verslag modelonderzoek

Transcriptie

1 C I :1 12 Z?-~ Belli U. H. NIP,.. Me."Wh M het afzinken van een waterdicht viies in een cunet voor rijksweg 27 bij Amelisweerd verslag modelonderzoek M 1361 september 1975

2 U / 33452

3

4 BIBLIOTHEEK Bouwdlcn,,t Rjjl,w2,ters pc _ taat Pourbus 2.M 352 LA Uuccht BIBLIOTHEEK BOUWDIENST RIJKSWATERSTAAT... het afzinken van een waterdicht vlies in een cunet voor rijksweg 27 bij Arnelisweerd verslag modelonderzoek M 1361 september 1975

5 Bomvdiciv,t Rijk--.vatersta-at Pogcbw; 2. INHOUD blz. I Inleiding 1.1 Opdracht Aard van het onderzoek Samenvatting van de resultaten Opzet modelonderzoek 2.1 Model en modelschalen Randvoorwaarden Metingen Uitvoering van de proef en resultaten Conclusies... 7

6 FIGUREN I Dwarsprofiel rijksweg 27 bij Amelisureerd 2 Waterdichte kunststoffolie 3 Plooiing van het vlies t.g.v. te weinig draagvermogen van drijver 4 41 Verplaatsingen van de drijvers t.g.v. zand storten (bovenaanzicht) FOTO'S I Overzicht van het model 2 Positie van de drijvers 3 Zijkant van het vlies 4 Positie van de drijvers 5 Plooien in het vlies 6 Situatie na. be~indigen van het storten van zand 7 Ligging vlies na het ontgraven van het zand 8 Ligging vlies na het ontgraven van het zand 9 Ligging vlies tussen drijver 13 en drijver 23 na het ontgraven van het zand

7 HET AFZINKEN VAN EEN WATERDICHT VLIES IN EEN CUNET VOOR RIJKSWEG 27 BIJ AMELISWEERD I Inleiding 1.1 Opdracht Door de Rijkswaterstaat, Directie Sluizen en Stuwen is mondeling opdracht aan het Waterloopkundig Laboratorium gegeven tot het uitvoeren van een modelonderzoek om de invloed na te gaan van de wijze en de snelheid van het storten van zand op de uiteindelijke ligging van een bij Amelisweerd af te zinken vlies en de waterbeweging rond het vlies tijdens het afzinken. De proef is in mei 1975 in het Laboratorium De Voorst uitgevoerd. Het onderzoek stond onder leiding van ir. J.H. de Reus, die tevens dit verslag samenstelde. 1.2 Aard van het onderzoek Een gedeelte van de aan te leggen Rijksweg 27 tussen Lunetten en Rijnsweerd zal bij Amelisweerd over een afstand van circa 1,5 km in een ingraving worden aangelegd. De bovenkant van de weg komt onder de grondwaterstand van het te doorsnijden gebied te liggen (figuur 1). Daar in het betreffende gebied in de grondslag geen waterafsluitende lagen onder de bovenkant van de toekomstige weg aanwezig zijn, voorziet het ontwerp in het aanbrengen van een waterdichte kunststoffolie onder de weg. Dit waterdichte vlies wordt in een cunet aangebracht. Het doel van de proef is: het nagaan van de gedragingen van het vlies tijdens het storten van zand en wat in afgezonken toestand de uiteindelijke ligging van het vlies zal zijn. In januari 1975 zijn in het Laboratorium De Voorst in een,8 m brede goot drie ori~nterende proeven gedaan. De resultaten van die proeven zijn samengevat in de nota "Proef vlies in Waterloopkundig Laboratorium dd " van de Rijkswaterstaat, Directie Sluizen en Stuwen. In deze nota worden de volgende drie proeven beschreven: I tijdens het afzinken van het vlies zijn de drijvers, net voor het

8 -2- onder water gaan, verwijderd. 2 de drij*vers zijn mee afgezonken, waarbij direct achter de nog boven water zijnde drijvers zand is gestort. 3 als 2, doch met zand storten op enige afstand van de nog drijvende drijvers. De afmetingen van de af te zinken gedeelten van bet vlies zijn circa 4 15 m 2 (4 m in de lengterichting van de weg). De behoefte werd gevoeld om in het Laboratorium een bredere strook af te zinken dan bij de ori~nterende proeven. Aan de hand van de resultaten van bet in januari 1975 uitgevoerde ori~nterende onderzoek is nu gekozen voor een proef op grotere schaal overeenkomstig de hierboven genoemde proef SamenvattinR van de resultaten De drijvers werden gevormd door stroken kunststoffolie die op bet vlies van hetzelfde materiaal waren gelast (zie figuur 2). De drijvers waren gevuld met lucht. Doordat niet alle drijvers luchtdicht waren, zijn tijdens bet afzinken plooien in bet vlies ontstaan (zie hoofdstuk 3). Om het vlies in een harmonica vorm te laten drijven, moet het vlies tussen de drijvers worden geballast. Deze ballast, bestaand uit loskorrelig materiaal (b.v. zand) kan bij een ongelijkmatige verdeling naar 66n punt vloeien. Het gevolg kan zijn dat ter plaatse van dat punt bet draagvermogen van de aangrenzende drijvers wordt overschreden, en het vlies op de bodem komt te rusten. Daardoor kunnen plooien in bet vlies ontstaan. Dit verschijnsel heeft zich in bet model voorgedaan. Bij het ballasten van het vlies tussen de drijvers met water nam het vlies ook een harmonica vorm. aan; alleen de afstand tussen de drijvers bleef groter dan bij het ballasten met zand. Het storten van zand dient vanuit het midden van de af te zinken strook naar de zijkanten te geschieden.

9 -3- Een controle is het gelijkmatig, evenwijdig en recht onder water gaan van de drijvers. Het storten van het zand met dikten van circa,35 m en,18 m leidde niet tot verschillen in de uiteindelijke ligging van het vlies. Tijdens het afzinken is door onvoldoende draagvermogen van drijver 4 plooivorming opgetreden. Besloten is het vlies tussen de drijvers 12 en 13 door te snijden en het gedeelte van drijver 13 tot en met 23 onafhankelijk van het andere deel af te zinken. De ligging van het vlies is gecontroleerd door het zand voorzichtig weg te graven. In het gedeelte van drijver I tot en met 12 zijn plooien ontstaan. Het gedeelte van drijver 13 tot en met 23 lag vlak op de bodem. 2 Opzet modelonderzoek 2.1 Model en modelschalen Het onderzoek is uitgevoerd in een golfbak in de Oosterscheldehal van het Laboratorium De Voorst. De afmetingen van de bak zijn m 2 (zie foto 1). De maimale waterdiepte is,85 m. In de bak is van grind een talud I : 3, overeenkomstig de taludhelling van het cunet, aangebracht. Het vlies is gefabriceerd uit P.V.C. folie met een dikte van,25 mm (zie figuur 2). Er is gekozen voor een dunner vlies dan in het prototype (,8 mm dik), om mogelijke invloeden van een te grote stijfheid van het materiaal in het model te vermijden. De afstand hart op hart van de drijvers is zodanig bepaald dat als een drijver de bodem raakt de volgende drijver juist onder water verdwijnt. Met andere woorden de afstand tussen de drijvers is iets kleiner dan de waterdiepte. Het vlies komt op het diepste punt van het cunet op N.A.P. - 13,25 m te liggen. Bij een grondwaterstand van N.A.P. + I m is de waterdiepte (d p ) 14,25 m (zie figuur 1). De maimale waterdiepte in het model (d m ) is,85 m. De verhouding tussen de waterdiepten is:

10 -4- d p 14,25 _ ,8. d m,85 De stroken vlies die in het prototype zullen worden afgezonken, hebben een oppervlakte van circa 4 14 m 2 (4 m in de lengterichting van de weg). De afmetingen van het vlies in het model zijn 1 18,5 m 2 (1 m in de lengterichting van de weg). De verhouding tussen de lengten is I p m 4. Uit het bovenstaande blijkt dat er geen 66nduidige gelijkvormigheid bestaat tussen het model en het prototype. Het model is geen eact schaalmodel, maar indicatief. 2.2 Randvoorwaarden De proef wordt op dezelfde wijze uitgevoerd als proef 3 van de oriunterende proeven die in januari plaatsvonden. Deze proef 3 wordt beschreven in de nota "Proef vlies in Waterloopkundig Laboratorium, d.d ". In die proef wordt het zand op enige afstand achter de nog drijvende drijvers gestort. Door deze manier van storten bouwt het zand een talud op dat het vlies gelijkmatig tegen de bodem drukt. 2.3 Metingen Het doel van de proef is het nagaan wat, in afgezonken toestand, de ligging van het vlies op de bodem zal zijn. Als de plaats en de richting van de drijvers na het afzinken gemarkeerd zijn, is de gehele positie van het vlies bekend. V66r het afzinken zijn daarom aan elke drijver 4, met helium gevulde,ballonnen bevestigd (zie figuur 2-en foto 1). Het programma van het storten van het zand is tijdens de proef aan de hand van de gedragingen van het vlies in nauw overleg bepaald met ing. A.G. Verheul van Rijkswaterstaat, Directie Sluizen en Stuwen.

11 -5-3 Uitvoering van de proef en resultaten Het vlies is in de droge bak uitgespreid. Daarna zijn de drijvers opgepompt en de ballonnen met gas gevuld en aan de drijvers bevestigd (zie foto 1).Na het vullen van de bak met water tot een waterdiepte van,85 m, is de rand van het vlies met stenen en zand langs de waterlijn op het talud vastgelegd. Het vlies lag geheel vlak op het wateroppervlak. Om het vlies een harmonica vorm. te geven, is tussen de eerste negen drijvers gelijkmatig over de breedte verdeeld, wat zand gestort. Op het resterende deel van het vlies is water gespoten. Door het ballasten met zand liggen de drijvers dichter tegen elkaar aan dan door het ballasten met water (zie foto 2). Foto 2 is genomen nadat de drijvers I en 2 reeds op de bodem lagen. Op deze foto is te zien dat drijver 4 aan 66n zijde (boven op de foto) reeds onder water is verdwenen. Door lekkage was het draagvermogen van deze drijver minder dan dat van de aangrenzende drijvers. Daardoor is het zand naar het diepste punt gevloeid. Drijver 4 kwam toen aan &&n einde op de bodem te liggen. Foto 2 toont ook dat drijver 7 in het midden gedeeltelijk onder water ligt. De methode van het aanbrengen van het zand is tijdens de proef gevarigerd. In het begin is zand met kruiwagens gelijkmatig over de breedte verdeeld op een beweegbare brug gebracht. Daarna werd het zand van de brug in het water geschoven. De hoeveelheid was circa 24 liter losgepakt zand, gelijkmatig over de breedte van 66n strook verdeeld. De plaats van het storten was circa,5 m achter het verticaal hangende deel van het vlies. Foto 3 toont de zijkant van het vlies. Na het onder water gaan van drijver 5 is de hoeveelheid opgevoerd tot circa 4 liter losgepakt zand. Zoals hierboven reeds is genoemd, steunde het ene uiteinde van drijver 4 op de bodem. Later is geconstateerd dat dit de aanzet is geweest tot een plooi in het vlies. Figuur 3 geef t schel~---~,l T'i E i,~ ~~Tu cc~-, - n de f~~ s cn us gebeurd. Na het onder water gaan van drijver 6 is het zand puntsgewijs gedeponeerd. In de lengterichting van het vlies werd om de,5 m circa 35 liter losgepakt zand gestort. De reeds op foto 2 getoonde krommingen in de drijvers namen

12 CM nog verder toe (zie foto 4). Na het zinken van drijver 1 is gestopt met het toevoegen van zand. Het water is uit de bak gepompt. Nadat het vlies tussen de drijvers 12 en 13 is doorgesneden,is foto 5 genomen. Deze foto laat zien hoe het vlies er toen bij lag. Op twee plaatsen steken drijvers geknikt boven het zand uit. Het losgesneden stuk viies (drijvers 13 tot en met 23) is in den droge langs de rand (drijver 13) op de vlakke bodem van de bak vastgelegd met zand. Na het vullen met water (waterdiepte,85 m) lag drijver 14 juist onder de waterspiegel. Ook nu werd vanaf de brug steeds in 2 puntenhart op hart,5 mcirca 35 liter losgepakt zand gestort. Na het aanbrengen van circa 7 liter zand werd de brug,15 m opgeschoven. Dit tempo is gehandhaafd totdat drijver 18 onder de waterspiegel verdween. Daarna is de afstand waarmee de brug steeds opschoof vergroot tot,3 m. Dit tempo is gehandhaafd totdat drijver 21 gelijkmatig en recht onder water ging. Het verschil in stortafstand is terug te vinden in de dikte van de gestorte laag zand. Deze dikte was bij een opschuifafstand van.15 m circa,35 m en bij een opschuifafstand van,3 m circa,18 m. Tijdens het storten van het zand zijn de bewegingen van het nog drijvende deel van het vlies waargenomen. Figuur 4 geeft,in 4 opeenvolgende fasen, schematisch deze bewegingen weer. De drijvers 14 en volgende zijn steeds recht en gelijkmatig onder het water verdwenen. Te verwachten was dat dit gedeelte van het vlies ook vlak op de bodem zou liggen. Foto 6 laat zien dat drijver 2 (half onder het zand) er keurig recht en vlak bij ligt. Om de uiteindelijke ligging van het vlies te bestuderen is het zand voorzichtig weggegraven. Er zijn nu twee gedeelten te onderscheiden. - het stuk vlies van drijver I tot en met drijver 12 - het gedeelte van drijver 13 tot en met drijver 23 Zoals uit de foto's 4 en 5 reeds blijkt, zijn er in het eerste deel plooien te verwachten. De foto's 7 en 8 tonen dat ook duidelijk. De plooi is ontstaan

13 -7- doordat drijver 4 aan 66n kant op de bodem lag en tijdens het vooruitdrijven van het vlies onder drijver 3 is gekomen (zie figuur 3). In het tweede gedeelte (drijvers 13 tot en met 23) waren geen plooien te verwachten. Foto 9 toont een vlak vlies. Het bassin is 11 m breed en het vlies slechts 1 m. De overblijvende ruimte is aan beide zijden gelijk (,5 m). Door het niet aansluiten van het vlies tegen de rand komt langs de zijkanten ook zand onder het vlies. Dit is een randeffect. De dikte van deze laag aan de rand bedraagt circa,1 m en neemt naar het midden toe snel af. 4 Conclusies I De drijvers dienen voldoende stijfheid in langsrichting te hebben om plooivorming tegen te gaan. Bij gebruikmaking van met lucht gevulde drijvers dienen deze in verschillende compartimenten te worden verdeeld. 2 Voor het in een harmonica vorm. brengen van het vlies is een loskorrelig materiaal minder geschikt. Gedacht kan bijvoorbeeld worden aan betonstaven, loodband of zandworst. 3 Bij het storten van het zand dient de volgorde van werken te zijn: in het midden beginnen en van daaruit naar de zijkanten. 4 Een controle op het werk is, is het gelijkmatig, recht en evenwijdig ondergaan van de drijvers. 5 Onvoldoende draagvermogen van drijvers (door lekkage) heeft plooivorming tot gevolg.

14 CO m > Fri ' v Gr) 7r, c z M m 32,75 13, 26,6 U m ;a C) (Z m.v. + 2, r- ;K > U) ~ = rm77r= = > G) T. bovenkant weg -4,25 i grondwaterspiegel +1, ibloag bernalen N) X I-j c overwegend zand tot -6, SO zand N.A.P waterafsluitend vlies -13,25 72,35 w (n DWARSPROFIEL RIJKSWEG 27 BIJ AMELISWEERD ) a: > -n hoogten in m t.o.v. N.A.P maten in m

15 hartlijnen drijvers vlies vlies l 1, 18,5 m 2 dik,25 mm 1 harthinen dri clik,25mm z - drijver nr 1 X-- 2 X-3 X X X 6 X-- 7 X X X X X X 14 X (::pl~ 4 benodigde lasbreadte /> X-- X-- d rij ver - st rook 1,,1 + 2 I a sbreed te m" d i k. 25 mm -e 7- opgeplakte strook clik,25mm -T 1 LO tigingspunten voor draden 4 per drijver) CT ventie I X X- 19 DETAIL A ZI JAANZICHT 21 Schaal 1 ~ 1 _9,2_ 2 X X ventiel bevestigings punt voor een dracid 4 22 X X 23 X P.5 3, 3, ble 3, C3 5 ( C) 1, BOVENAANZICHT op drilver gepiakt Schaal 1:1 C"I matan in m A WATERDICHTE KUNSTSTOFFOLIE WATERILOOPIKUNDIG LABORATORIUM SCHALEN 1. 1, 1'. 1 en be 1'1 M FIG. 2 ves t i g i n g sp un t draad, strook,2,6 M' schaa 1 1, 1

16 drijver---p A- -A la ~&,_ ~,& f1wil, ]AM I zand 4 zondstortploots E 4,85 zandstortplaats 5 6 E,85 2 z andstortploats E 2.85 dit zou de juiste positic van de drijvers zijn PLOOIING VAN HET VUES T.G.V. TE WEINIG DRAAGVERMOGEN VAN DRUVER 4 WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM M FFIG. 3

17 hartlijn2n drijvers nog of te zinken deel van het vlies vlies reed5 afgazon ken I, wand bak L-V zondgastort broadte vlies 1 m -f wand "--~z,,d~ g.storl breadte bak 11 m ",~\ 2andgestort VERPLAATSINGEN VAN DE DRUVERS T.G.V. ZAND STORTEN ( BOVENAANZICHT) I WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM I M FIG. 4 1

18 oil, NJ 5 IL 7: "-- -,-% :F,- I Overzicht van het model

19 ~A-19~ 2 Positie van de drijvers

20 13 a 4 Positie van de drijvers

21 Vi ,~ ',Tor 4 4, A oil 6 Situatie na be~indigen van het storten van zand -OV T%l Al

22 Ligging vlies na het ontgraven van het zand 8 M '~ AA.5 9 Ligging vlies tussen drijver 13 en drijver 23 na het ontgraven van het zand

23

24 waterloopkundig laboratorium postbus. 177 delft