Inventarisatie interne schademechanismen bij oeverbeschermingen en bekledingen van zeedijken

(1)

laboratorium

voor grondmechanica

delft

delft soil mechanics

laboratory

diepwoter doorlatendheid zeefkrommes randvoorwaarden ~etting elastische berging

filter ondergrond

t

I

Pe

I

t-I

ix iy _-_I

t

I

A erosie

I

t

I

lacale zakking

I

I _I

'"

I I I inklemming enkel blok

...

I

I doorlater'ldheden

(2)

I

(3)

I

labo

r

atorium voor grond

m

echanica

delft

I

stichting waterbouwkundig laboratorium

postbus 69,2600 AB delft stieltjesweg 2,delft telefoon 015-569223 telex: 38234soil nl postgiro: 234342 bank:mees enhope nv delft rek.nr,25_92_35_911 (giro:6400)

I

50 I

1934-1984

11

Inventarisatie interne schademechanismen bij oeverbeschermingen en bekledingen van zeedijken

I

CO-416409/1

I

mei 1984

I

11 I

ir. A. Bezuijen en ir. M.Th. de Groot

I

(4)

I

(5)

I

I -CO-416409/1 Inhoudsopgave Samenvatting en conclusies 1. Inleiding 2. Beschrijving schademechanismen 3. Invloed vlijlaag 4. OVergangsconstructies

5. Van schademechanisme tot schade

6. Invloed van stroming op de stabiliteit van het talud

(6)

• I

I

(7)

I

- 1 -CO-4164D9/1 Samenvatting en onderzoekskader

In dit rapport wordt een inventarisatie gegeven van mechanismen, die kunnen leiden tot schade op lange termijn aan oeverbeschermingen. De schade, die kan optreden direkt als gevolg van de belasting uit het buitenwater, is buiten beschouwing gelaten.

De respons van waterspanningen op de externe waterbeweging betekent een zodanige interne belasting, dat schade aan de bescherming kan

op-treden.

Berekeningsresultaten met het mathematisch model STEENZET betreffende opgewekte waterdrukken onder een steenzetting en verhangen in een filterlaag*) zijn bij deze notitie betrokken.

De invloed van doorlatendheden van toplaag, filterlaag en ondergrond op de geïnventariseerde mechanismen is kwalitatief genoemd.

Het aantal te onderzoeken combinaties van toplaag, filter en ondergrond zoals genoemd in de offerte CF-68D8/3 is op grond van praktijk- en onderzoekservaringen enigszins teruggebracht.

De hier geïnventariseerde interne schademechanismen vormen een steun-punt op de weg naar het formuleren van ontwerpcriteria van talud-beschermingen van oevers en dijken.

Proefondervindelijk zullen voor de geïnventariseerde maatgevende in-terne belastingscomponenten kritische grenzen moeten worden bepaald, boven welke interne schade zal optreden. Met behulp van de relatie externe/interne belasting (OEBES, Deltagoot, fundamenteel) kan dan ook een kritische grens voor de externe belasting worden vastgesteld, e.e.a. afhankelijk van het type constructie.

Op deze wijze kan een ontwerp worden gemaakt, dat zowel extern als intern stabiel is.

* )

In dit rapport wordt met het woord filterlaag bedoeld een granu-laire laag waarop de toplaag van de bescherming wordt aangebracht. Wanneer deze filterlaag ook nog een constructiefunctie vervult, dan worden ook wel de woorden vlijlaag of uitvullaag gebruikt.

(8)

2 -C<r416409/1

I

1• Inleiding

De stabiliteit van een kust- of oeverbescherming kan in gevaar worden gebracht door externe hydraulische belastingen en ook door opgewekte interne belastingen.

Schade aan beschermingen als gevolg van externe belastingen is veelal een rechtstreeks gebeuren: overschrijding van een bepaalde belasting-grens brengt direkt schade met zich mee, bijvoorbeeld transport c.q. beweging van materiaal in de toplaag van de bescherming.

Daarentegen is interne schade aan een bescherming een lange duur mecha-nisme. Lmmers, deze schade komt pas aan het licht wanneer bijvoorbeeld

door verzakkingen of uitspoeling van korrelrnateriaal de samenhang van de toplaag verloren gaat.

De stabiliteit onder invloed van externe belastingen vormt reeds jaren onderwerp van het M1115-modelonderzoek. Richtlijnen voor de dimensio-nering van een ontwerp, welke uit dit onderzoek voortkomen, gaan uit van de veronderstelling dat de interne stabiliteit van het talud ge-waarborgd is. Juist deze veronderstelling vindt in de praktijk lang niet altijd zijn rechtvaardiging.

Het is dus noodzakelijk met het oog op ontwerpcriteria voor kust- en oeverbeschermingen externe en interne stabiliteit tegelijkertijd te beschouwen.

a. Allereerst is het daarbij nodig de verschillende vormen van interne erosie te kennen rekening houdend met in Nederland gangbare kust- en oeverbeschermingen en eigenschappen van toegepaste materialen.

Per schademechanisme moet de significante externe belastingcomponent en de hierdoor opgewekte significante interne belasting kunnen wor-den aangegeven.

b , Vervolgens kan met fysisch-mathematische modellen, getoetst aan meetresultaten, inzicht worden verkregen in de relatie tussen deze beide significante belastingen.

Een belangrijke hoeveelheid meetgegevens is hiervoor reeds beschik-baar (OEBES, Deltagoot). Ook heeft het LGM het mathematisch model

STEENZET ontwikkeld voor de berekening van waterdrukken onder een toplaag van zetsteen.

(9)

I

3 -CO-416409/1

c. Een volgende stap vormt het experimenteel bepalen van kritische grenzen voor significante interne belastingcomponenten. OVerschrij-ding van deze kritische waarden zal leiden tot enige vorm van in-terne schade aan de bescherming. Met behulp van de relatie exin-terne/

interne belasting is dan ook een kritische waarde voor de externe belasting aan te geven, hetgeen een belangrijke factor is voor het formuleren van ontwerpcriteria.

d. Tenslotte moeten de bepaalde kritische interne belastingen nog wor-den getoetst aan prototype en modelresultaten: hebben zich

over-schrijdingen van deze kritische grenzen voorgedaan en heeft dit dan en alleen dan geleid tot interne schade.

De respons in de ondergrond van waterspanningen op een golfbelasting is recent onderzocht in twee projekten:

het onderzoek naar de stabiliteit van steenzettingen als talud-bescherming (Deltagoot)i

het OEBES-projekt betreffende de stabiliteit van dwarsprofielen in vaarwegen.

In verband met de grote onderlinge overeenkomsten is het van belang

beide onderzoekswegen te combineren en op elkaar af te stemmen.

In opdracht van de Deltadienst van RWS wordt in het onderhavige rapport een inventarisatie van mogelijke interne schademechanismen gegeven bij oeverbeschermingsconstructies en dijkbekledingen.

Aandacht is geschonken aan:

verschillende soorten oeverbescherming en ondergrondi berekeningsresultateni

ervaringen uit de praktijk.

Reeds enkele jaren wordt fundamenteel onderzoek verricht naar de stabi-liteit van oeverbeschermingen. In dit onderzoek zijn tot nu toe twee verschillende aandachtsgebieden onderscheiden: de stabiliteit van

ge-zette steen op dijklichamen voor kustverdediging en de stabiliteit van oeverbeschermingen bij rivieren en kanalen.

(10)

- 4 -CO-416409/1

I

Het onderzoek naar de stabiliteit van gezette steen op dijklichamen voor kustverdediging heeft zich tot nu toe voornamelijk toegespitst op de overdrukken over de steenzetting, die bij voldoende sterke golf-aanval, zo hoog kunnen worden dat blokken van het talud gelicht worden [ 1]. Het oeverbeschermingsprojekt (OEBES) heeft zich tot nu toe ge-concentreerd op het meten van verhangen in en onder een vlijlaag (ook wel filterlaag genoemd) onder de toplaag van een oeverbescherming. Dit

in verband met mogelijk uitspoelen van materiaal. Uit prototype-proeven is gebleken, dat de waterdrukken onder een steenzetting niet zo hoog worden dat blokken van het talud worden gelicht [2]. Geconstateerde schade aan een steenzetting wordt hier dus veroorzaakt door een in-direkt schademechanisme, dat de zetting ondermijnt en schade aan de zetting tot gevolg heeft.

Onlangs is door onderzoek in de Deltagoot van het Waterloopkundig Laboratorium "De Voorst", aangetoond dat direkte schade aan zettingen door overdrukken uit te stellen is door:

I

de betonblokken rechtstreeks op klei te plaatsen, of de doorlatend-heid van de toplaag te vergroten waardoor de wateroverspanning over de zetting verdwijnt [1, deel 11, IV en V];

de spleten tussen de betonblokken in te wassen met loodslakken, waardoor een z.g. geklemde zetting ontstaat, die weerstand kan bie-den aan zeer grote overdrukken [3, 4].

I

Bovenstaande heeft tot gevolg dat, grondmechanisch gezien, in beide onderzoeken een zelfde probleem opgelost moet worden: het voorkomen van schade aan de constructie onder de blokken door golfbeweging.

Nu kan schade op veel manieren ontstaan, afhankelijk van de ondergrond en de soort taludbekleding. In opdracht van de Deltadienst van Rijks-waterstaat is daarom een inventarisatie uitgevoerd naar mogelijke schademechanismen die op de lange duur leiden tot schade, waarbij schade rechtstreeks als gevolg van de belasting van het buitenwater is uitgesloten. In dit rapport worden de resultaten gepresenteerd van die inventarisatie.

I

(11)

I

5 -CO-416409/1

Deze inventarisatie is bedoeld om alle belangrijke schademechanismen te onderkennen. De opstellers hebben echter niet de illusie een uitputten-de behanuitputten-deling te geven, gezien uitputten-de enorme variatie in mogelijke con-structies, waarbij taludbekledingen variëren van dakpannen, direkt op klei via een groot aantal natuursteensoorten naar betonbekledingen in een groot aantal vormen. onder de toplaag komt voor: gebroken grind, puin, mijnsteen, hoogovenslakken, etc. al dan niet met laagscheidingen van geotextiel, bossen rijshout en krammatten.

De indeling van dit rapport is als volgt:

Eerst wordt een overzicht gegeven van mogelijke schademechanismen onder een taludbekleding, afhankelijk van de bekleding en verdere construc-tie. Een volgend hoofdstuk behandelt de invloed van een vlijlaag op die schademechanismen. Daarna wordt aangegeven hoe een schademechanisme mogelijk tot schade leidt en wordt een geschematiseerde berekening

gegeven die aangeeft hoe de stabiliteit van een talud afneemt bij een verhang evenwijdig aan het talud. Na de conclusies worden tenslotte in

een appendix samenvattingen gegeven van enige gesprekken met mensen die de nodige praktijkervaring hebben op het gebied van schade aan talud-bekledingen.

Dit rapport is opgesteld door ir. A. Bezuijen en ir. M.Th. de Groot van het Laboratorium voor Grondmechanica.

(12)

6 -C~4'6409/'

I

2. Beschrijving schademechanismen

In dit hoofdstuk wordt in het kort een beschrijving gegeven van de mogelijke schademechanismen bij verschillende typen constructies, opge-bouwd uit combinaties van toplaag, ondergrond en tussenlagen. Ook wordt aangegeven wat de belastingparameters zijn en hoe het optreden van een schademechanisme voorkomen kan worden.

Voor een inventarisatie die de meeste typen constructies beschouwt,

moeten taludbekledingen worden beschouwd die combinaties zijn van tel-kens één van onderstaande groepen.

Toplaag

,. Slecht waterdoorlatende gezette steen. 2. Meer waterdoorlatende gezette steen. 3. St ortsteen. Onder toplaag* t , Geotextiel. 2. Vlijlaag-grindlaag. Daaronder* ,. Vlij laag-grindlaag. 2. Geotextie 1. Ondergrond ,. Zand. 2. Veen. 3. Klei. 4. Mijnsteen. *) facultatief.

(13)

I

7

-co-416409/1

I

Het wordt verantwoord geacht hierbij in zo verre te schematiseren, dat

voor een intern schademechanisme de eigenschappen t.a.v. de ondergrond

van de bovenste halve meter maatgevend worden gesteld.

Met bovenstaande lijst kunnen in principe 108 verschillende

talud-bekledingsconstructies worden gemaakt. Daarom zal eerst worden aan

ge-geven welke combinaties een zelfde schademechanisme hebben om de lijst

enigszins te verkleinen. In een volgend hoofdstuk zal blijken dat voor

verschillende typen constructies, waarbij dezelfde schademechanismen

een rol spelen, door de aard van de constructie, de weg van schade-mechanisme naar schade toch verschillend kan zijn.

Omdat in deze inventarisatie alleen schademechanismen beschouwd worden

I

die aangrijpen onder de toplaag, is de toplaag alleen van belang in

zoverre die bepalend is voor de maatgevende belastingparameters voor de ondergrond. De toplaag bepaalt de mate waarin de golfbeweging doorge-geven wordt aan de ondergrond. Bij een toplaag met een grotere door-latendheid zal de golfbeweging op de onderliggende constructie sterker zijn. De aard van de toplaag is dus niet maatgevend, maar de door-latendheid en de mate waarin deze over het oppervlak is verdeeld. Een toplaag van stortsteen zal dus aanleiding geven tot dezelfde

schade-mechanismen als een toplaag van meer waterdoorlatende gezette steen. Om

die reden zal verderop in dit hoofdstuk stortsteen niet meer apart worden behandeld.

I

Ook het aantal typen ondergrond kan verminderd worden, door deze als volgt onder te verdelen:

niet-cohesief materiaal met een doorlatendheid van zeg 10-5 (zeer fijn zand) tot 10-2 m/s (grind);

cohesief materiaal met een zeer kleine doorlatendheid van zeg

k

<

10-5 m/s (silt of klei).,

I

Voorts zullen die constructies waarbij het optreden van interne schade

evident is (bijvoorbeeld stortsteen direkt op zand) buiten beschouwing

blijven.

I

(14)

8

-co-

416409/1

I

Alvorens schademechanismen te bespreken, eerst iets algemeens over de

opgewekte interne belasting.

Waterdrukken onder de toplaag van de bescherming worden beïnvloed door de externe waterbeweging. De mate waarin dat gebeurt hangt af van door-latendheid en stijfheidseigenschappen van de aanwezige lagen.

Veranderingen in de grondwaterspanningen hebben verhangen tot gevolg; deze verhangen leiden tot stroming en wanneer deze sterk genoeg wordt kan aanwezig korrelmateriaal worden getransporteerd. Waarheen en hoe-veel hangt af van de richting, grootte en tijdsduur van de opgewekte interne verhangen en ook van de al dan niet bestaande

bergingsmogelijk-heLd.

Deze interne verhangen zijn hiermee potentiële schadeveroorzakers bij taludbeschermingen.

Ook kunnen waterdrukverschillen tussen de boven- en onderzijde van bijvoorbeeld een steenzetting aanleiding zijn tot schade aan de

top-laag.

Tot zover de invloed van waterdrukken op de interne stabiliteit.

Ook genoemd moet worden het verschijnsel van zettingen in de ondergrond door het tijdseffekt van statische belastingen of door golfbelasting.

2.1. Gezette steen direkt op ondergrond

2.1.1.

~~~~~~~_~!:_!

Als gevolg van de opgewekte interne belasting kunnen de volgende schademechanismen optreden:

A1. Erosie van de ondergrond, door suffosie (dit is migratie van fijne deeltjes in de ondergrond);

A2. Korreltransport door de spleten;

A3. Korreltransport in de richting van de teen van het talud; B. Afschuiving van (een deel van) het talud;

C. Vervorming van talud door verdichting of zettingen; D. Oplichting van stenen.

(15)

I

9 -CO-416409/1

I

Kritieke belastingparameters voor de schademechanismen*): A + B: het verhang in lengterichting van de bescherming, ixi

het verhang in dwarsrichting in het vlak van het talud, iyi en

het verhang loodrecht op het talud, iz, zie fig. 1i de impuls van de golfklapi

C

I

D opwaarts gerichte verschildruk onder steenzetting.

I

Toelichting:

Verplaatsing van korrelmateriaal (mechanisme A) betekent een bedreiging voor de stabiliteit. Druners,de homogeniteit gaat verloren, waardoor de draagkracht (lokaal) verandert. Tevens kan een combinatie van mechanis-men werken, bijvoorbeeld mechanismechanis-men A en D. Geringe oplichting van stenen gecombineerd met transport van materiaal tot onder deze stenen belemmert het eventueel terugzakken van de steen. Op lange termijn kan dit lokale opbolling van de zetting teweegbrengen of zelfs het verlies van inklemming van de constructie met zich meebrengen. Ook kan de toe-stroommogelijkheid van water tot onder de zetting groter worden, waar-door de belasting op de toplaag groter wordt. Wanneer korreltransport door de spleten van de zetting plaatsvindt, betekent dit materiaal-verlies, hetgeen op lange termijn leidt tot kuilvorming (lokaal) of verzakken van de bescherming (zie ook § 4.) en tot verandering van de hydraulische randvoorwaarden. Het hangt er hierbij vanaf of de kritieke parameters steeds op dezelfde plaats werken of gespreid over de con-structie. Mechanisme C (vervorming door verdichting) heeft in feite dezelfde gevolgen.

I

*) In essentie is de kritieke belasting voor korreltransport langs het talud de daar vigerende stroomsnelheid.

Om uniformiteit in de notatie te verkrijgen, is hier steeds gekozen

voor het verhang als de maatgevende parameter.

Op een of andere wijze (lineair, turbulent) zijn verhang en stroo~ snelheid aan elkaar gelieerd, zodat deze keuze voor een kwalitatieve inventarisatie van schademechanismen geen bezwaar vormt.

I

(16)

I

10 -CO-416409/1

I

\...-!~-G)

.

...

.

..

.

..

.

. ~•.:...:..._- tf;\

..

.

-::

:

<~{\f\%%\\

n

\~

~

.

::

:

:::

~:

~

:

~:

:

~:

:

~

:

~

:

~

:

~:

:

~

:

~

~:

:

~:

:

~:

~

:

...:.:.:.:-:.:-:.:-:.:.:.:.:.:.:.:.:-:-:.:-:.:.:

.:-:-..

:-:-:

.

:-:

.:.:

.:

.

:.

:-:.:

.

:-

:-:.

:

.

:-:.

:-:-:.:.:.:.

:

.

:-

:

,

/4:N:

:

I:

:::

:

I:::

::::::

:::::::::::::::::::::

:

::

:

::

:

::

'~::::::'."'''''''''''.'.'.''''''''''''''

CD

@

blokken.

I

ondergrond.

I

L-

~

I

Figuur 1: Gezette steen direkt op de ondergrond.

I

De invloed van de diverse schademechanismen is te minimaliseren door:

I

A Het aanbrengen van een korreldicht filterdoek tussen steen

-zetting en ondergrond.

I

Toepassing van een bij de optredende verhangen korreldichte filterlaag (zie ook invloed vlijlaag).

A1 Gradatie voor ondergrond zodanig dat suffosie niet optreedt,

A

I

eisen van Lubochkov, zie [5].

A + B Een ondoorlatende zetting, die zich uitstrekt tot ver onder de waterlijn, of een degelijke opsluitconstructie bij overgang naar bijvoorbeeld stortsteen.

B Talud met voldoende flauwe helling. B Degelijke teenconstructie.

B + C Verdichten van de ondergrond voor het aanbrengen van de blok -ken.

I

C Afstrooien van de zetting om de belasting te spreiden over de

ondergrond.

I

(17)

I

o

I

o

I

- 11 -CO-416409/1

Het toepassen van een waterdoorlatende steenzetting en door de doorstroomopeningen te spreiden over het oppervlak.

De steenzetting op een weinig doorlatende ondergrond aan te brengen.

I

den.

Tussen tegenstrijdige optimalisaties moet een compromis gevonden

wor-I

I

T.a.v. een steenzetting direkt op klei kunnen onderstaande schade-mechanismen genoemd worden:

A Uitspoelen van de ondergrond door de spleten, dan wel in de richting van de teen van het talud.

I

B Afschuiven van (een deel van) het talud.

I

F

E Verweking van de klei.

Plastische vervorming van het talud.

o

Oplichting van stenen.

Kritische parameters voor de schademechanismen:

A Het verhang (ix) in lengterichting van de bescherming en het verhang (iy) langs het talud in dwarsrichting en iz lood-recht op het talud (fig. 1).

A Stroomsnelheden in de openingen van de zetting. E + F Verwekingsgevoeligheid.

F Impuls van de golfklap.

I

G

I

"Krimpscheuren" als gevolg van uitdroging.

F

o

Maximale schuifsterkte van de klei.

Opwaarts gerichte verschildruk onder de steenzetting (toestroom-mogelijkheid) •

De invloed van de diverse schademechanismen is te minimaliseren door: A Erosie-ongevoelige klei toe te passen.

A Kleine spleten tussen blokken en voorkomen van holtes door zorg-vuldige uitvoering.

(18)

12 -CO-416409/1

I

A + E

o

+ F F

Alleen klei toe te passen op hoger gelegen delen van het talud. Verdichten van de klei.

Klei met een lage plasticiteitsindex. E Consistente of gerijpte klei toepassen.

o

Stenen goed aansluitend op vlakke klei-ondergrond. Toelichting:

OVer erosie van klei zijn in CO-258901, april 1983, door het LGM onder-zoeksresultaten gerapporteerd. Hierbij kwam naar voren, dat klei het best te verdichten is bij een zeker optimaal watergehalte. Beoogt men d.m.v. verdichten de doorlatendheid van de klei te verkleinen dan zal men dit bij een watergehalte moeten doen dat aan de natte kant van dit optimale gehalte ligt. Een verschil in watergehalte van ca. 4% kan bij verdichten een verschil in doorlatendheid geven van een factor honderd. Ook zal door verdichting de erosiegevoeligheid afnemen. Anderzijds is gebleken, dat het aanbrengen c.q. verdichten van klei onder of op de waterlijn zeer slecht mogelijk is (Gemeentewerken Rotterdam-Euro-poort).

2.2. Gezette steen op geotextiel

Oe hier beschreven schademechanismen gelden ook voor ouderwertse typen zandkerende constructies als bossen rijshout en krammatten.

2.2.1.

~E_~!:~!_~~E!~

Uit 2.1. blijkt dat een geotextiel erosie zal verminderen. Ook lokaal afschuiven van een deel van het talud zal minder optreden, als de trek-sterkte van het geotextiel voldoende is om vervormingen in het dwars-profiel te weerstaan en er door schuifweerstand over de rest van het talud een soort verankeringwordt gerealiseerd. Aanbrengen van een geo-textiel heeft uiteraard geen invloed op eventueel vervormen van het talud door plaatselijk verdichten van de ondergrond door golfklappen. Wel is een voldoende flexibel geotextiel in staat lokaal opbollingen of verzakkingen te volgen.

(19)

I

13

-co-

416409/ 1

I

Als een goed aansluitende zetting met een niet of beperkt rekbaar, maar voldoende sterk doek verbonden is, zal schade aan de ondergrond niet

rechtstreeks gevolgen hebben voor de glooiïng (lokaal overspanning van kuilen). Anderzijds blijft schade aan de ondergrond ook langer ver-borgen.

I

Voor zover niet beperkt door het toepassen van een geotextiel kunnen bij een constructie van gezette steen of geotextiel op niet-cohesieve ondergrond dezelfde schademechanismen worden genoemd als onder

§

2.1.1., zijnde de mechanismen A, B, C en D. Ook de hiervoor kritieke parameters zijn dezelfde.

I

Korreltransport door de openingen in de steenzetting kan optredenToelichting: door:

I

i) een niet-zanddicht geotextiel (ontwerpfout);

ii) een niet-zanddichte opsluiting van de ondergrond (ontwerpfout of

I

een uitvoeringsfout) ;

iii) mechanische schade aan het geotextiel (scheuren, vandalisme).

I

OVerigens blijkt o.a. uit recente resultaten van het

Deltagoot-onder-I

zoek (CO-269960), dat de huidige gangbare ontwerpeisen t.a.v.

°

teristieke opening te zwak kunnen zijn (bijvoorbeeld d90 ~ 3,

50

°90

à 2, ~

<

1). Wanneer de steenzetting vastzit aan het

geo-15 de karak-°98 d ~ 2, 98

I

textiel zal uitlichting door opwaartse verschildrukken niet direkt plaatsvinden. Wel vormt een cyclische waterdrukwisseling een belasting voor de sterkte van het geotextiel en zal ook migratie van korrel-materiaal onder een ademend doek mogelijk plaatsvinden. Ook zal in het algemeen de sterkte van het geotextiel niet op deze cyclische belasting berekend zijn. Men zal daarom de stabiliteit moeten zoeken in voldoende eigen gewicht van de blokken, of anders in het creëren van extra weer-stand door de steenzetting met steenslag of iets dergelijks af te

I

strooien.

I

(20)

I

- 14

-CO-416409/1

I

Toepassing van geotextiel kan hier uitspoeling van de ondergrond ver-minderen, omdat een soort grenslaag wordt geïntroduceerd, waardoor de stroomsnelheid langs de klei afneemt. Eventuele uitspoeling onder in-vloed van de verhangen iy en iz wordt door het geotextiel niet

voorkomen i.v.m. de zeer kleine deeltjesgrootte van klei.

De onder § 2.1.2. genoemde schademechanismen E (verweken van de onder-grond) en F (plastische vervorming door golfklappen) worden uiteraard nauwelijks door aanbrengen van een geotextiel beinvloed. Ook nu geldt dat schade aan de ondergrond minder gevolgen heeft voor de glooiing, maar daardoor ook langer verborgen blijft. Men zou kunnen stellen, dat het aanbrengen van een geotextiel op niet-erosiegevoelige klei niet verstandig is. Of klei onder een bepaalde golfbelasting en op lange termijn al dan niet erodeert, is dan ook voor het toepassen van een geotextiel maatgevend. Deze vraag laat zich niet eenvoudig beantwoor-den.

I

2.3. Gezette steen op vlijlaag op ondergrond

I

Het lijkt verstandig hier een onderscheid te maken tussen minder en

meer waterdoorlatende steenzettingen.

I

In dit geval zijn de volgende interne schademechanismen te noemen:

I

A1 A2

A3

Suffosie in het filter of in de ondergrond.

Transport van korrelmateriaal of materiaal uit de vlijlaag door de spleten van de zetting.

Transport in de richting van de teen van het talud.

I

A4 Transport van materiaal van ondergrond tot in vlijlaag.

B C

o

E

Afschuiven van filter of ondergrond.

Vervorming van het talud door verdichting of zettingen. Oplichting van stenen.

Verweking van ondergrond.

I

(21)

I

15 -CO-416409/1 A, B Kritieke parameters:

I

Het verhangtalud en het verhang in langsrichting van de bescherming.langs het talud in dwarsrichting en loodrecht op het C + E De impuls van de golfklap.

I

D

E In situ dichtheid in relatie tot kritieke dichtheid van zand. Opwaartse gerichte verschildrukken onder steenzetting.

I

A

De invloed van de diverse mechanismen is te verminderen door:

Kleine of geleidelijke overgang tussen karakteristieke

korrel-diameter van de ondergrond en van het materiaal in overeenstem-ming met filterregels.

A3 Het aanbrengen van geotextiel tussen de vlijlaag en de

onder-I

A1

I

A3

I

Een ondoorlatende zetting en een zanddichte opsluiting van de

ondergrond.

Zowel voor de vlijlaag als ondergrond materiaal te kiezen met

zodanige gradatie dat suffosie niet optreedt (materiaal dat voldoet aan de eisen van Lubochkov, zie literatuurstudie filters

[ 5] ) .

I

grond.

B Degelijke teenconstructie. B+C+E Verdichten van de ondergrond.

D Dunne en niet te doorlatende vlijlaag toe te passen.

Afgezien van de toelichting onder 2.1.1., die ook hier geldt, kan nog het volgende worden opgemerkt.

Toepassing van een vlijlaag reduceert het opgewekte interne verhang iy' Ook wordt de belasting van een golfklap gespreid over het

opper-vlak. Aan de andere kant is de kans op korreltransport in de richting van de teen van het talud groter doordat nu het gehele oppervlak van de

onderlaag onderhevig is aan de werking van stromingskrachten.

Door een veilige verhouding voor de korreldiameters van de ondergrond

en vlijlaag te kiezen, kan dit nadeel worden ondervangen (zie ook 3.). Voorts zijn opwaartse steendrukken groter bij toepassing van een vlij-laag.

I

(22)

- 16 -CO-416409/1

I

2.3.2.

~~~=~-~~!==_===!~2~_~!!1!~~2~_~~~=~!=~=_~~

~=~:

~~~~~ Schademechanismen: A1 SUffosie in de vlijlaag.

A2 Transport van klei of materiaal uit de vlijlaag door de spleten van de zetting.

Transport in de richting van de teen van het talud. A3 A4 B E F

o

G

Transport van klei tot in de vlijlaag. Afschuiven van (een deel van) het talud. Verweking van de ondergrond.

Plastische vervorming van de ondergrond. Oplichting van stenen.

"Krimpscheuren" als gevolg van uitdroging.

Kritieke parameters:

A1, A2, A3, A4, B en 0 als in 2.3. 1-E en F als in 2.1.2.

De invloed van de diverse schademechanismen is te verminderen door: A 1, A2, A3, A4, Ben 0, zie

2.3.1-E en F, zie 2.1.2.

De werking van mechanismen A, E en F neemt af door de vlijlaag, omdat door de vlijlaag de stroomsnelheid over de ondergrond vermindert en ook de impuls van de golfklap door de vlijlaag gedempt doorgegeven wordt.

2.3.3.

-!~~~~!_2~!~~_~!~~~

De schademechanismen zijn in grote lijnen vergelijkbaar met die van minder waterdoorlatende gezette steen. De verhangen in de vlijlaag of ondergrond zullen groter zijn. Wanneer de openingen in de zetting gro-ter zijn dan de korreldiamegro-ter van het in de vlijlaag toegepaste mate-riaal, ontstaat ook de mogelijkheid dat de vlijlaag door deze openingen gaat uitspoelen. Wanneer dit gevaar aanwezig is, is de toepassing van geotextiel tussen de blokken en de vlijlaag noodzakelijk.

(23)

I

- 17

-CO-416409j1

I

Worden meer open steenzettingen gebruikt, dan dringt de vraag zich op in hoeverre het effekt van de externe waterbeweging ongestoord tot in de ondergrond kan doordringen. Er kan hierbij gedacht worden aan:

lokale verdichting (golfklap); zwaardere belasting geotextieli lokaal hogere interne verhangen.

I

In feite betekent dit het opofferen van een deel van de beschermende werking van de toplaag ter voorkoming van opwaartse drukken.

I

Uit het OEBES-projekt en Deltagoo~nderzoek komt naar voren, dat door vergroting van de waterdoorlatendheid van de steenzetting enerzijds opwaarts gerichte waterdrukken onder de zetting afnemen, maar dat anderzijds het dwarsverhang iy toeneemt. Tussen deze twee tegenstrij-dige invloeden zal een veelal economisch bepaald evenwicht moeten wor-den gevonwor-den (dikte toplaag versus filtereisen ondergrond).

I

2.4. Constructies met vlijlaag en geotextiel

I

Een geotextiel tussen vlijlaag en toplaag zal uitspoelen van de vlij-laag door de topvlij-laag voorkomen. Toepassing lijkt alleen nuttig als dit een probleem kan zijn, dus als de openingen in de toplaag groter zijn dan de korrelgrootte van de vlijlaag, of als het geotextiel tevens drager is van de toplaag.

I

2.5. praktijkgevallen

I

In bovenstaande zijn enige mogelijke schademechnismen voor diverse typen constructies behandeld. Om na te gaan welke schademechnanismen ook in de praktijk voorkomen, is een, zij het onvolledige, inventari-satie gemaakt van schadegevallen aan taludbekledingen in de praktijk en het vermoedelijke schademechanisme. Het resultaat van deze inventari-satie is gegeven in tabel 1.

I

(24)

- 18 -CO-416409/1

ondergrond

plaats datum bekleding + lito

dijklichaam

Oesterdam 22-03-81 Haringman klei erosie klei 1 blokken

Lauwerszee

_-

+ '65 betonblokken potklei afschuiving 2 talud

Lauwerszee + '65 koperslak kleischelpen erosie klei 2

-blokken

Vlissingen '81 Haringman klei (laag erosie klei 1 eilanddijk blokken 1utumgehal te)

Diverse dijken 31-01-53 wisselend wisselend afschuiven 3 ZW-Nederland binnentalud Handshove inciden- basal t 60 cm puinsteen- verrotten x

Zeewering teel rijshout zand rijshout

'!bolen 2-'83 betonblokken klei erosie klei 9

Scherpenissepolder d = 0,2 cm

Zuid-Beveland 01-02-83 Haringman 5 cm steenslag uitlichten 10

Reigersbergs e blokken 5-30 mm blokken polder d = 0,15 klei

Noord-Beveland 11-04-83 Haringman 5 cm steenslag uitlichten 10 OUd Noord-Beveland blokken 5-25 mm blokken

polder d = 0,2 klei

Tabel 1: Enige schadegevallen uit de praktijk met hun vermoedelijke schade-mechanisme.

I

(25)

I

19 -Ccr416409/1

I

3. Invloed filterlaag

I

In het voorgaande zijn schademechanismen beschreven die afhankelijk van de constructie en de belasting aanleiding kunnen geven tot schade aan dijken oeverbekledingen. Voor constructies met geotextiel en/of vlij-laag is aangegeven welke schademechanismen door toepassing van geo-textiel teruggedrongen kunnen worden.

In dit hoofdstuk zal een nadere vergelijking plaatsvinden tussen con-structies met en zonder vlijlaag. Deze nadere vergelijking is nodig omdat in de praktijk glooiïngen van gezette steen vaak niet recht-streeks op de ondergrond van het dijklichaam geplaatst worden. In de meeste gevallen wordt ongeacht de ondergrond een vlijlaag toegepast. De redenen die opgegeven worden voor het toepassen van een vlijlaag zijn:

1. Dempen van de golfenergie.

2. Bij glooiingen met een toplaag van niet-uniforme dikte (basalt) is een vlijlaag noodzakelijk om een glad talud te krijgen.

3. Dempen en verdelen van de impuls van de golfklap over een groter gedeelte van de ondergrond.

4. Verminderen van de erosie van de ondergrond. S. Traditie.

I

6. Verwerkbaarheid.

Uit metingen [1: 11en VI, 2] en berekeningen [1: 11 en IV] is bekend dat een t.o.v. de ondergrond doorlatende vlijlaag aanleiding zal geven tot grotere overdrukken op de steenzetting. Daarentegen nemen verhangen

iy in dwarsrichting in het vlak van het talud af bij toepassing van een vlijlaag. De voordelen van het aanbrengen van een vlijlaag zullen dus op moeten wegen tegen de kosten van het aanbrengen plus de extra kosten voor het toepassen van een grotere blokdikte om direkte schade door overdrukken te voorkomen. Overigens zal dit laatste bij ingeklemde zettingen geen rol spelen, omdat de toplaag dan voldoende sterk is om opbolling te weerstaan.

De meerkosten voor verwerking zijn afhankelijk van de ondergrond. Bij een ondergrond van zand zullen alle kosten die gemaakt worden voor het maken van een vlijlaag als meerkosten aangemerkt moeten worden.

I

(26)

20 -CO-416409/1

• I

I

Bij een ondergrond van klei worden deze kosten ten dele gecompenseerd

doordat minder hoge eisen aan de afwerking van de klei gesteld hoeven te worden en het zetten van de blokken op een vlijlaag eenvoudiger is en minder afhankelijk van de weersomstandigheden dan het plaatsen van blokken rechtstreeks op klei.

Wat betreft de opgegeven redenen voor het toepassen van een vlijlaag lijkt de eerste niet erg relevant. Een slecht waterdoorlatende zetting van betonblokken zal weinig golfenergie doorlaten naar de lagen onder de toplaag. Daarvoor lijkt een vlijlaag-constructie overbodig. Bij een meer waterdoorlatende toplaag zal meer golfenergie doordringen in de daar onderliggende constructie, maar dat verdere energie dissipatie in de vlijlaag de stabiliteit van de zetting zou verhogen, lijkt onschijnlijk. Het aanbrengen van een relatief doorlatende vlijlaag, waar-in drukstoten zich vrij gemakkelijk kunnen voortplanten, lijkt eerder aanleiding te geven tot schade dan deze te voorkomen.

De tweede reden die gegeven is voor het toepassen van een vlijlaag is

onontkoombaar.

De derde en vierde genoemde reden kunnen argumenten zijn om een

vlij-laag toe te passen.

Voor wat betreft het derde argument geldt echter dat de tegenwoordig vaak toegepaste 50 x 50 cm blokken de golfenergie al over een behoor-lijk oppervlak verdelen.

Het vierde argument zal bij een toplaag van uniforme dikte het voor-naamste zijn. Dit blijkt ook uit fig. 2 en 3 die resultaten laten zien van berekeningen met het computerprogramma STEENZET.

(27)

I

~J: ~ 3: w

I

~

z

t±i

_~ I./) I

I

::s::::) ~ u, ...J

I

8 _'"

z

I

~

z

VI cr w

I

~ 3:

I

21 -CO-416409/1 1.2 0.8 doorlaterde vlïlaa 0.4

slechtdoorlatende vii·[aa

QO overschrijding eigen

t

gewicht steen -Qt. ,

,,

I I

,

-r

_,,

,,

,

,,

,

,,

,

,,

,

I I I

,

I .'

,

/

,

, , I , "

"

, ,.'

.

'

....

_

..

-

...

__

....

-

..

, I

,

I I I I I I , I ~ -0.8 -1.2 -1.6 77.5 78.5 79.5 00.5 81.5 ----TIJD

(s)---Figuur 2: Resultaten STEENZET. Waterspanning-golfdruk-steengewicht bij maximale overdruk.

Simulatie Oesterdam-proef in Deltagoot [1: VI]. Golfrandvoorwaarden proef T30.

(28)

-0.05 ;d o ~ -0.10 J:

cr

1J.J > -0.15 -0.20 -0.25

co

22 -CO-416409/1

•

0.05 0.0

I

"

,

_'

_....

_{__}

_...

_-

_...

_{_}

'-

_-,

"

,

_,

"

,

\ \

I

,

\

\ \ \ \ \ \

"

,

_\ \ I \ I \ }""Slechtdoorlaterde vlijlaag \ I , I \ I \ I

\ I

\ ,"I

\/ 11 V "I 1

I

71.5 78.5 79.5 80.5 81.5 ---TIJD

(s)---I

Figuur 3: Resultaten STEENZET verhangen in filterlaag daar waar de overdruk maximaal wordt.

Simulatie Oesterdam-proef in Deltagoot [1: VI].

Golfrandvoorwaarden proef T30.

neg.

=

richting teen van het talud.

I

(29)

I

23 -CO-416409/1

I

Voor een gegeven hydraulische randvoorwaarde (proef T30 uit het

Oester-dam-onderzoek met regelmatige golven [6]) zijn de waterspanningen in de vlijlaag onder een betonblokkenglooiing berekend. De overdruk op de zetting is berekend per tijdstip, gemaximeerd over het taludoppervlak

(fig. 2) en het verhang iy in de vlijlaag op dezelfde plaats

(fig. 3). Twee gevallen zijn doorgerekend: het eerste geval is verge-lijkbaar met de omstandigheden tijdens de Oesterdam-proeven, voor dat

gedeelte waar een vlijlaag was toegepast. In het tweede geval is de

doorlatendheid van de vlijlaag een factor 5 kleiner genomen. De resul-taten van deze tweede berekening zijn ook te verkrijgen door de door-latendheid van de vlijlaag constant te houden, maar deze 5 maal zo dun

te nemen (3 cm dik i.p.v. de nu gebruikte 15 cm).

Duidelijk blijkt uit de resultaten dat een filterlaag die als zodanig

slecht functioneert (door geringe doorlatendheid of dikte) aanleiding geeft tot lagere overdrukken, maar grotere verhangen in de filterlaag.

Nu zijn er, zoals bleek uit hoofdstuk 2, ook andere oplossingen

moge-lijk om erosie te bestrijden, zoals het aanbrengen van een geotextiel. Of het aanbrengen van een vlijlaag noodzakelijk is, zal afhangen van de golfaanval, de soort en de kwaliteit van de ondergrond en de

beschik-baarheid van diverse materialen. De uitslag van de afweging wel of geen vlijlaag is te zeer afhankelijk van de plaatselijke omstandigheden om

daarover in deze algemene inventarisatie uitspraken te doen.

Ook voor een specifiek ontwerp taludbekleding is het op dit moment moeilijk een afweging te maken om al dan niet een vlijlaag toe te pa~ sen, of een andere tegen erosie beschermende constructie. De kennis van

de kritieke parameters voor erosie zoals behandeld in hoofdstuk 2 is daarvoor vooralsnog te kwalitatief.

I

(30)

- 24 -Co- 416409/ 1

• I

I

4. OVergangsconstructies

OVergangsconstructies bestaan zowel in dwars- als in langsrichting van de oeverbescherming.

In de praktijk geven zij dikwijls aanleiding tot schade, soms als ge-volg van de externe waterbeweging, soms door de interne belasting. Deze schade kan vaak eerder optreden dan elders omdat ter plaatse van de overgang de belasting hoger kan zijn en/of de sterkte van de con-structie geringer.

Een voorbeeld van een overgangsconstructie in dwarsrichting is een toplaag van een steenzetting tot op de waterlijn en van stortsteen onder de waterlijn. Ook treft men vaak boven de waterlijn een kleilaag aan (overgangsconstructie onder de toplaag). Ook in langsrichting komen deze overgangen voor, terwijl landhoofden e.d. tevens genoemd kunnen worden.

Deze constructie-overgangen verstoren lokaal het stromingsbeeld (ver-andering van doorlatendheid) en kunnen leiden tot een grote interne belasting. Anderzijds kan ook de sterkte bij een overgangsconstructie aanzienlijk geringer zijn, doordat bijvoorbeeld de steenzetting minder aansluit of spleten onder een geotextiel niet worden voorkomen.

In principe zijn de in vorige paragrafen vermelde schademechanismen dezelfde, echter de relatie belasting- sterkte kan bij overgangs-constructies beduidend ongunstiger uitvallen.

Tenslotte zijn veel gevallen van overgangsschade te verklaren door ontwerpen uitvoeringsfouten.

Genoemd kunnen worden:

niet-zanddichte (overlappingen van) geotextielen;

ondeugdelijke opsluitconstructies (scheiding van grondsoorten); ondeugdelijke scheiding in langsrichting van bijvoorbeeld stortsteen naar steenzetting;

onvoldoende ver aanbrengen van toplaag in de richting van teen van het talud of kruin (golfoploop);

oneffen talud;

(31)

I

- 25 -C<r416409/1

5. Van schade mechanisme tot schade

In hoofdstuk 2 zijn diverse schademechanismen beschouwd die kunnen optreden afhankelijk van de constructie en de golfaanval. Daarbij is echter geen uitspraak gedaan of dat mechanisme ook aanleiding geeft tot schade.

Van belang is daarbij of een schademechanisme, als het optreedt, bij verder constante belasting uitdempt, of aanwezig blijft. Schademecha-nismen van het laatste type zullen bij een belasting die lang genoeg duurt onherroepelijk aanleiding geven tot schade. Een uitdempend schademechanisme hoeft dat niet te doen.

In het onderstaande worden voorbeelden gegeven van de verschillende mechanismen.

Uitdempende mechanismen:

Verdichting van de ondergrond of vlijlaag door golfklappen. XOrreltransport van ondergrond in vlijlaag.

Bij verhangen die de kritische grens juist overschrijden, zal korreltransport van een ondergrond van zand in de vlijlaag aanlei-ding kunnen geven tot verstoppen van de porïën in de vlijlaag waar-door het korreltransport tot stilstand komt.

Afschuiving van een stuk dijklichaam. Consolidatie van de ondergrond.

Niet-uitdempende schademechanismen: Erosie van de laag onder de toplaag. Verweking van klei.

Plastische vervorming van klei.

Uitlichting van stenen in de toplaag.

Zoals reeds opgemerkt: een niet-uitdempend schademechanisme zal altijd aanleiding geven tot schade, als de belasting maar lang genoeg duurt. Deze schade kan zelfs al eerder optreden dan op grond van de snelheid van het mechanisme verwacht kan worden, omdat als door een schademecha-nisme de constructie verzwakt is ook andere mechanismen kunnen optre-den. Bij een uitdempend schademechanisme hoeft gelijkblijvende belas-ting geen aanleiding te geven tot schade.

(32)

- 26 -co- 416409/1

I

Als er toch schade ontstaat, kan dat twee oorzaken hebben:

Het mechanisme geeft aanleiding tot zulke vervormingen dat direkt schade optreedt (bijvoorbeeld afschuiving van een stuk talud). Door het uitdempend schademechanisme wordt de constructie zo ver-zwakt dat andere schademechanismen op kunnen treden die dan aanlei-ding geven tot schade.

Uit tabel 1 blijkt dat veel schade begint met erosie van het materiaal onder de toplaag. Men pleegt nogal eens te werken met zgn. bezwijk-bomen. Hoe een bezwijkboom wordt doorlopen, zal afhangen van het type constructie. Als bijvoorbeeld blokken bevestigd zijn op een voldoende stevig geotextiel, of onderling zijn verbonden door kabels, zal het niet voorkomen dat blokken plaatselijk significant verzakken en zal die tak van zo'n bezwijkboom dus niet worden doorlopen. Evenzo zal bij een toplaag van stortsteen de turbulentie in het waterpatroon nauwelijks toenemen als de toplaag wat verzakt en zal schade niet via die tak ontstaan. Hieruit blijkt dat een identiek schademechanisme bij ver-schillende constructies toch op verver-schillende wijzen tot schade leidt.

Enige voorbeelden van een bezwijkboom zijn weergegeven in fig. 4.1 t/m

(33)

I

27

-I

CO-416409/1

I

1

---~~--- --Doorlalendheden toptooç

filter&ondergrond

belasting

I

[

_

Interne belosting r--- -Andere sterkte -porumeters ____________________ -i _____ Schade mechanismen: A.B. __.F

E

e

-

--

-

--

-

--

-

J

---

(34)

I

- 28 -Ccr416409j1

I

diepwater doorlatendheid zeefkrommes

randvoorwaarden zetting elastische berging

filter ondergrond ~ r

I

Pe

I

Ix Iy

J

+

A

erosie locale zakking

I

i-I I I

I

..

I I I doorlatendheden

I

inklemming enkel blok

I

Figuur 4.2: Bezwijkboom m.b.t. korreltransport.

I

(35)

I

diepwater randvoorwaarden

I

Pe

I

t

IX Iy - 29 -co-416409/ 1 doorlatendheden steilheid talud

tp , C

,

8 afschuiving

Figuur 4.3: Bezwijkboom m.b.t. afschuiven.

(36)

I

- 30 -CO-416409/1

I

diepwater verdichlbaarheid C verwekings

randvoorwaarden doorlatendheden _ge_v_oe_lig_hei_d

,.

Pe

t

,.

Pi LJ 1\ I'"'\ .r1"'\ II"\_

r

'"'\ ~

I

c

verdichting F plastische E verweking vervorming

j_

_t

lokale zakking

I

inklemming enkel blok

•

I I

I

t

doorlatendheden

I

Figuur 4.4: Bezwijkboom m.b.t. vervorming van het talud.

I

(37)

I

- 31 -co-416409/ 1

I

diepwater sterkte inklemming

randvoorwaarden doorlatendheden hele bekleding enkel blok

,.

Pe

Tr

I"r-, I' "\

~ Pi

,

l~

o

knik of uilbuiging

o

oplichten van blok

,

falen vervorming toplaag enkel blok weg

en ondergrond

I

t

~

..

I I I

I

doorlatendheden sterlde_stroombelasttegen_i_ng

I

Figuur 4.5: Bezwijkboom m.b.t. oplichting van stenen.

I

(38)

32

-CO-416409/1

• I

6. Invloed van stroming op de stabiliteit van het talud

I

Wanneer water van boven naar beneden door een vlijlaag loopt of in

dezelfde richting door de ondergrond, zal de stabiliteit tegen af-schuiving van die vlijlaag of ondergrond afnemen. De mate waarin de stabiliteit afneemt, is afhankelijk van de bovenbelasting, het verhang door de filterlaag en de lengte van het talud. Om na te gaan of a~ schuiving een schademechanisme kan zijn, gaan we uit van de volgende schematisatie:

I

Het talud is oneindig lang.

Er is geen bovenbelasting (wat te vergelijken is met een situatie waar-in de overdruk over de blokken gelijk of groter is dan het eigen ge-wicht van de blokken, met name bij geklemde zettingen zal deze situatie veel voorkomen).

De stroming in de vlijlaag is uniform evenwijdig aan de vlijlaag naar beneden gericht. Met deze aannames is de maximale hellingshoek te be-rekenen. Met het assenstelsel zoals gegeven in onderstaande figuur, heerst in de y-richting het volgende stationaire evenwicht voor de

vloeistof en het korrelskelet (zie [7]).

I

...

0:,.... > ,

I

~%

SI Ncc

I

Figuur 5: Schematisatie talud voor berekening maximale hellingshoek.

I

(39)

I

33 -CO-416409/1

I

dp n2 P g 0 - n _dy w sin a k v + n Pw g 2 dL dO' _~ n P g 0 = _dy

-

(1-n) _dy + w v + (1-n) Pp g sin a +~ k dZ

I

met: n de porositeit p de overdruk in de vloeistof (N/m2) k de doorlatendheid (m/s)

P_w de dichtheid van de vloeistof (kg/m3 )

p de dichtheid van de korrels (kg/m3 )

p g de gravitatie constante (m/s2 ) 0' de effectieve spanning (N/m2 ) T de schuifspanning in de korrels (N/m2) zy v de watersnelheid _(m/s)

I

_met:

I

ll?_

_dy _{_} _{Pw g}

('

_{S1.na -} 1.')(_y _waar1.n'1.'_y ht_ever h)_ang

I

en

I

dO'

dy _ 0

I

zijn (1) en (3) te combineren tot

I

d T

zy dZ

0=- (1-n) P g (sin a-i )+np i +(1-n) p g sin a +

w y w y p

I

(1) (2 ) (3 )

(40)

I

- 34

-CO-416409/1

I

"

wat met de randvoorwaarde:

I

T

zy

o

voor z = 0 leidt tot:

I

Tyz = - [( n-1) pw g sin

a

+ pw + g iy + (1-n) pp g sin

a]

z (4)

I

De waterstroming in de z-richting is nul verondersteld. De

evenwichts-vergelijkingen in de z-richting zijn dan als volgt:

I

o

_{- n} ~_{0 z} ₊ _{n Pw g • cos} _a _{(5 )}

I

o

00

o

:z = - (1-n)

ii

+ (1-n) pp g cos a (6)

I

of:

I

00 ~ - {p - p } g (1-n) • cos a OZ - w p (7)

I

Als aan het oppervlak (z = 0) de korrelspanning in vertikale richting (0 ) nul is geldt dus:

zz

I

o

=

{p - p } g (1-n) cos a • z z z w p (8)

I

Nu geldt voor korrelmateriaal in de bezwijkfase:

I

(9)

met ~ de maximale wrijvingshoek.

I

Invullen van (4) en (8) in (9) en uitwerken leidt tot de volgende een-voudige relatie

I

tan a

max tan ~ - iy / cos a max (10)

I

(41)

I

35 -C~4 16409/1

I

Waarin a de maximale hellingshoek van het talud is. Voor drie ver-max

schillende waarden van ~ is deze relatie grafisch weergegeven in fig. 6. Nu zijn bij proef T58 van het grootschalige onderzoek ten be-hoeve van de Oesterdam, waarbij blokken met vellingkanten getest zijn, achter de golfklap zeer grote verhangen in de filterlaag gemeten tot bijna 100%. Uit fig. 6 blijkt duidelijk dat als er bergingsmogelijkheid bestaat, korreltransport zal plaatsvinden in de filterlaag omdat deze ook bij talud 1 : 4 dan niet meer stabiel is.

Voor gangbare ~-waarde voor zand geeft Lambe [11] fig. 7.

I

Voor steilere taluds is het afschuivingsgevaar uiteraard nog groter. Uit deze simpele beschouwing waarin nog geen individueel korrel-transport van de kleinere korrels in de filterlaag ten gevolge van de "sleepkracht" van het water (suffosie) beschouwd is, blijkt dat voor een goed ontwerp de stabiliteit van de lagen onder de toplaag ook van

groot belang is.

Voor deze eenvoudige beschouwing geldt wel, dat als de overdrukken in voldoende mate gereduceerd kunnen worden, de spanningen loodrecht op het talud verhoogd worden met een belangrijk deel van het blokgewicht, waardoor de stabiliteit van de vlijlaag belangrijk toeneemt.

I

(42)

- 36 -Ccr416409/1

I

MAXIMALE HEWNGSI-OEK 45 5 niet stabiel LIJ 3S 30

o

01 02 0.4

---VERHANG

(iy ~---~-0.3 Q5 __ H_E_L_Ll~G 1:~- _--- --

I

-

I

06 0.7

Q8

25 20 15 10

o

Figuur 6: Maximale helling van een talud zonder bovenbelasting bij een verhang evenwij dig aan het talud.

(43)

I

- 37 -C0-416409/1

I

~.!! I>G c:

'"

§351----+---. :: .!:! .::

I

252~5~----~30~---3~5~----~~~----__J45 Initial porosity (%)

I

Initial void ratio

I

Figuur 7: Wrijvingshoek als functie van porositeit voor granulaire grond.

I

(44)

- 38 -CO-416409/1

I

Conclusies

Uit voorgaande hoofdstukken is gebleken dat in vergelijking met direkt plaatsen van blokken op de ondergrond zowel een geotextiel als een vlijlaag de constructie kan verstevigen.

Aanbrengen van een geotextiel als afscheiding tussen twee onderscheiden lagen in de taludconstructie zal de erosiegevoeligheid van de construc-tie doen afnemen. De criteria voor toepassing zullen dus moeten zijn dat erosie daar een kritieke parameter is en de kostenvergelijking met andere constructies.

Het aanbrengen van een geotextiel tussen een steenzetting en klei ondergrond is slechts zinvol, wanneer de klei erosiegevoelig is en mogelijke uitspoeling door de toplaag kan plaatsvinden. Anders kan het geotextiel beter achterwege blijven.

Ook een vlijlaag zal een positieve uitwerking hebben op de erosie-gevoeligheid1 hier is echter nauwkeurig dimensioneren geboden, omdat door het toepassen van een vlijlaag de wateroverspanningen over de zetting bij golfaanval toenemen.

Voor zowel de toepassing van een vlijlaag als een geotextiel zal uit-eindelijk een kosten-baten analyse voor een concreet geval uitsluitsel moeten geven, vooropgesteld dat het ontwerp technisch stabiel is. Het toepassen van geklemde zettingen kan de stabiliteit van de toplaag vergroten.

Indien echter de overdrukken regelmatig het eigen gewicht van de top-laag overschrijden en de zetting daarbij meer omhoog komt dan de dia-meter van de korrels van het daaronderliggende materiaal, zullen aan dat onderliggende materiaal hoge eisen gesteld moeten worden, om korreltransport te voorkomen.

In de inleiding werden twee manieren genoemd om het effect van over-drukken te elimineren.

Het toepassen van een relatief ondoorlatende ondergrond, waardoor de overdrukken afnemen.

Het toepassen van een geklemde zetting, waardoor de toplaag veel sterker wordt. Wel moet rekening worden gehouden met eventueel

ademen van de toplaag waardoor bergingsmogelijkheid onder de zetting wordt gecreëerd.

(45)

I

39 -CO-416409/1

In het verdere van deze inventarisatie is gebleken dat beide construc-ties de belasting op de ondergrond verhogen, waardoor, bij oever-beschermingsconstructies, de constructie van de lagen onder de toplaag het belangrijkst worden voor de stabiliteit.

De kennis van erosieverschijnselen onder steenzettingen is echter op dit moment nog onvoldoende om ontwerpgerichte adviezen te kunnen geven.

De relatie belasting/sterkte kan bij overgangsconstructies ongunstiger zijn, zodat het voorkomen van schade daar extra aandacht verdient. Ontwerp- en uitvoeringsfouten hebben in de praktijk juist bij over-gangsconstructies vaak tot schade geleid.

(46)

40

-co-

416409/1

I

Referenties

1• Taludbekleding van gezette steen; Waterloopkundig Lab./Lab. voor

Grondmechanica, verslag

M1795/CO-deel 11 Verslag Literatuurstudie hydraulische aspecten

juli 1982/ir. K. den Boer.

deel 111 Verslag Literatuurstudie grondmechanische aspecten

juli 1982/ir. A. Bezuijen. CO-255780/44.

deel IV Verslag oriënterende grondmechanische studie

juli 1982/ir. C.J. Kenter, e.a.

deel VI Verslag grootschalig modelonderzoek Oesterdam - deel A

juli 1982/ing. P.J. Visser. CO-258840/7.

2. KIVI-Symposium.

Nieuwe inzichten in het ontwerpen van

oeverbeschermingsconstruc-ties.

25 mei 1983.

Waterloopkundig Laboratorium, verslag M1881.

stabiliteit steenzetting onder golfaanval. Gidsproeven in de

Deltagoot.

augustus 1982/ir. A.M. Burger.

4. Waterloopkundig Laboratorium/Laboratorium voor Grondmechanica.

Verslag M1900/CC>-261830/5

o.

Basalton. stabiliteit onder golfaanval. Verslag modelonderzoek.

februari 1983/ing. P.J. Visser.

5. Laboratorium voor Grondmechanica.

Literatuurstudie filters.

LGM, CO-258901/88, februari 1983.

6. Waterloopkundig Laboratorium/Laboratorium voor Grondmechanica.

Evaluatie van de resultaten van het modelonderzoek voor de

Oester-dam.

(47)

I

41 -CO-416409/1

I

7. Kogel, H. van der

Postdoctoraal onderwijs in de civiele techniek. Cursus: Havens 111, constructieve aspecten, 1981.

I

8. Laboratorium voor Grondmechanica.

Literatuurstudie erosie van klei.

I

CO-258901, april 1983.

I

9. Concept Interimrapport.Klei onder steenzettingen voor Oesterdam en Philipsdam. RWS oeltadienst, Werkgroep klei, juli 1983.

I

10. C.O.W.

11

Schade aan glooiingen van betonblokken.

Notitie nr. 83-27.

I

11 • Lambe and Whi tman •

11

John wileySoi1 Mechanics •& Sons, 1979, New York.

I

getypt door Ilona

op diskette 3

I

onder titel C0416409/1

I

(48)

- A1

-I

I

Appendix Praktijkervaringen

In deze appendix zijn enige interviews gebundeld met mensen, die reeds lange tijd beheer voeren over een omvangrijk stuk taludbekleding. De eerste drie interviews zijn speciaal in het kader van deze studie gehouden. De laatste drie zijn gehouden in het kader van een studie naar eisen die gesteld moeten worden aan klei onder de blokkenglooiïng van de Oesterdam.

(49)

I

· '

I

-A2-Verslag van de bespreking op 28 december 1981 met ing. B. Zuidweg, adjunct-directeur Technische Dienst van het Hoogheemraadschap N oordhol-lands Noorderkartier.

De ervaringen van ing. B. Zuidweg zijn vooral gebaseerd op het

onderhoud van en schade aan de Hondsbosse Zeewering. Aan deze dijk is

sinds hij deze functie heeft, slechts één maal schade ontstaan, in 1955

door stranding van een vaartuig. Wel is er meerdere malen stormschade ontstaan aan de strandhoofden die voor de dijk liggen. De constructie van de strandhoofden is getekend in het dwarsprofiel (fig. A1). Het

rijshout in de constructie heeft de functie van een filterdoek en dient om uitspoelen van het zand te voorkomen. Bovendien geeft het volgens Zuidweg een verend karakter aan de ondergrond, zodat dit beter de golf-klap-energie kan opvangen.

Schade aan de strandhoofden treedt op 25 meter achter het begin van deze strandhoofden door "zuigwerking" van de golven. Op dat punt komt

de op het begin van het strandhoofd gebroken golf weer terug bij het strandhoofd en geeft aanleiding tot extra turbulentie.

Het schademechanisme voor deze strandhoofden is volgens Zuidweg: verouderen van het rijshout, waaruit volgt:

a. minder elastisch worden van het rijshout b. wegrotten van het rijshout.

Dit geeft aanleiding tot:

a. minder demping van de "zuigwerking"

b. ruimte tussen hout en ondergrond.

Dit leidt tot verhoging van de "zuigwerking" en dus tot schade.

Voor de strandhoofden werd basalt van gemiddeld 60 cm dikte gebruikt. Bij reparatie maakt men tegenwoordig wel gebruik van betonnen zuilen

(50)

-A3-

I

Zuidweg is een voorstander van het toepassen van tonrontes. Dit zou de zuigwerking van de golven verminderen. Daar waar het talud hol wordt, ontstaat schade. Hij erkende dat dit alleen het geval is op plaatsen waar de ondergrond verzakt is, meestal door het wegrotten van het hout, omdat hij zelf nooit opdracht gegeven heeft voor het aanbrengen van een hol talud.

Een modernere constructie voor de strandhoofden zou zijn:

zand + doek + Azobée-matjes stortsteen ingegoten in giet asfalt

Een voordeel van de oude constructie is dat ook grote gaten in de on-dergrond opgevuld kunnen worden met rijshout.

Daar de ondergrond van de strandhoofden zand is kan snel grote schade ontstaan na initi~le schade, daarom staat de basalt in vakken van 3 x 5 meter.

Van 1829 - 1870 zijn de strandhoofden voorzien van golfbrekerpaaltjes. Deze zijn verwijderd omdat ze trillingen in de ondergrond teweegbrach-ten en in de zetsteen, waardoor de basaltblokken los kwamen te liggen.

Belangrijk achtte Zuidweg dat de ondrgrond niet star is. Hij zou geen blokken rechtstreeks op klei toepassen, hoewel klei niet star is, maar hecht grote waarde aan een drukverdelende laag puin of rijshout.

Een oeververdediging zal stabiel zijn als de energie uit de golven gedissipeerd wordt. Dit kan door een laag puinsteen; ook de ongelijkma-tige hoogte van de basaltzuilen draagt hiertoe bij.

Als de laag puinsteen te dik wordt, ten opzichte van de blokken dan zal het water achter de blokken teveel vrij spel hebben en er schade ont-staan. Zuidweg adviseerde een qikte verhouding

filter blokken 2

Scheef invallende golven +rechte golven geeft bij botsing turbulentie, waardoor de zetting kan gaan wringen en er schade ontstaat.

(51)

I

-A4

-Tenslotte legde hij er de nadruk op, dat in een constructie ook rek

e-ning gehouden moet worden met andere schade dan door golfaanval, b.v. stranding van schepen. Een op zichzelf goede constructie van asfalt op zand kan dan nauwelijks herstelbare schade oplopen.

Het zand spoelt uit onder het asfalt. Bij de schade van 1955 was ook

tot 4 m + N.A.P. uitspoeling opgetreden.

P.S. Het rijshout blijft het langste goed als het vol zit met zand.

Als dit niet het geval is, zal zand dat zich in het water bevindt

dat door het rijshout stroomt, het hout beschadigen, waardoor het