19_078_2 WL rapporten
Kanaal Gent-Oostende Renovatie Nieuwekalebrug Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers DEPARTEMENT MOBILITEIT & OPENBARE WERKEN
waterbouwkundiglaboratorium.be
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Verelst, K.; Visser, K.P.; Eloot, K.; Mostaert, F.
Cover figuur © Vlaamse overheid, Departement Mobiliteit en Openbare Werken, Waterbouwkundig Laboratorium Juridische kennisgeving Het Waterbouwkundig Laboratorium is van mening dat de informatie en standpunten in dit rapport onderbouwd worden door de op het moment van schrijven beschikbare gegevens en kennis. De standpunten in deze publicatie zijn deze van het Waterbouwkundig Laboratorium en geven niet noodzakelijk de mening weer van de Vlaamse overheid of één van haar instellingen. Het Waterbouwkundig Laboratorium noch iedere persoon of bedrijf optredend namens het Waterbouwkundig Laboratorium is aansprakelijk voor het gebruik dat gemaakt wordt van de informatie uit dit rapport of voor verlies of schade die eruit voortvloeit. Copyright en wijze van citeren © Vlaamse overheid, Departement Mobiliteit en Openbare Werken, Waterbouwkundig Laboratorium 2020 D/2020/3241/189 Deze publicatie dient als volgt geciteerd te worden: Verelst, K.; Visser, K.P.; Eloot, K.; Mostaert, F. (2020). Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug: Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers. Versie 5.0. WL Rapporten, 19_078_2. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen. Overname uit en verwijzingen naar deze publicatie worden aangemoedigd, mits correcte bronvermelding. Documentidentificatie Opdrachtgever: Keywords (3-5): Kennisdomeinen: Tekst (p.): Vertrouwelijk:
De Vlaamse Waterweg nv regio West Ref.: WL2020R19_078_2 Nieuwekalebrug, Gent, renovation, erosion protection Waterbouwkundige constructies > Dijken, oevers en andere waterkeringen > Erosiebescherming > Literatuur- en desktoponderzoek 26 Bijlagen (p.): / ܈Nee ܈Online beschikbaar
Auteur(s):
Verelst, K.
Controle Naam Revisor(en):
Projectleider:
Visser, K.P.
Eloot, K.
Handtekening Getekend door: Klaas Visser (Signature) Getekend op: 2020-09-22 10:08:06 +01:00 Reden: Ik keur dit document goed
Getekend door: Katrien Eloot (Signature) Getekend op: 2020-09-18 09:48:19 +01:00 Reden: Ik keur dit document goed
Goedkeuring Afdelingshoofd:
F-WL-PP10-1 Versie 7 Geldig vanaf 03/01/2017
Mostaert, F.
Getekend door: Frank Mostaert (Signature) Getekend op: 2020-09-18 11:12:46 +01:00 Reden: Ik keur dit document goed
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Abstract Voor de renovatiewerken aan de Nieuwekalebrug W16 over de Ringvaart, vlakbij het kruispunt Ringvaart Gent en Kanaal Gent-Oostende zal er onder de brug een stelling gebouwd moeten worden. De renovatiewerken aan de brug zouden in twee fasen uitgevoerd worden zodat telkens de helft van de doorvaartbreedte beschikbaar blijft voor één schip CEMT klasse Va. Door de Vlaamse Waterweg nv regio West werd aan het WL reeds nautisch advies gevraagd om te onderzoeken of het beschikbaar zijn van de halve doorvaartbreedte voor een schip CEMT klasse Va een probleem vormt om zowel naar de sluis te Evergem te varen, als komende van de sluis te Evergem richting Kanaal Gent-Oostende of de Ringvaart te varen. Gedurende de twee tijdelijke fasen bij de renovatie van de brug zullen de schepen echter dichter tegen de bestaande oevers varen dan nu het geval is. Om die reden vraagt De Vlaamse Waterweg nv regio West aan WL advies in verband met de stabiliteit van de oevers van de Ringvaart juist onder de Nieuwekalebrug en van deze van het volledige kruispunt tussen de Ringvaart en het Kanaal Gent-Oostende. Voor de bepaling van de stabiliteit van de oevers van het kruispunt tussen de Ringvaart en het Kanaal GentOostende zijn de hydraulische belastingen op de bodem bepaald voor twee karakteristieke types oevers langs dit kruispunt, namelijk de oever in het zuidelijk gedeelte van het kruispunt tussen kanaal GentOostende en de Ringvaart en de linkeroever van het kanaal tussen de Nieuwekalebrug en de toegangsgeul naar de sluis van Evergem. De oevers van de toegangsgeul naar de sluis van Evergem worden niet beschouwd, aangezien deze voorzien zijn van voldoende oeverbescherming. Voor de bepaling van de hydraulische belasting op de bodem zijn enkel de stroming ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef van scheepvaart beschouwd, aangezien deze belastingen algemeen maatgevend zijn indien schepen dichtbij de oever varen. De oever in het zuidelijk gedeelte van het kruispunt tussen kanaal Gent-Oostende en de Ringvaart is zowel belast door stroming ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef. De berekende stroomsnelheden aan de bodem op deze oever ten gevolge van deze belastingen zijn beduidend hoger dan de toelaatbare stroomsnelheden voor breuksteen. Om erosie van de oevertaluds tegen te gaan dient de breuksteen daarom gepenetreerd te worden met colloïdaal beton. Wanneer gekozen zou worden voor een oeverbekleding bestaande uit schanskorven zouden zeer grote diktes van schanskorven nodig zijn. De oeverbescherming dient aangebracht worden in het gedeelte van de oever tussen de bodem, i.e. het peil +2.01 mTAW na uitbaggeren van de bodem of een lager peil indien dit lagere bodempeil op dit ogenblik al aanwezig is, en de waterlijn of tot het horizontaal gedeelte juist onder de waterlijn van het grondmassief naast de betonnen damplanken. Voor de linkeroever tussen de Nieuwekalebrug en de toegangsgeul naar de sluis van Evergem is enkel de stroming ten gevolge van de boegschroef van belang. Om te weerstaan aan de stroomsnelheden aan de bodem ten gevolge van deze belasting is in dit gedeelte geen bijkomende oeverbescherming nodig. Aan de hand van de resultaten voor de maatgevende hydraulische belastingen is ook een inschatting gemaakt van de oeverbekleding aan rechteroever van het kanaal Gent-Oostende. Deze oever heeft een steilere helling dan de linkeroever tussen de Nieuwekalebrug en de toegangsgeul naar de sluis van Evergem. Deze steilere helling is nadeliger voor de stabiliteit van de oever, waardoor een iets groter breuksteensortering nodig is. Bijgevolg volstaat een oeverbekleding uit breuksteen met dezelfde sortering als bij de oever in het zuidelijk gedeelte van het kruispunt tussen kanaal Gent-Oostende en de Ringvaart om te weerstaan aan de daar optredende hydraulische belastingen. Als alternatief kan ook een oeverbekleding uit schanskorven beschouwd worden. De berekende dikte van de schanskorven voor deze oever is beduidend kleiner is dan de gebruikelijke schanskorfdiktes van 0.30 m à 0.50 m.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
III
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Inhoudstafel Abstract ............................................................................................................................................................ III Inhoudstafel...................................................................................................................................................... IV Lijst van de tabellen ........................................................................................................................................... V Lijst van de figuren ........................................................................................................................................... VI 1
Inleiding ..................................................................................................................................................... 1
2
Gegevens ................................................................................................................................................... 2
3
2.1
Fasering werken Nieuwekalebrug ..................................................................................................... 2
2.2
Oeverprofielen................................................................................................................................... 4
2.3
Scheepvaart ....................................................................................................................................... 6
2.4
Waterstanden .................................................................................................................................... 7
Bepaling stabiliteit oevers ......................................................................................................................... 8 3.1
Algemeen ........................................................................................................................................... 8
3.2
Stabiliteit oever met typeprofiel 27 ................................................................................................ 11
3.3
Stabiliteit oever met typeprofiel 17 ................................................................................................ 20
4
Conclusie.................................................................................................................................................. 23
5
Referenties .............................................................................................................................................. 26
IV
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Lijst van de tabellen Tabel 1 – Afmetingen schip CEMT klasse Va en schip CEMT-klasse Va+........................................................... 7 Tabel 2 – Karakteristieken hoofdschroef en boegschroef voor een schip CEMT klasse Va en een schip CEMT klasse Va+. ......................................................................................................................................................... 7 Tabel 3 – Berekening stroomsnelheid aan bodem ten gevolge van hoofdschroef bij oever met typeprofiel 27 voor schip CEMT klasse Va en schip CEMT klasse Va+ .................................................................................... 14 Tabel 4 – Berekening stroomsnelheid aan bodem ten gevolge van boegschroef bij oever met typeprofiel 27 voor schip CEMT klasse Va en schip CEMT klasse Va+ .................................................................................... 15 Tabel 5 – Breuksteensortering vòòr grouting.................................................................................................. 17 Tabel 6 – Resultaat bepaling dikte schanskorven voor oever met typeprofiel 27 .......................................... 19 Tabel 7 – Berekening stroomsnelheid aan bodem ten gevolge van boegschroef bij oever met typeprofiel 17 voor schip CEMT klasse Va en schip CEMT klasse Va+ .................................................................................... 21 Tabel 8 – Resultaat bepaling dikte schanskorven voor oever met typeprofiel 18 .......................................... 22
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
V
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Lijst van de figuren Figuur 1 – Kruispunt Kanaal Gent-Oostende en Ringvaart Gent. ...................................................................... 1 Figuur 2 – Fase 1 uitvoering werken rechteroever ........................................................................................... 2 Figuur 3 – Fase 2 uitvoering werken linkeroever .............................................................................................. 3 Figuur 4 – Zone waarin gebaggerd wordt tot bodempeil +2.01 mTAW. ........................................................... 4 Figuur 5 – Typeprofielen 5 (boven), 6 (midden) en 17 (onder) ......................................................................... 5 Figuur 6 – Typeprofielen 18 (boven) en 27 (onder) .......................................................................................... 6 Figuur 7 – Cases voor bepaling stabiliteit oevers bij renovatie van het brugdeel aan rechteroever................ 9 Figuur 8 – Afbakening te baggeren zone ......................................................................................................... 10 Figuur 9 – Principeschets bepaling stroomsnelheden aan de bodem ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef voor oever met typeprofiel 27 .................................................................................................. 11 Figuur 10 – Principeschets bepaling stroomsnelheden aan de bodem ten gevolge van boegschroef voor oever met typeprofiel 17 ................................................................................................................................. 20 Figuur 11 – Cases voor bepaling stabiliteit oevers bij renovatie van het brugdeel aan linkeroever .............. 24
VI
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
1 Inleiding Voor de renovatiewerken aan de Nieuwekalebrug W16 over de Ringvaart, vlakbij het kruispunt RingvaartGent en Kanaal Gent-Oostende (Figuur 1), zal er onder de brug een stelling gebouwd moeten worden. De renovatiewerken aan de brug zouden in twee fasen uitgevoerd worden zodat telkens de helft van de doorvaartbreedte beschikbaar blijft voor één schip CEMT klasse Va. Figuur 1 – Kruispunt Kanaal Gent-Oostende en Ringvaart Gent.
Door de Vlaamse Waterweg nv regio West werd aan het Waterbouwkundig Laboratorium (WL) reeds nautisch advies gevraagd om te onderzoeken of het beschikbaar zijn van de halve doorvaartbreedte voor een schip CEMT klasse Va een probleem vormt om zowel naar de sluis te Evergem te varen, als komende van de sluis te Evergem richting Kanaal Gent-Oostende of de Ringvaart te varen. Dit nautisch advies is beschreven in Eloot et al. (2019). Gedurende de twee tijdelijke fasen bij de renovatie van de brug zullen de schepen echter dichter tegen de bestaande oevers varen dan nu het geval is. Om die reden vraagt de Vlaamse Waterweg nv regio West (contactpersoon: Caroline Bytebier) aan WL advies in verband met de stabiliteit van de oevers. Hierbij worden niet enkel de oevers van de Ringvaart beschouwd juist onder de Nieuwekalebrug, maar ook de oevers van het volledige kruispunt tussen de Ringvaart en het Kanaal Gent-Oostende. Hoofdstuk 2 van dit rapport beschrijft de gebruikte gegevens. De bepaling van de stabiliteit van de oevers wordt beschreven in hoofdstuk 3. Hoofdstuk 4 bevat de conclusies.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
1
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
2 Gegevens 2.1 Fasering werken Nieuwekalebrug De werken aan de Nieuwekalebrug zullen uitgevoerd worden in twee fasen. In een eerste fase wordt een stelling geplaatst onderaan het gedeelte van de brug aan rechteroever. Tijdens deze fase is scheepvaart enkel mogelijk in het gedeelte van de Ringvaart aan linkeroever (zie Figuur 2). In een tweede fase wordt de stelling geplaatst onderaan het gedeelte van de brug aan linkeroever. Tijdens deze fase is scheepvaart enkel mogelijk in het gedeelte van de Ringvaart aan rechteroever (zie Figuur 3). De streeplijnen in beide figuren geven de mogelijke posities van een schip met lengte 110 m (schip CEMT-klasse Va) en een schip met lengte 135 m (schip CEMT klasse Va+) weer bij doorvaart door het op dat ogenblik beschikbare gedeelte van de brug. Na overleg met de nautische collega’s van WL is gebleken dat de werkelijke vaarpositie onder de brug zelf in fase 1 uit Figuur 2 iets meer noordelijker zal zijn. De schepen zullen vermoedelijk in het midden varen van de zone tussen de blauwe streeplijn uit Figuur 4, dewelke juist naast de pijler gelegen is, en het afgesloten gedeelte van de brug. Deze positie wordt ook voor de bepaling van de stabiliteit van de oevers in hoofdstuk 3 beschouwd. Figuur 2 – Fase 1 uitvoering werken rechteroever (De Vlaamse Waterweg nv Afdeling Bovenschelde, 2019a)
2
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers Figuur 3 – Fase 2 uitvoering werken linkeroever (De Vlaamse Waterweg nv Afdeling Bovenschelde, 2019b)
De bathymetrie in Figuur 2 en Figuur 3 betreft een peiling uitgevoerd op 08/05/2019. In deze figuren is ter plaatse van het kruispunt een driehoekige zone met sedimentatie aanwezig tot op het peil +3.85 mTAW. Om de toegankelijkheid van het kruispunt te garanderen en om ervoor te zorgen dat de schepen tijdens de werken van of naar de sluis van Evergem kunnen varen zal het volledige kruispunt gebaggerd worden tot een gegarandeerde diepgang van 2.8 m. Hiervoor zal tot het bodempeil +2.01 mTAW gebaggerd worden, i.e. een waterdiepte van 3.6 m ten opzichte van het streefpeil +5.61 mTAW. De zone waarin gebaggerd wordt is in Figuur 4 afgebakend door middel van de blauwe streeplijn. In deze figuur is ook de afstand tussen deze blauwe streeplijn en de betonnen kesp van de damplanken van de oevers aangeduid.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
3
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers Figuur 4 – Zone waarin gebaggerd wordt tot bodempeil +2.01 mTAW.
2.2 Oeverprofielen In Figuur 4 in vorige paragraaf is voor elke oever van het kruispunt tussen Ringvaart Gent en het Kanaal Gent-Oostende de locatie van het type oeverprofiel aangegeven. Figuur 5 en Figuur 6 geven een voorstelling van de typeprofielen 5, 6, 17, 18 en 27, dewelke op het kruispunt aanwezig zijn. Deze typeprofielen zijn overgenomen uit De Vlaamse Waterweg nv. Afdeling Bovenschelde (2011). In de vorige paragraaf is vermeld dat voorafgaand aan de uitvoering van de renovatie van de brug het volledige kruispunt gebaggerd gaat worden tot een bodempeil +2.01 mTAW. Dit bodempeil is in de profielen (benaderend) weergegeven door middel van een rode lijn. Uit Figuur 5 en Figuur 6 volgt dat de oevers van het kruispunt tussen het Kanaal Gent-Oostende en de Ringvaart voornamelijk zijn opgebouwd uit een betonnen damplank met betonnen kesp. Deze damplank is aangebracht tot een diepte van +1.50 mTAW à +1.60 mTAW. Aan rechteroever van de toegangsgeul naar de sluis van Evergem zijn stalen damplanken aanwezig tot een diepte van -3.00 mTAW. Aan linkeroever zijn houten perkoenpalen aanwezig tot een diepte van +1.11 mTAW. Aan kanaalzijde van deze damplanken is een grondmassief aanwezig. Ter plaatse van profielen 5, 17 en 27 heeft dit grondmassief een helling 12/4. Ter plaatse van profiel 18 is de helling niet vermeld, maar is deze beduidend steiler dan 12/4, vermoedelijk 8/4 of 6/4. In de ontwerpplannen begint de helling van dit grondmassief op de theoretische aanlegdiepte van +1.11 mTAW van het kanaal Gent-Oostende en de Ringvaart en eindigt de helling bij profiel 5 en profiel 18 op +4.61 mTAW en bij profiel 27 op +4.86 mTAW. Dit is ca. 1.0 m lager dan het streefpeil van +5.61 mTAW. Ter plaatse van profiel 17 aan linkeroever van de toegangsgeul naar de sluis van Evergem loopt deze helling door tot boven streefpeil van +5.61 mTAW. Uit overleg met de opdrachtgever volgt dat het grondmassief aan kanaalzijde van de betonnen damplanken vermoedelijk niet voorzien is van een enige erosiebescherming. Enkel bij profiel 17, aan linkeroever van de toegangsgeul naar de sluis van Evergem, is een oeverbescherming uit gezette breuksteen aanwezig, die begint op het peil +4.11 mTAW en die zich uitstrekt tot boven de waterlijn.
4
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers Figuur 5 – Typeprofielen 5 (boven), 6 (midden) en 17 (onder)
Bron: De Vlaamse Waterweg nv. Afdeling Bovenschelde (2011)
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
5
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers Figuur 6 – Typeprofielen 18 (boven) en 27 (onder)
Bron: De Vlaamse Waterweg nv. Afdeling Bovenschelde (2011)
2.3 Scheepvaart Op dit ogenblik is de Ringvaart en het kanaal Gent-Oostende geschikt voor scheepvaart CEMT klasse Va met een maximale diepgang van 2.8 m. Daarnaast kan ook een verlengd schip CEMT Va+ gebruik maken van het de Ringvaart en het kanaal Gent-Oostende. Tabel 1 geeft een overzicht van de toegepaste afmetingen van deze schepen. Hierbij wordt opgemerkt dat op basis van het nautisch advies mogelijk scheepvaart CEMT klasse Va+ tijdens de werken niet toegelaten kan worden tot het kruispunt. Voor de bepaling van de stabiliteit van de oevers in dit rapport worden de resultaten van de berekeningen telkens voor beide scheepstypes vermeld. Op deze wijze is het mogelijk de invloed van het niet beschouwen van het scheepstype CEMT klasse Va+ na te gaan.
6
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers Tabel 1 – Afmetingen schip CEMT klasse Va en schip CEMT-klasse Va+.
CEMT-klasse Lengte Breedte Diepgang (geladen)
Va 110.0 m 11.4 m 2.8 m
Va+ 135.0 m 11.4 m 2.8 m
Tabel 2 geeft voor de schepen CEMT klasse Va en CEMT klasse Va+ een overzicht van de toegepaste karakteristieken van hoofdschroef en boegschroef. De vermogens van hoofdschroef en boegschroef zijn bepaald op basis van de waarden vermeld in ten Hove (2010) en Geerts et al. (2011). In ten Hove (2010) wordt de verdeling van de vermogens beschreven van de Nederlandse vloot. In Tabel 2 worden zowel de 50 %- als de 90 %-percentiel van het geïnstalleerde motorvermogen voor de hoofdschroef vermeld. Voor de bepaling van de hydraulische belastingen ten gevolge van de hoofdschroef wordt de 90 % - percentielwaarde voor dit vermogen toegepast. Voor de boegschroef van deze beide schepen wordt hetzelfde aantal schroeven en motorvermogen beschouwd als toegepast bij de dimensionering van de bodembescherming voor de nieuwe sluis te Sint-Baafs-Vijve (Verelst et al., 2016). Bij de in Tabel 2 vermelde waarden moet opgemerkt worden dat de onderzijde van zowel de hoofdschroef als de boegschroef wordt verondersteld samen te vallen met de kiel van het schip. Dit is een conservatieve benadering, aangezien in werkelijkheid de hoofdschroef en de boegschroef zich op een kleine afstand boven de kiel van het schip bevinden. Uit overleg met de nautische collega’s van WL volgt dat de toegepaste motorvermogens voor de boegschroef een bovengrens betreffen voor de geïnstalleerde vermogens bij schepen van dit type. Om de invloed van een kleiner geïnstalleerd vermogen na te gaan zal bij de bepaling van de stabiliteit van de oevers bij wijze van gevoeligheidsanalyse ook de helft van het totaal motorvermogen van de boegschroef beschouwd worden. Tabel 2 – Karakteristieken hoofdschroef en boegschroef voor een schip CEMT klasse Va en een schip CEMT klasse Va+.
CEMT-klasse Hoofdschroef
Boegschroef
Aantal schroeven Motorvermogen 50% - percentiel Motorvermogen 90% - percentiel Diameter schroef Aantal schroeven Totaal motorvermogen boegschroef Diameter schroef
Va 1 1300 kW 1800 kW 2.00 m 1 450 kW 1.20 m
Va+ 2 1800 kW 2200 kW 2.00 m 2 840 kW 1.20 m
2.4 Waterstanden De Ringvaart en het Kanaal Gent-Oostende maken deel uit van het Groot Pand rond Gent. Het streefpeil voor het Groot Pand rond Gent bedraagt +5.61 mTAW. Deze waterstand wordt beschouwd voor het inschatten van de stabiliteit van de oevers van de Ringvaart en het Kanaal Gent-Oostende.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
7
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
3 Bepaling stabiliteit oevers 3.1 Algemeen Voor de beide fasen van de renovatie van de Nieuwekalebrug tonen Figuur 2 en Figuur 3 (zie paragraaf 2.1) de mogelijke posities die een schip CEMT klasse Va of CEMT klasse Va+ kan innemen bij doorvaart onder het op dat ogenblik beschikbare gedeelte van de brug. Uit deze figuren volgt dat de schepen gedurende de werken aan de brug beduidend dichter tegen de oever varen dan nu het geval is. Hierdoor kan de stabiliteit van de oevers, in het bijzonder de stabiliteit van het grondlichaam aan kanaalzijde van de betonnen damplanken in het gedrang komen. Beduidende erosie van dit grondlichaam kan mogelijk de stabiliteit van de betonnen damplanken beïnvloeden. Om die reden wordt in dit hoofdstuk een eerste inschatting gemaakt van de erosiegevoeligheid van de oevers van het kruispunt van de Ringvaart en het kanaal GentOostende. Voor de bepaling van de stabiliteit van de oevers dient eerst de hydraulische belasting op deze oevers bepaald te worden. Algemeen kunnen volgende hydraulische belastingen op de oevers optreden: •
Stroming ten gevolge van afvoer van water,
•
Golfaanval op de oevers ten gevolge van voorbijvarende schepen en wind,
•
Retourstroming ten gevolge van scheepvaart,
•
Stroming ten gevolge van de hoofdschroef van schepen,
•
Stroming ten gevolge van de boegschroef van schepen.
Zoals hierboven reeds vermeld, varen de schepen tijdens de renovatie van de brug beduidend dichter tegen de oever dan nu het geval is. Om die reden worden voor de bepaling van de erosiegevoeligheid van de oevers enkel de situaties beschouwd waarbij het schip dicht bij de oever vaart. In deze situaties zijn de stroomsnelheden aan de bodem ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef van scheepvaart maatgevend ten opzichte van de overige hydraulische belastingen. Bijgevolg worden in dit rapport enkel stroming ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef beschouwd voor de bepaling van de erosiegevoeligheid van de oevers. In dit hoofdstuk wordt de bepaling van de maatgevende hydraulische belastingen en de inschatting van de erosiegevoeligheid van de oevers uitgevoerd voor enkele typerende profielen. De typerende profielen zijn afgeleid op basis van Figuur 7 voor de renovatie van het brugdeel aan rechteroever, waarin een aantal bepalende posities van een schip zijn aangeduid met een blauwe, rode en groene rechthoek. Op basis van deze posities zijn volgende maatgevende hydraulische belastingen en maatgevende oeverprofielen beschouwd: • •
•
De stroming ten gevolge van de hoofdschroef voor de linkeroever van het kanaal Gent-Oostende. Deze oever, gekarakteriseerd door typeprofiel 27, is in de figuur aangeduid met de rode puntlijn. De stroming ten gevolge van de boegschroef aan linkeroever van de toegangsgeul naar de sluis van Evergem. Deze oever, gekarakteriseerd door typeprofiel 17, is in de figuur aangeduid met de blauwe puntlijn. De stroming ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef aan rechteroever van de Ringvaart. Deze oever, gekarakteriseerd door typeprofiel 27, is in de figuur aangeduid met de groene puntlijn.
Hierbij wordt het volgende opgemerkt: •
8
De typerende profielen zijn afgeleid op basis van Figuur 7 voor de renovatie van het brugdeel aan rechteroever. Indien de fase van de renovatie van het brugdeel aan linkeroever beschouwd zou worden, geldt een analoge redenering voor de bepaling van de maatgevende belastingen op de
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
•
oever aan de linkeroever van het kanaal Gent-Oostende (aangeduid met rode puntlijn) en deze op de oever aan rechteroever van de Ringvaart (aangeduid met groene puntlijn). Hieruit volgen voor deze beide oevers dezelfde maatgevende hydraulische belastingen. Bij het beschouwen van de fase van de renovatie van het brugdeel aan linkeroever varen schepen in het midden van de vaargeul voorbij de oever met typeprofiel 18 aan rechteroever van het kanaal Gent-Oostende en wordt het zwaaimanoeuver uitgevoerd ter plaatse van het midden van de toegangsgeul naar de sluis van Evergem. De oever met typeprofiel 18 aan rechteroever van het kanaal Gent-Oostende wordt hierbij niet extra belast ten gevolge van het gebruik van de boegschroef. Buiten de beschouwde oevers met typeprofiel 27 dienen voor de fase van de renovatie van het brugdeel aan linkeroever dus geen bijkomende oevers beschouwd te worden. De oevers van de toegangsgeul naar de sluis van Evergem worden niet beschouwd, aangezien deze voorzien zijn van voldoende oeverbescherming. Aan linkeroever van de toegangsgeul is een aanlegsteiger aanwezig. De bodem en oevers ter plaatse van deze aanlegsteiger zijn voorzien van een breusteenbekleding (met dikte 0.30 m). Aan rechteroever is ter plaatse van typedwarsprofiel 6 een oeverbescherming uit beton aanwezig en meer in de richting van de sluis van Evergem een verticale oever uit damplanken, dewelke tot en diepte -7.00 mTAW of -8.00 mTAW zijn aangebracht.
Hieruit volgt dat enkel de oevers met typeprofiel 17 en deze met typeprofiel 27 beschouwd worden. Voor deze beide oeverprofielen wordt de bepaling van de stabiliteit van de oevers beschreven in paragraaf 3.2 (oever met typeprofiel 27) en paragraaf 3.3 (oever met typeprofiel 17). Op vraag van de opdrachtgever zijn in deze paragrafen de resultaten voor de oevers met deze typeprofielen ook toegepast op een aantal andere oevers van het kruispunt met gelijkaardige opbouw of gelijkaardige hydraulische belastingen. Figuur 7 – Cases voor bepaling stabiliteit oevers bij renovatie van het brugdeel aan rechteroever.
Blauwe, groene en rode streeplijn: positie schip voor definitie cases; rode puntlijn: oever hoofdzakelijk belast door stroming hoofdschroef schip; blauwe puntlijn: oever hoofdzakelijk belast door stroming boegschroef schip; groene puntlijn: oever hoofdzakelijk belast door stroming hoofdschroef en boegschroef schip.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
9
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Figuur 8 toont de afbakening van de te baggeren zone door middel van een paarse lijn. De versteviging van de oevers ter plaatse van het kruispunt van het Kanaal Gent-Oostende met de Ringvaart in deze studie worden voorgesteld omdat schepen tijdens de beide fasen van de renovatie van de Nieuwekalebrug dichter tegen de oever zullen varen dan gebruikelijk is. Zowel in het kanaal Gent-Oostende, in de Ringvaart als in de toegangsgeul naar de sluis van Evergem is de grens van de baggerzone gelegen op een locatie waar schepen ongeveer in het midden van de vaargeul varen. Voorbij deze grens is bijgevolg geen bijkomende versteviging van de oever meer nodig. Figuur 8 – Afbakening te baggeren zone (in paars)
Bron: De Vlaamse Waterweg nv. Afdeling Bovenschelde (2020)
10
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
3.2 Stabiliteit oever met typeprofiel 27 Uit paragraaf 3.1 volgt dat de oever met typeprofiel 27 zowel belast wordt door de hoofdschroef als door de boegschroef van het schip. Voor het bepalen van de stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van deze hydraulische belastingen geeft Figuur 9 een principeschets waarop de ligging van het schip afgebeeld is samen met de definitie van de verschillende afstanden die in de hieronder beschreven formuleringen zijn toegepast. Figuur 9 – Principeschets bepaling stroomsnelheden aan de bodem ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef voor oever met typeprofiel 27
Opmerking: figuur geeft een voorstelling voor de hoofdschroef. Voor de boegschroef geldt een analoge redenering.
Volgens de formuleringen in “Ontwerp van schutsluizenâ€? (Beem et al., 2000) en de Rock Manual (CIRIA; CUR, 2007) wordt de stroomsnelheid juist achter een schroef gegeven door volgende formule: 1ďż˝ 3
đ?‘ƒđ?‘ƒđ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ â„Žđ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;,â„Ž đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘? = 1.15 ďż˝ ďż˝ đ?œŒđ?œŒđ?‘¤đ?‘¤ đ??ˇđ??ˇ02
met:
-
up; vp
-
Pschroef,h; Pschroef,b Ď w D0
-
Dp Îś
Definitieve versie
đ?‘Łđ?‘Łđ?‘?đ?‘? = đ?œ đ?œ 1.15 ďż˝
đ?‘ƒđ?‘ƒđ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ â„Žđ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;,đ?‘?đ?‘? đ?œŒđ?œŒđ?‘¤đ?‘¤ đ??ˇđ??ˇ02
ďż˝
1ďż˝ 3
Stroomsnelheid juist achter de hoofdschroef, respectievelijk [m/s] boegschroef Vermogen geleverd door de hoofdschroef, respectievelijk boegschroef [W] Dichtheid water (= 1000 kg/mÂł) [kg/mÂł] Effectieve diameter van de schroef [m] đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†â„Žđ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x; đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§đ?‘§ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ 0.7 đ??ˇđ??ˇđ?‘?đ?‘? 1.0 đ??ˇđ??ˇ đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†â„Žđ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x; đ?‘–đ?‘–đ?‘–đ?‘– đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ??ˇđ??ˇ0 = ďż˝ đ?‘?đ?‘? đ?‘†đ?‘†đ?‘†đ?‘†â„Žđ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘&#x;/đ?‘ đ?‘ đ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ąđ?‘Ą 0.85 đ??ˇđ??ˇđ?‘?đ?‘? Echte diameter van de schroef [m] Energieverliesfactor boegschroef (= 0.9 voor kanalensystemen met uitstroming langs de zijkant) [-]
WL2020R19_078_2
11
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Voor gehelde kaaimuren of oevers vermeldt het PIANC rapport 180 (MarCom Working Group 180, 2015) volgende formulering voor de bepaling van de afstand tussen de boegschroef en de kaaimuur waar zich de maximale stroomsnelheid voordoet: đ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ 2 = đ??žđ??ž ��1 + − 1ďż˝ đ??żđ??ż đ??žđ??ž met: -
xVmax
-
L
-
K a b Îą
đ?‘?đ?‘? đ?‘Žđ?‘Ž (đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? (đ?›źđ?›ź))2
đ??žđ??ž =
X-coĂśrdinaat van de locatie op de helling waar de maximale stroomsnelheid aan de bodem zich voordoet. Afstand langs as van jet tussen helling en de uitstroomopening van de hoofdschroef, respectievelijk boegschroef Parameter Parameter (= 1) Parameter (= 15.4) Taludhelling
[m] [m] [-] [-] [-] [°]
Met behulp van deze waarde van xVmax wordt de stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de hoofdschroef, respectievelijk de boegschroef berekend aan de hand van volgende formulering voor de stroomsnelheid ten gevolge van een jet met vrije uitstroming: đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? = đ??´đ??´ đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘? ďż˝ met: -
ubp,vbp
-
up,vb
-
D0 xVmax
-
r
-
L
-
Îą
đ?‘Łđ?‘Łđ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?
đ??ˇđ??ˇ0
ďż˝ exp (−15.4
đ?‘&#x;đ?‘&#x; 2
) 2 đ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ đ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ đ?‘&#x;đ?‘&#x; 2 đ??ˇđ??ˇ0 ďż˝ exp (−15.4 2 = đ??´đ??´ đ?‘Łđ?‘Łđ?‘?đ?‘? ďż˝ ) đ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰ đ?‘Ľđ?‘Ľđ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰đ?‘‰
Maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de hoofdschroef, respectievelijk boegschroef Stroomsnelheid uittredende straal hoofdschroef, respectievelijk boegschroef Effectieve diameter van de schroef X-coĂśrdinaat van de locatie op de helling waar de maximale stroomsnelheid aan de bodem zich voordoet. Afstand tussen as van jet en locatie op de helling waar de maximale stroomsnelheid aan de bodem zich voordoet (= (L-xvmax) tg (Îą)) Afstand langs as van jet tussen helling en de uitstroomopening van de schroef Taludhelling
[m/s] [m/s] [m] [m] [m] [m] [°]
Voor twee schroeven vermeldt het PIANC rapport 180 (MarCom Working Group 180, 2015), verwijzend naar Blokland (1997) volgende formulering: đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? = đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? √2
đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? = đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? ďż˝2 đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? = đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘?
12
â„Žđ?‘?đ?‘? ďż˝ đ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘?đ?‘?
â„Žđ?‘?đ?‘? >1 đ?‘Śđ?‘Śđ?‘?đ?‘? â„Žđ?‘?đ?‘? 0.578 < <1 đ?‘Śđ?‘Śđ?‘?đ?‘? â„Žđ?‘?đ?‘? 0.578 < đ?‘Śđ?‘Śđ?‘?đ?‘?
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
met: -
ubpn
-
ubp
-
hp yp ap
-
rp
Maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de hoofdschroef voor meerdere schroeven Maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de hoofdschroef Afstand tussen as van de schroef en de bodem Afstand tussen de as van de schroef en de as van het schip (= ap/2) Afstand tussen de as van de twee schroeven �ℎđ?‘?đ?‘?2 + đ?‘Śđ?‘Śđ?‘?đ?‘?2
[m/s] [m/s] [m] [m] [m] [m]
Bij deze laatste formulering wordt het volgende opgemerkt: • •
Voor boegschroeven dient in de bovenstaande formulering de stroomsnelheid u vervangen te worden door v. De afstand hp betreft dan de afstand tussen de as van de boegschroef en de bodem en de afstand yp betreft dan de helft van de afstand tussen de assen van de twee boegschroeven. Deze formulering geldt eigenlijk voor de maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef bij een vlakke bodem. In dit rapport wordt deze formulering analoog toegepast voor een gehelde bodem, waarbij voor hp de afstand tussen de schroef en de bodem wordt beschouwd en niet de afstand r tussen de as van de jet en de locatie op de helling waar de maximale stroomsnelheid zich voordoet.
Aan de hand van deze formuleringen wordt zowel voor het schip CEMT klasse Va, als voor het schip CEMT klasse Va+ de maximale waarde van de stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van hoofdschroef en boegschroef berekend. Hierbij wordt het volgende opgemerkt: • •
•
Voor beide scheepstypes wordt voor de hoofdschroef een schroef zonder straalbuis verondersteld en voor de boegschroef een schroef in een straalbuis. Bij aanmeren aan een kaaimuur beveelt het PIANC rapport 180 (MarCom Working Group 180, 2015) aan om voor binnenvaartschepen 50 Ă 100 % van het geĂŻnstalleerd vermogen van de hoofdschroef toe te passen. Bij manoeuvreren op het kruispunt tussen Ringvaart en kanaal GentOostende zal vermoedelijk niet 100 % van het vermogen van de hoofdschroef toegepast worden. Om die reden wordt de bepaling van de stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de hoofdschroef zowel 50 % als 75 % van het geĂŻnstalleerd vermogen toegepast. Voor de boegschroef wordt 100 % van het geĂŻnstalleerd vermogen toegepast. Zoals vermeld in paragraaf 2.3 wordt voor de boegschroef het toegepast vermogen uit Tabel 2 beschouwd en bij wijze van gevoeligheidsanalyse ook de helft van dit toegepast vermogen.
Voor deze beide scheepstypes geeft Tabel 3, respectievelijk Tabel 4 de berekening van de stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de hoofdschroef, respectievelijk boegschroef.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
13
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers Tabel 3 – Berekening stroomsnelheid aan bodem ten gevolge van hoofdschroef bij oever met typeprofiel 27 voor schip CEMT klasse Va en schip CEMT klasse Va+
Symbool Eenheid Geïnstalleerd motorvermogen
Pmotor
CEMT klasse Va
CEMT klasse Va+
kW
1800
1800
2200
2200
%
50
75
50
75
n
-
1
1
2
2
Pschroef
kW
900
1350
550
825
Echte diameter schroef
D0
m
2.0
2.0
2.0
2.0
Effectieve diameter van de schroef
Dp
m
1.4
1.4
1.4
1.4
Stroomsnelheid juist achter de schroef
up
m/s
8.87
10.16
7.53
8.62
Waterpeil
H
mTAW
5.61
5.61
5.61
5.61
Bodempeil
Z
mTAW
2.01
2.01
2.01
2.01
Diepgang schip
T
m
2.8
2.8
2.8
2.8
Horizontale afstand van de as van de schroef tot helling
L
m
5.4
5.4
5.4
5.4
Parameter
a
-
1
1
1
1
Parameter
b
-
15.4
15.4
15.4
15.4
Taludhelling
α
°
18
18
18
18
Parameter
K
-
1.71
1.71
1.71
1.71
xvmax
m
4.37
4.37
4.37
4.37
Verticale afstand van de as van de schroef tot plaats met maximale stroomsnelheid aan bodem
r
m
0.34
0.34
0.34
0.34
Maximale stroomsnelheid boven de bodem voor 1 hoofdschroef
ubp
m/s
5.04
5.77
4.28
4.90
Afstand tussen as van schroef en bodem
hp
m
n.v.t.
n.v.t.
1.8
1.8
Halve afstand tussen as van beide schroeven
yp
m
n.v.t.
n.v.t.
2.85
2.85
hp/yp
-
n.v.t.
n.v.t.
0.63
0.63
rp
m
n.v.t.
n.v.t.
3.37
3.37
ubpn
m/s
n.v.t.
n.v.t.
4.57
5.23
% toegepast motorvermogen Aantal schroeven Vermogen geleverd door de schroef
Horizontale afstand van de schroef tot plaats met maximale stroomsnelheid aan bodem
Verhouding tussen hp en yp Parameter Maximale stroomsnelheid boven de bodem voor meerdere hoofdschroeven
n.v.t. = niet van toepassing
14
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers Tabel 4 – Berekening stroomsnelheid aan bodem ten gevolge van boegschroef bij oever met typeprofiel 27 voor schip CEMT klasse Va en schip CEMT klasse Va+
Symbool Eenheid Geïnstalleerd motorvermogen
Pmotor
CEMT klasse Va
CEMT klasse Va+
kW
450
225
840
420
%
100
100
100
100
n
-
1
1
2
2
Pschroef
kW
450
225
420
210
Echte diameter schroef
D0
m
1.2
1.2
1.2
1.2
Effectieve diameter van de schroef
Dp
m
1.2
1.2
1.2
1.2
Stroomsnelheid juist achter de schroef
vp
m/s
7.02
5.57
6.86
5.45
Waterpeil
H
mTAW
5.61
5.61
5.61
5.61
Bodempeil
Z
mTAW
2.01
2.01
2.01
2.01
Diepgang schip
T
m
2.8
2.8
2.8
2.8
Horizontale afstand van de as van de schroef tot helling
L
m
4.2
4.2
4.2
4.2
Parameter
a
-
1
1
1
1
Parameter
b
-
15.4
15.4
15.4
15.4
Taludhelling
α
°
18
18
18
18
Parameter
K
-
1.71
1.71
1.71
1.71
Horizontale afstand van de schroef tot plaats met maximale stroomsnelheid aan bodem
xvmax
m
3.40
3.40
3.40
3.40
Verticale afstand van de as van de schroef tot plaats met maximale stroomsnelheid aan bodem
r
m
0.27
0.27
0.27
0.27
Maximale stroomsnelheid boven de bodem voor 1 schroef
vbp
m/s
6.31
6.01
6.17
4.90
Afstand tussen as van schroef en bodem
hp
m
n.v.t.
n.v.t.
1.4
1.4
Halve afstand tussen as van beide schroeven
yp
m
n.v.t.
n.v.t.
0.6
0.6
Verhouding tussen hp en yp
hp/yp
-
n.v.t.
n.v.t.
2.33
2.33
Maximale stroomsnelheid boven de bodem voor meerdere boegschroeven
vbpn
m/s
n.v.t.
n.v.t.
8.73
6.93
% toegepast motorvermogen Aantal schroeven Vermogen geleverd door de schroef
n.v.t. = niet van toepassing
Uit Tabel 3 en Tabel 4 volgt een maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de hoofdschroef tussen 4.57 m/s en 5.77 m/s en een maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de boegschroef tussen 6.01 m/s en 8.73 m/s. Het toepassen van de helft van het beschikbare vermogen van de boegschroef verlaagt de maximale stroomsnelheid aan de bodem eerder beperkt (van 6.31 m/s naar 6.01 m/s bij het schip CEMT klasse Va en van 8.73 m/s naar 6.93 m/s bij het schip CEMT klasse Va+).
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
15
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Wanneer de stroomsnelheid aan de bodem gekend is, wordt voor de bepaling van de benodigde breuksteensortering de Shields-formulering aangepast voor stralen uit “Ontwerp van Schutsluizen� (Beem et al., 2000) toegepast: 0.8
đ??ˇđ??ˇđ?‘›đ?‘›50 = ďż˝ 1 ∆ â„Ž ďż˝3
met:
3
(đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘? (1 + 3đ?‘&#x;đ?‘&#x;))2 2 ďż˝ . 2 đ?‘”đ?‘”
-
Dn50
Nominale breuksteendiameter
-
Δ
Relatieve dichtheid van de stenen (∆=
-
Ď s Ď w ub h r g
Dichtheid breuksteen (= 2650 kg/m³) Dichtheid water (= 1000 kg/m³) Stroomsnelheid boven de bodem Waterdiepte Turbulentie-intensiteit Valversnelling (= 9.81 m/s²)
đ?œŒđ?œŒđ?‘ đ?‘ −đ?œŒđ?œŒđ?‘¤đ?‘¤ đ?œŒđ?œŒđ?‘¤đ?‘¤
)
[m] [-] [kg/m³] [kg/m³] [m/s] [m] [-] [m/s²]
Voor de turbulentie-intensiteit r worden hierbij volgende waarden toegepast: • • • •
r = 0.40 voor stroming ten gevolge van de hoofdschroef r = 0.35 voor stroming ten gevolge van de boegschroef r = 0.25 voor retourstroming r = 0.10 voor normale turbulentie in rivieren
Echter bij deze formulering is het niet mogelijk om rekening te houden met de helling van het breuksteentalud. Om deze helling in rekening te brengen wordt bij de bepaling van de breuksteensortering de formulering volgens Pilarczyk (Pilarczyk, 1990, 1998) toegepast: ∆đ??ˇđ??ˇđ?‘›đ?‘›50 = 0.035
met:
16
2 ÎŚ đ??žđ??žđ?‘‡đ?‘‡ đ??žđ??žđ??ťđ??ť đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? Ψ đ??žđ??žđ?‘†đ?‘† 2đ?‘”đ?‘”
-
Dn50
Nominale breuksteendiameter
-
Δ
Relatieve dichtheid van de stenen (∆=
-
Ď s Ď w
Dichtheid breuksteen (= 2650 kg/mÂł) Dichtheid water (= 1000 kg/mÂł)
-
KT r Kh
Turbulentiefactor đ??žđ??žđ?‘‡đ?‘‡ = ďż˝(1 + 3 đ?‘&#x;đ?‘&#x;)/1.3ďż˝ Turbulentie-intensiteit Diepte – (of snelheidsprofiel) factor
-
h Ks
-
ι ϴ Ψ Ф ucr
đ?œŒđ?œŒđ?‘ đ?‘ −đ?œŒđ?œŒđ?‘¤đ?‘¤ đ?œŒđ?œŒđ?‘¤đ?‘¤ 2
đ??žđ??žâ„Ž = ďż˝
â„Ž
[m] )
[-] [kg/mÂł] [kg/mÂł] [-] [-] [-]
−0.2
ďż˝ đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘›đ?‘› đ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Łđ?‘Ł đ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œđ?‘œ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ đ?‘ â„Žđ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’đ?‘’ đ??ˇđ??ˇđ?‘›đ?‘›50 Waterdiepte [m] Hellingfactor [-] ( ) đ??žđ??žđ?‘ đ?‘ = sin đ?›łđ?›ł − đ?›źđ?›ź / sin đ?›łđ?›ł voor een stroming die een talud op of afloopt Helling talud [°] Hoek van inwendige wrijving van de stenen (= 40°) [°] Kritische schuifspanningsparameter (= 0.035 voor breuksteen) [-] Stabiliteitsfactor voor stroming (= 1.00) [-] Dieptegemiddelde stroomsnelheid [m/s]
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Bij deze formulering dient het volgende opgemerkt te worden: •
•
Eigenlijk is deze formulering enkel geldig wanneer een dieptegemiddelde stroming gekend is. Algemeen beveelt het PIANC rapport 180 (MarCom Working Group 180, 2015) bij een stroming aan de bodem ten gevolge van schroefstraalwerking aan om voor de parameter Kh een waarde gelijk aan 1.0 toe te passen. Dit wordt ook in dit rapport toegepast. Het PIANC rapport 180 beveelt bij een continue breuksteenbekleding aan om voor de stabiliteitsfactor Ф een waarde toe te passen tussen 0.75 en 1.00. In dit rapport wordt voor deze factor de waarde 1.00 toegepast.
Toepassen van de formulering volgens Pilarczyk geeft aanleiding tot onrealistisch grote breuksteendiameters, wat laat besluiten dat de berekende stroomsnelheden beduidend hoger zijn dan de toelaatbare stroomsnelheden voor breuksteen. Om erosie van de taluds tegen te gaan dienen deze bijgevolg beschermd te worden met breuksteen gepenetreerd met colloïdaal beton. Wat betreft penetratie met colloïdaal beton zijn de auteurs van dit rapport geen formuleringen of aanbevelingen bekend voor de bepaling van de breuksteendiameter die bij grouting dienen toegepast te worden. Om die reden worden hiervoor de twee kleinste breuksteensorteringen uit standaardbestek 260 voor de waterbouw beschouwd. Tabel 5 geeft een overzicht van het mediaan breuksteengewicht M50 voor deze sorteringen. Op basis hiervan is de mediaan breuksteendiameter Dn50 en de minimale laagdikte voor het aanbrengen van deze sortering berekend en vermeld in de laatste kolom van de tabel. Tabel 5 – Breuksteensortering vòòr grouting
Sortering
M50 [kg]
Dn50 [m]
Laagdikte [m]
5 – 40 kg
14 - 28
0.17-0.22
0.44 m
10 – 60 kg
27 - 47
0.22-0.26
0.52 m
Naast de pijlers van de brug zelf wordt de oever gekarakteriseerd door typeprofiel 5. Dit typeprofiel heeft dezelfde bodemhelling als dit van typeprofiel 27. Indien schepen in werkelijkheid juist naast de pijler te varen, geldt dat de principeschets uit Figuur 9 ook geldig is voor het gedeelte van het geheld talud naast de brugpijler. Voor dit gedeelte worden bijgevolg dezelfde stroomsnelheden berekend als voor de oevers met het typeprofiel 27 uit deze paragraaf. Bijgevolg is ook voor dit profiel breuksteen niet toepasbaar om erosie van dit talud tegen te gaan en is breuksteen gepenetreerd met colloïdaal beton aangewezen.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
17
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Als alternatief voor een oeverbekleding uit breuksteen gepenetreerd met colloĂŻdaal beton heeft de opdrachtgever gevraagd welke dikte nodig is voor een oeverbekleding uit schanskorven. De dikte van schanskorven kan bepaald worden aan de hand van volgende formuleringen: 1. Formulering volgens Pilarczyk (Pilarczyk, 1990, 1998) ∆đ??ˇđ??ˇ = 0.035
Met: -
D ∆m KT
-
Kh
-
h KS
2 ÎŚ đ??žđ??žđ?‘‡đ?‘‡ đ??žđ??žđ??ťđ??ť đ?‘˘đ?‘˘đ?‘?đ?‘?đ?‘?đ?‘? Ψ đ??žđ??žđ?‘†đ?‘† 2đ?‘”đ?‘”
Dikte schanskorven Specifieke dichtheid schanskorven Turbulentiefactor Waarden: 1.0 Normale turbulentie 1.5 Verhoogde turbulentie 2.0 Hevige turbulentie (watersprong) 3.0 (tot 4.0) Schroefstraalstroming Diepte- (of snelheidsprofiel) factor Voor schroefstraalstroming beveelt het PIANC rapport 180 (MarCom Working Group 180, 2015) aan om de waarde Kh = 1 toe te passen. Waterdiepte Hellingfactor
[m] [-] [-]
[-] [m] [-]
Voor stroming over een (gehelde) oever of bodem wordt deze factor :
K s = cos(Îą ). -
ι Ψ Ф
Helling bodem Kritische schuifspanningsparameter (= 0.07 voor schanskorven) Stabiliteitsfactor voor stroming Voor schanskorven wordt een waarde 0.5 beschouwd bij een continue bekleding en 1.0 voor hoeken en overgangen. In dit rapport wordt de waarde Ф = 0.5 toegepast.
[°] [-] [-]
2. Izbash (De Rouck, s.d.) đ?‘ˆđ?‘ˆ 2 = đ?œ™đ?œ™ 2đ?‘”đ?‘” ∆đ??ˇđ??ˇ
Met : -
D ∆m U φ
Dikte schanskorven Specifieke dichtheid schanskorven Stroomsnelheid Parameter Waarden: 0.7 voor relatief zwaar aangevallen bodemmateriaal. 1.4 voor materiaal dat relatief beschermd is.
[m] [-] [m/s] [-]
Analoog als bij de formulering volgens Pilarczyk kan door toevoeging van de parameter KS (formulering zie hierboven) bij deze formulering als volgt rekening gehouden worden met de helling van de bodem of de oever (CIRIA; CUR, 2007): đ?‘ˆđ?‘ˆ 2 = đ?œ™đ?œ™ 2đ?‘”đ?‘” ∆đ??ˇđ??ˇ đ??žđ??žđ?‘†đ?‘†
18
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Voor schanskorven vermeldt Beekx (2006) dat voor dimensionering van schanskorven een factor Îł (= 1.26 voor schanskorven) dient toegevoegd te worden. Op deze wijze wordt volgende formulering bekomen: đ?‘ˆđ?‘ˆ 2 = đ?œ™đ?œ™ 2đ?‘”đ?‘” ∆đ??ˇđ??ˇ đ??žđ??žđ?‘†đ?‘† đ?›žđ?›ž
Hierbij wordt opgemerkt dat aan de hand van de formulering volgens Izbash over het algemeen beduidend conservatievere waarden berekend worden voor de dikte van schanskorven. In bovenstaande formuleringen is de relatieve dichtheid Δ aanwezig. Voor schanskorven dient hierbij als volgt rekening gehouden te worden met het poriĂŤnvolume n (= 0.40) van de schanskorven: Δđ?‘šđ?‘š = (1 − đ?‘›đ?‘›) Δ đ?œŒđ?œŒđ?‘ đ?‘ − đ?œŒđ?œŒđ?‘¤đ?‘¤ = (1 − n) . đ?œŒđ?œŒđ?‘¤đ?‘¤
Met: -
∆m ∆ Ď s Ď w
Specifieke dichtheid schanskorven Specifieke dichtheid breuksteen Specifieke dichtheid breuksteen (= 2650 kg/mÂł) Specifieke dichtheid water (= 1000 kg/mÂł)
[-] [-] [kg/mÂł] [kg/mÂł]
Deze formuleringen voor de dimensionering van schanskorven zijn toegepast voor de stroming van hoofdschroef en de stroming van boegschroef op de oever met typeprofiel 27. Tabel 6 geeft een overzicht van de op deze wijze berekende dikte van schanskorven. Uit deze tabel volgt dat aan de hand van de formulering volgens Izbash een dikte van schanskorven berekend wordt die varieert tussen 0.87 m en 3.81 m. Aan de hand van de formulering volgens Pilarczyk wordt voor de schanskorven een dikte berekend tussen 0.59 m en 2.15 m. Zoals hoger vermeldt geeft het toepassen van de formulering volgens Izbash algemeen conservatievere resultaten. Om die reden worden deze resultaten verder niet beschouwd. Het toepassen van penetratie (met bijvoorbeeld colloïdaal beton) van schanskorven maakt dat deze kunnen weerstaan aan beduidend hogere stroomsnelheden. Echter hiervoor zijn bij de auteurs van dit rapport geen formuleringen bekend, waarbij de penetratiegraad van de schanskorven in rekening gebracht kan worden bij de bepaling van de dikte. Tabel 6 – Resultaat bepaling dikte schanskorven voor oever met typeprofiel 27
Dikte schanskorven
Stroming hoofdschroef Stroming boegschroef
Definitieve versie
Stroomsnelheid
Formulering volgens Izbash
Formulering volgens Pilarczyk
4.57 m/s
0.87 m
0.59 m
5.77 m/s
1.39 m
0.94 m
6.31 m/s
1.67 m
1.12 m
8.73 m/s
3.19 m
2.15 m
WL2020R19_078_2
19
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
3.3 Stabiliteit oever met typeprofiel 17 Uit paragraaf 3.1 volgt dat de oever met typeprofiel 17 voornamelijk belast wordt door de boegschroef van het schip. Voor het bepalen van de stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van deze hydraulische belastingen geeft Figuur 10 een principeschets, waarop de ligging van het schip afgebeeld is samen met de definitie van de afstanden dewelke in de formuleringen toegepast worden. Figuur 10 – Principeschets bepaling stroomsnelheden aan de bodem ten gevolge van boegschroef voor oever met typeprofiel 17
Aan de hand van de formuleringen uit paragraaf 3.2 wordt zowel voor het schip CEMT klasse Va, als voor het schip CEMT klasse Va+, de maximale waarde van de stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van boegschroef berekend. Hierbij wordt voor de boegschroef 100 % van het geïnstalleerd vermogen toegepast. Analoog als voor typeprofiel 27 wordt zowel het toegepast vermogen uit Tabel 2 beschouwd als (bij wijze van gevoeligheidsanalyse) de helft van het toegepast vermogen. Tabel 7 geeft voor de beide scheepstypes de berekening van de stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de boegschroef.
20
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers Tabel 7 – Berekening stroomsnelheid aan bodem ten gevolge van boegschroef bij oever met typeprofiel 17 voor schip CEMT klasse Va en schip CEMT klasse Va+
Symbool Eenheid Geïnstalleerd motorvermogen
Pmotor
CEMT klasse Va
CEMT klasse Va+
kW
450
225
840
420
%
100
100
100
100
n
-
1
1
2
2
Pschroef
kW
450
225
420
420
Echte diameter schroef
D0
m
1.2
1.2
1.2
1.2
Effectieve diameter van de schroef
Dp
m
1.2
1.2
1.2
1.2
Stroomsnelheid juist achter de schroef
vp
m/s
7.02
5.57
6.86
5.45
Waterpeil
H
mTAW
5.61
5.61
5.61
5.61
Bodempeil
Z
mTAW
2.01
2.01
2.01
2.01
Diepgang schip
T
m
2.8
2.8
2.8
2.8
Horizontale afstand van de as van de schroef tot helling
L
m
26.21
26.21
26.21
26.21
Parameter
a
-
1
1
1
1
Parameter
b
-
15.4
15.4
15.4
15.4
Taludhelling
α
°
18
18
18
18
Parameter
K
-
1.71
1.71
1.71
1.71
Horizontale afstand van de schroef tot plaats met maximale stroomsnelheid aan bodem
xvmax
m
21.20
21.20
21.20
21.20
Verticale afstand van de as van de schroef tot plaats met maximale stroomsnelheid aan bodem
r
m
1.67
1.67
1.67
1.67
Maximale stroomsnelheid boven de bodem voor 1 schroef
vbp
m/s
1.01
0.80
0.99
0.78
Afstand tussen as van schroef en bodem
hp
m
n.v.t.
n.v.t.
1.4
1.4
Halve afstand tussen as van beide schroeven
yp
m
n.v.t.
n.v.t.
0.6
0.6
Verhouding tussen hp en yp
hp/yp
-
n.v.t.
n.v.t.
2.33
2.33
Maximale stroomsnelheid boven de bodem voor meerdere boegschroeven
vbpn
m/s
n.v.t.
n.v.t.
1.40
1.11
% toegepast motorvermogen Aantal schroeven Vermogen geleverd door de schroef
n.v.t. = niet van toepassing
Uit Tabel 7 volgt een maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de boegschroef tussen 0.80 m/s en 1.40 m/s. Analoog als voor de oever met typeprofiel 17 wordt voor de bepaling van de benodigde breuksteensortering de formulering volgens Pilarczyk toegepast (formulering zie paragraaf 3.2). Toepassen van deze formulering leert dat breuksteen met een nominale breuksteendiameter van 0.02 m à 0.07 m nodig is (of breuksteensortering 32/90 mm uit NBN EN 13383 (BIN, 2002)) om te weerstaan aan de stroming ten gevolge van de boegschroef. Dit betreft een relatief kleine breuksteensortering, dewelke ook weggelaten kan worden. Hieruit volgt dat voor dit type oever geen oeverbescherming nodig is.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
21
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Aan rechteroever van het kanaal Gent-Oostende is een oever met typeprofiel 18 aanwezig, gekenmerkt door een steilere helling dan deze met typeprofiel 17. De steilere helling van het typeprofiel 18 is nadeliger voor de stabiliteit van de oever. Bij aanhouden van dezelfde afstanden tot de oever als bij typeprofiel 17, zal bij dit oevertype een iets groter breuksteendiameter berekend worden. Mogelijk is voor dit type oever wel een oeverbescherming uit breuksteen nodig. Dit is sterk afhankelijk van de afstand dewelke de schepen tot de oever aanhouden. De opdrachtgever voorziet voor de oever met dit typeprofiel breuksteen met dezelfde sortering als bij de oever met typeprofiel 27, wat volstaat om te weerstaan aan de optredende hydraulische belastingen op deze oever. Analoog als bij de oever met typeprofiel 27 heeft de opdrachtgever ook gevraagd om de dikte van schanskorven te bepalen voor de oever met typeprofiel 18. Hiervoor is verondersteld dat de schepen op dezelfde afstand van deze oever varen als bij de oever met typeprofiel 17. De helling van de oever is steiler dan deze van de oever met typeprofiel 27 en deze van de oever met typeprofiel 17, maar is echter niet aangeduid in Figuur 6 in paragraaf 2.2. Voor de bepaling van de dikte van schanskorven is voor de oever met typeprofiel 18 een taludhelling 6/4 verondersteld. De toename van de helling heeft een eerder beperkte invloed op de maximale stroomsnelheden die ten gevolge van de boegschroef op deze oever voorkomen. De stroomsnelheden nemen met maximaal 0.01 m/s toe, wat verwaarloosbaar is. De bepaling van de dikte van schanskorven is, analoog als in paragraaf 3.2 uitgevoerd aan de hand van de formulering volgens Izbash en aan de hand van de formulering volgens Pilarczyk voor de minimale en maximale waarde van de stroomsnelheid aan de bodem uit Tabel 7. Uit deze tabel volgt dat met de formulering volgens Izbash een dikte van schanskorven tussen 0.05 m en 0.15 m berekend wordt voor de oever met typeprofiel 18 en met de formulering volgens Pilarczyk een dikte van de schanskorven tussen 0.03 m en 0.10 m. Analoog als in paragraaf 3.2 worden ook hier enkel de resultaten berekend met de formulering volgens Pilarczyk beschouwd. Deze berekende diktes zijn beduidend kleiner dan de gebruikelijke (minimale) afmetingen van schanskorven (0.30 m à 0.50 m). Tabel 8 – Resultaat bepaling dikte schanskorven voor oever met typeprofiel 18
Dikte schanskorven Stroomsnelheid
Formulering volgens Izbash
Formulering volgens Pilarczyk
0.80 m/s
0.05 m
0.03 m
1.40 m/s
0.15 m
0.10 m
De opdrachtgever heeft de vraag gesteld of de oevers achter het geleidewerk ook verstevigd dienen te worden. Uit Figuur 2 volgt dat het bodempeil achter het geleidewerk zich tussen +4.11 mTAW en +4.61 mTAW bevindt. Door de opdrachtgever wordt voorgesteld om achter het geleidewerk niet te baggeren. Aangezien het bodempeil achter het geleidewerk hoger gelegen is dan het baggerpeil +2.01 mTAW, ontstaat op deze wijze na baggeren ter plaatse van het geleidewerk een verticale wand met een hoogte van 2.1 à 2.5 m. Om erosie van de bodem achter het geleidewerk tegen te gaan moet de versteviging van de oever eigenlijk op deze locatie aangebracht worden.
22
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
4 Conclusie Voor de renovatiewerken aan de Nieuwekalebrug W16 over de Ringvaart, vlakbij het kruispunt Ringvaart Gent en Kanaal Gent-Oostende zal er onder de brug een stelling gebouwd moeten worden. De renovatiewerken aan de brug zouden in twee fasen uitgevoerd worden zodat telkens de helft van de doorvaartbreedte beschikbaar blijft voor één schip CEMT klasse Va. Door de Vlaamse Waterweg nv regio West werd aan het WL reeds nautisch advies gevraagd om te onderzoeken of het beschikbaar zijn van de halve doorvaartbreedte voor een schip CEMT klasse Va een probleem vormt om zowel naar de sluis te Evergem te varen, als komende van de sluis te Evergem richting Kanaal Gent-Oostende of de Ringvaart te varen. Gedurende de twee tijdelijke fasen bij de renovatie van de brug zullen de schepen echter dichter tegen de bestaande oevers varen dan nu het geval is. Om die reden vraagt de Vlaamse Waterweg nv regio West (contactpersoon: Caroline Bytebier) aan WL advies in verband met de stabiliteit van de oevers. Hierbij worden niet enkel de oevers van de Ringvaart beschouwd juist onder de Nieuwekalebrug, maar ook de oevers van het volledige kruispunt tussen de Ringvaart en het Kanaal Gent-Oostende. Voor de bepaling van de stabiliteit van de oevers van het kruispunt tussen de Ringvaart en het Kanaal GentOostende zijn eerst de hydraulische belastingen op de bodem bepaald. Hiervoor zijn volgende twee types oevers beschouwd (zie ook Figuur 11): • •
Oever met typeprofiel 27 (aangeduid met rode en groene puntlijn), dewelke aanwezig is in het zuidelijk gedeelte van het kruispunt tussen kanaal Gent-Oostende en de Ringvaart. Oever met typeprofiel 17 (aangeduid met blauwe puntlijn), dewelke aanwezig is aan linkeroever tussen de Nieuwekalebrug en de toegangsgeul naar de sluis van Evergem.
De oevers van de toegangsgeul naar de sluis van Evergem worden niet beschouwd, aangezien deze voorzien zijn van voldoende oeverbescherming. Aan linkeroever van de toegangsgeul is een aanlegsteiger aanwezig. De bodem en oevers ter plaatse van deze aanlegsteiger zijn voorzien van een breuksteenbekleding (met dikte 0.30 m). Aan rechteroever is ter plaatse van typedwarsprofiel 6 een oeverbescherming uit beton aanwezig en meer in de richting van de sluis van Evergem een verticale oever uit damplanken, dewelke tot en diepte -7.00 mTAW of -8.00 mTAW zijn aangebracht. Voor de bepaling van de hydraulische belasting op de bodem zijn enkel de stroming ten gevolge van hoofdschroef en de stroming ten gevolge van de boegschroef beschouwd. Indien schepen dichtbij de oever varen zijn deze belastingen algemeen maatgevend ten opzichte van stroming ten gevolge van afvoer van water, golfklap ten gevolge van scheepsgolven en windgolven en retourstroming van scheepvaart. Voor de oever met typeprofiel 27 (aangeduid met rode en groene puntlijn in Figuur 11) zijn stroming ten gevolge van hoofdschroef en stroming ten gevolge van boegschroef van belang. Uit de berekening van de stroomsnelheid aan de bodem voor deze hydraulische belastingen volgt een maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de hoofdschroef tussen 4.57 m/s en 5.77 m/s en een maximale stroomsnelheid aan de bodem ten gevolge van de boegschroef tussen 6.01 m/s en 8.73 m/s. Deze stroomsnelheden zijn beduidend hoger dan de toelaatbare stroomsnelheden voor breuksteen. Om erosie van de oevertaluds tegen te gaan dient de breuksteen daarom gepenetreerd te worden met colloïdaal beton. Voor breuksteen gepenetreerd met colloïdaal beton worden de twee kleinste breuksteensorteringen uit standaardbestek 260 voor de waterbouw beschouwd, i.e. sortering 5-40 kg (laagdikte 0.44 m) of sortering 10-60 kg (laagdikte 0.52 m). Vanuit hydraulisch oogpunt is er geen voorkeur tussen deze beide sorteringen. Als alternatief voor breuksteen gepenetreerd met colloïdaal beton is door de opdrachtgever gevraagd om de benodigde dikte van een oeverbekleding uit schanskorven te bepalen. Om te weerstaan aan de hoge optredende stroomsnelheden aan de bodem zijn schanskorven nodig met een dikte tussen 0.59 m en 2.15 m. Door schanskorven net als de breuksteen te penetreren met beton kunnen deze weerstaan aan
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
23
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
beduidend hogere stroomsnelheden en zijn dus ook kleinere diktes mogelijk. Echter hiervoor zijn bij de auteurs van dit rapport geen formuleringen bekend, waarbij de penetratiegraad van de schanskorven in rekening gebracht kan worden bij de bepaling van de dikte. Figuur 11 – Cases voor bepaling stabiliteit oevers bij renovatie van het brugdeel aan linkeroever
Blauwe, groene en rode streeplijn: positie schip voor definitie cases; rode puntlijn: oever hoofdzakelijk belast door stroming hoofdschroef schip; blauwe puntlijn: oever hoofdzakelijk belast door stroming boegschroef schip; groene puntlijn: oever hoofdzakelijk belast door stroming hoofdschroef en boegschroef schip.
Voor de oever met typeprofiel 17 (aangeduid met blauwe puntlijn in Figuur 11) is de stroming ten gevolge van de boegschroef van belang. De berekening van de stroomsnelheid aan de bodem geeft hiervoor een maximale stroomsnelheid aan de bodem tussen 0.80 m/s en 1.40 m/s. Om te weerstaan aan deze stroomsnelheden is in dit gedeelte geen bijkomende oeverbescherming nodig. Aan rechteroever van het kanaal Gent-Oostende is een oever met typeprofiel 18 aanwezig, gekenmerkt door een steilere helling dan deze met typeprofiel 17. De steilere helling van het typeprofiel 18 is nadeliger voor de stabiliteit van de oever. Bij aanhouden van dezelfde afstanden tot de oever als bij typeprofiel 17, zal bij dit oevertype een iets grotere breuksteendiameter berekend worden. Mogelijk is voor dit type oever wel een oeverbescherming uit breuksteen nodig. Dit is sterk afhankelijk van de afstand dewelke de schepen tot de oever aanhouden. Bijgevolg volstaat een oeverbekleding uit breuksteen met dezelfde sortering als bij de oever met typeprofiel 27 om te weerstaan aan de optredende hydraulische belastingen op deze oever. Alternatief kan ook een oeverbekleding uit schanskorven beschouwd worden. Hiervoor wordt een dikte van de schanskorven tussen 0.03 m en 0.10 m berekend, wat beduidend kleiner is dan de gebruikelijke diktes van schanskorven van 0.30 m à 0.50 m. Achter het geleidewerk is de bodem gesedimenteerd tot een peil tussen +4.11 mTAW en +4.61 mTAW. De opdrachtgever opteert om het slib achter dit geleidewerk niet te baggeren. Bijgevolg ontstaat door het baggeren tot +2.01 mTAW een “verticale oever” ter plaatse van het geleidewerk. Om erosie van de bodem achter het geleidewerk tegen te gaan moet de “verticale oever” op deze locatie verstevigd worden.
24
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
Bij deze resultaten wordt het volgende opgemerkt: •
•
•
•
•
•
Met het oog op de renovatie van de Nieuwekalebrug is in dit rapport een eerste bepaling van de stabiliteit van de oevers van het kruispunt tussen het kanaal Gent-Oostende en de Ringvaart uitgevoerd. Hiervoor zijn enkel een aantal kenmerkende oevertypes beschouwd en de voor deze oevertypes maatgevende belastingen. De peilingen in Figuur 2 uit paragraaf 2.1 tonen aan zuidelijke zijde van het kruispunt tussen het kanaal Gent-Oostende en de Ringvaart een driehoekige zone met sedimentatie. De aanwezigheid van deze zone met sedimentatie duidt op het feit dat de schepen bij normale passage van het kruispunt niet in deze zone varen. In de normale toestand is bijgevolg geen bescherming van deze oevers nodig. De oeverbescherming met gepenetreerde breuksteen is enkel nodig om te weerstaan aan de hogere belastingen door het dichter tegen de oever varen van de schepen tijdens de renovatie van de Nieuwekalebrug. De oeverbescherming dient aangebracht te worden in het gedeelte van de oever tussen de bodem, i.e. het peil +2.01 mTAW na uitbaggeren van de bodem of een lager peil indien dit lagere bodempeil op dit ogenblik al aanwezig is, en de waterlijn of het horizontaal gedeelte juist onder de waterlijn van het grondmassief naast de betonnen damplanken. De versteviging van de oevers ter plaatse van het kruispunt van het Kanaal Gent-Oostende met de Ringvaart in deze studie worden voorzien omdat schepen tijdens de beide fasen van de renovatie van de Nieuwekalebrug dichter tegen de oever zullen varen dan gebruikelijk is. Zowel in het kanaal GentOostende, in de Ringvaart als in de toegangsgeul naar de sluis van Evergem is de grens van de te baggeren zone gelegen op een locatie waar schepen ongeveer in het midden van de vaargeul varen, zoals nu gebruikelijk is. Buiten de grens van de te baggeren zone is bijgevolg geen bijkomende versteviging van de oever meer nodig. In deze studie is penetratie van breuksteen of schanskorven met colloïdaal beton voorgesteld. Hierbij wordt gesloten colloïdaal beton beschouwd. Persoonlijke communicatie met de Bundesanstalt für Wasserbau (Dr.-ing. Jan Kayser, Afdeling Geotechniek van BAW) leert dat breuksteen gepenetreerd met open colloïdaal beton niet goed kan weerstaan aan invloed van vorst, maar ook niet goed kan weerstaan aan hoge stroomsnelheden ten gevolge van scheepvaart. Daarnaast wordt opgemerkt dat bij penetratie met (gesloten) colloïdaal beton in feite een gesloten niet doorlatende constructie bekomen wordt. Mogelijk kan het aanbrengen van een oeverbescherming aan de oevers van het kruispunt ook nodig zijn voor de toegankelijkheid van het kruispunt tussen het kanaal Gent-Oostende en de Ringvaart voor grotere schepen (tot CEMT-klasse Vb) in de toekomst. Deze scheepstypes en de vaarposities van deze schepen zijn in dit rapport echter niet beschouwd.
Definitieve versie
WL2020R19_078_2
25
Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug - Deelrapport 2 – Advies stabiliteit oevers
5 Referenties Beekx R.P.H.A. (2006). Gabion stability. Master of Science thesis. Beem, R.C.A.; Boogaard, A.; Glerum, A.; de Graaf, M.A.; Henneberque, S.D.; Hiddinga, P.H.; Kranenburg, D.; van der Meer, M.T.J.; Nagtegaal, G.; Van der Paverd, M.; Smink, L.M.C.; Vrijburcht, A.; Weijers, J. (2000). Ontwerp van schutsluizen: deel 2. Bouwdienst Rijkswaterstaat: Utrecht. ISBN 90-369-3306-4 Belgisch Instituut voor Normalisatie (BIN). (2002). NBN EN 13383-1. Waterbouwsteen – Deel 1: Specificatie.: Brussel, Belgium Blokland, T. (1997). Bodembescherming belast door schroefstralen. Huidige ontwerpmethode. rapport 61.00-R96.089: Rotterdam CIRIA; CUR. (2007). Manual on the use of rock in hydraulic engineering (2nd edition) De Rouck, J. (S.d.). Rivieren, kanalen en sluizen. Partim: rivieren en kanalen [CURSUS]. Universiteit Gent. Faculteit Ingenieurswetenschappen: Gent De Vlaamse Waterweg nv. Afdeling Bovenschelde. (2011). Samenvloeiing KGO-RV. Project: Preferentiële sedimentatie PS2 - Type profielen. Evergem. plan B3-11990 2011 PS2 dd. 16/08/2011. De Vlaamse Waterweg nv. Afdeling Bovenschelde. (2019a). Renovatie Nieuwekalebrug W16. Werkplan. Fase 1 - Rechteroever. Peiling 08/05/2019. Plan nr. D3_100_575_WP_01. dd. 12/07/2019 De Vlaamse Waterweg nv. Afdeling Bovenschelde. (2019b). Renovatie Nieuwekalebrug W16. Werkplan. Fase 2 - Linkeroever. Peiling 08/05/2019. Plan nr. D3_100_575_WP_02. dd. 12/07/2019 De Vlaamse Waterweg nv. Afdeling Bovenschelde. (2020). Ringvaart om Gent. Renovatie Nieuwekalebrug W16 te Evergem. Aanbesteding baggerzone. Plan nr. D3_100 620_ABP_06 Eloot, K.; Verwilligen, J.; Mostaert, F. (2019). Kanaal Gent-Oostende: Renovatie Nieuwekalebrug: Nautisch advies: Deelrapport 1 - Desktopstudie. versie 1.0. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen Geerts, S.; Verwerft, B.; Vantorre, M.; Delefortrie, G.; Mostaert, F. (2011). Modelproeven voorspelling manoeuvreergedrag binnenvaart: deelrapport A.I - Achtergrondstudie binnenvaart: binnenvaartuigen en binnenvaartwegen. WL Rapporten, 809_01. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen MarCom Working Group 180. (2015). Guidelines for protecting berthing structures from scour caused by ships. PIANC Report. PIANC: Brussels. ISBN 978-2-87223-223-9 Pilarczyk, K.W. (1990). Proceedings of the short course on coastal protection, Delft University of Technology / 30 June-1 July 1990. Balkema: Rotterdam. ISBN 90-6191-127-3 Pilarczyk, K.W. (1998). Dikes and revetments: design, maintenance and safety assessment. Balkema: Rotterdam. ISBN 90-5410-455-4 ten Hove, D. (2010). Scheepskarakteristieken van nieuwe grote schepen. Rapport nr. 24032.600/2. 10/02/2010. MARIN: Wageningen: Nederland Verelst, K.; Vercruysse, J.B.; Taverniers, E.; De Mulder, T.; Verwilligen, J.; Peeters, P.; Mostaert, F. (2016). Ondersteuning ontwerp klasse Vb‐sluis te Sint‐Baafs‐Vijve: deelrapport 4. Dimensionering bodembescherming stuwsluis. versie 11.. WL Rapporten, 12_142_4. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen. XII, 63 + 51 p. bijlagen pp.
26
WL2020R19_078_2
Definitieve versie
DEPARTEMENT MOBILITEIT & OPENBARE WERKEN Waterbouwkundig Laboratorium Berchemlei 115, 2140 Antwerpen T +32 (0)3 224 60 35 F +32 (0)3 224 60 36 waterbouwkundiglabo@vlaanderen.be www.waterbouwkundiglaboratorium.be