pr;
Ministerie van Verkeer en Waterstaat
Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat
Directie Oost-Nederiand
Bibliotheek
P t f - S A . 9 4 0 1 0 ON
isiGOB
p i ;
/Sq&8
Directoraat-ueneraai k i j Kswaterstaat
Bouwdienst Rijkswaterstaat
Hoofdafdeling Waterbouw
W-SA-94092
BDWSA-94140
BOCHTVERBETERING St. ANDRIES
Vaste Laag
CONCEPT ONTWERPNOTA
Opdrachtgever
Projectnummer
datum
Status
Auteur(s)
:
:
:
:
Rijkswaterstaat Directie Gelderland
W B 581
9 november 1 9 9 4
Concept
V . Hombergen, J . Roeberding, H. Eerden
dienst
bevoegd gezag
paraaf
Opdrachtgever
R W S dir. Gelderland
ing. H. Eerden
nvt
Opdrachtnemer
R W S Bouwdienst
ir. D. Verhage
nvt
Projectmanager
R W S Bouwdienst
ir. A . Franken
nvt
Projectleider
R W S Bouwdienst
ir. V . Hombergen
nvt
d.d.
Jederfand
Bibliofheeknr. Pw.
S f \ . ^
Q
l
Ministerie van Verkeer en Waterstaat
Directoraat-Generaal Rij kswaterstaat
Bouwdienst Rijkswaterstaat
Hoofdafdeling Waterbouw
W-SA-94092
BDWSA-94140
BOCHTVERBETERING St. ANDRIES
Vaste Laag
CONCEPT ONTWERPNOTA
R W S Bouwdienst
t.a.v. ir. V . J . W . Hombergen
Postbus 2 0 . 0 0 0
3 5 0 2 L A Utrecht
tel: 0 3 0 - 8 5 7 8 4 6
fax: 0 3 0 - 8 0 0 6 8 6
R W S Directie Gelderland
t.a.v. ing. H . A . P . Eerden
Postbus 9 0 7 0
6 8 0 0 ED A r n h e m
Tel: 0 8 5 - 8 6 6 5 4 0
fax: 0 8 5 - 6 8 8 7 3 4 (PB-Waal)
o
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
PROJECT IDENTIFICATIE
Projectnaam
Projectnummer
Opdrachtgever
:
Bochtverbetering St. Andries.
: PBMS: 2371
WB:
581
Rijkswaterstaat directie Gelderland
Principaal:
Opdrachtnemer
: Bouwdienst Rijkswaterstaat
Bevoegd gezag:
Projectmanager:
Projectleider:
Concept O n t w e r p n o t a
ing. H. Eerden
ir. D. Verhage
ir. A. Franken
ir. V. Hombergen
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
INHOUDSOPGAVE
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
PROBLEEMSTELLING
BEOOGD PROJECT RESULTAAT
AFBAKENING
R E S U L T A A T DEFINITIEFASE
DOELSTELLING ONTWERPNOTA
N A D E R E UITWERKING H Y D R A U L I S C H E R A N D V O O R W A A R D E N
6.1
Inleiding
6.2
Grenssnelheid, Retourstroom en Spiegeldaling
6.2.1
Algemeen
6.2.2
Uitgangspunten
6.2.3
Grenssnelheid
6.2.4
Retourstroom en spiegeldaling
6.3
Schroefstraalbelasting
6.3.1
Algemeen
6.3.2
Uitgangspunten
6.3.3
De schroefstraalbelasting
6.4
Resume hydraulische belastingen
ALTERNATIEVEN VASTE LAAG
7.1
Inleiding
7.2
Stortsteen op granulair filter
7.3
Stortsteen op zinkstuk
7.4
Blokkenmatten
7.5
Gabions (schanskorven)
7.6
Matrassen
7.7
Kwalitatieve vergelijking van de alternatieven
7.7.1
Beoordelingscriteria
7.7.2
Verwerking beoordelingen
7.7.3
Conclusies
VOORONTWERP TOPLAAG VASTE LAAG
8.1
Algemeen
8.2
Stortsteen als toplaag
8.2.1
Stortsteen belast door de maatgevende retourstroom
8.2.2
Stortsteen belast door de schroefstraal
8.2.3
Ontgronding van de toplaag bij schroefstraalbelasting
8.2.4
Mogelijke horizontale opbouw vaste laag
VERTICALE OPBOUW BODEMBESCHERMING
9.1
Inleiding [ref.:5]
9.2
Uitgangspunten ontwerp filter
9.3
Geometrisch-dicht filter
9.3.1
Geometrisch-dicht filter bij een toplaag 1 0 - 6 0 kg
9.3.2
Geometrisch-dicht filter bij een toplaag 4 0 - 2 0 0 k g
9.3.3
Resume geometrisch-dicht filter
9.4
Stabiel geometrisch-open filter
9.4.1
Bodemverhang
9.4.2
Ontwerp geometrisch-open filter
9.4.3
Resume geometrisch-open filter
9.5
Geotextiel als filter [ref.:5]
9.6
Resume granulair opgebouwde bodembescherming
D E F I N I T I V E L A Y - O U T EN UITVOERING
10.1 Keuze + praktische opbouw vaste laag
10.2 Geometrie vaste laag
1 0 . 3 Uitvoering vaste laag
10.4 Aansluitng rond de kribben
10.5 A a n l e g k o s t e n vaste laag
Concept O n t w e r p n o t a
1
1
2
2
4
5
5
5
5
5
6
7
10
10
10
11
13
14
14
14
15
16
16
16
17
17
18
20
21
21
21
21
22
25
26
28
28
29
29
30
31
32
32
32
33
34
35
35
36
36
37
39
41
42
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
BIJLAGEN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Breedte werking T 1 S en T 5 S
Grenssnelheid retourstroom en spiegeldaling
Schroefstraalbelasting bij varierende aanleghoogte en berekening D van de toplaag
Beoordeling alternatieven op criteria
Gevoeligheidsanalyse
Ontgrondingen toplaag indien een lichtere sortering wordt toegepast dan berekend
in bijlage 2
Ontwerpgrafiek geometrisch-open filter
Resultaten W L (optimalisatie T5)
Bovenaanzicht vaste laag
Lengte profielen vaste laag
Kenmerkende dwarsprofielen vaste laag
Concept Ontwerpnota
5 0
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
SAMENVATTING
Op basis van het door het W L uitgevoerd model onderzoek [ W - S A - 9 4 0 5 7 ] en het
vastgestelde Programma van Eisen [ W - S A - 9 4 0 5 4 ] is besloten uit te gaan van een lay-out
volgens T 5 S V . Deze laag begint op kilometerraai 9 2 5 , 0 0 0 en eindigt op kmr. 9 2 8 , 5 0 0 . De
boven- en benedenstroomse begrenzing sluiten aan op het huidige bodemniveau,
respectievelijk N A P - 3 , 0 6 m en N A P - 3 , 3 5 m , met als hoogste punt N A P - 2 , 2 9 m ( 0 L R - 3 , 6 5 m )
op mr. 9 2 8 , 0 0 0 .
Lay-out T 5 S V heeft bijna dezelfde werking als lay-out T 1 S V , maar in het gedeelte tussen
kmr.927 en 9 2 8 is de breedte-werking net iets beter (zie bijlage 1). Daarnaast is de
ontgronding benedenstrooms van de vaste laag bij lay-out T 5 S V kleiner dan bij lay-out
T 1 S V omdat het bodemtransport door de buitenbocht bij lay-out T 5 S V groter is.
In de hoofdstukken 1 tot en met 4 zijn de standaard hoofdstukken van dit document
gegeven (inleiding, doelstelling etc.) Hoofdstuk 5 is een samenvatting van het Programma
van Eisen.
In hoofdstuk 6 zijn de hydraulische belastingen nader uitgewerkt. Samen met de inmiddels
bekende stroomsnelheden uit het Programma van eisen heeft geresulteerd in de volgende
tabel:
Stroomsnelheid
Belasting
Natuurlijke
afvoer
0,90
[m/s]
Opmerking
5 0 t o t 9 0 m e t e r v a n a f d e a s v a n d e r i v i e r in d e
b i n n e n b o c h t bij O L W m e t v a s t e l a a g .
Natuurlijke
afvoer
1,40
5 0 t o t 9 0 m e t e r v a n a f d e a s v a n d e r i v i e r in d e
b u i t e n b o c h t bij O L W m e t v a s t e l a a g .
Natuurlijke
afvoer
Retourstroom
2,00
g e m i d d e l d bij M H W m e t v a s t e l a a g .
2,75
D u w e e n h e i d tijdens O L W . A a n l e g h o o g t e O L W - 3 , 5 0 m ;
Bodembreedte 150m;
Retourstroom
3,50
V„=1,40m/s
D u w e e n h e i d tijdens M H W .
Aanleghoogte
O L W - 3 , 5 0 m ; Bodembreedte 150m;
Schroefstraal
2,38
D u w e e n h e i d bij O L W m e t e e n V
w
V
w
= 2,0m/s.
van 0,90m/s
( b i n n e n b o c h t ) bij a a n l e g h o o g t e O L W - 4 , 2 0 m .
Schroefstraal
4,15
D u w e e n h e i d bij O L W met een V
w
van 1 , 4 0 m / s
(buitenbocht) bij a a n l e g h o o g t e O L W - 3 , 5 0 m .
Tabel S . I :
Hydraulische randvoorwaarden voor het ontwerp van de vaste laag. De vetgedrukte waarden zijn de maatgevende belastingen.
In hoofdstuk 7 zijn 5 altematieve constructies voorgesteld voor de vaste laag. Te weten:
Toplaag van stortsteen met een uit granulair opgebouwd filter.
Toplaag van stortsteen op een zinkstuk, waarbij het zinkstuk is opgebouwd uit een
geotextiel (filter) met een rietmat en een roosterwerk van wiepen.
Een blokkenmat (betonblokken op geotextiel).
Gabions (op geotextiel).
Matras (onder en boven geotextiel en als tussenlaag bijvoorbeeld grind).
Met behulp van een Multi-Criteria-Matrix zijn de alternatieven vergeleken op de criteria (en
sub-criteria):
Uitvoering (uitvoerbaarheid en veiligheid),
Constructief (ruwheid, duurzaamheid en reststerkte),
Milieu (ecologie, grondstofreserve en hergebruik materialen),
Concept O n t w e r p n o t a
S.1
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Flexibiliteit (aanpassingsmogelijkheid en constructieve flexibiliteit, bijvoorbeeld
zettingen),
Beheer en onderhoud (schadegevoeligheid, uitvoerbaarheid en tracering van schade),
(Verwachte) Kosten (aanlegkosten en onderhoudskosten).
Deze analyse heeft geresulteerd in twee voorkeurs-alternatieven, namelijk stortsteen op
een granulair filter en stortsteen op een zinkstuk.
Doordat beide alternatieven voor wat betreft de toplaag identiek zijn, is in hoofdstuk 8
deze toplaag bepaald met als criterium "stabiliteit tegen optredende hydraulische
belastingen" (tabel S . 1 ) .
Het resultaat (standaard sorteringen volgens NEN-ISO-51 80) van deze berekeningen is als
volgt:
6 0 - 3 0 0 k g ( 0 , 3 8 m < D < 0 , 4 3 m ) veilig ontwerp.
10-60kg ( 0 , 2 1 m < D < 0 , 2 6 m ) enig doorgaand transport toegestaan.
4 0 - 2 0 0 k g ( 0 , 3 2 m < D < 0 , 3 7 m ) "gemiddeld".
Het advies is geworden om uit te gaan van een voldoende veilig ontwerp, met andere
woorden 4 0 - 2 0 0 k g als toplaag. Indien men er voor kiest om enige schade aan de
bodembescherming toe te staan dan zou men kunnen kiezen voor 1 0 - 6 0 k g . Een toplaag
van 6 0 - 3 0 0 k g mag voor de vaste laag als te veilig worden beschouwd.
n
n
n
In hoofdstuk 9 is de verticale opbouw van de vaste laag onderzocht (filterconstructie). In
eerste instantie is een granulair geometrisch dicht filter ontworpen en vervolgens een
granulair geometrisch open filter. Daarnaast zijn ook de vereisten voor het geotextiel
(onderdeel van het zinkstuk) bepaald. Een geometrisch dicht filter kan worden b e s c h o u w d
als een te veilig ontwerp voor deze specifieke constructie gezien de grootte en type
belastingen.
Vervolgens is het ontwerp aan de Directie Gelderland voorgelegd om een keuze te maken
voor het ontwerp. Na een uitvoerige bespreking met de projectgroep St. Andries,
bijgewoond door een adviseur van de Bouwdienst, een vertegenwoordiger van de
dienstkring Bovenrijn en Waal en deskundigen op het gebied van de uitvoering is gekozen
voor een geheel uit granulair materiaal opgebouwde bodembescherming.
Het ontwerp van de bodembescherming is als volgt:
Toplaag:
4 0 - 2 0 0 k g , minimale laagdikte 0 , 5 3 m , inclusief toleranties een
gemiddelde laagdikte van 0 , 8 0 m (1275kg/m ).
Filterconstructie: 4 0 / 1 0 0 m m , minimale laagdikte 0 , 2 5 m , inclusief toleranties een
gemiddelde laagdikte van 0 , 4 0 m (660kg/m ).
2
2
—
40-200kg
40/100mm
Basislaag
0,80m 1 2 7 5 k g / m
0,40m 6 6 0 k g / m
2
2
Figuur S . 1 : Kenmerkende opbouw vaste laag
Concept Ontwerpnota
S.2
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
In de loop van het project is het W L verzocht aanvullende berekeningen uit te voeren naar
de geometrie van de vaste laag. Onderzocht is of de vaste laag kon worden verkort en/of
versmalt. Het resultaat van deze berekening is dat de vaste laag tot 1 4 0 m kan worden
versmalt, voordat ontgrondingen aan de binnenbochtzijde van de vaste laag een rol gaan
spelen in de stabiliteit van de vaste laag.
Tevens is gebleken dat verkorting van de vaste laag mogelijk is door de helling ( 1 : 5 0 0 die
bij T 5 S V begint op kmr. 9 2 8 en eindigt op kmr. 928,5) steiler aan te leggen met een
helling van 1:100 (einde op kmr. 928,1 •* inkorting van 400m). Dit is geometrie T 5 S V K E .
De voorkeur bij Directie Gelderland gaat uit naar deze geometrie. Deze voorkeur is
gebaseerd op de volgende punten [ W - S A - 9 4 0 9 1 ]:
De aanzanding (bult) achter de vaste laag in de binnenbocht verplaats zich van de
kruising (tussen kmr. 9 2 8 en kmr. 929) meer naar de vaste laag. Dit is
scheepvaartechnisch "beter" omdat afvarende schepen dan bij het oversteken van
de ene binnenbocht (St. Andries) naar de andere binnenbocht (Opijnen) geen " S bocht" hoeven te maken.
De hoeveelheid onderhoudsbaggerwerk bij T 5 S K E is groter dan bij T 5 S V maar niet
veel. Ook bij T 5 S V moet onderhoudsbaggerwerk worden gepleegd om het gewenste
resultaat (170m) te bereiken. Deze kleine toename van baggerwerk weegt niet op
tegen een verkorting van de vaste laag van 4 0 0 m .
Schade aan de vaste laag of baggermaterieel hoeft men niet te vrezen, omdat de
laag in dit gebied sowieso lager komt te liggen dan O L W - 3 , 5 0 m . A l s er in het
benedenstroomse deel van de vaste laag (binnenbocht) gebaggerd moet worden dan
ligt er altijd nog een pakket zand tussen O L W - 3 , 5 0 m en de vaste laag voor de
"bescherming" .
Ook net voor de bocht van Opijnen geeft het model een beter resultaat bij T 5 S K E
dan bij T 5 S V .
Overige kenmerken van de voorkeursgeometrie zijn:
De vaste laag begint op kmr. 9 2 5 met een breedte van 110m tot kmr. 9 2 5 , 2 5 0 . Vanaf
kmr. 9 2 5 , 3 5 0 heeft de vaste laag een constante breedte van 1 4 0 m tot kmr. 9 2 8 , 1 0 0 m
(zie bijlage 9).
In Bijlage 10 zijn lengte profielen weergegeven van de vaste laag op verschillende afstand
van de theoretische normaallijn. In bijlage 11 zijn enkele kenmerkende dwarsprofielen
weergegeven, die corresponderen met de gestippelde verticale lijnen in bijlage 10.
De kosten voor de vaste laag zijn bij het opstellen van deze versie van de concept
ontwerpnota nog niet bekend ( 0 9 / 1 1 / 9 4 ) . De kosten zullen binnen afzienbare tijd worden
toegevoegd aan dit document.
Concept O n t w e r p n o t a
S.3
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
1
PROBLEEMSTELLING
Ter verbetering van o.a. het scheepvaartverkeer en de veiligheid van de Hoofdtransportas
Waal gaat Rijkswaterstaat directie Gelderland in de komende 10 jaar bijna 5 0 0 miljoen
gulden investeren. Ook bij laag water wil men de capaciteit van de rivier verhogen.
Alternatieven als bochtafsnijding, kanalisatie of het verleggen van bruggen zijn hiervoor
ongewenste oplossingen. Gedacht moet worden aan het verlengen of verkorten van
kribben of het aanpassen van de rivierbodem.
Een van de knelpunten op de rivier is de bocht St. Andries die niet voldoet aan de
veiligheid en vereiste vaarbaanbreedte bij O L W (Overeengekomen Lage Waterstand). De
vereiste vaarbaanbreedte is 1 70m op een diepte van O L W - 2 , 8 0 m . Deze breedte is 2 4 0
dagen per jaar (67%) niet aanwezig.
1
De bocht bij St. Andries is gekozen als project, dat als eerste uitgewerkt zal worden
volgens het beleidsvariant l i b . Het project "Bocht St. Andries" bestaat uit 5 resultaten,
te w e t e n :
1
Zomerbedmaatregel bocht St. Andries d.m.v. een vaste laag
2
Bocht Opijnen
3
Kribben & Oevers
4
Knooppunt St. Andries
5
Compenserende maatregelen
2
Als eerste zal resultaat 1 worden gerealiseerd.
De vaargeul in de bocht van St. Andries zal analoog aan de bocht te Nijmegen worden
verbreed door middel van bochtvastlegging met een vaste laag (bodembescherming) in het
zomerbed.
De keuze voor het aanleggen van een vaste laag ter verbetering van de vaarbaanbreedte
bij OLR is onder anderen gebaseerd op:
Naar de werking van bodemkribben en bodemschermen wordt nog steeds onderzoek
gedaan. Voorlopig kan nog geen sluitende uitspraak worden gedaan over de werking
van de bodemschermen.
Tussen St. Andries en Zaltbommel ligt het kantelpunt van autonome bodemdaling
en bodemstijging (einde getij invloed). De bodem blijft nu al nagenoeg op dezelfde
hoogte.
Door de positieve ervaring met de vaste laag in de bocht bij Nijmegen, geeft een
vaste laag bij St. Andries meer zekerheid voor het behalen van het gewenste
resultaat, dan een ander alternatief.
De Hoofdafdeling Waterbouw van de Bouwdienst Rijkswaterstaat is gevraagd een bijdrage
te leveren aan dit resultaat, namelijk door het ontwerp van de vaargeul-verbetering bij St.
Andries op te stellen.
2
BEOOGD PROJECT RESULTAAT
De Definitiefase is inmiddels afgerond. Op basis van het voorgaande Programma van Eisen
levert de Hoofdafdeling Waterbouw van de Bouwdienst Rijkswaterstaat als bijdrage:
Het ontwerp van de bodembescherming.
De technische specificaties die bij het project behoren.
Het toets-plan ten behoeve van het bestek (Het bestek wordt opgesteld door R W S GLD).
W a t e r s t a n d die 5 % v a n de tijd per jaar w o r d t o n d e r s c h r e d e n ( O L W = O L R )
Uit: T o e k o m s t v i s i e W a a l
Concept Ontwerpnota
Hoofdtransportas
1
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Een voorstel tot assistentie bij het toezicht op de naleving van het toetsplan tijdens
de uitvoering.
Een voorstel voor besteks- eisen en gunnings-criteria.
3
AFBAKENING
De meerwaarde, geintegreerde aanpak, zoals gesteld in de projectopdracht van R W S - G L D ,
valt onder de verantwoordelijkheid van Directie Gelderland. De afdeling Waterbouw is
verantwoordelijk voor de technische specificaties en het toets-plan voor de vaste laag in
de verbrede vaargeul. Er wordt rekening gehouden met bestaande
(natuurontwikkelings)plannen en/of andere belangen. R W S - G L D is verantwoordelijk voor
een tijdige toelevering van eventuele aanvullende eisen vanuit andere plannen en/of
belangen en vanuit interne raakvlakken tijdens de ontwerpfase.
Uitgangspunt is dat de zomerbedmaatregelen d.m.v. een vaste laag de overige belangen
niet zullen schaden en geen blokkade zullen vormen voor bestaande plannen.
4
RESULTAAT DEFINITIEFASE
Tijdens de definitiefase is door middel van een onderzoek met het hydrologisch- en
morphologisch numerieke model R I V C O M , uitgevoerd door het Waterloopkundig
Laboratorium de V o o r s t , vast komen te staan dat de vereiste breedte op een diepte van
O L R - 2 , 8 0 m niet zonder aanvullende maatregelen is te verkrijgen.
1
Het onderzoek leverde twee mogelijke geometrieen, waarmee het beoogde project
resultaat bijna mee is te bereiken, te w e t e n :
Een geometrie volgens de schematisatie in model T1
Een geometrie volgens de schematisatie in model T5
Een geometrie volgens model T1 verbetert de condities bij St. Andries maar veroorzaakt
problemen benedenstrooms, ter plaatse van de kruising , gedurende 110 dagen per jaar
(30%). Bij St. Andries is de vaarbaanbreedte op een diepte O L W - 2 , 8 0 m 6 0 dagen per jaar
(17%) kleiner dan de vereiste breedte. Met model T 5 worden dezelfde resultaten
verkregen als met model T l , alleen op de kruising is de breedte gedurende 75 dagen per
jaar (20%) onvoldoende.
2
Nader onderzoek naar een combinatie van de vaste laag met een versmalling van de rivier
van 2 6 0 meter naar 2 2 5 meter (bijvoorbeeld door verlenging van de kribben), leverde een
beter resultaat op (model T 1 S en T 5 S ) . Beide modellen geven bij St. Andries gedurende
9 5 % per jaar de vereiste vaarbaanbreedte. Ter plaatse van de kruising is de breedte
gedurende 2 2 % van het jaar onvoldoende.
Na extra controle en verdere scherpstelling van de numerieke randvoorwaarden heeft het
onderzoek geleid tot de twee geometrieen T 1 S V en T 5 S V . Deze zijn als volgt te
omschrijven:
Model
V a n kmr. - Tot
kmr.
Min.
Aanleghoogte
T1SV
924,5 - 928,5
OLW-4,50m
T5SV
925 - 928,5
OLW-4,50m
Max.
Aanleghoogte
OLW-3,85m
(const.)
O L W - 3 , 6 5 m (var.)
Bij nader inzien is gekozen voor een lay-out volgens T 5 S V (vanaf nu in het kort T5),
omdat bij deze lay-out de breedte-werking iets beter is dan bij T 1 . Helaas geeft lay-out T 5
RIVer en COastal Morphology
[W-SA-94057]
P l a a t s w a a r d e s t r o m i n g in d e r i v i e r v a n d e e n e b u i t e n b o c h t o v e r s t e e k t n a a r d e a n d e r e
Concept O n t w e r p n o t a
buitenbocht.
2
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
een iets slechter resultaat voor de kruising, maar de breedte werking zet iets langer door
dan bij T1 (De breedte tussen kmr. 9 2 7 en kmr. 9 2 8 is bij T5 groter dan bij T1).
Daarnaast zijn de ontgrondingen benedenstrooms van de vaste laag bij een lay-out volgens
T 5 kleiner dan bij T 1 , doordat bij T5 het zandtransport door de buitenbocht groter is.
In bijlage 1 is de breedte werking van de onderzochte lay-outs weergegeven.
De lay-out van T5 is weergegeven in figuur 5.1 Het hoogste punt van de vaste laag ligt op
O L R - 3 , 6 5 m . De buitenbocht van de vaste laag grenst aan de normaallijn van de
buitenbocht van de bocht St. Andries. In figuur 5.1 is de onderste lijn de bovenkant van
de vaste laag t.o.v. OLR en de middelste lijn de hoogte t.o.v. N A P .
Vaste laag St. Andries t.o.v. NAP
T5
<
z
2
1.75 — .
1.5
1.25
1
0.75
0.5
0.25
0
-0.25
-0.5
-0.75
-1
-1.25
-1.5
-1.75
-2
-2.25
-2.5
-2.75
-3
-3.25
-3.5
-3.75
-4
-4.25
-4.5
-4.75
-5
9
24
,
CR
t.o.v. NAP
T5 t.o.v. OLR
T5 t.o.v. NAP
^
-
\
V
924.5
925
925.5
926
926.5
927
927.5
928
\
928.5
929
Kilometerraai
(Duizenden)
Figuur 4 . 1 : Lay-out T 5 t.o.v. N A P en OLR
De vereiste doorvaartbreedte wordt alleen bereikt indien extra maatregelen worden
getroffen (bijvoorbeeld versmalling van de rivier via verlenging kribben) en/of periodiek
onderhoudsbaggerwerk wordt gepleegd.
Het verdient aanbeveling om:
bovenstrooms de bodembescherming zodanig aan te leggen, dat geen abrupte
drempel wordt gevormd bij de overgang van huidige niveau naar vaste laag.
te onderzoeken of de spiraalstroom kan worden verstoord, om ontgrondingen
benedenstrooms van de laag te beperken.
Het model gaf ook aan dat de ruwheid van de buitenbocht een belangrijke rol speelt. De
optimale ruwheid van de buitenbocht is te bereiken door de vaste laag met een breedte
tussen 1 5 0 , 0 m en 1 6 5 , 0 m aan te leggen met een C-waarde (Chezy) van om en nabij
35m 7s.
y
Volgens het model R I V C O M zal de profiel gemiddelde stroomsnelheid bij O L W toenemen
van gemiddeld tussen 0,9 en 1,3 m/s naar gemiddeld tussen 0,9 en 1,4m/s. Bij M H W zal
de stroomsnelheid toenemen van ongeveer 1,8m/s naar 2,0m/s.
Concept Ontwerpnota
3
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
De ruwheid veroorzaakt een opstuwing bovenstrooms van de vaste laag. Met het model
W A Q U A zijn indicatieve berekeningen uitgevoerd om een idee te krijgen van de grootte
van de o p s t u w i n g bij M H W . In het meest pessimistische geval kan deze oplopen tot
6 , 0 c m . Dit aspect en ook de versmalling, zullen nader worden onderzocht en uitgewerkt in
het kort geleden aan het project St. Andries toegevoegde "resultaat 5 " .
De vaste laag, levert volgens het RIZA geen onoverkomelijke bezwaren op voor het
aquatische en ecologische milieu, temeer omdat de voorgestelde grootte van de laag
acceptabel is. V o o r het aquatisch- en ecologisch milieu zal een ruwe, hobbelige vaste laag
de voorkeur genieten boven een vlakke gladde laag.
Uit bovenstaande tekst kan worden opgemaakt dat tijdens het ontwerp een optimalisatie
plaats zal moeten gaan vinden met aan de ene kant een hoge ruwheid bij O L W , waardoor
de breedte-werking wordt bevorderd en het onderhoudsbaggerwerk afneemt en aan de
andere kant een lage ruwheid bij M H W , om opstuwing bovenstrooms van de vaste laag te
beperken. Daarnaast verdient hoge ruwheid de voorkeur voor het ecologische- en
aquatische milieu. De schaal waarop de bevordering plaatsvindt is echter klein, waardoor
aan dit aspect geen grote afwegingsfactor kan worden gegeven.
5
DOELSTELLIIMG ONTWERPNOTA
Voorliggende ontwerpnota heeft als doel het nader in detail uitwerken van geometrie T 5
op basis van het Programma van Eisen [ W - S A - 9 4 0 5 4 ] om zo mogelijk te resulteren in de
technische specificaties van een voorkeursvariant met een nauwkeurigheid op besteksniveau.
De aanlegkosten die in dit document worden vermeld zijn dan nog op ontwerpniveau.
Het tweede doel van de Ontwerpnota is het verkrijgen van goedkeuring van de
opdrachtgever voor het uitvoeren van de voorbereidingsfase aan de hand van de in dit
document beschreven ontwerp. Tevens dient dit document als achtergrond-document
voor het Beslisdocument Ontwerpfase.
Concept O n t w e r p n o t a
4
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
6
NADERE UITWERKING HYDRAULISCHE
6.1
Inleiding
RANDVOORWAARDEN
In het Programma van Eisen is aangegeven welke karakteristieke scheepsparameters
moeten worden aangehouden voor het bepalen van de hydraulische belastingen voor het
ontwerp van de vaste laag. De waterbeweging die door varende schepen op vaarwater
wordt opgewekt is een complex geheel van afzonderlijk te onderscheiden
waterbewegingscomponenten. Belangrijk zijn stroming en waterspiegelfluctuaties. In dit
hoofdstuk worden de kenmerkende ontwerpparameters zoals de maximale vaarsnelheid
van het schip, de retourstroom, de spiegeldaling en de schroefstraalbelasting bepaald, om
in hoofdstuk 8 te kunnen worden toegepast voor het voorontwerp.
Algemeen uitgangspunt bij het ontwerp is de aanname van verschillende aanleghoogten
om zo de gevoeligheden van de gehanteerde formules en de spreiding van de hydraulische
randvoorwaarden in beeld te brengen.
6.2
Grenssnelheid, Retourstroom en Spiegeldaling
6.2.1
Algemeen
Voor het bepalen van de grenssnelheid is gebruik gemaakt van het model DIPRO. (Dlsign
PROtections) versie 1.04. Het model is in principe voor het ontwerpen van
oeververdedigings-constructies. Het model kan ook de retourstroom bepalen, maar de
resulterende waarde geldt voor de retourstroom langs de oevers, terwijl voor het ontwerp
van de bodembescherming, de retourstroom onder een varend schip van belang is. De
schroefstraal kan ook met DIPRO worden bepaald, alleen blijkt dat het model deze
parameter verkeerd uitrekent.
De retourstroom en de spiegeldaling zijn met de hand berekend.
6.2.2
Uitgangspunten
De maatgevende grenssnelheid van een schip en de direct daaraan gekoppelde
retourstroom en spiegeldaling treden op bij varen bij een minimale waterdiepte.
Een bodembreedte in de bocht tussen 150 en 170 meter (variatie volgens R I V C O M ) .
Een minimale waterdiepte van 3 , 5 0 m bij O L W (na bodemophoging) en een maximale
waterdiepte van 3,85m bij O L W (minimum plus maximale uitvoerings-toleranties).
De bocht wordt in deze berekening met een trapezium-vormig dwarsprofiel
geschematiseerd (na de bodemophoging). De hellingen van de oevers worden als
1:3 aangenomen (standaard gemiddelde in DIPRO).
Het debiet bij O L W is 7 7 7 m / s . De gemiddelde stroomsnelheid van het water in de
as van de rivier bij deze afvoer met de vaste laag is ongeveer 1,15m/s. De minimale
stroomsnelheid bij O L W is volgens R I V C O M (zie P V E [W-SA-94054]) 0 , 9 0 m / s (50
tot 9 0 m vanaf de as van de rivier in de binnenbocht), de maximale stroomsnelheid
1,40m/s (50 tot 9 0 m vanaf de as van de rivier in de buitenbocht).
De tabel in het Programma van Eisen met de gemiddelde scheepskarakteristieken.
Tabel 6.1 geeft de voor DIPRO benodigde gegevens. Bij O L W geldt voor Klasse VI
de maximale combinatie van een 2x2-baks duweenheid.
3
Concept Ontwerpnota
5
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Klasse V a
K l a s s e VI
Kruiplijn-
Motorschip
Duweenheid
coaster
Lengte
110 m
190
77,85
m
Breedte
11,40
11,00
m
B e p e r k t e d i e p g a n g bij O L W
2,80
GeVnstalleerd v e r m o g e n
1200
kW
3000
kW
1000
kW
GeVnstalleerd v e r m o g e n per s c h r o e f
1200
kW
1000
kW
1000
kW
Kenmerk
[Verificatie: B D - N I C V e n
V a a r s n e l h e i d t . o . v . rivier
AW]
m
m
m
22,80
2,80
m
2,80
m
m
oever
Stroomopwaarts
3,5
m/s
3,5
m/s
3,5
m/s
Stroomafwaarts
5,0
m/s
5,0
m/s
5,0
m/s
P
IP
' Manoeuvreer' Gemstalleerd
DIPRO rekent standaard met
70%
1
Tabel 6.1 : Scheepsgegevens voor DIPRO.
6.2.3
Grenssnelheid
Over het algemeen zal de vaarsnelheid, waarmee bij het bepalen van de
scheepsge'fnduceerde waterbeweging gerekend wordt, redelijk goed bekend zijn.
De maximale vaarsnelheid die een schip op in breedte en/of diepte beperkt vaarwater kan
bereiken, is afhankelijk van de afmetingen van het schip en de vaarweg. De grenssnelheid
wordt bepaald door de maximale afvoer (Q ) welke langs het schip kan worden
afgevoerd, onder andere door de verhouding dwarsoppervlak schip onder
water/dwarsoppervlak water ( A / A ) . De zogenaamde grenssnelheid wordt in het model
DIPRO bepaald met de daarvoor door Schijf afgeleide relatie.
max
s
c
Uit de berekeningen volgde al vrij snel dat bij de drie type schepen de grenssnelheden
worden overschreden, indien de gei'nstalleerde vermogens geheel worden aangewend.
Iteratief moet dan per schip worden gezocht naar het maximaal aan te wenden vermogen,
zodat de grenssnelheid op de in de diepte beperkte bocht niet wordt overschreden.
Dit heeft geleid tot de volgende tabel 6 . 2 .
Concept O n t w e r p n o t a
6
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Vaar-
Kenmerk schip
weg
1
2
3
4
1
2
3
4
Maximaal
Waterdiepte
Breedte
grenssnelheid
vermogen
[ml
bodem
[m/sj
[kW]
t.o.v. O L W
[m]
K l a s s e VI
2000
3,50
150
3,44
Klasse V a
600
3,50
150
4,15
Kruiplijncoasters
500
3,50
150
4,18
K l a s s e VI
2100
3,50
170
3,57
Klasse V a
650
3,50
170
4,25
Kruiplijncoasters
500
3,50
170
4,27
K l a s s e VI
2400
3,85
150
3,71
Klasse V a
750
3,85
150
4,42
Kruiplijncoasters
600
3,85
150
4,45
K l a s s e VI
2450
3,85
170
3,85
Klasse V a
800
3,85
170
4,52
Kruiplijncoasters
600
3,85
170
4,54
Tabel 6.2 : Grenssnelheden van de schepen in de bocht St. Andries bij O L W .
De invloed van stroming in de vaarweg wordt bij de berekeningsmethode meegenomen
door de scheepsnelheid te verhogen of te verlagen met de stroomsnelheid bij
respectievelijk stroomopwaarts of stroomafwaarts varen, met andere woorden het
numerieke resultaat is alsof het schip vaart in een niet-stromende rivier. De
stroomsnelheden in tabel 6.2 moeten worden gecorrigeerde met 0,9m/s en 1,4m/s
afhankelijk van de afstand tot de as van de rivier en afhankelijk van stroomopwaarts
respectievelijk stroomafwaarts varen indien de snelheid t.o.v. de oever is gewenst.
De van te voren ingeschatte vaarsnelheden zijn dicht bij de resultaten van DIPRO. Met
andere woorden de vaarsnelheden van 3,5m/s en 5,0m/s waren redelijk goede aannames
(inclusief de stroomsnelheid met de stroomsnelheid t.g.v. de afvoer).
6.2.4
Retourstroom en spiegeldaling
Direct gekoppeld aan de vaarsnelheden in tabel 6.2 zijn de retourstroomsnelheden en de
spiegeldalingen.
Met de methode van Schijf zijn beide karakteristieken te bepalen volgens [ref.:1 :
Binnenscheepvaart en Scheepvaartwegen, Dictaat F 1 2 N , TU Delft 1987]:
Retourstroom:
2
U,
V
fgP
gh'j
(D
gr
1
gh
Waterdiepte:
3,50m; Bodembreedte:
150m
Waterdiepte:
3,50m; Bodembreedte:
170m
Waterdiepte:
3,85m; Bodembreedte:
150m
Waterdiepte:
3,85m; Bodembreedte:
170m
Concept Ontwerpnota
7
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Spiegeldaling:
h>
A.
A,
2
Vgr
(2)
1
gh
In deze formules zijn:
V
Grenssnelheid
U
De retourstroom bij varen met de grenssnelheid
Z
Spiegeldaling bij varen met de grenssnelheid
A
Dwarsoppervlak schip onder water
A
Ongestoorde natte oppervlak van het vaarwater
h'
Gemiddelde waterdiepte vaarwater ( A / B ) , waarin
B
waterspiegelbreedte bij ongestoorde waterstand
g r
g r
gr
s
c
c
0
0
In bijlage 2 zijn bovenstaande formules toegepast. Dit heeft geresulteerd in de volgende
tabel 6 . 3 .
Vaar-
grenssnelheid
retourstroom
spiegeldaling
!m/s]
[m/s]
Im]
K l a s s e VI
3,44
1,35
0,57
Klasse V a
4,15
0,95
0,45
Kruiplijncoasters
4,18
0,93
0,44
K l a s s e VI
3,57
1,30
0,56
Klasse V a
4,25
0,90
0,43
Kruiplijncoasters
4,27
0,89
0,43
K l a s s e VI
3,71
1,36
0,61
Klasse V a
4,42
0,95
0,47
Kruiplijncoasters
4,45
0,93
0,47
K l a s s e VI
3,85
1,29
0,59
Klasse V a
4,52
0,90
0,46
Kruiplijncoasters
4,54
0,89
0,45
Kenmerk schip
weg
1
2
3
4
Tabel 6.3 : Retourstroomsnelheden en spiegeldalingen bij de verschillende type schepen
en geometrieen van het dwarsprofiel van het vaarwater.
Bij O L W is nog sprake van een maximale en een minimale stroomsnelheid als gevolg van
de natuurlijke afvoer van de rivier, afhankelijk van de afstand tot de as van de rivier. Bij
stroomopwaarts varen moet de retourstroom worden gecorrigeerd door deze
stroomsnelheden bij de waarden van tabel 6.3 op te tellen. In geval van stroomafwaarts
varen dienen de waarden in tabel 6.3 te worden verminderd met stroomsnelheid als
gevolg van de natuurlijke afvoer. Op deze manier wordt de werkelijk optredende belasting
op de bodem verkregen.
De Klasse VI duweenheden veroorzaken de sterkste retourstroom op de bodem ( ±
1,35m/s). De minimale stroomsnelheid (0,90m/s) hierbij opgeteld voor stroomopwaarts
varen geeft een snelheid van 2 , 2 5 m / s . Correctie met de maximale stroomsnelheid
(1,40m/s) geeft een waarde van 2 , 7 5 m / s .
Bij deze berekeningen moet worden opgemerkt dat DIPRO de waterbeweging berekent in
een zogenaamd recht kanaal, dus niet in een bocht, waar het vaargedrag geheel anders is.
Concept Ontwerpnota
8
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
De schepen varen de bocht door onder een bepaalde drifthoek, waardoor de retourstroom
en de vaarsnelheid niet meer dezelfde richting hebben. De waarden gelden dus op die
locaties in de bocht waar het schip wel enigszins rechtdoor kan varen.
Met het model DIPRO zijn nog aanvullende berekeningen uitgevoerd met hogere
waterstanden (grotere waterdiepten). De berekeningen zijn uitgevoerd voor de duweenheid
aangezien dit type schepen de maatgevende retourstroom geven. Hierbij zijn het maximale
vermogen ( 3 0 0 0 kW) en de maximale aflaaddiepte aangehouden (3,90m).
Water bewegingscomponenten
bij toename waterstand; Vl-schip
OH
4
1
4.5
1
5
1
5.5
1
6
1
6.5
1
7
1
7.5
1
8
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
8.5 9 9 . 5 1 0 1 0 . 5 1 1 1 1 . 5 1 2 1 2 . 5 1 3 1 3 . 5 1 4 14.5
Waterdiepte [m]
Figuur 6 . 1 : Waterbewegingscomponenten bij toename van de waterstand met
duweenheid.
In figuur 6.1 zijn de waterbewegingscomponentnen (V , U en Z ) voor de duweenheid
uitgezet bij toenemende waterstand.
De grenssnelheid neemt toe bij toenemende waterstand. Door de toename van de
grenssnelheid neemt de spiegeldaling toe. De retourstroom neemt bij toenemende
waterdiepte eveneens af. De figuur geeft een iets vertekend beeld. Theoretisch kan de
grenssnelheid toe blijven nemen bij een toename van de waterdiepte. De grenssnelheid
wordt echter beperkt door de maximale vaarsnelheid op de rivier. Deze is ongeveer 5 m / s .
gr
g r
gr
Globaal wordt gesteld dat de vaarsnelheid ongeveer 0,75 maal de grenssnelheid bedraagt
[ref.:1 a= 1 , 4 - 0 , 4 - V / V = 1,1 -» V / V = 0,75] . Dit geeft een maximale grenssnelheid van
5 / 0 , 7 5 = 6.67 • 7,0 m/s. In figuur 6.1 hoort hierbij een U van 1,5m/s en een Z van
1,20m.
s
gr
s
g r
g r
gr
Figuur 6.1 geeft aan dat bij kleinere waterstanden de retourstroom iets groter kan worden
dan 1,50m/s (1,53m/s). Bij kleinere waterdiepten zal de aflaaddiepte afnemen en gelden
de waarden van tabel 6 . 3 .
Concept Ontwerpnota
9
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
A l s voor de retourstroom bij stilstaand water een bovengrens kan worden aangenomen
van 1,50m/s, dan dient voor de werkelijk optreden stroomsnelheid (rekenwaarde voor de
belasting op de bodembescherming) de stroomsnelheid van de natuurlijke afvoer hierbij te
worden opgeteld. Er geldt op de Waal geen vaarverbod bij extreme afvoeren, dus moet
hierbij de stroomsnelheid bij M H W worden opgeteld (2,0m/s). De maximale
retourstroomsnelheid bij M H W wordt dan 3 , 5 0 m / s .
6.3
Schroefstraalbelasting
6.3.1
Algemeen
De straal afkomstig van het voorstuwingssysteem van een schip wordt gekenmerkt door
het optreden van radiale, tangentiele en axiale stroomsnelheids-componenten. Bovendien
heeft de waterbeweging in een schroefstraal een sterk turbulent karakter. Voor het
bepalen van de schroefstraalbelasting op de bodem, wordt gebruik gemaakt van de
methode resulterend uit het WL-onderzoek [ref.:2: Schroefstralen en stabiliteit van bodem
en oevers onder invloed van de stroomsnelheden in de schroefstraal, M 1 1 1 5 deel VII en
X a , november 1 9 8 5 ] .
6.3.2
Uitgangspunten
In deze paragraaf volgt een opsomming van de ontwerpparameters die specifiek
noodzakelijk zijn het bepalen van de schroefstraalbelasting:
De dimensies voor de maatgevende scheepvaart zoals weergegeven in tabel 6.4:
Klasse V a
Klasse
Motorschip
Duweenheid
Lengte
110 m
190
Breedte
11,40
Diepgang
3,90
Kenmerk
(Verificatie: B D - N I C V e n
AW]
B e p e r k t e d i e p g a n g bij O L W
2,80
Laadvermogen
3200
(max)
m
m
1 200
Aantal schroeven
1
GeVnstalleerd v e r m o g e n per s c h r o e f
1 200
1,80
Dschroet
Straalbuis
ja
Hoogte schroefas t.o.v. s c h e e p s b o d e m
0,90
kW
m
3,90
m
1,70
m
2,80
m
11 5 0 0
ton
GeVnstalleerd v e r m o g e n
m
22,80
m
3
3000
ton
kW
m
coaster
77,85
m
11,00
m
4,05
m
2,80
m
2500
ton
1 000
kW
3
1
1000
1,50
m
1
2
3
kW
Kruiplijn-
VI
kW
m
1000
2,00
ja
nee
0,75m
1,00
kW
m
m
V a a r s n e l h e i d t . o . v . rivier o e v e r
Stroomopwaarts
3,5
m/s
3,5
m/s
3,5
m/s
Stroomafwaarts
5,0
m/s
5,0
m/s
5,0
m/s
p
1
IP
Manoeuvfeer' Geinstalleerd
1
Stroomopwaarts
0,80
0,90
0,80
0,70
0,70
0,70
Stroomafwaarts
Tabel 6.4 : Karakteristieken maatgevende schepen.
Bij O L R m a x i m a a l 4 b a k s d u w e e n h e i d
Diepgang duwboot
V e r m o g e n [ P K ] : L a a d v e r m o g e n [ton]
Concept O n t w e r p n o t a
(2x2)
=
1:2; 1 P K = 0 , 7 5
kW
10
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
De aflaaddiepte bedraagt 2 , 8 0 m bij O L W . Rekening dient te worden gehouden met
een minimale kielspeling van 0 , 7 0 m . Hieruit volgt een maximale aanleghoogte van
OLW-3,50m.
Uitgegaan wordt van een uitvoeringstolerantie van 0 , 3 5 m . De gemiddelde
aanleghoogte wordt dan O L W - 3 , 8 5 m ± 0 , 3 5 m .
6.3.3
De schroefstraalbelasting
De uittreesnelheid van het water (straal) V [m/s] direct achter een schroef is te benaderen
volgens [ref.:2]:
D
(3)
Hierin
P
p
D
d
0
zijn:
Het aangewend vermogen (x% van geTnstalleerd) [W]
De soortelijke massa van water [-]
De effectieve schroefdiameter [m]
De stroomsnelheid V , [m/s] op een afstand x vanaf de schroef en op een hoogte z vanaf
de bodem is te bepalen volgens:
x
i
v
x,z
=
[
ni
2
'
8
'
V
vmt
' [exp *
o ' - ? j
(4)
2
2
+exp * +.....
Het aantal keren dat de exponentiele term voor komt is gelijk aan het aantal schroeven. Bij
benadering mag men bij meerdere schroeven de stroomsnelheden superponeren. Formule
(4) is nu op te schrijven als:
K,
- afa-K-i)
z
• exp
*
2
Hierin stelt " a " het aantal schroeven voor.
De maximale stroomsnelheid bij de bodem treedt ongeveer op op een afstand van 5 maal
z . z is de hoogte van de schroefas ten opzichte van bodem. Deze maximale snelheid is te
benaderen volgens:
b
b
=
bodem
m a x
aC,3V D
_
0
( )
0
6
In figuur 6.2 worden de parameters aangegeven voor de schroefstraalberekening.
In de werkelijk optredende belasting als gevolg van de schroefstraal (U ) moeten tevens de
vaarsnelheid van het schip en de stroomsnelheid van het water worden verdisconteerd.
Dit is als volgt gedaan [ref.: 3]:
e
UE
V
bodemmax
+
V -0.5-V
w
s
Hierin zijn:
V
De stroomsnelheid van het water bij O L W (gemiddeld 1,0m/s)
V
De vaarsnelheid van het schip.
w
s
Concept Ontwerpnota
(7)
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Figuur 6.2 : Definitie parameters schroefstraal berekening
Aangezien tijdens "stroomopwaarts varen" de grootste vermogens worden aangewend en
bodem
w dezelfde richting hebben, is gerekend met de waarden in tabel 6.4 die gelden
voor " s t r o o m o p w a a r t s "
V
e
n
v
Bovenstaande formules zijn toegepast in een spreadsheet zoals weergegeven in bijlage 3.
Het resultaat is weergegeven in figuur 6 . 3 . De belasting op de bodem is voornamelijk
afhankelijk van de hoogte van de schroefas t.o.v. de bodem (z ). Om deze reden zijn de
stroomsnelheden net boven de bodem als gevolg van de schroefstraal weergegeven per
aanlegniveau (gemiddeld N A P - 3 , 8 5 + 0 , 3 5 m tolerantie).
b
In figuur 6.3 is tevens rekening gehouden met de stroomsnelheid als gevolg van de
natuurlijke afvoer, afhankelijk van de afstand tot de as van de rivier (binnenbocht:
V = 0 , 9 0 m / s en buitenbocht: V = 1 , 4 0 m / s )
Uit figuur 6.3 volgt dat de duweenheid de maatgevende schroefstraalbelasting veroorzaakt
boven de b o d e m . De maximale belasting is weergegeven in tabel 6 . 5 .
w
w
1i
.....................
Afvoer
i
0 , 9 0 m/s
1
1,40 m/s
2
1j
—
1
OLW-3,85m
OLW-3,50m
Aanleghoogte
OLW-4,20m
3,65
m/s
3,10
m/s
2,38
m/s
4,14
m/s
3,59
m/s
2,87
m/s
.—
Tabel 6.5 : Schroefstraalbelasting op de bodem (U ), Klasse Vl-schip.
e
Deze waarde verschilt niet veel van de maximale retourstroomsnelheid, maar is een sterk
turbulente stroming. Om deze reden is de turbulente stroming als gevolg van de
schroefstraal meestal maatgevend t.o.v. de laminaire stromingen (als b.v. retourstroom en
de stroming bij natuurlijke afvoer).
5 0 t o t 9 0 m v a n a f d e a s v a n d e r i v i e r in d e
binnenbocht
5 0 t o t 9 0 m v a n a f d e a s v a n d e r i v i e r in d e
buitenbocht
Concept Ontwerpnota
12
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Schroefstraalbelasting
Stroomsnelheid bij de bodem
m
V a _ s c r ) i p / V w =0,
9m/s
V L s c h i p / V w : 0, 9 m / s
-9KK C _ s c h i p / V w =0, 9 m / s
•
Va-schip/Vw
= 1, 4 m / s
V l _ s c h i p / V w = 1, 4 m / s
K C _ s c h i p / V * = 1, 4 m / s
-4.5
-4.4
-4.3
-4.2
-4.1
-4
Aanleghoogte [m
-3.9
-3.8
t.o.v.
OLW]
-3.7
-3.6
-3.5
Figuur 6 . 3 : Schroefstraalbelasting als gevolg van de drie typen schepen bij verschillende
aanleghoogten.
6.4
Resume hydraulische belastingen
In tabel 6.6 worden de stroomsnelheden en combinaties van stroomsnelheden
weergegeven die worden aangehouden tijdens het ontwerp van de vaste laag.
Stroomsnelheid
Belasting
Natuurlijke
afvoer
0,90
[m/s]
Opmerking
5 0 t o t 9 0 m e t e r v a n a f d e a s v a n d e r i v i e r in d e
b i n n e n b o c h t bij O L W m e t v a s t e l a a g .
Natuurlijke
afvoer
1,40
5 0 tot 9 0 m e t e r v a n a f de a s v a n d e rivier in d e
b u i t e n b o c h t bij O L W m e t v a s t e l a a g .
Natuurlijke
afvoer
Retourstroom
2,00
g e m i d d e l d bij M H W m e t v a s t e l a a g .
2,75
D u w e e n h e i d tijdens O L W . Aanleghoogte O L W - 3 , 5 0 m ;
Bodembreedte 150m; V
Retourstroom
3,50
< v
= 1,40m/s
D u w e e n h e i d tijdens M H W .
Aanleghoogte
O L W - 3 , 5 0 m ; Bodembreedte 1 5 0 m ;
Schroefstraal
2,38
D u w e e n h e i d bij O L W m e t e e n V
(binnenbocht)
Schroefstraal
4,15
w
V„ = 2,0m/s.
van
0,90m/s
bij a a n l e g h o o g t e O L W - 4 , 2 0 m .
D u w e e n h e i d bij O L W met een V
w
van
1,40m/s
(buitenbocht) bij a a n l e g h o o g t e O L W - 3 , 5 0 m .
Tabel 6 . 6 :
Hydraulische randvoorwaarden voor het ontwerp van de vaste laag. De vetgedrukte waarden zijn de maatgevende belastingen.
Concept Ontwerpnota
13
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
7
ALTERNATIEVEN VASTE LAAG
7.1
Inleiding
Voor de vaste laag zijn enkele alternatieven te bedenken die "in den natte" kunnen worden
uitgevoerd. Mogelijke alternatieven voor de vaste laag zijn:
Stortsteen op een granulair filter
Stortsteen op een zinkstuk (als filter)
Blokkenmatten
Gabions
Matrassen
Bovenstaande vijf alternatieven zijn in figuur 7.1 geschetst.
Stortsteen op
granulair filter
Stortsteen op
zinkstuk
Blokkenmat
Toplaag
Filterlaag
Filterlaag
Blokken
Matras
GABIONS
Geotextiel
Om
Si r.UM tMHM MM -I UU\
Kleinere
gabions voor
ruwheid.
\
XX
Grind I G a a s
Basismateriaal
Figuur 7 . 1 : Mogelijke alternatieven vaste laag
Lichtere breuksteensorteringen gepenetreerd met asfaltmastiek of colloTdaal beton komen
hier niet ter sprake. Met dergelijke oplossingen wordt verwacht dat:
de gewenste ruwheid niet wordt benaderd.
tijdens penetratie onverharde mortel of mastiek uitspoelt, waardoor vervuiling van
het oppervlakte water zal optreden.
de vaste laag in dit geval een negatief effect heeft op de ecologische functie
(foerageer-, paai-, rust- en schuilplaats en migratiefunctie) voor macrofauna, vissen
en in verband hiermee mogelijk de vogels.
bijvoorbeeld beton zettingen van de ondergrond moeilijk volgt.
dergelijke constructies hoge eisen aan de uitvoering stelt.
Om bovenstaande redenen zullen dergelijke alternatieven niet nader worden b e s c h o u w d .
7.2
Stortsteen op granulair filter
Dit is het traditionele ontwerp van een bodembescherming. Vanaf het basismateriaal (de
bodem) worden lagen stortsteen aangebracht met toenemende gemiddelde diameter. De
lagen tussen de toplaag en het basismateriaal functioneren als filter. De toename van de
gemiddelde diameter per laag wordt bepaald aan de hand van filter criteria die aan het
Concept O n t w e r p n o t a
14
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
filter worden gesteld. De hoofdfunctie van een filter is het voorkomen van erosie
(uitspoeling) van materiaal uit het basismateriaal of de filterlagen. De toplaag moet
bestand zijn tegen de maatgevende belastingen en heeft eveneens een filterfuctie voor de
daar direct onder liggende laag.
In Nederland wordt voornamelijk gerekend met standaard sorteringen volgens
NEN-ISO-51 8 0 . Een standaard sortering bestaat uit een pakket stenen met een boven en
ondergrens voor wat betreft het gewicht van de stenen. Hierbij is de W gedefinieerd als
de gemiddelde gewicht ( 5 0 % over- of onderschrijding) van de sortering. De D is de
gemiddelde steendiameter waarbij de steen als kubus-vormig wordt verondersteld.
5 0
n
D
n
W.50
=
(8)
In deze formule is p het soortelijk gewicht van de steen. Bij eerste benadering wordt
uitgegaan van kalk breuksteen met een p van 2 7 0 0 k g / m . De ene formule gaat uit van
een D de andere van een D . D is de gemiddelde steen diameter (de steen wordt dan
als "bol-vormig" beschouwd). De relatie tussen D en D is:
s
3
s
n
6 0
5 0
n
D„ =0,84-D
5 0
O)
50
In tabel 7.1 worden per sortering volgens N E N - I S O - 5 1 8 0 de D
S t a n d a a r d sortering
30/80
mm
D
W50
5 0
weergegeven.
3
(p, = 2 7 0 0 k g / m )
[kg]
[ml
^50 gem
Im]
0,15 - 0,45
0,045 - 0,065
0,055
5 0
40/100
mm
0,40 -
1,20
0,063 - 0,090
0,077
50/1 5 0
mm
1,20 - 3,10
0,090 - 0,125
0,108
80/200
mm
3,10 - 9,30
0,125 - 0,180
0,153
5 - 4 0 kg
13-26
0,200 - 0,250
0,225
1 0 - 6 0 kg
26 - 46
0,250 - 0,310
0,280
4 0 - 2 0 0 kg
90-140
0,380 - 0,440
0,410
6 0 - 3 0 0 kg
150 - 220
0,450 - 0,520
0,485
595 - 760
0,720 - 0,780
0,750
300-1000
kg
1 - 3 ton
1800 - 2200
1.040 -
1,110
1,075
3 - 6 ton
4400 - 5050
1,400 -
1,470
1,435
6 - 10 ton
7850 - 8900
1,700 -
1,770
1,735
Tabel 7 . 1 :
7.3
3
Standaard sortering N E N - I S O - 5 1 8 0 (p = 2700kg/m )
s
Stortsteen op zinkstuk
Dit alternatief heeft veel weg van een geheel uit granulair materiaal opgebouwde
bodembescherming, alleen worden nu de kleinere filterlagen (direct boven de basislaag)
vervangen door een zinkstuk. Het zinkstuk is meestal opgebouwd uit een geotextiel met
daarop een rietmat of een laag rijshout en een roosterwerk van wiepen. De rietmat of de
laag rijshout is ter voorkoming van schade aan het kunststofdoek (vallende stenen tijdens
aanleg, en scheuren door scherpe stenen). Het roosterwerk van wiepen en de rietmat of
de laagrijshout geven het geheel sterkte en "body" tijdens transport en verwerking.
Concept Ontwerpnota
15
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Er zijn twee hoofdsoorten geotextielen die als filterdoek kunnen worden gebruikt:
W e e f s e l s : geweven geotextiel vervaardigd uit garens of bandjes, waarbij deze
halfprodukten een geordende structuur hebben
Vliezen (non-woven): mechanisch, chemisch of thermisch aaneengehechte vezels
met als kenmerk een willekeurige orientatie van de vezels.
Bijna altijd is de grondstof voor geotextielen een kunststof, zoals polypropeen, polyetheen
of polyamide. Zelden worden natuurprodukten gebruikt. A l s zeer zware eisen aan de
sterkte worden gesteld, worden er wel staaldraden meegeweven.
Geotextielen w o r d e n gewoonlijk in rollen geleverd per vrachtwagen of schip. De standaard
breedte van het doek bedraagt 5 meter. De lengte van een doek is afhankelijk van de dikte
van het doek en kan varieren tussen 50 en 2 0 0 meter.
7.4
Blokkenmatten
Blokkenmatten bestaan meestal uit een geotextiel met daarop vastgemaakt betonblokken.
De afmetingen van de matten worden beperkt door de afmetingen van de hefevenaar
waarmee zij op de bodem worden afgezonken (ongeveer 6 bij 4 meter). De afmetingen
van de betonblokken varieert, afhankelijk van het type mat (leveranciers). De afmetingen
varieren tussen 0 , 2 5 x 0 , 2 5 x 0 , 0 9 tot 0 , 4 x 0 , 4 x 0 , 3 (Ixbxh, in meters). Door de vorm van de
blokken kan een bepaald percentage van het oppervlak van de matten met blokken bedekt
zijn (bijv. VOB-oeververdedigings-mat).
Daarnaast bestaat ook een betonmat, waarbij de betonblokken zonder geotextiel aan
elkaar zijn verbonden door doorlopende staaldraden (bijv. Espromat = Armorflex,
standaard afmeting 6 x 2 , 4 0 m , mogelijk 9 , 5 x 3 m ) .
Blokkenmatten verkrijgen extra stabiliteit indien de ruimte tussen de blokken wordt
opgevuld met grind.
2
7.5
2
G a b i o n s (schanskorven)
Hierbij moet gedacht worden aan een van gaas gemaakte korf met de basis afmetingen
van 6 bij 2 meter en een dikte van 0 , 2 3 , 0 , 3 0 m of 0 , 5 0 m . De korf is opgedeeld in
compartimenten voor de stabiliteit van het verpakte materiaal (bijv. grind) en voor het
behoud van de vorm van de korf. Door een aantal korven aan elkaar te verbinden zijn
"matten" te maken van verschillende afmetingen, bepaald door de maximale afmetingen
van de te gebruiken hefevenaar en het maximaal in te zetten materieel. Onder de korven
wordt meestal een geotextiel aangebracht als filterconstructie. Op de Waal, in verband
met het in te zetten materieel, moet het mogelijk zijn mogelijk om drie gabions aan elkaar
te koppelen (6x1 8 m ± 55 ton). Voor het benaderen van de gewenste ruwheid is het
mogelijk om op de korven, kleinere gabions te bevestigen.
Het geotextiel wordt met een extra overlap aan twee zijden aangebracht ( ± 1 , 0 m ) , zodat
tussen de afzonderlijk te plaatsen korven geen open ruimte ontstaat waartussen
basismateriaal kan uitspoelen.
2
7.6
Matrassen
Bij matrassen moet gedacht worden aan een lange gecompartimenteerde mat, opgevuld
met licht materiaal (lange "gabions"). De bovenlaag en de onderlaag bestaat meestal uit
geotextiel. De compartimentering uit gaas, voor de versteviging van de mat en voor het
behoud van de v o r m .
Deze constructie is toegepast bij de bodembescherming van de Stormvloedkering in de
Oosterschelde ( S V K O ) .
Concept O n t w e r p n o t a
16
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Helaas is het toen gebruikte grote materieel niet meer aanwezig. Daarnaast is het de vraag
of dergelijk materieel wel kan worden ingezet op de Waal, in verband met de vaardiepte en
stremmingen van het scheepvaartverkeer, door het ruimtebeslag, tijdens de uitvoering.
Het is echter wel mogelijk de matten en het benodigde materieel op kleinere schaal toe te
passen.
7.7
Kwalitatieve vergelijking van de alternatieven
In deze paragraaf worden de alternatieven met elkaar vergeleken met behulp van een
Multi-Criteria-Matrix ( M C M ) . Om een goede afweging van alternatieven te verkrijgen zijn er
diverse criteria onderscheiden, welke weer verder onderverdeeld zijn in sub-criteria. De
vergelijking van de constructievormen vindt plaats door de alternatieven ten aanzien van
de sub-criteria te beoordelen. Door aan het sub-criteria een zwaarte ten aanzien van het
criterium toe te kennen komt een beoordeling van het criterium tot stand.
Hierna worden de criteria onderling vergeleken waar dan het meest gunstige alternatief uit
volgt. Ter verduidelijking van het bovenstaande is dit in onderstaande figuur weergegeven:
D o e l
subCriteria
fd
(1)
>
CD
-rH
-P
(Tj
fd
H
CD
4->
—
i I
<
Figuur 7.2:
7.7.1
Criteria
Criteria
Criteria
Criteria
subCriteria
fd
CD
>
CD
-H
4->
(Tj
d
H
CD
•P
i—l
<
subCriteria
fd
CD
>
CD
•H
4J
(Tj
fd
H
CD
IS
subCriteria
fd
0
>
CD
-H
4J
rd
fd
H
CD
4->
rH
<;
Structuurschema
Beoordelingscriteria
De diverse criteria en sub-criteria waarop de alternatieven zijn beoordeeld zijn:
1.
Uitvoering: Bij dit criterium worden uitvoeringsaspecten van de diverse alternatieven
vergeleken. Onderscheidt is gemaakt tussen:
• Uitvoerbaarheid: Dit sub-criterium behelst de technische uitvoeringsaspecten van
de diverse alternatieven.
• Veiligheid: Gedurende de uitvoering mag de scheepvaart niet gehinderd worden.
De veiligheid mag niet aangetast worden. De verschillen tussen invloed van de
diverse uitvoeringstechnieken op de veiligheid wordt bij dit criterium
onderscheiden.
Concept Ontwerpnota
17
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
2.
3.
4.
5.
6.
Constructief: De verschillen tussen de constructieve aspecten van de alternatieven
worden in dit criterium onderscheiden. Er is onderscheid gemaakt t u s s e n :
• R u w h e i d : De ruwheid van de vaste laag heeft grote invloed op de werking van de
vaste laag. Een hogere ruwheid zal bijdragen tot een betere werking.
• Duurzaamheid: De gebruikte constructievorm dient bestand te zijn tegen externe
invloeden zoals: erosie, klimatologische invloeden en chemische en biologische
invloeden. De levensduur-eis van de bodemscherming is 5 0 jaar.
• Reststerkte: Bij dit criterium wordt gekeken of nadat plaatselijke schade is
opgetreden, de rest van de constructie nog voldoende stabiel is en of de schade
die is opgetreden zich snel zal kunnen uitbreiden.
Milieu: Bij dit criterium behelst de milieukundige aspecten van de diverse
alternatieven. Er is onderscheid gemaakt tussen:
• Ecologie: Het door het RIZA uitgevoerde aquatisch en ecologisch onderzoek is
uitgegaan van stortsteen als toplaag van de vaste laag. Het beoordelen van de
alternatieven op dit criterium wordt gedaan door een vergelijk te maken met
stortsteen.
• Gronstofreserve: Het gebruik van grote hoeveelheden materiaal zal i.v.m de
gronstofreserve lager beoordeeld worden.
• Hergebruik materialen: Constructies waarvan de materialen later hergebruikt
kunnen worden verdienen hier de voorkeur.
Flexibiliteit:
Dit criterium behelst een aantal uiteenlopende aspecten namelijk:
• A a n p a s s i n g : Indien na realisatie, door nieuwe inzichten of ervaring,
geconcludeerd wordt dat een aanpassing van de huidige geometrie gewenst is,
zullen de mogelijkheden hiertoe voor de diverse alternatieven verschillen.
• Constructief: De constructie moet flexibel zijn, zodanig dat het zettingen van de
ondergrond en ontgrondingen aan de randen kan volgen.
Beheer en onderhoud: Na de oplevering zal het werk overgedragen worden. V o o r
het onderhoud gelden de volgende criteria:
• Schadegevoeligheid: Het ontstaan van schades wordt mede bepaald door de
constructievorm. De verschillen hiertussen worden bij dit criterium weergegeven.
• Uitvoerbaarheid: Indien er schade is opgetreden zullen voor de diverse
constructievormen verschillende onderhoudstechnieken moeten worden
gehanteerd. Eenvoudige conventionele technieken verdienen hierbij de voorkeur.
• Tracering: Indien er schade is ontstaan zal er, voordat er tot herstel wordt
overgegaan, gekeken moeten worden naar de situering en omvang van de
schade. De constructievorm heeft invloed op de mogelijkheden van tracering van
de schade.
Kosten: Het criterium kosten is een belangrijk aspect in de afweging. Er is
onderscheid gemaakt tussen:
• A a n l e g k o s t e n ; Aanlegkosten van de oplossing voor de constructievormen.
• Onderhoudskosten: Kostenverschillen tussen de alternatieven in de
onderhoudsfase.
Als extra sub-criterium is bij alle criteria de factor onzekerheid ingevoerd. Gezien de fase
waarin het ontwerp van de vaste laag zich bevindt is het bepalen van een rangorde van de
alternatieven betreffende de criteria verschillend van zekerheid. Dit verschil wordt
verwoordt in de factor onzekerheid. Een grote onzekerheid betekend een lage waardering
van het alternatief.
7.7.2
V e r w e r k i n g beoordelingen
Na het beoordelen van de alternatieven op de sub-criteria zullen de gegevens verwerkt
w o r d e n . De werkwijze die gehanteerd is om tot een evenwichtige afweging van
alternatieven te komen is als volgt.
De beoordeling van de alternatieven op de criteria gebeurd door projectgroepleden
St. Andries op basis van kwalitatieve vergehjkingen.
De beoordelingen worden gemiddeld en de waarden worden genormaliseerd.
Concept O n t w e r p n o t a
18
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
De zwaarte van elk sub-criterium binnen een criterium gebeurd op basis van
beschikbare kennis en ervaring.
Vermenigvuldiging van de beoordelingen met de zwaarte van de sub-criteria geeft
een beoordeling van de totaalcriteria.
Door paarsgewijze vergelijkingen van de criteria worden zwaarten van de criteria
bepaald.
Vermenigvuldiging van de beoordeling en de zwaarte van de criteria leidt tot de
waarderingen van de alternatieven.
Hier volgt het meest gunstige alternatief uit.
Op laatste handeling wordt een gevoeligheidsanalyse uitgevoerd om te bepalen hoe
consistent de beoordelingen zijn.
De beoordelingen van de alternatieven (d.w.z. de genormaliseerde gemiddelde waarden)
zijn vermeld op bijlage 4.
Deze beoordeling worden vermenigvuldigd met de zwaarte van het sub-criterium. Deze zijn
eveneens bepaald door projectgroepleden. Deze sommatie is weer vermenigvuldigd met de
zwaarte van het criterium. Voor de waarde toekenning van de criteria is een matrix
opgesteld. Hierin worden de criteria t.o.v elkaar vergeleken. De waarde " 1 " wil zeggen dat
het criterium vermeld op dezelfde regel, zwaarder of gelijk weegt als het criterium in de
bijbehorende kolom. De waarde " 0 " geeft aan dat een criterium vermeld op dezelfde regel
ondergeschikt is aan het criterium in de bijbehorende kolom.
criterium
1
2
3
1
1
0
0
Uitvoering
5
6
tot
1
1
0
3
4
2 Werking
1
1
1
1
1
1
6
3
1
0
1
1
1
0
4
1
1
1
1
1
0
5
5 Milieu
0
0
0
0
1
0
1
6 Kosten
1
1
1
1
1
1
6
Flexibiliteit
4 Beheer &
Tabel 7.2:
0.
Waarden criteria (waarden worden aan het criterium op de regel gegeven
t.o.v. het criterium in de bijbehorende kolom)
De filosofie bij het opstellen van deze matrix is ondermeer geweest:
Volgens het aquatisch- en ecologisch onderzoek zijn er geen onoverkomelijke
bezwaren voor een vaste laag te St. Andries. In het PVE is reeds gesteld dat
hierdoor bij de afweging van de alternatieven geen grote waarde zal worden
toegekend aan dit criterium.
De uitvoeringstijd is klein ( ± 1 2 0 weken geschat) t.o.v. de ontwerp-levensduur van
de constructie (50 jaar). De huidige techniek (materieel) maakt dat de uitvoering vlot
kan verlopen (bijna onafhankelijk van het constructietype). Dit heeft ertoe geleid dat
dit criterium minder zwaar weegt.
De ruwheid en duurzaamheid van de constructie hebben grote invloed op de
breedtewerking van de vaste laag. Gezien de strikte breedteeis van 170 meter moet
een optimale werking nagestreefd worden. De werking heeft derhalve de hoogste
waardering gekregen.
Kosten hebben eveneens de hoogste waardering. Binnen de investeringsimpuls is
voor St. Andries een taakstellend bedrag gesteld. Alle mogelijke optimalisaties en
constructievormen dienen gerealiseerd te kunnen worden binnen dit bedrag. Verder
dient er naar een minimalisatie van de beheers- en onderhoudskosten te worden
gestreefd.
De criteria Flexibiliteit en Beheer en Onderhoud hebben een indirect verband. Het
volgen van zettingen en ontgrondingskuilen vormt een direct verband met eventuele
schade en dus ook herstel werkzaamheden. Vandaar dat de gewichten van de
Concept Ontwerpnota
19
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
criteria dicht bij elkaar liggen. Vanuit de beheerder gezien wordt veel waarde
gehecht aan een onderhoudsvrije constructie. Dit houdt ook weer verband met de
kosten.
Na de waardetoekenning kunnen de constructievormen met elkaar vergeleken w o r d e n . Dit
is gedaan met het programma Expert Choice. Hiermee wordt ook de gevoeligheidsanalyse
uitgevoerd. Resultaten hiervan zijn gegeven in bijlage 5.
7.7.3
Conclusies
De belangrijkste conclusies die uit de consstructievergelijking en de gevoeligheidsanalyse
volgen zijn:
Stortsteen met granulair filter scoort als beste alternatief.
Stortsteen op een zinkstuk is het tweede alternatief.
De overige alternatieven t.w. gabions, blokkenmat en matrassen scoren beduidend
minder.
De gevoeligheid van de eerste twee alternatieven ligt laag, d . w . z . de zwaarte van de
alternatieven heeft weinig tot geen invloed op de constructievoorkeur.
Tenslotte: Besloten wordt o m , in tegenstelling met de alternatieven gabions, blokkenmat
en matrassen, de alternatieven stortsteen met granulair filter en stortsteen met zinkstuk
nader uit te w e r k e n .
Concept O n t w e r p n o t a
20
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
8
VOORONTWERP TOPLAAG VASTE LAAG
8.1
Algemeen
In dit hoofdstuk wordt de toplaag van de vaste laag bepaald aan de hand van de vigerende
ontwerpregels en op basis van de in hoofdstuk 7 bepaalde hydraulische belastingen.
Het ontwerp wordt in dit specifieke geval bepaald door de maatgevende belasting als
gevolg van:
de retourstroom: bij M H W , 3 , 5 0 m / s , inclusief de stroomsnelheid van de natuurlijke
afvoer bij M H W , zo goed als onafhankelijk van de definitieve aanleghoogte dus
onafhankelijk van de uitvoeringstoleranties.
schroefstraal: bij O L W , 2,40m/s - 4 , 1 5 m / s , inclusief de vaarsnelheid en de
stroomsnelheid van de natuurlijke afvoer bij O L W , afhankelijk van de definitieve
aanleghoogte.
A a n de orde komen de ontwerpen voor de 2 mogelijke alternatieven, te w e t e n :
Stortsteen op granulair filter,
Stortsteen op zinkstuk,
De toplagen van de twee alternatieven zijn identiek. Bijgevolg wordt in dit hoofdstuk geen
onderscheid gemaakt tijdens de berekening. De verticale opbouw van de
bodembescherming (granulair filter, en geotextiel) komt aan de orde in hoofdstuk 9.
Bij het ontwerp van de vaste laag zal regelmatig een vergelijking worden gemaakt met de
vaste laag bij Nijmegen. De bodembescherming in de bocht bij Nijmegen bestaat uit 3
lagen grind 1 0 / 6 0 m m van 0 , 1 5 m dikte per laag, met daarop twee lagen stortsteen
10-80kg per laag 0 , 3 5 m ( W = 70kg i.v.m. een hoog percentage zwaardere stenen -•
D = ( W / p ) = 0 , 3 0 m -» D = ( D / 0 , 8 4 ) = 0 , 3 5 m ) . Een totale laagdikte van 1,15m. Het
grind is aangebracht met een dichtheid van ongeveer 5 0 0 k g / m en de stortsteen met
1 0 0 0 k g / m . De totale tolerantie in laagdikte na de uitvoering bedroeg ± 0 , 2 5 m . De
ervaring die men bij Nijmegen heeft opgedaan maken het mogelijk het ontwerp niet te
theoretisch te benaderen en soms aan te passen aan een meer praktische oplossing.
Enkele punten uit de praktijk:
Uit lodingen blijkt dat de toplaag er na ± 6 jaar nog redelijk goed bij ligt (weinig
schade).
Tijdens het aanbrengen van de filterlagen bleek erosie in het filter pakket op te
treden. Dit kan het gevolg zijn van het feit dat tussen het afdekken van de bovenste
filterlaag met de toplaag een periode zat van 2 dagen, of dat de sortering te breed
(bandbreedte) w a s .
In de bocht van Nijmegen zijn overigens wel ontgrondingen waargenomen, maar dan wel
langs de kade. Deze ontgrondingen zijn vermoedelijk veroorzaakt door bunkerschepen die
bij de kade aan- en afmeren. Dit is een andere belastings-situatie dan waar in de bocht bij
St. Andries op wordt ontworpen. De bodembescherming in de vaarbaan van de bocht van
Nijmegen ligt er redelijk goed bij. Het ontwerp voor de bocht van St. Andries mag hier wel
mee worden vergeleken.
60
1/3
n
50
s
S 0
n
2
2
8.2
Stortsteen als toplaag
8.2.1
Stortsteen belast door de maatgevende retourstroom
Voor het bepalen van de stabiliteit van de kleinst mogelijke gemiddelde steendiameter in
de toplaag (D ) kan worden uitgegaan van de benadering volgens Shields [ref.:4]:
n
AD
>
'
(10)
2
^rC
Concept Ontwerpnota
21
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Hierin
k
u
A
p
p
t/j
C
k
s
s
w
kr
n
zijn:
De coefficient voor de stromingsvorm (Nagenoeg geen turbulentie -» k = 1).
De gemiddelde stroomsnelheid over de diepte.
Relatieve dichtheid [A = ( p - p j / p j , waarin:
soortelijk gewicht steen (2700 kg/m )
soortelijk gewicht water (1000 kg/m )
De Shields parameter voor begin van beweging (=0,03)
De r u w h e i d , Chezy-parameter: C = 18-log(1 2-h/k ), met
De equivalente ruwheid volgens Nikuradse; bij stortsteen geldt k = 2 D .
s
s
3
3
n
n
n
Bij O L W is de waterdiepte gelijk aan het aanlegniveau, respectievelijk 3 , 5 0 m , 3 , 8 5 m en
4,20m.
Bij een aanlegniveau van O L W - 3 , 5 0 m is de gemiddelde waterdiepte bij M H W 1 1 , 9 0 m . Bij
O L W - 3 , 8 5 is de gemiddelde waterdiepte bij M H W 12,25m en bij een aanlegniveau van
O L W - 4 , 2 0 m is de gemiddelde waterdiepte bij M H W 1 2 , 6 0 m .
y
De C-waarde w o r d t geschat op 3 5 m 7 s (streefwaarde volgens R I V C O M ) . M e t k = 1 ,
cw = 0 , 0 3 en u = 3 , 5 0 m / s in formule (10) geeft dit:
s
kr
1 i 7 0
.n
,
( 1
3
5 0 ) 2
- '
- D
0.03-35
n
> 0,20,77
(1 D
2
"
Een D van 0 , 2 0 meter houdt in een D van 0 , 2 4 m . Volgens de NEN-ISO 5 1 8 0 normen
hoort deze gemiddelde steendiameter bij een standaard sortering 5-40 kg
( 0 , 2 0 m < D < 0 , 2 5 m ; 0,1 7 < D < 0 , 2 1 ) . Bij een gemiddelde waterdiepte van 1 1 , 9 0 m
wordt de ruwheid bij deze steendiameter 18-log((12-11,9)/(2-0,19)) = 4 6 m 7 s . Voor de
bepaling van de ruwheid is uitgegaan van de gemiddelde D [(0,1 7 + 0,21 )/2 = 0 , 1 9 ] . Bij
een aanlegniveau van 0 L W - 3 , 8 5 m wordt C 4 6 , 6 0 m 7 s en bij een aanlegniveau van
O L W - 4 , 2 0 m wordt C 4 6 , 8 0 m 7 s .
De eerste benadering van de C-waarde is te ruw geweest. Met een gemiddelde C-waarde
van 4 6 , 5 0 m 7 s wordt met formule 10 de D 0 , 1 1 m . Dit komt neer op een standaard
sortering van 8 0 / 2 0 0 m m (0,1 3 m < D < 0 , 1 8 0 m ; 0,11 m < D < 0 , 1 5m). Dit is e6n
sortering-klasse lager dan 5-40 kg.
n
5 0
5 0
n
y
n
y
y
y
n
5 0
n
Bij O L W is de maximale retourstroom 1,35 + 1,40 = 2,75m/s bij stroomopwaarts varen
(afhankelijk van de afstand tot de as van de rivier). Uitgaande van de sortering 5-40kg
worden de C-waarden respectievelijk 3 6 , 8 0 m 7 s , 3 7 , 6 m 7 s en 3 8 , 2 0 m 7 s , gemiddeld
3 7 , 5 0 m 7 s . Met formule 10 wordt dan de minimale D 0 , 1 0 m ( D = 0,13m) met de
daarbij behorende sortering 8 0 / 2 0 0 m m .
y
y
y
y
n
50
Concluderend mag worden gesteld dat een toplaag van de sortering 8 0 / 2 0 0 m m minimaal
vereist is om te kunnen voldoen aan de stabiliteits-eis tegen stroomaanval van de
maatgevende retourstroom. Bij iets meer veiligheid is een sortering 5-40kg vereist.
De berekeningen met R I V C O M zijn gemaakt met afvoeren en waterstanden bij O L W , dus
mogen de C-waarden bij O L W niet te veel afwijken van 3 5 m 7 s zoals gesteld in het
Programma van Eisen. Dat is hier ook z o , maar niet bij 8 0 / 2 0 0 m m . Desalniettemin zullen
aanvullende berekeningen moeten worden uitgevoerd met het model R I V C O M , indien deze
steendiameter wordt aangehouden bij het definitieve ontwerp, omdat de breedte werking
nauw luistert naar de ruwheid van de vaste laag. 37 tot 3 8 m 7 s zou te veel af kunnen
wijken.
y
y
8.2.2
Stortsteen belast door de schroefstraal
Bij een uit granulair materiaal opgebouwde bodembescherming geldt, voor
stroomsnelheden veroorzaakt door schroefstralen, als stabiliteits criterium voor de toplaag
(Shields [ref.:4]):
Concept O n t w e r p n o t a
22
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
( W e )
K
U
(12)
De coefficient voor de stromingsvorm (Hoge turbulentie -* K = 1,4).
De stroomsnelheid bij de bodem als gevolg van de schroefstraal (bepaald in
hoofdstuk 6)
De Shields parameter voor begin van beweging ( = 0,03) en doorgaand transport
( = 0,06)
De ruwheid, Chezy-parameter (stortsteen = 3 5 m 7 s )
st
st
e
t«
2
cr
y
C
Het blijkt dat de belasting op de bodem sterk afhankelijk is van de afstand van de
schroefas tot de bodem (z ). Doordat rekening moet worden gehouden met een
uitvoeringstolerantie is het zinvol deze gevoeligheid mee te nemen in de bepaling van de
D van de toplaag. Om deze reden is de spreadsheet in bijlage 3 opgezet, waarbij wordt
uitgegaan van een aanleghoogte tussen O L W - 3 , 5 0 m tot O L W - 4 , 5 0 m (In de voorgaande
berekeningen werd steeds uitgegaan van een aanleghoogte tussen O L W - 3 , 5 0 m en O L W 4 , 2 0 m , 0 , 3 0 m is toegevoegd ter illustratie).
b
5 0
Deze berekeningen hebben geleid tot een D per aanleghoogte. Uitgegaan werd tevens
van een ontwerp criterium "begin van beweging" (ti/ = 0,03) en "doorgaand transport"
(V/ = 0,06). In figuur 8.1 en 8.2 zijn voor beide transport factoren grafieken weergegeven
met daarin de D per aanleg niveau, voor de drie type schepen. In 6.3 bleek al dat de
klasse VI duweenheden de maatgevende belasting op de bodem gaven, vandaar dat de
volgende figuren aangeven dat de belasting van de duweenheden de zwaarste toplaag
voor de bodemverdediging vereist t.o.v. de motorschepen en de kruiplijncoasters.
6 0
cr
cr
6 0
Dn Toplaag Vaste Laag (DELTA=1, 7 0 )
psi_cr=0, 0 3 ; begin van beweging
m
V a _ s c h i p / V w =0, 9 m / s
Vl_schip/Vw= 0, 9 m / s
K C _ s c h i p / V w =0,
9m/s
•
= 1. 4 m / s
Va_schip/Vw
X
V l _ s c h i p / V w = 1, 4 m / s
K C _ s c h i p / V w =1, 4 m / s
-4.5
-4.4
-4.3
-4.2
-4.1
-4
Aanleghoogte [m
-3.9
-3.8
-3.7
-3.6
-3.5
t.o.v. NAP]
Figuur 8 . 1 : Benodigde D per aanlegniveau bij ( / = 0 , 0 3 en A = 1,70 (kalk-breuksteen).
n
Concept Ontwerpnota
r cr
23
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Dn Toplaag Vaste Laag (DELTA=1, 7 0 )
p s i _ c r = 0 , 0 6 ; doorgaand transport
0.3
m
V a _ s c h i p / V w =0,
9m/s
Vl_schip/Vw= 0, 9 m / s
0.25
X
K C _ s c h i p / V w =0,
9m/s
Va_schip/Vw s i ,
4m/s
X
V l _ s c h i p / V w = 1, 4 m / s
'0.15
-dh-
Q
K C _ s c h i p / V w = 1, 4 m / s
0.05 -
-4.5
-4.4
-4.3
-4.2
-4.1
-4
Aanleghoogte
[m
-3.7
-3.9
-3..
t.o.v.
NAP]
Figuur 8 . 2 : Benodigde D per aanlegniveau bij ^
n
-3.6
-3.5
= 0,06 en A = 1,70
(kalk-breuksteen).
V i a tabel 6.5 is tabel 8.1 op te maken, om een indicatie te geven van de spreiding in het
ontwerp, dat afhankelijk is van het ontwerpcriterium (<//„), de afstand tot de as van de
rivier en het aanlegniveau.
Aanleghoogte
V
w
m/s
0.90
1,40
1
2
OLW-3,50m
OLW-3,85m
OLW-4,20m
0,03
0,41
0,30
0,22
0,06
0,21
0,15
0,11
0,03
0,54
0,41
0,32
0,06
0,27
0,21
0,16
Va
Tabel 8.1 : Vereiste D [m] klasse Vl-schip per aanleghoogte.
n
Het ontwerp van de bodembescherming ligt dus ergens tussen 0,11 m < D < 0 , 5 4 m ,
oftewel tussen een sortering 8 0 / 2 0 0 m m ( 0 , 1 1 m < D < 0 , 1 5 m ) en een sortering
3 0 0 - 1 0 0 0 k g ( 0 , 6 0 m < D < 0 , 6 6 m ) , omdat een D van 0 , 5 4 m boven de grenzen van
6 0 - 3 0 0 k g ligt ( 0 , 3 8 < D < 0 , 4 3 m ) .
n
5 0
6 0
n
5 0
5 0 t o t 9 0 m v a n a f d e a s v a n d e rivier in d e
binnenbocht
5 0 t o t 9 0 m v a n a f d e a s v a n d e r i v i e r in d e
buitenbocht
Concept O n t w e r p n o t a
24
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Op basis van tabel 8.1 kan, uitgaande van de gemiddelde aanleghoogte ( O L W - 3 , 8 5 m ) en
de maximale belasting (Schroefstraal Vl-schip met V = 1 , 4 m / s ) de volgende sorteringen
worden voorgesteld als toplaag van de vaste laag:
6 0 - 3 0 0 k g ( 0 , 3 8 m < D < 0 , 4 3 m ) veilig ontwerp.
10-60kg (0,21 m < D < 0 , 2 6 m ) enig doorgaand transport toegestaan.
4 0 - 2 0 0 k g ( 0 , 3 2 m < D < 0 , 3 7 m ) "gemiddeld".
w
n
n
n
Het ontwerp is bepaald op basis van een aantal te kiezen parameters (K en i/j ).
Een mogelijkheid om het voorgaande ontwerp nader te beschouwen is door te kijken naar
de mogelijke ontgrondingen op (schade aan) de laag indien deze lichter wordt uitgevoerd
dan in tabel 8.1 aangegeven en toch belast wordt door de belasting weergegeven in tabel
6.5.
st
8.2.3
a
Ontgronding van de toplaag bij schroefstraalbelasting
Met [ref.:2] is de mogelijke ontgronding (d ) van de toplaag (schade) te bepalen indien
een lichtere bodembescherming wordt toegepast dan vereist volgens §8.3. De
gehanteerde formule hiervoor is [ref.:2]:
max
\2,9
= 4-10"
3
(13)
V
0
50
Deze relatie is afgeleid uit prototype onderzoek. In dit onderzoek was V 8 a 1 2 m/s en
0 , 1 0 < D < 0 , 3 0 m met een belastingsduur van ongeveer 500 seconden. Over de
geldigheid van deze relatie bij afwijkende V en D wordt in [ref.:2] geen uitspraak
gedaan. Er moet dus met enige voorzichtigheid met formule (13) worden omgegaan.
0
5 0
0
s o
Volgens bijlage 3 is de maximale uittreesnelheid achter de schroef (V ) bij een duweenheid
8,47m/s.
Voor ieder D (reken) in tabel 7.1 is in bijlage 6 de ontgronding uitgerekend met behulp
van formule (13). Ook hier is gekeken per aanleghoogte.
Het resultaat is uitgezet in figuur 8 . 3 .
0
5 0
Uit deze berekening blijkt de ontgronding mee te vallen zolang de D maar groter is dan
0 , 2 2 5 m (5-40kg), dus groter of gelijk aan sortering 10-60kg.
Concluderend mag gesteld worden dat met enig doorgaand transport (^/ = 0 , 0 6 -*
10-60kg volgens tabel 8.1) gerekend kan worden en dat de schade dan mee zal vallen
(0,09m). Voor de extra veiligheid is een iets zwaardere bodembescherming aan te bevelen
nl. 4 0 - 2 0 0 k g .
6 0
1
cr
Kort samengevat kan worden gesteld dat het "voldoende veilige" ontwerp een sortering
4 0 - 2 0 0 k g voorschrijft en wanneer enig transport en schade acceptabel is dan kan een
sortering 1 0 - 6 0 k g volstaan. Per slot van rekening is een losgestorte verdediging dermate
flexibel dat men ook rekening mag houden met "self healing" van de laag bij geringe
schade c q . enig transport.
Keuze: ontgronding
Concept Ontwerpnota
<
D
6
25
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Ontgrondingen in vaste laag
bij belasting van VI—schip
1.4
-m-
1.3
0LW- •3. 5 0 m
-rdk~
•1
1.2
0LW- •3, 75m
1.1
X
OLW- •3, 8 5 m
1
^
0.9
i 1
0)0.8
c
0.7
o
OLW- -4, 0 0 m
c
1
OLW- -4, 2 0 m
b>°-
|
0.
0.4
0.3
0.2
0.1
l-i
0
0
0 1 0 2
0 3 0 4 0 5
0 6 0 1
0 8
0 9
D50
1
1 1 1 2 1 3
1.4
1 5 1 6 1 7
1
[m]
Figuur 8 . 3 : Ontgrondingen vaste laag bij belasting door duweenheid, per D
aanleghoogte.
8.2.4
5 0
en per
Mogelijke horizontale o p b o u w vaste laag.
Met bovenstaande twee verschillende toplagen kunnen drie mogelijke alternatieven
worden bedacht, indien de bodembescherming wordt uitgevoerd met stortsteen.
1
Een toplaag van 4 0 - 2 0 0 kg over de gehele breedte op een filter (granulair of
geotextiel) op de basislaag.
2
Een toplaag van 1 0 - 6 0 kg over de gehele breedte op een filter op de basislaag.
3
In de buitenbocht een toplaag van 4 0 - 2 0 0 k g (vanaf 50meter uit de as van de rivier
tot de rand van het zomerbed) en de rest tot de rand van het zomerbed in de
binnenbocht voorzien van een toplaag 10-60kg.
De drie alternatieven zijn schematisch weergegeven in figuur 8.4.
Op voorhand kan men van de drie alternatieven al zeggen dat:
alternatief 1 een betere breedtewerking heeft dan alternatief 2 en 3. Alternatief 3
heeft een betere breedtewerking dan alternatief 2 (Onderhoudsbaggerwerk).
bij alternatief 1 de eventuele schade lager zal zijn dan bij alternatief 2 en 3. Bij
alternatief 3 zal de eventuele schade minder of gelijk zijn aan 2. (onderhoudskosten)
alternatief 1 iets duurder zal zijn dan 3 en alternatief 3 iets duurder dan 2.
Wat eventueel nog mogelijk is, is om in de buitenbocht ter hoogte van de aansluiting van
het kanaal S t . Andries op de Waal de bodem met 4 0 - 2 0 0 k g te verdedigen, i.v.m. de
mogelijk zwaardere belasting als gevolg van de scheepvaart die hier het kanaal op
manoeuvreren. M e t andere woorden een combinatie van mogelijkheid 2 en 3.
Concept O n t w e r p n o t a
26
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Concept Ontwerpnota
27
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
9
VERTICALE OPBOUW BODEMBESCHERMING
9.1
Inleiding [ref.:5]
Met de verticale o p b o u w van de bodembescherming wordt bedoeld het ontwerp van de
filterconstructie onder de bodembescherming.
Een belangrijk aspect bij het ontwerpen van filters is de analyse van de inwendige en
uitwendige stabiliteit, dat wil zeggen het beperken/voorkomen van erosie van het
basismateriaal en van het filtermateriaal.
De functie " w e r i n g van erosie" is niet een functie op zich. De hoofdfunctie van een filter is
ervoor te z o r g e n , dat onder maatgevende (hydraulische belastingen) aan een constructie
geen schade wordt toegebracht. Een filter is dus niet een op zichzelf staande constructie
maar slecht een onderdeel van een groter geheel.
Het voorkomen van schade kan op verschillende manieren worden bereikt:
zorgen dat transport van materiaal onmogelijk is (geometrisch-dicht filter),
zorgen dat transport van materiaal niet optreedt door de te verwachten hydraulische
omstandigheden voldoende klein te houden (stabiel geometrisch-open filter),
zorgen dat, als erosie optreedt, deze beperkt blijft, zodat de constructie aan zijn
functie, hetzij primair, hetzij secundair, kan blijven voldoen (instabiel geometrischopen filter, "zakkingsfilters").
Om de breedte werking in stand te houden moet de bodembescherming op z ' n minst op
een hoogte liggen volgens geometrie T 5 . De bodembescherming zou lager kunnen komen
te liggen indien basismateriaal (rivierbed waar de bodembescherming op komt te liggen)
door de laag zou kunnen uitspoelen (erosie). Om deze reden is het bij voorbaat uitgesloten
een instabiel geometrisch open filter toe te passen in de bocht van St. Andries. Het is
eventueel wel mogelijk om dit type filter toe te passen aan de randen van de vaste laag als
aansluiting op de bodem. Benedenstrooms zal een ontgrondingskuil ontstaan, waardoor
met dit type filter de bodemdaling enigszins kan worden gevolgt. Bovenstrooms is sprake
van een autonome bodemdaling (orde 0,01 m per jaar) die met een dergelijke constructie
ook kan worden gevolgd.
De werking van filters berust op het feit dat, om erosie te laten optreden, er gelijktijdig
aan twee voorwaarden moet worden voldaan:
de basiskorrels moeten fysiek door de opening van het filtermateriaal heen kunnen.
De belasting op de basiskorrels moet voldoende groot zijn om ze in beweging te
brengen.
Onderscheid dient te worden gemaakt tussen:
transport loodrecht op het grensvlak (tussen twee lagen)
transport evenwijdig aan het grensvlak.
Welk van de t w e e transportvormen domineert hangt af van de locatie van het filter in de
constructie en de hydraulische omstandigheden. Bij bodemverdedigingen is transport
evenwijdig aan het grensvlak het belangrijkst.
Naast bovenstaande erosie-werende functie heeft een filter een waterafvoerende functie.
Deze functie kan tweeledig zijn:
het v o o r k o m e n van hoge waterdrukken onder de bodembescherming.
zorgen voor voldoende ontwatering van het grondpakket.
Hiervoor dienen zowel de dikte van het pakket en de openingen (porien) voldoende groot
te zijn en er dient een drukgradient aanwezig te zijn om het water te doen stromen.
De faalmechanismen zijn kort samengevat:
materiaaltransport door verlies van stabiliteit van een granulair filter.
Concept O n t w e r p n o t a
28
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
materiaaltransport door instabiliteit van het grensvlak tussen filter materiaal
(granulair of geotextiel) en basismateriaal.
te beperkte waterafvoer loodrecht op het vlak van het filter.
te beperkte waterafvoer in het vlak van het filter.
9.2
Uitgangspunten ontwerp filter
Als uitgangspunten voor het ontwerp van de filterconstructie worden aangehouden:
Voorlopig wordt nog geen keuze gemaakt over het type filter (granulair:
geometrisch-open of dicht, of een geotextiel).
In hoofdstuk 8 is de mogelijkheid geopperd om twee verschillende sorteringen als
toplaag van de bodembescherming toe te passen (10-60kg en 4 0 - 2 0 0 k g ) . V o o r
beide toplagen zal een ontwerp worden gemaakt.
De korrelopbouw van het basismateriaal resulterend uit het bodemonderzoek
uitgevoerd door Fugro [Opdrachtnummer M - 0 2 0 6 , W - S A - 9 4 0 7 4 ] . Daarnaast wordt
bij onvolledigheid teruggegrepen op tabel 7 in het P V E [ W - S A - 9 4 0 5 4 ] .
Korreldiameter basismateriaal [m]
P V E tabel 7
0,45-10'
3
D«
0,50-10
3
D
0,55-1 O
D
1 0
2 0
D
6 0
1,1 5 - 1 0 "
D
8 5
Tabel 9 . 2 :
3
3
0,23-1 0 - - 4 , 6 4 - 1 0
3
0,90-10
2,80-10
3
0,17-10 -1,09-10'
0,40-10'
3
1,09-10'
3
3.57-10'
3
3
D o
5
Gemidd. Fugro
Fugro
3
3
3
3
0,41 - 1 0 - 1 3 , 9 8 - 1 0
3
Samenstelling basismateriaal, bocht St. Andries
Als gemiddeld bodemniveau wordt O L W - 3 , 8 5 m aangehouden.
Voor de toplaag van de bodembescherming een poriengehalte aangehouden van
4 0 % (n = 0,4). Voor het filtermateriaal 3 5 % .
Volgens het Programma van Eisen [ W - S A - 9 4 0 5 4 ] zullen uit milieutechnische
overweging geen slakken worden toegepast. Volgens [ref.: 5] wordt eveneens om
milieutechnische redenen afgeraden mijnsteen toe te passen in grote oppervlakken
(afgifte van bijv. P A K ' s ) . Om deze reden zal ook het gebruik van mijnsteen niet
worden voorgesteld.
A l s eerste zal een uit granulair materiaal opgebouwde filterconstructie worden
berekend. Vervolgens zal naar alternatieven worden gekeken (bijv. geotextiel).
9.3
Geometrisch-dicht filter
Voor het ontwerp van een geometrisch-dichte filter wordt uitgegaan van de relatie van
Kenney [ref.: 4 en 5]:
Zanddichtheid:
^-<5
D o
(14)
b5
De stabiliteit is onafhankelijk van de stroming, geldig voor zowel stroming loodrecht als
evenwijdig aan het scheidingsvlak.
Concept Ontwerpnota
29
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Hierin zijn:
D
De korreldiameter die voor 15 procent wordt onderschreden van alle korrels in het
filter pakket.
D
De korreldiameter die voor 5 0 procent wordt onderschreden in het basismateriaal.
Bij meerdere filterlagen geldt steeds dat D boven D ligt.
f 1 5
b 5 0
f
Waterdoorlatendheid
^ 5 _ >
b
[Kenney, ref.:4 en 6]:
(15)
4
D
b15
Hierin is D
de korreldiameter die voor 15 procent wordt onderschreden van alle korrels
in het basismateriaal.
b l 5
9.3.1
Geometrisch-dicht filter bij een toplaag 1 0 - 6 0 kg
e
Grensvlak basismateriaal/1 filterlaag:
Zanddichtheid
(14)
D
basismateriaal = 0,001 Om ^ D
1 filterlaag < 5 x 0 , 0 0 1 0 - D
< 0,0050m.
Waterdoorlatendheid
(15)
D
basismateriaal = 0 , 0 0 0 4 m -* D
1 filterlaag > 4 x 0 , 0 0 0 4 -* D
> 0,0016m.
Hieruit volgt: 0 , 0 0 1 6 m < D
< 0,0050m.
In verband met interne stabiliteit wordt een uniformiteitsgetal C < 6 ( D / D van de
filterlaag [ref.:4]) aangehouden. Deze waarde hanterend volgt voor het materiaal van de
eerste filterlaag een sortering grind 1/7mm. Deze sortering heeft waarschijnlijk een iets
kleinere D van 0 , 0 0 1 6 m , maar aangezien stroming bij een geometrisch-dicht filter geen
grote rol speelt, moet deze sortering voldoen.
e
b 5 0
f 1 5
f l 6
e
b 1 6
m
f l 5
f 1 5
u
6 0
1 0
1 5
e
e
Grensvlak 1 filterlaag/2 filterlaag:
Zanddichtheid
(14)
D
1 filterlaag = 0 , 0 0 4 m -» D
2 filterlaag < 5 x 0 , 0 0 4
D
< 0,02m.
Waterdoorlatendheid
(15)
D
1 filterlaag = 0 , 0 0 2 m -» D
2 filterlaag > 4 x 0 , 0 0 2 -* D
> 0,008m.
Hieruit volgt: 0 , 0 0 8 m < D
< 0 , 0 2 m . De grind-sortering 3 0 / 8 0 m m
( 0 , 0 4 8 m < D < 0 , 0 2 4 m ) voldoet hier net niet aan. Het verschil is zo klein dat binnen de
marges van nauwkeurigheid van de gehanteerde formule, deze sortering moet kunnen
volstaan.
e
e
b 5 0
n 5
e
f 1 5
e
b 1 5
f l 5
f l 5
f 1 5
1 5
e
e
Grensvlak 2 filterlaag/3 filterlaag:
Zanddichtheid
(14)
D
2 filterlaag = 0 , 0 5 5 m
D
3 filterlaag < 5 x 0 , 0 5 5
D
< 0,28m.
Waterdoorlatendheid
(15)
D
2 filterlaag = 0 , 0 3 6 m -* D
3 filterlaag > 4 x 0 , 0 3 6 -* D
> 0,144m.
Hieruit volgt: 0 , 1 1 4 m < D
< 0 , 2 8 m . Aangezien stroming geen grote rol speelt bij
geometrisch-dichte filters, kan een derde filterlaag worden voorkomen. De D van de
sortering 1 0 - 6 0 k g is 0 , 2 m < D < 0 , 2 5 m ) . Deze sortering voldoet aan de zanddichtheidseis
voor het grensvlak 2 filterlaag/toplaag.
e
e
b 5 0
n 5
e
f 1 6
e
b l 6
( 1 5
f l 5
f 1 6
1 6
1 5
e
De verticale o p b o u w in geval van een toplaag van 10-60kg wordt dan als volgt van
toplaag naar basismateriaal:
1 0 - 6 0 k g (0,40m dik, 6 5 0 k g / m ) op
3 0 / 8 0 mm (0,40m dik, n = 0 , 3 5 -* 700kg/m ) op
1/7mm (0,30m dik, n = 0 , 3 5 -»• 526kg/m ) op
basislaag
De filterlaag is extra dik gekozen in verband met uitzeving van het lichte materiaal tijdens
de uitvoering en voor de strenge ontwerp-eis.
2
2
2
Concept O n t w e r p n o t a
30
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
9.3.2
Geometrisch-dicht filter bij een toplaag 4 0 - 2 0 0 k g
e
De opbouw van de basislaag tot en met de 2 filterlaag is in principe hetzelfde als bij een
toplaag van 1 0 - 6 0 k g .
Vanaf de 2 filterlaag wordt de opbouw dan:
3 0 / 8 0 mm (0,40m dik, n = 0 , 3 5 -» 700kg/m ) op
1/7mm (0,30m dik, n = 0 , 3 5 -• 526kg/m ) op
basislaag
Er moet nu nog worden onderzocht of een derde filterlaag noodzakelijk is.
e
2
2
Grensvlak 2" filterlaag/3' filterlaag:
Zanddichtheid
(14)
D
2 filterlaag = 0 , 0 5 5 m - D
3 filterlaag < 5 x 0 , 0 5 5 -» D
< 0,28m.
Waterdoorlatendheid
(15)
D
2 filterlaag = 0 , 0 3 6 m -* D
3 filterlaag > 4 x 0 , 0 3 6 -* D
> 0,144m.
Hieruit volgt: 0 , 1 1 4 m < D
< 0,28m.
V o o r de breuksteensortering 4 0 - 2 0 0 k g geldt: 0,31 m < D < 0 , 3 7 m .
Dit houdt in dat een derde filterlaag nodig is (5-40kg). Om de totale constructiehoogte te
beperken, wordt nu een poging gedaan iets minder conservatief te ontwerpen om toch uit
te komen op maximaal 2 filterlagen.
e
e
b 5 0
m
e
f15
e
b 1 5
f 1 5
M B
( 1 5
1 6
In ieder geval wordt de eerste filterlaag 1/7mm aangehouden.
Voor de tweede filterlaag wordt een grotere sortering gekozen: 4 0 / 1 0 0 m m
(0,038m<D <0,067m; 0,086m<D <0,118m).
Uit 9.3.1 volgde:
f 1 5
f 8 5
C
:
Grensvlak 1 filterlaag/2' filterlaag:
Zanddichtheid
(14)
D
< 0,02m.
Waterdoorlatendheid
(15)
D
> 0,008m.
Samen: 0 , 0 0 8 m < D
< 0,02m.
Toepassing van 4 0 / 1 0 0 m m op 1/7mm geeft: D / D
(14) 0 , 0 5 3 / 0 , 0 0 4 = 1 3 . Deze
sortering voldoet dus niet aan de zanddichtheidseis t.o.v. de 1 filterlaag, maar met een
goede controle op de uitvoering en door deze laag met een extra dikte uit te voeren, moet
deze laag kunnen voldoen aan de eis dat het de 1 laag vasthoudt. Deze onderliggende
laag is wel geometrisch-dicht dus zal zand niet uit kunnen spoelen. Nu moet wel het
grensvlak tussen deze 4 0 / 1 0 0 m m laag en de toplaag geometrisch-dicht zijn.
f 1 5
f i s
f l 5
f 1 5
b 5 0
e
e
Grensvlak 2' filterlaag/toplaag:
Zanddichtheid
(14)
Dns/D
(gemidd. 4 0 - 2 0 0 k g / gemidd. 4 0 / 1 0 0 m m ) = 0 , 3 4 / 0 , 0 7 6 5 = 4,4 ( < 5 ^ v o l d o e t )
Wa terdoorla tendheid (15)
fi /D
(gemidd. 4 0 - 2 0 0 k g / gemidd. 40/100mm) = 0 , 3 4 / 0 , 0 5 2 5 = 6,5 ( > 4 ^ voldoet)
b60
D
5
b 1 5
De verticale opbouw in geval van een toplaag van 4 0 - 2 0 0 k g wordt dan als volgt van
toplaag naar basismateriaal:
4 0 - 2 0 0 k g (0,60m dik, 9 7 5 k g / m ) op
4 0 / 1 0 0 mm (0,40m dik, n = 0 , 3 5 - 700kg/m ) op
1/7mm (0,30m dik, n = 0,35 -* 526kg/m ) op
basislaag
2
2
2
Concept Ontwerpnota
31
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
9.3.3
Resume geometrisch-dicht filter
Indien de bodembescherming wordt uitgevoerd met een toplaag van of 10-60kg of 4 0 2 0 0 k g met een geometrisch-dicht filter dan is de opbouw zoals weergegeven in figuur
9.1.
Figuur 9.1 :
Bodembescherming met geometrisch-dicht filter (exclusief toleranties)
e
Bij dit ontwerp moet worden opgemerkt dat de 1 filterlagen uit een fijn materiaal zijn
o p g e b o u w d (1/7mm). Zonder aanvullende maatregelen zal tijdens het storten een grote
verstoring van de korrelopbouw optreden (uitzeving). De aanleg zal kostbaar
(gecontroleerd storten) en niet eenvoudig zal zijn.
9.4
Stabiel geometrisch-open filter
Bij geometrisch-open filters wordt uitgegaan van gelijktijdige instabiliteit van de toplaag en
de basislaag. Bij het ontwerp van stabiel geometrisch-open filters dient onderscheid te
worden gemaakt tussen stationaire stroming loodrecht op het grensvlak en stationaire
stroming evenwijdig aan het grensvlak. Stationaire stroming loodrecht op de grensvlak kan
maatgevend zijn indien een groot verticaal verhang over de constructie kan komen te
staan (sluizen, stuwen). Bij de bodembescherming voor de bocht St. Andries zal het
kritieke verhang bij stromingen evenwijdig aan het grensvlak een orde kleiner zijn dan het
kritieke verhang bij stroming loodrecht op het grensvlak en kan derhalve als maatgevend
worden b e s c h o u w d . Het ontwerp kan worden beperkt door alleen te kijken naar
stationaire stroming evenwijdig aan het grensvlak. Hiervoor dienen eerst voor de twee te
onderscheiden optredende belastingsvormen de daarbij behorende bodemverhangen te
worden bepaald.
9.4.1
Bodemverhang
Door V a n Huijsstee en Verheij [ref.:5] zijn formules afgeleid voor het langsverhang voor de
situatie van een eenparige stroming zoals die zich bij benadering voor kan doen in kanalen
en rivieren:
i f )
V
a
x
= CJ
H6)
) bodem
Waarbij:
Concept O n t w e r p n o t a
32
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
2
C
= 1+0,5 P / " —
0
Hierin
i
B
r
C
U
R
(17)
zijn:
gemiddelde verhang; volgens Chezy i = U / ( R C )
is empirische coefficient; B = 3 (grenzen 0,6 a 6,0)
is relatieve turbulentie; r = 0 , 2 5 (grenzen 0,1 a 0,25)
Chezy coefficient: 18-log(1 2 h / 2 D ) in m'^/s
de over de waterdiepte gemiddelde stroomsnelheid in m/s
de hydraulische straal; bij brede rivieren de waterdiepte.
2
2
50
Onderscheid wordt gemaakt tussen de twee belastingssituaties:
1
De maximale stroomsnelheid van de natuurlijke afvoer bij M H W inclusief de
maximale retourstroom (3,50m/s).
2
De maximale stroomsnelheid van de natuurlijke afvoer bij O L W inclusief de
maximale snelheid als gevolg van de schroefstraal (4,15m/s).
Beiden in de toekomstige situatie. Uitgegaan wordt van 10-60kg en 4 0 - 2 0 0 k g als toplaag
(D = 0.28m).
50
Toplaag
Situatie
h [m]
C [m*/s]
c„
U [m/s]
10-60kg
1 (MHW)
12,0
44
19,5
3,50
0,53-10
2 (OLW)
3,85
35
12,7
4,15
3,65-10'
3
1 (MHW)
12,0
40
16,3
3,50
0,64-10
3
2 (OLW)
3,85
32
10,5
4,15
4,36-10"
D
6 O
5 0
d(p/dx
3
d(p/dx
10,3-10-
3
1,03%
46,4-10-
3
4,64%
10,4-10
3
1,04%
= 0,28m
40-200kg
D
i
= 0,41m
Tabel 9 . 3 :
3
45,8-1 0
3
4,58%
Bodemverhang bij O L W en M H W (r = 0 , 2 5 , B = 3)
De berekende verhangen zijn gemiddelde verhangen, lokaal kunnen iets grotere verhangen
optreden.
De gehanteerde formules gelden voor een laminaire (rechtlijnige) stromingsvorm. Het
invullen van de schroefstraalbelasting (turbulente stroming) is in principe niet toegestaan.
9.4.2
Ontwerp geometrisch-open filter
Het ontwerp van de geometrisch-open filter voor een toplaag van 10-60kg en een toplaag
van 4 0 - 2 0 0 k g wordt gedaan door eerst een keuze te maken van het filter en vervolgens
na te gaan of het kritische verhang per grenslaag niet wordt overschreden door de
optredende verhangen bepaald in tabel 9 . 3 .
Begonnen wordt met de twee filterlagen uit figuur 9 . 1 , 3 0 / 8 0 m m en 4 0 / 1 0 0 m m voor
respectievelijk een toplaag van 10-60kg en 4 0 - 2 0 0 k g . Deze keuze is gemaakt omdat deze
twee sorteringen bij de natuurlijke afvoer kunnen worden aangebracht zonder dat grote
uitzeving zal optreden. De overgang van deze filterlaag naar de toplaag is geometrisch
dicht. De stabiliteit in dit grensvlak is onafhankelijk van de hydraulische belastingen.
Om te controleren of het kritische verhang in de grenslaag tussen basismateriaal en de
filterlagen niet wordt overschreden, wordt gebruik gemaakt van de ontwerpgrafiek van De
Graauw et al. [ref.:5] en weergegeven in bijlage 7.
De D — 1mm. De D
van 3 0 - 8 0 m m is 3 6 , 0 m m en de D van 4 0 - 1 0 0 m m is 5 2 , 5 m m .
A l s poriengehalte wordt 0 , 3 5 aangehouden.
Dan worden de A ; - D / D
voor 3 0 - 8 0 m m en 4 0 - 1 0 0 m m respectievelijk 12,6 en 1 8 , 3 7 5 .
Door de lijn voor D = 0 , 8 2 m m te volgen, volgt voor een filterlaag van 3 0 / 8 0 m m een
kritiek verhang (i ) van ongeveer 7,5 a 8 %. Bij een filter constructie van 4 0 / 1 0 0 m m is i
ongeveer 5 % .
b 6 0
f l 5
fl6
f l 6
b50
b 5 0
cr
Concept Ontwerpnota
cr
33
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Volgens tabel 9.4 wordt het kritieke verhang (7,5 a 8%) bij een toplaag van 10-60kg met
een filter 3 0 / 8 0 m m niet overschreden (1 %). Bij een toplaag 4 0 - 2 0 0 k g en een filter van
4 0 / 1 0 0 m m voldoet de constructie op de overgang basismateriaal «—* filterlaag net
(i = 5 % en i = 4 , 6 % ) . Het is mogelijk om een filter van 3 0 / 8 0 m m toe te passen. De
grenslaag toplaag «—* filterlaag is dan minder geometrisch-dicht en de overgang
basismateriaal «—» filterlaag is iets meer stabiel geometrisch-open (i = 7,5 a 8 % terwijl
i = 4 , 6 % ) . M a a t g e v e n d voor het ontwerp is echter een extreme situatie bij een waterstand
die maar 5 % per jaar wordt onderschreden. De belasting zelf is een met het schip mee
bewegende belasting en treedt op een locatie maar zeer kort op. Cumulatief, afhankelijk
van aantal s c h e p e n dat de locatie passeert bij deze lage waterstand (die niet lang duurt)
levert een relatief korte belastingduur. De belastingpiek verhoogt tijdelijk de
transportcapaciteit van het water. Het basismateriaal moet eerst door de vaste laag
worden getransporteerd voordat het meegenomen kan worden. Verondersteld mag
worden dat de belastingpiek (schroefstraal) al is gepasseerd voordat het basismateriaal uit
de vaste laag komt en dat het niet meegenomen kan worden omdat na de belastingpiek de
transportcapaciteit van de rivier weer afneemt naar de oude transportcapaciteit. De rivier
zelf transporteert al sediment en zal geen behoefte hebben aan extra sediment dus zal de
erosie beperkt blijven, een aspect dat niet is verdisconteerd in de gehanteerde filterregels.
A l met al kan w a t verlies van basismateriaal optreden, maar dat zal meevallen.
cr
cr
De constructie is als geheel stabiel voornamelijk omdat de overgang filterlaag *—* toplaag
onafhankelijk van de hydraulische belastingen stabiel is (geometrisch dicht, zie 9.3.3). Een
filterlaag van 4 0 / 1 0 0 m m is voldoende.
9.4.3
Resume geometrisch-open filter
Indien de bodembescherming wordt uitgevoerd met een toplaag van 10-60kg of 4 0 - 2 0 0 k g
met een geometrisch-open filter dan is de opbouw zoals weergegeven in figuur 9 . 2 .
1
*
40-200kg
40/100mm
~ Basislaag
Figuur 9.2 :
0,60m dik
0,40m dik
- 10-60kg
- 30/80mm
Basislaag
0,42m dik
0,40m dik
-
Bodembescherming met geometrisch-open filter (exclusief toleranties)
De verticale o p b o u w in geval van een toplaag van 4 0 - 2 0 0 k g wordt dan als volgt van
toplaag naar basismateriaal:
4 0 - 2 0 0 k g (0,60m dik, 1000kg/m ) op
4 0 / 1 0 0 m m (0,40m dik, n = 0 , 3 5 •* 700kg/m ) op
basislaag
2
2
De verticale o p b o u w in geval van een toplaag van 10-60kg wordt dan als volgt van
toplaag naar basismateriaal:
1 0 - 6 0 k g ( 0 , 4 2 m dik, 6 5 0 k g / m ) op
3 0 / 8 0 m m (0,40m dik, n = 0 , 3 5 -» 700kg/m ) op
basislaag
2
2
Concept O n t w e r p n o t a
34
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
9.5
Geotextiel als filter [ref.:5]
De keuze van een geometrisch-open filter levert geen daadwerkelijke winst in constructie
hoogte en/of kosten op. Er wordt hier dan ook uitgegaan van een geometrisch-dicht
geotextiel. Algemeen geldt voor een geometrisch-dicht filter op het grensvlak
basismateriaal/geotextiel [ref.:5]:
9 0
°
<-2
bSO
(18)
D
In deze formule is de O de diameter van de porie van het geotextiel die gelijk is aan de
gemiddelde korreldiameter van een denkbeeldige fractie (steen), waarvan 9 0 % op en in
het geotextiel blijft liggen als het geotextiel op een bepaald voorgeschreven wijze [norm
NEN 5 1 6 8 ] , als een soort zeef wordt gebruikt. De D
is de korreldiameter van het
basismateriaal dat voor 9 0 % wordt onderschreden door de overige korrels in het
basismateriaal.
De D = 4-10" m (4,0mm). Voor het geotextiel geldt dan volgens formule (20)
0 < 8 - 1 0 - m = 8,0mm.
9 0
b 9 0
3
b 9 0
3
9 0
Een geotextiel wordt meestal afgezonken met een ballastlaag, waarbij het geotextiel wordt
verstevigd met een rietmat en een roosterwerk van wiepen (tegen scheuren tijdens
transport en afzinken). De maximale sortering die men in het geval van de vaste laag bij
St. Andries kan toepassen voor het afzinken is 4 0 - 2 0 0 k g . De diepte is hier relatief klein,
waardoor dit mogelijk is. Met andere woorden: zowel voor een toplaag 10-60kg en 4 0 2 0 0 k g is geen extra ballastlaag nodig.
9.6
Resume granulair opgebouwde bodembescherming
Voor alle duidelijkheid wordt in tabel 9.4 een samenvatting gegeven van de in hoofdstuk 8
en 9 ontworpen toplagen met de daaronder bepaalde filterconstructies:
Geometrisch-dicht
laagdikte
laagdikte
Im]
tm]
Toplaag
1 0-60
kg
0,42
4 0 - 2 0 0 kg
0,60
Filter
30/80
mm
0,40
40/100
0,40
0,30
1/7
117
mm
Totaal
mm
mm
0,30
1,12
Geometrisch-open
1,30
laagdikte
laagdikte
[m]
[m]
Toplaag
1 0 - 6 0 kg
0,42
4 0 - 2 0 0 kg
0,60
Filter
40/100
0,40
40/100
0,40
mm
Totaal
mm
0,82
G e o m e t r i s c h - d i c h t met geotextiel
Toplaag
1 0 - 6 0 kg
Geotextiel
O
9 0
Totaal
<
1,00
laagdikte
laagdikte
Im]
[ml
0,42
4 0 - 2 0 0 kg
8 , 0 m m (na a f z i n k e n e e n v e r w a a r l o o s b a r e
0,60
dikte).
0,42
0,60
Tabel 9.4 : Samenvatting verticale opbouw bodembescherming.
Concept Ontwerpnota
35
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
10
DEFINITIEVE LAY-OUT EN UITVOERING
10.1
Keuze + praktische o p b o u w vaste laag
Uitgegaan w o r d t van lay-out T 5 S V .
Na uitvoerig overleg met adviseurs, Dienstkring Bovenrijn en Waal is gekozen voor een
toplaag van 4 0 - 2 0 0 k g . Voorgaande berekeningen zijn uitgevoerd met een soortelijk
gewicht van de steen van 2 7 0 0 k g / m . Deze dichtheid is ongunstig bevonden aangezien dit
een beperking is voor de keuze van de groeves, voornamelijk bepaald door de grote
hoeveelheid steen die voor de vaste laag nodig is. Voor 4 0 - 2 0 0 k g geldt voor het
gemiddelde g e w i c h t van de steen 90kg < W < 140kg (NEN-ISO-5180). De D bij een p
van 2 7 0 0 k g / m is ( W / p )
= 0 , 3 2 m < D < 0 , 3 7 m ( 0 , 3 8 m < D < 0 , 4 4 m ) . Bij een meer
gangbare dichtheid van 2 6 5 0 k g / m geldt: 0 , 3 2 m < D < 0 , 3 8 m ( 0 , 3 8 m < D < 0 , 4 5 m ) . Met
andere woorden er is zo goed als geen verschil en de berekening hoeft niet opnieuw te
worden uitgevoerd. In het vervolg wordt uitgegaan van een D van 0 , 3 5 m en/of een D
van 0 , 4 2 m ( W .
- 11 5 k g , p = 2 6 5 0 k g / m ) . De minimale laagdikte (d ) wordt gesteld
op 1,5-D = 0 , 5 3 m met een tolerantie (a) van 0 , 5 - D = 0 , 1 7 5 m . Een holle ruimte
percentage van 4 0 % kan worden aangehouden.
3
6 0
3
n
s
1/3
50
s
n
50
3
n
5 0
n
5 0
3
5 0
g e m
s
min
n
n
Tevens is afgezien van de mogelijkheid een zinkstuk als filter toe te passen. De keuze is
gevallen op een uit granulair materiaal opgebouwde vaste laag. Deze keuze is bepaald
door:
Het plaatsen van een geotextiel vereist een te grote werkbreedte (orde 75m), die
beperkingen oplegt aan de scheepvaart (snelheidsbeperking, vaarbreedte en uitvaart
kanaal St. Andries).
De voorkeur gaat uit naar een constructie die aangelegd kan worden met behulp van
losvarend materieel, iets wat met een zinkstuk niet mogelijk is.
Een geotextiel vereist tevens extra toezicht tijdens de uitvoering en extra
verkeersmaatregelen.
Als granulair filter is tijdens dit overleg gekozen voor een geometrisch-open filter
bestaande uit een sortering 4 0 / 1 0 0 m m . Deze keuze is gebaseerd op het feit dat geen
hoge eisen aan de filterconstructie hoeven te worden gesteld mits de constructie als
geheel (toplaag + filter) maar stabiel is. Erosie door de vaste laag zal gering zijn. V o o r
4 0 / 1 0 0 m m geldt: 0 , 4 k g < W < 1,2kg, 0 , 0 5 3 m < D < 0 , 0 7 5 m . Er kan word en uitgegaan
van een praktische minimale laagdikte (d ) van 0,25m met een tolerantie (a) van 0 , 1 0 m .
A l s percentage holle ruimte wordt 3 8 % aangehouden.
5 0
n
min
De uitvoeringsnauwkeurigheid voor wat betreft de laagdikten kan worden gesteld op
a=/7±1,5CT m e t / / = d + 1,5-CT. Hierin is /y de gemiddelde laagdikte waar minimaal mee
rekening moet w o r d e n gehouden om d
te garanderen. De in rekening te brengen
laagdikten t.b.v. het bestek worden bepaald door b =/y = d + 1,5 a.
m i n
m i n
m i n
a
a
b
Im]
[m]
Im)
Im]
0,53
0,1 7 5
1,06
0,80
laag
i
H
u
1,5-Dn+3-o t
40-200kg
1,50,+1,5-c
1,50,
I
40/1 0 0 m m
0,25
0,10
0,55
0,40
Tabel 1 0 . 1 : Laagdikten vaste laag.
Concept Ontwerpnota
36
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Voor wat betreft de hoeveelheden moet voor 4 0 - 2 0 0 k g worden aangehouden
0 , 8 0 m O , 6 0 - 2 6 5 0 k g / m = 1 2 7 5 k g / m en voor het filter (40/100mm)
0 , 4 0 m -0,62 - 2 6 5 0 k g / m = 6 6 0 k g / m .
3
3
2
2
Alternatief zou zijn om als filter een sortering 3 0 / 8 0 m m toe te passen dan wordt deze n
dezelfde laagdikte en hoeveelheid aangebracht als de sortering 4 0 / 1 0 0 m m .
Zowel 4 0 / 1 0 0 m m als 3 0 / 8 0 m m voldoen. In vergelijking met 4 0 / 1 0 0 m m is bij 3 0 / 8 0 m m
de overgang van basismateriaal naar filter hydraulisch stabieler. Daarentegen is 3 0 / 8 0 m
kritischer bij de uitvoering (uitzeving tijdens storten en kan een minder zware belasting
weerstaan als deze nog niet is afgedekt door de toplaag). Om deze redenen verdient
4 0 / 1 0 0 m m de voorkeur.
10.2
Geometrie vaste laag
A a n het Waterloopkundig laboratorium is een aanvullende opdracht verstrekt om na te
gaan of de vaste laag verkort en/of versmalt kan worden. Uit de eerste berekeningen
volgde dat het nauwelijks iets uitmaakt of de vaste laag 150m of 140 meter breed wordt.
Een kleine toename van onderhoudsbaggerwerk is mogelijk, maar deze toename is
verwaarloosbaar ten opzichte van de hoeveelheid onderhoudsbaggerwerk bij T 5 S V .
Smaller dan 140m kan de laag niet worden omdat dan ontgrondingen aan de binnenbochtzijde kunnen gaan optreden die van negatieve invloed zijn op de stabiliteit van de vaste
laag. Om deze reden zal de vaste laag met een breedte van 140m vanaf de theoretische
normaallijn worden aangelegd. Dit (totale) onderhoudsbaggerwerk levert tevens een
bijdrage van een hydraulische compensatie bij M H W .
Vervolgens is onderzocht of de vaste laag (T5SV) verkort kan worden. Hierbij is eerst
bovenstrooms de vaste laag ingekort ( T 5 S V K , start op kmr. 9 2 5 , 5 ) . Vervolgens is
gekeken of de vaste laag met een steilere helling kan worden beeindigd, waardoor deze op
kmr. 928.1 eindigt (T5SKE). Verder zijn dezelfde "knik"-punten aangehouden als bij T 5 S V .
In bijlage 8 worden de resultaten weergegeven.
Verkorting van de vaste laag bovenstrooms (T5SVK) heeft als resultaat dat bovenstrooms
van de vaste laag meer gebaggerd moet worden. Dit is nautisch gezien een ongewenste
situatie, omdat nu zowel boven- en benedenstrooms van de laag gebaggerd moet worden
(voorkeur op een plaats en het liefst benedenstrooms).
De voorkeur bij Directie Gelderland gaat uit naar het verkorten van de vaste laag volgens
geometrie T 5 S K E . Deze voorkeur is gebaseerd op de volgende punten [ W - S A - 9 4 0 9 1 ]:
De aanzanding (bult) achter de vaste laag in de binnenbocht verplaats zich van de
kruising (tussen kmr. 9 2 8 en kmr. 929) meer naar de vaste laag. Dit is
scheepvaartechnisch "beter" omdat afvarende schepen dan bij het oversteken van
de ene binnenbocht (St. Andries) naar de andere binnenbocht (Opijnen) geen " S bocht" hoeven te maken.
De hoeveelheid onderhoudsbaggerwerk bij T 5 S K E is groter dan bij T 5 S V maar niet
veel. Ook bij T 5 S V moet onderhoudsbaggerwerk worden gepleegd om het gewenste
resultaat (170m) te bereiken. Deze kleine toename van baggerwerk weegt niet op
tegen een verkorting van de vaste laag van 4 0 0 m .
Schade aan de vaste laag of baggermaterieel hoeft men niet te vrezen, omdat de
laag in dit gebied sowieso lager komt te liggen dan O L W - 3 , 5 0 m . Als er in het
benedenstroomse deel van de vaste laag (binnenbocht) gebaggerd moet worden dan
Ngt er altijd nog een pakket zand tussen O L W - 3 , 5 0 m en de vaste laag voor de
"bescherming" .
Ook net voor de bocht van Opijnen geeft het model een beter resultaat bij T 5 S K E
dan bij T 5 S V .
Op basis van deze resultaten is de geometrie van de vaste laag vastgesteld. De begint bij
kmr. 9 2 5 met een breedte van 110m tot kmr. 9 2 5 , 2 5 0 . Vervolgens wordt vanaf kmr.
Concept Ontwerpnota
37
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Vaste laag St. Andries t.o.v. NAP
Aavullend onderzoek T5
T5SV t.o.v. NAP
T5SVK t.o.v. NAP
<
T5SKE l.o.v. N A
3
OLR t.o.v. NA°
Oi
c
o
925
925.5
926
926.5
927
927.5
923
923.5
Kilometerroai
(Duiienden)
Figuur 1 0 . 1 :
Gehanteerde geometrieen bij optimalisatie van T 5 S V .
9 2 5 , 2 5 0 de laag over een afstand van 1 0 0 m (tot kmr. 9 2 5 , 3 5 0 ) verbreedt van 1 1 0 m
naar 1 4 0 m . De vaste laag blijft op deze breedte tot aan het eind (kmr. 9 2 8 , 1 ) . Verder
worden dezelfde knikpunten aangehouden als in figuur 1 0 . 1 .
In Bijlage 9 is het bovenaanzicht van de vaste laag weergegeven. Bij deze tekening
(schets) moet worden opgemerkt, dat de afstand langs de as anders is dan de afstand
langs de normaallijn. Dit heeft te maken met de bochtstralen en de nauwkeurigheid van de
coordinaten van de kilometerraaien. Deze verschuiving is ook te zien bij de langsprofielen
in bijlage 10. In bijlage 9 is het donker-grijze gebied in de buitenbocht het deel van de
vaste laag dat volgens de WL-berekeningen niet of nauwelijks zal aanzanden (kaal blijven).
Het middelste gebied is het gebied dat volgens het W L ongeveer zal worden afgedekt door
een dun zandlaagje van 0 , 0 5 m tot 0 , 1 5 m . Het bovenste donker grijze gebied geeft aan
waar de zandlaag toe gaat nemen van 0 , 1 5 m (onderkant grijze gebied) tot ongeveer 1
meter (bovenkant grijze gebied). De dikke zwarte lijn ("rechthoek") is de geschematiseerde
vaste laag die begint met een breedte van 1 1 0 m tot kmr. 9 2 5 , 2 5 0 en vanaf kmr.
9 2 5 , 3 5 0 een constante breedte heeft van 1 4 0 m tot kmr. 9 2 8 , 1 0 0 m (De
bestekstekeningen zullen wat duidelijker worden).
De gestippelde lijnen (vlakken) geven gebieden aan waar de bodem moet worden
opgehoogd (tot aan de onderkant van de vaste laag, 1,20m onder de aanleghoogte).
In Bijlage 10 worden enkele lengte profielen op een bepaaJde afstand van de theoretische
normaallijn. In bijlage 10 is de verticale schaal (Ay) 1,0m en de horizontale schaal (Ax)
20,0m.
Concept O n t w e r p n o t a
38
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
10.3
Uitvoering vaste laag
De waterstanden waarmee rekening dient te worden tijdens de uitvoering zijn:
Voor O L W , MR (Middelbare rivierwaterstand, Q ,. = 2 2 0 0 m / s ) en M H W gelden de
waterstanden t.o.v. N A P zoals weergegeven figuur 1 0 . 2 .
3
Lob
h
Waterstanden t.o.v. NAP
OLW. MR. MHW
11
922
S23
924
925
926
927
92S
929
930
Kilometerrcai
Figuur 1 0 . 2 :
Waterstanden tussen kilometerraai 9 2 3 en 9 3 0 .
Het werkniveau tijdens de uitvoering is tussen 2 en 6 meter onder O L W . In de
voorbereidingsfase worden de waterstanden en de afvoeren (nader) bepaald, waarbij de
werkzaamheden kunnen worden uitgevoerd (dit is nl. afhankelijk van welk risico bij de
aannemer wordt gelegd).
Nautische rvw tijdens de uitvoering is een vaarbaanbreedte van minimaal 1 5 0 m over een
lengte van 1500m in de binnenbocht (minimaal 7 0 0 m bovenstrooms en 7 0 0 m
benedenstrooms van de werkplek). Daarbij opgeteld een breedte voor het materieel tijdens
de uitvoering en de 25m "schik"-afstand vanaf de theoretische normaallijn (insteeklijn is
perkoenpalen van de kribben). In totaal 1 50 + 5 0 + 25 = 2 2 5 m . De normaallijn hoort tijdens
de optimale situatie samen te vallen met de insteeklijn. Omdat een normaallijn niet
zichtbaar is en de baak ongeveer 5 meter van de insteeklijn wordt geplaatst, is in het
scheepvaartregelement de vaargeul gedefinieerd op een afstand van 30m vanaf de baak
(-* schikruimte is 30m).
Gelet op praktische ervaringen met erosie- en sedimenttransport-processen alsmede met
ribbelvorming zal er tot O L W - 3 , 5 0 m gebaggerd w o r d e n . De eisen t.a.v. het eindresultaat
is een vaargeulbreedte van 170 meter en een diepte van O L W - 2 , 8 0 m in de binnenbocht.
Dit betekend dat aan de rechteroever de vaargeul wordt begrensd door de dieptelijn O L W 2 , 8 0 m . Bij een hard obstakel op de bodem wordt de minimale kielspeling van 0 , 7 0 m
Concept Ontwerpnota
39
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Nautische rvw:
minimaal 2 vaarbanen om werk-eenheid:
25m (schikafstand van NL)+
75m vaarbaan
50m werkeenheid
75m vaarbaan
theoretische normaallijn
Insteeklijn (perkoenpat
Baken
25m schik ruimte aanlehgoogte vi
tussen OLW-4,66m en
OLW-3,64m d.w.z.
afhankelijk van OLW lokaal
tussen NAP-2,29m en
NAP-3,35m
loende vaarbaanbreedte (170m) op
OLW-3,50m (-2,80+0,70m kielspeling),
d.w.z. baggeren tot NAP-1,84 (bovenstroomsl
tot NAP-2,20m (benedenstro
Baggerwerk v66r de
aanleg vaste laag
onderhoudsbaggerwerk
ophoging
225m verbreding t.b.v. de uitvoering - nautische n/w
Figuur 1 0 . 3 :
Schematisatie dwarsprofiel tijdens uitvoering.
vereist, vandaar de diepte O L W - 3 , 5 0 m .
Deze te baggeren schil (1500m in binnenbocht) moet ongeveer 7 0 0 m m bovenstrooms van
de vaste laag beginnen en gereed zijn voordat het materieel kan worden ingezet voor de
aanleg van de vaste laag (dwz : van kilometerraai 9 2 4 , 3 tot kmr.925,8).
Nadat voldoende vaarbaanbreedte is gerealiseerd kan worden begonnen met het ophogen
en afvlakken v a n de bodem ter plaatse van de vaste laag. De bodem wordt over een
breedte van 1 7 0 m op een diepte van O L W - 3 , 5 0 m gehouden, terwijl de vaste laag komt te
liggen over een breedte van 1 4 0 m (vanaf de theoretische normaallijn, dus o m de
kribkoppen heen).
Het werk zal moeten worden uitgevoerd door een "trein" (losvarend materieel en een
minimum aan draadspuds) die over de gehele breedte afvlakt (dustpan) en ophoogt
(omgekeerd dustpan proces) en de bodembescherming aanlegt (steenstorters met boeg op
stroom), terwijl benedenstrooms van de vaste laag rekening moet worden gehouden met
een zandbuffer voor de ontgrondingen. De ervaring bij Nijmegen heeft geleerd dat door
"trapsgewijs de stortlagen aan te brengen de neren benedenstrooms worden beperkt
(sterkte) en dat de ontgrondingen minimaal zijn. Directie Gelderland neemt op basis van
haar ervaring bij Nijmegen de verantwoordelijkheid voor w a t betreft de verliezen. Volgens
Gelderland zijn er geen problemen te verwachten.
Volgens de eerste schattingen dient rekening te worden gehouden met grote gaten tussen
5 0 0 0 en 1 0 . 0 0 0 m (vooral in de buitenbocht tussen kmr.926 en kmr.927). A l s de "trein"
bij deze grote gaten aankomt (lengte ongeveer 100m) zal het werk zich hier moeten
concentreren o m zo snel mogelijk het gat op te vullen en af te dekken met de
bodembescherming. Grote gaten dus als een geheel in een keer aanpakken. Dit is een
risico-punt tijdens de uitvoering w a t nog nader onderzoek vereist. Bij deze gaten zal extra
3
Concept O n t w e r p n o t a
40
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
materieel moeten worden ingezet, wat misschien niet mogelijk is in verband met de
toelaatbare werkbreedte (50m).
Volgens het "uitvoering bodemverdedigingsconstructies [ref.: 7], geldt tot een waterdiepte
van 4 0 m de praktische eis ter voorkoming van uitzeving van het filter materiaal tijdens het
storten, dat de gemiddelde stroomsnelheid niet groter mag zijn dan 0 , 5 m / s . V e r w a c h t
wordt dat door de verbreding van de rivier tijdens de uitvoering de stroomsnelheid zal
afnemen tot onder de gemiddelde stroomsnelheid (1,0m/s). Of dat deze stroomsnelheid
onder de kritische stroomsnelheid zal komen is niet zeker.
Is het filtermateriaal aangebracht dan is de kritische snelheid te bepalen voor begin van
beweging. De D van 4 0 / 1 0 0 m m is ongeveer 0 , 0 6 5 m . Met behulp van de formule van
Shields (formule 10) geldt U = v ' ( A D i i / C ) =A/(1 ,65 0 , 0 6 5 0 , 0 3 - 3 5 ) = 2 , 0 m / s . Het
ziet er dus naar uit dat geen grote schade op zal treden aan het filter tijdens de uitvoering,
zolang er maar geen schepen overheen varen. Het is wel zo dat bij hoogwater deze
stroomsnelheid op kan gaan treden als gevolg van de natuurlijke afvoer. Het werk moet
dan worden stil gelegd, maar men moet er ook voor zorgen dat dan de filterlaag is
afgedekt met de toplaag.
n
2
crit
n
2
cr
In Bijlage 11 zijn enkele karakteristieke dwarsdoorsneden weergegeven van de bocht met
daarin het voor de scheepvaart te baggeren profiel (225m), het te baggeren profiel t.b.v.
de uitvoering inclusief het gewenste resultaat (170m). Aansluitend aan de vaste laag zal
het cunet weer aanzanden. Komt het zand binnen de 170m beven de diepte O L W - 2 , 8 0 m ,
dan zal men daar onderhoudsbaggerwerk moeten plegen.
10.4
Aansluiting rond de kribben
Kribben langs de waal worden volgens een standaard constructie aangelegd. De
kruinhoogten liggen ongeveer tussen N A P + 3,00m en 3,50m t.o.v. N A P . Vanaf de kruin
loopt een talud 1:2 Ji 0 , 7 5 m lager naar een berm van ongeveer 1 meter breed. De kruin en
het talud zijn verdedigd met basalt zetwerk op gebroken natuursteen. Aansluitend aan het
zetwerk wordt een perkoenpalenrij aangebracht die op de kop van de kribben wordt
gedefinieerd als de theoretische normaallijn. Vanaf de perkoenpalen wordt een zinkstuk
afgezonken met een standaard lengte van 2 5 m . Eerst een meter horizontaal (berm) en
vervolgens met een helling van 1:3V2 naar beneden. Het zinkstuk wordt afgezonken en
bestort met stortsteen 10-60kg (500kg/m ). De locatie van de teen van de kribben is
variabel. Het zinkstuk wordt op de bodem horizontaal doorgezet en bestort met stortsteen.
2
In de meeste gevallen zal de vaste laag aansluiten op het talud van de kribben. In die
gevallen kan de vaste laag om de kribben worden aangelegd als in figuur 1 0 . 4 . Ligt de
vaste laag lager dan de teen van de kribben dan zal een aansluitende taludverdedging
moeten worden aangelegd, zodanig dat geen onbeschermd zand tussen de krib en de
vaste laag zit.
Benedenstrooms van de kribben komen in de regel ontgrondingskuilen voor. Het
ontgrondingsgedrag aan de kop van deze kribben is niet in te schatten, vooral niet als er
nog een harde laag wordt aangelegd. Het voorstel is om tijdens de uitvoering de
kribvakken in te meten (althans rond de normaallijn en als er grote gaten worden
geconstateerd, deze dan op te vullen met zand en dit zand te beschermen met een extra
stukje bodemverdediging (driehoekje in figuur 10.4).
Het schijnt dat men aan de benedenstroomse zijde van kribben de zinkstukken met
taludverdediging altijd wat langer over de bodem doorzet, om eventuele ontgrondingen te
kunnen volgen. Tijdens de uitvoering zal dit moeten worden gecontroleerd om er zeker van
te zijn dat het zinkstuk aansluit op de filterconstructie van de vaste laag om erosie te
voorkomen.
Concept Ontwerpnota
41
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Theoretische normaallijn
Figuur 1 0 . 4 :
Schets aansluiting vaste laag op kribben
Deze aansluitingen zullen regelmatig moeten worden gecontroleerd (zakkingen vaste laag
rond de kribkoppen door erosie van basismateriaal door de bodembescherming).
10.5
A a n l e g k o s t e n vaste laag St. Andries
Wordt aan gewerkt.
Concept O n t w e r p n o t a
42
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
REFERENTIES
1
Binnenscheepvaart en Scheepvaartwegen, Dictaat F 1 2 N , TU Delft 1 9 8 7 , ir. J .
Bouwmeester.
2
Schroefstralen en stabiliteit van bodem en oevers onder invloed van de
stroomsnelheden in de schroefstraal, Waterloopkundig Laboratorium, M 1 1 1 5 deel
VII en X a , november 1 9 8 5 .
3
Schroefstralen en stabiliteit van bodem en oevers onder invloed van de
stroomsnelheden in de schroefstraal, Waterloopkundig Laboratorium, M 1 1 1 5 deel
X I X , november 1 9 8 5 .
4
Rekenregels Waterbouwkundig ontwerpen, Bouwdienst R W S , mei 1 9 9 0 .
5
Filters in de waterbouw, Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en
Regelgeving (CUR), rapport 1 6 1 , juni 1 9 9 3 .
7
Handboek uitvoering bodemverdedigingsconstructies van losgestorte ganulaire
materialen, R W S Bouwdienst, juni 1991
Concept Ontwerpnota
43
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Bijlage 1
Breedte werking T1S en T5S
Concept Ontwerpnota
BIJLAGE 1
FIXED LAYER
NAVIGABLE
WIDTH
RIVER
WAAL
-
FIXED
LAYER
(0LW92
SINT
T1SV
- 2 . 8 0
m)
ANORIES
+
WIDTH
Bijlage
CONSTRICTION
DELFT HYDRAULICS
225
ID
Q1788
1/1
NAVIGABLE
WIDTH
RIVER
WAAL
-
FIXED
LAYER
(0LW92
SINT
T5SV
- 2 . 8 0
m)
ANDRIES
+
WIOTH
CONSTRICTION
DELFT HYDRAULICS
225
m
Bijlage
01788
|
1/2
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Bijlage 2
Grenssnelheid retourstroom en
spiegeldaling
Concept O n t w e r p n o t a
BIJLAGE 2
Bochtverbetering St. Andries (vaste laag)
Grenssnelheid, Retourstroom en Spiegeldaling
Vaarweg
(1)
(2)
(3)
(4)
Schepen
Klasse VI
Klasse Va
K.L.Coaster
Vaarweg
Klasse VI
Klasse Va
K.L.Coaster
Vaarweg
Klasse VI
Klasse Va
K.L.Coaster
Vaarweg
Breedte Diepgan
[m]
[m]
150.00
3.50
170.00
3.50
150.00
3.85
170.00
3.85
Helling
Breedte Diepgan
[m]
[m]
22.80
2.80
11.40
2.80
11.00
2.80
As
[m2]
63.84
31.92
30.80
0)
As/Ac
H
0.11
0.06
0.05
(2)
As/Ac
H
0.10
0.05
0.05
(3)
As/Ac
[-]
Klasse VI
Klasse Va
K.L.Coaster
Vaarweg
0.10
0.05
0.05
(4)
As/Ac
[-]
Klasse VI
Klasse Va
K.L.Coaster
0.09
0.05
0.04
Bo
[m]
171.00
191.00
173.10
193.10
Ac
[m2]
561.75
631.75
621.97
698.97
h'
[m]
3.29
3.31
3.59
3.62
(3.50m x 150m)
h'
gn'
[m]
[m2/s2]
3.29
32.23
3.29
32.23
3.29
32.23
Vgr
[m/s]
3.44
4.15
4.18
Ugr
[m/s]
1.35
0.95
0.93
zgr
[m]
0.57
0.45
0.44
(3.50m x 170m)
h'
gn'
[m]
[m2/s2]
3.31
32.45
3.31
32.45
3.31
32.45
Vgr
[m/s]
3.57
4.25
4.27
Ugr
[m/s]
1.30
0.90
0.89
zgr
[m]
0.56
0.43
0.43
(3.85m x 150m)
h'
gh'
[m2/s2]
[m]
3.59
35.25
3.59
35.25
3.59
35.25
Vgr
[m/s]
3.71
4.42
4.45
Ugr
[m/s]
1.36
0.95
0.93
zgr
[m]
0.61
0.47
0.47
(3.85m x 170m)
h'
gh'
[m]
[m2/s2]
3.62
35.51
3.62
35.51
3.62
35.51
Vgr
[m/s]
3.85
4.52
4.54
Ugr
[m/s]
1.29
0.90
0.89
Zgr
[m]
0.59
0.46
0.45
C:\QUATRO\QFI LES\ANDRRET.WQ1
[-]
3.00
3.00
3.00
3.00
Bijlage 2
Bochtverbetering S t . Andries (Vaste Laag)
Bijlage 3
Schroefstraalbelasting bij varierende
aanleghoogte en berekening D van
de toplaag
50
Concept O n t w e r p n o t a
BIJLAGE 3
i S S K S
• t
I S J
o c o
i S J B S
t
vs
O
CM
; s n ;
8
:s
O
D
O
sss
8=5
o o e
s S
8
s:s
1o I
>
O
O
CM
8S8
8 8 8
b o b
*SI
:s
I
8
S s
S J
8KB
b o b
8
b o b
o o o
J)
b o b
E
|
8 £ 5
o o o
us
S
5
8
sss
5
b o b
S
5 8
8
0
b
0
S=
SSS
b b
E
8
0 0 0
5 2 8
b o b
b b
0
8 8 5
b o b
8
o o o
8
E
E
r
555 —
n
O
«
O
88 8
SR8
8
2 8
8
55
8
5 2 8
b o b
=
E
E
0
CM
O
S6
: ; ;
8
o o o
! 15
8
o o o
- S o
o o o
8 = 5
: J S
s;s
o o o
o o o
525
b o b
5
o b b
S
o o o
=,
8
8
S
0
0
b
6
8
8
5—5
b o o
8
0
=
S
=
E
8
8
O O O
R
jR
E
E
88
R
S £
S
O
O
IM
8
8
aK s
s | |
5 — 5
0 b 0
O O O
o o b
8
S =
0 0 0
§
set
CM
O
O
! S !
8
K
8
|
;ss
8
5 8
o b b
o o o
o o o
3 ft
I 8
o b b
5
s
2 6 g
lit
8R 5
S
8 2 5
b o o
S 2
0 0 0
8
= 5
b o b
St
0 0 0
b o b
o b b
b o o
8
6
b o o
E
S
8
O O O
I K
3 S S E
3
—
5 5£: !
—
CM
B B S
6
o o o
b o b
o o o
=
8 8
5
S
o o o
SIB
O
= 88
?s
a
O
CM
8
o b o
87
! 5S
1
J
I
o
I
8
o o o
8
o o o
o
8
i l l
88
S R 8
o b b
8
sss
88
o o o
0 0 0
10
ER 8
sss
-
18!IC
ri
8| |
I
8 S 5
CIS
£ 8 8
8
8
0
8
O O O
1
O
8 2
8
ess
s
s
=
«t s
n
S I S
=
=
J
*
6 8
2 S
8
6
fl
fl
• _ o
> >
c
5
^ I s ?1
0
J « I
i *
>
m i l
*
>
>
3
>
Z>'
J4
1
=>
3*
8
i
S
t
E
8
|
8
8
8
2 1
o o o
S2
S
0 0 0
B j
•
E
E
E
b o o
RS —
6
o o b
b o b
%
88
2 fjj £
8
b
b
=5
8
B *
o o o
S—
8
55
b o o
I S
b o o
b o o
8
8
b o o
0
8=8
; » 5
b o o
b o b
b b
o i l
ti!
U i
I I I
E
E
b o b
O O O
R
!S!
S f
Ifl
III
~ 9 S
!*!
b o b
III
s
| * S
E
ft J
R
E
E
E
E
E
E
I.I
?f ?
E
E
E
B . l
III
81 i
!E i ! E E E
E
E
! •! ? . ?
?1 ? ?1 ?
E
E
E
E
E
E
E
S 5 R
- |!
! S !
E
E
E
E
E
E
E
if
1ii
? 9 ? si?
*f *
E
E
E
E
E
!f!
11
III
B S8
81
R
|
E
Ifl
i
8
? 0
E
E
ft § R
E
E
1 .1
s
E
l{£
R 1 8
I *
E
E
E
E
1 .1 1 | 1
E
H i
R 8v
R
E
E
i fl
8§ R
v
if!
R 1 R
?I?
?I ?
8
E
E
1|1
E
£ |
3
E
i mi
R
OOO
8
^ •> v
E
E
E
E
!•!
i?
1
$ S 8
E
I.I
l|l
?£ ? ?i?
Ifl
55?
R
S
III
E
H i !
if!
III
6
E
ifl
If'
8 1 ? 8* S6 v9
E
O O O
E
I.I
1fl
R 1?
v
R
E
L i
Ill
?8 ? M ?
E
E
R f
III
If 1
E
8
f RE
v
.i
(1
fl
Ifj
8 s 5
E
E
v
E
if
5??
J {
R
E
§E JE E|
E
E
I.I
! i !
§ R
E
E
E
5E 5 *E
i II
If
* 1a cM
0
SSS
ss
S
sa s
sss
s
3
E
|||
E
| R
E
O O O
58
b b
ESS
8
8 E
0 0 0
HI
6
0 0 0
sss
O O O
8 2 8
b o o
0
IIS
5
sss
O O O
2 »
!«!
8
E
E
E
E
h i
?8 ?
| | |
O O O
III
b o o
b o o
8
8S
b o o
b o b
8 0 S
0 b
0
8 S
S 151
8
b o o
s !E
E
R
j j
!a!
R
IE i !E
Q
E
Iff
8 1
S2S
= 5
b b
OOO
e=8
8
8
b o b
— » o
b o o
8
8
b o b
S • 6
o o o
8
i
O O O
8 - 5
8
b o o
8
0
S ft
o o o
5
fl
H
i
II
1 -r <
r H i
I
!
1 i
111
i
i
l i s !!
§ s s |I
f
I
i >
E ^ ^ i r 1
t I : : I
i
i
1
i
I! b JJj Ji? i J J ; 1 1 ' i
>
1 J
* 8 B at c t
E E E >
E E f >
i n
[jiii
<
H i
: s {
11
!
B 8 a
R
8
fl
8 CM
E
?
i !
E
E
!s!
E
y
E
11
Ss
E
iff
ft 1 t
E
ifj
• E R
R 2 v
* s?
e
D
E E E
E E E
N i
8
8
3
. E E E E E
S 3
88
o b b
b o o
8
o o b
o o o
b o o
^
88 8
b o o
o b b
•
I sI
si:
56
=
- E =
o o o
o o b
b o b
•IS
:
118
o o o
CJ £ £
8 8
=: 8
8(8
?SB
; s z
b o b
8
es;
"i o n •
i
S
»| 8
!f;8S
R
J
b b b
SSI
cv * —
3 | ; R
t
$
n o
—
8
o o o
o o b
O
sss
E
lE i tE
E
III
?£ ?
? 8 ?
III
I.I
?E s E?
111
1
E
E
i l l
E
|
i
Iii
8
O
O
b o b
S rC
! ! : ! !
o o o
« S ct:
88
b
— to
S 8
tt:
a- s
S
S X8 88
o o o
b
b o b
I
ts
E
1 H i
| 5
E
8
8
i E i l ;
E
R .
O O O
8 = 5
b o b
8
8
8
o b b
o o o
8
i
E
R §
s::ti
|||
?S ?
E
i
E
R § R
C
8
!*!
?
E
U i
E
I .I
R
3 R f
?8
E
Ifl
1 1
I
E
a1
i s n s
R | R
R
M l
i
3 2
E
b b
E
E
E E E
R |
I J l|l
i 1 s 8 §
E
b
|
E
E
E
8
0
8 = 8
0
i
* .1
b b
0
sss
8 | o
o o o
6
E
E
E E E
l|l
?s ?
i
E
O O O
0 0 0
O
s .
8 = 8
ss?
O
CM
| | 8
0 0 0
o o 6
ill
R S 5
sa8
S; 1
o o o
S 5 R
O
S S 5
f
3
7
ill
3
ZJ
i
3
3
III
>
>
|
Ji Ji X
< < <
1III
S K *
3
< < <
sss
I
>
M «- *
\ 1 a< <i l<
i
I
XXX
s *
< < <
r
s s s sss
3
i
<
s II
iE
!
t !! \ i H
>
> S
3
f I I
t
1-I s _
S
f
1 J
Iii
!
I
>
I
3
1
•
j
X
> |
• -
J
*
It X
Si i
1
<
U
I i _ I1I s .
;
0 1 *
i]
1
§ sj - N
| i
a i
!
E
1 « — 8
2 1 1 1 ^ 1 .
i
C
i i ' i n i 0
lis
0
1
1 111 ;
1
X
X
X
1 i t
> X X X
1
1
r
r
1
It
i i i "> • "
r f f f j i i I i i i ir if r
X X X i 111
* » i
XXX
l l 6ti
i i
f. x t
<
H
<
i II
•
E
t*
i
t
5
|
<
c
.
f
;
>
>
>
£
>
>
3
3
3
I &&
3
3
>
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Bijlage 4
Beoordeling alternatieven op criteria
Concept Ontwerpnota
BIJLAGE 4
Uitvoering
alt
Uitvoerbaarheid
1
60
8
0,25
Veiligheid
30
10
8,5
0,30
totalen
100
alt 1
Gewenste ruwheid
40
25
15
20
totalen
alt
alt
alt
alt
100
alt 1
50
10
20
8
0.
32
20
alt
alt
alt
alt
100
27
1
2
3
4
alt 1
30
9
0,31
Constructief
60
8
0,27
Onzekerheden
10
7
0,28
totalen
alt 1
alt 2
alt 3
alt 4
20
14
1,4
1,7
1,2
1,4
2 ,1
1,4
1,2
1,5
alt 2
alt 3
9
1,0
1,2
alt 4
4
0,28
0,13
0,21
0,18
6
6
0,28
1
5,5
0 , 26
3
0,11
11
alt 5
4
0,13
6,5
0,19
0 , 05
8
0,28
3
0,
6
0 , 19
6
0,18
1
0,05
6,5
0 , 23
3
0,11
26
12
21
12
1,1
2,3
2,1
1, 4
1,3
2,3
2,1
1,7
1,0
alt 2
8
0,28
6
0,
21
alt 3
4,5
0 , 16
6,5
0,23
7,5
0,30
0,
6
2,5
0 , 09
5,5
0,20
2
4
0 , 16
5
0,16
100
28
alt 5
21
0 , 08
8
0,26
alt 4
5
0,18
3,5
0,14
5
0,16
5
0,16
27
15
19
12
1,0
1,8
1,8
1,4
1,4
2,2
2,2
1,2
1,5
1,3
Flexibiliteit
Aanpasbaarheid
17
8
0,26
totalen
2
0 , 08
20
5
0,18
Onzekerheid
5
0 , 20
5,5
8
0,28
H e r g e b r u i k mat.
4,5
0,18
5,5
0,17
1,7
Milieu
Grondstofreserve
6,5
0,21
0 , 20
28
l
2
3
4
Ecologie
5,5
0 , 17
alt 5
3,5
8
0 , 28
alt 4
0 , 13
8
0,37
Onzekerheden
alt 3
8
0,24
Reststerkte
7,5
0,27
9
0,28
Duurzaamheid
5
0,20
29
alt 1
alt 2
alt 3
alt 4
Werking
6
0,19
9
0,35
Onzekerheid
alt 2
alt 2
7,5
0,26
6,5
0,22
alt 3
4,5
0,16
5,5
0,18
alt 4
4,5
0,16
5,5
0,18
alt 5
3,5
0,12
4,5
0,15
1
7
3
0 , 28
0 , 12
24
17
18
13
1,2
1,7
1,4
1,5
1,3
2,2
1,8
1,3
1,4
7
0,28
1,1
0,04
Bijlage
Beheer en Onderhoud
Schadegevoeligheid
alt
1
30
8
0,36
Uitvoerbaarheid
30
27
20
Onzekerheden
20
7
100
3
6
0,22
30
alt l
alt 2
alt 3
alt 4
04
5
0,15
5
0,20
4
0,15
1
0,
0,21
0,12
5
7
5
5
alt
5
0,22
0,15
20
alt 4
1
0,04
7
0,21
0,
0,26
totalen
33
7
0,28
alt 3
7, 5
0,
9
0,
Tracering
alt 2
5
0,20
4
6
0,22
0.15
25
11
21
13
1,2
2,6
2,2
1,4
1,2
2,3
1,9
1,9
1,1
1,7
•
... .
Kosten
alt
Aanleg
50
1
40
0,
Onzekerheid
10
alt l
alt 2
alt 3
alt 4
100
28
0,26
26
1, 1
4
0,
3
0,11
7
8
alt 4
5
0,18
7
0,26
0,30
totalen
25
8
0,30
alt 3
7
7,5
0,27
Beheer en onderhoud
alt 2
14
4,5
0,16
3
0,11
6
3
0,11
alt 5
5,5
0,21
0,22
3
0,11
15
18
14
2,0
1,8
1,6
1,5
2,1
1,9
1, 1
1,3
1,2
.1
Bijlage
4/2
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Bijlage 5
Gevoeligheidsanalyse
Concept Ontwerpnota
BIJLAGE 5
Critx
PERFORMANCE WITH RESPECT TO GOAL FOR NODES BELOW:
GOAL
Alt*
.30
90
.......
80
•
•• -
-
-.
-
70
.20
60
50
'
\ ^
40
-
30
.10
20
10 [
00 i
Fi
L,
WERKING
UITVOER
MILIEU
STORT GF
MATRAS
CRITERIA
UITUOER
^
FLEX
|
B & 0
Cr i t e r i a
-
- STORT GT
(DISTRIBUTIVE
.00
KOSTEN
Over a11
(DISTRIBUTIVE
BLOKKEN
MODE)
GABIONS
ALTERNATIVES
STORT GF
-120
WERKING
.287
STORT GT
.240
248
MILIEU
.040
BLOKKEN
FLEX
GABIONS
3
140
8 s ; & %
B
MODE)
&
m m -
196
0
202
.130
KOSTEN
.240
BijI age 5
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Bijlage 6
Ontgrondingen toplaag indien een
lichtere sortering wordt toegepast
dan berekend in bijlage 2
Concept Ontwerpnota
BIJLAGE 6
LU
<
o
in
^-
m
co
o
in
CO
(O
00
o
o
o
o
d
CO
f
cj
*f
to
o
o
o
ci
TJ
o
-C
c
a
a
S
3
TJ
o
6
O
T3
o
Cl
o
d
8 8
CO to
to c j
•f
CO
Y-
oj
o
d
o
o
i
o
d
o
d
o
d
C\J
co
co
in
in
o
o
co
d
a
oi
CO
oj
in
d
E h
in
o
o
o
o
d
a
o
m
co
UJ
TJ
9 -
iq
B
m
oj
co
T-
CO
O
d
d
N.
O
O
6
<
g
d
ST
x
o
TJ
o
cn
c
E
9
a
,
E
CO
I
E E
E E
E E
LU
t-
CO
CO
-Q
d
E
o
o
o
CO
UJ
_l
z
<
<
cc
uj
a.
X
TJ
o
o
a
-
k
«i
o
oo i n
o
-
o
_.
CO
ro
d
o o ' o
s
O
O
.-'
o
in
•a
c
f
a
tr
UJ
O
*•
-g
o
o
o
TJ
C
0
TJ
•J J)
S •?
S
ai
° I
OJ
UJ
a
O
<
N
j?1
<
N
o
C3
cc
Bochtverbetering St. Andries {Vaste Laag)
Bijlage 7
Ontwerpgrafiek geometrisch-open
filter
Concept O n t w e r p n o t a
BIJLAGE 7
Bijlage 7
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Bijlage 8
Resultaten WL (optimalisatie T5)
C o n c e p t Ontwerpnota
BIJLAGE 8
922
923
924
925
92fi
927
926
929
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
*
c
a
c
IO
ID
a
c
10
ID
>
1
3
;i
4
5
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
931
932
933
—
IJKING
TOS
)
TO
91
OJ
930
5
7
8
j
I !
9
10
11
7^
S
/
VASTE LAAG
T5S
V
\
I
2
3
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
V
4
f
5
6
7
8
9
10
1
—
\J
1 '
VASTE LAAG
5SVK
KJ
10
afstand
11
(km)
•VASTE LAAG
Bijlage
VAARBAANBREEDTE
8/1
OP 0LW92 -2. 80 m
WAAL B I J SINT ANDRIES
WATERLOOPKUNDIG
TOS.
LABORATORIUM
Q 1 9 7 8
T5S. 5SVK
"FIG"
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Bijlage 9
Bovenaanzicht vaste laag
Concept O n t w e r p n o t a
BIJLAGE 9
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Bijlage 10
Lengte profiel vaste laag
Concept Ontwerpnota
B I J L A G E 10
[
Bochtverbetering St. Andries (Vaste Laag)
Bijlage 11
Kenmerkende dwarsprofielen
vaste laag
Concept O n t w e r p n o t a
B I J L A G E 11
CO
I
CM
<
/
>
oi
laag
£_
R
+
CL
)
Ische
NAP
I
•3
cu
CE
a
>
C
cu
c_
y/ •
Y/ •
r' •
y /.
Ys.
Ys \
Y'
Vs.'
00
cc
<
cn
OJ
Ii
CO
J
1
a
o
00
>
c
QJ
£_
OJ
\
i
CO
w
o
—
'//<
\s////
y/ / / /
V////
Y"////
%'>'<%
W\ m sv
111
1
y
r
O
00
I
O
CD
CD
o
o
<
<
O
CN
o
CN
Kj
CO
<
<
1
I
or
CM
I
CN
CO
I
I
NAP
I
3
>
00
I
o
CN
+
01
[
-t
•5
1
cn
v i
IS
—
(0
"5 ~"
1
cc
—i
w
™
c
0
>
cu
%;
1
1
Si
S
m
"
1
1^
y
O
O
OJ
w
ro
c
O
fD
CO
00
cn
ro
>
>
E
O
c
cu
c_
cu
CT
r-n
O
O
O
CO
E
6
O
3
°
S
a
V
CM
•v
/• /
<
£
(,'//////
YSSSSSS
-ST
0
cn
^
-0
0
I 1
1 1
-
TV VM
SV
1
Y/'
V>'
I
/'
/'
ft
K
/'
//.
0
IN
E
E
•*
0
\
3
5
ro
w
//
in,
-*-g
CT
fD
rg
to
OJ
jfi
f
s\
y,
c_
cu
-i
U
cu
^
•
'
r
1
S\1
Cu
X
\\
\.V
v\1
- \
\\1
vV
N\1
vV
W.V
N\'
s\\
o
CO
1
§1
v\"
\ V
<V
t
o
o
o
og
OM
XV
Wv
V.V
1
<
<
o
o
W
s\
1
<
<
>
1
\'
or
<
<
rr
N^
I
CO
I
CN
I

1 Inschrijfformulier nieuwe leden OSV A.u.b. Invullen in blokletters

Brandveilige vloeren voor toepassing op hoogte en in

Hét slimme alternatief voor wandtegels - Fibo

UFK legionella filter

STREETDANCE

PP REGENWATERFILTER DEVAPLUS XL

SANSAI FILTER PRODUCTIONS

wwwwwwwwwwwwwwwww www.pkn

Multifunctionele landbouw is de snelst groeiende sector binnen de

sprekers - Language Industry Awards