Een probabilistisch ontwerp voor de vaste laag bij St. Andries

Een probabilistisch ontwerp voor de vaste laag bij St. Andries

Pruisken, H.J.A.

Vrijling, J.K. (mentor)
Schiereck, G.J. (mentor)
Sitters, C.W.M. (mentor)
De Wilde, D. (mentor)

Civil Engineering and Geosciences

Hydraulic Engineering

1996-11-13

Rijkswaterstaat, Directie Oost Nederland gaat de komende jaren investeringen doen in de capaciteit en de veiligheid van de hoofdtransportas Waal ten behoeve van de scheepvaart. De vaarwegcapaciteit van de Waal moet worden verhoogd. Eén van de knelpunten in de rivier is de bocht bij St. Andries die niet voldoet aan de veiligheid en de vereiste vaarbreedte bij laag water. Deze breedte is 240 dagen per jaar niet aanwezig. Voor de verbetering van de bocht bij St. Andries in de Waal is in de ontwerpnota van de Bouwdienst van Rijkswaterstaat gekozen voor een zomerbedmaatregel d.m.v. een vaste laag. Met een vaste laag wordt beoogd dat na verbreding van de bocht, de bodem zal worden gefixeerd. Voor de vaste laag is een bodembescherming gekozen in de vorm van een stabiel geometrisch open filter. Uit het ontwerpproces van de Bouwdienst kwamen twee alternatieven voor een dergelijk filter naar voren. Beide alternatieven bestaan uit een filterlaag en een toplaag. Het gekozen ontwerp bestaat uit een toplaag van 40-200kg sortering met een 40/100mm sortering voor de filterlaag, het alternatief bestaat uit een 10-60kg sortering en een 30/80mm sortering. In de ontwerpnota wordt gesteld dat voor een "voldoende veilig ontwerp" de zwaarste sortering wordt voorgeschreven. De maatgevende belasting voor de vaste laag bleek de schroefstraalstroming van passerende schepen. Voor de vaste laag is getracht op probabilistische gronden de alternatieven te heroverwegen. Hiervoor is eerst het falen van de toplaag en de filterlaag beschreven. In dit rapport is er vanuit gegaan dat de toplaag faalt als er binnen een vak ter grootte van 5 vierkante meter door uitspoeling minder stenen overblijven dan er nodig zijn om het genoemde vak met één laag stenen te bedekken. Een dergelijk vlak wordt een faalvlak genoemd. Er wordt dan vanuit gegaan dat als de toplaag faalt, dit plaatselijk zal gebeuren. Als faalcriterium is gesteld dat een faalkans van een orde van grootte van 0.01 acceptabel is. De filterlaag zal falen als er teveel basismateriaal uitspoelt, hierdoor zal de filterconstructie zakken. Een faalcriterium voor de filterlaag moet worden gekoppeld aan de zakking van de vaste laag. Het is echter moeilijk om de zakking voor een filterconstructie te berekenen. In dit rapport is daarom voor een faalkansberekening alleen een eerste opzet gegeven. Het ontwerp van RWS is nagerekend. Hieruit bleek dat wanneer een andere berekeningswijze werd toegepast dan in het voorontwerp van RWS was gebruikt, niet de schroefstraalbelasting maar de retourstroombelasting maatgevend is. De maatgevende belasting op de vaste laag wordt dan gegeven door de combinatie van de retourstroom en stroming door afvoer. Bij grote debieten zijn de stroomsnelheden in de rivier groter dan bij kleine debieten. Voor de retourstroming geldt het omgekeerde. Bij kleine debieten is de diepte klein en zijn de retourstroomsnelheden groot. Hierdoor zijn de stroomsnelheden bij de bodem voor alle afvoeren ongeveer gelijk. De variatie in de stroomsnelheden bij de bodem wordt volledig geleverd door de turbulentie. De sterkte van de vaste laag wordt gegeven door de stabiliteit van de toplaag en de werking van de filterlaag. Een belangrijke interpretatie is dat de sterkte van de toplaag per steen wordt beschouwd. De sterkte wordt dan uitgedrukt in de weerstand van een steen tegen bewegen. De basis van het gebruikte model is de veronderstelling dat de weerstand van de verschillende stenen niet gecorrelleerd is. Voor het toepassen van de methode is het belangrijk dat de spreiding van de weerstand groot is ten opzichte van de spreiding van de belasting. De berekening van de kans op bewegen van een steen uit de toplaag levert onrealistisch hoge waarden op. Een mogelijke oorzaak is dat de stabiliserende invloeden op de stenen in de toplaag niet goed worden weergegeven in de betrouwbaarheidsfunctie. Eén van deze stabiliserende invloeden is waarschijnlijk de invloed die de stenen op elkaar uitoefenen. De stenen kunnen dan niet geheel onafhankelijk van elkaar in beweging komen.

bodembescherming
Waal
Shields

http://resolver.tudelft.nl/uuid:0f1c1a4f-d782-49dd-a605-8282418d0eb4

Student theses

master thesis

(c) 1996 Pruisken, H.J.A.