consultants z. é^j'czt4.s e-^
HANDLEIDING ONTWERPEN ASFALT DIJKBEKLEDINGEN ZEELAND BASISRAPPORT 2o s<^c^-^ 9QQ Rapport opgesteld in opdracht van Dienst Weg- en Waterbouwkunde Contactpersoon ing. C.C. Montauban Rapport opgesteld door Netherlands Pavement Consultants bv Postbus 2756 Winthontlaan 28 3500 GT UTRECHT 3526 KV UTRECHT Telefoon 030-28 76 950 Telefax 030-28 87 844 Opdrachtnummer Projectleider Proj ectmede werker(s) 998358 ing. A.K. de Looff Voor akkoord gezien i Utrecht, 20 september 1999
consultants 2 INHOUDSOPGAVE Blz. 1. ONTWERP VAN EEN ASF ALTBEKLEDING 3 1.1. Beschouwde asfaltsoorten 3 1.2. Zones op het talud 3 1.2.1. Toepasbaarheid asfaltsoort per zone 3 1.2.2. Belastingzones 4 1.3. Dimensionering op wateroverdrukken 5 1.3.1. Doorlatendheid van de ondergrond 5 1.3.2. Bepaling van de maatgevende waterstanden 5 1.3.3. Bepaling van de benodigde laagdikte 8 1.3.4. Invloed van de teenconstructie 10 1.4. Dimensionering op golfklappen 11 1.4.1. Gedeeltelij k gepenetreerde breuksteenbekledingen 13
consultants 3 1. ONTWERP VAN EEN ASFALTBEKLEDING 1.1. Beschouwde asfaltsoorten Voor het renoveren van de dijken komen vier bekledingssoorten met asfalt in aanmerking om te worden toegepast. Deze zijn: waterbouwasfaltbeton open steenasfalt vol en zat met gietasfalt gepenetreerde breuksteen in patroon met gietasfalt gepenetreerde breuksteen In de onderstaande tabel is aangegeven op welke mechanismen de verschillende asfaltsoorten moeten worden gedimensioneerd. Tabel 1: mechanismen per asfaltsoort wateroverdrukken golfklappen stabiliteit bij golfaanval waterbouwasfaltbeton open steenasfalt vol en zat gepenetreerde breuksteen in patroon gepenetreerde breuksteen 1.2. Zones op het talud 1.2.1. Toepasbaarheid asfaltsoort per zone In tabel 2 is aangegeven in welke zones de beschouwde asfaltsoorten kunnen worden toegepast. Tabel 2: toepasbaarheid van de beschouwde asfaltsoorten per zone. asfaltsoort waterbouwasfaltbeton open steenasfalt vol en zat gepenetreerde breuksteen in patroon gepenetreerde breuksteen zone tot GHW (tij zone) zone boven GHW
consultants 4 1.2.2. Belastingzones Het buitentalud wordt niet op iedere plaats gelijk belast door de hydraulische belastingen. Bij het ontwerp hoeft er alleen een eis aan de laagdikte te worden gesteld in de zone waarin de belasting werkelijk optreedt. Voor het mechanisme wateroverdrukken is de belastingzone weergegeven in figuur 1. wateroverdrukkenzone grondwaterstand onderkant asfaltbekleding Figuur 1: zone waarin de wateroverdrukken optreden Onder open bekledingen treden geen wateroverdrukken op. Alleen bij dichte bekledingen moet de wateroverdrukkenzone dus worden bepaald (waterbouwasfaltbeton en vol en zat gepenetreerde breuksteen). De bovengrens van de wateroverdrukkenzone is het niveau van de grondwaterstand in het dijklichaam op het moment dat de maximale wateroverdruk optreedt. Voor bepaling van de ligging van deze grondwaterstand wordt verwezen naar paragraaf 1.3.2. Als ondergrens wordt de onderkant van de gesloten bekleding aangehouden. Voor het mechanisme weergegeven in figuur 2. golfklappen is de belastingzone
Bas is rap port consultants 5 MHW NAP GLW Figuur 2: zone waarin golfklappen optreden Langs de Nederlandse kust komen dijken met en zonder hoog voorland voor. In figuur 2 is Type I een zeedijk met een hoog voorland op ongeveer N.A.P. De meeste zeedijken zijn van dit type. Type II is een zeedijk waarbij geen voorland aanwezig is. De afsluitdammen van zeearmen zijn hiervan een voorbeeld. 1.3. Dimensionering op wateroverdrukken 1.3.1. Doorlatendheid van de ondergrond De hier gepresenteerde methode is geldig voor een gesloten bekleding op een ondergrond met een doorlatendheid van 1.10"^ ms en kleiner. Als onder de bekleding een kleilaag aanwezig is (doorlatendheid < 1.10"^ ms) mag deze kleilaag bij dimensionering als deel van de (ondoorlatende) bekleding worden beschouwd. Bij hogere doorlatendheden dan 1.10"^ ms, bijvoorbeeld ten gevolge van een doorlatende mijnsteenkade of grind of steenslag onder de bekleding moet de bekleding worden gedimensioneerd met behulp van een niet-stationair grondwaterstromingsprogramma. 1.3.2. Bepaling van de maatgevende waterstanden Een veilige inschatting van de grondwaterstand in het dijklichaam kan worden gemaakt zoals aangegeven in figuur 3. 594695
consultants 6 Figuur 3: niveau van de maatgevende grondwaterstand bij zeedijken In de figuur is: GWS gemiddelde waterstand. Voor zeedijken is de gemiddelde waterstand bij benadering N.A.P., MGW maatgevende grondwaterstand MHW maatgevend hoogwater Als de maatgevende grondwaterstand (MGW) onder de onderkant van de gesloten bekleding ligt zullen er geen wateroverdrukken onder de bekleding optreden en hoeft de bekleding hierop niet te worden gedimensioneerd. Nu de ligging van de grondwaterstand bekend is moet de buitenwaterstand worden bepaald die de grootste wateroverdruk onder de bekleding oplevert. Voor het bepalen van deze maatgevende buitenwaterstand wordt de situatie geschematiseerd zoals aangegeven in figuur 4. Figuur 4: relevante parameters voor het bepalen van de grondwaterstand onderzijde gestoten bekleding maatgevende buitenwaterstand
consultants 7 Hierin is: V de verticaal gemeten afstand van de maatgevende buitenwaterstand tot de maatgevende grondwaterstand (m) z de verticaal gemeten afstand van de maatgevende grondwaterstand tot de onderkant van de gesloten bekleding (m) Theoretisch treedt de grootste wateroverdruk als de buitenwaterstand 0,53*z beneden de grondwaterstand ligt. Op dit niveau wordt de maatgevende buitenwaterstand vastgelegd. Als dit niveau lager uitkomt dan de gemiddelde waterstand (GWS) dan moet de GWS als maatgevende buitenwaterstand worden aangehouden. In dit geval veranderen de verhoudingen tussen v en z en zal er een kleinere wateroverdruk onder de bekleding optreden. Hiervoor wordt een reductiefactor (Rw) toegepast op de laagdikte zoals die bepaald wordt in de volgende paragraaf De reductiefactor Rw wordt bepaald met figuur 5. -1 ^-^ " 0,8-0,6 - y L y y ^ Rw 0,4-0.2 - n - 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 vz Figuur 5: de reductiefactor R
consultants 8 1.3.3. Bepaling van de benodigde laagdikte De benodigde laagdikte in de zone waarin wateroverdrukken optreden wordt bepaald met de volgende formule: f d = 0,21-Q^-z Rw (1) Pa-Pwj Hierin is: d Qn Z Pw Pa Rw benodigde laagdikte (m) factor, afhankelijk van de taludhelling (-) de verticaal gemeten afstand van de maatgevende grondwaterstand tot de onderkant van de gesloten bekleding (m) dichtheid water (kgm^) dichtheid bekleding (kgra^) reductiefactor in verband met de ligging van de buitenwaterstand, zie paragraaf 1.3.2 (-) De volgende dichtheden moeten bij ontwerp voor de dicht asfaltsoorten worden aangehouden: waterbouwasfaltbeton pa = 2200 kgm^ vol en zat gepenetreerde breuksteen: pa = 2400 kgm^ Voor het bepalen van de factor Qn kan figuur 6 worden gebruikt: il*?-, 1,08 1,06-1,10- Qn1,04- L ^ i V 1,02 1,00-0,98-, s V ^^s^ "^"^ x.. ^ ^^^, 2 3 4 5 6 7 1:n 3 Figuur 6: de factor Qn ALoALoW358-2
consultants g In de tij zone wordt de benodigde laagdikte bepaald door wateroverdrukken terwijl hoger op het talud (vanaf 2,5 tot 3,0 m + N.A.P.) de benodigde laagdikte wordt bepaald door golfklappen. De benodigde laagdikte voor golfklappen is vaak kleiner dan die voor wateroverdrukken. In het gebied globaal tussen GHW en N.A.P. + 3,0 m moet een overgang worden gecreëerd van de dikkere bekleding die in de wateroverdrukkenzone ligt naar de dunnere bekleding hoger op het talud. Hierbij moet rekening worden gehouden met het parabolische verloop van de wateroverdruk onder de bekleding. Een praktische toepassing van het bovenstaande in de ontwerpbenadering is de volgende: Tot aan de onderzijde dient de met formule (1) berekende laagdikte te worden aangelegd. De overgang van dmax naar di moet worden uitgevoerd zoals aangegeven in figuur 7. J^^' d 1 ^<^Z^^-'- ^,--^^^^^^^''' r' o. 2 MGW Figuur 7: overgang tussen twee bekledingen De maximale waarde voor xi.z wordt bepaald met de volgende formule. x,< 1-Jl-,.d, (2)
Basis rapport consultants JQ De maximale waarde voor Q.Z wordt bepaald met de volgende formule. (3) 1-- 4,4(1-2.1) + ] In de formules (2) en (3) is: dl de benodigde laagdikte voor golfklappen (m) dmax de maximaal benodigde laagdikte voor wateroverdrukken zoals bepaald met formule (1) (m) 1.3.4. Invloed van de teenconstructie Als er een gesloten teenbescherming of damwand aanwezig is moet de invloed hiervan worden meegenomen bij het bepalen van de benodigde laagdikte. Hiervoor wordt z in formule (1) herschreven tot z-i-q danwei z+r. Voor een damwand wordt gerekend met de waarde q en voor een gesloten teenbescherming met de waarde r zoals aangegeven in figuur 8. Figuur 8: invloed van een damwand en een gesloten teenbescherming De aanwezigheid van een damwand of een gesloten teenbescherming beïnvloedt ook de ligging van de maatgevende buitenwaterstand omdat de fictieve onderkant van de bekleding op een ander niveau komt te liggen. Hiervoor wordt verwezen naar paragraaf 1.3.2. Als er een hoog voorland aanwezig is en de gesloten bekleding wordt deels als verborgen bekleding onder maaiveldniveau
consultants n aangebracht moet contact de werkgroep Kennis worden ingeschakeld. 1.4. Dimensionering op golfklappen De hier gepresenteerde grafieken kunnen worden gebruikt bij een significante golfhoogte tot 2,5 m. Bij een significante golfhoogte groter dan 2,5 m moet voor het ontwerp de werkgroep Kennis worden ingeschakeld. waterbouwasfaltbeton overig O 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 significante golfhoogte (m) *- Figuur 10: grafiek voor het ontwerpen van een waterbouwasfaltbetonbekleding op golfklappen
Basis rapport consultants J2 open steenasfalt i 0,9 0,8 0,7 S 0,6 CD I 0,5 (L> E>o.4 o i3 0,3 0,2 0,1 J 1 1 onder grond klei ondel grond zand filter ge )textiel _ -^ - ~^~y filter za_ idasfall, r^z < i. i 1 1 1 1 f ' 1:2 ('' ' ( j ^ '' 4 f r 1:3 1:2 overig O 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 significante golfhoogte (m) *- Figuur 11: grafiek voor het ontwerpen van een open steenasfaltbekleding op golfklappen vol en zat gepenetreerde breuksteen De minimaal benodigde laagdikte in de golfklapzone wordt bepaald op basis van de nominale steendiameter (Dnso)- De dikte van de bekleding dient minimaal 2.Dn5o te zijn. Voor deze bekledingssoort is de steensortering 5-40 kg voldoende zwaar. Eventueel kan een steensortering 10-60 kg worden toegepast. De laagdikte wordt dan ongeveer (uitgaande van een soortelijk gewicht van 2650 kgm'^): 5-40 kg: 0,30 m 10-60 kg: 0,40 m Het toepassen van een steensortering groter dan 10-60 kg leidt ertoe dat het gietasfalt, als er geen aanpassingen aan de mengselsamenstelling worden gedaan, door de bekleding heen naar beneden toe afvloeit doordat de holle ruimten tussen de stenen te groot zijn. In dit geval moet de werkgroep kennis worden ingeschakeld.
consultants 13 1.4.1. Gedeeltelijk gepenetreerde breuksteenbekledingen De volgende formule voor losse breuksteen om de benodigde steendiameter uit te rekenen is de basis [Pilarczyk, 1995]: Hs Am Dn50 ^y^u^sw cos(a) ^ op Hierin is Hs significante golfhoogte (m) Am Ps Pw (4) relatieve dichtheid stenen = (ps - PwVpw (-) soortelijke massa stenen (kgm ) = 2650 kgm' 3^ soortelijke massa water (kgm"') Dn5o nominale gemiddelde diameter bekledingsmateriaal = (Msops) vl3 (m) van M50 massa van de steen die door 50%i van de steen wordt v ;u overschreden (kg) opwaarderingsfactor Osw stabiliteitsparameter = 2,25 a hellingshoek van het talud ( ) ^op b het brekerparameter op basis van de piekperiode van de onregelmatige golven (-) parameter die afhankelijk is van de interactie tussen golven en het bekledingstype = 23 De formule is geldig voor taluds met een helling van 1:2 en flauwer en een bekerparameter kleiner of gelijk aan 3. Als bij oppervlaktepenetratie (vastleggen van steen) circa 30% van de holle ruimte en bij een patroonpenetratie 60%) van de holle ruimte wordt gevuld mag voor de opwaarderingsfactor iu een waarde van 1,50 worden gehanteerd.
consultants NPC Winthontlaan 28 Postbus 2756 3500 GT Utrecht telefoon 030 2876950 telefax 030 2887844