GOLVEN M.B.T. EROSIE BIJ BETONBLOKKEN

Transcriptie

1 9.6 BIBLIOTHEEK Dienst Woq- en Waterbouwkunde van der Burghwag Postbus 5044, 2ZCJ GA Delft Jel GOLVEN M.B.T. EROSIE BIJ BETONBLOKKEN OP KLEI J.G.A. VAN MARLE 296

2

3 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat notitie DDWT-84.3OS 2 2 JAN aan: van: datum: onderwerp: ing. R.J. Termaat J.G.A. van Marie 20 februari 1984 Golven m.b.t. erosie bij betonblokken op klei BIBLIOTHEEK Dienst Weg- en Wstcrbouwkimde Van der Burghweg Postbus 5044, 2600 GA Delft Tel Inleiding Volgens de vigerende plannen wordt het talud van de Oesterdam voor een deel, het gedeelte in de golfzone, uitgevoerd in betonblokken op klei. Een van de vele aandachtspunten m.b.t. de stabiliteit van de betonblokken op klei is de mogelijke erosie van klei via de naden tussen de blokken. Als deze erosie ernstige vormen aanneemt gaat namelijk de kleefkracht tussen blokken en klei verloren. Bij de dimensionering van de betonblokken (gewicht) wordt echter wel rekening gehouden met kleefkracht omdat de blokken dan lichter uitgevoerd kunnen worden (geringe hoogte). Dit is financieel aantrekkelijk en in de uitvoering zijn de blokken makkelijker te zetten. In deze notitie wordt het mogelijke verloop van de golfhoogten ter plaatse van de Oesterdam gepresenteerd onder de ontwerp omstandigheden namelijk een super storm met een gemiddelde overschrijdingsfrequentie van 1/4000 keer per jaar. Vervolgens zal nagegaan worden onder welke golfaanval de bestaande zeedijk ten westen van Breskens in Zeeuws-Vlaanderen bloot gestaan heeft sinds deze is uitgevoerd met betonblokken op klei (bijlage 1).

4

5 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat behoort bij: n o t l t l e N R DDWT bladnr: 2. Golven Oesterdam tijdens ontwerpomstandigheden Het verloop van de golfhoogten wordt bepaald met behulp van de windsnelheid - golfhoogte relaties als functie van de waterstand en windrichting uit nota DDWT : "Golfrandvoorwaarden voor de Oesterdam". Als randvoorwaarden zijn daarvoor nodig: a) het verloop van de windsnelheid en windrichting b) het verloop van de waterstand Het verloop van de waterstand Voor het verloop van de waterstand t.p.v. de Oesterdam is uitgegaan van een storm met een overschrijdingsfrequentie van 1/4000 keer per jaar zoals gepresenteerd in het koncept interimrapport: "Klei onder steenzettingen voor Oesterdam en Philipsdam" van de werkgroep klei (juli '83, deel I, blz.6.). Dit verloop is in onderstaande fig. 1 weergegeven. fig.1: geschematiseerd waterstandsverloop bij afsluiten Oosterscheldebekken.

6

7 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat behoort bij: notitie nr. DDWT bladnr: -3- Het verloop van de windrichting en windsnelheid Voor de benodigde windgegevens is geadviseerd door de Staf wetenschappelijke analyse van de DIV ( ir. W.F. Volker). Het advies is voor een groot deel gefundeerd op het rapport R1524 van het Waterloopkundig Laboratorium. In het rapport wordt o.a. een onderzoek naar het verloop van stormen tussen westen noordelijke richting gepresenteerd. Het onderzoek is gedaan aan windgegevens welke over een tijdsbestek van circa 30 jaar te Den Helder zijn verzameld. Er wordt een onderscheid gemaakt in een drietal typen stormen, welke schematised op bijlage 2 zijn weergegeven. Het type c komt echter relatief weinig voor. Bovendien is de toename van de windsnelheid (gemiddeld 10,95 m/sec per uur) zo groot dat het tijdstip van de maximale opzet van het water, die de nodige tijd vergt, ruim na de maximale windsnelheden en maximale golfhoogten valt. Tevens is de windsnelheid boven een bepaald niveau minder langdurig dan bij de andere typen. Daarom worden de beide andere typen (a en b) maatgevend gesteld. De gemiddelde toename respectievelijk de gemiddelde afname van de windsnelheid 1 ) voor een storm oplopend tot ca. 35 m/sec is voor het type a 3,7 5 en 2,5 m/sec per uur en voor type b 1,875 en 2 m/sec per uur. De standaardafwi jkingen in toe- en afname van de wind is echter aanzienlijk, namelijk in dezelfde orde van grootte als de gemiddelden zelf. Bij het type a is verder aangenomen dat de wind circa 1 uur lang een nagenoeg dezelfde maximale windsnelheid bedraagd. Deze bedraagt volgens het advies van ir. W.F. Volker 36 m/sec. Om de windsnelheid echter in overeenstemming te laten zijn met reeds eerder toegepaste windsnelheden is in dit onderzoek 35 m/sec aangehouden. Voor het type b is een maximale nagenoeg constante snelheid gedurende circa 2 uur lang aanwezig. Deze windsnelheid is circa 33,5 m/sec. De windverlopen zijn gepresenteerd in bijlage 3. Als minimale windsnelheid die gedurende de storm optreedt wordt 18 m/sec aangehouden. ) Windsnelheden als 10-min. gemiddelden in m/sec.

8

9 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat behoort bij: bladnr: notitie -4_ nr. DDWT Voor het bepalen van de golfhoogten is ervan uitgegaan dat het verloop van de windrichting tijdens storm in de sector gelegen is waarbij de strijklengten maximaal zijn (rondom 300"). Het verloop van de golfhoogte is eveneens in bijlage 3 gepresenteerd. De gemiddelde periode is 3,5 a 4 seconde. 3. Golfhoogten bestaande zeedijk Zeeuws-Vlaanderen. Om een indruk van de golven (welke golfhoogten en bij welke waterstanden) te krijgen is gebruik gemaakt van door Studiedienst Vlissingen verzamelde meetgegevens. Deze meetgegevens zijn geregistreerd op een lokatie die op bijlage 1 aangeduid is met ($) 28. Het betreffende dijkvak ligt echter meer zuidwest hiervan (bijlage 1). De gemeten golven zijn echter niet zonder meer toepasbaar voor het dijkvak. Voordat de golven de teen van het dijktalud bereiken zijn ze onderhevig geweest aan fysische processen waarvan het breken van de golven maatgevend is voor de uiteindelijke golfhoogte. Het breken van de golven wordt veroorzaakt door het voorliggende strand en door de aanwezige hoog gelegen str andhoofden. Voor het breken van de golven door het oplopende strand wordt uitgegaan van de relatie (H s / d b ) max = Y H g de significante golfhoogte djj = de brekerdiepte Y = de brekerindex (= 0,5 a 0,6 bij helling 1:50) Voor de berekening van de golfhoogte t.p.v. het talud wordt uitgegaan van de onderstaande schematisatie (fig. 2). fig. 2 : Schematisatie standprofiel

10

11 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat behoort bij: notitie nr. DDWT bladnr: Aangenomen is dat de diepte t.p.v. de doorsnijding van strand- en dijktalud de maatgevende brekerdiepte is voor de golven op het talud. De strandhelling is bepaald m.b.v. metingen in de raaien 6.19, 6.38 en 6.63, evenals de hoogteligging (bijlage 4). De metingen zijn echter verricht vlak na het stormseizoen. Voor de golfhoogteberekening is echter de strandligging ten tijde van de stormen maatgevend, doch deze is niet bekend. Daarom is aangenomen dat de hoogteligging t.p.v. de teen tijdens de storm o,5 m lager is. De golven kunnen ook breken op de standhoofden. De strandhoofden hebben een orientatie noord-zuid. De golven hebben tijdens stormen ter plaatse een golfvoortplantingsrichting van ongeveer west tot noordwest, een en ander afhankelijk van de windrichting. De golven lopen over de strandhoofden heen en zullen breken indien de golven relatief hoog zijn in relatie tot de waterdiepte boven de hoofden. Voor een schatting van de overblijvende golfhoogte na breken op de strandhoofden is uitgegaan van de formule voor een vertikaal schot en ondiep water volgens Fuchs: Ht/Hi = 1/1-h/d s = H t doorgaande golf (m) H^ = invallende golf (m) h = waterdiepte (m) d g = hoogte kruin t.o.v. de bodem ter plaatse (m) Tevens is uitgegaan van de eveneens in Shore Protection Manuel deel II, gepresenteerde figuren 7-33 t/m Hieruit blijkt dat de golven die het talud bereiken direct westwaarts van de strandhoofden over circa 100 m dijklengte nog zo hoog zijn dat het brekerkriterium t.p.v. de teen van de constructie maatgevend is. «

12

13 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat behoort bij: bladnr: -6 notitie nr. DDWT Uitgaande van de schematisatie van figuur 1 en het daarboven gepresenteerde brekerkriterium volgen onderstaande maximale te bereiken golfhoogten: golfhoogte H,5_in m waterstand t.o.v. NAP in m raai 6.38 raai 6.63 raai ,00 0,85 a 1,00 1,00 a 1,20 1,20 a 1,45 + 3,50 1,10 a 1,30 1,25 a 1,50 1,45 a 1,75 + 4,00 1,35 a 1,60 1,50 a 1,80 1,70 a 2,05 Vervolgens wordt ervan uitgegaan dat waterstanden boven N.A.P. + 3m veroorzaakt worden door stormen die golven veroorzaken die bij het naderen van de kust hoger zijn dan de maximale golfhoogten van bovenstaande tabel. Dit uitgangspunt is geverificeerd aan de eerder genoemde metingen. Bij waterstanden hoger dan N.A.P. + 3 m is dus de waterstand in verband met het brekerkriterium maatgevend voor de golfhoogte. M.b.v. een overschrijdingsfrequentielijn van waterstanden te Vlietepolder en rekening houdend met het verschil in gemiddeld hoogwater "tussen Vlietepolder en het onderhavige kustvak (circa 0,4 m) i s de volgende overschrijding van waterstand i n de afgelopen 30 jaar (het tijdvak dat de dijk uitgevoerd met betonblokken is) bepaald: - N.A.P. +3 m is 70 uur overschreden - N.A.P. + 3,5m is 10 uur " - N.A.P. + 4,0m is 2 uur " Dit leidt tot de volgende resultaten in onderstaande tabel:

14

15 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat behoort bi): bladrtr: notitie _7_ nr - DDWT waterstand t.o.v. golfhoogte H^fm overschrijding N.A.P. (m) raai 6.38 raai 6.63 raai 6.19 in 30 jaar (uur) + 3,00 0,85 a 1,00 1,00 a 1,20 1,20 a 1, ,50 1,10 a 1,30 1,25 a 1,50 1,45 a 1, ,00 1,35 a 1,60 1,50 a 1,80 1,70 a 2,05 2 De gemiddelde golfperiode ligt tussen 4 en 6 seconden. 4. Conclusies en aanbevelingen Het verloop van de golfhoogten t.p.v. de Oesterdam tijdens een storm met een gemiddelde overschrijdingsfrequentie van 1/4000 keer per jaar is o.a. afhankelijk van het verloop van de windsnelheden tijdens de storm. Het verloop van een storm wordt gekarakteriseerd door een maximale windsnelheid gedurende een aantal uur en een toename van de windsnelheid voor het maximum en een afname daarna. In de notitie is een tweetal maatgevende type stormen gepresenteerd waarbij is uitgegaan van een gemiddelde toename en afname van de windsnelheid (m/sec per uur). Echter deze toe- en afname hebben een standaardafwijking in dezelfde orde van grootte als de gemiddelde. Hieruit volgt dat vele mogelijkheden van windsnelheidsverlopen tijdens een storm met een gemiddelde overschrijdingsfrequentie van 1/4000 keer per jaar mogelijk zijn. Welke van deze maatgevend is voor betonblokken op klei hangt af van de erosie van klei in relatie tot de golven, namelijk een kortstondige hoge golfbelasting of een meer langdurige iets minder hoge golfbelasting (zie principe schets). T'JDAS fig.2: principe schets mogelijk verloop van golfhoogten

16

17 ministerie van verkeer en waterstaat rijkswaterstaat behoort bij: notitie nr. DDWT bladnr: -8- Aanbevolen wordt om, nadat aan de hand van proeven meer inzicht in de erosieprocessen verkregen is, m.b.v. dit inzicht het maatgevende verloop van de golfhoogten tijdens de "1/4000 storm" te bepalen. Voor de bestaande zeedijk, uitgevoerd in betonblokken op klei, te Zeeuws- Vlaanderen (bijlage 1) is een schatting gemaakt van de golfhoogten die de dijk in de laatste 30 jaar, namelijk dat de betonblokken aanwezig zijn, bereikt hebben. De golfhoogten zijn tijdens stormen t.g.v. de fysische begrenzing, breken, afhankelijk van de hoogte van de strandligging. Deze is tijdens storm echter niet bekend. Aangenomen is dat de strandhoogte t.p.v. de teen tijdens storm circa o,5 m lager ligt dan tijdens de strand.metingen. De golfhoogten, de bijbehorende waterstanden en overschrijding in uren gedurende 30 jaar zijn gepresenteerd op biz. 7. Indien de golfklappen maatgevend zijn voor de kleierosie moet er, bij onderzoek in het veld, rekening mee gehouden worden dat de brekende golf het talud op een niveau van ongeveer /3 a van de golfhoogte beneden stilwaterniveau treft.

18

19 * 0 H.K. Domburg H.K. S«roosk«rk«L t Weitkopellt W A L C H E R E N >w>. H.K. Zoutclande 7>- MIDDELBURG ONDERHAVIGE D UK VAK + Z E E U W S - V L A A N D E R E N X + + ijkswaterstaat leltadienst - hoofdafdeling waterloopkunde SITUATIE DUKVAK ZEEUWS-VLAANDEREN km getekend accoord projectcode : K7906C00 notitie DDWT bijlage 1 din A 4. nr. 84 W.040

20

21 TYPE a TYPE b TYPE C WINDSNELHEID t WINDSNELHEID ' WINDSNELHEID 1 WINDRICHTING WINDRICHTING WINDRICHTING WINDSNELHEID HEEFT DUIDELUKE PIEK MAX. WIND HOUDT ENIGE UREN AAN GEDURENDE ZEER STEILE VOORFLANK WINDRICHTING RUIMT VRU WINDRICHTING RUIMT ZEER WINDRICHTING KRIMPT SNEL EN BL'JFT CONSTANT DAARNA GELEIOELUK VANUIT NOORD jkswaterstaat jltadienst - hoofdafdeling waterloopkunde OVERZICHT STORMTYPEN ( ONTLEEND AAN WL-RAPPORT R 1524 ) getekend accoord projectcode : K790SC00 notitie DDWT bijlage 2 din A 4 nr. 84.W041

22

23 H s [m] wsn [m/scc] T'JD [uur] s [m] wsn [m/scc] I > \ WINDSNELHEID (TYPE b) \ T'JD [uur] ijkswaterstaat eltadienst - hoofdafdeling waterloopkunde getekend accoord projectcode : K7906C00 EMIDDELDE WINDSNELHEIDSVERLOOP VOOR TYPE STORM notitie DDWT bijlage 3 EN b MET EEN GEMIDDELDE OVERSCHR'JDINGSFREQUENTIE ^N 1/4000 PER JAAR. din A 4. nr. 84 W.042

24 < Vi t * > i

25 i r». ' * - cn CD < LX. /["JP] ZZ< 9NI13W 4 H o- [uup] <Zl. 9NI13W IV.-..f*-- <5

26