OOSTERSCHELDE
NOTA
AAN Z ANDINGS
VERWACHTING
sgo
pgO
1
pb3
tol e 4
-t,!!!!!!:n~a,~_---t:::-~
pb4
fund I
pi py
Subgroep
Aa'1z~nding
N
:
r"_
340 AZA-N-81017
34 FUND-N-8
:
1-146
deltadienst
hoofdafdeling waterbouwkundige werken afdeling ontwikkeling nieuwe werkmethoden
•
Leden PGO
uw kenmerit: burghllule 810520
uw brief ven: ons kenmerit: 34FUND-B-81190
onderwerp: verzonden: ~. 340AZA-N-81017 t• blIlegen: '--340AZA-V-81021
Hierbij gelieve u aan te treffen het rapport "Aanzandingsverwachting funderingsbed" (340AZA-N-81017).
Deze nota is opgesteld door de werkgroep AZA en besproken met deze werkgroep en de Pb's 3, 4 en 5 en de voorzitter van SOOCOO.
Het besprekingsverslag van deze bespreking doe ik u tevens toekomen (340AZA-V-81021).
Indien de PGO het noodzakelijk vindt om dit rapport te behandelen en de consequenties voor zanddetektie en toleranties daarin te beschouwen lijkt het mij wenselijk voor de behandeling uit te nodigen:
voorzitters: werkgroep AZA, Pb 3, 4 en 5, TOLE en SURVEY.
Voorzitter Projektburo III,
~ T.J. €aon
§
2
verzoeke 61Juw antwoord kenmerit en datum dezes te vermeldenen slechts één zaak in een brief te behandelen
burghslui.
post burgh-haamstede 3674
deltadienst
besprekingsverslag
nr.
340AZA-V-81021 34FUND-V-81169plaats: Burghsluis opgemaakt door: B .Bliek
datum: 810429
onderwerp: Konklusies bespreking AZA-special
datum: 810501 over nota
bIJlag.n:
afschrift aan: zie verzendlijst AZA + deelnemers
d .. ln.m .... : Burg (vz)/R.de Leeuw/H.v.Rossum/ Boon/ Bliek/ H.de Ridder/ purmer/
A.Bakker/ Kooman/ B.Steyn/ v.Geest/ de Graaf/ v.d.Does de Bye/ Jellema (ged)
1. AZA-nota Aanzandingsverwachting funderingsbed.
1.1. Ongekorreleerde optelling invloedsfaktoren per hoofdelement (b.v.erosie, par. 4.3.) lijkt geoorloofd. Vraag is of dit ook geheel juist is bij de samenstelling van de hoofdelementen erosie, uitwisseling en aanzanding
(par. 5.3. 1. en par. 6.3 .).
1.2. De konklusie dat voortgezet modelonderzoek niet zinvol is wordt in de nota niet onderbouwd. Dit wordt als een bezwaar gezien.
Ter toelichting wordt in de vergadering genoemd dat voor deze aanbeveling
de volgende redenen gelden: de grote hoeveelheid parameters die het proces beinvloeden, de tijdschaalproblemen van fysische modellen en de orde van grootte van de eindresultaten.
1.3. In de berekeningsresultaten voor het leggen van de matten bestaat een redelijk vertrouwen.
1.4. Bij het plaatsen van de pijler worden de onzekerheden groter ingeschat. Mogelijk geeft een stroombeeldonderzoek in deze toch wat meer inzicht.
Dit aspekt wordt door AZA meegenomen in de vraagstelling aan een kollege van deskundigen.
1.5. Het is wenselijk de aanzandingsverwachting verder te verbeteren door het verfijnen van de randvoorwaarden (vooral de stroomsnelheidsvertikaal). Aan de hand van de thans in uitvoering zijnde stroommetingen rond de kentering wordt deze zaak in AZA verder uitgewerkt .
...
.... § obehoortbij: besprekingsverslag nr. 340AZA-V-81021
bladnr:
2
1.6. Het is wenselijk om op basis van de AZA-nota een filosofie op te stellen voor het verdwijnen van de aanwezige zandlagen en de konsekwenties
hiervan voor de toleranties.
Dit wordt opgenomen door TOLE in kombinatie met AZA (Burg, de Ridder)•
2. Zanddetektie
Tijdens het leggen van de matten blijkt alleen"de zuigmond bij de bovenmat enige aanzanding te veroorzaken op het pijlervlak. Vraag is of aanzandings
-detektie vlak voor de mat altijd noodzakelijk is of dat volstaan kan worden met zanddetektie aan de zuigmond in kombinatie met enkele dummy plaatsingen. Dit wordt nogmaals op een riJ gezet door FUND/PB III wat betreft de bovenmat en door PLPY/PB IV wat betreft de tegelmàt en het plaatsen van de pijler.
3. Opschonen
Een belangrijke vraag voor het opschoongebeuren betreft de te verwachten zandlaag bij de laatste opschoonslag voor het plaatsen van de pijler. Voorlopig is 10 cm aangehouden.
Dit lijkt vooralsnog reëel maar zal niettemin door AZA verder worden bekeken. Tevens zal door AZA worden nagegaan wat in deze fase de konsekwenties zijn van het jetten met water en/of lucht in de hoeken naast de tegelmatten. Dit in relatie met het komplexe stroombeeld achter het hefschip.
4. Samenvatting akties
- nader uitwerken aanzanding tijdens pijler plaatsen (AZA)
- specifikatie aanzanding naar plaats (snelheidsvertikaal !) (AZA)
- verdwijnmodel zand (TOLE/AZA)
- proceskontrole+ aanzanding bovenmat - idem tegelmat en pijler
- breshoogte fijn opschonen plaatsen pijler
konsekwenties jetten met water/lucht naast tegelmat
(FUND/PB III) (PLPY/PB IV) (AZA/OPS) (AZA/OPS)
blz. 1. Inleiding' 2. Aanpak 1 1 2 4 4 5 3~. Oe.hoofdelementen van het aanzandingsverschijnsel.
4. Ontgrondingen rond het obstakel
4.1. Inleiding
4.2. Ontgronde hoeveelheden
4.2.1. Het verloop van de ontgrondlngsdiepte bij een hangende mat
4.2.2. De vorm van de ontgrondingskuil
5 6 4.3. Gevoeligheid ontgrondingshoeveelheden voor sprei~
dingen in de fysische en geometrische randvoorwaarden 11
4.3.1. Invloed scheve aanstroming 11
4.3.2. Invloed stroomsnelheidsvertikaal 12
4~3.3. Invloed onvlakheid bodem 12
4.3.4..Inv.loed·beperkte ontgrcmdingsdiepte 13
4.3.5. Invloed waterdiepte 14
4.3.6. Invloed bodemruwheid 14
4.3.7. Invloed getijbeweging 15
4.4. Ontgronde hoeveelheden 15
5. Uitwisseling van sediment 18
5.1. Inleiding 18
5.2. Bepalen van de uitwisselingscoêfficiênt 18
5.3. Gevoeligheid ontgrondingshoeveelheden voor spreidingen 19 in de fysische en geometrische randvoorwaarden
5.3~1. Algemeen
5.3.2. Beperkte uitschuringsmogelijkheden
19 20 23 6. Aanzanding van sediment
6.1. Inleiding 23
6.2. Afmeting van het schaduwgebied, globale aanzandings- 23 verdeling
6.4. Gevoeligheid aanzanding voor spreiding en in de
fysische en geometrische randvoorwaarden 28
6.5. Invloed afwijkende geometrieën op aanzandingsverdeling 31
7. Totale aanzanding tijdens leggen funderingsmatten en
plaatsen pijlers 32
7.1. Inleiding 32
7.2. Berekening aanzandingswaarden 35
8. Samenvatting, conclusies en aanbevelingen 38
Overzicht tabellen
Tabel 4.1. Verwachtingswaarde ontgrondingshoeveelheden in
m3/m1 bij éénzijdige erosie 16
4.2. Standaardafwijking ontgrondingshoeveelheden
in m3/m1 bij éénzijdige erosie 17
Tabel 7.1. Aanzandingssituatie per deelhandeling 34
7.2. Totale aanzanding tijdens leggen
funderings-matten en plaatsen pijlers 37
Bijlagen
1. Erosiesnelheid rond hangende mat
2. Beschouwde overdrachtsfunkties uitwisseling 3. Beschouwde·aanzandingsverdelingen langsdoorsnede 4. Beschouwde aanzandingsverdelingen dwarsdoorsnede 5. Invloed van verschillende aanzandingsverdelingen
6. Invloed van verhouding bodemtransport-suspensietransport 7. Invloed van variatie stroomsnelheid
8. Invloed van variatie aanstroomhoek
9. Invloed van beperking beschikbare laagdikte 10. Invloed van aanwezigheid schone strook
deltadlenst
-"\
./
L Inleiding
Met de notitie AZA-M-80017 heeft de werkgroep Aanzandingsverwachting (AZA)
een orde grootte schatting gemaakt van te verwachten zandlaagdikten tussen opvolgende onderdelen van het funderingsbed •
In de bovenvermelde notitie werd reeds ingegaan op de beperkingen die bij het opstellen van de verwachting werden ondervonden als gevolg van de
ge-ringe beschikbaarheid van terzake bruikbare gegevens. Om deze reden moest
een zekere spreiding rondom de verwachtingswaarden worden aangehouden. Aangezien de onzekerheid in zowel de gemiddelde waarde als in de spreiding tot belangrijke afwijkingen van de totale zandlaagdikte en daarmede van de beschikbare toleranties kan leiden beval de werkgroep aan de studie naar de te verwachten aanzanding voort te zetten.
In deze nota wordt de stand van zaken weergegeven met betrekking tot de .voortgezette studie die aan de werkgroep is opgedragen.
Opgemerkt wordt dat de methode van aanpak en het resultaat van deze voort-gezette studie nog ter beoordeling zal worden voorgelegd aan een nader samen te stellen college van externe deskundigen.
2. Aanpak
Uit de gedachtenwisseling die met verschillende deskundigen heeft plaatsge-vonden werd geconcludeerd dat voortgezet modelonderzoek naar ontgrondingen
en aanzanding bij zeer korte expositietijden (orde 10 à 15 minuten) in
twijfelachtige mate zicht zou bieden op kwantitatief betrouwbaarder resul-taten.
Wel werd verwacht dat met zogenaamde speelproeven meer inzicht kon worden
verkregen in het aanzandingspatroon en mogelijk in het mechanisme van
ontgron-ding en aanzanontgron-ding.
Afgezien van het tijdstip waarop resultaten van modelonderzoek beschikbaar zouden kunnen komen kleefde aan het doen van dergelijk onderzoek het be-zwaar dat onvoldoende duidelijk was welke elementen van het proces
behoort bij: Nota
bladnr: 2
nr. 340AZA-N-81017
(stroomsnelheidsverticaalr geometrie, hoedanigheid grondslag e.d.) het meest
bepalend zijn voor het optredend verschijnsel.
Eerst als dat bekend is kan een meer gefundeerd oordeel over de waarde van de
aanzandingsverwachting worden gegeven.
Besloten werd daarom eerst de hoofdelementen van het aanzandingsproces te ana-lyseren en de invloed van de onderscheiden randvoorwaarden op het eindresultaat
(aanzanding.)aan een gevoeligheidsonderzoek te onderwerpen. De gevolgde aanpak was aldus:
1 Analyse van de hoofdelementen van het aanzandingsverschijnsel.
II Analyse per hoofdelement van de betrokken fysische en geometrische
rand-voorwaarden.
III Analyse gevoeligheid hoofdelement, voor spreidingen in fysische en
geo-metrische randvoorwaarden.
IV Beoordelin;J van de e·indresultaten.
Voor de overzichtelijkheid zijn de ad II en III onderscheiden onderdelen in
het navolgende samengevoegd weergegeven.
3. De hoofdelementen van het aanzandingsverschijnsel
Als gevolg van de locale stroomblokkering zal rond de matten, de zuigmonden en de pijler een plaatselijk afwijkend stroombeeld ontstaan gekenmerkt door
versnellingen en vertragingen van de hoofdstroom (neren, wervels) en
wijzi-gingen van de turbulentie-intensiteit. Hierdoor treedt naast het obstakel
en in stroomafwaartse richting hiervan ontgronding op (erosie) en zal direct
achter de mat of de pijler maar ook in meer stroomafwaartse richting
hierachter c.q. hieronder sedimentatie plaatsvinden. Naar dit laatste aspect gaat de aandacht uit.
Aan de hand van het bovenstaande kunnen drie hoofdelementen worden onder-scheiden:
a. ontgrondingen: als gevolg van en in de directie omgeving van de mat en de pijler;
b. uitwisseling van sediment: d.w.z. de mate waarin het onder a
ontgronde sediment wordt overgebracht in het stroomschaduwgebied achter of onder het obstakel.
c. aanzanding van het sediment: d.w.z. de wijzevan neerslag van het onder b genoemde sediment achter/onder het obstakel.
behoort biJ: Nota
bladnr: 3
nr. 340AZA-N-81017
Bij de gevoeligheidsanal.yse is niet alleen van belang in hoeverre een
varia-tie in de randvoorwaarden een spreiding per hoofdelement tot gevolg heeft.
Ook de interaktie: ontgronding - uitwisseling - sedimentatie moet op zijn
gevoeligheid worden beschouwd.
Dit is graÏisch als volgt weer te geven.
o
0'1 C...
1 Ol .+J C'Ö
t
...
...
ïi
I.t 0'1 Q)...
Q)...
---%
overdrach tspercentage sediment naar schaduwgebied -Dovehaanzicht mat _merosie per eenheid
van breedte naast
de mat 4 _m uitwisselings hoeveelheden in schaduwgebied 5 fig.3.1. % percentage aanzandinq op pijlervlak m aanzandings hoeveelheden op pijlervlak
De gevoeligheid van het eindresultaat voor spreiding in de interakties zal
worden onderzocht door variatie van de overdrachtsfuneties (figuren
behoortbil: Nota
bladnr: 4
nr.340AZA-N-81017
4. Ontgrondingen rond het obstakel
4.1. Inleiding
Ontgronding naast een obstakel (bodemerosie) kan op twee wijzen ontstaan: a. door bodemtransport min of meer in de directe omgeving van het obstakel.
Kriterium hierbij is de.kritieke--bodemschuj..fsponning;
b. door suspensietransport dat op "grotere" afstand tot het obstakel (en hoger in de snelheidsvertikaal) kan plaatsvinden.
Kriterium hierbij is de(verhoging van de) turbulentie-intensiteit.
Bij het totale ontgrondingsproces spelen de volgende fysische en geometrische randvoorwaarden een rol: tr lh .d
s oomsne e~ - stroombeeld ~ turbulentie
~ stroomrichting
(vertikaal)
- vorm van het obstakel
bodemgeometrie (3-dimensionaal)
- hoedanigheid grondslag (aard materiaaL, beschikbare hoeveelheid sediment) - beweging van het obstakel.
Voor de analyse van het ontgrondingsverschijnsel staan twee onderzoeken ter beschikking:
- modelonderzoek M1611 naar erosieverschijnselen door aanwezigheid van fun-deringsbedmaterieel
- prototypemetingen met de DOS I naar ontgronding langs een vrijhangende mat. Beide onderzoeken zijn gedaan met sterk wisselende geometrieën en randvoor-waarden.
Dit had tot gevolg dat ook de resultaten zeer moeilijk vergelijkbaar bleken. Omdat echter de ontgronde hoeveelheden de basis vormen voor alle verdere be -spiegelingen omtrent aanzanding moest worden getracht hiervan een consistent beeld te verkrijgen. Vervolgens kon dan worden nagegaan in welke mate de hiervoor genoemde randvoorwaarden van invloed zijn op het ontgrondingsproces
behoort bil: Nota
bladnr: 5
nr.AZA-N-81011
4.2. ontgronde hoeveelheden
In principe wordt de ontgronde hoeveelheid bepaald door: - het verloop van de ontgrondingsdiepte;
- de vorm van de ontgrondingskuil (aanzethellingen-r- lengte en breedte) .
Daar van de hangende mat het meest bekend was is in eerste instantie voor het vaststellen van de ontgrondingshoeveelheden de diepte en vorm van de kuil bepaald voor de mat.•Vervolgens is de invloed van andere geometrieën
(pijler, zuigmond) daarop geprojecteerd. De bepaling van de hoeveelheden vindt plaats na de gevoeligheidsanalyse. De uitgangspunten die ten grondslag liggen aan de bepaling volgen hieronder.
4.2.1. Het verloop van de ontgrondingsdiepte bij een hangende mat
Om fysische redenen zal de diepte van de ontgrondingslaag naast de mat be-grensd zijn.
Er rijzen hierbij echter twee vragen:
a.,hoe is (bij constante snelheid) het verloop van de ontgrondingskuil in de
tijd;
b. hoe verloopt de kuildiepte bij verschillende veranderende stroomsnelheden. Beide aspecten zijn aan de hand van de beschikbare model- en prototype
gegevens geanalyseerd. Hierbij bleek het volgende:
- voor de optredende korte expositietijden is het verband tussen de kuil -diepte en de tijd lineair bij gelijkblijvende stroomsnelheid (lin-lin schaal);
de erosiesnelheid is (op lin-log schaal) recht evenredig met de
ver-u
houding ~ waarin U
=
gemiddelde optredende stroomsnelheid en ~=
snelheid ~~bij jUiS~ erosie optreedt.De relatie die met betrekking tot het laatste punt werd gevonden bleek tot de conclusie te leiden dat bij toenemende stroomsnelheid de erosiesnelheid eveneens toenam.
.behoort bt]: Nota
bladnr: 6
nr. AZA-N-81017
4.2.2. De vorm van de ontgrondingskuil
De beschikbare informatie voor het vaststellen van de vorm van de ont-grondingskuil is zeer beperkt. Dit wordt in hoofdzaak veroorzaakt door de geringebruikbaarheid op dit punt van hèt modelonderzoek M1611 door de af-wijkende verschaling_ van schuifspanning en valsnelheid. Als gevolg hier-van is in dit modelonderzoek de verhouding tussen bodem- en suspensie-transport niet juist weergegeven en moet de vorm van de kuil worden
af-geschat. Bovendien gaf het modelonderzoek alleen een beeld van de ontgrondi n-gen bij langere expositietijden en bij lage snelheid.
Voor de afschatting is het zinvol stil te staan bij het optredend fysisch mechanisme.
Door de stroomblokkering wordt een gedeelte van het debiet dat eerst ter plaatse van de mat zou worden gevoerd in zijwaartse richting afgebogen. Als gevolg hiervan neemt de stroomsnelheid ter weerszijden van de mat over enige afstand toe.
Voorbij de mat neemt de stroomsnelheid weer af en als gevolg hiervan wordt de turbulentie-intensiteit hoger.
Dit stroombeeld rondom de mat ontstaat binnen enige seconden nadat de mat is aangebracht.
Aangenomen mag dus worden dat het ontgrondingsverschijnsel in lengterich
-ting (jj stroomrich-ting) en in breedterich-ting
(J-
stroomrichting) niet verandert mits de aanstroomcondities ongewijzigd blijv.en.Met andere woorden de eenmaal ingestelde invloedssfeer van de mat blijft na het bereiken van de evenwichtssituatie verder ongewijzigd. Geconcludeerd mag dus worden dat de vorm van de ontgrondingskuil hierna niet drastisch verandert. Op grond van de onderzoeken die naar stroomverstoring rond ob-stakels zijn gedaan (o.a. Hjorth)de optredende verschijnselen bij de model-onderzoeken en in prototype en de potentiaaltheorie is de vorm van de ont-grondingskuil afgeschat.
Bij de afschatting zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: - lengte ontgrondingskuil (1+s1.~bmet bmax= 20 m
-eb=breedte obstakel; s='suspènsietransport in % van het bodemtransport) • - breedte ontgrondingskuil 0,75 b;
behoortbij: Nota
bladnr: 7
nr. AZA-N-81017
De configuratie in lengte- en breedterichting is in onderstaande figuur weergegeven. (1+5) .~ (b
=
20 m) max langsdoorsnede dwarsdoorsnedeI~
'
0,75 x blol
'V0.1
xd
joE- ~ 0,2 x b fig.4.1.Bij toenemende ongestoorde stroomsnelheid zal het suspensietransport een re~atief grotere.rol spelen dan het bodemtransport. Dit is in
boven-.s.taandefiguur in beeld gebracht door in langsrichting een variabele s in te voeren. Zie ook ad 9 hieronder.
Daarnaast spelen een aantal onzekerheden in de manier waarop bovenstaande uitgangspunten zijn vastgesteld.
In de verdere beschouwing zullen deze onzekerheden als spreiding op de ge -middelde waarden worden aangehouden.
De onzekerheden hebben betrekking op de volgende onderdelen: a. kuildiepte
b. ontgrondingsbreedte c. ontgrondingslengte
d. toegepaste transportformule
e. verdeling van het debiet over de verticaal f. invloed geometrie mat
behoort bij: -Nota
biadnr: 8
nr. AZA-B-81017
De fout in de lineariteit bij klè±ne eij_dsduw:-_wordt gE!ri:nggeacht.
Voor de erosiesnelheid (~)bij verschillende gemiddelde aanstroomsnelheden
moet een grote afwijking,worden verwacht.Dit gezien het gevonden logaritmisch
verloop terwijl op basis-van de gebruikelijke transportformules een mach
t-funktie voor de hand zou liggen. In bijlage 1 is getracht de afwijking te
kwantificeren door het v8l~~nde aan te nemen:
Uo .(0,6 mis
t
.
.
log Uo=i
bovengrens d 2 u 70,7 mis o t d t u o ==Ybovengrens log u o ==tondergrens.De standaardafwijking is nu zodanig bepaald dat de lijnen 1.1 + cr en 1.1 - o
voor de betreffende stroomsnelheden raken aan de respectievelijke
boven-en ondergrboven-enzboven-en.
De vaststelling van de ontgrondingsbreedte heeft plaatsgevonden met de potentiaal theorie. Geschat wordt dat een afwijking in de breedte een fout
geeft van + 20% in de hoeveelheden.
De lengte is vastgesteld op basis van stroomlijnfiguren.
Dit is vrij onnauwkeurig. De invloed van hiermede gemaakte fout wordt ge-schat op 50% van de hoeveelheden.
De vertaling van de snelheidsverhoging naast de mat naar transport heeft
plaatsgevonden met de betrekking S = cl u c2.
Variatie van C2 tussen 3 à 6 geeft een mogelijke fout in de hoeveelheden
behoortbij: Nota
bladnr: 9
nr·AZA-N-81017
Bij de berekeningen wordt uitgegaan van een vaste aanstroomrichting onder
een bepaalde hoek die konstant is over de diepte.. Voor de verdeling van de
snelheid wordt uitgegaan van een min of meer logaritmische-snelheidsverti
-kaal..
Beide aspekten, vaste richting en logaritmische verdeling, zullen in
werkelijkheid in het algemeen niet aanwezig zijn.
Als gevolg hiervan zal de verdeling van het debiet over de vertikaal
hierdoor anders zijn dan is aangenomen.
De invloed van de gemaakte fout wordt geschat op ca. 25% van de hoeveelheden.
ad. f invloed geometrie mat
---De mat veroorzaakt een zekere verstoring van het stroombeeld. De mate van
ontgronding langs de mat is gekorre~eerd met de geometrie. De beinvloedinq
van het stroombeeld wordt uitgedrukt in een geometriefactor.
Uit de beschikbare gegevens blijkt een spreiding rondom de gemiddelde
geo-metriefactor. Deze spreiding geeft.uiteindelijk een spreiding in de
hoe-veelheden van 15%.
De-totale afwijking van de berekende hoeveelheden wordt met de hierboven
geschatte fouten berekend volgens:
·
1
2 + 0,52 + 2 2 0 52 65a
=
100 '0,2 0,2 + 0,25 +,r
% _ %.t
Bij verhoudingsgewijs kleine partiêle standaard afwijkingen geeft deze
betrekking een goede benadering van de totale standaard afwijkingen van
behoort bil: Nota bJadnr. 10
nr. AZA-N-81017
be-bodem-suspensietransport verhouding-wijzigt bij toename-van de snelheden.
In: onderstaande-tabel. is, '~n schattin4 van de verandering- van zowel U en a
weergegeven.-Opgemerktwordt dat de'percentages betrekki'l'lghebben op het bodemtransport bij gelijke strooÎnsnelhëid.
suspensie transport inprocenten van het ,bodemtransport
Uo(mis) U Ij 0,10 0 0 0,15 0 0 0,20 10 10 0,25 15 15 0,30 20 15 0,35 30 20 0,40 40 25 0,45 50 30 0,50 60 30 0,60 80 40 0,70 100 50 0,80 120 60 0,90 140 70
behoortbij: .Nota nr. AZA-N-81017 bladnr: 11
Aangenomen wordt dat de standaardafwijkingen van het suspensietransport en het bodemtransport ongekorreleerd opgeteld mogen worden.
4.3. Gevoeligheid_ ontgrondingshoeveelheden voor spreidi~genin de fysische en geometrische randvoorwaarden
In het voorgaande is uitgegaan van geschematiseerde randvoorwaarden:
- rechte aanstroming - logarithmische snelheidsverticaal - vlakke bodem onbeperkte ontgrondingsdiepte - waterdiepte konstant - bodemruwheid konstant - permanente stroom
Deze geïdealiseerde omstandigheden treden niet op.
Onderstaand wordt ingegaan op de invloed van.wijzigingen in de randvoorwaarden op de ont~rondingshoeveelhed~n (gevoeligheid resultaat) .
4.3.1. Invloed scheve aanstroming
Door scheve aanstroming treden twee wijzigingen op a. de stroomblokkerende breedte wordt gereduceerd
b. de stroomlijnen rond het obstakel word~n gewijzig_Ci.
- )100
-
'
Jr--:
-_oiMi._
behoort bij: Nota.
bladnr: 12
nr. AZA-N-81017
De_invloed OPI de stroomblokkerende breedte is evenredig met de factor
cos
r
Door de wijziging van het stroombeeld neemt-aan de ene zijde van het
ob-stakel-de ontgrondingsbreedte toe en aan de andere zijde af.
Gebleken is dat dit effect bij kleine aanstroomhoeken (200)gering is.
In de.verdere beschouwingen wordt onafhankelijk,van de
aa~stroomrich-ting de volgende correctie toegepast:
u a
hoekpunt A: - 15% + 15%
hoekpunt B: + 15% + 15%
4.3.2. Ihvloed stroomsnelheidsvertikaal
Bij de berekeningen wordt steeds uitgegaan van een logarithmische
snel-heidsverticaal. De rekenparameter is hier de gemiddelde aanstroomsnelheid.
In het algemeen mag worden verwacht dat rond de kentering een andersoortige verticaal aanwezig is. De vraag is dan hoe gevoelig het resultaat is voor optredende afwijkingen.
Bij deze analyse is de veronderstelling gemaakt dat de verticalen rond de
kentering in de toekomst goed bekend zullen zijn.
In dat geval kan de gemiddelde snelheid tussen 0 en 4 m boven de bodem teruggerekend worden naar een fictieve gemiddelde snelheid over de
verti-caaLr die in de berekeningen wordt toegepast.
De invloed op de ontgrondingsresultaten worden daarmee beperkt tot een
toename van de spreiding met
Dus invloed vertikaal
4.3.3. Invloed onvlakheid bodem
Aangenomen wordt dat de onvlakheid van het werkvlak verwaarloosbaar is.
Als beinvloedingsbronnen blijven dan over sprongen in het
funderingsni-veau (maximaal 1,5 m) en de bestortingen van de naad tussen twee
behoort bij: Nota
bladnr: -13
nr. AZA·.-N-8101i7
Op grond van een beschouwing van het locaal optredende stroombeeld is alleen voo~ situaties met sprongen in het funderingsniveau een beïnvloeding van de ontgrondingshoeveelheid afgeschat
·ll cr
l
sprong in het funderingsniveau + 5% + 10%4.3.4. Invloed beperkte ontgrondingsdiepte
Bij de analyse van het ontgrondingsverschijnsel is in eerste instantie uit ge-gaan van onbeperkt diepe zandlagen. De ontgrondingstrog voelt dus geen
dieptebegrenzing en kan volledig tot ontwikkeling komen. Deze situatie is juist voor de ondermat.
Bij het leggen van de boven:mat en de tegelmat zal de aanwezige zandlaag in dikte beperkt zijn.
Zodra nu de ontgrondingstrog gelijk is aan de dikte van de aanwezige zand-laag zal het ontgrondingsbeeld wijzigen.
De wijziging manifesteert zich vooral in de totale.hoeveelheden en wellicht ook in de verhouding·-bodemtransport-suspensietransport. Doordat het bodem-transport nabij·het obstakel wordt begrensd zal de onverzadigda stroom ver-der stroomafwaarts sediment kunnen opnemen. Dit verschijrisel is mede afhanke-lijk van de gemiddelde aanstroomsnelheid, de·vormgeving
van het obstakel (erosiesnelheid obstakel.
d.~ en de voortgangssnelheid van het
t
In het,rekenprogramma is een procedur.e opgenomen waarbij het programma test of de bodem (=onderliggende mat ) al is bereikt.
Is dit het geval dan wof.dtmet een gekorrigeerde_ontgrondingskuil verder gerekend •.
behoort biJ: -Nota
bladnr: 14
nr. AZA-N-81017
4.3.5. Invloed waterdiepte
De gemiddelde stroomsnelheid is in de berekeningen medebepalend voor de
ontgrondingshoeveelheden• Deze gemiddelde snelheid is bij - overigens
gelijkblijvende randvoorwaarden- afhankelijk van de waterdiepte.
Als gevolg hiervan zal }:lij de hier aanwezige waterdiepten (20 - 30 m) een zekere spreiding rond de berekende ontqrondingshoeveelhedenzijn te
ver-wachten. Deze spreiding kan wordengesteld op 10%.
j,I_ cr
I
invloed waterdiepte 0 10%4.3.6. Invloed bodemruwheid
De bodemruwheidis van invloed op:
a. de'kritieke snelheid waarbij sedimenttransport plaatsvindt en
b. de vormvan de snelheidsvertikaal.
In het eerste geval zal bij toenemendebOdemruwheid(afnemendeC-waarde) de
optredende schui.fspanning toenemen. Tegelijkertijd neemt echter de
voz:m-weerstand van de·bodemtoe zodat een grotere stroomsnelheid nodig is om
begin van bewegingte veroorzaken.
-,
In
het tweede geval zal door een grotere bodemruwheidweliswaar de snelheidnabij de bodemafnemenmaar door een toenamevan de snelheidsgradient
-neemt de snelheid naast het obstakel toe en zal ook de erosie-snelheid
toenemen. Welknetto resultaat op de ontgronde hoeveelheden van beide
elkaar tegenwerkendeinvloeden moet wordenverwacht is niet exact aan te geven. Geschat is dat deze invloed een verhoging van de standaardafwijking van ca. 20%tot gevolg hebben.
-
---
-
-
-
-
-
--
-
--behoort bij: Nota
bladnr. 15
nr. AZA-N-81017
4.3~7. Invloed getijbeweging
In eerste- instantie is uitgegaan van een pezmanente stroom.
Doordat onder getij omstandigheden sprake is- van een versnellende
of vertragende stroom zal een beïnvloeding van het sedimenttransport
plaatsvinden 0 Aafl;enomenwordt dat deze beïnvloeding doorwerkt in de
standaardafwijking., De invloed wordt geschat op 10%.
Invloed getijstroom
o
10%
-
-
-
-
-
_
..._
--
-----4.4_ Samenvatting- resul ta ten
Indien al~e standaardafwijkingen ongekorreleerd bij elkaar worden opgeteld,
bedraagt de totale- standaardafwijking voor de mat ca. 100%bij een
aanstroomsneTheid van 0,5
mi
s •De invloed van scheve aanstroming is +of - 15%van het gemiddelde
(afhanke-lijk van.het hoekpunt). De invloed van een sprong .in het funderin
gs-niveau. is, geschat op ca., 5%-.
-In onderstaande tabellen zl.Jn de ontgrondingshoeveelheden'weergegeven
behoort bij: Nota
'J40AZA-N-81017
btadnr. 16
·Tabel 4.1. Verwachtingswaarde ontgrond'ingshoeveelhéden in, m3;m1bij éénzijdige erosie. -, u aanwezige laagdikte (m) 0 (mis) 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 00 0,1
°
0 0 0 0 0 0 0 0,15 0,021 0,021 0,021 0,021 0,021 0,021 0,021 0,021 0,2 0,055 0,055 0,055 0,055 0,055 0,055 0,055 0,055 0,25 0,074 0,082 0,082 0,082 0,082 0,082 0,082 0,082 0,3 0,09 0,11 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,35 0,09 0,13 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,16 0,4 0,10 0,15 0,18 0,19 0,19 0,19 0,19 0,19 0,45 0,11 0,16 0,23 0,25 0,26 0,26 0,26 0,26 0,5 0,12 0,,17 0,25 0,28 0,30 0,30 0,30 0,30 0,6 0,14 0,27 0,33 0,40 0,43 0,43 0,43 0,43 0,7 0,15 0,20 0,30 0,37 0,44 0,50 0,56 0,56 0,8 0,16 0,22 0,32 0,40 0,50 0,57 0,73 0,73 0,9 0,18 0,23 0,33 0,41 0,52 0,63 0,88 1 0,88 ,behoortbij: Nota
bladnr: 17
nr. AZA-N-81017
Tabel 4.,2•.Standaardafwijking ontgrondingshoeveelheden in~'m3
I
m
1 bijéénzijdige er-osie. u aanwezige laagdikte (m) 0 mis 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,15 QO 0,1 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,15 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,2 0,07 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,25 0,08 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,3 0,08 0,12 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,35 0,08 0,15 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,17 0,4 0,08 0,15 0,21 0,21 0,21 0,21 0,21 0,21 0,45 0,08 0,15 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 O,S 0,08 0,15 0,28 0,30 0,30 0,30 0,30 0,30 0,6 0,09 0,16 0,28 0,38 0,41 0,41 0,41 0,41 0,7 0,09 0,16 0,29 0,41 0,49 0,55 0,57 0,57 0,8 0,09 0,17 0,30 0,41 0,51 0,58 0,68 0,76 0,9 0,09 0,17
I
0,31 0,42 0,53 0,61 0,75 0,98behoort bij: Nota
bladnr: 18
M<AzA-N-81 0 17
5. Uitwisseling van sediment 5.1. Inleiding'
In hoofdstuk 3 is als een der hoofdelementen onderscheiden 'de zogenaamde uitwisseling van sediment waaronder werd verstaan de mate waarin het: geërodeerd materiaal wordt overgebracht in het stroomschaduwgebied achter het,obstá.kel. Inzi'cht'in dit fenomeen,cwerd noodzakelijk geacht omdat de uitwisselingsgraad de basis vormt voor vertaling van de-'geërodeerde hoeveelheden naar aanzanding.
om
de uitwisseling van sediment (in het vervolg aan te duiden als uit-wisselingscoëfficiënt) nader te onderzoeken is het beschikbare model-onderzoek bestudeerd en werden prototype metingen in de Westerschelde beschouwd.5.2. Bepalen van de uitwisselingscoëfficiënt
Zowel uit het modelonderzoek (M1611) als uit de literatuur (0. a. Hj'orth) bleek dat inzicht in de mate waarin sediment wordt overgebracht in het
stroomschaduwgebdled(dér!lièrbovengedefinieerde uitwissêlingscoë~ficiënt) n,:Letexpliciet kan :worden verkregeh.,Wel kon eericsohatrt.Lnq worden
'gema'aktvan de aanzandïrig'achter het obstakel die neerkwam op ca. 0,6 x de hoeveelheid geërodeerd materiaal.Vervolgens is getracht een relatie te leggen met een twee:tal obstakels in de Wes,terschelde te weten het
.Ln 1974 gebouwde radareiland (voetplaat rond 18.0m) ovale opbouw 72 x 46 m) en het in 1979 gezonken Poolse vrachtschip Zamosc (lang 130 m). Beide obstakels werden verschillend aangestroomd. Bij het'radareiland overheerst de vloedstroom terwijL het schaepswxak tweezijdig wordt aan-gestroomd met een eb-
en
vLcedstxoom di t ongeveer gelijk zijn. Uit de peilingen voor en na de komst van het obstakel kon worden opgemaakt,dat in het schaduwgebied van beide obstàkels ca. 39% en 35% van het geëro-deerde materiaal aanwezig was.Rekening houdend met korrekties in verband met het omkeren van de
stroomrichting, verhouding bodemt~ansport-suspensietransport hogere stroom-snelhedi!nen dergelijke wer~ geschatidat bij een eenzijdige aanstroming deze verhouding ca. 0,5 à 0,6 zou zijn geweest.
behoortbij: Nota
bladnr: 19
nr. AZA-N-81017
Op grond van bovenstaande schattingen is de gemiddelde uitwisselin
gs-coëfficiënt gesteld op 0,6. Dat wil dus zeggen dat ervan wordt ui t-gegaan dat gemiddeld 0,6 x de hoeveelheid·die.naaat; de mat
erodeert in het schaduwgebied achter mat wordt overgebracht.
5.3. Gevoeligheid ul.t:Wisselingshoeveelhedenvoor spreidingen in de fysische en geometrische randvoorwaarden
5.3.1. Algemeen
Evenals bij de bepaling van de uitwisselingshoeveelheden vormen variaties in de fysische en geometrische randvoorwaarden belangrijke parameters voor de uiteindelijke uitwisselingscoëfficiënt.
Spreiding in de randvoorwaarden betreft de volgende zaken: a. aanstroomrichting;
b. vorm snelheidsvertikaal;
c. waterdiepte;
d. aard en hoedanigheid grondslag;
e. getij stroom i.p.v. permanente stroom in model;
f. beweging van het materieel;
g. (beperkte) uitschuringsmogelijkheden.
In verband met de vele onzekerheden in de uiteindelijke geschatte waarde van de uitwisselingscoëfficiënt heeft het weinig zin alle parameters afzonderlijk op hun invloed te waarderen.
Op grond van de spreiding in zowel de model- als de prototype-resultaten is voor de ad a. tlm f. genoemde aspekten de spreiding geschat op 33%.
Aangenomen wordt dat deze spreiding ongekorreleerd mag worden opge-steld bij de spreiding van de ontgronde hoeveelheden waarvoor geldt
(zie hoofdstuk 4) cr 'IJ \.I.
De totale spreiding in de uitwiss.elingsresultaten bij onbeperkte ontgrondingsdiepte wordt dan
\.I 1(1,0)2 + '0,332
cr =
behoort bij: Nota
bladnr: 20
nr. AZA-N-81017
Een aparte beschouwing dient te worden opgezet voor de situaties ad g waarbij de uitschuringsmogelijkheden beperkt zijn.
5.3.2. Beperkte uitschuringsmogelijkheden
Ind~en de uitschuringsmogelijkheden rond een obstakel duidelijk be -perkt zijn door aanwezigheid van een mat of een bestorting, dan kan de verhouding bodemtransport-suspensietransport drastisch veranderen vooral bij hogere stroomsnelheden.
In dit soort gevallen kan ook de uitwisseling van sediment belangrijk kleiner worden omdat door het suspensietransport het sediment pas verder stroomafwaarts of in het geheel niet in het schaduwgebied komt. Daarnaast wordt ook het bodemtransport gereduceerd.
De vraag doet zich dan echter voor welke uitwisselingscoëfficiënt in deze gevallen een redelijke benadering vormt.
x
©
®
erosie overdracht uitwisseling
fig. 5.1.
In feite komt dit probleem neer op het vinden van de juiste over-drachtsfunktie B.
Voor dit probleem is de volgende benadering gevolgd.
Door de aanwezigheid van een beperkende laag (mat o.i.d) zal de ontgrondingskuil naast de mat worden beperkt. De ontgrondingskuil wordt afgesnoten zie figuur 5.2.
behoortbij: Nota
bladnr: 21
nr.AZA-N-81017
~
l
fig. 5.2.
Neem aan dat in eerste instantie de verhouding bodemtxansport-suspensietransport ongewijzigd blijft.
Voor de onbeperkte ontgrondingsdiepte kan een zodanige
overdrachts-funktie worden geschetst dat de uitwisselingscoëfficiënt (0,6+ 0,2)
is.
De vorm van de overdrachtsfunktie wordt in sterke mate bepaald door
het stroombeeld naast de mat.
Door nu deze overdrachtsfunktie vervolgens te betrekken op de afge-snoten ontgrondingskuil wordt de gekorrigeerde uitwisselingscoëffiënt bepaald.
Op bijlage . 2 zijn een tweetaloverdrachtsfunkties weergegeven die zijn betrokken op een bepaalde ontgrondingskuil konf:iguratie. In onderstaande figuur is het resultaat weergegeven.
Hieröij .geeft de faktor ~ de verhouding aan tussen
d
trog
de aanwezige zandlaagdikte en de maximale ontgrondingsdiepte die zou zijn bereikt bij een onbeperkte zandlaagdikte.
behoortbij: Nota bladnr: 22 .3\4~-N-81017
T
~ iII=
....
....
Cl 11 lil....
:11 ~....
='
80
1.1 + cr --_
-
-""...
-
_-..,
.;-,
,-l.IM
/1 -I' I' ~ t--I''/
1.1-
crJt.o
I
_,..,-
_--
.
_-
-,; ~,
20
I' ~\ : . _-- ~.--0,2
o,
~
0,8
1,.0
.
figuur 5.3.Ui.tde resultaten blijkt dat de uitwisselingscoëfficiênt eerst .belang -rijk afneemt bij geringelaagdikten •.Pas bij laagdikte
<
0,2 dtrog wordt de invloed groter dan 25%.
Opgemerktkan wordendat bij relatief hoge. stroomsnelheden de
uit-wisselingscoëfficiënt bij beperkte laagdikten zeker zal teruglopen
omdatdan de plaats waar het materiaal wordt geërodeerd en de verhouding
bodemtransport-suspensietrarisport zodanig wijzigen dat uitwissëlinq slechts. in beperkte mate kan plaatsvinden.
behoort bij: Nota nr. AZA-N-81017
bladnr: 23
6. Aanzanding van sediment
6.1. Inleiding
Het zand dat na erosie (hoofdstuk 4) via de uitwisseling (hoofdstuk 5) uiteindelijk neerslaat vormt de aanzanding.
Op grond van de aannamen in het vorige hoofdstuk zal gemiddeld 60% van de ontgronde hoeveelheid in het schaduwgebied neerslaan.
De vragen die nu resteren zijn:
hoe groot is dit schaduwgebied
- hoe is de verdeling van de aanzanding
Voor de oplossing van dit probleem moet bekend zijn in welke ver-houding bodem- en suspensietransport tot uitwisseling komen in het schaduwgebied en op welke wijze de aldus uitgewisselde hoeveelheden neerslaan.
Uit hoofdstuk 5 bleek reeds dat overdrachtsfunktievoor de uit-wisseling moesten worden geschat. Deze overdrachtsfunkties zijn daar-naast over de totale lengte konstant gehouden. Bovendien is slechts in beperkte mate rekening gehouden met een wijziging in de verhouding bodemtransport-suspensietransport bij hogere stroomsnelheden. Dit houdt in dat ook de wijze waarop bodem~ en suspensietransport neerslaan
slechts geschematiseerd kan: worden weergegeven.
Met de beschikbare gegevens bleek het daarom niet mogelijk de totale transformatie uitwisseling-aanzanding anders dan met een schatting van de overdrachtsfunktie te benaderen.
In het navolgende zal eerst kwalitatief worden ingegaan op de afmetingen van het schaduwgebied en de globale aanzandingsverdeling. Vervolgens wordt de aanzandingsverdeling (incl•.een afschatting van de onzeker-heden en gevoeligonzeker-heden voor spreiding in de randvoorwaarden) nader beschouwd.
6.2. Afmeting van het schaduwgebied ,globale aanzandingsverdeling
Bij aanstroming van een obstakel dat zich over de gehele waterdiepte uitstrekt (hangende mat) zal de plaatselijk verstoorde stroom zich
behoort bij: Nota bladnr: 24 nr.AZA-N-81017 stroomafwaarts van de mat geleidelijk herstellen. Zie figuur 6.1. bovenaanzicht figuur 6.1.
Neem aan dat het stroombeeld zich volledig heeft hersteld in het
punt van samenkomstCvan de beide wervelstraten die op de hoekpunten
A en
a
van de hangende mat ontstaan. In feite is dit niet juistomdat ter plaatse in ieder geval de turbulentieintensiteit (veel) hoger
is dan in de ongestoorde stroom (U ).
o
Het gebied A,
a,
C wordt nu gedefinieerd als het schaduwgebied.Uit velerlei onderzoek (o.a. M1611) maar ook uit de prototype metingen
(Radareiland, Zamosc) blijkt dat een hellinghoek van 1:7 van de
wervelstraten met de aanstroomrichting een goede benadering is.
De uitwisseling van sediment in het schaduwgebied is sterk afhankelijk
van de mate van verstoring van het stroombeeld in relatie tot de
op-tredende stroomsnelheid.
Uit diverse onderzoeken kan worden ontleend dat
a. uitwisseling van bodemtransport hoofdzakelijk plaatsvindt nabij de
hoekpunten (A en a) van het obstakel;
b. uitwisseling van suspensie transport gespreid langs de wervelstraten
en over de hoogte plaatsvindt;
c. de verhouding bodem-suspensietransport in het voordeel van het
behoort bij: Nota
bladnr: 25
!~OAZA-N-81017
Omdat in het schaduwgebied een tweetal neren met vertikale as zullen
ontstaan, welke aangedreven worden door de stromingscomponent in de wervelstraat zal uitwisseling van sUspensietransport langs de raak-vlakken neer- wervelstraat plaatsvinden.
Op dergelijke wijze uitgewisseld materiaal zal maximale aanzanding
geven in het midden van de neer omdat de stromingsgradiënt hiernaar gericht is.
In tegenstelling tot het bodemtransport zal het suspensietransport een fluk· tuerend beeld te zien geven als gevolg van de steeds wisselende grootten van de neren achter de mat( het zogenaamde fietseffekt) .
Daarnaast zal door de voortgang van het materieel het
aanzandings-patroon mede afhankelijk zijn van de voortgangssnelheid. '
Uit het bovenstaande blijkt dat de wijze van aanzanding in het schaduw-gebied met grotere zekerheid is te bepalen voor het bodemtransport
(nabij de randen van het schaduwgebied) dan voor het suspensietransport.
Bij de beoordeling van de gevallen waarbij suspensietransport een relatief
groot aandeel voor zijn rekening neemt moet met dit gegeven rekening worden gehouden.
Gelet op de onzekerheden in de mogelijke wijzen van aanzanding is een éénduidige vastlegging van de beide aanzandingsverdelingen niet zonder meer mogelijk.
Gekozen is voor de benadering waarbij eerst de invloed van redelijk te achten verdelingen op het aanzandingspatroon is onderzocht,
al-voerens de uiteindelijke verdèlingen van bodem- en suspensietransport
behoort bij: nota bladnr: 26
nr·340AZA-N-81017
6.3. Gevoeligheidsonderzoek aanzandingsverdelingen
Op bijlage 3 en 4 zijn drie verschillende aanzandingsverdelingen in lengte en breedterichting weergegeven voor bodem- en suspensietransport.voor het geval van een stilstaand obstakel.
Om de gevoeligheid.in de. -aanzandingsverdeling te
onderzoeken is een rekenprogramma (FUNDAZA) opgesteld waarbij de aanzan-ding op het pijlervlak is berekend voor de mogelijke kombinati~s van bodem en suspensie transport. Het pijlervlak werd hierbij verdeeld in vakken van 5 x 5 m.
De berekening en zijn-uitgevoerd in stappen van-! minuut voor het volgende geval: matbreedte : b = 32 m aanstroomsnelheid:u
=
0,5 mis o beschikbare laagdikte voortgangs-snelheid : > 10 cm : 2m/minuut erosie hoeveel·heden ~gemiddelde + standaard afwijking aanstroomrichtin~recht en schuin onder 1:7 (8,10)
Op bijlage 5 is ter illustratie grafisch de variatie van de aanzandings-verdeling bij scheve aanstroming weergegeven voor het grondvlak ter plaatse van de pijlerbillen.
Teneinde de grote hoeveelheid gegevens die voor beide aanstroomhoeken bij de negen kombinaties beschikbaar komen te kunnen vergelijken is het gemiddelde en de standaardafwijking beschouwd van alle onderzochte ge-vallen. Dit leverde het volgende resultaat.
rechte aanstroming scheve aanstroming
- -gemiddelde aanzandings dikte IJ
=
6,9 mm IJ=
6,2 mm standaard afwijking cr=
0,9 mm (13%) a=
0,8 mm (13%) maximale aanzandingsdikte IJ=
31,1 mm IJ=
23,1 mm standaard afwijking cr=
7,5 mm (24%) cr=
5,7 mm (25%behoortbij: nota
bladnr: 27
nr.340AZA-N-81017
Deze resultaten wijzen erop dat rond een gemiddelde aanzandingsverdeling (de kombinatie I - I voor bodem- en suspensietransport op bijlage 3 en 4) de overige verdelingen een spreiding van ca. 20% vertonen.
Dit resultaat werd zeer aanvaardbaar geacht, echter diende nog te wor-den gekontroleerd of een dergelijke kombinatie niet zeer gevoelig is voor een wijziging in de verhouding bodem- suspensietransport bij ver-schillende snelheden. Deze kontrole is uitgevoerd voor een tweetal snel-heden te weten O,S en 0,75
mis.
In de berekening is de verhouding bodem- suspensietransport gewijzigd door het suspensietransport te korrigeren met de standaard afwijking volgens de tabel op bladzijde 10. De totale uitgewisselde hoeveelheid bleef gehandhaafd op de vastgestelde 60%.
Op bijlage 6 is het resultaat van de berekeningen weergegeven.
Hieruit blijkt dat de band rondom de gemiddelde waarde in de beide onder-zochte gevallen voor het gehele pijlervlak (billen + hart) een konsistent beeld vertoont.
Konklusie
Op grond van het bovenstaande is de kombinatie I - I voor bodem- en
suspensietransport in langs- en breedterichting als maatgevende momentane aanzandingsverdeling voor de berekeningen aangehouden.
De standaard afwijking van 20% wordt ongekorreleerd opgeteld bij de stan-daard afwijking die in het voorgaande werd vastgesteld voor ontgronding en uitwisseling zodat de totale standaard afwijking is:
behoort bij: nota bladnr: 2"8
nI']40AZA-N-81017
6.4. Gevoeligheid aanzanding voor spreiding en in de fysische en geometrische randvoorwaarden
Om de gevoeligheid van de aanzandänq af te tasten is een basisgeval voor de bovenmat gedefinieerd en zijn de maatgevende randvoorwaarden ééh voor één gevarieerd.
Als'basisgeval is genomen:
- stroomsnelheid 0,5 mis (permanent) o
10 .
1.0 cm
- aanstroomhoek - laagdikte
geen kale strook naast de mat.
Omdat de momentane aanzandingsverdeling eenduidig werd gedefinieerd is door variatie van de bovenstaande parameters van het basisgeval de ge-voeligheid van de aanzanding voor variatie in de randvoorwaarden aan te geven. De uitgevoerde berekeningen leveren een aanzienlijke hoeveelheid resultaten.
Teneinde de presentatie in omvang te beperken is gekozen voor een pre-sentatie van de volgende parameters zowel voor u als voor u+ cr
dgemiddeld = de gemiddelde laagdikte op het pijlervlak van alle be-rekende waarden.
dmax~maa. 1
=
de maximaal berekende lokale laagdikte in het pijlervlak.<Pdwars = de (hypothetische)dwarsscheefstand van het aanzandings-vlak
<Plangs
=
idem in langsrichting.Opgemerkt wordt dat de gemiddelde laagdikte niet in het hart van het pijlervlak behoeft te zijn gelegen. Het is slechts bedoeld als
behoort bij: nota bladnr: 29·
nr.340AZA-N-81017
De maximale laagdikte wordt altijd aangetroffen in het gedeelte van het pijlervlak dat benedenstrooms van het midden ligt en bij scheve aan-stroming diagonaal tegenover het bovenstroomse hoekpunt.
De langs- en dwarsscheefstanden zijn gemiddelde waarden voor het gehele pijlervlak. In principe zal door ongelijkmatige aanzanding een scheluw vlak worden aangetroffen. Dit verschijnsel wordt gelet op de relatief geringe verschillen verwaarloosed.
Voor het basisgeval werden de volgende gemiddelde waarden gevonden.
basisgeval II d basis 6,0 mm gem. d basis 15,7 mm max. <Pdwars basis 0,29 mm/m <Plangs basis 0,24 mm/m
Op de bij lagen
7
t/m 10is de invloed van wijziging in de hierboven aange-duide parameters op de d , dqem, max. <Pdwarsen <Plangs, w.~ergegeven als funktie van de overeenkomstige waarden voor het basisgeval.
Voor een overzicht wordt verwezen naar deze bijlagen. Op deze plaats wordt volstaan met de volgende algemene konklusies:
bijlage 7:
De invloed van variatie in de stroomsnelheid levert voor de j,l-waarden een konsistent en bijna lineair beeld op.
De II+ crwaarden geven grotere afwijkingen te zien bij toenemende stroomsnelheid.
- bijlage 8 :
De variatie in de aanstroomhoek geeft een wisselend beeld voor de laagdikte en de dwars/langshellingen.
bladnr:
313
Op de laagdikte heeft een grote aanstroomhoek een middelend effekt dat ook teruggevonden wordt in de langshelling.
De dwarshelling vertoont onder invloed van de ~ + cr (input) waarde een sterk geprononceerd beeld (topwaarde bij aanstroomhoeken ~an ca.
150)•
- Bijlage 9 :
Op deze grafieken is duidelijk waarneembaar dat bij laagdikten > 0,05 0,08 m de onderzochte gevallen gelijk zijn aan het basisgeval. Dit wordt veroorzaakt daar het feit dat van het ontgrondingsproces laag-dikte groter dan bovengenoemde waarden kunnen worden beschouwd als oneindig dik. (De ontgrondingstrog voelt de onderliggende bodem niet) .
- Bij lage 10:
Indien naast de mat een kale (schone) strook aanwezig is, neemt de
d max.
nemende waarde
erosie hoeveelheid drastisch af..Het beeld dat ontstaat voor de d gem. en ~langs is dan zeer konsistent nl. een sterk af-bij kale strookbreedten > ca. 5 m.
behoortbil: nota nMOAZA-N-81017
bladnr: 31
6.5. Invloed afwijkende geometrieên OD aanzandingsverdeling
Tijdens de- uitvoerinqshandelingen zal erosie plaatsvinden rond de
zuig-monden en de pi.j lar zodra deze op enige afstand boven de bodem is gepo
-sitioneerd.
Behoudens net ontgrondingsonderzoek rond (relatief) smUle zuigmonden
in Ml611 is nauwelijks iets bekend van de effekten bij de bovengenoemde obstakels.
Gezien de grote. afmetingen van zowel de zuigmond als de pijler is in deze
nota verondersteld dat het ontgrondingsproces rond deze obstakels met
enige korrektie vergelijkbaar. is met dat rond de onder- en bovenmat.
Op grond van dit u.itgangspunt is onderstaand ter vergelijking voor de
aanzandingsparameters de relatie weergegeve~ tussen bovenmat, zuigmond
en pijler.
vergelijking aanzandingsverdeling van zuigmond en pijler met bovenmat
~
bovenmat ZUigmond pijler aan rand
a
sluitgat
breedte 32 m 37 m 50 m
aanstroomhoek 100 100 100
laagdikte 0,10 m 0,10 m 0,10 m
snelheid. 0,5 mis 0,5 mis; 0,5 mis
ti..jdsduur 30 min. 40 min. 30 min.
begin positie 5 m voor 15m voor 60 m voor. pij ler
-pijlervlak pijlervlak vlak.
_.
Input IJ
- ..
dgem. 6,0 IIIID. 3,6 lDIIl 1,8 mm
dmax. 15,7 IIIID. 7,8 mm 5,9 mm cp 0,29 ram/m 0,14 ram/m 0,15 mm/m dwars. cp 0,24 ram/m 0,10 ram/m
ai
10 mm/m langs Input IJ + cp d 13,0 mm 9,5 ram 4,8 mm gem. d 34,4 ram 20,5 mm 15,2 mm max. cp dwars 0,65 mm/m 0,39 mm/m 0,38 mm/m cpbladnr:
behoortbil: nota 32
nr'340AZA-N-81017
7. Totale aanzanding tijdens leggen funderingsmatten en plaatsen pijlers
7.1. Inleiding
In dit gedeelte zal de aanzanding tijdens het uitvoeringsproces leggen
matten - plaatsen pijlers worden getotaliseerd.
Bij de uitwerking worden de volgende vigerende cycli aangehouden.
L Bovenmat OOstzijde Westzijde opschoon+ legrichting 2. Tegelmat Oostzijde Westzijde eb vloed ~- ....opschoonrichting ~--- legrichting 1,0 mis
o
pos.itione%1I
I
vloe 0,5 mis •
figuur 7.1.
behoortbij: nota bladnr: 33
nr·340AZA-N-81017
3. Plaatsen pijlers.
Oost::::-ujde West,..· zijde vloed OSTREA opschoon +-verh aalticht.ing-figuur 7.3.
De-volgende: situaties zj_j.n.onderscheiden:
1. Bet fi.jn opgeschoonde bed ligt benedenstrooms van het obstakel. Bereken.ing met FUNDAZA(zie hoofdstuk 6)•
Twee:situaties a. bewegen:i obstakel. b , stilstaand obstakel
2. Bet fijn opgeschoonde bed.ligt .,bevenstr.oomsvan het obstakel' .
Berekend als situatie met natuurlijke· aanzanding.
3. Aanzandinq:onder de pijler+
In overzicht op volgende bladzijde zijn de'onderscheiden situaties per deelhandel.ing in de cycli weergegeven.
behoort bij: nota
bladnr: 34
nr.340AZA-N~81017
Tabel 7.1. Aanzandingssituatie per deelhandeling
-geval situatie u begin u eind tijdsduur
0 0
(mis) (mis) (min.)
1. Zuigmond boven- la 0,85 0,5 40 mat 2. positioneren 2 0,5 0,4 10 bovenmat 3. leggen boven-15 :) mat 2 0,4 0,2 4. zuigmond tegel- 2 1,0 0,75 30 mat 5. positioneren 2 0,75 0,3 45 :) + inmeten tegelmat 6. leggen tegelmat 2 0,25 0,1. 15 :) 7. pijler + zuig- 2 9,85 0,6 25 mond midden sluitgat 7a pijler + zuig- lb 0,85 0,6 25 mond 8 .verhalen + 3 0,6 0,15 35 positioneren + plaatsen :)
kans op passeren kentering reëel. Situatie 2 wordt dan situatie la.
Opmerking:
Per pijlerlokatie is de totale aanzanding de som van de aanzanding en
behoortbij: nota nB40AZA-N-81017
bladnr: 35
7.2. Berekening-aanzandingswaarden
I situaties 1, 7 of 7a (uit tabel 7.1.)
Tabel 7.2. aanzandingswaarden voor dee-lhandeling1, 7 en 7a onderdeel
zuigmond pijler + zuigmond pijlers +
bovenmat rand sluitgat zuigmond midden
specifieke sluitgat
waarde 1 7a 7
....,
).t II+0' ].I ij+cr
II c-:II+ 0' dgem. 7,5 mm 18,6 mm 3,4 niin 9,0 mm-
-dmax. 17,9 mm I 45,-4mm 10,7 mm 29,0 mm-
-<Pdwars 0,37 mm/m 0,96 mm/m 0,27 mm/m 0,74 mm/m-
-<Plangs 0,20 mm/m 0,51 mm/m -0,18 mm/m -0,50 mm/m-
-II situaties 2. t/m 7 (zie tabei 7.1.).De aanzanding is voor deze gevallen berekend met de formules van Kalinske
Voor suspensietransport leidt dit tot de volgende waarden:
positioneren bovenmat O,~ mm
leggen bovenmat 0,0 mm
zuigmond tegelmat 0,9 mm
positioneren + inmeten tegelmat
o ,~
mmleggen tegelmat 0,0 mm
pijler + zuigmond pijler 0,1 mm
behoort bij: nota bladnr: 36
nr·340AZA-N-81017
Een vergelijkbaar resultaat wordt geschat voor het bodemtransport.
De natuurlijke aanzanding volgens Kalinsky wordt daarom geschat op
II
=
3 mm.Gebleken is dat de met Kalinsky berekende waarden een grote spreiding vertonen (faktor 5 à 7).
Aangenomen wordt dat een standaard afwijking ~
=
7 mm moet worden verwacht.Deze wordt evenals de vorige waarden ongekorreleerd bij de andere standaard afwijkingen opgeteld.
Situatie S (zie tabel 7.1.)
De aanzanding onder de pijler wanneer deze boven het pijlervlak hangt is reeds eerder onderzocht (zie notitie DDWT 80.213) •
Aangenomen is dat de ~oetplaat ook tijdens het verhalen boven het pijler-vlak hangt zodat deze situatie 1 uur duurt. De stroomsnelheid neemt hierbij af van 0,75 mis naar 0,15 mis.
Voor de aanzanding worden de volgende waarden aangehouden:
II
=
1 mm enbehoort bij: nota
bladnr: 37
nr·340AZA-N-81017
Tabel 7.3. Totale aanzanding tijdens leggen funderingsmatten en plaatsen pijlers
situatie midden sluitgat rand sluitgat
bron
II 1l+'0' II ll+ 0'
._.
"
Gemiddelde laagdikte
Aanzanding door erosie naast 8mm 19 mm 11 mm 28 mm
obstakels
Natuurlijke aanzanding 3 mm 10 mm 3 mm 10 mm
Aanzanding onder pijler 1 mm 2 mm 1 mm 2 !DIn
totale gemiddelde laagdikte 12 !DIn 25 mm 15 mm 33 mm
Maximale laagdikte 26 mm 55 mm 27 mm 58 mm I Hellingen cp dwars 0,4 mm/m 1,0 mm/m 0,64 mm/m 1,7 mm/m cp langs 0,2 mm/m 0,5 mm/m 0,02 mm/m 0,2 mm/m
behoort bij: nota
bladnr: 38
nr.340AZA-N-81017
8. Samenvatting, conclusies en aanbevelingen
Bet aanzandingsverschijnsel tijdens het leggen van de matten en het plaatsen
van de pijlers is in deze nota gesplitst in drie hoofd-onderdelen , te
weten:
- het erosieproces als gevolg van de.obstakels;
de uitwisseling van sediment in het schaduwgebied achter/onder het
ob-stakel;
de feitelijke aanzanding, dit is de neerslag van uitgewisselde sediment.
Per hoofd-onderdeel is nagegaan welke parameters het proces be1nvloeden.
Vervolgens is onderzocht welke resultaten (modelonderzoek, prototype
onder-zoek, literatuurstudie) beschikbaar waren om een gemiddelde waarde voor elk
der parameters te bepalen c.q. te schatten en is tevens getracht de mogelijke
spreiding rond de gehanteerde waarden aan te geven.
Teneinde de band waarbinnen de aanzandingsverwachtingswaarden zouden komen
te liggen zo goed mogelijk te kunnen aangeven is per hoofdelement een ge-voeligheidsanalyse uitgevoerd.
Dqor de wLjze waarop deze analyse is uitgevoerd (ongekorreleerde
samen-vàtting van de onderscheiden standaardafwijkingen) wordt de relatieve in-vÎoed van een eventuele fout of een kombinatie van fouten uitgemiddeld. De vraag kan worden gesteld of een dergelijke werkwijze geheel toelaatbaar is. De werkgroep is echter van oordeel dat aldus een aanvaardbaar en betrouw-baar richtgetal van de aanzandi.ngshoeveelheid tijdens de diverse uitvoerings-handelingen is verkregen. De werkwijze zal nog worden voorgelegd aan een nader samen te stellen college van externe deskundigen, waarom door Staf-groep SOOCOO is verzocht.
Ten behoeve van het overleg met deskundigen (en geïnteresseerden) wordt een
uitgebreidere nota opgesteld waarin de specifieke overwegingen en keuzen nader zijn beschreven.
Met betrekking tot de werkwijze en de verkregen resultaten kan het volgende worden gekonkludeerd:
behoort bij: nota
bladnr: 39
nr340AZA-N-81 017
1. De verwachtingswaarden van de aanzanding zijn richtgetallen. Rond deze waarden is een zekere spreiding aanwezig.
Ervan uitgaand dat de komponenten van de berekeningen ongekbrreleerd kunnen worden samengesteld wordt het eindresultaat voldoende betrouw-baar geacht•.
2. De totale gemiddelde zandlaagdikte ligt in de orde van grootte van de toelaatbare waarden.
Belangrijke uitgangspunten zijn hierbij de gehanteerde zandlaagdikte na opschonen in de direkte omgeving van het objekt (ca. 10 cm), de lage verhaalsnelheid (2 m/min.) en de gehanteerde stroomsnelheden.
3. Plaatselijk kunnen grotere zandlaagdikten (tot ca. 6 cm) worden aan-getroffen.
De maximale laagdikte wordt aangetroffen in het gedeelte van het pijler-vlak dat benedenstrooms van het midden ligt en bij scheve aanstroming diagonaal tegenover het bovenstroomse hoekpunt.
4. Ten gevolge van de aanzandirigzal een initiële scheefstand ontstaan. Afhankelijk van de wijze waarop deze aanzanding verdwijnt zal moeten worden beoordeeld of dit tot kritische situaties aanleiding kan geven
(ongelijkmatige verdwijning) •
5. De gepresenteerde resultaten zijn exclusief mors.
6. Voor verbetering van de resultaten moet de aanwezige zandlaagdikte in de direkte omgeving van het obstakel <ca. 5 cm zijn bij een verhaalsnel-heid van 2 m/min. of < ca. 3 cm bij een verhaalsnelheid van 4 m/min.
7. Het aanzandingsproces is gevoelig voor: - stagnaties;
- wijzigingen in de kenteringsvertikaal;
- wijzigingen in de uitgangspunten die ten grondslag liggen aan de gebruikte cycli (begin tijdstippen, legrichtingen e.d.).
behoort bij: nota nr340AZA-N-81 017
bladnr:
40
Aanbevelingen
De werkgroep beveelt het volgende aan:
1. Voor de betreffende cycli (leggen bovenmat, tegelmat en plaatsen pijlers) éénduidig vast leggen bij welke stroomsnelheid in de vertikaal met een handeling moet worden gestart c.q. geëindigd. In verband met de op-tredende kenteringen over de vertikaal is,het gebruik van gemiddelde snelheden praktisch moeilijk uitvoerbaar.
2. Het doen uitvoeren van kenteringsvertikaalmetingen voor maatgevende situaties, voor zovér dit nog niet is gebeurd.
3. Het doen uitvoeren van zanddetektie in ieder geval ten behoeve van de operationele voorspelling van de scheefstand in de eindfase na ver-dwijnen van het zand.
Ter plaatse van de tegelmatten kan volstaan worden met éénzijdige detektie. De keuze moet tijdens de uitvoeringsfase worden gemaakt.
4. Het doen opstellen van een zogenaamd "verdwijnmodel van zand" dit is een analyse van de te verwachten wijze waarop gesedimenteerd zand zal kunnen verdwijnen.
5. Geen fysisch modelonderzoek naar aanzanding te doen plaatsvinden maar de nadruk te leggen op het randvoorwaardenonderzoek als bedoeld in
~ z 0
=
E-4•
X r.4 Q O· ~ CI2 0 ._- -0z
=
<
lio1=
0 0"\-0 -~.- •-_""'!_..·
-
_
!!!"
-
io!"
-
'!!!"
-·
_
~
,,
"!!"!
~
-
~~I----I----I----I----I---I----r---___'o
o
~ ._- -.-...--
-
--
-U"\ 0 U"\ 0 11\0,75
x
bO,t x dtrog
Aangenomen geërodeerde trogvorm
.~-~
-
-
'
"
-
{
d
wa
rsop ~
e
s
tr
oo
mrichtin
g
)
I-
-
,
a,_lx.
bi.__.,
--i- - -','!-'-' -- -__.__-~:---- . af~t~ uit hoekpunt öbstakél _;_ __.•~ .Jo
I75 x,b',I j. i :. j .-.---.----t--'.-j ! I 0:,1:x b .: " .l_. __ ;..-_
.._
_i_.--
..--:
r.28
15
-
;.
0--' I " ~- _.~'-'--._
.. ~--i I__
,--
~___.:__ _;__J
I ---l-- - _'!
.
1_~ __ _j,.____--J 70%-a
;
.
.
i
I --- ~--- --,.---~ .__. ~._! +---_l_~_: OVerdtachtsfUnktie. I! I i , ! t I ---t---j , , .1 'T' -,,~. i"_
r
'
"ft /.
/
'I ---1----: --_.---ï---- -I --i , 0,1: x.b "-,---r-.
-_
...,
~--_
.·f
'
--
-
-
·
-·
.
....
.
-... ~. __. .- -- --- -_.-'_ -1---I
-i-
;~_""
..,.'"
, i ~r" -r'-'~",,,,--,~,-_·-·t---:-.,,_
--...r + t --. -76,5% - cr'
.,
.,_.~ .. ,,_. L. -'OVeráiächtsfunktië·,tl:'--- --".,
..,
'"
.;I
."I
..,
./,I
."l~
_""
76~5% + a I. ,_1 _ r--- . ----
---....-
,
._
_
.. .1....
1-+ 1-+1-
-~ ..c: CJ...
N· c::..
tlt cu' I:[
al > a ..Q cu...
.jj l l1t." :-~...
snt
~~---
--
4---~--~
\.
rr
,
ftI
r
r
t
J:l
I
"
,
-,
,
,
~ ~8.
~ c:. ~ ~ ~ en I a. I rit ~. 0. ~ s.., en ~. Ol c:: en CII I: <U Ol...
cu ~ I: en ~ ~ cu I:a
.-+ CII CII CII
Ot ..Q'Ö 'Ö" ..Q. CII en
..
CII 0 '0 :::I (""'I I: ..Q (""'I CII en en I: s.. en Ol 0 Ol' ~ I: 0 e, 0.,...
Cl.
...
0 ~ .-+ Cl CII CII· '0 'Ö" l-i. s... CII (Ij > > en en Ol Ol' I: 1:. .,... .00+-'0 '0' I: 1:. cu cu N N I: I: cu <U ~ ~. ..Q .a N: N 1-+....
1-+1
-IU '0 C
...
IU IU '0 0'1 M ~ IU 0 10+ ~ ~ 0a.
a.
en 0'1 en +J IU C' c::. M a. 0'1 ·01 tU· 0...
10+a.
+J IU Cl) +J. en c '0 '0 cu e ::I M...
10a.
+J Cl) ar. en· M .loe Cl) > I c: c:a +J cu 0 ca: cu0.. Ie
0e
c: c:a Cl) ..c: Cl)..,.
en"*
'0 Cl) > ~,....
0 e -01 Cl) <IJ en en' en ..Q tU·- en 0'1 0'1 ~ 0'1 .". 0 Cl) .". c:- ~ e 0'1 M 0'1...
10 c .". e <IJ Cl) ·n ~ -01....
.
....
-.+ Cl)...
...
...
rn Cl) '0 ..Q_ <IJ <IJ Cl) Cl) 0 ~ '0'Cl) '0' '0 '0 lol ·01 -n <IJ 10+ Cl) M Cl) '0 .,..j. -,..j c: lU- e Cl) -n ..Q. N en >- rn > Cl) '01 ,.... en lof. rn 0'1 N 0'1' 0 ~ 0 0'1- -01 Cl) e '0 Cl) 0 c: 0 C:. '0 Cl)....
...
o,..j-e
...
r
0 '01 ·n ~...
Cl) .IJ '0'c: '0 -01 .lol Cl) +J ctt c:- N '0 Cl) ::I lIS:: c:-J
~
~
10 C ',..., lol 0'1 .IJ c: ~ N l(Il...
Cl)a.
...
on c: c:- 'Q) ..Q. > 0 rn...
10"~_j
ttr· 'j"'--._- <:...
. <: a. ~. ---. '-0. M ~ " l1t" ..c: ..c:,
\~
.
\
,
~\
~.
,....
.
\
!
30 >a...
ZO ~ cu· .j..! .- -,:;;.---....
~ ~'10 t1t....
30 ... ~ ~.
...
za
..a..
>.
a...
.jj. n 10 <.I ..10:'....
~ t:rr t1t t1t....
~ 30 ._ .-+....
..0.
>
.
20 a. <.I lil -IJ ..10:....
~ 10 t:rr IÓ IÓ....
Invloed van
ver-schillende aanzan-dingsverdelingen B.ijlage 5 II-I !- -I-I III-I
a
la
20 3 40O
m-afstand langs.pijlervlak.
40
--
II-II--
-_
..
-
_-./ I-II_
..
10-' ----_--
~_
...
III-II.-
...
.
__,
~,.
,
_
-
-.~~ .- .v
0 10 2( 304C
0 m 40. -, "-_.-
II-III,
-,.
,
,
--,,"
I-III,
~,
.". lIl-lIl"
,,'
"
~.,.
,.
----.,.
~ ~ V,
~ ~..,
--~
--
-
---
-,_. ·0 10 20 30 40 50 mafstand lan s i'lervlak
