o n t w e r p van een k u n s t w e r k de v e r s c h i l -l e n d e o n d e r d e -l e n n i e t -l o s van e -l k a a r kunnen worden beschouwd. R u i m t e -l i j k i n z i c h t i s b i j h e t o n t w e r p e n n o o d z a k e l i j k , e v e n a l s i n z i c h t i n de w i j z e , waarop r e s u l t e r e n d e b e l a s t i n g e n ''door h e t k u n s t w e r k h e e n " en t e n s l o t t e
" n a a r de o n d e r g r o n d " worden " a f g e v o e r d " . Ook de w a t e r d i c h t i n g d i e n t r u i m t e l i j k beschouwd t e worden.
Ora deze b e g r i p p e n t e v e r d u i d e l i j k e n , z u l l e n i n d i t h o o f d s t u k d i v e r s e ( o n d e r d e l e n van) k u n s t w e r k e n a l s v o o r b e e l d e n worden behandeld. De f u n c t i o -n e l e b e h o e f t e ( -n ) waaraa-n z i j v o l d o e -n , z i j -n k o r t aa-ngegeve-n, e v e -n a l s e -n i g e b e l a s t i n g e n d i e op h e t b e t r e f f e n d e k u n s t w e r k kunnen werken.
4.2. Voorbeelden van waterbouwkundige kunstwerken
I n de v o l g e n d e v o o r b e e l d e n i s w i l l e k e u r i g een f u n d e r i n g op s t a a l o f op p a l e n aangegeven. A f h a n k e l i j k van de o n d e r g r o n d kunnen deze worden v e r w i s s e l d . P i j l e r
Een p i j l e r f u n c t i o n e e r t a l s o n d e r s t e u n i n g van een b r u g , w a a r b i j de b e l a s t i n g v o o r n a m e l i j k i n v e r t i k a l e z i n w o r d t a f g e d r a g e n , dan w e l a l s o p l e g g i n g v o o r een a f s l u i t m i d d e l ( p i j l e r s van de O o s t e r s c h e l d e k e r i n g ) w a a r b i j de g r o o t s t e b e l a s t i n g v o o r n a m e l i j k i n h o r i z o n t a l e z i n w e r k t .
(N.B. Een PEILER i s iemand d i e p e i l t , d i e een p e i l v a s t s t e l t ! )
Een p i j l e r a l s onderbouw v a n een b r u g w o r d t v e r t i k a a l en/ o f h o r i z o n t a a l b e l a s t door h e t e i g e n g e w i c h t van de bovenbouw, door de m o b i e l e v e r k e e r s b e -l a s t i n g , door w i n d en w a t e r s t r o m i n g , door i j s g a n g , door a a n v a r i n g door s c h e -pen en door g o l v e n .
Een p i j l e r i n een r e g e l b a r e stuw o f i n een s t o r m v l o e d k e r i n g d i e n t a l s s t e u n voor h e t w a t e r k e r e n d e a f s l u i t m i d d e l en w o r d t v o o r n a m e l i j k b e l a s t door de bewe¬ g i n g s i n r i c h t i n g en door de h o r i z o n t a l e w a t e r d r u k op h e t (de) a f s l u i t m i d d e l ( e n ) . Het e i g e n g e w i c h t van een p i j l e r kan een b e l a n g r i j k d e e l v a n de t o t a l e b e -l a s t i n g vormen. I n stromend w a t e r kan een bodembescherming n o o d z a k e l i j k z i j n t e g e n u i t s c h u r i n g .
i
^ ' ^ / / / / / / / / / ^
A
A
/ \t 1/ \
F i g . 110. P i j l e r6
stuw, s t o r m v l o e d k e r i n g , k e e r s l u i s
De f u n c t i e van een s t u w , s t o r m v l o e d k e -r i n g o f k e e -r s l u i s i s h e t v e -r h i n d e -r e n van v r i j e d o o r s t r o m i n g van w a t e r . Een s t u w z o r g t voor o p s t u w i n g t o t een gewenst p e i l aan de b o v e n s t r o o m s e z i j d e b i j v o o r b e e l d i n een r i v i e r t e n behoeve van v o l d o e n d e w a t e r d i e p t e v o o r de s c h e e p v a a r t .
B i j een r e g e l b a r e s t u w kan men h e t b o v e n s t r o o m s e p e i l variëren door de s t a n d van h e t a f s l u i t m i d d e l ( v o o r b e e l -den: de s t u w e n i n N e d e r r i j n en Lek). B i j een v a s t e stuw i s r e g e l i n g n i e t m o g e l i j k . F i g . 1 1 1 . V a s t e stuw Een s t o r m v l o e d k e r i n g k e e r t h e t hoge w a t e r van zee i n een g e t i j g e b i e d door t i j d e l i j k de w a t e r l o o p a f t e s l u i t e n a l s een s t o r m v l o e d w o r d t v e r w a c h t . B i j n o r m a l e z e e s t a n d e n , dus gedurende h e t g r o o t s t e d e e l van h e t j a a r , i s de k e r i n g geopend. ( V o o r b e e l d e n : de s t o r m -v l o e d k e r i n g b i j K r i m p e n aan den I J s s e l en de S t o r m v l o e d k e r i n g O o s t e r s c h e l d e . ) Een s t o r m v l o e d k e r i n g v e r h i n d e r t de t o e s t r o m i n g van w a t e r v a n u i t zee een e n -k e l e -k e e r o f s l e c h t s w e i n i g e malen p e r j a a r . Een s t u w d a a r e n t e g e n b e l e m m e r t de v r i j e a f s t r o m i n g van w a t e r i n de r i c h -t i n g n a a r zee gedurende een g r o o -t d e e l v a n h e t j a a r .
F i g . 112. K e e r s l u i s / s t o r m v l o e d k e r i n g
Als r e g e l v e r s t a a t men onder een k e e r s l u i s een k e r i n g d i e w o r d t g e s l o t e n i n e x t r e m e o m s t a n d i g h e d e n anders dan s t o r m v l o e d e n . V o o r b e e l d e n z i j n de k e e r s l u i s b i j Ravenswaay (de h e f d e u r w o r d t g e s l o t e n b i j hoge s t a n d e n van de Lek en b e s c h e r m t dan de l a g e r e d i j k e n l a n g s h e t Betuwepand van h e t Amsterdam - R i j n k a n a a l ) en de c o m p a r t i m e n t e r i n g s k e r i n g e n i n v e r s c h i l l e n d e k a n a l e n d i e g e s l o t e n worden i n d i e n e r g e n s een d i j k b r e u k o p t r e e d t , o p d a t n i e t h e t g e h e l e k a n a a l " l e e g l o o p t " . De z i j w a n d e n en de v l o e r worden b e l a s t door k o r r e l - en w a t e r d r u k k e n . De i n de r i c h t i n g van de w a t e r l o o p werkende h o r i z o n t a l e b e l a s t i n g t e n g e v o l g d e van h e t w a t e r s t a n d s v e r s c h i l w i l h e t k u n s t w e r k doen a f s c h u i v e n en h e e f t tevens een k a n t e l m o m e n t t o t g e v o l g .
7
Kademuur, keermuur, damwand, c a i s s o n
F i g . 113. Kademuur
F i g . 114. Samengestelde Kadem n
Een kademuur en een keermuur f u n c t i o n e -r e n a l s v e -r t i k a l e ove-rgang t u s s e n twee g r o n d n i v e a u s .
Een kademuur v o r m t een v e r t i k a l e s c h e i -d i n g t u s s e n l a n -d en w a t e r en -d i e n t a l s a a n l e g p l a a t s v o o r schepen, vaak t e n behoeve van g o e d e r e n o v e r s l a g . Het g r o n d n i v e a u v e r s c h i l i s h i e r g e l e g e n t u s s e n h e t p e i l van de bovenkant van de kade en d a t van de bodem van de haven. Voor w e d e r z i j d s e b e s c h e r m i n g van s c h i p en kademuur b r e n g t men een s t o o t b e — s c h e r m i n g aan, b i j v o o r b e e l d w r i j f h o u t e n o f r u b b e r f e n d e r s . Het s c h i p w o r d t i n afgemeerde p o s i t i e op z i j n p l a a t s gehouden door t r o s s e n om b o l d e r s d i e b i j v o o r b e e l d op de muur z i j n g e p l a a t s t . Een s c h e e p s s t o o t en t r o s k r a c h t e n geven h o r i z o n t a l e b e l a s -t i n g e n op h e -t k u n s -t w e r k .
De o v e r s l a g van goederen, vaak met een k r a a n d i e op de kademuur s t a a t , g e e f t een v e r t i k a l e b o v e n b e l a s t i n g op en a c h t e r de muur.
Als de kademuur een s a m e n g e s t e l d e c o n -s t r u c t i e van wand en v l o e r v o r m t , w o r d t de l a a t s t e v e r t i k a a l b e l a s t door h e t e i g e n g e w i c h t van de v l o e r , de e r b o v e n l i g g e n d e g r o n d en de b o v e n b e l a s t i n g . De wand moet de h o r i z o n t a l e k o r r e l d r u k k e n opnemen. V e r s c h i l t u s s e n de w a t e r s t a n d vóór ( b u i t e n w a t e r ) en g r o n d w a t e r p e i l a c h t e r de muur g e e f t ook een h o r i z o n -t a l e b e l a s -t i n g . Een damwand onder de muur neemt, b e h a l v e h o r i z o n t a l e , soms ook v e r t i k a l e b e l a s t i n g e n op.
Een keermuur v o r m t een v e r t i k a l e s c h e i d i n g t u s s e n t w e e g r o n d n i v e a u s . U i t g e zonderd de hiervóór genoemde b e l a s t i n gen door schepen en door de b u i t e n w a -t e r s -t a n d , s p e l e n b i j h e -t o n -t w e r p van k e e r m u r e n d e z e l f d e b e l a s t i n g e n een r o l a l s b i j een kademuur.
F i g . 115. Keermuur
5f
Een ander t y p e v e r t i k a l e s c h e i d i n g s w a n d i s de i n de o n d e r g r o n d g e h e i d e damwand, d i e a l s r e g e l n a a r a c h t e r h o r i z o n t a a l v e r a n k e r d i s aan een ankerwand, aan p a a l j u k k e n o f door m i d d e l van i n j e c -t i e a n k e r s . F i g . 116. V e r a n k e r d e damwand f 1 F i g . 117. C a i s s o n S I
Ik.
F i g . 11 Een c a i s s o n h e e f t een r e c h t h o e k i g e bakvorm. Het v o r m t een s c h e i d i n g t u s s e n v e r s c h i l l e n d e w a t e r n i v e a u s o f t u s s e n l a n d en w a t e r o f d o e t d i e n s t a l s aan-l e g p aan-l a a t s o f a aan-l s b e s c h e r m i n g t e g e n g o l f a a n v a l . Ook w o r d t h e t w e l g e b r u i k t a l s h u l p c o n s t r u c t i e b i j de a a n l e g van a f s l u i t d a m m e n i n g e t i j g e u l e n . Het c a i s -son w o r d t dan l a t e r i n h e t d i j k l i c h a a m opgenomen. Een c a i s s o n w o r d t e l d e r s gebouwd, b i j v o o r b e e l d i n een g e g r a v e n bouwdok o f op een h e l l i n g . Het h e e f t een e i g e n d r i j f v e r m o g e n en w o r d t naar de d e f i n i t i e v e p l a a t s g e v a r e n en daar a f g e z o n k e n .A l s men een k u n s t w e r k op m a a i v e l d bouwt en daarna naar h e t f u n d e r i n g s n i v e a u l a a t zakken door o n t g r a v i n g v a n u i t een werkkamer onder h e t k u n s t w e r k , dan s p r e e k t men v a n een p n e u m a t i s c h c a i s -son.
D a a r b i j moet i n de werkkamer de l u c h t -d r u k wor-den v e r h o o g -d om h e t g r o n -d w a t e r t e k e r e n .
Gebeurt de o n t g r a v i n g van boven a f door een h o l l e s c h a c h t , dan s p r e e k t men van een p u t .
1. Pneumatisch c a i s s o n / p u t
S l u i s , d u i k e r , gemaal
p.p. Jj—
HW.
De f u n c t i e van een s l u i s i s h e t naar keuze s c h e i d e n o f met e l k a a r v e r b i n d e n van twee w a t e r n i v e a u s i n open w a t e r g a n -gen.
Voor n a t u u r l i j k e l o z i n g i n een g e t i j g e b i e d bouwt men i n een d i j k een u i t w a t e -r i n g s s l u i s ( s u a t i e s l u i s — F -r . sue-r = u i t w a t e r e n — ) waarvan de p u n t d e u r e n , e n k e l e deuren o f k l e p t i j d e n s l a g e b u i t e n w a t e r s t a n d e n door de hogere b i n n e n w a t e r s t a n d worden open g e d r u k t en l a t e r door de s t i j g e n d e b u i t e n w a -t e r s -t a n d weer d i c h -t g e d r u k -t . De l o z i n g van o v e r -t o l l i g w a -t e r op zee o f op . een zeearm w o r d t door de n a t u u r z e l f g e r e g e l d .
F i g . 119. U i t w a t e r i n g s s l u i s •• k o k e r t y p e B i j de r e c e n t gebouwde u i t w a t e r i n g s s l u i z e n van de I J s s e l m e e r en D e l t a w e r -ken z i j n d a a r e n t e g e n de a f s l u i t m i d d e l e n r e g e l b a a r om de b i n n e n w a t e r s t a n d meer naar b e h o e f t e t e kunnen beheersen. Ook h i e r kan e c h t e r s l e c h t s w a t e r g e l o o s d worden a l s de b u i t e n w a t e r s t a n d l a g e r i s dan de b i n n e n w a t e r s t a n d . U i t v e i l i g h e i d s o v e r w e g i n g e n ( s t o r i n g e n i n h e t f u n c t i o n e r e n ) w o r d t vaak een tweede a f s l u i t m i d d e l a a n g e b r a c h t . B i j een open u i t w a t e r i n g s s l u i s i s de s l u i s k o l k opgebouwd u i t t w e e wanden, w a a r t u s s e n een v l o e r , d i e a l dan n i e t één s a m e n g e s t e l d e c o n s t r u c t i e met de wanden v o r m t . F i g . 120. Dwarsdoorsnede o v e r • een s l u i s k o l k De b e l a s t i n g e n b e s t a a n u i t k o r r e l d r u k k e n ' en w a t e r d r u k , d i e t e v e n s o p d r i j v i n g kan v e r o o r z a k e n ( w e t van Archimedes!) èn d i e een k r a c h t i n l a n g s -r i c h t i n g g e e f t C O . C l . c l o o i * ^<ti Vzvwe^l o\/«,i-<l< a fsi«-'v'tl-nt<idaLt«^ ^. A l s men b i j een s l u i s , d i e van boven open i s , aan b e i d e u i t e i n d e n een beweegbare a f s l u i t i n g p l a a t s t , kan h e t p e i l i n de t u s s e n g e l e g e n k o l k a f w i s s e l e n d g e l i j k gemaakt worden aan d a t aan de z i j d e van de hoge o f van de l a g e w a t e r s t a n d . Schepen kunnen dan van h e t hoge naar h e t l a g e p e i l en omgekeerd g e s c h u t worden. De f u n c t i e van een s c h u t s l u i s i s , schepen een v e r v a l t e l a t e n o v e r w i n n e n .
Voor h e t i n l a t e n van w a t e r v a n u i t een boezem i n een p o l d e r bouwt men i n l a a t s l u i z e n met r e g e l b a r e a f s l u i t i n g .
'•«5S«eW5fk-^ '•«5S«eW5fk-^ '•«5S«eW5fk-^ '•«5S«eW5fk-^ if '•«5S«eW5fk-^ '•«5S«eW5fk-^ '•«5S«eW5fk-^ '•«5S«eW5fk-^ F i g . 1 2 1 . D u i k e r
t f \
F i g . 122. Gemaal B i j k l e i n e r e k o k e r v o r m i g e k u n s t w e r k e n s p r e e k t men van een d u i k e r i n p l a a t s van een s l u i s . A l s een w a t e r l o o p v i a een k o k e r onder een weg o f andere wa-t e r l o o p door gevoerd w o r d wa-t s p r e e k wa-t men ook van een d u i k e rKan men n i e t o f onvoldoende g e b r u i k maken van n a t u u r l i j k v e r v a l om een l a a g -g e l e -g e n -g e b i e d t e o n t w a t e r e n o f een hooggelegen g e b i e d v a n w a t e r t e v o o r -z i e n
dan maakt men g e b r u i k van een gemaal. D i t i s een motor d i e een pomp, v i j z e l o f s c h e p r a d a a n d r i j f t met t o e en a f v o e r -l e i d i n g e n v o o r h e t verpompte w a t e r . De maximum c a p a c i t e i t p e r pomp kan g l o b a a l op 750 m^/minuut worden g e s t e l d . Wanden en dak a l s o m h u l l e n d e b e s c h e r -ming van de i n s t a l l a t i e ( z i e f i g . 122) worden n i e t a l t i j d a a n g e b r a c h t . Voor de t o e v o e r l e i d i n g p l a a t s t men een'krooshek om v u i l u i t de pomp t e weren. Dok
De f u n c t i e van een dok i s h e t t i j d e l i j k d r o o g z e t t e n van een d r i j v e n d e c o n s t r u c t i e .
Een v a s t dok i s een b a k v o r m i g b a s s i n o f k l e i n e p o l d e r , waar een s c h i p b i n n e n -v a a r t , waarna men de toegang s l u i t en h e t w a t e r wegpompt, z o d a t h e t s c h i p d r o o g v a l t . Een v a s t dok d o e t d i e n s t v o o r onderhoud, r e p a r a t i e e n / o f n i e u w bouw van schepen. I n c o n s t r u c t i e f o p z i c h t v e r t o o n t een dok v e e l o v e r e e n -komst met een s c h u t s l u i s , z i j h e t , d a t a l s r e g e l s l e c h t s aan één z i j d e een beweegbare a f s l u i t i n g v o o r k o m t . Behalve de k o r r e l - en w a t e r d r u k k e n t e g e n de wanden en b e l a s t i n g door h e t s c h i p (en de e v e n t u e e l i n h e t dok opgenomen k r a a n b a a n ) , s p e e l t b i j een dok de wa-t e r d r u k ( w e wa-t van Archimedes!) wa-t e g e n de v l o e r een b e l a n g r i j k e r o l .
F i g . 123. Vast dok
B i j een s l u i s kan men a l o f n i e t e i s e n d a t de k o l k kan worden d r o o g g e z e t met h e t oog op onderhoud. ( V o o r a l b i j oudere, k l e i n e s l u i z e n i s met deze e i s r e k e n i n g gehouden.) Een dok o n t l e e n t z i j n f u n c t i e j u i s t aan h e t d r o o g -z e t t e n . Het tegengaan'van o p d r i j v i n g v a n h e t dok, v o o r t v l o e i e n d u i t de o p w a a r t s e w a t e r d r u k t e g e n de v l o e r , i s een b e l a n g r i j k p r o b l e e m b i j h e t o n t w e r p . Men kan d i t soms o p l o s s e n d o o r een g r o o t e i g e n g e w i c h t , o f door t r e k p a l e n o f t r e k a n k e r s onder de v l o e r o f door v e r l a g e n van de s t i j g h o o g t e van h e t omringende g r o n d w a t e r , o f c o m b i n a t i e s h i e r v a n .
F i g . 124. D r i j v e n d dok
Een d r i j v e n d dok i s a l s h e t ware een U-v o r m i g s c h i p met d u b b e l e wanden en bodem. Door r e g e l i n g met b a l l a s t w a t e r l a a t men h e t o p d r i j v e n en z i n k e n . I n gezonken t o e s t a n d kan een t e r e p a r e r e n s c h i p naar b i n n e n gevaren worden ( v e r -g e l i j k f i -g . 124). Door we-gpompen van b a l l a s t w a t e r l a a t men h e t dok met h e t t e r e p a r e r e n o b j e c t o p d r i j v e n . Na r e p a -r a t i e ( o f nieuwbouw) l a a t men h e t geh e e l z i n k e n door t o e v o e r e n van b a l l a s t
-w a t e r . Het o b j e c t kan dan u i t h e t dok g e v a r e n worden.
I n de waterbouwkunde i s een bouwdok een door b e m a l i n g drooggehouden v e r d i e p t e b o u w p l a a t s v o o r p r e f a b r i c a g e v a n g r o t e t u n n e l d e l e n , c a i s s o n s o f p i j l e r s . Na d o o r g r a v i n g van een s c h e i d i n g s d a m t u s -sen h e t bouwdok en de n a b i j g e l e g e n vaarweg worden de e l e m e n t e n d r i j v e n d g e t r a n s p o r t e e r d n a a r de d e f i n i t i e v e bestemming. F i g . 125. Bouwdok Tunnel, l e i d i n g , aquaduct
Een t u n n e l , z o w e l a l s een l e i d i n g en een aquaduct hebben a l s f u n c t i e een k r u i s i n g t u s s e n t w e e t r a n s p o r t w e g e n t o t s t a n d t e b r e n g e n op g e s c h e i d e n n i v e a u .
Een t u n n e l i s een o n d e r g r o n d s k u n s t w e r k _ d a t d i e n t a l s ( d e e l van) een t r a n s p o r t ~ weg t e n behoeve van p e r s o n e n , v o e r t u i
gen, s t o f f e n o f e n e r g i e . Er z i j n v o e t g a n g e r s , f i e t s , a u t o , r a i l en l e i -d i n g t u n n e l s . I n b e r g g e b i e -d e n b e s t a a n t u n n e l s t e n behoeve van schepen.
•m : • Km.
; 11 :
\ \
F i g . 126. T u n n e l
Een t u n n e l i n een k r u i s i n g met een w a t e r w e g , o f n a b i j een w a t e r w e g , w o r d t vaak e l d e r s g e p r e f a b r i c e e r d i n g r o t e e l e m e n t e n . Deze worden d r i j v e n d g e -t r a n s p o r -t e e r d naar de d e f i n i -t i e v e p l a a -t s van b e s -t e m m i n g en d a a r a f g e z o n k e n i n een s l e u f , d i e t e v o r e n onder w a t e r i s gebaggerd. Een gezonken t u n n e l kan g e f u n d e e r d z i j n op s t a a l door o n d e r s p o e l i n g met zand i n de z i n k s l e u f , o f op p a l e n .
Daar waar de t u n n e l " b o v e n g r o n d s " komt, o n t b r e e k t de g r o n d d e k k i n g op h e t t u n n e l d a k . H i e r kan z i c h h e t z e l f d e p r o b l e e m v o o r d o e n a l s b i j h e t v a s t e dok, n . l . h e t o p d r i j v e n b i j hoge g r o n d w a t e r s t a n d . I n p r i n c i p e komen de z e l f d e m a a t r e g e l e n i n a a n m e r k i n g a l s b e s p r o k e n b i j h e t v a s t e dok.
T u n n e l s I n r o t s worden m e e s t a l gemaakt met e x p l o s i e v e n , soms door f r e z e n . I n z a c h t e r e g e s t e e n t e n en i n a f g e z e t t e g r o n d l a g e n worden t u n n e l s soms geboord met een s c h i l d , d a t ' ' z i c h z e l f n a a r v o r e n g r a a f t " . De w a t e r t o e s t r o m i n g aan het f r o n t w o r d t v e r h i n d e r d door o v e r -d r u k -d i e g e l e v e r -d w o r -d t -door samengep e r s t e l u c h t o f door een z w a r e v l o e i -s t o f . A c h t e r h e t g r a a f f r o n t w o r d t i n de b e s c h u t t i n g van een k o r t e s t a l e n c i l i n -der ( h e t s c h i l d ) de t u n n e l samengebouwd u i t g e p r e f a b r i c e e r d e segmenten. F i g . 127. S c h i l d
De c o n v e n t i o n e l e bouwmethode i n een open bouwput, w a a r b i j de t u n n e l na v o l t o o i i n g met g r o n d w o r d t a f g e d e k t , w o r d t v e e l t o e g e p a s t . Door p r e f a b r i -cage van de wanden e n / o f h e t dak beoogt men soms een k o r t e r e b o u w t i j d en m i n d e r h i n d e r i n s t e d e l i j k e g e b i e d e n t e b e r e i k e n . D i t kan men ook doen door h e t maken van v e r t i k a l e diepwanden v a n a f h e t m a a i v e l d . Over de d i e p wanden w o r d t dan h e t dak g e l e g d , waarna onder h e t dak v e r d e r w o r d t o n t g r a -ven en t e n s l o t t e de v l o e r w o r d t gemaakt.
B i j een andere methode worden de t u n n e l d e l e n op m a a i v e l d gebouwd en a l s p n e u m a t i s c h c a i s s o n naar beneden g e b r a c h t . ( Z i e f i g . 118.) F i g . 128. L e i d i n g Een l e i d i n g l i g t a l s r e g e l ook o n d e r -g r o n d s en d i e n t v o o r h e t t r a n s p o r t van v l o e i s t o f f e n o f gassen, b i j v o o r b e e l d r i o o l , w a t e r , m e l k , o l i e en g a s l e i d i n g e n . Ook g e b u n d e l d e e l e k t r i c i t e i t s -en t e l e c o m m u n i c a t i e k a b e l s kunn-en i n l e i d i n g e n v e r e n i g d worden.
Als een l e i d i n g een w a t e r w e g k r u i s t , s p r e e k t men van een z i n k e r ; d i t l e i — d i n g g e d e e l t e w o r d t t e v o r e n op de oever gereedgemaakt en i n een s l e u f i n de w a t e r w e g gezonken o f g e t r o k k e n .
Een aquaduct v o e r t een w a t e r l o o p o v e r een h i n d e r n i s , z o a l s een i n z i n k i n g i n het t e r r e i n , een weg o f een a n d e r e w a t e r l o o p . De a a n s l u i t i n g van h e t k u n s t w e r k aan de w a t e r l o o p ( d a t i s de overgang t u s s e n de b e t o n c o n s t r u c t i e en h e t g r o n d w e r k ) e i s t z o r g v u l d i g h e i d .
Ml
Itf
\
F i g . 129. Aquaduct13
s t e i g e r , m e e r s t o e l , w a c h t p l a a t s , geleldewerk
Een s t e i g e r d o e t d i e n s t a l s a a n l e g -p l a a t s voor sche-pen en vaak t e v e n s a l s o v e r s l a g g e l e g e n h e i d naar l a n d d t r a n s — p o r t . I n t e g e n s t e l l i n g t o t een kade (een v e r t i k a l e s c h e i d i n g t u s s e n l a n d en w a t e r ) o v e r b r u g t een s t e i g e r een t a l u d . De c o n s t r u c t i e w o r d t gevormd door een dek, o n d e r s t e u n d door p a l e n . F i g . 1 3 0 . S t e i g e r F i g . 131. M e e r s t o e l C^U">c»Wali Een m e e r s t o e l i s een v e r t i k a a l e l e m e n t ( b i j v o o r b e e l d een i n de g r o n d i n g e k l e m de p a a l ) w a a r t e g e n een s c h i p kan a f m e -r e n . Vóó-r een s t e i g e -r wo-rden vaak e n i g e m e e r s t o e l e n ( d u c d a l v e n ) g e p l a a t s t ' v o o r h e t ''opnemen'' van de a f m e e r e n e r g i e . Een w a c h t p l a a t s i s een a a n l e g p l a a t s waar een s c h i p kan w a c h t e n vóór h e t p a s s e r e n van b i j v o o r b e e l d een s c h u t -s l u i -s o f een beweegbare b r u g . Een g e l e l d e w e r k b i j een k u n s t w e r k b e v o r d e r t de v l o t t e d o o r v a a r t ( " z i c h t b e -l i j n i n g " ) en b e s c h e r m t t e v e n s h e t k u n s t w e r k t e g e n a a n v a r i n g . F i g . 1 3 2 . M e e r s t o e l esta,v*3 W a c h t p l a a t s e n en g e l e i d e w e r k e n worden a a n g e d u i d met de verzamelnaam remmlngwerken. De b e l a n g r i j k s t e e i s , d i e aan de v i e r l a a t s t g e n o e m d e c o n s t r u c t i e s g e s t e l d w o r d t , i s h e t opnemen van de h o r i z o n -t a l e d y n a m i s c h e b e l a s -t i n g d i e door h e -t s c h i p op de c o n s t r u c t i e w o r d t u i t g e o e f e n d , zonder d a t h e t s c h i p o f de c o n -s t r u c t i e w o r d t b e -s c h a d i g d . De c o n s t r u c t i e i s opgebouwd u i t v e r t i k a l e p a l e n , p u t t e n o f damwandkuipen, e v e n t u e e l g e c o m b i n e e r d met schoor s t a a n d e p a l e n , en een b e k l e d i n g .
V e r t i k a l e p a l e n kunnen h o r i z o n t a a l worden g e k o p p e l d , waardoor de door h e t s c h i p u i t g e o e f e n d e a f m e e r k r a c h t e n o v e r meerdere p a l e n worden g e s p r e i d . De b e k l e d i n g ( b i j v o o r b e e l d v^o h o u t ) d i e n t v o o r de v o r m i n g van een b e s c h e r -m i n g s c o n s t r u c t i e , voor de g e l e i d i n g o f voor een w a c h t p l a a t s .
De k r a c h t s o v e r d r a c h t g e b e u r t door h e t m o b i l i s e r e n van de o n d e r g r o n d , d i e een p a s s i e v e t e g e n d r u k en daarmee ^ een i n k l e m m i n g l e v e r t .
O f f — s h o r e c o n s t r u c t i e s F i g . 1 3 3 . J a c k e t De o n t w i k k e l i n g i n de o l i e — en g a s i n -d u s t r i e h e e f t g e l e i -d t o t -de bouw van o f f — s h o r e (= b u i t e n g a a t s e ) c o n s t r u c -t i e s , d i e o n d e r s c h e i d e n kunnen worden i n : - d r i j v e n d e c o n s t r u c t i e s ( p o n t o n s ; h a l f - ondergedompeld) - p l a a t s v a s t e c o n s t r u c t i e s z o a l s j a c k e t s ( s t a l e n v a k w e r k e n , g e f u n d e e r d op p a l e n ) , g e w i c h t s c o n s t r u c t i e s ( v a n b e t o n o f van een c o m b i n a t i e v a n s t a a l en b e t o n ) en e i l a n d e n ( b i j v o o r b e e l d i n de B e a u f o r t Sea). - onderzeese s y s t e m e n - p i j p l e i d i n g e n B u i t e n g a a t s e c o n s t r u c t i e s voor andere d o e l e i n d e n z i j n : l i c h t o p s t a n d e n , m e e t s t a t i o n s voor s c h e e p v a a r t , o f m o r f o l o g i s c h en o c e a n o g r a f i s c h o n d e r z o e k , alsmede s t e u n p u n t e n voor s t r a a l z e n d e r s .
B i j h e t merendeel van de genoemde c o n s t r u c t i e s s p e l e n de g o l f b e l a s t i n g e n , en met name de h o r i z o n t a l e component d a a r v a n , een d o m i n a n t e r o l . B i j h e t e i l a n d i n de B e a u f o r t Sea i s h e t de i j s b e l a s t i n g d i e de u i t v o e r i n g en h e t o n t w e r p v o o r n a m e l i j k h e e f t b e p a a l d .
O M D S R W e R P 3> j H e T OMTWeRPfN VflN W m R B O O W K U N P l ó e hvUirWBUHeH
^.3O B e l a s t i n g e n en vormgeviHg 1.3.1. I n l e i d i n g
Door v e l e o o r z a k e n kunnen k r a c h t e n op c o n s t r u c t i e s worden u i t g e o e f e n d . Enige h i e r v a n z i j n b e l a s t i n g e n a l s g e v o l g v a n : * e i g e n g e w i c h t * w a t e r d r u k , t e o n d e r s c h e i d e n i n : h y d r o s t a t i s c h e d r u k o p w a a r t s e w a t e r d r u k ( o p d r i j v i n g ) h o r i z o n t a l e w a t e r d r u k ( v e r v a l ) permanente s t r o m i n g s d r u k dynamische w a t e r d r u k ( g o l v e n ) * g r o n d d r u k * w i n d d r u k * v e r k e e r * ( s c h e e p s - en i j s - ) s t o t e n * d r u k d o o r i j s * u i t z e t t e n en k r i m p e n van m a t e r i a l e n ( t e m p e r a t u u r s s p a n n i n g e n ) * s p a n n i n g e n a l s g e v o l g v a n o n g e l i j k e z e t t i n g * a a r d b e v i n g e n * c a l a m i t e i t e n ( b r a n d , e x p l o s i e , e t c . )
Een c o n s t r u c t i e z a l de o p t r e d e n d e k r a c h t e n moeten kunnen opnemen en o v e r -dragen n a a r de o n d e r g r o n d . De o n t w e r p e r z a l een goed i n z i c h t moeten hebben i n de w i j z e waarop de u i t w e n d i g e b e l a s t i n g e n en h e t e i g e n g e w i c h t " i n de c o n s t r u c t i e worden i n g e l e i d " , hoe de k r a c h t e n ( r u i m t e l i j k ! ) worden
" o v e r g e d r a g e n " en hoe ze t e n s l o t t e " d o o r de o n d e r g r o n d worden opgeno-men ''.
A f h a n k e l i j k v a n de w i j z e waarop k r a c h t e n worden opgenomen en o v e r g e d r a g e n , t r e e d t i n h e t c o n s t r u c t i e m a t e r i a a l a f s c h u i v i n g , w r i n g i n g , t r e k e n / o f d r u k e n / o f een c o m b i n a t i e van t r e k en d r u k ( b u i g i n g ) op. U i t o v e r w e g i n g e n v a n e c o n o m i s c h m a t e r i a a l g e b r u i k z a l men e r n a a r s t r e v e n , b u i g e n d e en w r i n g e n d e momenten t e v e r m i j d e n . ( H e t m a t e r i a a l i n e n i n de omgeving v a n de " n e u -t r a l e v e z e l " w o r d -t " s l e c h -t b e n u -t " . )
Economisch m a t e r i a a l v e r b r u i k i s N I E T DE ENIGE o v e r w e g i n g b i j h e t o n t w e r p . Naast e c o n o m i s c h m a t e r i a a l v e r b r u i k s p e l e n o.a. b e s c h i k b a a r h e i d van m a t e — ' r i a l e n en ECONOMIE B I J DE UITVOERING een r o l . '
De i n h e t m a t e r i a a l o p t r e d e n d e k r a c h t e n geven a a n l e i d i n g t o t v e r v o r m i n g e n . Trek g e e f t r e k , d r u k g e e f t s t u i k (en m o g e l i j k a a n l e i d i n g t o t k n i k - e n p l o o i v e r s c h i j n s e l e n ) t e r w i j l momenten b u i g i n g e n / o f t o r s i e t o t g e v o l g hebben. De v e r v o r m i n g e n kunnen a a n l e i d i n g z i j n t o t een a n d e r e k r a c h t s v e r d e l i n g ' i n en op de c o n s t r u c t i e . (Bedenk, d a t ook de o n d e r g r o n d kan v e r v o r -men h e t g e e n a a n l e i d i n g kan z i j n t o t - o n g e l i j k m a t i g e ! - z e t t i n g e n en a l s g e v o l g d a a r v a n a n d e r e k r a c h t s v e r d e l i n g e n i n de c o n s t r u c t i e . )
Ook kan de vorm v a n de c o n s t r u c t i e v a n i n v l o e d z i j n op de e r o p werkende k r a c h t e n . Denkt men b i j v o o r b e e l d aan g o l f a a n v a l t e g e n een b e g r e n z i n g t u s s e n l a n d en w a t e r , dan z a l b i j een f l a u w e h e l l i n g ( s t r a n d o f t a l u d ) de i n v a l l e n d e g o l f z i c h m i n o f meer a l s een l o p e n d e g o l f b l i j v e n gedragen ( g o l f o p l o o p ) . Naarmate de b e g r e n z i n g meer v e r t i k a a l w o r d t (kademuur) z a l de i n v a l l e n d e g o l f meer g e r e f l e c t e e r d worden. De g o l f k r i j g t dan meer h e t k a r a k t e r v a n een s t a a n d e g o l f . De b e l a s t i n g e n , v e r o o r z a a k t door l o p e n d e en door s t a a n d e g o l v e n z i j n v e r s c h i l l e n d . De vorm v a n de b e g r e n z i n g s c o n s t r u c -t i e h e e f -t h i e r dus i n v l o e d op de o p -t r e d e n d e b e l a s -t i n g e n .
I n de v o l g e n d e p a r a g r a f e n z a l op e n i g e b e l a s t i n g e n , en, waar m o g e l i j k , op hun i n v l o e d op de c o n s t r u c t i e v o r m nader worden ingegaan. Op een c o n s t r u e — tië(onderdeel) w e r k t i n h e t algemeen meer dan één b e l a s t i n g . De vorm van de c o n s t r u c t i e w o r d t dus n i e t b e p a a l d door de beschouwde b e l a s t i n g alléén! Ook kunnen, z o a l s g e s t e l d , u i t v o e r i n g s e c o n o m i s c h e a s p e c t e n van i n v l o e d z i j n op de v o r m g e v i n g . I n de v o l g e n d e p a r a g r a f e n i s g e s t r e e f d naar " v e r -b i j z o n d e r i n g " : s t e e d s w o r d t één t y p e -b e l a s t i n g -beschouwd, met - waar m o g e l i j k - de d a a r u i t v o o r t v l o e i e n d e c o n s t r u c t i e v o r m . De l e z e r z a l z i c h e c h t e r van bovengenoemde r e s t r i c t i e s b i j de v o r m g e v i n g t e r d e g e bewust moeten z i j n !
4.3.2. E i g e n g e w i c h t
I n een s c h e t s o n t w e r p worden c o n s t r u c -t i e s o f o n d e r d e l e n d a a r v a n vaak aange-geven door s i m p e l e l i j n e n . Deze l i j n e n z i j n een s c h e m a t i s e r i n g ( i n een p l a t v l a k ! ) Er mag n i e t worden v e r g e t e n , d a t h i e r a a n v o l u m i n a en g e w i c h t e n moe-t e n worden moe-toegekend.
Een h i e r b i j vaak g e h a n t e e r d c o n c e p t i s dat van de a b s o l u t e v o l u m i n a . D a a r b i j w o r d t nagegaan, h o e v e e l r u i m t e een b e p a a l d e s t o f i n een volume i n n e e m t . Van e l k d e e l v o l u m e w o r d t h e t g e w i c h t i n r e k e n i n g g e b r a c h t : G = p * g * V met: p = m a s s a d i c h t h e i d i n kg/m^ g = v e r s n e l l i n g t e n g e v o l g e van de z w a a r t e k r a c h t i n m/s^ V = a b s o l u u t volume i n m^ G = g e w i c h t i n Newtons
Vaak b e v i n d e n z i c h meer s t o f f e n i n een beschouwd volume. A l s v o o r b e e l d w o r d t de b e p a l i n g van h e t g e w i c h t van 1 m^ zand beschouwd. Behalve z a n d -k o r r e l s b e v i n d t z i c h l u c h t en w a t e r i n h e t volume. Het poriënvolume i s d a t d e e l van h e t volume dat n i e t door z a n d k o r r e l s w o r d t ingenomen.
S t e l : = m a s s a d i c h t h e i d van k w a r t s (zand w o r d t g e a c h t t e b e s t a a n u i t k w a r t s ) = 2650 Kg/m'
p^ = m a s s a d i c h t h e i d Van l u c h t = 1,293 kg/m' *) p^^ = m a s s a d i c h t h e i d van w a t e r = 1000 kg/m' *•) £ = poriënvolume * Ö^M.
S t e l , d a t h e t zand droog dan w o r d t h e t g e w i c h t ^) aan k w a r t s ( a b s o l u u t g e w i c h t van de z a n d k o r r e l s ) :
Pl^ * g * ( 1 ~ t ) * V « a^JO * 9,81 * (1 - 0,4) * 1 = 16.0 00 N o f 1 6 kN. Het v o l u m e g e w i c h t van d r o o g t9t\d met een poriënvolume van 40^ i s dus
ongeveer 16 kN.
M Pl en p„ z i j n b e i d e a f h a n k e l i j k van t e m p e r a t u u r en d r u k .
^) Het g e w i c h t aan l u c h t en de o p d r i j v i n g van h e t volume van 1 m' i n l u c h t worden v e r w a a r l o o s d .
F i g . 135. S c h e m a t i s e r i n g • • • a f s l u i t m i d d e l
I n d i e n h e t poriënvolume g e h e e l g e v u l d i s met w a t e r , w o r d t h e t g e w i c h t v e r m e e r d e r d met:
D * * £ * V = 1000 * 9,81 * 0,4 * 1 = 4000 N o f 4 kN Het t o t a l e g e w i c h t aan n a t zand w o r d t dan 16 + 4 = 20 kN/m'
cr]Of>
4
AF i g . 1 3 6 . D e f i n i t i e s c h e t s
Het e i g e n g e w i c h t van een c o n s t r u c t i e moet " a f g e v o e r d " worden naar de o n -d e r g r o n -d . De k r a c h t r i c h t i n g van h e t e i g e n g e w i c h t i s s t e e d s g e r i c h t v o l g e n s de t e r p l a a t s e heersende r i c h t i n g van de z w a a r t e k r a c h t ( p e r d e f i n i t i e v e r t i -k a a l ) . Een r e c h t e k o l o m v o r m i g e c o n s t r u c t i e w o r d t door z i j n e i g e n g e w i c h t alléén op d r u k b e l a s t .
I n een snede t e r hoogte ( z i e f i g . 136,) d i e n t een k r a c h t o v e r g e b r a c h t t e worden van: • • ^o pjn * g * ƒ A ( z ) dz, w a a r i n : O Pfn = m a s s a d i c h t h e i d c o n s t r u c t i e m a t e -r i a a l (kg/m') g = v e r s n e l l i n g t.g.v. de z w a a r t e -k r a c h t ( m / s ^ ) • ' z = l o p e n d e coördinaat (m) A(z) = o p p e r v l a k d w a r s d o o r s n e d e a l s f u n c t i e van z (m^) F i g . 137. Dwarsdoorsnede •gemetselde s c h o o r s t e e n w a a r u i t t e r p l a a t s e een d r u k s p a n n i n g v o l g t van: * g / { A ( ZQ) } ƒ A ( z ) dz O
De d r u k s t e r k t e van h e t m a t e r i a a l i s begrensd. Een v o l l e d i g e b e n u t t i n g van h e t m a t e r i a a l kan nu worden v e r k r e g e n door h e t o p p e r v l a k van de d w a r s d o o r -snede over de h o o g t e aan t e passen aan de over t e brengen d r u k k r a c h t , z o d a t de d r u k s p a n n i n g over de h o o g t e c o n s t a n t i s . D i t l e i d t t o t de t a p s e vorm van b i j v o o r b e e l d g e m e t s e l d e s c h o o r s t e n e n ( z i e f i g . 137).
(N.B. De t a p s e vorm b i j s c h o o r s t e n e n w o r d t ook — en v o o r n a m e l i j k - b e p a a l d d o o r de over de h o o g t e toenemende w i n d b e l a s t i n g d i e een naar beneden
toenemend b u i g e n d moment i n t r o d u c e e r t . Daar de w i n d u i t a l l e - h o r i z o n t a l e — r i c h t i n g e n op de s c h o o r s t e e n kan a a n g r i j p e n , d i e n t de c o n s t r u c t i e i n a l l e h o r i z o n t a l e r i c h t i n g e n even s t e r k t e z i j n . H i e r u i t v o l g t de c i r k e l -v o r m i g e dwarsdoorsnede. Merk op, d a t de c i r k e l -v o r m i g e d w a r s d o o r s n e d e n i e t t e g e n s t r i j d i g i s met de vorm d i e v o l g t u i t h e t e i g e n g e w i c h t . Gemetselde s c h o o r s t e n e n - m e t s e l w e r k " k a n w e i n i g moment o v e r b r e n g e n " - z i j n i n h e t algemeen r o n d en t a p s . Gewapen^_^.betonnen - en voorgespannen - s c h o o r s t e n e n z i j n i.h.a. ook r o n d , maar ni'efcyï^s h e t t o e p a s s e n van een g l i j b e -k i s t i n g •-• u i t v o e r i n g s e c o n o m i e ! )
1.3.3. Waterdruk 4.3-3.1. I n l e i d i n g
I n v e l e g e v a l l e n kan w a t e r worden beschouwd a l s een Newtonse v l o e i s t o f , d.w.z. d a t w o r d t v e r o n d e r s t e l d , d a t de k r a c h t e n , d i e door een aangrenzend w a t e r d e e l t j e
op h e t beschouwde w a t e r d e e l t j e worden u i t geoefend, l i n e a i r samenhangen met h e t s n e l -h e i d s v e r s c -h i l t u s s e n d i e w a t e r d e e l t j e s . I n f o r m u l e v o r m ( v o o r t w e e d i m e n s i o n a l e s t r o m i n g ) : 02 1 = ri 9ui 8X2 F i g . 138. S c h u i f s p a n n i n g r e c h t e v e n r e d i g met snelheidsgradiênt w a a r i n : 021 n s c h u i f s p a n n i n g i n x i - r i c h t i n g (N/m^) dynamische v i s c o s i t e i t (Ns/m^) ^ 1 = snelheidsgradiênt i n X2 - r i c h t i n g ( s ~ ^ )
Het o n t b r e k e n van een c o n s t a n t e t e r m i n h e t r e c h t e r l i d d u i d t e r op, d a t w o r d t aangenomen d a t , i n d i e n de snelheidsgradiênt n u l i s , ook de s c h u i f -s p a n n i n g n u l i -s . I n d i e n h e t w a t e r i n r u -s t i -s , w o r d t h e t v e r o n d e r -s t e l d geen s c h u i f s p a n n i n g e n op t e kunnen nemen. Er h e e r s t dan op e l k p u n t i n h e t
w a t e r een b o l d r u k s p a n n i n g s t o e s t a n d .
B i j bewegend w a t e r ( s t r o m i n g en g o l v e n ) s p e l e n v i s c o s i t e i t en s n e l h e i d s -gradiënt wèl een r o l . Vaak kan e c h t e r de v i s c o s i t e i t v e r w a a r l o o s b a a r k l e i n v e r o n d e r s t e l d worden. Dan w o r d t aangenomen d a t i n h e t w a t e r geen s c h u i f -s p a n n i n g e n o p t r e d e n .
4 . 3 . 3 . 2 . H y d r o s t a t i s c h e w a t e r d r u k
I n d i e n h e t w a t e r i n r u s t i s , g e l d t op een hoogte z boven een r e f e r e n t i e n i -veaü ( z i e f i g . 139) b i j een w a t e r s t a n d ( i n d i t g e v a l : e n e r g i e h o o g t e ) H boven d a t r e f e r e n t i e n i v e a u :
T /
H z p = p w * (H - z ) = p w F i g . 139. H y d r o s t a t i s c h e d r u k i n woorden: Over de v e r t i k a a l i s de d r u k l i n e a i r met de d i e p t e ( h y d r o s t a -t i s c h ) .Het w a t e r i s i n r u s t , dus h e e r s t e r een b o l d r u k s p a n n i n g s t o e s t a n d . A l s de c o n -s t r u c t i e - a f m e t i n g e n k l e i n z i j n t.o.v. de w a t e r d i e p t e , kan worden aangeno-men d a t op de g e h e l e c o n s t r u c t i e d e z e l f d e d r u k w e r k t ( z i e f i g . 140). K i e z e n we a l s c o n s t r u c t i e v o r m een b o l , dan w o r d t de c o n s t r u c t i e g e h e e l op n o r m a a l ( d r u k ) s p a n n i n g b e l a s t door h e t w a t e r , waardoor h e t c o n s t r u c t i e m a -t e r i a a l o p -t i m a a l b e n u -t w o r d -t . B e g r e n z i n g door p l a -t -t e v l a k k e n l e i d -t -t o -t buigende momenten. (Onderzeese o p s l a g t a n k s hebben v a a k m i n o f meer een b o l v o r m . )
5 pa-n n in as oir Ice I yan
Mohr-fen pHrj-t
^ ^ . \ ^^^^^^^ ^^.^^.^.^.^^-^i^<^y^t^
Ce^renxina door rechi-^ Hakken
F i g . 140. U i t w e r k i n g b o l d r u k s p a n n i n g s t o e s t a n d
Vaak z a l i n één r i c h t i n g de a f m e t i n g van een k u n s t w e r k g r o o t z i j n t.o.v.' de a f m e t i n g e n i n een v l a k l o o d r e c h t op d i e r i c h t i n g . (Denk b i j v o o r b e e l d aan l e i d i n g t u n n e l s . ) I n h e t v l a k l o o d r e c h t op de g r o o t s t e a f m e t i n g w o r d t vaak de c i r k e l v o r m aangehouden, omdat i n d i t v l a k de w a t e r d r u k p r a k t i s c h c o n s t a n t i s . F i g . 1 4 1 . Deel l e i d i n g t u n n e l S t a a t een c o n s t r u c t i e v e r t i k a a l , dan i s op e l k e h o o g t e de w a t e r d r u k r a d i a a l naar de c o n s t r u c t i e - a s g e r i c h t . (Denk b i j v o o r b e e l d aan g r a v i t y - s t r u c t u r e s . ) H i e r g e l d t v o o r de b e l a s t i n g door g o l -ven o v e r i g e n s h e t z e l f d e a l s b i j h e t v o o r b e e l d van f i g . 137 v o o r w i n d g o l d : De c o n s t r u c t i e moet i n a l l e h o r i z o n t a l e r i c h t i n g e n " e v e n s t e r k z i j n " . ( Z i e f i g . 142.) F i g . 142. Ontwerp PTT- e i l a n d
Voor c o n s t r u c t i e s d i e door ( h y d r o s t a t i s c h e ) w a t e r d r u k worden b e l a s t en d i e i n één r i c h t i n g een g r o t e a f m e t i n g hebben t.o.v. de b e i d e a n d e r e r i c h t i n g -en, i s vaak de c i l i n d e r v o r m u i t m a t e r i a a l e c o n o m i s c h oogpunt een l o g i s c h e o p l o s s i n g .
4 . 3 . 3 . 3 . Opwaartse waterdruk
Een v o o r w e r p , gedompeld i n een medium ( w a t e r ) , o n d e r v i n d t een o p w a a r t s e k r a c h t ( o p d r i j v i n g ) , g e l i j k aan h e t g e w i c h t v a n h e t v e r p l a a t s t e medium.
(Wet van Archimedes)
Voor h e t e e r d e r behandelde v o o r b e e l d v o o r 1 m' zand ( z i e p a r a g r a a f 4.3.2.) v o l g t h i e r u i t , d a t h e t " s c h i j n b a a r g e w i c h t " van 1 m' zand ( m e t een p o -riënvolume v a n 40?) g e l i j k i s aan 10 kN, n a m e l i j k :
E i g e n g e w i c h t 20.000 N ( b e r e k e n d i n p a r a g r a a f 4.3.2.)
O p w a a r t s e k r a c h t 10.000 N (p^^ * g * V = 1000 * 9,81 * 1 = 1 0.000 N) S c h i j n b a a r g e w i c h t 10.000 N
Reeds e e r d e r i s een v e r v a l kerende c o n s t r u c t i e beschouwd ( z i e p a r a g r a a f
4 . 3 . 2 . ) . A f h a n k e l i j k van de p l a a t s van de a f d i c h t i n g moet de o p w a a r t s e k r a c h t a l s g e v o l g van w a t e r d r u k aan de z i j d e van de hoge dan w e l aan de z i j d e van de l a g e w a t e r s t a n d i n r e k e n i n g worden g e b r a c h t ( z i e f i g . 143).
T P .A
^1
A f d i c h t i n g aan z i j d e hoge w a t e r s t a n d A f d i c h t i n g aan z i j d e l a g e w a t e r s t a n d F i g . 143. Opwaartse k r a c h t a f h a n k e l i j k van a f d i c h t i n g s z i j d e 4 . 3 . 3 . 4 . V e r v a l I n v e l e g e v a l l e n s c h e i d t een w a t e r b o u w k u n d i g e c o n s t r u c t i e t w e e ( g r o n d ) w a -t e r n i v e a u s . De c o n s -t r u c -t i e k e e r -t dan een v e r v a l . De r e s u l -t e r e n d e b e l a s -t i n g door w a t e r d r u k op h e t o o n s t r u c t i e d e e l dat de k e r e n d e f u n c t i e v e r v u l t , w o r d t gevonden a l s h e t v e r s c h i l van de w a t e r d r u k k e n ( z i e f i g . 1^4). r r
1'
Keren van v e r v a l H y d r o s t a t i s c h e d r u k v e r d e l i n g R e s u l t e r e n d e b e l a s t i n g F i g . 1 4 4 . B e l a s t i n g a l s h e t v e r s c h i l van w a t e r d r u k k e n De r e s u l t e r e n d e b e l a s t i n g i s f o r m e e l t e s c h r i j v e n a l s : H L " R R = K , - KR = ƒ p * g * h « dh - ƒ p„ * g * h * dhHet a a n g r i j p i n g s p u n t van de r e s u l t e r e n d e b e l a s t i n g t.o.v. een w i l l e k e u r i g e as ( b i j v o o r b e e l d door O ( z i e f i g . 143) en s a m e n v a l l e n d met de bodem i n h e t v l a k van t e k e n i n g , w o r d t gevonden door h e t s t a t i s c h moment van de r e s u l t e rende d r u k f i g u u r t.o.v. deze as t e d e l e n door h e t o p p e r v l a k v a n de d r u k f i -guur : H H p„ * g * h^ * dh - / p„ * g * h^ * dh O O a = ^ ^ ^ ^ R De b e l a s t i n g e n op h e t v e r v a l - k e r e n d e o o n s t r u c t i e d e e l d i e n e n t e worden o v e r g e d r a g e n naar de o p l e g g i n g e n daarvan. A f h a n k e l i j k v a n de vorm v a n h e t k e r e n d e o o n s t r u c t i e d e e l t r e d e n d a a r b i j d r u k - o f t r e k s p a n n i n g e n e n / o f mo-menten i n d i t o o n s t r u c t i e d e e l op. A l s e e r s t e beschouwen we een k e r e n d o o n s t r u c t i e d e e l , u i t g e v o e r d a l s v l a k k e p l a a t ( h e f d e u r i n g e s l o t e n t o e s t a n d , r o l d e u r idem, e t c . z i e p a r a g r a a f 4.4.4.) a l s a f g e b e e l d i n f i g . 145. F i g . 145. K e r i n g met o p l e g g i n g e n aan de z i j k a n t e n U i t f i g . 145 z a l d u i d e l i j k z i j n , d a t i n h e t a f s l u i t m i d d e l buigende momen-t e n o p momen-t r e d e n .
Het t o e p a s s e n van gebogen v l a k k e n maakt h e t m o g e l i j k , de b e l a s t i n g e n a l s g e v o l g van v e r v a l geheel a l s d r u k s p a n n i n g e n ( a l s b i j d a l a f s l u i t i n g e n ) o f a l s t r e k s p a n n i n g e n ( s t u w e n i n Neder R i j n en Lek) naar de o p l e g g i n g e n o v e r t e b r e n g e n . ( Z i e f i g . 146 en f i g . 147.)
Scheve p r o j e c t i e H o r i z o n t a l e doorsnede werkende k r a c h t e n
F l g . 146. D a l a f s l u i t i n g a l s drukboog
Scheve p r o j e c t i e H o r i z o n t a l e doorsnede E l e m e n t a i r e l e m e n t j e met de erop werkende k r a c h t e n a l s g e v o l g van F i g . 147. Stuwen i n Neder R i j n en Lek w a t e r d r u k A l s overgangsvorm t u s s e n de v l a k k e k e r i n g en de drukboog kan de p u n t d e u r ( w e r k e n d a l s d r i e ~ s c h a r n i e r - s p a n t ) beschouwd worden. De o v e r s p a n n i n g (en daarmee h e t moment) w o r d t t.o.v. de v l a k k e p l a a t ( f i g . 145) v e r k l e i n d ( m i t s de t o t a l e o v e r s p a n n i n g g e l i j k i s ) . I n e l k e deur w o r d t een d r u k k r a c h t ( s p a t k r a c h t ) opgeroepen door de b e l a s t i n g ( z i e f i g . 148). Ook p u n t d e u r e n hebben de n e i g i n g " o p e n t e k r u l l e n " , n e t a l s de v l a k k e p l a a t .
P u n t d e u r e n met k r a c h t s v e r d e l i n g " O p e n k r u l l e n " van p u n t d e u r e n F i g . 148. Puntdeuren
4. 3 . 3. 5 . Stromingskracht i n p e r s a n e n t e stroming
U i t b e r e k e n i n g e n v o l g e n s de p o t e n t i a a l t h e o r i e v o l g t , dat op een l i c h a a m i n een e e n p a r i g e s t r o m i n g door d i e s t r o m i n g geen k r a c h t w o r d t u i t g e o e f e n d (paradox van d ' A l e m b e r t ) . Voor een r e c h t e c i r k e l c i l i n d e r ( o n e i n d i g l a n g i n de r i c h t i n g l o o d r e c h t op h e t v l a k van t e k e n i n g ) i s de s t r o m i n g e n de d r u k v e r d e l i n g v o l g e n s de p o t e n t i a a l t h e o r i e aangegeven i n f i g . 149.
S t r o m i n g r o n d een c i l i n d e r D r u k v e r d e l i n g r o n d c i l i n d e r + = d r u k - = t r e k F i g . 149. S t r o m i n g en d r u k v e r d e l i n g v o l g e n s p o t e n t i a a l t h e o r i e
De paradox van d ' A l e m b e r t kan worden v e r k l a a r d u i t h e t f e i t , d a t v i s c o s i -t e i -t en w r i j v i n g v e r w a a r l o o s d z i j n . •* B i j l a g e s t r o o m s n e l h e d e n kan de r e s u l t e r e n d e k r a c h t worden v e r k l a a r d u i t de h u i d w e e r s t a n d ( w a n d w r i j v i n g ) . De g r e n s l a a g ( s t r o m e n d e d e e l t j e s v l a k b i j het s t a r r e l i c h a a m ) i s h i e r b i j l a m i n a i r . •* B i j v e r d e r o p v o e r e n van de s t r o o m s n e l h e i d v o l g e n de s t r o o m l i j n e n h e t l i c h a a m n i e t meer. De g r e n s l a a g b l i j f t l a m i n a i r . De s t r o m i n g s w e e r s t a n d w o r d t nu v o o r n a m e l i j k b e p a a l d door de vorm van h e t l i c h a a m ( v o r m w e e r — s t a n d ) . ( Z i e f i g . 150.) S t r o m i n g r o n d een D r u k v e r d e l i n g b i j l a m i - Zog a c h t e r c i l i n d e r c i l i n d e r met wand- n a i r e g r e n s l a a g w r i j v i n g F i g 150. L a m i n a i r e s t r o m i n g r o n d een c i l i n d e r
ZS
> A l s de s t r o o m s n e l h e i d nog v e r d e r w o r d t o p g e v o e r d , w o r d t de g r e n s l a a g t u r b u l e n t en h e t l o s l a a t p u n t van de s t r o o m l i j n e n v e r p l a a t s t z i c h s t r o o m a f -w a a r t s . De o n d e r d r u k aan de a c h t e r z i j d e van de c i l i n d e r neemt h i e r d o o r a f , w a a r d o o r ook de r e s u l t e r e n d e k r a c h t op de c i l i n d e r a f n e e m t ( z i e f i g . 1 5 1 ) . D r u k v e r d e l i n g b i j t u r - Zog a c h t e r c i l i n d e r b u l e n t e g r e n s l a a g F i g . 151. T u r b u l e n t e s t r o m i n g r o n d c i l i n d e r N . B . I s h e t a a n g e s t r o o m d e l i c h a a m k a n t i g , dan i s h e t l o s l a a t p u n t v a n de s t r o o m l i j n e n g e f i x e e r d en t r e e d t h e t s t r o o m a f w a a r t s v e r p l a a t s e n van h e t l o s l a a t p u n t n i e t op.
U i t h e t voorgaande b l i j k t , dat de r e s u l t e r e n d e k r a c h t op een l i c h a a m i n s t r o m i n g a l l e e n u i t m e t i n g e n kan w o r d e n b e p a a l d ( w i n d t u n n e l p r o e v e n v o o r a u t o ' s en v l i e g t u i g e n ) . De r e s u l t e r e n d e k r a c h t b i j t u r b u l e n t e s t r o m i n g i s e v e n r e d i g met h e t k w a d r a a t van de s n e l h e i d van h e t s t r o m e n d e medium:
K = CQ X 1/2 X p X u^ X A w a a r i n : K = r e s u l t e r e n d e k r a c h t per m^ op h e t l i c h a a m ( N ) p = m a s s a d i c h t h e i d van de v l o e i s t o f (kg/m') u = v l o e i s t o f s n e l h e i d van de o n g e s t o o r d e s t r o o m (m/s) A = a a n g e s t r o o m d e o p p e r v l a k van de d w a r s d o o r s n e d e van h e t l i c h a a m l o o d r e c h t op de s t r o m i n g s r i c h t i n g (m^)
Cp= weerstandscoëfficiënt, a f h a n k e l i j k van de vorm van h e t l i c h -aam, de r u w h e i d d a a r v a n , de s t r o o m s n e l h e i d , een kenmerkende a f m e t i n g van h e t l i c h a a m ( v o o r een c i l i n d e r : de d i a m e t e r ) en de k i n e m a t i s c h e v i s c o s i t e i t van de v l o e i s t o f : v. Deze l a a t s t e h a n g t met de i n p a r a g r a a f 4.3.3.1. g e d e f i n i e e r d e d y n a m i s c h e v i s c o s i t e i t n samen v o l g e n s : v = n/p.
De p a r a m e t e r s u, d en v kunnen worden gecombineerd t o t h e t R e y n o l d s g e t a l : Re = ( d i m e n s i e l o o s )
V
Een g r a f i e k van Cj^ a l s f u n c t i e van h e t R e y n o l d s g e t a l v o o r d i v e r s e v o r m e n i s g e g e v e n i n f i g . 152.
. . \ A ; \ V \\ \ \ \ sNs. s \ \y. s \ \y. s \ \y. F i g . 152. Weerstandscoëfficiënt a l s f u n c t i e v a n h e t R e y n o l d s g e t a l . Als de g r e n s l a a g t u r b u l e n t w o r d t , z u l l e n i n h e t zog a c h t e r h e t l i c h a a m w e r -v e l s o n t s t a a n . A l s dan de s t r o o m s n e l h e i d -v o l d o e n d e g r o o t i s , z u l l e n deze w e r v e l s a l t e r n e r e n d l o s l a t e n ( v o r t e x s h e d d i n g , w e r v e l s t r a a t van Von Karman).
F i g . 153. W e r v e l g r o e i en v o r t e x s h e d d i n g
B i j scheve a a n s t r o m i n g van een l i c h a a m , g e c o m b i n e e r d met v o r t e x s h e d d i n g , z a l op h e t l i c h a a m een i n de t i j d variërende k r a c h t worden u i t g e o e f e n d l o o d r e c h t op de s t r o o m r i c h t i n g . Deze zogenaamde l i f t k r a c h t Kj^ kan geschre-ven worden a l s :
Kj_^ = CL X V 2 X p X A X s i n ( 2 T r f t ) w a a r i n : f = l o s l a a t f r e q u e n t i e v a n de w e r v e l s
C ^ = liftcoëfficiënt, a f h a n k e l i j k van o.a. de r i c h t i n g van de a a n s t r o m i n g ( z i e f i g . 154) en de t u r b u l e n t i e g r a a d van de s t r o -ming. De o v e r i g e p a r a m e t e r s z i j n v e r k l a a r d b i j de f o r m u l e v o o r de weerstandscoëfficiënt. tiic,4 r a l O 10 O Overgenomen u i t : B.J. V i c k e r y , Load f l u c t u a t i o n s v i a t u r b u l e n t f l o w , Proc. A S C E 94 E M I , pp. 31/46, 1968. -10 o'È O zo io so éo /o So <)0
F i g . 1 5 4 . V a r i a t i e v a n de aërodynamische liftcoëfficiënt met de aanstroomhoek.
4 . 3 . 3. 6 . N i e t — permanente stromingsdruk ( g o l f b e l a s t i n g ) 4 . 3 . 3 - 6 . 1 . I n l e i d i n g B i j g o l f b e l a s t i n g e n d i e n t o n d e r s c h e i d t e worden gemaakt t u s s e n b e l a s t i n g door l a n g e g o l v e n ( v e r t i k a l e v e r s n e l l i n g e n i n h e t w a t e r v e r w a a r l o o s b a a r ) en door k o r t e g o l v e n ( v e r t i k a l e v e r s n e l l i n g e n n i e t v e r w a a r l o o s b a a r ) . N.B. Op g o l f k l a p p e n ( s t o o t b e l a s t i n g ) w o r d t i n p a r a g r a a f 4.3.3.6.4. nader i n g e g a a n . B e l a s t i n g door l a n g e g o l v e n ( h o o g w a t e r g o l v e n op r i v i e r e n , g e t i j g o l v e n op zee en i n e s t u a r i a ) w o r d t m e e s t a l i n r e k e n i n g g e b r a c h t a l s een s t a t i s c h e b e l a s t i n g . Op e l k t i j d s t i p w o r d t de k r a c h t op de c o n s t r u c t i e beschouwd a l s ware de b e l a s t i n g op d a t t i j d s t i p permanent aanwezig.
Met name v o o r de f u n d e r i n g d i e n t e c h t e r wèl met h e t i n de t i j d ^ w i s s e l e n d e k a r a k t e r v a n de b e l a s t i n g r e k e n i n g gehouden t e worden om h e t " r o c k i n g v e r s c h i j n s e l (heen en weer k a n t e l e n ) t e kunnen b e s c h r i j v e n a l s g r e n s t o e -s t a n d ( z i e f i g . 1 5 5 ) .
A a n v a n g s s i t u a t i e Heen en weer k a n t e l e n door M o g e l i j k r e s u l t a a t na w i s s e l i n g van de b e l a s t i n g s - e n i g e g e t i j c y c l i r i c h t i n g F i g . 155. " R o c k i n g " B e l a s t i n g door k o r t e g o l v e n w o r d t m e e s t a l a l s een s e m i - s t a t i s c h e b e l a s t i n g o p g e v a t . I n h e t n a v o l g e n d e z u l l e n twee e e n v o u d i g e g e v a l l e n worden b e s p r o k e n ; De b e l a s t i n g op een o n e i n d i g l a n g e wand en de b e l a s t i n g op een s l a n k e c o n s t r u c -t i e .
1.3.3.6.2. B e l a s t i n g d o o r k o r t e g o l v e n op e e n l a n g e wand, w a a r b i j de g o l v e n l o o d r e c h t op d e wand i n v a l l e n
Een v l a k k e v e r t i k a l e wand z a l de g o l v e n v o l k o m e n r e f l e c t e r e n , waardoor vóór de wand een s t a a n d e g o l f o n t s t a a t . Golven z i j n i n de n a t u u r n i e t z u i v e r s i n u s v o r m i g . Vaak w o r d t a l s w i s k u n d i g e b e s c h r i j v i n g de trochoïde g e b r u i k t . Een trochoïde i s de baan d i e een p u n t v a n de v o e r s t r a a l v a n een c i r k e l b e s c h r i j f t , a l s de c i r k e l w e n t e l t l a n g s een r e c h t e ( z i e f i g . 156).
F i g . 156. T r o c h o l d e g o l f
U i t g a a n d e van deze g o l f v o r m h e e f t S a i n f l o u (Annale des Ponts e t Chaussées, 19 28) een b e n a d e r i n g v o o r de d r u k k e n over de h o o g t e v a n een wand a f g e l e i d , a l s weergegeven i n f i g . 157. j. , G o l f h o o g t e H ( h o o g t e aankomende g o l f ) ho = ïil_coth£lH G o l f l e n g t e L L L V o l l e d i g e t e r u g k a a t s i n g „o c o s h ^ l D L P i = PwSH
F i g . 156. Quasie s t a t i s c h e b e l a s t i n g op een v e r t i k a l e wand
De s c h u i f aan de z e e z i j d e van de H a r i n g v l i e t s l u i z e n k e e r t n i e t de v o l l e g o l f
-h o o g t e . De g o l f b e l a s t i n g i s door de g e r i n g e r e -h o o g t e g e r e d u c e e r d ( z i e f i g . 1 6 0 . ) .
