NL8903138A - Golfremmende constructie. - Google Patents

Description

Golfremmende constructie

De uitvinding heeft betrekking op een golfremmende constructie met afdekelementen.

Dergelijke golfremmende constructies worden toegepast om o.a. havens- en toegangsgeulen te beschermen tegen golven (de zogenaamde golfbrekers), of om het achterliggende land tegen het wassende water te beschermen (de zogenaamde dijklichamen). Een veel toegepast constructie-type hierbij is de zogenaamde stortstenen golfremmende constructie. Deze wordt grotendeels opgebouwd uit losgestorte steenachtige materialen, waarbij de dwarsdoorsnede een gelaagde opbouw vertoont met van binnen naar buiten een toenemende steengrootte. Hierdoor houdt elke laag de voorgaande op zijn plaats, waarbij de buitenste laag, die wordt gevormd door de zogenaamde afdekelementen, rechtstreeks weerstand biedt aan de waterbelasting die bijvoorbeeld door golven wordt veroorzaakt.

De bekende afdekelementen bestaan meestal uit ongewapend beton, in verschillende massieve of slanke vormen. De massieve vormen bieden vooral weerstand aan de waterbelasting door hun gewicht, terwijl de slanke vormen ook door hun onderlinge haakvermogen op hun plaats blijven. De afmetingen van bijvoorbeeld de slanke afdekelementen kunnen aanzienlijk zijn; hoogten tot 4 έ 5 meter zijn gerealiseerd bij een massa van ongeveer 50.000 kg.

De afmetingen van de afdekelementen worden afhankelijk van de verwachte belasting gekozen. Een dergelijke keuze wordt vaak op basis van modelproeven ondersteund. Bij dergelijke proeven wordt nagegaan of de afdekelementen niet zullen wegspoelen onder invloed van de meest extreme waterbelastingen die ter plaatse kunnen voorkomen.

Overal in de wereld zijn stortstenen golfremmende constructies gerealiseerd waarbij de afmetingen van de afdekelementen zodanig zijn gekozen dat zij onder elke ter plaatse optredende waterbelasting op hun plaats blijven liggen. In de praktijk is gebleken dat aan de op deze wijze ontworpen golfremmende constructies nadelen kleven.

In een aantal praktijkgevallen bleek namelijk dat bij extreme belastingen een groot deel van de afdekelementen in stukken uiteen brak, waarna de golfremmende constructie geheel of gedeeltelijk werd weggespoeld. Uit onderzoek is gebleken, dat, terwijl de afdekelementen nauwelijks van hun plaats komen, zij onder invloed van de waterbelasting vaak relatief kleine tegelijkertijd optredende translaties en rotaties uitvoeren, de zogenaamde "rocking" van de afdekelementen. De mogelijkheid van deze "rocking” wordt gegeven, doordat op grond van de afmetingen van de afdekelementen en de wijze van het op elkaar stapelen van de afdekelementen niet alle afdekelementen van een golfremmende constructie goed ondersteund en ingebed worden. De rocking van een afdekelement zal worden beperkt door een naburig gelegen afdekelement, hetgeen het gevolg heeft, dat onder extreme waterbelastingen verschillende afdekelementen tegen elkaar slaan.

Dit tegen elkaar slaan veroorzaakt een wederzijdse botsbelasting op de afdekelementen, waarvan de botskracht in de tijd vanaf nul toeneemt tot een maximale waarde en daarna weer naar nul afneemt. Indien de maximale botskracht een zekere waarde overschrijdt, kan het afdekelement waarop deze botskracht wordt uitgeoefend bezwijken.

De kans dat een zekere botskracht leidt tot het bezwijken van een afdekelement hangt o.a. af van de plaats waar deze kracht op het element wordt uitgeoefend, het materiaal waaruit het element bestaat, en de afmetingen van het element. In de regel geldt dat bij gelijkblijvende botskracht een groter element een geringere kans op bezwijken heeft. Echter de praktijk heeft geleerd dat de afmetingen van de afdekelementen voor het oplossen van bovengeschetst probleem zeer sterk dienen toe te nemen. Het kiezen van grotere afdekelementen om in de toekomst het wegspoelen van golfremmende constructies ten gevolge van het uiteenvallen van de afdekelementen onder invloed van het tegen elkaar slaan te voorkomen, zal een dure oplossing betekenen.

De onderhavige uitvinding biedt een oplossing waarbij de afmetingen van de afdekelementen niet sterk toenemen. Met de uitvinding wordt beoogd om de maximaal optredende botskracht, die op een afdekelement wordt uitgeoefend ten gevolge van de rocking van afdekelementen onder invloed van extreme waterbelastingen, te verlagen. Dit probleem wordt volgens de onderhavige uitvinding opgelost doordat de oppervlaktelaag van de afdekelementen botskracht verlagend is. Een dergelijke botskracht verminderende oppervlaktelaag kan tenminste op de volgende drie manieren worden gerealiseerd:

De oppervlaktelaag heeft een geringere stijfheid dan de zich daaronder bevindende laag, waardoor energie wordt onttrokken van de botsbelasting voor het vervormen van deze oppervlaktelaag, hetgeen de maximale botskracht vermindert.

De oppervlaktelaag heeft een lagere weerstand tegen breuk bij botsing dan de zich daaronder bevindende laag zodat deze oppervlaktelaag onder invloed van de botsbelasting bezwijkt en daarmee energie onttrekt van de botsbelasting zodat de resulterende maximale botskracht lager is.

De oppervlaktelaag heeft zowel een geringere stijfheid alsmede een lagere weerstand tegen breuk bij botsing ten opzichte van de zich daaronder bevindende laag, hetgeen een combinatie geeft van de hierboven genoemde twee effekten.

Om een dergelijke oppervlaktelaag te realiseren zijn er verschillende oplossingen mogelijk. Zo heeft bijvoorbeeld een asfalt- of een rubberlaag of een laag bestaande uit een mengsel van cement met rubber een lagere stijfheid dan het betonmengsel van de zich daaronder bevindende laag, waaruit een afdekelement normaliter is samengesteld.

Verder zal het aanbrengen van bijvoorbeeld noppen of ribben aan het oppervlak, die kunnen bestaan uit bijvoorbeeld hout, rubber of zelfs beton leiden tot een oppervlaktelaag die minder stijf is dan het daaronder gelegen materiaal.

Een laag van bijvoorbeeld beton die bestaat uit noppen of ribben, bezit een geringere weerstand tegen breuk bij botsing dan de daaronder gelegen egale betonlaag.

Botskrachtverlagende effekten die worden verkregen door een oppervlaktelaag te creëren die minder stijf is dan wel een lagere weerstand tegen breuk bij botsing bezit of een combinatie hiervan, vergeleken met de daaronder gelegen laag, zijn natuurlijk nog door verschillende andere mogelijkheden realiseerbaar. Door deze voorzorgsmaatregelen zal de maximale botskracht bij gelijkblijvende botsbelasting verminderd worden. Afdekelementen die zijn voorzien van een dergelijke botskracht verlagende oppervlaktelaag kunnen aldus risicoloos worden aangebracht op golfremmende constructies, waarbij de afmetingen van deze afdekelementen slechts bepaald worden door het feit, dat zij onder de ter plaatse heersende extreme waterbelastingen niet mogen worden weggespoeld. De ten opzichte van de afmetingen van de afdekelementen geringe afmetingen van de botskracht verminderende oppervlaktelaag zorgt ervoor dat het uiteenvallen van de elementen ten gevolge van rocking adequaat wordt voorkomen.

De uitvinding zal nu aan de hand van de tekeningen worden verduidelijkt, waarin een aantal voorkeursuitvoeringen worden geïllustreerd, terwijl tevens het principe van het verminderen van de botskracht nader wordt toegelicht.

Fig. 1 toont een golfremmende constructie in dwarsdoorsnede.

Fig. 2 toont meer in detail de laag afdekelementen uit fig. 1.

Fig. 3 toont een aantal veel gebruikte vormen van afdekelementen in perspectivisch aanzicht.

Fig. 4 toont een deel van één der elementen van fig. 3 in voor- en bovenaanzicht, waarbij dit element voorzien is van een voorkeursuitvoering van de maatregelen overeenkomstig de uitvinding.

Fig. 5 toont het deel van het element van fig. 4 in voor- en bovenaanzicht, maar nu voorzien van een andere voorkeursuitvoering van de maatregelen overeenkomstig de uitvinding.

Fig. 6 toont opnieuw het deel van het element van fig. 4 in voor-en bovenaanzicht, maar nu voorzien van nog een andere voorkeursuitvoering van de maatregelen overeenkomstig de uitvinding.

Fig. 7 toont een laatste voorbeeld van de maatregelen overeenkomstig de uitvinding aangebracht op het deel van het element van fig. 4 in voor- en bovenaanzicht.

Fig. 8 toont een diagram van verschillende proefondervindelijk vastgestelde relaties van de botskracht op een element gedurende de tijd.

In fig. 1 wordt aangegeven waar de afdekelementen zich bevinden op de zogenaamde stortstenen golfremmende constructie. Duidelijk valt te onderscheiden dat verschillende lagen van steenachtig materiaal met toenemende grootten en gewichten over elkaar zijn aangebracht, waarbij de volgende laag telkens de voorgaande laag vasthoudt. Als laatste laag 1 zijn de afdekelementen aangebracht, die in direkt kontakt staan met de waterkrachten. In dit geval wordt de afdekkende laag gevormd door een dubbele laag afdekelementen 2, zoals meer in detail getoond in fig. 2.

In fig. 3 worden verschillende typen afdekelementen getoond. Het kubusvormige element 3 behoort tot de zogenaamde massieve elementen, terwijl de zogenaamde Dolos 4, de Tetrapod 5* de Tribar 6 en de Toscane 7 behoren tot de zogenaamde slanke elementen. Deze slanke elementen bezitten over het algemeen verschillende uitsteeksels, waardoor deze elementen zich enigszins kunnen vasthaken, waardoor de weerstand tegen de optredende waterkrachten wordt vergroot. Dergelijke uitsteeksels zijn echter relatief kwetsbaar en kunnen bij overbelasting afbreken. Door de bijzondere vorm van de meeste slanke afdekelementen is de kans groot dat dergelijke elementen na te zijn aangebracht in een golfremmende constructie onvoldoende statische stabiliteit bezitten. Extreem grote waterkrachten, die een kans van voorkomen hebben van bijvoorbeeld eens in de tien jaar, kunnen de onvoldoende geplaatste slanke afdekelementen zodanig transleren en roteren dat zij tegen aangrenzende afdekelementen kunnen stoten. In fig. 3 is de Tetrapod voorzien van een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding.

Met behulp van fig. 8 zal worden verduidelijkt hoe de botskracht, die wordt opgewekt in een element ten gevolge van de rocking van tegen elkaar slaande elementen, zich gedurende de tijd dat de botsbelasting duurt gedraagt. Hiertoe zijn in het kracht-tijddiagram van fig. 8 drie verschillende curven weergegeven. Voor dit moment is slechts curve I van belang. Deze curve is bepaald aan de hand van een proef waarbij twee gebruikelijke elementen tegen elkaar slaan. Tengevolge van de relatief stijve aard van de elementen neemt de in een element ontwikkelde botskracht snel toe tot een zeker maximum, P^, waarna de botskracht weer zeer snel afneemt tot nul. Een dergelijke gebeurtenis vindt plaats in een fractie van een seconde. Indien de maximale botskracht, P^, een zekere waarde overschrijdt, die afhankelijk is van o.a. de vorm van het afdekelement en het materiaal waaruit deze is opgebouwd, dan zal het afdekelement kapot geslagen worden. Door nu de maximale botskracht bij overigens gelijkblijvende omstandigheden omlaag te brengen zal het verschijnsel van bezwijken zich minder snel voordoen.

De fig. 4, 5. 6 en 7 tonen afdekelementen die zijn voorzien van een botskracht verminderende oppervlaktelaag volgens de onderhavige uitvinding. Zoals de figuren tonen kunnen dergelijke oppervlaktelagen bestaan uit ribben of noppen, of egaal zijn. In fig. 4 zijn ribvormige verhogingen aangebracht van bijvoorbeeld rubber, hardhout of beton. In dit geval bezitten de ribben een vlakke bovenzijde, echter andere vormen zijn ook mogelijk, zoals een bolle bovenkant of, zoals fig. 5 toont een puntige bovenkant. Fig. 6 toont nopvormige verhogingen die eveneens kunnen bestaan uit rubber, hardhout of beton. Ook de nop kan allerlei vormen hebben, met bijvoorbeeld vlakke, bolle of spitse bovenkant. Het is niet essentieel dat de verhogingen een bepaald patroon volgen. Het is wel essentieel dat de verhogingen minimaal 5 mm uitsteken. De maximale afstand of maximale ruimte tussen de ribben en/of noppen moet zodanig zijn, dat, indien de afdekelementen met elkaar in botsing komen, minimaal een gedeelte van één rib of nop tijdens de botsing wordt getroffen. Deze maximale afstand of deze maximale ruimte tussen de ribben en/of noppen is bijvoorbeeld sterk afhankelijk van de vorm van het afdekelement, de hoogte en de configuratie van de ribben en/of noppen.

Fig. 7 toont een uitvoeringsvoorbeeld waarbij de oppervlakte laag bestaat uit een min of meer egale laag van bijvoorbeeld asfalt. Een dergelijke laag kan ook bestaan uit een mengsel van bijvoorbeeld cement met rubber. De bedoeling van een dergelijke laag is om de weerstand tegen breuk bij botsing of de stijfheid of een combinatie van beiden per oppervlakte-eenheid ten opzichte van de zich daaronder bevindende laag te verminderen.

Het effekt van dergelijke oppervlaktelagen zoals geïllustreerd in fig. 4 tot 7* maar ook van andere oppervlaktelagen die binnen het kader van de uitvinding vallen, zoals een combinatie van oplossingen volgens fig. 4-7, kan als volgt worden geïllustreerd aan de hand van fig. 8: Zonder een botskracht verminderende oppervlaktelaag volgens de onderhavige uitvinding ondervindt het afdekelement een maximale botskracht P^, volgens curve I. Indien de oppervlaktelaag relatief ten opzichte van de daaronder gelegen laag zachter is, hetgeen bijvoorbeeld wordt veroorzaakt door een relatief zachte, min of meer continue asfaltlaag of door bijvoorbeeld een laag van rubber ribben, dan vraagt het veroorzaken van een zekere botskracht relatief veel vervorming van de oppervlaktelaag, hetgeen meer tijd vergt.

Curve II geeft een meting weer waarbij een dergelijke zachte oppervlaktelaag is gebruikt. De aanloog van de curve naar de maximale botskracht verloopt geleidelijker dan bij curve I, hetgeen wordt veroorzaakt door de geringere stijfheid van de oppervlaktelaag. Tijdens dit proces wordt veel energie aan de botsbelasting onttrokken, waardoor de maximale botskracht, P2, lager is dan P^ van curve I.

Curve III geeft de resultaten weer van een proef waarbij gebruik is gemaakt van een oppervlaktelaag met een geringere weerstand tegen breuk bij botsing ten opzichte van de zich daaronder bevindende laag. Tijdens het verbrijzelen van de relatief zwakke oppervlaktelaag wordt veel energie onttrokken aan de botsbelasting waardoor de maximale botskracht, P3 lager blijft dan die van curve I.

Deze beide effekten kunnen ook worden gecombineerd.

Door het onregelmatige karakter van het transleren en roteren van de afdekelementen is de kans zeer klein dat een oppervlaktegebied van een afdekelement meer malen gedurende de levensduur van het afdekelement een botsbelasting krijgt te verwerken, zodat bijvoorbeeld het verbrijzelen van dit oppervlak slechts in geringe mate de effectiviteit zal verminderen.

Het dient duidelijk te zijn dat binnen het kader van de onderhavige uitvinding verschillende uitvoeringen mogelijk zijn. Wezenlijk voor de uitvinding is dat door middel van het aanbrengen van een oppervlaktelaag de maximale botskracht die wordt uitgeoefend op een afdekelement wordt verlaagd tot een acceptabel niveau. Een dergelijke laag kan worden verschaft door het realiseren van ofwel een oppervlaktelaag met een lagere weerstand tegen breuk bij botsing, ofwel een oppervlaktelaag met geringere stijfheid ten opzichte van de zich daaronder bevindende laag, ofwel een combinatie van beide.

Claims (8)

1. Golfremmende constructie voorzien van afdekelementen, met het kenmerk, dat de oppervlaktelaag van de afdekelementen botskracht-verlagend is.

2. Golfremmende constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk. dat de botskracht verlagende oppervlaktelaag een lagere weerstand tegen breuk bij botsing heeft dan het basismateriaal van het afdekelement.

3. Golfremmende constructie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de botskracht verlagende laag een geringere stijfheid bezit dan het basismateriaal van het element.

4. Golfremmende constructie volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de botskracht verlagende oppervlakte laag bestaat uit ribben en/of noppen.

5. Golfremmende constructie volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de ribben en/of noppen minimaal 5 mm boven het oppervlak uitsteken.

6. Golfremmende constructie volgens conclusie 4 of 5. met het kenmerk. dat de ribben en/of de noppen bestaan uit beton of hout, of elastomeren of andere kunststoffen.

7. Golfremmende constructie volgens conclusie 1 t/m 3. met het kenmerk, dat de oppervlaktelaag bestaat uit asfalt of een mengsel van cement, elastomeer of andere kunststoffen en/of combinaties hiervan, eventueel aangevuld met zand en/of grind.

8. Afdekelement volgens één der voorgaande conclusies bestemd voor een dergelijke golfremmende constructie.