B"üv- C Ü : P-
M i W ij
5
. UJ
Bijvoegsel hij rapport: Afsluiting Volkerak: Vormgeving wintersluitgat.
l.L. M 8?8 Deel II
Dit rapport geeft de resultaten van het onderzoek met betrekking tot:
1. De vormgeving van het wintersluitgat.
De proeven sluiten aan op die welke in M 581 werden verricht en waarover wordt gerapporteerd in het verslag M 5^1 - Deel I 2. De stroorabestendigheid van de steen op de drempel.
De gewichtsverdeling van de steen wordt gegeven op fig.3» het soortelijk gewicht van het materiaal bedraagt 2650 kg/m3.
Voor een samenvatting van de resultaten wordt verwezen naar blz.20»
3. De uitgebreidheid van de bodembescherming.
Met de resultaten van het onderzoek zowel als met de toege- paste tijdschalen kan worden ingestemd. De ontgrondingen zijn aan de ongunstige kant als gevolg van het ontbreken van de
"bovenaanvoer" van bodemmateriaal in het model.
•s-Gravenhage, 2 juni 1969-
(ir. F. Spaargaren)
A f s l u i t i n g Volkerak
Deel I I
Vormgeving wint er s l u i t g a t
Verslag modelonderzoek
Ü 8 L Ï O T H EÊ.K Hfemst Weg- en Waterbouwkunde Postbus 5044, 2600 GA DELFT
- 5 SEP. 1991 M 878
a p r i l 1969
INHOUD
blz.:
1. Inleiding
1.1. Opdracht 1 1.2. Aard van het modelonderzoek 1
1.3. Gegevens 2 2. Conclusies 4 3. Model
3.1. Schalen 7 3.2. Grenzen en constructie 8
3.3. Meetmethoden ., 8 4. Instellen van het model en overzicht van de verrichte proeven 10
5. Onderzoek vormgeving van het wintersluitgat
5.1. Inleiding 13 5.2. Vormgeving van het damvak Maltha 13
5.3. Plaats van de landhoofden 14 5.4. Afsluiting van de Geul van Maltha 16
5.5. -Samenvatting van de resultaten 16 6. Onderzoek stabiliteit stortsteen voor drempelconstructie
6.1. Overzicht van de verrichte proeven 17
6.2. Omschrijving en werkwijze 17 6.3. Vergelijking met eerder verrichte proeven 19
6.4. Samenvatting van de resultaten 20
7.2. Bodemverdediging hoekoplossingen 22 7.2.1. Bodemverdediging nabij de Zuidwesthoek van het sluitgat. 22
7.2.2. Bodemverdediging nabij de Zuidoosthoek van het sluitgat. 23 7.2.3. Bodemverdediging nabij de Noordoosthoek van het sluitgat 23 7.2.4. Bodemverdediging nabij de Noordwesthoek van het sluitgat 24
7.3. Ontgronding tengevolge van tweedimensionale stroming 24
7.4. Invloed van de voorspelde bodem 25 7.5» Kwantitatieve beschouwingen over de ontgronding 25
7.5-1» Tweedimensionale ontgronding 25
7«5«2. Driedimensionale ontgronding 28
7.6. Samenvatting van de resultaten 29
FIGUREN
1. Situatie.
2. Overzicht detailmodel.
3. Samenstelling lichte stortsteen.
4. Afmetingen caisson.
5. Overzicht gebruikte peilkaarten. Situatie 1963-1964»
6. TO vloed. Stroombanen.
7. TO vloed. Snelheidsverdeling raaien S1 en B.
8. TO* vloed. Stroombanen.
9. TO' vloed. Snelheidsverdelingen raaien PQ en B.
10. TO' vloed. Snelheidsverdelingen raaien 300 m noord en 300 m zuid van S1.
11. Overzicht gebruikte peilkaarten. Situatie 1966.
12. T100. Snelheidsverdelingen raaien A1, S1 en B.
13. T100. Snelheidsverdelingen voor kribben 3 en 2.
14. Bodemligging situatie zonder drempel.
15. Bodemligging situatie met drempel (voorspelde bodem).
16. T104 eb. Snelheidsverdeling raaien A1 en PQ.
17. T200. Overzicht gebruikte peilkaarten.
18. T200 vloed. Snelheidsverdeling raaien B en PQ.
19. T200 vloed. Snelheidsverdeling raaien A1 en B.
20. T200 vloed. Snelheidsverdeling raaien A1 en PQ.
21. Diverse vormen damvak Maltha.
Ontgrondingsbeeld na 8 uur stromen.
22. T13. Krib niet ingekort.
23. T14. Krib 75 m ingekort.
24. TI5. Krib 45 m ingekort.
25. T16. Krib 25 m ingekort.
26. T17. Krib 45 m ingekort; Oostelijk landhoofd 45 m verschoven.
27. T101, T102. Stroombanen voor en na de afsluiting van de Geul van Maltha 28. Sluitgat met situering caissons.
29. Stabiliteitsonderzoek drempel. Situering gekleurde stroken.
30. Aantal verplaatste stenen 60/300 kg na 1 uur stromen model.
33.
34.
35- 36.
37.
38.
39.
40.
41.
T109 eb.
T201 vloed.
T203 vloed.
T204 vloed.
T205 eb.
T206 e"b.
T106 eb.
T108 eb.
T110 eb.
Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q = Q =
6500 m 3 /s.
11700 m 3 /s.
11350 m 3 /s.
11300 m 3 /s.
6100 m 3 /s.
7800 m 3 /s.
7400 m 3 /s.
7600 m 3 /s.
7400 m 3 /s.
Waterstand N.A.P.
Waterstand N.A.P.
Waterstand N.A.P.
Waterstand N.A.P.
Waterstand N.A.P.
Waterstand N.A.P.
Waterstand N.A.P.
Waterstand N.A.P.
Waterstand N.A.P.
-
+ + +
-
- - -
1,50 m.
1,35 m.
1,35 m.
1,35 m.
1,00 m.
1,50 m.
1,50 m.
1,50 m.
42. Overzicht ontgrondingsproeven wintersluitgat.
Ontgrondingsbeeld na 7 uur stromen. Eb.
43. T111.
44. T112.
45. T113.
46. T114.
47. T115.
48. T116.
49. T117.
50. T118.
51. T119.
52. Overzicht ontgrondingsproeven wintersluitgat.
Ontgrondingsbeeld na 7 ™ir stromen. Vloed.
53. T207.
54. T208.
55. T209.
56. T210.
57. T211.
58. T121. Eb.
59. T212. Vloed.
60. Bodemverdediging wintersluitgat.
61. Notatie ontgrondingskuil. Verband u krit - diameter.
62. Bepaling t __ voor tweedimensionale ontgronding.
63. Tweedimensionale ontgronding.
64. Tijd- ontgrondingslijn (tweedimensionaal).
65. Tijd- ontgrondingslijnen (driedimensionaal) N.0.hoek sluitgat.
66. Bepaling t „_ voor driedimensionale ontgronding.
1. T13. Stroombeeld-vloed bij oorspronkelijke kriblengte.
2. T17. Stroombeeld vloed bij 45 m ingekorte krib en opgeschoven bouwput.
3. T101. Open Geul van Maltha. Ebstroom.
4. T102. Afgesloten Geul van Maltha. Ebstroom.
5. T11. Vloedstroom.
6. T12. Vloedstroom.
7. T103. Ebstroom.
8. T119. Ebstroom.
9. T106. Overzicht sluitgat.
10. T205. Ebstroom. Laatste caisson gereed voor indraaien.
11. T108. Stroombeeld in sluitgat. Ebstroom.
12. T119. Stroombeeld eb bij Hellegatdam.
13. T119. Stroombeeld eb bij damvak Maltha.
14. T207. Stroombeeld vloed bij Hellegatdam.
15. T207. Stroombeeld vloed bij damvak Maltha.
16. T212. Stroombeeld vloed bij Hellegatdam.
17. T212. Stroombeeld vloed bij .damvak Maltha.
- 1 -
Afsluiting Volkerak Vormgeving wintersluitgat
1. Inleiding
1.1. Opdracht
In brief nr. 54-11 d.d. 23 juni 1965 werd door de Waterloopkundige Afde- ling van de Deltadienst van de Rijkswaterstaat, aan het Waterloopkundig Laboratorium opdracht verleend tot het verrichten van een modelonderzoek in een detailmodel van het gebied in de onmiddellijke omgeving van het tracé van het sluitgat in de Volkerakdam (fig. 1).
Het model werd gebouwd in een bestaande modelruimte in het Laborato- rium De Voorst. De bouw werd voltooid in mei 1965»
Het onderzoek stond achtereenvolgens onder leiding van ir. J. van der Weide en ir. A. Boogaard, welke laatste tevens dit verslag samenstelde.
1.2. Aard van het modelonderzoek
Het onderzoek in het detailmodel van het Volkerak is gericht op een nadere detaillering van het sluitgat en de te volgen werkwijze. Het onder- zoekprogramma werd in onderling overleg tussen de Waterloopkundige Afdeling van de Deltadienst en het Waterloopkundig Laboratorium vastgesteld en om- vatte de volgende onderwerpen:
a) de vormgeving van het wintersluitgat
b) de stabiliteit van de stortsteen op de drempel
c) de uitgestrektheid van de bodemverdediging voor het wintersluitgat d) de plaatsingsvolgorde der caissons
e) de uitgestrektheid van de bodemverdediging in verband met ontgrondingen tijdens de sluitingprocedure
f) afmeer- en invaarmanoeuvres.
Omdat reeds in een vroeg stadium gegevens beschikbaar moesten komen
over de te gebruiken stortsteen op de drempel, zijn de resultaten van het
onderzoek, dat hierop betrekking had'verzameld in het verslag "Afsluiting
Volkerak, deel I, Stroombestendigheid sluitgatdrempel". Later zijn aanvul- lende proeven verricht voor het onderzoek naar de stabiliteit van de stort- steen op de drempel.
In dit verslag (deel II) wordt het onderzoek beschreven met betrekking tot:
1. De vormgeving van het wint er sluitgat. Hit houdt in: de plaats van de landhoofden, de hoogte van de drempel en de vormgeving van de oevers ter weerszijden van het sluitgat. Dit onderzoek, waarbij de optredende ont-
grondingen als kriterium zijn gehanteerd, moet worden gezien als een aan- vulling op het reeds in het overzichtsmodel M 581 verrichte onderzoek, waarbij als kriterium het stroombeeld en de grootte van de optredende
stroomsnelheden werden aangehouden.
2. De stroombestendigheid van de materialen voor de drempel (aanvullend onderzoek).
3. Lengte van de bodembescherming ter weerszijden van de drempel.
De proeven, betrekking hebbend op de ontgrondingen tijdens de sluitings- fasen zullen worden behandeld in deel III en de afmeer- en invaarmanoeuvres in deel V.
Het onderzoek met betrekking tot de wind- en stroomweerstand van de caissons wordt in deel I? omschreven.
1.3« Gegevens
Bij het onderzoek is uitgegaan van een sluiting met behulp van doorlaatcaissons, waarbij de bovenkant van de drempel op N.A.P. - 7 m
is gelegen. De as van de drempel ligt ongeveer ter hoogte van het zui- delijk hoofd van de Volkeraksluizen.
De ontworpen breedte van het sluitgat bedroeg oorspronkelijk on- geveer 65O m. Het westelijke landhoofd komt hierbij nabij de Hellegat- dam, het oostelijke landhoofd op de rand van de Plaat van Maltha waarop van te voren een damvak gebouwd wordt dat ook de Geul van Maltha afsluit.
De bodemligging is aanvankelijk aangebracht volgens die welke in
het prototype optrad; later werd een bodem ingebouwd, waarvan werd ver-
wacht dat deze zal zijn ontstaan na de bouw van het damvak Maltha en de
-3-
drempel voor het wintersluitgat (voorspelde "bodem).
Stroomsnelheidsverdelingen en debieten welke als instelgegevens dienden, werden respectievelijk verkregen uit prototypemetingen, het overzichtsmodel M 5^1 en "berekeningen van de Waterloopkundige Afdeling van de Deltadienst.
Bij de gedetailleerde "beschrijving van het onderzoek wordt nader
ingegaan op de "bodemligging en de instelgegevens.
2. Conclusies
1. Het inkorten van de krib, die bij de Hellegatdam als aanzet voor het landhoofd moet dienen, over een afstand van 45 m » waarbij tevens het damvak Maltha 39 m westwaarts wordt uitgebreid ten opzichte van het oorspronkelijke plan voor de vormgeving van het wintersluitgat, geeft een vermindering van de ontgronding nabij de Hellegatdam ten opzichte van de situatie waarbij geen kribverkorting wordt toegepast. De ver- korting van de krib die wordt geadviseerd maakt aanpassing van de naar
de Hellegat oplopende bodem noodzakelijk.
2. Het damvak Maltha kan worden uitgevoerd als een bouwput, die aanvan- kelijk nog dienst doet als werkhaven met de opening aan de N.0.-zijde.
Afsluiting van de Geul van Maltha op 65O m ten noordoosten van raai S1 voorkomt dat bij eb in de haven hinderlijke stroom optreedt.
Verbreding van de kop van het damvak Maltha tot de vorm zoals gegeven in figuur 21C heeft tot gevolg dat zowel de eb- als de vloedstroom de kop volgen tot op de drempel, hetgeen gunstig is ter voorkoming van mogelijke aanzanding op de drempel.
3. Uit het onderzoek blijkt dat de plaats waar de laatste opening tussen de doorlaatcaissons in het sluitgat zal worden gesitueerd geen in- vloed heeft op het kritieke debiet waarbij de stabiliteit van de stort- steen van de drempelconstructie verloren gaat.
4. Het kritieke debiet voor het drempelmateriaal is bij de situatie
waarbij nog 1 caisson moet worden geplaatst in sterke mate afhankelijk van de waterstand. Bij waterstanden van N.A.P. 4- 1,35 m i N.A.P. - 1,00 m en N.A.P. - 1,50 m bedragen de kritieke debieten voor deze situatie res- pectievelijk 11450 m /s, 7500 m /s en 6450 m /s. Indien nog twee caissons moeten worden geplaatst is het kritieke debiet ca. 15% hoger.
5. Indien de laatst te plaatsen caisson gereed ligt voor indraaien in het
sluitgat is het kritieke debiet ca 20$ lager dan voor de situatie waar-
bij de laatste drijvende caisson niet aanwezig is.
-5-
6. Voor de situatie waarbij nog 1 caisson moet worden geplaatst treden bij het kritieke debiet snelheden in het sluitgat op van ca. 5>5 &
6 m/sec.
7. Ontgrondingen bij het wintersluitgat treden voornamelijk op bij de N.0. en Z.W. hoek van het sluitgat indien behalve de bodemverdedi- ging tot 100 m uit de as van de drempel geen extra verdediging wordt aangebracht.
In dit geval werden in het model ontgrondingskuilen gevormd tot een diepte overeenkomend met ca. N.A.P. - 20 m in het prototype na 7 uur stromen in het model.
Uitbreiding van de bodemverdediging zoals deze wordt geadviseerd (zie figuur 60) heeft een aanzienlijke vermindering van de ontgron- ding tot gevolg.
8. De ontgrondingen die bij het wintersluitgat optreden bij de N.0. en Z.W. hoek van het sluitgat zijn voor de situatie met een bodemverde—
diging tot 100 m uit de as ernstiger dan die bij de N.0. en Z.W.
hoek, waar ontgrondingen reiken tot een diepte van ca. N.A.P. - 16 m na 7 uur stromen in het model.
Vermindering van de ontgronding kan daar worden bereikt door een uit- breiding van de bodemverdediging, zoals is weergegeven op figuur 60.
9. De ontgronding in het gebied met tweedimensionale stroming moet bij een lengte van de bodemverdediging van 100 m ter weerszijden van de as van het sluitgat toelaatbaar worden geacht.
Vermindering van lengte van de bodemverdediging tot 80 m geeft aan- leiding tot een iets steiler talud benedenstrooms van de rand van de bodemverdediging, zodat een lengte van 100 m wordt geadviseerd.
10. Op grond van modelonderzoek en berekeningen worden na een half jaar
in het tweedimensionale gebied in het prototype ontgrondingen ver-
wacht die reiken tot een diepte van ca. N.A.P. - 16 m.
11. Voor de ontgronding ter plaatse van de noordoosthoek van het sluitgat
nabij het damvak Maltha geldt naar verwachting een tijdschaal van 1
uur stromen model ( n- = 3.2),= 45 dagen. Voor het verloop der ontgron-
ding zie figuur 65.
- 7 -
3- Model
3.1. Schalen
In verband met de vereiste meetnauwkeurigheid en de wenselijkheid om in het detailmodel ook kwantitatief uitspraken te kunnen doen omtrent optredende ontgrondingen is besloten tot een niet-samengetrokken model op schaal 50 (lengteschaal n = 50, diepteschaal n, = 50). Voor het in- stellen van het model en voor het onderzoek naar de stroombestendigheid van de drempel is de snelheidsschaal volgens de modelregel van Froude aangehouden (n =\J\ =\|50 ) . De bijbehorende debietschaal bedraagt n Q = n*/l= 17700.
Voor het onderzoek naar de stabiliteit van de stortsteen op de drempel is het nodig vast te stellen of het begin van aantasting op schaal wordt weergegeven. Bij het in beschouwing zijnde onderzoek is het begin van aantasting zeker niet meer afhankelijk van het wandgetal van Reynolds aangezien de aantasting hier plaatsvindt in een wervel- straat, zodat mag worden verwacht dat de stromingscondities met die in het prototype overeenstemmen.
In het prototype bestaat de bodem overwegend uit fijn zand
(d = 200 u ) . Ten behoeve van het onderzoek naar de te verwachten uit—
x m '
schuringen benedenstrooms van de bodemverdediging is plaatselijk bakeliet als erodeerbaar materiaal aangebracht. De keuze tussen grof en fijn bakeliet hangt samen met de variatie in tijdschaal in het model, welke zijn oorzaak vindt in de variërende snelheden in het dwarsprofiel.
Een berekening heeft aangetoond dat het verschil tussen grof en fijn bakeliet niet groot is„ Om praktische redenen is de keuze gevallen op grof bakeliet (d = 1900 u en p = 1350 kg/m ) .
Bij proeven met het wintersluitgat bleek dat na 7 uur stromen een duidelijke ontgronding werd gevonden indien de snelheidsschaal n = 3,2 bedroeg. In vergelijking met de snelheidsschaal volgens Froude is de
snelheid dus ruim tweemaal overdreven.
Hierdoor worden de verhangen te groot waardoor bovenstrooms te grote
diepten ontstaan. Hierdoor kan de aanstroming, vooral bij sterke varia-
tie in de diepten over het dwarsprofiel, verstoord worden.
In het model is gebruik gemaakt van de mogelijkheid eventuele afwijkingen als gevolg van het overdrijven van de snelheidsschaal te corrigeren met behulp van het stroomverdelend rooster aan de bovenstroomse zijde van het model.
Voor de berekening van de tijdschaal van de ontgrondingen wordt verwezen naar 7»5»
3.2. Grenzen en constructie
In het model wordt een deel van het Midden-Hellegat weergegeven ter lengte van ongeveer 1000 m ter weerszijden van het tracé van de afslui- ting. In figuur 1, zijn de grenzen van het model aangegeven. Tevens zijn in deze figuur de grenzen van het overzichtsmodel van het Volkerak (M 5^1) aangegeven.
Op figuur 2 is een overzicht gegeven van het gedeelte in de onmid- dellijke omgeving van het sluitgat, dat in het detailmodel is weergegeven.
In het model kan slechts een permanente ebstroom of vloedstroom worden ingesteld.
De wateraanvoer vindt plaats via een automatische Romijnstuw en de water- stand wordt geregeld door middel van kleppen aan de henedenstroomse zijde van het model.
Bovenstrooms van de drempel is een vaste bodem aangebracht. In ver- band met de ontgrondingsproeven is benedenstrooms van de bodemverdediging de bodem in beweeglijk materiaal (grof bakeliet) uitgevoerd. Aansluitend aan de beweeglijke "bodem bevindt zich een bakelietvang.
De drempel is opgebouwd uit gebroken grind dat overeenkomt met lichte stortsteen (d_ n = 0,45 m » £,__ = 115 kg) i n prototype (zie figuur 3 ) .
De caissons zijn in het model van hout met tralies van kunststof.
Figuur 4 geeft een beeld van de afmetingen van het Volkerak-caisson.
3.3. Meetmethoden
Voor het meten van stroomsnelheden is voornamelijk gebruik gemaakt van
een Ottmolen. Waar de snelheid te gering of het water te ondiep was, wer-
den drijvertjes gebruikt.
-9-
Stroombeelden konden worden zichtbaar gemaakt met behulp van drij- vertjes, waarvan met lange belichtingstijden foto's werden gemaakt. Uit deze foto's zijn ook, indien de schaal en de belichtingstijd bekend zijn, de oppervlaktesnelheden te bepalen. Bij de stroombestendigheidsproeven voor de drempel werd de aantasting vastgelegd aan de hand van aantallen verplaatste gekleurde steentjes, die in diverse stroken op de drempel en de bodemverdediging waren aangebracht.
De ontgrondingen benedenstrooms van de bodemverdediging werden ge-
peild met behulp van baak en waterpastoestel.
4. Instellen van het model en overzicht van, de verrichte proeven
In de loop van het onderzoek is de instelling van het model enige malen gewijzigd naar aanleiding van gewijzigde randvoorwaarden.
De eerste serie proeven "betrof de vloed-situatie. De bodemligging in het model was hierbij aangebracht overeenkomstig de tekeningen die door de opdrachtgever werden verstrekt (zie figuur 5)»
Op 13 april 1964 werden in het prototype snelheidsmetingen uitge- voerd, aan de hand waarvan in eerste instantie het model voor vloedstro- ming werd ingesteld. Het "betreft hier een extreme vloedafvoer van 12800 m tijdens springtij met een frequentie van 3 a 4 maal per jaar.
Vastgelegd werden het stroombeeld en de snelheidsverdelingen in de raaien S. en B (zie figuur 2). De resultaten van de snelheidsverdeling zijn weergegeven in figuur 7 (T0). In de genoemde raaien zijn ook de snelheidsverdelingen in dezelfde situatie gemeten in het overzichtsmo—
del M 5 8 L (T0- verslag M 581. Afsluiting Volkerak, Vormgeving sluitgat, deel I ) .
Bij vergelijking in de figuren 6 en 7 "blijkt dat de stroombeelden en de snelheidsverdelingen in het detailmodel goed overeenstemmen met die in het prototype en het overzichtsmodel M 581.
Behalve de vergelijking van het stroombeeld met gegevens uit prototype en M 581 is voor de instelling van het model ook nog gebruik gemaakt van de mogelijkheid stroombeeld en snelheden te vergelijken in overzichts— en detailmodel voor de situatie, waarbij het damvak op de plaat van Maltha gereed is en de drempel in het sluitgat is aangebracht.
Stroombeeld en snelheidsverdelingen stemmen ook hier voor de beide modellen goed met elkaar overeen (zie figuren 8, 9 © n 10).
Met de aldus bereikte instelling werden voor de vloedstroming een
eerste serie proeven verricht voor de bepaling van de vormgeving van het
wintersluitgat en de stroombestendigheid van de sluitgatdrempel. Deze
proevenserie werd uitgevoerd met randvoorwaarden betrekking hebbend op
de toestand voor afsluiting van de Grevelingen (codering situaties tus-
sen 0 en 100). De proevenserie werd voorlopig afgesloten, nadat was ge-
-11-
bleken dat de omstandigheden in het prototype tengevolge van de afslui- ting van de Grevelingen ingrijpend waren gewijzigd. Besloten werd het model aan te passen en tegelijk geschikt te maken voor de eb-situatie.
Op 14 september 1966 werden in het prototype snelheidsmetingen uit- gevoerd. Deze leverden de snelheidsverdeling in 3 raaien A,., S. en B, aan de hand waarvan het model opnieuw werd ingesteld. De bodemligging werd aangebracht overeenkomstig de peilkaarten, die op figuur 11 staan aangegeven. Tevens is gebruik gemaakt van de gradiëntmeting die op 1 juli 1966 is uitgevoerd bij de kribben 2 en 3 van de Hellegatdam (voor situering kribben zie figuur 11). Het insteldebiet bedroeg 6000 m /s bij een water-
stand van N.A.P. - 0,30 m (ebsituatie).
Voor de verschillende delen van het onderzoek (stabiliteit drempel en ontgrondingsonderzoek) was het noodzakelijk het model met 2 verschil- lende snelheidsschalen in te stellen namelijk n = y50 en n = 3»2.
In de figuren 12 en 13 worden de snelheidsverdelingen, zoals die werden gevonden in T100 en in het prototype, vergeleken (de codering voor deze situatie met randvoorwaarden voor de situatie na afsluiting van de Gre- velingen ligt tussen 100 en 200).
Na deze instelling werden enige proeven verricht o.a. met betrekking tot de afsluiting van de Geul van Maltha (T101 t/m T103) voor de situatie zonder sluitgatdrempel (zie figuur 14). Wel was hierbij het damvak Maltha aanwezig volgens een vormgeving zoals die in M 581 was bepaald.
Vervolgens werd de drempel ingebouwd en de "bodem in de omgeving van het sluitgat hierbij aangepast volgens prognosesdie de Waterloopkundige Afdeling van de Deltadienst aan het Laboratorium verstrekte ("Voorspelde bodem", figuur 15)» Deze prognoses betroffen de veranderingen, die in de bodemligging nabij het sluitgat zullen optreden tengevolge van het bouwen van de drempel in het sluitgat. Ze waren gebaseerd op de ervaringen met de ontgrondingen, die in het Haringvliet zijn opgetreden na het bouwen van de bouwput voor de uitwateringssluizen. Het door het inbouwen van de
drempel en het damvak Maltha veranderde stroombeeld werd getoetst aan het stroombeeld in het overzichtsmodel M 581 (zie figuur 16).
Met de bovenomschreven randvoorwaarden werden proeven verricht
betreffende ontgrondingen in het wintersluitgat en de stabiliteit van
de stortsteen op de drempel (T111 t/m T120 en T105 t/m T110).
Na beëindiging van deze serie werd het model geschikt gemaakt voor de vloedstroom voor onderzoekingen met de gewijzigde randvoorwaarden.
Het model werd hierbij ingesteld aan de hand van randvoorwaarden verkre- gen uit het overzichtsmodel M 581, vormgeving sluitgat, deel I, T5) voor de toestand waarbij het damvak Maltha en het wintersluitgat gereed zijn
(fig. 15). Be voorspelde bodem was hierbij aangebracht (codering situa- ties tussen 200 en 300). Figuur 17 geeft een overzicht van de gebruikte peilkaarten.
De figuren 18, 19 en 20 tonen de snelheidsverdelingen in de raaien A1, B en PQ, zoals deze in M 5^1 werden gemeten en na instelling in M 878 werden gevonden (T200). Er bestaat een goede overeenkomst.
Een overzicht van de onderzochte toestanden en de bijbehorende randvoor- waarden wordt gegeven in onderstaande tabel.
randvoorwaarden vloed
Q m 3 /s
12800 7000
7000
i
waterstand t.o.v. HAP + 1,64 + 1,35
+ 1,35
eb
Q m 3 /s
6000
waterstand t.o.v. NAP
- 0,30
codering proeven
TO, TO»
TO - T100
T100 - T200
T200 - T300
prototypeme- ting 13-4-*64
14-9-'66
14-9-*66
- 1 3 -
5. Onderzoek vormgeving van het w i n t e r s l u i t g a t
5 . 1 . I n l e i d i n g
Voor het bepalen van de vormgeving van het sluitgat zijn zowel bij vloed als bij eb proeven verricht.
Hoewel de verschillende facetten nauw met elkaar samenhangen is het toch mogelijk een indeling van dit deel van het onderzoek te maken in de volgende onderdelen:
1. Vormgeving van het damvak Maltha.
2. Plaats van de landhoofden.
3. Afsluiting van de Geul van Maltha.
5.2. Vormgeving van het damvak Maltha
In het overzichtsmodel M 5^1 is een onderzoek uitgevoerd naar de lig- ging van het sluitgat. Dit resulteerde in een vormgeving zoals gegeven in figuur 8. Hierbij ligt op de plaat van Maltha een damvak, en is de sluit- gatraai niet evenwijdig aan raai S., zodat voor het westelijk landhoofd een bestaande krib gebruikt kan worden. Nadat het model M 878 ingesteld was volgens prototypegegevens (TO, zie hoofdstuk 4) werd de bovenbeschreven toestand TO' ingebouwd en ingesteld overeenkomstig het overzichtsmodel M 58I (zie fig. 8, 9 en 10).
Tijdens de uitvoering van de proeven werd het ontwerp van het damvak Maltha gewijzigd. Het damvak diende zodanig te worden uitgevoerd dat hierin
een bouwput kon worden opgenomen ten behoeve van een uitwateringssluis. Het bouwterrein binnen de bouwput zou afmetingen moeten hebben van 280 x 340 m.
Een hiertoe ontworpen bouwput (zie figuur 21) werd onderzocht in M 878 - T11 (vloed) en M 581 deel I, T18 (eb en vloed). Bij T11 bleek de stroom nog te vroeg los te laten (zie foto 5)« ï> e bouwput werd daarom aan de aanstroom- zijde bij vloed iets teruggenomen (fig. 21, T12). Deze vormgeving van de bouwput werd goed bevonden (zie foto 6 ) .
Nadat het model M 878 geschikt was gemaakt voor de ebsituatie kon de in
T12 gevonden vorm nader worden onderzocht. Intussen waren in het overzichts-
model van het Volkerak (M 581) nieuwere inzichten met betrekking tot de
vormgeving van het damvak Maltha onderzocht. Hierbij kwam de wens naar vo- ren dicht bij het sluitgat over een werkhaven te beschikken. Omdat in- middels bekend was dat de spuisluis niet vóór de afsluiting van het Vol- kerak zou worden gebouwd werd het mogelijk de bouwput voorlopig aan éên
zijde open te laten en als werkhaven geschikt te maken. Mede naar aan- leiding van de in 5«3« beschreven proeven werd tevens besloten het land- hoofd aan de zijde van het damvak Maltha over 39 ui langs de lijn PQ te verschuiven (T102, zie fig. 21). De proeven met een open bouwput hebben geleid tot de afsluiting van de Geul van Maltha (zie 5*4.) •
De door deze afsluiting ontstane wijziging in de aanstroming van de kop van de bouwput bij eb (zie foto 4) maakte het noodzakelijk een verbreding van de kop uit te voeren zoals is onderzocht in T103 (figuur 21 en foto 7)»
In het overzichtsmodel (M'581) is gebleken dat deze aanpassing aan de eb- zijde voor de vloedstroom geen invloed heeft.
Het definitieve ontwerp van Rijkswaterstaat voor de vormgeving van bouwput en werkhaven werd gebaseerd op de situatie T103. Om constructieve redenen bleek het noodzakelijk te zijn de belijning iets te wijzigen (zie fig. 21C, tekening 67-8459 van Rijkswaterstaat, Volkerakwerken).
Blijkens de onderzochte situatie T119 bad deze laatste wijziging geen sig- nificante verandering van het stroombeeld tot gevolg (zie foto 8 ) .
5.3. Plaats van de landhoofden
Voor het onderzoek naar de meest gunstige plaats van de landhoofden is de optredende ontgronding met name in het wintersluitgat maatgevend.
De proeven zijn uitgevoerd voor de toestand met een benedenwaterstand van N.A.P. + 1,35 m e n e e n vloeddebiet van 7000 m /s. Hierbij is reeds rekening
gehouden met een reductie van het debiet met 20% tengevolge van de afslui- ting van de Grevelingen, doch overigens komt de instelling van het model hierbij nog overeen met de situatie voor afsluiting van de Grevelingen.
De bodemligging was overeenkomstig de lodingen d.d. december 1963-augus- tus 1964, zoals deze zijn aangeduid op figuur 5-
De caissondrempel en het damvak van Maltha waren ingebouwd en direct be-
nedenstrooms van de bodemverdediging bestond de bodem in het model uit ero-
deerbaar materiaal (grof bakeliet). De krib die bij de Hellegatdam als aan-
-15-
zet voor het landhoofd dienst zou moeten doen was hierbij 75 m lang (T13, figuur 22).
Een aantal proeven toonde aan dat de wervelstraat die hij het losla- ten van de stroom bij de krihkop ontstaat sterke ontgrondingen zou ver- oorzaken (Tl3f figuur 22, foto 1 ) .
De snelheidsverdeling op de rand van de bodemverdediging vertoonde een zeer steile gradiënt hij beide begrenzingen van het wintersluitgat.
Bij de verdere proeven werd getracht de oorzaak weg te nemen. De intensiteit van de wervelstraat die hij het loslaten van de krihkop ont- staat is afhankelijk van de lengte van de krib, zodat proeven met verschil- lende verkortingen van de krib werden uitgevoerd, respectievelijk geen inkorting (T13) } 75 m verkorting (T14), 45 m verkorting (T15) en 25 m ver- korting (T16). De ontgrondingsbeelden na 8 uur stromen in het model zijn weergegeven op de figuren 22 tot en met 25.
De hierbij optredende grootste diepten beneden N.A.P. bedroegen in de si- tuaties T13 tot en met T16 respectievelijk 24 m» 13 m, 14 m en 20 m.
Bij een inkorting van de krib ter lengte van êên caisson werd dus reeds een zeer goed resultaat bereikt zonder plaatselijke uitbreiding van de bodemverdediging.
Teneinde de breedte van het sluitgat en dus het aantal caissons te be-
perken moest het landhoofd aan de zijde van het damvak Maltha over dezelfde afstand (45 m ) langs de lijn PQ worden verschoven. Deze situatie (T17) werd eveneens onderzocht (zie figuur 26 en foto 2 ) . Ofschoon ten opzichte van TI5 zowel aan de zijde van de Hellegatdam als aan de kant van het damvak Maltha de ontgronding iets is toegenomen werd een gunstige situatie verkregen, zodat op grond hiervan werd besloten het sluitgat ten opzichte van het oorspronkelijke plan 45 m naar het westen te verschuiven langs de lijn PQ.
Bij de nadere detaillering van de sluitingsprocedure werd besloten het sluitgat 6 m ruimer te maken dan aanvankelijk in de bedoeling lag.
Dit werd bereikt door de krib aan de Hellegatdam 45 m "t e verkorten en het landhoofd aan het damvak Maltha 39 m "te laten opschuiven langs PQ. De
landhoofdmerkpunten P en Q worden nu vervangen door K en L (zie figuur 26).
Het onderzoek naar de bij deze situatie meest wenselijke bodemverdediging
wordt beschreven in 7-2.
5.4. Afsluiting van de Geul van Maltha
In het overzichtsmodel M 58^ z i J n proeven verricht teneinde de juiste vorm vast te stellen voor de bouwput van de spuisluizen en de daarbij gelegen werkhaven. Dit onderzoek resulteerde in een vormgeving zoals is aangegeven op figaur 27 en de aanbeveling de Geul van Maltha af te dammen.
Het onderzoek met betrekking tot de vormgeving van de bouwput is beschre- ven in 5-2.
De afsluitdam in de Geul van Maltha diende minstens op een afstand van 65O m van raai S1 te liggen om de uitgang van het bouwdok voor de door- laatcaissons vrij te houden.
In de situatie T101 (toestand zonder dam in de Geul van Maltha) treden in de bouwput- werkhaven ontoelaatbaar hoge stroomsnelheden, ter- wijl de geleiding van de hoofdstroom langs de bouwput bepaald ongunstig valt te noemen (zie foto 3 ) .
Bij toepassing van een dam in de Geul van Maltha op 65O m ten N.0.
van raai S1 en een damlengte van 245 m genieten uit de nullijn (figuur 27).
treden de hinderlijke stromingen in de werkhaven niet meer op en is er een goede geleiding van de stroom langs de bouwput (T102).
5«5« Samenvatting van de resultaten
1. Voor de kop van het damvak Maltha dient een vorm te worden ge- kozen zoals is weergegeven in figaur 21G teneinde de stroom zowel bij
eb als bij vloed de bouwput te doen volgen tot op of voorbij de drempel om aanzanding op de drempel te voorkomen.
2. Het sluitgat dient ten opzichte van het oorspronkelijke ontwerp naar het N.W. te worden verschoven. De krib die nabij de Hellegatdam als aanzet voor het landhoofd zal dienen moet hiertoe 45 m worden ingekort en het damvak Maltha dient daarbij 39 m langs de sluitgatraai te worden verplaat st.
3. Om bij eb de stroming in de werkhaven, die deel uitmaakt van de
toekomstige bouwput voor de spuisluizen, te beperken dient de Geul van
Maltha te worden afgesloten op 65O m ten N.0. van raai S1.
-17-
6i Onderzoek stabiliteit stortsteen voor drempelconstructie
6.1. Overzicht van de verrichte proeven
Met betrekking tot de stabiliteit van de stortsteen op de drempel zijn verschillende series proeven verricht.
Dit deel van het onderzoek diende ten eerste om vast te stellen tot welk debiet, bij een bepaalde waterstand, de lichte stortsteen op de drempel stroombestendig is. Verder was het voor het ontwerp van de slui- tingsprocedure wenselijk te weten of op grond van de kritieke debieten de voorkeur zou moeten worden gegeven aan een bepaalde plaats voor het laatste te plaatsen caisson.
Eind 1965 werden in het model onder vloedomstandigheden reeds proe- ven verricht. De resultaten hiervan zijn vermeld in verslag M 878, deel I, Afsluiting Volkerak, "Stroombestendigheid sluitgatdrempel".
Hierbij was de bodem in de nabijheid van de drempel nog niet aangepast volgens de prognoses van de Waterloopkundige Afdeling voor deze toestand
("voorspelde bodem"), terwijl nog onvoldoende bekend was over de optre- dende wijzigingen tengevolge van de afsluiting van de Grevelingen.
Nadat het model geschikt genaakt was voor de ebsituatie werden sta- biliteitsproeven uitgevoerd, nu echter met de aan de veranderde omstan- digheden aangepaste randvoorwaarden en bodemligging (T 105 t/m T 110).
Ook bij vloed werden vervolgens nog een zestal proeven verricht met aangepaste randvoorwaarden (T201 t/m T206).
In het volgende zullen de laatstgenoemde proevenseries in beschou- wing genomen worden. Aansluitend hieraan wordt nagegaan of de uitkomsten van deze proeven overeenstemmen met hetgeen is gevonden bij de proeven vermeld in deel I van het verslag M 878»
6.2. Omschrijving en werkwijze
Voor de proeven is uitgegaan van een drempelconstructie op N.A.P. -
7 m. De drempelbreedte is 40 m terwijl voor de lengte van de bodemverde-
diging is aangehouden 100 m aan beide zijden van de as van de drempel.
De bodemverdediging ligt op N.A.P. - 9 m (fig« 28). Voor het materiaal op de drempel is lichte stortsteen gebruikt (d n = 0,45 m, &c n = 115 kg) • De verdeling van afmetingen en gewichten is gegeven in fig. 3.
De in het model toegepaste caissons zijn gemaakt overeenkomstig het ontwerp van de Volkerak-caisson. Ze zijn in het model vervaardigd van hout terwijl de tralieliggers in "trovidur zijn uitgevoerd (zie
figuur 4)- De caissonafmetingen zijn 45j ^5 x 15»00 x 13,50 m. Er zullen twaalf caissons worden geplaatst (nummering van oost naar west, zie fig.
28). De constructie van de modelcaissons is zodanig dat de afvoercoëffi- cienten corresponderen met die welke in het modelonderzoek M 877 zijn gevonden. Foto 9 geeft een algemeen overzicht van de op de drempel ge- plaatste caissons.
Het kritieke debiet Q, ., werd gedefinieerd als het debiet waarbij nog juist geen aantasting van de drempel optreedt. Voor het bepalen van het kritieke debiet in een bepaalde situatie werd de erosie, die bij een aantal verschillende debieten optrad, vastgesteld. Hiert )e werden gekleur- de stenen in enige stroken in en bij het laatste sluitgat (fig. 29) aan- gebracht. Maatstaf was het aantal stenen dat na een uur stromen met een bepaald debiet uit een bepaalde strook verplaatst was. De ernstigste ero- sie trad op onder de bovenstroomse hoeken van de caissons. Er bleek een lineair verband te bestaan tussen het aantal verplaatste stenen en de erbij behorende debieten, mits het debiet niet te veel van Q, ., afweek.
Op deze wijze was het mogelijk door extrapolatie het kritieke debiet te bepalen (zie figuur 30).
De plaats voor het laatste te plaatsen caisson werd gevarieerd. De proeven T105, T107 en T109 (eb) en T201, T203 en T204 (vloed) betroffen
de situatie waarbij nog slechts één caisson geplaatst moest worden.
De belangrijkste gegevens van deze proeven zijn verzameld in tabel I (zie blz.30 ). Hieruit blijkt, dat de invloed van de waterstand aanzien- lijk is. De snelheidsverdeling op de drempel is voor eb en vloed vrij- wel gelijkvormig, zéker als de caissons geplaatst zijn zodat op de toe- name van het kritieke debiet nauwelijks invloed door een andere aanstro- ming kan zijn uitgeoefend.
De variatie van de plaats voor het laatste sluitgat heeft geen waar-
neembare invloed op de grootte van Q. ...
-19-
Bij de verschillende proeven zijn in de naaste omgeving van het sluit- gat stroomsnelheden gemeten bij het kritieke debiet. De resultaten zijn gegeven in de figuren 31 t/m 36.
Een voorbeeld van het stroombeeld in het sluitgat is gegeven op foto 11.
Voor de ebtoestand worden bij het kritieke debiet snelheden in het sluit- gat gemeten tot ca 5» 60 m/s. De maximale stroomsnelheden bij vloed zijn bij het kritieke debiet iets lager.
Eveneens is stabiliteitsonderzoek uitgevoerd voor de situatie, waar- bij de laatste caisson bij het sluitgat gereed ligt om ingedraaid te wor- den (situaties T205 en T206, zie figuur 37 en foto 10). Onderzocht is de ebsituatie voor twee verschillende waterstanden.
De plaats waar in deze situaties de aantasting begint op te treden is weer- gegeven op de figuren 37 en 38. De in het sluitgat optredende maximale stroomsnelheden bij het kritieke debiet bedraagt voor T205 en T206 respec- tievelijk 4,7 m/s en 5 m/s (zie figuren 37 en 38).
Kritieke debieten zijn eveneens bepaald voor situaties waarbij nog 2 caissons geplaatst moeten worden (ebsituatie). De resultaten zijn ver- meld in tabel I.
Ook hierbij was nauwelijks enige invloed merkbaar van de plaats van de laatste opening. De snelheidsverdelingen in en nabij het sluitgat zijn weergegeven op de figuren 39» 40 en 41•
De bij de kritieke debieten optredende maximale stroomsnelheden liggen hierbij tussen 5>5 en 6,0 m/s.
Foto 11 geeft het stroombeeld in het sluitgat weer.
6.3. Vergelijking met eerder verrichte proeven
Bij de eerder verrichte proeven ten behoeve van de stabiliteit van de drempel (zie verslag M 878, deel i) stonden de caissons in de as van de drempel.
Bij de in 6.2 beschreven proeven was de as van de rij caissons 5 meter
in noordelijke richting verschoven ten opzichte van de as van de drem-
pel. De reden hiervoor is de mogelijkheid te hebben de laatste caisson
niet in maar vóór het laatste gat te plaatsen, indien mocht blijken dat
het laatste gat te klein is. Bovendien waren de randvoorwaarden gewijzigd.
In de situatie T9 (M 878, deel i) werd bij een benedenwaterstand van N.A.P. + 1,35 1 en de laatste opening ter plaatse van caisson 11 een kri- tiek debiet gevonden van 12400 m /s. Deze situatie is met betrekking tot waterstand en plaats van het laatste sluitgat vergelijkbaar met T204 waar een kritiek debiet van 11300 m /s is gevonden. De gewijzigde rand- voorwaarden hebben dus een ongunstige invloed.
De proeven voor de ebsituatie zijn bij andere waterstanden uitge- voerd, waardoor vergelijking niet zonder meer mogelijk is.
Het is echter alleszins aannemelijk dat een verlaging van de waterstand van N.A.P. - 1 m naar N.A.P. - 1,50 m een verlaging van het kritieke de- biet van 7500 m /s tot 6400 m /s tot gevolg heeft.
6.4» Samenvatting van de resultaten
1 . Het kritieke debiet voor de stabiliteit van de sluitgatdrempel is on- afhankelijk van de plaats van het laatste sluitgat.
2. Het kritieke debiet is in sterke mate afhankelijk van de waterstand.
Bij waterstanden van N.A.P. + 1,35 m, N.A.P. - 1 m en N.A.P. - 1,50 m zijn de kritieke debieten respectievelijk 11450 m /s, 7500 m /s en 6450 m /s bij een opening van 1 caisson.
Is de sluitgatbreedte nog 2 caissons dan is bij een waterstand van N.A.P. - 1,50 m het kritieke debiet nog 7400 m /s,- bij een sluitgat- breedte van 1 caisson loopt dit terug tot 6450 m /s.
Bij de kritieke debieten treden snelheden in het sluitgat van ca.
5,5 m/s op.
3. Indien de laatst te plaatsen caisson gereed ligt voor indraaien in het sluitgat bedraagt het kritieke debiet bij waterstanden van
N.A.P. en N.A.P. - 1 m respectievelijk 78OO m /s en 6100 m /s d.w.z.
bij een debiet dat ca 20$ lager is dan voor de situatie waarbij de
laatste drijvende caisson niet aanwezig is.
-21-
7» Ontgronding wintersluitgat
7.1. Inleiding
Zowel voor eb als voor vleod zijn proeven verricht naar de optre- dende ontgrondingen in het wintersluitgat.
Het wintersluitgat had hierbij een vormgeving zoals die uit voor- gaande proeven was bepaald: de drempel was ingebouwd, de krib bij de Hellegatdam 45 m ingekort en ook verzwaard, de bouwput-vorm volgens T103 en 39 m langs PQ opgeschoven ten opzichte van het oorspronkelijk plan, boven- en benedenstrooms van de drempel was de bodemligging vol- gens prognoses van de opdrachtgever voor deze situatie (fig. 15)• De eenheidscaissons (kleine landhoofden) waren geplaatst.
Reeds eerder waren ontgrondingsproeven verricht voor de vloed- situatie waarbij de randvoorwaarden, nog niet waren aangepast aan de veranderingen die als gevolg van de afsluiting van de Grevelingen wer- den vastgesteld. Ook was hierbij de bodem in de nabijheid van de drem- pel nog niet aangepast.
In het volgende zullen voornamelijk de eerstgenoemde proevenseries in beschouwing worden genomen. Aandacht zal worden geschonken aan de situering van de bodemverdediging en de optredende ontgrondingen bij de vier hoeken (ZW, ZO, NO en NW-hoek), verder aan de twee-dimensionale ontgronding en de invloed van de voorspelde bodem. Na het vergelijkend onderzoek worden in 7«5 enige kwantitatieve beschouwingen over de op- tredende ontgrondingen gegeven.
Bij de ontgrondingsproeven werd benedenstrooms van de drempel de in het model gelegen bakeliet-bodem gedurende 7 ^ 8 uur aan de invloed van het stromende water onderworpen. De optredende ontgrondingen werden gepeild na de volgende stroomtijden 1/2, 1, 2, 3, 5 e n 7 of 8 uur.
Debiet en waterstand kwamen overeen respectievelijk met
Q = 6000 m /s bij een waterstand van N.A.P. - 0,35 m voor eb
Q = 7000 m /s bij een waterstand van N.A.P. + 1,35 m voor vloed
De snelheidsschaal bedroeg n = 3 , 2 .
7.2. Bodemverdediging hoekoplossingen
7.2.1. Bodemverdediging nabij de zuid-westhoek van het sluitgat
Voor de ontgrondingsproeven werd uitgegaan van een bodemverdediging die zich aan beide zijden aanvankelijk uitstrekte tot op 100 m uit de as van de drempel. Aangezien bij de verschillende hoeken van het sluitgat de hierbij optredende ontgrondingen niet toelaatbaar werden geacht werd de bodemverdediging bij de proeven plaatselijk uitgebreid tot 150 m of 200 m uit de as. In figuur 42 is een overzicht gegeven van de onderzoch- te situaties voor het wintersluitgat bij eb.
In de uitgangstoestand T111 veroorzaakte de wervelstraat die van de krib loslaat na 8 uur stromen in het model een ontgrondingskuil tot 20,4 m beneden N.A.P. (zie fig. 43). Met behulp van betonkubi (1 m en 3 m.h.o.h.) werd getracht de werking van de wervelstraat nabij de bodem te beperken. Dit had geen voldoende effect ofschoon de ontgrondings- kuil wat verder weg lag en de aanzethelling wat minder steil was.
(T112, fig. 44). De bodemverdediging tot 100 m uit de as van de drempel werd op grond van deze resultaten onvoldoende geacht.
In T113 (fig. 45) lag de verdediging plaatselijk tot 150 m uit de as. Hierdoor verplaatste het gat zich, maar bereikte toch nog een diepte van ca 20 m. De sterke wervelstraat die van de krib loslaat wordt vrij- wel niet zwakker door de eenheidscaissons die als aanzet voor de land- hoofden dienst doen weg te nemen. Dit bleek bij de situatie T114 (fig.
46). Wel verminderde de ontgronding door het plaatsen van betonkubi (1 m en 3 m h.o.h.) (T115, fig. 47). De plaats van de ontgrondingskuil ten opzichte van de Hellegatdam, en het feit dat de betonkubi een vrij kostbaar hulpmiddel vormen leidden tot het onderzoeken van een bodem- verdediging die plaatselijk 200 m uit de as reikt (T116, fig. 48), die goede resultaten geeft.
Het weglaten van de schuine hoek tussen de 100 m en 150 m bodemverde-
diging uit de as moet worden afgeraden gezien de resultaten van T117
(fig. 49)• Uit overleg met de opdrachtgever bleek dat de oplossing
-23-
volgens T116 in de praktijk niet uitvoerbaar was in verband met de vorm en afmetingen van de zinkstukken. In het model werden daarom de varian- ten volgens T118 en T119 onderzocht (fig. 50 en 51; foto 12). Bij T119 werd een zeer gunstig ontgrondingsbeeld verkregen, maar ook bij de min- der uitgebreide bodemverdediging van T118 was het resultaat aanvaardbaar.
7.2.2. Bodemverdediging nabij de zuid-oosthoek van het sluitgat
Bij deze hoek van het sluitgat sloot de bodemverdediging van de drempel in de uitgangstoestand zonder overgang aan op de bouwput.
Hierbij ontstond een ontgrondingsbeeld zoals te zien is bij de proeven T111 t/m T113 (fig. 43 t/m 45) s een kuil ca N.A.P. - 15 m a 17 m, die dicht bij het talud van de bouwput ligt. Een betere oplossing biedt een geleidelijke aansluiting zoals is onderzocht in T118 (fig. 50)•
Verder werd onderzocht of het wel of niet aanwezig zijn van bermen langs de ringdijk van de bouwput nog invloed heeft op de ontgrondingen.
Hiertoe werd in T119 (foto 13) de ringdijk nauwkeurig gedetailleerd vol- gens de door opdrachtgever verstrekte bestekstekening. Dit hield ook in, dat langs de bouwput een geul moest worden aangebracht. Het ontgrondings- beeld (fig. 51) toont geen verschillen ten opzichte van de voorgaande proeven waarbij de bouwputvorm iets meer geschematiseerd was ingebouwd.
7.2.3. Bodemverdediging nabij de noord-oosthoek van het sluitgat
De uitgangstoestand bestond ook hier weer uit een bodemverdediging die zich uitstrekt tot op 100 m uit de as van de drempel. Situatie T207 (fig. 53) toont aan dat zonder extra voorzieningen een diepe kuil met steile taluds ontstaat, dichtbij de ringdijk van de bouwput (stroombeeld foto 15). Op figuur 52 is een overzicht gegeven van de onderzochte si- tuaties bij vloed ter vermindering van de optredende ontgrondingen nabij de hoeken van het sluitgat.
Situatie T208 laat zien dat met twee zinkstukken in de hoek de toe-
stand veel gunstiger wordt (fig. 5 4 ) • de kuil ligt verder weg, maar is
nog vrij diep.
Een goed resultaat wordt verkegen met de situatie volgens T209 (fig. 55) waarbij de verdediging sterk is uitgebreid. Een beperking van het verde- digde oppervlak van T209 volgens T210 (fig. 56) geeft eveneens aanvaard- bare resultaten. Onderling overleg leidde op grond van uitvoeringstech- nische overwegingen tot het onderzoek van situatie T211 (fig. 57) waarbij de toestand van T210 benaderd wordt door de stukken te leggen op de wijze zoals bij T208. Het hierbij ontstane ontgrondingsbeeld (fig. 57) wordt bevredigend geacht.
7.2.4. Bodemverdediging nabij de noord-westhoek van het sluitgat
Bij situatie T207 (fig. 53) wordt nabij de noordwesthoek van het sluitgat een ontgronding tot ongeveer N.A.P. - 16 m gevonden na 7 uur stromen in het model. Het stroombeeld voor deze situatie is weergegeven op foto 14. Uitbreiding van de verdediging tot 150 m ter plaatse van de hoek heeft tot gevolg dat de ontgrondingskuil zich verplaatst en iets minder diep wordt (T209, fig. 55).
De ontgrondingen zullen in prototype nauwlettend worden gevolgd.
Indien daartoe aanleiding bestaat kan een uitbreiding van de verdedi- ging volgens T209 worden toegepast.
7.3» Ontgronding tengevolge van twee-dimensionale stroming
Voor de eb-omstandigheden is onderzocht of voor de lengte van de bodemverdediging aan beide zijden van de drempel eventueel met 80 m zou kunnen worden volstaan in het middengedeelte van het sluitgat zon- der dat onaanvaardbare ontgrondingen ontstaan. Situatie T121 (fig. 58) geeft nauwelijks een ongunstiger beeld dan de uitgevoerde proeven met 100 m verdediging. Wel ontstaat een iets steiler talud, direkt beneden- strooms van de verdediging.
Veiligheidshalve werd door de opdrachtgever besloten om een ver-
dedigingslengte van 100 m uit de as aan te houden. De voor het winter-
sluitgat noodzakelijk geachte bodemverdediging voor de diverse hoek-
- 2 5 -
oplossingen is weergegeven op figuur 60. De noodzaak tot plaatselijke uitbreiding van de bodemverdediging in verband met optredende ontgron- dingen tijdens sluitingsfasen wordt behandeld in verslag M 878, deel III.
7.4. Invloed van de voorspelde bodem
Voor de vloed-omstandigheden is een proef uitgevoerd waarbij bo- venstrooms van de drempel de oorspronkelijke hogere bodemligging aan- wezig was inplaats van de voorspelde bodem. Dit betekende dat aan de bouwputzijde de uiteindelijke diepte geringer werd. Overigens is het algemene beeld van de ontgronding nagenoeg hetzelfde (vergelijk T212, fig. 59, foto's 16 en 17 met T210, fig. 56).
Deze conclusie geldt eveneens voor vergelijkbare proeven uitge- voerd respectievelijk met een bodemligging van vóór de afsluiting van de Grevelingen toen de bodem vooral aan de bouwputzijde veel hoger was ge- legen en met een bodemligging overeenkomstig de bovenvermelde voor- spelde bodem. Zowel de orde van grootte van de optredende ontgrondingen als de plaats van de ontgrondingsku.il stemden daarbij overeen.
7.5» Kwantitatieve beschouwingen over de ontgronding
Voor twee-dimensionale ontgrondingen zal over het algemeen een andere tijdschaal dan voor drie-dimensionale ontgrondingen gelden.
In het volgende worden beiden berekend.
7.5.1. Twee-dimensionale ontgronding
Het onderzoek in het model M 648 heeft geleid tot de volgende uitdrukkingen om de twee-dimensionale ontgronding te beschrijven:
*1 ^ O ^ ^ . h / ' ^ . C a ^ ü - u ^ ) - 4 (1)
max _ /t %0,38
\ = V (2)
n. = n ' n, ' . n/ - - s-4 (3)
t A X < a tot u " V-)
in deze uitdrukkingen is (zie ook fig. 6 1 ) :
t. = de tijd "benodigd voor het bereiken van een ontgronding h gelijk aan de oorspronkelijke waterdiepte (uren)
h = de oorspronkelijke waterdiepte bij vlakke bodem (m) h = de grootste momentane ontgronding n a tijd t (m) A = de relatieve dichtheid van het bodemmateriaal
_ korrel ~ water water
u = de gemiddelde snelheid, gemeten op de rand van de bodem- verdediging (m/s)
u , , = de gemiddelde kritieke snelheid (m/s) tot u r
a r (1 + 3 r ) , waarin r = — (o = standaard afwijking van de u
fluctuerende snelheid) correctief;
verdeling.
a = correctiefactor voor de invloed van de vertikale snelheids- u
Op grond van proeven in M 648 kan geschat worden dat a = 1,05 en a = 1,35 zodat a = 1,42. Bij een snelheidsschaal n = 3 , 2 geldt
r x on u.
(au - u, ) prototype
n, ,_ _ v = — = 4,25 (du - u, ) , - - v -. -,
v kr y (au - u, ) model Dit gesubstitueerd in (3) geeft
n t = ( 4 , 7 2 ) 1 ' 6 . 5 0 2 > 0 5 . ( 4 , 2 5 r 4 = 112
Dit houdt in dat 1 uur stromen in het model overeenkomt met 112 uur
stromen met permanentie in het prototype met Q = 6000 m /s ; (ebsituatie).
27-
Aangezien in werkelijkheid geen permanentie optreedt doch een getijbewe- ging, moet een tijdsduur worden berekend die, gestroomd met het maximale debiet, hetzelfde resultaat geeft als een getij. Aan gegevens uit model M 600 (nota W 782) is het verloop van de snelheden met de tijd ontleend (zie fig. 62). Van de kromme voor u is afgeleid de kromme voor
(aü - u ) . Bij de berekening van de tijdschaal n,is a, , = 1,42 gekop- peld aan de gemiddelde snelheid ü die geldt voor de rand van de bodemver- dediging. De beschikbare kromme geeft de snelheden in het sluitgat zodat voor de berekening <z. , moet worden gecorrigeerd, zodat a. , = 1,37»
Met behulp van de kromme voor (au - u, ) kan worden afgeleid dat één volledig getij overeenkomt met 2,7 uur stromen met permanentie met het maximum debiet gedurende het getij (t „„ , . „ = 2,7 uur). Het ontgron-
dingsbeeld dat na 7 uur stromen in het model ontstaat kan dus in het pro- totype verwacht worden na
^ o 1 12 uur 25 min ,,.„ , 7 x 112 x 5 - x 2 4 u u g = 150 dagen
Na 7 uur stromen werd in het model een ontgronding gepeild overeenkomend met 1 m prototype (zie fig. 63).
Door berekening kan een goede benadering worden gevonden van de na een half jaar in het prototype te verwachten ontgronding. De beschikbare for- mules hebben betrekking op ontgrondingen ten opzichte van een horizontale bodem op gelijke hoogte met de bodemverdediging. Met de betrekking (1) is te berekenen dat de tijd, nodig voor het bereiken van een ontgronding van h = 17,3 cm (model) onder het niveau van de bodemverdediging, 35 uur bedraagt, indien van een horizontale bodem wordt uitgegaan. De betrekking (2) geeft aan, dat op dubbel-logarithmisch papier het verloop van de ont- gronding met de tijd voorgesteld kan worden door een lijn met een helling O.38 door het punt t = 35 uur en h = h = 17.3 cm (zie fig. 64). Ver-
max o
ondersteld kan worden dat de uitgangsbodem in het model na enige tijd stromen zou zijn ontstaan als met een horizontale bodem was begonnen. In het model was de aanvangsdiepte 11 cm onder de bodemverdediging. Dit zou, uitgaande van een horizontale bodem, ontstaan zijn na 10,2 uur stromen
(fig. 64). In het model is 7 uur gestroomd, hetgeen volgens de grafiek
een ontgronding van 2,2 cm tot een diepte van 13»2 cm zou moeten geven.
Dit stemt goed overeen met de waarnemingen in het model (fig. 63).
Volgens de berekende tijdschaal wordt de toestand, na een half jaar pro- totype, in het model gevormd na 8,5 uur stromen. Figuur 64 geeft een ontgronding van 2,6 cm tot een diepte van 13»6 cm onder de 'bodemverde- diging,' in het prototype dus tot ongeveer N.A.P. - 15,8 m.
7.5«2. Drie-dimensionale ontgronding
Voor de beschrijving van de drie-dimensionale ontgrondingen kunnen, blijkens de tot nu toe in M 847 en M 863 uitgevoerde proeven, dezelfde uit- drukkingen worden gebruikt als voor het twee-dimensionale geval, mits voor a de juiste waarde wordt gekozen:
1,6 2,05 . n. = n. ' ,n_, '
JTX, - - %-4
t A \ (au - M^
o is afhankelijk van de vorm en de begrenzing van het sluitgat. Op grond van uitgevoerde systematische ontgrondingsproeven (M 847/863) kan een schatting gemaakt worden van a . Meer zekerheid biedt echter een bepaling van a uit proeven met verschillende snelheidsschaal.
In M 878 werden in de situatie T211 voor vloed (Q = 7000 m /s) een vier- tal proeven met verschillende snelheidsschaal uitgevoerd. Het verloop van de absolute ontgronding met de tijd ter plaatse van de noordoost- hoek van het sluitgat nabij het damvak Maltha wordt in fig. 65 weerge- geven. Voor deze proeven wordt de tijdschaalrelatie n = c n (au - u, ) Daar u en u, . , bekend zijn kan a worden berekend. De berekening levert
o = 1,55 waarbij u gedefinieerd is als het quotiënt van het totale de- biet en het oppervlak van het dwarsprofiel ter plaatse van het sluitgat.
Nu is de tijdschaal te berekenen. Deze bedraagt voor n- = 3»2:
(OL.Q/T? - u, ) prototype
n ( a u " \r> ~~ (a.Q/F - u ^ ) model
- 2 9 -
n t = (4,72) 1 ' 6 .50 2 '° 5 .3,79" 4 = 174
Op dezelfde wijze als hij het twee-dimensionale geval wordt weer t „„ +- e f bepaald (fig. 66). a is in dit geval groter hetgeen tot gevolg heeft dat t f>f . . „ = 1,96 uur per getij. Het ontgrondingsbeeld dat na 7 uur stro- men in het model ontstaat, kan dus in het prototype verwacht worden na
aannemende dat de bodem in het prototype ter plaatse uit fijn zand (d = 200 u) bestaat.
7.6. Samenvatting van de resultaten
1. Het onderzoek naar de optredende ontgrondingen in het wintersluitgat voor de verschillende hoeken van het sluitgat leidden tot een uit- breiding van de bodemverdediging, zoals is aangegeven in figuur 60.
2. In het gebied waar twee-dimensionale ontgronding optreedt geeft een lengte van de bodemverdediging van 80 m nauwelijks grotere ontgron- dingsdiepten dan een lengte van 100 m. In het eerste geval zijn de taluds aan de rand van de verdediging evenwel steiler.
3. Op grond van modelonderzoek en berekeningen worden na een half jaar in het twee-dimensionale gebied in het prototype ontgrondingen ver- wacht die reiken tot een diepte van ca N.A.P. - 16 m.
4. Yoor de ontgronding ter plaatse van de noordoosthoek van het sluit- gat nabij het damvak Maltha (drie-dimensionaal) geldt naar verwach- ting een tijdschaal van 1 uur stromen model (met n- = 3,2) is ca 45 dagen. Het verloop van de ontgronding is weergegeven op figuur 65.
i
Tabel I
Situatie
T105 T107 T109 T201 T203 T204 T205 T206 T106 T108 T110
Eb of vloed
eb eb eb vloed vloed vloed eb eb eb eb eb
Waterstand beneden- strooms in m t.o.v.
H.A.P.
- 1,50 - 1,50 - 1,50 + 1,35 + 1,35 + 1,35 - 1,00 - NJL.P.
- 1,50 - 1,50 - 1,50
Sluit gat opening ter plaatse van caisson nr.
8 2 11 2 8 11 5 5 8 + 9 2 + 3 10 + 11
Kritiek de- biet in m-y s
6400
6500
6400
11700
11350
11300
6100
7800
7400
7600
7400
<
<
l
c
u f
r> C
« c - c
is
i
i
| i i i
>
53 O C
1 i
1
j
...
1 i
1
3 c
1 1 1
i 1 i!
"1 O U
- m e D r* v
- oo s
1
) C
». c
0 ~
l
\ 2 \
•> c
" b 1 C
D I A M E T E R
? c -- c
1
L \ V
\ \s \
\ t
N m
> m O u i t . t . «"
ƒ . 0 O C
^-diamete r
1 ï i
^
\
% 1 i \ \ ' i <
1
i i
r 1
l ^25.o - > •
- * O
\
\ (
X
ur
( p r o t o t i O
ui (o c
>" O* C ypKj i C ) C
i i i
i
•, 1
\
\
4
>
\
€
1 c
b
\
V
\
\ \
i
i
3 * ri* f
i
\
\
\
\
n C x C
9 U
) UI
1 • * •
)" 0
) « ) t
•> c
c
C
>
n
> - J
0 7 0 8 0 9 0 9 5 9 8 9 9 99, 5 99, 9 99 , ICH T E N DIAMETE R I N PROCENTE N VA N HE T TOTAA L A A
UJ
O » in
O _J
•* <
<
O
aco
- O ui
" * UJ
z
<
o o
(X UJ z
-<n uj _ l
z
UJ
«n
tfdz
< UJ
o 5 1 - ro* 0 w
r<i
i t W I ^ n l i I-M ny i p i u i u i ^ c j
SAMENSTELLING LICHTE STORTSTEEN
WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM M. 8 7 8 - H FIG. 3
1S.OO
o. _a ^__ n
0.35
1
VOOR AANZICHT KOPWAND
2 , 0 0 + 8 ( 5 , 0 0 ) + 9 ( 0 , 3 5 ) = 45,4 5
VOORAANZICHT
m a t e n in meter»
AFMETINGEN C A I S S O N
WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM
SCHAAL '. 1 : 3 0 0
M 8 7 8 - H FIG. 4
ƒ
ï
r, , Ni 3: ,
£7 I tgk- 63-7632 d<zc. '63 | ^ j tek, 64-7557 qug.'64]
3 13
raat A l
I v
S4
raai B
TUTÏIlinrnCn r f i m mn*
1TriiTi
tek. 64_755 8 auq.'64
tek. 63.7632 dec.*63 I
i
OVERZICHT GEBRUIKTE PEILKAARTEN SITUATIE 4 9 6 3 - 4 9 6 4
T O
S C H A A L 4 .4 2 . 0 0 0
WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM M. 8 7 8 - 1 T RG. 5
- j j | V \
I io..*r
te I M
i i = :
RAA! B
M 581 M 8 7 8
PROTOTYPE 12 mei 1964
S T R O O M B A N E N
T O VLOED
SCHAAL 1 : 1 0 . 0 0 0
WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM M . 8 7 8 - U FIG. 6
E Z
tu x
_i Ui
z
t/J
3,0 2.8 2.6 2.4 2.2 2,0 1.8 1.6 14 1.2 1.0 0.8 0,6 0.4 0 2
4
'i
!["Studia Warmińskie" T. X, 1973 : [recenzja]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)