memo postbus 233 7400 AE Deventer telefoon 0570 69 79 11 telefax 0570 69 73 44 onderwerp projectcode referentie - steenbestortingen vaargeul Drontermeer ZL384-71 opgemaakt door ir. M.L. Aalberts datum opmaak 23 september 2010 bijlagen - aan kopie 1. BEREKENING STEENBESTORTING Het stortebed dient twee doelen. Aan het Drontermeer dient het voorland van de huidige waterkering van dijkringgebied 8 (Flevoland) beschermt te worden en ter plaatste van de opening van Roggebot dient een stortebed te voorkomen dat de brugpijlers ondermijnd worden. Over de gehele lengte van het Drontermeer is de huidige steenbestorting/zandbodem voldoende voor de berekende stroomsnelheden tijdens het gebruik van de bypass, behalve bij de huidige Roggebotsluis. Daar neemt door vernauwing de stroomsnelheden toe en is een bodembescherming nodig. Het doel van deze memo is het bepalen van de steengrootte en de benodigde lengte van het stortebed. Er zijn twee bronnen van belastingen op de bodembescherming. Deze zijn scheepsvaart en afvoerstroming. scheepsvaart Bij het bepalen van de stromingsbelasting als gevolg van scheepsbewegingen is uitgegaan van de CEMT-klasse IV (Eis S-39). De aanname van de kielspeling is 1,5 m. Parameter Dimensie Waarde breedte * 1 [m] 9,5 lengte * 1 [m] 85,0 diepgang geladen * 1 [m] 2,5 maximaal motorvermogen hoofdschroef (totaal) [kw] 1200 gebruikt motorvermogen hoofdschroef (totaal) * 2 [kw] 840 aantal hoofdschroeven [-] 2 diameter hoofdschroef D p [m] 1,60 Opmerkingen bij tabel: *1 conform het Binnenvaartpolitieregelement voor Roggebotsluis [1]. * 2 70% van maximaal motorvermogen De belasting door de boegschroef en door retourstroming wordt niet meegenomen, omdat verwacht wordt dat de schroefstraalstroming maatgevend is. In bijlage 1 is de verwachte stroomsnelheid door schroefstralen berekend op 2,2 m/s op de bodem.
afvoerstroming In dagelijkse omstandigheden stroomt het niet of nauwelijks in de randmeren. Voor een 1/2000 jaar afvoer van de IJssel en daarmee van de bypass via Kampen is een stromingsberekening gemaakt. Ter plaatse van Roggebotsluis is een vernauwing, de berekende stroomsnelheden staan in een overzichtskaar (zie Afbeelding 1.1). Afbeelding 1.1 stroomsnelheden ter plaatse van het huidige Roggebotsluis De dieptegemiddelde snelheid bedraagt bij de Roggebot-brug maximaal 1,75 m/s bij een waterstand van NAP +1,43 m (bodemhoogte NAP -2,7 m). De dieptegemiddelde snelheid neemt af tot 1,5 m/s op 200m van de oorspronkelijke sluis. In bijlage II is berekend dat een nominale steendiameter (D n50 ) van 0,21 m voldoende moet zijn voor stroming (max 3,2 m/s), stroming achter een pijler (max 2,7 m/s) en voor schroefstraalstroming (2,2 m/s maatgevend). Een steengradering (D n50 ) van 0,21 m komt overeen met een gradering 10-60 kg. lengte steenbestorting De lengte van de steenbestorting is berekend voor schroefstraalstroming en voor afvoerstroming. Het doel van het stortebed is niet het voorkomen van een ontgrondingskuil maar om de ontgrondingskuil voldoende ver van de brug te krijgen. Hiervoor geldt dat de inscharingslengte niet groter mag zijn dan 1/3 van de totale lengte van de bodembescherming benedenstrooms van de brugpijler. De bestortingslengte voor schroefstraalstroming is in bijlage III berekend op 172 m, voor afvoerstroming 225 m. 2
De bevindingen zijn samengevat in Tabel 1.1. Tabel 1.1 bevindingen steenbestorting belasting waterdiepte (m) optredende stroomsnelheid (m/s) benodigde nominale steendiameter (m) stroomsnelheid (m/s) gegeven D n50 = 0,21 m schroefstraalstroming 1,5 (kielspeling) 2,2 0,21 2,2 172 afvoerstroming 4,1 1,8 circa 0,06 3,2 225 afvoerstroming achter pijler 4,1 1,8 circa 0,12 2,7 225 lengte steenbestorting (m) 2. LITERATUUR [1] Rijk, Binnenvaartpolitieregelement, Bijlage 13. Toegestane afmetingen van schepen op de vaarwegen bedoeld in artikel 9.02, eerste lid, geldend op 14 juli 2010. [2] Introduction to Bed, bank and shore protection, G.J. Schiereck, 2001 [3] Ontwerp van schutsluizen deel 2, RWS, 2000 3
BIJLAGE I Schroefstraalstroming De berekening is volgens Ontwerpen van schutsluizen [3] hoofdstuk 16.
Schroefstraal project: objectnaam: objectcode: datum: IJsseldelta Zuid, Waterkeringsplan Bodembescherming Roggebot ZL384-71-20 24 september 2010 1 Eigenschappen uittredende straal D p 1,60 m echte schroefdiameter Keuzemogelijkheid. Eén 1 toekennen bij de keuze, de overige vakken 0 invullen hulpparameter: 0 zonder straalbuis 0,71 0 schroef in straalbuis 1,00 1 schroef/straalbuis/combinatie 0,85 D o 1,36 m effectieve schroefdiameter 16,6abc P d 840,00 kw aangewend vermogen per schroef eerdere in/uitvoer benodigd voor deze berekening: D o 1,36 m effectieve schroefdiameter schroef/straalbuis/combinatie u p 8,84 m/s stroomsnelheid achter schroef 16,7 2 Plaats en grootte van maximum-bodemsnelheid Plaats maximum-snelheid bij de bodem d p 2,30 m verticale afstand straalas tot bodem x bp 12,88 m horizontale afstand schroef tot plaats maximum-snelheid aan de bodem 16,8 Grootte van maximum-snelheid bij de bodem n 2,00 - aantal schroeven eerdere in/uitvoer benodigd voor deze berekening: u p 8,84 m/s stroomsnelheid achter schroef D o 1,36 m effectieve schroefdiameter x bp 12,88 m horizontale afstand schroef tot plaats maximum-snelheid aan de bodem schroef/straalbuis/combinatie u bp 2,2 m/s maximale snelheid boven de bodem 16,9a controle: U bp <=U p OK
BIJLAGE II Stabiliteit toplaag bodembescherming De berekening is volgens Ontwerpen van schutsluizen [3] hoofdstuk 16.
Stabititeit toplaag bodembescherming project: IJsseldelta Zuid, Waterkeringsplan objectnaam: Bodembescherming Roggebot objectcode: ZL384-71-20 datum: 24 september 2010 1 Dieptegemiddelde stroming g 9,81 m/s 2 gravitatiesnelheid 1,65 - relatief gewicht steen Ψ 0,032 - Shields-coefficient r 0,20 - turbulentie-intensiteit (tussen 0,1 en 0,4) h 4,13 m waterdiepte D n50 0,21 m diameter stortebed sluis K sl 1,00 - hellingsreductiefactor φ 0,75 - stabiliteitsfactor (continue bescherming) φ 1,50 - stabiliteitsfactor (einde bescherming) 2 K t 1,51 - turbulentiefactor K h 0,55 - snelheidsprofielfactor u (continue bescherming) 3,2 m/s stroomsnelheid u (einde bescherming) 2,2 m/s stroomsnelheid 2 Turbulente stroming achter brugpijler r 0,25 - turbulentie-intensiteit (Ontwerp van schutsluizen) u 2,7 m/s stroomsnelheid 2 Geconcentreede stroming (schroefstraalstroming) r 0,40 - turbulentie-intensiteit (Ontwerp van schutsluizen) u (Ontwerp van schutsluizen) 2,2 m/s stroomsnelheid
BIJLAGE III Lengte steenbestorting De berekening is volgens Ontwerpen van schutsluizen [3] hoofdstuk 16.
Lengte bestorting bij schroefstraalstroming project: IJsseldelta Zuid, Waterkeringsplan objectnaam: Bodembescherming Roggebot objectcode: ZL384-71-20 datum: 24 september 2010 algemene g 9,81 m/s2 gravitatiesnelheid 1,65 - relatief gewicht steen Ψ 0,032 - Shields-coefficient object u p 8,84 m/s straalsnelheid D 50B 0,00035 m korreldiameter materiaal na stortebed (basismateriaal) d p 2,30 m afstand schroefas tot ongestoorde bodem D 0 1,36 m effectieve schroefdiameter β 30,0 aanzethelling kuil (23-30º) y 3,5 eindhelling bodem na afschuiving of verweking h 4,13 m waterdiepte n 2,00 - aantal schroeven hulpparameters: D n50b 0,000294 m nominale korreldiameter basismateriaal u* c;b 0,01 m/s kritieke schuifspanningssnelheid basismateriaal u cr;b 0,50 m/s kritische stroomsnelheid basismateriaal 16.30 uitvoer (o.b.v. theorie van erosie achter ronde straal): y e;1 5,6 m evenwichtsdiepte van de kuil 16.37 L b;1 41,0 m lengte bodembescherming 16.29a uitvoer (o.b.v. theorie van straalspreiding): y e;2 7,8 m evenwichtsdiepte van de kuil 16.39 L b;2 57,3 m lengte bodembescherming 16.29a uitvoer (conclusie): L b 57,3 m max{l b;1 en L b;2 } L b;steenbestorting;benodigd 172,0 m benodigde lengte steenbestorting (inscharingslengte mag niet groter zijn dan 1/3 van de totale lengte van de bodembescherming benedenstrooms van de brugpijler) Lengte bestorting bij afvoerstroming Eerst wordt de evenwichtsdiepte van de kuil bepaald voor een Clear-water scour, dit is conservatief. u uc Clear-water scour: hse = 0,5α h0 (eq 4.15 [2]) u c symbool omschrijving eenheid waarde h se evenwichtsdiepte van de kuil m 10,3 α turbulentie factor afhankelijk van de lengte van de bestorting - 2 h o waterdiepte m 4,13 u diepte gemiddelde snelheid m/s 1,75 u c kritische stroomsnelheid basismateriaal m/s 0,5
y e;2 10,3 m evenwichtsdiepte van de kuil L b;2 75,3 m lengte bodembescherming 16.29a uitvoer (conclusie): L b 75,3 m max{l b;1 en L b;2 } L b;steenbestorting;benodigd 225,8 m benodigde lengte steenbestorting (inscharingslengte mag niet groter zijn dan 1/3 van de totale lengte van de bodembescherming benedenstrooms van de brugpijler)