Dikes and Flood Risk Research Symposium Programma Welkomstwoord (Prof. Bert Geerken) P01 Overzicht gezamenlijke onderzoeksagenda TU Delft - STOWA (Joost Buntsma) P02 Begroeide voorlanden in waterveiligheid (Vincent Vuik) P03 Leendert de Boerspolder: presentation of results 1 2 (Cristina Jommi) P04 Bres-initiatie en bresgroei door overloop en overslag (Myron van Damme) P05 Risico-benadering regionale waterkeringen (Kasper Lendering) P06 Analyse van historische dijkdoorbraken (Job Kool) P07 Earth observations technology and levee failure (Ece Ozer) P08 Windmolens nabij waterkeringen (Paul Holscher) P09 Reliable Dikes (Michael Hicks) 1
Wind turbine op een waterkering is dat nou een goed idee? beeld vanuit de geotechniek! Paul Hölscher Matthijs Kok 3 Waarom op een waterkering? dicht bij open water bouwen op land één landeigenaar goed bereikbaar de eerste meters gratis helpt bij groene taakstelling helpt bij taakstelling windenergie levert geld op landschappelijk wenselijk 4 2
Waarom niet op een waterkering? risico waterveiligheid kosten beheer hoger hinder recreatieve functie schade aan natuurwaarden hinder voor omwonenden 5 Geotechnische aspecten ivm waterveiligheid Welke belasting geeft een wind turbine Hoe groot zijn die belastingen Wat is de invloed van de fundering Welke faalmechanismes worden beïnvloed Wat is de invloed op piping Wat is de invloed op verdichting 6 3
Hoe groot? 120 m 10 m 20 m 20 m 7 Welke krachten op een fundering? stationaire (gemiddelde) kracht variabele (wisselende) kracht vlagen / ruimtelijk zwaaien mast draaien wieken 8 4
Krachten tijdens exploitatie windsnelheid [v m/s]: - laag (0 < v < 3) stilstand - gemiddeld (3 < v < 12) maximalisatie opbrengst - hoog (12 < v < 25) beperking risico - extreem (v > 25) uitgeschakeld windsnelheid [m/s] 9 Buigend momenten horizontale kracht 10 5
Belastingen stationaire en variabele component lichte toename met de windsnelheid piek bij superstorm 11 Trillingen in de bodem meten 12 6
Trillingen in de bodem 13 Verticale trillingen in de grond fundering vlak naast fundering x = 1.6*R f x = 2.3*R f x = 3.3*R f 14 7
Horizontale trillingen fundering x = 1.6*R f x = 2.3*R f 15 Conclusie metingen Meting in tijdsdomein versnelling 0.08 m/s 2 snelheid 4 mm/s frequenties nabij fundering 0.2-8 Hz verder weg 2-8 Hz Extrapolatie storm in tijdsdomein versnelling 0.16-0.2 m/s2 snelheid 8-10 mm/s frequenties nabij fundering 0.2-8 Hz verder weg 2-8 Hz 16 8
Invloed fundering benadering gedrag fundering stijfheid paalfundering paal-grond-paal interactie twee berekeningen 1) zonder massa funderingsplaat 2) met massa funderingsplaat frequentie [Hz] zie verder: Geotechniek oktober 2016 17 Faalmechanismes een faalmechanisme één (of meer) initiaties gevolgen (evt. condities) eindsituatie: systeem faalt 18 9
Belangrijkste gevolgen voor dijken 19 Aanpak vijf aspecten het funderingsblok de funderingspalen de gemiddelde windbelasting de variabele windbelasting de golfbelasting negen faalmechanismes drie componenten externe krachten (bv buigend moment uit wind turbine) interne krachten (bv traagheidskracht door trilling) reductie sterkte van dijk (bv wateroverspanning) 20 10
Beoordeling faalmechanismes 21 Hoe dit uit te werken? Geen vuistregels Echte som bv: eindige elementen bv. Plaxis, Abacus Toevoegen: Extreme belasting uit wind turbine fundering Standaard controles Rekening houden met faalkansen Mijn idee: Leidt tot enkele procenten hogere eisen 22 11
Voorbeelden van invloed steenzetting extra trekkracht lagere normaal spanning in interface lagere wrijving met buurstenen grotere kans op schade 23 Voorbeelden van invloed stabiliteit versnelling gemeten orde 0.08 m/s 2 geëxtrapoleerd naar storm orde 0.2 m/s 2 karakteristieke waarde bv 0.5 m/s 2 traagheidskracht is dan 5% van het gewicht van de grond dit is op te lossen (of eis een 5% hogere veiligheidsfactor) 24 12
Twee aspecten blijven over piping verdichting dichtbij de fundering slecht zichtbaar beïnvloed door fundering lastig oplosbaar 25 Piping Vooraf: 0 initiatie de scheur / spleet ontstaat stationaire kracht variabele kracht lange termijn 26 13
Deelmodellen 0 Initiatie: trekkracht geeft grotere opening schudden helpt niet 1 Verticaal transport: trekkracht opent scheur (positief!?) drukkracht doet tegenovergestelde 2 Oppervlakte erosie: schudden helpt niet 3 Stationair transport: trekkracht opent kanaal, pompwerking? 4 Voeding: trekkracht schudden vergroten de voeding Wind turbine vergroot risico op piping 27 Verdichting wind turbine: 20 miljoen cycli (variabele grootte en richting) lab proeven: cyclische triaxiaal proeven een serie 2 miljoen cycli (vast) veel series 10 tot soms 100 duizend cycli typisch geotechniek curve fitting theoretisch onbruikbaar bron: Wichtmann et al [2015] 28 14
Resultaten theoretisch model Incrementele beschrijving d.w.z. zand heeft geen geheugen Limiet voor groot aantal cycli Twee status parameters (dichtheid en verdichtingscapaciteit) Huidige verdichtingsmodellen zijn niet extrapoleerbaar 29 Conclusie Grote stationaire krachten op de fundering Typische on-shore fundering: geeft extra eigenfrequentie Dynamica in de grond beperkt Geavanceerd statisch model: F som = F gem + Fvar Kleine versnelling ook in rekening brengen Bijzondere aspecten piping: risico neemt toe, nog niet numeriek uitgewerkt verdichting: huidige modellering ongeschikt voor wind turbine nog wel kwantificeren 30 15