Download PDF - GeoTechniek

vakbladgeotechniek.nl

Download PDF - GeoTechniek

Oostende trekt

grotere schepen aan

dankzij sterkste

geotextiel ooit

Figuur 1 - De oude vaargeul (grijze lijnen) is

gedraaid in noordelijke richting (blauwe lijnen).

De nieuwe westelijke en oostelijke havendam

zijn aangeduid in geel.

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.

Samenvatting

De vaargeul in Oostende is recentelijk verplaatst en verbreed om de haven

toegankelijker te maken. Om voor de binnenvarende schepen een rustig golf -

klimaat te garanderen, wordt de toegangsgeul beschermd door 2 nieuwe

havendammen. Deze heroriëntatie maakt het voor Oostende mogelijk om voortaan

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).

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

53 GEOKUNST – Januari 2013

F. De Meerleer

Texion Geokunststoffen N.V.

prof. dr. Ir. J. De Rouck

Universiteit Gent

ir. K. Van Doorslaer

M.O.W. Vlaanderen.

Maritieme Toegang

ir. J. Goemaere

M.O.W. Vlaanderen

Maritieme Toegang

ir. L. Van Damme

M.O.W. Vlaanderen

Hoofd Kusthavens

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

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.


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).

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 4 - Detail van het definitieve ontwerp van de

kruin. Om de 7 meter is een ‘tand’ aangebracht.

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-


Figuur 7 - De grafiek geeft de schade weer van

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

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.

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 terugkeer -

periode 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.

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 Kruinhoogte Kritisch waterpeil Max Hm0 Opmerking

[m TAW] [m TAW] [m]

1 Plaatsing Variabel (afhankelijk 1 m boven kruin- 2,10 Beweging van 15-300 kg

zinkstukken van laagste niveau

dwarsdoorsnede)

hoogte in die fase kern aanvaardbaar

2 Bouw tot +3,00 +2,00 4,30 Bedekken kern met laag

+3,00 m TAW van 1 à 3 ton noodzakelijk

tussen bouwfase 2 en 3

3 Bouw tot +6,00 +5,00 4,70 Bedekken kern met

+6,00 m TAW 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

Figuur 10 - Voorbeeld van een CPT ter

hoogte van de oostelijk gelegen havendam.

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


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.

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

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 kern -

materiaal 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

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-


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.

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 grind -

palen. Dit heeft een nog kleinere zetting tot

gevolg.

Figuur 20 - Het effect van de golfwerking zoals gemodelleerd met Geoslope.

OOSTENDE TREKT GROTERE SCHEPEN AAN DANKZIJ STERKSTE GEOTEXTIEL OOIT

– 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 afge -

graven grond te mogen storten, is echter een

(moeilijk te verkrijgen) vergunning vereist. De

Figuur 18 - Kritisch glijvlak onder uitvoeringsfase +3,00 m TAW.

57 GEOKUNST – Januari 2013

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 weerstand -

biedende 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

Figuur 19 - Sterkte van het geotextiel tijdens/na constructie van de westelijke

havendam (berekening Geoslope ter hoogte van CPT S9)

Uitvoeringsfase Kritisch Veiligheids- Rekenwaarde Treksterkte

waterpeil factor [-] [kN/m] (= 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 LC 1 LC 2 LC 3 Max Treksterkte

[kN] Frequent Occasioneel Toevallig (= rekenwaarde

x 3,4)

SWL [TAW]

Na constructie

+0,08m -1,00m +6,70m - -

tot +6,00 m

TAW

Na volledige

263 301 116 301 1023,4

consolidatie 371 424 176 424 1441,6


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: w = 16,5 kN/m 3;

– schuifweerstand: de eigenschappen c' en ’

worden bepaald door een geconsolideerde

niet-gedraineerde triaxiaalproef met meting van

waterspanningen (c'= 3kPa, ' = 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-

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 = 2,30 t/m 3 , holle ruimten = 50 %) merke-

lijk lager is dan die van de stortsteen aan de

binnenkant ( = 2,65 t/m 3 , 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

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.

berekeningen in GeoSlope werd dit effect in

rekening gebracht door 2 verschillende piëzo -

metrische 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 grond -

karakteristiek daar lokaal aanwezig. Extra maat -

regelen drongen zich op.

Zoals eerder beschreven is het de bedoeling ge-


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

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.

OOSTENDE TREKT GROTERE SCHEPEN AAN DANKZIJ STERKSTE GEOTEXTIEL OOIT

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, = 22°), daalt de

totale ontwerpsterkte tot 731 kN/m onder golf -

inslag (figuur 18 en figuur 19).

Analyse met behulp van Plaxis

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.

59 GEOKUNST – Januari 2013

Uiteindelijk blijkt een treksterkte van 1.442 kN

nodig te zijn om de aangrijpende trekkrachten de

baas te kunnen (figuur 21).

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 dwars -

richting. Het gebruik van een dergelijk ‘super’

geotextiel over een lengte van 350 meter is nieuw

in de maritieme engineering.

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-

Figuur 25 - Het zinkstuk wordt nauwkeurig gepositioneerd en verzwaard met

breuksteen. Bij het kenteren van het tij wordt het afgezonken naar de zeebodem.


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 ketting garens 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.


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

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).

OOSTENDE TREKT GROTERE SCHEPEN AAN DANKZIJ STERKSTE GEOTEXTIEL OOIT

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-

61 GEOKUNST – Januari 2013

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 uit -

gevoerd 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 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).


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. Aan -

gezien 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.

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

bevestigd aan betonblokken en op locatie van de

vorige CPT’s aangebracht. Een vierde piëzometer

is als referentie op een vaste locatie geplaatst.

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.

Sterkste geotextiel ooit

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 Technum-

Tractebel Engineering speciaal bedanken voor hun

analyse met de Plaxissoftware. De technische staf

van het laboratorium van de Afdeling Weg- en

Waterbouw van de UGent verdient een woord van

dank voor het uitvoeren van de modelproeven.

Referenties

– 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.

More magazines by this user
Similar magazines