Zeetex Texion

605 views
456 views

Published on

Published in: Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
605
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
260
Actions
Shares
0
Downloads
2
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Zeetex Texion

  1. 1. Oostende trekt grotere schepen aan dankzij sterkste geotextiel ooit F. De Meerleer Texion Geokunststoffen N.V. ir. K. Van Doorslaer M.O.W. Vlaanderen. Maritieme Toegang prof. dr. Ir. J. De Rouck Universiteit Gent ir. J. Goemaere M.O.W. Vlaanderen Maritieme Toegang ir. L. Van Damme M.O.W. Vlaanderen Hoofd Kusthavens Figuur 1 - De oude vaargeul (grijze lijnen) is gedraaid in noordelijke richting (blauwe lijnen). De nieuwe westelijke en oostelijke havendam zijn aangeduid in geel. Hoewel Oostende een relatief kleine haven is, speelt de Koningin der Badsteden toch een belangrijke rol aan de Noordzeekust. Oostende is van oudsher een drukke ferryhaven, en gezien het toegenomen verkeer van de laatste jaren besliste de Vlaamse overheid om de haveninfrastructuur aan de nieuwe behoeften aan te passen. De afdeling Maritieme Toegang was bouwheer voor deze belangrijke werken. De totale investering bedroeg 150 miljoen euro. Van 120 naar 200 meter scheepslengte Tot 2008 werd de haven afgeschermd door twee staketsels (rijen palen), noordwestelijk georiënteerd en niet helemaal in het verlengde van de eigenlijke havenmonding. Om de haven binnen te varen moesten de schepen daardoor een S-bocht maken, wat ernstige beperkingen oplegde (maximale lengte 120m) en enkele schadegevallen door aanvaring met zich meebracht. Om schepen tot 200 meter toe te laten is de vaargeul uitgediept en is de S-bocht rechtgetrokken in noordelijke richting, tot nagenoeg loodrecht op de kustlijn (figuur 1). Figuur 2 - De nieuwe toegang tot de haven van Oostende is aan weerszijden afgeschermd door een havendam. Voor de opbouw van de dammen is ongeveer 650.000 ton breuksteen gebruikt. Als deklaag zijn 7.600 HARO-blokken geplaatst. Het bodemonderzoek maakte duidelijk dat een groot deel van de site op een zandige ondergrond rust, behalve het meest zeewaartse gedeelte van de westelijk gelegen dam – vanaf de bocht in de golfbreker tot aan de kop. Daar toonde zich een zeer heterogene ondergrond, gekenmerkt door een dikke laag weinig draagkrachtige grond met diktes variërend van 8m tot 12m. Er was heel wat creativiteit en engineering nodig om de bouw van de golfbrekers op deze grond met uitdagende grondkarakteristieken op een veilige en economische manier te volbrengen. Uiteindelijk is geopteerd voor een combinatie van gefaseerd bouwen, rekening houdend met de zettingen die tijdens het bouwproces optraden, en een wapening met geotextiel. Onderhavig artikel behandelt hoofdzakelijk de geotechnische oplossing voor het deel van de westelijk gelegen havendam, van bocht tot kop, hierna afgekort tot ‘westelijke dam’ (figuur 2).Ter situering bespreken we eerst het waterbouwkundig concept. Stevig waterbouwkundig concept Om de nieuwe havendammen exact te dimensioneren zijn modelproeven (Froude verschaling, met schaalfactor 1/30) uitgevoerd in de grote golfgoot (30 x 1 x 1,2 m) van de afdeling Weg- en Waterbouwkunde van de UGent. Bij deze fysische modellering is in eerste instantie onderzoek gevoerd voor de dimensionering van de geometrie, de deklaag langs zee- en havenzijde (dit is de buitenste beschermende laag van de golfbreker), en de kruin van de dam. Na bepaling van de precieze dwarsdoorsnede zijn de opeenvolgende uitvoeringsfasen getest en op punt gesteld. Hieronder volgen de belangrijkste conclusies. De ontwerpbasis De havendammen zijn ontworpen om een storm Samenvatting De vaargeul in Oostende is recentelijk verplaatst en verbreed om de haven toegankelijker te maken. Om voor de binnenvarende schepen een rustig golfklimaat te garanderen, wordt de toegangsgeul beschermd door 2 nieuwe havendammen. Deze heroriëntatie maakt het voor Oostende mogelijk om voortaan 53 schepen tot 200 meter te ontvangen. Bij de bouw van de dammen is een sterk staaltje van geotechnisch kunnen opgevoerd. De slappe ondergrond is verstevigd met het sterkste geotextiel ooit. GEOKUNST – Januari 2013
  2. 2. Figuur 3 - De verschillende ontwerpen voor de kruin van de Oostendse havendam: rechte kant (linksboven), met voetstuk (rechtsboven), schuine kant (linksonder), combinatie van hiel en schuine kant (rechtsonder). Figuur 4 - Detail van het definitieve ontwerp van de kruin. Om de 7 meter is een ‘tand’ aangebracht. met een terugkeerperiode van 100 jaar te weerstaan. Deze ontwerpstorm wordt gekenmerkt door een waterniveau van +6,7 m TAW (0mTAW = -2,33 m NAP), een golfhoogte HS van 4,8 m en een piekperiode TP van 10,6 s. De zeezijde van de havendam is bestand tegen de bij de ontwerpstorm horende golfimpact. Dit betekent dat minder dan 5% van de deklaagelementen (stortsteen of betonblokken) zich tijdens deze 6 uur durende storm meer dan een halve blokbreedte verplaatst. Het oog wil echter ook wat. Voor een zicht op zee vanaf de dijk of het strand is het niet onbelangrijk dat de kruinhoogte van de havendam zo laag mogelijk is. Bij de nieuwe golfbrekers te Oostende ligt de kruin uiteindelijk op slechts +8 m TAW, wat slechts ca 3m boven het dagelijks Hoog Water is, en slechts 1,3m hoger dan het ontwerpwaterpeil van de referentiestorm. Dit resulteert in een aanzienlijke golfoverslag bij de ontwerpstorm. Daaruit volgt dat niet alleen de zeezijde van de golfbreker moet bestand zijn tegen de golfimpacten, maar dat ook de havenzijde van de golfbreker stabiel moet blijven onder deze zeer grote hoeveelheid overslaande golven. Er is echter meer. De havenzijde van de golfbreker kan naast belasting door golfoverslag, op meerdere locaties ook blootgesteld zijn aan rechtstreekse golfinval. Dit is een gevolg van de golfpenetratie doorheen de havenmonding. De dammen zijn daarom aan de binnenkant dusdanig ontworpen dat ze een dergelijke directe golfinslag kunnen weerstaan. Al deze belastingen werden bij de modelproeven opgenomen in het proevenprogramma, en hebben geleid tot de bepaling van het gewicht van de stortsteen (havenzijde) en HARO-blokken in de deklaag (zeezijde). Kruin van de dam De kruin van de dam is oorspronkelijk ontworpen als een L-vormig betonnen element. De rechte kant zou de golfinslag opvangen, maar uit de Figuur 5 - Doorsnede van de oostelijke havendam. modelproeven bleek dit L-vorming kruinblok onvoldoende stabiliteit te bieden. Om de weerstand te verhogen is eerst een hiel toegevoegd (rechtsboven) en nadien is de voorkant schuiner afgeschuind (linksonder) in een poging om de krachten te verminderen (figuur 3). Beide opties, zelfs in combinatie, brachten echter onvoldoende soelaas. Verder bouwend op de combinatie van hiel en schuine kant is uiteindelijk gekozen voor het ontwerp zoals op figuur 4 is voorgesteld met om de 7 meter een ‘tand’ (1 x 1 x 1,5 m) (figuur 4). Vanaf de kustlijn bestaat de deklaag van de nieuwe havendammen uit 3 tot 6 ton zware breukstenen, gevolgd door een overgangszone met één laag HARO-blokken. De deklaag van het zeewaartse gedeelte van de dammen, vanaf de bocht in de dam tot aan de kop, is opgetrokken uit een dubbele laag HARO-blokken (figuur 5 en 6). De modelproeven maakten onder meer duidelijk dat de HARO-blokken heel stabiel blijven onder golven van 5 meter en hoger. Slechts 1 % van de blokken verschuift over een afstand groter dan de helft van de breedte van een blok (>B/2 in de grafiek), en geen enkel blok verschuift over een 54 GEOKUNST – Januari 2013 Figuur 6 - De havendam is aan de zeezijde beschermd met een dubbele laag HARO-blokken. afstand gelijk aan de volle eigen breedte (>B in de grafiek) (figuur 7). Hevige golfoverslag bij deze proeven, heeft ertoe geleid dat de “schouder” van de golfbreker (horizontaal deel in stortsteen, net achter het kruinblok) slechts een breedte kon hebben van 3m. De rechtstreekse golfinval ten gevolge van golfpene-
  3. 3. OOSTENDE TREKT GROTERE SCHEPEN AAN DANKZIJ STERKSTE GEOTEXTIEL OOIT Figuur 8 - Resultaten van modelproeven uitgevoerd in de golfgoot van UGent, afdeling Weg- en Waterbouwkunde Uitvoeringsfase Kritisch waterpeil [m TAW] Max Hm0 [m] Opmerking 1 Plaatsing zinkstukken Variabel (afhankelijk van laagste niveau dwarsdoorsnede) 1 m boven kruinhoogte in die fase 2,10 Beweging van 15-300 kg kern aanvaardbaar 2 Bouw tot +3,00 m TAW +3,00 +2,00 4,30 Bedekken kern met laag van 1 à 3 ton noodzakelijk tussen bouwfase 2 en 3 3 Figuur 7 - De grafiek geeft de schade weer van Kruinhoogte [m TAW] Bouw tot +6,00 m TAW +6,00 +5,00 4,70 Bedekken kern met dubbele laag van 1 à 3 ton noodzakelijk tussen bouwfase 3 en 4 4 Afwerking op +8,0 m TAW +8,00 +6,70 5,80 Finale geometrie voldoet de dubbele laag HARO-blokken onder een toenemende golfinslag. Figuur 9 - Overzicht van de locaties waar sonderingen werden uitgevoerd. tratie, zorgde er dan weer voor dat het gewicht van de deklaag voldoende zwaar moest zijn, stortsteen van 3 tot 6 ton, om te voldoen aan de stabiliteitseisen met een mobilisatie van minder dan 5 % tijdens de zwaarste ontwerpstorm Vier uitvoeringsfasen Figuur 10 - Voorbeeld van een CPT ter In overeenstemming met het bestek is de bouw van de havendammen in vier fasen verlopen: (1) plaatsing zinkstukken met daaraan vastgemaakt een rooster van wiepen in rijshout, (2) opbouw tot +3,0 m TAW, (3) opbouw tot +6,0 m TAW, (4) afwerking op +8,0 m TAW. Aan elke uitvoeringsfase zijn modelproeven in de golfgoot aan de UGent voorafgegaan. De tabel (figuur 8) geeft daarvan de resultaten weer. hoogte van de oostelijk gelegen havendam. Gedurende de bouwfase van de havendam is uitgegaan van een referentiestorm met een terugkeerperiode van 10 jaar, terwijl bij de uiteindelijke constructie is geopteerd voor een terugkeerperiode van 100 jaar. De ontwerpstorm wordt gekenmerkt door een golfhoogte van 4,80m. Bij de testen is echter uitgegaan van een Hm0 tot 120 % van de ontwerphoogte. De kruinhoogte in uitvoeringsfase 1 wordt bepaald door het niveau van de zeebodem ter hoogte van de dwarsdoorsnede. Een aantal doorsneden zijn getest bij wisselende waterstanden. De beweging van de rotsblokken is het grootst wanneer het waterpeil ongeveer een meter boven de kern uitstijgt. Dit gebeurt echter alleen op de plaatsen waar de bodem ondiep is, vlak bij het strand. Door de geringe diepte komen op die locatie golven tot slechts 2,10 m hoog voor. Het bewegen van de stenen blijft bij deze hydraulische condities aanvaardbaar. Niets van het kernmateriaal verschuift buiten de basis van de havendam. Hoe verder en hoe dieper in de zee, hoe hoger ook 55 GEOKUNST – Januari 2013 Figuur 11 - Twee CPT’s laten duidelijke verschillen zien in de bodem onder de westelijke havendam. de waterniveaus boven het kernmateriaal. Zelfs bij hogere golven is in de testfase geen beweging van de rotsblokken waargenomen. Deze bevindingen zijn bevestigd door Van der Meer et al., 1996. Bij uitvoeringsfase 2 – opbouw tot +3,00 m TAW – ligt het kritische waterpeil volgens de modelproeven 1 meter onder de kruinhoogte. De golven botsen tegen de havendam, waarbij het relatief fijne kernmateriaal uitspoelt. Ter bescherming zijn 1 à 3 ton zware rotsblokken geplaatst om de consolidatieperiode tot de volgende bouwfase te overwinnen zonder al te grote schade. Een 1,05 m dikke laag blijkt voldoende te zijn om de stabiliteit te verzekeren indien de storm met terugkeerperiode 10 jaar zou optreden alvorens de bouw van
  4. 4. Figuur 12 - Glijvlak langs de havenzijde van de golfbreker. Figuur 13 - Glijvlak langs de zeezijde van de golfbreker Figuur 14 - Het effect van de golfwerking zoals gemodelleerd met Geoslope. Figuur 15 - De uitvoeringsfasen van de westelijke havendam. fase 3 wordt aangevat. Bij uitvoeringsfase 3 – opbouw tot +6,00 m TAW – blijkt een vrijboord van 1 meter bepalend te zijn met het oog op de stabiliteit. Uit de modelproeven blijkt dan weer de noodzaak om het kernmateriaal te bedekken met een 2 meter dikke laag van 1 à 3 ton zware rotsblokken. Op die manier is de havendam bestand zijn tegen de referentiestorm met een terugkeerperiode van 10 jaar, en kan de tijd nodig voor de consolidatie van de ondergrond, verlopen alvorens de afwerking van de golfbreker tot +8,00m TAW wordt aangevat. Vernieuwend geotechnisch ontwerp Aan het eigenlijke ontwerp van de nieuwe havendammen is uiteraard een grondig bodemonderzoek voorafgegaan. Geotechnisch bodemonderzoek Figuur 16 - Schematische weergave van de verschillende uitvoeringsfasen in functie van de tijd. Figuur 17 - Grondkarakteristieken (T0 + 12) op verschillende locaties van de dwarsdoorsnede. 56 GEOKUNST – Januari 2013 Eerst is de historiek van de site nagegaan. Er zijn boringen met monstername uitgevoerd, als ook sonderingen (CPT, Cone Penetration Tests) (figuur 9) en er is een bodemprofiel opgesteld Dit bodemonderzoek heeft onder meer aan het licht gebracht dat zich ter hoogte van de oostelijk gelegen havendam op een diepte vanaf -10 m TAW een dikke dichtgepakte zandlaag met een tussenlaag van kleiachtig zand bevindt (figuur 10). De draagkracht van de ondergrond voor de oostelijke dam is voldoende om de dam in snel opeenvolgende fasen te bouwen. Verder is ook gebleken dat de bodemsamenstelling ter hoogte van de westelijk gelegen dam vergelijkbaar is met die van de oostelijk gelegen dam – behalve onder het meest noordelijke (zee-
  5. 5. OOSTENDE TREKT GROTERE SCHEPEN AAN DANKZIJ STERKSTE GEOTEXTIEL OOIT waartse) gedeelte ervan. Vanaf de bocht van de dam tot aan de kop. Over een lengte van 350m, werd een heel slappe grondlaag aangetroffen, met bovendien een wisselende dikte (zie diagram figuur 11). De monsters afkomstig uit de boring laten een mengeling zien van zachte, zandige klei en los kleiachtig zand. Dit is een duidelijke afwijking tegenover de rest van de site, en biedt veel minder draagkracht om op te bouwen. De oorzaak van deze slappe grond kon gevonden worden in vroegere baggeractiviteiten. Zo’n 25 jaar geleden zijn op deze plek baggerwerken uitgevoerd om de oude toegangsgeul op diepte te houden en tegelijk schoon zand te verwerven voor bouwdoeleinden. De zandwinning gebeurde door met een winzuiger diepe putten in de zeebodem te maken. Door natuurlijke afzetting zijn deze gaten in de loop der jaren gevuld geraakt met zachte sedimenten. Zo is uiteindelijk een bijzonder heterogene slappe bodemlaag van 8 tot 12 meter dik ontstaan. – De slappe grond kan gebaggerd worden en vervangen door zand. De zetting zal daardoor drastisch verminderen. Uiteraard is bij het ontwerp van de Oostendse havendammen een afweging gemaakt op basis van de belangrijkste parameters, zijnde kwaliteit, timing en kostprijs. Verschillende scenario’s zijn de revue gepasseerd. – Een talud verflauwen is economisch geen interessante oplossing. Deze piste werd al snel verlaten. – De techniek van het afgraven en vervangen wordt in België wel vaker toegepast. In Zeebrugge bijvoorbeeld is de grond afgegraven over een lengte van liefst 7 km. Om de afgegraven grond te mogen storten, is echter een (moeilijk te verkrijgen) vergunning vereist. De kostprijs, voor mobilistatie en demobilisatie van baggertuig, weegt bovendien zwaar door voor de relatief korte vaargeul van Oostende (slechts 350 m). – Over het gebruik van grindpalen valt ook wat te zeggen. De techniek blijkt uiteindelijk niet zo efficiënt te zijn omdat de palen horizontaal gesneden kunnen worden door het mogelijke glijvlak. Hun bijdrage aan de weerstandbiedende schuifweerstand van het glijvlak is bijgevolg klein. Ook hier lopen de kosten hoog op. – Om de bodem met geotextiel te versterken kunnen alle materialen die op de werf voorzien zijn bij de aanbesteding, aangewend worden. Bovendien kan de klassieke uitvoeringsmethode met wiepen toegepast worden. Het volstaat het gewone geotextiel (tegen erosie) te vervangen door een zeer sterk geotextiel (erosie én wape Vele technieken, pro en contra Over het algemeen is de aanwezigheid van dikke zachte grondlagen van groot belang voor de totale geotechnische stabiliteit van taluds en voor het zettingsgedrag. Eerst dient de stabiliteit verzekerd, nadien werd ook de zetting in rekening gebracht in de rekenmodellen. Een talud kan op verschillende manieren stabiel gemaakt worden: – Het talud kan aangelegd worden onder een flauwe helling, dit vraagt veel materiaal en is dus duur. – Via een zware teen, dit heeft nauwelijks invloed op de zetting. – De bodem kan verstevigd worden met geotextiel. Er zal in dat geval iets minder zetting zijn. – De bodem kan verstevigd worden met grindpalen. Dit heeft een nog kleinere zetting tot gevolg. Figuur 18 - Kritisch glijvlak onder uitvoeringsfase +3,00 m TAW. Figuur 19 - Sterkte van het geotextiel tijdens/na constructie van de westelijke havendam (berekening Geoslope ter hoogte van CPT S9) Uitvoeringsfase Kritisch waterpeil Veiligheidsfactor [-] Rekenwaarde [kN/m] Treksterkte (= rekenwaarde x 3,4) [kN/m] TAW +3,00 m TAW +0,00 m 1,152 40 136 TAW +6,00 m TAW +0,00 m 1,151 430 1462 Afgewerkte golfbreker, incl. golven TAW +4,70 m 1,150 215 731 Figuur 21 Trekkracht [kN] LC 1 Frequent LC 2 Occasioneel LC 3 Toevallig Max Treksterkte (= rekenwaarde x 3,4) SWL [TAW] +0,08m -1,00m +6,70m - - 301 116 301 1023,4 424 176 424 1441,6 Na constructie tot +6,00 m 263 TAW Na volledige consolidatie Figuur 20 - Het effect van de golfwerking zoals gemodelleerd met Geoslope. 57 GEOKUNST – Januari 2013 371
  6. 6. Figuur 22 - Een rooster van wiepen (rijshout) wordt bevestigd op het geotextiel door middel van touwtjes die door ingeweven lussen worden gehaald. Deze lussen vormen bevestigingspunten zonder dat het geotextiel verzwakt (sterkte verlies) of doorboord wordt (gevaar voor uitspoeling), zie ook figuur 26. ning) met een hoge treksterkte en kleine vervorming. Dit staat los van de reguliere uitvoeringsfasen. Naast alle hierboven besproken manieren om de stabiliteit te verhogen, kan de voorziene teen lokaal verzwaard worden wat de stabiliteit tegen afschuiven ten goede komt. Rekening houdend met alle pro’s en contra’s hebben de ontwerper en de opdrachtgever besloten om in de Oostendse haven een sterk geotextiel toe te passen, gecombineerd met het gebruik van een zwaardere teen op enkele kritische plaatsen. Geotechnische specificaties De zwakste ondergrond is te vinden op de locaties S8 en S9 op bovenstaande CPT’s. De berekeningen zijn uitgevoerd met behulp van deze CPT’s. De belangrijkste kenmerken van deze slappe grond zijn bepaald na uitgebreid laboratoriumonderzoek aan de afdeling Geotechniek van de Vlaamse Gemeenschap. Deze kenmerken met betrekking tot de stabiliteit tegen afschuiven, zetting en consolidatie zijn: – nat volumegewicht: Ͳw = 16,5 kN/m3; – schuifweerstand: de eigenschappen c' en ᒌ’ worden bepaald door een geconsolideerde niet-gedraineerde triaxiaalproef met meting van waterspanningen (c'= 3kPa, ᒌ' = 22°); – waterdoorlatendheidscoëfficiënt k = 10 E-9 m/s – Samendrukkingsconstante (wet van Terzaghi) C = 20. Bij het geotechnisch ontwerp zijn zowel de volledig geconsolideerde toestand als de verschillende tussentijdse toestanden (uitvoeringsfasen) onder- Figuur 23 - Het geotextiel dat in de langsrichting 1600 kN/m sterk is, wordt stevig verbonden met het de wiepen (bundels rijshout, wilgentakken) dat zorgt voor drijfvermogen en het geheel strak houdt tijdens het afzinken. Een extra laag vulhout tussen de wiepenroosters biedt bescherming aan het geotextiel tegen beschadiging door de vallende stenen. In de berekening van de nodige sterkte van het geotextiel wordt, als extra veiligheid, een factor voor inbouwbeschadiging meegenomen. zocht. De stabiliteitsstudie is grotendeels uitgevoerd met behulp van de software Geoslope. Voor een uitgebreider analyse is onder meer Plaxis toegepast. Volledig geconsolideerde toestand De dwarsdoorsneden op figuur 12 en 13 tonen de definitief geconsolideerde toestand. Aangezien het getijdenverschil in Oostende oploopt tot 4,5 m, is het laagwater de bepalende factor. Het gewicht van de golfbreker wordt dan nl. niet gecompenseerd door de Archimedeskracht, en weegt zwaarder door op de slappe ondergrond. Rekening houdend met een mobiele bovenbelasting van 20 kN/m2, bedraagt de veiligheidsfactor 1,48 voor een glijvlak langs havenzijde en 1,58 voor afglijden langs zeezijde (figuur 12 en figuur 13) Deze waarden liggen hoger dan de vereiste 1,30 voor een volledig geconsolideerde toestand zonder golven. De stabiliteit in normaal geconsolideerde toestand is hiermee aangetoond. Het is logisch dat voor de buitenkant een hogere veiligheidsfactor geldt aangezien de volume-eenheid gewicht van de HARO-blokken in de deklaag (beton ț = 2,30 t/m3, holle ruimten = 50 %) merkelijk lager is dan die van de stortsteen aan de binnenkant (ț = 2,65 t/m3, holle ruimten = 40 %). Bij de stabiliteitsstudies die zijn uitgevoerd bij de volledig geconsolideerde toestand, is ook rekening gehouden met het dynamische effect van de golven (zie De Rouck, 1996). In de kleilaag wordt dit effect gedempt door de lage doorlatendheid en hoge samendrukbaarheid van de klei. In de 58 GEOKUNST – Januari 2013 berekeningen in GeoSlope werd dit effect in rekening gebracht door 2 verschillende piëzometrische lijnen in rekening te brengen: één voor de ondergrond (rode stippellijn) en één voor de golfbreker zelf (zwarte stippellijn) Op figuur 14 is een veiligheidsfactor 1,005 te zien, wat lager is dan de vereiste 1,15 tijdens een ontwerpstorm met zware golven. Aanvullende maatregelen om de stabiliteit te verhogen waren dus aangewezen. Ook hier speelt het sterk wapeningsgeotextiel een belangrijke stabiliserende rol. Vier uitvoeringsfasen Tijdens de constructie is een veiligheidsfactor FS van 1,15 vereist. Voor de oostelijk gelegen havendam zijn de te onderscheiden uitvoeringsfasen: – plaatsing van de zinkstukken en de teen, – opbouw kern, filter- en versterking laag tot +4,50 m TAW, – opbouw van de havendam tot +6,00 m TAW, – afwerken van de kruin tot +8,00 m TAW (in een latere fase). Gezien de zandige ondergrond konden deze fasen snel na elkaar worden uitgevoerd. Bij een eerste benadering lijken deze uitvoeringsfasen ook helemaal van toepassing op de westelijk gelegen havendam. Uit de stabiliteitsstudie blijkt echter dat de veiligheidscoëfficiënt tegen afglijden van deze westelijke dam merkelijk lager is dan 1,0, omwille van de minder goede grondkarakteristiek daar lokaal aanwezig. Extra maatregelen drongen zich op. Zoals eerder beschreven is het de bedoeling ge-
  7. 7. OOSTENDE TREKT GROTERE SCHEPEN AAN DANKZIJ STERKSTE GEOTEXTIEL OOIT weest om het stabiliteitsprobleem op te lossen met een sterk geotextiel en eventueel zwaardere tenen. Maar zelfs met deze twee maatregelen bleek de stabiliteit met snel opeenvolgende uitvoeringsfasen onvoldoende. Daarop werd beslist om voor de westelijke dam de uitvoeringsfasen aan te passen: zowel in peil als in tussentijd. Zodoende krijgt de ondergrond de tijd om te consolideren, wat de grondkarakteristieken en dus draagkracht ten goede komt. Dit heeft uiteindelijk tot de volgende uitvoeringsfasen geleid (figuur 15 en figuur 16). – funderingswerken: ca. 4,0 m dik, van -7,50 m tot -3,5 m TAW – vanaf 8 maand: havendam tot +3,00 m TAW – vanaf 12 maand: havendam tot +6,00 m TAW – vanaf 18 maand: kruin Op elk tijdstip verschillen de grondkarakteristieken. Hoe verder vooruit in de tijd, hoe beter de karakteristieken ten gevolge van consolidatie. Figuur 17 toont de berekende bodemkenmerken op T0 + 12 op verschillende plaatsen in de dwarsdoorsnede: buiten de invloedzone van de teen (22°, 3kPa), onder de teen (12.5°, 9kPa) en het talud (4.5°, 17.7kPa), en onder de kern (0°, 25.6kPa). Analyse met behulp van Geoslope Geoslope is een geotechnisch softwareprogramma voor berekening van de stabiliteit van taluds, gebaseerd op de methode van verticale moten. De grondkarakteristieken werden voor elke bouwfase afzonderlijk berekend zoals op de figuur 17 getoond, waarmee in Geoslope de veiligheidsfactor tegen afglijden op elk moment tijdens de bouwfase kon worden begroot. Een geotextiel of een andere vorm van wapening kan in deze software meegenomen worden. De benodigde treksterkte (rekenwaarde), opdat voldaan zou zijn aan de stabiliteitseisen, wordt berekend. De benodigde treksterkte van het geotextiel (rekenwaarde) tijdens de uitvoeringsfasen en in de afgewerkte havendam onder golfslag zijn vermeld in figuur 19. Deze waarde dient vermenigvuldigd met verschillende veiligheidsfactoren. Deze overdimensionering is noodzakelijk om te anticiperen op sterktevermindering door installatieschade (onmiddellijk), chemische degradatie (na verloop van tijd), en om de spanning in het geotextiel (rekenwaarde) buiten het gebied van de kritische belasting te houden die aanleiding zou geven tot breuk als gevolg van kruip (na b.v. 120 jaar). De totale vermenigvuldigingsfactor is 3,4. Er is volgens de berekeningen met Geoslope een treksterkte van 1.462 kN/m nodig, rekening houdend met hoger vermelde veiligheidsfactoren, om glijden te voorkomen met veiligheidsfactor 1,15. Deze waarde treedt op bij uitvoeringsfase 3 (tot +6,00 m TAW). Wanneer de grond volledig geconsolideerd is (c = 3kPa, ᒌ = 22°), daalt de totale ontwerpsterkte tot 731 kN/m onder golfinslag (figuur 18 en figuur 19). Uiteindelijk blijkt een treksterkte van 1.442 kN nodig te zijn om de aangrijpende trekkrachten de baas te kunnen (figuur 21). Analyse met behulp van Plaxis Dit ‘super’ geotextiel is veel zwaarder en stijver dan de gewone variant, hoewel de verwerking ter plaatse niet echt verschillend is. Het geotextiel wordt aangeleverd in banen van 5,24 meter en verwerkt tot matten van 20 meter breed en 30 tot 55 meter lang, afhankelijk van de geometrie van de dam. De wiepen (bundels van rijshout, wilgenhout) worden vervolgens in een gekruist rooster van 1m x 1m met touwen aan de ingeweven lussen van het geotextiel bevestigd (figuur 22), samen met een extra laag rijshout die als vulling wordt geplaatst (figuur 23). Het afgewerkte zinkstuk wordt bij hoogtij naar zee versleept en vlak bij de zate vastgelegd aan verankerde boeien. Het gunstige tij wordt afgewacht om de zinkstukken verder te ver- Om de treksterkte van het geotextiel tijdens de opeenvolgende uitvoeringsfasen in kaart te brengen, en om de evolutie in de zetting op te volgen, is gebruikgemaakt van de software Plaxis (figuur 20). Er is gecontroleerd op mogelijke vervormingen, alsook op algemene stabiliteit. De methode met partiële veiligheidsfactoren volgens Eurocode 7 is toegepast. De resultaten blijken sterk afhankelijk van het type geotextiel. Verschillende eigenschappen zoals treksterkte, grondstof en stijfheid (elasticiteitsmodulus) leiden tot verschillende trekkrachten in het geotextiel. Ook de zetting verloopt anders. Figuur 24 - Het zinkstuk is aan de voorkant vastgemaakt aan een stalen zinkbalk (20m), deze balk is met kabels verbonden is aan de sleepboot. Het zinkstuk wordt strak over het water versleept. 59 De gefaseerde uitvoeringsanalyse toont ca. 1,0 m zetting na consolidatie van de onderliggende slappe laag. ‘Super’ geotextiel overbrugt 350 meter Het geotextiel heeft als belangrijkste functie de structuur te versterken zodat een mogelijke taludinstabiliteit te allen tijde kan worden vermeden. De analyses met Geoslope en Plaxis hebben aangetoond dat de treksterkte van het geotextiel minimaal 1.462 kN moet bedragen. Dit heeft geleid tot de keuze van een polyester geotextiel, met name een Geolon® 1600/250 geotextiel, gekenmerkt door 1600 kN/m treksterkte in de langs richting, dus na plaatsing loodrecht op de as van de havendam, en 250 kN/m in de dwarsrichting. Het gebruik van een dergelijk ‘super’ geotextiel over een lengte van 350 meter is nieuw in de maritieme engineering. Figuur 25 - Het zinkstuk wordt nauwkeurig gepositioneerd en verzwaard met breuksteen. Bij het kenteren van het tij wordt het afgezonken naar de zeebodem. GEOKUNST – Januari 2013
  8. 8. slepen naar de locatie van de toekomstige havendam (figuur 24), waar ze bij de kentering van het tij (stroomsnelheid ca. 0m/s) worden afgezonken (figuur 25). Stortsteen van 10 à 60 kg en 60 à 300 kg wordt gebruikt als ballast (800 kg/m2). Het sterke geotextiel onder de kern van de havendam speelt een cruciale rol in de stabiliteit van het talud tijdens het bouwproces. Volgende aspecten zijn daarbij van groot belang. – De zogenoemde ankerlengte van het geotextiel, zowel binnen als buiten het profiel van mogelijk bezwijken, moet nauwkeurig bepaald worden. De trekkrachten in het geotextiel dienen via wrijving overgedragen te worden naar de omliggende breuksteen van de havendam. – De weerstand tegen afschuiven komt van twee kanten: zowel de bodem en de stortsteenberm bieden weerstand, alsook de trekwapening die het geotextiel biedt. De vervorming van het geotextiel bij een gegeven spanning moet overeenkomen met de voorziene vervorming van de grond en de stortsteen. Zowel Geoslope als Plaxis hebben aangetoond dat het super geotextiel over de volledige breedte van de kern moet worden aangebracht. Op die manier ontstaat er voldoende ankerlengte aan de binnenen buitenkant van de havendam. Onder de tenen van het talud wordt een rooster van rijshout met standaard geotextielen geplaatst, die enkel de functie hebben om erosie te voorkomen. Wapeningsgeotextiel technisch bekeken Om de krachten tijdens het verslepen en afzinken op te nemen, om erosie en hydrostatische drukken te voorkomen (een geotextiel dient steeds meer doorlatend te zijn dan de aanliggende grond) en om de stabiliteit van de dammen te blijven verzekeren, dient het geotextiel te voldoen aan de volgende berekende eigenschappen. Geweven geotextiel 100 % polyester Treksterkte in ketting 1.600 kN/m (EN ISO 10319) Spanning bij 6 % rek in ketting 800 kN/m (EN ISO 10319) Elasticiteitsmodulus 13.333 kN/m (EN ISO 10319) Rek bij nominale treksterkte ketting 10 % (EN ISO 10319) Treksterkte in inslag 250 kN/m (EN ISO 10319) Rek bij nominale treksterkte inslag 12 % (EN ISO 10319) Waterdoorlatendheid 3,5 liter/m2/s (EN ISO 11058 h = 50 mm) Zanddichtheid O 90 80 micron (EN ISO 12956) Voorzien van ingeweven lussen (treksterkte: 4.000 N/lus) Sterkte, continuïteit en elasticiteitsmodulus De sterkte van 1.600 kN/m moet over de hele lengte (kettingrichting) van de zinkstukken beschikbaar zijn. Naden of overlappingen worden daarom niet aanvaard. De productie van het geotextiel dient zo georganiseerd dat alle rollengtes een veelvoud zijn van de lengte van de zinkstukken. Deze lengte varieert van 30 tot 55 m, de productiebreedte is altijd 5,24 m. Naast de sterkte is vooral de elasticiteitsmodulus (E-modulus) van het geotextiel belangrijk. De stijfheid bepaalt immers de vervorming die zal optreden bij een gegeven belasting. Deze vervorming dient zo beperkt mogelijk te zijn. De hoog modulus polyester garens voldoen aan deze eigenschappen. Het is dus zaak hun stijfheid, die moet overeenkomen met de vervorming van de dam, bij het weven niet te laten verloren gaan in de typische structuur van een weefsel. Een klassiek weefsel heeft immers een 3-D structuur omdat de garens op en onder elkaar doorlopen. Bij het onder spanning brengen treedt eerst een vervorming in de langsrichting op, als gevolg van de vervorming in het weefsel zelf: de 3-D structuur wordt 2-D. Deze verlenging is niet gewenst, omdat de garens zelf dan nog niet aangesproken worden. Daarom kiest TenCate om Geolon® PET 1600/250 te produceren met een ‘straight warp’ binding. Dit is een typische weefbinding waarbij de kettinggarens strak liggen. Een bindgaren, dat niet bijdraagt tot de sterkte maar wel een essentiële rol speelt, zorgt ervoor dat de garens onderling mooi evenwijdig blijven liggen (figuur 26). Dwarsverbindingen Hoewel het geotextiel voor deze toepassing in principe een uni-axiaal type is, kunnen er ook in de dwarsrichting krachten op uitgeoefend worden. De treksterkte in de dwarsrichting moest daarom minstens 100 kN/m bedragen. De zinkstukken zijn 20 m breed. Er moeten bijgevolg 4 banen naast elkaar geplaatst worden, onderling verbonden met een sterkte van meer dan 100 kN/m. Geotextielen worden gewoonlijk dwars aan elkaar gezet met speciale handnaaimachines en polyester naaigaren. De naad zal altijd een zwakke plek zijn, aangezien de sterkte van de inslaggarens (dwars) niet over de naad doorloopt naar de garens van het aanliggende geotextiel. Bovendien beschadigt het naaiproces het geotextiel omdat de naalden van de naaimachines doorheen de garens van de zelfkant prikken. De zelfkant is de rand van het 60 GEOKUNST – Januari 2013 geotextiel, waar de inslagdraden van richting veranderen (omkeren). De sterkte van een naad bedraagt slechts een percentage van de dwarssterkte van het geotextiel. Bij geotextielen van 20 kN/m bedraagt de naadsterkte circa 80 % van de sterkte van het geotextiel, maar met het toenemen van de sterkte neemt de efficiëntie van de naad (als functie van inslagsterkte van het geotextiel) snel af tot 50 % en minder. De polyester garens van het geotextiel zijn bovendien erg glad, waardoor hun onderlinge wrijving klein is en een goede naadverbinding extra moeilijk wordt. TenCate heeft voor de oplossing gezorgd door een geotextiel te produceren met een speciale zelfkant van 12 cm breed. Deze zelfkant is uitgevoerd met een platte en stabiele weefbinding, waardoor hij in elkaar kan plooien met de aangrenzende zelfkant van de volgende geotextielbaan. Deze typische ‘J-naad’ wordt zes keer parallel doorgestikt (figuur 27). Een naadsterkte van 100 kN/m is het resultaat, met een inslagsterkte van 250 kN/m. Texion, partner van TenCate, op de werf De geotextiel rollen werden op het werk geleverd en naast elkaar uitgerold. Specialisten van Texion kwamen de zes parallelle naden stikken. Hun werk was afhankelijk van de weersomstandigheden (getijden en wind) maar ze bleven steeds beschikbaar 7 dagen op 7, 24 uur op 24. De ploeg van Texion stond paraat om aan de slag te gaan wanneer de omstandigheden het toelieten, zodra vanuit de werf werd opgeroepen om enkele banen aan elkaar te zetten. Naast het verbinden door het aan elkaar naaien worden ook de lussen nabij de zelfkanten één per één verbonden met de lussen van het aangrenzende geotextiel. Er wordt op gelet de wiepen die dwars liggen, door te laten lopen over de geotextiel naad. De dwarsverbinding tussen twee geotextielen komt tot stand door een naainaad van 100 kN/m, lussen en touwtjes, en een overdracht van krachten door de doorlopende bundels wiepen. Vanwege de snelle vorderingen op het werk en de korte levertermijnen voor het geotextiel, diende een just-in-time aflevering te worden gewaarborgd: produceren, controleren, certificeren, afleveren, uitrollen, ballasten tegen opwaaien, aan elkaar confectioneren. Omdat de zinkstukken verschillende zijn in lengte, diende een logistieke organisatie aan de slag met korte beslissingslijnen tussen de werf en de fabriek voor het produceren van de gewenste geotextiel lengtes op rol, een veelvoud van wat nodig is op het werk, dit om dure snijverliezen te voorkomen.
  9. 9. OOSTENDE TREKT GROTERE SCHEPEN AAN DANKZIJ STERKSTE GEOTEXTIEL OOIT Sterkte van de lussen De ingeweven lussen laten toe op het geconfectioneerde geotextiel een rooster van rijshout (wiepen) te bevestigen. Omdat de lussen ingeweven zijn, is er op deze plaats geen onderbreking of discontinuïteit van het geotextiel. De gronddichtheid blijft gewaarborgd. Aan deze lussen zal stevig getrokken worden: zij verbinden het rijshout met het geotextiel. Bij hoogwater worden de zinkstukken van de zate gesleept. Tijdens dit verslepen over het beton, de zate is een bestaande betonvloer, en later over het water, moeten de lussen grote krachten opvangen. Het oppervlak van de zate oogt vlak, toch is de wrijving groot vanwege het oppervlak van ca 800 - 1000m2 per zinkstuk. De sleepboot moet minutenlang volle kracht vooruit om het zinkstuk langzaam in beweging te krijgen. Gronddichtheid en waterdoorlatendheid Hoe groter de waterdoorlatendheid, hoe groter ook de openingen die de gronddichtheid bepalen. In wezen zijn dit twee tegenstrijdige voorwaarden. Er dient met andere woorden een gulden middenweg gezocht, waarbij de waterdoorlatendheid voldoende groot is en toch geen deeltjes doorspoelen. Gezien de heel grote treksterkte is er veel materiaal aanwezig in het geotextiel. De vezels zitten dicht tegen elkaar aangedrukt. Van- daar de kleine 0 90-waarde van 80 micron. Certificatie van het geotextiel In België is het een wettelijke verplichting van de aanbestedende overheid om na te gaan of alle producten die verwerkt worden op een werf, beantwoorden aan de voorwaarden in het bestek. Voor het geotextiel Geolon® PET 1600/250 werd deze taak toevertrouwd aan Copro. Onder instructie en toezicht van Copro werden proeven uitgevoerd in de fabriek (figuur 28 en figuur 29) en in een onafhankelijk laboratorium. Pas na goedkeuring mag het geotextiel op transport naar de werf. Figuur 26 - Het geotextiel Geolon PET 1600/250 met naast mekaar (van links naar rechts) de garens en hun typische weefbinding die deze in de langsrichting (ketting) strak legt, de ingeweven lus voor het bevestigen van het rijshout, de bindgarens (zwart) die voor stabiliteit zorgen maar niet ‘meewerken’ en de speciale zelfkant die zal toelaten een 100 kN/m dwarsverbinding (inslag richting) te realiseren met de aanliggende geotextiel baan. Figuur 28 - Beproeving van de treksterkte van het geotextiel in een trekbank. De verlenging tijdens het opbouwen van de spanning, door de verplaatsing van de klemmen, wordt gemeten op het geotextiel. Dit gebeurt door lasers, die de twee merktekens volgen (labo TenCate). 61 Figuur 27 - Specialisten van Texion realiseren de speciale verbindingsnaden op het werk: samenkomende zelfkanten strak tegen elkaar leggen, samen omplooien, zes maal parallel doorstikken. Figuur 29 - De resultaten van de meting in kN verschijnen op het computerscherm in een trek- en rek grafiek. De gemeten waarden worden opgeslagen zodat statistische informatie, zoals standaardafwijking, voor een bepaald type geotextiel kan berekend worden (labo TenCate). GEOKUNST – Januari 2013
  10. 10. Zetting en consolidatie De bodemgesteldheid verschilt duidelijk van plaats tot plaats. Ook de zetting zal dus op een andere manier verlopen. En bijgevolg moeten we zowel rekening houden met de globale situatie als met de differentiële zettingen. De te verwachten globale zetting zal 1,00 à 1,30m bedragen. Aangezien de havendammen in verschillende fasen zijn aangelegd, zal de zetting zich grotendeels tijdens de uitvoering voltrekken. Dit wordt gecompenseerd door naar de verschillende niveaus toe te werken. bevestigd aan betonblokken en op locatie van de vorige CPT’s aangebracht. Een vierde piëzometer is als referentie op een vaste locatie geplaatst. van het laboratorium van de Afdeling Weg- en Waterbouw van de UGent verdient een woord van dank voor het uitvoeren van de modelproeven. De zettingen zijn voortdurend gemeten en vergeleken met de vooraf berekende theoretische waarden. Zodra de hoogte +3,00 m TAW bedroeg, is een plaat geïnstalleerd om verdere zettingen te monitoren. Dit proces van nauwkeurig meten heeft uiteindelijk het moment aangegeven waarop de kruin kon worden aangebracht. Referenties Sterkste geotextiel ooit Een differentieel zettingsgedrag is geen probleem wat de kern in stortsteen en deklaag betreft, omdat de structuur van stenen en geotextiel vervormingen zonder breuk of bezwijken toelaat. Voor de kruin van de dam daarentegen is een massief betonnen structuur voorzien, en bovenop de westelijk gelegen dam zal bovendien een promenade aangelegd worden. Bij het ontwerp en de uitvoering van de kruin is rekening gehouden met het zettingsgedrag van de havendammen. Aan het geotechnisch ontwerp van de westelijke dam is een uitgebreid onderzoek voorafgegaan, zowel on site als in het laboratorium. Het zettingsgedrag, dat aanvankelijk theoretisch is benaderd, is permanent gemonitord. Drie piëzometers zijn Na een grondig bodemonderzoek en na het deskundig afwegen van alle mogelijke scenario’s is ervoor gekozen om het super geotextiel Geolon® 1600/250 kN/m toe te passen op de slappe ondergrond in de haven van Oostende. Het gebruik van een dergelijk ‘super’ geotextiel over een lengte van 350 meter is ongezien in de maritieme engineering. De haven van Oostende is nu klaar om schepen tot 200 meter met open armen (lees: havendammen) te ontvangen. Met dank aan De auteurs willen de ingenieurs van TechnumTractebel Engineering speciaal bedanken voor hun analyse met de Plaxissoftware. De technische staf – De Rouck J., Van Damme L. Overall Slope Stability of Rubble Mound Breakwaters. Proceedings of 25th International Conference on Coastal Engineering, ICCE 1996. ASCE, 1603-1616 – Van der Meer J.W., Tutuarima W.H., Burger G. (1996). Influence of rock shape and grading on stability of low-crested structures. Proceedings of 25th International Conference on Coastal Engineering, ICCE 1996. ASCE, 1957-1970 – Vanneste D. DBO107/88a Design of Oostende Harbour: Numerical Simulation of Wave Propagation. Inside Area Breakwaters. Ghent University, December 2008. – Verhaeghe, H., Van Damme, L., Goemaere, J., De Rouck, J., Van Alboom, W., 2010. Construction of two new breakwaters at Ostend leading to an improved harbour access, Proceedings of 32nd International Conference on Coastal Engineering, ICCE 2010. ASCE. b

×