Flexibele waterbouwkundige constructies

,1Pf(i

TU

Delft

Technische Universiteit Delft

constructies

Concept

"~~'..,'. :-:;~: ..' ..'

. " _' ... ;. ~."'; •.•'".;• ;t:•

Faculteit der Civiele Techniek

iUitgaVe

juni '87 F4 656020 f 8,25

Vakgroep Waterbouwkunde

kollegediktaat f4

-.~., ... -..

Dit kollegediktaat, ten behoeve van het 4e jaars kollege "Het, ontwer-pvan

flexibele waterbouwkundige konst.r'ukt Les", heeft nog een voorlopig karakter

omdat:

onder tijdsdruk hieraan nog niet de gewenste zorg kon worden besteed de inhoud van het kollege nog de nodige aanpassing en aanvulling

be-hoeft; met name voor wat betreft de milieuvriendelijke

oeververdedi-gingen.

Eén en ander houdt in dat:

op de hoorkolleges aanvullende informatie wordt gegeven over de laatste ontwikkelingen.

signalering van onduidelijkheden, onjuistheden en lacunes bijzonder op prijs wordt gesteld, en

het raadzaam is niet te lang te wachten met het afleggen van het tentamen na be~indiging van de kolleges.

Op het tentamen kunnen in principe alle op het kollege behandelde onder-werpen aan de orde komen. De examinandus moet de aanpak voor het

realise-ren van flexibele konstrukties beheersen, en overweg kunnen met de aa

nge-boden gereedschappen (rekentechnieken, formules, ontwerpgrafieken e.d.).

Het kollegediktaat bevat wat dat betreft veel achtergrondinformatie, ·dit

geldt speciaal t.a.v. de hoofdstukken 3 tlm 6 en de bijlagen.

Gedetailleerde feitenkennis is niet noodzakelijk, wel moet afgeleid kunnen

worden welke parameters van belang zijn bij bepaalde fenomenen, hoe hun

onderlinge relatie is en waarom.

Bij de bestudering van de kollegestof kan bij verdere verdieping met name de vOlgende literatuur verduidelijkend werken:

Het Totaal Overziende (Stuip e.a., 1984, diktatenverkoop)

The Closure of Tidal Basins (diverse auteurs, 1984,

vakgroepsbiblio-theek, in de toekomst weer in diktatenverkoop)·

Geotextiles and Geomembranes in Civil Engineering (Veldhuyzen van Zanten e.a., 1986, vakgroepsbibliotheek en faculteitsbibliotheek)

LeIdraad Cementbetonnen Dijkbekledingen (CUR-VB/TAW, 1984,

diktatenver-koop en vakgroepsbibliotheek)

Achtergronden bij de Leidraad Cementbetonnen Dijkbekledingen (CUR

-VB/TAW, 1984, vakgroepsbibliotheek)

Asfalt in de waterbouw (Vereniging voor Bitumineuze Werken, 1984,

dikta-tenverkoop)

Leidraad voor de toepassing van asfalt in de waterbouw (TAW, 1984,

vakgroepsbibliotheek)

Zink- en kraagstukken in ontwikkelingslanden (december 1979,

diktaten-verkoop) •

Dtllft,1 juli 1987

Voorwoord 1. Inleiding

1.1. Afbakeningvan de kollegestof 1.2~ Erosie van de ondergrond 1.3. Zettingen en ontgrondingen 1~4~Stabiliteit van de ondergrond

1.5. Funkties van een bekledingskonstruktie

1 2 9 11 13 2. Verdedigingskonstruktles 2.1. Opbouw

2~2~ Algemene ballastfunktie 2.3. Ontwerpeisen 2~4 Stabiliteit 2.4.1. Grenstoestanden 2~4.2; Belasting 2.4.3. Sterkte 2~4;4; Veiligheid 2.5. Realisatieproces 2.5.1. Fasenmodel 2.5.2. Ontwerpfase 2.5.3. Uitvoeringsfase 2.5.4. Gebruiks- en beheerfase 17 17 19 23 25 25 28 31 33 37 37 40 43 44 3. Dimensionering Filterkonstrukties 47

3.1. Berekening toplaag van stortsteen 47

3.1.1. Stroomaanval 47

3.1.1.1. Belasting door stroomaanval 48 3;1.1;2~ Sterkte onder stroomaanval 53 3.1.1.3. Statistiek van belastingen 59

3. 1~1;4. Overstroombare dam 60

3.1;1.5. Stroomaanval met loodrecht uittredend grondwater 3.1.2. Golfaanval 3.2. Berekening filteropbouw 3.2.1. Funkties 3.2;2. Ontwerpmethoden 3.2.3. Grondwaterstroming 3;2.4; Granulaire filters 3.2.4.1. Filterwerking 3;2~4;2; Geometrische kriteria a Stabiliteit b Waterdoorlatendheid c Interne stabiliteit d Samenvattende kriteria 3.2.4.3. Kritiek verhang 3;2.4;4; Opbouw 3~2.4.5~ Laagdikte 3.2.5. Filterdoeken 3.2.5.1. Eigenschappen 3.2;5.2~ Filterwerking a Zanddichtheid b Waterdoorlatendheid 3.2.5.3. Opbouw 62 63 66 66 70 74 79 79 79 80 81 82 83 85 94 95 95 95 98 99 99 101

4 •1 •1. In1eiding 102 4;1.2. Belasting 103 4.1.3. Sterkte 104 4.1;4. Analytisch model 106 4.2. Asfaltbekleding 113 4.2.1. Inleiding 113 4.2.2. Asfalt 113

4.2.2.1. De mate van doorlatendheid 114 4.2.2.2. De fysisch mechanische eigenschappen 114

4;2.2;3; De stabiliteit 115

4.2.2.4. De duurzaamheid 115

4.2.3. Het dijklichaam 116

4~2.4. Ontwerp en dimensionering 117

4.2.4.1. Funktionele eisen 117

4.2.4.2. Dimensionering op water overdrukken 117 4;2;4.3; Dimensionering op golfbelastingen 120 4.2.4.4. Zettingen 125 4;2;4;5; Ontgrondingen 125 4.2.4.6. Overige belastingen 126 5. Ontgrondingen 5.1. Inleiding

5.2. Hydraulische omstandigheden in samenhang met

127 127 5.4. 5~5. 5;6; 5.7; mechanismen

Tweedimensionale situatie

5.3.1 Systematisch ontgrondingsonderzoek Driedimensionale situatie

Konstrukties aan beide zijden omstroomd

Geotechnische omstandigheden, stabiliteitsmechanismen Zettingsvloeiing ontgronding s-129 129 132 140 144 147 148 5.3. 6. Toepassingen 152 6.1 Stroomgeleidingswerken algemeen 152

6.1.1. Typen reguleringswerken 152

6.1.2. Grondkribben 153

6;L3. Open of gesloten konstruktie 153

6.2. Kribben 155

6.2.1. Algemeen 155

6.2.2. Kribhoek 157

6.2.3; Kriblengte en kribvlaklengte 158

6;2.4 Kruinhoogte 161

6.2.5. Toegepaste materialen 165

6.2.6. Kribkop 170

6.2.7; Kriblichaam 173

6.2.8. Worteleind 173

6;2.9. Oever 174

6.3. Strekdammen en geleidingswerken 174

6.4. Voorbçeld van een bochtregulering 176

Bijlage A Materialen 179 A 1. Natuurlijke materialen 179 A 1.1. klei 179 A 1.2. Zand 181 A 1.3. Grind 182 A 1.4. Veen 182

Voorwoord 1. Inleiding

1.1. Afbakening van de kollegestof

1.2. Erosie van de ondergrond

1.3. Zettingen en ontgrondingen 1~4. Stabiliteit van de ondergrond

1.5. Funkties van een bekledingskonstruktie

1 2 9 11 13 2. Verdedigingskonstrukties 2.1. Opbouw 2~2~ Algemene ballastfunktie 2.3. Ontwerpeisen 2~4· Stabiliteit 2.4.1. Grenstoestanden 2;4.2; Belasting 2.4.3. Sterkte 2~4~4. Veiligheid 2.5. Realisatieproces 2.5.1. Fasenmodel 2.5.2. Ontwerpfase 2~5.3; Uitvoeringsfase 2.5.4. Gebruiks- en beheerfase 17 17 19 23 25 25 28 31 33 37 37 40 43 44

3. Dimensionering Filterkonstrukties 47

3.1. Berekening toplaag van stortsteen 47

3.1.1. Stroomaanval 47

3.1.1.1. Belasting door stroomaanval 48

3.1;1~2~ Sterkte onder stroomaanval 53

3.1.1.3. Statistiek van belastingen 59

3~1.1~4. Overstroombare dam 60

3.1;1.5. Stroomaanval met loodrecht uittredend grondwater 3.1.2. Golfaanval 3.2. Berekening filteropbouw 3.2.1. Funkties 3~2.2. Ontwerpmethoden 3.2.3. Grondwaterstroming 3~2.4; Granulaire filters 3.2.4.1. Filterwerking 3.2~4~2; Geometrische kriteria a Stabiliteit b Waterdoorlatendheid c Interne stabiliteit d Samenvattende kriteria 3.2.4.3. Kritiek verhang 3;2;4~4; Opbouw 3.2.4.5~ Laagdikte 3.2.5. Filterdoeken 3.2.5.1. Eigenschappen 3.2;5;2~ Filterwerking a Zanddichtheid b Waterdoorlatendheid 3.2.5.3. Opbouw 62 63 66 66 70 74 79 79 79 80 81 82 83 85 94 95 95 95 98 99 99 101

4.1.1. Inleiding 102

4~1.2. Belasting 103

4.1.3. Sterkte 104

4.1.4. Analytisch model 106

4.2. Asfaltbekleding 113

4.2.1. Inleiding 113

4.2.2. Asfalt 113

4.2.2.1. De mate van doorlatendheid 114 4.2.2.2. De fysisch mechanische eigenschappen 114

4.2~2~3; De stabiliteit 115

4.2.2.4. De duurzaamheid 115

4.2.3. Het dijklichaam 116

4.2.4. Ontwerp en dimensionering 117 4.2.4.1. Funktionele eisen 117 4.2.4.2. Dimensionering op wateroverdrukken 117 4;2;4.3; Dimensionering op golfbelastingen 120 4.2.4.4. Zettingen 125 4;2;4;5. Ontgrondingen 125 4;2.4.6. Overige belastingen 126 5. Ontgrondingen 5.1. Inleiding

5.2. Hydraulische omstandigheden in samenhang met mechanismen 5.3. Tweedimensionale situatie 5.3.1 Systematisch ontgrondingsonderzoek Driedimensionale situatie 127 127 5.4. 5~5; 5;6; 5.7;

Konstrukties aan beide zijden omstroomd

Geotechnische omstandigheden, stabiliteitsmechanismen Zettingsvloeiing ontgronding s-129 129 132 140 144 147 148 6. Toepassingen 152 6.1 Stroomgeleidingswerkenalgemeen 152

6.1.1. Typen reguleringswerken 152

6.1.2. Grondkribben 153

6~L3. Open of gesloten konstruktie 153

6.2. Kribben 155

6.2.1. Algemeen 155

6.2;2. Kribhoek 157

6.2;3; Kriblengteen kribvlaklengte 158

6.2.4 Kruinhoogte 161

6~2;5. Toegepaste materialen 165

6.2.6. Kribkop 170

6.2;7; Kriblichaam 173

6.2.8. Worteleind 173

6;2;9. Oever 174

6.3. Strekdammen en geleidingswerken 174

6.4. Voorbeeld van een bochtregulering 176

Bijlage A Materialen 179

A 1. Natuurlijkematerialen 179

A 1•1• klei 179

A 1.2. Zand 181

A 1.3. Grind 182

A 2. Industriêle rest en afval-produkten A 2.1. Mijnsteen A 2.2. Slakken A 2~3~ Overige reststoffen A 3. Betonblokken A 4. Bitumenprodukten A 4.1. Waterbouwasfaltbeton A 4.2. Asfaltmastiek A 4~3. Penetratiemortels A 4~4. Dicht steenasfalt A 4.5. Open steenasfalt

A 4.6~ Zandasfalt als filterlaag

A 4.7. Zandasfalt als kernmateriaal A 5. Filtetdoeken A 6. Matten A 6.1. Betonblokkenmatten A 6~2. Gevulde kunststoffiltermat A 6.3~ Membranen A 6.4. Open steenasfaltmatten 184 184 185 186 187 189 191 192 192 193 193 194 194 195 196 196 198 198 199 Bijlage B. Keuzekriteria

B 1. Aspekten bij keuze type bekleding

B 2~ Multi-kriteria-analyse

B 2.1. Kriteria

B 2.2~ Gewichten

B 2.2.1. Waarderingsfaktoren hoofdkriteria

B 2.2.2~ Gewichten subkriteria

B 2.2.3. Totaalscore materialen B 2.3. Kosten B 2.4. Opmerkingen en konklusies 200 200 201 204 207 207 208 209 212 213 Literatuur Symbolen 214 219

.

-1.1. Achtergrond en afbakening van de kollegestof

Het gebruik van waterlopen en de processen die zich in en rond waterlopen afspelen kunnen leiden tot de noodzaak van ingrepen in deze waterlopen. Zoals in de handleiding rivieren (de Vriès, 1985) is voor de bestudering hiervan een tweedeling mogelijk:

de rivierkunde of potamologie (eng. river hydraulics) beschouwt de

natuurlijke processen in rivieren in zover mogelijk kwalitatieve zin.

de rivierwaterbouwkunde (eng. : river engineering) beschouwt de te

nemen (konstruktieve) maatregelen om het gebruik van de rivier in een gewenste richting te verbeteren.

Uiteraard is een dergelijke tweedeling ook geldig voor waterlopen in zijn algemeenheid (rivieren, kanalen, sloten, grachten enz.).

Dit kollege beoogt een ontwerpaanpak en ontwerpgegevens te presenteren m.b.t. de konstructieve uitwerking van de te nemen maatregelen, met name

op het gebied van de ..flexibele·· waterbouwkundige konstrukties. Hiertoe

dient eerst duidelijk gemaakt te worden wat we onder dergelijke konstruk-ti es verstaan.

Definitie: Flexibele waterbouwkundige konstrukties moeten, onder invloed

van belastingen, (ongelijke) zettingen van de ondergrond en

ontgrondingen nabij beeindigingen kunnen volgen zonder hun

funktie(s) te verliezen.

Flexibel wil dus zeggen: deformeerbaar, vervormbaar, niet vormvast. Onder de (interne en/of externe) belastingen kan men bijvoorbeeld verstaan het eigen gewicht, stromingsdruk ten gevolge van uittredend grondwater, stroom- en gOlfaanval. Met funkties kunnen bedoeld worden de sterkte, stabiliteit, waterdiohtheid samenhang e.d.

Soms wordt de konstruktie zo ontworpen dat onder uitwendige belastingen een natuurlijk (dynamisch) evenwicht ontstaat (bv. grindstrand), soms ook zo dat de konstruktie geen schade ondervindt (bv. flexibele rand bodembe-scherming).

In het algemeen zijn flexibele waterbouwkundige konstrukties samengesteld

uit losse (betrekkelijk kleine) elementen. In vele gevallen moeten deze echter toch enige (of zelfs hechte) samenhang hebben. Hier speelt dan het probleem dat een toenemende samenhang veelal gepaard gaat met een

verminderde flexibiliteit.

Opmerking: Een andere interpretatie van het begrip flexibele konstruktie

is dat het ontwerp op zich flexibel is, dat wil zeggen dat de

konstruktie op een betrekkelijk eenvoudige wijze aangepast kan worden indien de randvoorwaarden die golden bij het begin van de realisatie van het projekt, zich wijzigen. Een voorbeeld is het v~rzwaren van de bestor-ting van een taludbekleding van een scheepvaartkanaal bij toename van de vermogens van schepen (d.w.z. een toename van de retourstroomsnelheid /spiegeldaling en grootte van de haalgolven en scheepsgolven, dus van de belas ting )•

Op een onbeschermde ondergrond kunnen de volgende belastingen werken:

_ Erosie door wind en luchtwervelingen (duinen en droog strand,

woestij-nen, enz.).

- Erosie door regenval en oppervlakteafvoer (brongebied van rivieren, achterwaartse geuleros ie, enz.).

_ Erosie door.geulafvoer, getijstroom, golven enz.

In dit kollege wordt op het laatste type belastingen ingegaan, en wel voor h~t 6ntw~rp van een oever- e~ bodembescherming bij (getij)rivieren,

stroom- en scheepvaartkanalen, overstroombare dammen (o.a. kribben) enz. Het gaat hierbij in feite om het grensvlak water - ondergrond.

1.2. Erosie van de ondergrond

Erosie van de ondergrond (al of niet onder een niet 'zanddichte' bescherm-laag) kan verschillende oorzaken hebben. In deze paragraaf zullen hiervan alleen de hydraulische belastingen voor·een aantal simpele gevallen worden

behandeld, te weten:

a. stroming b~ golven

c~ grondwaterstroming.

Naast deze hydraulische belastingen spelen ook biologische of chemische aantasting, weer en wind, vandalisme e.d. een al of niet bepalende rol. Hier wordt in paragraaf 2.3 nader op ingegaan.

ad a. Stroomaanval

Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan het vastleggen van een uit-meanderende rivierbocht. Ten gevolge van de optredende spiraalstroming treedt erosie transport·van bodemmateriaal van de buitenoever naar de binnenbocht op. Men kan dit accepteren (zoals bij de Roer in Limburg), of dit tegengaan door de buitenbocht vast te leggen.

In figuur 1.1 is dit schematisch weergegeven. Merk op dat ten gevolge van het aanbreng~n van een oeververdediging in de buitenbocht een extra ver-dieping optreedt. sedimentatie binnenbocht erosie buitenbocht meanderrichting vastleggen

Figuur 1.1. Vastleggen van de buitenbocht van een meanderende rivier

Stel: bij het ontwerp van de oeververdediging wordt uitgegaan van

loskor-relig materiaal (stortsteen).Beschouwen we een veel toegepaste formule

voor de bepaling van de stabiliteit van loskorrelig materiaal (formule van

Izbash, zie ook kollege f3):

(1.1)

g versnelling ten gevolge van de zwaartekracht (m/s2) ó de relatieve massadichtheid = (ps - pw)/pw

Ps soortelijke massa van het materiaal (kg/m3) Pw soortelijke massa van water (kg/m3)

D karakteristieke korreldiameter (m) meestal D50 a = de taludhoek (0)

~ de hoek van inwendige wrijving (0) en aan de belastingkant:

b stabiliteitsparameter afhankelijk van de stromingstoestand (turbu-lentie), het geaccepteerde verlies aan materiaal, de vorm van de korrels; globaal geldt 0,6 ::;b

s

1,5.

U

(gemiddelde) stroomsnelheid (mis)

Een eerste oplossing zou kunnen zijn het verkleinen van de stroomaanval op de oever (U), bijvoorbeeld door het afleiden vld stroom door het toepassen van kribben.

Ook kan de sterkte worden vergroot: zwaarder materiaal (bv. loodslakken met ó

=

2 à 3) of grotere elementen (korrelgrootte D), meer samenhang tussen de elementen (~), of een flauwere taludhelling (a). In hoofdstuk 3 wordt dieper op de achtergronden en toepassingsgebieden van bovenstaande formule ingegaan.

De stroomaanval is afhankelijk van vele faktoren, zoals:

Laminaire I turbulente stroming (grenslaagontwikkeling/ruwheid). Stromend I schietend water (grensdiepte en watersprong).

Eén- of meerdimensionale stroming. Meestal wordt een driedimensionaal probleem tot een tweedimensionaal"probleem geschematiseerd, waarna het

ééndimensionaal wordt uitgerekend. Bij de beoordeling van de uitkomsten

is derhalve grote voorzichtigheid"geboden (terugkoppelen naar het

meer-dimensionale probleem).

Permanente (al dan niet éénparige) I niet permanente stroming

Stroming loodrecht I evenwijdig aan het grensvlak water - ondergrond.

Ook indien de ondergrond onder een beschermlaag ligt, kan erosie optreden.

Indien de beschermlaag uit te grof materiaal bestaat, kan het basismate- "

riaal er tussen uit spoelen wanneer de bodemsnelheid (schuifspanning en

stromingsdrukken onder de beschermlaag) nog onvoldoende is afgenomen. Door

verhoogde turbulentie kan de belasting zelfs groter zijn geworden dan in

de onbeschermde situatie.

Als de beschermlaag dik genoeg is, zal dit niet het geval zijn. Zo is het

klassieke zinkstuk beslist niet zanddicht; door de grote dikte "neemt de

stroomsnelheid op de ondergrond (d.w.z. de schuifspanning, dus de erosie)

echter af, zodat toch geen uitspoeling optreedt. ad b. Golfaanval

Een in het kollege f3 al genoemde formule ter bepaling van het benodigde gewicht van losse elementen onder invloed van golfaanval is de formule van Hudson: (1959):

G ó3. H 3

S

( 1.2)

Met G

=

massa van een element boven water (kg)

ca. 0,5 Ps D3 voor een bol, en Ps D3 voor een kubus

samengestéld (kg/m3)

Hs signifikante gOlfhoogte (m)

kD schadefaktor, afhankelijk van vorm, ruwheid, graad van interlock

en plaats op talud van het bekledingselement, alsmede van de mate

van geaccepteerde schade.

Bij een te grote golfaanval op bv. een talud kan in eerste instantie getracht worden om de belasting (d.L de golfhoogte Hs) te verkleinen.

Hiervoor kan een konstruktie worden ontworpen die de inkomende golven·

reduceert tot een bepaald geaccepteerd niveau. In het algemeen kan dit op

drie manieren:

1. De golven reflekteren

2; De golfenergie geheel of gedeeltelijk 'vernietigen' d.w.z. omzetten in warmte en geluid (turbulentie)

3. Een kombinatie van beiden

t.b.v. rustig water ~n (haven)bekken

II verankerd vlies bv. t.b.v. baggerwerk ~n ---~~w~~4~,y~~~

/

,

_,

Figuur 1.2. Golfaanval op een talud

Bij toepassing van de eerste methode worden in het algemeen min of meer vertikale konstrukties gebouwd. De breedte van de konstruktie is klein ten opzichte van de lengte van de golven die gedempt moeten worden, maar vaak zal de draagkonstruktie van het reflekterende element zeer groot zijn. In het algemeen zijn deze konstrukties minder 'flexibel' dan konstrukties die volgens de tweede methode golven reduceren.

Voor deze tweede methode zal, indien drijvend uitgevoerd, de dempende konstruktie horizontale afmetingen moeten hebben die in dezelfde orde van

grootte liggen als de optredende golfafmetingen. Vaak is echter meer

ruimte nodig om de verankering te kunnen plaatsen.

Drijvende golfreduktor: In het algemeen is de golfreducerende werking van

drijvende konstrukties sterk afhankelijk van de verhouding tussen de afmeting van de golf (in het algemeen de golflengte) en die van de konstruktie. De flexibiliteit van de drijvende konstruktie belnvloedt verder sterk het dempend effekt. Naarmate een stijvere kon-struktie wordt toegepast zal er èn meer gOlfenergie worden gereflekteerd

èn.meer energie in de konstruktie worden omgezet. Hoe slapper de konstruk_

tie hoe groter in het algemeen de afmetingen moeten zijn om eenzelfde demping te bewerkstelligen. Voor een demping van ca. 50% zal de lengte van

een plastic slab-konstruktle 10 à 20 maal de golflengte moeten bedragen,

de lengte van zinkstukken in dezelfde orde van grootte als de gOlflengte moeten zijn.

Dergelijke drijvende konstrukties zijn reeds in vele uitvoeringen gemaakt.

zoals met water (en lucht) gevulde zakken, autobanden, zinkstukken e.d. Ze

worden soms toegepast als tijdelijke konstrukties, zoals in het Noord-'

Hollands kanaal in verband met de bescherming van een aan te planten rietkraag welke na verloop van tijd de oever moet beschermen, of als "extra" bescherming tegen golven in grotere havens voor in het bijzonder

de kleinere schepen, zoals direktie- en rekreatievaartuigen.

Figuur 1.3 geeft een toepassing van verankerde drijvende zinkstukken om een milder golfklimaat en daarmee meer werkbare dagen te bewerkstelligen

ten behoeve van onderhoudsbaggerwerk in de havenmond van IJmuiden.

Uitgezet staat de verhouding gereduceerde/inkomende golfhoogte tegen de

verhouding matrasbreedte/golflengte. ',0

Hi/Hi

r

-

-

-

--

·

r

-

-

-

-

& 0'770, , . 0,_

i

-

-

-+-.. J

_~

_I

n-

I

_

_

;:':':::~\I::'~~~:~:~:

-j-

"

-

.

,

-,

:c, -.:". :: ..::;::':' t.H .

",'

-

-

'

-

-

1

-

-

-

---

- --

-

-

.

-

-

-

----

-

-

---

(~,~,..)

/0, 1 .: .. _ 0.' --- ---- --- ---f--- ' _ 0,' --- --- ---- -

,--i

.

~-0.1 -'--- _._.__._.. .. " .*'_ O.J -~- _. .. o ....,.ct... ia ... at ••• ... w..._,.. •• • • II'h.. ,.' ..w.c .... , •• I '.f . 0,' --- .. • __ 0..11 0,10 0.71 ',0 _••~I

Figuur 1.3. Reduktie van de golfhoogte met behulp van een drijvend

zinkstuk ten behoeve van onderhoudsbaggerwerk in de haven-mond van IJmuiden

Vaste gOlfbreker: Wanneer hogere eisen aan de duurzaamheid worden gesteld of wanneer de konstruktie een meer permanent karakter heeft is men al snel geneigd de golfdempende konstruktie van de grond af op te bouwen. Figuur 1.4 toont een onder water golfbreker opgebouwd uit grind, toegepast ter verdediging van het zandstrand langs het

Grevelingen-meer. Deze zandstranden dreigden te verdwijnen door de voortdurende golf-aanva l op een (met het door afsluiting van de getijbewêging) konstant ingesteld peil op het meer.

1,0 0,' 0,' 0,1 H% 0,6 I

I

0,0."5 (J,l O,l 0,1

..

Figuur 1.4. Ontwerp van een onder water gelegen grinddam ter verdediging van de zandstranden langs het Grevelingenmeer

In het geval dat de konstruktie een groter dempend effekt moet bewerkstel-ligen dan in het geval van de onder water golfbreker, zal de kruin nog hog~r opgetrokken worden. Daarmee ondervindt de konstruktie ook een gro-tere belasting. De elementen van de toplaag zullen hierdoor zwaarder moeten worden uitgevoerd. Dit kan zelfs leiden tot caissonachtige elemen-ten als top van de golfbreker.

Figuur 1.5 geeft een voorbeeld'van mogelij ke vormen en resultaten van

modelonderzoek die aangeven in welke mate deze hogere golfbrekers hun

funktie (golfreduktie) vervullen.

Figuur 1.5. Reduktie golfhoogte m.b.v, golfbreker

De golfaanval is afhankelijk van vele faktoren: strijklengte en windrichting (windgolven)

vaarsnelheid en afstand tot de oever (scheepsgolven / haalgolven) waterdiepte / voorland / taludhelling oever

brekende / overslaande / terugkaatsende golven ('vernietiging',

reduk-tie, of 'reflektie van energie)

ad c. Grondwaterstroming

In het kollege f3 is er al op gewezen dat ten gevolge van grondwaterstro-ming een strogrondwaterstro-mingsdruk op een korrel wordt uitgeoefend ter grootte van Ps.g.i (per vo_lume-:eenheid);voor een korrel op een talud leidde dit tot de"voorwaarde (zie figuur 1.6):

tan cp ~

6H

6 sin Ct + D cos (et - e)

IIcos et - i sin (et - e) (1.3)

Met cp hoek van inwendige wrijving (0)

et = taludhoek (0)

e

= uittreehoek van het grondwater (0)

i

=

verhang in beschouwde laag t.g.v. grondwaterstroming

Figuur 1.6. Stromingsdruk op loskorrelig materiaal op een talud Een veel voorkomende situatie is een talud onder water met loodrecht uittredend grondwater, d.w,z, e = et - 90°. Vergelijking (1.3) gaat dan over in:

6 [cos Ct - sin et/tan cp] ~ i ( 1.4)

Verkleining van de belasting (i) zou bereikt kunnen worden door vergroting van de doorlatendheid. De sterkte kan worden vergroot door het toepassen van zwaarder materiaal (~), meer samenhang tussen de elementen (cp), of een flauwere taludhelling (et).

In hoofdstuk 3 zal nader worden ingegaan op de invloed van de stromings-druk op loskorrelige materialen, al dan niet in kombinatie met schuifspan-ningen ten gevolge van stroom- en golfaanval.

De rol die de grondwaterstroming speelt bij oeververdedigingen wordt

volgens Bendegom, L.v., e.a. (1969) nogal eens onderschat. Bij vrijwel elk kanaal dat niet over de volle breedte van de bodem en taluds met een

waterdichte bekleding wordt afgedekt, zal een grondwaterstroming naar het kanaal ontstaan, al of niet over de volle lengte van het kanaal (zie figuur 1.7).

I I I 1 I i \ I I I I I I I I GRONDWATERSTROMING LOODRECHT OP KANAAL-AS .f-- •.. +-.•

GRONDWATERSTROMINGEVENWIJDIG AAN

KANAAL-AS

~lguur 1.7. Grondwaterstroming naar het kanaal

Een veel voorkomende oorzaak van meer plotseling optredend uittredend grondwater is de snelle waterstandsdaling in het kanaal, bv. door de spiegeldaling ten gevolge van scheepvaart, of door een negatieve transla-tiegolf.

Er dient dus altijd rekening gehouden te worden met een extra belasting ten gevolge van.de stromingsdruk op de korrels van een onverdedigd talud, en op de oeververdediging zelf indien deze waterdoorlatend wordt gemaakt.

I

I

<c

I .....r __-!-.__ •__

I

OPEN VERDEDIGING -JUISTE OPLOSSING

Figuur 1.8. Stromingsdrukken bij open en gesloten bekleding

GESLOTEN VERDEDIGING- FOUTIEVE OPLOSSING

De onderbegrenzing van de konstruktie wordt bepaald door het evenwicht van de grondkorrels er direkt beneden. In figuur 1.8 wordt voor een open en een gesloten bekleding het verloop van de stroomlijnen en de grootte van de stromingsdrukken gegeven. Het voordeel van een waterdoorlatende kon-struktie onder water valt hier direkt op:

Bij een waterdoorlatende bekleding zal de grondwaterbeweging (dus de stromingsdruk) nagenoeg niet afwijken van die, behorend bij een onver-dedigd talud.

Geheel anders wordt dit bij waterdichte bekledingen. Hierbij wordt het probleem van de grootste stromingsdrukken verplaatst naar de onderbegren-zing van de oeververdediging. Om bij deze konstruktie erosie ten gevolge van deze stromingsdrukken tavoor-komen, dient zo,'n waterdichte konstruktie zowel naar beneden als in de diepte te worden uitgebreid door het aanbren-gen van een filterkonstruktie (zie figuur 1.9). Het ontbreken hiervan is veelvuldig de oorzaak van beschadigingen. Een andere mogelijkheid is die, waarbij door middel van een damwandbeêintliging de stroomlijnen naar bene-den gedrukt wordan, waardoor de stromingsdruk regelmatiger over het over-blijvende talud wordt verdeeld. Eenzelfde situatie treedt op bij toepas-sing van een vertikale beschoeiing met een onderwaterberm.

[::7~

, . .

,

VERBETERDEOPLOSSING DOOR

TOEPASSINGVAN EEN FILTER

w _{I I} I " . ,I

>

-

-

i:

-:u~ ," \ : I :< ~ ,>, \ _-:..---I -o /'<, ,/",:;-\_-..~..-\----' :1 " -, <: I I I ~.__,!. rt I I ..._~_+__.-10--- 1 I I :' ''':,' ~ i " j r---.' 1- -,- --t''_-,-- ...---,- --:1

~

~

--

.

--;

-

--!-..

'

-

~

-_

..

i

_

..

-f-....~_..- ~~

I

'

I I , 1 , , " I I I ' I I I

ï

! I , ! I I t . , - .__i- -,..., --- -VERBETERDEOPlOSSING ." ..1... ',

VAN OE STROOMLIJNEN DOOR SPREIDING

VERMINDERING VAN OE STROMINGSORUKDOORSPREIDING VAN OE STROOMLIJNEN

~iguur 1.9. Verbeterde oplossingen bij een waterdichte konstruktie

In de praktijk komen uiteraard veel gecompliceerdere dan de hierboven beschreven situaties voor: loodrechte enlof evenwijdige stroming, statio-naire of cyclische stroming, kombinaties van stroom- en golfaanval en

grondwaterstroming, enz. enz.

1.3. zettingen en ontgrondingen

Zoals eerder is gesteld, moeten flexibele waterbouwkundige konstrukties zettingen van de ondergrond en ontgrondingen nabij beeindigingen en

over-gangen kunnen volgen zonder hun funktie(s) te verliezen.

Zettingen van de ondergrond

Bij dijkbekledingen zal de zetting van de ondergrond van de dijk en daar~ mee van het dijkstaiud in het algemeen geleidelijk optreden, en meestal gemakkelijk door de bekleding zijn te VOlgen. Wel dient bij de aanleg de te verwachten zetting en klink (afhankelijk van de onderhoudsstrategie) geheel of gedeeltelijk als overhoogte te worden aangebracht, om ook na langere tijd de geeiste dijktafelhoogte (en daarmee zijn waterkerende funktie) te kunnen garanderen (zie figuur 1.10 a). In het geval van de dijken langs de Lek bleek dit overigens prOblemen te geven. Door de slappe bodem bleven de dijken zakken. Omdat een ophoging een extra belasting betekent heeft men er tenslotte van afgezien om deze dijken te verhogen. In plaats daarvan is de stormvloedkering in de Hollandse IJssel gebouwd;

Bij een oeverbekleding van rivieren of kanalen zal de zetting over het .

algemeen meer plaatselijk optreden (zie figuur 1.10 b). Als de bekleding

dit kan volgen, hoeft zelfs een relatief grote zetting-geen verlies van de

waterafvoerende funktie te betekenen; in feite stelt zich dan een nieuw

evenwicht in.

®

-

-

-

-

Ontgrondingen bij beêindigingen

De bekleding (vèrdediging) dient ontgrondingen bij beëind igingen en over-gangen te kunnen volgen zonder dat funktieverlies optreedt.

Eerder is al gemeld dat bij het vastleggen van een buitenbOcht van een

meanderende rivier (figuur 1.1) er gerekend moet worden op een ontgronding bij de de benedenzijdse begrenzing van de bekleding. Andere voorbeelden van plaatsen waar ontgrondingen kunnen optreden zijn (zie figuur 1.11):

1. Achter het stortèbed aansluitend op kunstwerken (stuwen, inlaat~""en

uitwateringssluizen etc.).

2. Achter afsluitdammen / stormvloedkering. Door het niet kunnen toepassen

van onderloopsheidsschermen, zoals bij de Oosterscheldedam, kan de

ontgronding nog worden versterkt door uittredend grondwater.

3. Rondom brugpijlers.

4; Benedenstrooms van·kribkoppen.

\

':',

_,

_,

.

\ .... \

®

Figuur 1.11 Ontgrondingen bij waterbouwkundige konstrukties

Ontwerpprincipes zijn:

Laten bijzakken van de hiervoor extra aangebrachte bekleding. Om dit

bij zakken gelijkmatig te laten gebeuren mag de bekleding niet te

zanddicht zijn. Anders moet zand onderuitgespoeld worden.

- Al of niet in gedeelten uitbreiden van de bekleding op het moment dat de helling van de aanzet van de ontgrondingskuil een van tevoren bepaalde waarde bereikt. Of dit tijdig mogelijk is, hangt ondermeer af van de ontgrondingssnelheid.

Bekleding al aanleggen tot op evenwichtsdiepte. Hiervoor moet dan voor de aanleg een cunet worden gemaakt. De moeilijkheid hierbij is om een goede voorspelling van de te ver-wacnten ontrondingsdiepte te maken. _ Spreiden van de belasting door geleidelijke verbreding en/of verdieping,

bv. het toepassen van een diffusor bij het uitstroomeinde van een

uitwa-teringssluis.

Afleiden van'de belasting (schuifspanningen) van het grensvlak water

-basismateriaal, d.w.z. het zo snel mogelijk bereiken van een ontwikkelde

grenslaag. Zo heeft'men bij de Haringvlietsluizen op het uiteinde van

dwin-.. .

gen, waardoor de snelheid langs de bodem direkt achter de bestorting kleiner wordt (zie figuur 1~12). Hierdoor kon de ontgronding vlak achter oe bestorting aanzienlijk worden verminderd.

Figuur 1.12. Beeindiging stortebed Haringvlietsluizen met tetraeders

1.4. Stabiliteit van de ondergrond

Bij elke nieuwe situatie moet goed worden overwogen wat er te doen staat.

Een verkeerde ingreep, bv. een bestorting van een riviergedeelte bij een·

bochtafsnijding, kan in een later stadium, bv. bij een verhangverkleining, een stroomversnelling met te lage waterstanden tot gevolg hebben.

De eerste vraag is dus: MOET DE ONDERGROND WEL WORDEN VERDEDIGD?'

Uitgaande van de bestaande (onbeschermde) onderscheiden:

1. De ondergrond is stabiel.

2~ De ondergrond is semi-stabiel.

3; De ondergrond is semi-onstabiel. 4; De ondergrond is onstabiel.

ondergrond worden vier situaties

ad 1. Stabiele ondergrond

Er is sprake van een stabiel evenwicht, dat wil zeggen onder alle omstan-digheden geen beweging van basismateriaal. Deze situatie kan kunstmatig zijn verkregen door afleiding van de oeveraanval, bv. door de toepassing van kri bben.

Voor wrijvingsstroom wordt voor begin van beweging vaak het kriterium van Shields gehanteerd (zie ook paragraaf 2.4.4):

~cr=hi/8D =

Ü

2/C28D ~ 0,03 à 0,06

ad 2. Semi-stabiele ondergrond

Er is hierbij sprake van al of niet tijdelijk materiaaltransport. Dit kan

zijn: ~

a. Doorgaand zandtransport op bovenrivieren (over het jaar konstant voor iedere doorsnede). Dit is een dynamisch evenwicht (ademen van de bodem:

az/at + a~/ax = 0).

b. - Wisselend zandtransport op getijrivieren, kusten of stranden ten gevolge van getijstroom en/of golven, of

- wisselend zandtransport op de bodem van een scheepvaartkanaal ten gevolge van retourstroom:

f

r

az/at .dt = 0 (T

=

bv. getijperiode of jaar)

c. Uitzeving van fijnere frakties tot een stabiele evenwichtssituatie is

bereikt.

d. Uitschuring tot aanvaardbare ontgrondingsdiepte (evenwichtsdiepte of een stabiele grondlaag, b.v. een kleilaag).

ad 3. Semi-onstabiele ondergrond

Hiermee wordt bedoeld dat periodiek het door erosie verwijderde materiaal opnieuw wordt aangevuld.

Een voorbeeld van een dergelijke flexibele werkwijze is de oplossing van zand suppletie bij een bochtafsnijding van een rivier. Tengevolge van de bocnt aï'sntjd ing zal.ter plaatse door verhangvergroting het zandtransporte-.

rende vermogen toenemen en zal, als de bodemsamenstelling dit toelaat. de

bodem gaan eroderen. Dit kan voorkomen worden door periodiek het verschil tussen dit zandtransporterend vermogen en het aankomend zandtransport direkt bovenstrooms van de bochtafsnijding te suppleren. Het benodigde materiaal moet direkt benedenstrooms van de bochtafsnijding worden gewon-nen (rondpompen van bodemmateriaal).

Een ander voorbeeld van zulk een flexibele werkwijze is het met behulp van

een pompinstallatie doorpompen van zand in het geval dat het

langstrans-port langs de kust wordt verhinderd door de uitbouw van een havendam (zie

figuur 1.13).

Ook het 'onderhoud van de duinen (zandsuppletie) is een voorbeeld van een

dergelijke flexibele werkwijze.

Bij de methode van periodieke zandsuppletie dient per geval te worden nagegaan of deze suppletie kontinu. per seizoen. per jaar of anderszins dient te geschieden om aan de eisen van veiligheid, scheepvaart e.a. te kunnen blijven voldoen. Deze methode heeft alleen zin indien de kosten van voortdurend herstel opwegen tegen die van een zwaardere. meer duurzame

bescherming waarbij het herstel tot een minimum wordt beperkt.

londvono buitenzijde dom

@ ZandvonQ binnenzijde dom via opening in worteleinde

@

Zandvang aChttr laterale dom

IQnddritt

-

IQndd,.ift ® leiding --

..

-

..

lQl"lddrift

-leidinG ,-"__"

Figuur 1.13. Zandomlegging (sand bypassing)

leiding

---ad 4. Onstabiele ondergrond

In het geval van een onstabiele ondergrond, waarbij sprake is van ontoe-laatbare erosie, i~ de toepassing van een flexibele verdedigingskonstruk-tie noodzakelijk ter bescherming/verdediging van deze ondergrond.

Het ontoelaatbaar zijn van de optredende erosie moet meestal in verband gebracht worden met het verloren gaan van funkties van de ondergrond, zoals veiligheid, mogelijkheden voor afwatering, scheepvaart enz. Het kan echter ook ontoelaatbaar zijn in verband met mogelijke schade aan het milieu of vanuit estetisch oogpunt.

Echter ook aan het ontwerp en de uitvoering van verdedigingskonstrukties worden steeds meer eisen gesteld t.a.v. ··milieuvriendelijkheid" en esteti-sche waarde (versteviging van de oevers).

1.5. FUnkties van een bekledingskonstruktie

De hoofdfunktie van een bekledingskonstruktie is:

a. het verdedigen (beschermen) van de ondergrond. In principe is hiervoor

de meest geschikte oplossing (los gezien van 'eventuele andere funkties)

een open bekleding. Bij onvoldoende doorlatendheid worden namelij k, zowel in- als uitwendige, extra drukken geintroduceerd. Belangrijke aspekten van een verdedigingskonstruktie zijn de sterkte van de toplaag

en de filterwerking (voldoende waterdoorlatend en zanddicht) van de

bekleding als geheel.

Van dit principe dient slechts te worden afgeweken indien een nevenfunktie dit vereist. Deze nevenfunkties kunnen zijn:

b. Het afdichten van de ondergrond, d.w.z. het be!nvloeden van de doorla-tendheid loodrecht op of evenwijdig aan het grensvlak. Bijvoorbeeld bij

ontoelaatbare kwel bij dijken of om het leeglopen van'een kanaal in

ophoging te voorkomen.

c. Het belnvloeden van de gladheid I oppervlakteruwheid. In sommige

geval-len is een gladde bekleding vereist (verhangverkleining), bv. bij een

toevoerkanaal voor een waterkrachtwerk. Zo'n gladde bekleding zal,

afhankelijk van de toe te passen materialen, veelal ook waterdicht

zijn. In andere gevallen is juist weer een ruwe bekleding vereist (ver-hangvergroting), bv. bij het maken van een scheepvaartgeul met

geleide-dam ter plaatse van'rotsdrempels met stroomversnellingen.

Opm.: De oppervlakteruwheid is bepalend voor de sterkte (vorm, grootte en

haak weerstand tussen elementen), maar eveneens voor de belasting. Deze laatste kan, zoals later zal blijken, voor sChuifspanning veroorzaakt

door wrijving worden uitgedrukt als U2/C2, waarbij voor de Chézy-waarde

geldt C = 18 10g(12.h/kN).

" '

Veelal is er sprakë van een samenspel/interaktie tussen de hoofdfunktie

en ~ánof meer nevenrunkt.Ies.In figuur 1.14 is dit schematisch

weergege-ven. In sommige gevallen is de indeling naar hoofd- en nevenfunkties

minder geslaagd; een nevenfunktie kan soms maatgevend zijn. Bij bv. een

irrigatiekanaal is de afdichting veelal maatgevend (eis: geen

waterver-Li ee) •

Een andere nevenfunktie, waaraan in dit kollege minder aandacht aan wordt besteed, is:

d, Het vormen van een grondkerende (aktieve gronddruk opvangende)

kon-struktie, bijvoorbeeld de klassieke pakwerken, of gabionstapelingen. Bij het ontwerp kan er tenslotte een funktiespli tsing worden toegepast.

Zo hoeft de funktie "ardtcnt.en/niet beslist door de toplaag te worden'

vervuld; hier zou ook een gesloten onderlaag kunnen worden toegepast.

Figuur 1.15. Funktiesplitsing bij drinkwaterspaarbekkens Biesbosch

Een voorbeeld van een funktiesplitsing vindt men bij de

drinkwaterspaar-bekkens in de Biesbosch (figuur 1.15),aangelegd ten behoeve van de

drink-watervoorziening van Rotterdam. Hier wordt de afdichting verzorgd door een

waterdicht membraan; dit membràan is bedekt met een laag grond om

opdruk-ken van de bekleding bij lage bekopdruk-kenwaterstand te voorkomen. Op deze grondaanvulling is weer een verdedigingskonstruktie tegen gölfaanval aan-gebracht.

Voor het vervullen van de specifieke funkties in een konstruktie kunnen

dus kombinaties van verschillende typen (deel)konstrukties voorkomen. Het

gedrag van de diverse typen ten aanzien van het volgen van ongelijke'

zettingen kan verschillend zijn, hetgeen diskontinulteiten in het profiel

kan veroorzaken.Hierdoor is het mogelijk dat de samenhang van de bekleding

verloren gaat, en de ondergrond niet meer voldoende beschermd wordt. De grootste zorg dient besteed te worden aan het detailleren van de over-gangskonstrukties.

Uitgaande van de hoofdfunktie 'verdedigen' worden in paragraaf 2.3 de

voornaamste ontwerpeisen opgesteld. Vandaar dat in plaats van de 'meer

algemene term bekledingskonstruktie verder de term verdedigingskonstruktie

(of beschermingskonstruktie) zal worden gebruikt.

De rest van het kollege zal hoofdzakelijk worden besteed aan ontwerp-,

uitvoerings- en beheers- en onderhoudsaspekten van deze flexibele verdedi-gingskonstrukties.

Open versus gesloten verdedigingskonstrukties

Bij de zogenaamde open konstrukties zijn de holle ruimten tussen de be-schermende elementen veelal groot. Door de relatief grote ruimten is de doorlatendheid van de konstruktie'voor water zo groot dat stij~hoogtever-schillen voor en achter de bescherming hierdoor goed genivelleerd kunnen worden. Dientenge.volgeis de belasting door waterdrukken (veelal

stro-mingsdruk bij,open konstrukties) lager dan de yolle hydrostatische druk

bij de geslcten konstr-uktLe, Afhankelijk van de grondslag,

uitvoeringsmo-gelijkheden, beschikbaarheid van materiaal, aard en grootte van de

belas-ting, komen de open konstrukties als oever- en bOdembescherming in z'ér

veel vormen voor.

De open konstrukties zijn vaak opgebouwd uit loskorrelig materiaal

(grind-zand, grind, breuksteen e.c.), waarbij in een aantal gevallen een zekere

samenhang tussen dit loskorrelige materiaal onderling wordt aangebracht (zandzakken, gabions e.d.)al of niet in kombinatie met volledig

samenhan-gend materiaal (kunststof weefsels, steenasfalt e.d.), Ze kunnen doorgaans

ongelijke zettingen volgen zonder dat de funktievervulling geweld aange-daan wordt. Slechts zelden worden open konstrukties star uitgevoerd (bv.

in de vorm'van betonroosters).

De gesloten konstrukties worden opgebouwd uit cohesieve materialen en zijn in het algemeen veel minder flexibel. Slechts als de afsluitende lagen dun zijn kan sprake zijn van enige flexibiliteit. In die gevallen waar het eigen gewicht van de konstruktie de stabiliteit moet verzorgen (bv. op een

zeedijktalud) zullen dikke lagen vereist zijn, die daardoor weer rélatief

stijf zijn. In die gevallen waar bijvoorbeeld de waterdruk de gesloten bekleding tegen de grondslag drukt - zoals in drinkwaterreservoirs - kan de laag dunner zijn, dus slapper (let op de situatie leeg reservoir!). Een ander voorbeeld is het Julianakanaal (zie figuur 1.16). Dit is een kanaal in ophoging, waarbij ter voorkoming van waterverlies de kanaalbodem bij de aanleg is afgedicht met klei, terwijl bij verbreding van het kana~l in een later stadium een asfaltbekleding is toegepast.

" '. ,. '" KP f.: ...' " ..I " :'

~X~--~~=---I-:I~:6WS"

---~,

,/

.!.: ' ... ," . ' "

• }. 4 ,

Figuur 1.16. Julianakanaal met gesloten bodem- en taludbekleding

Kombinaties van open en dichte bekledingen worden eveneens toegepast. Zo bestaat een dijk in principe uit een goed doorlatende (stabiele) kern, omhuld met een waterdichte bekleding ter vermindering van de kwel. Om bij snel dalende buitenwaterstand de waterdrukken onder deze bekleding te verminderen zal men de teenkonstruktie echter veelal open houden (zie

figuur 1.17). .

.

.

.

dichte . bekleding

Ook 'Ioior.-denwel open deklagen toegepast op een gesloten onderlaag. De

gesloten onderlaag zorgt dan voor de waterdichtheid (in verband Met kwel

e.d.), terwij 1 de open deklagen zorgen voor een kleinere golfaanval.

Té~ ori~ntatie wordt in figuur 1.18 een kort overzicht gegeven van veel

gebruikte flexibele konstrukties,-ingedeeld naar open/gesloten konstruk -tie.

GESLOTEN (WAl EROICHTE) CONSTRUCTIES

IDEM G(P..V.:-)[RD ""ET

WIJGC.l~E.nr SE.O'4GlOOIiNG

f--LT__.__T

--LJ_~

-

BE.'O~[llOf(f.f~, MET ASfALT \lOU;, ulL1NG

FEf

--

Ej

-

-

d

9

-

-

BETONBLOkKEN OP

PlASlICrOll[

~ - ~ET 'SrAL! uEPE"'lREERCE

. ~l[EN

OPEN CONSTRUCTIES.•~~ EEN

OPEN (WATERDOORLATENDE I CONSTRUCTIES

~

-. ,./ • d _. 1

,".~. '.

-

-

_

~ -

-AF"O(l(lAAG YA/'j SlQRTST[EN OP rlLTER VAr-. OPEEN -VOLGENDE lAND -EN 6RINOlAG~ N

,),rOt:"'lAAG VAN 51mUST([N

GRINDLAAG

r~vlONMAl

A~î)~KLA':'G VAN ShJRISTHN

MATVAN GEVLOCHTEN AlOBE-STRIPPEN OP

fiLTERLAAG

AFO[KlAAG VAN SlORT$T((t,

rILTfRCm,SlRuCTIE VAN

F'fUSHûuT or ANOER[

MATt:.IO'IAlEN

AFOEl(lAA,G VAN STORTSTEEN '.iRQ -lAND

SlEEN"'IA!RAS (STEEN YlFot....t.~TIN HARMONICA I •UN (lQINO

_

'=

-

GHOr GH'NOWAARVANOE "On""G GEIN)EC"'.O IS MEl P~EP.A.CT-MGRTEL

~ _ STROKE.NNYlONIhEEFSEl I'~

~ BLO~K(N INGEBElOf.NEERO

,

~ NYLONMAlTEN OPGEVULD

~- Mfl PREP4CT-MORTE1.

HOOFDSTUK2. VERDEDIGIHGSKOHSTRUKTIES

2.1. Opbouw

Een verdedigingskonstruktie is in het algemeen samengesteld uit een aantal

onderdelen die elkaar wederzijds belnvloeden.

Dit betreft, los gezien van de teenkonstruktie, respektievelijk van boven

naar beneden (zie figuur 2.1):

1. De toplaag (c.q. beschermingslaag). Dit kan bv. zi jn . stortsteen (al

dan niet met samenhang zoals b.v. galions, waarbij de stortsteen in gaas verpakt wordt), gezette steen, een asfaltbekleding of een grasmat op een kleilaag.

2. De tussenlaag; dit is .de overgangskonstruktie van het basismateriaal

naar de toplaag, en heeft een filter- en/of fundatiefunktie. Veel

toegepaste materialen zijn: granulair materiaal (al dan niet gebonden), filterdoek, klei of een kombinatie hiervan.

3. Het basismateriaal. Dit is het te beschermen dijk- of oeverlichaam zelf, bestaande uit ophoogmateriaal of uit de natuurlijke grondlagen. In Nederland is dit meestal zand, veen, of klei, soms ook mijnsteen of keileem.

Volledigheidshalve wordt tenslotte de ondergrond genoemd. Dit is de na-tuurlijke grondslag (al dan niet verdicht) ónder de dijk of oever.

1. toplaag

Figuur 2.1. Verdedigingskonstruktie als onderdeel van oeverkonstruktie

Zowel de toplaag als de tussenlaag kan op zijn beurt weer uit één of meerdere lagen zijn samengesteld. De scheiding tussen toplaag en tussen-laag is soms vaag, of in het geheel niet aanwezig. In het laatste geval worden de toplaag en de tussenlaag gekombineerd in één konstruktie, zoals

b.v. bij de blokkenmatDit zal uit onderstaande onderverdeling blijken.

Open verdedigingskonstrukties

Uitgaande van een onstabiele ondergrond (zie.paragraaf 1.4) en het

uit-gangspunt dat deze ondergrond beschermd/verdedigd moet worden met behulp

van een open verdedigingskonstruktie, kunnen er verschillende oplossingen

worden toegepast. (NB: open = waterdoorlatend, meestal zanddicht; de

Een mogelijke onderverdeling is:

1~ Geen onderscheid tussen toplaag en filterlaag, d.w.z. slechts één laag bestaande uit grotere elementen (grindzand, zeegrind, fosforslakken,

stortsteen, blokken enz.). De bestorting moet enerzijds bestand zijn tegen stroom~ en golfaanv~l en stromingsdruk. Anderzijds moet het uitspoelen van basismateriaal worden voorkomen/beperkt.

1a. Dikke laag elementen van praktisch dezelfde afmetingen. Deze me-thode kost zeer veel steen, aangezien het uitspoelen van basismate-riaal moet worden voorkomen door afname van de schuifspanningen op de oorspronkelijke bodem. De laag dient snel te worden aangebracht om wegzinken in de bodem"te voorkomen (aanbrengen bij kentering, of liever nog in den droge).

1b. Een laag gegradeerd. materiaal (flauwere zeefkromme). Door de klei-nere fraktie zal de filterwerking beter zijn, en kan een kleiklei-nere laagdikte worden toegepast. Bij het in den natte storten kunnen de grotere stenen eerder de bodem bereiken, waardoor een omgekeerd filter ontstaat. Om dit te voorkomen worden wel glijgoten of stort-buizen toegepast, welke tot op de bodem reiken.

1c. Het toepassen van een zekere samenhang, waarbij met een kleinere laagdikte kan worden volstaan. Bijvoorbeeld open zandasfalt. Dit is een zanddicht ondervuld asfaltmengsel: wel stroom- maar niet golf-bestendig.

2. Funktiesplitsing tussen toplaag en filterlaag. De toplaag vormt de bescherming tegen de hydraulische belastingen; de filterlaag voorkomt het uitspoelen van basismateriaal. In volgorde van toenemende samenhang zijn dit bv. de volgende verdediglngskonstrukties:

2a. Geen samenhang.

Granulaire filterkonstruktie, opgebouwd uit meerdere lagen gegradeerde elementen, oplopend in korrelafmeting. De toplaag maakt deel uit van het filter.

2b. Samenhang in de toplaag.

_ Zetsteen, basalt, betonblokken e.d. op een filterlaag. Er is nu al sprake van enige samenhang in"de toplaag ten gevolge van wrijving, klemkrachten en/of interlock tussen de elementen. Betonblokken met kabels aaneen geregen op een filter laag. Er is hier sprake van meer samenhang; naast drukkrachten kunnen nu ook trekkrachten worden overgebracht.

2c. Samenhang in het filter (vnl. matten met losse ballast). Zinkstuk met bestorting.

- Azobé-mat met bestorting.

_ Doek met wiepen/zandworsten met bestorting.

2d. Samenhang zowel in de toplaag als in de filterlaag. Stortsteen met prepact mortel op een filterdoek. "

Open steenasfaltmat (Fixtone), bestaand uit een"toplaag van zand-doorlatend open steenasfalt (een ondervuld asfaltmengsel) op een filterdoek (soms nog gescheiden door een laag open zandasfalt). Filtermat: in gaas of kunststof weefsel verpakte granulaire fi1-terlagen.

3. Overige open konstrukties (afwijkend van de opbouw toplaag op filter-laag); er is sprake van totale samenhang tussen het filtermateriaal en de 'toplaag' (ballast).

3a. Grotere samengestelde losse elementen. De sterkte en de

duurzaam-" heid van het verpakkingsmateriaal is meestal maatgevend.

Zand verpakt in slechts gedeeltelijk gevulde nylon zakken. In de praktijk tot op heden alleen suksesvol toegepast bij tijdelijke

konstrukties (afslui tingen e.d.),

- Steen verpakt in rijshoutmat (worsten)~ Deze konstruktie is voor-al in Itvoor-ali~ (Po) veel toegepast.

- Gabions (steen verpakt in gaas; meestal geplastificeërd)~ 3b. Matten met vaste ballast.

- Betonblokken met ingebetonneerd kunststof filterdoek.

Blokkenmat: ~etonblokken bevestigd op een kunstst~f filt~rdoek. _ Dubbel geweven doek met grout of prepact mortel injektie.

Dichte verdedigingskonstrukties

Deze dienen alleen te worden toegepast indien dit uitdrukkelijk uit de funkties volgt (bv. afdichting van de ondergrond, waterkering). Mogelijke

dichte konstr-uktiee zijn:

4. Dichte asfaltkonstrukties.

4a. Een stabiel korrelskelet van grotere elementen (stortsteen), later waterdicht gemaakt door een asfaltpenetratie. Kan plaatselijke zakkingen goed opnemen.

4b. Een van te voren bereid mengsel, in één keer aan te brengen.

_ Juist gevulde asfaltmengsels. Bijvoorbeeld asfaltbeton: dit wordt

aangebracht met een temperatuur van 120 à 150 oe, zodat bij natte

grondslag dampbellen kunnen ontstaan: Dit betekent dat asfaltbe-ton alleen boven water kan worden toegepast.

_ Overvulde asfaltmengsels, zoals mastiek (gebruikt voor asfalt-slabs), dicht steenasfalt.

5. Klei of keileem.

5a. Onbeschermde kleilaag (tijdelijke konstrukties).

5b; Grasmat op kleilaag, al dan niet gepantserd met ·een wijdgezette

steenglooiing of met doorgroeitegels. 6. Overige dichte konstrukties.

6a. Betonblokken met asfaltvoegen.

6b; Open toplaag op een dichte onderlaag: - Betonblokken op kunststof folie.

- Basalt, zetsteen of betonblokken op een kleilaag. Eventueel ge-scheiden door een watervoerende tussenlaag (grind, puin).

Veel van deze oplossingen zijn reeds in figuur 1.18 (paragraaf 1.5) weer-geven.

Opm.: 'Dicht' is overigens een relatief begrip. Ook bij de toepassing van een dichte toplaag en tussenlaag moet, e~enals bij open konstruk-ties, de doorlatendheid van de lagen van binnen naar buiten toe groter worden. De hydrostatische druk gaat ook hier onder de minst doorlatende laag staan. Indien bv. asfaltbeton op dicht zandasfalt wordt toegepast, zal het asfaltbeton van het zandasfalt worden afgedrukt bij een té geringe hechting tussen beide lagen omdat het zandasfalt een fraktie doorlatender is.

2.2. Algemene ballastf'unktie

Zowel voor.de open als de dichte verdedigingskonstrukties moet de toplaag

naast de beschermende funktie tegen stroom- en golfaanval ook een ballast-funktie vervullen. Voorkomen moet worden dat de verdedigingskonstruktie onder invloed van de opwaartse waterdruk (eventueel versterkt door

,

-gevél~.,va,.neen tailldverdedigin~,afg,lijdt.

Al eerder is vermeld dat achter een dichte verdediging bij snelle water-standsfluktuaties op een water overdruk achter de verdediging moet worden gerekend. Omdat de begrippen 'open' en 'dicht' relatief zijn, zal dit ook voor een'open verdediging gelden, zij het in mindere mate en dat in dit geval van een stromingsdruk wordt gesproken.

Als voorbeeld voor een taludverdediging kan'figuur 2.2 dienen. Hierin is het verloop van de freatische lijn geschetst, waaruit verschillende waar-den voor het verval dH over de verdediging volgen. Er worwaar-den drie gevallen onderscheiden:

a. Geen verdediging

b~ Een relatief open verdediging: c; Een dichte verdediging

dH

=

'minimaal' min. < dH < H dH =' H ... "- -,:' , :.,".",. .-=-- :,: . ". goed doorlatend bas ismateriaal /

ondoorlatende ondergrond

Figuur 2.2. Invloed van de doorlatendheid van de verdediging op de groot-te van het verval dH over de verdediging

In het algemeen geldt dat hoe groter de doorlatendheid van de verdediging is ten opzichte van de doorlatendheid van het basismateriaal, hoe kleiner het verval dat over de verdedigingskonstruktie staat zal zijn.

Met de keuze van het type verdediging wordt dus veelal de grootte van de belasting (dH) vastgesteld.

----

.,

---

--

---

-r-...

-

-...-Filterton met konstant verval Figuur 2.3

Vrijwel elke verdedigingskonstruktie moet dus op een wateroverdruk of stromingsdruk ten gevolge van een verval dH over de verdediging worden gedimensioneerd.

In de literatuur hanteert men overigens voor de belasting in plaats van het verval (dH) ook wel het verhang (i). Formeel is dit minder gelukkig gekozen, omdat in dit verhang tevens de laagdikte D, dus een sterktepara-meter, voorkomt. Het verhang over de laag is immers gelijk aan:

i (2.1)

Om dit toe te lichten wordt een proefopstelling met een filterton bekeken

(zie figuur 2.3). In de filterton wordt een laag basismateriaal

aange-bracht. Over deze laag wordt een konstant verval dH gezet.

De omhoog gerichte (stromings)druk tegen de laag basismateriaal is gelijk

aan:

P (2.2)

Deze moet gekompenseerd worden door het gewicht van de laag basismateriaal

minus de opwaartse druk. Per eenheid van volume geldt hiervoor:

(2.3)

Hierin is de porositeit (E) betrokken op de holten die in open verbinding

staan met het oppervlak, dus gevuld zijn met water:

[ps,nat - Ps,droogJ/Ps,droog (2.4)

Eventuele afgesloten holle ruimte in het materiaal wordt geacht

verdiskon-teerd te zijn in de (droge) soortelijke massa van de steen (ps).

Voor evenwicht moet gelden dat Go ;::P. Vergelijkingen (2.2)en (2.3) geven

dan, met 6. = (ps - pw)lpw:

(2.5) Men geeft de sterkte van de konstruktie wel aan met het kritisch verhang

(ier). Dit is dan het verhang loodrecht over de laag waarbij nog juist

sprake is van evenwicht. Vergelijking (2.1) met (2.5) geeft hiervoor:

6.. (1 - d (2.6)

Voor steenachtig materiaal met 6.

=

1,65 en E

=

0,38 geldt dan de in de

literatuur veel gebruikte waarde icr ~ 1. Dit betekent dan dat de laagdi

k-te minimaal gelijk moet zijn aan het k-te'keren verval.

Indien het optredende verhang kleiner is dan het kritieke verhang, oftewel wanneer aan vergelijking (2.5) wordt voldaan, is er meestal geen probleem; er zal geen oplichten van de laag plaatsvinden. Wel kunnen bij toepassing

van loskorrelig gegradeerd materiaal kleinere korrels uitspoelen. Dit kan

gekontroleerd worden met behulp van de in hoofdstuk 3 gegeven filterregels

met betrekking tot de interne stabiliteit.

Wanneer de stromingsdruk te groot blijkt te zlJn om aan vergelijking (2.5)

te kunnen voldoen (oftewel wanneer i ) ier)' moet er een laag ballast

worden aangebracht om het basismateriaal op zijn plaats te houden. Deze

--}

- - -- --- -- - -

U

I~ -- - - - -!T,fnn ,. ,,

..

:," 1--- ---dicht

Figuur 2.4. Open en dichte ballastlaag

Bij de toepassing van een dichte ballastlaag zal het totale verval dH als hydrostatische druk onder de laag optreden. Door het basismateriaal zal

geen stroming meer plaatsvinden. Verg. (2.5) gaat met E = 0 over in:

(2.7)

Bij de toepassing van een open ballastlaag wordt het totale verval ver-deeld over de twee lagen, en geeft op deze lagen een stromingsdruk. De verhouding van de doorlatendheden (kt/kb) en de laagdikten bepalen hoe dit totale verval verdeeld wordt. Enkele extreme situaties:

a) Vrijwel dichte toplaag (kt

«

kb)' bv. asfalt, kleilaag. Evenals bij

een geheel dichte toplaag zal het totale verval bijna geheel over de

toplaag gaan staan (dHt

=

dH). Er is nu (praktisch) geen verval over

de basislaag.Het gevolg is een zeer geringe stroming door het basisma-teriaal. Er geldt:

t:,.. (1 - E) •Dt ;;:dH (2.8 )

b) Gelijke doorlatendheid (kt = kb)' Materiaal toplaag gelijk aan

mate-riaal basislaag, en meer gelijke pakking. In feite is de laagdikte vergroot met Dt, waardoor het verhang volgens verg. (2.1)afneemt. Het

verval over de toplaag is dan gelij kaan dHt = dH ~ Dt I(Dt + Db).'Door

verlenging van de kwellengte zal een verminderde stroming in het

basismateriaal optreden. Er geldt:

(2.9 )

c) Een zeer open toplaag (Kt

»

Kb). Materiaal toplaag is veel grover dan

van de basis b.v. stortsteen op ~en grindlaag.Er staat nauwelijks

verval over de toplaag (dHt

«

dH); er verandert dus vrijwel niets aan

de stroming door het basismateriaal. In de praktijk betekent dit dat het verval niet verandert ten gevolge van het aanbrengen van de

verde-digingskonstruktie. Voor het totale evenwicht geldt:

(2.10)

Slechts in het laatste geval zal er dus geen sprake zijn van een vergro-ting van het verval. Bij een open constructie moet de doorlatendheid van de toplaag kennelijk veel groter zijn (en blijven) dan die van de onder-liggende laag, om het ontstaan van extra waterdrukken onder de verdediging

te voorkomen •.Dit zou men de t.rechterwerking kunnen noemen: grotere doo~-:-latendheid in de.richting.van ~e afnemende stijghoogte~ Neemt men toch een

kleinere doorlatendheid voor de toplaag, dan.moet de toplaag zwaar genoeg

worden gekozen om de stromingsdruk te kunnen weerstaan.

In figuur 2.2 is al voor een voorbeeld met permanente stroming aangetoond

dat bij een·dichte verdediging het verval in het algemeen groter zal zijn

dan bij een open verdediging. Bij niet-permanente stroming, en speciaal

bij zeer snelle waterstandsveranderingne (ten gevolge van spiegeldaling,

haalgolven), zal dit verschil nog groter zijn omdat dan tevens de snelheid waarmee het water kan uittreden, dus de snelheid waarmee de grondwater-stand zich aan de buitenwatergrondwater-stand kan aanpassen, de grootte van het verval bepaalt.

Grofweg kan gesteld worden dat:

Dichte bekledingen, zoals asfalt en klei, op een grotere druk onder de verdedigingskonstruktie moeten worden gedimensioneerd dan een open verdediging, zoals een zetsteen of stortsteen verdediging op een door-latende basis

Aan de zanddichtheidseis bij dichte verdedigingen daarentegen

meest-al wel is voldaan. Bij de open konstrukties is dit een probleem dat

apart moet worden·bekeken, omdat de eisen zanddicht en waterdoorlatend

in feite twee tegengestelde eisen zijn. Hiervoor zijn dan ook speciale

filtereisen opgesteld (zie hoofdstuk 3").

Naast de eisen aan het gewicht, dus aan de laagdikte van de toplaag, voortvloeiende uit de ballastfunktie, zijn er voor de verschillende typen

toplagen nog andere ontwerpeisen. In dit hoofdstuk zullen deze eisen per

hoofdtype worden behandeld. Hierbij zullen de aspekten sterkte, (hydrau-lische) belasting en overdrachtsfunkties voor de dimensionering van de toplaag worden bekeken.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen drie hoofdtypen, te weten:

- stortsteen, als voorbeeld van een open bekleding opgebouwd uit loskorre-lig materiaal,

- gezette steen, als voorbeeld van een open bekleding met samenhang tussen de elementen, en

- asfalt, als voorbeeld van een dichte bekleding met grote samenhang.

2.3. Ontwerpeisen

Zoals in paragraaf 1.4 al is gesteld, is b.v. bij het vastleggen van een

oever in een buitenbocht van een rivier de ·hoofdfunktie van de

verdedi-gingskonstruktie het beschermen van het basismateriaal.

De primaire eis die we stellen aan de bekleding kan hieruit worden

afge-leid: een blijvende vorm- en plaatsvastheid bezitten, zodat onderliggend

materiaal de verdediging niet of slechts in een bepaalde (beperkte) mate

kan passeren. De toevoeging ..in een bepaalde mat e" is noodzakelijk omdat

er steeds een kans bestaat dat onderliggend materiaal beweegt en de verde-diging passeert. Er zijn bijna altijd wel voegen, pori~n e.d. waardoor

materiaal kan ontsnappen. Van belang is te weten wat de konsekwenties zijn

van het verdwijnen van onderliggende korrels, teneinde te kunnen vaststel-len hoeveel materiaal mag ontsnappen.

Uit deze primaire eis van duurzame bescherming volgen eisen voor standze-kerheid, sterkte, duurzaamheid, flexibiliteit (volgen van ongelijke zet-tingen van de ondergrond) e.d.

Naast de hoof'df'unkt.Le (beschermen van het basismateriaal) worden aan ~er~~disingskonstrukties soms andere funkties gegeven, wat aanvullende eisen nodig maakt. Bijvoorbeeld re~uktie van golfoploop; er is.dan een

grot~ ruwheid nodig. Soms is dit de primaire eis en zijn andere elementen

nodig voor het beschermen van het basismateriaal. Dan zijn meerdere lagen

nodig op de feitelijke waterkerende konstruktie.oDe elementen die dienst

doen als bekleding moeten gedurende lange tijd Yoorkómen dat onderliggend materiaal door waterbeweging verdwijnt. Het element zelf mag niet of slechts in beperkte mate degraderen.

Vanuit de hoofdfunktie van de bekledingskonstruktie, namelijk het vormen van een bescherming van het basismateriaal, en het uitgangspunt dat de konstruktie op technisch en ekonomisch verantwoorde wijze gedimensioneerd moet zijn, dienen de volgende globale ontwerpeisen te worden gesteld. Pilarczyk (1986) komt globaal tot de volgende opsomming:

I Funktionele eisen (bescherming basismateriaal):

1. Sterkte

a.-De bekleding moet bestand zijn tegen de externe belastipgen

(golven, stromingen enz.) en de interne belastingen (waterover-drukken, grondwaterstroming).

b. De mechanische sterkte van materialen (bv. beton, asfalt, doek) moet voldoende zijn om belastingen te kunnen opnemen ten gevol-ge van transport, aanleg en overigevol-ge evt. maatgevol-gevende

uit-voeringsfasen

c. De bekleding moet stabiel zijn (bv. tegen afglijden en/of oplichten) •

d. De bekleding moet meestal zand, soms slib-dicht zijn. 2. Flexibiliteit

De bekleding (of elk afzonderlijk bekledingselement) moet, tot op zekere hoogte,met behoud van samenhang, zettingen en

ontgrondingen kunnen volgen.

3. Duurzaamheid

De totale konstruktie en de onderdelen daarvan (toplaag-blokken, uitvul- en drainagelagen, geotextiel, kabels, pennen e.d.) moeten aan de gestelde levensduur voldoen. De levensduur

wörodt veelal bepaald door de zwakste schakel.

4. Bijzondere eisen

Zoals: extra maatregelen met betrekking tot het verlengen van de kwel weg, de reduktie van golfoploop en/of overslag, herge-bruik, onderhoudsweg, landschappelijke eisen, enz.

11 Uitvoeringstechnische eisen:

1. De bekleding moet gemaakt kunnen worden, bij voorkeur met plaatse-lijk verkrijgbaar materiaal.

2. Liefst snelle en gemakkelijke aanleg, veelal met speciaal hiervoor ontwikkeld materieel. Zo wordt voor dijkbekledingen boven het ni-veau van Gemiddeld Hoog Water vaak gekozen voor een dichte asfalt-konstruktie, omdat dit snel kan worden aangebracht.

3. Het basismateriaal moet voldoende geprepareerd kunnen worden.

4~ Eenvoudige maatvoering, vooral bij niet-rechte dijkvakken, moet mogelijk zijn.

5. Bij voorkeur bescherming van "wer-knaden'mogelijk(overliggen

tijdens weekend, bouwvakantie) 6. Kwaliteitsbewaking.

111 Beheers- en onderhoudseisen (o.a. in relatie met duurzaamheids-eis):

2. Snel en eenvoudig herstel mogelijk (o.a. toegankelijkheid voor bestaand materi~ël)~ Een beschadfgde gezette verdediging is bij-voorbeel~ moeilijker te herstellen dan een beschadigde asfaltkon-struktie.

3. Snelle schade-detektie door bewaking. 4~ Mogelijk hergebruik van materialen •.

Een ander type ontwerpeis, of eigenlijk meer een beoordelingskriterium, wordt gevormd door:

IV Kosten:

1. Optimalisatie van de aanleg- en de gekapitaliseerde onderhoudskos-ten, risicoanalyse. Merk op dat er verschil bestaat tussen de ekono-mische en de technische levensduur.

2. Veelal binnen een maximum budget.

Sommige van deze eisen zijn tegenstrijdig. Zo heeft een blokkenbekleding, waarvan de elementen goed sluitend tegen elkaar gezet zijn, een grotere stabiliteit onde~ gOlfaanval, maar een lagere flexibiliteit dan bv. ele-menten die hun onderlinge verband ontlenen aan wrijving tussen de elemen-ten en daartussen gestort grind.

In de praktijk zal steeds naar e~n zo goed mogelijk kompromis moeten worden gestreefd.

2.4. Stabiliteit

2.4.1~ Grenstoestanden

Bij de behandeling van de typen beschermingskonstrukties zal zoveel moge-lijk een scheiding worden gemaakt tussen belasting en sterkte. In deze paragraaf zal daartoe een eerste globale aanzet worden gegeven. In

paragraaf 2.2 en in de volgende hoofdstukken is dit naar type en voor de belangrijkste grenstoestanden nader uitgewerkt.

Tevens komen hierbij de theoretische modellen aan de orde, waarmee uit de basisvariabelen respektievelijk het weerstandsvermogen van de konstruktie en de belasting worden bepaald. De theoretische relaties die dienen ter bepaling van belastingen uit nátuurrandvoorwaarden worden ook wel over-drachtsfunkties genoemd.

Tot slot komt de vraag aan de orde welke veiligheidsmarge dient te worden aangehouden tussen belasting en sterkte, zodat de kans op falen aanvaard-baar klein is. Een uitgebreide omschrijving van de begrippen faalkans en veiligheidscoefficient als marge tussen belasting en sterkte wordt gegeven in het kollege Probabilistisch Ontwerpen (b3).

In de hoofdkategorie sterkte (weerstand) hoort de materiaalsterkte thuis.

Hierbij moet men denken aan parameters als de buigsterkte van een bouwma~ teriaal of de wrijvingseigenschappen van grond.

In de hoofdkategorie belasting (bedreiging) zijn de basisvariabelen te

vinden die als randvoorwaarden voor de konstruktie zijn op te vatten, zoals de windsnelheid of waterstanden.

Ook zijn er parameters die zowel de sterkte als de belasting belnvloeden, bijvoorbeeld bij een stortstenen bekleding op het talud wordt zowel het afglijden als de weerstand daartegen belnvloed door het eigen gewicht.

De definitie van de grenstoestand van een konstruktie geeft aan welk

..gedr-ag"van de konstruktie nog net niet of net wel acceptabel is in relatie met het bedoelde funktioneren ervan. In de beschrijving van het ..gedr-ag"is ook het mechanisme van funktionerën of niet-funktioneren (=

f~~en) beschr-even,

Men maakt onderscheid tussen ui ters_tegrenstoestanden en gebruiksgrenstoe-standen. In het algemeen kunnen deze eerste grenstoestanden worden

geasso-cieërd met bezwijkmechanismen (ultimatë limit states) en de

gebruiksgrens-toestanden met deformatiemechanismen (service ability limit states).

bedreiging of belasting overdrachtsfunkties randvoorwaarden veiligheidsmarge ~--~---~ weerstandsvermogen of sterkte theoretisch model sterkte parameters

Figuur 2.5. Het principe van een grenstoestand

Om tot uitdrukking te brengen dat in alle realisatiefasen de grenstoestan-den onderzocht moeten worgrenstoestan-den onderscheidt men ook wel bouwfase-,

gebruiks-fase-:-,onderhoudsfase-, en eventueel sloopfase-grenstoestanden. Omdat in

de waterbouwkunde vaak sprake is van het aanpassen van konstrukties aan

nieuwe eisen (bv. door schaalvergroting in de binnenvaart), zou hier ook nog de verbouw- of renovatiefase bij genoemd kunnen worde~

In feite dienen alle gebeurtenissen die kunnen bijdragen aan het falen van de konstruktie te worden onderkend en zonodig onderzocht. Voor de

bescher-mingskonstruktie spreekt men van falen als erosie van het te beschermen

dijk- of oevermateriaal optreedt.

Het gebruik van bv. een foutenboom kan een belangrijk hulpmiddel zijn om

op systematische wljze alle mogelijke oorzaken van het falen van de

kon-struktie vast te leggen.

Stuip (1986) geeft met de volgende opsomming enkele voorbeelden van

mecha-nismen voor oeververdedigingen; deze opsomming is zeker niet volledig. (De

meeste konstrukties falen overigens door niet-onderkende mechanismen.) - zanddichtheid - waterdoorlatendheid vervorming onder-grond transport/stabi-11teit toplaag

:een van de funktionele eisen is dat onderliggend basismateriaal wordt tegengehouden; in welke mate hangt af van de schade die optreedt als inderdaad materiaal door de bekleding getransporteerd is. :overdrukken dienen in een bepaalde mate voorkomen

te worden om onderling~ samenhang van de konstruktie niet te verstoren.

:de bekleding kan, afhankelijk "van het type~ in

beperkte mate vervormingen van de ondergrond (erosie, zetting, zakking) volgen.

:afhankelijk van de gehanteerde filosofie voor het ontwerp mogen de al of niet samenhangende bekle-dingselementen wel of niet bewegen of zelfs in

(beperkte mate) getransporteerd worden (mede af-hankelijk van de onderhoudsfilosofie).