Cl 82.15
Grondmechanische aspecten
bij duinafslag
GRON0MECHAA/ISCHE ASPEKTEN
BIJ VÜ1NAFSLAG
INHOUV
U.z.
7.
2.
2.7.
1.1.
1.1.
1.1.
1.3.
1.4.
1.4.
2.4.
2.4.
2.5.
3.
3.7.
3.2.
3.3.
1.
1.
1.
1.
3.
Lij'bt van bijZagzn
ïnZziding
VicktkzixLbmztingzn in natuuA zn modzZ
Gzbn.UA.ktz appaAotu.UA voon. mzting zanddicktkzid
Vicktkzid-bmztingzn
VOOAzn na a&Zoop ptiozfa 1
in Vzttagoot
Wzztpnognjxrma
RzAuZtatzn
OvzAigz dicktkzidAbzpalingzn VzZX.agootondzn.zozk.
VicktkzidJbmztA.ngzn in dz natuuA
Keuze Zokotiz
Me ztpn.o gnamma
RzsbuZtatzn
VzAgzZijking gzmztzn ponA.zngzkattz<b in modzZ zn
yyxtu.UA
WatZs'vbpanning&mzXA.ngzn tijdzm, pAoz& 1 in dz
Vzltagoot
Opzzt lAXitZA-bpanning-bmztingzn
R&buZtatzn
ZonclvJbizJb \jxut2A&panningi,mztingzn
:i
i
6
6
10
10
11
13
75
75
75
77
25
27
27
29
34
4. Invtozd gfwndmzckanAjtckz aMpzktzn bij duinafatag 35
4.1. V-UuzZz tAXLOAnzmingzn tijdznó dtUnafaZagondzAzozk
•in dz VzZtagoot 35
4.2. Invlazd duAinafaZag bovzn watzA op vzAZoop
afaZagpno-&A.ZZ
zn afalagkozvzzlhzid 3?
4.3. JnvZozd gswndmzchaniAckz a&pzktzn vanuit zmpiAAJbckz
opzzt duAjiafaZagondzAzozk 41
5 . CondLuAiz* 45
APPEhtVJK: VziJbüAiz* giondmzckaniAchz tznxnzn 49
B1JLAGEU
6 24 40 2 3 4 5 t/m t/m 39 t/m 23 38 44 45 46 47 t/m 54 55 56Meetraaien dichtheidsmetingen vóór en na proef 1 in de Deltagoot
Resultaten dichtheidsmetingen vóór proef 1 in de Deltagoot Resultaten dichtheidsmetingen na proef 1 in de Deltagoot Dichtheidsmeting Egmond aan Zee, lokatie meetpunten Dichtheidsmeting Egmond aan Zee, dwarsprofiel
Dichtheidsmeting Egmond aan Zee, resultaten nucleaire metingen
Dichtheidsmeting Egmond aan Zee, resultaten sonderingen Dichtheidsmeting Egmond aan Zee, foto boring, lokatie N3 Dichtheidsmeting Egmond aan Zee, korrelverdelingsdia-grammen monsters
Dichtheidsmeting Egmond aan Zee, verloop gemiddelde poriëngehalte in een dwarsprofiel
Lokatie waterspanningsmeters proef 1, Deltagoot Resultaten waterspanningsmeters proef 1, Deltagoot
Reaktie waterspanningsmeter 15 tijdens een aantal perio-den van 2 minuten, proef 1, Deltagoot
I. lnl2A.cU.ng
In figuur 1 is zeer schematisch het begin- en eindprofiel getekend van een duinafslagproces. Als gevolg van de tijdens een storm op-tredende extreme waterstand- en golfkondities wordt het duin aange-tast en het ter plaatse van het duin en de duinvoet opgenomen zand wordt zeewaarts getransporteerd en weer afgezet. Het nieuwe hydrau-lische klimaat tijdens een storm streeft als het ware naar een bij-behorende relatief stabiele bodemligging. Dit is een tijdvergend proces. Bij de in figuur 1 getekende eindsituatie (direkt na afloop van de storm) zal het dynamische evenwicht nog niet bereikt zijn.
voor duinafslaq _^ . .
Fi.gu.uA 7 - SckejnoutUck duAjipA.0ó-teX vóón. en na
Vanuit hydraulisch oogpunt zijn de mechanismen, die de vorming en het verloop in de tijd van het afslagprofiel beheersen, erg ge-compliceerd. Vooral wanneer het aankomt op een betrouwbare scha-ling van het geheel.
Een uitgebreide beschouwing over de hydraulische schaalaspekten bij duinafslag is gegeven in |1|.
Hier wordt volstaan met de conclusie dat een acceptabele voorspel-ling van de prototype-afslag alleen mogelijk bleek met uitkomsten van een serie onderzoekingen op verschillende schalen.
In 1974 en in 1976/77 werd een groot aantal proeven uitgevoerd met konstante waterstand en diepteschaalfaktoren n , is 26, 4 7 , 84 en 150 |l| en | 2 | . Uit het kleinschalig onderzoek, waarbij behalve de diepteschaal tevens de zandsoort (fijnheid zand) en de schaalfaktor voor de geometrische samentrekking n^/n, werden gevarieerd, konden empirische schaalrelaties worden afgeleid. Met behulp van deze schaal-relaties werd een waarde gevonden voor de duinafslag tijdens super-stormvloedcondities in het prototype.
De empirische schaalfaktoren waren:
n./n. = ( n , / n2)0'2 8 (1)
l d d w en
nt = ( nd) 0'5 (2
Hierin stelt n , de schaalfaktor voor de vertikale afstand, n1 de
schaalfaktor voor de horizontale afstand, n de schaalfaktor voor de tijd en n de schaalfaktor voor de valsnelheid van de
zandkor-w
reis in water voor.
Relatie (1) betekent dat bij een zekere diepteschaalfaktor n , voor een goede weergave van het duinafslagverschijnsel een geometrische samentrekking r N / n , nodig i s . De grootte hiervan is afhankelijk van de gekozen zandsoort.
Wordt voor het model hetzelfde zand als in het prototype gekozen dan is de vereiste samentrekking alleen afhankelijk van n,. Een grotere n (een kleinschaliger proef) vereist een grotere samen-trekking.
Fijner zand in het model, met een lagere valsnelheid van de kor-rels, resulteert in een minder steil afslagprofiel en dientenge-volge in een mindere samentrekking. Voor alle proeven werd de
Froudeschaal (nfc = nd' ) toegepast voor het op schaal weergeven
van de golfcondities.
De morfologische tijdschaalfaktor bleek gelijk aan n = n,' • Dit is min of meer toevallig overeenkomstig de Froudetijdschaal, waardoor een overeenkomstig afslagprofiel in het model na eenzelfde aantal golven optreedt als in het prototype.
De extrapolatie van de resultaten van het kleinschalig onderzoek in de Windgoot naar prototype-afmetingen leidde vanzelfsprekend tot onzekerheden.
Onderzoek in de Deltagoot zou die onzekerheid aanzienlijk verkleinen. Tevens bood de Deltagoot een mogelijkheid om de afgeleide empirische schaalrelaties te toetsen. Mede omdat het aantal uit te voeren proe-ven beperkt diende te blijproe-ven, is het vooral deze laatste doelstel-ling geweest, die bij het grootschalig Deltagoot-onderzoek centraal heeft gestaan.
Ten opzichte van de kleinste eerder toegepaste diepteschaalfaktor n = 26, kon een aanzienlijke schaalvergroting worden gerealiseerd,
nd - 5.
Een prototype duinhoogte van 10 m boven stormvloedpeil werd in het kleinschalig onderzoek nagebootst met — = 0,12 m bij n, = 84 en —- = 0,38 m bij n, = 26. Bij het onderzoek in de Deltagoot was 2,0 m
Zo Q
De in |1| gegeven beschouwingen over de schaalregels hebben alleen betrekking op de hydraulische aspekten: het opnemen, transporteren en weer afzetten van zand onder invloed van de golven.
De boven water in het duin optredende processen zijn niet beschouwd. Bij het discontinue afschuiven van schollen zand tot aan de duinvoet mag worden verondersteld dat grondmechanische aspekten mede van be-lang zijn.
In de beginfase van het duinafslag-onderzoek werd dit zeker onder-kend. Geconcludeerd werd echter dat het zich boven water afspelen-de proces en dus ook afspelen-de grondmechanische aspekten van geen of onafspelen-der- onder-geschikt belang waren op de voor de praktijk belangrijke proefuit-komsten.
Er werd daarmee tevens verondersteld dat eventuele schaaleffekten hierin de proefuitkomsten niet zouden beïnvloeden.
Daar de bevindingen van deze deelstudie indertijd niet of niet vol-doende zijn gerapporteerd, werden ook in de jaren hierna vanuit de grondmechanische hoek twijfels geuit met betrekking tot de gekozen opzet. Zo ook voor de aanvang van het onderzoek in de Deltagoot. Een voorstel voor een aanvullend grondmechanisch onderzoek in kom-binatie met de uitvoering van de duinafslag-proeven in de Deltagoot, opgesteld door Ir. J. Lindenberg van het Laboratorium voor Grond-mechanica werd in december 1980 uitgebracht. |3|
Na overleg over dit voorstel tussen Prof.Dr.Ir. E.W. Bijker,
Ir. R. Reinalda, Ir. P. Vellinga en Ir. J. Lindenberg werd het bespro-ken in de vergadering van Werkgroep 5 van de Technische
Advies-commissie voor de waterkeringen d.d. 16 januari 1981.
Besloten werd om tot uitvoering van het grondmechanisch onderzoek over te gaan.
Het onderzoeksvoorstel omvatte, naast een studie naar de invloed van grondmechanische aspekten bij duinafslag, de uitvoering van zanddichtheidsmetingen tijdens proef 1 in de Deltagoot en in een nader vast te stellen prototype-lokatie , en de uitvoering van water-spanningsmet ingen in een tiental plaatsen tijdens proef 1.
In dit verslag, dat opgesteld is door Ir. J. Lindenberg van het Laboratorium voor Grondmechanica, worden de resultaten van het grondmechanische onderzoek beschreven.
Hoofdstuk 2 is gewijd aan de uitkomsten van de dichtheidsmetingen voor en na afloop van proef 1 in de Deltagoot en in het prototype-duin.
De overeenkomsten en verschillen tussen het model en de natuur wor-den besproken. De resultaten van de waterspanningsmetingen worwor-den in hoofdstuk 3 beschreven.
In hoofdstuk 4 wordt ingegaan op de eventuele invloed van de grond-mechanische aspekten op de proefresultaten.
2. VicktkeJxLsm&tingzn in zn voofi kut duin
Bij de opzet van het duinafslagonderzoek is de zanddichtheid in en voor het duin niet als variabele meegenomen. Verwacht werd dat ver schillen in de dichtheid niet van wezenlijk belang zouden zijn op de uitkomsten van de proeven. Bij de empirische schaalserie-opzet is er in principe naar gestreefd om de zanddichtheid bij alle proe ven ongeveer gelijk te maken.
Het zandpakket bij het kleinschalig onderzoek in de Windgoot is na aanbrengen steeds tot op zekere hoogte verdicht. De resulterende dichtheid is evenwel nooit gemeten. Besloten werd dit bij proef 1 van het Deltagoot-onderzoek, waarbij het zandpakket eveneens laags gewijs werd verdicht, wel te doen.
Tevens dienden dichtheidsmetingen in en voor een prototype-duin te worden uitgevoerd. Vergelijking van de in model en prototype geme-ten poriëngehaltes toont dan of er een wezenlijk verschil is ge-weest. Eventueel kan een nadere studie vereist zijn.
Een tweede motief om dichtheidsmetingen in de Deltagoot uit te voeren, heeft te maken met de schijnbare zandverliezen.
Indien het zand, na te zijn afgeslagen, zich onder een lossere of vastere pakking afzet dan het in het duin was aangebracht, dan zal het volume afgeslagen zand in een langsdoorsnede niet" gelijk zijn aan het volume nieuw afgezet zand. Om deze reden zijn dichtheids-metingen in identieke dwarsraaien, zowel voor als na afloop van Deltagootproef 1, uitgevoerd.
2.7.
De dichtheid van zand in situ is in de grondmechanica vaak een be-langrijke parameter. In de meeste gevallen wordt een indruk van de dichtheid op indirekte wijze verkregen, bijvoorbeeld door middel van sonderingen.
Het Laboratorium voor Grondmechanica beschikt over apparatuur, waar-mee de zanddichtheid in het terrein op waar-meer direkte wijze kan worden gemeten. De meest gebruikte methode is het meten langs elektrische weg. De elektrische dichtheidsmeting kan echter alleen worden toege-past in geheel verzadigde of nagenoeg geheel verzadigde omstandighe-den. Omdat mocht worden verwacht dat de verzadigingsgraad van het zand in het duin en het strand laag was (met name bij het Deltagoot-onderzoek als gevolg van de gebruikte methode van aanbrengen van het zand) kon de elektrische dichtheidsmeting niet worden toegepast. Een tweede mogelijkheid, die vooral de laatste jaren veelvuldig is toe-gepast, is het meten van de dichtheid langs nucleaire weg.
Met de beschikbare apparatuur kan het poriëngehalte als funktie van de diepte worden bepaald zowel in verzadigde als in niet verzadigde omstandigheden.
De hiertoe gevolgde werkwijze is, dat met sondeerapparatuur een aluminium meetbuis in de grond wordt gedrukt. Vervolgens wordt in de buis een meetlichaam neergelaten, opgebouwd uit een gammastraier, een neutronen-straler en een kristal. Met behulp van het kristal en de daarbij behorende elektronika wordt de intensiteit van de door de grond verstrooide en verzwakte straling gemeten.
De intensiteit van de gemeten gamma-straling is bepalend voor het volumegewicht van de grond.
Uit de intensiteit van de gemeten neutronenstraling kan de hoeveel-heid water in de grond worden afgeleid; immers hoe meer water zich in de grond bevindt des te meer energie van de uitgezonden neutronen bij botsing met de even zware waterstof-atomen van het poriënwater wordt geabsorbeerd. Uit de combinatie van de bekende soortelijke massa, het gemeten volumegewicht en de hoeveelheid water is het
poriëngehalte te bepalen, ook bij niet verzadigde grond. Evenals bij de elektrische methode wordt bij deze methode het verband tussen stralingsintensiteit en poriëngehalte in de vorm van een ijklijn bepaald.
Doordat een nauwkeurige meting een dunwandige meetbuis vraagt, is bij de nucleaire methode de bereikbare diepte beperkt. De bereikbare diep-te zal echdiep-ter veelal voldoende zijn om in ieder geval de onverzadigde zone, die met de hiervoor genoemde elektrische methode niet verkend kan worden, te onderzoeken.
2 - WEA appcuiatuwi nu.cZe.cUAZ <iLclzthzJ.cU>mz£Lng
De apparatuur voor de dieptemeting, de zogenaamde NEA-sonde, is in geschematiseerde vorm in figuur 2 getekend.
Met de NEA-sonde kan de zanddichtheid worden gemeten vanaf ca 30 cm onder het bodemoppervlak.
Voor de dichtheid van het oppervlaktemateriaal is een oppervlakte-meetapparaat gebruikt (de zogenaamde Troxler). De werking van dit apparaat, dat op hetzelfde principe berust als de NEA-sonde, is in figuur 3 verduidelijkt.
GROND OPPERVLAK
SROW
UITLSZINÖ
OSTECTORS
mztkodz
ViAzct
mztkodz
F-igauA 3 - Tn.oxi.zn. voon. meeting zanddA.ck£keA.d aan oppzn.vtak£z
De meting begint in de zogenaamde backscatter-stand, waarbij de in-vloed tot ca 10 cm onder het oppervlak reikt. Hierna gaat men over tot de transmissiemeting tot de maximale invloedshoogte van 30 cm onder het oppervlak.Voor het wegdrukken van de aluminium buizen voor de dieptemeting voor en na Deltagootproef 1 is gebruik gemaakt van de bij de Delta-goot beschikbare sondeerapparatuur. Hierbij treden geen problemen op. De benodigde wegdrukkracht bij de prototype-metingen is geleverd door een 10 tons sondeerinstallatie, opgesteld in een rupsvoertuig. Tijdens de prototype-metingen kon aanvankelijk de vereiste penetra-tiediepte niet worden bereikt. Enerzijds vereist de grotere diameter van de aluminium casing (5 cm ten opzichte van 3,6 cm bij normale sondeerbuizen) aanzienlijk meer wegdrukkracht.
Anderzijds bleek de verdringingsweerstand van de grond vanaf ca 2,5 m diepte in meerdere lokaties zo groot, dat de relatief zwakke alu-minium buizen werden beschadigd. Uiteindelijk kon toch de gewenste
diepte worden bereikt nadat een speciaal hulpstuk was gemaakt. Hier-mee konden de buizen door zowel trekken (dat wil zeggen drukken op een in de meetbuizen neergelaten stalen stang) als drukken op diepte worden gebracht.
2.2. V-Lcktkiu.dU>m2XAj\gzn vqon.
2.1.1. tt
Voor en na uitvoering van duinafslagproef 1 zijn dichtheidsmetingen uitgevoerd in 3 dwarsraaien in de Deltagoot.
In bijlage 1 zijn de raaien ingetekend met de penetratiediepte. In de raaien 169 m en 192 m is tot een diepte van 1,2 a 1,5 m bene-den het zandoppervlak gemeten. In raai 202,5 m is voor de proef tot
3 m beneden het duinoppervlak gemeten. Na de proef werd de dicht-heidsmeting in de duinraai tot ca 1,5 m diepte in het zand uitge-voerd.
Als meetpuntafstand is 30 cm aangehouden.
Behalve met de NEA-sonde, waarmee alleen dieper dan 0,30 m onder het zandoppervlak kan worden gewerkt, zijn tevens oppervlaktedichtheden gemeten met behulp van het Troxler-apparaat.
De in de bijlagen 2 en 3 gegeven oppervlakteporiëngehaltes hebben steeds betrekking op de bovenste 20 cm.
Voor aanvang van de proef is alleen een Troxler-meting in raai 202,5 m op het duin uitgevoerd. Na de proef werd in alle 3 de raaien gemeten. Elke meting werd dubbel uitgevoerd, zodat in totaal 2 x 6 vertikalen resulteerden.
In de 3 raaien werden zandmonsters genomen, waarvan in het Laborato-rium voor Grondmechanica het maximum en minimum poriëngehalte werden bepaald.
2.2.2.
De uit de metingen volgende vochtgehaltes en poriëngehaltes zijn als funktie van de diepte vermeld in de bijlagen 2 en 3. De gegeven getalwaarden zijn steeds gemiddelden van de 2 op overeenkomstige niveaus gevonden waarden. Er bleek slechts weinig verschil tussen de 2 vertikalen in elke dwarsraai.
Vdór aanvang van proef 1 blijkt het zand nergens volledig met water verzadigd te zijn geweest. Het watergehalte is maximaal 36% en steeds minimaal 7% lager dan het poriëngehalte (zie Appendix). Het luchtgehalte in het zand is dus voor proef 1 overal minimaal 7% geweest.
In het duin tot ca 2,50 m beneden het duinoppervlak, is het water-gehalte nog aanzienlijk lager, ca 10%.
Het bovenste meetpunt in de duinvoet levert eveneens een laag
watergehalte. Dieper in het zand, zowel in het duin als in de duin-voet, is sprake van een hogere verzadigingsgraad.
De metingen voor de proef (bijlage 2) tonen een lager poriëngehalte in het duin dan in de duinvoet en het voorland. Het gemiddelde
poriëngehalte in het duin bedroeg 40,3%. In de duinvoet, raai 192 m, en in raai 169 m resulteerden n =42,5%. Dit verschil in
gemid-gem
deld poriëngehalte kan het gevolg zijn van een intensievere verdich-ting bij het opbouwen van het duin.
Voor aanvang van proef 1 zijn monsters genomen in de 3 meetraaien. In het Laboratorium voor Grondmechanica zijn hiervan het minimum en maximum poriëngehalte bepaald. De resultaten waren:
monster n . n min max x = 202,5 m 33,6 44,7 x = 192 m 33,7 44,9 x = 169 m 33,5 44,6
Uitgaande van de gemiddelde waarden n . = 33,6% en n = 4 4 , 7 % en van de gemiddelde voor proef 1 gemeten poriêngehaltes in de
3 raaien resulteren de volgende relatieve dichtheden: x = 202,5 m, n = 40,3%: D = 40% gem r x = 192 m, n = 42,5%: D = 20% gem r x = 169 m, n = 42,5%: D = 20% gem r
Dit betekent, dat het zand voor de proef in een losse tot matig los-se toestand aanwezig was.
De metingen met de NEA-sonde na afloop van proef 1 (bijlage 3) leve-ren in het algemeen ca 1,5% hogere poriêngehaltes ten opzichte van vóór de proef. Dit verschil is systematisch, ook in raai 202,5 m. Het gemiddelde poriëngehalte na de proef n = 41,2% is namenlijk 1,4% hoger dan het gemiddelde van de vddr de proef in overeenkomstige meetpunten gemeten waarden. Dit zou inhouden, dat het zand overal een ca 1,5% lossere pakking zou hebben aangenomen.
De verwachting daarentegen was dat het zand onder invloed van de gol-ven een kleine afname in poriëngehalte zou ondergaan. Dit temeer om-dat de voor de proef uitgevoerde metingen reeds een relatief losse pakking opleverden.
De gevonden hogere poriêngehaltes na de proef waren dan ook ongeloof-waardig . Een systematische fout met betrekking tot de meting kon echter niet worden gevonden. Een na de proef uitgevoerde ijking leverde geen verschil op met het resultaat van de gebruikelijke ijking kort voor de meting. Toch moet worden aangenomen dat beide of één van beide metingen niet correct is geweest. De meest aanne-melijke verklaring lijkt dat de metingen na de proef te hoge poriên-gehaltes hebben opgeleverd. Dit wordt bevestigd door de resultaten, verkregen met het Troxler-apparaat ter bepaling van de oppervlakte-dichtheid in de duinraai x = 202,5 m.
Na de proef werd in het afslagprofiel n = 40,8% gemeten, wat goed overeenstemt met het poriëngehalte dat vddr de proef op overeenkom-stig niveau werd gemeten met de dieptesonde.
In het vervolg wordt ervan uitgegaan dat de voor de proef gemeten poriëngehaltes correct zijn en de na de proef gemeten waarden ca 1,5% te hoog. Hiermee worden de gemiddelde met de dieptesonde vddr en na de proef gemeten poriëngehaltes identiek verondersteld. Gezien de ervaringen met zand dat onder spanning staat, is dit een aannemelijke veronderstelling.
Volumeveranderingen onder invloed van wisselende belastingen zijn normaliter zo klein (hoogstens ca 0,2% in poriëngehalte) dat ze meestal niet met de nucleaire dichtheidsapparatuur kunnen worden gemeten.
Uit de resultaten, verkregen met het oppervlaktemeetapparaat na de proef kan worden afgeleid dat aanzienlijke volumeveranderingen wel plaatsgevonden hebben in het afgeslagen en opnieuw afgezette zand.
In de raaien 169 en 192 werd 38,5% respektievelijk 38,0% poriën-gehalte gemeten. Uitgaande van het vddr de proef met de NEA-sonde in raai 202,5 gemeten gemiddelde poriëngehalte van 40,3% is dus een verdichting van 2% poriëngehalte opgetreden.
2.3.
Uit de nucleaire dichtheidsmetingen volgde dat het zand in het duin dat aanvankelijk was aangebracht bij n =40,3% zich tijdens de proef zeewaarts had afgezet bij n = 3 8 , 0 % respektievelijk n =
38,5% . Deze verdichting van 2% betekent dat elke m3 afgeslagen duin
na afzetting een volume heeft van 0,968 m3.
Volumetreren levert 3,2 m3 "zandverlies" op 100 m3 afgeslagen zand.
Bij de eerste 4 proeven werd een gering verlies bevestigd door de gemeten profielen voor en na de proef.
Bij de latere proeven, waarbij een aanzienlijk hoger duin werd toegepast, bleek het percentage zandverlies aanzienlijk meer te bedragen. Na afloop van de laatste proef zijn half juli 1981 in het niet afgeslagen duin 10 steekringmonsters genomen. Met deze
steek-ringen kunnen vrijwel ongeroerde monsters met een constant volume worden genomen, waarvan later het volume droge stof kan worden be-paald. Op deze wijze kan van elk monster een poriëngehalte worden bepaald.
De resulterende poriëngehaltes van de 10 monsters leverden n = 45,2% en een standaardafwijking s = 1,7%.
Dit gemiddelde poriëngehalte is hoger dan die volgens de dicht-heidsmetingen vóór proef 1.
Aannemende dat ook tijdens de laatste proef het afgeslagen zand bij n = 38,3% zeewaarts is afgezet, betekent dit dat het poriën-gehalte ca 7% is afgenomen.
Elke m3 duin bevat na afzetting 0,888 m3 , ofwel 11,2 m3 verlies op
100 m3 afgeslagen zand.
Het hogere poriëngehalte van n ^ = 45,2% is vrijwel zeker het gevolg van het niet of minder intensief verdichten van het zand bij de laatste proeven. Het duin is aangebracht door vochtig zand met de grijper op de bestemde plaats te storten. Dat dit in prin-cipe zeer losse poriëngehaltes kan opleveren, tonen de resultaten van een aanvullend onderzoek in het LGM. Hierbij werden van voch-tige duinzandmonsters de maximum en minimum poriëngehaltes bepaald. Dit leverde de volgende resultaten:
watergehalte 5% 10% 15% "min 38, 39, 38, 5% 4% 8% "rnax 63, 64, 64, 6% 1% 4%
Hieruit blijkt, dat het met de steekringmonsters gevonden gemiddelde poriëngehalte van 45,2% zeker niet aan de hoge kant is voor onver-dicht vochtig zand.
2.4.
2.4.1. Keuze lokcutlz
De in het prototype gemeten poriëngehaltes dienden ter vergelijking met de in de Deltagoot gemeten waarden.
Omdat enerzijds meerdere oorzaken zijn aan te voeren, waardoor in de natuur relatief grote dichtheidsverschillen kunnen zijn ont-staan en anderzijds slechts een beperkt meetprogramma kan worden uitgevoerd, diende aandacht geschonken te worden aan de keuze van de prototype-lokatie. Het dwarsprofiel van het prototype-duin moest overeenkomst vertonen met het bij het duinafslagonderzoek gebruikte geschematiseerde prototype-duin. Daarnaast ging de voorkeur uit naar een lokatie zonder extreme ouderdom van het duin.
Zowel een in het recente verleden ontstaan duin en strand als een duin, dat de laatste tijd aan relatief snelle teruggang onderhevig
is geweest, kwam niet in aanmerking.
Nadat informatie was ingewonnen bij de Rijkswaterstaat, Adviesdienst Hoorn, is besloten de dichtheidsmetingen uit te voeren ter plaatse van de kilometerpaal 37 bij Egmond aan Zee. Deze lokatie voldeed in voldoende mate aan de gestelde eisen. Bovendien waren hier metingen uitgevoerd ter bepaling van de hydraulische en morfologische pro-cessen in de brandingszone in het kader van het "Toegepast Onderzoek Waterstaat", T.O.W.-werkgroep Natuurmetingen |5|.
2.4.2. MzsXpA.oqA.amma
Een situatietekening en een bovenaanzicht van de meetlokatie is ge-geven in bijlage 4.
In bijlage 5 is een dwarsprofiel getekend van het prototype-duin (km paal 37) bij Egmond aan Zee.
De dichtheidsmetingen werden uitgevoerd in 18 vertikalen, 9 in een dwarsprofiel, 15 m ten zuiden van km paal 37, en 9 vertikalen 15 m ten noorden van km paal 37.
Meetlokatie 1 is zo dicht mogelijk bij de laagwaterlijn gekozen. Een vereiste was dat het rupsvoertuig en meetapparatuur niet in het water kwamen. Daartoe werden de aktiviteiten in lokatie 1 verdeeld over 3 getijdeperioden (wegdrukken meetbuizen/meting/ trekken meetbuizen). Meetlokatie 6 werd in de duinvoet gekozen, 7 en 8 in de duinhelling en 9 bovenop het duin. Lokaties 2, 3, 4 en 5 zijn tussen 1 en 6 verdeeld.
In bijlage 5 is de gewenste penetratiediepte vermeld. Aanvankelijk kon de gewenste diepte in de lokaties 1, 2 en 3 niet worden be-reikt. Door de grote penetratieweerstand trad beschadiging op aan de 5 cm diameter aluminium meetbuizen. Na wijziging van de wegdruk-procedure kon de gewenste diepte wel worden bereikt.
De benodigde kracht voor het wegdrukken van de meetbuizen is om de 20 cm genoteerd. Bij de dichtheids- en vochtgehaltemeting met be-hulp van de NEA-sonde werd een vertikale meetpuntsafstand van 30 cm aangehouden.
In de punten 1Z, 3N, 6N, 7N, 9N werden bovendien normale zware sonderingen uitgevoerd, waarbij de conusweerstand en de plaatse-lijke kleef werden geregistreerd.
In de lokatie 3N is een continu-boring 0 29 mm gestoken tot ca 6,50 m MV. Van het hierbij verkregen monster is in het laboratorium een
grondbeschrijving gemaakt.
In de lokaties IN, 3N, 5N, 7N en 9N is op ca 0,5 m - MV een zand-monster genomen, waarvan in het laboratorium een korrelverdelings-diagram en het maximale en minimale poriëngehalte zijn bepaald.
Tenslotte zijn in één lokatie watermonsters genomen ter bepaling van het zoutgehalte. Dit zoutgehalte is van belang voor de inter-pretatie van de nucleaire dichtheidsmeting.
Alle prototype-metingen, behalve de oppervlaktedichtheidsmetingen met behulp van het Troxler-apparaat, zijn uitgevoerd tussen 5 en 22 oktober 1981. Het wegdrukken en trekken van de aluminium meet-buizen, evenals de zware sonderingen en de continu-boring vond plaats vanuit de sondeerwagen op rupsbanden. Een aantal dagen in de genoemde meetperiode kon vanwege de slechte weersomstandighe-den niet worweersomstandighe-den gemeten. Ten behoeve van de vereiste beschutting van de meetopstelling werd een gewone sondeerwagen aangevoerd van waaruit de nucleaire dichtheidsmetingen werden uitgevoerd. Door het stormachtige weer was er sprake van een aanzienlijk hogere gemiddelde waterstand en hogere golven dan in de voorliggende periode. Het vrij losgepakte zand rond en boven de gemiddelde hoogwaterlijn reageerde daardoor op diverse plaatsen als drijf-zand. De uitvoering van de metingen op het strand ondervond hier-van vertraging. Ondermeer liep de meetsondeerwagen enkele malen vast.
Vanwege de slechte weersomstandigheden tijdens de uitvoering van de metingen en de gevoeligheid van de elektronika van het Troxler apparaat konden geen oppervlaktemetingen in en vddr het prototype duin worden uitgevoerd.
2.4.3.
Het verloop van de benodigde totaalwegdrukkracht voor de aluminium meetbuizen, van het vochtgehalte van het zand en van het poriën-gehalte met de diepte is voor de 18 meetlokaties weergegeven in de bijlagen 6 t/m 23.
In de bijlagen 24 t/m 38 zijn de resultaten gegeven van de zware
sonderingen in de lokaties 1Z, 3N, 6Nf 7 N en 9N. De foto van het
continu gestoken monster in lokatie 3N is gegeven in bijlage 39. De korrelverdelingsdiagrammen inklusief de in het laboratorium bepaalde maximum en minimum poriëngehaltes van de in het proto-type genomen monsters in lokaties IN, 3N, 5N, 7N en 9N worden in de bijlagen 40 t/m 44 gepresenteerd.
In lokatie 3N is een continu-boring 0 29 mm uitgevoerd. Een foto van het na uitleggen van de boring verkregen monster is gegeven in bijlage 39. Van het monster is de volgende geologische beschrij-ving gemaakt:
MV -0,30 m - ca -2,60 m : jonge duin- en/of strandzanden ca -2,60 m - ca -3,40 m : ouden duinen (fijn zand)
ca -3,40 m - ca -4,50 m : strandwalzanden (fijn tot middelzand met veel schelpresten)
ca -4,50 m - ca -5,80 m : oude duinen (fijn zand met diverse
horizonten van veen en klei-humeuze lagen) ca -5,80 m - ca -6,80 m : strandwalzanden (fijn tot middelzand met
(eind boring) veel schelpresten)
In de bijlagen 40 tot en met 44 zijn de korrelverdelingsdiagrammen getekend van de 5 op 0,5 m - MV genomen monsters. Alle 5 de dia-grammen tonen een uniform zand, dat vrijwel geen fijne delen < 60 urn
bevat. De gemiddelde korreldiameter d_Q bedraagt respektievelijk
330 yin, 280 ym, 260 yin, 230 ym en 230 ym.
De resultaten van de vochtgehaltemetingen (bijlagen 6 tot en met 23) tonen een duidelijke overgang van de onverzadigde zone in de nage-noeg verzadigde zone. In de lokaties 7, 8 en 9 in het duin is het gemeten vochtgehalte steeds laag. In de lokaties 5 en 6 is een dui-delijke overgang waarneembaar, in lokatie 5 op ca 1 m - MV en in 6, ter plaatse van de duinvoet op ca 3 m - MV.
In lokatie 4 treedt de overgang dicht onder de oppervlakte op en in de lokaties' 1, 2 en 3 is de verzadigingsgraad vanaf het opper-vlak groot.
De grootte van de conusweerstand op een zekere diepte in een zand-massief wordt door een groot aantal faktoren bepaald. Twee belang-rijke faktoren zijn de heersende spanningen en de relatieve dicht-heid, waarbij het zand aanwezig is. Voor de spanningstoestand is het gewicht van de bovenliggende grond en dus de diepte onder het bodemoppervlak mede van belang.
In een qua samenstelling en qua dichtheid homogeen zandpakket zal de grootte van de conusweerstand toenemen met toenemende diepte. De toename per diepte-eenheid vermindert naarmate de diepte gro-ter wordt. (Zie figuur.)
conusweerstand
I
diepte vaste pakking \ losse pakking \ \ \F-LguuA 4 - SchzmcutUck v&ULoop conuAwzeAAtand mzt
In een relatief vastgepakt zand treden hierbij aanzienlijk hogere conusweerstanden op dan in losgepakt zand.
Indien in een zandmassief afwisselend losser en vaster gepakte lagen aanwezig zijn dan zal de conusweerstand in het algemeen sterk variëren. Een meting in vastgepakt zand zal bij het naderen van een losgepakte laag gaan afwijken van de bij het vaste zand behorende lijn. Na passeren van de overgang zal vanaf een zeker nivo de lijn voor het losgepakte zand worden gevolgd. Er is sprake van een over-gangsgebied, waarin de conus als het ware zowel het vaste als het losse zand voelt.
conusweerstand dieDte vastgepakt zand losgepakt zand
F-igau/i 5 - Schmcutuck voAloop conuAwzeAAtcLnd -on
£04- vcutg zpakt zand
In een zandpakket met sterk inhomogene pakkingsdichtheid resulteert dit in een zeer grillig verloop van de conusweerstand met de diepte. Het resultaat van een sondering wordt algemeen als zeer gevoelig voor de zanddichtheid beschouwd. Echter, vanwege de vele andere, niet hier genoemde, faktoren die mede bepalend zijn voor de conus-weerstand levert de meting alleen kwalitatief inzicht. Dichtheids-metingen zijn noodzakelijk indien meer gedetailleerde kwantitatieve informatie gewenst is. Het vergelijken van het verloop van de
conus-weerstand met de diepte met het verloop van het poriëngehalte dient dan ook voornamelijk ter verhoging van het inzicht in de betrouwbaarheid van de gemeten poriëngehaltes.
De benodigde kracht voor het wegdrukken van de aluminium meet-buizen is opgebouwd uit de te overwinnen conuspuntweerstand en de totale kleefweerstand langs de omtrek van de buizen. Zoals uit de sondeerresultaten (bijlagen 24, 27, 30, 33, 36) te zien is, kan de conusweerstand zowel toe- als afnemen bij toenemende diepte.
De totale kleefweerstand zal steeds vermeerderen. Dit betekent dat de conusweerstand alleen in een relatief sterker wisselend beeld resulteert dan de wegdrukkracht voor de buizen.
Uit de bijla'gen 6 tot en met 23 blijkt evenwel dat ook het ver-loop van de totale wegdrukkracht met de diepte in veel lokaties goed gerelateerd kan worden aan het verloop van het gemeten po-riëngehalte. Het duidelijkst komt dit naar voren in de resulta-ten van de lokaties 3Z en 3N, bijlagen 10 en 11. In tegenstelling tot de meeste andere lokaties vertonen de resultaten in deze twee overeenkomstige vertikalen een sterke overeenkomst.
Tussen ca 1,0 m - M V e n 2,5 m - MV neemt het poriëngehalte af van ca 44% tot ca 37%, het zand wordt aanzienlijk vaster. De weg-drukkracht neemt in dit trajekt sterk toe.
Tussen 2,5 m - MV en 4,0 m - MV neemt het poriëngehalte weer toe tot ca 45% en de totale wegdrukkracht neemt af tot ca 65 kN op 3,50 m - MV en is daaronder vrijwel constant.
Er blijkt een duidelijk verschil in de toename van de wegdruk-kracht en conusweerstand met de diepte tussen het onverzadigde en verzadigde zand.
In het niet verzadigde zand in het duin neemt de wegdrukweerstand nauwelijks toe met de diepte. In het verzadigde zand op het strand
is de benodigde wegdrukkracht op geringe diepte reeds groot. De hiervoor in 2.1 genoemde problemen bij het wegdrukken van de aluminium buizen trad ook alleen in de laaggelegen lokaties op.
De gemeten poriêngehaltes vertonen een aanzienlijke spreiding, vooral de metingen op het strand en in de duinvoet. De extreme meetwaarden zijn 35 en 47%.
In tabel 1 zijn per meetlokatie de gemiddelde poriêngehaltes en standaardafwijking verzameld. In bijlage 45 zijn de gemiddelde poriêngehaltes per 2 overeenkomstige meeclokaties uitgezet in het dwarsprofiel. Het gemiddelde poriëngehalte van alle 257 meet-waarden is 42,6%.
In bijlage 45 is te zien dat, uitgezonderd de lokaties 4 en 5, het gemiddelde poriëngehalte weinig varieert in een dwarsprofiel over het duin.
In lokatie 4 is het gemiddelde poriëngehalte duidelijk hoger en in lokatie 5 iets lager dan het totaalgemiddelde.
Algemeen geldende konklusies zijn echter niet te trekken. De vari-atie in poriëngehalte in het strand en in de duinvoet is vrij
groot en het uitgevoerde meetprogramma met verschillende penetratie-diepten in de diverse lokaties was te beperkt.
Het doel van het prototype-onderzoek was dan ook niet om het dicht-heidsverloop in vertikale en horizontale zin in een duinprofiel nauwgezet te analyseren. Hiertoe zou een veel groter aantal metin-gen vereist zijn.
Voor het werkelijke doel van het onderzoek, namelijk het vast-stellen of de proefopstelling in de Deltagoot qua dichtheid van het zand een realistische weergave van de werkelijkheid is geweest, levert de in tabel 1 en bijlage 45 gegeven informatie voldoende inzicht.
meet-lokatie 1Z IN 2Z 2N 3Z 3N 1 4Z 4N 5Z 5N 6Z 6N 7Z 7N 8Z 8N 9Z 9N aantal meet-waarden 8 8 8 7 14 15 7 8 8 8 15 12 25 20 25 26
S 2 6
17 ; gemiddelde poriên-gehalte in % 41,5 42,8 42,6i 4 1 , 5
42,3 43,1 44,5 44,2 41,6 42,0 42,8 42,5 42,2 42,3 42,4 42,3 43,3 42,8 gemiddelde poriêngehalte van cstandaard-afwijking in % poriên-gehalte 1,9 1,9 2,1 1,5 2,1 2,4 2,0 1,7 4,6 2,9 2,6 3,2 1,3 2,3 1,0 1,1 1,2 0,8 gemiddelde poriên-gehalte per 2 bij elkaar horende lokaties in % 42,2 42,0 42,7 44,3 41,8 i
i
42'
6i
!
42'
3!
i . ; 42,3 ; 43,0 ] ille 257 meetwaarden: 42,6% \TabzJL 7 - GzmtddzZdz pofu.zngzkaJLtz zn AtandaaAdafiuitjkAjig pzK
mzzttokcutiz
De nucleaire dichtheidsmeting bestaat uit een gamma-meting en een neutronen-meting. De eerste levert een dichtheid van het massief, waarin zowel het zand als het poriënwater is verdisconteerd. Ter bepaling van het poriëngehalte in onverzadigd zand is de neu-tronen-meting die de vochtdichtheid levert dus onontbeerlijk. Voor beide metingen zijn enkele aanvullende gegevens vereist. Zo
is bij de interpretatie van de gamma-meting een soortelijk gewicht
van 2,65 t/m3 voor zand aangenomen. Voor de vochtgehaltemeting is
kennis van het chloor-broomgehalte van het poriënwater van belang. Hiertoe zijn enkele watermonsters genomen, waarvan de samenstel-ling is geanalyseerd.
Na invoering van de betreffende gegevens resulteerden in een aan-tal lokaties beneden de grondwaterstand vochtgehaltes, die iets hoger waren dan de poriëngehaltes.
Door aanpassing van de benodigde constanten, zodanig dat het vocht-gehalte hoogstens gelijk was aan het poriënvocht-gehalte, werden meer realistischer uitkomsten verkregen. Dit betekent echter dat er een systematische fout in de in dit verslag gepresenteerde poriëngehal-tes aanwezig kan zijn van maximaal ongeveer 1,0% in poriëngehalte en wel zodanig dat de werkelijke poriëngehaltes lager zullen zijn.
Omdat het maximum en minimum poriëngehalte van verschillende zand-soorten aanzienlijk kan verschillen, mogen de gemeten poriëngehal-tes zoals gepresenteerd in de bijlagen 6 tot en met 23 niet direkt worden vergeleken met de in de Deltagoot gemeten waarden.
De vergelijking kan beter aan de hand van relatieve dichtheden wor-den uitgevoerd. Hiertoe zijn in het laboratorium van een beperkt aantal monsters, genomen op ca 0,5 m - MV in de lokaties IN, 3N, 5N, 7 N en 9N, de maximale en minimale poriëngehaltes bepaald. Deze zijn vermeld rechts onderaan de korrelverde1ingsdiagranmen op de bijlagen 40 tot en met 44.
Het gemiddelde minimale poriëngehalte van de 5 monsters bedroeg 32,7%, het gemiddelde maximale poriëngehalte 43,5%. Aannemende dat deze beide gemiddelde uiterste waarden representatief zijn voor het gehele zandmassief vertegenwoordigt het gemiddelde ge-meten poriëngehalte 42,6% een relatieve dichtheid van
43*5 ~ ^ ' ^ x 100% is ca 10%. Dit betekent dat het zand in en voor het onderhavige prototype-duin gemiddeld als zeer losgepakt moet worden beschouwd. Echter, omdat er nivo's zijn waar het ge-meten poriëngehalte aanzienlijk hoger was dan 43,5%, moet worden gekonkludeerd dat de op die nivo's aanwezige zanden een veel ho-ger maximum poriëngehalte zullen bezitten. Dit is zeker niet on-mogelijk daar het gevonden gemiddelde maximum poriëngehalte van de 5 monsters (gezien de ervaring) aan de lage kant is. Een waarde van 46% komt in het algemeen regelmatig voor. De hiervoor afgeleide relatieve dichtheid van 10% is dan ook vrij zeker te laag als gemiddelde van het gehele beschouwde zandmassief.
Ondanks enkele onzekerheden kan worden gekonkludeerd dat de re-sultaten van de dichtheidsmetingen te zien geven dat het zand in en voor het prototype-duin ter plaatse van km paal 37 bij Egmond aan Zee een vrij losse pakking bezit.
2.5. ^§^3§4i-i^?3_3^ï!§^§
n_£?'i^§!}3§^^
a4Vz&tcLQootgiozfi I en
De resultaten van de v<5ór proef 1 in de Deltagoot uitgevoerde dichtheidsmetingen tonen dat het gemiddelde poriëngehalte van het zand in het duin 40,3% is geweest.
In het voorland werd gemiddeld 42,5% gevonden. De relatieve zand-dichtheid was 40% in het duin en 20% voor het duin.
Dit betekent dat het zand bij het begin van de proef een vrij los-se pakking bezat.
De in het prototype ter plaatse van km paal 37 bij Egmond aan Zee uitgevoerde dichtheidsmetingen tonen een aanzienlijke spreiding in poriëngehalte. Gemiddeld resulteert een poriëngehalte van 42,6%. Deze 42,6% vertegenwoordigt eveneens een lage relatieve dichtheid. In het dwarsprofiel is weinig variatie in gemiddeld poriëngehalte per lokatie gevonden afgezien van in de meetlokatie iets boven de hoogwaterlijn alwaar een 1,5 - 2% hoger poriëngehalte resulteerde.
Zowel bij de resultaten van de metingen vddr en na Deltagootproef 1 als van de prototype-metingen kunnen onzekerheden worden onderschei-den.
De metingen na proef 1 leveren een systematisch hoger poriëngehalte ten opzichte van de metingen vddr proef 1.
Bij de poriëngehaltes volgens de prototype-metingen is mogelijkerwijs een fout geïntroduceerd door afwijkende eigenschappen van het grond-water .
Ondanks deze onzekerheden kan toch worden gekonkludeerd dat de gemid-delde dichtheid van het zand'vddr proef 1 gelijk tot iets hoger is
geweest dan de gemiddelde relatieve dichtheid afgeleid uit de prototype-metingen bij Egmond aan Zee.
Tijdens proef 1 in de Deltagoot bezat het zand in het duin een duide-lijk hogere relatieve dichtheid dan die volgt uit de natuurmetingen.
3. W(Uuupa.nnA.ngm&Ungzn ttjdznA pfiozj 7 In do. Vzltagoot
3.1. OpzoX
Tijdens proef 1 van het duinafslag-onderzoek in de Deltagoot zijn op 10 plaatsen waterspanningen gemeten.
In bijlage 46 zijn de lokaties van de waterspanningsmeters in een langsdoorsnede van de proefopstelling ingetekend. Alle opne-mers waren bevestigd in uitneembare perspex platen, opgenomen in de gootwanden ter plaatse van het verdiepte gedeelte van de Deltagoot.
Bij de keuze van de meetlokaties waren de volgende aspekten van belang:
- Tijdens het duinafslagproces treden ter plaatse van het duinfront af en toe zandafschuivingen van grotere omvang op. In het duin kunnen zich hierbij plotselinge waterspanningsvariaties voordoen. Met name in relatief vastgepakt zand zullen onderdrukken kunnen ontstaan. Opnemers 14 en 15 waren bedoeld om deze eventuele druk-variaties te signaleren.
- Water dat over de duintop slaat (voornamelijk in de beginfase van de proef) en tegen het nieuw gevormde strand oplopend water (vanaf een iets later stadium) infiltreert gedeeltelijk in het zand. Hierdoor kan een grondwaterstroming ontstaan, waarbij uittreding plaatsvindt op een nivo beneden de gemiddelde waterstand.
Indien dit met een aanzienlijk verhang gepaard gaat dan zal de stabiliteit van oppervlakkige korrels worden verminderd. Begin van beweging van het zand en de omvang van het zandtransport kan hier-door worden beïnvloed. Opnemers 11, 12, 13, 14 en 15 waren mede bedoeld om een verhoogde potentiaal in en voor het duin te kunnen registreren.
- De lokatie van de opnemers 6, 7, 8,. 9 en 10 in de meetraaien op 169,1 m en 179,3 m uit het golfschot is gekozen om golfdrukvoort-planting in de bodem te kunnen meten. Het karakter van de
golfdruk-voortplanting hangt in sterke mate samen met het luchtgehalte in de poriën van het zand. Bij geheel met water verzadigde poriën neemt de waterspanning de drukvariaties grotendeels op. In het geval de poriën niet volledig verzadigd zijn met water dan spe-len tevens de doorlatendheid van het zand en de belastingsperiode een rol. Bij het in de Deltagoot gebruikte zand met D50 = 225 ym en de golffrekwentie van ca 5 s zal weinig lucht in het zand reeds een aan-zienlijke demping van de waterspanningsamplitude veroorzaken.
Dit betekent dat de wisselende golfbelasting op zekere diepte be-neden het zandoppervlak vrijwel geheel door het korrelskelet ge-dragen wordt. De wijze waarop de golfbelasting in de bodem wordt verdeeld in korrel- en waterspanningen, kan van belang zijn voor de mate waarin het zandbed tijdens de proef verdicht.
Verdichting zal in het bijzonder kunnen optreden in een bij aan-vang van de proef losgepakt zandbed.
Voorafgaand aan de beschrijving van de gemeten waterspanningen,
dient opgemerkt te worden dat de wijze van prepareren van het zandbed in de Deltagoot zodanig is geweest dat een hoog luchtgehalte in de zandporiën kon worden verwacht. Het naast de goot opgeslagen, vochtige zand werd in den droge aangebracht in de Deltagoot en verdicht. Eerst nadat het gewenste profiel was ingesteld, werd de goot met water ge-vuld. Hiermee zal een relatief hoog luchtgehalte resulteren in het onder water gelegen zand. De in hoofdstuk 2.2.2. beschreven resulta-ten van de dichtheidsmetingen vóór proef 1 bevestigen dit (watergehal-te in het zand aanzienlijk lager dan poriëngehal(watergehal-te)
De in het prototype uitgevoerde dichtheidsmetingen in het natte
strand tonen vanaf ca 0,60 m - MV in het algemeen hoge watergehaltes. Mede door de grotere golfperiode in het prototype zal de wijze van golfdrukindringing in de bodem in de natuur kunnen afwijken van die tijdens proef 1 in de Deltagoot. Er zijn echter geen aanwijzingen dat het karakter van de golfindringing invloed kan hebben op de hoeveelheid afslag en de profielontwikkeling tijdens een duinafslag-proef.
Tijdens het grootste deel van de proef werden de optredende water-spanningsvariaties in alle 10 lokaties geregistreerd en op schijf opgeslagen. Het verloop in de tijd gedurende een 4-tal interessante periodes van 5 minuten (0u.20min. - Ou.25min., lu.OOmin. - lu.05min.,
3u.30min. - 3u.35min. en 7u.30min. - 7u.35min.) is in een later stadium uitgewerkt. Deze resultaten worden hierna in hoofdstuk 3.2. gepresen-teerd. Bovendien werden de reakties van 6 opnemers (7, 10, 9, 13, 14 en 15, bijlage 46) tijdens de proef direkt analoog weergegeven op een schrijver.
3.2.
In de bijlagen 47 tot en met 54 zijn de registraties van alle 10 de waterspanningsmeters tegen de tijd geplot voor 4 periodes van 5 minuten tijdens proef 1.
Deze periodes zijn:
- 0u.20min. tot 0u.25min. - lu.OOmin. tot lu.05min. - 3u.3Omin. tot 3u.35min. - 7u.30min. tot 7u.35min.
In de bijlagen 47 tot en met 54 is steeds de uitwijking vanaf de hydrostatische druk behorend bij de gemiddelde waterstand tijdens de proef uitgezet (h = 4,195 m, zie bijlage 46).
De registraties van de afzonderlijke opnemers worden hierna in het kort beschreven.
waterspanningsmeter 7 (bijlagen 47 tot en met 50)
Opnemer 7 bevond zich bij aanvang van de proef boven het zandopper-vlak op 169,1 m vanaf het golfschot (bijlage 46). De reaktie van deze opnemer beschrijft tot ca 3.00 uur na het begin van de proef ongeveer de golfdrukvariatie op de bodem. Vanaf het tijdstip
3.00 uur is het zandoppervlak ter plaatse van raai 169,1 tot boven het niveau van opnemer 7 gestegen.
Ten opzichte van de registratie tijdens de eerste 3 perioden is in het drukverloop gedurende 7.00 uur - 7.35 uur (bijlage 50) een iets vlakker verloop bij afnemende druk waarneembaar.
waterspanningsmeter 10 (bijlagen 47 tot en met 50)
Ook opnemer 10 bevond zich bij het begin van de proef boven het zandoppervlak en geeft in de periode 0.20 - 0.25 uur de golfdruk-randvoorwaarde in meetraai 179,3 m. Reeds vanaf 1.00 uur na aan-vang van de proef was het zandniveau hoger dan de opnemerhoogte en dit komt duidelijk naar voren in een ander karakter van de drukvariatie in de tijd in de 3 latere registratieperiodes.
De golfdrukamplitude is gedempt en, evenals bij opnemer 7 tijdens de periode 7.30 - 7.35 uur, is er sprake van een langzamer druk-afname ten opzichte van de druktoename. Tevens vertoont de reaktie van opnemer 10 de aanwezigheid van een langere golf tijdens de proef. De periode hiervan is ongeveer 80 sekonden.
waterspanningsmeters 6, 8 en 9 (bijlagen 47 tot en met 50)
Deze opnemers bevonden zich vanaf het begin van de proef onder het zandoppervlak op respektievelijk 169,1 en 179,3 m afstand van het golfschot (bijlage 46).
De vertikale afstand tot de zandbodem bij opnemer 6 bedroeg ca 0,70 m, bij opnemer 8 ca 1,90 m en bij opnemer 9 ca 1,00 m. Tijdens de proef namen deze vertikale afstanden geleidelijk toe door het afzetten van het afgeslagen zand.
De golfdrukvariatie aan het bodemoppervlak werd door geen van de 3 opnemers 6, 8 en 9 gevoeld. Dit wordt het gevolg geacht van het hoge luchtgehalte in het geprepareerde zandbed. Een drukvariatie op zekere diepte in het zand vereist daardoor veel waterverplaat-sing en dit is vanwege de lage doorlatendheid van het fijne zand
en de relatief korte belastingsperiode van ca 5 seconden niet mogelijk. Hoewel sterk gedempt, wordt de eerdergenoemde lange golf door de
2 minder diepe opnemers 6 en 9 wel geregistreerd. Ook hier kan een golfperiode van ca 80 sekonden uit de meetresultaten worden afge-leid.
De registratie van de diepere opnemer 8 vertoont in het geheel geen drukvariatie.
waterspanningsmeter ^2 (bijlagen 51 tot en met 54)
Opnemer 12 bevond zich bij aanvang van de proef onder water en bo-ven het zandoppervlak op korte afstand voor het duinfront.
Kort na aanvang van de proef had zich reeds zand afgezet tot boven het niveau van deze opnemer.
De dikte van de zanddekking is tijdens het gehele verloop van de proef echter beperkt gebleven, maximaal ca 0,25 m. De registratie van opnemer 12 tijdens de 4 onderscheiden periodes van 5 min. laat zien dat in de latere periodes sprake is van iets meer demping ten opzichte van die gedurende de eerste periode 0.20 uur - 0.25 uur.
waterspanningsmeter 11 (bijlagen 51 tot en met 54)
Opnemer 11 bevond zich in-het zand 0,95 m recht onder opnemer 12. Tijdens de proef nam de zanddekking snel toe tot ca 1,00 m.
Ook in de registratie van opnemer 11 is alleen een lange golf
waarneembaar. Bovendien is tijdens de 2 perioden 3.30 uur - 3.35 uur en 7.30 uur - 7.35 uur sprake van een statische drukverhoging.
Deze gemiddelde druktoename kan het gevolg zijn geweest van een door golfoverslag en golfoploop veroorzaakte ondergrondse grondwater-stroming in de richting van het onderwatertalud voor het duin.
waterspanningsmeters 13 en 14 (bijlagen 51 tot en met 54)
Deze opnemers bevonden zich bij aanvang van de proef onder (opnemer 13) respektievelijk in (opnemer 14) het duin (bijlage 46).
Beide opnemers bleven gedurende de gehele proef onder het zandopper-vlak.
Het duinfront dat bij aanvang aan de golfschotzijde van beide opne-mers aanwezig was, passeerde tijdens de proef de raaien waarin de opnemers waren aangebracht.
In de registratie van de opnemers 13 en 14 is de golfdrukvariatie niet zichtbaar. Ook de invloed van de eerder genoemde lange golf is niet waarneembaar.
Opvallend zijn de veranderingen van het meer statische drukniveau tijdens de 4 uitgewerkte periodes van 5 minuten.
Gedurende de vroegste periode 0.20 uur tot 0.25 uur leveren beide opnemers een onderdruk ten opzichte van de voor het duin ingestelde waterstand. Waarschijnlijk heeft de grondwaterstand in het duin zich nog niet aangepast aan de buitenwaterstand. De stijging van de druk bij beide opnemers in de periode 0.2Ö - 0.25 uur toont dat de-ze aanpassing zich aan het voltrekken is (bijlage 51).
Bij het begin van de periode 1.00 uur - 1.05 uur is de aanpassing volledig en treedt een in de tijd toenemende overdruk op.
Omdat het tijdstip 1.00 uur overeenkomt met de start van de derde golffase tijdens proef 1 (na een lange onderbreking vereist voor de peilingen) geeft het verloop van de waterspanning in de periode
1.00 uur tot 1.05 uur inzicht in de snelheid waarmee de gemiddelde overdruk zich instelt.
De registraties gedurende de 2 laatste perioden van 5 minuten tonen de meer stationaire toestand.
Hierbij is sprake van een constante overdruk van ca 1,5 kN/m2 ter
plaatse van opnemer 13 en ca 2 kN/m2 ter plaatse van opnemer 14.
Deze overdrukken zijn waarschijnlijk veroorzaakt door de zich in-gestelde grondwaterstroming in de richting van het onderwatertalud voor het duin als gevolg van penetratie van oplopend golfwater in het zand voor het duin.
De gemiddelde overdruk van ca 2 kN/m2 bij opnemer 14 (dichter bij
het zandoppervlak dan opnemer 13) is vrij laag en gekonkludeerd kan worden dat de terugkerende grondwaterstroming niet met aanzienlijke
verhangen gepaard gaat. Mede door het vrij flauwe strandtalud zal beïnvloeding van begin van beweging van oppervlakkige zandkorrels niet of nauwelijks opgetreden kunnen zijn.
waterspanningsmeter 15 (bijlagen 51 tot en met 54)
Opnemer 15 bevond zich bij aanvang van de proef in het duin ca 0,46 m boven het niveau van de ingestelde buitenwaterstand. Tijdens de proef naderde het duinfront de meetraai 201,9 m waar op-nemer 15 was aangebracht geleidelijk. Omstreeks 2.00 uur na aanvang van de proef passeerde het duinfront deze meetraai en ongeveer van-af dit tijdstip bevond de opnemer zich boven het zandoppervlak. Alleen ver op het nieuw gevormde strand doorlopende golven werden door de opnemer geregistreerd. Dit laatste is mede aanleiding ge-weest om ook tijdens de volgende duinafslagproeven in de Deltagoot een 3-tal waterspanningsmeters te registreren.
De reaktie van opnemer 15 voordat de opnemer zich boven het zand-oppervlak bevond (tot ca 2 uur na aanvang proef) is duidelijk anders dan daarna.
Vddr het tijdstip 2,00 uur treden relatief kleine waterspannings-variaties op (perioden 0.20 uur - 0.25 uur en 1.00 uur - 1.05 uur). De registratie in een aantal extra perioden van 2 minuten is in bij-lage 55 met een gevoeliger tijd- en drukschaal getekend.
Naarmate het duinfront nadert, vindt de druktoename sneller plaats. Het afstromen van de wateroverspanning gebeurt eveneens steeds snel-ler.
Na het tijdstip 2.00 uur wordt de golfdrukvariatie ten gevolge van golfoploop direkt geregistreerd door opnemer 15.
Dit is te zien in de bijlagen 53 en 54 met de registratie tijdens de perioden 3.30 uur - 3.35 uur en 7.30 uur - 7.35 uur. Opvallend
is hierin de verhoogde nulstand van 1 a 2 kN/m2 tijdens de
Na bestudering bleek dit het gevolg van een ten onrechte aangebrachte nulstandskorrektie vóór de betreffende proeffasen. De horizontale ge-deelten in de registratie van opnemer 15 in de bijlagen 53 en 54 ver-tegenwoordigt in feite een waterspanning gelijk aan nul.
In de reaktie van opnemer 15 tijdens de volledige eerste 2 proeffasen zijn geen aanwijzingen gevonden voor waterspanningsvariaties, die het gevolg zijn geweest van afschuivingen van grotere schollen zand ter plaatse van het duinfront.
3.3. ConcZiMi-lti'SUté(^ig<mninQ<imz£inqen
De resultaten van de waterspanningsmetingen tijdens duinafslagproef 1 in de Deltagoot tonen het volgende aan:
- De golfdrukindringing in de zandbodem is snel uitgedempt. Dit wordt veroorzaakt door het hoge luchtgehalte in het geprepareerde zand. - In het nieuw afgezette (ter plaatse van het duin afgeslagen) zand worden de golfdrukken minder gedempt. Het luchtgehalte in dit zand is, geheel volgens verwachting, veel lager.
- Er treedt een verhoogde gemiddelde druk op onder en voor het duin ten gevolge van bij golfoverslag en golfoploop indringend water*. De hierdoor veroorzaakte grondwaterstroming in de richting van het onderwatertalud voor het duin gaat niet gepaard met zodanige ver-hangen dat beïnvloeding van de erosie van zand mogelijk is.
De invloed van een eventueel hiermee gepaard gaand schaaleffekt als gevolg van de geometrische samentrekking in het model is dan ook verwaarloosbaar.
- Het verloop in de tijd van de waterspanning in het duin is afhan-kelijk van de afstand tot het duinfront. Er zijn geen aanwijzingen gevonden dat de waterspanning mede wordt bepaald door interne zandverschuivingen in het duin.
4. ïnvlozd Qn.OYidmnchaïvU>c.ke. cupcktzn b-lj
4.1. \J^\xdL<Ljtia^Y\ynwQ<inj&fa dz
In de inleiding is vermeld dat de leden van de TAW-commissie de aanwezig-heid van een grondmechanisch ingenieur tijdens de Deltagootproeven van groot belang achtten. De visuele waarnemingen van het afslagproces dien-den de basis te vormen van de verdere grondmechanische studie.
In bijlage 56 is schematisch het proces van duinafkalving getekend. De achteruitgang van de duintop is een vrij diskontinu proces.
Met tussenpozen schuiven schollen zand naar beneden tot voor de duin-voet. Het tijdsinterval tussen 2 afschuivingen is sterk verschillend doch in het algemeen aanzienlijk groter dan.de gemiddelde golfperiode. Ook de grootte en dikte van de schollen zand verschilt sterk.
Af en toe schuiven grote massa's naar beneden (scholdikte max. ca 50 cm) soms ook is meer sprake van een zandregen.
De afgeschoven hoop zand die voor de duinvoet terechtkomt, wordt door het water opgeruimd, dat wil zeggen het zand wordt opgenomen en zee-waarts getransporteerd en afgezet. Het verdwijnen van het zand voor de duinvoet gebeurt relatief langzaam en is een vrij kontinu verlopend proces.
Elke golf die de duinvoet bereikt neemt bij teruglopen van het water een weinig zand mee in zeewaartse richting.
Nadat het afgeschoven zand op deze wijze is opgeruimd, versteilt het water het duintalud weer door zand eruit op te nemen en af te voeren. Dit gaat door totdat er weer een afschuiving plaatsvindt.
Duidelijk is dat elke afschuiving het gevolg is van ondermijning van het talud door het water en dus van een hydraulisch-morfologisch verschijnsel.
Er is geen sprake van één taludhelling, waarbij het zand afschuift. Meestal bestaat het duinfront op het moment van afschuiven uit een
zeer steil gedeelte onderaan, soms zelfs overhellend (dus een helling groter dan 90°), en een iets minder steil gedeelte bovenaan (bijlage 56) .
Tijdens de Deltagootproeven 1 en 2 (hoogteverschil duinvoet-duintop bij het begin van de proeven 2,4 m) waren de gemiddelde hellingen op het moment van afschuiven ietwat steiler dan tijdens proef 5 met een duinhoogte van 4 m.
Vooral in het begin van de proef trad regelmatig golfoverslag op. Het grootste gedeelte van dit overgeslagen water zakte in het duin. Hiervoor is reeds opgemerkt dat de dikte van de afschuivende schol-len zeer verschilschol-lend was, namelijk tussen 0 en 50 cm.
Opmerkelijk was, dat ook bij minder dikke schollen het zand in het glijvlak steeds relatief droog was. Blijkbaar infiltreert slechts weinig water van de tegen het duinfront slaande golven in het duin.
4.2. (3
&y> Zaq ho 2. v 2.zlk<u.d
Zoals reeds in de inleiding werd gesteld, is het voor een geschaal-de weergave van het duinafslagverschijnsel gewenst om een geome-trische samentrekking toe te passen indien in het model geen gebruik wordt gemaakt van zeer fijn zand (zie schaalrelatie (1) blz. 2 ) .
Vanuit grondmechanisch oogpunt roept dit vragen op. Een samentrekking van het profiel veroorzaakt een aanzienlijk steilere duinhelling in het model dan die in het prototype. Omdat de hoek van natuurlijk talud van het zandmateriaal in het algemeen binnen een relatief veel kleinere marge kan variëren, zal de toevoer van materiaal naar de duinvoet in het model ten opzichte van het prototype gemakkelijker kunnen plaatsvinden.
Opdat de duinhelling tijdens het gehele verloop van de proef over-eenkomstig die tijdens afslag in het prototype is, zou voldaan moeten zijn aan:
waarin <j> de hoek van natuurlijk talud van het zandmateriaal
voor-stelt.
Dit houdt in dat bij een geometrische samentrekking n1/n, = 2 van
het model en een hoek van natuurlijk talud van het prototype zand
van 40° in het model zand vereist is met <f> = 59°.
Tijdens de proeven is hieraan zeker niet voldaan. Het bovenstaande gaat alleen op (en dan nog in sterk geschematiseerde zin) onder ge-heel droge of gege-heel verzadigde omstandigheden van een zich onder water bevindend zandtalud. Tijdens duinafslag zijn in het duin ook andere aspekten van belang. De capillaire wateropzuiging in het zand vanuit het diepere grondwater veroorzaakt additionele,schijn-baar cohesieve,spanningen.
Er is bovendien sprake van achterblijvend hangwater nadat golfoploop tegen het talud of golfoverslag
over de duintop is opgetreden. Omdat de grootte van de capillaire spanningen voornamelijk afhankelijk is van de korreldiameter van het gebruikte zand, zal het duidelijk zijn dat bij toepassing van hetzelfde zand in model en prototype een schaaleffect kan resulte-ren.
Dit zal in nog sterkere mate het geval zijn indien tijdens de ino-delproef fijner zand is gebruikt, uitgaande van de empirische schaalrelatie (1).
Bij kleinschalige proeven kan de spanningstoestand in het gehele duinpakket overheerst zijn door het cohesieve capillaire gedrag, terwijl dat in het prototype-duin nauwelijks van invloed is. Dit betekent dat de duinhelling tijdens het verloop van de proef relatief steiler is dan in het prototype. Kwalitatief komt dit
te-gemoet aan de hiervoor gestelde eis n tg <f> = n,/n...
Visueel is waargenomen dat er een vrij kontinu zeewaartse verplaat-sing van zand optreedt. Dit materiaal wordt afwisselend opgenomen uit het tot voor de duinvoet afgeschoven zand en uit het talud zelf, voornamelijk onderuit het duinfront. Er zijn geen aanwijzingen dat het zandtransport in de periode van voornamelijk taludondermijning kleiner zou zijn dan wanneer een afgeschoven hoop zand wordt opge-ruimd. In beide gevallen neemt het water materiaal op uit de buiten-ste korreHagen en er is een groot aantal golven nodig voordat een volgende afschuiving mogelijk is. De golfkarakteristieken ter plaatse van de duinvoet tesamen met de zandkarakteristieken zijn bepalend voor de hoeveelheid materiaal, die wordt opgenomen. De schijnbare cohesie ten gevolge van capillaire spanning, die een korrel als het ware doet kleven tegen een steil talud, speelt bij het opnemen van zand geen rol.
Zodra het buitenwater in aanraking komt met dit talud wordt de co-hesie in de buitenste korrellagen opgeheven en het zand kan worden meegenomen.
In bijlage 56 is schematisch het afslagproces in het duin getekend voor 2 gevallen. Bij a^ is verondersteld dat het zand pas onder een zeer steile helling afschuift. In het tweede geval treedt afschuiven bij een gemiddeld minder steil talud op.
In beide gevallen zijn gelijke beginprofielen en hydraulische karak-teristieken van golven en zand aangenomen. De vraag is nu of de uit-eindelijke hoeveelheid afslag in beide gevallen verschillend zal zijn.
In figuur 6 zijn de eindsituaties voor de 2 onderscheiden gevallen schematisch getekend.
F<LguuA 6 - Bindó'Ltuatiz na. diu.na.fa lag vooti
Izndz duAji^fwntkzZZingzn, waanb4.j
afachui-uen op&izzdt
De profielhellingen vóór het duinfront zullen vrijwel identiek zijn. De duinfronthellingen zelf blijven overeenkomstig de aannamen in het ene geval aanzienlijk steiler dan in het andere geval.
Dit levert tevens het maximaal mogelijke verschil in afslaghoe-veelheid, welke in vele praktische gevallen klein zal zijn.
4.3.
In het Waterloopkundig Laboratorium is in 1976 en 1977 een groot aan-tal duinafslagproeven uitgevoerd in de Windgoot van het Laboratorium De Voorst | 1 | .
Uitgaande van een geschematiseerd prototype profiel werden proefop-stellingen ingericht bij 3 diepteschaalfaktoren, respektievelijk n , = 26, n , = 47 en n , = 84. Tijdens deze proeven werd de waterstand konstant gehouden. Bij alle 3 de diepteschaalfaktoren werden 4 zand-soorten gebruikt.
De d n van deze zanden waren respektievelijk 225 ym, 150 ym, 130 ym
en 95 ym. Voor elke kombinatie van diepteschaalfaktor en ds n werden
2 proeven uitgevoerd, beide met verschillende geometrische samen-trekkingen n /n,, uitgaande van de eerder gevonden schaalrelatie
0 2fl
ni/ nd = ( nd/ nw} ( 1 )
waarin n de valsnelheid van de korrels in water voorstelt. Bij de w
ene proef werd de samentrekking van het beginprofiel iets hoger, bij de andere steeds iets lager gekozen dan de uit (1) volgende vereiste waarde.
Uiteindelijk resulteerden 24 proeven, waarbij de geometrische samentrekking r^/n, varieerde tussen 1 en 4.
Na evaluatie van de proefresultaten, onder andere vergelijking van de afslaghoeveelheden van alle proeven op basis van schaal-relatie (1), werd gekonkludeerd dat deze vroeger afgeleide rela-tie voldeed.
Bovendien kon een betere tijdschaalrelatie voor de afslag worden bepaald. Gevonden werd dat
Aangezien de golfkarakteristieken steeds op Froude schaal werden nagebootst, betekent dit dat een overeenkomstig afslagprofiel in het model optreedt na eenzelfde aantal golven als in het proto-type.
De op empirische wijze verkregen schaalrelaties hebben betrek-king op het afslagprofiel en de hoeveelheid afslag als funktie van de tijd. Ze hebben niet zonder meer alleen betrekking op hydrauli-sche en morfologihydrauli-sche aspekten. Een eventueel
grondme-chanische invloed zal er zeker ook in verdisconteerd zijn.
Veronderstel 2 schaalproeven, beide met dezelfde diepteschaal-faktor. In de ene proef wordt zeer fijn zand toegepast, in de an-dere grover zand. Uitgaande van eenzelfde prototype voldoet het beginprofiel bij beide proeven aan relatie (1).
Dit betekent, dat de samentrekking in de proef met grover zand aanzienlijk groter is dan in de proef met zeer fijn zand. Zoals hiervoor is uiteengezet, zal een duinfront in een kleinschalige proef met fijn zand de neiging hebben steiler te blijven staan dan in een proef met grover zand (zie figuur 7 ) .
Aangezien de hoek van inwendige wrijving van beide zandsoorten relatief weinig zal verschillen, betekent dit dat de
schaalrela-t i e (1) niet van toepassing zal zijn op de helling van het duinfront
boven water tijdens het verloop van de proef.
In de resultaten van enkele proeven uit het genoemde kleinschalige onderzoek kon de aanwezigheid van dit verstorende aspekt worden waargenomen. Tevens bleek evenwel dat het niet heeft geleid tot afwijkingen in het verloop van de afslaghoeveelheid en het afslag-profiel onder water.
beqinorofiel profiel tijdens / duinafslag __
(• steil
^ Jfijn zand
beginprofiel'._ minder s t e i l
profiel tijdens afslag
FlguuA. 7 - Be.glnpx.0 fczl zn ptio&Lzl tljdzyu*
diUn-vooi pioz^ meX &ijn zand en
meX gAovzi zand
Het stabiliserende effekt van de kapillaire spanningen zal minder belangrijk worden naarmate de diepteschaalfaktor kleiner wordt. Hoewel er sprake was van een vrij groot spreidingsgebied bij de resultaten werden er geen aanwijzingen gevonden dat de schaal-relaties, bijvoorbeeld de exponenten 0,28 en 0,5, afhankelijk zou-den zijn van de grootte van de proefopstelling.
Bij de Deltagootproeven 1 en 2 met vaste waterstand bedroeg de duinhoogte bij het begin van de proef 2 m. Bij proef 5 bijna 4 m.
Ook de resultaten van de proeven in de Deltagoot bevestigen de eer-der gevonden schaalrelaties. De uitkomsten liggen binnen de band van het 95% betrouwbaarheidsinterval voor de uit het kleinschalige onderzoek voorspelde prototype afslag.
Dit betekent dat de gezamenlijke invloed van alle maatgevende as-pekten tijdens de Deltagootproeven (n, = 5) niet duidelijk afwij-kend is geweest van die tijdens het onderzoek in de Windgoot
(n = 26 en groter).
Gezien het andersoortige karakter van de grondmechanische aspekten boven water is het dan aannemelijk te veronderstellen dat het me-chanisme van afschuivende schollen geen of nauwelijks invloed heeft gehad op het verloop in de tijd van de hoeveelheid afslag en het afslagprofiel onder water in beide onderzoeksfaciliteiten.
5. SamznvaXtXng en
In 1974 en 1976/1977 is in de windgoot van het Waterloopkundig Labo-ratorium De Voorst een onderzoek uitgevoerd naar de omvang en het verlooD in de tijd van duinafslag onder invloed van hydraulische superstormrandvoorwaarden.
Het onderzoek omvatte ondermeer een serie schaalproeven bij
diepte-schaalfaktoren nd = 27, 47, 84 en 150.
Uit de resultaten van dit kleinschalige onderzoek konden empirische schaalrelaties worden afgeleid, waarmee een voorspelling van de
prototype-duinafslag ten tijde van een superstormvloed werd verkregen. Ter toetsing van de empirische schaalrelaties zijn in de eerste helft van 1981 aanvullende proeven uitgevoerd bij een diepteschaalfaktor n, = 5 in de Deltagoot. Tijdens en na de uitvoering van het Deltagoot-onderzoek is een studie verricht naar de invloed van grondmechanische aspekten bij het optreden van duinafslag.
In dit verslag worden de bevindingen van de grondmechanische studie gerapporteerd.
De volgende onderdelen kunnen in het uitgevoerde onderzoek worden onderscheiden:
- Het uitvoeren en analyseren van dichtheidsmetingen voor de aan-vang en na afloop van duinafslagproef 1 in de Deltagoot, alsmede van dichtheidsmetingen en sonderingen in een prototype-duin bij Egmond aan Zee.
- Het meten en het evalueren van waterspanningen in het model-duin tijdens proef 1 in de Deltagoot.
- Het bijwonen van de duinafslagproeven in de Deltagoot. Het aan de hand van visuele waarnemingen en de bevindingen van een bureau-studie beoordelen van de invloed van grondmechanische aspekten bij duinafslag.
Uit de resultaten van de in model en in de natuur uitgevoerde dicht-he idsme tingen konden de volgende konklusies worden getrokken:
Voor aanvang van proef 1 in de Deltagoot bezat het zand in het duin een gemiddeld poriëngehalte van 40,3%. In het strand voor het duin was het gemiddelde poriëngehalte hoger, 42,5%.
Deze poriëngehaltes vertegenwoordigen een relatieve dichtheid van ca 40%, respektievelijk ca 20%, ofwel een matig losse pakking in het duin en een losse pakking vddr het duin.
De dichtheidsmetingen na de proef uitgevoerd met de dieptesonde toonden een 1,5% hoger poriëngehalte dan vddr de proef. De oor-zaak voor dit systematische verschil kon niet worden achterhaald. Gezien de vrij losse pakking, waarbij het zand vdór de proef was geprepareerd, werd een volumevergroting onder invloed van de golfbelasting zeer onwaarschijnlijk geacht. Na beoordeling van de resultaten van de oppervlakte-dichtheidsmetingen werd gekon-kludeerd dat de resultaten van de na de proef uitgevoerde metin-gen met de dieptesonde niet betrouwbaar waren.
De na proef 1 uitgevoerde oppervlakte-dichtheidsmetingen in het onder water nieuw afgezette zand toonden een ongeveer 2% lager poriëngehalte dan vóór de proef in het duin. Dit betekent een klein ogenschijnlijk zandverlies aan het eind van de proef. Tijdens de laatste proeven bleek een aanzienlijk groter "zand-verlies" te zijn opgetreden. De na afloop van de laatste proef uitgevoerde metingen met de volumesteekring leverde een gemid-deld poriëngehalte van 45,2% in het duin.
Aannemende dat het afgeslagen zand zich ook bij de laatste proe-ven bij ca 38,5% poriëngehalte onder water heeft afgezet, kan een "zandverlies" van 11% van het eindafslagvolume worden ver-klaard. Dit grotere "zandverlies" werd naar alle waarschijnlijk-heid veroorzaakt door de minder intensieve verdichting tijdens het gereedmaken van het zandbed.
De dichtheidsmetingen in het prototype-duin bij Egmond aan Zee vertonen veel spreiding in elke meetlokatie.:
Het verloop met de diepte van de conusweerstand is in veel ver-tikalen kwalitatief te herleiden tot het verloop van het gemeten poriëngehalte.
