Claudia McLeod

Numerieke simulatie van bresvloeiing bij bodembeschermingen

2 oktober 20236 oktober 2023

In de waterinfrastructuur kan stroomafwaarts van natte kunstwerken en op locaties waar schroefstralen van scheepsmotoren de bodem ‘aanvallen’ ontgronding ontstaan. Door ontgrondingskuilen met een bodembescherming…

Type natte kunstwerken

Keersluis

Brug

Een brug is een constructie die over een waterweg ligt en die dient voor het faciliteren van (spoor)wegverkeer. Een brug bestaat uit een brugdek gesteund door pijlers en/of landhoofden. Bij een brug die een waterweg kruist, kunnen we drie types onderscheiden: • Het eerste type kent een volledig vrije overspanning met voldoende hoogte om alle scheepvaart ongehinderd te kunnen laten passeren. • Het tweede type heeft pijlers in het water (of in het winterbed bij een rivier), maar met voldoende hoogte en doorvaartbreedte om de scheepvaart ongehinderd te kunnen laten passeren. De pijlers moeten dan bestand zijn tegen belastingen veroorzaakt door de scheepvaart (aanvaringen) en de waterstroming,. • Het derde type is de beweegbare brug, waarbij de doorvaarthoogte niet altijd voldoende is en een deel van de constructie kan worden opengesteld voor passage van scheepvaart. In dat geval is er ook een risico van aanvaringen met een brugdek. In complexe gevallen hebben we te maken met een combinatie van type 2 en 3, bijvoorbeeld de Ketelbrug (tussen Ketelmeer en IJsselmeer).

Damwand

Een damwand is een grond- en/of waterkerende constructie die bestaat uit een verticaal in de grond geplaatste wand. De wand bestaat uit losse elementen (planken of panelen) die door middel van een gronddichte en in sommige gevallen ook waterdichte messing-en-groefverbinding (‘slot’ genoemd bij stalen damwanden) met elkaar zijn verbonden. Een damwand wordt in de grond gebracht door heien, trillen of drukken (alle eventueel met fluïderen of voorspuiten). Damwanden worden in vele waterbouwkundige toepassingen gebruikt – permanent of tijdelijk – als kademuur langs een haven, als oeverbescherming langs het water in bijvoorbeeld een kanaal, als stabiliteit-verhogend onderdeel van een dijk of andere waterkering, of als wand(en) van een bouwput of bouwkuip. Bij een tijdelijke toepassing van een damwand wordt deze na voltooiing van het werk weer verwijderd. In andere gevallen is de damwand een permanent onderdeel van de draagconstructie of van de constructie om het ondermijnende effect van grondwaterstroming te remmen (bron: Wikipedia). De civieltechnische draagconstructie van natte kunstwerken kunnen dus voor een deel bestaan uit stalen damwanden. De geotechnische en constructieve consequenties van sterktedegradatie van staal (bijvoorbeeld corrosie) op een bestaande damwand worden vooral beïnvloed door de ruimtelijke spreiding, lokale defecten en algehele constructieve staat. Hiernaar hebben we verschillende onderzoeken gedaan, zie o.a. Bepaling restlevensduur en hergebruik stalen damwanden.

Duiker

Een duiker is een constructie onder een (spoor)weg met een grondlichaam erop. Het doel van een duiker is om, ondanks de onderbreking door een (spoor)weg, een wederzijdse verbinding tussen oppervlaktewater te realiseren. Normaal gesproken heeft een duiker geen functie in de regulering van het waterpeil en is er geen manier om deze constructie af te sluiten. Als dat wel het geval is, spreken we van een spuisluis/inlaatsluis.

Gemaal

Een gemaal is een kunstwerk dat water verplaatst, in de meeste gevallen van een gebied met een laag waterpeil naar een gebied met een hoger waterpeil. Een gemaal wordt bijvoorbeeld ingezet als er een overschot aan water is aan de lage kant, of een tekort aan water aan de hoge kant. Ook peilbeheer kan een reden zijn, het zoutgehalte of de waterkwaliteit. Op sommige locaties wordt overwogen het gemaal in te zetten als waterkrachtcentrale als zich aan de zijde met de hoge waterstand, een wateroverschot bevindt. Er zijn verschillende soorten gemalen. De wijze waarop het water wordt opgevoerd (omhoog gebracht, bijvoorbeeld met schoepen, een vijzel of een pomp) en de wijze waarop deze wordt aangedreven, zijn bepalend voor het soort gemaal. Een aandachtspunt bij alle gemalen is de visvriendelijkheid. Deze stellen vaak beperkende eisen aan het ontwerp van een gemaal.

Schutsluis

In een schutsluis worden schepen door aanpassing van het waterpeil van het ene op het andere niveau gebracht. Schutsluizen bestaan uit een kolk die aan weerszijden kan worden afgesloten door sluisdeuren. In de deuren of sluishoofden zijn voorzieningen aangebracht om het waterniveau in de kolk te kunnen nivelleren. De meeste schutsluizen zijn uitgerust met zogenoemde puntdeuren. Soms worden hefdeuren of roldeuren toegepast. Soms is er ook een middenhoofd aanwezig. Het aantal kolken en de dimensionering van de kolken worden in belangrijke mate bepaald door het type schip waarvoor de vaarweg bestemd is en de verwachte intensiteit van het scheepvaartverkeer. Als de kolk onderdeel is van een primaire waterkering, dan bepalen de waterveiligheidseisen voor deze kering ook de dimensionering en uitvoering, bijvoorbeeld extra deuren. Schutsluizen hebben vaak meer functies dan alleen het faciliteren van de scheepvaart. Een schutsluis moet soms ook zorgen voor een beheerste af- en aanvoer van water. Ook speelt vispasseerbaarheid in het ontwerp en beheer een rol. Daarnaast worden aan schutsluizen vaak eisen gesteld wat betreft het doorlaten van zout/verzilt water. Eisen die kunnen worden gerealiseerd door bijvoorbeeld een bellenscherm, zoutdrempel of korte deur-opentijden. Schutsluizen maken vaak deel uit van een complex. Hierin liggen parallel aan de schutsluizen een stuw, een spuisluis, een gemaal, een waterkrachtcentrale en/of een vistrap.

Sifon

Een sifon is kokervormige, veelal betonnen constructie met een verlaagd middengedeelte dat geheel met water is gevuld en die twee waterlopen met elkaar verbindt. Een sifon wordt aangelegd als er bijvoorbeeld sprake is van verschillende peilen in de waterlopen of als het water van de ene loop van een andere kwaliteit (of samenstelling) is dan van de andere loop. Een sifon staat meestal permanent onder water en kan voor onderhoud drooggezet worden.

Stormvloedkering

Een stormvloedkering is een waterbouwkundige constructie die verhindert dat grote hoeveelheden water bij stormvloed of springtij de monding van een rivier of estuarium instromen en stroomopwaarts tot overstromingen leiden. In normale omstandigheden zijn de keringen geopend en leggen ze zo weinig mogelijk beperkingen op aan de doorstroming van water. Alleen bij naderend extreem hoogwater vanuit zee worden de keringen gesloten en gaan ze hun waterkerende functie vervullen.

Spuisluis

Een spuisluis is een constructie om water door te laten, bijvoorbeeld om overtollig water kwijt te raken of juist om water aan te voeren. In dat geval spreken we over een inlaatsluis. Een spuisluis kan ook worden ingezet om water van de verkeerde kwaliteit af te voeren of van de juiste kwaliteit aan te voeren. Spuisluizen bevinden zich vaak in peilgereguleerde watersystemen, d.w.z. waar het peil wordt gehandhaafd door meer of minder water af te voeren via de spuisluis. Het peilbeheer kan meerdere functies dienen, bijvoorbeeld voor de scheepvaart. Wanneer een spuisluis aan zee ligt, maakt die vaak deel uit van een waterkerende constructie en heeft dan dus ook een waterkerende functie. Een spuisluis bestaat uit een betonnen constructie waarin één of meerdere kokers zitten, waar water doorheen kan stromen. De kokers kunnen met schuiven worden gesloten. In geopende stand kan het water vrij in- of uitstromen.

Stuw

Een stuw is een vaste of beweegbare waterbouwkundige constructie en heeft als doel om water in een beek of rivier op te stuwen zodat het waterpeil bovenstrooms kan worden geregeld. Hierdoor kan de waterloop ook bij lagere afvoeren bevaarbaar blijven. Stuwen kunnen ook water doorlaten en dragen zo bij aan de wateraanvoer en de waterverdeling (bijvoorbeeld bij Driel). Buffervorming door verhoging van de waterpeilen gaat de verdroging van omliggende gebieden tegen en maakt onttrekking van rivierwater in drogere perioden gemakkelijker. Stuwen hebben een negatief effect op de ecologie doordat ze een hindernis vormen voor de trekvissen en een onnatuurlijk waterstandsverloop bij de oevers veroorzaken. Stuwen maken vaak deel uit van een complex. Hierin liggen parallel aan de stuwen een schutsluis, een spuisluis, een gemaal, een waterkrachtcentrale en/of een vistrap. In het Nederlandse hoofdwatersysteem liggen tien stuwen.

Overig

Vakspecifieke invalshoeken

Geotechniek

Geotechniek houdt zich bezig met de structuur van grond, en de invloed hiervan op de stevigheid en vervormbaarheid van de grond als die grond onderdeel van een bouwwerk (zoals een nat kunstwerk). Geotechnici onderzoeken hoeveel draagkracht de grond heeft. Welke draag- en funderingsconstructie is met welke bouwmethode geschikt om op de grond neer te zetten of in de grond te plaatsen om de belastingen (via de funderingselementen) naar de ondergrond af te dragen? Grondsoorten verschillen; daarom verschillen funderingen ook in hun vorm, in het gebruikte materiaal en bijvoorbeeld in de manier waarop ze aangebracht zijn of worden. Damwanden ontlenen een groot deel van hun stevigheid en stijfheid aan de omliggende grond. Verdieping van geotechnische kennis kan daardoor significant bijdragen aan het beter kunnen beoordelen van dit type kunstwerk. Voor kennisbijdragen met de tag Geotechniek, is specifiek geotechnische kennis ingebracht.

Nautiek

Natte kunstwerken maken veelal deel uit van een netwerk van vaarwegen. Voor de scheepvaart is het van belang dat een schip op een veilige manier zo snel en economisch mogelijk van de ene naar de andere plaats in het netwerk kan varen. Bij het ontwerp van de kunstwerken en de inrichting van de vaarwegen moet rekening gehouden worden met deze scheepvaartfunctie.

Civiele techniek: constructie

Civiele techniek is het vakgebied dat zich bezighoudt met het ontwerp, de uitvoering en het onderhoud van (water)bouwkundige constructies. Bij de constructieve aspecten in dit vakgebied draait het om de sterkte, stabiliteit en betrouwbaarheid van met name betonnen en stalen constructies die soms aan extreme water-, grond- en verkeersbelastingen worden blootgesteld. Deze belastingen zijn op de lange termijn aan verandering onderhevig als gevolg van bijvoorbeeld een toename in verkeer of van de effecten van klimaatverandering. Om ervoor te zorgen dat nieuwe en bestaande constructies ook op de lange termijn voldoen aan onze veiligheids- en functionele criteria is een goed inzicht nodig in de belastingen, het gedrag en de veroudering (degradatie) van deze civiele constructies. Bij het beoordelen van de constructieve veiligheid en functionaliteit van deze constructies komen naast civiel constructieve ontwerpkennis ook aspecten als materiaalkunde (en veroudering), geotechniek, veiligheidsleer en klimaatverandering aan de orde. Voor kennisbijdragen met de tag Civiele techniek: constructie, is specifiek kennis over de constructieve aspecten van civiele techniek toegepast.

Hydraulica

Natte kunstwerken hebben effect op de stroming en waterstanden in het hoofdwatersysteem van Nederland. Ze dienen de kerntaken van Rijkswaterstaat, met hun kerende functie en waterafvoerfunctie (kerntaak waterveiligheid), hun zorg voor voldoende water (peilbeheer, wateraanvoer, waterafvoer, beperking zoutindringing), voor schoon en gezond water (ecologie,) en vlot en veilig verkeer over water (faciliteren scheepvaart). Ook faciliteren ze diverse gebruiksfuncties. Dit zijn allemaal zaken die met hydraulica te maken hebben (letterlijk: leer van de praktische toepassing van de beweging van water). Voor kennisbijdragen met de tag Hydrauliek is specifiek hydraulische kennis ingebracht.

Asset management

Het beheren van (infrastructurele) assets wordt wel aangeduid met assetmanagement. Rijkswaterstaat werkt aan verdere professionalisering van het assetmanagement. De internationale standaard ISO 55001 geeft richting aan deze ambitie. Daarbij is het streven om als organisatie in 2025 te werken volgens één kernproces assetmanagement en de werkzaamheden daarmee op een certificeerbaar niveau te hebben. De focus van het KpNK ten opzichte van Assetmanagement ligt op het risicogestuurd beheer en onderhoud van natte kunstwerken, gericht op de instandhouding van een afgesproken functionaliteit met bijbehorende prestaties. De onderzoeken zijn gericht op het beter bepalen van het einde van de levensduur van een kunstwerk en op de stap naar de nieuwe levenscyclus, waarbij het kunstwerk weer bij de tijd kan worden gebracht. Hoe bepalen we de overgang van de ene levenscyclus naar de andere zodanig dat dezelfde functionaliteit blijft, of zijn er andere opties? Een kennisbijdrage met de tag Assetmanagement gaat dus over deze keuzes.