V.1 Inleiding
In deze bijlage wordt een voorbeeld gegeven van een schaalmodelonderzoek. Het
(schaalmodel-)onderzoek kan ook op vele andere manieren worden uitgevoerd. Dit model dient als voorbeeld hoe een schaalmodelonderzoek uitgevoerd zou kunnen worden. Een fabrikant heeft een nieuw bloktype ontwikkeld en stelt voor om dit bloktype toe te passen als dijkbekleding om dijken te beschermen tegen golfaanval. Gezien het feit dat de stabiliteit van steenzettingen onder golfaanval bepaald wordt door de vorm en afmetingen van de blokken, de vorm en afmetingen van de open ruimte tussen de blokken en de
interactie tussen de blokken, en het nog niet mogelijk blijkt om de stabiliteit met behulp van rekenmodellen goed te bepalen, is het voor dit nieuwe type steenzetting noodzakelijk dat de stabiliteit in een grootschalige faciliteit wordt vastgesteld alvorens het toegepast wordt op dijken. Deze golfgoot dient grootschalig te zijn, zodat er op een grote schaal getest kan worden en ongewenste schaaleffecten zoveel mogelijk worden voorkomen. Bij dit type constructie zijn er conflicterende schaalregels vanwege het belang van de stroming in het filter (onder de toplaag) en de golven op het talud.
In de meeste golfgoten kunnen golven opgewekt worden zoals die ook op zee voorkomen, waarbij elke golf een verschillende hoogte en lengte heeft. Deze zogenaamde onregelmatige golven worden gekarakteriseerd door een significante golfhoogte en een golfperiode. Grotere golfgoten kunnen een golfveld creëren met een significante golfhoogte van 1 à 2 meter. Veelal zijn golfschotten uitgerust met een dynamisch reflectiecompensatiesysteem, waardoor alle golven die van de constructie terugkomen automatisch geabsorbeerd worden door het golfschot en niet terug reflecteren tegen de constructie.
V.2 Modelopstelling
In de golfgoot wordt een dijk op schaal gebouwd met de bewuste steenzetting op een laagje steenslag, zoals dat ook op een werkelijke dijk gebouwd zou worden. De afmetingen van de dijk en de dijkbekleding moeten echter aangepast worden omdat de goot een beperkte capaciteit heeft qua golfhoogte. Hoewel de maximale significante golfhoogte in de goot zeer groot kan zijn, kan de significante golfhoogte tijdens de maatgevende storm die in
werkelijkheid optreedt meestal niet in de goot gerealiseerd worden. Daarom wordt een schaalmodel gebouwd op een zo groot mogelijke schaal, begrenst door de afmetingen van de goot en de capaciteit van het golfschot. Veelal wordt er, uiteraard afhankelijk van de situatie in de werkelijkheid en de capaciteit van het golfschot, een geometrische schaal van ongeveer 1:2 bereikt. Dit betekent dat de hoogte van de blokken in dit geval half zo groot moet
worden. In een schaalmodel met schaal 2 zijn ook de golven half zo groot (golfhoogte en golflengte), maar is de taludhelling gelijk aan die in werkelijkheid. Een voorbeeld van het schaalmodel is weergegeven in Figuur V-1.
De kern van de dijk wordt gemaakt van zand, met daarop een laag zandcementstabilisatie die een goede weergave is van de kleilaag die normaal in werkelijkheid wordt toegepast. Op de laag zandcementstabilisatie wordt een geotextiel aangebracht en daarop een laagje steenslag. Op het laagje steenslag wordt de te beproeven steenzetting aangebracht.
gootrand: +7,0 m waterstand: +4,5 m +2,0 m +5,5 m +8,3 m nieuwe steenzetting zandcementstabilisa tie geotextiel filter 1:3 betontalud betontalud zand gootbodem
Figuur V-1: Schematische doorsnede van de te beproeven nieuwe bekleding
Figuur V-2: Modelonderzoek met een steenzetting in de Deltagoot van Deltares
V.3 Proevenprogramma
Het proevenprogramma bestaat veelal uit het uitvoeren van een aantal series van
korteduurproeven waarbij in elke serie de golfhoogte stap voor stap verhoogd wordt totdat er schade aan de bekleding ontstaat, of de maximale capaciteit van de goot bereikt wordt. Variaties tussen de series kunnen variaties in de opbouw van de bekleding zijn (bijvoorbeeld
variaties in plaatsingsafstand of het type blok), maar kunnen ook van hydraulische aard zijn (bijvoorbeeld de golfsteilheid of de golfduur). Na elke proef wordt de bekleding geïnspecteerd om te zien of er al schade is ontstaan. Tussen de verschillende testseries wordt de bekleding weer hersteld. Veelal worden tijdens deze proeven ook drukmeters in de bekleding
geïnstalleerd om de drukken op de bekleding en in het filter te registreren.
Op deze wijze kan met een zo klein mogelijk aantal proeven een goede indruk verkregen worden van de stabiliteit van de bekleding onder omstandigheden zoals ze voorkomen langs de kust en meren.
In Tabel V-1 is het voorbeeld van een proevenprogramma concreet weergegeven. In dit voorbeeld worden twee testseries uitgevoerd waarbij de golfsteilheid verschillend is per testserie. In deze tabel zijn de volgende symbolen gebruikt:
Hs = significante golfhoogte (m)
sop = golfsteilheid op basis van diepwater golflengte (-)
Tp = golfperiode bij de piek van het spectrum (s)
Tabel V-1: Proevenprogramma van korteduurproeven (waarden zijn weergegeven als modelwaarden) proef sop (-) Hs (m) Tp (s) duur (uur) eerste serie 1 0,02 0,80 5,06 1,3 2 0,02 1,00 5,66 1,4 3 0,02 1,20 6,20 1,6 4 0,02 1,40 6,70 1,7 tweede serie 5 0,04 1,00 4,00 1,0 6 0,04 1,20 4,39 1,1 7 0,04 1,40 4,74 1,2 8 0,04 1,70 5,22 1,3
Tabel V-2: Proevenprogramma van langeduurproeven (waarden zijn weergegeven als modelwaarden) proef sop (-) Hs (m) Tp (s) duur (uur) derde serie 9 0,04 1,40 4,74 2 10 0,04 1,40 4,74 4 11 0,04 1,40 4,74 8 12 0,04 1,40 4,74 12
In de tabel is te zien dat de golfhoogte tijdens de eerste serie wat lager is dan tijdens de tweede serie, omdat de wat kleinere golfsteilheid een relatief zware belasting geeft op de bekleding. Daardoor zal reeds bij een kleinere golfhoogte schade ontstaan.
Het proevenprogramma van de derde serie is weergegeven in Tabel V-2. Deze serie wordt uitgevoerd met golfcondities die tijdens de eerste twee series nog net geen schade hebben opgeleverd. Hier is verondersteld dat dit bij een golfhoogte van 1,4 meter is. De serie proeven wordt gestopt zodra er schade is ontstaan of de genoemde duur is bereikt. De genoemde waarden in Tabel V-2 zijn op schaal 2 in de goot. De overeenkomstige belastingduur in werkelijkheid is 2 langer, dus totaal 37 uur.