Tx oostende geokunst

53 GEOKUNST – Januari 2013

Hoewel Oostende een relatief kleine haven is,speelt de Koningin der Badsteden toch een be-langrijke rol aan de Noordzeekust. Oostende is vanoudsher een drukke ferryhaven, en gezien het toe-genomen verkeer van de laatste jaren besliste deVlaamse overheid om de haveninfrastructuur aande nieuwe behoeften aan te passen. De afdelingMaritieme Toegang was bouwheer voor deze belangrijke werken. De totale investering bedroeg150 miljoen euro.

Van 120 naar 200 meter scheepslengte Tot 2008 werd de haven afgeschermd door tweestaketsels (rijen palen), noordwestelijk georiën-teerd en niet helemaal in het verlengde van de eigenlijke havenmonding. Om de haven binnen tevaren moesten de schepen daardoor een S-bochtmaken, wat ernstige beperkingen oplegde (maxi-male lengte 120m) en enkele schadegevallen dooraanvaring met zich meebracht. Om schepen tot 200 meter toe te laten is de vaar-geul uitgediept en is de S-bocht rechtgetrokken innoordelijke richting, tot nagenoeg loodrecht opde kustlijn (figuur 1).

Het bodemonderzoek maakte duidelijk dat eengroot deel van de site op een zandige ondergrondrust, behalve het meest zeewaartse gedeelte vande westelijk gelegen dam – vanaf de bocht in degolfbreker tot aan de kop. Daar toonde zich eenzeer heterogene ondergrond, gekenmerkt dooreen dikke laag weinig draagkrachtige grond metdiktes variërend van 8m tot 12m. Er was heel wat

creativiteit en engineering nodig om de bouw vande golfbrekers op deze grond met uitdagendegrondkarakteristieken op een veilige en economi-sche manier te volbrengen. Uiteindelijk is geop-teerd voor een combinatie van gefaseerd bouwen,rekening houdend met de zettingen die tijdenshet bouwproces optraden, en een wapening metgeotextiel.

Onderhavig artikel behandelt hoofdzakelijk de geotechnische oplossing voor het deel van dewestelijk gelegen havendam, van bocht tot kop,hierna afgekort tot ‘westelijke dam’ (figuur 2).Tersituering bespreken we eerst het waterbouwkun-dig concept.

Stevig waterbouwkundig conceptOm de nieuwe havendammen exact te dimensio-neren zijn modelproeven (Froude verschaling, metschaalfactor 1/30) uitgevoerd in de grote golfgoot(30 x 1 x 1,2 m) van de afdeling Weg- en Water-bouwkunde van de UGent. Bij deze fysische modellering is in eerste instantie onderzoek ge-voerd 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 opeenvolgendeuitvoeringsfasen getest en op punt gesteld. Hier-onder volgen de belangrijkste conclusies.

De ontwerpbasisDe havendammen zijn ontworpen om een storm

Oostende trekt grotere schepen aan

dankzij sterkste geotextiel ooit

SamenvattingDe 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

schepen tot 200 meter te ontvangen. Bij de bouw van de dammen is een sterk staaltje van geotechnisch kunnen opgevoerd. De slappe ondergrond is verstevigdmet het sterkste geotextiel ooit.

ir. K. Van DoorslaerM.O.W. Vlaanderen.

Maritieme Toegang

ir. J. GoemaereM.O.W. VlaanderenMaritieme Toegang

ir. L. Van DammeM.O.W. Vlaanderen

Hoofd Kusthavens

F. De MeerleerTexion Geokunststoffen N.V.

prof. dr. Ir. J. De RouckUniversiteit Gent

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 dammenis ongeveer 650.000 ton breuksteen gebruikt. Als deklaag zijn 7.600 HARO-blokken geplaatst.

met een terugkeerperiode van 100 jaar te weer-staan. Deze ontwerpstorm wordt gekenmerktdoor een waterniveau van +6,7 m TAW (0mTAW =-2,33 m NAP), een golfhoogte HS van 4,8 m en eenpiekperiode TP van 10,6 s. De zeezijde van de ha-vendam is bestand tegen de bij de ontwerpstormhorende golfimpact. Dit betekent dat minder dan5% van de deklaagelementen (stortsteen of be-tonblokken) zich tijdens deze 6 uur durende stormmeer dan een halve blokbreedte verplaatst.

Het oog wil echter ook wat. Voor een zicht op zeevanaf de dijk of het strand is het niet onbelangrijkdat de kruinhoogte van de havendam zo laag mo-gelijk is. Bij de nieuwe golfbrekers te Oostendeligt de kruin uiteindelijk op slechts +8 m TAW, watslechts ca 3m boven het dagelijks Hoog Water is,en slechts 1,3m hoger dan het ontwerpwaterpeilvan de referentiestorm. Dit resulteert in een aan-zienlijke golfoverslag bij de ontwerpstorm. Daar-uit volgt dat niet alleen de zeezijde van degolfbreker moet bestand zijn tegen de golfimpac-ten, maar dat ook de havenzijde van de golfbrekerstabiel moet blijven onder deze zeer grote hoeveelheid overslaande golven.Er is echter meer. De havenzijde van de golfbrekerkan naast belasting door golfoverslag, op meer-dere locaties ook blootgesteld zijn aan recht-streekse golfinval. Dit is een gevolg van degolfpenetratie doorheen de havenmonding. Dedammen zijn daarom aan de binnenkant dusdanigontworpen dat ze een dergelijke directe golfinslagkunnen weerstaan.Al deze belastingen werden bij de modelproevenopgenomen in het proevenprogramma, en hebbengeleid tot de bepaling van het gewicht van destortsteen (havenzijde) en HARO-blokken in dedeklaag (zeezijde).

Kruin van de damDe kruin van de dam is oorspronkelijk ontworpenals een L-vormig betonnen element. De rechtekant zou de golfinslag opvangen, maar uit de

modelproeven bleek dit L-vorming kruinblok on-voldoende stabiliteit te bieden. Om de weerstandte verhogen is eerst een hiel toegevoegd (rechts-boven) en nadien is de voorkant schuiner afge-schuind (linksonder) in een poging om de krachtente verminderen (figuur 3). Beide opties, zelfs incombinatie, brachten echter onvoldoende soelaas.Verder bouwend op de combinatie van hiel enschuine kant is uiteindelijk gekozen voor het ont-werp zoals op figuur 4 is voorgesteld met om de7 meter een ‘tand’ (1 x 1 x 1,5 m) (figuur 4).

Vanaf de kustlijn bestaat de deklaag van denieuwe havendammen uit 3 tot 6 ton zwarebreukstenen, gevolgd door een overgangszonemet één laag HARO-blokken. De deklaag van hetzeewaartse gedeelte van de dammen, vanaf debocht in de dam tot aan de kop, is opgetrokken uiteen dubbele laag HARO-blokken (figuur 5 en 6).

De modelproeven maakten onder meer duidelijkdat de HARO-blokken heel stabiel blijven ondergolven van 5 meter en hoger. Slechts 1 % van deblokken verschuift over een afstand groter dande helft van de breedte van een blok (>B/2 inde grafiek), en geen enkel blok verschuift over een

afstand gelijk aan de volle eigen breedte (>B inde grafiek) (figuur 7).

Hevige golfoverslag bij deze proeven, heeft ertoegeleid dat de “schouder” van de golfbreker (hori-zontaal deel in stortsteen, net achter het kruin-blok) slechts een breedte kon hebben van 3m. Derechtstreekse golfinval ten gevolge van golfpene-


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 5 - Doorsnede van de oostelijke havendam.

Figuur 6 - De havendam is aan de zeezijde beschermd met een dubbele laag HARO-blokken.

Figuur 4 - Detail van het definitieve ontwerp van dekruin. Om de 7 meter is een ‘tand’ aangebracht.

tratie, zorgde er dan weer voor dat het gewichtvan de deklaag voldoende zwaar moest zijn, stort-steen van 3 tot 6 ton, om te voldoen aan de stabi-liteitseisen met een mobilisatie van minder dan 5% tijdens de zwaarste ontwerpstorm

Vier uitvoeringsfasenIn overeenstemming met het bestek is de bouwvan de havendammen in vier fasen verlopen: (1)plaatsing zinkstukken met daaraan vastgemaakteen 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 inde golfgoot aan de UGent voorafgegaan. De tabel(figuur 8) geeft daarvan de resultaten weer.

Gedurende de bouwfase van de havendam is uit-gegaan van een referentiestorm met een terug-keerperiode van 10 jaar, terwijl bij de uiteindelijkeconstructie 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 tot120 % van de ontwerphoogte.

De kruinhoogte in uitvoeringsfase 1 wordt be-paald door het niveau van de zeebodem ter hoogtevan de dwarsdoorsnede. Een aantal doorsnedenzijn getest bij wisselende waterstanden. De bewe-ging van de rotsblokken is het grootst wanneer hetwaterpeil ongeveer een meter boven de kern uit-stijgt. Dit gebeurt echter alleen op de plaatsenwaar de bodem ondiep is, vlak bij het strand. Doorde geringe diepte komen op die locatie golventot slechts 2,10 m hoog voor. Het bewegen van destenen blijft bij deze hydraulische condities aan-vaardbaar. Niets van het kernmateriaal verschuiftbuiten de basis van de havendam.

Hoe verder en hoe dieper in de zee, hoe hoger ook

de waterniveaus boven het kernmateriaal. Zelfs bijhogere golven is in de testfase geen beweging vande rotsblokken waargenomen. Deze bevindingenzijn bevestigd door Van der Meer et al., 1996.Bij uitvoeringsfase 2 – opbouw tot +3,00 m TAW –ligt het kritische waterpeil volgens de modelproe-ven 1 meter onder de kruinhoogte. De golven bot-sen tegen de havendam, waarbij het relatief fijnekernmateriaal uitspoelt. Ter bescherming zijn 1 à3 ton zware rotsblokken geplaatst om de consoli-datieperiode tot de volgende bouwfase te over-winnen zonder al te grote schade. Een 1,05 mdikke laag blijkt voldoende te zijn om de stabiliteitte verzekeren indien de storm met terugkeerperi-ode 10 jaar zou optreden alvorens de bouw van


Figuur 7 - De grafiek geeft de schade weer vande dubbele laag HARO-blokken onder een toe-nemende golfinslag.

Figuur 9 - Overzicht van de locaties waar sonderingen werden uitgevoerd.

Figuur 10 - Voorbeeld van een CPT ter hoogte van de oostelijk gelegen havendam.

Figuur 11 - Twee CPT’s laten duidelijkeverschillen zien in de bodem onder dewestelijke havendam.

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 kgzinkstukken van laagste niveau hoogte in die fase kern aanvaardbaar

dwarsdoorsnede)

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 +8,00 +6,70 5,80 Finale geometrie voldoet+8,0 m TAW

OOSTENDE TREKT GROTERE SCHEPEN AAN DANKZIJ STERKSTE GEOTEXTIEL OOIT

fase 3 wordt aangevat.Bij uitvoeringsfase 3 – opbouw tot +6,00 m TAW –blijkt een vrijboord van 1 meter bepalend te zijnmet het oog op de stabiliteit. Uit de modelproe-ven blijkt dan weer de noodzaak om het kern -materiaal te bedekken met een 2 meter dikke laagvan 1 à 3 ton zware rotsblokken. Op die manier isde havendam bestand zijn tegen de referentie-storm met een terugkeerperiode van 10 jaar, enkan de tijd nodig voor de consolidatie van de ondergrond, verlopen alvorens de afwerking vande golfbreker tot +8,00m TAW wordt aangevat.

Vernieuwend geotechnisch ontwerpAan het eigenlijke ontwerp van de nieuwe haven-dammen is uiteraard een grondig bodemonder-zoek voorafgegaan.

Geotechnisch bodemonderzoekEerst is de historiek van de site nagegaan. Er zijnboringen met monstername uitgevoerd, als ooksonderingen (CPT, Cone Penetration Tests) (figuur9) en er is een bodemprofiel opgesteldDit bodemonderzoek heeft onder meer aan hetlicht gebracht dat zich ter hoogte van de oostelijkgelegen havendam op een diepte vanaf -10 m TAWeen dikke dichtgepakte zandlaag met een tussen-laag van kleiachtig zand bevindt (figuur 10). Dedraagkracht van de ondergrond voor de oostelijkedam is voldoende om de dam in snel opeenvol-gende fasen te bouwen. Verder is ook gebleken dat de bodemsamenstel-ling ter hoogte van de westelijk gelegen dam ver-gelijkbaar is met die van de oostelijk gelegen dam– behalve onder het meest noordelijke (zee-


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.

waartse) gedeelte ervan. Vanaf de bocht van dedam tot aan de kop. Over een lengte van 350m,werd een heel slappe grondlaag aangetroffen, metbovendien een wisselende dikte (zie diagram figuur 11).

De monsters afkomstig uit de boring laten eenmengeling zien van zachte, zandige klei en los klei-achtig zand. Dit is een duidelijke afwijking tegen-over de rest van de site, en biedt veel minderdraagkracht om op te bouwen. De oorzaak vandeze slappe grond kon gevonden worden in vroe-gere baggeractiviteiten. Zo’n 25 jaar geleden zijnop deze plek baggerwerken uitgevoerd om deoude toegangsgeul op diepte te houden en tege-lijk schoon zand te verwerven voor bouwdoelein-den. De zandwinning gebeurde door met eenwinzuiger diepe putten in de zeebodem te maken.Door natuurlijke afzetting zijn deze gaten in deloop der jaren gevuld geraakt met zachte sedimen-ten. Zo is uiteindelijk een bijzonder heterogeneslappe bodemlaag van 8 tot 12 meter dik ontstaan.

Vele technieken, pro en contraOver het algemeen is de aanwezigheid van dikkezachte grondlagen van groot belang voor de totalegeotechnische stabiliteit van taluds en voor hetzettingsgedrag. Eerst dient de stabiliteit verze-kerd, nadien werd ook de zetting in rekening gebracht in de rekenmodellen. Een talud kan opverschillende manieren stabiel gemaakt worden:– Het talud kan aangelegd worden onder een

flauwe helling, dit vraagt veel materiaal en is dusduur.

– Via een zware teen, dit heeft nauwelijks invloedop de zetting.

– De bodem kan verstevigd worden met geotex-tiel. 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.

– De slappe grond kan gebaggerd worden en vervangen door zand. De zetting zal daardoordrastisch verminderen.

Uiteraard is bij het ontwerp van de Oostendse havendammen een afweging gemaakt op basisvan de belangrijkste parameters, zijnde kwaliteit,timing en kostprijs. Verschillende scenario’s zijnde revue gepasseerd.– Een talud verflauwen is economisch geen inte-

ressante oplossing. Deze piste werd al snel verlaten.

– De techniek van het afgraven en vervangenwordt in België wel vaker toegepast. In Zee-brugge bijvoorbeeld is de grond afgegravenover een lengte van liefst 7 km. Om de afge -graven grond te mogen storten, is echter een(moeilijk te verkrijgen) vergunning vereist. De

kostprijs, voor mobilistatie en demobilisatie vanbaggertuig, weegt bovendien zwaar door voorde relatief korte vaargeul van Oostende (slechts350 m).

– Over het gebruik van grindpalen valt ook watte zeggen. De techniek blijkt uiteindelijk niet zoefficiënt te zijn omdat de palen horizontaal gesneden kunnen worden door het mogelijkeglijvlak. Hun bijdrage aan de weerstand -biedende schuifweerstand van het glijvlak is bij-gevolg klein. Ook hier lopen de kosten hoog op.

– Om de bodem met geotextiel te versterken kunnen alle materialen die op de werf voorzienzijn bij de aanbesteding, aangewend worden. Bovendien kan de klassieke uitvoeringsmethodemet wiepen toegepast worden. Het volstaat hetgewone geotextiel (tegen erosie) te vervangendoor een zeer sterk geotextiel (erosie én wape



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

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

Figuur 19 - Sterkte van het geotextiel tijdens/na constructie van de westelijkehavendam (berekening Geoslope ter hoogte van CPT S9)

Uitvoeringsfase Kritisch Veiligheids- Rekenwaarde Treksterktewaterpeil 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 golf-breker, incl. golven TAW +4,70 m 1,150 215 731

Figuur 21Trekkracht LC 1 LC 2 LC 3 Max Treksterkte[kN] Frequent Occasioneel Toevallig (= reken-

waarde x 3,4)

SWL [TAW] +0,08m -1,00m +6,70m - -

Na constructie tot +6,00 m 263 301 116 301 1023,4TAW

Na volledigeconsolidatie 371 424 176 424 1441,6

ning) met een hoge treksterkte en kleine vervor-ming. Dit staat los van de reguliere uitvoerings-fasen.Naast alle hierboven besproken manieren om destabiliteit te verhogen, kan de voorziene teen lokaal verzwaard worden wat de stabiliteit tegenafschuiven ten goede komt.Rekening houdend met alle pro’s en contra’s hebben de ontwerper en de opdrachtgever beslo-ten om in de Oostendse haven een sterk geotextieltoe te passen, gecombineerd met het gebruik vaneen zwaardere teen op enkele kritische plaatsen.

Geotechnische specificatiesDe zwakste ondergrond is te vinden op de locatiesS8 en S9 op bovenstaande CPT’s. De berekeningenzijn uitgevoerd met behulp van deze CPT’s. De be-langrijkste kenmerken van deze slappe grond zijnbepaald na uitgebreid laboratoriumonderzoek aande afdeling Geotechniek van de Vlaamse Gemeen-schap. Deze kenmerken met betrekking tot de sta-biliteit tegen afschuiven, zetting en consolidatiezijn:– nat volumegewicht: �w = 16,5 kN/m3;– schuifweerstand: de eigenschappen c' en �’

worden bepaald door een geconsolideerde niet-gedraineerde triaxiaalproef met meting vanwaterspanningen (c'= 3kPa, �' = 22°);

– waterdoorlatendheidscoëfficiënt k = 10 E-9 m/s– Samendrukkingsconstante (wet van Terzaghi)

C = 20.Bij het geotechnisch ontwerp zijn zowel de volle-dig geconsolideerde toestand als de verschillendetussentijdse toestanden (uitvoeringsfasen) onder-

zocht. De stabiliteitsstudie is grotendeels uitge-voerd met behulp van de software Geoslope. Vooreen uitgebreider analyse is onder meer Plaxis toegepast.

Volledig geconsolideerde toestandDe dwarsdoorsneden op figuur 12 en 13 tonen dedefinitief geconsolideerde toestand. Aangezienhet getijdenverschil in Oostende oploopt tot 4,5m, is het laagwater de bepalende factor. Het gewicht van de golfbreker wordt dan nl. niet ge-compenseerd door de Archimedeskracht, enweegt zwaarder door op de slappe ondergrond. Rekening houdend met een mobiele bovenbelas-ting van 20 kN/m2, bedraagt de veiligheidsfactor1,48 voor een glijvlak langs havenzijde en 1,58voor afglijden langs zeezijde (figuur 12 en figuur13) Deze waarden liggen hoger dan de vereiste1,30 voor een volledig geconsolideerde toestandzonder golven. De stabiliteit in normaal geconso-lideerde toestand is hiermee aangetoond. Het islogisch dat voor de buitenkant een hogere veilig-heidsfactor geldt aangezien de volume-eenheidgewicht van de HARO-blokken in de deklaag(beton � = 2,30 t/m3, holle ruimten = 50 %) merke-lijk lager is dan die van de stortsteen aan de binnenkant (� = 2,65 t/m3, holle ruimten = 40 %).

Bij de stabiliteitsstudies die zijn uitgevoerd bij devolledig geconsolideerde toestand, is ook reke-ning gehouden met het dynamische effect van degolven (zie De Rouck, 1996). In de kleilaag wordtdit effect gedempt door de lage doorlatendheiden hoge samendrukbaarheid van de klei. In de

berekeningen in GeoSlope werd dit effect in rekening gebracht door 2 verschillende piëzo -metrische lijnen in rekening te brengen: één voorde ondergrond (rode stippellijn) en één voor degolfbreker zelf (zwarte stippellijn)Op figuur 14 is een veiligheidsfactor 1,005 te zien,wat lager is dan de vereiste 1,15 tijdens een ont-werpstorm met zware golven. Aanvullende maat-regelen om de stabiliteit te verhogen waren dusaangewezen. Ook hier speelt het sterk wapenings-geotextiel een belangrijke stabiliserende rol.

Vier uitvoeringsfasenTijdens de constructie is een veiligheidsfactor FSvan 1,15 vereist. Voor de oostelijk gelegen haven-dam 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 fasensnel na elkaar worden uitgevoerd.Bij een eerste benadering lijken deze uitvoerings-fasen ook helemaal van toepassing op de weste-lijk gelegen havendam. Uit de stabiliteitsstudieblijkt echter dat de veiligheidscoëfficiënt tegenafglijden van deze westelijke dam merkelijk lageris 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-


Figuur 22 - Een rooster van wiepen (rijshout) wordt bevestigd op het geotextieldoor middel van touwtjes die door ingeweven lussen worden gehaald. Deze lussenvormen bevestigingspunten zonder dat het geotextiel verzwakt (sterkte verlies) ofdoorboord wordt (gevaar voor uitspoeling), zie ook figuur 26.

Figuur 23 - Het geotextiel dat in de langsrichting 1600 kN/m sterk is, wordt stevigverbonden met het de wiepen (bundels rijshout, wilgentakken) dat zorgt voor drijf-vermogen en het geheel strak houdt tijdens het afzinken. Een extra laag vulhouttussen de wiepenroosters biedt bescherming aan het geotextiel tegen beschadigingdoor de vallende stenen. In de berekening van de nodige sterkte van het geotextielwordt, als extra veiligheid, een factor voor inbouwbeschadiging meegenomen.

weest om het stabiliteitsprobleem op te lossenmet een sterk geotextiel en eventueel zwaarderetenen. Maar zelfs met deze twee maatregelenbleek de stabiliteit met snel opeenvolgende uit-voeringsfasen onvoldoende. Daarop werd beslistom voor de westelijke dam de uitvoeringsfasenaan te passen: zowel in peil als in tussentijd. Zodoende krijgt de ondergrond de tijd om te consolideren, wat de grondkarakteristieken endus draagkracht ten goede komt. Dit heeft uitein-delijk 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: kruinOp elk tijdstip verschillen de grondkarakteristie-ken. Hoe verder vooruit in de tijd, hoe beter de karakteristieken ten gevolge van consolidatie. Figuur 17 toont de berekende bodemkenmerkenop T0 + 12 op verschillende plaatsen in de dwars-doorsnede: buiten de invloedzone van de teen(22°, 3kPa), onder de teen (12.5°, 9kPa) en hettalud (4.5°, 17.7kPa), en onder de kern (0°,25.6kPa).

Analyse met behulp van GeoslopeGeoslope is een geotechnisch softwarepro-gramma voor berekening van de stabiliteit van taluds, gebaseerd op de methode van verticalemoten. De grondkarakteristieken werden voorelke bouwfase afzonderlijk berekend zoals opde figuur 17 getoond, waarmee in Geoslope deveiligheidsfactor tegen afglijden op elk momenttijdens de bouwfase kon worden begroot. Een geotextiel of een andere vorm van wapening kanin deze software meegenomen worden. De beno-digde treksterkte (rekenwaarde), opdat voldaan

zou zijn aan de stabiliteitseisen, wordt berekend. De benodigde treksterkte van het geotextiel (re-kenwaarde) tijdens de uitvoeringsfasen en in deafgewerkte havendam onder golfslag zijn vermeldin figuur 19. Deze waarde dient vermenigvuldigdmet verschillende veiligheidsfactoren. Deze over-dimensionering is noodzakelijk om te anticiperenop sterktevermindering door installatieschade(onmiddellijk), chemische degradatie (na verloopvan tijd), en om de spanning in het geotextiel (rekenwaarde) buiten het gebied van de kritischebelasting te houden die aanleiding zou geven totbreuk als gevolg van kruip (na b.v. 120 jaar). De totale vermenigvuldigingsfactor is 3,4. Er is volgens de berekeningen met Geoslope eentreksterkte van 1.462 kN/m nodig, rekening hou-dend met hoger vermelde veiligheidsfactoren, omglijden 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 PlaxisOm de treksterkte van het geotextiel tijdens deopeenvolgende uitvoeringsfasen in kaart te bren-gen, en om de evolutie in de zetting op te volgen,is gebruikgemaakt van de software Plaxis (figuur20). Er is gecontroleerd op mogelijke vervormin-gen, alsook op algemene stabiliteit. De methodemet partiële veiligheidsfactoren volgens Eurocode7 is toegepast.

De resultaten blijken sterk afhankelijk van het typegeotextiel. Verschillende eigenschappen zoalstreksterkte, grondstof en stijfheid (elasticiteits-modulus) leiden tot verschillende trekkrachten inhet geotextiel. Ook de zetting verloopt anders.

Uiteindelijk blijkt een treksterkte van 1.442 kNnodig te zijn om de aangrijpende trekkrachten debaas te kunnen (figuur 21).

De gefaseerde uitvoeringsanalyse toont ca. 1,0 mzetting na consolidatie van de onderliggendeslappe laag.

‘Super’ geotextiel overbrugt 350 meterHet geotextiel heeft als belangrijkste functie destructuur te versterken zodat een mogelijke taludinstabiliteit te allen tijde kan worden verme-den. De analyses met Geoslope en Plaxis hebbenaangetoond dat de treksterkte van het geotextielminimaal 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 delangs richting, dus na plaatsing loodrecht op deas 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 nieuwin de maritieme engineering.

Dit ‘super’ geotextiel is veel zwaarder en stijverdan de gewone variant, hoewel de verwerking terplaatse niet echt verschillend is. Het geotextielwordt aangeleverd in banen van 5,24 meter en ver-werkt tot matten van 20 meter breed en 30 tot 55meter lang, afhankelijk van de geometrie van dedam. De wiepen (bundels van rijshout, wilgenhout)worden vervolgens in een gekruist rooster van 1mx 1m met touwen aan de ingeweven lussen van hetgeotextiel bevestigd (figuur 22), samen met eenextra laag rijshout die als vulling wordt geplaatst(figuur 23). Het afgewerkte zinkstuk wordt bijhoogtij naar zee versleept en vlak bij de zate vast-gelegd aan verankerde boeien. Het gunstige tijwordt afgewacht om de zinkstukken verder te ver-



Figuur 24 - Het zinkstuk is aan de voorkant vastgemaakt aan een stalen zinkbalk (20m), deze balk is met kabels verbonden is aan desleepboot. Het zinkstuk wordt strak over het water versleept.

Figuur 25 - Het zinkstuk wordt nauwkeurig gepositioneerd en verzwaard metbreuksteen. Bij het kenteren van het tij wordt het afgezonken naar de zeebodem.

slepen naar de locatie van de toekomstige haven-dam (figuur 24), waar ze bij de kentering van hettij (stroomsnelheid ca. 0m/s) worden afgezonken(figuur 25). Stortsteen van 10 à 60 kg en 60 à 300kg wordt gebruikt als ballast (800 kg/m2).

Het sterke geotextiel onder de kern van de haven-dam speelt een cruciale rol in de stabiliteit van hettalud tijdens het bouwproces. Volgende aspectenzijn daarbij van groot belang.– De zogenoemde ankerlengte van het geotextiel,

zowel binnen als buiten het profiel van mogelijkbezwijken, moet nauwkeurig bepaald worden.De trekkrachten in het geotextiel dienen viawrijving overgedragen te worden naar de omlig-gende breuksteen van de havendam.

– De weerstand tegen afschuiven komt van tweekanten: zowel de bodem en de stortsteenbermbieden weerstand, alsook de trekwapeningdie het geotextiel biedt. De vervorming van hetgeotextiel bij een gegeven spanning moet over-eenkomen met de voorziene vervorming vande grond en de stortsteen.

Zowel Geoslope als Plaxis hebben aangetoond dathet super geotextiel over de volledige breedte vande kern moet worden aangebracht. Op die manierontstaat er voldoende ankerlengte aan de binnen-en buitenkant van de havendam. Onder de tenenvan het talud wordt een rooster van rijshout metstandaard geotextielen geplaatst, die enkel defunctie hebben om erosie te voorkomen.

Wapeningsgeotextiel technisch bekekenOm de krachten tijdens het verslepen en afzinkenop te nemen, om erosie en hydrostatische drukkente voorkomen (een geotextiel dient steeds meerdoorlatend te zijn dan de aanliggende grond) enom de stabiliteit van de dammen te blijven verze-keren, dient het geotextiel te voldoen aan de vol-gende berekende eigenschappen.Geweven geotextiel 100 % polyesterTreksterkte 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 elasticiteitsmodulusDe sterkte van 1.600 kN/m moet over de helelengte (kettingrichting) van de zinkstukken be-schikbaar zijn. Naden of overlappingen wordendaarom niet aanvaard. De productie van het geot-extiel dient zo georganiseerd dat alle rollengteseen veelvoud zijn van de lengte van de zinkstuk-ken. 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 stijf-heid bepaalt immers de vervorming die zal optre-den bij een gegeven belasting. Deze vervormingdient zo beperkt mogelijk te zijn. De hoog modu-lus polyester garens voldoen aan deze eigenschap-pen. Het is dus zaak hun stijfheid, die moetovereenkomen met de vervorming van de dam, bijhet weven niet te laten verloren gaan in de typi-sche structuur van een weefsel. Een klassiek weefsel heeft immers een 3-D struc-tuur omdat de garens op en onder elkaar doorlo-pen. Bij het onder spanning brengen treedt eersteen vervorming in de langsrichting op, als gevolgvan de vervorming in het weefsel zelf: de 3-Dstructuur wordt 2-D. Deze verlenging is niet ge-wenst, omdat de garens zelf dan nog niet aange-sproken worden. Daarom kiest TenCate omGeolon® PET 1600/250 te produceren met een‘straight warp’ binding. Dit is een typische weef-binding waarbij de ketting garens strak liggen. Eenbindgaren, dat niet bijdraagt tot de sterkte maarwel een essentiële rol speelt, zorgt ervoor dat degarens onderling mooi evenwijdig blijven liggen(figuur 26).

DwarsverbindingenHoewel het geotextiel voor deze toepassing inprincipe een uni-axiaal type is, kunnen er ook in dedwarsrichting krachten op uitgeoefend worden.De treksterkte in de dwarsrichting moest daaromminstens 100 kN/m bedragen. De zinkstukken zijn20 m breed. Er moeten bijgevolg 4 banen naast elkaar geplaatst worden, onderling verbondenmet een sterkte van meer dan 100 kN/m.

Geotextielen worden gewoonlijk dwars aan elkaargezet met speciale handnaaimachines en polyesternaaigaren. De naad zal altijd een zwakke plek zijn,aangezien de sterkte van de inslaggarens (dwars)niet over de naad doorloopt naar de garens van hetaanliggende geotextiel. Bovendien beschadigthet naaiproces het geotextiel omdat de naaldenvan de naaimachines doorheen de garens van dezelfkant prikken. De zelfkant is de rand van het

geotextiel, waar de inslagdraden van richting ver-anderen (omkeren). De sterkte van een naad be-draagt slechts een percentage van de dwars-sterkte van het geotextiel.Bij geotextielen van 20 kN/m bedraagt de naad-sterkte circa 80 % van de sterkte van het geotex-tiel, maar met het toenemen van de sterkte neemtde efficiëntie van de naad (als functie van inslag-sterkte van het geotextiel) snel af tot 50 % en minder. De polyester garens van het geotextielzijn bovendien erg glad, waardoor hun onderlingewrijving klein is en een goede naadverbindingextra moeilijk wordt.

TenCate heeft voor de oplossing gezorgd door eengeotextiel te produceren met een speciale zelf-kant van 12 cm breed. Deze zelfkant is uitgevoerdmet een platte en stabiele weefbinding, waardoorhij in elkaar kan plooien met de aangrenzende zelf-kant van de volgende geotextielbaan. Deze typi-sche ‘J-naad’ wordt zes keer parallel doorgestikt(figuur 27). Een naadsterkte van 100 kN/m is hetresultaat, met een inslagsterkte van 250 kN/m.

Texion, partner van TenCate, op de werfDe geotextiel rollen werden op het werk geleverden naast elkaar uitgerold. Specialisten van Texionkwamen de zes parallelle naden stikken. Hun werkwas afhankelijk van de weersomstandigheden (getijden en wind) maar ze bleven steeds beschik-baar 7 dagen op 7, 24 uur op 24. De ploeg vanTexion stond paraat om aan de slag te gaan wanneer de omstandigheden het toelieten, zodravanuit de werf werd opgeroepen om enkele banenaan elkaar te zetten.

Naast het verbinden door het aan elkaar naaienworden ook de lussen nabij de zelfkanten éénper één verbonden met de lussen van het aangren-zende geotextiel. Er wordt op gelet de wiependie dwars liggen, door te laten lopen over de geotextiel naad. De dwarsverbinding tussen tweegeotextielen komt tot stand door een naainaadvan 100 kN/m, lussen en touwtjes, en een over-dracht van krachten door de doorlopende bundelswiepen.

Vanwege de snelle vorderingen op het werk en dekorte levertermijnen voor het geotextiel, diendeeen just-in-time aflevering te worden gewaar-borgd: produceren, controleren, certificeren, afleveren, uitrollen, ballasten tegen opwaaien,aan elkaar confectioneren. Omdat de zinkstukkenverschillende zijn in lengte, diende een logistiekeorganisatie aan de slag met korte beslissingslijnentussen de werf en de fabriek voor het producerenvan de gewenste geotextiel lengtes op rol, eenveelvoud van wat nodig is op het werk, dit om duresnijverliezen te voorkomen.


Sterkte van de lussenDe ingeweven lussen laten toe op het geconfecti-oneerde geotextiel een rooster van rijshout (wie-pen) te bevestigen. Omdat de lussen ingewevenzijn, is er op deze plaats geen onderbreking of dis-continuïteit van het geotextiel. De gronddichtheidblijft gewaarborgd. Aan deze lussen zal stevig ge-trokken worden: zij verbinden het rijshout met hetgeotextiel. Bij hoogwater worden de zinkstukkenvan de zate gesleept. Tijdens dit verslepen overhet beton, de zate is een bestaande betonvloer, enlater over het water, moeten de lussen grotekrachten opvangen. Het oppervlak van de zateoogt vlak, toch is de wrijving groot vanwege het

oppervlak van ca 800 - 1000m2 per zinkstuk. Desleepboot moet minutenlang volle kracht vooruitom het zinkstuk langzaam in beweging te krijgen.

Gronddichtheid en waterdoorlatendheidHoe groter de waterdoorlatendheid, hoe groterook de openingen die de gronddichtheid bepalen.In wezen zijn dit twee tegenstrijdige voorwaar-den. Er dient met andere woorden een guldenmiddenweg gezocht, waarbij de waterdoorlatend-heid voldoende groot is en toch geen deeltjesdoorspoelen. Gezien de heel grote treksterkte iser veel materiaal aanwezig in het geotextiel. Devezels zitten dicht tegen elkaar aangedrukt. Van-

daar de kleine 0 90-waarde van 80 micron.

Certificatie van het geotextielIn België is het een wettelijke verplichting van deaanbestedende 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 werddeze taak toevertrouwd aan Copro. Onder instruc-tie en toezicht van Copro werden proeven uit -gevoerd in de fabriek (figuur 28 en figuur 29) enin een onafhankelijk laboratorium. Pas na goed-keuring mag het geotextiel op transport naarde werf.



Figuur 28 - Beproeving van de treksterkte van het geotextiel in eentrekbank. De verlenging tijdens het opbouwen van de spanning, doorde verplaatsing van de klemmen, wordt gemeten op het geotextiel. Ditgebeurt door lasers, die de twee merktekens volgen (labo TenCate).

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).

Figuur 26 - Het geotextiel Geolon PET 1600/250 met naast mekaar (van linksnaar 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 27 - Specialisten van Texion realiseren de speciale verbindings-naden op het werk: samenkomende zelfkanten strak tegen elkaar leggen, samen omplooien, zes maal parallel doorstikken.

Zetting en consolidatieDe bodemgesteldheid verschilt duidelijk van plaatstot plaats. Ook de zetting zal dus op een anderemanier verlopen. En bijgevolg moeten we zowelrekening houden met de globale situatie als metde differentiële zettingen. De te verwachten globale zetting zal 1,00 à 1,30m bedragen. Aan -gezien de havendammen in verschillende fasenzijn aangelegd, zal de zetting zich grotendeels tijdens de uitvoering voltrekken. Dit wordt ge-compenseerd door naar de verschillende niveaustoe te werken.

Een differentieel zettingsgedrag is geen probleemwat 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 bovenopde westelijk gelegen dam zal bovendien een promenade aangelegd worden. Bij het ontwerp ende uitvoering van de kruin is rekening gehoudenmet het zettingsgedrag van de havendammen.Aan het geotechnisch ontwerp van de westelijkedam is een uitgebreid onderzoek voorafgegaan,zowel on site als in het laboratorium. Het zettings-gedrag, dat aanvankelijk theoretisch is benaderd,is permanent gemonitord. Drie piëzometers zijn

bevestigd aan betonblokken en op locatie van devorige CPT’s aangebracht. Een vierde piëzometeris als referentie op een vaste locatie geplaatst.

De zettingen zijn voortdurend gemeten en verge-leken met de vooraf berekende theoretische waar-den. Zodra de hoogte +3,00 m TAW bedroeg, iseen plaat geïnstalleerd om verdere zettingen temonitoren. Dit proces van nauwkeurig metenheeft uiteindelijk het moment aangegeven waaropde kruin kon worden aangebracht.

Sterkste geotextiel ooitNa een grondig bodemonderzoek en na het deskundig afwegen van alle mogelijke scenario’sis ervoor gekozen om het super geotextiel Geolon® 1600/250 kN/m toe te passen op deslappe ondergrond in de haven van Oostende.Het gebruik van een dergelijk ‘super’ geotextielover een lengte van 350 meter is ongezien in de maritieme engineering. De haven van Oostende isnu klaar om schepen tot 200 meter met openarmen (lees: havendammen) te ontvangen.

Met dank aanDe auteurs willen de ingenieurs van Technum- Tractebel Engineering speciaal bedanken voor hunanalyse met de Plaxissoftware. De technische staf

van het laboratorium van de Afdeling Weg- en Waterbouw van de UGent verdient een woord vandank voor het uitvoeren van de modelproeven.

Referenties– De Rouck J., Van Damme L. Overall Slope Stability of Rubble Mound Breakwaters. Proceed-ings of 25th International Conference on CoastalEngineering, 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. Proceedingsof 25th International Conference on Coastal Engineering, ICCE 1996. ASCE, 1957-1970– Vanneste D. DBO107/88a Design of OostendeHarbour: Numerical Simulation of Wave Propaga-tion. Inside Area Breakwaters. Ghent University,December 2008.– Verhaeghe, H., Van Damme, L., Goemaere, J.,De Rouck, J., Van Alboom, W., 2010. Constructionof two new breakwaters at Ostend leading to an improved harbour access, Proceedings of 32nd International Conference on Coastal Engineering,ICCE 2010. ASCE. �

Tx oostende geokunst

Technology

Transcript of Tx oostende geokunst