Hydraulische belasting

De hydraulische belasting (Hydraulische Randvoorwaarden) voor de toetsing van water- keringen worden per toetsronde bij ministeriële regeling vastgesteld. Het afleiden van hydraulische ontwerprandvoorwaarden voor bekledingen is werk voor specialisten. De waterstand-, golf- en probabilistische modellen die hiervoor nodig zijn, worden door RWS ter beschikking gesteld (zie Helpdeskwater.nl).

Bij het bepalen van de ontwerpbelasting voor dijkbekledingen dient rekening te worden gehouden met ontwikkelingen van de belastingen tijdens de planperiode van de bekleding. Enerzijds gaat het om de invloed van een klimaatwijziging die zich manifesteert met hogere rivierafvoeren en zeespiegelstijging, anderzijds de overige toekomstige ontwikkelingen (zoals veranderingen in de geometrie, uitgevoerde maatregelen zoals Ruimte voor de Rivier, et cetera). Voorts wordt door ENW aanbevolen om bij het ontwerp rekening te houden met onzekerheid in de modellen waarmee de hydraulische randvoorwaarden worden bepaald. Het bepalen van de ontwerpbelasting wordt in deze Handreiking niet behandeld. Hiervoor wordt gerefereerd naar het

Technisch rapport ontwerpbelastingen voor het rivierengebied [9]; Leidraad Rivieren [9];

Addendum I bij Leidraad rivieren [9]

Addendum I bij de Leidraad Zee- en Meerdijken [5]

VI.2 Golfbelastingen

Bij de meeste ontwerpen en toetsingen voor dijkbekledingen hoeft alleen rekening te worden gehouden met golven; in bijzondere gevallen kan ook belasting door stroming van belang zijn.

In de meeste situaties wordt de maatgevende golfbelasting veroorzaakt door windgolven. Er zijn twee manieren van aanlevering van die informatie, deze worden kort besproken. In sommige situaties kunnen ook scheepsgolven maatgevend zijn. Ook daar wordt kort op ingegaan. Tussen beide typen golven wordt in de rekenregels verder geen onderscheid gemaakt.

Windgolven

Voor de bepaling van de windgolfbelasting is in de huidige praktijk de zogenaamde Hydra- programmatuur beschikbaar.

Met de Hydra-programmatuur rekent de beheerder of de ontwerper zelf de randvoorwaarden uit. Hydra bevat de statistische informatie van alle relevante parameters voor elke locatie langs de waterkering. De gebruiker voert het profiel van het buitentalud en het vereiste veiligheidsniveau in. Op basis daarvan rekent het programma voor een reeks van waterstanden de maatgevende combinatie van Hs en Tp uit. De resultaten van de Hydra-

programmatuur kunnen in STEENTOETS ingevoerd worden.

Voor sommige regio's worden de randvoorwaarden bepaald door golfberekeningen te maken bij een aantal gegeven waterstanden met de maatgevende windcondities.

De rekenmethodes worden niet behandeld in deze Handreiking. In de praktijk worden deze berekeningen meestal niet door de ontwerper van de steenzetting gemaakt: de resultaten worden aan hem of haar aangeleverd in de vorm van tabellen waarin de maatgevende

combinatie van Hs en Tp voor enkele waterstanden is opgenomen. Dit geldt zowel voor de

uitvoer van Hydra als de tabellen die volgen uit de lineaire interpolatie of extrapolatie van de waarden bij willekeurige waterstanden.

Feitelijk zijn dit de randvoorwaarden op 50 à 100 meter uit de kust; in aanvulling daarop kan het soms nuttig zijn om de reducerende invloed van het voorland te berekenen met een eendimensionaal model. In geval van breking op het voorland moet daarbij rekening worden gehouden met een bovenbegrenzing voor de golfhoogte en de golfperiode. Ook in de Hydra- programmatuur kan een ondiep voorland vaak geschematiseerd worden.

Bij de bespreking van de golfparameters wordt aandacht besteed aan beide methoden. Daarbij wordt ervan uitgegaan dat de ontwerper beschikt over de waarden van Hs en Tp die

gelden aan de teen van het talud. Hierbij kan tevens rekening worden gehouden met de invloed van stroming op de golfparameters. Als deze situaties zich voordoen, is in het algemeen een nadere specialistische studie nodig.

Scheepsgolven

Maatgevende waarden voor scheepsgolven worden niet aangeleverd in het Wettelijk toetsinstrumentarium (WTI [14]). De belasting door schepen is sterk locatie bepaald. Schepen veroorzaken primaire golven (frontgolven, waterspiegeldaling en haalgolven) en secundaire golven. Zowel de primaire als de secundaire golven zijn in het algemeen kleiner dan 0,5 meter met een enkele uitschieter naar 1 meter; de periode van de golven is 2 à 5 seconde. Als de ontwerpgolfhoogte groter is dan 0,5 à 1,0 meter, zijn scheepsgolven niet maatgevend.

De scheepsgeïnduceerde golfbelasting kan worden berekend met het computerprogramma DIPRO+. In Tabel VI-1 is per golftype weergegeven welke variabelen DIPRO+ uitrekent en hoe deze kunnen worden gebruikt in de rekenmethodes voor steenzettingen.

Tabel VI-1: Toepassing van variabelen van scheepsgeïnduceerde golven voor rekenregels

type golf uitvoer DIPRO+ invoer rekenregels steenzettingen Frontgolven golfhoogte hf hf= Hs golfsteilheid if if = Hs/L0p = Hs/(gTp2/2 ) Waterspiegeldaling h h = Hs

Haalgolven golfhoogte zmax zmax = Hs

golfsteilheid imax imax = Hs/L0p

= Hs/(gTp2/2 )

Secundaire golven golfhoogte Hi Hi = Hs

golfperiode Ti Ti = Tp Golfparameters Golfparameters zijn: golfhoogte; golfperiode; golflengte; golfinvalshoek. Golfhoogte

In de rekenmethodes wordt uitgegaan van de significante golfhoogte Hs aan de teen van het

talud. In sommige publicaties wordt deze golfhoogte aangeduid met Hst. Voor brekende

1/3 deel van de golven. Voor niet-brekende golven op relatief diep water is de significante golfhoogte gelijk aan de hoogte die door 13,5% van de golven wordt overschreden. In de praktijk wordt Hsgelijk gesteld aan Hmo, die berekend wordt uit het

energiedichtheidsspectrum.

De golfhoogte speelt een rol in de volgende beoordelingssporen: – toplaaginstabiliteit onder golfaanval: alle niveaus;

– afschuiving: alle niveaus;

– materiaaltransport (vanuit ondergrond én granulaire laag): gedetailleerd; – erosie van de onderlagen.

Voor alle mechanismen geldt vanzelfsprekend dat een grotere golfhoogte leidt tot een grotere belasting.

Uit de golfhoogte, de golfperiode en de taludhelling kan de brekerparameter 0p worden

berekend die als belastingparameter wordt gebruikt in sommige rekenmethodes. Uit de golfhoogte, de hoogte van de toplaagelementen en de dichtheid van de toplaagelementen volgt de verhouding Hs/ D, die een belangrijke rol speelt in de rekenmethode voor

toplaaginstabiliteit. Golfperiode

In de meeste van de behandelde rekenmethodes wordt uitgegaan van de piekperiode Tp. Tp

is per definitie de golfperiode die hoort bij de top van het golfspectrum (dus bij de golven met de grootste energiedichtheid), aan de teen van het talud.

In sommige gevallen, bijvoorbeeld in de regels van Van der Meer voor breuksteenoverlaging, speelt ook de gemiddelde golfperiode Tm een rol. Tm is 10 à 30% kleiner dan Tp; de exacte

verhouding hangt af van de vorm van het golfspectrum. Hetzelfde geldt voor de spectrale golfperiode Tm-1,0.

Golflengte

In de rekenregels wordt meestal gebruikgemaakt van de theoretische golflengte op diep water L0met de lokale golfperiode. Deze is gedefinieerd als L0 = gT2/2 . De theoretische

diepwatergolflengte die hoort bij de piekperiode Tpwordt aangeduid als Lop.

Een afgeleide parameter is de golfsteilheid s, gedefinieerd als Hs/L.

De golfsteilheid speelt een rol in de brekerparameter. Golfinvalshoek

De golfinvalshoek is gedefinieerd als de hoek tussen de invalsrichting van de golven en de normaal op de dijk. Bij loodrechte inval is de golfinvalshoek dus gelijk aan 0.