ir.J.StuipTH-Delft, afdeling Civiele TechniekVakgroep WaterbouwkundeBij het begin van een artikelenserieIn de afgelopen jaren is veel Onderzoek verricht naar de stabiliteit vanbekledingselementen voor waterkeringen, oevers van kanalen, rivieren enz.,inclusief golfbrekers. Over het mechanisme van sterkte en belasting is meerbekend geworden. De resultaten van de onderzoekingen werden gepresenteerdop symposia, congressen en in richtlijnen. Ze zijn bovendien reeds toegepast bijde uitvoering van werken. Het uitdragen van de resultaten vond meestal plaatsbinnen de kring van 'natte waterbouwers' .Het materiaal beton speelt ook een rol bij de bekledingselementen. Del3etonvereniging heeft gezien het mogelijke belang voor de betonwereld hetinitiatief genomen om aan de onderzoeksresultaten meer bekendheid te gevenbinnen de eigen kring die van oudsher meer op de civiele techniek in den drogegeori?nteerd is. Zo werd tijdens de pas gehouden Betondagaandacht aan ditonderwerp besteed en al eerder (oktober 1984) is het symposium'Cementbetonnen dijkbekledingen' gehouden, waaraan van verschillende zijdenwerd bijgedragen. .In een reeks artikelen in dit tijdschrift willen we ontwerp en uitvoering vanbetonnen bekledingen nader uitwerken. Ter sprake komen het dimensioneren ende verschillende uitvoeringstypes: gezette bekledingen van losse elementen,blokkenmatten en plaatbekledingen.Dit artikel is het eerste in de reeks en is een bewerking van de tekst van devoordracht vanir.J.Stuip, gehouden op de Betondag 1985. Aspecten die in dezebijdrage globaal aan de orde komen, met name die van dijkbekledingen, zullenin de komende serie nader worden uitgewerkt. RedactieBeton in de waterkeringCement XXXVII (1985)nr. 12InleidingBeton wordt in waterkeringen toegepast alof niet in combinatie met andere materialen.De mate waarin dit gebeurt hangt af van debijdrage die beton levert aan de beschermingvan die andere materialen ofvan de standze-kerheid van de totale constructie.Het ene uiterste in de reeks van rnoqelijkhe-den voor beton is bijvoorbeeld een boogdamwaarbij optimaal gebruik wordt gemaakt vande hoge druksterkte van beton, het andereuiterste is het eenvoudig 'los' liggende be-tonblok in een dijkbekleding dat alleen blijftliggen onder invloed van zijn eigen gewicht.De functie van beton in de boogdam is weer-stand leveren tegen de waterbelasting en hetbieden van een waterdicht scherm als water-kering, dus een waterkering in beton. Defunctie van het betonblok in de bekleding isbescherming van het onderliggende grond-massief dat zelf de waterkering vormt; wehebben hier dus te maken met beton in eenwaterkering.In veel waterbouwkundige constructiesheeft beton een waterkerende functie. Somsis dit het belangrijkste, zoals bij stuwdam-men. Soms is deze functie ondergeschiktaan een andere zoals bij een grondkerende906kademuur. De water- en/of grond kerendefunctie brengt met zich mee dat de beton-constructie belastingen opneemt en dezeaan de fundering afdraagt.Naast de kerende functie doet beton in wa-terkeringen ook dienst als bekleding: hetheeft dan een beschermende functie. Ten-slotte wordt beton in waterkeringen toege-past als betrouwbare, maatvaste opleggingvoor onderdelen van die waterkering, wat hetgeval is bij sluizen en stormvloedkeringen.Uiteraard is naast de maatvastheid ook deeigenschap om belastingen op de juiste wij-ze af te kunnen voeren van groot belang. Defunctie van beton is dus steeds anders endat geldt ook voor de eisen die aan het ma-teriaal worden gesteld, als bouwmateriaal enals constructie-element. Het toepassen vanbeton is geen doel op zich, maar moet volgenuit een functionele analyse van de totale con-structie en gebaseerd zijn op een zorgvuldi-ge keuze uit de in aanmerking komende ma-terialen.Samengevat kan beton in waterkeringen devolgende functies vervullen:- water keren;- beschermen van waterkeringen;- vormvaste oplegging zijn voor andere wa-terkerende elementen.Waterkering als onderdeel van eengolfbreker met een hoog fundatieniveau(composietdam)dam. In feite werkt de fundering nu mee alsgewicht van de dam. De krachten die met devoorspanning in de dam worden opgewektkunnen vanwege de grote druksterkte vanbeton goed worden verwerktEen monoliete betonnen waterkering oefenteen moment uit op de fundering. Is dit mo-ment te groot dan kan de voetplaat wordenverbreed, waardoor de belasting onder deteen van de voetplaat afneemt. Maar ook kanhet moment worden verminderd door eenhoger fundatieniveau te kiezen. Dan lslm-mers de arm van het moment, veroorzaaktdoor de horizontale waterdruk kleiner.Figuur 3 geeft hiervan een voorbeeld, zoalsdit wel toegepast wordt bij golfbrekers.ospholtSmHet beton van een monoliete waterkering zelfmoet ook de belasting die naar de grondwordt overgebracht kunnen weerstaan. Doorhet vlak tussen onderkant betonwaterkeringen bovenkant ondergrond zeer ruw te ma-ondergrond verwerkt kunnen worden. Dat wilzeggen dat de ondergrond en de belastingde dimensies van de waterkering bepalen.Karakterlsltlek kental voor een constructie,die over de fundering kan afschuiven is deverhouding HIV (honzontale/vertlcale belas-ting). Bij dammen is deze waarde doorgaanskleiner dan 0,65 ? 0,75 voor normale belas-tinggevallenen 0,85 voor extreme situaties.Doorgaans wordt een factor 1,5als veiligheidgebruikt. Uiteraard zijn deze waarden indica-tief en worden sterk bepaald doordeaanslui-ting van de damvoet op de ondergrond, maarook door de kwaliteit van die aansluiting.1. Hoofdfunctie~water keren'De wijze waarop een (betonlconstructle wa-ter keert en de opgewekte belastingen af-voert naar de fundering, is schematischweergegeven in figuur 1.Is het mechanisme bekend, dan kan wordengeschat (berekend) wat de marge is tussende standzekerheid voor normale maximalebelasting en uiterste maximale belasting. Zowordt een beeld verkregen van de veiligheidvan de constructie tijdens het functionerenvan de waterkering.Deze functiescheiding is enigszins kunstma-tig en er komen toepassingen voor waarbijhet beton meerdere functies vervult. In ditartikel beschrijven we deze functies, alsme-de de wijze waarop ze vervuld kunnen wor-den en welke mechanismen hierbij een rolspelen. Voor een bepaalde constructie kanmet behulp hiervan de' grenstoestand wor-den beschreven, waaruit volgt welk gedragvan de constructie nog net aanvaardbaar is.Deze grens is een criterium om te kunnenbeoordelen of deconstructie, of een elementdaaruit, zijn functie inderdaad kan vervullen.Voor elke constructie is deze grens andersomdat ook de consequenties bij overschrij-den ervan, verschillend zijn.zwaartekacht enin beton1Beton in de functie van 'water keren' en dewijze waarop dit kan gebeurenZwaartekracht en wrijvingHet ogenschijnlijk meest eenvoudige modelvoor stabiliteit in waterkeringen is dat vooreen geheel in beton uitgevoerde waterke-ring. Het eigen gewicht ervan en de afmetin-gen van de voet bepalen, samen met dedraagkracht van de grond, de stabiliteit.Het mechanisme dat de standzekerheid vande constructie waarborgt is de overbrengingvan de horizontale belasting door wrijving ophet contactvlak tussen constructie en onder-grond terwijl de verticale belasting een nor-maalspanning op dit vlak veroorzaakt. Opdeze spanning wordt dan nog eens het effectvan het moment ten gevolge van de horizon-tale belasting gesuperponeerd.Combinatie van de belastingen moet doorde2a-bVergroten van de wrijving door het metgrout vullen van de ruimte tussen caissonen fundering; een andere mogelijkheid ishet aanbrengen van spikes door decaissonbodemken, vergroten we de wrijving. Figuur 2a laatde onderkant van een caisson zien dat wasgeplaatst op een fundering van breukstenenwaarbij de ruimte tussen caisson en stenenmet grout was gevuld. Figuur 2b toont eendergelijk caisson dat met zgn. 'spikes' ruwis gemaakt. Het heeft geen zin de ruwheidgroter te maken dan de inwendige wrijvingvan het materiaal van de fundering. Bij grotehorizontale belasting bezwijkt dan immerseerst de ondergrond zelf.Is de ondergrond zeer draagkrachtig (rots)dan kan op het gewicht van de constructie(zwaartekrachtdam) worden bespaard doorde totale dam aan de funderingsgrondslagte verankeren: voorgespannen gewichts-Een extreem voorbeeld van deze gedachten-gang is de zogenaamde Muralt-muur zoalsdie in het begin van deze eeuw werd toege-past bij verhogingen van de zeedijken opSchouwen-Duiveland. De gedachte vanir.Jhr.R.R.L. de Muralt was toen het makenvan een goedkope dijkverhoging. Met dezemuurtjes kon men het grondverzet beperken.Veel Muralt-murenstaan er nu nog (fig. 4),maar doen geen dienst meer vanwege deaanleg van de Deltadammen. In de storm-ramp van 1953 is op enkele plaatsen onder-loopsheid van de fundering opgetreden.DrukkrachtenBeton heeft een veel grotere druk- dan trek-sterkte. Daarom is ??n van de ontwerpprinci-pes bij het construeren in beton: het volgenvan de druklijn. Bij een volledig betonnenstuwdam bevindt zich veel beton buiten dedruklijn, watnodig is voor een grote HIV-ver-houding om afschuiving over de ondergrondCement)(XXVII(1985)nr. 12 9074Muralt-muur op Schouwen-Duivelandlangs het Grevelingenmeer; ook nu zijndeze muurtjes er nog, bijvoorbeeld in debuurt van Scharendijke. Het bord op defoto meldt dat het betonwerk de orkaanvan 30 september 1911 heeft doorstaante voorkomen. Construeren rond de druklijnbetekent dat de reacties van de funderingniet als momenten in het scheidingsvlak tus-sen constructie enfundering ingevoerd moe-ten worden.Een voorbeeld van een waterkeringgecon-strueerd volgens dit principe is de boog dam(fig. 1 en 5). Afhankelijk van de opvattingenover het afvoeren van de belastingen naarde fundering heeft de boog in een of meerrichtingen een kromming om de waterdrukals drukspanning in het beton te kunnen ver-werken (fig. 6).Voor grotere overspanningen of onbetrouw-bare funderingen worden de rlslco's te grooten kunnen belastingen door meerderebogenworden afgevoerd (fig. 7). Een ontwerp datdeze vorm benadert is de dam met steunbe-ren. Hier wordt minder effici?nt gebruik ge-maakt van beton als gewichtsconstructie(fig. 8).In veel toepassingen van beton in waterke-ringen is het beton zelf niet zo'n probleemmaar moeten oplossingen worden gevondenvoor problemen die ontstaan bij de overgangnaar andere materialen of onderdelen. Eenwaterkerende betonconstructie mag onder7Dam gevormd door meerdere gekromdeschalen8Een zgn. steunberendaminvloed van debelasting tot een zekere grensvervormen. Hoe meer het damprofiel rond dedruklijn is geconstrueerd, hoe groter de kansis dat bij vervormingen momenten optreden.Op den duur kan dit tot inwendige instabili-teit leiden.CaissonsIn een verhandeling over beton in waterkerin-gen kan een korte beschrijving van caissonszoals deze toegepast worden bij het afsluitenvan zeearmen niet ontbreken. De hoofdfun?-tie van een caisson is water keren, zij het5Boogdam (aanzicht natte zijde - hetreservoir is nog leeg)oo6Boogdam met krommingen in tweerichtingengedurende zeer korte tijd. Is de definitieveafsluitdam gereed, dan is het caisson geheelopgenomen in de waterkering en vormtslechts een nietig onderdeel ervan. Door debijzondere uitvoeringstechnieken wordennaast de waterkerende eisen een reeks aan-vullende eisen gesteld. Zo is het economischaantrekkelijk het aantal caissonplaatsingenbij een sluiting te beperken. Er is dus eenstreven naar lange caissons. Ook voor hetdrijvend transport van bouwdok naar sluitgatis een lang caisson in het voordeel (fig. 9).Ooorg?ans zet men een caisson op eendrempel, waarvan de bovenste laag bestaatuit zware, stroombestendige breuksteen.Vanwege de grofheid van dit materiaal ko-men er onvlakheden in het oppervlak van dedrempel voor, zodat een caisson met eenvlakke bodem slechts plaatselijk zal wordenondersteund. De onzekerheid omtrent de on-dersteunig heeft er toe geleid .dat caissons1269een gewelfde bodem hebben gekregen. Deoplegging vindt plaats op 1/4 en 3/4 van decaisson lengte. Om onderloopsheid tegen tegaan zijn ribben aangebracht die wel een af-sluitende maar door hun geringe afmetinggeen dragende functie hebben.Voor meer permanent gebruik van caissonszoals was voorgesteld bij een van de alterna-tieven voor de stormvloedkering inde Oos-terschelde en caissons als behuizing voorwaterkrachtcentrales in energiespaarbek-kensystemen, moet een meer duurzame op-lossing voor met name de wringstijfheid wor-den gezocht. Figuur 10 geeft mogelijke op-lossingen hiervoor.Caissons worden licht geconstrueerd voorde transportfase, maar moeten zwaar zijnvoor stabiliteit gedurende de eindfase (wa-terkerend);er is een grote HIV en een hogewrijvingsco?ffici?nt nodig. Daarom wordende caissons direct na plaatsing geballast(met zand).CementXXXVII (1985)nr. 12 908KlassiekztnkstukBlokkenmatZoolstuk2020 80120(m2*1000)80160100120zWerkwijzenBetonelementen die dienst doen als bekle-ding moeten gedurende lange tijd voorko-men dat onderliggend materiaal door water-beweging verdwijnt. Het betonelement zelfmag niet of slechts in beperkte mate deqra-deren.De plaatsvastheid van het element, of beterde vorm van de overgangen tussen de ele-menten moet ook duurzaam zijn. De grenzenvan die verplaatsingen worden enerzijds be-paald door het op elkaar aansluiten van deelementen en anderzijdsdoordekorrelafme-tingen van het onderliggende materiaal.Niet passende elementen mogen meer ver-plaatsen, men zou kunnen spreken van een11Kosten van bodembekledingen bijtoenemende oppervlakte - zinkstuk enzoolstuk met losse natuursteen bestorting,blokkenmat met vaste betonballastHet plaatsen van individuele elementen metde hand is tijdrovend en dus kostbaar.Steeds meer wordt dit werk daarom geme-chaniseerd of worden grote eenheden vande totale bekledingsconstructie op een fa-briekmatige manier vervaardigd en/of geas-sembleerd. Speciale hulpmiddelen zijn dannodig voor het plaatsen. AI naar gelang deomstandigheden, werken op het land of van-afhet water en de zwaarte van de geassem-bleerde bekleding, wordt standaard-hefma-terieel of speciaal ontworpen materieel inge-zet. In het laatste geval is dit alleen rendabelals er sprake is van grote hoeveelheden be-kleding zoals bij de blokkenmatten alsdembescherming in de Oosterschelde (fig.11), of gekoppelde prefab-betonplaten alsoeververdediging van de Mississippi.duurzame bescherming volgen eisen voorstandzekerheid, sterkte, duurzaamheid, fle-xibiliteit (volgen van ongelijke zettingen vande ondergrond) e.d,Naast de hoofdfunctie (beschermen van dewaterkering) worden aan bekledingen somsandere functies gegeven, wat aanvullendeeisen nodig maakt. Bijvoorbeeld reductievan golfoploop;soms is dit de primaire eisen zijn andere elementen nodig voor het be-schermen van de ondergrond. Danzijn meer-dere lagen nodig opde feitelijk waterkerendeconstructie.1VEERSEFunctiesBij deze betontoepassing in waterkeringenis er sprake van een functiesplitsing. Het wa-terkerendeelement is doorgaans een loskor-relige constructie (zandkern), die beschermdwordt tegen erosie door stroom en golven.De hoofdfunctie van de bekleding is het be-schermen van het materiaal van de eigenlijkewaterkering. De primaire eis die we stellenaan de bekleding kan hieruit worden afge-leid: een blijvende vorm- en plaatsvastheidbezitten, zodat onderliggend materiaal debekleding niet of slechts in een bepaalde (be-perkte) mate kan passeren. De toevoeging'in een bepaalde mate' is noodzakelijkomdater steeds een kans bestaat dat onderliggendmateriaal beweegt en de bekleding passeert.Er zijn altijd wel voegen, pori?n e.d, waar-door materiaal kan ontsnappen. Van belangis te weten wat de consequenties zijn van hetverdwijnen van onderliggende korrels, ten-einde te kunnen vaststellen hoeveel mate-riaal maximaal mag ontsnappen. Dit wordt inde grenstoestand beschreven, waarbij dushet mechanisme van ontsnappen van korrelsbekend moet zijn. Uit deze primaire eis van2. Hoofdfunctie 'beschermenvan waterkeringen'-- -- TI1 II II 0I.I1 1I102559De 'groei' van caissons, aanvankelijkalleen voor dijkherstel, tot het afsluiten vanzeearmen (de 'Oosterschelde-caissons zijnalleen als ontwerp gebleven)10Caissons met een grote wringstijfheid,ontleend aan een constructie bovenin (a)of onderin (b); (c) is een oud ontwerpvoor de stormvloedkering Oosterseheldemet het principe van (a),.III, III. .1.1Cement XXXVII (1985)nr. 12 909GSteen type 2G Steen type 12 3 41.5 25 3.5141210Q* 8'"..'?i"" 6.....:l:42000.515Karakteristiek beeld voor het verbandtussen HII'>.D en de golfbrekingsparameter!;tg(alpha)/(H/U"O.5110- =FActor I1IAFDRUKKEN I~:/, R F =rhow"g"R.own,.,? 'R = .3"ksi"lj-F".D = 'V c . 6" rt ? kDcotaRecente experimenten wijzen uit dat HII'>.Dgeschreven kan worden als functie van degolfbrekingsparameterwaarin:G = blokgewicht =c ~ rr;D3c =vormfactorvoorblokD = diameter blokQ = dichtheid blokH =golfhoogteKD = schadefactorI'>. = Q-QwQwQw = dichtheid van (zee)watera = taludhelling14Basis voor de HII'>.D-formuleI-:&-=FACTOR I1IGOLFOP!AFLOOP IRup= 8lj"tg(alfalu2;; ljShields: __U__ = factor"6g0een teruglopende golf langs een talud(schuifspanning 7).Voor het bepalen van de massa van losseelementen belast door golven, wordt vaak deformule van Hudson gehanteerd. Hierin zijnparameters opgenomen die een belangrijkerol spelen bij de beschrijving van de ver-schijnselen oploop en afloop van golvenlangs het talud. Wanneer nog andere ver-schijnselen (samenhangende elementen,uittredend grondwater door verval over dewaterkering e.d.) een rol spelen, moet de for-mule met voorzichtigheid worden gehan-teerd. In figuur 14 is de basis voor een stabi-liteitsformule in de vorm van een factor HII'>.Dgegeven. De mechanismen langsstromendwater en drukken loodrecht op het talud, ge-ven beide de aanleiding tot de vorm HII'>.D.Tot voor kort was het gebruikelijk het bIokge-wicht te bepalen met de Hudsonformule:De Hudsonformule kan ook in een vorm wor-. den geschreven als aangeduid in figuur 14:1 3 QgH3C ? Qg -6 rtD = k 1'>.3 ofD cotaZwaartekracht en wrijving opondergrondVoor een losliggend betonelement geldt inprincipe hetzelfde als voor een monolietewaterkering. De wrijvingskracht op het vlaktussen het betonelement en de ondergrond,te zamen met het eigen gewicht, moeten destabiliteit van het element verzorgen.Naast de afmetingen zijn er echter grote ver-schillen met een monoliete waterkering. Om-dat de bekleding onder een hoek a ligt, moethet gewicht van het element 'boven water'worden verminderd met een kracht P dieloodrecht op hettalud werkt enwordt veroor-zaakt door (uitstromend) grondwater of golf-werking. Er blijft slechts een component (Gcosa) beschikbaar als optredende wrijvings-kracht. Deze component werkt echter samenmet de belasting T langs het talud. In figuur13 is een van de belastinggevallen voor eenbekledingselement getekend, namelijk bij13Evenwicht van krachten voor eenbekledingselement, in geval dat de golfterugloopt langs het taludiilllg~~klemde12 plaatBeton in de functie van beschermen vanwaterkeringen(dynamisch) evenwicht van de totale bekle-dingslaag in plaats van het evenwicht vaneen enkel element. Hierna worden enkelewerkwijzen genoemd volgens welke een be-kledingselement stabiel kan zijn (fig. 12).zwaartekracht en wrijving/6sin(ulfu)/CementXXXVII (1985) nr. 12 91016Invloed van verval op oeverbekledingen,uitgevoerd als losse elementen of alsdoorgaande plaat (resp. doorlatend enondoorlatend)de waterdruk in het onderliggende grond-massief achterblijft bij daling van het openwater. Deze daling kan worden veroorzaaktdoor wind- en scheepsgolven, maar ooktranslatatiegolven door schuttingen of mani-pulaties met getijdencentrales kunnen wa-terspiegelfluctuaties veroorzaken met eenvoor de bekleding gevaarlijke snelheid vanspiegeldaling. Calamiteiten zoals lokale dijk-doorbraken kunnen fataal worden voor degehele bekleding in bijvoorbeeld een kanaal,omdat dit dan snel leegloopt en dus een snel-le waterspiegeldaling geeft.Het volgen van de waterdruk in het grond-massief hangt af van de waterdoorlatend-heid van de voegconstructie. eventueel vande openheid van het bekledingselement zelfen van de doorlatendheid van de onderlig-gende grond. Figuur 17 geeft een beeld van,het verloop van de waterdrukken in en rondde bekleding voor een stationaire situatie envoor drie bekledingstypen, vari?rend van eenzeer open tot een gesloten bekleding.Bij een doorlatende bekleding en een on-doorlatende ondergrond zijn de overdrukkenonder de bekleding gering en kan de bekle-ding dus relatief licht en goedkoper zijn.Maar omdat een ondergrond veelal uit zeerfijn materiaal bestaat, is de kans groot datdit materiaal door voegen en kieren van deopen bekleding verdwijnt. Als erosie te ver-wachten is, kiest men - ondanks de groteredoorlatendheid - voor een tussenlaag metpori?n, die zo groot zijn dat verfiesvan mate-riaal uit de ondergrond wordt tegengegaan.VerbandHet blijkt dat wanneer een betonblok bovenhet vlak van de bekleding uitsteekt dit extrawordt belast door langsstromend water.Daarom wordt gestreefd naar een goed ver-band tussen de losse elementen. Wanneerhet verband schuifkrachten kanoverbren-gen, kunnen lokale (golf)belastingen beterworden verwerkt in sameriwerking met deomliggende elementen. Voorbeelden zijn:hol en dol, messing en groef, overlappen. Hetverband moet niet te stijf zijn omdat andersde gehele bekleding te stijf wordt en ongelij-ke zettingen in de ondergrond niet meer ge-volgd kunnen worden.Cement XXXVII (1985)nr. 1217Verloop van de waterdruk Overeengesloten (a), geheel gesloten (b) en zeeropen (c)Onderlinge schuifkracht (klemmen)Het verband tussen de losse elementen moetzodanig zijn dat de elementen een eventuelezakking kunnen volgen, zonder uit het taludte worden gedrukt. Een mogelijke oplossingis een flauwe tapse vorm van het blok (klein-ste oppervlak aan de bovenkant) waarbij devoegen ingewassen worden met loskorreliggrof materiaal. Dit raakt klem in de voegenzodat het niet uitspoelt. Bij het naar bovenbewegen van ??n van de elementen raakt devulling in de tapse voeg steeds meer klemen veroorzaakt een steeds grotere wrijvingtussen de betonelementen. De vanouds be-kende gezette steen ontleent ook zijn stabi-liteit aan ditprincipe. De onderlinge wrijvingvan de passende gezette steen is groot.RijgenHet aan elkaar rijgen van losse blokken kande stabiliteit van de gehele bekleding duur-zaam verhogen mits de krachten in de rijg-draden afgevoerd kunnen worden naar.plaatsvaste opleggingen. Doorgaans wor-den deze rijgdraden aangebracht voordeplaatsingsoperatie van een groot aantalblokken in ??n keer en niet ten behoeve vaneen duurzame stabiliteit.HaakweerstandEen open bekleding kan uit elementen be-staan met grote tussenruimten (voegen), ofuit zeer open blokken, dan wel uit een com-binatie van beide mogelijkheden (bijv. doorperforaties of speciale vormgeving). Wat debelasting betreft is een blok met zo min mo-gelijk getroffen oppervlak gunstig. Ander-zijds beschikken deze blokken over slechtsweinig gewicht. Voor het opnemen van be-lasting is een blok met zoveel mogelijk wrij-ving met de omgeving nodig. Daarom zijnopen blokken ontworpen met grote haak-weerstand. De stabiliteit wordt onder meerontleend aan naastliggende elementen dieniet op hetzelfde moment worden belast.Bekende voorbeelden zijn bekledingen vanhavendammen (dolos, tribar, tetrapode,enz). Steeds is het uitgangspunt dat de indi-viduele bekledingselementen op zichzelfstabiel moeten zijn. Een kubusvormig blokwordt uitsluitend doorzwaartekracht en wrij-ving op de ondergrond op zijn plaats gehou-den: de kubus moet voornamelijk zwaar zijn.De dolos ontleent zijn stabiliteit aan onderen naast liggende elementen. Puntbelastin-gen op de armen van de dolos leveren mo-menten waardoor trekspanningen optreden:911het beton moet een grote mechanischesterkte hebben.Voor het mobiliseren van de haakweerstandis enige beweging van het element nodig.Deze bewegingen veroorzaken echter stoot-belastingen die zeer groot zijn en waardoorvermoeiing optreedt. Dit kan leiden tot breukvan de elementen. Uit experimenten is ge-bleken dat de vermoeiingssterkte tot zelfsminder dan de helft van de eenmalige belas-tingsterkte kan afnemen. Stootbelastingenkunnen ook worden veroorzaakt door afge-broken delen van de betonelementen die alsgevolg van golfklappen als projectielen doorhet skelet van de verzameling betonelemen-ten schieten.In de afgelopen jaren zijn een aantal golfbre-kers zwaarbeschadigd door het falen van debekleding, te wijten aan desintegratie van deslanke betonelementen. Op dit momentwordt onderzoek verricht naar het vergrotenvan de duurzame mechanische sterkte vandergelijke ongewapende betonelementen.Het blijkt dat de dichtheid aan het oppervlakzeer belangrijk is. Hetbeton moet echter niette sterk zijn want dan is het bros en kan min-der goed dynamische belastingen opnemen.Wellicht kan de ontwikkeling van staal- ofkunststofvezelbeton een bijdrage leverenaan een duurzame sterkte van open betons-lementen.Wrijving met hulpelementen (ankers)Wanneer de helling van een oever zeer steilis, dan is de te mobiliseren wrijvingskrachttussen het element en de ondergrond erglaag omdat de component van de zwaarte-kracht loodrecht op het (steile) talud klein is.18Aanleg Vaneen golfbreker met tetrapadenDaarom wordt met een 'oplegelement' juistin die richting de wrijving gemobiliseerd enontstaat de zgn. terre arm?e constructie (ziefig. 12). De grond moet goed verdicht zijn ende strippen die de elementen verankerenmoeten een duurzame ruwheid en sterktehebben terwijl de voegen tussen de betone-lementen gronddicht moeten zijn.Dergelijke constructies worden toegepast bijhet afwerken van bestaande en nieuwe steiletaluds, maar ook voor verticale wanden zo-wel in den droge als in den natte. Het grotevoordeel is de ruimtebesparing en de bespa-ring aan volume van de dam of ophoogmate-riaal bij kaden.De horizontale voegen tussen de betonele-.menten worden gronddicht gemaakt met eenflexibele voegvulling en onder spanning ge-houden doorhet eigen gewicht van debeton-elementen, terwijl achter de verticale voegeen geotextiel wordt aangebracht. Toepas-sing van deze werkwijze is in studie voor derealisatie van de zeer hoge dammen van hetreservoir voor de pompaccumulatiecentra-les (PAC)in het IJsselmeeren langs dekust.Momentvast op taludAls de onderlinge samenhang van bekle-dingselementen zo groot wordt dat groteschuifspanningen en momenten opgenomenkunnen worden, vormt de verzameling ele-menten ??n plaat. Een doorgaande plaat be-tekent meestal ook een waterdichte be-scherrning. De waterdruk onder debekledingis groot in vergelijking met een open con-structie. Deze druk moet opgenomen wor-den door het eigen gewicht, dus is een zwareconstructie vereist.Een nadeel van een plaat is dat bij ongelijkezettingen in de ondergrond de daardoor op-gewekte belastingen verwerkt worden metkleine vervormingen. Met andere woordende constructie volgt de ondergrond niet,waardoor holten onder de bekleding kunnenontstaan. Op oude oevers w?ar geen (onge-lijke) zettingen meer zijn te verwachten en opeen goed verdichte ondergrond kunnenplaatvormige elementen met meer succesworden aangelegd.Er zijn verschillend? gradaties van plaatvor-ming (stijfheid) en waterdoorlatendheid.Destabiliteit van een bekleding van te lichte (na-tuur)steenkan, ook onder water, worden ver-beterd door penetratie met een collo?dalebetonspecie. Uit ervaringen die zijn opge-daan bij werken in Belgi?, blijkt dat afhanke-lijk van de korrelverdeling van de oorspron-kelijke loskorrelige bekleding en de samen-stelling van de betonspecie, de gepenetreer-de bekleding een doorlatendheid heeft vanten minste fijn grind tot grofzand. Het effectvan een bepaalde (geringe) mate van pene-tratie wordt wel in rekening gebracht doorde schadefactorkoin de formule van Hudsonte vergroten. Bij (nagenoeg) volledige pene-tratie is dit niet langer te rechtvaardigen enmoet de be.kleding als een elastisch onder-steunde plaat worden beschouwd, waarvoorrekenmodellen in ontwikkeling zijn.AI in 1905 werden op het eiland Schouwendoor ir.Jhr.R.R.L. de Muralt betonglooiingentoegepast als verdediging van (oude) zeedij-ken. De overwegingen waren toen: onafhan-kelijkheid van buitenlandse leveringen vangrondstoffen, deviezenbesparing en bestrij-ding van werkloosheid. De Muralt ontwikkel-de een systeem om ter plaatse op de kortge-maaide grasmat van de oude dijk trapvormi-ge platen van gewapend beton te storten metafmetingen van ca. 0,10 x 1,80 x 2,75 m. Inde brede voegen werden na het verhardenvan de platen betonbalken gestort. NU,naCementXXXVII (1985)nr. 12Een oude De Muralt glooiing, na 80 jaar nuniet meer in functie80 jaar, liggen deze glooiingen er nog, al zijnhet nu oevers van stagnante Deltameren,zonder getijdewerking en buiten de invloedvan hoge stormvloedstanden en golven.Onlangs isin Denemarken een plaatvormigeoev?rbescherrning van ongewapend betonaangebacht. De oude betonnen bescher-ming werd gebroken en de nieuwe werd hierin vakken van ca. 5 x 5 m met een dikte vanJ.., _ _ _I";20Krib, uitgevoerd in geprefabriceerd betonte Bernires-sur-Mer, halve doorsnede bijeen dwarsschot en er tussenin; daaronderperspectief zonder bekledingsplaat.Geheel onder een oeverbekleding ingewapend beton te Villers-sur-Mer912ca. 0,15 m om en om overheen gestort. Doorhet om en om storten van de platen hebben. de voegen minimale afmetingen (kleiner dan5 mm). Ongelijke zettingen zijn nauwelijks teverwachten, de ondergrond is immers eenoude dijk. Onder de betonplaat is een vezel-fiter (geot?xtiel) aangebracht. Dit geotextielkan ook fungeren als bekisting voor het be-ton waarbij de werking als waterdoorlatendfilter verloren gaat door verstopping metfijnecementdeeltjes. Dit hoeft geen bezwaar tezijn: de rest van de constructie is immers ookwaterdicht en men rekent reeds op hoge wa-terdrukken onder de b.ekleding.Bij steile taluds bestaat de kans dat de platenlangs het talud gaan glijden (zie fig. 12). Wekunnen de platen daartoe ondersteunen metdoorgaande funderingsbalken die op hunbeurt weer opgelegd kunnen zijn op palen.Decombinatie van twee verschillende funde-ringswijzen van de beton plaat als bekledingvan de waterkering lijkt onlogisch. Er zullenverschillen in zettingen optreden met als mo-gelijk gevolg plaatselijk hogespanningscon-centraties en daardoor scheuren. Onderlig-gend loskorrelig materiaal kan via dezescheuren verdwijnen. Toch zijn zelfs water-keringen gemaakt opgebouwd uit onder-grondsespanten waarop beton balken alsbekledingselementen waren opgelegd (fig.20a). Ook zijn betonnen kribben als prefab-constructies gebouwd (fig. 20b). Een nadeelvan dergelijke constructies is de grote 'star-heid' om vervormingen van de ondergronddoor zetting of lokale erosie te volgen.Momentvast, niet op taludEen steil talud kan voordelen hebben omdatbijvoorbeeld bij een kanaal de breedte klei-nerkan zijn (geen ondiepe walkant), terwijlvoor een steil talud minder terrein nodig isdan voor een flauw talud. Zonder aanvullen-de maatregelen zal niet alleen langs het steiletalud afglijden maar zal de plaat ook degrondkerende functie niet kunnen vervullen.Voor het opnemen van de horizontale belas-ting wordt de plaat in de bodem ingeklemdof worden haakvormige profielen (L-muren)toegepast.Uit praktische overwegingen voor de monta-ge worden de plaatafmetingen beperkt enontstaat de damwandplank of damwandpaalvan gewapend beton. planken wordengeprefabriceerd tot lengtes van 10 m bij eenbreedte van 0,50 m. Bij het heien wordeneventueel ingestorte spuitlansen toegepast.Ook hier moeten de voegen gronddicht zijn.Daar dit doorgaans niet kan worden gega-randeerd, wordt tot op zekere diepte een fil-ter aangebracht. De individuele behandelingvan elke damwand vergt veel tijd. Daarompast men tegenwoordig grotere elemententoe (minder voegen en een snellere voort-gang): damwandplaten.In Belgi? zijn platen toegepast van 4,50 mlang, 3,75 m hoog en 0,18 m dik, gewicht 100kNo De platen werden naast de plaats waarze in de oever moesten komen gestorten meteen kraan om een gegraven sleuf in den dro-ge of wel in den natte geplaatst. In zanderigegronden worden de platen ingespoten via in-gebetonneerde spuitlansen.3. Hoofdfunctie'vormvaste ruimte enoplegging voorwaterkerende elementen'Hoewel als derde gebracht, ls deze functievan beton in waterkeringen wellicht een vande belangrijkste als het gaat om de omzetvan beton als constructiemateriaal in de wa-terbouw.Bij het analyseren van een waterkering waar-in een betonconstructie de oplegging ver-zorgt voor andere waterkerende elementen,blijkt de constructie zelf vaak een onderge-schikte rol te spelen wat betreft het kerenvan water. Het overdragen van de belastingop het'echte' waterkerende element naar defundering is veel belangrijker. Als voorbeeldkunnen enkele overwegingen bij het ontwer-pen van de stormvloedkering in de Ooster-schelde worden genoemd.De pijlers maken in principe geen deel uit vande waterkering (in de praktijk natuurlijk wel)maar geven slechts ruimte aan desponnln-gen en opleggingen voor de waterkerendeschuif. Deze gedachtengang heeft geleid totminimale afmetingen van de pijlers. Dit wasbovendien gewenst voor een zo groot moge-lijke doorstroomopening in de situatie waar-bij de schuiven geheven zijn.De niet beweegbare bovenbalk is een water-kerend element. In het oorspronkelijke ont-werp (1976) was dit onderdeel niet opgeno-men. Tussen de pijlers bevond zich een sta-len beweegbare schuif met in gesloten standeen kerende hoogte tot NAP +5,30 m. In ge-heven stand bevond de onderkant van deschuif zich op NAP +1,50 m. Dit betekendedat er altijd een (dure, beweegbare) schuifaanwezig was tussen het niveau NAP +5,30m en NAP+ 1,50 m, Wellicht door ontwerp?blindheid, veroorzaakt door de enorme hoe-veelheid problemen die opgelost moestenworden, is dit pas laat, maartijdig opgemerkten is de veel goedkopere, niet beweegbarebetonnen balk ontworpen.De onderbalk of dorpelbalk (beter nog drem-pelbalk) is in feite de allergrootste steen vande drempel. De stabiliteit van deze steen konvanwege de zeer grote belastingen niet doorde steen zelf worden verzorgd. Daarom is de-ze opgelegd op de pijlers. Naastdeze functieheeft de dorpel balk de functie van een be-trouwbare vormvaste rand als overgang naarde onderkant van de gesloten schuif. Eendrempel van losse elementen zou de gewen-ste vorm van de aansluiting niet kunnen ga-randeren.Voor het vervullen van de functie vormvasteruimte en oplegging voor andere waterke-rende elementen, zijn weer diverse werkwij-zen te onderscheiden. Het ontwerp van devormvaste ruimte wordt meestal bepaalddoor het profiel van vrije ruimte dat wordtbepaald door het element dat een bepaaldeplaats inneemt (schuif, sluisdeur, e.d.) ofdoor die ruimte afgevoerd moet worden(schepen, auto's, water).Ruimte scheppen als hier bedoeld, betekentdoorgaans een ruimte omhullen, vrijmakenof een scheiding aanbrengen tussen waterCementXXXVII (1985)nr. 1221Model stormvloedkering Oostersenetste (5= dorpelbalk, 6 = bovenbalk)en grond. De constructies zijn doorgaanswater-en grondkerend. De hierdoor opge-wekte belastingen kunnen veelal op een sta-tisch onbepaalde manier volgens verschil-lende werkwijzen opgenomen worden (fig.22):- apart gefundeerde wanden;open bak met scharnier in de bodem;- open bak zonder scharnier in de bodem;- open bak met stempel;- koker;- cirkelvdrm;-enz.Het valt buiten het bestek van dit artikel omuitgebreid op de constructieve aspecten vande diverse mogelijkheden in te gaan. Enkelevoorbeelden zijn in figuur 23 gegeven.22Beton in de functie van een 'vormvasteruimte en plaatsvaste oplegging' voorelementen die een waterkering vormen913BesluitOvergangen bij bekledingenReeds enkele malen is in dit artikel gewezenop de problematiek van de overgangen tus-sen betonelementen in of op de waterkeringonderling, alsook op de overgang van hetelement naar (andere onderdelen van) de ke-ring.Verschil in stijfheid tussen de betonelemen-ten en de andere delen (elastisch en/ofplas-tisch gedrag van de ondergrond) leveren bijstatisch en/of cyclische belasting een ver-schil in vervorming of plaats op, zodat dekans groot is op een niet-duurzame aanslui-ting.Met het oog op grond mechanische en hy-draulische aspecten verdient het aanbeve-ling bij het ontwerpen van voegdetails de vol-gende principes te hanteren;- streef naar een zelfde flexibiliteit rond devoeg of overgang;- streef naar minstens een zelfde doorla-tendheid van de voeg als die van de onder-grond;- streef naar een filterconstructie aan degrondzijde van de voeg of zelfs onder de ge-hele constructie (dunne vezelfilters zijn gun-stig voorde stabiliteit van hetbekledingsele-ment);- streef naar stabiliteit van elk individueelbekledingselement zodat bij (geringe) ver-plaatsingen van individuele elementen geenaccumulatie van voegen optreedt en geenonzekere steun wordt gevraagd van onder-delen die er niet op gericht zijn deze te leve-ren.ConditiebewakingIn het algemeen moet de conditie van eenwaterkering en onderdelen daarvan op be-paalde tijden worden gecontroleerd of dienter een signalering te zijn voordat de conditiebeneden een vastgestelde grens dreigt te23Vier voorbeelden van ontmoetingen vanbeton en waterkerende elementen: a =stuw in de Maas te Belfeld, b =stuwcomplex te Hagestein, c =Heinenoord-tur.mel en d = dwarsdoorsnedeBerendrechtsluisgeraken. Hoge reservoirdammen wordenuitgebreid ge?nstrumenteerd en regelmatigworden ?ventueJevervormingen nauwkeurigopgemeten. Ook de stormvloedkering in deOostersehelde en de Haringvlietsluizen zijnvan 'monitoring' systemen voorzien. Eenprobleem hierbij is dat de golven en water-standen waarop de waterkering gedimensio-neerd is slechts uiterst zelden voorkomen.Men zal dus uit de reacties van de waterke-ring bij minder extreme omstandigheden deconditie voor meer extreme situaties moetenextrapoleren. Dus naast het meten Van dereactie op de belasting dient ook de belas-ting zelf te worden bepaald.Duidelijk is dat instrumentatie en inspectiealleen niet genoeg zijn. Er zal ook een orga-nisatie moeten bestaan die de genoemde ex-trapolatie gedurende de gehele levensduurvan de waterkering kan verrichten. Hoe gro-ter de consequenties zijn van een eventueelCement XXXVII (1985)nr. 12falen van-dewaterkering in termen van veilig-heid en/ofkosten, hoe 'intensiever' het mo-nitoring systeem doorgaans moet zijn.Trends verwachtingenIr. De Muralt heeft in het begin van deze eeuwhet initiatief genomen om beton op relatiefgrote schaal als bekleding van zeedijken toete passen. Het vervaardigen van een glooiingvan natuursteen-zetwerk vergde veel hand-werk, maar dat was toen gpedkoop.Naarma-te de loonkosten stegen en de beschikbaar-heid van natuursteen in blokvorrn en zuilenafnam, werd gezocht naar minder arbeldsln-tensleve constructies. In het kader Van deDeltawerken werden, gesteund doorervarln-gen in de wegenbouw, asfaltbekledingenontwikkeld in nauwe samenwerking tussenbedrijfsleven en overheid. Zowel de fabrica-ge van het produkt als het aanbrengen ervanop de kon fabriekmatig geschie-den.Het ontwikkelen van betonnen bekledingenwas in het verleden vooral een zaak van debetonwarenindustrie. De laatste 10 jaar ech-ter leveren de ontwerpende diensten en on-derzoekinstituten een bijdrage tot verdere914lOmontplooiing van de betonnen bekledingen.Aangezien thans de prijsverhouding vangrondstoffen voor asfalt en beton zich wij-zigt, ontstaat wellicht weer een voorkeurvoor beton. Misschien gaan de wegenbou-wers de waterbouwers weer voor.Er worden weer betonglooiingen aangelegd,uitgevoerd als (dunne, zelfs voorgespannen)platen of als penetratie met collo?daal betonvan breuksteenglooiingen (dikke platen).Essentieel bij een p)aatvormige bekleding isdat geen significant ongelijke zettingen vande ondergrond te verwachten zijn. In gebie-den met slechte ondergrond of bij nieuwewerken waarbij de waterkering niet wordtverdicht, zijn wel ongelijke zettingen te ver-wachten en zullen losse - open - elementenop een filter met meer succes toegepast kun-nen worden.Als bekleding van golfkeringen belast doorhoge golven zijn betonelementen die vooreen open bekleding zorgen, gunstig. Menkomt echter terug van de zeer slanke ele-menten vanwege het gevaar van beschadi-ging van de elementen zelf, waarna desinte-gratie van de gehele bekleding kan volgen.Wellicht kan staal-of kunststofvezelbetonbijdragen tot een taaier materiaal dat dyna-mische belastingen beter kan verwerken.Men ontwerpt thans meer 'volslanke' ele-menten of kubusvormen met een grote holleruimte in het blok. Hoe groter de elementenhoe meer zorg besteed moet worden aan devervaardiging van elk element.Voor besparing van de inhoud van hoge aar-den dammen lijkt deconstructie voor gewa-pende grond (terre arm?e) een aantrekkelijkalternatief.