Voor steenzettingen op een granulaire laag (uitvullaag en/of filterlaag) kan de weerstand tegen toplaaginstabiliteit onder golfaanval worden berekend met de analytische methode die is verwerkt in het computerprogramma STEENTOETS.
In geval van hergebruik staan de materiaaleigenschappen (elementhoogte en dichtheid) in principe vast, zodat precies kan worden berekend op welke plaatsen welke partij toepasbaar is. Daarbij kunnen per ontwerpvak (met constante randvoorwaarden en taludhelling) twee verschillende benaderingen worden gevolgd:
-
Berekening tot welk niveau het bekledingstype toepasbaar is, uitgaand van een eerste benadering van de ontwerpwaarde voor de taludhelling;
-
Berekening van de steilste taludhelling waarbij het bekledingstype toepasbaar is tot aan de bovengrens van het ontwerpvak.
De tweede benadering is vooral nuttig als uit de eerste benadering is gebleken dat het bekledingstype bijna op het hele dwarsprofiel van het ontwerpvak toepasbaar is, of als toepassing van een bepaald bekledingstype in het betreffende ontwerpvak zeer gewenst is.
Ad 1. Berekening maximaal niveau bij gekozen taludhelling
Vastgesteld moet worden tot welk niveau de beschikbare elementen kunnen worden toegepast als het geometrisch ontwerp van de dijk of dam wordt gehandhaafd. In paragraaf
4.3 is de vaststelling van de vakindeling behandeld. De geometrie van de dijk of dam is daarin een belangrijke parameter. In dat stadium van het ontwerpproces is voor elk ontwerpvak een eerste globale geometrie van het talud vastgesteld. Daarbij hoort ook een verloop van de taludhelling vanaf de teen tot aan de bovengrens van het ontwerpvak. In de praktijk wordt meestal gewerkt met één constante waarde of een verdeling van het ontwerpvak in twee stroken met ieder een waarde voor de taludhelling.
Als de taludhelling en de hydraulische randvoorwaarden niet variëren binnen het dwarsprofiel van het ontwerpvak, is het resultaat van de rekenprocedure dat het bekledingstype al dan niet toepasbaar is bij de gekozen taludhelling. In de praktijk is er wel vaak variatie: de golfbelasting neemt vaak toe met het niveau (tot aan de maatgevende hoogwaterstand), zie het Deel 1: Algemeen (bijlage 6) van deze Handreiking [30]. Het resultaat van de rekenprocedure is dan het niveau tot waar het bekledingstype kan worden toegepast.
Uitgangspunt voor de rekenprocedure is dat de golfbelasting met het niveau toeneemt of gelijk blijft en dat de taludhelling constant is. De rekenprocedure moet daarom apart worden doorlopen voor elke ontwerpstrook met constante taludhelling (in de praktijk één of twee).
Rekenprocedure
Kies voor de bovenrand van de bekleding in eerste instantie de bovenkant van de ontwerpstrook:
-
Zoek de bijbehorende golfrandvoorwaarden op, zie Deel 1: Algemeen (bijlage 6) van deze Handreiking [30].
-
Neem de ontwerpwaarden voor de gegevens van de toplaag (paragraaf 16.1, 16.3 en 16.4), de gegevens van de granulaire laag (16.7, 16.8 en 16.9) en de taludhelling (paragraaf 15.2); houd hierbij rekening met de eventuele veiligheidsmarges voor dichtheid, laagdikte granulaire laag en taludhelling.
-
Controleer of het resultaat van STEENTOETS bij deze invoerwaarden stabiel is.
-
Zo nee: kies een lager niveau en voer stap 4 opnieuw uit; zo ja: het laatst gebruikte niveau van de bovenrand is het resultaat van de rekenprocedure.
In de praktijk wordt gerekend met waarden voor het niveau die zijn afgerond op één decimeter. Het hoogste niveau waarbij het resultaat van STEENTOETS stabiel is, is het maximale niveau tot waar de beschikbare elementen bij de gekozen taludhelling toepasbaar zijn.
Ad 2. Berekening taludhelling voor toepassing tot bovengrens
Als uit de rekenprocedure in Ad 1. blijkt dat een bekledingstype bijna tot aan de bovengrens toepasbaar is of als toepassing van een bekledingstype bijzonder gewenst is, kan overwogen worden om bepaalde ontwerpparameters voor dit doel te veranderen. De meest voor de hand liggende paramater hiervoor is de taludhelling; eventueel kunnen ook de dikte en doorlatendheid van de granulaire laag en het open-ruimtepercentage van de toplaag worden gevarieerd. De hier gegeven procedure gaat over de taludhelling, maar is ook toepasbaar voor de andere parameters.
Zoals aangegeven in paragraaf 15.2 staat bij het begin van het ontwerpproces wel vast wat de globale taludhelling moet zijn (vanwege inpassing), maar kan de taludhelling in de praktijk nog wel enigszins worden verflauwd (in de orde van enkele tienden op de cotangens). Als de golfrandvoorwaarden niet variëren binnen het dwarsprofiel, is het resultaat van deze rekenprocedure één taludhelling die nodig is om het bekledingstype in het hele ontwerpvak toe te kunnen passen. Als de golfbelasting toeneemt met de hoogteligging, kan in theorie de taludhelling ook met de hoogteligging worden gevarieerd, maar in de praktijk zal voor hoogstens twee à drie aparte stroken de benodigde taludhelling worden bepaald (dit wordt ook wel een ondertafel en een boventafel genoemd). De rekenprocedure moet apart worden doorlopen voor elke strook (in de praktijk één of twee).
Rekenprocedure:
-
Neem voor de gegevens van toplaag en granulaire laag dezelfde waarden als bij de bepaling van het maximale niveau; neem voor de golfrandvoorwaarden de waarden die horen bij de bovengrens van het ontwerpvak.
-
Kies voor de cotangens van de ontwerphelling een grotere waarde dan de voorlopige ontwerpwaarde, dit is om rekening te houden met de onzekerheid in de uitvoering (bijvoorbeeld 0,1 groter).
-
Controleer of het resultaat van STEENTOETS bij deze invoerwaarden stabiel is.
-
Zo nee: kies een grotere waarde voor de cotangens en voer stap 3 opnieuw uit; zo ja: de laatst gebruikte taludhelling is het resultaat van de rekenprocedure.
In de praktijk wordt gerekend met waarden voor de cotangens die zijn afgerond op één decimaal. De steilste taludhelling waarbij het resultaat van STEENTOETS stabiel is, is de helling tot waar het talud minimaal moet worden verflauwd om de beschikbare elementen op het ontwerpvak toe te kunnen passen. Vanzelfsprekend moet hierbij rekening worden gehouden met de benodigde toleranties, zie paragraaf 15.2.
N.B.
De taludhelling is een belangrijke parameter bij de bepaling van de benodigde kruinhoogte. Bij ontwerpvarianten met verandering van de taludhelling moet worden gecontroleerd of dit invloed heeft op de benodigde kruinhoogte.
