Belastingfunctie voor keuze maatgevende golfcondities

Transcriptie

1 Belatingfunctie voor keuze maatgevende golfconditie Inleiding ir M. Klein Breteler In het kader van het Onderzoekprogramma Kennileemte Steenbekledingen zijn vele nieuwe formule ontwikkeld voor het toeten en ontwerpen van teenzettingen. Het i belangrijk dat deze nieuwe kenni ook wordt gebruikt bij het afleiden van de maatgevende golfconditie. Die worden in Zeeland ten behoeve van het ontwerp van nieuwe bekledingen berekend met het programma Wind-Water00. In dat programma worden momenteel eenvoudige Z-functie toegepat die aanluiten op de oude Steentoet.0, zoal Z = H T p, Z = H T p en Z = H T p. De golfrandvoorwaarden met de grootte waarde van de Z-functie i maatgevend. De belangrijkte vernieuwingen in de formule voor het ontwerpen van teenzettingen, die van invloed zijn op de keuze van de maatgevende golfconditie, zijn:. invloed van lange golven op de tabiliteit van de toplaag. invloed van hoek van golfinval op de tabiliteit van de toplaag. afchuiving Invloed van lange golven De invloed van lange golven i van belang zolang de leklengte kort i. Al de leklengte kleiner i dan ongeveer 0, m, dan i er een grote invloed van lange golven, die zich uit in een geleidelijke toename van de tabiliteit al de brekerparameter op boven toeneemt. De leklengte en brekerparameter zijn al volgt gedefinieerd: = (bdk/k ) = leklengte (m) op = tan/(h /(,T p )) = brekerparameter (-) H = ignificante golfhoogte (op bai van energie) (m) T p = golfperiode bij de piek van het pectrum () = taludhelling ( o ) D = dikte van de toplaag (m) b = dikte van de filterlaag (m) k = doorlatendheid van het filter (m/) k = doorlatendheid van de toplaag (m/) Al de leklengte groter i dan ongeveer 0,8 m, dan i er een dalende trend van de tabiliteit al op toeneemt, ook voor grote op. Er i prake van een overganggebied voor 0, < < 0,8 m. In figuur en i de tabiliteit, uitgedrukt in de belatingparameter H /D, gegeven al functie van op. De belatingparameter bevat de volgende variabelen: = ( )/ = relatieve oortelijke maa van de tenen (-)

2 = oortelijke maa van de tenen (kg/m ) = oortelijke maa van water (kg/m ) 8 zuilen met D=0, H /D (-) 7 tana=/,; Zb=, b=0,, Labda=0,8 b=0, "7*ki^-/ ".+ki/" 0 0 op (-) Figuur, Stabiliteit van voorbeeldteenzettingen met zuilen (talud :,, bovente overgangcontructie op NAP+m, toetpeil op NAP+m, leklengte=0,8m) blokken met D=0, of 0, en rho=00 H /D (-) 0 0 op (-) D=0,; BxL=0x0, Df=8, =mm, tana=/. D=0,; BxL=0x0, Df=8, =mm, tana=/ D=0,; BxL=0x0, Df=0, =mm, tana=/. D=0,; BxL=0x0, Df=0, =mm, tana=/ D=0,, BxL=x0, Df=7, =mm, tana=/ "*ki^-/" Figuur, Stabiliteit van voorbeeldteenzettingen met blokken (tana = taludhelling, DxBxL = blokafmetingen, Df = korrelgrootte van het filter, = pleetbreedte = mm) In figuur valt op dat de trend in H /D voor op < overeenkomt met op /, terwijl voor grotere waarden de trend overeenkomt met op /. Bedenk echter wel dat er eindeloo veel combinatie van eigenchappen van de teenzetting mogelijk zijn, waardoor elke keer het lijntje iet ander komt te liggen. Zo zijn er ook teenzettingen waarbij de rechter tak veel teiler omhoog loopt, of ongeveer horizontaal loopt. De hier gekozen

3 teenzetting kan gezien worden al een oort gemiddelde. Deze trend komt ook goed overeen met de reultaten van Deltagootproeven (Klein Breteler 00b). In figuur zijn gemiddelde teenzettingen gegeven met blokken. Hier valt op dat de trend in H /D voor op < overeenkomt met op /, terwijl voor grotere waarden van op de tabiliteit om toeneemt, en om ook niet. Voor het vattellen van de maatgevende golfconditie i het niet nodig om alle detail in de trend mee te nemen. Het globale verloop van de tabiliteit al functie van op i al voldoende. Er moet echter wel ondercheid gemaakt worden tuen teenzettingen met een korte leklengte (doorgaan betaande uit zuilen) en teenzettingen met een lange leklengte (doorgaan betaande uit blokken). Hoewel het zuiverder i om het ondercheid te maken aan de hand van de leklengte i het prakticher om ondercheid te maken tuen zuilen en blokken. Daarom wordt dit laatte gekozen. 8 zuilen en blokken met kleine leklengte H /D (-) op (-) "7*ki^-/ ".+ki/" baalt Betonzuilen Gekantelde betonblokken Figuur, Stabiliteit van voorbeeldteenzettingen met kleine leklengte, aangeleverd door PBZ. Blokken Aan de hand van de trend in boventaande figuren worden de volgende Z-functie afgeleid voor het bepalen van de maatgevende golfconditie. Voor de trend H /D = F / op (blokken) volgt de Z-functie uit: / / H H / op H tan F op D D F F H /(, Tp ) H, Tp tan, HT F H F met: F = contructie-afhankelijke contante (-) / p tan Doordat er lecht gezocht wordt naar een maximale D kan de Z-functie vereenvoudigd worden tot Z = H T p tan. Voor een pecifieke locatie i de taludhelling een gegeven. Dat maakt dat ook tan uit de Z-functie weggelaten kan worden. /

4 Zuilen Voor zuilen met op < verloopt de afleiding van de Z-functie vergelijkbaar al boventaand, uitgaande van de trend H /D = f op /. Dit levert al reultaat: Z = H T p. De invloed van de golfhoogte i du nu veel groter. Voor zuilen met op > i het een tuk gecompliceerder. De trend i dan al volgt: H /D = f / + op / => H D f / / op Hier lopen we tegen het probleem dat deze functie niet te vereenvoudigen i, en bovendien de waarde van f en tan nodig zijn om ermee te rekenen. Dat laatte kan opgelot worden al we on realieren dat de exacte waarde en exacte trend niet zo relevant i voor het vattellen van de maatgevende golfrandvoorwaarden. Daarom wordt voorgeteld om te rekenen met gemiddelde waarden. De waarde van f in figuur i nog wat aan de hoge kant (zie ook figuur ), en daarom wordt gekozen voor: f = en tan = /,. Daardoor wordt deze functie: H Z D,8/ 7 met: op = H /(,T p ) = golfteilheid (-) op Voorgeteld wordt om ook bij het bepalen of er prake i van op < of > te rekenen met tan = /,. Daardoor verandert het criterium in op > 0,0 (wa op < ) of op < 0,0. Reultaat Reumerend zijn de trend en Z-functie:. Zuilen Trend: H /D = max( f op / ; f -/ + op / ) Z-functie al op > 0,0: Z = H T p Z-functie al op < 0,0: Z = H / (,8 + /(7 op ) ). Blokken: Trend: H /D = F op -/ Z-functie: Z = H T p Invloed van hoek van golfaanval Naarmate de hoek van golfaanval groter i (meer afwijkt van loodrechte golfaanval), neemt de belating op de teenzetting af. Hiervoor i de volgende invloedfactor bepaald (Klein Breteler e.a., 00a): f = (co) / Met: = hoek van golfaanval (loodrecht invallend: = 0) ( o ) Al we deze factor meenemen in de trend en Z-functie krijgen we (-90 < < 90 o ):. Zuilen Trend: H /D = max( f op -/ ; + f -/ + op / ) (co) /

5 Z-functie al op > 0,0: Z = H T p (co) Z-functie al op < 0,0: Z = (co) / H / (,8+/(7 op ) ). Blokken: Trend: H /D = F op -/ (co) / Z-functie: Z = H T p co Eventueel kan voor co een minimumwaarde aangehouden worden, bijvoorbeeld 0,089, om te voorkomen dat trijkgolven helemaal niet meer meetellen. Dit komt overeen met zoal het geprogrammeerd i in Steentoet, maar heeft bij de electie van maatgevende golfconditie waarchijnlijk geen invloed. Afchuiving Voor het toeten op afchuiving moet met de nieuwe toetregel ondercheid gemaakt worden tuen dijken met een kleilaag en zonder kleilaag. Omdat in Zeeland er vrijwel alleen maar dijken zijn met een kleilaag, kan het electeren van de maatgevende golfconditie hierop gericht worden. De toetregel i al volgt: H /(D + b + b k ) < co Met: b k = dikte van de kleilaag (m) Met dezelfde ytematiek al in hoofdtuk kan hieruit een Z-functie afgeleid worden: Z = H Toeting al op > Al met boventaande Z-functie de maatgevende golfconditie worden bepaald, kan het toch zijn dat bij deze omtandigheden op >. Al het dan ook mogelijk i dat dezelfde golfhoogte kan optreden met een kleinere golfperiode, dan moet de toeting van een teenzetting met kleine leklengte (zuilen) met die kleinere golfperiode uitgevoerd worden. De tabiliteit i namelijk het kleint al op =. Golfconditie met grote op treden doorgaan op in de volgende gevallen:. Ondiep voorland, waardoor de golven breken voordat ze op de dijk komen.. Al door refractie en/of diffractie de golven terk bijdraaien richting de normaal op de dijk (zie figuur ) Brekende golven In het eerte geval gaat het om golven die in dieper water zijn opgewekt, en vervolgen in de buurt van de dijk in ondiep water komen. De golven gaan dan breken, wat voornamelijk een verlaging van de golfhoogte met zich meebrengt. De periode wordt doorgaan nauwelijk kleiner. De golfhoogte pat zich aan aan de waterdiepte, wat er vereenvoudigt ongeveer op neer komt dat de ignificante golfhoogte ongeveer de helft wordt van de waterdiepte. Bij een lagere windnelheid zal de golfhoogte en golfperiode op het diepe water wat kleiner zijn. Maar de lokale golfhoogte bij de dijk wordt bepaald door de lokale waterdiepte, en zal bij een gegeven watertand nog teed hetzelfde zijn. Bij de dijk i

6 daardoor bij een lagere windnelheid de golfhoogte gelijk, maar de golfperiode kleiner. Dat leidt ertoe dat op kleiner i. Deze redenatie gaat op zolang de golfhoogte op het diepe water zo groot i dat de golven breken in het ondiepe water. Refractie en diffractie Het tweede geval treedt bijvoorbeeld op al de golven op enige aftand van de dijk, waar de waterdiepte wat groter i, met een grote hoek naar de dijk lopen ( i bijvoorbeeld groter dan ongeveer o ). In de buurt van de dijk i de waterdiepte meetal kleiner. De golven hebben dan de neiging om van richting te veranderen, omdat ze de voorkeur hebben om zo loodrecht mogelijk op de dieptelijnen te lopen (refractie, zie figuur ). Daarom wordt in het traject richting de dijk de waarde van teed kleiner. Tegelijkertijd wordt ook de golfhoogte kleiner, terwijl de golfperiode ongeveer hetzelfde blijft. Daardoor zijn onder deze omtandigheden de golfhoogte vrij klein en de golfperiode vrij groot (t.o.v. golfhoogte), wat leidt tot een grote waarden van op. grote golven kleine golven diep water dijk dieptelijnen Figuur, Refractie van golven richting de dijk Bij verandering van de richting ten gevolge van diffractie pelen ongeveer dezelfde proceen, met vergelijkbaar reultaat. Al in dit geval de windnelheid wat kleiner i bij dezelfde watertand, zullen zowel de golfhoogte al periode in het diepe water kleiner worden. En hetzelfde gebeurt op het ondiepe water: zowel de golfhoogte al golfperiode nemen beide af. Het effect van refractie wordt dan weliwaar iet minder, maar het nettoreultaat i toch dat de waarde van op nauwelijk veranderd. Mogelijk dat de golven iet chever gaan invallen, maar door hier geen rekening mee te houden, rekent Steentoet conervatief (veilig). Een lagere windnelheid leidt du niet tot een verandering van op, zoal dat wel wa bij een ondiep voorland waar golven op breken. Concluie en implementatie in Steentoet Uit het boventaande blijkt dat alleen bij een ondiep voorland, waarop de golven breken, de golfperiode voor het toeten van de teenzetting verkleind moet worden.

7 Voorgeteld wordt om de verkleining van de golfperiode in Steentoet008 al volgt op te nemen, mit er prake i van een kleine leklengte, op > en bovendien de teenzetting niet geheel en al boven het toetpeil ligt. In Steentoet wordt tap voor tap de watertand verlaagd om te zoeken naar de maatgevende watertand, die de laagte tabiliteit van de te toeten teenzetting geeft. In dit proce zal bij elke watertand gecontroleerd moeten worden of op >. Al dat het geval i, dan moet ook een berekening uitgevoerd worden met een gereduceerde golfperiode zodat op =, en onttaat er du een tweede reek waarden van f gt. Voor beide wordt apart het minimum bepaald (laagte waarde van f gt ). Uiteindelijk wordt de watertand gekozen met laagte van deze twee minima. Al bij die watertand de laagte waarde wa berekend bij op = en bovendien f gt < (toetreultaat i geavanceerd of onvoldoende), dan volgt een waarchuwing. Het toetreultaat wordt gebaeerd op de berekening met op =. De waarchuwing luidt: Golfperiode verkleind tot op =. Controleer of dit terecht i.. In de handleiding kan dit nader toegelicht worden. In het werkblad Algemeen wordt een optie toegevoegd waarmee deze procedure kan worden uitgechakeld. Er wordt dan du gerekend met de werkelijk ingevoerde waarden van de golven. Referentie Kuijper, B. en M. Duit (00) WindWater00, techniche documentatie, verie.0 HKV, verlag PR9, november 00 Klein Breteler, M., C. Kuiper en A. Bezuijen (00a) Onderzoekprogramma Kennileemte Steenbekledingen Invloed cheve golfaanval op tabiliteit van teenzettingen WL Delft Hydraulic, verlag H0, maart 00 Klein Breteler, M., I. van de Werf en I. Wenneker (00b) Onderzoekprogramma Kennileemte Steenbekledingen Kwantificering golfbelating en invloed lange golven WL Delft Hydraulic, conceptverlag H, juni 00 7